CN101944799B - 电动机冷却装置 - Google Patents

Abstract

本发明涉及电动机冷却装置。本发明的电动机冷却装置具备：在内侧配置具有线圈的定子的第一部件；用于嵌合在上述第一部件的外周面并具有圆筒状内周面的第二部件；以及形成于上述第一部件和上述第二部件的嵌合部上，且从轴向的一端侧直到轴向的另一端侧使冷却介质通过的冷却通道，上述冷却通道具有在圆周方向旋转并且从轴向的一端侧行进到轴向的另一端侧，且以彼此不交叉的方式并排形成的多条螺旋状通道。

Description

电动机冷却装置

技术领域

本发明涉及利用电动机周围的冷却介质的流动冷却电动机的电动机冷却装置。

背景技术

以前，公开有利用筒状的壳体包围定子铁心的外周部，在该壳体的内周面加工冷却液流动的冷却通道，以冷却电动机的装置。在日本特开2005-204496号公报(JP2005-204496A)记载的装置中，作为冷却通道在壳体内周面形成从轴向的一端部向另一端部连续的螺旋状的槽。

但是，在JP2005-204496A记载的装置中，由于往复于轴向的一端部和另一端部之间而形成螺旋状的槽，因此冷却通道的长度变长。其结果，压力损失增大，难以流动必要流量。而且，由于冷却液在流动方向上逐渐升温，冷却通道的长度变长时，在通道后半部得不到充分的冷却效果。

发明内容

根据本发明的一种方式，电动机冷却装置具备：在内侧配置具有作为主要的发热源的线圈的定子的第一部件；嵌合在第一部件的外周面并具有圆筒状的内周面的第二部件；形成于第一部件和第二部件的嵌合部且从轴向的一端侧直到轴向的另一端侧使冷却介质通过的冷却通道；冷却通道具有在圆周方向旋转并且从轴向的一端部行进到轴向的另一端部，且不相互交叉地并排形成的多条螺旋状通道。

本发明的目的、特征以及优点通过与附图相关的以下实施方式的说明将会更加清楚。

附图说明

图1是表示本发明的实施方式的电动机冷却装置的结构的剖视图。

图2是构成本发明的实施方式的电动机冷却装置的冷却套管和冷却套的立体图。

图3是图2的冷却套管的外周面的展开图。

图4A是一条槽的螺旋状通道的放大剖视图。

图4B是三条槽的螺旋状通道的放大剖视图。

图4C是八条槽的螺旋状通道的放大剖视图。

具体实施方式

下面，参照图1～图4对本发明的实施方式进行说明。图1是概略表示适用本发明的实施方式的电动机冷却装置的电动机M的结构的剖视图。该电动机M具有：筒状的定子1；以及可旋转地支撑在定子1的内侧的未图示的转子。

定子1具有：层叠电磁钢板等薄板状的磁性体而成的定子铁心11；以及以集中卷或分布卷的方式卷绕在定子铁心11上的线圈12，定子铁心11和线圈12被混合了导热性好的材料的树脂13覆盖。动力线14从定子1的端部取出，通过动力线14从外部向线圈12供给驱动电流，在转子的周围形成旋转磁场，使转子旋转。

由于这种电动机M因定子铁心11的铁损和线圈12的铜损引起发热，因此有必要冷却电动机M，抑制电动机M的发热。特别是在电动机M用于驱动机床的主轴时，如果机床的主轴由于导热而发生热变形，会给加工精度带来坏影响，因此抑制电动机M的发热的必要性高。在本实施方式中，如下地构成冷却装置2以冷却电动机M。

冷却装置2具有：嵌合在定子1的外周面的大致圆筒状的冷却套管20；以及嵌合在冷却套管20的外周面的冷却套30。图2是表示从冷却套管20分解冷却套30的状态的立体图。冷却套30除了具有圆筒状的内周面，在内部具备用于内含冷却套管20的空洞以外，外侧的形状没必要是圆筒状。因而外形形状可以是方形，例如，在机床的主轴的场合，可以是支撑主轴的结构材料的一部分等，其外形形状不被限定。

如图2所示，在冷却套管20的外周面形成在圆周方向旋转并从电动机旋转轴方向的轴向一端侧向另一端侧行进的螺旋状的槽21(螺旋槽)，在该螺旋槽21的轴向的两外侧，分别跨越整周形成有环状的槽22、23(环槽)。并且，在环槽22、23的轴向的两外侧分别形成有用于安装O形环的槽24、25。这些槽21～25是用例如具有铣轴的复合车床等加工。而且，在图1中表示环槽22、23的深度比螺旋槽21深的情况，在图2中表示螺旋槽21和环槽22、23为相同的深度。

在冷却套30的轴向的一端侧及另一端侧，在冷却套管20上嵌合冷却套30时与环槽22、23的位置一致地，分别在圆周方向开设有多个(在图中是三个)贯通孔31、32。贯通孔31、32分别构成后述的冷却通道的入口部PA4以及出口部PA5。

冷却套管20例如以过盈配合嵌合固定在定子1的外周面，冷却套30例如以过盈配合嵌合固定在冷却套管20的外周面。而且，考虑组装性，以间隙配合或中间配合将冷却套30嵌合在冷却套管20的外周面也可以。

如图1所示，若将冷却套30嵌合在冷却套管20上，则在冷却套管20和冷却套30之间的嵌合部上由冷却套30的内周面和冷却套管20的槽21～23从轴向的一端侧直到另一端侧形成冷却通道。即、由冷却套管20的螺旋槽21形成螺旋状通道PA1，由环槽22、23分别形成环状通道PA2、PA3。

虽然在图示中作了省略，但在冷却通道的各入口部PA4(贯通孔31)通过配管连接泵等冷却液供给源，在冷却通道的各出口部PA5(贯通孔32)，通过配管连接水箱等冷却液回收部。因此，若通过入口部PA4从外部向冷却通道内供给冷却液，则冷却液依次流过环状通道PA2、螺旋状通道PA1、环状通道PA3，通过出口部PA5向外部流出。利用该冷却液的流动，从冷却套管20的表面被夺热，电动机M被冷却。并且，多个入口部PA4以及出口部PA5例如通过分支配管分别与供给源以及回收部连接，冷却液在各入口部PA4以及出口部PA5互相均匀地流出、流入。

在这种冷却装置的结构中，冷却液的流量越多，并且作为散热部的冷却通道的表面面积越大，冷却效果越高。由于这一点，如果仅是增大冷却通道的表面面积，则通过例如用一条槽形成螺旋状通道PA1，缩小其通道间距p(在轴向相邻的通道之间的距离)，较深地形成螺旋槽21便可以实现。

但是，若缩小通道间距p，则会增大压力损失，难以流动必要流量。而且，为了较深地形成螺旋槽21，需要冷却套管20的充分的厚度，不仅阻碍电动机整体的小型化，而且增大槽加工的切削量，导致加工成本的上升。因此，在本实施方式中，在冷却套管20的表面上以彼此不交叉的方式并排地加工多条螺旋槽21(多条螺旋槽)，将螺旋状通道PA1构成为并排通道。

图3是模式地表示冷却液的流动的冷却套管20的外周面的展开图，表示在冷却套管20的外周表面加工了三条槽的螺旋状通道PA11～PA13的例子。这些螺旋状通道PA11～PA13相互之间大致平行地形成，各通道PA11～PA13的通道宽度w1、通道深度(图4的d2)、通道的曲率(螺旋弯曲)、以及相邻通道之间的距离(通道间距p)是一定的。换言之，各通道PA11～PA13只是其开始位置的相位各错开例如120°，是彼此相同的形状，在冷却套管的表面整体密集地形成螺旋状通道PA11～PA13。并且，虽然在图中通道宽度w1和各通道之间的槽脊部的宽度w2大致相同，但也可以使w1比w2大或小。

在图3中，通过入口部PA4流入环状通道PA2的冷却液向各螺旋状通道PA11～PA13分流，沿着各螺旋状通道PA11～PA13，例如分别以实线、虚线、及单点划线的箭头表示的那样流动。之后，这些冷却液在环状通道PA3合流，通过出口部PA5流出。

通过这种冷却液的流动电动机M被冷却，但在本实施方式中，由于螺旋状通道PA11～PA13并排地设置，所以即使如图3所示那样在冷却套管20的表面密集地形成通道PA11～PA13的场合，也能够抑制各通道PA11～PA13的通道长度，能够在通道整体得到充分的冷却效果。

在这里，若将各通道PA11～PA13的流道面积分别为S1～S3，则整体的流道面积S是S＝S1+S2+S3。因此，能够确保充分的流道面积S，不减少冷却液的流量便能够缩小通道间距p。若通道间距p变小，则冷却通道整体的表面面积增大，因此可以提高冷却效果。

图4是螺旋状通道PA1的放大剖视图，图4A～图4C是分别将螺旋状通道PA1设为一条槽、三条槽、八条槽的图。将这些各图的通道面积分别设为Sa、Sb、Sc，则通道整体的流道面积S分别是Sa、3×Sb、8×Sc。图4A～图4C将这些整体的流道面积S设定成彼此大致相同。这时，三条槽的通道间距p2是一条槽的通道间距p1的1/2倍，八条槽的通道间距p3是一条槽的通道间距p1的1/3倍。而且，各图的槽深度d1～d3成为d1＞d2＞d3，八条槽的槽深度d3是一条槽的槽深度d1的大约一半。

在这里，若以一条槽的通道整体的表面面积及切削量为基准，则三条槽的通道整体的表面面积以及切削量分别是大约1.2倍以及大约0.7倍，八条槽的通道整体的表面面积以及切削量分别是大约1.2倍以及大约0.4倍。因此，通过由多条螺旋槽构成冷却通道PA1，不仅可以不改变整体的流道面积S而增大表面面积，还可以减少切削量。其结果，能够缩短加工时间，并且能够抑制切削工具的磨耗，能够降低加工成本。并且，只要螺旋槽21的条数为多条则也可以是三条和八条以外，可以考虑必要的冷却性能和加工成本来决定。

通过本实施方式可以达到如下的作用效果。

(1)在冷却套管20的外周面以彼此不交叉的方式加工多条螺旋槽21，并排形成螺旋状通道PA11～PA13。由此，无需加长各螺旋状通道PA11～PA13的通道长度，就能够增大冷却通道的表面面积，能够提高冷却效果。即，假设由单条(直列)螺旋槽21形成通道间距p小的螺旋状通道PA1的场合，冷却通道的全长变长，压力损失变大。其结果，难以流动必要量的冷却液，无法得到电动机M的充分的冷却效果。对此，在本实施方式中，并列设置多条螺旋状通道PA11～PA13，因此能够确保整体流道面积，并且抑制通道的压力损失的增加，能够得到电动机M的充分的冷却效果。

(2)由于以彼此大致平行的方式形成各螺旋状通道PA11～PA13，因此螺旋状通道PA1均匀设置在冷却套管20的整个外周面上，能够效率良好地冷却电动机整体。

(3)在各螺旋状通道PA11～PA13的轴向的两侧分别设置环状通道PA2、PA3，通过环状通道PA2、PA3分别连通冷却液的入口部PA4以及出口部PA5和各螺旋状通道PA11～PA13的轴向的一端部以及轴向的另一端部，因此能够使冷却液在螺旋状通道PA11～PA13中均匀地流动，得到充分的冷却效果。

(4)由于在冷却套20的圆周方向配置多个冷却液的入口部PA4以及出口部PA5，因此能够向冷却套管20的表面供给大流量的冷却液。

并且，在图1中，为了抑制环状通路PA2、PA3中的压力损失的增大，使环状通道PA2、PA3比螺旋状通道PA1形成得更深，增大环状通道PA2、PA3的流道面积。但是如果压力损失不成为问题，从加工成本的方面出发，优选是如图2所示的使各通道PA1～PA3的深度相同。

在上述实施方式中，在冷却套管20的外周面加工了作为冷却通道PA1～PA3的槽21～23，但也可以取代它，在冷却套30的内周面同样地加工作为冷却通道的槽，或者在冷却套管20的外周面和冷却套30的内周面这双方加工槽也可以。即、只要在作为第一部件的冷却套管20和作为第二部件的冷却套30的嵌合部并排形成多条螺旋状通道PA1，冷却套管20的内周面和冷却套30的外周面的形状无论如何都可以。将定子1作为第一部件，在定子1的外周面形成螺旋状通道PA1也可以。

在冷却套管20的内周面和冷却套30的外周面的哪一侧也不加工槽，而是在其嵌合部错开相位插入多个形成为线圈状的通道部件，由冷却套管20的内周面和冷却套30的外周面和通道部件形成螺旋状的多条冷却通道PA1也可以。但是，若另设通道部件，则在通道部件和冷却套管20的接触面的热阻抗大、导热性恶化，因此冷却通道优选是由冷却套管20的槽加工设置。

螺旋槽21可以通过切削和研磨、滚铣加工、激光加工和放电加工等形成，也可以通过铸造形成。但是，通过铸造制造具有螺旋槽21的冷却套管20的场合，由于容易发生裂纹和巢穴，从产品的可靠性方面来讲，优选从圆筒状的管状部件通过去除加工形成槽。

在上述实施方式中，虽然在螺旋状通道PA1的轴向的两外侧设置环状通道PA2、PA3，通过环状通道PA2、PA3向螺旋状通道PA1供给、排出冷却液，但也可以省略环状通道PA2、PA3，直接向螺旋状通道PA1供给、排出冷却液。虽然在冷却套30上设置有冷却液的出入口部PA4、PA5，但出入口部PA4、PA5的个数、形状、配置等出入口部PA4、PA5的结构怎样都可以。流动在冷却通道的冷却介质不限于水和油等液体，也可以是气体。

以上的冷却装置不仅适用于机床的用于驱动主轴的电动机M，同样还适用于机床以外的电动机M。

根据本发明，由于在定子的外侧并排设置多条螺旋状通道作为冷却通道，因此各冷却通道的长度变短，能够提高利用冷却介质的流动的冷却效果。

以上结合本发明的最佳实施方式说明了本发明，不脱离上述技术保护范围而作的各种修改及变更，会被本领域技术人员所理解。

Claims (3)

1.一种电动机冷却装置，其特征在于，

具备：在内侧配置具有线圈的定子的第一部件(20)；

用于嵌合在上述第一部件的外周面并具有圆筒状的内周面的第二部件(30)；以及，

形成于上述第一部件和上述第二部件的嵌合部上，且从轴向的一端侧直到轴向的另一端侧使冷却介质通过的冷却通道(PA1、PA2、PA3)，

上述冷却通道具有在圆周方向旋转并从轴向的一端侧行进到轴向的另一端侧，并以彼此不交叉的方式并排且彼此大致平行地形成的多个螺旋状通道(PA11、PA12、PA13)，

上述冷却通道还具有一对环状通道(PA2、PA3)，该一对环状通道以隔着上述多个螺旋状通道的方式分别跨越整周而形成于上述第一部件和上述第二部件的嵌合部的轴向一端部及轴向的另一端部，分别使上述冷却介质流入的入口部(PA4)和上述多个螺旋状通道的轴向的一端部、以及上述冷却介质流出的出口部(PA5)和上述多个螺旋状通道的轴向的另一端部连通。

2.根据权利要求1所述的电动机冷却装置，其特征在于，

上述一对环状通道通过设于上述第一部件的外周面的环槽(22、23)而形成。

3.根据权利要求1或2所述的电动机冷却装置，其特征在于，

上述入口部及上述出口部分别通过多个贯通孔(31、32)而构成。

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