JP2002034189A - モータの冷却構造 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】 十分な冷却効率を有すると共に、加工が容易
なモータの冷却構造を提供する。 【解決手段】 モータ１は主にシャフト８、ロータ２、
ステータ３及びフレーム４によって構成されている。モ
ータ１の作動は、ステータ３に巻回されているコイルに
電流を流すことによって、ロータ２及びそれに固定され
ているシャフト８が回転することによって行われる。シ
ャフト８は中空形状になっており、その内周面には螺旋
形状のフィン１６が挿入されて設けられている。フィン
１６は単体で形成されると共に、熱伝導率の高い材料に
よって形成されている。従って、シャフト８内に流体が
導かれる際に、シャフト８内を工作機械等で加工するこ
となく（コスト高になることなく）冷媒とシャフト８の
内周面との接触面積を大きくすることができ、従って、
シャフト８と冷媒との熱交換を効率よく行うことができ
る。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明はモータの冷却構造に
係り、詳しくはロータの放熱性が高いモータの冷却構造
に関するものである。

【０００２】

【従来の技術】従来より、ステータの内側にロータを配
置させたモータとして、図４に示すものが開示されてい
る。モータ２１はシャフト２２、シャフト２２に固定さ
れたロータ２３、ロータ２３を非接触で取囲むステータ
２４及び全体を囲むフレーム２５等によって構成されて
いる。フレーム２５の一端近く及び他端近くには通風入
口孔２５ａ及び通風出口孔２５ｂが形成されており、フ
レーム２５の径方向内側にはステータ２４との間に通風
路２６が形成されている。このモータの運転中には鉄損
や銅損等の損失によって熱が発生するため、適当な方法
によってモータ２１を冷却する必要がある。冷却方法と
してはフレーム２５にファン２７を取付けて、該ファン
２７によって通風入口孔２５ａから風を吸込み、通風路
２６を通って通風出口孔２５ｂへ吐出す方法が一般的で
ある。

【０００３】又、通風孔を設けない場合は、フレーム２
５の外側（表面）を通風して冷却している。この場合、
フレーム２５の外側にフィンを形成すると冷却効率がよ
り向上する。

【０００４】ところが、これらの方法ではフレーム２５
や該フレーム２５と接触しているステータ２４の表面を
冷却することは可能であるが、フレーム２５と接触して
いないロータ２３やシャフト２２を冷却することが困難
なため、モータ２１の冷却効率を十分に向上することが
できなかった。

【０００５】そこで、シャフトやロータを冷却する方法
として、例えば特開平６−１４１５０９号公報には図５
に示すものが開示されている。

【０００６】モータ３１とモータ２１との主な違いはシ
ャフトの構造である。モータ３１内のシャフト３２はそ
の内部が通風路になるように円筒状に形成されている。
従って、シャフト３２の内部が通風路の役割を果たし、
通風路にシャフトの温度より低い風を通過させることに
よってシャフト３２及びロータ３３を相対的に冷却する
ことが可能になり、モータ３１の冷却効率を向上させる
ことができる。更に、シャフト３２の内周面に螺旋状の
溝３９を形成することによって、冷却風とシャフト３２
の内周面との接触面積が大きくなり、モータ３１の冷却
効率をより向上させることができる。

【０００７】

【発明が解決しようとする課題】しかしながら、特開平
６−１４１５０９号公報に開示されたモータでは、螺旋
状の溝４９の加工形成が極めて難しいという問題と、溝
４９による送風作用が弱いという問題がある。つまり、
シャフトの内周面に溝４９を加工形成するためには、そ
の内周面を工作機械等で削る必要がある。従って、加工
形成が困難であると共に、コスト高になるという問題が
ある。従って、溝４９を深くかつ多数形成することも難
しいため、送風力も大きくできない。

【０００８】本発明は前記問題点を解決するためになさ
れたものであって、その目的は、十分な冷却効率を有す
ると共に製作容易なモータの冷却構造を提供することに
ある。

【０００９】

【課題を解決するための手段】上記目的を達成するため
に、請求項１に記載の発明は、筒状のフレーム内にシャ
フトと、該シャフトを取囲むようにシャフトに取付けら
れているロータと、前記フレーム内の前記ロータと対応
する位置に固定されると共に、前記ロータを非接触で取
囲むステータと、が備えられているモータにおいて、前
記シャフトはその内部が流体流路になるように筒状に形
成され、前記シャフトの内周面には突状部材が挿入され
て設けられている。

【００１０】この発明によれば、流体流路中に突状部材
を挿入して設けることで、シャフトの内周面を加工する
ことなく流体とシャフトの内周面との接触面積を大きく
することが可能になる。

【００１１】請求項２に記載の発明は、請求項１に記載
の発明において、前記突状部材は軸方向に沿って形成さ
れた螺旋形状であると共に、単体で形成されている。

【００１２】この発明によれば、螺旋状の突状部材を予
め単体で加工した後に流体流路に挿入することで、突状
部材を流体流路に設けることが容易になる。又、ロータ
及びシャフトの回転中には、シャフト内に一定方向の気
流を作ることが可能になる。

【００１３】請求項３に記載の発明は、請求項１又は請
求項２に記載の発明において、前記突状部材は熱伝導率
の高い材料によって構成されている。

【００１４】この発明によれば、シャフト内部の流体流
路にシャフトより温度の低い流体を通過させる際に、シ
ャフトと流体との間で熱交換が効率的に行われ、シャフ
トの温度が相対的に低くなる。

【００１５】

【発明の実施の形態】以下、本発明を誘導モータに具体
化した一実施形態を図１〜図３に基づいて説明する。

【００１６】図１に示すように、モータ１は回転する部
分のロータ（回転子）２とそれを非接触で取囲みながら
支持するステータ（固定子）３とがフレーム４に収容さ
れることによって構成されている。フレーム４はロータ
２及びステータ３の軸方向に沿って円筒形状になってい
る。

【００１７】フレーム４の内周面の所定箇所にはステー
タ３が固定されている。ステータ３は厚みのある円筒形
状になっており、その外周面はフレーム４の内周面と同
一径になっている。ステータ３には回転磁界を形成する
ための図示しないコイル巻線が巻回されており、コイル
巻線の一部がコイルエンド５としてステータ３の両端部
から外方へ突出している。又、ステータ３の内周面の内
側には、ステータ３と非接触な状態でロータ２が設けら
れている。ロータ２は円柱形状であり、軸方向において
ステータ３と対応する位置に、ステータ３に取囲まれる
ように設けられている。ロータ２には図示しない複数の
アルミ製スロットバーが軸方向に沿って埋設されてい
る。ロータ２とステータ３は略同心円上に設けられてい
るため、ロータ２とステータ３の間に存在する周方向の
空隙（ギャップ）は略一定になっている。

【００１８】フレーム４の長手方向両端部には円板状の
エンドブラケット６，７が固定されている。各エンドブ
ラケット６，７にはそれぞれ、その中央部にシャフト８
が貫通する貫通孔９，１０が形成され、貫通孔９，１０
の軸方向外方側には更に凹部１１，１２がそれぞれ形成
されている。又、ロータ２には軸方向に沿って中空孔が
形成されている。中空孔には貫通孔９，１０を貫通した
シャフト８が挿通され、ロータ２とシャフト８とは焼嵌
めによって固定されている。シャフト８の凹部１１，１
２と対応する位置にはそれぞれベアリング１３，１４が
シャフト８を軸支するように設けられており、ベアリン
グ１３，１４は凹部１１，１２にそれぞれ収納されるよ
うに固定されている。

【００１９】図３に示すように、シャフト８の内部には
軸方向に沿って中空孔１５が形成されており、中空孔１
５は流体流路になっている。シャフト８の内周面には軸
方向に所定の角度で傾斜した突状部材が挿入されて設け
られており、具体的には螺旋形状（スパイラル形状）の
フィン１６が挿入されて設けられている。そのため、シ
ャフト８が回転するとシャフト８内の螺旋形状によっ
て、シャフト８内に一定方向の気流が生じることにな
る。

【００２０】ここで、このモータ１を例えば圧縮機が含
まれる冷凍装置に組込む場合、即ちモータ１によって圧
縮機を作動させる場合、モータ１を冷却するのに効果的
である。即ち、冷凍サイクルにおいて圧縮機へ帰還す
る、低温の冷媒ガスをモータ１のシャフト８へ通過させ
ることにより、モータ１の冷却が効率的に行われる。こ
の際に、フィン１６の傾斜形状によって、シャフト８内
の冷媒ガスの流通が促進されるため、モータ１の冷却が
より効率的に行われる。

【００２１】又、フィン１６は単体で形成されてシャフ
ト８内に挿入されるため、フィン１６をシャフト８内に
挿入するだけで、シャフト８内を通る冷媒ガスとシャフ
ト８との接触面積を稼ぐことが可能になる。更に又、フ
ィン１６は鉄や鋼のような熱伝導率の高い材料によって
形成されているため、シャフト８内を流れる冷媒ガスと
シャフト８との間の熱交換が効率的に行われる。鋼材で
製作すれる場合、熱伝導率は高く、しかも螺旋径を収縮
状態でシャフト８内へ挿入すれば、自由状態では拡開し
てシャフト８の内面を圧接するようになるので好適であ
る。

【００２２】次に、上記のように構成されたモータの作
用について説明する。

【００２３】ステータ３に巻回されたコイル巻線に電流
を流して、回転磁界が形成されると、ロータ２に埋設さ
れたスロットバーが力を受けてロータ２がシャフト８と
共に回転すると共に、ロータ２を通る磁束の変化によっ
てロータ２にうず電流が発生する。この際に、コイル巻
線に発生した熱はステータ３を介してフレーム４に伝導
され、フレーム４からモータ外部の大気中へ放出され
る。又、ロータ２にうず電流が生じる際に、ロータ２に
はそれ自身の抵抗による鉄損によって発熱が生じるが、
ロータ２と焼嵌めによって一体的に形成されているシャ
フト８内には螺旋状のフィン１６が設けられているた
め、空気流体の流れが生じてシャフト８との間で熱交換
が行われる。そのため、シャフト８を相対的に冷却する
ことが可能になるため、ロータ２をその内部から冷却す
ることが可能になる。

【００２４】モータ１を冷凍サイクル内に配置した場
合、シャフト８内に蒸発器を通った帰還冷媒ガスを流す
ようにする。シャフト８はその内部に螺旋状のフィン１
６が設けられると共に回転するため、冷媒は一定方向に
スムーズに流れる。そのため、冷媒とシャフト８との熱
交換がスムーズに断続的に行われる。又、フィン１６は
熱伝導率の高い物質で構成されているため、熱交換は効
率よく行われる。そのため、シャフト８は冷却され、ロ
ータ２も内部から順に冷却される。

【００２５】従って、本実施形態によれば以下に示す効
果がある。

【００２６】（１）シャフト８内にフィン１６を挿入し
て設けることによって、流体とシャフト８の内周面との
接触面積を大きくして両者の熱交換を効率よく行うよう
にしたので、シャフト８内を工作機械等で削って冷媒と
シャフト８の内周面との接触面積を大きくする場合に比
較して、容易に加工を行うことができると共に、加工コ
ストを大幅に削減することができる。

【００２７】（２）シャフト８内に設けられるフィン１
６を螺旋状に形成したので、シャフト８を回転するとシ
ャフト８内に一定方向の気流が生じる。従って、流体と
シャフト８及びロータ２との間で熱交換を行うことがで
きる。

【００２８】（３）フィン１６はシャフト８とは別に一
体的に形成されているので、予め単体で製作したフィン
１６をシャフト８に挿入するだけで、流体とシャフト８
の内周面との接触面積を大きくすることができる。

【００２９】（４）フィン１６は熱伝導率の高い材料に
よって形成されているので、流体の熱がシャフト８に伝
わり易くなり、流体とシャフト８及びロータ２との間の
熱交換を効率的に行うことができる。従って、モータ１
を効率的に冷却することができる。

【００３０】（５）圧縮機をモータ１で作動させる場
合、熱交換を行うための流体は冷凍装置の一部として構
成される蒸発器から、同じく冷凍装置の一部として構成
される圧縮機に導かれる低温の帰還冷媒を利用すること
ができるので、新たに冷媒供給装置を設けることなく、
又一層効率的にモータ１を冷却することができる。

【００３１】尚、実施の形態は前記に限定されるもので
はなく、例えば次のように適宜に変更して実施すること
もできる。

【００３２】○ フィン１６は熱伝導率の高い材料で構
成されなくても、例えば樹脂によって構成されてもよ
い。この場合、熱伝導率の高い材料に比較してフィン１
６の加工形成が容易になると共に、フィン１６がシャフ
ト８の内周面に接着し易くなる。

【００３３】○ 螺旋状のフィン１６は軸方向に沿って
一体に形成されなくても、別体に形成されてもよい。こ
の場合、シャフト８の両側からフィン１６を挿入するこ
とが可能になる。

【００３４】○ シャフト８の内周面とフィン１６と
は、フィン１６の構成材料である鋼材の弾性力による付
勢によって固定されなくても、例えば接着剤によって固
定されてもよい。この場合、固定がより確実に行われ
る。又、嵌め合いによって固定されてもよい。この場合
接着剤が不要になる。

【００３５】○ モータ１を冷凍装置内に用いる場合、
モータ１は圧縮機の前に設けられなくても、圧縮機の後
に設けられてもよい。又、蒸発器から導かれる帰還冷媒
を、モータ１と圧縮機の両方に導くような構成にしても
よい。

【００３６】○ シャフト８に導かれる流体は、冷凍装
置内を流れる冷媒ガスを利用しなくても、別途冷媒供給
装置を設けてもよい。

【００３７】○ モータ１は誘導モータに利用されなく
ても、例えば永久磁石型同期モータに利用されてもよ
い。この場合、ロータ２にはスロットバーでなく永久磁
石が設けられる。

【００３８】

【発明の効果】以上詳述したように、請求項１〜請求項
３に記載の発明によれば、工作機械等を用いることなく
ロータの放熱性を向上することができるので、モータの
冷却効率を向上することができる。

【００３９】請求項２に記載の発明によれば、流体流路
に流体を流す際に、流体の流れがスムーズになり、シャ
フトと流体との熱交換を効率よく行うことができる。

【００４０】請求項３に記載の発明によれば、流体流路
に流体を流す際に、シャフトと流体との熱交換を効率よ
く行うことができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】誘導モータの斜視図。

【図２】誘導モータの縦断面図。

【図３】（ａ）シャフトの模式斜視図。 （ｂ）シャフトの分解斜視図。

【図４】従来のモータの縦断面図。

【図５】別の従来のモータの縦断面図。

【符号の説明】

１…モータ、２…ロータ、３…ステータ、４…フレー
ム、８…シャフト、１６…突状部材としてのフィン。

Claims (3)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 筒状のフレーム内にシャフトと、該シャ
   フトを取囲むようにシャフトに取付けられているロータ
   と、前記フレーム内の前記ロータと対応する位置に固定
   されると共に、前記ロータを非接触で取囲むステータ
   と、が備えられ、 前記シャフトはその内部が流体流路になるように筒状に
   形成され、前記シャフトの内周面には突状部材が挿入さ
   れて設けられているモータの冷却構造。
2. 【請求項２】 前記突状部材は軸方向に沿って形成され
   た螺旋形状であると共に、単体で形成されている請求項
   １に記載のモータの冷却構造。
3. 【請求項３】 前記突状部材は熱伝導率の高い材料によ
   って構成されている請求項１又は請求項２に記載のモー
   タ冷却構造。