JP2014138542A

JP2014138542A - 電動機

Info

Publication number: JP2014138542A
Application number: JP2013007600A
Authority: JP
Inventors: Kota Kajiwara; 康太梶原
Original assignee: Mitsubishi Electric Corp
Current assignee: Mitsubishi Electric Corp
Priority date: 2013-01-18
Filing date: 2013-01-18
Publication date: 2014-07-28
Anticipated expiration: 2033-01-18
Also published as: JP5955235B2

Abstract

【課題】冷却効率が高く、必要冷媒流量を確保することができる電動機を得ること。
【解決手段】コイルが装着されロータを内部に収容する円筒状のステータ２０に外嵌され外周部に冷媒溝が設けられる冷却ジャケット３０と、冷却ジャケット３０に外嵌され冷媒溝の外側解放面を塞ぐ円筒状のフレーム４０と、を備える電動機９１において、冷媒溝は、冷却ジャケット３０の軸方向所定の位置に設けられる円環状の冷媒流入溝３１，３６と、冷媒流入溝３１，３６から軸方向に所定距離離間した位置に設けられる円環状の冷媒流出溝３２，３７と、冷媒流入溝３１，３６と冷媒流出溝３２，３７との間に設けられ始端が冷媒流入溝３１，３６の側部に連通し、終端が冷媒流出溝３２，３７の側部に連通する螺旋溝３３，３８と、を有し、フレーム４０に設けられ冷媒流入溝３１，３６に連通する冷媒流入口４１，４６は、螺旋溝３３，３８の始端と円周位相が１８０°ずれている。
【選択図】図１

Description

本発明は、ステータの外周部に冷媒を循環させて強制冷却する電動機に関する。

図４は、比較例として示す従来の電動機の冷却ジャケット及びフレームを示す縦断面斜視図であり、図５は、従来の電動機を示す部分縦断面図であり、図６は、従来の冷却ジャケットの冷媒流入溝を示す横断面図である。

図４〜６に示す従来の電動機２００は、一般的な工作機械に用いられるものであり、円柱状のロータ１０と、コイル２１が装着されロータ１０を内部に収容する円筒状のステータ２０と、ステータ２０に外嵌され外周部に冷媒溝３４が設けられる円筒状の冷却ジャケット２３０と、冷却ジャケット２３０に外嵌され冷媒溝３４の外側解放面を塞ぐ円筒状のフレーム４０と、を備えている。

冷媒溝３４は、冷却ジャケット２３０の軸方向一端側に設けられる円環状の冷媒流入溝３１と、軸方向他端側に設けられる円環状の冷媒流出溝３２と、冷媒流入溝３１と冷媒流出溝３２との間に設けられ始端３３ａが冷媒流入溝３１の側部に連通し、終端（図示せず）が冷媒流出溝３２の側部に連通する螺旋溝３３と、を有している。フレーム４０に設けられ冷媒流入溝３１に連通する冷媒流入口４１は、螺旋溝３３の始端３３ａと円周位相が４５°ずれている。

従来の電動機２００では、冷媒は、冷媒流入口４１から冷媒流入溝３１内に流入し、時計回り流路３１ａ及び反時計回り流路３１ｂを通って螺旋溝３３の始端３３ａから螺旋溝３３内に流入し、螺旋溝３３内を通って螺旋溝３３の終端（図示せず）から冷媒流出溝３２内に流入し、時計回り流路及び反時計回り流路（何れも図示せず）を通ってフレーム４０に設けられた冷媒流出口４２から流出し、電動機２００を強制冷却している。

また、従来、内部に電動機を収容するケーシングの壁面が上記電動機の外周側に沿って分割され、上記分割壁面に沿って設置された仕切板を挟んで上記分割壁面が合わされ、上記外周側に沿って上記分割壁面に形成された凹部が仕切板によりそれぞれ上記外周側に沿う複数層の通路に区画され、上記仕切板に設けられた連通孔により上記複数層の通路が単一の冷媒流路に形成された電動機の冷却装置が開示されている（例えば、特許文献１参照）。

また、ロータおよびステータを収容する筒状のケースを備えた電動機であって、前記ケースは、その内部に周方向の略全体にわたって形成され、流体を流通可能な冷却用空間を備え、前記冷却用空間は、前記流体が流入する入口を有し、周方向の略全体にわたって前記流体を流通可能な第１冷却部と、この第１冷却部よりも前記ケースの軸方向の一方側に位置し、周方向の略全体にわたって流体を流通可能な第２冷却部と、前記入口に対して前記ケースの半径方向に対向する側における周方向の所定範囲の領域に位置し、前記第１冷却部内の前記流体が合流するとともに前記第１冷却部と前記第２冷却部とを連通する第１合流部と、この第１合流部に対して前記半径方向に対向する側における周方向の所定範囲の領域に位置し、前記第２冷却部内の前記流体が合流する第２合流部とを含む電動機が開示されている（例えば、特許文献２参照）。

また、ロータ、該ロータに同心状にかつ該ロータの外周側に配されるステータ、及び該ステータ同心状かつ該ステータを外包するケースよりなる高速発電機において、前記ステータの外周面に対応する前記ケースに冷却用流路をらせん状に設け、前記冷却用流路は、前記ケースの軸方向中央部に冷却水入口を有し、軸方向両端部に冷却水出口を有してなる高速発電機が開示されている（例えば、特許文献３参照）。

特許第３６２２５８２号公報特開２０１０−２０６９９３号公報特開平０１−２７４６３６号公報

しかしながら、図４〜６に示す従来の電動機２００では、フレーム４０に設けられ冷媒流入溝３１に連通する冷媒流入口４１が、螺旋溝３３の始端３３ａと円周位相が４５°ずれていて、冷媒流入溝３１内の時計回り流路３１ａの流路長と反時計回り流路３１ｂの流路長が異なるため、冷媒の流れが不均一となり冷却効率が悪い、という問題がある。また、螺旋溝３３の流路長が長いため、圧力損失が増大し、必要冷媒流量が確保できない、という問題がある。また、電動機２００の発熱量が最大となる工作機械の稼働条件に合わせて常時一定の冷媒流量が設定されているため、冷媒循環装置の消費電力が大きい、という問題がある。

また、上記特許文献１又は２に記載された従来の技術によれば、仕切板に設けた連通孔又は第１合流部に冷媒が集中するため、冷媒の偏流が発生し熱分布にバラツキが生じる、という問題がある。また、連通孔又は第１合流部の流路面積が狭く、圧力損失が局部的に増大し、冷却流量が制約される、という問題がある。また、冷媒流路が連続していないので、流路の加工工数が増大しコストアップを招く、という問題がある。

また、上記特許文献３に記載された従来の技術によれば、冷却用流路が軸方向中央部で両側に分岐されるので、流量が半分となり冷却効率が悪化する、という問題がある。また、モータ全長が長く、冷却用流路が長くなる場合、冷却流量を確保することが難しい、という問題がある。

本発明は、上記に鑑みてなされたものであって、冷却効率が高く、必要冷媒流量を確保することができ、冷媒循環装置の消費電力が少ない電動機を得ることを目的とする。

上述した課題を解決し、目的を達成するために、本発明は、円柱状のロータと、コイルが装着され前記ロータを内部に収容する円筒状のステータと、前記ステータに外嵌され外周部に冷媒溝が設けられる円筒状の冷却ジャケットと、前記冷却ジャケットに外嵌され前記冷媒溝の外側解放面を塞ぐ円筒状のフレームと、を備える電動機において、前記冷媒溝は、前記冷却ジャケットの軸方向所定の位置に設けられる円環状の冷媒流入溝と、前記冷媒流入溝から軸方向に所定距離離間した位置に設けられる円環状の冷媒流出溝と、前記冷媒流入溝と冷媒流出溝との間に設けられ始端が前記冷媒流入溝の側部に連通し、終端が前記冷媒流出溝の側部に連通する螺旋溝と、を有し、前記フレームに設けられ前記冷媒流入溝に連通する冷媒流入口は、前記螺旋溝の始端と円周位相が１８０°ずれていることを特徴とする。

本発明によれば、冷却効率が高く、必要冷媒流量を確保することができる電動機が得られる。

図１は、本発明に係る電動機の実施の形態１を示す部分縦断面図である。図２は、実施の形態１の冷却ジャケットの冷媒流入溝を示す横断面図である。図３は、本発明に係る電動機の実施の形態２の冷媒流量制御システムを示すシステム構成図である。図４は、比較例として示す従来の電動機の冷却ジャケット及びフレームを示す縦断面斜視図である。図５は、従来の電動機を示す部分縦断面図である。図６は、従来の冷却ジャケットの冷媒流入溝を示す横断面図である。

以下に、本発明に係る電動機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、本発明に係る電動機の実施の形態１を示す部分縦断面図であり、図２は、実施の形態１の冷却ジャケットの冷媒流入溝を示す横断面図である。

実施の形態１の電動機９１は、一般的な工作機械に用いられるものであり、図１及び図２に示すように、円柱状のロータ１０と、コイル２１が装着されロータ１０を内部に収容する円筒状のステータ２０と、ステータ２０に外嵌され外周部に冷媒溝３４，３５が設けられる円筒状の冷却ジャケット３０と、冷却ジャケット３０に外嵌され冷媒溝３４，３５の外側解放面を塞ぐ円筒状のフレーム４０と、を備えている。

冷媒溝３４は、冷却ジャケット３０の軸方向所定の位置（軸方向一端部）に設けられる円環状の冷媒流入溝３１と、冷媒流入溝３１から軸方向に所定距離離間した位置（軸方向中央部）に設けられる円環状の冷媒流出溝３２と、冷媒流入溝３１と冷媒流出溝３２との間に設けられ始端３３ａが冷媒流入溝３１の側部に連通し、終端（図示せず）が冷媒流出溝３２の側部に連通する螺旋溝３３と、を有している。フレーム４０に設けられ冷媒流入溝３１に連通する冷媒流入口４１は、螺旋溝３３の始端３３ａと円周位相が１８０°ずれている。また、フレーム４０に設けられ冷媒流出溝３２に連通する冷媒流出口４２は、螺旋溝３３の終端（図示せず）と円周位相が１８０°ずれている。

また、冷却ジャケット３０には、他の冷媒溝３５が設けられており、他の冷媒溝３５は、冷却ジャケット３０の冷媒流出溝３２の隣（軸方向中央部）に設けられた円環状の冷媒流入溝３６と、冷媒流入溝３６から軸方向に所定距離離間した位置（軸方向他端部）に設けられる円環状の冷媒流出溝３７と、冷媒流入溝３６と冷媒流出溝３７との間に設けられ始端（図示せず）が冷媒流入溝３６の側部に連通し、終端（図示せず）が冷媒流出溝３７の側部に連通する螺旋溝３８と、を有している。フレーム４０に設けられ冷媒流入溝３６に連通する冷媒流入口４６は、螺旋溝３８の始端（図示せず）と円周位相が１８０°ずれている。また、フレーム４０に設けられ冷媒流出溝３７に連通する冷媒流出口４７は、螺旋溝３８の終端（図示せず）と円周位相が１８０°ずれている。

以上説明したように、実施の形態１の電動機９１では、フレーム４０に設けられ冷媒流入溝３１に連通する冷媒流入口４１が、螺旋溝３３の始端３３ａと円周位相が１８０°ずれていて、冷媒流入溝３１内の時計回り流路３１ａの流路長と反時計回り流路３１ｂの流路長が同一であるため、冷媒の流れが均一となり冷却効率が高い。また、螺旋溝３３，３８の流路長が短いので、圧力損失が小さく、必要冷媒流量を確保することができる。

実施の形態２．
図３は、本発明に係る電動機の実施の形態２の冷媒流量制御システムを示すシステム構成図である。実施の形態２の電動機の冷媒流量制御システム９２において、実施の形態１の電動機９１と同等の部分には、同一の符号を付して、その詳細な説明を省略する。

実施の形態２の電動機の冷媒流量制御システム９２は、冷媒流入口４１，４６に接続され冷媒流入口４１，４６に流入する冷媒流量を制御する電磁流量制御弁５０と、工作機械のロード値を電磁流量制御弁５０の制御因子として出力するＮＣユニット７０と、ロード値と冷媒流量との関係を相関テーブルとして有しロード値に基づいて冷媒流量を決定し電磁流量制御弁５０に励磁電流指令を出力する比較演算部６０と、を備えている。

実施の形態２の電動機の冷媒流量制御システム９２によれば、工作機械のロード値（例えば、切削量）に応じて、電動機９１の冷媒流量を調整するので、冷媒循環装置の消費電力を節約することができる。

１０ロータ、２０ステータ、２１コイル、３０冷却ジャケット、３４，３５冷媒溝、３１，３６冷媒流入溝、３２，３７冷媒流出溝、３３，３８螺旋溝、３１ａ時計回り流路、３１ｂ反時計回り流路、３３ａ始端、４０フレーム、４１，４６冷媒流入口、４２，４７冷媒流出口、５０電磁流量制御弁、６０比較演算部、７０ＮＣユニット、９１電動機、９２電動機の冷媒流量制御システム。

Claims

円柱状のロータと、コイルが装着され前記ロータを内部に収容する円筒状のステータと、前記ステータに外嵌され外周部に冷媒溝が設けられる円筒状の冷却ジャケットと、前記冷却ジャケットに外嵌され前記冷媒溝の外側解放面を塞ぐ円筒状のフレームと、を備える電動機において、
前記冷媒溝は、前記冷却ジャケットの軸方向所定の位置に設けられる円環状の冷媒流入溝と、前記冷媒流入溝から軸方向に所定距離離間した位置に設けられる円環状の冷媒流出溝と、前記冷媒流入溝と冷媒流出溝との間に設けられ始端が前記冷媒流入溝の側部に連通し、終端が前記冷媒流出溝の側部に連通する螺旋溝と、を有し、前記フレームに設けられ前記冷媒流入溝に連通する冷媒流入口は、前記螺旋溝の始端と円周位相が１８０°ずれていることを特徴とする電動機。
前記フレームに設けられ前記冷媒流出溝に連通する冷媒流出口が、前記螺旋溝の終端と円周位相が１８０°ずれていることを特徴とする請求項１に記載の電動機。
前記冷媒流入口、冷媒流入溝、螺旋溝、冷媒流出溝及び冷媒流出口を含んでなる冷媒流路を、複数有することを特徴とする請求項１又は２に記載の電動機。
前記冷媒流入口に接続され該冷媒流入口に流入する冷媒流量を制御する電磁流量制御弁と、工作機械のロード値を前記電磁流量制御弁の制御因子として出力するＮＣユニットと、前記ロード値と冷媒流量との関係を相関テーブルとして有し前記ロード値に基づいて冷媒流量を決定し前記電磁流量制御弁に励磁電流指令を出力する比較演算部と、を備えることを特徴とする請求項１〜３のいずれか１つに記載の電動機。