JP2007330075A

JP2007330075A - 液冷式電動機およびその製造方法

Info

Publication number: JP2007330075A
Application number: JP2006161163A
Authority: JP
Inventors: Naoki Kojima; 直樹小島; Manabu Kobayashi; 学小林
Original assignee: Mitsubishi Electric Corp
Current assignee: Mitsubishi Electric Corp
Priority date: 2006-06-09
Filing date: 2006-06-09
Publication date: 2007-12-20

Abstract

【課題】製造コストが増大することなく冷却能力を向上させて電動機の小形化を図ることができる液冷式電動機を提供する。
【解決手段】液冷式電動機１００は、輪状の固定子１０と、固定子１０を内側に配置し周壁内部に冷却液流路２１を形成する筒状フレーム２０と、筒状フレーム２０の両端を密閉するとともに各々軸受が設けられた前蓋３１及び後蓋３２と、軸受に回転自在に支持されて固定子１０の内側に配置された回転子４０とを備え、筒状フレーム２０は、各々筒状を成し同軸に配置された内側フレーム２５及び外側フレーム２６と、相互の櫛歯部２７ｂ，２８ｂを対向させて内側、外側フレーム２５，２６間に挟まれ櫛歯部２７ｂ，２８ｂ間に葛篭折れ状の冷却液流路２１を形成する２つの櫛形案内板２７，２８とを有する。
【選択図】図１

Description

この発明は、電動機の冷却構造としてフレームの周壁内部に冷却液を整流して温度分布の均一化を図る冷却液流路が設けられた液冷式電動機およびその製造方法に関する。

上述のような液冷式電動機において、冷却液の流れを整流する冷却構造に関しては、例えば、円筒状のハウジングの周壁の内部に冷却液を循環させる円筒状の冷却液空間を形成し、更にこの冷却液空間内にらせん板状の整流板を配置することにより冷却液の流路を形成する方法が提案されている。冷却液空間に導入された冷却液は整流板に案内されて螺旋状に流れ、ハウジングから冷却液への伝熱抵抗が低減され熱排出が良好となる。また、整流板は単にハウジングの円筒状の冷却液空間に軸方向に挿入すればよいので、製造及び組み付けを容易とすることができる（例えば、特許文献１参照）。

また、従来他の例として、フレームの内筒の外周側と外筒の内周側との間に複数個の案内板を放射状に設け、案内板の端部において、１枚を伝導側と反伝導側の端板に固着して、他の案内板の端部は片側のみ所定の空隙を設けて交互に反伝導側と伝導側の端板に固着する構造が提案されている。このように構成することにより、内筒の外周面の放熱面積を増加させて固定子の冷却効果の向上を図ることができる（例えば、特許文献２参照）。

特開平８−２０５４７４号公報実開平７−２７２７１号公報

従来の、らせん状整流板を用いて冷却液流路を形成する提案においては、らせん状整流板は、ハウジングへ固定されておらず、単に空間に押し込まれるだけの構造であるため、整流板がバネ状にたわみ、その案内板で形成されたらせん状の冷却液流路は、軸方向の間隔が不均一なものとなる。これにより、間隔が狭くなった通路の部分で抵抗が大きくなり、流れる冷却液の量が減るので冷却能力が低下するという問題があった。さらに、らせん状の整流板は弾性力をもち、この弾性エネルギーが熱エネルギーへ変換し冷却液へ伝達されることから、さらに冷却能力が低下するという欠点もあった。そしてこの冷却能力の低下は、冷却構造の小型化を阻むものであり、ひいては電動機の小型化を抑制するものであった。さらにまた、バネ状の整流板は、冷却液が流れる力によって、たわんで振動するので、異音を発生するという問題もあった。

一方、もう一つの提案であるフレームの内筒と外筒との間に複数個の案内板を放射状に設ける構造については、内筒もしくは外筒に対して案内板を固定する方法が明確でなく、冷却液が流れる流速によっては、内筒と外筒の間で案内板が風車のように回転し、所定の冷却効果が得られないという問題点があった。これにより冷却能力が低下するので、電動機の小形化を図れないという問題があった。さらにこの提案は、葛篭折れの流路を形成する目的で、案内板を伝導側の端板と反伝導側の端板とへ交互に溶接するものであるが、生産性が悪く製造コストが高くなるので改善が求められていた。

この発明は、かかる問題点を解決するようなされたもので、簡単な形状の一対の案内板を用いて葛篭折れ状の流路を形成することができ、製造コストが増大することなく冷却能力の向上させることができるので電動機の小形化を図ることができる液冷式電動機およびその製造方法を提供することを目的としている。

上述の課題を解決するために、この発明にかかる液冷式電動機は、輪状の固定子と、固定子を内側に配置し周壁内部に冷却液流路を形成する筒状フレームと、筒状フレームの両端を密閉するとともに各々軸受が設けられた前蓋及び後蓋と、軸受に回転自在に支持されて固定子の内側に配置された回転子とを備え、筒状フレームは、各々筒状を成し同軸に配置された内側フレーム及び外側フレームと、相互の櫛歯部を対向させて内側フレームと外側フレームとの間に挟まれ櫛歯部間に葛篭折れ状の冷却液流路を形成する２つの櫛形案内板とを有することを特徴とする。

また、この発明にかかる液冷式電動機の製造方法は、輪状の固定子と、固定子を内側に配置し周壁内部に冷却液流路を形成する筒状フレームと、筒状フレームの両端を密閉するとともに各々軸受が設けられた前蓋及び後蓋と、軸受に回転自在に支持されて固定子の内側に配置された回転子とを備えた液冷式電動機の製造方法であって、櫛形を成す２つの櫛形案内板を、相互の櫛歯部を対向させて配置し、各々筒状を成し同軸に配置される内側フレーム及び外側フレームにて挟み込むことにより、対向する櫛歯部間に葛篭折れ状の冷却液流路を形成することを特徴とする。

この発明によれば、簡単な形状の一対の案内板を用いて葛篭折れ状の流路を形成することができ、製造コストが増大することなく冷却能力の向上させることができるので電動機の小形化を図ることができる。

以下、本発明にかかる液冷式電動機およびその製造方法の実施の形態を図面に基づいて詳細に説明する。なお、この実施の形態によりこの発明が限定されるものではない。

実施の形態１．
図１はこの発明の実施の形態１の液冷式電動機の縦断面図である。図２は図１の液冷式電動機のＡ−Ａ線に沿う矢視横断面図である。まず最初に液冷式電動機の概略を説明する。図１及び図２において、本実施の形態の液冷式電動機１００は、輪状の固定子１０と、この固定子１０を内側に配置するとともに周壁内部に冷却液流路２１を形成する筒状フレーム（モータフレーム）２０と、筒状フレーム２０の両端を密閉するとともに中央部に各々軸受３３，３４が設けられた前蓋３１及び後蓋３２と、軸受３３，３４に回転自在に支持されて固定子１０の内側に配置された回転子４０とを有している。

次に、さらに詳細に説明する。筒状フレーム２０は、概略円筒状を成し両端部を塞ぐ概略円板状の前蓋３１及び後蓋３２とともに内部に密閉した空間を形成している。前蓋３１及び後蓋３２は、ボルト３５，３６にて筒状フレーム２０に締着されている。筒状フレーム２０は、各々筒状を成し同軸に配置された内側フレーム２５及び外側フレーム２６と、この内側、外側フレーム２５，２６間に挟まれ互いの櫛歯部間に冷却液流路２１を形成する２つの櫛形案内板２７、２８とから構成されている。前蓋３１及び後蓋３２の中央部にそれぞれ軸受３３，３４が固定されている。内側フレーム２５の両端部と前蓋３１及び後蓋３２との間には、冷却液の漏れを防止する目的でＯリング２３が配設されている。同じように、外側フレーム２６の両端部と前蓋３１及び後蓋３２との間には、Ｏリング２４が配設されている。外側フレーム２６の外周部には、冷却液流路２１に通じる図示しない冷却液入口と冷却液出口が設けられている。冷却液は、液冷式電動機１００の外部に設けられたポンプによりこの入口と出口を通って冷却液流路２１を循環する。内側、外側フレーム２５，２６は、鋳造、アルミダイカスト、アルミ引き抜き成型、もしくはプレス打ち抜きにて作製されている。

筒状フレーム２０と前蓋３１及び後蓋３２により形成された円筒状の密閉空間の内部に、固定子１０と回転子４０が収納されている。輪状の固定子１０は、内側フレーム２５の内側に固定されている。固定子１０は、概略円筒状を成して回転子４０と対向する内周面に全周にわたり軸線方向に延びる３６個のスロット開口部１１ａ（図２）が形成された固定子積層鉄心１１と、このスロット開口部１１ａに収納されるように固定子積層鉄心１１のティース１１ｂ（図２）に巻回された固定子巻線（三相巻線）１２（図１）とから構成されている。固定子巻線１２は、リード線１３（図１）により図示しない電源ユニットに接続されている。固定子積層鉄心１１のスロット開口部１１ａの個数と極数は、電動機の特性を考慮して適宜決定される。固定子積層鉄心１１は、所定の形状に打ち抜かれた珪素鋼板が多数枚積層されて作製されている。

軸受３３，３４に回転自在に支持される回転子４０は、輪状の固定子１０のさらに内側に配設されている。回転子４０は、軸受３３，３４に軸支された回転軸４１と、回転軸４１を貫通させる概略円筒状の回転子鉄心４２と、回転子鉄心４２の外周部に全周にわたって等間隔に埋め込まれた図示しない回転子導体とから構成されている。回転子４０は、回転子鉄心４２がわずかの間隙を有して固定子積層鉄心１１と対向するように配置されている。

液冷式電動機１００が運転状態にあるとき、固定子１０は固定子巻線１２へ流す電流によって発熱する。そして、この熱は固定子積層鉄心１１から内側フレーム２５へ伝導し、内側フレーム２５と外側フレーム２６の間の冷却液流路２１を循環する冷却液へ伝達され、冷却液を通して外部へ排出される。

図３は筒状フレーム２０から外側フレーム２６を外した状態を示す斜視図である。筒状フレーム２０は、冷却液流路２１を形成するために内部に一対の櫛形案内板２７，２８を配置している。櫛形案内板２７，２８は、鋳造またはアルミダイカストにて作製されている。櫛形案内板２７，２８は、互いに対称な形状を成し、短尺円筒状の円筒部（高さｙ、長さＬｂ）２７ａ，２８ａと、この円筒部２７ａ，２８ａの一端から軸方向に延びる櫛歯部（巾ｘ、高さｙ、長さＬａ）２７ｂ，２８ｂを有している。一対の櫛形案内板２７，２８は、相互の櫛歯部２７ｂ，２８ｂを対向させた状態で内側、外側フレーム２５，２６間に挟まれて配設されて櫛歯部２７ｂ，２８ｂ間に葛篭折れ状の冷却液流路２１を形成する。一対の櫛形案内板２７，２８は、櫛歯部２７ｂ，２８ｂに穿孔された貫通穴２９に図示しない固定ねじを挿入されて内側フレーム２５に締着されている。貫通穴２９には固定ねじの頭部が隠れるように座ぐりが形成されている。内側フレーム２５は、上述のように鋳造、アルミダイカスト、アルミ引き抜き成型、もしくはプレス打ち抜きにて円筒状に作製され、その後に、外周面の櫛形案内板２７，２８の固定位置へ雌ねじ穴が螺刻される。

櫛形案内板２７，２８の櫛歯部２７ｂ，２８ｂの巾ｘは、葛篭折れ状の冷却液流路２１に流す冷却液の流量に基づいて、外側フレーム２６の内周半径と櫛歯部２７ｂ，２８ｂの数と円筒部２７ａ，２８ａの大きさとから適宜決定される。また櫛歯部２７ｂ，２８ｂの高さｙについては、外側フレーム２６の内周面に接する高さとされている。櫛形案内板２７，２８の櫛歯部２７ｂ，２８ｂの長さＬａは、内側、外側フレーム２５，２６の長さＬｆより短く設定されており、葛篭折れ状の冷却液流路２１を形成するために、下記の関係にて設定されている。
Ｌａ＜Ｌｆ−２Ｌｂ

このような構成の本実施の形態の液冷式電動機１００は、内側フレーム２５に対して櫛形案内板２７，２８を固定ねじで締着する構造を用いており、冷却液流路２１は常に等ピッチで形成されるため、通路抵抗を小さくできるため、均一に冷却液を送り出すことができ、固定子１０で発熱した熱量を、効率良く冷却液へ伝達することが可能となる。

また、櫛形案内板２７，２８は、固定ねじにより、確実に内側フレーム２５へ固定されるため、冷却液の流速を早くして冷却能力を上げることが可能となり、これにより、液冷式電動機１００の小形化を図ることができる。さらに、櫛形案内板２７，２８は、鋳造またはアルミダイカストにて作製されており、剛性が高いため撓むことがなく、冷却液の流れる力によって振動、異音を発生することがない。

また、櫛形案内板２７，２８は、円筒部２７ａ，２８ａと、この円筒部２７ａ，２８ａの一端から軸方向に延びる櫛歯部２７ｂ，２８ｂという単純な形状を成しているため、安価に製造することが可能である。一方、櫛形案内板２７，２８を固定する側である内側フレーム２５は、鋳造、アルミダイカスト、アルミ引き抜き成型、もしくはプレス打ち抜きにて円筒状に作製された後、その外周面に雌ねじ穴が螺刻されて作製されるので、安価に製造することが可能である。さらに、櫛形案内板２７，２８と内側フレーム２５とが、固定ねじにて締着されるので、容易に組立が可能であり、製造コストを低減することができる。

なお、本実施の形態の液冷式電動機１００においては、櫛歯部２７ｂ，２８ｂが６本であるが、櫛歯部２７ｂ，２８ｂの巾ｘを小さくして、冷却液流路２１の流通断面積を大きくすることにより放熱面積を上げて冷却能力を高め、これにより、更なる電動機１００の小形化を図ることも可能である。

実施の形態２．
図４はこの発明の実施の形態２の液冷式電動機の櫛形案内板の折り曲げる前の板金の様子を示す上面図である。図５は折り曲げた櫛形案内板を内側フレームの凹部に嵌め込んだ様子を示す斜視図である。本実施の形態においては、櫛形案内板２２を板金のプレス打ち抜き加工と曲げ加工と溶接によって作製する。以下に本実施の形態の櫛形案内板の構成と製作手順について述べる。

まず、厚さ２ｍｍ程度の鉄板をプレスで打ち抜き、図４に示す打ち抜き板２２Ａを作製する。この打ち抜き板２２Ａの軸方向長さは、取り付けられる内側フレームの軸方向長さと概略同じ長さとされている。また、打ち抜き板２２Ａは、断面コの字型の櫛歯部２２ｂ（図５）の大きさ（巾ｘ、高さｙ、長さＬａ）が確保されるように、周囲に設けられた折曲部（図４中破線部分）を含めて打ち抜かれている。

次に、図４中矢印のように各折曲部を折り曲げて断面コの字型の櫛歯部２２ｂ及び断面Ｌの字型の円筒部２２ａを形成する。さらに、円筒部２２ａを円筒とするべく帯状に延びる断面Ｌの字型の部分を湾曲させて丸め、両端部２２ｃ，２２ｄを突き合わせて溶接して接合する。

一方、図５に示されるように、本実施の形態の内側フレーム４５は、上述のようにして作製された櫛形案内板２２を、断面コの字型の開口部側を嵌め込んで収納するための凹部（収納凹部）４５ａ、４５ｂが形成されている。この凹部の大きさは、櫛歯部２２ｂと嵌合する凹部４５ｂにおいては、櫛歯部２２ｂを嵌め込むために櫛歯部２２ｂの巾ｘより大きめ（例えばｘ＋０．５ｍｍ）に形成されており、またその深さは、櫛歯部２２ｂの高さｙより小さめ（例えばｙ−０．５ｍｍ）に形成されている。また、櫛形案内板の円筒部２２ａと嵌合する凹部４５ａにおいては、円筒部２２ａを嵌め込むために円筒部２２ａの長さＬｂより大きめ（例えばＬｂ＋０．５ｍｍ）に形成されている。

櫛形案内板２２と内側フレーム４５の組み立てに関しては、櫛形案内板２２を凹部４５ａ，４５ｂに嵌め込み、軸方向については、実施の形態１と同様に、前蓋３１及び後蓋３２で蓋をして、また外周方向は、外側フレーム２６をはめ込み固定する。

本実施の形態においては、櫛形案内板２２をプレス部品で構成されることから、実施の形態１のものよりさらに安価に製造することが可能である。また、内側フレームに形成する凹部は単純な溝にて構成できるので、成型あるいは機械加工で容易に作製することができ、安価に製造することが可能である。また、組み立てに関しても、固定ねじ等による締着作業が無くなるため、実施の形態１のものよりさらに安価に作製が可能である。

なお、本実施の形態においては、櫛形案内板２２の高さ方向の一部を収納する凹部４５ａ，４５ｂが内側フレーム４５に設けられているが、外側フレームに設けられても概略同様の効果を得ることができる。

以上説明したように、この発明にかかる液冷式電動機によれば、葛篭折れ状の冷却液流路を一対の櫛形案内板で形成して、また、この櫛形案内板をフレームへ確実に固定するので、冷却液流路が確実に均等に形成されて冷却能力を損なうことがない。その結果、冷却液の流速を早くし熱交換を迅速に行うことができるため、冷却能力が向上しモータの小形化を図ることが可能となる。また、冷却液の流れる力によって、異常な振動や騒音を起こすことがない。さらに櫛形の案内板は安価に製造でき、また組立性が容易なため、電動機の製造コストを削減することが可能となる。

この発明の実施の形態１の液冷式電動機の縦断面図である。図１の液冷式電動機のＡ−Ａ線に沿う矢視横断面図である。筒状フレームから外側フレームを外した状態を示す斜視図である。この発明の実施の形態２の液冷式電動機の櫛形案内板の折り曲げる前の板金の様子を示す上面図である。折り曲げた櫛形案内板を内側フレームの凹部に嵌め込んだ様子を示す斜視図である。

符号の説明

１０固定子
１１固定子積層鉄心
１１ａスロット開口部
１１ｂティース
１２固定子巻線（三相巻線）
１３リード線
２０筒状フレーム（モータフレーム）
２１冷却液流路
２２板金を折り曲げて作製した櫛形案内板
２２ａ円筒部
２２ｂ櫛歯部
２２ａ，２２ｂ突き合わせ溶接箇所
２３，２４Ｏリング
２５内側フレーム
２６外側フレーム
２７，２８櫛形案内板
２７ａ，２８ａ円筒部
２７ｂ，２８ｂ櫛歯部
２９貫通穴
３１前蓋
３２後蓋
３３，３４軸受
３５，３６ボルト
４０回転子
４１回転軸
４２回転子鉄心
４５凹部が形成された内側フレーム
４５ａ，４５ｂ凹部（収納凹部）
１００液冷式電動機

Claims

輪状の固定子と、
前記固定子を内側に配置し周壁内部に冷却液流路を形成する筒状フレームと、
前記筒状フレームの両端を密閉するとともに各々軸受が設けられた前蓋及び後蓋と、
前記軸受に回転自在に支持されて前記固定子の内側に配置された回転子とを備え、
前記筒状フレームは、
各々筒状を成し同軸に配置された内側フレーム及び外側フレームと、
相互の櫛歯部を対向させて前記内側フレームと前記外側フレームとの間に挟まれ前記櫛歯部間に葛篭折れ状の冷却液流路を形成する２つの櫛形案内板とを有する
ことを特徴とする液冷式電動機。
前記櫛形案内板は、円筒部と、該円筒部の一端から軸方向に延びる櫛歯部とを含む
ことを特徴とする請求項１に記載の液冷式電動機。
前記櫛形案内板は、前記内側フレーム及び前記外側フレームのいずれか一方に固定ねじによって締着されており、該固定ねじを貫通させる貫通穴には、該固定ねじの頭部が隠れるように座ぐりが形成されている
ことを特徴とする請求項１または２に記載の液冷式電動機。
前記内側フレームの外周面及び前記外側フレームの内周面の少なくともいずれか一方に収納凹部が形成され、前記櫛形案内板は、前記収納凹部に嵌め込まれて固定されている
ことを特徴とする請求項１から３のいずれか１項に記載の液冷式電動機。
前記櫛歯部の本数は、前記内側フレームの外周面面積及び冷却液流量に基づいて決定される
ことを特徴とする請求項２に記載の液冷式電動機。
前記櫛形案内板の前記櫛歯部の軸方向長さをＬａ、前記円筒部の軸方向長さをＬｂ、及び前記外側フレームの軸方向長さをＬｆとしたとき、
Ｌａ＜Ｌｆ−２Ｌｂ
の関係にある
ことを特徴とする請求項２に記載の液冷式電動機。
前記櫛形案内板は、鋳造またはアルミダイカストにて作製されている
ことを特徴とする請求項１から６のいずれか１項に記載の液冷式電動機。
前記櫛形案内板は、プレス打ち抜きにて打ち抜いた板金を断面コの字型に折り曲げて作製されている
ことを特徴とする請求項１から６のいずれか１項に記載の液冷式電動機。
前記内側、外側フレームは、鋳造、アルミダイカスト、アルミ引き抜き成型、もしくはプレス打ち抜きにて作製されている
ことを特徴とする請求項１から８のいずれか１項に記載の液冷式電動機。
輪状の固定子と、
前記固定子を内側に配置し周壁内部に冷却液流路を形成する筒状フレームと、
前記筒状フレームの両端を密閉するとともに各々軸受が設けられた前蓋及び後蓋と、
前記軸受に回転自在に支持されて前記固定子の内側に配置された回転子とを備えた液冷式電動機の製造方法であって、
櫛形を成す２つの櫛形案内板を、相互の櫛歯部を対向させて配置し、各々筒状を成し同軸に配置される内側フレーム及び外側フレームにて前記２つの櫛形案内板を挟み込むことにより、対向する前記櫛歯間に葛篭折れ状の冷却液流路を形成する
ことを特徴とする液冷式電動機の製造方法。
前記内側フレームの外周面及び前記外側フレームの内周面の少なくともいずれか一方に収納凹部を形成しておき、前記櫛形案内板を挟み込む際、前記収納凹部に嵌め込んで固定する
ことを特徴とする請求項１０に記載の液冷式電動機の製造方法。
前記櫛形案内板は、板金をプレス打ち抜きにて打ち抜き、この打ち抜いた板金を断面コの字型に折り曲げることにより作製されている
ことを特徴とする請求項１０または１１に記載の液冷式電動機の製造方法。
前記内側、外側フレームは、鋳造、アルミダイカスト、アルミ引き抜き成型、もしくはプレス打ち抜きにて円筒状に作製され、その後、外周面の櫛形案内板取り付け位置に雌ねじ穴が螺刻される
ことを特徴とする請求項１０から１２のいずれか１項に記載の液冷式電動機の製造方法。