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技術 液冷モータ

出願人 株式会社クボタ
発明者 柳生寿美夫河端真一
出願日 2012年10月12日 (7年5ヶ月経過) 出願番号 2012-226678
公開日 2014年5月1日 (5年10ヶ月経過) 公開番号 2014-079136
状態 特許登録済
技術分野 電動機、発電機の外枠
主要キーワード フレキシブル構造 駆動用原動機 前後カバー 円形内周面 モータ効率低下 発熱箇所 スパイラル巻き アルミ鋳物
関連する未来課題
重要な関連分野

この項目の情報は公開日時点(2014年5月1日)のものです。
また、この項目は機械的に抽出しているため、正しく解析できていない場合があります

図面 (6)

課題

熱膨張率の違いを冷却管伸縮によって相対的に小さくでき、単位体積当たりの冷却容量が大きくかつコンパクトに構成でき、冷却管の成形、鋳包み作業が容易にできるようにする。

解決手段

ステータ3に外嵌したモータケース4内に、蛇腹管で形成した冷却管5を鋳包みで埋設している。前記冷却管5は、ステンレス鋼製のスパイラル型蛇腹管又は単山型蛇腹管であり、ステータ3と同芯の軸心を有するスパイラル形状に巻いてある。

概要

背景

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、単位堆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、モータケース冷却水路機械加工する方法、あるいはモータケースに冷却管を鋳包みする方法がある。

この冷却管を鋳包みした技術として、特許文献1に開示されているように、内部冷却用の冷却水路を構成する配管が、モータ部のハウジングインサート成形により形成されているインホイールモータ駆動装置(請求項1)がある。

概要

熱膨張率の違いを冷却管の伸縮によって相対的に小さくでき、単位体積当たりの冷却容量が大きくかつコンパクトに構成でき、冷却管の成形、鋳包み作業が容易にできるようにする。ステータ3に外嵌したモータケース4内に、蛇腹管で形成した冷却管5を鋳包みで埋設している。前記冷却管5は、ステンレス鋼製のスパイラル型蛇腹管又は単山型蛇腹管であり、ステータ3と同芯の軸心を有するスパイラル形状に巻いてある。

目的

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

効果

実績

技術文献被引用数
0件
牽制数
0件

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請求項1

ステータ(3)に外嵌したモータケース(4)内に、蛇腹管で形成した冷却管(5)を鋳包み埋設していることを特徴とする液冷モータ

請求項2

前記冷却管(5)は、ステンレス鋼製のスパイラル型蛇腹管又は単山型蛇腹管であることを特徴とする請求項1に記載の液冷モータ。

請求項3

前記冷却管(5)は、ステータ(3)と同芯の軸心を有するスパイラル形状に巻いてあ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。

請求項4

前記冷却管(5)は、ステータ(3)の軸心と平行な部分を折りにしてステータ(3)の軸心廻り周方向に配置した軸方向パラレル形状であ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。

請求項5

ステータ(3)に円形内周面を有するモータケース(4)を焼きバメにて外嵌し、ステータ(3)内に配置する永久磁石埋込型ロータ(6)をモータ軸(7)に取り付け、このモータ軸(7)を支持する前後カバー(8)でモータケース(4)の両端を閉鎖しており、前記冷却管(5)をステータ(3)の積層電極鋼板(3a)の積層方向全幅に対応して配置していることを特徴とする請求項1〜4のいずれか1項に記載の液冷モータ。

技術分野

0001

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。

背景技術

0002

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、単位堆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、モータケース冷却水路機械加工する方法、あるいはモータケースに冷却管を鋳包みする方法がある。

0003

この冷却管を鋳包みした技術として、特許文献1に開示されているように、内部冷却用の冷却水路を構成する配管が、モータ部のハウジングインサート成形により形成されているインホイールモータ駆動装置(請求項1)がある。

先行技術

0004

特開2012−171420号公報

発明が解決しようとする課題

0005

前記特許文献1の技術は、冷却液漏洩を防止できるが、配管に熱伝導率の低いステンレス鋼管を使用すると、冷却効率を高めるのが困難であり、モータのステータをモータケース内に焼きバメにて嵌入すると、熱膨張率の高いアルミ製モータケースへ熱膨張率の低いステンレス製冷却管が鋳包みされていることからモータケース加熱時の冷却管の膨張がし難い。そのため、全体の焼きバメ温度が高くなりかつ温度が安定するのに時間がかかる等により、作業性が悪くなっている。

0006

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、熱膨張率の違いを冷却管の伸縮によって相対的に小さくでき、単位体積当たりの冷却容量が大きくかつコンパクトに構成できる液冷モータを提供することを目的とする。

課題を解決するための手段

0007

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。
第1に、ステータ3に外嵌したモータケース4内に、蛇腹管で形成した冷却管5を鋳包みで埋設していることを特徴とする。
第2に、前記冷却管5は、ステンレス鋼製のスパイラル型蛇腹管又は単山型蛇腹管であることを特徴とする。

0008

第3に、前記冷却管5は、ステータ3と同芯の軸心を有するスパイラル形状に巻いてあることを特徴とする。
第4に、前記冷却管5は、ステータ3の軸心と平行な部分を折りにしてステータ3の軸心廻り周方向に配置した軸方向パラレル形状であることを特徴とする。
第5に、ステータ3に円形内周面を有するモータケース4を焼きバメにて外嵌し、ステータ3内に配置する永久磁石埋込型ロータ6をモータ軸7に取り付け、このモータ軸7を支持する前後カバー8でモータケース4の両端を閉鎖しており、
前記冷却管5をステータ3の積層電極鋼板3aの積層方向全幅に対応して配置していることを特徴とする。

発明の効果

0009

本発明によれば、熱膨張率の違いを冷却管の伸縮によって相対的に小さくでき、単位体積当たりの冷却容量が大きくかつコンパクトに構成できる。
即ち、請求項1に係る発明は、ステータ3に蛇腹管で形成した冷却管5を鋳包みで埋設しているので、モータケース4内にステータ3を焼きバメにて嵌入するとき、両者の熱膨張率に違いがあっても、冷却管5の伸縮によってその違いを小さくでき、焼きバメの温度を低下し、安定化時間を短縮することができ、単位体積当たりの冷却容量が大きくかつコンパクトに構成できる。

0010

請求項2に係る発明は、冷却管5はステンレス鋼製のスパイラル型蛇腹管又は単山型蛇腹管であるので、冷却管5の伸縮を確実かつ大きくできる。
請求項3に係る発明は、冷却管5はステータ3と同芯の軸心を有するスパイラル形状に巻いてあるので、冷却管5の成形、鋳包み作業が容易にできる。
請求項4に係る発明は、冷却管5は、ステータ3の軸心と平行な部分を葛折りにしてステータ3の軸心廻りに周方向に配置した軸方向パラレル形状であるので、冷却管5の成形、鋳包み作業が容易にできる。

0011

請求項5に係る発明は、冷却管5をステータ3の積層電極鋼板3aの積層方向略全幅に対応して配置しているので、モータケース4の発熱箇所を効果的に冷却することができる。

図面の簡単な説明

0012

本発明の実施の形態を示す断面正面図である。
同一部断面平面図である。
同一部断面側面図である。
冷却管の正面図である。
変形例を示す一部断面平面図である。

実施例

0013

以下、本発明の実施の形態を図面に基づいて説明する。
図1〜4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内に配置するロータ6をモータ軸7に取り付け、このモータ軸7を前後カバー8(前カバー8F、後カバー8R)で支持し、前後カバー8でモータケース4の前後端を閉鎖し、前後カバー8F、8Rに取り付け台9を取り付けている。

0014

ステータ3は、薄い電極鋼板3aを複数枚積層した固定子鉄心固定子巻線3bを所定の巻数で直接巻き付け集中巻にしたものであり、円筒形状になっている。
ロータ6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2個1組の永久磁石6aを埋設しており、2個1組の永久磁石の配置位置の径外側に弓形膨出部6bを有し、各組の永久磁石の配置位置間で弓形膨出部を繋ぐ円弧凹部6cを形成していて、ステータ3の内周面僅少間隙を介して対面する。

0015

モータケース4は、アルミ鋳造で円筒形状に形成されており、その内部に、蛇腹管で形成した冷却管5を鋳包み(鋳ぐるみ)で埋設している。
前記冷却管5は、ステンレス鋼のパイプであり、図4に示すような、外周に凸状部11が螺旋状に形成されたスパイラル型蛇腹管、又は外周に環状凸部が長手方向に間隔をおいて形成された単山型蛇腹管が使用されており、長手方向伸縮可能であり、円弧に屈曲可能なフレキシブル構造になっている。

0016

そして、冷却管5はフレキシブル構造を利用して、図1〜4に示すように、全体外形をステータ3と同芯の軸心を有するスパイラル形状に巻いてあり、このスパイラル形状のままモータケース4の鋳造時に鋳包みされている。
冷却管5は、ステータ3の積層電極鋼板3aの積層方向略全幅に対応して配置されており、その両端5a、5bはモータケース4から突出していて、冷却液が一端5aから流入され、他端5bから排出される。なお、冷却管5はステータ3の固定子巻線3bの配置幅に対応する幅に配置してもよい。

0017

冷却管5は0.2〜1.0mmのステンレス鋼管が使用され、肉厚0.2mmの薄肉管は、肉厚1.0mmのステンレス鋼管(非蛇腹管)に比較して熱抵抗は5分の1になるので、肉厚0.2〜0.8mmの薄肉管が使用でき、肉厚0.2mm程度の薄肉管が好ましい。
スパイラル型蛇腹管は螺旋状凸状部11がフィンとなり、単山型蛇腹管は環状凸部がフィンとなり、伝熱面積が増大して熱伝達促進を行うので、フィンのない肉厚1.0mmのステンレス鋼管に比較して、熱伝達率は約30%向上できる。

0018

前記冷却管5を鋳包み埋設したモータケース4をステータ3に焼きバメにて外嵌する場合、モータケース4をその内径がステータ3の外形より大きくなるまで加熱する。この加熱の際、モータケース4は径方向及び軸方向に膨張し、その延びに対応して冷却管5も長手方向に伸張し、かつスパイラル巻き形状が径方向及び軸方向に伸張する。
冷却管5はフレキシブルな蛇腹管で、管自身が機械的に伸びるので、ステンレス鋼管(非蛇腹管)を用いる場合に比較して、アルミ製モータケース4との熱膨張率の違いを見かけ上で小さくすることができ、その結果、必要な焼きバメ温度と保持時間が低下する。

0019

しかも、冷却管5をスパイラル巻き形状にすると、冷却管5がモータケース4の骨格部となるので、モータケース4の熱膨張率を本来のアルミ鋳物よりも相対的に小さく見積もることができる。
これは、モータケース4の焼きバメ代を小さくすることを可能にし、焼きバメ後のモータケース4の歪みが小さくなって、ステータの歪み起因のモータ効率低下を減少することを可能にする。

0020

図5は本発明の変形例を示しており、この液冷モータ1は、前記実施形態と冷却管5の全体外形のみが異なる。この冷却管5は、ステータ3の軸心と平行な部分を葛折りにしてステータ3の軸心廻りに周方向に配置した軸方向パラレル形状になっている。
前記葛折りの冷却管5の幅は、ステータ3の略全幅に対応しており、その両端5a、5bは軸方向にも周方向にも離れてモータケース4から突出していている。

0021

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1〜5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を固定子鉄心に巻線を分散巻にしたもの、ロータ6を回転子鉄心の外周に永久磁石6aを張り付け表面磁石構造にしたものでもよい。

0022

1液冷モータ
3ステータ
3a積層電極鋼板
4モータケース
5冷却管
5a 一端
5b 他端
6ロータ
6a永久磁石
6b弓形膨出部
6c円弧凹部
7モータ軸
8前後カバー
9 取り付け台

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