(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
パイプ取付面を有するベースと、熱交換媒体が通されるとともに上記ベースのパイプ取付面に固定された熱交換パイプと、上記熱交換パイプが埋設された状態で上記ベースの上記パイプ取付面側に設けられた伝熱体と、を備え、
上記ベースのパイプ取付面には、上記熱交換パイプと交差する複数の凹溝が設けられていることを特徴とする熱交換器。
【請求項２】
上記ベースは円筒状であり、上記熱交換パイプは、上記ベースの上記パイプ取付面としての外周面に対して当該外周面に沿った曲がり状態で固定され、かつ、上記伝熱体は、円筒状に設けられていることを特徴とする請求項１記載の熱交換器。
【請求項３】
上記熱交換パイプは、上記円筒状ベースの外周面に螺旋状に巻き付けられた状態で固定されていることを特徴とする請求項２記載の熱交換器。
【請求項４】
熱交換媒体が通される熱交換パイプがベースのパイプ取付面に設けられた複数の凹溝と交差するように当該熱交換パイプを前記パイプ取付面に固定し、上記ベースを鋳型の一つとして用いてベースのパイプ取付面側に伝熱体を鋳型成形することによって、上記熱交換パイプが埋設された熱交換器を製作することを特徴とする熱交換器の製作方法。
【請求項５】
上記ベースを円筒状とし、このベースの上記パイプ取付面としての外周面に、上記熱交換パイプを外周面に沿った曲がり状態で固定し、上記ベースを内型として上記ベースの外周面側に円筒状の伝熱体を鋳型成形することを特徴とする請求項４記載の熱交換器の製作方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は電動機のモータハウジング等として用いられる熱交換器、及びその製作方法に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
電動機のモータハウジングを例にとって背景技術を説明する。
【０００３】
電動機は、電動機シャフトを中心として回転するロータと、このロータの外周に配置されたステータと、このステータが内周側に取付けられた円筒状のモータハウジングと、このモータハウジングの開口を塞ぐカバーとによって構成される。
【０００４】
この電動機は、運転中にステータコアの鉄損及びステータコイルの銅損によって発熱するため、このステータ熱をモータハウジングを通じて外部に放出するようにしている。
【０００５】
この場合、熱交換効率(冷却効率)を上げるために、特許文献１に示されるようにモータハウジングの肉厚内に螺旋状等の熱交換パイプが埋設され、水、油等の冷媒(熱交換媒体)がこの熱交換パイプに通されることによってモータハウジングが冷却される。
【０００６】
いいかえれば、伝熱体としてのモータハウジング本体と、この本体を冷却する熱交換パイプとによって一つの熱交換器としてのモータハウジングが構成されている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００７】
【特許文献１】実開平６−４４３７８号
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００８】
特許文献１に示された公知技術では、熱交換パイプの埋設方法として、同パイプを鋳型内に配置し、モータハウジング本体の鋳型成形時に同本体内に鋳込む方法がとられている。
【０００９】
ところが、この鋳込み時に、熱交換パイプの位置固定が十分できないため、鋳込み湯(溶融材料)の流入圧力によって熱交換パイプが長さ方向や径方向に動き易く、パイプ位置の精度を保つことが困難で、設計通りの熱交換効果が得られなくなるという問題があった。
【００１０】
このような問題は、電動機のモータハウジングに限らず、たとえばショベル等の建設機械に搭載された電気・電子機器を冷却または暖機するための熱交換器を含め、熱交換パイプを鋳込みによって伝熱体に埋設する熱交換器全般にあり、この点の解決が待たれていた。
【００１１】
そこで本発明は、熱交換パイプを伝熱体に鋳込む方式をとりながら、同パイプの位置精度を高めて熱交換効率を向上させることができる熱交換器及びその製作方法を提供するものである。
【課題を解決するための手段】
【００１２】
上記課題を解決する手段として、請求項１の発明(熱交換器)においては、パイプ取付面を有するベースと、熱交換媒体が通されるとともに上記ベースのパイプ取付面に固定された熱交換パイプと、上記熱交換パイプが埋設された状態で上記ベースの上記パイプ取付面側に設けられた伝熱体と、を備え、上記ベースのパイプ取付面には、上記熱交換パイプと交差する複数の凹溝が設けられているものである。
【００１３】
この構成によれば、熱交換パイプがベースに固定され、鋳込み時に鋳込み湯の流入圧力によってベースが動かない限り熱交換パイプも動かないこと、及びベースの位置固定はパイプと比べて容易かつ確実に行うことができることにより、鋳込み時の熱交換パイプの動きを防止し、その位置精度を保つことができる。
【００１４】
これにより、熱交換器として設計通りの熱交換効果を得ることができる。
また、上記ベースのパイプ取付面には、上記熱交換パイプと交差する複数の凹溝が設けられている。
この構成によれば、鋳込み時に、鋳込み湯が凹溝に充填され、この凹溝と熱交換パイプが交差する部分で、凹溝から溢れた湯が同パイプとベースのパイプ取付面との間に形成される隙間に入り込んで充填される。
これにより、上記隙間に空気層(空気の巣)ができることを防止し、伝熱面積を増やして熱交換効率を上げることができる。
【００１５】
ここで、電動機のモータハウジングのような円筒状の熱交換器においては、上記ベースは円筒状であり、上記熱交換パイプは、上記ベースの上記パイプ取付面としての外周面に対して当該外周面に沿った曲がり状態で固定され、かつ、上記伝熱体(モータハウジングの場合はハウジング本体)は、円筒状に設けられていればよい(請求項２，３)。
【００１６】
この場合、上記熱交換パイプは、上記円筒状ベースの外周面に螺旋状に巻き付けられた状態で固定されていることが望ましい(請求項３)。
【００１７】
こうすれば、全周に亘って熱交換作用が働くことに加えて、熱交換パイプの内周側が円筒状のベースによって規制され、同パイプの拡径方向の動きさえ防止できればよいため、熱交換パイプの固定が簡単となるとともに、その位置精度をより高めることができる。
【００１８】
一方、請求項４，５の発明(製作方法)においては、熱交換媒体が通される熱交換パイプがベースのパイプ取付面に設けられた複数の凹溝と交差するように当該熱交換パイプを前記パイプ取付面に固定し、上記ベースを鋳型の一つとして用いてベースのパイプ取付面側に伝熱体を鋳型成形することによって、上記熱交換パイプが埋設された熱交換器を製作するものである。
【００１９】
この方法によれば、ベースを鋳型の一つとして用いて伝熱体を鋳型成形するため、鋳型構成の簡素化、成形の容易化を実現することができる。
【００２０】
この場合、電動機のモータハウジングのような円筒状の熱交換器にあっては、上記ベースを円筒状とし、このベースの上記パイプ取付面としての外周面に、上記熱交換パイプを外周面に沿った曲がり状態で固定し、上記ベースを内型として上記ベースの外周面側に円筒状の伝熱体を鋳型成形すればよい(請求項５)。
【発明の効果】
【００２１】
本発明によると、熱交換パイプの位置精度を高めて熱交換効率を向上させることができる。
【図面の簡単な説明】
【００２２】
【図１】モータハウジングを適用対象とした本発明の第１実施形態を示す電動機全体の断面図である。
【図２】図１のＩＩ−ＩＩ線断面図である。
【図３】第１実施形態に係る熱交換器としてのモータハウジングを構成するベース及び冷却パイプの斜視図である。
【図４】モータハウジングの鋳型成形状態を示す断面図である。
【図５】本発明の第２実施形態を示す電動機全体の断面図である。
【図６】本発明の第３実施形態に係るモータハウジングを構成するベース及び冷却パイプの斜視図である。
【図７】電気・電子機器用熱交換器を適用対象とした本発明の第４実施形態に係るベース及び冷却パイプの斜視図である。
【図８】第４実施形態に係る熱交換器の断面図である。
【発明を実施するための形態】
【００２３】
図１〜図６は電動機のモータハウジングを適用対象とした第１〜第３実施形態、図７，８は電気・電子機器の冷却または暖機用の熱交換器を適用対象とした第４実施形態をそれぞれ示す。
【００２４】
第１実施形態(図１〜図４参照)
図１，２に示す電動機は、電動機シャフト１を中心として回転するロータ２と、このロータ２の外周に配置されたステータ３と、このステータ３が内周側に取付けられた円筒状のモータハウジングＨと、このモータハウジングＨの軸方向の両端に装着されたカバー５，６とによって構成される。
【００２５】
図１中、３ａはステータ３のコイルである。
【００２６】
モータハウジングＨは、アルミニウム等の伝熱性材料によって鋳型成形された円筒状のモータハウジング本体４と、同本体４の内周側に一体に設けられた鋳鉄、鋼、ステンレス等の高強度材料からなる強度部材としての円筒状のベース７と、このベース７の外周面に軸方向ほぼ全長部分に亘って螺旋状に巻き付けられた状態でハウジング肉厚内に埋設された熱交換パイプとしての冷却パイプ(丸パイプ)８とによって構成されている。
【００２７】
以下、モータハウジングＨを「ハウジング」、モータハウジング本体４を「ハウジング本体」とそれぞれ略記する。
【００２８】
冷却パイプ８の両端部８ａ，８ｂは、一方が冷媒入口、他方が冷媒出口としてハウジング本体４外に導出され、外部から供給される水、油等の冷媒が冷却パイプ８を冷媒通路として通されることによってハウジング本体４が冷却される。
【００２９】
いいかえれば、伝熱体としてのハウジング本体４と、ベース７と、冷却パイプ８とによって一つの熱交換器としてのハウジングＨが構成され、ステータ熱がこのハウジングＨによって吸収され、あるいはハウジングＨを通して外部に放出される。
【００３０】
また、ベース７の外周面に、ベース軸方向の全長に亘る多数の凹溝９…が周方向に一定間隔を置いて設けられている。
【００３１】
冷却パイプ８は、ベース外周面に沿った曲がり状態で凹溝９…と交差してベース外周面に巻き付けられるとともに、長さ方向の複数個所(全長部分もよい)で溶接等によって固定され、この状態でハウジング本体４の鋳型成形時に同本体４に鋳込まれる。
【００３２】
すなわち、図４に示すように、鋳型の外型１０内に、冷却パイプ８が巻き付け固定されたベース７を内型として同心配置し、かつ、位置固定した状態で、外型１０とベース７の間にハウジング本体４の原材料としての鋳込み湯４Ａを注入・充填し、固化させる。
【００３３】
図４中、１１は外型１０の上面開口を塞ぐ蓋である。
【００３４】
ベース７の位置固定は、たとえば図示のように外型１０の底面に凸部１０ａを設け、ベース７の下部をこの凸部１０ａに嵌め込むことによって行うことができる。
【００３５】
これにより、円筒状のハウジング本体４が成形されると同時に、同本体４の内周側にベース７が一体化され、かつ、冷却パイプ８が肉厚内に螺旋状に埋め込まれた、図１，２に示す熱交換器としてのハウジングＨが構成される。
【００３６】
この場合、冷却パイプ８がベース７に固定され、鋳込み時にベース７が動かない限り冷却パイプ８も動かないこと、及びベース７の型内への位置固定は、図例の凸部１０ａ等によりパイプと比べて容易かつ確実に行い得ることにより、鋳込み時の冷却パイプ８の動きを確実に防止し、その位置精度を保つことができる。
【００３７】
これにより、熱交換器として設計通りの熱交換効果を得ることができる。
【００３８】
また、冷却パイプ８をベース７の外周面に螺旋状に巻き付け固定しているため、全周に亘って熱交換(冷却)作用が働くことに加えて、冷却パイプ８の内周側が円筒状のベース７によって規制され、同パイプ８の拡径方向の動きさえ防止できればよいことから、冷却パイプ８の固定が簡単となるとともに、その位置精度をより高めることができる。
【００３９】
さらに、ベース７の外周面(パイプ取付面)に、冷却パイプ８と交差する複数の凹溝９…を設けているため、鋳込み時に、図４に示すように鋳込み湯４Ａが凹溝９…に充填され、この凹溝９…と熱交換パイプが交差するすべての部分で、凹溝９…から溢れた湯が同パイプ８とベース外周面との間に形成される隙間に入り込んで充填される。
【００４０】
これにより、上記隙間に空気層(空気の巣)ができることを防止し、その分、伝熱面積を増やして熱交換効率を上げることができる。
【００４１】
一方、ハウジング製作方法としての効果として、ベース７を鋳型の一つ(ここでは内型)として用いてベース外周面にハウジング本体４を鋳型成形するため、鋳型構成の簡素化、成形の容易化を実現することができる。
【００４２】
第２、第３実施形態(図５，６参照)
第１実施形態との相違点のみを説明する。
【００４３】
図５に示す第２実施形態においては、冷却パイプ８が角パイプによって形成され、第１実施形態と同様にベース７の外周面に螺旋状に巻き付け固定されている。
【００４４】
こうすれば、ベース７の外周面と冷却パイプ８の接触面積を大きくとり、冷却効率を上げることができる。
【００４５】
図６に示す第３実施形態においては、冷却パイプ８がベース外周面に対し、全周に亘る螺旋状ではなく、円周方向の一定角度範囲内(図例ではほぼ半周部分)でベース軸方向に複数回折り返された曲折状態で、かつ、ベース外周面に密着する状態で固定されている。
【００４６】
この場合、凹溝９…はベース外周面の円周方向に設けられる。
【００４７】
こうすれば、レイアウト上の制約等によって冷却パイプ８をベース全周部分に巻き付けることができない場合でも、残された範囲で冷媒通路を確保することができる。
【００４８】
なお、冷却パイプ８をベース外周面に対し円周方向に複数回折り返された曲折状態で固定してもよい。
【００４９】
この場合、凹溝９…はベース外周面の軸方向に設けられる。
【００５０】
第４実施形態(図７，８参照)
第４実施形態においては、ショベルに搭載されるインバータやコントローラ、蓄電器等の電気・電子機器を冷却または暖機するための熱交換器を適用対象としている。
【００５１】
すなわち、厚板状のベース１２の片面(パイプ取付面)に複数の凹溝１３…が一定間隔を置いて平行に設けられるとともに、熱交換パイプ１４が凹溝１３…と交差する複数回折り返し状態で固定され、このベース１２の片面側に伝熱体としての伝熱板１５が鋳型成形されることによって、熱交換パイプ１４が肉厚内に埋設された熱交換器１６が構成されている。
【００５２】
図７中、１４ａ，１４ｂは熱交換パイプ１３の熱交換媒体入口または出口としての両側端部である。
【００５３】
この熱交換器１６によっても、モータハウジングの場合と同様に、鋳込み湯の流入圧力による熱交換パイプ１４の動きを防止してその位置精度を保つことができる。
【００５４】
また、凹溝１３…を熱交換パイプ１４と交差して設けることにより、熱交換パイプ１４とベース１２との隙間に鋳込み湯を行き渡らせて伝熱面積を増加させることができる点、及びベース１２を鋳型の一部(たとえば下型)として利用できる点は第１〜第３実施形態の場合と同じである。
【００５５】
この場合、第２実施形態と同様に、熱交換パイプ１４を角パイプとしてもよい。
【００５６】
ところで、本発明は上記実施形態以外に、床暖房用の熱交換シート等、熱交換パイプが埋設される熱交換器に広く適用することができる。
【符号の説明】
【００５７】
Ｈ  モータハウジング
４  伝熱体としてのハウジング本体
４Ａ  鋳込み湯
７  ベース
８  熱交換パイプとしての冷却パイプ
９  凹溝
１０  外型
１０ａ  ベース位置固定用の凸部
１２  ベース
１３  凹溝
１４  熱交換パイプ
１５  伝熱板
１６  熱交換器
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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【図８】
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