JPH052574U - モータの冷却装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 （目的） モータ４のステータ１８を効率よく冷却し
て、水冷式モータと同等以上の性能を得る。 （構成） モータ４のハウジング５を気密状の密閉構造
とし、この内部に作動液を封入する。ハウジング５にお
いて出力軸１２と反対側部分を延ばし、この延長部１１
に放熱部２０を設ける。ハウジング５自体をヒートパイ
プ構造とし、ステータ１８の熱を放熱部２０に輸送する
ことで、ステータ１８を冷却する。

Description

【考案の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】

この考案は、特に真空環境下でアクチュエータとして使用されるのに好適なモ ータの冷却装置に関する。

【０００２】

【従来の技術】

一般に、モータにおいては、その発熱により種々の不具合が生じることから、 十分な冷却を行うことが要求される。上記不具合としては、ステータ等における コイルの絶縁材が熱劣化して絶縁不良を招くことが最も影響の大きいものであり 、この他、マグネットの磁束密度の低下、熱膨張による軸受部の機械的誤差の発 生、回転角検出用のエンコーダを内蔵したものでは、その耐久性の低下等がある 。

【０００３】 この種モータを冷却する場合、従来、モータの熱を熱伝導によりハウジングに 放熱する方法や、ステータとロータとの間に空気を流して冷却する方法があるが 、これらの方法では、冷却のために特別な動力系を必要とし、構造やコストの面 で難がある。また、ロボットのアクチュエータとして用いられるモータにあって は、構造の簡素化等のために、自然空冷による冷却構造が採用されている。

【０００４】 一方、モータの冷却装置の１例として、例えば実開昭６２―１１３６６号公報 や特開昭６３―１８３３８４号公報等に示されているように、モータの出力軸を いわゆるヒートパイプで構成し、モータ内部に発生した熱を出力軸内で輸送して 外部に放出することにより、モータを冷却するようにしたものが提案されている 。

【０００５】 上記ヒートパイプは、気密状に密閉されたパイプで構成され、その内部は作動 液（冷媒）とその飽和蒸気とで満たされている。パイプの一端（ロータ側）は吸 熱部（加熱部、Heat-in ）に、また他端は放熱部（冷却部、Heat-out）にそれぞ れ構成され、吸熱部に加えられた熱でその部分の作動液が蒸発すると、この蒸気 は放熱部との間の圧力差により該放熱部に移動して凝縮し、蒸発潜熱を放出する とともに、この放熱部で凝縮した作動液は吸熱部に戻る。以後は同様の動きを繰 り返すものであり、上記放熱部から吸熱部に作動液を効率的に戻すために、ウィ ックと呼ばれる金網等の毛細管構造物が設けられたりすることがある。

【０００６】

【考案が解決しようとする課題】

ところで、ロータに永久磁石を使用したモータにおいては、ステータにおける コイルでのジュール熱による発熱が大きいので、ロータよりもむしろステータを 冷却する方が冷却効率の点で好ましい。しかし、上記提案のものは、モータの出 力軸により熱を輸送して、出力軸と一体のロータを冷却するものであり、ステー タの発熱の大きいモータに対しては十分な冷却効果が得られず、その適用は困難 であった。

【０００７】 本考案は斯かる諸点に鑑みてなされたもので、その目的は、特別な動力系を要 することなく、モータのステータを効率よく冷却して、モータを水冷式のものと 同程度以上の出力で使用できるようにすることにある。

【０００８】

【課題を解決するための手段】

この目的の達成のために、請求項１の考案では、上記ヒートパイプの構造をモ ータのハウジングで構成することとした。

【０００９】 すなわち、この考案では、密閉されたハウジング内にステータを嵌装固定し、 ロータを取り付けた出力軸をハウジングの外部に気密状に貫通して延出する。ハ ウジングに出力軸と反対側に延長された延長部を設けて、該延長部の端部に放熱 部を形成する。そして、ハウジング内に所定量の作動液を封入する。

【００１０】 また、請求項２の考案では、放熱部で凝縮した作動液をステータ側に効率よく 戻すために、ステータ表面から放熱部に亘るハウジング内部に毛細管構造物（ウ ィック）を設ける。

【００１１】

【作用】

請求項１の考案では、モータのハウジングは密閉構造とされ、その内部に作動 液が封入されているので、このハウジング自体がヒートパイプとして機能する。 すなわち、ハウジングにおけるステータ嵌装部分が吸熱部に、また延長部の端部 が放熱部となり、モータのステータで発生した熱でその部分の作動液が蒸発する 。この蒸発による蒸気はハウジング内での放熱部との間の圧力差により該放熱部 に移動し、そこで蒸発潜熱を放出して凝縮する。また、この放熱部で凝縮した作 動液はステータ側に戻り、以後は同様の動きを繰り返す。以上により、ステータ で発生した熱は放熱部に運ばれることとなり、従って、ステータを効率よく冷却 することができる。

【００１２】 また、請求項２の考案では、上記ステータ表面から放熱部に亘るハウジング内 部に毛細管構造物が設けられているので、放熱部で凝縮した作動液は毛細管構造 物での毛細管作用によりステータ側に効率よく還流される。

【００１３】

【実施例】

以下、本考案の実施例を図面に基づいて説明する。

【００１４】 図２は本考案の実施例に係る真空環境作業用ロボットＲを示し、このロボット Ｒは真空空間内で各種の作業を行うために使用される。同図において、１は真空 槽で、その仕切壁２（側壁）により図で上側の真空側（真空槽１内側）と下側の 大気側とに仕切られている。仕切壁２には開口３が形成され、この開口３にはコ ラムを構成するモータ４が気密状に挿通されて固定されている。

【００１５】 上記モータ４は、気密状に密閉された円筒状のハウジング５を有し、このハウ ジング５が仕切壁２の開口３に挿通されている。ハウジング５の一端にはロボッ トＲにおける第１軸としての出力軸１２が気密状に挿通され、この出力軸１２の 端部に第１アーム３１が回転一体に固定されている。また、第１アーム３１の先 端には第２軸３２を介して第２アーム３３が回転可能に支持され、この第２アー ム３３の先端には第３軸３４を介してハンド３５が回転可能に支持されている。 出力軸１２を回転させるダイレクトドライブ方式により、第１及び第２アーム３ １，３３を揺動させて、ハンド３５を目的の位置に移動させるようになっている 。

【００１６】 上記モータ４の内部構造を図１により説明する。モータ４のハウジング５は、 真空側（図１では左側）に位置する第１ハウジング６と、大気側（同右側）に位 置する第３ハウジング１１と、両ハウジング６，１１間に位置する第２ハウジン グ８との３つからなり、第１及び第３ハウジング６，１１は有底円筒状に、また 第２ハウジング８は円板状にそれぞれ形成されている。これらハウジング６，８ ，１１は外径が同じとされ、第１及び第３ハウジング６，１１の開口部を突き合 わせ、その間に第２ハウジング８を介在させて一体に組み付けられている。第１ ハウジング６の底部中心及び第２ハウジング８の中心にはそれぞれ軸受孔７，９ が形成され、第１ハウジング６の軸受孔７には出力軸１２の一端近傍が、また第 ２ハウジング８の軸受孔９には出力軸１２の他端部がそれぞれ軸受１３，１４を 介して回転自在に支持されている。第１ハウジング６の軸受孔７内の軸受１３は 軸受孔７内でハウジング５外側に位置し、その軸受孔７のハウジング５内側には シール部材１５が嵌挿されている。

【００１７】 上記出力軸１２にはロータ１６が回転一体に固定されている。一方、第１ハウ ジング６の内周部には、コイル１７を巻き付けてなるステータ１８が一体的に取 り付けられており、このステータ１８のコイル１７に電力を供給することで、ロ ータ１６を回転させる。

【００１８】 上記第２ハウジング８には複数の開口１０，１０，…が軸受孔９の周りに形成 され、これら開口１０，１０，…により第１ハウジング６内と第３ハウジング１ １内とが連通している。第３ハウジング１１は本考案でいう延長部を構成するも ので、第１及び第２ハウジング６，８に対し出力軸１２と反対側に延長されてい る。この第３ハウジング１１の底部側外側壁、つまり大気側に臨む部分には多数 のフィン１９，１９，…が突設され、これらフィン１９，１９，…により放熱部 ２０が構成されている。

【００１９】 上記ハウジング５の内周壁面には金網等からなる毛細管構造物２１が張り付け られている。この毛細管構造物２１は、第１ハウジング６の一部から第３ハウジ ング１１にかけて連続して配置され、その一端部は上記ステータ１８において第 ２ハウジング８側のコイル１７表面に伝熱可能に接触し、他端部は上記放熱部２ ０に対応する第３ハウジング１１内周壁面に接触している。

【００２０】 さらに、上記ハウジング５の内部には所定量の作動液（例えば水）のみが封入 されている。つまり、ハウジング５内を真空状態にした後、作動液が封入される 。

【００２１】 したがって、上記実施例においては、モータ４のハウジング５は気密状に密閉 され、その内部に作動液が封入されているので、このハウジング５自体がヒート パイプとして機能することとなる。すなわち、モータ４の作動によりステータ１ ８のコイル１７にジュール熱が発生すると、この熱を受けて第１ハウジング６内 のステータ１８近傍の作動液が蒸発する。この蒸発に伴い、その部分の圧力が第 ３ハウジング１１内部の圧力よりも高くなり、この圧力差により、上記蒸気が図 １で実線矢印にて示す如く第２ハウジング８の開口１０，１０，…を通って第３ ハウジング１１内に高速で移動する。そして、第３ハウジング１１の底部側端部 は大気側に位置し、その端部に放熱部２０が形成されているので、上記移動した 蒸気は該放熱部２０で冷却され、蒸発潜熱を放出して凝縮し、作動液に戻る。こ のことにより、ステータ１８の熱は作動液の蒸発、移動及び凝縮によって潜熱と して放熱部２０に伝えられ、大きな熱流束が得られる。その際、放熱部２０は多 数のフィン１９，１９，…で構成されているので、放熱効果を高めることができ る。

【００２２】 上記放熱部２０で凝縮した作動液は毛細管構造物２１での毛細管作用により、 図１で破線矢印にて示すようにステータ１８側に還流され、以後、同様のことが 繰り返される。以上により、ステータ１８で発生した熱は放熱部２０に運ばれて 大気側に放出されることとなり、ステータ１８を効率よく冷却することができる 。

【００２３】 特に、このようにモータ４のステータ１８やロータ１６が真空側に配置されて いると、そのままでは伝熱媒体としての空気がないので、ハウジング５での熱伝 導のみで放熱することになるが、この実施例では、ステータ１８の熱をヒートパ イプの原理により大気側に輸送して放出するので、真空環境作業用のモータ４で あっても、それを効率よく冷却することができる。

【００２４】 尚、上記実施例は、真空環境作業用ロボットＲにおけるアクチュエータとして のモータ４に適用した場合であるが、本考案はその他の用途のモータに対しても 適用でき、同様の作用効果が得られる。

【００２５】 また、上記毛細管構造物２１の端部はステータ１８の第３ハウジング１１側の コイル１７表面に接触させているが、この毛細管構造物２１を薄いフィルム状に できるときは、ステータ１８とロータ１６との間隙を通して反対側に延ばし、ス テータ１８の第１ハウジング６底部側のコイル１７表面を覆うように接触させて もよく、より一層有利である。

【００２６】

【考案の効果】

以上説明したように、請求項１の考案によると、モータのハウジングを密閉構 造とし、その一部を出力軸と反対側に延長して放熱部を形成して、ハウジング自 体をヒートパイプとしたことにより、モータのステータでの熱を効率よく放熱部 に輸送してステータを効率よく冷却でき、特別な動力系を要することなく十分な 冷却効果を得てモータの出力性能を向上させることができ、ひいてはモータの小 形化、高性能化を図ることができる。

【００２７】 また、請求項２の考案によると、上記ステータ表面から放熱部に亘るハウジン グ内部に毛細管構造物を設けたので、放熱部で凝縮した作動液を毛細管構造物に よりステータ側に効率よく還流でき、上記冷却効果をより一層効果的に得ること ができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】モータの拡大断面図である。

【図２】真空環境作業用ロボットの一部破断正面図であ
る。

【符号の説明】

４…モータ ５…ハウジング ６…第１ハウジング ８…第２ハウジング １１…第３ハウジング（延長部） １２…出力軸 １６…ロータ １７…コイル １８…ステータ １９…フィン ２０…放熱部 ２１…毛細管構造物

Claims (2)

【実用新案登録請求の範囲】
1. 【請求項１】 密閉されたハウジング内にステータが嵌
   装されて固定され、ロータを取り付けた出力軸がハウジ
   ングの外部に気密状に貫通して延出され、上記ハウジン
   グは出力軸と反対側に延長された延長部を有し、該延長
   部の端部には放熱部が形成され、ハウジング内に所定量
   の作動液が封入されていることを特徴とするモータの冷
   却装置。
2. 【請求項２】 ステータ表面から放熱部に亘るハウジン
   グ内部に毛細管構造物が設けられていることを特徴とす
   る請求項１記載のモータの冷却装置。