JP2010268667A - 電動機冷却ジャケット - Google Patents

Abstract

【課題】電動機を冷却する電動機冷却ジャケットで電動機を効率よく冷却する。
【解決手段】電動機を冷却する電動機用冷却ジャケット１０であって、電動機を囲繞するように電動機の外周面に密接して周方向に複数のケーシング１１を配設する。各ケーシング１１は、ケーシング内を貫通する複数の冷却通路が設けられた第１のケーシング、第１のケーシングの端部に接合され、冷却通路同士を連通させる冷却通路が設けられた第２のケーシングとを有する。複数のケーシング内に冷却通路を設けるので、部品点数を低減できる。
【選択図】図１

Description

本発明は、電動機を冷却する電動機冷却ジャケットに関する。

従来、ステータコアの外側に全周を覆うように筒状のケーシングを設け、このケーシングに冷媒が流れる冷却通路を加工して電動機を冷却するようにした液冷モータが知られている（例えば特許文献１参照）。しかしながら、この特許文献１記載の液冷モータでは、ステータコアの外側に筒状のケーシングを設けるため、電動機が必要以上に大型化する。

一方、電動機の周囲に、冷媒が流れる冷却管を配設して電動機を冷却するようにした冷却ジャケットが知られている（例えば特許文献２参照）。この特許文献２記載の冷却ジャケットでは、電動機の周囲に凹部溝の形成された板を配置し、その凹部溝に冷却管を収容して支持するとともに、板に対向して冷却管の外側を蓋で覆い、板と蓋の間に熱伝導性を有する樹脂を充填する。

特許第２６６１８０５号公報 特許第３７５９０９７号公報

しかしながら、上記特許文献２記載の冷却ジャケットのように電動機の周囲に冷却管を配設する構成では、部品点数が増加し、コストの上昇を招くだけでなく、冷却効率も悪い。

本発明は、電動機を冷却する電動機用冷却ジャケットであって、電動機を囲繞するように電動機の外周面に密接して周方向に配設された複数のケーシングと、電動機の外周面に複数のケーシングを固定する固定手段とを備え、ケーシング内に、冷却媒体が通過する冷却通路が設けられることを特徴とする。

本発明によれば、電動機の外周面に密接して配設された複数のケーシング内に冷却通路を設けるので、部品点数を低減できる。その結果、コストの上昇を抑えることができるとともに、冷却効率を向上できる。

本発明の実施の形態に係る電動機冷却ジャケットの全体構成を示す斜視図である。 図１の本II-II線断面図である。 図１の要部構成を示す斜視図である。 本実施の形態に係る冷却ジャケットの冷却通路を示す図である。

以下、図１〜図４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、本実施の形態に係る電動機冷却ジャケット１０の全体構成を示す斜視図であり、図２は図１のII-II線断面図である。図１，２において、冷却ジャケット１０は電動機Ｍの周囲に配設されている。なお、図２では、電動機Ｍと冷却ジャケット１０の構成を概略的に示しており、詳細な構成の図示は省略している。

電動機Ｍは、例えばマシニングセンタのような工作機械の主軸駆動用に用いられる三相誘導電動機である。この電動機Ｍは、筒状のステータ１と、ステータ１内に回転可能に支持されたロータ２とを有する。図示は省略するが、ステータ１は、薄板鋼板などの磁性体を積層してなるステータコアと、ステータコアに巻回される巻線とを有し、巻線への供給電流によりロータ２の周囲に回転磁界を形成し、ロータ２を回転させる。なお、本実施の形態に係る電動機Ｍには、電動機Ｍの周囲にステータコアの外周部を包囲かつ支持するケーシングは設けられていない。

このような電動機Ｍは、ステータコアの鉄損と巻線の銅損とに起因して発熱する。特に、工作機械の主軸駆動用の電動機Ｍでは、工作機械の主軸が伝熱により熱変形すると加工精度に悪影響を与えるため、電動機Ｍを冷却して電動機Ｍの発熱を抑える必要がある。本実施の形態では、以下のような冷却ジャケット１０により電動機Ｍを冷却する。

冷却ジャケット１０は、ステータ１を囲繞するように配置され、冷却通路２０の形成された複数（ここでは４個）のケーシング１１と、周方向に隣接されたケーシング１１同士を連結する連結バー１２とを有する。図２に示すように、ステータ１の外形は略四角形状、厳密には角部を面取りした八角形状を呈し、ケーシング１１は、これらステータ１の４つの壁面にそれぞれ密接して配置されている。各ケーシング１１は、連結バー１２により連結されることで一体化されて、ステータ１の外壁面に密接して支持されている。

図３は、ケーシング１１の構成を示す斜視図である。ケーシング１１は、長手方向（ロータ２の回転軸方向）に延設された略矩形状の中央ケーシング１３と、中央ケーシング１３の両端に配置された一対の端部ケーシング１４，１５とを有する。中央ケーシング１３と端部ケーシング１４，１５とは、例えば接着剤により接触面をシールして接合され、ケーシング１１が一体化される。中央ケーシング１３と端部ケーシング１４，１５を、Ｏリング等のシール材を介し、ボルトで締結することにより接合することもできる。中央ケーシング１３と端部ケーシング１４，１５の幅は互いに等しく、ケーシング１１は全体としても略矩形状を呈する。中央ケーシング１３と端部ケーシング１４，１５は、それぞれ熱伝導性のよい材質からなる。

中央ケーシング１３には、長手方向に直線状に貫通する複数（ここでは１０個）の貫通孔１６が穿設され、中央ケーシング１３の両端部には、それぞれ幅方向にわたって開口部１７，１８が並設されている。中央ケーシング１３の上面には、連結バー１２の端部が嵌合する凹部１９が設けられ、凹部１９にねじ穴２０が設けられている。ねじ穴２０には連結バー１２を貫通したボルト２１（図１）が螺合し、これにより連結バー１２がケーシング１１に締結される。

一方の端部ケーシング１４には、隣接する開口部１７をまたぐように開口部１７に面して長孔状の座グリである複数（ここでは５個）の有底孔２２が設けられている。このため端部ケーシング１４と中央ケーシング１３とを接合すると、有底穴２２を介して中央ケーシング１３の隣接する貫通穴１６同士が連通する。すなわち１番目と２番目の貫通穴１６、３番目と４番目の貫通穴１６、・・・がそれぞれ有底孔２２を介して連通する。

他方の端部ケーシング１５には、その幅方向両端部に、中央ケーシング１３の幅方向両端部の開口部１８に一致するように貫通穴２３が設けられている。貫通孔２３の内側には、隣接する開口部１８をまたぐように開口部１８に面して長孔状の座グリである複数（ここでは４個）の有底孔２４が設けられている。このため端部ケーシング１５と中央ケーシング１３とを接合すると、端部ケーシング１５の両端部の貫通穴２３と中央ケーシング１３の両端部の貫通孔１６とが互いに連通するとともに、有低穴２４を介して中央ケーシング１３の隣接する貫通孔１６同士が連通する。すなわち貫通孔２３と中央ケーシング１３の１番目、１０番目の貫通孔１６とがそれぞれ連通するとともに、２番目と３番目の貫通孔１６、４番目と５番目の貫通孔１６、・・・がそれぞれ有底孔２４を介して連通する。

以上により、図４に示すように中央ケーシング１３内に直線状の冷却通路ＰＳ１が形成され、端部ケーシング１４，１５内に略Ｕ字状の冷却通路ＰＳ２が形成される。端部ケーシング１４の両端部の貫通穴２３をそれぞれ入口部２５、出口部２６とすると、ケーシング１１内には、入口部２５から出口部２６にかけ、ほぼ全域にわたりジグザグ状に冷却通路ＰＳが形成される。

図１に示すように、ケーシング１１０の入口部２５とこのケーシング１１０に隣接するケーシング１１１の出口部２６は、柔軟性ある樹脂製のチューブ２７により接続されている。これにより、隣接するケーシング１１の冷却通路ＰＳ同士がチューブ２７を介して互いに連通する。

入口部２５が全て出口部２６に接続されているわけではなく、図１に示すように、一の入口部２５には冷媒流入用継ぎ手２８が接続され、一の出口部２６には冷媒流出用継ぎ手２９が接続されている。図示は省略するが、電動機Ｍの外部には、冷却液などの冷媒を供給する冷媒供給装置と、戻り冷媒を処理する冷媒処理装置とが設けられている。

冷媒供給装置からの冷媒は、継ぎ手２８を介してケーシング１１内に供給される。供給された冷媒は、各ケーシング１１内の冷却通路ＰＳをそれぞれ通過した後、継ぎ手２９を介して冷媒処理装置に排出される。この際、冷媒の流れによりステータ１の表面から奪熱され、電動機Ｍが冷却される。冷媒処理装置では、冷媒を冷却して冷媒供給装置へと送り、冷媒を循環させる。

本実施の形態によれば以下のような作用効果を奏することができる。
（１）ケーシング１１内に貫通孔１６と有底孔２２，２４とによりジグザグ状に冷却通路ＰＳを形成するとともに、電動機Ｍを囲繞するようにステータ１の外壁面に密接して周方向に複数のケーシング１１を配置した。これにより電動機Ｍを必要以上に大型化することなく、複数のケーシング１１内における冷媒の流れにより電動機Ｍを効率よく冷却することができ、電動機Ｍの発熱を抑えることができる。
（２）ケーシング１１に孔１６，２２，２４を開口して、ケーシング内に直接冷却通路ＰＳを形成するので、部品点数を低減できる。すなわち、電動機の周囲に冷却管を配設する必要がないため、冷却管を支持する板や、冷却管の外側を覆う蓋、板と蓋の間に充填される充填材等が不要である。その結果、コストを抑えることができるとともに、熱伝導性も良好であり、冷却効率を向上できる。したがって、工作機械の主軸駆動用電動機Ｍに用いて好適である。

（３）中央ケーシング１３とその両端の端部ケーシング１４，１５とによりケーシング１１を構成し、中央ケーシング１３内を貫通する複数の直線状の冷却通路ＰＳ１を、端部ケーシング１４，１５内に設けられた略Ｕ字状の冷却通路ＰＳ２により連通するようにしたので、ケーシング１１のほぼ全域にわたってジグザグ状に冷却通路ＰＳを形成することができ、電動機全体を良好に冷却できる。
（４）ケーシング１１に冷却通路ＰＳの入口部２５と出口部２６をそれぞれ設け、隣接するケーシング１１の入口部２５と出口部２６をチューブ２７により接続するので、異なるケーシング１１の冷却通路ＰＳ同士の接続が容易である。
（５）隣接するケーシング１１同士を連結バー１２により連結するので、電動機Ｍの周囲に複数のケーシング１１を容易に固定できる。

なお、上記実施の形態では、電動機Ｍの周囲の主要な面に密接して周方向に４つのケーシング１１を配設するようにしたが、電動機Ｍの周囲の各面に密接してケーシング１１を配設するようにしてもよい。電動機Ｍの外形形状は上述したものに限らず、他の多角形状や円形状などでもよい。電動機Ｍの外形形状が円形状の場合には、その形状に合わせてケーシング１１の面を曲面状に形成してもよい。

第１のケーシングとしての中央ケーシング１３に、中央ケーシング１３内を貫通する冷却通路ＰＳ１（第１の冷却通路）を設けるとともに、第２のケーシングとしての端部ケーシング１４，１５に、冷却通路ＰＳ１同士を連通させる冷却通路ＰＳ２（第２の冷却通路）を設けたが、ケーシング１１の構成はこれに限らない。したがって、冷却通路ＰＳの形状もジグザグ状でなくてもよい。

異なるケーシング１１の冷却通路ＰＳをチューブ２７により連通するようにしたが、金属配管等、他の管部材を用いてもよい。複数のケーシング１１を連結バー１２により連結してケーシング１１を固定するようにしたが、ケーシング１１を固定する固定手段はいかなるものでもよい。連結バー１２の貫通孔を長孔にして連結バー１２の締結位置を調整可能としてもよい。ケーシング１１内を流れる冷却媒体は液体に限らず、気体でもよい。

以上の実施の形態では、工作機械の主軸駆動用の電動機に用いる例について説明したが、工作機械以外の電動機にも本発明を同様に適用できる。すなわち、本発明の特徴、機能を実現できる限り、本発明は実施の形態の電動機用冷却ジャケットに限定されない。

１０ 冷却ジャケット
１１ ケーシング
１２ 連結バー
１３ 中央ケーシング
１４，１５ 端部ケーシング
２７ チューブ
ＰＳ，ＰＳ１，ＰＳ２ 冷却通路

Claims (3)

1. 電動機を冷却する電動機用冷却ジャケットであって、
   前記電動機を囲繞するように前記電動機の外周面に密接して周方向に配設された複数のケーシングと、
   前記電動機の外周面に前記複数のケーシングを固定する固定手段とを備え、
   前記各ケーシング内に、冷却媒体が通過する冷却通路が設けられることを特徴とする電動機用冷却ジャケット。
2. 請求項１に記載の電動機用冷却ジャケットにおいて、
   前記各ケーシングは、
   前記ケーシング内を貫通する複数の第１の冷却通路が設けられた第１のケーシングと、
   前記第１のケーシングの端部に接合され、前記第１の冷却通路同士を連通させる第２の冷却通路が設けられた第２のケーシングとを有することを特徴とする電動機用冷却ジャケット。
3. 請求項１または２に記載の電動機用冷却ジャケットにおいて、
   前記各ケーシングに設けられた前記冷却通路を連通させる管部材をさらに備えることを特徴とする電動機用冷却ジャケット。

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