JP6791463B1

JP6791463B1 - モータ及びモータ装置

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Publication number: JP6791463B1
Application number: JP2020543826A
Authority: JP
Inventors: 加藤　健次; 健次加藤; 秀哲有田; 大河小松; 勇気日高
Original assignee: Mitsubishi Electric Corp
Current assignee: Mitsubishi Electric Corp
Priority date: 2020-03-30
Filing date: 2020-03-30
Publication date: 2020-11-25
Anticipated expiration: 2040-03-30
Also published as: WO2021199172A1; JPWO2021199172A1

Abstract

本開示におけるモータ（１００）は、回転子（２）を囲う固定子（３）が内側に配置され、冷却液が流通する入口ヘッダ流路、出口ヘッダ流路（４１）、第１の流路及び第２の流路が形成される筒状のインナーフレーム（４）と、インナーフレーム（４）の外周を囲う筒状の側壁部（５０）、並びに入口ヘッダ流路（４０）と連通して形成され、冷却液が流入する流入口（５１）及び出口ヘッダ流路（４１）と連通して形成され、冷却液が流出する流出口（５２）を有するアウターフレーム（５）と、を備え、第１の流路及び第２の流路は、それぞれ一端が入口ヘッダ流路（４０）と接続され、他端が出口ヘッダ流路（４１）と接続され、第２の流路は、冷却液が第１の流路と反対方向に流通し、第１の流路よりも冷却液が流通する円周方向の長さが短く、冷却液が流通する流路断面積が、第１の流路の流路断面積より小さい。

Description

本開示は、モータ及びモータ装置に関するものである。

電動機の液体ジャケット付きフレーム（以下、「フレーム」という）において、冷媒（以下、「冷却液」という）は、フレームに形成された流入口からフレームの内部に流入して、流入口に隣接して形成された流出口からフレームの外部に流出する。フレームの内部には、複数の仕切り板部が形成され、冷却液は、フレームの内部を蛇行しながら円周方向に流れる技術が開示されている（例えば、特許文献１参照）。

特開２０１６−０５９１０９号公報

しかしながら、特許文献１に記載の電動機（以下、「モータ」という）では、フレームの内部に冷却液を流すことによって、モータ全体を冷却することはできるが、冷却液の流入口及び流出口を隣接させて配置する必要があり、冷却液の流入口及び流出口を離して配置しなければならない場合、モータ全体を冷却できないという課題があった。

本開示は、上述の課題を解決するためになされたもので、モータの固定子コイルを効率よく冷却し、モータ全体を冷却できるため、モータの効率を向上できるモータ及びモータ装置を提供することを目的とする。

本開示にかかるモータは、回転子を囲う固定子が内側に配置され、冷却液が流通する入口ヘッダ流路、出口ヘッダ流路、第１の流路及び第２の流路が形成される筒状のインナーフレームと、インナーフレームの外周を囲う筒状の側壁部、並びに入口ヘッダ流路と連通して形成され、冷却液が流入する流入口及び出口ヘッダ流路と連通して形成され、冷却液が流出する流出口を有するアウターフレームと、を備え、第１の流路及び第２の流路は、それぞれ一端が入口ヘッダ流路と接続され、他端が出口ヘッダ流路と接続され、第２の流路は、冷却液が第１の流路と反対方向に流通し、第１の流路よりも冷却液が流通する円周方向の長さが短く、冷却液が流通する流路断面積が、第１の流路の流路断面積より小さいものである。

本開示にかかるモータ装置は、本開示に記載のモータと、モータの回転数及びトルクを制御するインバータと、モータの動作状態の情報から、モータに給電する電流の振幅及び位相を決定し、決定した電流の振幅及び位相を、インバータに送る制御装置とを備えるものである。

本開示によれば、固定子コイルを効率よく冷却し、モータ全体を冷却できるため、モータの効率を向上できる。

実施の形態１にかかるモータの断面図。実施の形態１にかかるモータの斜視図。実施の形態１にかかるモータのインナーフレームの斜視図。実施の形態１にかかるモータのインナーフレームの断面図。実施の形態２にかかるモータのインナーフレームの斜視図。実施の形態２にかかるモータのインナーフレームの断面図。実施の形態３にかかるモータのインナーフレームの斜視図。実施の形態３にかかるモータのインナーフレームの断面図。実施の形態３にかかる入口ニップルから出口ニップルまでの流路長さを説明する模式図。実施の形態４にかかるモータのインナーフレームの斜視図。実施の形態４にかかるモータのインナーフレームの断面図。実施の形態５にかかるモータのインナーフレームの斜視図。実施の形態５にかかるモータのインナーフレームの断面図。実施の形態６にかかるモータのインナーフレームの斜視図。実施の形態６にかかるモータのインナーフレームの正面図。実施の形態７にかかるモータの第２の流路側のインナーフレームの斜視図。実施の形態７にかかるモータの第２の流路側のインナーフレームの正面図。実施の形態７にかかるモータの第１の流路側のインナーフレームの斜視図。実施の形態７にかかるモータの第１の流路側のインナーフレームの正面図。実施の形態８にかかるモータの第２の流路側のインナーフレームの斜視図。実施の形態８にかかるモータの第２の流路側のインナーフレームの正面図。実施の形態８にかかるモータの第１の流路側のインナーフレームの斜視図。実施の形態８にかかるモータの第１の流路側のインナーフレームの正面図。実施の形態９にかかるモータの第２の流路側のインナーフレームの斜視図。実施の形態９にかかるモータの第２の流路側のインナーフレームの正面図。実施の形態９にかかるモータの第１の流路側のインナーフレームの斜視図。実施の形態９にかかるモータの第１の流路側のインナーフレームの正面図。実施の形態１０にかかるモータ装置の斜視図。実施の形態１０にかかるモータ装置の動作を示す図。

実施の形態１．
図１は、実施の形態１にかかるモータ１００の断面図、図２は、実施の形態１にかかるモータの斜視図、図３は、実施の形態１にかかるモータ１００のインナーフレーム４の斜視図、図４は、実施の形態１にかかるモータ１００のインナーフレーム４の断面図である。図４（ａ）は、後述する第１の流路の断面図であり、図４（ｂ）は、後述する第２の流路の断面図である。

モータ１００は、回転子２、固定子３、インナーフレーム４及びアウターフレーム５を備える。モータ１００は、さらに、負荷側ベアリング６０を有する負荷側ブラケット６と、反負荷側ベアリング７０を有する反負荷側ブラケット７とを備える。以下、詳細を説明する。

回転子２は、円柱状である。回転子２は、回転子コア２０、磁石２１、及びシャフト２２を有する。シャフト２２は、回転子コア２０、負荷側ブラケット６、反負荷側ブラケット７、負荷側ベアリング６０、及び反負荷側ベアリング７０を貫通して配置される。また、シャフト２２は、負荷側ベアリング６０と反負荷側ベアリング７０とを介して、それぞれ負荷側ブラケット６と反負荷側ブラケット７とに回転自在に支持される。以下、シャフト２２が延伸する方向を、モータ１００の軸方向という。

固定子３は、筒状である。筒状の固定子３が、回転子２を囲うように配置される。固定子３は、固定子コア３０及び固定子コイル３１を有している。回転子２及び固定子３は、同心である。

インナーフレーム４は、筒状である。筒状のインナーフレーム４の内側に、固定子３が配置される。固定子３及びインナーフレーム４は、同心である。以下、インナーフレーム４の、アウターフレーム５（後述する）側を外周側といい、シャフト２２側を内周側という。

アウターフレーム５は、筒状の側壁部５０を有する。さらに、アウターフレーム５は、側壁部５０上に形成された入口ニップル５１（流入口）と出口ニップル５２（流出口）とを有する。出口ニップル５２は、入口ニップル５１から円周方向に離れた位置に形成される。本開示では、入口ニップル５１及び出口ニップル５２は、円周方向に９０°離れた位置に形成される例を示すが、この限りではない。筒状のアウターフレーム５の内側に、インナーフレーム４が配置される。すなわち、インナーフレーム４の外周に、アウターフレーム５が配置される。インナーフレーム４及びアウターフレーム５は、同心である。インナーフレーム４及びアウターフレーム５の一端には、負荷側ブラケット６が設置され、他端には、反負荷側ブラケット７が設置される。

インナーフレーム４とアウターフレーム５の側壁部５０とで囲まれた空間領域には、冷却液が流通する流路（後述する）が形成される。インナーフレーム４とアウターフレーム５との接続部分に、例えば、Ｏリングを挟んだり、又は溶接したりすること等によって、流路からモータ１００の外部に冷却液が漏れないようにすればよい。

インナーフレーム４には、入口ヘッダ流路４０及び出口ヘッダ流路４１が形成される。入口ヘッダ流路４０及び出口ヘッダ流路４１は、インナーフレーム４の軸方向に延伸した流路である。入口ニップル５１は、入口ヘッダ流路４０と連通して形成される。入口ヘッダ流路４０及び入口ニップル５１は、対向して配置される。出口ニップル５２は、出口ヘッダ流路４１と連通して形成される。出口ヘッダ流路４１及び出口ニップル５２は、対向して配置される。冷却液は、モータ１００の外部から、入口ニップル５１を介し、入口ヘッダ流路４０へ流入する。入口ニップル５１及び出口ニップル５２が、側壁部５０上の円周方向に離れた位置に形成されるため、入口ヘッダ流路４０へ流入した冷却液は、反時計回りの方向と時計回りの方向とに分かれ、インナーフレーム４の外周に沿って流通する。反時計回りの方向と時計回りの方向とに分かれて流れた冷却液は、それぞれ出口ヘッダ流路４１に流入し、合流する。出口ヘッダ流路４１で合流した冷却液は、出口ニップル５２からモータ１００の外部へ流出する。

図２の負荷側ブラケット６側から見て、冷却液が反時計回りに流通する流路を第１の流路という。第１の流路は、一端が入口ニップル５１と接続され、他端が出口ニップル５２と接続される。インナーフレーム４のアウターフレーム５側、すなわち外周側には、内周側に向かって溝部８（第１の溝部）が形成される。以下、第１の流路の流路長さと記した場合、溝部８の流路長さを指す。溝部８は、インナーフレーム４を切削することにより形成する。溝部８と溝部８との間が、放熱フィン８０である。溝部８には、冷却液が流通する。溝部８は、インナーフレーム４の外周に沿って形成される。そのため、第１の放熱フィン８０は、インナーフレーム４の外周に沿って形成される。つまり、第１の放熱フィン８０は、インナーフレーム４の円周方向に延伸している。図３及び４では、アウターフレーム５を省略しているが、第１の流路は、インナーフレーム４、第１の放熱フィン８０、及びアウターフレーム５の側壁部５０によって囲まれ形成される。第１の放熱フィン８０は、アウターフレーム５側の端部とアウターフレーム５の側壁部５０とが接している。インナーフレーム４に形成される溝部８が１つの場合、第１の流路は、溝部８とアウターフレーム５の側壁部５０とによって囲まれ形成される。

また、図２の負荷側ブラケット６側から見て、冷却液が時計回りに流通する流路を第２の流路という。第１の流路は、一端が入口ニップル５１と接続され、他端が出口ニップル５２と接続される。インナーフレーム４の外周側には、内周側に向かって溝部９（第２の溝部）が形成される。以下、第２の流路の流路長さと記した場合、溝部９の流路長さを指す。溝部９は、インナーフレーム４を切削することにより形成する。なお、溝部８及び溝部９の形成は、インナーフレーム４の切削に限らず、鋳造等によって形成してもよい。溝部９と溝部９との間が、放熱フィン９０である。溝部９には、冷却液が流通する。溝部９は、インナーフレーム４の外周に沿って形成される。そのため、第２の放熱フィン９０は、インナーフレーム４の外周に沿って形成される。つまり、第２の放熱フィン９０は、インナーフレーム４の円周方向に延伸している。図３及び４では、アウターフレーム５を省略しているが、第２の流路は、インナーフレーム４、第２の放熱フィン９０、及びアウターフレーム５の側壁部５０によって囲まれ形成される。第２の放熱フィン９０は、アウターフレーム５側の端部とアウターフレーム５の側壁部５０とが接している。インナーフレーム４に形成される溝部９が１つの場合、第２の流路は、溝部９とアウターフレーム５の側壁部５０とによって囲まれ形成される。インナーフレーム４に形成される溝部８が１つの場合、第１の流路は、溝部８とアウターフレーム５の側壁部５０とによって囲まれ形成される。なお、インナーフレーム４に形成される溝部９（溝部８）が１つの場合、第２の流路（第１の流路）と入口ヘッダ流路４０及び出口ヘッダ流路４１とを、区別して形成しなくてもよい。

モータ１００では、上述したように、入口ニップル５１及び出口ニップル５２が、円周方向に９０°離れた位置に形成されるため、第１の流路及び第２の流路の流路長さが異なる。本開示では、第２の流路の流路長さは、第１の流路の流路長さより短い。

ここで、第１の流路側のインナーフレーム４の、軸方向側の長さと、第２の流路側のインナーフレーム４の、軸方向側の長さは、同一又はほぼ同一とする。以下の実施の形態においても、同様である。図３及び図４に示すように、モータ１００では、溝部８は、溝部９よりも多く形成される。このとき、溝部８及び溝部９のシャフト２２側の深さ（以下、「溝部８及び溝部９の深さ」という）及び軸方向側の幅（以下、「溝部８及び溝部９の幅」という）は同一である。溝部９は、溝部８よりも少なく形成される。また、第２の放熱フィン９０の幅Ｗ_２は、第１の放熱フィン８０の幅Ｗ_１よりも広い。これにより、モータ１００では、第２の流路の流路断面積の合計を、第１の流路の流路断面積の合計より小さくできる。

このように、モータ１００は、回転子２を囲う固定子３が内側に配置され、冷却液が流通する入口ヘッダ流路、出口ヘッダ流路４１、第１の流路及び第２の流路が形成される筒状のインナーフレーム４と、インナーフレーム４の外周を囲う筒状の側壁部５０、並びに入口ヘッダ流路４０と連通して形成され、冷却液が流入する入口ニップル５１及び出口ヘッダ流路４１と連通して形成され、冷却液が流出する出口ニップル５２を有するアウターフレーム５と、を備え、第１の流路及び第２の流路は、それぞれ一端が入口ヘッダ流路４０と接続され、他端が出口ヘッダ流路４１と接続され、第２の流路は、冷却液が第１の流路と反対方向に流通し、第１の流路よりも冷却液が流通する円周方向の長さが短く、冷却液が流通する流路断面積が、第１の流路の流路断面積より小さいものである。

ここで、第１の流路の流路長さと第２の流路の流路長さとが異なる従来のモータについて説明する。このとき、第１の流路及び第２の流路の流路断面積は同一又はほぼ同一とする。従来のモータでは、第１の流路の流路長さが、第２の流路の流路長さよりも長い場合、第２の流路と比べて第１の流路は圧力損失が大きく、冷却液の流量が小さくなる。このため、冷却性能が低下して、固定子コイル３１の温度が上昇し、モータ全体の温度も上昇し、モータの効率が低下する。

しかしながら、モータ１００では、第２の流路の流路断面積を小さくすることによって、第２の流路の圧力損失が大きくなる。これにより、第１の流路及び第２の流路の圧力損失の差を小さくできるため、第１の流路を流通する冷却液と、第２の流路を流通する流量の差を小さくできる。よって、それぞれの流路の内側に配置される固定子コイル３１の円周方向の温度差を小さくすることができ、固定子コイル３１を効率よく冷却できるとともに、モータ１００の効率を向上できる。

また、固定子コイル３１の熱が、それぞれの流路を介して、どれほど冷却液へ移動するかは、流路の熱伝達率と、冷却液と接する流路の表面積と、流路の温度及び冷却液の温度の差との乗算によって求められる。ここで、流路の熱伝達率と、冷却液と接する流路の表面積と、流路の温度及び冷却液の温度の差の円周方向での平均値との乗算の結果を、第１の流路及び第２の流路でそれぞれの流路長さの比と同程度の比となり，且つ流路の温度及び冷却液の温度の差が小さくなるようにそれぞれの流路を設計することで、冷却効率が向上する。

さらに、第１の流路では流路長さが第２の流路より長く、固定子コイル３１からの熱が冷却液に多く移動してくるため、出口ニップル５２付近で冷却液の温度が高くなる。そのため、第１の流路及び第２の流路を設計すれば、第２の流路の圧力損失が増加し、第２の流路を流通する冷却液の流量が減少する。これにより、第１の流路を流通する冷却液の流量が増加し、出口ニップル５２付近でも冷却液の温度が低くなるため、冷却液の温度ムラを低減でき、さらに冷却効率が向上する。

実施の形態２．
図５は実施の形態２にかかるモータ１０１のインナーフレーム４の斜視図であり、図６は、実施の形態２にかかるモータ１０１のインナーフレーム４の断面図である。図６（ａ）は、第１の流路側のインナーフレーム４の断面図であり、図６（ｂ）は、第２の流路側のインナーフレーム４の断面図である。

図６に示すように、溝部９の深さは、溝部８の深さよりも浅い。また、第２の放熱フィン９０の高さＬ_２は、第１の放熱フィン８０の高さＬ_１よりも低くなる。換言すると、第２の流路の深さは、第１の流路の深さよりも浅い。これにより、第２の流路の流路断面積の合計を、第１の流路の流路断面積の合計より小さくできる。すなわち、第２の流路の圧力損失を、上述した従来のモータの第２の流路よりも大きくできる。

上述の構成によって、第１の流路及び第２の流路の圧力損失の差を小さくできるため、第１の流路を流通する冷却液の流量と、第２の流路を流通する冷却液の流量の差を小さくできる。よって、第１の流路及び第２の流路のそれぞれの内側に配置される固定子コイル３１の円周方向の温度差を小さくすることができ、固定子コイル３１を効率よく冷却できるとともに、モータ１０１の効率を向上できる。

また、第２の流路の圧力損失が増加し、第２の流路を流通する冷却液の流量が減少し、第１の流路を流通する冷却液の流量が増加することによって、出口ニップル５２付近でも冷却液の温度が低くなり、さらに冷却効率が向上する。

なお、実施の形態２において、複数の溝部８及び溝部９を形成した例を示したが、溝部８の深さを、溝部９の深さよりも深く形成すれば、溝部８及び溝部９はそれぞれ１つずつでもよい。このとき、放熱フィン８０及び放熱フィン９０は形成されないが、第２の流路の流路断面積の合計を、第１の流路の流路断面積の合計より小さくできる。

実施の形態３．
図７は実施の形態３にかかるモータ１０２のインナーフレーム４の斜視図であり、図８は、実施の形態３にかかるモータ１０２のインナーフレーム４の断面図である。図８（ａ）は、第１の流路側のインナーフレーム４の断面図であり、図８（ｂ）は、第２の流路側のインナーフレーム４の断面図である。このとき、入口ニップル５１及び出口ニップル５２は、それぞれアウターフレーム５の側壁部５０の中央部に配置されている。そのため、入口ニップル５１から第１の流路に流入した冷却液は、モータ１０２の軸方向において、入口ニップル５１から出口ニップル５２の流路長さが短い溝部８ａのほうが、入口ニップル５１から出口ニップル５２の流路長さが長い溝部８ｂよりも流れやすい。したがって、溝部８ａを流通する冷却液の流量は、溝部８ｂを流通する冷却液の流量よりも多くなる。第２の流路も、第１の流路と同様に、モータ１０２の軸方向において、入口ニップル５１から出口ニップル５２の流路長さが短い溝部９ａを流通する冷却液の流量は、入口ニップル５１から出口ニップル５２の流路長さが長い溝部９ｂを流通する冷却液の流量よりも多くなる。ここで、入口ニップル５１から出口ニップル５２の流路長さとは、入口ニップル５１から流入した冷却液が、出口ニップル５２から流出するまでに流通する流路の流路長さを指す。モータ１０２では、溝部８ａ及び溝部８ｂ、並びに溝部９ａ及び溝部９ｂの流路幅を異なる大きさにすることによって、第１の流路及び第２の流路を流通する冷却液の、軸方向の流量の差を小さくするものである。以下、モータ１０２の第１の流路及び第２の流路について、詳細を説明する。

図８に示すように、モータ１０２では、溝部９は、溝部８よりも少なく形成する。また、第２の放熱フィン９０の幅Ｗ_１は、第１の放熱フィン８０の幅Ｗ_２よりも広い。これにより、第２の流路の流路断面積の合計を、第１の流路の流路断面積の合計より小さくできる。よって、第２の流路の圧力損失を大きくすることにより、第１の流路及び第２の流路の圧力損失の差を小さくできるため、第１の流路を流通する冷却液の流量と、第２の流路を流通する冷却液の流量の差を小さくできる。このとき、各第１の放熱フィン８０の幅Ｗ_２及び各第２の放熱フィン９０の幅Ｗ_１は、同一又はほぼ同一とする。

さらに、溝部８及び溝部９の流路幅を、入口ニップル５１から出口ニップル５２の流路長さが短いほど狭くして、入口ニップル５１から出口ニップル５２の流路長さが長いほど広くする。モータ１０２では、入口ニップル５１及び出口ニップル５２はいずれもアウターフレーム５の中央部に位置するため、溝部８及び溝部９の流路幅は、インナーフレーム４の中央部では狭く形成され、端部側では広く形成される。溝部８の流路幅を流路幅Ｗ_Ａ、溝部９の流路幅を流路幅Ｗ_Ｂとしたとき、流路幅Ｗ_Ａ及び流路幅Ｗ_Ｂは、インナーフレーム４の端部側は広く、中央部側は狭い。図８に示すように、インナーフレーム４の中央部側の流路幅Ｗ_Ａ１よりも、端部側の流路幅Ｗ_Ａ２の方が広い。また、インナーフレーム４の中央部側の流路幅Ｗ_Ｂ１よりも、端部側の流路幅Ｗ_Ｂ２の方が広い。これにより、インナーフレーム４の端部側を流通する冷却液の流量が増加し、中央部側を流通する冷却液の流量が減少するため、第１の流路及び第２の流路を流通する冷却液の、軸方向の流量の差を小さくできる。

なお、インナーフレーム４の中央部側では、流路幅を狭くすることにより冷却液の流量は減少するが、冷却液と放熱フィンとの接触面積を大きくして冷却効率を向上させる。流通する冷却液の流量と接触面積とのバランスを踏まえて、溝部８及び溝部９の流路幅、数、又は間隔等を設計すればよい。

上述の構成によって、第１の流路及び第２の流路のそれぞれの内側に配置される固定子コイル３１の円周方向の温度差を小さくすることができ、固定子コイル３１を効率よく冷却できるとともに、モータ１０２の効率を向上できる。

また、第１の流路及び第２の流路を流通する冷却液の、軸方向の流量の差を小さくできるため、固定子コイル３１の軸方向の温度のムラを低減でき、固定子コイル３１をより効率よく冷却できるとともに、モータ１０２の効率を向上できる。

なお、実施の形態３において、入口ニップル５１及び出口ニップル５２が、それぞれアウターフレーム５の側壁部５０の中央部に配置されている例を示したが、流路幅Ｗ_Ａ及び流路幅Ｗ_Ｂを、入口ニップル５１及び出口ニップル５２から近い溝部８及び溝部９では狭くし、溝部８及び溝部９では広くすれば、軸方向の冷却液の流量の差を小さくできる。これは、以下の実施の形態においても同様である。

ここで、図９は、入口ニップル５１から出口ニップル５２までの流路長さと流通する冷却液の流量について説明する模式図である。図９は、第１の流路を示しているが、第２の流路も同様である。図９において、流路Ｌ_α及び流路Ｌ_βは、それぞれ入口ニップル５１から流入した冷却液が、入口ヘッダ流路４０、第１の流路、及び出口ヘッダ流路４１を流通し、出口ニップル５２から流出するまでの流路を示す。

図９（ａ）は、後述するモータ１０３の第１の流路を示す。図９（ａ）は、入口ニップル５１及び出口ニップル５２が、それぞれインナーフレーム４の中央部に形成される例を示す。インナーフレーム４の中央部を通る流路Ｌ_αの流路長さは、インナーフレーム４の端部側を通る流路Ｌ_βの流路長さよりも短い。そのため、流路Ｌ_αを流通する冷却液の流量は、流路Ｌ_βを流通する冷却液の流量よりも多くなる。図９（ａ）では、流路Ｌ_αの溝部８の流路幅を狭くするとともに、放熱フィン８０の幅を広くして、圧力損失を増加させ、流路Ｌ_αを流通する冷却液の流量を減少させる。さらに、流路Ｌ_βの溝部８の流路幅を広くするとともに、放熱フィン８０の幅を狭くして、流路Ｌ_βを流通する冷却液の流量を増加させる。モータ１０２のように、溝部８の流路幅のみを変えてもよい。

図９（ｂ）は、入口ニップル５１が、アウターフレーム５の一方の端部側に、出口ニップル５２が、アウターフレーム５の他方の端部側に形成される例を示す。流路Ｌ_αの流路長さ及び流路Ｌ_βの流路長さは、ほぼ同等となる。それぞれの流路を流通する冷却液の流量に差がないため、図９（ｂ）は、インナーフレーム４の軸方向において、溝部８の流路幅及び放熱フィン８０の幅は同一である。

図９（ｃ）は、入口ニップル５１が、アウターフレーム５の中央部から、一方の端部側にずれて形成され、出口ニップル５２が、アウターフレーム５の中央部から、他方の端部側にずれて形成される例を示す。このとき、アウターフレーム５の中央部から、端部側にずれている量は、入口ニップル５１及び出口ニップル５２でそれぞれ同量とする。そのため、インナーフレーム４の中央部を通る流路Ｌ_α１の流路長さ及び流路Ｌ_α２の流路長さは、ほぼ同等である。また、流路Ｌ_α１及び流路Ｌ_α２の流路長さは、インナーフレーム４の端部側を流通する流路Ｌ_βの流路長さよりも短い。流路Ｌ_α１及び流路Ｌ_α２付近の溝部８の流路幅及び放熱フィン８０の幅は変えず、流路Ｌ_βに近付くほど、溝部８の流路幅を広くするとともに、放熱フィン８０の幅を狭くして、流路Ｌ_βを流通する冷却液の流量を増加させる。

図９（ｄ）は、入口ニップル５１が、アウターフレーム５の一方の端部側に形成され、出口ニップル５２が、アウターフレーム５の中央部に形成される例を示す。流路Ｌ_αの流路長さは、流路Ｌ_βの流路長さよりも短い。そのため、流路Ｌ_αを流通する冷却液の流量は、流路Ｌ_βを流通する冷却液の流量よりも多くなる。したがって、流路Ｌ_αの溝部８の流路幅を狭くするとともに、放熱フィン８０の幅を広くして、流路Ｌ_αを流通する冷却液の流量を減少させる。さらに、流路Ｌ_βの溝部８の流路幅を広くするとともに、放熱フィン８０の幅を狭くして、流路Ｌ_βを流通する冷却液の流量を増加させる。

図９（ｅ）は、入口ニップル５１及び出口ニップル５２が、いずれもアウターフレーム５の一方の端部側に形成される例を示す。図９（ｄ）と同様に、流路Ｌ_αの流路長さは、流路Ｌ_βの流路長さよりも短い。そのため、流路Ｌ_αを流通する冷却液の流量は、流路Ｌ_βを流通する冷却液の流量よりも多くなる。したがって、流路Ｌ_αの溝部８の流路幅を狭くするとともに、放熱フィン８０の幅を広くして、流路Ｌ_αを流通する冷却液の流量を減少させる。さらに、流路Ｌ_βの溝部８の流路幅を広くするとともに、放熱フィン８０の幅を狭くして、流路Ｌ_βを流通する冷却液の流量を増加させる。

以上のように、アウターフレーム５に形成される入口ニップル５１及び出口ニップル５２の位置によって、流通する冷却液の流量が変わるため、入口ニップル５１から出口ニップル５２までの流路長さに基づき溝部８の流路幅及び放熱フィン８０の幅等を変えて、軸方向の流量の差を小さくし、軸方向の温度のムラを低減させる。

実施の形態４．
図１０は実施の形態４にかかるモータ１０３のインナーフレームの斜視図であり、図１１は、実施の形態４にかかるモータ１０３のインナーフレームの断面図である。図１１（ａ）は、第１の流路側のインナーフレーム４の断面図であり、図１１（ｂ）は、第２の流路側のインナーフレーム４の断面図である。モータ１０３は、インナーフレーム４の端部側の第１の放熱フィン８０の幅Ｗ_１ｂが、中央部側の第１の放熱フィン８０の幅Ｗ_１ａよりも狭く、インナーフレーム４の端部側の第２の放熱フィン９０の幅Ｗ_２ｂが、中央部側の第２の放熱フィン９０の幅Ｗ_２ａよりも狭い点で、モータ１０２と異なる。

図１１に示すように、モータ１０３では、溝部９を溝部８よりも少なく形成する。そのため、第２の放熱フィン９０の幅Ｗ_２は、第１の放熱フィン８０の幅Ｗ_１よりも大きくなる。これにより、モータ１０３では、第２の流路の流路断面積の合計を、第１の流路の流路断面積の合計より小さくできる。よって、第２の流路の圧力損失を大きくすることにより、第１の流路及び第２の流路の圧力損失の差を小さくできるため、第１の流路を流通する冷却液の流量と、第２の流路を流通する冷却液の流量の差を小さくできる。

さらに、モータ１０３では、溝部８の流路幅Ｗ_Ａを、インナーフレーム４の端部側は広く、中央部側は狭くする。すなわち、流路幅Ｗ_Ａ１よりも流路幅Ｗ_Ａ２を広くする。また、溝部９の流路幅Ｗ_Ｂを、インナーフレーム４の端部側は広く、中央部側は狭くする。すなわち、流路幅Ｗ_Ｂ１よりも第２の流路の流路幅Ｗ_Ｂ２を広くする。これにより、インナーフレーム４の端部側を流通する冷却液の流量と、中央部側を流通する冷却液の流量の差を小さくできる。すなわち、第１の流路及び第２の流路を流通する冷却液の、軸方向の流量の差を小さくできる。

上述の構成によって、第１の流路及び第２の流路のそれぞれの内側に配置される固定子コイル３１の円周方向の温度差を小さくすることができ、固定子コイル３１を効率よく冷却できるとともに、モータ１０３の効率を向上できる。

また、第１の流路及び第２の流路を流通する冷却液の、軸方向の流量の差を小さくできるため、固定子コイル３１の軸方向の温度のムラを低減でき、固定子コイル３１をより効率よく冷却できるとともに、モータ１０３の効率を向上できる。

なお、実施の形態４において、溝部８（溝部９）の流路幅Ｗ_Ａ（流路幅Ｗ_Ｂ）を、インナーフレーム４の端部側は広く、中央部側は狭くする例を示したが、流路幅Ｗ_Ａ及び流路幅Ｗ_Ｂは、入口ニップル５１から出口ニップル５２までの流路長さに基づいて設計すればよい。

実施の形態５．
図１２は実施の形態５にかかるモータ１０４のインナーフレームの斜視図であり、図１３は、実施の形態５にかかるモータ１０４のインナーフレームの断面図である。図１３（ａ）は、第１の流路側のインナーフレーム４の断面図であり、図１３（ｂ）は、第２の流路側のインナーフレーム４の断面図である。モータ１０４は、インナーフレーム４の端部側及び中央部側で溝部８及び溝部９の深さが異なる点で、モータ１０１と異なる。

モータ１０４では、溝部８及び溝部９の深さは、インナーフレーム４の端部側は浅く、中央部側は深い。そのため、第１の放熱フィン８０の高さＬ_１及び第２の放熱フィン９０の高さＬ_２は、それぞれインナーフレーム４の端部側は高く、中央部側は低い。これにより、インナーフレーム４の端部側を流通する冷却液の流量と、中央部側を流通する冷却液の流量の差を小さくできる。すなわち、第１の流路及び第２の流路を流通する冷却液の、軸方向の流量の差を小さくできる。このとき、第２の流路の流路断面積の合計を、第１の流路の流路断面積の合計よりも小さくなるように、溝部８及び溝部９の深さを設定する。

上述の構成によって、第１の流路及び第２の流路のそれぞれの内側に配置される固定子コイル３１の円周方向の温度差を小さくすることができ、固定子コイル３１を効率よく冷却できるとともに、モータ１０４の効率を向上できる。

また、第１の流路及び第２の流路を流通する冷却液の、軸方向の流量の差を小さくできるため、固定子コイル３１の軸方向の温度のムラを低減でき、固定子コイル３１をより効率よく冷却できるとともに、モータ１０４の効率を向上できる。

なお、実施の形態５において、第１の放熱フィン８０の高さＬ_１及び第２の放熱フィン９０の高さＬ_２を、それぞれインナーフレーム４の端部側では高く、中央部側では低くする例を示したが、高さＬ_１及び高さＬ_２は、入口ニップル５１から出口ニップル５２までの流路長さに基づいて設計すればよい。

実施の形態６．
図１４は実施の形態６にかかるモータ１０５のインナーフレームの斜視図であり、図１５は、実施の形態６にかかるモータ１０５のインナーフレームの正面図である。

モータ１０５では、第２の放熱フィン９０に、突起部１０（第１の突起部）が形成される。突起部１０は、図１５に示すように、第２の放熱フィン９０の両側の溝部９に突出して形成された凸部を有する。これにより、第２の流路の流路断面積の合計を、第１の流路の流路断面積の合計より小さくできる。

上述の構成によって、第２の流路は、突起部１０によって、圧力損失が増加する。そのため、第１の流路を流通する冷却液と、第２の流路を流通する冷却液の流量の差が小さくなるため、第１の流路及び第２の流路のそれぞれの内側に配置される固定子コイル３１の円周方向の温度差を小さくすることができ、固定子コイル３１を効率よく冷却できるとともに、モータ１０５の効率を向上できる。

なお、実施の形態６において、各第２の放熱フィン９０に突起部１０を形成する例を示したが、すべての第２の放熱フィン９０に形成しなくてもよい。

また、第２の放熱フィン９０の両側の溝部９に凸部を有する突起部１０を例に示したが、第２の放熱フィン９０の片側の溝部９だけに凸部を有してもよい。

実施の形態７．
図１６は、実施の形態７にかかるモータ１０６の第２の流路側のインナーフレーム４の斜視図であり、図１７は、実施の形態７にかかるモータ１０６の第２の流路側のインナーフレーム４の正面図である。図１８は、実施の形態７にかかるモータ１０６の第１の流路側のインナーフレーム４の斜視図であり、図１９は、実施の形態７にかかるモータ１０６の第１の流路側のインナーフレーム４の正面図である。

モータ１０６は、第２の放熱フィン９０に、突起部１０が形成されるとともに、第１の放熱フィン８０に、突起部１１（第２の突起部）が形成される点で、モータ１０５と異なる。突起部１１は、図１９に示すように、第１の放熱フィン８０の両側の溝部８に突出して形成された凸部を有する。また、突起部１０の凸部は、突起部１１の凸部より大きい。これにより、第２の流路の流路断面積の合計を、第１の流路の流路断面積の合計より小さくできる。以下、突起部１０の凸部及び突起部１１の凸部の大きさを、単に突起部１０及び突起部１１の大きさという。

さらに、モータ１０６では、突起部１０及び突起部１１の大きさは、それぞれインナーフレーム４の端部側を小さく、中央部側を大きくする。すなわち、図１７に示すように、突起部１０ａよりも突起部１０ｂを小さくする。また、図１９に示すように、突起部１１ａよりも突起部１１ｂを小さくする。これにより、インナーフレーム４の端部側を流通する冷却液の流量と、中央部側を流通する冷却液の流量の差を小さくできる。

上述の構成によって、第１の流路及び第２の流路のそれぞれの直下に配置される固定子コイル３１の円周方向の温度差を小さくすることができ、固定子コイル３１を効率よく冷却できるとともに、モータ１０６の効率を向上できる。

また、第１の流路及び第２の流路を流通する冷却液の、軸方向の流量の差を小さくできるため、固定子コイル３１の軸方向の温度のムラを低減でき、固定子コイル３１をより効率よく冷却できるとともに、モータ１０６の効率を向上できる。

なお、実施の形態７において、各第２の放熱フィン９０に突起部１０を形成する例を示したが、すべての第２の放熱フィン９０に形成しなくてもよい。

また、実施の形態７において、各第１の放熱フィン８０に突起部１１を形成する例を示したが、すべての第１の放熱フィン８０に形成しなくてもよい。

また、第１の放熱フィン８０の両側の溝部８に凸部を有する突起部１１を例に示したが、第１の放熱フィン８０の片側の溝部８だけに凸部を有してもよい。

また、実施の形態７において、突起部１０及び突起部１１の数を、それぞれインナーフレーム４の端部側を小さく、中央部側を大きくする例を示したが、突起部１０及び突起部１１の数は、入口ニップル５１から出口ニップル５２までの流路長さに基づいて設計すればよい。

実施の形態８．
図２０は、実施の形態８にかかるモータ１０７の第２の流路側のインナーフレーム４の斜視図であり、図２１は、実施の形態８にかかるモータ１０７の第２の流路側のインナーフレーム４の正面図である。図２２は、実施の形態８にかかるモータ１０７の第１の流路側のインナーフレーム４の斜視図であり、図２３は、実施の形態８にかかるモータ１０７の第１の流路側のインナーフレーム４の正面図である。

モータ１０７は、各第１の放熱フィン８０及び各第２の放熱フィン９０が、それぞれ複数の突起部１０及び突起部１１を有する点で、モータ１０６と異なる。さらに、モータ１０７では、突起部１０の数を、突起部１１の数より多くする。これにより、第２の流路の流路断面積の合計を、第１の流路の流路断面積の合計より小さくできる。

さらに、モータ１０７では、突起部１０及び突起部１１の数は、それぞれインナーフレーム４の端部側を少なく、中央部側を多くする。これにより、インナーフレーム４の端部側を流通する冷却液の流量と、中央部側を流通する冷却液の流量の差を小さくできる。

上述の構成によって、第１の流路及び第２の流路のそれぞれの内側に配置される固定子コイル３１の円周方向の温度差を小さくすることができ、固定子コイル３１を効率よく冷却できるとともに、モータ１０７の効率を向上できる。

さらに、第１の流路及び第２の流路を流通する冷却液の、軸方向の流量の差を小さくできるため、固定子コイル３１の軸方向の温度のムラを低減でき、固定子コイル３１をより効率よく冷却できるとともに、モータ１０７の効率を向上できる。

なお、実施の形態８において、突起部１０及び突起部１１の大きさを、それぞれインナーフレーム４の端部側を少なく、中央部側を多くする例を示したが、突起部１０及び突起部１１の大きさは、入口ニップル５１から出口ニップル５２までの流路長さに基づいて設計すればよい。

実施の形態９．
図２４は、実施の形態９にかかるモータ１０８の第２の流路側のインナーフレーム４の斜視図であり、図２５は、実施の形態９にかかるモータ１０８の第２の流路側のインナーフレーム４の正面図である。図２６は、実施の形態９にかかるモータ１０８の第１の流路側のインナーフレーム４の斜視図であり、図２７は、実施の形態９にかかるモータ１０８の第１の流路側のインナーフレーム４の正面図である。

モータ１０８は、第１の放熱フィン８０及び第２の放熱フィン９０が、それぞれ複数の突起部１０及び突起部１１を有し、突起部１０が、突起部１１よりも大きい点で、モータ１０７と異なる。突起部１０が、突起部１１よりも大きいことにより、第２の流路の流路断面積の合計を、第１の流路の流路断面積の合計より小さくできる。

さらに、モータ１０８では、突起部１０及び突起部１１の数は、それぞれインナーフレーム４の端部側を少なく、中央部側を多くする。これにより、インナーフレーム４の端部側を流通する冷却液の流量と、中央部側を流通する冷却液の流量の差を小さくできる。

上述の構成によって、第１の流路及び第２の流路のそれぞれの直下に配置される固定子コイル３１の円周方向の温度差を小さくすることができ、固定子コイル３１を効率よく冷却できるとともに、モータ１０８の効率を向上できる。

また、第１の流路及び第２の流路を流通する冷却液の、軸方向の流量の差を小さくできるため、固定子コイル３１の軸方向の温度のムラを低減でき、固定子コイル３１をより効率よく冷却できるとともに、モータ１０８の効率を向上できる。

実施の形態１０．
図２８は、実施の形態１０にかかるモータ装置２００の斜視図であり、図２９は、実施の形態１０にかかるモータ装置２００の動作を示す図である。モータ装置２００は、モータ１００、インバータ１、及び制御装置（図２８に図示せず）を備える。

制御装置は、モータ１００の回転子２の回転数、トルク、又はモータ１００の温度等、モータ１００の動作状態の情報をモータ１００から受け取る。制御装置は、これらの情報から、モータ１００に給電する電流の振幅及び位相を決定し、インバータ１に指令を送る。

インバータ１は、モータ１００の反負荷側ブラケット７に設置される。インバータ１は、制御装置からの指令に基づいた振幅及び位相の電流を、モータ１００の固定子コイル３１に給電する。指令に基づいた振幅及び位相の電流がモータ１００の固定子コイル３１に給電されると、回転子２が回転する。回転子２が回転することにより、回転子２の中心部に固定されたシャフト２２から、モータ１００の外部へ動力が伝わる。このように、インバータ１は、モータ１００の回転子２の回転数及びトルクを制御する。

このとき、固定子コイル３１に電流が流れることにより、固定子コイル３１で銅損が発生する。さらに、固定子コア３０と回転子コア２０とが積層された電磁鋼板（図２８に図示せず）で鉄損が発生し、回転子２が回転することによって負荷側ベアリング６０と反負荷側ベアリング７０とで機械損等の損失が発生する。発生した損失は、熱となってモータ１００の内部を移動し、固定子コイル３１等、各部の温度を上昇させる。また、各部を通った熱は、主としてインナーフレーム４から第１の流路と第２の流路を流れる冷却液に熱伝達により放熱される。

このように、モータ装置２００は、モータ１００と、モータ１００の回転数及びトルクを制御するインバータ１と、モータ１００の動作状態の情報から、モータ１００に給電する電流の振幅及び位相を決定し、決定した電流の振幅及び位相を、インバータ１に送る制御装置とを備えるものである。

上述の構成によって、固定子コイル３１をより効率よく冷却できるため、モータ１００を効率よく冷却できる。これにより、モータ装置２００のインバータ１からモータ１００に流す電流を大きくすることできるため、より高出力、すなわち、高回転数及び高トルクのモータ装置２００を得ることができる。

また、モータ装置２００は、モータ１００とインバータ１とを一体としているため、配線及び部品が少なく、機器にモータ１００を搭載する作業が容易になり、作業性を向上できる。

なお、実施の形態１０において、モータ装置２００は制御装置２６と別体であるが、制御装置もモータ１００及びインバータ１と一体としてもよい。

また、実施の形態１０において、インバータ１はモータ１００の反負荷側ブラケット７側、すなわち、モータ１００の後方に配置しているが、モータ１００の側面又は前方等、どこに配置してもよい。

なお、実施の形態１０において、モータ装置２００がモータ１００を備える例を示したが、モータ１０１〜１０８のいずれであってもよい。

なお、本開示において、入口ニップル５１及び出口ニップル５２が、アウターフレーム５の側壁部５０上の中央部に配置された例を示したが、側壁部５０の端部側に配置してもよい。

また、本開示において、入口ニップル５１及び出口ニップル５２が、モータ１００〜１０８の軸方向と直交する方向に延伸している例を示したが、他の角度であってもよい。

また、本開示において、突起部１０及び突起部１１を正面から見た形状を円形とする例を示したが、他の形状、例えば楕円形であってもよいし、四角形又は三角形等の多角形であってもよい。

なお、本開示は、発明の範囲内において、各実施の形態を自由に組み合わせることや、各実施の形態を適宜、変形、省略することが可能である。

１インバータ、２回転子、３固定子、４インナーフレーム、
５アウターフレーム、６負荷側ブラケット、７反負荷側ブラケット、８、９溝部、
１０、１１突起部、２０回転子コア、２１磁石、２２シャフト、２６制御装置、
３０固定子コア、３１固定子コイル、４０入口ヘッダ流路、４１出口ヘッダ流路、
５０側壁部、５１入口ニップル、５２出口ニップル５２負荷側ベアリング、
７０反負荷側ベアリング、８０第１の放熱フィン、９０第２の放熱フィン、
１００、１０１、１０２、１０３、１０４、１０５、１０６、１０７、１０８モータ、
２００モータ装置。

Claims

回転子を囲う固定子が内側に配置され、冷却液が流通する入口ヘッダ流路、出口ヘッダ流路、第１の流路及び第２の流路が形成される筒状のインナーフレームと、
前記インナーフレームの外周を囲う筒状の側壁部、並びに前記入口ヘッダ流路と連通して形成され、前記冷却液が流入する流入口及び前記出口ヘッダ流路と連通して形成され、前記冷却液が流出する流出口を有するアウターフレームと、を備え、
前記第１の流路及び前記第２の流路は、それぞれ一端が前記入口ヘッダ流路と接続され、他端が前記出口ヘッダ流路と接続され、
前記第２の流路は、前記冷却液が前記第１の流路と反対方向に流通し、前記第１の流路よりも前記冷却液が流通する円周方向の長さが短く、前記冷却液が流通する流路断面積が、前記第１の流路の流路断面積より小さい、
モータ。
前記第１の流路は、前記アウターフレームの前記側壁部と、前記インナーフレームの外周側から内周側に向かって形成されるとともに前記インナーフレームの外周に沿って延伸する第１の溝部とによって形成され、
前記第２の流路は、前記アウターフレームの前記側壁部と、前記インナーフレームの外周側から内周側に向かって形成されるとともに前記インナーフレームの外周に沿って延伸する第２の溝部とによって形成され、
前記第２の溝部の数は、前記第１の溝部の数より少ない、
請求項１に記載のモータ。
前記第１の流路は、前記アウターフレームの前記側壁部と、前記インナーフレームの外周側から内周側に向かって形成されるとともに前記インナーフレームの外周に沿って延伸する第１の溝部とによって形成され、
前記第２の流路は、前記アウターフレームの前記側壁部と、前記インナーフレームの外周側から内周側に向かって形成されるとともに前記インナーフレームの外周に沿って延伸する第２の溝部とによって形成され、
前記第２の溝部の深さは、前記第１の溝部の深さより浅い、
請求項１又は請求項２に記載のモータ。
前記第１の流路は、前記アウターフレームの前記側壁部と、前記インナーフレームの外周側から内周側に向かって形成されるとともに前記インナーフレームの外周に沿って延伸する第１の溝部とによって形成され、
前記第２の流路は、前記アウターフレームの前記側壁部と、前記インナーフレームの外周側から内周側に向かって形成されるとともに前記インナーフレームの外周に沿って延伸する第２の溝部とによって形成され、
前記冷却液が流通する流路幅は、前記第１の溝部より前記第２の溝部が狭い、
請求項１〜３のいずれか一項に記載のモータ。
前記インナーフレームは、前記第１の溝部及び前記第２の溝部をそれぞれ複数有し、前記第１の溝部及び隣接する前記第１の溝部の間には、前記インナーフレームの外周に沿って第１の放熱フィンが形成され、前記第２の溝部及び隣接する前記第２の溝部の間には、前記インナーフレームの外周に沿って第２の放熱フィンが形成される、
請求項２〜４のいずれか一項に記載のモータ。
前記第１の放熱フィン及び前記第２の放熱フィンの少なくとも一方は、モータの軸方向において、前記流入口から前記流出口までの流路長さが短いと軸方向の幅が広く、長いと軸方向の幅が狭い、
請求項５に記載のモータ。
前記第１の溝部及び前記第２の溝部の少なくとも一方は、モータの軸方向において、前記流入口から前記流出口までの流路長さが短いと流路幅が狭く、長いと流路幅が広い、
請求項２〜６のいずれか一項に記載のモータ。
前記第１の溝部及び前記第２の溝部の少なくとも一方は、モータの軸方向において、前記流入口から前記流出口までの流路長さが短いと深さが浅く、長いと深さが深い、
請求項２〜７のいずれか一項に記載のモータ。
前記第２の放熱フィンは、前記第２の溝部側に突出した第１の突起部を有する、
請求項５〜８のいずれか一項に記載のモータ。
前記第１の放熱フィンは、前記第１の溝部側に突出した第２の突起部を有し、
前記第１の突起部は、前記第２の突起部より大きい、
請求項９に記載のモータ。
前記第１の放熱フィンは、前記第１の溝部側に突出した第２の突起部を有し、
前記第１の突起部の数は、前記第２の突起部の数より多い、
請求項９又は請求項１０に記載のモータ。
前記第１の突起部及び前記第２の突起部の少なくとも一方は、モータの軸方向において、前記流入口から前記流出口までの流路長さが短いと数が多く、長いと数が少ない、
請求項９〜１１のいずれか一項に記載のモータ。
前記第１の突起部及び前記第２の突起部の少なくとも一方は、モータの軸方向において、前記流入口から前記流出口までの流路長さが短いと大きく、長いと小さい、
請求項９〜１２のいずれか一項に記載のモータ。
請求項１〜１３のいずれか一項に記載のモータと、
前記モータの回転数及びトルクを制御するインバータと、
前記モータの動作状態の情報から、前記モータに給電する電流の振幅及び位相を決定し、決定した前記電流の振幅及び位相を、前記インバータに送る制御装置と
を備えるモータ装置。