JP6116365B2 - 液冷モータ - Google Patents

Description

本発明は、駆動用原動機及び発電機となる液冷モータに関する。

駆動用原動機としてのモータは、過熱防止のため、外部空冷、あるいは液冷方式が採用され、小型で高出力な永久磁石モータは、単位体積当たりの冷却必要量が大きくなるため、冷却効率の高い液冷方式となる。
液冷方式としては、コイル及びステータからの発熱を熱伝導にてモータケースへ伝播させ、その熱をモータケースで徐熱する方法がある。

特許文献１においては、ステータとモータケースとの間に組み付けの都合上微少の隙間ができてしまい、この微少隙間が空気層を形成して熱抵抗を大きくするので、この微少隙間に冷却液を供給し、ステータ及びモータケースを冷却するように構成されている。

特開２００３−３２４９０１号公報

前記特許文献１の技術は、ステータとモータケースとの間の微少隙間に冷却液を供給するので、空気層による熱抵抗を解消するとともに、発熱源により近い位置で効果的に冷却することができるが、前記微少隙間は組み付けの都合上で形成されるものであるので、冷却液の供給、循環が不定であり、ステータの外周面が均一に冷却される保証はない。特許文献１の技術にはステータの外周面に溝を形成して、冷却液の循環を促す構成もあるが、溝はステータの外周面の一部であり、ステータの磁路を阻害する可能性もある。

本発明は、このような従来技術の問題点を解決できるようにした液冷モータを提供することを目的とする。
本発明は、ステータの磁路を阻害することなく、かつステータ及びモータケースを周方向満遍無く強制冷却できるようにした液冷モータを提供することを目的とする。

本発明における課題解決のための具体的手段は、次の通りである。
液冷モータは、周方向等間隔に磁路Ａを形成するステータ３と、このステータ３の外周面３Ａに外嵌するモータケース４と、ステータ３の外周面３Ａとモータケース４の内周面４Ａとの間に冷却液を循環させる液冷却手段５とを備えた液冷モータであって、
前記液冷却手段５は、ステータ３の外周面３Ａの周方向磁路Ａ間に両側面間にわたって溝を切り欠いて形成した複数の液流路６と、ステータ３の一側面に位置していて液流路６へ冷却液を供給する液供給管７とを有し、
前記液供給管７は、ステータ３の側面外周に位置していて全液流路６と連通する環状の環流路Ｃを形成する環状管部７ａと、この環状管部７ａに連結されていて前記環流路Ｃに冷却液を供給する少なくとも１本の連通管７ｂと有し、
前記環状管部７ａは、ステータ３の前記側面外周と間隔をおいて対向する対向面であって、ステータ３の前記側面外周と共に前記環流路Ｃを形成する対向面を有するフランジ部ａ２を備えていることを特徴とする。

また、前記環状管部７ａは、モータケース４の内側に配置されていて軸方向一端側がステータ３の側面に当接する円筒部ａ１を有し、前記フランジ部ａ２は、前記円筒部ａ１の軸方向他端から径外方向に突出してモータケース４の内周面４Ａに当接し、前記円筒部ａ１の外周面と、前記モータケース４の内周面４Ａとは、前記環流路Ｃを形成する。
また、前記液冷却手段５は、ステータ３の外周面３Ａとモータケース４の内周面４Ａとの間に組み付け隙間Ｂを有し、前記液流路６は周方向の全磁路Ａ間に位置しかつ組み付け隙間Ｂと連通している。
また、前記ステータ３は軸心方向に多数枚の電磁鋼板３ａを積層して形成し、前記液流路６は電磁鋼板３ａの外周面３Ａを切り欠いて形成し、各電磁鋼板３ａの切欠きを互いに周方向同一位置に又は周方向にずらして配置している。

本発明によれば、ステータの磁路を阻害することなく、かつステータ及びモータケースを周方向満遍無く強制冷却できる。
即ち、液冷却手段５が、ステータ３の外周面３Ａの周方向磁路Ａ間に両側面間にわたっ
て溝を切り欠いて形成した液流路６と、ステータ３の一側面に位置していて液流路６へ冷却液を供給する液供給管７とを有するので、ステータ３の磁路Ａは阻害されることがなく、多数本の液流路６によってステータ３及びモータケース４を周方向満遍無く冷却でき、しかも液供給管７によって液流路６へ冷却液を供給して強制的かつ効果的に冷却ができる。

また、周方向の全磁路Ａ間に位置する液流路６から、ステータ３の外周面３Ａとモータケース４の内周面４Ａとの間に組み付け隙間Ｂへ冷却液が供給でき、ステータ３及びモータケース４をより周方向満遍無く冷却できる。
また、積層された多数枚の電磁鋼板３ａの外周面３Ａを切り欠いて液流路６を形成するので、電磁鋼板３ａの切欠きを互いに周方向同一位置に又は周方向にずらして配置することができ、切欠きを周方向同一位置にすることにより、冷却液を円滑に循環でき、周方向にずらして配置することにより電磁鋼板３ａがフィンとなり、冷却効率を向上できる。

また、液供給管７は全液流路６と連通する環状管部７ａと少なくとも１本の連通管７ｂとを有することにより、全液流路６への冷却液供給を強制的にかつ均等に行うことができる。

本発明の実施の形態を示す要部の拡大正面図である。 同断面図である。 同分解斜視図である。 同正面図である。 同全体斜視図である。 同背面図である。 モータケースを外した側面図である。 液流路の変形例を示す背面図である。

以下、本発明の実施の形態を図面に基づいて説明する。
図１〜７において、液冷モータ１は集中巻方式永久磁石埋込型同期電動機であり、駆動用原動機として、又は発電機として使用可能なモータジェネレータであり、内部が液冷可能になっている。
液冷モータ１は、モータケース４の円筒形内周面内にステータ３を焼きバメにて固定しており、ステータ３内にロータ１０を回転自在に配置しており、ステータ３の外周面３Ａとモータケース４の内周面４Ａとの間に冷却液（絶縁液、ＡＴＦ）を強制循環させる液冷却手段５を備えている。

液冷モータ１のロータ１０はモータ軸１４（図７に図示）に取り付けられ、このモータ軸１４を前後カバー１５、１６）で支持し、前後カバー１５、１６でモータケース４の前後端を閉鎖し、前後カバー１５、１６に取り付け台を取り付けて構成される。
前記ロータ１０は、例えば、薄いけい素鋼板を複数枚積層した回転子鉄心の外周に周方向間隔をおいて開口を形成し、その開口に永久磁石１０ａを埋設しており、ステータ３の内周面と僅少間隙を介して対面する。

ステータ３は、薄い電極鋼板３ａを複数枚積層したステータコア（固定子鉄心）で環状のヨーク３ｂと多数のティース（歯部）３ｃとを形成し、ティース３ｃに固定子巻線１１を所定の巻数で直接巻き付けて集中巻にしたものであり、円筒形状になっている。
このステータ３は、固定子巻線１１に三相交流電流を流すことにより、図１に示すように、ティース３ｃからヨーク３ｂを経て隣のティース３ｃに至る回転磁界を発生し、この回転磁界は、電極鋼板３ａの外周側で周方向等間隔の多数本の磁路（ステータ磁路）Ａとなる。

磁路Ａは固定子巻線１１を集中巻きしたステータ３内で形成されると同時に隣り合うステータ３内の磁路Ａとヨーク３ｂ内を通って連結されており、ヨーク３ｂ内の磁路Ａはステータ３内の磁路Ａと連結する端部が円弧形状になり、ヨーク３ｂ内の磁路Ａの円弧状端部が隣り合うところでは、即ち、ティース３ｃの幅方向の略中央の径外側では、ヨーク３
ｂの外周側に磁路Ａが避けられる部位、磁路Ａが形成され難い部位、又は磁路Ａが極めて少ない部位となり、この部位に略Ｖ字形状の切欠き溝が形成されている。

ステータ３は外周面３Ａに、前記磁路Ａが形成され難い略Ｖ字状部位に略Ｖ字形状の溝を切り欠いて冷却液を流通させる液流路６を形成している。即ち、溝を切欠き形成しても、磁路Ａが阻害されることのない外周面３Ａ上の位置に液流路６を形成している。
この液流路６はティース３ｃに対応して形成されるので、ステータ３の外周面３Ａに周方向略等間隔に位置し、ステータ３の両側面間にわたり、そして各液流路６の両端はステータ３の外側方に開放されている。

前記ステータ３は電極鋼板３ａを積層しているので、外周に微少の凹凸、電極鋼板３ａの外周同士の繋がり部の凹凸等があり、これをモータケース４の内周面４Ａ内に焼きバメにて固定すると、ステータ３の外周面３Ａとモータケース４の内周面４Ａとの間には組み付けの都合上で微少隙間Ｂが形成される。
この組み付け隙間Ｂはステータ３の全外周面３Ａで均一間隙ではないが互いに繋がり、冷却液が浸入し得る間隙になっており、前記ステータ３は外周面３Ａに液流路６が存在すると、この液流路６とも連通し、液流路６内に冷却液を供給すると組み付け隙間Ｂにも浸透する。

ステータ３の固定子巻線１１は巻線端部がステータ３の左右側面より外側方に突出しており、モータケース４の軸心方向幅は巻線端部を覆うようにステータ３の軸心方向幅より広く形成されており、ステータ３の左右側面の外周側（固定子巻線１１より径外側）とモータケース４の内周面４Ａの軸心方向端部とに面して環状の液供給管７が設けられている。

この液供給管７は、ステータ３の側面外周に位置して全液流路６と連通する環状管部７ａと、この環状管部７ａに連結されて内部が連通する少なくとも１本（実施形態では４本）の連通管７ｂと有し、この連通管７ｂはホース等を介してポンプ１２に接続される。
環状管部７ａは断面Ｌ字状部材を環状に形成したものであり、内端側がステータ３の側面に当接する円筒部ａ１と、この円筒部ａ１の外端から径外方向に突出してモータケース４の内周面４Ａに当接するフランジ部ａ２とを有し、円筒部ａ１とフランジ部ａ２とステータ３の側面外周とモータケース４の内周面４Ａとで冷却液を流動させる環流路Ｃを形成する。この環流路Ｃはステータ３の側面外周に配置されて全液流路６と連通する。

前記液流路６及び液供給管７により、また組み付け隙間Ｂ及びポンプ１２を含んで液冷却手段５が構成されている。
ポンプ１２から供給される冷却液は、連通管７ｂを介して環状管部７ａの環流路Ｃに入り、環状管部７ａで全液流路６に均等に分配され、全液流路６の一端から流入して他端から流出する。この液流路６内を流動するときに、ステータ３とモータケース４との間に組み付け隙間Ｂにも浸み出し、ステータ３とモータケース４の熱を吸収する。

また、環状管部７ａの環流路Ｃを流れる冷却液は、ステータ３の一側面及びモータケース４の内周面４Ａの一端部も冷却し、さらに、組み付け隙間Ｂに一側端から浸透することができる。
図８は液流路６の変形例を示しており、薄い電極鋼板３ａを複数枚積層したステータ３は、各電極鋼板３ａの切欠き溝を互いに周方向にずらして形成しており、積層方向の切欠き溝は互いに連通しているが、その配置はステータ３の軸心に対して傾斜状又はジクザグ状等になっている。

前記各電極鋼板３ａの切欠き溝は、磁路Ａを阻害しない、又は阻害程度が極めて少ない外周面３Ａ上の部位に形成される。また、この切欠き溝は各電極鋼板３ａ毎に形状又は大きさを変えたものでもよい。
この変形例の液流路６によれば、１枚の電極鋼板３ａの切欠き溝に入った冷却液は、その切欠き溝を冷却するだけでなく隣接する電極鋼板３ａの外周側面も冷却し、組み付け隙間Ｂにもより多量に浸透できる。

なお、本発明は前記実施形態における各部材の形状及びそれぞれの前後・左右・上下の位置関係は、図１〜８に示すように構成することが最良である。しかし、前記実施形態に
限定されるものではなく、部材、構成を種々変形したり、組み合わせを変更したりすることもできる。
例えば、ステータ３をステータコアに巻線を分散巻にしたもの、ロータ１０をステータコアの外周に永久磁石１０ａを張り付けた表面磁石構造にしたものでもよい。

モータケース４は内部に冷却液が通る冷却水路を形成したり、外周部にフィンを設けたりしてもよい。

１ 液冷モータ
３ ステータ
３Ａ 外周面
３ａ 電極鋼板
３ｂ ヨーク
３ｃ ティース
４ モータケース
４Ａ 内周面
５ 液冷却手段
６ 液流路
７ 液供給管
７ａ 環状管部
７ｂ 連通管
１０ ロータ
１０ａ 永久磁石
１１ 固定子巻線
１２ ポンプ
Ａ 磁路
Ｂ 隙間
Ｃ 環流路
ａ１ 円筒部
ａ２ フランジ部

Claims (4)

1. 周方向等間隔に磁路（Ａ）を形成するステータ（３）と、このステータ（３）の外周面（３Ａ）に外嵌するモータケース（４）と、ステータ（３）の外周面（３Ａ）とモータケース（４）の内周面（４Ａ）との間に冷却液を循環させる液冷却手段（５）とを備えた液冷モータであって、
   前記液冷却手段（５）は、ステータ（３）の外周面（３Ａ）の周方向磁路（Ａ）間に両側面間にわたって溝を切り欠いて形成した複数の液流路（６）と、ステータ（３）の一側面に位置していて液流路（６）へ冷却液を供給する液供給管（７）とを有し、
   前記液供給管（７）は、ステータ（３）の側面外周に位置していて全液流路（６）と連通する環状の環流路（Ｃ）を形成する環状管部（７ａ）と、この環状管部（７ａ）に連結されていて前記環流路（Ｃ）に冷却液を供給する少なくとも１本の連通管（７ｂ）と有し、
   前記環状管部（７ａ）は、ステータ（３）の前記側面外周と間隔をおいて対向する対向面であって、ステータ（３）の前記側面外周と共に前記環流路（Ｃ）を形成する対向面を有するフランジ部（ａ２）を備えていることを特徴とする液冷モータ。
2. 前記環状管部（７ａ）は、モータケース（４）の内側に配置されていて軸方向一端側がステータ（３）の側面に当接する円筒部（ａ１）を有し、
   前記フランジ部（ａ２）は、前記円筒部（ａ１）の軸方向他端から径外方向に突出してモータケース（４）の内周面（４Ａ）に当接し、
   前記円筒部（ａ１）の外周面と、前記モータケース（４）の内周面（４Ａ）とは、前記環流路（Ｃ）を形成することを特徴とする請求項１に記載の液冷モータ。
3. 前記液冷却手段（５）は、ステータ（３）の外周面（３Ａ）とモータケース（４）の内周面（４Ａ）との間に組み付け隙間（Ｂ）を有し、前記液流路（６）は周方向の全磁路（Ａ）間に位置しかつ組み付け隙間（Ｂ）と連通していることを特徴とする請求項１又は２に記載の液冷モータ。
4. 前記ステータ（３）は軸心方向に多数枚の電磁鋼板（３ａ）を積層して形成し、前記液流路（６）は電磁鋼板（３ａ）の外周面（３Ａ）を切り欠いて形成し、各電磁鋼板（３ａ
   ）の切欠きを互いに周方向同一位置に又は周方向にずらして配置していることを特徴とする請求項１〜３のいずれか１項に記載の液冷モータ。

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