JPH07236256A - モータの冷却装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【目的】 長い熱移送距離を確保する． 【構成】 発熱するモータ・ステータ４の周囲を囲む内
壁部３ａの外側に、作動流体が蒸発する蒸発部となる環
状の空洞部１１を形成する。ハウジング３には、その上
下に間隔を存して蒸気通路用パイプ１２及び液通路用パ
イプ１３の一端部を接続し、空洞部１１に連通する。蒸
気通路用パイプ１２及び液通路用パイプ１３の他端部は
真空チャンバ１４の外壁部１４ａを貫通して外部まで延
び、外部において凝縮部１５に連通する。空洞部１１、
蒸気通路用パイプ１２、液通路用パイプ１３及び凝縮部
１５内に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、真空用メカトロ機器、
宇宙用メカトロ機器、その他密閉空間で使用される機器
に用いられる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、十分な冷却が行わ
れることが要求され、その冷却装置として、例えば実開
平５−３０８７５２号公報に記載されるように、モータ
内部に発生した熱をウイック式ヒートパイプで輸送して
外部に排出することにより、モータを冷却するようにし
たものが知られている。

【０００３】ところで、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、その内部は作動流体（冷
媒）とその飽和蒸気で満たされている。そして、発熱部
材を覆うハウジングが蒸発部とされ、該ハウジングに接
続されたヒートパイプにハウジング側から断熱部及び凝
縮部が形成され、発熱部材の熱で蒸発部で作動流体が蒸
発すると、この蒸発により生ずる蒸気は凝縮部との圧力
差により凝縮部に移動して凝縮し、蒸発潜熱を放出する
と共に、凝縮部で凝縮した作動流体は蒸発部に戻る。以
後は同様な動作を繰り返すものであり、上記凝縮部から
断熱部を経て蒸発部への作動流体を効率的に戻すため
に、断熱部及び凝縮部のパイプの内壁面及び蒸発部の内
壁面に、金網、フェルト布等の毛細管構造物（以下、ウ
イックという）を装設することが行われている。

【０００４】

【発明が解決しようとする課題】ところが、そのような
ものでは、外部動力が不要となるという利点はあるもの
の、ヒートパイプの熱移送距離は最大でも数メートル程
度であること、ヒートパイプの内部のほとんどにウイッ
クを設ける必要があること等から、原理上、あるいは製
作上、断熱部の配管の細管長尺化には限界があるので、
実用上制約が大きい。

【０００５】本発明は、外部動力を不要して、長い熱移
送距離を確保することができるモータの冷却装置を提供
するものである。

【０００６】

【課題を解決するための手段】本発明は、ハウジングの
内部に発熱部材が配設され、該発熱部材を囲むように環
状の空洞部が形成されたモータの冷却装置を前提とす
る。

【０００７】請求項１の発明は、上記ハウジングの上下
に間隔を存して一端部が接続され上記空洞部に連通する
蒸気通路用パイプ及び液通路用パイプと、該蒸気通路用
パイプ及び液通路用パイプの他端部が連通される凝縮部
と、上記空洞部並びに蒸気通路用パイプ及び液通路用パ
イプ、凝縮部に封入された作動流体とを備える構成とす
る。

【０００８】請求項２の発明においては、さらに、空洞
部の内周壁下部に形成された周回溝部と、該周回溝部を
覆いかつ内周壁に沿って巻回されている第１ウイックと
を備える。

【０００９】請求項３の発明においては、液通路用パイ
プは、一端部が空洞部内まで延長され、該パイプの空洞
部内に位置する延長部分は多数の開孔を有し、該延長部
分が第２ウイックにて覆われると共に、該第２ウイック
が第１ウイックに、作動流体が移動可能なるように接続
されている。

【００１０】請求項４の発明においては、モータは真空
チャンバ内に配設されており、蒸気通路用パイプ及び液
通路用パイプは、それぞれ、空洞部に連通されるモータ
側パイプと凝縮部に連通される凝縮部側パイプとに分割
され、該モータ側パイプと凝縮部側パイプとが接続具で
着脱可能に接続され、凝縮部側パイプにフランジ部材が
一体に設けられ、該フランジ部材が真空チャンバの外壁
部に着脱可能に取付けられている。

【００１１】請求項５の発明においては、凝縮部は、中
空部を有するフランジ部材で構成され、該フランジ部材
の中空部に両凝縮部側パイプの端部が連通せしめられて
いる。

【００１２】請求項６の発明においては、フランジ部材
は、中空部内において、熱伝導のためのフィンが突設さ
れている。

【００１３】請求項７の発明においては、フィンは、作
動流体を蛇行させるように配設されている。

【００１４】請求項８の発明においては、フランジ部材
は、外側面に放熱用のフィンが突設されている。

【００１５】

【作用】請求項１の発明によれば、モータの作動により
発熱部材が発熱すると、この熱は、ハウジングの内壁部
を介して空洞部（蒸発部）に伝達され、モータで発生し
た熱が作動流体の蒸発によって取り去られる。この作動
流体の蒸発より、空洞部内の気圧が凝縮部内の気圧より
も高くなり、両部間で圧力差が生じ、上記蒸発した作動
流体の蒸気は、ハウジング内の空洞部から蒸気通路用パ
イプを経て凝縮部内へ移動せしめられ、凝縮部を通じて
蒸発潜熱が放出されて凝縮する。この放熱により、発熱
部材の熱が外部に放出されることになる。

【００１６】請求項２の発明によれば、空洞部の内周壁
下部に形成された周回溝部を覆いかつ内周壁に沿って巻
回されている第１ウイックによって、内周壁全体に作動
流体が供給される。

【００１７】請求項３の発明によれば、液通路用パイプ
の延長部分を通じて還流される作動流体が、第２ウイッ
ク及び第１ウイックを経て、内周壁全体に作動流体が供
給される。

【００１８】請求項４の発明によれば、蒸気通路用パイ
プ及び液通路用パイプは、それぞれ、モータ側パイプと
凝縮部側パイプとに分割され、該モータ側パイプと凝縮
部側パイプとが接続具で着脱可能に接続され、凝縮部側
パイプにフランジ部材が一体に設けられ、該フランジ部
材が真空チャンバの外壁部に着脱可能に取付けられてい
る。

【００１９】請求項５の発明によれば、フランジ部材の
中空部に両凝縮部側パイプの端部が連通せしめられ、該
フランジ部材が凝縮部として機能する。

【００２０】請求項６の発明によれば、フランジ部材の
中空部には、熱伝導のためのフィンが突設され、作動流
体との接触面積が増大する。

【００２１】請求項７の発明によれば、フィンは、作動
流体を蛇行させるように配設され、作動流体との接触が
確実となる。

【００２２】請求項８の発明によれば、フランジ部材
は、外側面に放熱用のフィンが突設され、放熱性が高め
られる。

【００２３】

【実施例】以下、本発明の実施例を図面に沿って詳細に
説明する。

【００２４】−実施例１− 真空中で使用するモータの冷却用装置に適用した例を示
す図１において、１はロータ２に永久磁石を使用するタ
イプのモータで、ロータ２は気密状態のハウジング３内
に収納されている。また、ロータ２は、環状のモータ・
ステータ４によって囲まれ、該モータ・ステータ４は、
コイル５を保持した状態でハウジング３の環状の内壁部
３ａの内側に固定されている。そして、ロータ２には出
力軸６が同軸上にかつ一体に形成され、該出力軸６が軸
受７，７を介して機密状にハウジング３を貫通して回転
可能に支承されている。

【００２５】このモータ１の主要な発熱部位はモータ・
ステータ４のコイル５である。つまり、このような、ロ
ータ２に永久磁石を使用したモータ１においては、モー
タ・ステータ４のコイル５でのジュール熱による発熱が
大きくなるので、ロータ２よりもむしろモータ・ステー
タ４を冷却する方が冷却効率の点から望ましいからであ
る。

【００２６】上記ハウジング３内の内壁部３ａの外側に
は、該内壁部３ａを存してモータ・ステータ４の周囲を
囲むように、作動流体が蒸発する蒸発部となる環状の空
洞部１１が形成されている。

【００２７】上記ハウジング３には、その上下に間隔を
存して蒸気通路用パイプ１２及び液通路用パイプ１３の
一端部がモータ１（ロータ２）の軸線と直交する方向に
接続され、該両パイプ１２，１３が空洞部１１に連通し
ている。また、蒸気通路用パイプ１２及び液通路用パイ
プ１３の他端部は真空チャンバ１４の外壁部１４ａを貫
通して外部まで延び、外部において連通されて凝縮部１
５を構成している。そして、上記空洞部１１、蒸気通路
用パイプ１２、液通路用パイプ１３及び凝縮部１５に作
動流体が封入されている。

【００２８】具体的には、両パイプ１２，１３はモータ
側パイプ１２ａ，１３ａと凝縮部側パイプ１２ｂ，１３
ｂとに２分割され、それらが接続具１６，１７を介して
着脱可能に接続されている。凝縮部側パイプ１２ｂ，１
３ｂは、凝縮部１５となるパイプと一体的に形成されて
Ｕ字形状の部材１８の一部となっている。

【００２９】上記部材１８はプレート部材１９に取付け
られている。一方、真空チャンバ１４の外壁部１４ａに
は、パイプ１２，１３を外部に導き出すための開口部１
４ｂが形成され、該開口部１４ｂの尖端には取付フラン
ジ１４ｃが形成されている。該取付フランジ１４ｃにプ
レート部材１９がボルト２０及びナット２１でシール部
材２２を介して取付けることで、パイプ１２，１３を支
持するようになっている。

【００３０】従って、凝縮部側パイプ１２ｂ，１３ｂを
外側から開口部１４ｂを通じて挿入し、プレート部材１
９を取付フランジ１４ｃに取付け、該凝縮部側パイプ１
２ｂ，１３ｂにモータ側パイプ１２ａ，１３ａを接続具
１６，１７を介して接続することで、容易に組み付ける
ことができる。尚、接続具１６，１７により接続した
後、空洞部１１内の空気の追い出し、作動流体の封入を
行うことになる。

【００３１】また、ハウジング３の空洞部１１の内周壁
下部に、図２に詳細を示すように、水平通路３ｂ及び鉛
直通路３ｃを通じてモータ側パイプ１３ａ（液通路用パ
イプ１３）に連通され空洞部１１に開放する周回溝部３
ｄが形成され、作動流体が空洞部１１の下部全体に行き
亘るように構成されている。

【００３２】そして、空洞部１１内には、周回溝部３ｄ
を覆いかつ内周壁３ａに沿って、毛細管作用を有する第
１ウイック２３（例えば金網、フェルト布等）が連続し
て張設されている。即ち、内周壁３ａの外側面（発熱部
材に最も近い壁面）にだけに第１ウイック２３が巻かれ
ている。

【００３３】空洞部１１、パイプ１２，１３及び凝縮部
１５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、この作動流体は空洞部１１
の内周壁３ａの外側面で蒸発した後、蒸気通路用パイプ
１２を経て凝縮部１５に移動し、該凝縮部１５で蒸発潜
熱を放出して凝縮し、液通路用パイプ１３を経て空洞部
１１に戻るようになっている。

【００３４】従って、モータ１の作動によりモータ・ス
テータ４のコイル５が発熱すると、この熱はハウジング
３の内周壁３ａを介して空洞部１１（蒸発部）に伝達さ
れ、空洞部１１で第１ウイック２３の作動流体を蒸発さ
せ、モータ１で発生した熱が取り去られる。この作動流
体の蒸発より、空洞部１１内の気圧が凝縮部１５内の気
圧よりも高くなり、両部１１，１５間で圧力差が生じ
る。

【００３５】この圧力差により、上記蒸発した作動流体
の蒸気は、ハウジング３内の空洞部１１から蒸気通路用
パイプ１２を経て凝縮部１５内へ高速で移動し、凝縮部
１５を通じて蒸発潜熱を放出して、作動流体は凝縮す
る。この放熱により、モータ・ステータ４の熱が外部に
放出されることになる。このように、凝縮部１５を空冷
としているので、モータ用の冷却水、専用の水配管、動
力が不要となる。

【００３６】それから、凝縮により液化した作動流体
は、液通路用パイプ１３を通って、通路３ｂ，３ｃ及び
周回溝部３ｄを経てハウジング３の空洞部１１内の第１
ウイック２３へ還流し、以後同様な動作を繰り返す。

【００３７】−実施例２− 本例は、凝縮部をフランジ部材で構成したものである。
尚、実施例１と同一の構成要素については同一の符号を
用い、その詳細な説明を省略する。

【００３８】図３に示すように、蒸気通路用パイプ１２
Ａ及び液通路用パイプ１３Ａのうちの凝縮部側パイプ１
２ｃ，１３ｃにフランジ部材３１が一体に設けられ、該
フランジ部材３１が真空チャンバ１４の外壁部１４ａの
取付フランジ１４ｃにボルト３２及びナット３３によっ
て着脱可能に取付けられている。取付フランジ１４ｃへ
の取付側の面３１ａにパイプ１２ｃ，１３ｃが接続さ
れ、それと反対側の、大気に近い面が放熱面３１ｂとな
っている。そして、フランジ部材３１は中央に中空部３
１ｃを有し、該中空部３１ｃに両パイプ１２ｃ，１３ｃ
の端部が連通せしめられ、該フランジ部材３１が凝縮部
として機能するようになっている。

【００３９】また、フランジ部材３１の中空部３１ｃに
おいて、放熱面３１ｂ側の内壁面３１ｄより熱伝導のた
めの複数のフィン３４，…が突設されている、フィン３
４，…は、パイプ１２ｃ，１３ｃが接続される開口３１
ｅ，３１ｆ間において、蒸気流の方向に平行に延びるよ
うに突設されている（図４参照）。従って、フランジ部
材３１が空気に直接触れるため、内部の蒸気と空気との
間の熱抵抗が小さく、真空チャンバ１４内にある発熱体
の熱を、少ない温度差で大気中に拡散させることができ
るが、このフィン３４，…によって、蒸気と壁面との接
触面積を増加させ、この部分の熱抵抗をより一層低下さ
せることができるようになっている。

【００４０】また、フランジ部材３１の放熱面（外側
面）に放熱用のフィン３５，…が平行に突設され、大気
と壁面との接触面積を増加させ、自然対流によって積極
的に大気中に熱が放散されるようにしている（図５参
照）。従って、多数の放熱用のフィン３５，…を取付け
る等して、モータ・ステータ４と大気との間の熱抵抗を
減らすようにすれば、真空チャンバ１４内においても、
大気中でモータ１を使用したときとほとんど差のない放
熱条件を得ることができる。

【００４１】尚、３１ｇ…はボルト３３を挿通するため
の貫通孔である。

【００４２】−実施例３− 本例は、液通路用パイプを空洞部内まで延長したもので
ある。尚、実施例１と同一の構成要素については同一の
符号を用い、その詳細な説明を省略する。

【００４３】図６及び図７に示すように、液通路用パイ
プ１３Ｂのモータ側パイプ１３ｄは、一端部が空洞部１
１Ａ内まで延び該空洞部１１Ａ内で上方に屈曲して内周
壁３ａと平行に延びる延長部分１３ｅを有する。延長部
分１３ｅには多数の開孔１３ｆ，…が全周に亘って形成
されている。また、延長部分１３ｅは、第２ウイック４
１にて覆われると共に、該第２ウイック４１が、内周壁
３ａを覆う第１ウイック２３に作動流体が移動可能なる
ように接続されている。

【００４４】上記実施例では、フランジ部材３１内のフ
ィン３４，…を、作動流体の流れ方向に平行に設けてい
るが、フランジ部材の中空部において、フィンを、作動
流体が蛇行するように配設することもできる。例えば図
８及び図９に示すように、フランジ部材５１の中空部５
１ａに対しパイプ１２ｃ，１３ｃを連通させるための開
口５１ｂ，５１ｃを挾んで１対の長フィン５２，５３，
５２，５３をそれぞれ配設し、中央側の長フィンの５
３，５３間にさらに外周壁５１ｄより中央部付近まで延
びる別の１対の短フィン５４，５４を配設し、作動流体
が各フィン５２〜５４を避けるように流れるように構成
することで、作動流体が蛇行することとなる。この実施
例においては、フィン５２，５４と、フィン５３とは互
いに対抗する別の面に設けるようにしているが、フィン
の高さが中空部５１ａの幅に略等しくなるようにするの
であれば、一方の面にのみ設けるようにすることができ
るし、作動流体が蛇行する配列であれば、そのほかのフ
ィンの配列を採用することもできる。尚、５１ｅ…はボ
ルトを挿通するための取付孔、５５は放熱用フィンであ
る。

【００４５】

【発明の効果】請求項１の発明は、上記のように、ハウ
ジングの上下に間隔を存して一端部が接続されハウジン
グの空洞部に連通する蒸気通路用パイプ及び液通路用パ
イプの他端部を凝縮部にて連通し、それらの内部に作動
流体を封入しているので、発熱部材により発生する熱
を、離れた位置にある凝縮部まで運ぶことができ、これ
により発熱部材の温度上昇を抑制することができ、真空
環境等の放熱条件の悪い場所においても、モータの高出
力化を図ることができる。また、蒸気通路用及び液通路
用パイプ内にウイックを設けるが必要ないことから、従
来知られているヒータパイプを使用した場合に比べて、
パイプの細管長尺化を図ることができ、製作も容易にな
る。

【００４６】請求項２の発明は、第１ウイックによっ
て、空洞部の内周壁下部に形成された周回溝部を覆いか
つ内周壁に沿って巻回するようにしているので、発熱部
材により発生した熱を、作動流体の蒸発によって内周壁
全体に亘って一様に取り去ることができる。

【００４７】請求項３の発明は、液通路用パイプの延長
部分を通じて還流される作動流体を、第２ウイック及び
第１ウイックを経て、内周壁全体に供給するようにして
いるので、発熱部材により発生した熱を、作動流体の蒸
発によって内周壁全体に亘って一様に取り去ることがで
きる。

【００４８】請求項４の発明は、蒸気通路用パイプ及び
液通路用パイプをそれぞれモータ側パイプと凝縮部側パ
イプとに分割し、該モータ側パイプと凝縮部側パイプと
を接続具で着脱可能に接続し、凝縮部側パイプにフラン
ジ部材を一体に設け、該フランジ部材を真空チャンバの
外壁部に着脱可能に取付けるようにしているので、真空
チャンバの外壁部への組付けが簡単である。

【００４９】請求項５の発明は、フランジ部材の中空部
に両凝縮部側パイプの端部を連通せしめ、該フランジ部
材が凝縮部として機能するようにしているので、凝縮部
としてのフランジ部材の大きさを大きくすることがで
き、これにより作動流体（蒸気）と大気との間の熱抵抗
を下げることが可能となり、また、凝縮部であるフラン
ジ部材を直接大気に触れさせることができるので、真空
チャンバ内に凝縮部を取付ける場合に比して、内部の蒸
気と大気との間の熱抵抗を少なくすることができ、発熱
部材によって発生する熱を、少ない温度差で、大気中に
放散させることができる。

【００５０】請求項６の発明は、フランジ部材の中空部
に、熱伝導のためのフィンを突設させているので、作動
流体（蒸気）との接触面積を増大することができ、熱抵
抗をさらに下げることが可能となる。

【００５１】請求項７の発明は、フィンを、作動流体が
蛇行するように配設しているので、作動流体（蒸気）と
の接触面積を増大することができ、熱抵抗をさらに下げ
る点でより有利である。

【００５２】請求項８の発明は、フランジ部材の外側面
に放熱用のフィンを突設しているので、放熱性を高め、
熱抵抗をさらに下げることが可能となる。

【図面の簡単な説明】

【図１】実施例１の全体構成図である。

【図２】要部拡大図である。

【図３】実施例２の全体構成図である。

【図４】図３のIV-IV 線における断面図である。

【図５】図３のV-V 線における断面図である。

【図６】実施例３の全体構成図である。

【図７】要部斜視図である。

【図８】変形例の説明図である。

【図９】図８のIX-IX 線における断面図である。

【符号の説明】

１ モータ ３ ハウジング ３ａ 内周壁 ３ｄ 周回溝部 ４ モータ・ステータ（発熱部材） １１ 空洞部 １１Ａ 空洞部 １２ 蒸気通路用パイプ １２ａ モータ側パイプ １２ｂ 凝縮部側パイプ １２ｃ 凝縮部側パイプ １３ 液通路用パイプ １３Ａ 液通路用パイプ １３Ｂ 液通路用パイプ １３ａ モータ側パイプ １３ｂ 凝縮部側パイプ １３ｃ 凝縮部側パイプ １３ｄ モータ側パイプ １３ｅ 延長部分 １３ｆ 開孔 １４ 真空チャンバ １４ａ 外壁部 １５ 凝縮部 １６ 接続具 １７ 接続具 ２３ 第１ウイック ３１ フランジ部材 ３１ｃ 中空部 ３４ フィン ３５ 放熱用のフィン ４１ 第２ウイック ５１ フランジ部材 ５１ａ 中空部 ５２ 長フィン ５３ 長フィン ５４ 短フィン ５５ 放熱用のフィン

Claims (8)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 ハウジングの内部に発熱部材が配設さ
   れ、該発熱部材を囲むように環状の空洞部が形成された
   モータの冷却装置であって、 上記ハウジングの上下に間隔を存して一端部が接続され
   上記空洞部に連通する蒸気通路用パイプ及び液通路用パ
   イプと、 該蒸気通路用パイプ及び液通路用パイプの他端部が連通
   される凝縮部と、 上記空洞部並びに蒸気通路用パイプ及び液通路用パイ
   プ、凝縮部に封入された作動流体とを備えることを特徴
   とするモータの冷却装置。
2. 【請求項２】 さらに、空洞部の内周壁下部に形成され
   た周回溝部と、該周回溝部を覆いかつ内周壁に沿って巻
   回されている第１ウイックとを備えるところの請求項１
   記載のモータの冷却装置。
3. 【請求項３】 液通路用パイプは、一端部が空洞部内ま
   で延長され、該パイプの空洞部内に位置する延長部分は
   多数の開孔を有し、該延長部分が第２ウイックにて覆わ
   れると共に、該第２ウイックが第１ウイックに、作動流
   体が移動可能なるように接続されているところの請求項
   ２記載のモータの冷却装置。
4. 【請求項４】 モータは真空チャンバ内に配設されてお
   り、蒸気通路用パイプ及び液通路用パイプは、それぞ
   れ、空洞部に連通されるモータ側パイプと凝縮部に連通
   される凝縮部側パイプとに分割され、該モータ側パイプ
   と凝縮部側パイプとが接続具で着脱可能に接続され、凝
   縮部側パイプにフランジ部材が一体に設けられ、該フラ
   ンジ部材が真空チャンバの外壁部に着脱可能に取付けら
   れているところの請求項１、請求項２又は請求項３記載
   のモータの冷却装置。
5. 【請求項５】 凝縮部は、中空部を有するフランジ部材
   で構成され、該フランジ部材の中空部に両凝縮部側パイ
   プの端部が連通せしめられているところの請求項４記載
   のモータの冷却装置。
6. 【請求項６】 フランジ部材は、中空部内において、熱
   伝導のためのフィンが突設されているところの請求項５
   記載のモータの冷却装置。
7. 【請求項７】 フィンは、作動流体を蛇行させるように
   配設されているところの請求項６記載のモータの冷却装
   置。
8. 【請求項８】 フランジ部材は、外側面に放熱用のフィ
   ンが突設されているところの請求項５、請求項６又は請
   求項７記載のモータの冷却装置。