JP4295099B2 - 冷却式電動機 - Google Patents

Description

本発明は、歯を形成した鉄心とそれに装着された巻線からなるモジュールブロックを備え、モジュールブロックがハウジング内に配置された電動機の一次部に関する。この種の一次部は一般に回転型電動機でもリニアモータでも知られている。

電動機、特に大容量電動機の運転時には内部に損失熱を発生するので、その熱を外部へ放出せねばならない。最も簡単な場合は、放熱は一次部での熱伝導によって、更には対流又は輻射によって一次部の外部へと行われる。他方大容量電動機、例えば工作機械用リニアモータの一次部に、例えば冷却コイルをモジュールブロック又はハウジングに装着し、冷却コイルに冷却液体を通流する方式の液体冷却装置を設けることが知られている。

この形式の冷却装置は、電動機全体として考える場合は、比較的効率よく動作する。しかし、それは構造的に制約が多くて非常に手数を要し、高価になる。更に、内部発生熱を鉄心のみで放出させる、即ち熱を巻線からまず熱伝導により鉄心の歯を介して、歯とは反対の鉄心側へと導き、そこで冷却を行う方式のものが考えられる。

それに対し本発明の課題は、小型で単純な構造であり、効率的に動作する冷却装置を備えた電動機の一次部とその製造方法とを提供することである。

この課題は、請求項１と１６に記載の方法並びに請求項１０に記載の特徴を持った一次部により解決される。従属請求項は本発明の好ましい実施態様を示す。

本発明によれば、一次部のハウジングにガス入口と出口を備え、ハウジングの内部にガス通流路を設ける。

一般にガス冷却方式、特に空気冷却方式（風冷式）は液体冷却方式（液冷式）より低効率で動作するという事実から出発する。他方、本発明は、ガス冷却方式では液体冷却方式とは異なり、熱の発生領域、即ち巻線領域に冷却媒体を直接導けるという認識に基づく。この事情により、液体冷却方式に対するガス冷却方式の基本的な欠点は完全に、又は少なくとも部分的に解消させ得る。ガス通流路に沿ってガス導通部材を設けるとよい。ガス導通部材は、ガス流を巻線領域に有効に分配し、又はその領域に導くべく、少なくとも歯と歯の間の巻線領域で乱流部材として作用し、又はそのような部材として構成できる。

その場合、ガス導通部材はハウジングの内壁に取付けたり、ハウジングの内壁自体をガス導通部材の形に形成したりすることができる。

冷却時に加熱されたガスを外部に放出するべく、ハウジングはガス密に構成する。

本発明の方法では、少なくとも第１のハウジング部の表面を硬化性の素材によって被覆し、モジュールブロックを少なくともその素材の中に埋設する。次に、第２のハウジング部の表面を同様に硬化性の素材で被覆し、第１のハウジング部とモジュールブロックに装着する。その際、第２のハウジング部をモジュールブロックに例えば溶接又は接着で付加的に固定できる。素材が完全に硬化した後、モジュールブロックはハウジング内に確実に固定され、ハウジングは外部に対して封止される。硬化性の素材として電気技術用に市販されているモールド素材を使用できる。

一次部を製造する他の方法では、モジュールブロックを第１のモールド素材内に少なくとも部分的に埋設して硬化させ、かくして出来た製品を第２のモールド素材内に埋設して硬化させる。次に、第１のモールド素材を除去する。この結果、第２モールド素材とモジュールブロックの間に隙間が生じ、該隙間が特にガス導通部材並びにガス入口と出口を有するガス流路として用いられる。そのため、巻線を支持する鉄心部分並びに巻線のみが第１のモールド素材内に埋設するとよい。

第１のモールド素材を除去可能とすべく、第１のモールド素材の材質が温度誘導型の相転移を示し、該温度が第２のモールド素材の処理温度より高いと望ましい。その結果第１のモールド素材の外形が第２のモールド素材の装入中に変化しないよう保障できる。第２のモールド素材の硬化後、構造体を更に加熱し、第１のモールド素材の材料が相転移点を通過し（固相／液相、固相／気相）、そこで生じた流体を導出させることができる。

その場合の加熱は、例えば加熱炉等内で行うのが望ましい。しかし、巻線に電流を流し、その発生熱によって第１のモールド素材を溶融するのがより好ましい。自明のごとく、両加熱方法は組み合わせて用いることもできる。

好ましくは、第１のモールド素材のためにワックスを、第２のモールド素材のために電気モールド素材を使用できる。一般的に、第１のモールド素材の溶融温度は第２のモールド素材の処理温度より高くなければならず、また第１のモールド素材の溶融温度は、第２のモールド素材の溶融温度より低くなければならない。その結果、第１のモールド素材を除去した際、第２のモールド素材の構造が損傷を受けないようにせねばならない。特に第２のモールド素材として、反応的に硬化する材料も使用できる。

添付図面を参照して本発明の一実施例を説明する。

図を参照し、実施例として、リニアモータの一次部を説明する。上方に開いたケース状
の、直方体形状をなすハウジング（第１のハウジング部）５０内に、多数の歯（図示省略）を持つ鉄心１０とそれに装着された巻線２０を含むモジュールブロックを収納している。リニアモータの一次部用のモジュールブロックの構造は公知なので、ここではこれ以上の説明は省略する。

ハウジング５０の長手方向内側面に、長手方向（リニアモータの運動方向）に沿って延びるガス導通部材３０、４０がある。該部材は、巻線形状に対応するよう形成され、そこにガス通流路３２を形成すべく曲がっている。隣接する２つの巻線間の領域で、ガス導通部材は、ガス流を部分的に巻線が鉄心１０の歯の無い所を通流する領域内に方向転換させる乱流部材３５として形成されている。通流路３２から鉄心上の巻線の領域に流入するガスの流れが乱流部材３５で乱され、その結果、ガス流は巻線の全領域に到達する。

更にハウジング５０内にガス入口５２と出口５４があり、それを経てガス状冷却媒体、通常は空気が導入・導出される。導入された冷却媒体は一次部を長手方向にハウジング内室側に流れ、ハウジング内室の他方の側のガス出口５４へ戻る。その際ガスはモジュールブロック１０のみならず、全体として歯の無い所にある巻線２０の部分領域内のモジュールブロック１０をも通流する。かくして、発熱領域に効果的に冷却媒体を通流させ得る。

図２の側面図を参照して本発明による一次部の製造方法を説明する。

まずハウジング５０内に市販のモールド素材７０からなる層を、好ましくはハウジング内底面から巻線コイルを超える高さΔ迄装入する。次に、モールド素材７０内にモジュールブロック１０を部分的に埋設する。

次に、カバー（第２のハウジング部）６０を未硬化のモールド素材で、最も近いコイル面とハウジングの内上面との間の距離に相当する高さδ迄被覆する。次に、モールド素材で被覆したカバー６０をハウジング５０に装着し、モールド素材を硬化させる。場合によっては、カバーを付加的に溶接や接着等でモジュールブロックに固定する。ハウジング５０用の材料として、例えば特殊鋼やアルミニウムを、またカバー用の材料としては特殊鋼を使用できる。特に被服用の材料として、比較的薄く形成でき、容易に接着できるグラスファイバ強化型又はカーボンファイバ強化型のプラスチック（ＧＦＫ、ＣＦＫ）も適当である。

ハウジング５０やカバー６０をモールド素材で一定の高さ迄被覆したので、コイル面と対応するハウジング内面（図２でコイルの左又は右側）間の領域に、一次部の長手方向に走る隙間がなく、従ってガス流がガス導通部材を強制的に通流するのを保障する。更にカバーにモールド素材を用いる構造により、ハウジングのガス密構造を保障できる。

更にガス入口５２又は出口５４を持つハウジング５０の端面に鉄心１０を配置し、又は冷却媒体の短絡流れを防止すべくガス入口と出口間に付加的な封止部材を設ける。

ガス導通部材３０、４０は、例えば特殊鋼やプラスチック材料から形成した板で作成できる。これらは一体のものとしてハウジングの全長にわたり延びていても、複数の分割部材が整列していてもよく、更に必要な場所にのみ配置してもよい。更にハウジング壁自体を対応するガス導通部材の形状にしてもよい。その場合、ハウジング内壁に付加的な部材を装着する必要がなくなる。最後に、ガス導通部材がモジュールブロック１０の歯の高さ方向に少なくとも巻線２０の高さ以上に延びているべきことに留意する必要がある。

基本的に、上述の方法では、ガス導通部材をモールド素材内に部分的に埋設することで固定する。他方、接着やねじ止め等の任意の手段でハウジング壁に固定してもよい。

リニアモータ一次部の他の製造方法では、巻鉄心状の、巻線を持つ鉄心をモールド型内に装着する。その際、鉄心をぴったり取り囲むよう、即ち巻線に一致する形状にモールド型を作る。モールド型の空洞は、ガス導通部材３０、４０に対応するよう形成する。

次に、残存している隙間をワックス又は類似の材料でモールドする。その場合モールドは、ガス入口５２又はガス出口５４の領域で行うとよい。その際生じた注入口は、後に冷却空気用のガス入口又は出口を形成する。

次に、ワックスでモールドした鉄心を、「最終的なモールド型」に装入する。該型は独立に設け得る。しかし、ハウジング５０で形成するとよい。その際残存する隙間に、モールド素材を約８０〜１２０℃で満たす。場合により加圧又は真空下で実施してもよい。そのとき、ワックス注入口はモールド素材の外見のため露出しておかねばならない。

次に、一次部を外部からの加熱又は巻線への電流通流による自己加熱又はその両者で加熱する。加熱に伴いワックスが溶融し、外部へ流出する。

かくして一次部内に設けた隙間で、ガス通流路を本発明の第１の方法に応じて作れる。

開放されたハウジングを有する一次部の平面図である。 一次部の概略側断面図である。

符号の説明

１０ 鉄心、２０ 巻線、３０、４０ ガス導通部材、３２ ガス通流路、３５ 乱流部材、５０ ハウジング、５２ ガス入口、５４ ガス出口、６０ カバー、７０、８０ モールド素材

Claims (6)

1. 複数の歯を形成した鉄心（１０）および互いに整列された巻線（２０）からなるモジュールブロックを備え、巻線は鉄心の歯に装着され、モジュールブロックがハウジング内に収納されている電動機の一次部において、
   ハウジングが第１のハウジング部（５０）と第２のハウジング部（６０）からなっていて閉鎖型に構成され、少なくとも１つのガス入口と少なくとも１つのガス出口を備え、ハウジング内に少なくとも１つのガス通流路（３２）が形成されており、
   ガス通流路（３２）に沿ってガス導通部材が配置され、
   ガス導通部材（３０、４０）が乱流部材（３５）を備え、
   乱流部材がガス流を巻線の領域内に導き、ガス流を歯の無い巻線領域に向ける
   ことを特徴とする電動機の一次部。
2. ガス導通部材がハウジング（５０、６０）の内壁に取付けられるか、ハウジングの内壁がガス導通部材として形成されたことを特徴とする請求項１記載の一次部。
3. ハウジングがガス密に構成されたことを特徴とする請求項１又は２記載の一次部。
4. 第１のハウジング部（５０）の少なくとも内底面に所定の高さ迄硬化性の素材をコーティングする工程と、
   鉄心（１０）およびそれに装着された巻線（２０）を有するモジュールブロックをハウジング部および未硬化の素材（７０）内に少なくとも部分的に装入する工程と、
   第２のハウジング部（６０）の表面に素材を所定の高さ迄コーティングする工程と、
   未硬化の素材を有する第２のハウジング部を第１のハウジング部およびモジュールブロックに装着する工程と、
   素材を完全に硬化させる工程と、
   を含む請求項１記載の電動機一次部の製造方法。
5. 所定の高さが、歯の高さ方向におけるハウジング（５０、６０）の内側からコイル面迄の距離（δ、Δ）と少なくとも同じ値であることを特徴とする請求項４記載の方法。
6. 請求項１から３の１項に記載の一次部を備えたリニアモータ又は回転型電動機。

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