JP2008259326A - モータ - Google Patents

Abstract

【課題】内部の温度分布のバラツキを抑え、より効果的に冷却を行えるモータを提供する。
【解決手段】回転子８がシャフト３と共に回転し、磁石８ｂを保持した部位８ｃにより、貯留された絶縁油ＯＬを跳ね上げる。跳ね上げられた絶縁油ＯＬの一部は、油滴となって固定子７の外部に付着し、固定子７より熱を奪った後に摘下する。一方、跳ね上げられた絶縁油ＯＬの別の一部は、油滴となってケース１の内壁に付着し、ケース１に熱を与えた後に摘下する。尚、貯留された絶縁油ＯＬは、回転子８により跳ね上げられる際に、回転子８より熱を奪う。以上を繰り返すことで、固定子７と回転子８の温度は低下する一方、ケース１の温度は上昇するが、ケース１はウォータジャケット１ａ内を通過する冷却水との間で熱交換が行われるため、高温になることが抑制される。
【選択図】図１

Description

本発明は、産業機械や鉄道車両等に用いられるモータに関する。

鉄道車両や産業機械においては、高出力のモータが用いられている。ところで、モータの高出力化を図るために、大電流をモータに供給すると、回転子に発生する渦電流損、固定子に発生する銅損、および前記各々に発生する鉄損等による発熱が過大になり、モータの温度上昇を招くこととなる。

これに対し、以下の特許文献１には、モータのフレームとシャフトに冷却水の通路を形成して冷却水を循環させ、モータの冷却効果を高める技術が開示されている。
特許第２７３８８１４号公報

しかるに、特許文献１の技術においては、冷却水の通路を形成したモータのフレームとシャフトを効果的に冷却できるが、高温となる回転子の表面および固定子の回転子側表面等からシャフト又はフレームへ伝導する熱の量は比較的低いという問題がある。従って、モータ内において高温の部分（例えば固定子）と、低温の部分（例えばフレームとシャフト）とが生じ、温度分布のバラツキを招いているために、効率的にモータの冷却を行うという観点からは改善の余地がある。

本発明は、かかる従来技術の問題点に鑑みてなされたものであって、内部の温度分布のバラツキを抑え、より効果的に冷却を行えるモータを提供することを目的とする。

本発明のモータは、
冷却構造を有する密閉されたフレームと、
前記フレームに取り付けられた固定子と、
前記フレームに対して回転自在に支持されたシャフトと、
前記シャフトに取り付けられ、前記固定子に対向する回転子と、
前記フレーム内に貯留された流体状の冷却媒体とを有することを特徴とする。

本発明のモータによれば、前記フレーム内に流体状の冷却媒体を貯留しているので、例えば回転する回転子等により跳ね上げられた冷却媒体が、前記固定子や前記回転子に付着して加熱され、一方で前記フレームの内壁に付着することで冷却されることとなる。即ち、前記冷却媒体を介して、比較的高温になる前記固定子や前記回転子から前記フレームへと熱伝導を行うことで、前記モータ内の温度分布を均一化させ、前記モータの冷却を効率的に行えるようにしている。尚、「流体状の冷却媒体」としては例えば絶縁油が考えられるが、それに限られない。

前記シャフトと共に回転し、前記貯留された冷却媒体を跳ね上げる跳ね上げ手段を有すると、更に冷却効果を高めることができる。

前記跳ね上げ手段は、前記回転子であると好ましいが、例えば爪状の部材を回転させても良い。

前記回転子は、周方向に周期的に突出する凸部を有すると、前記冷却媒体の跳ね上げを効果的に行える。

前記シャフトは冷却構造を有すると、更に効果的に冷却を行える。

以下、図面を参照して本発明の実施の形態について説明する。図１は、第１の実施の形態にかかるモータの断面図である。図１において、中空のケース１の両端は、それぞれ開口２ａ、２ａを有する円盤２，２によってパッキン（不図示）を介して閉止されている。ケース１の周壁内には、冷却構造としてのウォータジャケット１ａが形成されており、これはケース１の外壁に形成された冷却水の供給孔１ｂと排出孔１ｃとに連通している。このような形状のケース１は、径の異なる円管の端部を溶接するなどして形成できる。ここでは、ケース１と円盤２，２とでフレームを構成する。

円盤２，２の開口２ａ、２ａには、シャフト３が挿通され、軸受４，４により回転自在に支持されている。各軸受４の内側は内側シール５が配置され、その外側には外側シール６が配置され、これらはボルトＢにより円盤２に固定されている。内側シール５と外側シール６は，ラビリンスシールでも良いが、リップの付いた接触式シールが好ましい。

ケース１の内周には固定子７が固定配置され、シャフト３の外周には回転子８が固定配置されている。又、ケース１内には、図１で一点鎖線で示す位置まで、冷却媒体としての絶縁油ＯＬが貯留されている。かかる状態では、回転子８の一部が、貯留された絶縁油ＯＬに浸っている。

図２は、図１の構成をII-II線で切断して矢印方向に見た図である。図２において、固定子７は、ケース１の内周に周方向に等間隔に固定配置された、図２の方向に見てＩ形の珪素鋼板７ａと、各珪素鋼板７ａの周囲に巻回されたコイル７ｂとからなる。一方、回転子８は、シャフト３の外周に固定された珪素鋼板８ａと、コイル７ｂに対応するようにして周方向に等間隔に保持された磁石８ｂとからなる。本実施の形態では、珪素鋼板８ａの外周において、磁石８ｂを保持した部位８ｃの間が凹部８ｄとなっており、固定子７と回転子８との間のエアギャップ容積を増大させている。これを言い換えれば、磁石８ｂを保持した部位８ｃは、凸部として半径方向外方に突出していることとなる。

図１，２を参照して、本実施の形態の動作を説明する。ケース１の供給孔１ｂと排出孔１ｃとには、不図示の配管が接続され、外部から供給孔１ｂを介してウォータジャケット１ａ内に冷却水を導入し、更に排出孔１ｃを介して再び外部へと冷却水を排出するようになっている。

ここで、モータを動作させると、固定子７と回転子８との間に磁力が発生し、それによりシャフト３を回転させるようになっている。モータの動作に伴い固定子７と回転子８とが発熱し、高温となったものとする。本実施の形態によれば、跳ね上げ手段としての回転子８がシャフト３と共に回転し、磁石８ｂを保持した部位８ｃにより、貯留された絶縁油ＯＬを跳ね上げるよになっている。跳ね上げられた絶縁油ＯＬの一部は、油滴となって固定子７の外部に付着し、固定子７より熱を奪った後に摘下し或いは伝い落ちる。一方、跳ね上げられた絶縁油ＯＬの別の一部は、油滴となってケース１の内壁に付着し、ケース１に熱を与えた後に摘下或いは伝い落ちる。尚、貯留された絶縁油ＯＬは、回転子８により跳ね上げられる際に、回転子８より熱を奪う。これらが繰り返されることで、固定子７と回転子８の温度は低下する一方、ケース１の温度は上昇するが、ケース１はウォータジャケット１ａ内を通過する冷却水との間で熱交換が行われるため、高温になることが抑制される。以上により、モータ内部の温度分布の均一化を図り、冷却を効率的に行うことができる。

図３は、第２の実施の形態にかかるモータの断面図である。図３に示す実施の形態においては、上述した実施の形態に対して、シャフトの冷却構造と、跳ね上げ手段としての爪部材を設けている点が異なる。

図４は、シャフトの冷却構造を示す拡大断面図である。本実施の形態のシャフト３’は、図で左方が開口した袋孔３ａを有しており、更にシャフト３’の左端には、中空の延伸部材１１を同軸に固定している。延伸部材１１の端部には、回転リング１２を保持する保持具１３が、延伸部材１１に螺合するナット１４により取り付けられている。

一方、左方の円盤２の外方には、延伸部材１１の周囲を覆うようにして、円筒状の筐体１５が取り付けられている。筐体１５は、延伸部材１１に対してシール効果を発揮するフランジ状のシール部１５ａを有しており、また環状の中間部材１６を介して、延伸部材１１の端部を覆うカバー部材１７を取り付けている。カバー部材１７の外周には、内部と連通する排出孔１７ａが形成されている。中間部材１６の内周には、延伸部材１１を包囲する摺動部材１８が取り付けられており、摺動部材１８の端部に保持された摺動リング１９は、回転リング１２に全周で当接している。尚、中間部材１６は、筐体１５，カバー部材１７，摺動部材１８に対してＯ−リングによりシールされている。

カバー部材１７の中央を貫通したパイプ２０は、延伸部材１１の端部からシャフト３’の袋孔３ａ内へと延在している。尚、パイプ２０の外方端部は、不図示の配管に接続されている。

図５は、爪部材の一部を軸線方向に見た図である。爪部材３０は、シャフト３’の外周に嵌合する基部３０ａと、基部３０ａから半径方向に等角度で突出した複数の爪部３０ｂとを有する。

本実施の形態の動作を説明すると、不図示の配管を介して、パイプ２０に冷却水が供給されると、供給された冷却水は、パイプ２０を通過してシャフト３’の袋孔３ａの底部近傍で折り返し、袋孔３ａとパイプ２０の間を通過する際に、シャフト３’より熱を奪い、延伸部材１１の端部から、カバー部材１７の内部に侵入し、排出孔１７ａを介して外部へと排出されるようになっている。これによりシャフト３’を介して、回転子８を冷却することができる。延伸部材１１は回転しているのに対して、中間部材１６は静止しているが、中間部材１６に取り付けられた摺動リング１９に対して、延伸部材１１に取り付けられた回転リング１２が全周で当接しながら回転するため、冷却水の漏れはごくわずかとなっている。ここを通過して漏れた冷却水は、筐体１５の外周に形成されたドレーン孔１５ｂを介して排出される。

図４，５を参照して、跳ね上げ手段としての爪部材３０がシャフト３と共に回転し、爪部３０ｂにより、ケース１内に貯留された絶縁油ＯＬを跳ね上げることができ、上述と同様の効果により、更に冷却効率を高めることができる。

以上、実施の形態を参照して本発明を詳細に説明してきたが、本発明は上記実施の形態に限定して解釈されるべきでなく、その趣旨を損ねない範囲で適宜変更、改良可能であることはもちろんである。

第１の実施の形態にかかるモータの断面図である。 図１の構成をII-II線で切断して矢印方向に見た図である。 第２の実施の形態にかかるモータの断面図である。 シャフトの冷却構造を示す拡大断面図である。 爪部材の一部を軸線方向に見た図である。

符号の説明

１ ケース
１ａ ウォータジャケット
１ｂ 供給孔
１ｃ 排出孔
２ 円盤
２ａ 開口
３、３’ シャフト
３ａ 袋孔
４ 軸受
５ 内側シール
６ 外側シール
７ 固定子
７ａ 珪素鋼板
７ｂ コイル
８ 回転子
８ａ 珪素鋼板
８ｂ 磁石
８ｃ 部位
８ｄ 凹部
１１ 延伸部材
１２ 回転リング
１３ 保持具
１４ ナット
１５ 筐体
１５ａ シール部
１５ｂ ドレーン孔
１６ 中間部材
１７ カバー部材
１７ａ 排出孔
１８ 摺動部材
１９ 摺動リング
２０ パイプ
３０ 爪部材
３０ａ 基部
３０ｂ 爪部
ＯＬ 絶縁油

Claims (5)

1. 冷却構造を有する密閉されたフレームと、
   前記フレームに取り付けられた固定子と、
   前記フレームに対して回転自在に支持されたシャフトと、
   前記シャフトに取り付けられ、前記固定子に対向する回転子と、
   前記フレーム内に貯留された流体状の冷却媒体とを有することを特徴とするモータ。
2. 前記シャフトと共に回転し、前記貯留された冷却媒体を跳ね上げる跳ね上げ手段を有することを特徴とするモータ。
3. 前記跳ね上げ手段は、前記回転子であることを特徴とする請求項２に記載のモータ。
4. 前記回転子は、周方向に周期的に突出する凸部を有することを特徴とする請求項１〜３のいずれかに記載のモータ。
5. 前記シャフトは冷却構造を有することを特徴とする請求項１〜４のいずれかにに記載のモータ。

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