TOP特許意匠商標
特許ウォッチ DM通知 Twitter
公開番号2021005988
公報種別公開特許公報(A)
公開日20210114
出願番号2019120304
出願日20190627
発明の名称液冷モータ
出願人株式会社クボタ
代理人個人
主分類H02K 9/19 20060101AFI20201211BHJP(電力の発電,変換,配電)
要約【課題】冷却流通路の側壁と冷却液との間に高い熱伝達が得られる手段を備えることで、ウォータジャケットの伝熱経路において熱伝達を向上させることで伝熱量を増加させることができるようにする。
【解決手段】液冷モータは、モータケースと、モータケースの内部に設けられたモータと、モータケースの内部に設けられたモータハウジングと、モータハウジング内に装着され、冷却液が周方向に流れる環状のウォータジャケットと、を備え、ウォータジャケットは、冷却液が流れる通路幅が徐々に狭くなる冷却流通路と、冷却液を冷却流通路へ供給する冷却液供給口と、冷却液を冷却流通路から排出する冷却液排出口と、を有している。
【選択図】図3
特許請求の範囲【請求項1】
モータケースと、
前記モータケースの内部に設けられたモータと、
前記モータケースの内部に設けられたモータハウジングと、
前記モータハウジング内に装着され、冷却液が周方向に流れる環状のウォータジャケットと、を備え、
前記ウォータジャケットは、
前記冷却液が流れる通路幅が徐々に狭くなる冷却流通路と、
前記冷却液を前記冷却流通路へ供給する冷却液供給口と、
前記冷却液を前記冷却流通路から排出する冷却液排出口と、
を有している液冷モータ。
続きを表示(約 580 文字)【請求項2】
前記冷却流通路は、
進行方向に進むにつれて前記通路幅が狭まる直線通路と、
前記直線通路の一方端に設けられたノズル部と、
前記直線通路の他方端に設けられ、前記通路幅が前記直線通路の一方端よりも大きい幅広部と、
を備えている請求項1に記載の液冷モータ。
【請求項3】
前記ノズル部と前記幅広部との間に設けられ、前記ノズル部を通過して前記幅広部に向かう冷却液が衝突する噴流衝突壁を備えている請求項1又は2液冷モータ。
【請求項4】
前記直線通路は、前記ウォータジャケットの前記周方向に延設され且つ前記ウォータジャケットの軸方向に複数並べられており、
前記ノズル部及び前記幅広部は、前記ウォータジャケットの軸方向に並べられた複数の直線通路のうち、隣接する直線通路を繋げる部分である請求項2に記載の液冷モータ。
【請求項5】
前記冷却液供給口と前記冷却液排出口は、前記ウォータジャケットの軸方向を向く側壁を挟んで周方向に隣り合って配置されている
ことを特徴とする請求項2に記載の液冷モータ。
【請求項6】
前記ノズル部と前記噴流衝突壁との間の距離Lは、前記ノズル部の直径Dより大きいことを特徴とする請求項2に記載の液冷モータ。

発明の詳細な説明【技術分野】
【0001】
本発明は、駆動用原動機及び発電機となる液冷モータに関する。
続きを表示(約 6,400 文字)【背景技術】
【0002】
駆動用原動機及び発電機となる回転電機(モータ・ジェネレータ)は、ハイブリッド自動車の他、スキッドステアローダ、コンパクトトラックローダ等の作業機等にも搭載される。このようなモータとして、小型で高出力な永久磁石モータが採用されることが多い。
この永久磁石モータにおいては、正常な動作を持続させるために過熱を防止する必要がある。そのため、永久磁石モータは、単位体積当たりの冷却必要量が大きいため効率の高い冷却方式が好ましい。それ故、永久磁石モータは、単位体積当たりの冷却量が大きく冷却効率の高い液冷方式が採用されている。
【0003】
特許文献1〜3において、液体による冷却方式を採用したモータ(以下において液冷モータと記載する)は、周方向等間隔に磁路を形成するステータと、このステータの外周面に嵌められるモータケースと、ステータの外周面とモータケースの内周面との間の設けられたウォータジャケットと、を備える。ウォータジャケットには、周方向あるいは軸方向に冷却液が流れる通路を設けられている。
【0004】
特許文献1においては、電気モータ/発電機の冷却機構は、中空の冷却ジャケットと、外側ケースと、冷却流体と、シール用Oリングとから構成される。冷却ジャケットが、外表面上の鋳造らせん溝部分から構成され、この鋳造らせん溝部分が、流体を、外側ケースによって作られる/封じ込められる流路溝を通して循環させる。冷却ジャケットのらせん溝部分は、さらに、「曲折する」かまたは「段になっている」多数の冷却流路または流路溝から構成されている。
【0005】
特許文献2においては、ウォータジャケット内の第1冷却水路は、周方向に所定の長さで連続しており、その一端側に冷却水流入ポートが接続され、他端側に冷却水流出ポートが接続されている。第1冷却水路はまた、それぞれ複数の鉛直路、上側水平路、および下側水平路にて構成され、上下に蛇行している。
特許文献3においては、ウォータジャケットは高熱伝導率のアルミニウム合金で円筒形状に形成されており、内部に周方向ジグザグ形状のジャケット通路が形成されている。このジャケット通路は、軸方向に沿った直線孔を周方向に多数本平行に穿孔し、隣接する直線孔同士は、一端を連通溝で連通し、他端をそれと隣接する他の直線孔の他端と連通溝で連通して形成している。
【先行技術文献】
【特許文献】
【0006】
特許5337417号公報
特許5547783号公報
特許6374797号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【0007】
特許文献1〜3のような、ウォータジャケットの周方向に冷却液が流れる冷却流通路を設ける従来技術の場合、複数設けられている冷却流通路の各通路幅は均等になっている。この通路幅の場合、熱伝達が均一となる。
一方で、高い熱伝達を達成する手段を備えるものとはなっていないため、ステータ外周から冷却ジャケットへ至る放熱経路の総括伝熱計数を大きくすることができない。
【0008】
そのため、ウォータジャケットでの伝熱が制限されてしまい、冷却能力が限定される課題を有することとなる。このようになると、モータの冷却が十分に行えなくなり、高出力でのモータの連続使用時間が制約される等、使い勝手の悪い状況が生じる。
そこで、本発明は上記問題点に鑑み、冷却流通路の側壁と冷却液との間に高い熱伝達が得られる手段を備えることで、ウォータジャケットの伝熱経路において熱伝達を向上させることで伝熱量を増加させることができる液冷モータを提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【0009】
この技術的課題を解決するための本発明の技術的手段は、以下に示す点を特徴とする。
液冷モータは、モータケースと、前記モータケースの内部に設けられたモータと、前記モータケースの内部に設けられたモータハウジングと、前記モータハウジング内に装着され、冷却液が周方向に流れる環状のウォータジャケットと、を備え、前記ウォータジャケットは、前記冷却液が流れる通路幅が徐々に狭くなる冷却流通路と、前記冷却液を前記冷却流通路へ供給する冷却液供給口と、前記冷却液を前記冷却流通路から排出する冷却液排出口と、を有している。
【0010】
前記冷却流通路は、進行方向に進むにつれて前記通路幅が狭まる直線通路と、前記直線通路の一方端に設けられたノズル部と、前記直線通路の他方端に設けられ、前記通路幅が前記直線通路の一方端よりも大きい幅広部と、を備えている。
前記ノズル部と前記幅広部との間に設けられ、前記ノズル部を通過して前記幅広部に向かう冷却液が衝突する噴流衝突壁を備えている。
【0011】
前記直線通路は、前記ウォータジャケットの前記周方向に延設され且つ前記ウォータジャケットの軸方向に複数並べられており、前記ノズル部及び前記幅広部は、前記ウォータジャケットの軸方向に並べられた複数の直線通路のうち、隣接する直線通路を繋げる部分である。
前記冷却液供給口と前記冷却液排出口は、前記ウォータジャケットの軸方向を向く側壁を挟んで周方向に隣り合って配置されている。
【0012】
前記ノズル部と前記噴流衝突壁との間の距離Lは、前記ノズル部の直径Dより大きい。
【発明の効果】
【0013】
本発明の液冷モータによれば、冷却流通路の側壁と冷却液との間に高い熱伝達が得られる手段を備えることで、ウォータジャケットの伝熱経路において熱伝達を向上させることで伝熱量を増加させることができる。
【図面の簡単な説明】
【0014】
液冷モータを備える動力伝達機構の概略を模式的に示した斜視図である。
本発明の液冷モータに備えられるウォータジャケット(冷却構造)を示した斜視図である。
本発明のウォータジャケットに設けられた冷却流通路の構造を模式的に示した図である。
【発明を実施するための形態】
【0015】
以下、本発明の液冷モータ4及びこの液冷モータ4に備えられるウォータジャケット10の実施の形態について、図面に基づいて説明する。
なお、以下に説明する実施形態は、本発明を具体化した一例であって、その具体例をもって本発明の構成を限定するものではない。
本発明の液冷モータ4には、モータ・ジェネレータ4を含む。以下に述べる、本発明の液冷モータ4は、産業機械(農機、建機、作業機、UV、エンジン発電機等)、各種機械の駆動用モータ、発電機等に搭載される。すなわち、本発明の液冷モータ4は、搭載される機種に限定されない。
【0016】
図1に、動力伝達機構1の概略を模式的に示す。本実施形態においては、動力伝達機構1について、パラレルハイブリッド形式を例示する。
図1を参照して、本発明の液冷モータ4であるモータ・ジェネレータ4を含む動力伝達機構1の概要について説明する。本発明の液冷モータ4は、例えば作業機の動力伝達機構1を構成する。
【0017】
図1に示すように、動力伝達機構1は、エンジン2と、フライホイール3と、モータ・ジェネレータ4と、を備えている。動力伝達機構1は、エンジン2の動力とモータ・ジェネレータ4の動力とを、択一的に又は組み合わせて被動機の一例である油圧ポンプ5に伝達する。
エンジン2は、ディーゼルエンジンやガソリンエンジン等である。エンジン2のクランク軸は、油圧ポンプ5側に向けて突出し、クランク軸の先端(油圧ポンプ5側)には、フ
ライホイール3が連結されている。
【0018】
フライホイール3は、略円板状であって、質量が大きい材料(例えば鋳鉄等の金属)から形成されている。フライホイール3の中心には、エンジン2のクランク軸が連結されている。フライホイール3は、フライホイールハウジングによって包囲されている。
モータ・ジェネレータ4は、フライホイール3の油圧ポンプ5側に配置されている。モータ・ジェネレータ4は、モータケース6の内部に配置されている。モータケース6は、モータ・ジェネレータ4の外周を囲うように設けられた筒状部6Aと、筒状部6Aの油圧ポンプ5側の端部に設けられた端面部6Bと、を有している。
【0019】
モータ・ジェネレータ4は、ロータ(回転子)と、ステータと、を有している。モータ・ジェネレータ4としては、永久磁石埋込式の三相交流同期モータが好適に使用されるが、他の種類の同期モータであってもよい。
モータ・ジェネレータ4が発電機(ジェネレータ)として機能する場合、ロータは、フライホイール3の回転動力を受ける。一方、モータ・ジェネレータ4が電動機(モータ)として機能する場合、ロータは、フライホイール3に回転動力を与える。つまり、モータ・ジェネレータ4は、フライホイール3を介して回転動力を受け取る。
【0020】
被動機である油圧ポンプ5は、エンジン2又はモータ・ジェネレータ4の少なくとも一方からの動力を受けて駆動される。この油圧ポンプ5は、具体的には静油圧式トランスミッションの油圧ポンプを例示することができる。
このような概要を備えた作業機の動力伝達機構1において、本発明の液冷モータであるモータ・ジェネレータ4は、内部に冷却構造(ウォータジャケット10)を備える。
【0021】
次に、本発明の液冷モータ4であるモータ・ジェネレータ4に備えられるウォータジャケット10について、さらに詳細に説明する。
インバータ機器と、モータ・ジェネレータ4の内部のステータ配線とが、端子台のソケットを介して電気的に接続されている。モータ・ジェネレータ4は、内部のウォータジャケット10と、外部の冷却配管(外部管9)と、を接続する配管アダプタとしての配管接続部7を備えている。冷媒ポンプと、モータ・ジェネレータ4の内部の冷却液配管(内部管8)とが、配管接続部7を介して接続される。
【0022】
図2は、図1に示す状態から、モータケース6を取り外して、ステータ側の冷却構造以外を仮想的に取り外した、モータ・ジェネレータ4の固定子(ステータ)側の斜視図(一部は分解斜視図)である。
図2を参照して、モータ・ジェネレータ4の固定子12について説明する。
モータ・ジェネレータ4は、ウォータジャケット10と、巻線(図示せず)と、固定子12と、熱伝導体13と、モータハウジング14と、を少なくとも備える。ウォータジャケット10の内周に環状の固定子12が設けられている。
【0023】
固定子12は、多数のティース12Bを有する。ティース12Bには、巻線が巻かれている。熱伝導体13は、巻線及び固定子12を覆って、ウォータジャケット10の内周面に沿って設けられている。固定子12の内側には、回転軸(図示せず)を備え、永久磁石埋込型の円筒形のロータ(図示せず)が配置されている。
固定子12は、環状のヨーク12Aの内周側に突出したティース12Bが、周方向に複数配列されている。ティース12Bは、末広がり形状であって、その胴部には絶縁部材を介在して巻線が巻かれている。ティース12B及び巻線の径内端を残して、固定子12の全体に高熱伝導率の樹脂で、熱伝導体13がモールド成形されている。
【0024】
モータハウジング14は、環状に形成されている。ウォータジャケット10は、環状に形成されている。ウォータジャケット10の外周径は、モータハウジング14の内周径とほぼ同じである。すなわち、ウォータジャケット10は、モータハウジング14の内周に嵌め合わされて装着される。
本発明のモータ・ジェネレータ4は、ウォータジャケット10の構成に特徴がある。
【0025】
ウォータジャケット10は、内周壁10Aと、外周壁10Bと、連結壁10Cと、連結壁10Dと、を有している。
内周壁10Aは、円筒状に形成され、固定子12の外周側に配置されている。外周壁1
0Bは、円筒状に形成され、内周壁10Aの外周側を囲うように配置されている。すなわち、外周壁10Bは、一定の間隔を空けて、内周壁10Aの外周側に配置されている。
【0026】
連結壁10Cは、環状に形成され、内周壁10Aの一方縁と外周壁10Bの一方縁とを連結する。連結壁10Dは、環状に形成され、内周壁10Aの他方縁と外周壁10Bの他方縁とを連結する。
連結壁10Cと連結壁10Dが、内周壁10Aと外周壁10Bを連結することで、ウォータジャケット10内に冷却液が流れる空間を形成する。
【0027】
ウォータジャケット10は、冷却流通路11と、冷却液供給口15と、冷却液排出口16と、を有している。冷却流通路11は、ウォータジャケット10の内部空間に設けられている。
図3に、ウォータジャケット10に設けられた冷却流通路11の構造を模式的に示す。図3は、ウォータジャケット10に巻かれた状態の冷却流通路11を平面に展開した図である。なお、冷却流通路11の構成や形状については一例であり、例示する構成や形状に限定されない。また、図3の左右方向をウォータジャケット10の周方向とし、上下方向をウォータジャケット10の軸方向とする。
【0028】
図3に示すように、冷却流通路11は、周方向に直線状に形成されている。冷却流通路11は、周方向において斜めを向く側壁17で複数の通路に区切られている。周方向を向く側壁17は、内周壁10Aと外周壁10Bとを連結する。つまり、側壁17は、ウォータジャケット10内の空間を仕切る板である。冷却流通路11は、冷却液が流れる通路幅が徐々に狭くなる。
【0029】
冷却液供給口15は、冷却液を冷却流通路11へ供給する。冷却液排出口16は、冷却後の冷却液を冷却流通路11から外部へ排出する。冷却液供給口15と冷却液排出口16は、周方向(長手方向)中央に設けられている。冷却液供給口15と冷却液排出口16は、ウォータジャケット10の軸方向を向く側壁18を挟んで周方向に隣り合って配置されている。側壁18は、内周壁10Aと外周壁10Bとを連結する。つまり、側壁18は、ウォータジャケット10内の空間を仕切る板である。
【0030】
冷却流通路11は、直線通路19と、ノズル部20と、幅広部21と、を備えている。
直線通路19は、周方向を向く側壁17により、進行方向に進むに連れて通路幅が狭まる形状に形成されている。周方向を向く側壁17は、平面視でテーパ状に設けられ、軸方向において一定の間隔を保って複数配置されている。すなわち、直線通路19は、一対の周方向を向く側壁17の間に形成されている。
(【0031】以降は省略されています)

この特許をJ-PlatPatで参照する

関連特許

株式会社クボタ
作業車
株式会社クボタ
作業機
株式会社クボタ
作業機
株式会社クボタ
作業機
株式会社クボタ
作業車
株式会社クボタ
作業機
株式会社クボタ
作業機
株式会社クボタ
作業機
株式会社クボタ
作業機
株式会社クボタ
作業車
株式会社クボタ
作業機
株式会社クボタ
移植機
株式会社クボタ
移植機
株式会社クボタ
移植機
株式会社クボタ
移植機
株式会社クボタ
移植機
株式会社クボタ
移植機
株式会社クボタ
作業機
株式会社クボタ
作業車
株式会社クボタ
移植機
株式会社クボタ
作業車
株式会社クボタ
作業車
株式会社クボタ
作業車
株式会社クボタ
作業車
株式会社クボタ
作業機
株式会社クボタ
作業車
株式会社クボタ
作業車
株式会社クボタ
作業車
株式会社クボタ
作業車
株式会社クボタ
田植機
株式会社クボタ
作業機
株式会社クボタ
作業機
株式会社クボタ
田植機
株式会社クボタ
田植機
株式会社クボタ
作業車
株式会社クボタ
作業車
続きを見る