JP6152257B2 - 液冷モータ - Google Patents

Description

本発明は、駆動用原動機及び発電機となる液冷モータに関する。

駆動用原動機としてのモータは、過熱防止のため、外部空冷、あるいは液冷方式が採用され、小型で高出力な永久磁石モータは、単位堆積当たりの冷却必要量が大きくなるため、冷却効率の高い液冷方式となる。
液冷方式としては、モータケースに冷却水路を機械加工する方法、あるいはモータケースに冷却管を鋳包みする方法がある。

この冷却管を鋳包みした技術として、特許文献１に開示されているように、内部冷却用の冷却水路を構成する配管が、モータ部のハウジングにインサート成形により形成されているインホイールモータ駆動装置（請求項１）がある。

特開２０１２−１７１４２０号公報

前記特許文献１の技術は、冷却液の漏洩を防止できるが、配管に熱伝導率の低いステンレス鋼管を使用すると、冷却効率を高めるのが困難であり、モータのステータをモータケース内に焼きバメにて嵌入すると、熱膨張率の高いアルミ製モータケースへ熱膨張率の低いステンレス製冷却管が鋳包みされていることからモータケース加熱時の冷却管の膨張がし難い。そのため、全体の焼きバメ温度が高くなりかつ温度が安定するのに時間がかかる等により、作業性が悪くなっている。

本発明は、このような従来技術の問題点を解決できるようにした液冷モータを提供することを目的とする。
本発明は、熱膨張率の違いを冷却管の伸縮によって相対的に小さくでき、単位体積当たりの冷却容量が大きくかつコンパクトに構成できる液冷モータを提供することを目的とする。

本発明における課題解決のための具体的手段は、次の通りである。
第１に、ステータ３と、前記ステータ３の外側に嵌められたモータケース４であって、前記ステータ３が焼きバメされた内周面を有するモータケース４と、前記モータケース４に、鋳包みされた冷却管５であって、前記モータケース４よりも熱膨張率の低い材料で形成された蛇腹管である冷却管５と、を備え、前記冷却管５は、ステータ３と同芯の軸心を有するスパイラル形状に巻いてあり、前記冷却管５は、冷却液を通す管を有し、且つ、前記管を径外方に膨出させて形成された凸状部１１が前記管の外周に螺旋状に形成されることで、前記管がその長手方向に伸縮可能な蛇腹に形成されたスパイラル型蛇腹管であることを特徴とする。
第２に、ステータ３と、前記ステータ３の外側に嵌められたモータケース４であって、前記ステータ３が焼きバメされた内周面を有するモータケース４と、前記モータケース４に、鋳包みされた冷却管５であって、前記モータケース４よりも熱膨張率の低い材料で形成された蛇腹管である冷却管５と、を備え、前記冷却管５は、ステータ３と同芯の軸心を有するスパイラル形状に巻いてあり、前記冷却管５は、冷却液を通す管を有し、且つ、前記管を外方に膨出させて形成された環状凸部が前記管の外周に長手方向に間隔をおいて形成されることで、前記管がその長手方向に伸縮可能な蛇腹に形成された単山型蛇腹管であることを特徴とする。

第３に、前記ステータ３内に配置された永久磁石埋込型ロータ６と、前記ロータ６が取り付けられたモータ軸７と、前記モータ軸７を支持し且つ前記モータケース４の両端を閉鎖する前後カバー８と、を備え、前記冷却管５をステータ３の積層電極鋼板３ａの積層方向略全幅に対応して配置していることを特徴とする。

本発明によれば、熱膨張率の違いを冷却管の伸縮によって相対的に小さくでき、単位体積当たりの冷却容量が大きくかつコンパクトに構成できる。
即ち、ステータ３に蛇腹管で形成した冷却管５を鋳包みで埋設しているので、モータケース４内にステータ３を焼きバメにて嵌入するとき、両者の熱膨張率に違いがあっても、冷却管５の伸縮によってその違いを小さくでき、焼きバメの温度を低下し、安定化時間を短縮することができ、単位体積当たりの冷却容量が大きくかつコンパクトに構成できる。

また、冷却管５はステータ３と同芯の軸心を有するスパイラル形状に巻いてあるので、冷却管５の成形、鋳包み作業が容易にできる。

また、冷却管５をステータ３の積層電極鋼板３ａの積層方向略全幅に対応して配置しているので、モータケース４の発熱箇所を効果的に冷却することができる。

本発明の実施の形態を示す断面正面図である。 同一部断面平面図である。 同一部断面側面図である。 冷却管の正面図である。 変形例を示す一部断面平面図である。

以下、本発明の実施の形態を図面に基づいて説明する。
図１〜４において、液冷モータ１は集中巻方式永久磁石埋込型同期電動機であり、駆動用原動機として、又は発電機として使用可能なモータジェネレータであり、内部が液冷可能になっている。
液冷モータ１は、モータケース４の円形内周面内にステータ３を焼きバメにて固定しており、ステータ３内に配置するロータ６をモータ軸７に取り付け、このモータ軸７を前後カバー８（前カバー８Ｆ、後カバー８Ｒ）で支持し、前後カバー８でモータケース４の前後端を閉鎖し、前後カバー８Ｆ、８Ｒに取り付け台９を取り付けている。

ステータ３は、薄い電極鋼板３ａを複数枚積層した固定子鉄心に固定子巻線３ｂを所定の巻数で直接巻き付けて集中巻にしたものであり、円筒形状になっている。
ロータ６は、例えば、薄いけい素鋼板を複数枚積層した回転子鉄心の外周に周方向間隔をおいて開口を形成し、その開口に２個１組の永久磁石６ａを埋設しており、２個１組の永久磁石の配置位置の径外側に弓形膨出部６ｂを有し、各組の永久磁石の配置位置間で弓形膨出部を繋ぐ円弧凹部６ｃを形成していて、ステータ３の内周面と僅少間隙を介して対面する。

モータケース４は、アルミ鋳造で円筒形状に形成されており、その内部に、蛇腹管で形成した冷却管５を鋳包み（鋳ぐるみ）で埋設している。
前記冷却管５は、ステンレス鋼のパイプであり、図４に示すような、外周に凸状部１１が螺旋状に形成されたスパイラル型蛇腹管、又は外周に環状凸部が長手方向に間隔をおいて形成された単山型蛇腹管が使用されており、長手方向伸縮可能であり、円弧に屈曲可能なフレキシブル構造になっている。

そして、冷却管５はフレキシブル構造を利用して、図１〜４に示すように、全体外形をステータ３と同芯の軸心を有するスパイラル形状に巻いてあり、このスパイラル形状のままモータケース４の鋳造時に鋳包みされている。
冷却管５は、ステータ３の積層電極鋼板３ａの積層方向略全幅に対応して配置されており、その両端５ａ、５ｂはモータケース４から突出していて、冷却液が一端５ａから流入され、他端５ｂから排出される。なお、冷却管５はステータ３の固定子巻線３ｂの配置幅に対応する幅に配置してもよい。

冷却管５は０．２〜１．０ｍｍのステンレス鋼管が使用され、肉厚０．２ｍｍの薄肉管は、肉厚１．０ｍｍのステンレス鋼管（非蛇腹管）に比較して熱抵抗は５分の１になるので、肉厚０．２〜０．８ｍｍの薄肉管が使用でき、肉厚０．２ｍｍ程度の薄肉管が好ましい。
スパイラル型蛇腹管は螺旋状凸状部１１がフィンとなり、単山型蛇腹管は環状凸部がフィンとなり、伝熱面積が増大して熱伝達促進を行うので、フィンのない肉厚１．０ｍｍのステンレス鋼管に比較して、熱伝達率は約３０％向上できる。

前記冷却管５を鋳包み埋設したモータケース４をステータ３に焼きバメにて外嵌する場合、モータケース４をその内径がステータ３の外形より大きくなるまで加熱する。この加熱の際、モータケース４は径方向及び軸方向に膨張し、その延びに対応して冷却管５も長手方向に伸張し、かつスパイラル巻き形状が径方向及び軸方向に伸張する。
冷却管５はフレキシブルな蛇腹管で、管自身が機械的に伸びるので、ステンレス鋼管（非蛇腹管）を用いる場合に比較して、アルミ製モータケース４との熱膨張率の違いを見かけ上で小さくすることができ、その結果、必要な焼きバメ温度と保持時間が低下する。

しかも、冷却管５をスパイラル巻き形状にすると、冷却管５がモータケース４の骨格部となるので、モータケース４の熱膨張率を本来のアルミ鋳物よりも相対的に小さく見積もることができる。
これは、モータケース４の焼きバメ代を小さくすることを可能にし、焼きバメ後のモータケース４の歪みが小さくなって、ステータの歪み起因のモータ効率低下を減少することを可能にする。

図５は本発明の変形例を示しており、この液冷モータ１は、前記実施形態と冷却管５の全体外形のみが異なる。この冷却管５は、ステータ３の軸心と平行な部分を葛折りにしてステータ３の軸心廻りに周方向に配置した軸方向パラレル形状になっている。
前記葛折りの冷却管５の幅は、ステータ３の略全幅に対応しており、その両端５ａ、５ｂは軸方向にも周方向にも離れてモータケース４から突出していている。

なお、本発明は前記実施形態における各部材の形状及びそれぞれの前後・左右・上下の位置関係は、図１〜５に示すように構成することが最良である。しかし、前記実施形態に限定されるものではなく、部材、構成を種々変形したり、組み合わせを変更したりすることもできる。
例えば、ステータ３を固定子鉄心に巻線を分散巻にしたもの、ロータ６を回転子鉄心の外周に永久磁石６ａを張り付けた表面磁石構造にしたものでもよい。

１ 液冷モータ
３ ステータ
３ａ 積層電極鋼板
４ モータケース
５ 冷却管
５ａ 一端
５ｂ 他端
６ ロータ
６ａ 永久磁石
６ｂ 弓形膨出部
６ｃ 円弧凹部
７ モータ軸
８ 前後カバー
９ 取り付け台

Claims (3)

1. ステータ（３）と、
   前記ステータ（３）の外側に嵌められたモータケース（４）であって、前記ステータ（３）が焼きバメされた内周面を有するモータケース（４）と、
   前記モータケース（４）に、鋳包みされた冷却管（５）であって、前記モータケース（４）よりも熱膨張率の低い材料で形成された蛇腹管である冷却管（５）と、
   を備え、
   前記冷却管（５）は、ステータ（３）と同芯の軸心を有するスパイラル形状に巻いてあり、
   前記冷却管（５）は、冷却液を通す管を有し、且つ、前記管を径外方に膨出させて形成された凸状部（１１）が前記管の外周に螺旋状に形成されることで、前記管がその長手方向に伸縮可能な蛇腹に形成されたスパイラル型蛇腹管であることを特徴とする液冷モータ。
2. ステータ（３）と、
   前記ステータ（３）の外側に嵌められたモータケース（４）であって、前記ステータ（３）が焼きバメされた内周面を有するモータケース（４）と、
   前記モータケース（４）に、鋳包みされた冷却管（５）であって、前記モータケース（４）よりも熱膨張率の低い材料で形成された蛇腹管である冷却管（５）と、
   を備え、
   前記冷却管（５）は、ステータ（３）と同芯の軸心を有するスパイラル形状に巻いてあり、
   前記冷却管（５）は、冷却液を通す管を有し、且つ、前記管を外方に膨出させて形成された環状凸部が前記管の外周に長手方向に間隔をおいて形成されることで、前記管がその長手方向に伸縮可能な蛇腹に形成された単山型蛇腹管であることを特徴とする液冷モータ。
3. 前記ステータ（３）内に配置された永久磁石埋込型ロータ（６）と、
   前記ロータ（６）が取り付けられたモータ軸（７）と、
   前記モータ軸（７）を支持し且つ前記モータケース（４）の両端を閉鎖する前後カバー（８）と、を備え、
   前記冷却管（５）をステータ（３）の積層電極鋼板（３ａ）の積層方向略全幅に対応して配置していることを特徴とする請求項１又は２に記載の液冷モータ。

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