WO1992006529A1 - Liquid cooling device of motor - Google Patents

Description

明 細 書 電動機の液冷装置 技術分野

本発明は電動機の冷却装置に関 し、 特に、 電動機のス テ ー 夕 の発熱を冷却液に よ り 効果的に吸収する 電動機の液冷装置 の改良に関す る。 背景技術

従来、 電動機の冷却装置 と して、 空冷式及び液冷式の各冷 却装置が、 電動機の設置条件等に応 じて選択的に利用 さ れて いる。 こ の う ち液冷式の冷却装置 （以下、 単に液冷装置 と い う ） は一般に空冷式に比べて冷却効果が高 く 、 電動機に液冷 装置を組込む場合に小型でかつ高出力の電動機が容易 に得 ら れる利点があ る

こ の種の液冷装置において、 電動機の ロ ー 夕 に対 して外周 側に配置 したステ一 夕 コ アを冷却す る ために、 ス テ 一 夕 コ ア の外周 に外部ケ一シ ン グを密着固定 し、 こ の外部ケ 一 シ ン グ の内部に冷却液の流通路を設けてな る液冷装置が知 られてい る （例えば、 国際特許出願 P C Tノ J P 9 0 / 0 0 8 6 5 ) しか しなが ら、 こ の液冷装置では、 ス テ一 夕 コ ア と冷却液 と の間に外部ケ ー シ ン グが介在する ため、 特に発熱量の大き い 電動機においては冷却効果が不十分な場合があ る。

そ こ で、 上記の外部ケ ー シ ン グを排除 して 、 ス テ 一 夕 コ ア の内部に直接に冷却液流路を形成 した液冷装置 も 提案さ れて い る。 こ の液冷装置では、 冷却液がス テ一 夕 コ アか ら熱を直 接吸収する こ とができ る利点があ るが、 ステ一 夕 コ アが一般 に珪素鋼等の磁性材料か らな る多数の薄板の積層体であ る た め、 各薄板間の隙間、 及びロ ー タ の回転軸を支持す る と と も にステ一 夕 コ アを挟持する ために電動機の軸方向前後端に配 置さ れた前 ノヽウ ジ ン グ及び後ノヽゥ ジ ン グ とステー タ コ ア と の 間の各隙間か ら の、 冷却液の漏出を防止する手段が必要であ る。 同時に、 貫通孔か らな る冷却液流路が内部に形成さ れる ス テ一 夕 コ ア は、 そ の機械的剛性を確保する こ とが必要であ る。 従っ て従来は、 前者の液漏出防止手段 と して、 ステ一 夕 コ ア の多数の積層薄板間を樹脂又は接着剤に よ り 密着固定す る と と も に、 ステ一 夕 コ ア の軸方向前後端にそれぞれ端板を 配置 し、 ス テ一 夕 コ ア の外周面上に溶接を施 して上記各端板 と ステ一 夕 コ ア とを固定連結 し、 各端板間にステ一 夕 コ ア を 緊密に挟持 してな る液密構造を採用 し、 さ ら に、 前後の各端 板 と ステ一 夕 コ ア と を溶接する こ と に よ り ステ一 夕 コ アの剛 性を確保 していた。 そ してその上で、 上記各端板に前ハウ ジ ン グ及び後ハウ ジ ン グをそれぞれボル ト 等によ り 固定 し、 前 ハウ ジ ン グ、 ステ一 夕 コ ア、 及び後ハウ ジ ン グの内部を貫通 する冷却液流路を形成 していた。 冷却液流路内には、 各端板 と前ハウ ジ ン グ及び後ハウ ジ ン グ との間にそれぞれ〇 リ ン グ が配置さ れ、 ステー タ コ アの積層薄板間の樹脂又は接着剤 と と も に作用 して、 冷却液体の漏出を防止 していた。

こ の よ う に、 上記従来の液冷装置においては、 漏れの無い 冷却液流路を形成す る ために、 ス テ一 夕 コ アを緊密に挟持す る端板の設置及びそ の溶接工程が必要であ り 、 部品点数及び 製造工程が増加す る。 ま た、 ステ一 夕 コ ア を挟持 した各端板 と前ハウ ジ ン グ及び後ハウ ジ ン グ と をそれぞれ締結す る ボル ト の締め付けに伴 っ て、 ステ一 夕 コ ア にはその積層薄板を相 互に分離さ せる方向へ引張力が働き、 積層薄板間の密封性が 損なわれる危惧があ る。 さ ら に、 ステ一 夕 コ ア と各端板 と は 一般に異な る材料で形成さ れる ため、 各々 の線膨張率が異な り 、 温度変化が繰 り 返さ れる う ち にステ一 夕 コ ア と各端板 と の密着性が損なわれ、 冷却液流路の密封性が劣化する危惧が あ ^ ) 発明の開示

本発明は、 電動機のステ一 夕 コ アを効果的に冷却可能であ る と と も に、 電動機ハウ ジ ン グの剛性を損な う こ とな く 高度 な液密性を維持でき る冷却液流路を備えた電動機の液冷装置 の提供を 目 的 とする。

上記目 的を達成する ために、 本発明は、 ロ ー タ と、 その 口 一 夕 の周囲に配置さ れる ステ一 夕 と を備え、 ステ一 夕 が、 上 記口 一 夕 との間に所定間隔を有 して配置さ れ、 磁性材料か ら な る薄板を複数個積層 して こ れ ら の薄板間を樹脂材料の充塡 に よ り 密着さ せて形成さ れたステ一 夕 コ アを有 した電動機を 冷却液を用 いて冷却する ための液冷装置であ っ て、 電動機の 軸方向前端及び後端に配置さ れ、 上記ロ ー タ の回転軸を回転 可能に支持す る と と も に上記ス テ一 夕 コ アを軸方向に挟持す る前ハウ ジ ン グ及び後ハウ ジ ン グ と、 上記前ハウ ジ ン グ及び 上記後ハウ ジ ン グを相互に引 き付けつつ上記ステ一 夕 コ ア に 締結する締結手段 と、 上記ス テー タ コ ア の内部に形成さ れ、 冷却液を通す冷却液流路手段 と、 上記冷却液の導入手段及び 排出手段 と を具備 した電動機の液冷装置を提供する。

本発明の好適な実施態様に よれば、 上記締結手段を、 上記 前ノヽウ ジ ン グ、 ステ一 夕 コア、 及び後ハウ ジ ン グに連続 して 形成さ れた複数のボル ト揷通穴 と、 上記前ハウ ジ ン グ及び後 ハウ ジ ン グの上記ボル ト揷通穴のいずれか一方に設け られた 螺子部 と、 上記複数のボル ト揷通穴のそれぞれに挿入 さ れ、 上記螺子部に螺合する こ と に よ り上記前ハウ ジ ン グ と上記後 ハウ ジ ン グ とを相互に引き付けつつ締結して上記ステ一 夕 コ ァ に固定する複数の タ イ ボル ト とか らな る電動機の液冷装置 が提供さ れる。

ま た、 上記冷却液流路手段は、 上記ステ一 夕 コ アの内部で 軸線方向へ延び、 かつ相互に周方向へ分離 して配置さ れた複 数の冷却液流路か らな り 、 上記冷却液の導入手段及び排出手 段は、 上記前ハウ ジ ン グ及び後ハウ ジ ン グのいずれか一方に 設け られ、 冷却液を導入及び排出する複数の冷却液導入路及 び冷却液排出路か らな る こ とが好都合であ る。

上記構成において、 ステ一 夕 コ アを挟持する前ハウ ジ ン グ 及び後ハウ ジ ン グを、 それ らを相互に引 き付けつつ締結する 締結手段に よ り ステ一 夕 コ ア に固定する と、 ステ一 夕 コ ア に は軸線方向へ常時圧縮力が作用する。 そのためステ一 夕 コ ア の薄板間に高度な密封が維持さ れ、 ステ一 夕 コ アの内部に形 成さ れた冷却液流路手段の密封性を損な う こ とがない。 図面の簡単な説明

本発明の上記及び他の 目 的、 特徴、 及び利点を、 添付図面 に示す実施例に基づいて説明する。 同添付図面において ； 図 1 は、 本発明に係 る液冷装置を備えた電動機の縱断面図 で、 図 2 の線 I 一 I に沿っ た断面図、

図 2 は、 図 1 に示 した電動機のス テ一 夕 コ アを構成する積 層薄板の正面図、

図 3 は、 図 1 に示 した電動機の前ハウ ジ ン グ及び後ハウ ジ ン グの冷却液流路を示す概略斜視図であ る。 発明を実施する ための最良の態様

図 1 を参照すれば、 本発明の実施例に よ る液冷装置を備え た電動機が断面で示さ れてい る。 こ の電動機は、 電動機の内 部に配置さ れ、 回転軸 1 2 を一体に有する ロ ー タ 1 0 と、 電 動機の外周側に配置さ れ、 所定間隔を有 して ロ ー 夕 1 0 を囲 繞する ステ一 夕 コ ア 1 4 と、 電動機の軸方向前後端にそれぞ れ配置さ れ、 ロ ー 夕 1 0 の回転軸 1 2 を支持する と と も にス テ一 夕 コ ア 1 4 を挟持する前ハウ ジ ン グ 1 6 及び後ハウ ジ ン グ 1 8 と を備え る。 前ハウ ジ ン グ 1 6 は、 中心の開 口部 1 6 a に軸受 2 0 を備え、 ロ ー タ 1 0 と一体化さ れた回転軸 1 2 を回転自在に支承す る。 後ハウ ジ ン グ 1 8 は、 環状部材 1 8 a と蓋部材 1 8 b と を備え、 蓋部材 1 8 b の中心開 口部 1 8 c に軸受 2 0 を配置 して、 同様に ロ ー タ 1 0 の回転軸 1 2 を 回転自在に支承する。 後ハウ ジ ン グ 1 8 の こ の よ う な別体構 造は、 こ の実施例に よ る液冷装置において、 電動機に 口 一 夕 1 0 を組込む前に液冷装置の液漏れ試験を実施可能にする た めの も のであ り 、 環状部材 1 8 a と蓋部材 1 8 b と の同心性 を厳密に設計 し、 相互に密に嵌合する構造 とする こ と に よ り 後ハウ ジ ン グ 1 8 を一体構造 とみなすこ とができ る。

ス テ一 夕 コ ア 1 4 は、 図 2 に示 したよ う な珪素鋼板の薄板 2 2 を電動機の軸線方向へ多数積層 して形成さ れる。 薄板 2 2 は、 中心に ロ ー タ 1 0 を囲繞する ための開 口部 2 2 a を備 え、 開 口部 2 2 a の内周にス ロ ッ ト孔 2 4 を設ける。 そ して 多数の薄板 2 2 を積層 して連続する ス ロ ッ ト孔 2 4 によ り 形 成さ れる ス ロ ッ ト に、 図 1 に示 した巻線 2 6 が巻設さ れ、 電 動機のステ一 夕が構成さ れる。

上記の構成を有する 電動機において、 ステ一 夕 コ ア 1 4 の 発熱を効果的に吸収する ために本発明の実施例に よ る液冷装 置が配備さ れる。 こ の液冷装置は、 ステ一 夕 コ ア 1 4 の内部 に直接に冷却液の流通路を設ける ため、 以下の特徵的な構成 を有す る。 すなわち こ の液冷装置において、 ス テ一 夕 コ ア 1 4 は、 予め熱硬化性の接着剤を両面に塗布 した薄板 2 2 を積 層するか、 又は積層 した多数の薄板 2 2 に熱硬化性樹脂を真 空含浸させ、 適宜加熱する こ と に よ り 、 薄板 2 2 間の微小な 隙間を密封 して形成さ れる。

図 2 に示 したよ う に薄板 2 2 は、 周縁に近接 して複数の冷 却液流路孔 2 8 a 及びボル ト孔 3 0 a を備え、 多数の薄板 2 2 の積層に よ り こ れ ら冷却液流路孔 2 8 a 及びボル ト 孔 3 0 W 0

a が連続 して、 ステ一 夕 コ ア 1 4 内部に軸線方向へ延びる 冷 却液流路 2 8 及びボル ト 揷通孔 3 0 が形成さ れる。 本実施例 では、 薄板 2 2 の四隅に一対の冷却液流路孔 2 8 a が配置 さ れ、 各一対の冷却液流路孔 2 8 a の間に一対のボル ト 孔 3 0 a が配置さ れ、 こ れ ら に対応 して冷却液流路 2 8 及びボル ト 揷通孔 3 0 が形成さ れてい る。 さ ら に、 ステ一 夕 コ ア 1 4 を 挟持する前ハウ ジ ン グ 1 6 は、 上記の冷却液流路 2 8 及びボ ル ト 揷通孔 3 0 に対応する 位置に、 それぞれ連通路 2 8 b 及 び螺子穴 3 0 b を備え、 同様に後ハウ ジ ン グ 1 8 は、 それぞ れ連通路 2 8 c 及び貫通穴 3 0 c を備える。 こ の よ う に、 ボ ル ト揷通孔 3 0 、 螺子穴 3 0 b 、 及び貫通穴 3 0 c はいずれ も冷却液の通路 と は別に設け られる ため、 後ノヽウ ジ ン グ 1 8 の貫通穴 3 0 c に特別な シ ー ル構造を設け る必要はない。

前ハウ ジ ン グ 1 6 及び後ハウ ジ ン グ 1 8 の連通路 2 8 b 及 び 2 8 c は、 図 2 に示 した よ う に薄板 2 2 の四隅に配置さ れ る 冷却液流路 2 8 を相互に連通する ための も のであ る。 ま た . 図 3 に示 した よ う に後ハ ウ ジ ン グ 1 8 に は、 図示 しない外部 の冷却液供給源に接続さ れ る冷却液導入路 2 8 d 及び冷却液 排出路 2 8 e が設け られ、 ス テ一 夕 コ ア 1 4 の冷却液流路 2 8 内へ冷却液を導入 し、 かつ冷却液流路 2 8 か ら冷却液を排 出する ために利用 さ れる。 こ の よ う に して、 冷却液導入路 2 8 d か ら複数の冷却液流路 2 8 並びに連通路 2 8 b 及び 2 8 c を経て冷却液排出路 2 8 e ま で、 1 つの連続す る冷却液通 路が形成さ れる。 こ の連続冷却液通路にお け る 冷却液の流動 方向は任意であ り 、 冷却液導入路 2 8 d 及び冷却液排出路 2 8 e の位置を交換する こ と もでき る。 図 1 に示 した よ う に、 ステ一 夕 コ ア 1 4 の冷却液流路 2 8 と前ノヽウ ジ ン グ 1 6 の連 通路 2 8 b 並びに後ハウ ジ ン グ 1 8 の連通路 2 8 c 、 冷却液 導入路 2 8 d 、 及び冷却液排出路 2 8 e とのそれぞれの連結 部には、 周知の 〇 リ ン グ 3 2 が配設さ れ、 各連結部の密封を 確保 してい る。

ハウ ジ ン グ固定用の複数のタ イ ボル ト 3 4 は、 図 1 に示 し た よ う に、 後 ノヽウ ジ ン グ 1 8 の貫通穴 3 0 c 力、 ら ステ一 夕 コ ァ 1 4 のボル ト揷通孔 3 0 へ通 して揷入さ れ、 前ハウ ジ ン グ 1 6 の螺子穴 3 0 b にタ イ ボル ト 3 4 先端の螺子部 3 4 a が 螺合 して、 前ノヽウ ジ ン グ 1 6 及び後ノヽウ ジ ン グ 1 8 がステ一 夕 コ ア 1 4 に締結かつ強固に固定さ れる。

上記構成を有する液冷装置においては、 ステ一 夕 コ ア 1 4 の冷却液流路 2 8 、 前ハウ ジ ン グ 1 6 の連通路 2 8 b 、 並び に後ハウ ジ ン グ 1 8 の連通路 2 8 c 、 冷却液導入路 2 8 d 、 及び冷却液排出路 2 8 e に よ っ て形成さ れる冷却液体の流通 路は、 薄板 2 2 間に塗布 した樹脂又は接着剤、 並びに、 冷却 液流路 2 8 と連通路 2 8 b 、 2 8 c 、 冷却液導入路 2 8 d 、 及び冷却液排出路 2 8 e との間に配設 した 〇 リ ン グ 3 2 に よ り 高度の密封性を保持する。 しか も、 前ハウ ジ ン グ 1 6 及び 後ハウ ジ ン グ 1 8 をステ一 夕 コ ア 1 4 に固定する ための タ イ ボル ト 3 4 の締結力 は、 従来の冷却装置 と異な り 、 ステ一 夕 コ ア 1 4 を軸線方向へ圧縮する よ う に作用する ため、 冷却液 体の流通路の密封性を損な う こ とな く 強固に締結する こ とが でき る。 以上の説明か ら明 らかな よ う に、 本発明 に よれば、 電動機 の ス テ一 夕 コ ア 内部に直接に冷却液の流通路を設けたか ら 、 ス テ 一 夕 コ ア を効果的に冷却可能であ る と と も に、 ス テ 一 夕 コ ア と前ハウ ジ ン グ及び後ノヽ ゥ ジ ン グ と を固定す る ために長 尺の タ イ ボル ト を使用 して、 ステ一 夕 コ ア を前ハ ウ ジ ン グ と 後ハ ウ ジ ン グ と の間に圧縮 しつつ挟持す る構成 と したか ら、 電動機ハ ウ ジ ン グの剛性を損な う こ とな く 冷却液の流通路 の 高度な密封性を維持可能な液冷装置が提供さ れ る。 ま た、 口 一 夕 の回転軸を支持する前ハ ウ ジ ン グ及び後ハ ウ ジ ン グに ス テ一 夕 コ アを挟持する端板の作用を持たせたか ら、 端板を省 略 し、 溶接工程を排除する こ とができ、 部品点数及び製造ェ 程を削減 して コ ス ト 低減の効果を奏す る。

Claims

請求の範囲

1. ロ ー タ と、 該ロ 一 夕 の周囲に配置さ れる ステ一 夕 と を 備え、 該ステ一 夕 が、 前記口 一 夕 と の間に所定間隔を有 して 配置さ れ、 磁性材料か らな る薄板を複数個積層 して こ れ らの 薄板間を樹脂材料の充塡に よ り 密着させて形成さ れたステー タ コ アを有 した電動機を、 冷却液を用 いて冷却する ための液 冷装置が、

電動機の軸方向前端及び後端に配置され、 前記ロ ー タ の回 転軸を回転可能に支持する と と も に前記ス テー タ コ アを軸方 向に挟持する前ハウ ジ ン グ及び後ハウ ジ ン グ と、

前記前ハウ ジ ン グ及び前記後ハウ ジ ン グを相互に引 き付け つつ前記ス テ一 夕 コ ア に締結する締結手段 と、

前記ステ一 夕 コ アの内部に形成さ れ、 冷却液を通す冷却液 流路手段 と、

前記冷却液の導入手段及び排出手段 と、

を具備 した電動機の液冷装置。

2. 前記締結手段は、 前記前ハウ ジ ン グ、 ス テ一 夕 コ ア、 及び後ハウ ジ ン グに連続 して形成さ れた複数のボル ト揷通穴 と、 前記前ハウ ジ ン グ及び後ハウ ジ ン グの前記ボル ト揷通穴 のいずれか一方に設け られた螺子部 と、 前記複数のボル ト揷 通穴のそれぞれに揷入さ れ、 前記螺子部に螺合す る こ と に よ り 前記前ハウ ジ ン グ と前記後ハウ ジ ン グ とを相互に引 き付け つつ締結 して前記ス テ一 夕 コ ア に固定する複数の タ イ ボル ト とか らな る請求項 1 記載の電動機の液冷装置。

3. 前記冷却液流路手段は、 前記ス テ — 夕 コ ア の内部で軸 線方向へ延び、 かつ相互に周方向へ分離 して配置 さ れた複数 の冷却液流路か ら な り 、 前記冷却液の導入手段及び排出手段 は、 前記前ハウ ジ ン グ及び後ハ ウ ジ ン グのいずれか一方に設 け られ、 冷却液を導入及び排出する冷却液導入路及び冷却液 排出路か らな る請求項 1 記載の電動機の液冷装置。

4. 前記前ハウ ジ ン グ及び前記後ハウ ジ ン グの各 々 には、 隣接する前記冷却液流路を相互に連通する複数の連通路が設 け られ、 前記冷却液導入路か ら前記複数の冷却液流路及び前 記複数の連通路を経て前記冷却液排出路ま で、 連続 した冷却 液の循環通路が形成さ れる請求項 3 記載の電動機の液冷装置

5. 前記冷却液流路 と前記冷却液導入路、 前記冷却液排出 路、 及び前記連通路 と の間の連結部にそれぞれ 〇 リ ン グを配 設する請求項 4 記載の電動機の液冷装置。