(57)【要約】【課題】フレームを備えたモータ用の少なくとも１つの冷却ダクトを提供する。【解決手段】本冷却ダクトは、フレームによって支持された壁を有し、この壁は次に、互いにボアを形成するアーチ形表面部分及び非アーチ形表面部分を含む。また、モータから除去する熱の伝達を高める方法を提供する。ボアは、その断面がほぼＤ字形状であってもよく、壁は、その各々が前記フレームから延びる一対の間隔を置いて配置された側壁部分（１２２）と前記側壁部分を相互連結した連結壁部分（１２４）とを含んでもよい。【選択図】      図３
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
フレーム（１１２）を備えたモータ（１００）用の少なくとも１つの冷却ダクト（１１４１）であって、
前記フレームによって支持された壁（１２０）を含み、
前記壁が、互いにボアを形成するアーチ形表面部分及び非アーチ形表面部分を含む、
少なくとも１つの冷却ダクト。
【請求項２】
前記ボアが、その断面がほぼＤ字形状であり、
前記壁が、その各々が前記フレームから延びる一対の間隔を置いて配置された側壁部分（１２２）と前記側壁部分を相互連結した連結壁部分（１２４）とを含む、
請求項１記載の少なくとも１つの冷却ダクト。
【請求項３】
前記非アーチ形表面部分が、前記フレームのほぼ平坦面（１２６）とそれぞれの側壁部分の各々一対のほぼ平行な内面（１２８）とを含み、
前記アーチ形表面部分が、前記連結壁部分のアーチ形内面を含む、
請求項２記載の少なくとも１つの冷却ダクト。
【請求項４】
各側壁部分及び前記連結壁部分から延びる複数の冷却フィン（３２）をさらに含み、
前記冷却フィンが各々、各それぞれの平行な内面に向かって鋭角で延びる、
請求項２記載の少なくとも１つの冷却ダクト。
【請求項５】
前記少なくとも１つの冷却ダクトが、その各々が前記モータの長手方向軸線（Ｌ）から半径方向に間隔を置いて配置されかつ該モータの長手方向軸線（Ｌ）とほぼ同一の方向に延びる複数の冷却ダクトを含み、
前記複数の冷却ダクトが、前記フレームの円周部の一部分に沿って等しい間隔を置いて配置される、
請求項１記載の少なくとも１つの冷却ダクト。
【請求項６】
回転可能シャフト（１０２）と前記シャフトに相互連結された少なくとも１つのファン（１８）とを含むモータ用の冷却システムであって、
前記回転可能シャフトと同軸に延長可能なほぼ管状のフレームを含み、
前記管状フレームが、その断面がほぼＤ字形状であるボアを形成した少なくとも１つの冷却ダクトを含む、
冷却システム。
【請求項７】
前記少なくとも１つの冷却ダクトが、一対の間隔を置いて配置された側壁部分と前記側壁部分を相互連結した連結壁部分（１２４）とを含み、
前記ボアが、前記フレームのほぼ平坦面とそれぞれの側壁部分の各々一対のほぼ平行な内面と前記連結壁部分のアーチ形内面とによって形成される、
請求項６記載の冷却システム。
【請求項８】
各側壁部分及び前記連結壁部分から延びる複数の冷却フィンをさらに含み、
前記冷却フィンが各々、各それぞれの平行な内面に向かって鋭角で延びる、
請求項７記載の冷却システム。
【請求項９】
前記少なくとも１つの冷却ダクトが、その各々が前記モータの長手方向軸線から半径方向に間隔を置いて配置されかつ該モータの長手方向軸線とほぼ同一の方向に延びる複数の冷却ダクトを含み、
前記複数の冷却ダクトが、前記管状フレームの円周部の一部分に沿って等しい間隔を置いて配置される、
請求項６記載の冷却システム。
【請求項１０】
モータから除去する熱の伝達を高める方法であって、
フレームを準備する段階と、
前記フレームをその断面がほぼＤ字形状であるボアを形成した前記冷却ダクトの少なくとも１つを含むように構成する段階と、
前記モータの運転中に前記冷却ダクトを通して空気を循環させる段階と、
を含む方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本明細書に記載した主題は、総括的にはより効率的な熱伝達のための装置及び方法に関し、より具体的にはモータから除去する熱エネルギーの伝達を高めるための装置及び方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
モータ組立体内に熱伝達システムを組み込む必要性は、当技術分野ではよく知られている。このシステムは、運転中にモータから熱を除去するように引き出す。例えば、１つの典型的なモータ冷却システムを図１及び図２に示している。図示するように、冷却システムは、それぞれモータ１４から熱エネルギーを抽出する矢印１０及び１２で示した外部冷却回路及び内部冷却回路を有する。外部冷却回路では、ファンカバー２０内に設けたガイド（符号を付さず）を通して外部ファン１８によってフレーム１６の外面全体にわたって、空気が強制的に流される。内部冷却回路では、フレームダクト２４並びにロータ２８及びコア３０から熱エネルギーを収集するロータダクト２６を通してフレーム１６内に設置した内部ファン２２によって、空気が循環される。
【０００３】
図２において最もよく分かるように、内部冷却回路からの熱エネルギーは、フレームダクト２４から延びる冷却フィン３２を介して外部冷却回路に流れかつ該外部冷却回路によって周囲空気に運び去られる。また、フレームダクト２４は、その断面がほぼ矩形形状であるボアを形成することも分かるであろう。
【特許文献１】米国特許第７，１１８，３５５  Ｂ２号公報
【特許文献２】米国特許第６，３００，６９３  Ｂ１号公報
【特許文献３】米国特許第６，９２７，５０９  Ｂ２号公報
【特許文献４】米国特許第６，７０３，７３０  Ｂ２号公報
【特許文献５】米国特許第６，０１１，３３１号公報
【特許文献６】米国特許第５，３５０，２８１号公報
【特許文献７】米国特許第４，９１４，３３１号公報
【特許文献８】米国特許第６，０６９，４２３号公報
【特許文献９】米国特許第５，８８９，３４２号公報
【特許文献１０】米国特許第４，６８４，８３５号公報
【発明の開示】
【課題を解決するための手段】
【０００４】
本発明の実施形態によると、フレームを備えたモータ用の少なくとも１つの冷却ダクトを提供する。本冷却ダクトは、フレームによって支持された壁を含み、次にこの壁は、互いにボアを形成するアーチ形表面部分及び非アーチ形表面部分を含む。
【０００５】
本発明の別の態様では、回転可能シャフトと該シャフトに相互連結された少なくとも１つのファンとを含むモータ用の冷却システムを提供する。本冷却システムは、回転可能シャフトと同軸に延長可能なほぼ管状のフレームを含む。管状フレームは、その断面がほぼＤ字形状であるボアを形成した少なくとも１つの冷却ダクトを含む。
【０００６】
本発明のさらに別の態様では、モータから除去する熱の伝達を高める方法を提供する。本方法は、フレームを準備する段階と、フレームをその断面がほぼＤ字形状であるボアを形成した冷却ダクトの少なくとも１つを含むように構成する段階と、モータの運転中に冷却ダクトを通して空気を循環させる段階とを含む。
【発明を実施するための最良の形態】
【０００７】
以下の詳細な説明は、添付図面を参照して行う。
【０００８】
図１及び図２に示しかつ上述したモータのようなモータの使用中に、フレームダクト２４が十分な熱を周囲空気に伝達しないことが分かっているので、ロータ２８はオーバヒートした状態になる可能性がある。熱を効率的に除去すること又は温度上昇を効果的に低下させることは、モータの発電に影響を及ぼす重要なパラメータである。温度上昇が低ければ低いほどモータが生成することができる電力はより大きくなる。従って、本発明の１つの態様では、フレームダクト２４を通る空気流を増加させてモータから除去するように伝達される熱を増大させ、それによってモータの温度上昇を低下させることを本明細書では提案している。
【０００９】
次に、図３を参照すると、本発明の１つの実施形態によるダクトを備えたモータのセクションをその全体を符号１００で示している。この実施形態では、モータ１００は、ロータシャフト１０２、ロータ１０４、ロータ冷却ダクト１０６、ステータ１０８、ステータコア１１０、フレーム１１２、フレーム冷却ダクト１１４１、１１４２、１１４３、１１４４、１１４５、及びファンカバー１１６を含む。
【００１０】
ロータシャフト１０２、ロータ１０４、ステータ１０８、ステータコア１１０及びファンカバー１１６の各々は、よく知られた電気モータの構成部品であり、従って本明細書ではさらに詳細には説明しないことにする。ロータ冷却ダクト１０６は、図１及び図２に関連して上記したものと同様に配置しかつ上記したものと同様な内部冷却回路の一部を形成することができる。内部冷却回路の別の部分は、その各々がロータ冷却ダクト１０６と連通することができるフレーム冷却ダクト１１４１、１１４２、１１４３、１１４４、１１４５を含むことが分かるであろう。
【００１１】
本発明のこの実施形態によると、フレーム１１２は、その構成がほぼ管状であり、かつ成形可能であると同時に熱伝導性を有する金属物質又は複合材物質のような熱エネルギーの比較的良好な導体でもある物質を含むことができる。２つの特に好適な物質は、鋳鉄及びアルミニウムである。フレーム１１２は、該フレームからほぼ半径方向に延びる冷却フィン１１８を含む。冷却フィン１１８は、冷却空気と接触する表面積を増大させるように機能しかつ図１及び図２に関連して上記した外部冷却回路と同様のものとすることができる外部冷却回路の一部を形成する。モータ１００の運転中に、中心に設置したロータ１０４によって生成された熱エネルギーは、内部冷却回路を介してモータの外に伝達され、フレーム１１２及び冷却フィン１１８を昇温させる。次に、冷却フィン１１８からの熱は、外部冷却回路によって周囲空気に伝達される。
【００１２】
フレーム冷却ダクト１１４１、１１４２、１１４３、１１４４、１１４５は、フレーム１１２の周りで円周方向に間隔を置いて配置されると同時にさらに、モータ１００の長手方向軸線（Ｌ）から半径方向に間隔を置いて配置されかつ該モータ１００の長手方向軸線（Ｌ）とほぼ同一の方向に延びる。この図示した実施形態では、長手方向軸線（Ｌ）周りで約４５度の等しい間隔を置いて配置することができる５つの冷却ダクト１１４１、１１４２、１１４３、１１４４、１１４５を設けている。図示するように、冷却ダクト１１４１、１１４２、１１４３、１１４４、１１４５は、フレーム１１２の円周部の上方側部分（符号を付さず）の約１８０度に沿って設けることができる。その他の任意選択的な実施形態では、冷却ダクト１１４１、１１４２、１１４３、１１４４、１１４５の等しくない間隔、任意の冷却ダクト数、或いは１８０度よりも大きい又は小さいフレーム１１２の上方側部分に沿った範囲が、考えられる。
【００１３】
次に、図４を参照すると、１つのフレーム冷却ダクト１１４４の拡大図を示しているが、この実施形態では、他の冷却ダクト１１４１、１１４２、１１４３、１１４５の各々が同じであることを理解されたい。図示するように、フレーム冷却ダクト１１４４は、フレーム１１２によって支持された壁１２０を含む。壁１２０には、その断面がほぼＤ字形状でありかつ下記により詳細に説明するように先行技術と比較してそれを貫通して流れる空気流量を増大させたボア（数を定めず）が形成される。壁１２０は、一対の間隔を置いて配置された側壁部分１２２と該側壁部分を相互連結した連結壁部分１２４とを含む。ボアは、非アーチ形部分（数を定めず）及びアーチ形部分（同様に数を定めず）によって形成される。非アーチ形部分は、フレーム１１２のほぼ平坦面１２６並びにそれぞれの側壁部分１２２の一対のほぼ平行な内面１２８の何れか１つ又はそれ以上を含むことができる。アーチ形部分は、連結壁部分１２４の内面１３０のような１つ又はそれ以上のアーチ形内面を含むことができる。側壁部分の内面１２８は、フレームの平坦面１２６と連結壁部分の内面１３０との間で延びる。１つの特定の任意選択的な実施形態では、ボアの高さは、約１．６インチ（４．０６ｃｍ）〜約２．１インチ（５．３３ｃｍ）の範囲にある一定半径を有した状態で約１．８８インチ（４．７８ｃｍ）〜２．４８インチ（６．３０ｃｍ）の範囲とすることができる。この図示した実施形態では、各ボアはほぼ同じ高さとすることができる。
【００１４】
本発明の特定の態様によると、冷却フィン１１８は、各側壁部分１２２と同時に連結壁部分１２４から延びることができる。その結果、本発明の冷却可能な全表面積は、冷却フィンが連結壁部分から延びていないことが分かる先行技術の装置の冷却可能な表面積よりも大きい。選択ダクト１１４２及び１１４４における冷却フィン１１８は各々、全体的に各それぞれの平行な内面に向かって鋭角で延びる。冷却フィン１１８は、約１．２５インチ（３．１８ｃｍ）の間隔を置いて配置しかつほぼ３．００インチ（７．６２ｃｍ）のフィン高さを有することができる。
矩形形状及びＤ字形状の断面構成の比較で、Ｄ字形状の構成は、同じ断面積の先行技術の矩形形状に優る大きな利点をもたらすことが分かった。解析計算及び有限要素解析の結果について、下表に要約している。
【００１５】
【表１】
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上記から分かるように、解析計算結果並びに有限要素解析を含む結果は、同一の断面積を有する２つのダクトの場合、Ｄ字形状ダクトは、先行技術の矩形形状ダクトの流れ抵抗と比較するとより少ない流れ抵抗を有することを明確に示している。
【００１６】
次に、図５を参照すると、モータから除去する熱の伝達を高める方法をその全体を符号５００で示している。本方法は、符号５０２で示すようにフレームを準備する段階と、符号５０４で示すようにフレームをその断面がほぼＤ字形状であるボアを形成した少なくとも１つの冷却ダクトを含むように形成する段階と、符号５０６で示すようにモータの運転中に冷却ダクトを通して空気を循環させる段階とを含む。
【００１７】
現在最も実用的かつ好ましい実施形態であると考えられるものに関して本発明を説明してきたが、本発明がこのような本明細書に開示した実施形態に限定されるものではないことを理解されたい。むしろ、本発明は、特許請求の範囲の技術思想及び技術的範囲内に含まれる様々な変更及び均等の構成の全てを保護することを意図するものである。
【図面の簡単な説明】
【００１８】
【図１】外部冷却回路及び内部冷却回路を示す、その長手方向軸線に沿って取ったモータの断面図。
【図２】先行技術の冷却ダクトを示す、図１の線２−２に沿って取ったモータの拡大断面図。
【図３】本発明の実施形態による冷却ダクトを示す、モータの横方向軸線に沿って取った断面図。
【図４】冷却ダクトの１つを示す、図３の円４に沿って取ったモータの拡大部分図。
【図５】本発明の別の実施形態による、モータから除去する熱の伝達を高める方法を示すフロー図。
【符号の説明】
【００１９】
１００  モータ
１０２  ロータシャフト
１０４  ロータ
１０６  ダクト
１０８  ステータ
１１０  ステータコア
１１２  フレーム
１１６  ファンカバー
１１８  冷却フィン
１２０  壁
１２２  側壁部分
１２４  連結壁部分
１２６  平坦面
１２８  平行な内面
１３０  内面
１１４１  フレーム冷却ダクト
１１４２  フレーム冷却ダクト
１１４３  フレーム冷却ダクト
１１４４  フレーム冷却ダクト
１１４５  フレーム冷却ダクト
【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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