JP2718581B2 - 電動機の液冷手段とその製造方法 - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は液冷手段を内蔵した電動
機（以下、単にモータという）に関し、特に回転ロータ
の外側に配設される静止ステータを液体冷却する構造を
設けてモータの鉄損、銅損に基づく発生熱を高能率で吸
熱する液冷手段とその製造方法に関する。本発明に係る
モータ液冷手段は、特に旋盤及びフライス盤等の工作機
械を用いた単純かつ迅速な機械加工方法により製造可能
であり、したがって低コスト化を図ることが可能であ
る。

【０００２】

【従来の技術】ロータを内側に回転可能に支持し、ステ
ータをその外側に静止配置した形式のモータの冷却構
造、特にステータの液冷構造の典型例としては、ステー
タの外周部にこれを取り巻く螺旋状の冷却液流路を形成
したものが知られている。この従来の液冷構造の一例は
図５及び図６に示したように、モータのステータ１の外
周部にこれを包囲する冷却用ケーシング２を設置したも
のである。冷却用ケーシング２は、ステータ１の外周面
に密接嵌合する略円筒状のインナーケーシング部材３
と、このインナーケーシング部材３の外周面上にこれを
２周に亙って取り巻く螺旋状溝５が形成されている。螺
旋状溝５は一定の流路断面積を有し、その螺旋状溝５と
アウターケーシング部材４の円筒状内表面とによって一
定流路断面積の冷却液流路が形成されている。冷却液
は、螺旋状溝５の両端部６に対応する位置でアウターケ
ーシング部材４に設けられたニップル等の入口部材７及
び出口部材８を介して、上記冷却液流路内に流入し、流
路内を循環した後に流出する。このような螺旋状流路の
利点としては、（１）流路に断続部がなく冷却液が流路
全体を均等圧力で流れる点、（２）流路の密な配設が可
能であって冷却効果を高めることができる点、（３）流
路の拡張が容易であってステータ長の長いモータに対し
ても対応できる点等の諸点が挙げられる。

【０００３】

【発明が解決しようとする課題】しかしながら、モータ
製造工程で上記螺旋状溝５の形成時には、インナーケー
シング部材を工作機械に装着して所定の回転速度で軸心
回りに割出し回転させつつ、エンドミル等の切削工具を
高速回転させながら上記軸心方向に送るといった複合的
なフライス加工法の採用が必要であり、旋盤による単純
な旋削加工等に比べて、工作機械の軸数の増加による設
備費の上昇、フライス加工法に伴う加工速度を充分に上
げることの困難さ、等が要因となって加工コストが上昇
するという問題がある。他方、加工精度においてもエン
ドミル等の回転切削工具とインナーケーシング部材３と
の相対送りは、インナーケーシング部材３の長手軸線に
対して所定のリード角を有した送り動作であるために、
被加工部材であるインナーケーシング部材３に比較的大
きな切削力が作用して変形（ゆがみ）が生じ易く、特に
インナーケーシング部材３が薄肉構造であるほどこの変
形が顕著に現われる。

【０００４】機械加工法に代えて型成形加工法によりイ
ンナーケーシング部材３を形成する方法も考えられる
が、鋳物やダイキャストの場合には巣の発生を完全に回
避することは難かしく、その結果、巣を介した冷却液の
液漏れを生ずる危険があり、必ずしも冷却構造体の製作
には適さない。そこで、本出願人は本願に先立つ先行出
願として特願平３−１４４８４８号において、ステータ
の外周部を構成するケーシングの外周上でケーシング長
手方向に直交して設けられた複数の環状溝と、これらの
環状溝を連通させるために長手方向に平行に設けられた
連通溝とによって冷却液流路を形成する液冷構造を提供
している。この液冷構造によれば、上記環状溝は旋盤を
用いた単純かつ迅速な旋削加工により容易に形成でき、
上記連通溝はフライス加工によるものの被加工物である
ケーシングの回転動作を必要とせず工具の直線送りのみ
で形成できるため、容易かつ迅速な機械加工の実施によ
り製造コストを低減させるという初期の目的は達成して
いる。しかしながらこの先願の構造では、冷却液流路が
その流入口から流出口までの間に分岐及び合流を繰り返
すため冷却液の流れが必ずしも一様でなく、また理論的
には単位流量の冷却液が流れる流路長は全流路長の半分
であり、図５に示した従来構造、つまり螺旋溝流路構造
と同等の冷却効果を得るためには、全流路長をほぼ同一
とした場合単位時間当たり約２倍の流量を必要とするな
ど、冷却効率の点で課題が残されていた。

【０００５】本発明はこのような課題を解決するために
さらに鋭意改良を加えたものであり、その目的とすると
ころは、加工方法が容易でかつ低コストの製作が可能で
あるとともに、従来の螺旋状流路を有する構造に充分匹
敵し得る冷却効率を備えるモータ内蔵用の液冷手段とそ
の製造方法を提供することにある。

【０００６】

【課題を解決するための手段】上記目的を達成するため
に、本発明は、回転ロータと、ロータを囲繞する静止ス
テータとを有した電動機をステータ外周から冷却液で吸
熱、冷却する液冷手段が、ステータの外周部に設けられ
た円筒形ケーシングと、ケーシングの外周面に凹設さ
れ、軸線方向に対し略直交して互いに平行に延びる複数
の環状溝及び軸線方向に平行に延びて隣合う環状溝を相
互に連通させる直線連通溝と、ケーシングを包囲してそ
の外周面に被着される外被部材と、外被部材に設けら
れ、複数の環状溝、直線連通溝及び外被部材によって画
成される冷却液流路に対し冷却液を注入及び排出するた
めの注入口及び排出口とを具備して構成される電動機の
液冷手段において、複数の環状溝の各々に１つずつ、直
線連通溝に隣接して固定的に配置され、環状溝の各々に
おける冷却液の流れを局所的に遮断して、冷却液を直線
連通溝に導くとともに、直線連通溝によって連通された
隣合う環状溝の間で流通させる複数の壁部材を具備し、
注入口及び排出口が、冷却液流路の両端部に配置された
一組の壁部材の、直線連通溝から離れた方の壁面にそれ
ぞれ近接して配置され、以て冷却液流路が、冷却液をケ
ーシングの略全周に渡って注入口から排出口まで単一方
向に案内するように構成されたこと、を特徴とする電動
機の液冷手段を提供する。さらに本発明は、上記した電
動機の液冷手段において、環状溝の個数が３以上の自然
数Ｎであり、Ｎ−１個の直線連通溝が１個おきに、少な
くとも直線連通溝の溝幅だけ離間したケーシングの２つ
の母線に沿ってそれぞれ形成され、Ｎ個の壁部材がＮ個
の環状溝内でこれら２つの母線に挟まれた他の１つの母
線上に配置される電動機の液冷手段を提供する。

【０００７】さらに本発明によれば、回転ロータと、ロ
ータを囲繞する静止ステータとを有した電動機をステー
タ外周から冷却液体で吸熱、冷却する液冷手段の製造方
法であって、ステータの外周部に設けられた円筒形ケー
シングの外周面に軸線方向に距たる複数の環状溝を旋削
形成し、ケーシング外周面に、隣合う環状溝を相互に連
通させる直線連通溝を切削形成し、複数の環状溝の各々
の内部に、直線連通溝に隣接して各環状溝を遮断する壁
部材を固定的に配設し、冷却液の注入口及び排出口を備
えた外被部材をケーシングに外側から被着し、以って円
筒形ケーシングと外被部材との間に分岐、合流のない冷
却液流路を形成することを特徴とする方法が提供され
る。

【０００８】

【作用】ステータの外周部を構成する円筒形ケーシング
に凹設形成された冷却液流路は、途中に分岐がないため
冷却液が一様に流れる。この冷却液流路の両端位置に冷
却液の流入口及び排出口を設けることにより、効率的に
ステータを冷却することができる。冷却液流路を構成す
る環状溝は、旋盤を用いて迅速かつ容易に旋削形成する
ことができ、また直線連通溝の形成にはフライス切削工
具を使用するものの、その加工工程においてケーシング
は単に固定保持すればよく、切削工具の切削送り距離も
短いので、螺旋状溝に比べて容易かつ迅速な加工が可能
となる。またケーシングに過大な切削力が負荷されない
から変形を生ずるようなことはない。

【０００９】

【実施例】以下、添付図面を参照して本発明をその実施
例に基づきさらに詳細に説明する。図１及び図２は本発
明の実施例によるモータの液冷手段の構造を示す。この
液冷手段の構造は、モータの外側に位置するステータ１
０の外周部を包囲して設置される円筒状の冷却用ケーシ
ング１２を備える。冷却用ケーシング１２は、ステータ
１０の外周部表面１０ａに密接嵌合するインナーケーシ
ング部材１４と、インナーケーシング部材１４の外側に
接着剤等により被着固定されるアウターケーシング部材
１６とを備える。インナーケーシング部材１４の外周面
上には、軸線方向に対して直交する２個の環状溝１８Ａ
及び１８Ｂが所定間隔で形成されている。各環状溝１８
Ａ，１８Ｂは一定の断面形状を有し、かつこの断面形状
は図５に示す従来構造の螺旋状溝５の断面形状と同一に
なっている。

【００１０】上記２個の環状溝１８Ａ，１８Ｂを相互に
連通させるために、インナーケーシング部材１４の外周
面上に軸線方向に沿って１個の直線連通溝２０を形成す
る。連通溝２０は各環状溝１８Ａ，１８Ｂの断面形状と
同一かつ一定の断面形状を有し、したがって後述する流
路断面形状を全流路に亙って均一にする。図２に示した
ように、２個の環状溝１８Ａ，１８Ｂはそれぞれ連通溝
２０と合流する地点で、連通溝２０の一方の側壁２０ａ
を延長する壁面２２ａを有して配設される壁部材２２に
より通路を遮断されている。これにより、一方の環状溝
１８Ａに設けた壁部材２２の上記壁面２２ａの反対側壁
面２２ｂから他方の環状溝１８Ｂに設けた他方の壁部材
２２の同じく反対側壁面２２ｂに至るまで、分岐のない
単一の通路が形成される。このように構成されたインナ
ーケーシング部材１４に対し、前述のようにアウターケ
ーシング部材１６を外側から被着することにより、イン
ナーケーシング部材１４の外周上に形成された上記単一
通路とアウターケーシング部材１６の内表面とによって
分岐のない一定流路断面の冷却液流路が形成される。な
おこれに伴い、上記単一通路の両端位置すなわち各環状
溝１８Ａ，１８Ｂに設けた壁部材２２の壁面２２ｂに隣
接する位置に対応して、アウターケーシング部材１６に
２個の流通口２４が穿設され、これらの流通口２４に接
続してそれぞれ入口部材２６及び出口部材２８がアウタ
ーケーシング部材１６の外面に取着されている。入口部
材２６及び出口部材２８はそれぞれ冷却液の注入管及び
排出管（いずれも図示せず）に接続される。

【００１１】このような構造を有するモータの液冷手段
において、入口部材２６を介して流入した冷却液は、壁
部材２２によって流動方向を図２の矢印方向に規制さ
れ、一方の環状溝１８Ａ内を矢印方向に一周して連通溝
２０に達し、連通溝２０を通って他方の環状溝１８Ｂ内
へ進行した後、やはり壁部材２２の存在により矢印方向
へ流れてこの環状溝１８Ｂ内を一周し、出口部材２８を
介して排出管へ流出する。ここで、この実施例による液
冷手段の冷却液流路は、図５に示した従来の液冷構造の
冷却液流路と同一の流路断面形状を有し、流路長も実質
的に等しく形成されるため、両者の冷却効率はほぼ同等
となる。

【００１２】上記実施例による液冷手段の製造に際して
は、冷却用ケーシング１２のインナーケーシング部材１
４に冷却液流路として機能する環状溝１８Ａ，１８Ｂ及
び直線連通溝２０を形成する機械加工工程が、従来の螺
旋状溝５（図５）を形成する場合に比べて極めて容易か
つ迅速に実施できる。すなわち、インナーケーシング部
材１４に対して、まず旋盤を用いて２個の環状溝１８を
旋削形成し、次にフライス盤を用いて１個の連通溝２０
をエンドミル等の工具により切削形成し、最後に上記の
所要位置に壁部材２２を設置すればよい。旋盤による環
状溝１８の形成は従来のエンドミル加工に比べて迅速か
つ容易に実施できる。また連通溝２０はインナーケーシ
ング部材１４の軸線方向に平行なため、フライス加工時
に従来のように被加工物であるインナーケーシング部材
１４を工具の直線送りに同期して割出し回転させる必要
がないだけ加工が容易であり、切削する溝の長さは従来
よりもはるかに短いため加工時間も短縮され、かつ加工
コストの低減が確実に得られる。このようにして環状溝
１８Ａ，１８Ｂ及び直線連通溝２０を迅速かつ容易に形
成した後、所要位置に壁部材２２を設置し、入口部材２
６及び出口部材２８を取着したアウターケーシング部材
１６を外側から被着することにより、図５に示した従来
の液冷構造と同等の冷却効率を備えた液冷手段が低コス
トで製造される。

【００１３】各環状溝１８Ａ，１８Ｂ内の所要位置に設
けられる壁部材２２は、例えばエポキシ系の高粘度の樹
脂接着剤を同位置に流し込み硬化させることにより形成
することができる。あるいはまた、樹脂成形品として形
成した壁部材２２を接着剤により同位置に固着するよう
にしてもよい。いずれの場合も、壁部材２２の材料は使
用される冷却液に対して化学的に安定であり、また液圧
に耐え得るように環状溝１８Ａ，１８Ｂ内に強固に固定
される。

【００１４】図１に示した液冷手段を製造するための他
の方法としては、２個の環状溝１８Ａ，１８Ｂをフライ
ス盤によって加工する方法が考えられる。この場合、被
加工物であるインナーケーシング部材１４を回転させな
ければならないが、工具の直線送りに同期させる必要が
ないため、従来の螺旋状溝５の形成方法に比べて幾分容
易であるものの、加工速度や機械の軸数の点から見て十
分な低コスト化が達成されるとは言い難い。ただし、こ
の方法によれば、前述の壁部材２２を環状溝１８Ａ，１
８Ｂの形成後に設置する工程が省略される。すなわち、
インナーケーシング部材１４の回転を所定の角度で停止
させることにより環状溝１８Ａ，１８Ｂの一部に切削残
余部分を形成すれば、これが壁として作用し、上記と同
様の冷却液流路が形成される。

【００１５】図３及び図４は、従来の液冷構造における
螺旋状溝４周分に相当する冷却液流路を備えた本発明の
実施例による液冷手段を示す。この液冷手段は図１に示
したモータよりもステータ長の長いモータに適用できる
ものであり、図２のインナーケーシング部材１４よりも
長尺のインナーケーシング部材３０の外周上に、インナ
ーケーシング部材３０の軸線方向に直交する４個の環状
溝３２Ａ，３２Ｂ，３２Ｃ，３２Ｄを所定間隔で形成し
ている。そして環状溝３２Ａと３２Ｂとを連通させる直
線連通溝３４Ａ、及び環状溝３２Ｃと３２Ｄとを連通さ
せる直線連通溝３４Ｃを、インナーケーシング部材３０
の軸線方向に平行かつ同一母線上に形成し、環状溝３２
Ｂと３２Ｃとを連通させる直線連通溝３４Ｂをこれらの
連通溝３４Ａ，３４Ｃに対して同連通溝の溝幅及び後述
する壁部材の厚さの分だけずらして軸線方向に平行に形
成する。各環状溝３２Ａ，３２Ｂ，３２Ｃ，３２Ｄ及び
各連通溝３４Ａ，３４Ｂ，３４Ｃは、いずれも図２の環
状溝１８Ａ，１８Ｂ及び連通溝２０と同一の一定断面形
状を有し、それらの形成方法もまた同一である。続い
て、各環状溝３２Ａ〜３２Ｄ内にそれぞれ壁部材３６を
図２の場合と同様にして配設する。すなわち各壁部材３
６は、相互にずらして形成された連通溝３４Ａ，３４
Ｂ，３４Ｃの相互に近接する一方の側壁３４Ａａ，３４
Ｂｂ，３４Ｃａをいずれも延長するようにして配置さ
れ、したがってインナーケーシング部材３０の外周上で
１つの同じ母線に沿って設置される。こうして各溝を凹
設され壁部材３６を配設されたインナーケーシング部材
３０に、外側から対応形状のアウターケーシング部材４
０を被着することにより、分岐のない一定断面の冷却液
流路３８が形成される。アウターケーシング部材４０に
はこの冷却液流路３８の両端部３８ｅに対応する位置に
流通口４２を穿設し、これら流通口４２に接続して入口
部材４４及び出口部材４６を取着する。このように構成
された液冷手段が、４周の螺旋状溝を有した従来の液冷
構造と同等の冷却効率を備えることは、前述の説明から
明白であろう。このようにして、図１に示した実施例に
よる液冷手段は、ステータ長の長いモータに対しても容
易に対応でき、また同じステータ長のモータでも環状溝
間の間隔を狭くして環状溝の数を増やすことにより冷却
効果を向上させることもできる。

【００１６】

【発明の効果】本発明によるモータの液冷手段は、ステ
ータの外周部に設けられたケーシングの外周面に、ケー
シングの軸線方向に直交する複数の環状溝と、軸線方向
に平行に延びて環状溝を相互に連通させる直線連通溝と
を形成し、この直線連通溝に近接して各環状溝内に環状
溝を遮断する壁手段を設置してなる冷却液の流路構造を
備えるため、分岐のない単一の冷却液流路を、環状溝に
対する旋盤加工及び連通溝に対する直線送りフライス加
工によって迅速かつ容易に形成することができ、これに
より製造コストを低減させることができる。また、従来
の螺旋状溝による液冷構造とほぼ同一の流路長と同一流
路断面形状とを有した一方向流路を形成できるため、充
分な冷却効率を得ることができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の実施例による液冷手段の側面図であ
る。

【図２】図１の液冷手段のインナーケーシング部材及び
冷却液流路を図１の矢視線IIから示す側面図である。

【図３】本発明の他の実施例による液冷手段の側面図で
ある。

【図４】図３の液冷手段のインナーケーシング部材及び
冷却液流路を図３の矢視線IVから示す側面図である。

【図５】従来の液冷構造の側面図である。

【図６】図５の液冷構造のインナーケーシング部材及び
冷却液流路を図５の矢視線VIから示す側面図である。

【符号の説明】

１０…ステータ １４，３０…インナーケーシング部材 １６，４０…アウターケーシング部材 １８Ａ，１８Ｂ，３２Ａ，３２Ｂ，３２Ｃ，３２Ｄ…環
状溝 ２０，３４Ａ，３４Ｂ，３４Ｃ…直線連通溝 ２２，３６…壁部材 ２６，４４…入口部材 ２８，４６…出口部材

Claims (3)

(57)【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 回転ロータと、該ロータを囲繞する静止
   ステータとを有した電動機を該ステータ外周から冷却液
   で吸熱、冷却する液冷手段が、該ステータの外周部に設
   けられた円筒形ケーシングと、該ケーシングの外周面に
   凹設され、軸線方向に対し略直交して互いに平行に延び
   る複数の環状溝及び該軸線方向に平行に延びて隣合う該
   環状溝を相互に連通させる直線連通溝と、前記ケーシン
   グを包囲してその外周面に被着される外被部材と、該外
   被部材に設けられ、前記複数の環状溝、前記直線連通溝
   及び該外被部材によって画成される冷却液流路に対し冷
   却液を注入及び排出するための注入口及び排出口とを具
   備して構成される電動機の液冷手段において、 前記複数の環状溝の各々に１つずつ、前記直線連通溝に
   隣接して固定的に配置され、該環状溝の各々における冷
   却液の流れを局所的に遮断して、該冷却液を該直線連通
   溝に導くとともに、該直線連通溝によって連通された隣
   合う該環状溝の間で流通させる複数の壁部材を具備し、 前記注入口及び排出口が、前記冷却液流路の両端部に配
   置された一組の前記壁部材の、該直線連通溝から離れた
   方の壁面にそれぞれ近接して配置され、 以て前記冷却液流路が、前記冷却液を前記ケーシングの
   略全周に渡って前記注入口から前記排出口まで単一方向
   に案内するように構成されたこと、 を特徴とする電動機の液冷手段。
2. 【請求項２】 前記環状溝の個数が３以上の自然数Ｎで
   あり、Ｎ−１個の前記直線連通溝が１個おきに、少なく
   とも該直線連通溝の溝幅だけ離間した前記ケーシングの
   ２つの母線に沿ってそれぞれ形成され、Ｎ個の前記壁部
   材が前記Ｎ個の環状溝内でこれら２つの母線に挟まれた
   他の１つの母線上に配置される請求項１記載の電動機の
   液冷手段。
3. 【請求項３】 回転ロータと、該ロータを囲繞する静止
   ステータとを有した電動機を該ステータ外周から冷却液
   体で吸熱、冷却する液冷手段の製造方法であって、 前記ステータの外周部に設けられた円筒形ケーシングの
   外周面に軸線方向に距たる複数の環状溝を旋削形成し、 前記ケーシング外周面に、隣合う前記環状溝を相互に連
   通させる直線連通溝を切削形成し、 前記複数の環状溝の各々の内部に、前記直線連通溝に隣
   接して各環状溝を遮断する壁部材を固定的に配設し、 冷却液の注入口及び排出口を備えた外被部材を前記ケー
   シングに外側から被着し、 以って前記円筒形ケーシングと前記外被部材との間に分
   岐、合流のない冷却液流路を形成することを特徴とする
   方法。