(57)【要約】【課題】コイルエンドの熱膨張に起因するコイルエンドの損傷を低減しつつ、熱損失をフレームに適切に伝達する。【解決手段】主軸を回転駆動させるモータが提供される。このモータは、固定子鉄心と、固定子鉄心に取り付けられたコイルと、固定子鉄心及び前記コイルを収容するモータフレームと、を有する。コイルは、固定子鉄心から軸方向に突出するコイルエンドを有する。モータはさらに、コイルエンドの熱をモータフレームに伝達するように構成される熱伝導部材と、熱伝導部材がコイルエンドとモータフレームとに接触するように、熱伝導部材を付勢する弾性部材と、を有する。【選択図】図２
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
主軸を回転駆動させるモータであって、
固定子鉄心と、
前記固定子鉄心に取り付けられたコイルと、
前記固定子鉄心及び前記コイルを収容するモータフレームと、を有し、
前記コイルは、前記固定子鉄心から軸方向に突出するコイルエンドを有し、
前記モータはさらに、前記コイルエンドの熱を前記モータフレームに伝達するように構成される熱伝導部材と、
前記熱伝導部材が前記コイルエンドと前記モータフレームとに接触するように、前記熱伝導部材を付勢する一つ以上の弾性部材と、を有する、モータ。
【請求項２】
請求項１に記載されたモータにおいて、
前記コイルエンドは、前記主軸側に位置する内側部と、前記モータフレーム側に位置する外側部と、を有し、
前記コイルエンドの前記外側部は、前記固定子鉄心から前記モータフレームの径方向外側に向かって傾斜するように構成され、
前記熱伝導部材は、前記コイルエンドの外側部と接触する第１面と、前記モータフレームの内面と接触する第２面と、を有し、
前記第１面は、前記コイルエンドの外側部に沿うようにテーパ状に形成される、モータ。
【請求項３】
請求項２に記載されたモータにおいて、
前記熱伝導部材の前記第２面は、前記モータフレームの前記内面の形状に対応する形状を有する、モータ。
【請求項４】
請求項２又は３に記載されたモータにおいて、
前記コイルエンドの前記内側部と接触して、前記主軸側への前記コイルエンドの移動を制限する支持部材を有する、モータ。
【請求項５】
請求項１から４の何れか一項に記載されたモータにおいて、
前記弾性部材は、バネであり、
前記バネは、前記固定子鉄心の軸方向端部に取り付けられた第１端部と、前記熱伝導部材に取り付けられた第２端部と、を有し、前記熱伝導部材を、軸方向に沿って前記固定子鉄心から離れる方向に付勢する、モータ。
【請求項６】
請求項５に記載されたモータにおいて、
前記モータフレームの軸方向端部に取り付けられるフレーム端板を有し、
前記フレーム端板は、前記熱伝導部材が前記コイルエンドから離間するように前記熱伝導部材を前記固定子鉄心に近づく方向に押し付けるための押圧部材を挿入する穴を有する、モータ。
【請求項７】
請求項１から６の何れか一項に記載されたモータにおいて、
前記熱伝導部材は、セラミックから形成される、モータ。
【請求項８】
モータのコイルエンドを冷却する方法であって、
前記コイルエンドの熱を前記モータのモータフレームに伝導するための熱伝導部材を、前記コイルエンドと前記モータフレームとの間に配置する工程と、
前記コイルエンドと前記モータのモータフレームとに接触するように前記熱伝導部材を付勢する工程と、を有する、方法。
【請求項９】
請求項８に記載された方法において、
前記コイルエンドは、前記モータの主軸側に位置する内側部と、前記モータフレーム側に位置する外側部と、を有し、
前記コイルエンドの前記外側部は、前記モータの固定子鉄心から前記モータフレームの径方向外側に向かって傾斜するように構成され、
前記付勢する工程は、前記モータの主軸の軸方向に沿って固定子鉄心から離れる方向に前記熱伝導部材を付勢する工程を含む、方法。
【請求項１０】
請求項８又は９に記載された方法において、
前記主軸側への前記コイルエンドの移動を制限する工程を有する、方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、モータ及びモータのコイルエンドを冷却する方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
従来、コイルをモータフレームに収容して構成されたモータが知られている。このようなモータでは、コイルで発生した銅損や鉄損等の電気的損失に基づく熱は、コイルから、固定子鉄心を介してモータフレームへ伝達されて、これによりモータの冷却が行われる。
【０００３】
コイルで発生する損失熱のうち、固定子鉄心から突出したコイルエンドで発生する損失熱については、コイルエンドから固定子鉄心までの距離が長いので、コイルエンドの温度が、固定子鉄心に収められているコイルの部分に比べて高くなる。モータが大型化するにつれて、コイルエンドから固定子鉄心までの距離は長くなるので、コイルエンドの温度上昇が顕著になる。
【０００４】
コイルエンドの冷却効率を改善するために、コイルエンドとフレームとの間に熱伝導体を配置し、熱伝導体とコイルエンド及びフレームとの隙間を樹脂で充填することが知られている（特許文献１参照）。しかしながら、特許文献１に記載されるようにコイルエンドを樹脂で固定すると、モータの運転時のコイルエンドの熱膨張量と樹脂の熱膨張量の差により、コイルエンドと樹脂との界面に摩擦が生じ易い。このため、モータの運転と停止が繰り返されると、コイルエンド及び樹脂の膨張及び収縮が発生し、コイルの絶縁体が損傷し易くなるという問題がある。また、コイルエンドを樹脂で固定した場合、コイルを巻き替える場合に、樹脂をきれいに除去する必要があるので、メンテナンスに手間がかかる。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００５】
【特許文献１】特開２００２−１９１１５５号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
本発明は上記問題に鑑みてなされたものであり、その目的の一つは、コイルエンドの熱膨張に起因するコイルエンドの損傷を低減しつつ、熱損失をフレームに適切に伝達することである。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
本発明の一形態によれば、主軸を回転駆動させるモータが提供される。このモータは、固定子鉄心と、前記固定子鉄心に取り付けられたコイルと、前記固定子鉄心及び前記コイルを収容するモータフレームと、を有する。前記コイルは、前記固定子鉄心から軸方向に突出するコイルエンドを有する。前記モータはさらに、前記コイルエンドの熱を前記モータフレームに伝達するように構成される熱伝導部材と、前記熱伝導部材が前記コイルエンドと前記モータフレームとに接触するように、前記熱伝導部材を付勢する弾性部材と、を有する。
【０００８】
本発明の他の一形態によれば、モータのコイルエンドを冷却する方法が提供される。この方法は、前記コイルエンドの熱を前記モータのモータフレームに伝導するための熱伝導部材を、前記コイルエンドと前記モータフレームとの間に配置する工程と、前記コイルエンドと前記モータのモータフレームとに接触するように前記熱伝導部材を付勢する工程と、を有する。
【図面の簡単な説明】
【０００９】
【図１】モータの基本構成を説明する概略断面図である。
【図２】モータのコイルエンドの拡大断面図である。
【図３】穴に押しボルトを挿入した状態を示すモータの拡大断面図である。
【発明を実施するための形態】
【００１０】
以下、本発明の実施形態について図面を参照して説明する。以下で説明する図面において、同一の又は相当する構成要素には、同一の符号を付して重複した説明を省略する。図１は、モータの基本構成を説明する概略断面図である。図１においては、モータ１０の一例としてキャンドモータを用いて説明する。図１に示すように、モータ１０は、主軸１２と、モータフレーム１４と、固定子コイル１６と、固定子鉄心１８と、フレーム端板２０と、回転子２２と、キャン２４と、を有する。主軸１２は、ポンプ等の回転機械の主軸と連結して、回転機械の主軸を回転するように構成される。主軸１２の外周部には、回転子２２が嵌合される。回転子２２は、いわゆるロータであり、固定子鉄心１８及び固定子コイル１６（コイルの一例に相当する）との電気的な相互作用により回転力が与えられ、それにより主軸１２を回転駆動する。固定子鉄心１８及び固定子コイル１６は、モータフレーム１４の固定子室内に配置される。固定子室は、モータフレーム１４と、フレーム端板２０と、キャン２４により画定される空間である。この空間は密閉されており、回転子室内に満たされる処理対象流体が固定子室内に入り込むことが防止される。なお、本実施形態では、モータフレーム１４とフレーム端板２０とが、一体の部材であってもよいし、別々の部材であってもよい。
【００１１】
固定子鉄心１８は、軸方向に複数のスロットを有する。固定子コイル１６は、固定子鉄心１８の一のスロット内を延在し、その向きを変えて他のスロット内を延在するように、固定子鉄心１８に巻かれる。これにより、固定子鉄心１８の軸方向外側にコイルエンド１７が形成される。固定子鉄心１８への固定子コイル１６の巻き方には、スロットを形成する複数のティースのそれぞれにコイルを巻く集中巻と、複数のティースをまたいでコイルを巻く分布巻が知られている。分布巻は、さらに、同心巻、重ね巻等に分類される。小型のモータには、一般的にエナメル線を用いた同心巻コイルが採用され、中型又は大型のモータには、エナメル線又は断面長方形の銅条をスロットに装着する重ね巻コイルが採用される。図１に示すモータ１０の固定子コイル１６としては、一例として重ね巻きコイルを採用することができる。
【００１２】
図１に示すように、モータフレーム１４は、その外周面に冷却フィン２６を有することができる。また、モータフレーム１４は、内部に冷却用流体を通過させてモータフレーム１４を冷却するための熱交換器３４を有することもできる。この場合、モータフレーム１４は、冷却媒体の入口部３４ａと、冷却媒体の出口部３４ｂを有する。主軸１２は、ラジアル軸受２８，３０及びスラスト軸受３２により、回転可能に支持される。
【００１３】
次に、本実施形態に係るモータ１０のコイルエンド１７の具体的な冷却機構について説明する。図２は、モータ１０のコイルエンド１７の拡大断面図である。なお、図２においては、図１に示すモータ１０とは異なり、固定子室が密閉されないモータ１０の例を示す。図２に示すように、コイルエンド１７は、固定子鉄心１８から、主軸１２（図１参照）の軸方向に突出するように構成される。コイルエンド１７は、主軸１２側に位置する内側部１７ａと、モータフレーム１４側に位置する外側部１７ｂと、を有する。この外側部１７ｂは、図２に示すように、固定子鉄心１８から、モータフレーム１４の径方向外側（図中上側）に向かって傾斜するように構成される。言い換えれば、コイルエンド１７の外側部１７ｂとモータフレーム１４との距離が、固定子鉄心１８から離れるにつれて小さくなるように、コイルエンド１７が形成される。
【００１４】
本実施形態では、コイルエンド１７の損失熱をモータフレーム１４又はフレーム端板２０に伝達してコイルエンド１７を冷却するために、モータ１０に熱伝導リング３８（熱伝導部材の一例に相当する）が設けられる。熱伝導リング３８は、熱伝導性が良好であり且つ絶縁性の高いセラミック材料、例えば窒化アルミニウムから形成され得る。熱伝導リング３８は、他のセラミック材料、例えば酸化アルミニウム、酸化ベリリウム、酸化マグネシウム、二酸化チタン、二酸化ケイ素、四窒化三ケイ素、窒化ホウ素等から形成されてもよい。
【００１５】
熱伝導リング３８は、図２に示すように、コイルエンド１７とモータフレーム１４との間に配置されている。また、熱伝導リング３８は、コイルエンド１７の外側部１７ｂと接触する第１面３８ａと、モータフレーム１４の内面と接触する第２面３８ｂと、を有する。この第１面３８ａは、コイルエンド１７の外側部１７ｂに沿うように、テーパ状に形成される。言い換えれば、熱伝導リング３８の径方向の厚さは、固定子鉄心１８から離れるにつれて小さくなるように形成される。これにより、コイルエンド１７と熱伝導リング３８との接触面積を大きくして、コイルエンド１７と熱伝導リング３８との間の伝熱量を増加させることができる。
【００１６】
第２面３８ｂは、図２に示すように、モータフレーム１４の内面の形状に対応する形状を有する。また、第２面３８ｂによって形成される熱伝導リング３８の外径は、熱伝導リング３８がモータフレーム１４内部を軸方向に摺動可能な程度に、モータフレーム１４の内径よりもわずかに小さい。これにより、熱伝導リング３８とモータフレーム１４との接触面積を大きくして、熱伝導リング３８とモータフレーム１４との間の伝熱量を増加させることができる。なお、モータフレーム１４は、一般的に円筒状であり、湾曲した内面を有する。したがって、本実施形態では、熱伝導リング３８の第２面３８ｂは湾曲して形成される。しかしながら、例えばモータフレーム１４の内面が平坦である場合には、第２面３８ｂも平坦に形成することができる。
【００１７】
熱伝導リング３８の第１面３８ａ及び第２面３８ｂには、固化しないグリス又はシリコンシーラント等を塗布することができる。これにより、第１面３８ａとコイルエンド１７の外側部１７ｂとの隙間、及び第２面３８ｂとモータフレーム１４の内面との微小な隙間を埋めることができ、熱伝導性を向上させることができる。
【００１８】
本実施形態では、モータ１０は、熱伝導リング３８がコイルエンド１７及びモータフレーム１４に適切に接触するように、熱伝導リング３８を付勢するバネ３６（弾性部材の一例に相当する）を有する。バネ３６は、固定子鉄心１８の軸方向端部に取り付けられた第１端部３６ａと、熱伝導リング３８に取り付けられた第２端部３６ｂと、を有する。本実施形態では、図２に示すように、バネ３６の第２端部３６ｂは、熱伝導リング３８に形成された凹部３８ｃ内に嵌めこまれて固定される。バネ３６は、熱伝導リング３８の周方向に沿って複数設けられ得る。なお、単一のバネ３６が設けられてもよい。この場合は、固定子鉄心１８と略同一の径を有する単一のコイルバネを熱伝導リング３８と固定子鉄心１８との間に配置することができる。
【００１９】
バネ３６は、熱伝導リング３８を、軸方向に沿って固定子鉄心１８から離れる方向（図２中左方向）に付勢する。上述したように、コイルエンド１７の外側部１７ｂとモータフレーム１４との間の距離は、固定子鉄心１８から離れるにつれて小さくなっており、熱伝導リング３８の径方向の厚さは、固定子鉄心１８から離れるにつれて小さくなるように形成されている。したがって、熱伝導リング３８は、バネ３６によって、コイルエンド１７の外側部１７ｂとモータフレーム１４との間の徐々に狭くなる隙間に、一定の圧力で押し込まれる。上述したように、モータ１０のコイルエンド１７は、運転時の発熱により膨張
する。このとき、熱伝導リング３８は、バネ３６によって、コイルエンド１７の熱膨張に追従するように軸方向に移動する。また、モータ１０の運転停止時には、コイルエンド１７が収縮する。このとき、熱伝導リング３８は、コイルエンド１７の収縮と共に、コイルエンド１７と熱伝導リング３８との界面の摩擦力によって軸方向に移動する。このように、熱伝導リング３８はバネ３６によって軸方向に移動可能であるので、コイルエンド１７が膨張又は収縮しても、熱伝導リング３８とコイルエンド１７の外側部１７ｂとの接触面における摩擦を生じ難くすることができる。ひいては、固定子コイル１６の寿命を長期化することができる。
【００２０】
本実施形態では、熱伝導リング３８を付勢するバネ３６として、コイルバネを採用しているが、これに限らず、任意の弾性部材を採用することができる。例えば、弾性部材としては、板バネ、皿バネ等の任意のバネ、又は樹脂等の弾性材料であってもよい。なお、バネ３６の交換頻度を少なくする観点からは、バネ３６は、金属又はセラミックスから形成されることが好ましい。
【００２１】
また、本実施形態では、バネ３６は、第１端部３６ａが固定子鉄心１８に固定されているが、熱伝導リング３８がコイルエンド１７とモータフレーム１４とに接触するように付勢することができれば、バネ３６の位置はこれに限られない。例えば、バネ３６は、フレーム端板２０と熱伝導リング３８との間に配置されてもよい。この場合は、バネ３６の第１端部３６ａがフレーム端板２０に固定され、第２端部３６ｂが熱伝導リング３８に固定される。バネ３６の長さを調節することで、バネ３６は、熱伝導リング３８をフレーム端板２０に向かって引っ張ることができる。
【００２２】
モータ１０は、さらに、コイルエンド１７の内側部１７ａと接触するコイルサポートリング４０を有する。熱伝導リング３８がバネ３６によって付勢されると、コイルエンド１７が主軸１２側（径方向内側）に向かって移動するように、熱伝導リング３８の第１面３８ａからコイルエンド１７に力が加わる。このとき、コイルエンド１７が主軸１２側に向かって変形すると、熱伝導リング３８とコイルエンド１７との間に隙間が生じて、熱伝導が適切に行われない虞がある。そこで、本実施形態のコイルサポートリング４０は、コイルエンド１７が主軸１２側に移動することを制限するので、熱伝導リング３８とコイルエンド１７とを確実に接触させることができる。
【００２３】
フレーム端板２０には、固定子コイル１６を固定子鉄心１８に取り付ける又は取り外す際にボルトを挿入する穴２０ａを有する。図３は、穴２０ａに押しボルトを挿入した状態を示すモータ１０の拡大断面図である。固定子コイル１６を固定子鉄心１８に取り付けるとき、図３に示すように、穴２０ａに押しボルト４２（押圧部材の一例に相当する）を挿入して、熱伝導リング３８を固定子鉄心１８に近づく方向に押し付けておく。この状態で、固定子コイル１６を固定子鉄心１８に取り付け、コイルサポートリング４０等に絶縁テープを巻きつけて、コイルエンド１７の位置を固定する。その後、押しボルト４２が穴２０ａから取り外されると、熱伝導リング３８は、バネ３６によって付勢されてフレーム端板２０に向かって移動し、コイルエンド１７の外側部１７ｂと接触する。固定子コイル１６を固定子鉄心１８から取り外すときも、同様に、押しボルト４２を使用して熱伝導リング３８を固定子鉄心１８に近づく方向に押し付けておく。この状態で、固定子鉄心１８から固定子コイル１６を取り外せばよい。なお、穴２０ａには、押しボルト４２に限らず、熱伝導部材を固定子鉄心に向かって押し付けることができる任意の押圧部材を挿入することができる。
【００２４】
以上、本発明の実施形態について説明したが、上述した発明の実施の形態は、本発明の理解を容易にするためのものであり、本発明を限定するものではない。本発明は、その趣旨を逸脱することなく、変更、改良され得るとともに、本発明にはその等価物が含まれる
ことはもちろんである。また、上述した課題の少なくとも一部を解決できる範囲、または、効果の少なくとも一部を奏する範囲において、特許請求の範囲及び明細書に記載された各構成要素の任意の組み合わせ、又は省略が可能である。例えば、本実施形態においては、熱伝導部材として熱伝導リング３８を採用しているが、リング状の熱伝導部材には限られない。例えば、熱伝導リング３８を周方向に複数に分割してもよい。言い換えれば、モータフレーム１４の周方向に渡って、複数の鞍型の熱伝導部材を設けることができる。
【００２５】
以下に本明細書が開示する形態のいくつかを記載しておく。
第１形態によれば、主軸を回転駆動させるモータが提供される。このモータは、固定子鉄心と、前記固定子鉄心に取り付けられたコイルと、前記固定子鉄心及び前記コイルを収容するモータフレームと、を有する。前記コイルは、前記固定子鉄心から軸方向に突出するコイルエンドを有する。前記モータはさらに、前記コイルエンドの熱を前記モータフレームに伝達するように構成される熱伝導部材と、前記熱伝導部材が前記コイルエンドと前記モータフレームとに接触するように、前記熱伝導部材を付勢する一つ以上の弾性部材と、を有する。
【００２６】
第２形態によれば、第１形態のモータにおいて、前記コイルエンドは、前記主軸側に位置する内側部と、前記モータフレーム側に位置する外側部と、を有し、前記コイルエンドの前記外側部は、前記固定子鉄心から前記モータフレームの径方向外側に向かって傾斜するように構成され、前記熱伝導部材は、前記コイルエンドの外側部と接触する第１面と、前記モータフレームの内面と接触する第２面と、を有し、前記第１面は、前記コイルエンドの外側部に沿うようにテーパ状に形成される。
【００２７】
第３形態によれば、第２形態のモータにおいて、前記熱伝導部材の前記第２面は、前記モータフレームの前記内面の形状に対応する形状を有する。
【００２８】
第４形態によれば、第２又は第３形態のモータにおいて、前記コイルエンドの前記内側部と接触して、前記主軸側への前記コイルエンドの移動を制限する支持部材を有する。
【００２９】
第５形態によれば、第１から第４形態のいずれかのモータにおいて、前記弾性部材は、バネであり、前記バネは、前記固定子鉄心の軸方向端部に取り付けられた第１端部と、前記熱伝導部材に取り付けられた第２端部と、を有し、前記熱伝導部材を、軸方向に沿って前記固定子鉄心から離れる方向に付勢する。
【００３０】
第６形態によれば、第５形態のモータにおいて、前記モータフレームの軸方向端部に取り付けられるフレーム端板を有し、前記フレーム端板は、前記熱伝導部材が前記コイルエンドから離間するように前記熱伝導部材を前記固定子鉄心に近づく方向に押し付けるための押圧部材を挿入する穴を有する。
【００３１】
第７形態によれば、第１から第６形態のいずれかのモータにおいて、前記熱伝導部材は、セラミックから形成される。
【００３２】
第８形態によれば、モータのコイルエンドを冷却する方法が提供される。この方法は、前記コイルエンドの熱を前記モータのモータフレームに伝導するための熱伝導部材を、前記コイルエンドと前記モータフレームとの間に配置する工程と、前記コイルエンドと前記モータのモータフレームとに接触するように前記熱伝導部材を付勢する工程と、を有する。
【００３３】
第９形態によれば、第８形態の方法において、前記コイルエンドは、前記モータの主軸側に位置する内側部と、前記モータフレーム側に位置する外側部と、を有し、前記コイル
エンドの前記外側部は、前記モータの固定子鉄心から前記モータフレームの径方向外側に向かって傾斜するように構成され、前記付勢する工程は、前記モータの主軸の軸方向に沿って固定子鉄心から離れる方向に前記熱伝導部材を付勢する工程を含む。
【００３４】
第１０形態によれば、第８又は第９形態の方法において、前記主軸側への前記コイルエンドの移動を制限する工程を有する。
【符号の説明】
【００３５】
１０…モータ
１２…主軸
１４…モータフレーム
１６…固定子コイル
１７…コイルエンド
１８…固定子鉄心
２０…フレーム端板
３６…バネ
３８…熱伝導リング
４０…コイルサポートリング
４２…押しボルト
１７ａ…内側部
１７ｂ…外側部
２０ａ…穴
３６ａ…第１端部
３６ｂ…第２端部
３８ａ…第１面
３８ｂ…第２面
３８ｃ…凹部
【図１】
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【図２】
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【図３】
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