WO2010044141A1

WO2010044141A1 - 密閉液冷形モータ

Info

Publication number: WO2010044141A1
Application number: PCT/JP2008/068594
Authority: WO
Inventors: 延浩兼井; 誠司羽下
Original assignee: 三菱電機株式会社
Priority date: 2008-10-14
Filing date: 2008-10-14
Publication date: 2010-04-22

Abstract

　固定子鉄心、機内の空気、回転子および軸受の冷却効果を向上させることができる密閉液冷形モータを提供すること。円筒形状の固定子１３と、固定子１３の内側に対向配置された回転軸１と、回転軸１に固定された回転子４と、回転子４の何れか一方の端部に設けられ、機内の空気を循環させて固定子１３および回転子４に送風する送風ファン５と、を備え、回転子４に、機内の空気を通流させるための複数個の通風穴２ａが回転軸１の軸方向に貫通して円周方向に形成され、フレームの内部に、冷却液を通流させるための冷却液流路１４と、機内の空気を通流させるための通風路１５とが共に形成される。

Description

密閉液冷形モータ

　本発明は、密閉液冷形モータに関するものである。

　従来の密閉型液冷形モータは、モータフレームが固定子および回転子を密閉する構造であるため、回転子および固定子の発生する熱の放熱が困難であり、固定子巻線の温度上昇、あるいは回転子の温度上昇を著しく増大するという問題がある。下記特許文献１では、回転子と回転軸との接合部に送風可能な溝を設け、固定子が固定されるフレームとの接合部に通風可能な溝（通風路）を設けることにより、回転子が回転することによって循環風を形成し、回転軸付近で発生する熱を運搬してフレームに伝熱する技術が提案されている。

特開２０００－２３４１５号公報

　しかしながら、特許文献１に示される技術は、冷却液により冷却されたフレームと固定子鉄心との接合部に通風路が設けられているため、フレームと固定子鉄心との接触による伝熱面積が減少し、固定子鉄心の冷却効果が低下するという問題があった。また、フレームと固定子鉄心との接触面積が減少することによって、フレームと固定子鉄心との接合力が低下し、モータの駆動力によって固定子鉄心が空転する虞もある。

　また、液冷流路を構成するフレームの材料には、固定子鉄心の材料である鉄より熱伝導率が大きく冷却効率が高いアルミや銅などを使うことが考えられるが、フレームと固定子鉄心との接合部に通風路を設けた場合、熱伝導率が小さい固定子鉄心の表面の一部が通風路の壁面となるため、機内の空気の冷却効果が低下し、それに伴って回転子および軸受の冷却効果が低下する。特に、回転子の発熱が大きい誘導方式のモータにおいては、回転子の発熱によって機内の空気の温度が上昇し、回転子および軸受の温度が上昇するという問題があった。

　本発明は、上記に鑑みてなされたものであって、固定子鉄心、機内の空気、回転子および軸受の冷却効果を向上させることができる密閉液冷形モータを提供することを目的とする。

　上述した課題を解決し、目的を達成するために、本発明にかかる密閉液冷形モータは、筒状のフレームと駆動側に配置された前蓋と反駆動側に配置された後蓋とで密閉された密閉液冷形モータにおいて、円筒形状の固定子と、前記固定子の内側に対向配置された回転軸と、前記回転軸に固定された回転子と、前記回転子の何れか一方の端部に設けられ、機内の空気を循環させて前記固定子および前記回転子に送風する送風ファンと、を備え、前記前蓋と前記回転子および固定子との間に第１内部空間が形成され、前記後蓋と前記回転子および固定子との間に第２内部空間が形成され、前記回転子に、前記第１内部空間と前記第２内部空間とを連通して機内の空気を通流させるための複数個の通風穴が前記回転軸の軸方向に貫通して円周方向に形成され、前記フレームの内部に、冷却液を通流させるための冷却液流路と、前記第１内部空間と前記第２内部空間とを連通して機内の空気を通流させるための通風路とが共に形成されることを特徴とする。

　本発明によれば、フレームの内部に通風路を形成するように構成したので、フレームと固定子との間に熱伝導率が悪い空気層が介在しないため、固定子鉄心の熱を効率よくフレームに伝熱させることができ、固定子の冷却効果を向上させることができるという効果を奏する。

図１は、実施の形態１にかかる密閉液冷形モータの、図２，図３の図面に付したａ－ａ線に沿う矢視横断面図である。図２は、実施の形態１にかかる密閉液冷形モータの、図１の図面に付したＡ－Ａ線に沿う矢視縦断面図である。図３は、実施の形態１にかかる密閉液冷形モータの、図１の図面に付したＢ－Ｂ線に沿う矢視縦断面図である。図４は、実施の形態１にかかる密閉液冷形モータの、図２，図３の図面に付したｂ－ｂ線に沿う矢視横断面図である。図５は、実施の形態２にかかる密閉液冷形モータの、図２，図３の図面に付したａ－ａ線に沿う矢視横断面図である。図６は、実施の形態２にかかる密閉液冷形モータの、図２，図３の図面に付したｂ－ｂ線に沿う矢視横断面図である。図７は、実施の形態３にかかる密閉液冷形モータの、図８，図９の図面に付したａ－ａ線に沿う矢視横断面図である。図８は、実施の形態３にかかる密閉液冷形モータの、図７の図面に付したＡ－Ａ線に沿う矢視縦断面図である。図９は、実施の形態３にかかる密閉液冷形モータの、図７の図面に付したＢ－Ｂ線に沿う矢視縦断面図である。図１０は、実施の形態３にかかる密閉液冷形モータの、図８，図９の図面に付したｃ－ｃ線に沿う矢視横断面図である。

符号の説明

　１　回転軸
　１ａ　回転軸の駆動側
　１ｂ　回転軸の反駆動側
　２　回転子鉄心
　２ａ　通風穴
　３　回転子導体
　４　回転子
　５　送風ファン
　６　前蓋
　７　軸受
　８　後蓋
　９　軸受
　１０　フレーム
　１１　固定子鉄心
　１２　固定子巻線
　１３　固定子
　１４　冷却液流路
　１５　通風路
　１００，１００ａ，１００ｂ　密閉液冷形モータ

　以下に、本発明にかかる密閉液冷形モータの実施の形態を図面に基づいて詳細に説明する。なお、以下に示す実施の形態により本発明が限定されるものではない。

実施の形態１．
　実施の形態１にかかる密閉液冷形モータの構造について、図１～図４を参照して説明する。図１は、実施の形態１にかかる密閉液冷形モータの、図２，図３の図面に付したａ－ａ線に沿う矢視横断面図である。図２は、実施の形態１にかかる密閉液冷形モータの、図１の図面に付したＡ－Ａ線に沿う矢視縦断面図である。図３は、実施の形態１にかかる密閉液冷形モータの、図１の図面に付したＢ－Ｂ線に沿う矢視縦断面図である。図４は、実施の形態１にかかる密閉液冷形モータの、図２，図３の図面に付したｂ－ｂ線に沿う矢視横断面図である。

　図１～図４において、実施の形態１の密閉液冷形モータ１００は、例えば車両に駆動用電動機として搭載される場合において、回転軸１が減速歯車（図示せず）を介して車軸（図示せず）に連結され、車軸に取り付けられた車輪（図示せず）を駆動して車両を走行させるように構成される。なお、以下の説明では、減速歯車を介して車軸に連結される側を駆動側と称し、その反対側を反駆動側と称して説明する。

　実施の形態１にかかる密閉液冷形モータ１００は、フレーム１０と、駆動側に配置された前蓋６と、反駆動側に配置された後蓋８とで密閉空間が形成されている。

　回転軸１に一体化された回転子鉄心２には、回転軸１の軸方向に貫通した複数個の通風穴２ａが円周方向に形成されている。また、回転子鉄心２の外周部には、両端をリング状導体に接続された回転子導体３が全周にわたって等間隔に埋め込まれ配置されている。なお、回転子鉄心２と回転子導体３とで回転子４が構成されている。

　回転軸１の駆動側１ａは、前蓋６に配置された軸受７で回転自在に支持されている。また、回転軸１の反駆動側１ｂは、後蓋８に配置された軸受９で回転自在に支持されている。

　送風ファン５は、回転軸１の反駆動側１ｂに、回転子鉄心２に形成された各通風穴２ａ内の空気を吸引するように配置されて回転軸１に一体化されている。

　フレーム１０の機内側には、回転子鉄心２と対向するように固定子鉄心１１が配置されている。また、固定子鉄心１１の内周部には、固定子巻線１２が全周にわたって等間隔に埋め込まれ配置されている。なお、固定子鉄心１１と固定子巻線１２とで固定子１３が構成されている。

　フレーム１０の外周には、回転軸１の軸方向の角部にそれぞれ冷却液流路１４と通風路１５とが並行して形成されている。なお、図１，図４では、フレーム１０の角部にそれぞれ２つの冷却液流路１４および１つの通風路１５が形成されているが、これに限らず、１つの冷却液流路および２つの通風路が形成されていてもよいし、並行した１つずつの冷却液流路および通風路が形成されていてもよい。

　フレーム１０と、前蓋６および後蓋８とで密閉された機内において、前蓋６と回転子４との間には第１内部空間Ｆが形成されており、後蓋８と回転子４との間には第２内部空間Ｒが形成されている。第１内部空間Ｆおよび第２内部空間Ｒは、回転子鉄心２に形成された複数個の通風穴２ａおよびフレーム１０に形成された通風路１５を介して連通されている。

　このように構成された密閉液冷形モータ１００は、フレーム１０に形成された冷却液流路１４に外部ポンプ（図示せず）から冷却液が随時通流されることにより、フレーム１０が冷却されるとともに、フレーム１０に接する固定子鉄心１１が冷却される。

　また、冷却液流路１４を通流する冷却液と、冷却液流路１４に隣接した通風路１５を通流する高温の機内の空気との間でフレーム１０を介して熱交換が行われ、機内の空気が冷却される。通風路１５で冷却された機内の空気は、送風ファン５によって第１内部空間Ｆから回転子鉄心２に形成された複数個の通風穴２ａを介して第２内部空間Ｒへ流れ込み、回転子４および軸受７，９が冷却される。

　以上のように、実施の形態１の密閉液冷形モータによれば、フレームの内部に通風路を形成するように構成したので、フレームと固定子との間に熱伝導率が悪い空気層が介在しないため、固定子鉄心の熱を効率よくフレームに伝熱させることができ、固定子の冷却効果を向上させることができる。

　また、フレーム内部に設けた通風路の表面が固定子鉄心の表面に接していないため、機内の空気の熱を効率よくフレームに伝熱させることができ、フレームの内部に冷却液流路と通風路とを並行して形成するように構成したので、フレームに伝熱した機内の空気の熱と冷却液との間の熱交換効率を向上させることができ、機内の空気の冷却効果を向上させることができる。

　なお、通風路表面にフィン（図示せず）を設けるなどして表面積を大きくするほど、機内の空気の冷却効果をより向上させることが可能である。

　さらに、機内の空気の冷却効果が向上することによって、回転子および軸受の冷却効果を向上させることができる。

実施の形態２．
　実施の形態２にかかる密閉液冷形モータの構造について、図５，図６を参照して説明する。実施の形態２にかかる密閉液冷形モータでは、フレーム内部に設ける通風路および冷却液流路の数を増し、複数の冷却液流路および複数の通風路を交互に形成する構成としている。その他の構成は実施の形態１と同様である。

　図５は、実施の形態２にかかる密閉液冷形モータの、図２，図３の図面に付したａ－ａ線に沿う矢視横断面図である。図６は、実施の形態２にかかる密閉液冷形モータの、図２，図３の図面に付したｂ－ｂ線に沿う矢視横断面図である。

　図５，図６に示すように、実施の形態２における密閉液冷形モータ１００ａでは、フレーム１０に形成される冷却液流路１４および通風路１５の数を増し、冷却液流路１４および通風路１５が交互に形成されている。このように構成することにより、フレーム１０の内部で通風路１５を通流する機内の空気と冷却液流路１４を通流する冷却液との間の熱交換面積が増加し、機内の空気と冷却水との間の熱交換効率が向上する。

　以上のように、実施の形態２の密閉液冷形モータによれば、フレームに形成される冷却液流路および通風路の数を増し、複数の冷却液流路および複数の通風路を交互に形成するように構成したので、フレームの内部で通風路を通流する機内の空気と冷却液流路を通流する冷却液との間の熱交換面積が増加し、実施の形態１よりも機内の空気の冷却効果を向上させることができる。

　なお、交互に形成する通風路および冷却液流路が多いほど、熱交換面積が増加するため、機内の空気の冷却効果をより向上させることが可能である。

　また、機内の空気の冷却効果が実施の形態１よりも向上することによって、回転子および軸受の冷却効果をさらに向上させることができる。

実施の形態３．
　実施の形態３にかかる密閉液冷形モータの構造について、図７～図１０を参照して説明する。例えば密閉液冷形モータが車両に駆動用電動機として搭載される場合において、減速歯車（図示せず）が駆動側において前蓋に近接し、かつフレーム内の冷却液流路に干渉するほど大きい場合、駆動側のフレームの外部で冷却液配管（図示せず）が接続できないことがある。実施の形態３にかかる密閉液冷形モータでは、冷却液流路を駆動側のフレームの角部で折り返して形成する構成としている。その他の構成は実施の形態１と同様である。

　図７は、実施の形態３にかかる密閉液冷形モータの、図８，図９の図面に付したａ－ａ線に沿う矢視横断面図である。図８は、実施の形態３にかかる密閉液冷形モータの、図７の図面に付したＡ－Ａ線に沿う矢視縦断面図である。図９は、実施の形態３にかかる密閉液冷形モータの、図７の図面に付したＢ－Ｂ線に沿う矢視縦断面図である。図１０は、実施の形態３にかかる密閉液冷形モータの、図８，図９の図面に付したｃ－ｃ線に沿う矢視横断面図である。なお、以下の説明では、フレーム１０内部に形成される冷却液流路以外の構成要素については、実施の形態１と同等であるので、同一の符号を付して説明は省略する。

　図７～図１０に示すように、実施の形態３における密閉液冷形モータ１００ｂでは、フレーム内部に設けた冷却液流路１４が駆動側のフレーム１０の角部で通風路１５を挟んで折り返されて形成されている。このように構成することにより、冷却液流路１４は反駆動側のみで冷却液配管に接続される。

　以上のように、実施の形態３の密閉液冷形モータによれば、冷却液流路を駆動側のフレームの角部で折り返して形成し、反駆動側で外部の冷却液配管に接続するように構成したので、例えば車両において、減速歯車が駆動側の前蓋に近接し、かつフレーム内の冷却液流路に干渉するほど大きい場合でも、容易に駆動用電動機として搭載することができる。

　なお、上記した実施の形態に示した密閉液冷形モータのフレームの外形は、横断面形状が正方形の構造であるものとして図示しているが、これに限らず、フレームの横断面形状が円形やその他の多角形の形状であってもよい。

　また、上記した実施の形態の送風ファンは、回転軸の反駆動側に設けられているが、これに限らず、回転軸の駆動側に設けられてもよい。

　以上の実施の形態に示した構成は、本発明の内容の一例を示すものであり、別の公知の技術と組み合わせることも可能であるし、本発明の要旨を逸脱しない範囲で、一部を省略する等、変更して構成することも可能であることは言うまでもない。

　以上のように、本発明にかかる密閉液冷形モータは、固定子鉄心、機内の空気、回転子および軸受の冷却効果を向上させることができる発明として有用である。

Claims

　筒状のフレームと駆動側に配置された前蓋と反駆動側に配置された後蓋とで密閉された密閉液冷形モータにおいて、
　円筒形状の固定子と、
　前記固定子の内側に対向配置された回転軸と、
　前記回転軸に固定された回転子と、
　前記回転子の何れか一方の端部に設けられ、機内の空気を循環させて前記固定子および前記回転子に送風する送風ファンと、
　を備え、
　前記前蓋と前記回転子および固定子との間に第１内部空間が形成され、
　前記後蓋と前記回転子および固定子との間に第２内部空間が形成され、
　前記回転子に、前記第１内部空間と前記第２内部空間とを連通して機内の空気を通流させるための複数個の通風穴が前記回転軸の軸方向に貫通して円周方向に形成され、
　前記フレームの内部に、冷却液を通流させるための冷却液流路と、前記第１内部空間と前記第２内部空間とを連通して機内の空気を通流させるための通風路とが共に形成される
　ことを特徴とする密閉液冷形モータ。
　前記フレームは、横断面形状が矩形の構造体であって、
　前記冷却液流路および前記通風路は、前記フレームの角部に形成される
　ことを特徴とする請求項１に記載の密閉液冷モータ。
　前記冷却液流路および前記通風路の何れか１つは、前記フレームの内部に各々複数形成される
　ことを特徴とする請求項１または２に記載の密閉液冷形モータ。
　前記冷却液流路および前記通風路は、前記フレームの内部に交互に形成される
　ことを特徴とする請求項１～３の何れか１項に記載の密閉液冷形モータ。
　前記冷却液流路は、駆動側のフレームの角部で折り返して形成され、反駆動側で外部の冷却液配管に接続される
　ことを特徴とする請求項１～４の何れか１項に記載の密閉液冷形モータ。