JP2007282341A - 冷却機構を備えたモータ - Google Patents

Abstract

【課題】高負荷時の冷却能力の高い冷却機構を備えたモータを提供する。
【解決手段】モータ固定子５とともにモータユニット１の回転力発生機構を構成するモータ回転子３のエンドリング３３に溝３３ａ、エンドリング３４に溝３４ａ、シャフト２に固定しバランス修正に用いるバランスリング７１に溝７１ａ、バランスリング７２に溝７２ａ、ハウジング６の内周面にガス通路６ｄを設け、シャフト２の回転により内部ガスをエアギャップ６ａ及びガス通路６ｄを介して循環させ、ハウジング６内外の熱交換を促進する。
【選択図】 図１

Description

本発明はモータ機構部分がハウジング内に収められ各装置に組み込まれて使用される、例えばターボファンやターボブロワのような送風用のビルトインモータに関するものである。

従来、ビルトインモータを使用した機器では、モータ主体部分は図４に示すようにハウジング１０１内に収められておりモータ回転子（ロータ）１０２を固設したシャフト（主軸）１０３の両側をハウジング１０１内に嵌合した軸受１０４で支承しその両軸端をハウジング１０１外に突出して必要な翼車（図示せず）を固着するとともに、ハウジング１０１内周面にモータ固定子（ステータ）１０５の外周面が圧入等で一体的に結合されている。モータが誘導モータである場合、供給電力の約１５％はモータ自体で消費されるとともにハウジング１０１がほぼ密閉されていることにより、モータ回転子１０２、モータ固定子１０５及びシャフト１０３の温度が高くなりモータの信頼性を低下させる。そのためハウジング１０１の外壁を図示しないがファンで送風したりガスあるいは別途水等の冷媒をハウジング１０１内に流してモータ固定子１０５の外周部より冷却したり、図４に示すようにモータ回転子１０２のエンドリング１０７にロータフィン１０６を設けて放熱しハウジング１０１内の空気を攪拌する方法（例えば特許文献１参照）などが採られていた。
特開平１１−７５３４５号公報

通常、モータ回転子１０２の両端のエンドリング１０７はアルミダイキャストなどを使用しているが、モータ回転子１０２を直接冷却する手段はなく、大出力のモータでは、モータ回転子１０２での発熱によるエンドリング１０７の温度上昇及び高速運転下でモータ回転子１０２に負荷される遠心力によるエンドリング１０７内の応力発生などでその信頼性に影響を与えていた。また、ロータフィン１０６を用いた空気攪拌の場合において、特にフィン部の遠心力による信頼性影響及びエアギャップ内へ積極的にガスを流さないことで十分な冷却効果が得られないという問題があった。このため出力低減、モータ大型化、モータ固定子１０５の冷却能力増加等の安全性の向上、あるいはエンドリング１０７のアルミ素材を高強度物化に変更するなどの対策を必要とした。また、モータ固定子１０５を直接冷却することは困難で、モータ固定子１０５内のステータコイルの温度上昇によるモータ抵抗増加に伴うモータ効率低下等が懸念されていた。
本発明は、このような事情に鑑みてなされたものであって、モータ負荷が大きい状態での冷却能力の大きい冷却機構を備えたモータを提供することを目的とする。

上記の目的を達成するため、本発明は両端にエンドリングを有するモータ回転子を固設したシャフトと、このシャフトの両端部を軸承する軸受と前記モータ回転子との磁気誘導によりシャフトに回転力を発生するためのモータ固定子を内設するハウジングからなるモータにおいて、前記エンドリングの外周部に軸芯に対して傾斜した溝を形成し、この溝によってモータ内部にガス流を生じさせるようにした。
また、本発明は少なくともモータ回転子及びシャフトから構成される回転体の回転時の不つりあいを修正するためにバランスリングを固設したシャフトと、このシャフトの両端部を軸承する軸受と前記モータ回転体との磁気誘導によりシャフトに回転力を発生するためのモータ固定子を内設するハウジングからなるモータにおいて、前記バランスリングの外周部に軸芯に対して傾斜した溝を形成し、この溝によってモータ内部にガス流を生じさせるようにした。
さらに、本発明はハウジング内壁部にガス流通用の溝を形成し、モータ固定子外周部とハウジング内壁部間にガス通路を設けるようにした。

本発明によるモータは、モータ回転子とモータ固定子及びモータ固定子とハウジング間に形成されたガス通路を介してハウジング内の内部ガスを循環させることができるので、冷却能力が向上し温度上昇を低減することができる。これに伴いモータ回転子のエンドリングの強度劣化の影響が少なくなり信頼性が向上し、従来に比しより厳しい環境での使用、小型化などが可能となる。

本発明の冷却機構付きモータを実施するための最良の形態は、エンドリング及びバランスリング外周部に複数溝からなるガス通路と回転磁界を形成するモータ固定子とハウジングに間にガス通路を設けたものであり、溝の最適個数はモータの回転数や負荷によって異なるが、一般には５〜１０個とし、また、溝の形状は溝からモータ回転子上及びモータ回転子上から溝に流れるガス流がスムーズに流れるように溝底とモータ回転子表面がほぼ同一面上にあるのが望ましい。

以下、本発明を誘導モータに適用した場合の実施例を図面を参照しながら説明する。図１は本冷却機構を備えたモータの構成を一部断面で示す側面図、図２は実施例に係わるエンドリングのＡ−Ａ断面図（図１）、図３はロータコアの斜視図である。

本発明による冷却機構を備えたモータ（以後、モータユニットと称する）１は、図１に示すようにシャフト２に固設されたモータ回転子３と、このシャフト２の両端近傍を軸承する軸受４１、４２と前記モータ回転子３との電磁誘導により前記シャフト２に回転力を発生させるモータ固定子５を前記モータ回転子３と一定のエアギャップ６ａを設けて固設するハウジング６から構成されている。

前記モータ回転子３は円板状の珪素鋼板が積層されてなるロータコア３１と、その外周近傍に一定間隔毎に貫通させた孔部とロータコア３１の両端側にアルミ材を流し込んで形成される複数のロータバー３２とこれらの両端を短絡するエンドリング３３、３４から構成されている。このエンドリング３３には図２の断面図で示すようにシャフト２の軸方向に対して傾斜した方向に複数の溝３３ａ、エンドリング３４には複数の溝３４ａが加工されている。また、前記モータ固定子５にはリング板状で一定間隔毎に貫通孔が設けられた珪素鋼板が積層されてなるステータコア５１と、その貫通孔に挿入されているステータコイル５２から構成されている。

また、シャフト２の偏心に伴い高速回転時に生じる遠心力によるふれまわり振動などを除去するためにバランス修正を行う必要がある場合には、大径のバランスリング７１、７２をシャフト２に固着させ、側面あるいは外周面をグラインディングなどにより製造時に修正作業を行う。このバランスリング７１に前記溝３３ａと同様なシャフト２の軸芯に対して傾斜した方向の複数の溝７１ａ、バランスリング７２には前記溝３４ａと同様な溝７２ａが加工されている。なお、前記溝３３ａ、３４ａ、７１ａ、７２ａの形状として図２、３に示したコの字形に限定されるものではなく、側面に傾斜をもたせてもよい。また、溝数はモータの使用回転数や負荷によっても異なるが、一般に５〜１０個の溝を形成する。

上記モータユニット１に定格の商用電源あるいはインバータ電源による高周波電源を供給すると、ステータコイル５２に電流が流れ誘導回転磁界を発生する。この誘導回転磁界によってロータバー３２に起電力が発生しエンドリング３３、３４を介してうず電流が流れる。この電流と回転磁界に比例した回転力がモータ回転子３に発生しシャフト２が矢印方向に回転する。このモータユニット１に供給される電力の約１５％はモータ回転子３及びモータ固定子５において銅損及び鉄損として消費され発熱により、モータ回転子３及びモータ固定子５の内部温度が上昇する。

前記シャフト２の回転に伴ってエンドリング３３及びバランスリング７１の周辺ガスが旋回し、左空間６ｂ内のガスは前記溝３３ａ、７１ａに沿って矢印方向に流れ、モータ回転子３とモータ固定子５間のエアギャップ６ａに導入される。また、エンドリング３４及びバランスリング７２の周辺ガスが旋回しその周辺ガスが前記溝３４ａ、７２ａに沿って右方向に流れることによりエアギャップ６ａ内のガスが吸出される。このため左空間６ｂ内のガス圧力は低下し、右空間６ｃ内のガス圧力は上昇し、軸受４１、４２などの通気孔を介して左空間６ｂに外部ガスが流入し、右空間６ｃから内部ガスが外部に流出する。この内部ガスの流れによってハウジング６自体と外部との熱交換及び内外ガスの熱交換が促進され、またエンドリング３３、３４及びバランスリング７１、７２の表面積の増加に伴う接触ガス流量の増加によりモータ回転子３及びモータ固定子５の温度上昇が抑制される。また、エアギャップ６ａでは風損によりエアギャップ６ａ内のガスも発熱するがエアギャップ６ａ内のガスが吸出されることで当該部のガス高温化、これに伴うモータ回転子３及びモータ固定子５の温度上昇も抑制することが可能となる。

さらに、本発明のモータユニット１は、図１に示すようにハウジング６の内周壁を加工して、前記モータ固定子５の外周壁との間にガス通路６ｄを設けている。このガス通路６ｄは前記エンドリング３４、バランスリング７２によってエアギャップ６ａから吸出されたガスをハウジング６の内壁を通って左空間６ｂに巡回させるためのガス通路として用いられる。これによりエアギャップ６ａの高温ガスはガス通路６ｄを通過中にハウジング６を介して外部との熱交換が行われ冷却能力をより向上させる。本手法によりモータユニット１内部空間を外部空間と極力遮断する必要がある場合にも有効に作用する。

本発明は上記実施例に限定されるものではなく、例えば誘導モータの代わりにＤＣモータなどの円筒形のモータ回転子及びモータ固定子を有するモータにも実施可能なものである。

本発明はハウジング内の内部ガスの流動性が低く、高負荷での内部温度上昇が大きいモータに用いられる。

本発明によるモータユニットの構成図である。 実施例に係わるエンドリングの断面図である。 実施例に係わるロータコアの斜視図である。 従来のモータの構成例を示す図である。

符号の説明

１ モータユニット
２ シャフト
３ モータ回転子
３１ ロータコア
３２ ロータバー
３３ エンドリング
３３ａ 溝
３４ エンドリング
３４ａ 溝
４１ 軸受
４２ 軸受
５ モータ固定子
５１ ステータコア
５２ ステータコイル
６ ハウジング
６ａ エアギャップ
６ｂ 左空間
６ｃ 右空間
６ｄ ガス通路
７１ バランスリング
７１ａ 溝
７２ バランスリング
７２ａ 溝
１０１ ハウジング
１０２ モータ回転子
１０３ シャフト
１０４ 軸受
１０５ モータ固定子
１０６ ロータフィン
１０７ エンドリング

Claims (3)

1. 両端にエンドリングを有するモータ回転子を固設したシャフトと、このシャフトの両端部を軸承する軸受と前記モータ回転子との磁気誘導によりシャフトに回転力を発生するためのモータ固定子を内設するハウジングからなるモータにおいて、前記エンドリングの外周部に軸芯に対して傾斜した溝を形成し、この溝によってモータ内部にガス流を生じさせることを特徴とする冷却機構を備えたモータ。
2. 少なくともモータ回転子及びシャフトから構成される回転体の回転時の不つりあいを修正するためにバランスリングを固設したシャフトと、このシャフトの両端部を軸承する軸受と前記モータ回転子との磁気誘導によりシャフトに回転力を発生するためのモータ固定子を内設するハウジングからなるモータにおいて、前記バランスリングの外周部に軸芯に対して傾斜した溝を形成し、この溝によってモータ内部にガス流を生じさせることを特徴とする冷却機構を備えたモータ。
3. ハウジング内壁部にガス流通用の溝を形成し、モータ固定子外周部とハウジング内壁部間にガス通路を設けたことを特徴とする請求項１または請求項２記載の冷却機構を備えたモータ。

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