JP3809147B2 - モータ・ステータの波形ホースによる冷却 - Google Patents

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、ロータを備えるモータ、またはリニアモータに用いられる被冷却ステータに関する。このステータは、金属シートのスタック（積み重ね）を備えている。また、このステータは、流動性の冷却媒体を案内してスタックに作用する、１本またはそれ以上の可撓性で変形可能な冷却チャネルを有する。
【０００２】
【従来の技術】
特許文献１には、ステータ用スタックに軸方向に延びる冷媒チューブを設けたた、ハウジングの要らない三相モータが開示されている。しかし、冷媒チューブは硬質に仕上げられているため、特に湾曲した部分がある場合には、ステータのスタックにある孔に挿入するのが困難である。とりわけ、冷却チャネルは、湾曲したり、角で連結された湾曲部等を有する管部品を用いて、何本も長々と構成しなければならない。
【０００３】
特許文献２には、流動体が中を流れる、モータ用の冷却用外被が開示されている。冷却用外被としては、被冷却物の形状にぴったり合ったホース形状の構造物が提案されている。この構造物は、可撓性で弾性を有し、ゴムまたはシリコーンから形成されている。この「冷却袋」ないし冷却ホースは、可撓性であるだけでなく、相当に伸縮性がある。そのため、この冷却用外被は、ステータ用スタックのまったく異なる形状の表面にも、ぴったりと密着する。しかし、業界で周知となっているところによれば、この冷却用外被は、あらゆる方向に伸縮可能であるため、軸方向または径方向に延びる、スタックの狭い孔に挿入するのは困難である。また、ステータのスタックに冷却装置を取付けることも、問題が多い。
【０００４】
「ＤＥＰＡＴ」の書誌的なデータにある特許文献３の要約によれば、モータの冷却装置に、波形の管が装填されるとある。正確な構造と、波形の管を配置するための構造上の詳細を、このデータから得るのは困難である。
【０００５】
【特許文献１】
ドイツ国特許第１９７ ４２ ２５５ Ｃ１号明細書
【特許文献２】
ヨーロッパ特許公開第０ ８２９ ９４６ Ａ１号明細書
【特許文献３】
中国特許出願公開第１ ２６４ ２０７号明細書
【特許文献４】
ヨーロッパ特許第０ ０３５ ０７１ Ｂ１号明細書
【非特許文献１】
“Ｈａｎｄｂｕｃｈ ｄｅｒ Ｍｅｔａｌｌｓｃｈｌａｕｃｈｅ”Ｌａｂｈａｒｄ−Ｖｅｒｌａｇ Ｋｏｎｓｔａｎｚ刊（１９９９年）Ｗｉｔｚｅｎｍａｎ社，プフォルツハイム
【０００６】
【発明が解決しようとする課題】
本発明は、迅速かつ簡単に冷却装置の組立てができる被冷却ステータを提供することを課題としている。
【０００７】
【課題を解決するための手段】
本発明によれば、上記の課題は、最初に述べた特徴を有するステータによって解決される。すなわち、１本またはそれ以上の金属製の可撓性波形ホースを備える１本またはそれ以上の冷却チャネルが設けられる。この冷却チャネルは、公知の可撓性冷却用導管（非特許文献１参照）であるために、実質的に長手軸と直交する動きまたは湾曲だけを許容し、他方長さ方向においては、圧縮することはできず、何の動きも行わないという顕著な効果を有する。
【０００８】
特許文献４においては、水冷式ロータとの関係だけであるが、巻取装置の頭部側にある連結装置と防水チャンバの間で、可撓性の中間リンクとして、そのような波形の管またはホースが入れ子式になったものが開示されている。
【０００９】
本発明によれば、ステータにおいて冷却手段を組み立てる際には、波形ホースまたは波形管が軸方向に有する剛性が都合よく利用される。すなわち、これらは、ステータ用スタックの凹部、切欠きまたは孔に素早く差し込むことができる。
【００１０】
波形ホースは、その有する可撓性のゆえに、冷却チャネルのまったく別の箇所にも即座に適合する。波形ホースは、軸方向の剛性のゆえに、ステータ用スタックに設けた冷却のための孔に簡単に差し込むことができる。
【００１１】
本発明のもう一つの利点は、波形ホースは、スタックの内壁で幾重にも波打つため、中を流れる冷媒がより多く渦を巻くようになり、熱交換によって熱を奪い去る効果が高まることである。
【００１２】
本発明によれば、ステータ用スタックにおいて、波形ホースを案内するためのコイル状の切欠きも利用される。すなわち、これによって、波形ホースまたはこの中を流れる流体（冷却用の液体または空気）が、ステータのシートだけでなく、コイルまたは導体をも冷却するという効果も得られる。
【００１３】
波形ホースは湾曲しているため、ステータの角、稜線部、正面等において案内され、その終端で固定される。したがって、本発明の好ましい態様によれば、ステータ用スタックにおける１本またはそれ以上の波形ホースは、通常の引張力の下に沿設される。したがって、一方では、機械的な強度とステータの連結力が高まり、他方では、これが冷却用波形ホースとステータの一部との当接が補強されることにつながる。
【００１４】
本発明の有利な点は、波形ホースの材料として、耐熱性で、熱伝導性がよく、かつ可撓性のものを用いることができるため、湾曲部の曲率半径を小さくできることである。特にステンレススチールから形成された波形ホースが好適であることが分かった。
【００１５】
冷却チャネルとステータ用スタックの間の熱伝導効率を高めるためには、冷却チャネルのために、スタックに設けた孔に、１本またはそれ以上の波形ホースを沿設するのが有利である。熱伝導性をより高めるため、本発明の好ましい態様によれば、波形ホースを通すために必要な孔は、熱伝導性の良好な材料（例えば、アルミニウム、はんだ等）によって充填される。熱伝導特性の良好な亜鉛、鉛等の材料も用いることができる。
【００１６】
熱伝導性の良好な材料を充填するのは、波形ホースをコイル状の切欠きに沿設する場合に好適である。しかし、波形ホースを、例えばコイルに直接接触させるのは、安全上の理由や信頼性の問題から避けるべきであり、孔に沿設するのが好ましい。その場合には、波形ホースの直径をより大きくすることができる。波形ホースのための孔は、軸方向には平行で、径方向には原則的に回転軸についてそれぞれ可能な角度で、波形ホースの最も小さい湾曲の曲率半径をもって、湾曲しながら延びる。
【００１７】
本発明の技術思想の範囲においては、ステータと冷却装置のケーシングは、リニアモータと公知の回転モータについて、それぞれまったく別の形状にすることができる。冷媒には、空気、水など公知の冷却用の手段が適している。
【００１８】
本発明に係る波形ホースの形状によれば、組立てが容易になり、組立てにかかる時間も節約できる。ニップル、継ぎ手、アダプタ等公知の接続要素によれば、ステータ冷却用の波形ホースの終端は、外部にある冷却用液体を循環・供給するための装置に連結される。
【００１９】
本発明の好ましい態様によれば、回転モータの場合には、波形ホースは、ステータの正面側領域または取付け台に、波状に延びる湾曲部が沿設されるか、または波状に延びる湾曲部が形成されるように、この場所で湾曲される。このようにして連結された、冷媒を流すための湾曲部は、すでに述べた渦流が形成されるのを助ける。
【００２０】
リニアモータの場合は、本発明の一態様によれば、ステータの長手方向と平行に、および直交して延びる複数本の波形ホース、または波形ホースの複数個の部分は、湾曲部で互いに接続される。
【００２１】
【発明の実施の形態】
本発明の他の特徴と効果は、以下の好ましい形態の説明と添付の図面から明らかになるであろう。
【００２２】
図１に示すステータは、金属シートからなるスタック１を備え、このスタック１には、波形ホース３の形態の冷却管のうち、一点鎖線で示す軸と平行の部分２が貫通している。
【００２３】
図１〜図３に示す態様においては、冷却管を構成するために、ただ１本の、またはただ一層の波形ホース３が組み込まれている。当然のことながら、波形ホースの大部分とともに集積されたステータ用の冷却管または冷却管システムも、本発明の範囲に含まれる。
【００２４】
図２および図３においては、ステータの各正面側には、別々になった入口部６と出口部５において、正面に波形ホースの湾曲部４が形成されるようにして、波形ホースは１８０°湾曲されている。湾曲部が、それぞれ、出口部５から図面の外に出て、図面上の入口部６に向かうのが明瞭に示されている。これから、このような波形ホース３によれば、回転軸７の周りで、ステータの周方向に続く蛇行した行程のために、波形ホース３を流れる冷媒の渦流が強くなることが分る。
【００２５】
図２に示すように、波形ホース３の短い横断部分８は、１対のホースを構成し、冷媒を供給して、各箇所に流すための接続ボルト９に達している。
【００２６】
図４と図５においては、単一のソケット構造をなすリニアモータの冷却が、２つの別個の波形ホース3a，3bによって実行されている。第１の波形ホース3aは、コイル状の切欠き10に直かに沿設され、湾曲部４を経て、隣のコイル状切欠き10に延びている。
【００２７】
第２の波形ホース3bは、図１〜図３に示した実施例にあるように、スタック１の孔17を通って延び、しかもステータの長手軸11の方向に規則正しく波打つ形状をとっている。この波形の形状は、図４と図５の実施例において、ステータの長手軸11に沿って、スタック１の２つの長手軸に向けて交互に外側に出る複数の湾曲部４によって、前述の実施例と同様に形成されている。
【００２８】
最後の出口部12は、ここから復帰用湾曲部13と、波形ホース3bの直線状の長手部14を経由し、波形ホースの始点16が位置する接続アダプタ15に連結されている。リニアモータの第１の波形ホース3aは、接続アダプタ15を介して、始端と終端を連結することができる。こうすると、例えば同一の冷媒源を用いる２本の波形ホース3a,3bを、平行に接続することができる。
【００２９】
本発明の波形ホースは、図１〜図３のモータ用のステータにおいても、図４と図５のリニアモータ用のステータにおいても有用である。スタック１に沿設される波形ホース３，3aと、内部に孔があるスタックの間に生じうるスペースは、熱伝導性の物質で充填される。
【００３０】
【発明の効果】
以上説明したように、本発明によれば、迅速かつ簡単に冷却装置の組立てができる被冷却ステータが提供される。
【図面の簡単な説明】
【図１】 冷却管として破線で示す波形ホースを備えた本発明に係るステータの縦断面図である。
【図２】 図１に示すステータの正面図である。
【図３】 図１に示すステータの部分正面図である。
【図４】 リニアモータのステータの模式的な縦断面図である。
【図５】 図４のＶ−Ｖ線における断面図である。
【符号の説明】
１ スタック
２ 軸と平行の部分
３，3a，3b 波形ホース
４ 湾曲部
５ 出口
６ 入口
７ 回転軸
８ 横断部分
９ 接続ボルト
10 コイル状の切欠き
11 ステータの長手軸
12 最後の出口部
13 復帰用湾曲部
14 長手部
15 接続アダプタ
16 波形ホースの始点
17 孔

Claims (11)

1. ロータを備えるモータに用いられる被冷却ステータであって、液状またはガス状の冷却媒体を案内しつつ、導電性金属シートのスタック(１)に作用する、１本または複数本の可撓性で変形可能な金属製冷却管を具備するステータにおいて、
   前記冷却管の壁体は波打った形状を有し、この波形ホースからなる冷却管は、軸方向と直交する方向には湾曲可能で、かつ軸方向には圧縮が不可能であることを特徴とする被冷却ステータ。
2. リニアモータに用いられる被冷却ステータであって、冷却媒体を案内しつつ、導電性金属シートのスタック(１)に作用する、１本または複数本の可撓性で変形可能な金属製冷却管を具備するステータにおいて、
   前記冷却管の壁体は波打った形状を有し、この波形ホースからなる冷却管は、軸方向と直交する方向には湾曲可能で、かつ軸方向に圧縮が不可能であることを特徴とする被冷却ステータ。
3. 前記スタック(１)にコイル状の溝(10)が設けられており、前記１本または複数本の波形ホース(3a)は、前記コイル状の溝(10)に沿設され、かつ通電されるコイルの一部と接していることを特徴とする請求項１または２記載のステータ。
4. 前記１本または複数本の波形ホース(３)(3a)(3b)は、一定の引張力の下に、スタック(１)に沿設されていることを特徴とする請求項１〜３のいずれかに記載のステータ。
5. 前記スタック(１)に１個または複数本の孔(17)が設けられており、前記１本または複数本の波形ホース(３)(3b)は、この１個または複数本の孔(17)に通されていることを特徴とする請求項１〜４のいずれかに記載のステータ。
6. 前記１本または複数本の波形ホース(３)(3a)(3b)は、熱伝導性の材料とともに鋳固められることにより、スタック(１)に固定されていることを特徴とする請求項１〜５のいずれかに記載のステータ。
7. 前記スタック(１)に鋳固められる熱伝導性の材料は、アルミニウム、錫、鉛、亜鉛、またはアルミニウムもしくは亜鉛の合金であることを特徴とする請求項５または６に記載のステータ。
8. 前記１本または複数本の波形ホース(３)は、少なくともモータの回転軸(７)と平行に延びる部分(２)を有することを特徴とする請求項１または請求項３〜７のいずれかに記載のステータ。
9. 前記１本または複数本の波形ホース(３)は、ステータの正面および背面側領域または付属の取付け台領域において、湾曲部 (４)を形成するため、湾曲されていることを特徴とする請求項８に記載のステータ。
10. 前記複数本の波形ホース(3a)(3b)、または波形ホース(3a)(3b)の複数の部分は、ステータの長手軸(11)と直交しつつ、この長手軸(11)と平行に延びていることを特徴とする請求項２〜７のいずれかに記載のステータ。
11. 前記波形ホース(3b)は、ステータの長手軸(11)方向に波状に延び、前記スタックを横断する複数の部分(８)同士が、湾曲部を介して互いに接続されていることを特徴とする請求項１０に記載のステータ。

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