JPH05308752A - モータの放熱構造 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【目的】 ステータ側の発熱が大きいモータに対して
も、特別な外部動力源を必要とすることなく、冷却性能
を向上させる。 【構成】 ハウジング２内の内壁２ａの外側に、内壁２
ａを隔ててステータ５を囲むように環状の空洞７を形成
する。ハウジング２に、空洞７と連通する中空部９を有
する気密状のパイプ８の一端を接続する。空洞７のステ
ータ５側の面と中空部９の先端との間に、毛細管作用を
有するウィック１０を布設する。空洞７および中空部９
に、空洞７のステータ５側の面で蒸発したのち中空部９
の先端で蒸発潜熱を放出して凝縮する作動流体を封入す
る。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は、真空環境下で使用され
るモータの放熱構造に関するものである。

【０００２】

【従来の技術】従来、真空中で使用されるモータの放熱
方法としては、モータのハウジング表面から熱を放射す
る自然放熱方法、モータが取り付けられている取付部の
熱伝導により放熱箇所まで熱を移送する熱移送方法、ハ
ウジングにウォータジャケットを設けてモータを水冷す
る水冷方法、気密構造のハウジング内にモータを入れて
ハウジング内部の空気を循環させる空冷方法等がある。

【０００３】ところが、上記自然放熱方法および熱移送
方法では、放熱量が少なく、しかも、モータの取付け位
置や取付け方法によって放熱特性が大きく変化するた
め、大きな放熱効果を期待できなかった。また、上記水
冷方法および空冷方法では、冷却用の流体を強制的に循
環させるポンプが必要となり、構造の複雑化とコストの
上昇を招くという問題があった。

【０００４】そこで、ポンプなどの外部動力源を必要と
せずにモータの放熱を行う放熱構造として、例えば、実
開昭６２−１１３６６号公報および特開昭６３−１８３
３８４号公報に開示されるものが提案され、公知になっ
ている。この放熱構造は、モータの出力軸をヒートパイ
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ようになっている。上記ヒートパイ
プは、気密状態のパイプ内に、作動流体とその飽和蒸気
とが封入された構造になっており、パイプの一端が蒸発
部に、他端が放熱部にそれぞれ形成されている。上記作
動流体は、モータのロータから蒸発部に加えられた熱に
よりその部分で蒸発し、この蒸気が放熱部との圧力差に
より放熱部に移動して凝縮し、蒸発潜熱を放出する。放
熱後は、液体となって蒸発部に戻るようになっている。

【０００５】

【発明が解決しようとする課題】ところで、ロータに永
久磁石を用いたモータにおいては、ロータ側よりもステ
ータ側のコイルにおいて発熱が大きくなる。しかしなが
ら、上記従来の放熱構造では、モータの出力軸と一体の
ロータを冷却する構造であるため、ステータ側の発熱が
大きいモータに対しては十分な冷却効果が得られず、冷
却性能が低いという問題がある。

【０００６】本発明はかかる点に鑑みてなされたもので
あり、その目的とするところは、ステータ側の発熱が大
きいモータに対しても、特別な外部動力源を必要とする
ことなく、冷却性能を向上させ得るモータの放熱構造を
提供しようとするものである。

【０００７】

【課題を解決するための手段】上記の目的を達成するた
め、請求項１記載の発明は、ロータとこのロータを囲む
環状のステータとが気密状態のハウジング内に収められ
てなるモータの放熱構造において、上記ハウジング内の
内壁の外側に、内壁を隔ててステータを囲むように形成
された環状の空洞と、一端が上記ハウジングに接続さ
れ、上記空洞と連通する中空部を有する気密状のパイプ
と、上記空洞のステータ側の面と上記中空部の先端との
間に布設され、毛細管作用を有するウィックと、上記空
洞および中空部に封入され、上記空洞のステータ側の面
で蒸発したのち上記中空部の先端で蒸発潜熱を放出して
凝縮する作動流体とを備える構成とするものである。

【０００８】請求項２記載の発明は、請求項１記載の発
明に従属するものであり、上記パイプの先端を、作動流
体が放熱する放熱面を備えたラジエーションパネルで形
成し、上記放熱面を、外部の熱源からの熱を遮る遮熱幕
で覆う構成とするものである。

【０００９】請求項３記載の発明は、請求項２記載の発
明に従属するものであり、上記遮熱幕を、所定温度以上
の熱を感知したとき伸長して上記放熱面を覆い、所定温
度以下の熱では収縮して上記放熱面を開放するように形
成された形状記憶合金からなる構成とするものである。

【００１０】

【作用】上記の構成により、請求項１記載の発明では、
モータの作動によりステータが発熱すると、この熱は、
ハウジングの内壁を介して空洞内のウィックに伝えら
れ、作動流体を蒸発させる。この蒸発により空洞の気圧
がパイプの中空部の先端側の気圧よりも高くなり、両者
側で圧力差が生じる。この圧力差により、上記蒸発した
作動流体の蒸気は、中空部内をその先端側へ移動し、中
空部の先端で蒸発潜熱を放出して凝縮する。凝縮により
液化した作動流体は、ウィックの毛細管作用によりウィ
ック内を空洞側へ還流し、以後同様の動きを繰り返す。

【００１１】請求項２記載の発明では、ステータの熱を
吸収した作動流体の蒸気は、ラジエーションパネルの広
く形成された放熱面で蒸発潜熱を放出する。放熱面に外
部からの熱が向かってくる際には、遮熱幕が放熱面を外
部熱から遮って放熱面の温度上昇を防ぐので、放熱面
は、中空部内の蒸発潜熱を確実に放出する。

【００１２】請求項３記載の発明では、ラジエーション
パネルの放熱面へ放熱面の放熱を妨げる高温の外部熱が
向かってくる際、遮熱幕が自動的に伸長し放熱面を覆っ
て放熱面の温度上昇を防ぐので、放熱面からの放熱が妨
げられない。放熱面へ向かう外部熱が低温であるときに
は、遮熱幕が自動的に収縮して放熱面を開放するので、
放熱面から熱が円滑に放出される。

【００１３】

【実施例】以下、本発明の実施例を図面に基づいて説明
する。

【００１４】図１は、本発明の第１実施例に係るモータ
の放熱構造を示す。１はモータであり、このモータ１
は、真空空間内でロボット（図示せず）等を作動させる
ために使用されるようになっている。このモータ１は、
気密状態のハウジング２を備え、このハウジング２に
は、出力軸３が軸受３ａ，３ａを介して気密状に挿通さ
れている。上記ハウジング２内には、上記出力軸３と一
体に形成されたロータ４と、このロータ４を囲む環状の
ステータ５とが収められている。このステータ５は、コ
イル６を保持した状態で上記ハウジング２の内壁２ａに
固定されている。このハウジング２内の内壁２ａの外側
には、内壁２ａを隔てて上記ステータ５を囲むように環
状の空洞７が形成されている。

【００１５】上記ハウジング２には、上記空洞７と連通
する中空部９を備えた気密状のパイプ８の一端（基端）
が接続されており、上記空洞７のステータ５側の面から
上記中空部９の先端にかけて、毛細管作用を有するウィ
ック１０が連続状に布設されている。上記空洞７および
中空部９内には、水、メタノール、エタノール、フロン
等の作動流体が封入されており、この作動流体は、上記
空洞７のステータ５側の面で蒸発したのち上記中空部９
の先端で蒸発潜熱を放出して凝縮し、上記ウィック１０
に浸透するようになっている。すなわち、上記パイプ８
と上記空洞７とでヒートパイプが構成されており、上記
空洞７のステータ５側の面は、作動流体が蒸発する蒸発
部１１に、上記パイプ８の先端側は、上記蒸発した作動
流体が放熱する放熱部１２にそれぞれ形成されている。

【００１６】次に、本実施例の作用について説明する。
モータ１の作動によりステータ５が発熱すると、この熱
は、ハウジング２の内壁２ａを介して空洞７の蒸発部１
１に伝えられ、蒸発部１１でウィック１０内の作動流体
を蒸発させる。この蒸発により空洞７の気圧が中空部９
の先端側の気圧よりも高くなり、両者側で圧力差が生じ
る。この圧力差により、上記蒸発した作動流体の蒸気
は、実線矢印で示すように、中空部９内をその先端側へ
高速で移動し、放熱部１２で蒸発潜熱を放出して凝縮す
る。この放熱により、上記ステータ５の熱が外部へ放出
されることになる。凝縮により液化した作動流体は、毛
細管作用によりウィック１０内を通って蒸発部１１側へ
還流し、以後同様の動きを繰り返す。このように、作動
流体を循環させるに当たり、ヒートパイプ内の蒸発部１
１と放熱部１２との間の圧力差と、ウィック１０の毛細
管作用とを利用して行うようになっており、特別な外部
動力源を必要としないので、構造が簡単であり、放熱性
能に対する信頼性を高めることができる。

【００１７】また、上記蒸発部１１は、モータ１のうち
で最も発熱の大きいステータ５付近に設けられており、
このステータ５から熱を吸収するようになっているの
で、モータ１の放熱効率を向上させることができる。さ
らに、ウィック１０を収めたパイプ８とモータ１との間
でヒートパイプを構成しているので、モータ１から離れ
た位置にある放熱部１２まで少ない温度差で多くの熱を
送ることができ、放熱部の冷却条件を緩和した状態で放
熱することができる。さらに、上記空洞７のステータ５
側の面には、全面にわたってウィック１０が布設されて
いるので、ステータ５の周方向の温度分布が一様にな
り、コイル６の部分的な過熱を防止できる。

【００１８】図２〜図４は、本発明の第２実施例に係る
モータの放熱構造を示し、１３は、内部が真空空間に形
成された箱型の構体であり、この構体１３の内壁には、
３個のモータ１，１，１が取り付けられている。上記各
モータ１は、構体１３の外部へ向かうパイプ１４の一端
に接続されており、このパイプ１４の他端は、作動流体
が放熱する放熱面１６を備えたラジエーションパネル１
５で形成されている。このラジエーションパネル１５の
内部と各モータ１の空洞７とは、上記パイプ１４の中空
部１７を通じて気密状に連通されており、上記放射面１
６と各モータ１の空洞７のステータ５側の面との間に
は、ウィック１０が連続状に布設されている。この構成
により、上記各モータ１とラジエーションパネル１５と
の間でヒートパイプが形成されている。

【００１９】上記放熱面１６の上端および下端にはそれ
ぞれ、レール１８が設けられて互いにレール溝１９を対
向させており、上下両レール１８，１８間には、外部の
熱源（図示せず）からの熱を遮る遮熱幕２０が設けられ
ている。この遮熱幕２０は、形状記憶合金からなってお
り、所定温度以上の熱を感知すると、図４に２点鎖線で
示すように、自動的に伸長して上記放熱面１６を覆い、
所定温度以下の熱では自動的に収縮して上記放熱面１６
を開放するように形成されている。なお、２１は、上記
遮熱幕２０の上下の各端縁に複数個ずつ取り付けられた
ガイドピンであり、このガイドピン２１は、遮熱幕２０
の伸縮時にレール溝１８に案内されるようになってい
る。

【００２０】上記の構成により、本実施例では、外部か
ら上記放熱面１６に対して放熱を妨げる所定温度以上の
熱が向かってくる際には、上記遮熱幕２０が、放熱面１
６を外部熱から遮って放熱面１６の温度上昇を防ぐの
で、放熱面１６は、ラジエーションパネル１５内の蒸発
潜熱を確実に放出することができる。また、放熱面１６
へ向かう外部熱が所定温度以下の低温であるときには、
遮熱幕２０が放熱面１６を開放するので、放熱面１６か
ら熱を効率よく放出することができる。

【００２１】さらに、本実施例の場合、ヒートパイプの
放熱部は、ラジエーションパネル１５の放熱面１６によ
り放熱面積が大きく形成されている。したがって、上記
ステータ５の熱を吸収した作動流体の蒸気は、放熱面積
の大きい放熱面１６で蒸発潜熱を放出し、高い放熱効果
を得ることができる。その上、上記パイプ１４の長さお
よび方向を調節することにより、モータ１の取付け位置
および放熱面１６の向きを自由に選択できる。

【００２２】さらにその上、本実施例では、複数個のモ
ータ１，１，１に対して一つのラジエーションパネル１
５で放熱を行う構成であるため、放熱部の個数を減らし
て製造コストを低減させることができる。

【００２３】なお、本第２実施例において、上記以外の
構成については、第１実施例と同じ構成であるため、同
じ番号を付し、詳細な説明を省略した。また、本第２実
施例においても、上記第１実施例と基本的構成を同じく
するため、同様の効果が得られることは言うまでもな
い。

【００２４】また、上記第２実施例では、ラジエーショ
ンパネル１５の片面のみを放熱面１６とする構成であっ
たが、ラジエーションパネルの両面を放熱面に構成して
も良く、さらに、両放熱面の片面のみもしくは両面に遮
熱面を設ける構成としても良い。

【００２５】さらに、上記第２実施例では、構体１３内
にモータ１を３個設け、各モータ１とラジエーションパ
ネル１５との間でヒートパイプを形成したが、構体内に
設けるモータの数に特に制限はなく、モータを２個以下
あるいは４個以上設けてそれぞれラジエーションパネル
との間でヒートパイプを形成する構成としても良い。

【００２６】

【発明の効果】以上のように、請求項１記載のモータの
放熱構造によれば、モータのうちで最も発熱の大きいス
テータ付近から熱を吸収するようになっているので、モ
ータの放熱効率を向上させることができる。また、ウィ
ックを収めたパイプとモータとの間でヒートパイプを構
成しているので、モータから離れた位置にある放熱部ま
で少ない温度差で多くの熱を送ることができ、放熱部の
冷却条件を緩和した状態で放熱することができる。さら
に、ヒートパイプ内の蒸発部と放熱部との間の圧力差
と、ウィックの毛細管作用とを利用して放熱用の作動流
体を循環させるようになっており、特別な外部動力源を
必要としないので、構造が簡単であり、放熱性能に対す
る信頼性を高めることができる。

【００２７】請求項２記載のモータの放熱構造によれ
ば、放熱部がパネル状に形成されているので、放熱面積
を大きくして、高い放熱効果を得ることができる。ま
た、パイプの長さおよび方向を調節することにより、モ
ータの取付け位置および放熱面の向きを自由に選択でき
る。さらに、遮熱幕が放熱面を外部熱から遮って放熱面
の温度上昇を防ぐので、外部熱の影響を受けることな
く、確実に放熱することができる。

【００２８】請求項３記載のモータの放熱構造によれ
ば、放熱面へ向かう外部熱が低温であるときには、遮熱
幕が自動的に放熱面を開放するので、放熱を効率よく行
うことができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の第１実施例に係るモータの放熱構造の
断面図である。

【図２】本発明の第２実施例に係るモータの放熱構造を
説明する断面図である。

【図３】同全体構造を示す斜視図である。

【図４】図３の要部拡大図である。

【符号の説明】

１ モータ ２ ハウジング ２ａ ハウジングの内壁 ４ ロータ ５ ステータ ７ 空洞 ８，１４ パイプ ９，１７ 中空部 １０ ウィック １１ 蒸発部 １２ 放熱部 １５ ラジエーションパネル（放熱部） １６ 放熱面 ２０ 遮熱幕

Claims (3)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 ロータとこのロータを囲む環状のステー
   タとが気密状態のハウジング内に収められてなるモータ
   の放熱構造において、 上記ハウジング内の内壁の外側に、内壁を隔ててステー
   タを囲むように形成された環状の空洞と、 一端が上記ハウジングに接続され、上記空洞と連通する
   中空部を有する気密状のパイプと、 上記空洞のステータ側の面と上記中空部の先端との間に
   布設され、毛細管作用を有するウィックと、 上記空洞および中空部に封入され、上記空洞のステータ
   側の面で蒸発したのち上記中空部の先端で蒸発潜熱を放
   出して凝縮する作動流体とを備えたことを特徴とするモ
   ータの放熱構造。
2. 【請求項２】 上記パイプの先端は、作動流体が放熱す
   る放熱面を備えたラジエーションパネルで形成されてお
   り、上記放熱面は、外部の熱源からの熱を遮る遮熱幕で
   覆われている請求項１記載のモータの放熱構造。
3. 【請求項３】 上記遮熱幕は、所定温度以上の熱を感知
   したとき伸長して上記放熱面を覆い、所定温度以下の熱
   では収縮して上記放熱面を開放するように形成された形
   状記憶合金からなっている請求項２記載のモータの放熱
   構造。