JP3494767B2 - 電動機のロータ冷却構造 - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、電動機のロータ冷
却構造に関し、特に、３，６００ｒ．ｐ．ｍ．を超える
高速電動機のロータを冷却する冷却構造に関する。

【０００２】

【従来の技術】電動機においては、ステータ及びロータ
の巻線に電流が流れるため、ステータ及びロータの温度
が上昇する。すなわち、電流が流れると、電流の強さの
２乗及び巻線の抵抗に比例するジュール熱がステータ及
びロータに発生する。この結果、電動機に供給された電
力がジュール熱となって消費され、電動機の効率が下が
ると共に、ロータに熱応力によるひずみが発生するとい
う弊害がある。したがって、高速でロータを回転させる
高速電動機にあっては、ロータの冷却をどの様な方法で
行うかが問題となる。

【０００３】そこで、従来の電動機においては、ロータ
の回転によりモータケーシング内の雰囲気が攪拌される
ことを利用して、ロータに発生する熱をモータケーシン
グの内部雰囲気を介してモータケーシングに伝達し、伝
達された熱をモータケーシングから外部に放出してい
る。

【０００４】また、近年にあっては、ロータにインペラ
を設けてモータケーシングの内部雰囲気をより強力に攪
拌可能とし、冷却率を向上させる冷却構造が提案されて
いる。

【０００５】

【発明が解決しようとする課題】しかしながら、従来の
モータケーシングの内部雰囲気を介してロータを冷却す
る構造にあっては、熱伝導率が悪い気体をロータから発
生する熱の運搬媒体として利用することになるため、ロ
ータの冷却効果を更に改善することができる余地があ
る。

【０００６】したがって、本発明の目的は、３，６００
ｒ．ｐ．ｍ．を超える高速電動機のロータを効率良く冷
却してロータシャフトの熱ひずみの発生を防止し、ひい
ては、電動機の効率を向上させ、更には電動機自体を小
型化することができる電動機のロータ冷却構造を提供す
ることにある。

【０００７】

【課題を解決するための手段】前記課題を解決するた
め、本発明においては、立型電動機のケーシングに、冷
却液をロータとステータとの間に流すノズルを設け、冷
却液を排出する排出口をケーシングに設けることを特徴
とする電動機のロータ冷却構造において、前記ノズルを
立型電動機のケーシングの上部に１つのみ設けることを
特徴とする電動機のロータ冷却構造を提供する。

【０００８】 また、本発明においては、立型電動機の
ケーシングに、ロータシャフトを支持するベアリングに
冷却液を流すノズルを設け、ベアリングから流出した冷
却液をロータとステータとの間に誘導する管をベアリン
グ下方に設け、冷却液を排出する排出口をケーシングに
設けることを特徴とする電動機のロータ冷却構造におい
て、前記ベアリングに冷却液を流すノズルを立型電動機
のケーシングの上部に１つのみ設け、前記ベアリングか
ら流出した冷却液をロータとステータとの間に誘導する
管を立型電動機のケーシングの上部に１つのみ設けるこ
とを特徴とする電動機のロータ冷却構造を提供する。

【０００９】前記冷却液は、ロータとステータとの間又
はベアリングに滴下され又は霧状にして噴射されること
が望ましく、また、前記冷却液は、絶縁油であることが
望ましい。

【００１０】

【発明の実施の形態】本発明に係る電動機のロータ冷却
構造の実施の形態を以下に説明する。

【００１１】本発明の電動機のロータ冷却構造は、ステ
ータ及びロータをケーシング内に備えた立型電動機に採
用される。立型誘導電動機は、電流を通ずることによっ
て回転磁界を形成する固定子巻線を備えたステータと、
固定子巻線によって形成された回転磁界により回転す
る、ロータバーを備えたロータと、ロータを支持し、モ
ータケーシング内壁に設けられたベアリングによって両
端が支持されたロータシャフトとをモータケーシング内
部に備えると共にロータの回転方向が地面に対して水平
となるように構成されたものである。

【００１２】そして、本発明の電動機のロータ冷却構造
においては、前述したロータとステータとの間に冷却液
を流すことによって、ロータ及びロータシャフトを冷却
し、更には、ステータを内側から冷却する。そして、冷
却液を電動機内部から排出して冷却し、再度ノズルに循
環させることによって連続的にロータ等の冷却が可能と
なる。これにより、ロータとロータシャフトの温度上昇
を防止でき、これらに熱ひずみが発生することを抑制す
ることが可能となる。

【００１３】なお、ロータ自体を、冷却用のオイルに浸
けたり、大量の冷却液を流したりする場合は、却ってロ
ータの回転にロスが生じるため、用いる冷却液は必要最
小限にすべきである。以下に、本発明の電動機のロータ
冷却構造の具体的な実施例を図面を参照しつつ詳細に説
明する。

【００１４】

【実施例１】図１に、本発明の電動機のロータ冷却構造
の第１実施例を示す立型誘導電動機の断面図を示す。こ
の立型誘導電動機は、前述したように、固定子巻線１２
を備えたステータ１１と、ロータ１３と、ロータ１３を
支持するロータシャフト１４と、ロータシャフト１４を
支持する上側ベアリング１５及び下側ベアリング１６と
が、モータケーシング１０内に設けられることによって
構成されている。

【００１５】そして、ロータ１３を冷却するための冷却
液をステータ１１とロータ１３との間に形成されたエア
ギャップ２６に滴下する滴下ノズル１７が、モータケー
シング１０の上部に取り付けられると共に、エアギャッ
プ２６上方まで延在して構成されている。また、滴下ノ
ズル１７から滴下された冷却液は、モータケーシング１
０の下端部に溜まり、この冷却液を電動機外部に排出す
るための排出管１８がモータケーシング１０の下方に設
けられている。

【００１６】更に、電動機外部には、排出管１８から排
出された冷却液を収容する冷却液溜１９と、冷却液溜１
９に溜まった冷却液を加圧し、滴下ノズル１７に向けて
送り出すポンプ２０と、ポンプ２０によって送り出され
た冷却液を冷却するクーラ２１と、冷却液の流量を調節
するバルブ２２とが設けられている。

【００１７】なお、冷却液には、高度に精製した低粘度
の石油系潤滑油である絶縁油等を用いることが望まし
い。高粘度のものはかえってロータの回転の妨げとなる
ので、低粘度のものを選択すべきである。

【００１８】以上の構成からなるロータ冷却構造を備え
た立型誘導電動機の動作を以下に説明する。

【００１９】電動機を始動すると共に、ポンプ２０及び
クーラ２１を始動して、冷却液溜１９中の冷却液を冷却
して滴下ノズル１７に送り込む。なお、冷却液の流量に
ついては、予めバルブ２２の開度を調節して、所定の量
を滴下ノズル１７から滴下できるように調整しておく。

【００２０】冷却液は、滴下ノズル１７によって、ステ
ータ１１とロータ１３との間に形成されたエアギャップ
２６に滴下される。滴下された冷却液は、エアギャップ
２６中を下方に向かって流れ、ロータ１３及びロータシ
ャフト１４から熱を奪う。ここで、滴下された冷却液
は、ロータ１３の回転に伴って回転しながら下方に流れ
るため、ロータ１３に接触している時間を稼ぐことがで
き、効率よくロータを冷却することができる。また、ロ
ータ１３が回転しているため、滴下ノズル１７が１つで
あっても、まんべんなくロータ１３表面に冷却液を滴下
することができる。

【００２１】エアギャップ２６から流れ出た冷却液は、
モータケーシング１０の下端部に溜まり、排出管１８か
ら冷却液溜１９に排出される。排出された冷却液は再び
ポンプ２０によって加圧されると共に、クーラ２１によ
って冷却されてロータ１３を冷却するために用いられ
る。

【００２２】なお、冷却液の流量は、電動機が運転中で
あっても、バルブ２２の開度を調節することによって調
節可能である。また、本実施例においては、１つの滴下
ノズル１７を用いる構成を説明したが、これに限らず、
複数の滴下ノズル１７を用いても良い。

【００２３】

【実施例２】図２に、本発明の電動機の冷却構造の第２
実施例を示す。なお、本実施例においては、第１実施例
と同一の構成には同一の引用符号を付け、その構成及び
作用については説明を省略する。また、本実施例におい
ては、冷却液として絶縁油を用いることとする。

【００２４】本実施例においては、第１実施例とは異な
り、霧状にした冷却液（絶縁油）をエアギャップ２６に
噴射する構成となっている。そのため、第１ミストノズ
ル２３が、モータケーシング１０の上部に取り付けられ
ると共に、エアギャップ２６上方まで延在して構成され
ている。また、絶縁油は、ベアリングの潤滑油として用
いることができるので、第２ミストノズル２４が、第１
ミストノズル２３と並んでモータケーシング１０の上部
に取り付けられている。

【００２５】更に、電動機外部には、冷却液溜１９及び
クーラ２１に加えて、ミスト発生装置２５が設けられて
いる。ミスト発生装置２５は、冷却液溜１９からクーラ
２１を冷却液を吸引し、冷却液（絶縁油）を霧状にして
第１及び第２ミストノズル２３及び２４に送り込む。

【００２６】第１ミストノズル２３からステータ１１と
ロータ１３との間のエアギャップ２６に対して霧状に噴
射された冷却液（絶縁油）は、エアギャップ２６内を流
れてロータ１３及びロータシャフト１４を冷却すると共
に、ステータ１１の内側に付着してステータ１１をも冷
却する。そして、モータケーシング１０の下方に設けら
れた排出管１８から電動機外部に排出される。

【００２７】また、第２ミストノズル２４から上側ベア
リング１５に対して霧状に噴射された冷却液（絶縁油）
は、ベアリングの潤滑油として作用すると共に、ベアリ
ングを冷却する。その後、冷却液（絶縁油）は、上側ベ
アリング１５の下方に設けられた管２７を介して、ステ
ータ１１とロータ１３との間のエアギャップに送り込ま
れ、前述のようにロータ１３、ロータシャフト１４及び
ステータ１１を冷却し、電動機外部に排出される。

【００２８】なお、本実施例においては、冷却液として
絶縁油を用いたが、電動機の運転に影響を与えず、冷却
に供することができるものであれば、これに限られな
い。ただし、潤滑油となり得ない冷却液は、ベアリング
内部を流すことはできないので、その用途をベアリング
の冷却にとどめておく必要がある。また、冷却液（絶縁
油）を霧状にして噴射する構成としたが、第１実施例の
ように滴下する構成であっても良い。更に、第１ミスト
ノズル２３及び第２ミストノズル２４の２つのノズルを
設ける構成としたが、第２ミストノズル２４のみであっ
ても十分な冷却効果を得ることができる。

【００２９】また、本実施例においては、冷却液をミス
ト状にしたため、冷却液の流量の管理が容易になり、か
つ、冷却液の表面積を増大させることができるため、冷
却効率が向上する。更に、ミスト状であるため、ステー
タ１１及びロータ１３の表面を冷却することができるだ
けでなく、エアギャップ２６中の雰囲気まで冷却するこ
とができるため、優れた冷却効率を得ることができると
いう効果がある。

【００３０】以上、本発明の実施形態について説明した
が、本発明の精神を逸脱しない範囲内において、種々の
改良及び変更をなし得ることはもちろんである。

【００３１】

【発明の効果】以上説明したように、本発明によれば、
ロータとステータとの間に冷却液を流す構成としたた
め、ロータの温度上昇を抑制することができる。したが
って、ロータ及びロータシャフトの熱ひずみの発生を抑
制することができ、かつ、ステータを内側から冷却する
こともできる。その結果、電動機の効率を向上させるこ
とができる。

【００３２】また、ロータ、ロータシャフト及びステー
タを効率良く冷却することができるため、電動機の放熱
性を考慮する必要がなくなり、電動機サイズを小型化す
ることができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の電動機のロータ冷却構造の第１実施例
を示す断面図である。

【図２】本発明の電動機のロータ冷却構造の第２実施例
を示す断面図である。

【符号の説明】 １０ モータケーシング １１ ステータ １２ 固定子巻線 １３ ロータ １４ ロータシャフト １５ 上側ベアリング １６ 下側ベアリング １７ 滴下ノズル １８ 排出管 １９ 冷却液溜 ２０ ポンプ ２１ クーラ ２２ バルブ ２３ 第１ミストノズル ２４ 第２ミストノズル ２５ ミスト発生装置 ２６ エアギャップ

Claims (5)

(57)【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 立型電動機のケーシングに、冷却液をロ
   ータとステータとの間に流すノズルを設け、前記冷却液
   を排出する排出口を前記ケーシングに設けることを特徴
   とする電動機のロータ冷却構造において、前記ノズルを
   立型電動機のケーシングの上部に１つのみ設けることを
   特徴とする電動機のロータ冷却構造。
2. 【請求項２】 立型電動機のケーシングに、ロータシャ
   フトを支持するベアリングに冷却液を流すノズルを設
   け、前記ベアリングから流出した冷却液をロータとステ
   ータとの間に誘導する管を前記ベアリング下方に設け、
   前記冷却液を排出する排出口を前記ケーシングに設ける
   ことを特徴とする電動機のロータ冷却構造において、前
   記ベアリングに冷却液を流すノズルを立型電動機のケー
   シングの上部に１つのみ設け、前記ベアリングから流出
   した冷却液をロータとステータとの間に誘導する管を立
   型電動機のケーシングの上部に１つのみ設けることを特
   徴とする電動機のロータ冷却構造。
3. 【請求項３】 前記ノズルから前記冷却液を前記ロータ
   と前記ステータとの間に滴下する請求項１記載の電動機
   のロータ冷却構造。
4. 【請求項４】 前記ノズルから前記冷却液を前記ロータ
   と前記ステータとの間に霧状にして噴射する請求項１記
   載の電動機のロータ冷却構造。
5. 【請求項５】 前記冷却液は、絶縁油である請求項１又
   は２記載の電動機の冷却構造。