JPH04127857A

JPH04127857A - 回転子冷却制御装置

Info

Publication number: JPH04127857A
Application number: JP2249854A
Authority: JP
Inventors: Yoshinori Nakanishi; 中西　義典
Original assignee: Toshiba Machine Co Ltd
Current assignee: Shibaura Machine Co Ltd
Priority date: 1990-09-19
Filing date: 1990-09-19
Publication date: 1992-04-28

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】［産業上の利用分野］本発明は誘導電動機や同期電動機等の電動機の冷却制御
装置に関し、−層詳細には、回転子の中心部分を中空部
とし、前記中空部に冷却媒体を注入し冷却するように構
成し、前記冷却媒体の注入部と排出部の温度を測定し、
その温度差に基づいて冷却媒体の注入量を制御するよう
にした回転子冷却制御装置に関する。

［従来の技術］誘導電動機や回転電機子型の同期電動機あるいは直流電
動機等の各種電動機は種々の分野で使用されている。こ
れらの電動機は、発熱を伴うため、使用箇所によっては
冷却を必要とする場合がある。このため、冷却機構を備
えた電動機が提供されている。

例えば、誘導電動機の回転子を冷却する冷却機構として
は、−船釣には第３図に示す機構が知られている。すな
わち、この冷却機構は電動機の回転子１０に冷却フィン
１２を形成し、回転子１０が回転することにより、この
冷却フィン１２を利用して空冷するものである。

このような回転子１０はアルミダイカスト製法により製
造される場合が多く、回転子の成形と同時に冷却フィン
１２の成形が可能であるという利点がある。

このような形式の誘導電動機において、さらに冷却効率
を高めるために、第４図のように、回転子１０の反負荷
側に自動冷却ファン１４を形成した冷却機構も知られて
いる。

これは、全閉型汎用誘導電動機に多く用いられ、電動機
フレームを介して内部の回転子冷却フィン１２により、
フレーム内部に拡散させた回転子１０の熱を冷却すると
ともに、フレームに直接接している固定子の冷却も同時
にできるという利点がある。

一方、自励冷却ファン１４の負荷は回転数の累乗に比例
するた約、比較的高い回転数まで使用されるベクトル制
御型のインバータ駆動用の誘導電動機では、第５図のよ
うに自励冷却ファン１４の代替として他励冷却ファン１
６を用いた電動機も提供されている。

［発明が解決しようとする課題］しかしながら、これらの冷却機構はいずれも回転子を直
接冷却するものではなく、その冷却効率は必ずしも高い
ものではない。

そこで、第６図に示すように、回転子１０の反負荷側に
円板状の冷却フィン１８を回転軸に対して直角方向に複
数枚取り付け、その直径方向に他励冷却ファン２０を設
け、この他励冷却ファン２０で空冷する構成の冷却機構
が提案されている。また、回転子１０と冷却フィン１８
の熱伝達を向上させるために、第６図の冷却機構におい
て、回転子１０のシャフト内にヒートパイプを埋め込ん
だ構成の冷却機構も提案されている。

この場合、前述の冷却機構と比較して、回転子１０をか
なり直接的に冷却する構成としているため、冷却効率は
多少改善されるが、回転子１０の発熱源と冷却フィン１
８との距離が大きく、また、電動機自体の取り付は方向
によっては、熱伝達効率が極端に劣化してしまう。従っ
て、冷却フィン１８の直径を大きくしたり、枚数を増や
したりする必要が生じるが、小型化の観点から、このよ
うな方法は採用できない場合が多いという問題があった
。

さらに、冷却フィン１８は、フラットな形状でないと電
動機の負荷としては大きくなるため、冷却媒体である空
気と冷却フィン１８との接触時間が短くなり、冷却効率
の向上はさほど７杓ないという問題が生じていた。

回転電機子型の同期電動機や直流電動機等では前記第６
図の如き冷却機構が用いられているが、前述と同様の理
由で冷却効率の向上には限界があった。

すなわち、冷却フィンや自励冷却ファン等を大きくして
冷却能力をあげようとすると電動機の負荷が増大し、ま
た、発熱源と冷却フィンとの距離が大きいと熱伝達効率
が劣化し、総合での冷却効率は向上しないという不都合
があり、冷却フィンの負荷が大きくならないようにフラ
ットな構造の冷却フィンとすると、冷却フィンと冷却媒
体との接触時間が短くなり、結局は冷却効率が期待はど
向上しないという不都合があった。

これらは、いずれも発熱源を直接冷却する機構でないこ
とに起因しており、どのような構成を採用しても冷却効
率の飛躍的な向上は望めないものであった。

さらに、これらの回転子冷却機構においては、電動機の
負荷の増減に対する配慮は何らなされておらず、通常最
大負荷時の発熱量に対応して冷却機構を作動させる構成
となっており、たとえ冷却媒体の効率的使用を促しても
、省資源、省エネルギーの観点からは満足できる構成で
はなかった。

［発明の目的］本発明は前記の不都合を悉く克服するためになされたも
のであって、高回転数まで回転させても、電動機の負荷
があまり大きくならず、また電動機の発熱源近くを効率
的に冷却し、且つ冷却機構全体としての効率を向上させ
、省資源、省エネルギー化を促進し得る回転子冷却制御
装置を提供することを目的とするものである。

［課題を解決するための手段］前記の課題を解決するために、本発明は電動機の回転子
を冷却する機構を制御するための回転子冷却制御装置で
あって、回転子の中心部分に、前記回転子の軸方向端部
が開放される中空部が形成され、前記中空部の開放され
た端部に、冷却媒体を中空部に注入する一方、前記冷却
媒体を排出する注入排出機構が接続され、さらに前記冷
却媒体の注入部と排出部の温度を測定し、その温度差に
基づいて冷却媒体の注入量を制御する制御部を配設する
ことを特徴とする。

［作用］本発明に係る回転子冷却制御装置は、回転子の中心部分
に中空部を設け、この中空部に冷却媒体を注入するよう
に構成し、前記冷却媒体の注入部と排出部の温度を測定
し、その温度差に基づいて冷却媒体の注入量を制御する
ように構成してあり、前記注入部に設けられた可変バル
ブにより前記冷却媒体の注入量を制御し、または、前記
冷却媒体の供給源に設けられた可変ポンプにより前記冷
却媒体の注入量を制御するものである。

［実施例コ次に、本発明に係る回転子冷却制御装置について好適な
実施例を挙げ、添付の図面を参照しながら以下詳細に説
明する。

第１図は本実施例に係る回転子冷却制御装置の概略構成
を示す図であり、第２図は要部の詳細図である。

回転子冷却制御装置は、電動機の回転子１０の中心部分
に、開口部Ａを有する中空部２２が形成され、この中空
部２２に冷却媒体を注入するための注入パイプ３２等か
らなる注入排出機構が設けられている。

開口部Ａの周縁には円板２６が設けられる・とともに、
ドレンタンク２８が連接される。円板２６およびドレン
タンク２８は、中空部２２から排出される冷却媒体を飛
散させることなく回収し、排出口３４より排出するため
の機構である。

注入口３０の近傍の注入量４２内には、注入口測温体３
６が設けられ、これによって注入口３０から注入パイプ
３２に注入される冷却媒体の温度が測定される。また、
排出口３４の近傍の排出溜４４には、排出口測温体３８
が設けられ、これによってドレンタンク２８を介して排
出口３４から排出される冷却媒体の温度が測定される。

注入口測温体３６と注入パイプ３２との間には、可変バ
ルブ４０が設けられ、注入パイプ３２に注入される冷却
媒体の量をコントロールするように構成される。すなわ
ち、可変バルブ４０は注入口測温体３６と排出口測温体
３８により検出した冷却媒体の温度差に基づいて制御部
４６によって制御され、該温度差に対応した量の冷却媒
体が注入パイプ３２に供給される。

排出口３４から排出された冷却媒体は、図示しない周知
の排熱処理手段等に導かれ、排熱処理されて再度注入口
３０に循環する循環機構３１に導かれる。

本実施例に係る回転子冷却制御装置は、基本的には以上
のように構成されるものであり、次にその作用並びに効
果について説明する。

さて、電動機が回転し、負荷が与えられた場合、その負
荷に応じて回転子１０が発熱する。

この時、本実施例による回転子冷却制御装置によれば、
注入口３０より注入パイプ３２を通して冷却媒体が回転
子１０の中空部２２の閉塞端に注入され、中空部２２の
閉塞端から開口部Ａに向かって中空部２２内を流れ、ド
レンタンク２８内に排出される。従って、回転子１０の
発熱は、その中空部２２を通る冷却媒体により奪われて
いき、回転子１０の冷却が行われる。

この時、回転子１０は回転しているので、冷却媒体は、
単純な流れで中空部２２の開口部Ａから流れ出ることは
なく、比較的長い開発熱体である回転子１０の中空部２
２の内面と接触することになり、従来の冷却機構に比較
して、冷却効率は高いものとなる。

このように、回転子冷却制御装置においては、発熱源の
近傍で直接発熱体を冷却する構造であるため、冷却効率
は極めて高いものとなる。

注入口３０から注入パイプ３２に注入される冷却媒体の
温度は、注入口３０の近傍の注入量４２に設けられた注
入口測温体３６により測定され、排出口３４に排出され
る冷却媒体の温度は、排出口３４の近傍に設けられた排
出口測温体３８により測定される。

注入口測温体３６および排出口測温体３８により測定さ
れた冷却媒体の温度は制御部４６に送られ、注入口３０
における冷却媒体の温度と、排出口３４における冷却媒
体の温度との差が算出される。

この温度差に基づいて、上記制御部４６から、注入口測
温体３６と注入パイプ３２との間に設けられた可変バル
ブ４０の開閉度が制御される。

すなわち、この可変バルブ４０の開閉範囲は、適用され
る電動機の最大／最小回転子発熱量により規定され、開
閉度合いについては、冷却媒体の排出口温度が（高〜低
）で（開−閉）となり、冷却媒体の注入口温度が（高〜
低）で（開−閉）となり、注入口温度と排出口温度の温
度差が（大〜小）で（開−閉）となる。

以上のように、本発明によれば、冷却媒体の注入口およ
び排出口温度により、間接的に電動機の負荷状態を監視
し、負荷の状況と冷却媒体の状態に応じて、冷却媒体の
注入量を制御するため、負荷が小さい時には多量の冷却
媒体を注入する必要がなく、また、負荷が大きい時には
それに応じて大量の冷却媒体を注入することができ、全
体として効率的に回転子の冷却ができ、且つ、省資源、
省エネルギー化の要請にマツチした冷却が行なえる。

ここで、電動機がサーボモータのように広い回転数の範
囲で使用され、低速、高トルクあるいはサーボロックす
るような電動機の場合、回転子１Ｇの中空部２２の構造
を単純な円筒構造でなく、例えば、中空部２２の内面に
円錐台状の突起を有する構造とすることにより、冷却媒
体が、長い開発熱体である回転子１０の中空部２２の内
面と接触することになり、冷却効率を高めることができ
る。

電動機が１回転内で多点位置決めをするような目的で使
用される場合は、中空部２２の内面にスパイラル状の壁
を持つ構造とし、また、急峻な発熱を伴うような場合に
は、中空部２２の内面がテーパー状となるような構造と
することにより、前記と同様の効果を持たせることが可
能となる。

また、冷却媒体が通過するのは、回転子１０の回転中心
付近であるた約、冷却媒体を流すことによる回転子１０
の回転ロスは極めて小さいものであり、さらに、中空部
２２から排出される冷却媒体を飛散させることなく回収
するための円板２６も、１枚の薄い板でよいた杓、電動
機全体として冷却による回転ロスは殆ど増加することが
ない。

さらに、中空構造の工夫、例えば、円錐台状突起の高さ
、径、数や、スパイラル状の壁の高さ、螺旋方向等の工
夫により、電動機自体の設置方向による熱伝達の悪化、
すなわち、冷却効率の悪化を低減することができる。

第１図、第２図の実施例においては、中空部２２に注入
パイプ３２の先端から冷却媒体を注入する構成となって
いるが、注入パイプ３２の途中に穴を開け、その部分か
らも中空部２２に冷却媒体を流す構成とすることにより
、冷却効果を高めることが可能であり、また、長さの異
なる複数の注入パイプを設け、それぞれから冷却媒体を
注入することにより、同様の効果を持たせることも可能
である。

以上のようにして、回転子１０の中空部２２を通って吸
熱した冷却媒体は、開口部Ａからドレンタンク２８内に
集められ、排出口３４から排出される。排出口３４から
排出された冷却媒体は、循環機構３１に導かれ、排熱処
理手段によって排熱処理され、注入口３０に循環される
。

この時、冷却媒体としては水を用いるのが最も容易で安
価である。また、設置された電動機の近くに適当な給排
水設備がある場合には、図示されていない周知の排熱処
理手段等や循環機構３１等を省略することも可能である
。

そして、寒冷地等で冷却媒体として、水の代替として不
凍液あいは冷却油等を用いることもできる。この場合、
図示されていない周知の排熱処理手段としてはラジェー
タ等が一般的であり、循環機構３１は循環ポンプ、リザ
ーブタンク、フィルタ等で構成されるのが一般的である
。

また、装置の清浄度が要求される場合には、冷却媒体と
して清浄空気を利用して同様の冷却が可能である。

さらに、ドレンタンク２８内に可変バルブ４０、注入部
４２を設け、測温体として形状記憶合金を用いることに
より、温度変化による形状記憶合金の変形を、リンク機
構を介して可変バルブ４０に連結することにより、機構
的に可変バルブ４０の開閉を制御することも可能である
。

また、電動機コントローラの負荷早計出力あるいはトル
クリファレンス等の出力により、電動機の負荷を推定し
、それに応じて可変バルブの開閉度を制御することによ
り、温度差による制御と同様の効果を得ることができる
。

［発明の効果］以上のように、本発明によれば、回転子に中空部を設け
、この中空部に注入排出機構を接続し、注入排出機構か
ら回転子の中空部に冷却媒体を注入するように構成し、
前記冷却媒体の注入部と排出部の温度を測定し、その温
度差に基づいて冷却媒体の注入量を制御するように構成
してあり、前記注入部に設けられた可変バルブにより前
記冷却媒体の注入量を制御し、または、前記冷却媒体の
供給源に設けられた可変ポンプにより前記冷却媒体の注
入量を制御するものである。

従って、冷却フィンや自励冷却ファンを設ける必要がな
く、発熱源に近い部分を冷却媒体で直接的に冷却するこ
とができ、また、注入部と排出部における冷却媒体の温
度差に基づいて、これに応じた量の冷却媒体を供給する
ものであるから、全体としての効率および省資源、省エ
ネルギー化の要請にマツチした冷却制御が行える。

さらに、本発明に係る回転子冷却制御装置においては、
注入された冷却媒体は液体、気体のいずれも使用可能で
あり、また、この冷却媒体は前記回転子の中空部開口部
端から排出され、この排出された冷却媒体を回収、排熱
処理した後、注入排出機構に循環されるように構成した
ため、冷却媒体を効率よく再利用することが可能である
。

そして、冷却媒体として水、空気等を用いる場合であっ
て、設置された電動機の近くに適当な給排設備がある場
合には、排熱処理機構や循環機構等を省略することも可
能である。

また、本発明に係る回転子冷却制御装置においては、回
転子に設けられた前記の中空部の内面に円錐台状の突起
またはスパイラル状の壁等の凸状構造物を形成し、ある
いは、前記中空部の内面をテーパー構造とすることで、
冷却媒体と中空部との接触時間が長くとれるた約、冷却
効率を向上することができるという利点が得られる。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明に係る回転子冷却制御装置の概略構成を
示す図、第２図は第１図の回転子冷却制御装置の詳細な構成を示
す図、第３図乃至第６図は従来の電動機における回転子冷却制
御装置の構成を示す図である。１０・・・回転子２２・・・中空部２６・・・円板２８・・・ドレンタンク３０・・・注入口３１・・・循環機構３２・・・注入パイプ３４・・・排出口３６・・・注入口測温体３８・・・排出口測温体４０・・・可変バルブ４２・・・注入溜４４・・・排出部４６・・・制御部

Claims

【特許請求の範囲】

（１）電動機の回転子を冷却する機構を制御するための
回転子冷却制御装置であって、回転子の中心部分に、前
記回転子の軸方向端部が開放される中空部が形成され、
前記中空部の開放された端部に、冷却媒体を中空部に注
入する一方、前記冷却媒体を排出する注入排出機構が接
続され、さらに前記冷却媒体の注入部と排出部の温度を
測定し、その温度差に基づいて冷却媒体の注入量を制御
する制御部を配設することを特徴とする回転子冷却制御
装置。
（２）請求項１記載の回転子冷却制御装置において、制
御部は、注入部に設けられた可変バルブにより冷却媒体
の注入量を制御することを特徴とする回転子冷却制御装
置。
（３）請求項１記載の回転子冷却制御装置において、制
御部は、冷却媒体の供給源に設けられた可変ポンプによ
り前記冷却媒体の注入量を制御することを特徴とする回
転子冷却制御装置。
（４）請求項１乃至３のいずれかに記載の回転子冷却制
御装置において、排出された冷却媒体を回収し、排熱処
理を行った後、注入機構を介して前記冷却媒体を中空部
に注入するための循環機構を備えたことを特徴とする回
転子冷却制御装置。
（５）請求項４記載の回転子冷却制御装置において、循
環機構に設けられた可変循環ポンプにより冷却媒体の注
入量を制御することを特徴とする回転子冷却制御装置。
（６）請求項１乃至５のいずれかに記載の回転子冷却制
御装置において、制御部は、冷却媒体の注入部と排出部
の温度を測定するため、前記注入部と排出部に、注入部
測温体と排出部測温体とを備えることを特徴とする回転
子冷却制御装置。
（７）請求項１乃至５のいずれかに記載の回転子冷却制
御装置において、制御部は、冷却媒体の注入部と排出部
の温度を測定するため、前記注入部と排出部に、形状記
憶合金からなる注入部測温体と排出部測温体とを備える
ことを特徴とする回転子冷却制御装置。
（８）請求項１乃至５のいずれかに記載の回転子冷却制
御装置において、制御部は、冷却媒体の注入部と排出部
との温度差の代替として、電動機コントローラの負荷率
計出力およびトルクレファレンスを用いることを特徴と
する回転子冷却制御装置。