JP3538947B2 - モータの冷却装置 - Google Patents

モータの冷却装置

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JP3538947B2 JP07955095A JP7955095A JP3538947B2 JP 3538947 B2 JP3538947 B2 JP 3538947B2 JP 07955095 A JP07955095 A JP 07955095A JP 7955095 A JP7955095 A JP 7955095A JP 3538947 B2 JP3538947 B2 JP 3538947B2
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Description

【発明の詳細な説明】
【0001】
【産業上の利用分野】本発明は、例えば風水力機械や冷
凍機等を駆動するモータの冷却装置に関するものであ
る。
【0002】
【従来の技術】従来、例えばスクリューコンプレッサや
ブロワ、あるいはポンプなどの風水力機械や冷凍機を駆
動するモータは、高速で回転駆動するため、たとえば、
固定子鉄心とフレームとの間に螺旋状の冷却ジャケット
を設け、この冷却ジャケットに冷媒を通すことにより、
回転子と固定子コイルで発生する熱を吸収してモータを
冷却するようにしている。
【0003】
【発明が解決しようとする課題】ところが高速で回転駆
動するモータ(以下、高速モータという)は、つぎのよ
うな理由で固定子表面の温度が上昇するが、従来の冷却
装置では熱の発生源から離れたところに冷却ジャケット
が配置されているので熱の伝達効率が悪く、そのため冷
却能力が不足し、効率的な冷却ができなくなる問題があ
った。その結果、高速モータの回転数を高くできない、
また、所要の出力を出せないという問題が生じていた。 (1) 回転体が高速回転になると、インバータ電源による
コアロスやストレイロスなどの高調波損失が固定子表面
などで増大する。 (2) 固定子巻線の銅損の損失熱が固定子鉄心に熱伝導す
ると、局部的に固定子鉄心の表面の温度が上がる。
【0004】
【課題を解決するための手段】上記課題を解決するため
に、請求項1の本発明は、固定子コイルを収納する複数
のスロットを内周部に設けた固定子鉄心と、前記固定子
鉄心の内周面に空隙を介して対向するように設けた回転
子と、前記固定子鉄心の外側に設けたフレームと、前記
固定子鉄心と前記フレームの間に冷媒を通すフレーム冷
却ジャケットを備え、前記フレーム冷却ジャケットは、
一方端に、外部の冷媒供給装置からの冷媒を受け取る冷
媒供給口を設け、他方端に、冷媒を前記冷媒供給装置に
排出する冷媒排出口を設けてあり、前記固定子鉄心の両
端のうち少なくとも一方の端部、または固定子鉄心を軸
方向に複数個に分割した分割部に、リング状またはC字
状の固定子冷却ジャケットを設けたモータの冷却装置に
おいて、前記固定子冷却ジャケットを、前記固定子鉄心
の歯先の位置まで延ばしてあり、前記フレーム冷却ジャ
ケットの途中に前記固定子冷却ジャケットの冷媒供給
孔、冷媒排出孔を円周方向に向かって略180°の位置
に対向するように配置させると共に前記フレーム冷却ジ
ャケットと前記固定子冷却ジャケットを連通させてあ
り、前記固定子コイルのコイルエンドと前記固定子冷却
ジャケットと前記フレームとで囲まれた空間に熱伝導性
樹脂を充填したことを特徴としている。
【0005】
【作用】上記手段により、本発明はつぎのような作用を
する。 (1) 熱の発生源である固定子鉄心の端面に直接、フレー
ム冷却ジャケットと連通する固定子冷却ジャケットを取
付け、また、この固定子冷却ジャケットは熱の発生源で
ある固定子コイルの外周部の傍らに位置するので、固定
子鉄心および固定子コイルで発生した損失熱は、固定子
冷却ジャケットを介してフレーム冷却ジャケットに効率
よく伝達される。また、固定子鉄心を軸方向に分割し
て、この分割部にも固定子冷却ジャケットを配置するこ
とにより、固定子鉄心および固定子コイルで発生した損
失熱は、固定子鉄心の中央部においても固定子冷却ジャ
ケットを介してフレーム冷却ジャケットに伝達されるの
で、固定子の軸方向において、均一に冷却されることに
なり、固定子鉄心および固定子コイルで発生した損失熱
は、固定子冷却ジャケットを介してフレーム冷却ジャケ
ットにさらに効率よく伝達される。 (2) 固定子鉄心に設けた固定子冷却ジャケットを、前記
固定子鉄心の歯先の位置まで延ばすようにすることによ
り、固定子コイルの損失熱の固定子冷却ジャケットへの
熱伝達が一層よくなり、固定子鉄心および固定子コイル
で発生した損失熱は、固定子冷却ジャケットを介してフ
レーム冷却ジャケットに極めて効率よく伝達される。 (3) 前記固定子冷却ジャケットの冷媒供給孔と冷媒排出
孔を、前記フレーム冷却ジャケットに連通させることに
より、固定子冷却ジャケットへの冷媒供給に外部の冷媒
供給装置を使用する必要がなくなる。 (4) 固定子冷却ジャケットの冷媒供給孔と冷媒排出孔
を、外部の冷媒供給装置に連通させることにより、固定
子冷却ジャケットへ供給する冷媒の量を増加させること
ができ、冷却能力が向上する。 (5) 固定子コイルのコイルエンドには、熱伝導性樹脂が
接し、この熱伝導性樹脂は、固定子冷却ジャケットとフ
レームに接しているので、固定子コイルの熱は、コイル
エンドからも熱伝導性樹脂を介して固定子冷却ジャケッ
トおよびフレームに伝達され、さらにフレーム冷却ジャ
ケットに良好に伝達される。
【0006】
【実施例】以下、本発明の実施例を図を用いて説明す
る。図1は本発明の実施例を示す高速モータの側断面図
で、図2は図1におけるA−A線に沿う断面図、図3は
本発明の他の実施例を示す図2相当図である。図におい
て、1は高速モータ、2はフレームで2層で構成されて
おり、内部に、例えば中空の銅管を螺旋状に曲げて構成
したフレーム冷却ジャケット3が設けられている。この
フレーム冷却ジャケット3は、一方端に、図示しない外
部の冷媒供給装置からの冷媒を受け取る冷媒供給口4を
設け、他方端に、前記冷媒を前記外部の冷媒供給装置に
排出する冷媒排出口5を設けている。6は前記フレーム
2の内周面に嵌合された固定子で、内周部に、内周面に
開口する複数のスロット7を設けた固定子鉄心8と、前
記スロット7内に巻装した固定子コイル9とからなって
いる。前記固定子鉄心8は、中央部において少なくとも
軸方向に2分割され、この分割部と両端面に、リング状
の固定子冷却ジャケット10a、10b、10cを設け
ている。これらの固定子冷却ジャケット10a、10
b、10cは、径方向の一方側に冷媒供給孔11a、1
1b、11cを設け、他方側に冷媒排出孔12a、12
b、12cを設けている。前記冷媒供給孔11a、11
b、11cと前記冷媒排出孔12a、12b、12c
は、前記フレーム冷却ジャケットに連通させ、前記フレ
ーム冷却ジャケット3から冷媒が分岐して、前記固定子
冷却ジャケット10a、10b、10cに流れるように
している。なお、図3では、分割部に設けた固定子冷却
ジャケット10aのみを示しているが、前記固定子鉄心
8の軸方向の両端に設けた固定子冷却ジャケット10
b、10cも同様な構成をしており、個別の図示は省略
している。13aは固定子コイル9の負荷側コイルエン
ド14aと、固定子冷却ジャケット10cと、フレーム
2とで囲まれた空間に充填された熱伝導性の樹脂で、1
3bは固定子コイル9の反負荷側コイルエンド14b
と、固定子冷却ジャケット10bと、フレーム2とで囲
まれた空間に充填された熱伝導性の樹脂である。15a
は前記フレーム2の負荷側端部に嵌合固着された負荷側
ブラケットで、15bは前記フレーム2の反負荷側端部
に嵌合固着された反負荷側ブラケットである。16は前
記負荷側および反負荷側ブラケット15a、15bに、
負荷側軸受17aと反負荷側軸受17bとを介して回転
自在に支承された回転軸で、前記固定子6の内周面に空
隙を介して対向する回転子18を嵌合固着している。こ
のような構成において、高速モータ1の冷却はつぎのよ
うにして行われる。まず、図示しない外部の冷媒供給装
置によって、前記冷媒供給口4を介してフレーム冷却ジ
ャケット3に冷媒が供給される。前記フレーム冷却ジャ
ケット3に供給された冷媒は、冷媒排出口5に向かって
螺旋状のフレーム冷却ジャケット3内を流れていき、こ
の過程で、フレーム2に伝達されてきた固定子コイル9
と固定子鉄心8の損失熱を奪い(フレーム2との間で熱
交換を行い)高速モータ1の冷却を行う。また、前記フ
レーム冷却ジャケット3内を流れる冷媒は、フレーム冷
却ジャケット3の途中3カ所で、冷媒供給孔11a、1
1b、11cを通って固定子冷却ジャケット10a、1
0b、10c内に分岐をする。固定子冷却ジャケット1
0a、10b、10c内に分岐をした冷媒は、冷媒排出
孔12a、12b、12cに向かって流れる。固定子冷
却ジャケット10a、10b、10cは、熱の発生源の
1つである固定子鉄心の端面に直接取付けられ、また、
他の熱の発生源である固定子コイル9の外周部の傍らに
位置するので、固定子冷却ジャケット10a、10b、
10c内を流れる冷媒は、固定子鉄心8および固定子コ
イル9で発生した損失熱を効率よく奪う。固定子鉄心8
および固定子コイル9で発生した損失熱を奪った固定子
冷却ジャケット10a、10b、10c内の冷媒は、冷
媒排出孔12a、12b、12cを通って、前記フレー
ム冷却ジャケット3内に戻って、このフレーム冷却ジャ
ケット3内を流れる冷媒と合流する。合流した冷媒は、
前記冷媒排出口5を通って前記外部の冷媒供給装置に戻
る。なお、冷媒は前記冷媒供給装置と高速モータ間を循
環している。また、固定子コイル9のコイルエンド14
a、14bは、熱伝導性の樹脂13a、13bが接し、
この熱伝導性樹脂13a、13bは、固定子冷却ジャケ
ット10b、10cとフレーム2に接しているので、固
定子コイル9の熱は、コイルエンド14a、14bから
も熱伝導性樹脂13a、13bを介して、固定子冷却ジ
ャケット10b、10cおよびフレーム2に伝達され、
さらにフレーム冷却ジャケット3に良好に伝達される。
これにより、高速モータ1は、固定子鉄心8の軸方向で
の温度分布が均一化され、局所的な温度上昇が抑えられ
る。また、熱伝導性樹脂13a、13bによりさらにフ
レーム2への熱伝導を円滑にするため、高速モータ全体
の冷却効果を大きく向上することができる。さらに、
3に示すように、固定子冷却ジャケット10aを、前記
固定子鉄心8の歯先19の位置まで延ばした構成にすれ
ば、固定子コイルの損失熱をすぐ近くで吸収し固定子の
冷却を効果的に行うだけでなく、空隙を介して対向する
回転子18の発生熱をも吸収して、回転子の冷却をも行
うことができる。なお、本発明においては、つぎのよう
に構成を変えて実施することができる。 (1) 前記固定子冷却ジャケット10a、10b、10c
の冷媒供給孔11a、11b、11cと冷媒排出孔12
a、12b、12cを、外部の冷媒供給装置に連通させ
る。この場合は、高速モータへ供給する冷媒の量を増加
することができるので、冷却能力がさらに向上する。 (2) 固定子冷却ジャケット10a、10b、10cをC
字状に構成し、一方端から冷媒を供給し、他方端から冷
媒を排出する。この場合は、固定子冷却ジャケット10
a、10b、10c内の冷媒がスムーズに流れるので、
冷却能力がさらに向上する。 (3) 固定子冷却ジャケット10と熱伝導性樹脂13は、
それぞれ、必ずしも複数箇所設ける必要はなく、いずれ
か1箇所でもよいし、また、熱伝導性樹脂13は、なく
てもよい。しかしいずれの場合でも、冷却能力は従来の
高速モータよりも向上する。 (4) フレーム冷却ジャケット3を、2層フレームにおけ
る一方のフレームの、他方のフレームと重なり合う面に
螺旋状の溝を形成して構成してもよい。この場合は、フ
レーム2がフレーム冷却ジャケットの管壁を構成するこ
とになるので、高速モータの大きさを大きくすることな
く、フレーム冷却ジャケットの内径を大きくすることが
でき、モータ内部に流す冷媒の量を増やすことができ、
冷却能力が向上する。また、フレームは2層フレームに
しなくても、1層のフレームの内周面に螺旋状の溝を形
成し、この溝の中に同じ螺旋状に形成したフレーム冷却
ジャケットを埋設するようにしてもよい。この場合は、
フレーム冷却ジャケットが直接固定子鉄心の外周面に接
触することになり、冷却能力が向上する。
【0007】
【発明の効果】以上述べたように、本発明は冷媒通路を
構成する固定子冷却ジャケットを固定子に設けることに
より、固定子、さらには回転子で発生した熱を効果的に
モータ外部に放出することができ、安定した高速回転
と、所要の出力を維持できる効果がある。
【図面の簡単な説明】
【図1】本発明の実施例を示す高速モータの側断面図で
ある。
【図2】図1におけるA−A線に沿う断面図である。
【図3】本発明の他の実施例を示す図2相当図である。
【符号の説明】
1 モータ 2 フレーム 3 フレーム冷却ジャケット 4 冷媒供給口 5 冷媒排出口 6 固定子 7 スロット 8 固定子鉄心 9 固定子コイル 10 固定子冷却ジャケット 11 冷媒供給孔 12 冷媒排出孔 13 熱伝導性樹脂 14 コイルエンド 15 ブラケット 16 回転軸 17 軸受 18 回転子 19 歯先
フロントページの続き (56)参考文献 特開 昭56−157230(JP,A) 実開 昭50−152102(JP,U) 実開 平3−70056(JP,U) 実開 昭51−162908(JP,U) 実開 平4−76156(JP,U) (58)調査した分野(Int.Cl.7,DB名) H02K 9/19,3/24

Claims (1)

    (57)【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】固定子コイルを収納する複数のスロットを
    内周部に設けた固定子鉄心と、前記固定子鉄心の内周面
    に空隙を介して対向するように設けた回転子と、前記固
    定子鉄心の外側に設けたフレームと、前記固定子鉄心と
    前記フレームの間に冷媒を通すフレーム冷却ジャケット
    を備え、 前記フレーム冷却ジャケットは、一方端に、外部の冷媒
    供給装置からの冷媒を受け取る冷媒供給口を設け、他方
    端に、冷媒を前記冷媒供給装置に排出する冷媒排出口を
    設けてあり、 前記固定子鉄心の両端のうち少なくとも一方の端部、ま
    たは固定子鉄心を軸方向に複数個に分割した分割部に、
    リング状またはC字状の固定子冷却ジャケットを設けた
    モータの冷却装置において、 前記固定子冷却ジャケットを、前記固定子鉄心の歯先の
    位置まで延ばしてあり、 前記フレーム冷却ジャケットの途中に前記固定子冷却ジ
    ャケットの冷媒供給孔、冷媒排出孔を円周方向に向かっ
    て略180°の位置に対向するように配置させると共に
    前記フレーム冷却ジャケットと前記固定子冷却ジャケッ
    トを連通させてあり、 前記固定子コイルのコイルエンドと前記固定子冷却ジャ
    ケットと前記フレームとで囲まれた空間に熱伝導性樹脂
    を充填したことを特徴とするモータの冷却装置。
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