(57)【要約】【課題】集中巻モータの効果的な冷却を行う。【解決手段】ステータコア１１を保持するモータケース３内の円周方向に、冷媒を流すための冷媒流路２０を設け、コイル１３が設けられている位置の冷却効率が高くなるように、冷媒流路２０を成形する。【選択図】図３
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
局所的にコイルを設ける集中巻モータにおいて、
ステータコアを保持するモータケース内の円周方向に冷媒を流すための冷媒流路を設け、前記コイルが設けられている位置の冷却効率が高くなるように、前記冷媒流路を形成したことを特徴とする集中巻モータ。
【請求項２】
局所的にコイルを設ける集中巻モータにおいて、
ステータコアを保持するモータケース内の円周方向に冷媒を流すための冷媒流路を設け、前記コイルが設けられている位置に対応する部分の冷媒流路の断面積が、他の部分の断面積に比べて小さくなるように、前記冷媒流路を形成したことを特徴とする集中巻モータ。
【請求項３】
請求項２に記載の集中巻モータにおいて、
前記コイルが設けられている位置に対応させて、前記冷媒流路の外側から内側方向に突起を設けることにより、前記コイルが設けられている位置に対応する部分の冷媒流路の断面積を、他の部分の断面積に比べて小さくすることを特徴とする集中巻モータ。
【請求項４】
請求項３に記載の集中巻モータにおいて、
前記冷媒が流れる方向において、前記コイルが設けられている位置の手前の位置に、前記冷媒流路の内側から外側方向に突起を設けることにより、前記コイルが設けられている位置に対応する部分の流路断面積が急に拡大するように、前記冷媒流路を形成したことを特徴とする集中巻モータ。
【請求項５】
局所的にコイルを設ける集中巻モータにおいて、
ステータコアを保持するモータケース内の円周方向に冷媒を流すための冷媒流路を設けるとともに、前記冷媒流路内に、流路断面積が急に拡大する部位を設け、前記流路断面積が急に拡大する部位を前記コイルが設けられている位置に対応させて設けることを特徴とする集中巻モータ。
【請求項６】
請求項５に記載の集中巻モータにおいて、
前記冷媒が流れる方向において、前記コイルが設けられている位置の手前の位置に、前記冷媒流路の内側から外側方向に突起を設けることにより、前記流路断面積が急に拡大する部位を前記コイルが設けられている位置に対応させて設けることを特徴とする集中巻モータ。
【請求項７】
局所的にコイルを設ける集中巻モータにおいて、
ステータコアを保持するモータケース内の円周方向に冷媒を流すための冷媒流路を設け、前記コイルが設けられている位置に対応させて、前記冷媒流路内にフィンを設けることを特徴とする集中巻モータ。
【請求項８】
請求項２から請求項６のいずれか一項に記載の集中巻モータにおいて、
モータ回転軸方向に型抜きを行うことによって、前記モータケース内に前記冷媒流路を形成したことを特徴とする集中巻モータ。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、内部冷却式の集中巻モータに関する。
【背景技術】
【０００２】
従来、ステータコアを保持するケースに冷却水路を設け、冷却水路内にフィンを設けて冷却効果を高めた水冷式電動機が知られている（特許文献１参照）。
【０００３】
【特許文献１】特開平６−１２１４９０号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
しかしながら、従来の水冷式電動機では、電動機の発熱部位の位置に関係なく、放熱面積を増加させる目的でフィンを設けているため、効果的な冷却ができないという問題があった。
【課題を解決するための手段】
【０００５】
本発明による集中巻モータは、局所的にコイルが設けられており、ステータコアを保持するモータケース内の円周方向に冷媒を流すための冷媒流路を設け、コイルが設けられている位置の冷却効率が高くなるように、冷媒流路を形成したことを特徴とする。
【発明の効果】
【０００６】
本発明による集中巻モータによれば、コイルが設けられている位置の冷却効率が高くなるように、冷媒流路を形成したので、発熱部位であるコイルの近傍部位の冷却効果を向上させることができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【０００７】
−第１の実施の形態−
図１は、第１の実施の形態における集中巻モータ１００の構成を示す図である。この集中巻モータ１００は、ステータ１と、ステータ１の内側に設けられたロータ２とを備える。ステータ１を構成するステータコア１１は、内周方向に突出した複数のティース１２を有する。各ティースは、同一円周上に等間隔に配置されており、巻線が巻き付けられることによって、コイル１３が構成されている。すなわち、複数のコイル１３が、円周方向に等間隔に配置されている。ステータ１の外側は、モータケース３により覆われている。
【０００８】
図２は、図１に示す集中巻モータ１００をＡ−Ａの位置で切断した場合の断面図である。図２に示すように、モータケース３内には、モータ１００を冷却するための冷媒（例えば、水）を流す冷媒流路２０が設けられている。第１の実施の形態における集中巻モータは、冷媒流路２０の形状に特徴がある。
【０００９】
図３は、モータケース３内に設けられている冷媒流路２０の形状を示す図であり、ロータ２の回転軸方向に冷媒流路２０を見た図である。冷媒流路２０は、円周方向に冷媒が流れるように形成されており、冷媒流路２０内に、局所的に突起２１が設けられている。図３では、点線２２にて、突起を設けない従来の冷媒流路の形状も示している。
【００１０】
突起２１は、冷媒流路２０の外側から内側方向に突出しており、ステータ１のティース１２が設けられている位置、すなわち、コイル１３が設けられている位置に対応して設けられている。より正確には、ロータ２の回転軸と、ティース１２の中心とを結ぶ線２３上に、突起２１が設けられている。
【００１１】
図４は、モータの駆動時に、コイル１３で発せられる熱の流れを示す図である。図４に示すように、コイル１３で発せられる熱は、ステータコア１１を介して、冷媒流路２０内を流れる冷媒に抜けていく。従って、モータケース３は、コイル１３の近傍の位置が高温になりやすく、コイル１３が設けられている間の位置は、コイル１３が設けられている位置に比べて、温度が低くなる傾向がある。このため、コイル１３近傍の冷却性能を向上させることが好ましい。
【００１２】
上述したように、第１の実施の形態における集中巻モータでは、コイル１３が設けられている位置に対応して、冷媒流路２０内に突起２１が設けられている（図３参照）。突起２１が設けられていることにより、突起部分の流路は狭くなり、流速が速くなる。コイル１３から冷媒流路２０内を流れる冷媒に抜ける熱量（以下、抜熱量）Ｑは、冷媒の流速をＶ、コイル１３の温度と冷媒流路２０内を流れる冷媒の温度との差をΔＴ、コイル１３から冷媒に熱が抜ける際の有効電熱面積をＡ、冷媒流路２０の長さをＬとすると、次式（１）の関係が成り立つ。
Ｑ∝√（Ｖ）×ΔＴ×Ａ／√（Ｌ）                    （１）
【００１３】
上式（１）より、流速が速くなると、抜熱量Ｑは増大することが分かる。すなわち、冷媒流路２０に突起２１が設けられている位置では、コイル１３から冷媒への抜熱量が増大するので、冷却性能が高くなる。
【００１４】
第１の実施の形態における集中巻モータによれば、ステータコア１１を保持するモータケース３内の円周方向に、冷媒を流すための冷媒流路２０を設け、コイル１３が設けられている位置の冷却効率が高くなるように、冷媒流路２０を形成したので、発熱部位であるコイル１３近傍部位の温度が局所的に高くなることを抑えることができる。また、冷却性能が向上することにより、集中巻モータ１００の運転可能領域を拡大することができる。
【００１５】
特に、第１の実施の形態における集中巻モータによれば、コイル１３が設けられている位置に対応する部分の冷媒流路２０の断面積が、他の部分の断面積に比べて小さくなるように、冷媒流路２０を形成したので、コイル１３近傍部位の冷却性能を向上させることができる。
【００１６】
また、コイル１３が設けられている位置に対応させて、冷媒流路２０の外側から内側方向に突起を設けることにより、コイル１３が設けられている位置に対応する部分の冷媒流路の断面積を、他の部分の断面積に比べて小さくするので、コイル１３近傍部位の冷却性能を効果的に向上させることができる。例えば、冷媒流路２０の内側から外側方向に突起を設けた場合には、コイルで発せられる熱が冷媒流路２０内の冷媒へ抜けるまでの距離が長くなるが、冷媒流路２０の外側から内側方向に突起を設ければ、熱が冷媒へ抜けるまでの距離が長くなることはない。
【００１７】
なお、一般的に、冷媒流路２０を狭めることは、冷媒の流れによる損失（圧損）の増加につながる。ステータ１の全周に渡り流路を狭めると、圧損が大幅に増加し、冷媒を循環させるための循環ポンプの大容量化が必要となる。しかし、第１の実施の形態における集中巻モータでは、コイル１３近傍の流路のみを狭めるので、圧損の増加を抑えながら、冷却性能を向上させることができる。
【００１８】
−第２の実施の形態−
図５は、第２の実施の形態における集中巻モータにおいて、モータケース３内に設けられている冷媒流路２０Ａの形状を示す図である。冷媒流路２０Ａ内には、第１の実施の形態における集中巻モータと同様に、外側から内側方向に突出する突起２１が設けられており、また、内側から外側に突出する突起２５が設けられている。突起２５は、冷媒が流れる方向において、突起２１の手前に設けられている。
【００１９】
突起２５が設けられていることにより、突起２５が設けられている位置の流路断面積は狭くなり、突起２５を過ぎた位置２６の流路断面積は急に拡大する。この流路断面積が急に拡大する位置２６は、コイル１３が設けられている位置に対応させておく。流路断面積が急に広がる位置２６では、冷媒の流れが乱れる（乱流化する）ので、比較的低温な外周部の冷媒と、比較的高温な内周部の冷媒とが混ざり合う結果、内周部の冷媒の温度が低下する。これにより、熱源であるコイル１３と冷媒との温度差ΔＴが増大する。上式（１）に示すように、コイル１３と冷媒との温度差ΔＴが増大すると、抜熱量Ｑは増大するので、流路断面積が急に広がる位置２６では、コイル１３から冷媒への抜熱量が増大するので、冷却性能が高くなる。すなわち、コイル１３近傍部位の冷却性能を向上させることができる。
【００２０】
第２の実施の形態における集中巻モータによれば、ステータコア１１を保持するモータケース３内の円周方向に、冷媒を流すための冷媒流路２０を設けるとともに、冷媒流路２０内に、流路断面積が急に拡大する部位を設け、流路断面積が急に拡大する部位をコイルが設けられている位置に対応させて設ける。これにより、コイル１３近傍部位の冷却性能を向上させることができる。
【００２１】
−第３の実施の形態−
第３の実施の形態における集中巻モータでは、冷媒流路内に、フィンを設ける。図６は、冷媒流路２０Ｂ内に、冷媒の流れの方向と並行に設置されたフィン３０の一例を示す図である。フィン３０は、ステータ１のティース１２が設けられている位置、すなわち、コイル１３が設けられている位置に対応して設けられている。
【００２２】
図７は、冷媒流路２０Ｂの断面図である。１つのコイル１３に対応して、５つのフィンが設けられている。フィンを設けることにより、コイル１３で発せられる熱は、モータケース３と冷媒流路２０Ｂとが接触している場所だけでなく、フィン３０を介して、冷媒に抜ける。すなわち、上式（１）における有効電熱面積Ａが増大することにより、抜熱量Ｑが増大するので、コイル１３が設けられている位置の冷却性能が高くなる。
【００２３】
第３の実施の形態における集中巻モータによれば、ステータコ１１アを保持するモータケース３内の円周方向に、冷媒を流すための冷媒流路２０を設け、コイル１３が設けられている位置に対応させて、冷媒流路２０内にフィン３０を設けるので、コイル１３近傍部位の冷却性能を向上させることができる。
【００２４】
ここで、コイル１３が設けられている位置だけではなく、冷媒流路２０内の全域において、フィン３０を設けた場合には、圧損が増大するが、コイルが設けられている位置にのみ、フィン３０を設けることによって、圧損を抑えつつ、コイル１３近傍部位の冷却性能を向上させることができる。また、コイル１３が設けられている位置にのみ、フィン３０を設けると、フィン３０が設けられている部位の流路断面積が小さくなるので、この部分の流速が速くなり、コイル１３から冷媒への抜熱量が増大するので、冷却性能が高くなる。なお、中子（なかご）を用いて冷媒流路２０を形成する場合には、冷媒流路２０内の全域において、フィン３０を設ける場合に比べて、中子の製造が容易になる。
【００２５】
＝冷媒流路の形成方法＝
図８は、冷媒流路２０の形成方法を説明するための図である。第１および第２の実施の形態における集中巻モータに用いるモータケース３では、モータ回転軸方向に型抜きを行い、型抜きを行った側をＯリング（オーリング）４１，４２およびリング状の蓋４３を用いてふさぐことによって、冷媒流路２０を形成する。モータケース３の材質は、例えば、アルミニウムである。
【００２６】
図９は、冷媒流路２０の型抜きを行ったモータケース３の構造を示す斜視図であり、図１０は、蓋４３の全体形状を示す斜視図である。蓋４３には、Ｏリング４１をはめ込むための溝４１ａ、および、Ｏリング４２をはめ込むための溝４２ａが設けられている。モータケース３内に冷媒流路を形成する際に、回転軸方向に型抜きを行うことにより、型の形状に応じて自由に冷媒流路を形成することができる。すなわち、図３および図５に示すように、冷媒流路２０内に複数の突起が存在するような形状であっても、冷媒流路の形状に応じた型抜きを行うことによって、所望の冷媒流路を形成することができる。
【００２７】
本発明は、上述した各実施の形態に限定されることはない。例えば、第２の実施の形態における集中巻モータでは、突起２１とともに、コイル１３が設けられている位置の流路断面積を急に拡大させるための突起２５を設けたが、突起２１を設けずに、突起２５だけを設けるようにしてもよい。
【００２８】
図７では、１つのコイル１３に対応して、５つのフィンを設けているが、フィンの数は５つに限られることはない。
【００２９】
特許請求の範囲の構成要素と第１〜第３の実施の形態の構成要素との対応関係は次の通りである。すなわち、突起２１が請求項３における突起を、突起２５が請求項４，６における突起を、フィン３０が請求項７におけるフィンをそれぞれ構成する。なお、以上の説明はあくまで一例であり、発明を解釈する上で、上記の実施形態の構成要素と本発明の構成要素との対応関係に何ら限定されるものではない。
【図面の簡単な説明】
【００３０】
【図１】第１の実施の形態における集中巻モータの構成を示す図
【図２】図１に示す集中巻モータをＡ−Ａの位置で切断した場合の断面図
【図３】モータケース内に設けられている冷媒流路の形状を示す図
【図４】モータの駆動時に、コイルで発せられる熱の流れを示す図
【図５】第２の実施の形態における集中巻モータにおいて、モータケース内に設けられている冷媒流路の形状を示す図
【図６】冷却水路内に、冷媒の流れの方向と並行に設置されたフィンの一例を示す図
【図７】冷却水路の断面図
【図８】冷媒流路の形成方法を説明するための図
【図９】冷媒流路の型抜きを行ったモータケースの構造を示す斜視図
【図１０】蓋の全体形状を示す斜視図
【符号の説明】
【００３１】
１…ステータ、２…ロータ、３…モータケース、１１…ステータコア、１２…ティース、１３…コイル、２０…冷媒流路、２１…突起、２５…突起、４１，４２…Ｏリング、４３…蓋、１００…集中巻モータ
【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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【図９】
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【図１０】
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