(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
ロータ（１２）およびステータ（１１）と電力用半導体（２４，２５）を備えた電気機械装置（１０）において、
前記ロータ（１２）およびステータ（１１）は機械ケーシング（２３）内に配置されており、少なくとも１つの冷却循環系（１６Ａ，１６Ｂ）により冷却され、
前記電力用半導体（２４，２５）は、電気機械装置（１０）に属するパワーエレクトロニクス装置（１８）の一部であり機械ケーシング（２３）内に収容されていて、冷却手段（１９〜２１；２６〜３１；３２，３３）により冷却され、
該冷却手段（１９〜２１；２６〜３１；３２，３３）はロータ（１２）およびステータ（１１）の前記少なくとも１つの冷却循環系（１６Ａ，１６Ｂ）とは独立しており前記電気機械装置の動作状態に左右されずに形成されており、
前記冷却手段は少なくとも１つの独立した閉じられた冷却循環系（２１，３０，３１）を有しており、該独立した閉じられた冷却循環系（２１，３０，３１）内に、外へ向かって熱を放出する熱交換機（２０，２８，２９）が配置されていることを特徴とする、
電気機械装置。
【請求項２】
前記パワーエレクトロニクス装置（１８）は変換器たとえば周波数変換器である、請求項１記載の電気機械装置。
【請求項３】
発電機として構成されている、請求項１または２記載の電気機械装置。
【請求項４】
巻線（１３）が設けられており、該巻線（１３）に前記電力用半導体（２４，２５）が少なくとも部分的に統合されている、請求項１から３のいずれか１項記載の電気機械装置。
【請求項５】
前記冷却手段は冷却循環系またはヒートパイプ（３２，３３）を有しており、該冷却循環系またはヒートパイプ（３２，３３）は前記電力用半導体（２４，２５）の熱を外部へ逃がす、請求項１から４のいずれか１項記載の電力用半導体装置。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、ロータおよびステータと電力用半導体を備えた電気機械装置に関する。この場合、前記ロータおよびステータは機械ケーシング内に配置されており、少なくとも１つの冷却循環系により冷却され、前記電力用半導体は、電気機械装置に属するパワーエレクトロニクス装置の一部であり機械ケーシング内に収容されていて、冷却手段により冷却される。
【０００２】
【従来の技術】
周波数整合装置が一体化された発電機の形態をとるこの種の電気機械装置はたとえば EP-B1-0 707 372 から公知である。電気機械装置と共働するパワーエレクトロニクス素子（ダイオード、サイリスタ、ＩＧＢＴ等）やパワーエレクトロニクス装置（周波数変換器等）を電気機械装置に一体化して集積することにより、機械とパワーエレクトロニクス装置というシステム全体の複雑さを著しく抑えることができる。集積コンポーネントは電力損失に起因して熱を発生し、さらに機械自体がかなりの規模で熱を発するので、そのための対策としてあらゆる稼働状況において熱を確実かつ効率的に逃がさなければならない。
【０００３】
たとえば自動車で使用されるような小型の電気機械装置であれば、集積エレクトロニクスを冷やすために電力用半導体を冷却体の上に配置すれば十分であり、この冷却体はステータ支持体の内壁とじかに接触している（DE-A1-199 45 368 参照）。
【０００４】
電気機械装置自体が能動的な冷却装置を装備しているならば、集積パワーエレクトロニクスに機械冷却の冷却媒体が貫流してそれが冷却されるよう配置することができる。周波数変換器とファン冷却装置を備えた標準型モータまたは規格モータであれば、変換モジュールをファンカバーに取り付けたりそこに集積させたりすることができる（EP-A1-0 812 052）。もっと大きい多相発電機であれば集積周波数変換器を、少なくともその一部分が発電機冷却流体循環系の流れの中に配置されるよう取り付けることができる（EP-B1-0 707 372 を参照）。
【０００５】
集積パワーエレクトロニクス装置に対する公知の冷却手段の欠点は、冷却すべきコンポーネントの配置を機械装置の中で自由に選べないこと、機械装置の冷却循環系に統合して集積する場合にはパワーエレクトロニクス装置の冷却が機械装置の冷却に左右されることになり、そのままでは部分的に異なる要求に適合できないことである。したがってこの場合、パワーエレクトロニクス装置の冷却のために機械装置の冷却循環系とは異なる冷却流体を使用することができない。さらに発生するおそれのある問題とは、機械装置始動中にパワーエレクトロニクス装置をすでに完全に冷却しなければならないのに、（回転数に左右される）冷却によっても回転数が低いことから機械装置の十分な冷却性能が得られないことである。
【０００６】
【特許文献１】
EP-A1-0 812 052
【特許文献２】
EP-B1-0 707 372
【０００７】
【発明が解決しようとする課題】
したがって本発明の課題は、パワーエレクトロニクス装置の一体化された電気機械装置において公知の解決手段の欠点を回避し、殊にパワーエレクトロニクス装置の機械装置内での配置や冷却動作に関して格段に大きいフレキシビリティが得られるように構成することにある。
【０００８】
【課題を解決するための手段】
本発明によればこの課題は、冷却手段はロータおよびステータの少なくとも１つの冷却循環系とは独立しており電気機械装置の動作状態に左右されずに形成されており、前記冷却手段は少なくとも１つの独立した閉じられた冷却循環系を有しており、該独立した閉じられた冷却循環系内に、外へ向かって熱を放出する熱交換機（２０，２８，２９）が配置されていることにより解決される。
【０００９】
【発明の実施の形態】
本発明の核となる技術は、パワーエレクトロニクス装置もしくはそれに属する電力用半導体の冷却を機械装置のロータおよびステータの冷却循環系とは独立して構成することである。この構成によって、機械ケーシング内部における電力用半導体の最適な設置と機械装置の動作状態に左右されない冷却を簡単に実現することができる。
【００１０】
パワーエレクトロニクス装置が変換器たとえば周波数変換器である機械装置にこれを適用すると有利である。
【００１１】
また、電気機械装置が発電機である場合に格別多くの利点が得られる。
【００１２】
本発明の有利な実施形態によれば電気機械装置は巻線を有しており、この巻線に電力用半導体が少なくとも部分的に統合されている。
【００１３】
本発明の別の実施形態に従って冷却手段が少なくとも１つの独立した冷却循環系を有していれば、機械装置を格別フレキシブルに構成することができる。
【００１４】
従属請求項にはその他の実施形態が示されている。
【００１５】
次に、図面を参照しながら本発明について詳しく説明する。
【００１６】
【実施例】
図１には、一体化されたパワーエレクトロニクス装置と別個の冷却循環系２１とを備えた本発明の第１の実施例による電気機械装置１０が略示されている。電気機械装置１０はたとえば発電所で使用されるような大電力発電機である。電気機械装置１０は外部に対し閉じられた機械ケーシング２３内に取り付けられている。この装置は軸２２を中心に回転可能なロータ１２を有しており、これは巻線１３を備えたスタータ１１によって同心に取り囲まれている。ロータ１２のロータ軸上においてロータ１２の両側に通風機１４，１５が配置されており、これらは機械装置動作中、ロータ１２とステータ１１に発生する熱を逃がすため１つまたは複数の冷却循環系１６Ａ，１６Ｂ内の冷却流体（空気またはその他のガス）を循環させることができる。当然ながらこのような冷却は、通風機１４，１５がロータ１２と結合されていることから機械装置の回転数に大きく左右される。
【００１７】
機械ケーシング２３内部のフリースペース１７にはパワーエレクトロニクス装置として変換器１８が配置されており、これには（図１ではダイオードの記号で表されている）様々な電力用半導体が含まれている。そしてこの変換器１８の冷却は独立した冷却循環系２１を介して行われ、これは図１では矢印とともに破線で閉じられた循環系によって表されている。この冷却循環系２１は様々なかたちで構成することができる。図１の例ではこれにはモータ駆動型通風機１９と熱交換器（クーラ）２０が設けられており、この熱交換器において冷却循環系２１から熱が取り出され外へ向かって放出される。もちろん、変換器１８を単に外気によって冷却するならば熱交換器２０を省略することができる。冷却循環系１６Ａ，１６Ｂとは独立した冷却循環系２１を設けることで、変換器１８の冷却を変換器動作により定められた要求に整合させることができるようになる。さらに変換器１８をその冷却循環系２１とともに、機械の冷却を考慮することなく最適な状態で機械ケーシング２３内に配置することができる。
【００１８】
図２には本発明の別の実施例が描かれている。この場合、個別の電力用半導体２４，２５としてパワーエレクトロニクス装置の一部が電気機械装置１０の巻線１３に統合されている（このことは図２ではスタータの巻線とじかに接続されたダイオード記号で表されている）。この事例では、統合されている電力用半導体２４，２５にやはり固有の冷却循環系３０，３１が対応づけられており、これには図１の場合と同様にモータ駆動型通風機２６，２７と熱交換器（クーラ）２８，２９を設けることができる。さらにこれらの通風機２６，２７を図１の通風機の場合と同様に独立した制御装置に接続することができ、この制御装置はパワーエレクトロニクス装置およびそれらの部品に対する冷却プロセスを機械冷却とは別個に制御する。
【００１９】
とはいえさらに考えられるのは、巻線１３に統合された電力用半導体２４，２５を冷却循環系にじかに結合するのではなく、図３に示されているように流体循環系つまりヒートパイプ３２，３３に結合することである。これらのヒートパイプにおいて周知のように熱がフリースペース１７から運び出されるかまたは別の場所に配置された冷却循環系に向かって送出される。
【００２０】
全体として本発明によれば、以下の特性ならびに利点において傑出した電気機械装置が得られる：
−パワーエレクトロニクスコンポーネントが機械の冷却流体の冷却循環系内にじかに配置されていないことにより、機械の冷却とは別個にそれらの部品の要求に合わせて冷却を整合させることができる。したがってたとえば異なる冷却流体の選択が可能である。
【００２１】
−コンポーネントの位置が機械もしくは巻線の冷却媒体の冷却循環系によって決まってしまわない。
【００２２】
−回転数が低いことに起因して電気機械装置がまだ十分には冷却されない間でも、パワーエレクトロニクスコンポーネントを機械始動中にすでに冷却することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】一体化されたパワーエレクトロニクス装置と別個の冷却循環系とを備えた本発明の第１の実施例による電気機械装置の概略図である。
【図２】一体化されたパワーエレクトロニクス装置と別個の冷却循環系とを備えた図１と同等の電気機械装置を示す図であり、ここではパワーエレクトロニクス装置の一部が巻線に統合されている。
【図３】パワーエレクトロニクス装置が一体化された図１と同等の電気機械装置を示す図であり、ここではパワーエレクトロニクス装置の一部分が巻線に統合されており、その際にヒートパイプによって熱が逃がされる。
【符号の説明】
１０  電気機械装置
１１  ステータ
１２  ロータ
１３  ステータ巻線（巻線頭部）
１４，１５  通風機
１６Ａ，１６Ｂ  冷却循環系
１７  フリースペース
１８  変換器
１９  通風機
２０  熱交換器
２１  冷却循環系
２２  軸
２３  機械ケーシング
２４，２５  電力用半導体
２６，２７  通風機
２８，２９  熱交換器
３０，３１  冷却循環系
３２，３３  ヒートパイプまたは流体循環系
【図１】
0004272906.tif 000002
【図２】
0004272906.tif 000003
【図３】
0004272906.tif 000004