JPH0974715A

JPH0974715A - 沸騰冷却装置一体型発熱体

Info

Publication number: JPH0974715A
Application number: JP22484595A
Authority: JP
Inventors: Kenji Iriyama; 健治入山; Keiichiro Tomoari; 慶一郎伴在
Original assignee: Denso Corp
Current assignee: Denso Corp
Priority date: 1995-09-01
Filing date: 1995-09-01
Publication date: 1997-03-18

Abstract

(57)【要約】【課題】回転機（発熱体）の大型化を招くことなく十
分な冷却性能を得ることのできる沸騰冷却装置一体型発
熱体を提供すること。【解決手段】モータ１の冷却手段として用いられる沸
騰冷却装置は、冷却器１５、放熱器１６、送風機１７か
ら成り、モータ１と一体的に組付けられている。冷却器
１５は、ステータコア１１の外周面に圧入して固定され
る円環状（円筒形状）の容器１５ａと、この容器１５ａ
の上方開口面を覆う蓋体１５ｂとから成り、冷却器１５
の内部にはモータ１から発生する熱を受けて沸騰気化す
る冷媒Ｒが封入されている。また、冷却器１５の下部に
は、モータ１の回転数制御を行うインバータ回路６が固
定されて、カバー１９により一体的に覆われている。放
熱器１６は、冷却器１５の周方向の一部で連通管１８を
通じて冷却器１５の上方に配置されている。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、冷却手段として沸
騰冷却装置を備えた発熱体に関する。

【０００２】

【従来の技術】従来技術の一例として、図８に示す様な
全閉型回転機１００の冷却方法が公知である。この回転
機１００では、回転子１１０に発生する熱やハウジング
１２０の内部に溜まった熱をシャフト１３０に打ち込ま
れたヒートパイプ１４０によってファン１５０へ伝達
し、そのファン１５０の回転によって空中へ放出すると
ともに、ファン１５０の回転により生じた空気の流れに
よって回転機１００に発生した熱を、図中矢印で示すよ
うに、ハウジング１２０を通して空中へ放出していた。

【０００３】

【発明が解決しようとする課題】ところが、従来の空冷
式冷却方法では、回転機１００の熱容量が冷却性能に大
きく影響し、十分な冷却性能を得るためには回転機１０
０の熱容量を大きくする必要があり、必然的に回転機１
００の大型化を招くといった問題が生じる。本発明は、
上記事情に基づいて成されたもので、その目的は、回転
機（発熱体）の大型化を招くことなく十分な冷却性能を
得ることのできる沸騰冷却装置一体型発熱体を提供する
ことにある。

【０００４】

【課題を解決するための手段】

（請求項１の構成）冷却手段としての沸騰冷却装置を一
体に備えた発熱体であって、前記沸騰冷却装置は、前記
発熱体が発生した熱を受けて気化する冷媒を入れた冷却
器と、この冷却器から気化した冷媒が流入して、その気
化した冷媒を凝縮液化して前記冷却器へ戻す放熱器とを
有し、前記冷却器は、その受熱面が前記発熱体の外周壁
面に密着した状態で、前記発熱体の外周を環状に覆って
組付けられていることを特徴とする。

【０００５】（請求項１の作用および効果）発熱体が発
生した熱は、受熱面から冷却器内の冷媒に伝達されて冷
媒を沸騰気化させる。気化した冷媒は、冷却器から放熱
器へ流入してその放熱器で冷却液化されて冷却器へ戻
り、再び発熱体の熱を受けて沸騰気化する。この冷媒の
沸騰凝縮熱伝達が繰り返されることにより発熱体が冷却
される。この様に、発熱体の冷却手段として放熱効率に
優れた沸騰冷却装置を使用しているため、発熱体の熱容
量が同じであれば空冷式の場合より高い放熱性能が得ら
れる。特に、発熱体の外周を冷却器で環状に覆ったこと
により、発熱体の全周面から発熱体の熱を冷却器内の冷
媒に伝達できるため、効率良く放熱が行われる。

【０００６】（請求項２の構成）請求項１に記載した沸
騰冷却装置一体型発熱体において、前記冷却器は、前記
発熱体の外周に圧入状態で組付けられていることを特徴
とする。（請求項２の作用および効果）この場合、冷却器を発熱
体の外周に圧入して組付けることができるため、特別な
固定手段等の部品を使用する必要がなく、部品点数を削
減できる。

【０００７】（請求項３の構成）請求項２に記載した沸
騰冷却装置一体型発熱体において、前記冷却器は、前記
発熱体の外周を覆う構造体に中空部を形成して、前記冷
却器と構造体を兼用したことを特徴とする。（請求項３の作用および効果）冷却器を発熱体の構造体
と兼用したことにより、冷却器を堅牢且つ小さく形成で
きるとともに、発熱体の外周全面を冷却器が覆うことで
接触面積が増大するため、放熱効果が上がる。

【０００８】（請求項４の構成）請求項１に記載した沸
騰冷却装置一体型発熱体において、前記冷却器は、前記
発熱体の左右両側から組み合わされて前記発熱体の外周
を覆う一方の冷却器と他方の冷却器とから成ることを特
徴とする。（請求項４の作用および効果）冷却器を一方の冷却器と
他方の冷却器とに二分割して組み合わせたことにより、
圧入によって発熱体に組付ける場合と比較して組付けが
容易である。

【０００９】（請求項５の構成）請求項１〜４に記載し
た何れかの沸騰冷却装置一体型発熱体において、前記発
熱体は、前記冷却器に覆われた外周形状が円形であるこ
とを特徴とする。（請求項５の作用および効果）この場合、発熱体の外周
形状に対応する冷却器の内周面形状（即ち受熱面の内周
形状）が円筒形状となることから、発熱体の外周形状が
多角形状の場合と比べて冷却器の製造が容易である。

【００１０】（請求項６の構成）請求項１〜５に記載し
た何れかの沸騰冷却装置一体型発熱体において、前記発
熱体は、回転軸と一体に回転する回転子と、この回転子
の外周に所定のクリアランスを有して配置された円環状
の固定子とを備え、この固定子の外周面より主に放熱す
る構造の回転機であることを特徴とする。（請求項６の作用および効果）発熱体として回転機を適
用した場合、この回転機に付随する発熱部品を一体に
（同時に）冷却できるため、全体形状をコンパクト化で
きる。

【００１１】

【実施例】次に、本発明の沸騰冷却装置一体型発熱体の
実施例を説明する。（第１実施例）図１は沸騰冷却装置を備えたモータの側
面図、図２は図１のＡ−Ａ断面図である。本実施例の回
転機は、例えば電気自動車に搭載される走行用モータ１
であり、冷却手段としての沸騰冷却装置（後述する）を
一体に備える。走行用モータ１は、図２に示すように、
ロータ２、ステータ３、一組のエンドフレーム４、５等
から構成されて、インバータ回路６により回転数制御が
行われる。

【００１２】ロータ２は、回転力を外部へ出力するシャ
フト７と、このシャフト７の外周に設けられてシャフト
７と一体に回転する回転子８等から成る。シャフト７
は、その両端部がそれぞれ軸受９、１０によって一組の
エンドフレーム４、５に回転自在に支持されている。ス
テータ３は、回転子８の外周にギャップを有して配置さ
れた円環状のステータコア１１と、このステータコア１
１に巻装されたステータコイル１２から成る。一組のエ
ンドフレーム４、５は、図２に示すように、ステータコ
ア１１の外周部を軸方向（図２の上下方向）に挟持し
て、スルーボルト１３とナット１４との締結により固定
されている。

【００１３】沸騰冷却装置は、冷却器１５、放熱器１
６、および送風機１７から成る。冷却器１５は、ステー
タコア１１の外周面に圧入して固定される円環状（円筒
形状）の容器１５ａと、この容器１５ａの上方開口面を
覆う蓋体１５ｂとから成り、冷却器１５の内部にはモー
タ１から発生する熱を受けて沸騰気化する冷媒Ｒが封入
されている。放熱器１６は、例えば図１に示すように、
偏平チューブ１６ａと放熱用フィン１６ｂとを交互に積
層して構成されたもので、冷却器１５の周方向の一部で
連通管１８を通じて冷却器１５の上方に配置されてい
る。連通管１８は、一端（下端）が蓋体１５ｂを貫通し
て冷却器１５内部に開口し、他端（上端）が放熱器１６
内部に開口する。送風機１７は、放熱器１６の前面に配
置されて、偏平チューブ１６ａと放熱用フィン１６ｂと
で構成される放熱コアに向けて送風する。

【００１４】インバータ回路６は、複数のスイッチング
素子６ａ（例えばトランジスタ）と、このスイッチング
素子６ａをオン／オフ制御する制御回路６ｂ等を備え、
冷却器１５の下部に固定されて、カバー１９により一体
的に覆われている。なお、カバー１９は、インバータ回
路６を密閉した状態で覆い、図示しないシール部材を介
して冷却器１５に組付けられてビス等の締結部材２０
（図１参照）によって冷却器１５に固定されている。

【００１５】次に、本実施例の作動を説明する。図示し
ない回転センサ等の信号に基づいて制御回路６ｂから出
力される制御信号により各スイッチング素子６ａがオン
／オフ制御されて３相交流が形成され、この３相交流が
ステータコイル１２に供給されることによりステータコ
ア１１に回転磁界が発生してロータ２が回転する。この
時、インバータ回路６の各スイッチング素子６ａ、回転
子８、およびステータ３等に発生した熱は、一組のエン
ドフレーム４、５およびステータコア１１の表面より走
行風等によって大気へ放出されるとともに、沸騰冷却装
置により放熱される。

【００１６】この時の沸騰冷却装置の作用を説明する。
沸騰冷却装置は、ステータコア１１の外周に冷却器１５
（容器１５ａ）が圧入されていることから、ステータコ
ア１１の外周面と冷却器１５の円筒内周面（本発明の受
熱面）とが面接触にて互いに押圧されている。これによ
り、回転子８およびステータ３に発生した熱は、回転子
８→ステータ３→冷却器１５へと伝わり、インバータ回
路６の各スイッチング素子６ａに発生した熱も直接冷却
器１５に伝わる。この結果、冷却器１５の内部に封入さ
れた冷媒Ｒが沸騰して、冷却器１５から連通管１８を通
って放熱器１６へ流入し、図２に示すように、偏平チュ
ーブ１６ａの壁面に接触する。この時、偏平チューブ１
６ａの壁面が送風機１７の送風によって冷却されている
ため、壁面に接触した冷媒蒸気が潜熱を放出して凝縮液
化し、液滴となって偏平チューブ１６ａの壁面を伝って
再び冷却器１５内へ戻る。一方、冷媒蒸気が凝縮する際
に放出された凝縮潜熱は、偏平チューブ１６ａの管壁お
よび放熱用フィン１６ｂから大気へ放出される。以後、
同様に吸熱→気化→放熱→液化が繰り返されることによ
り、回転子８、ステータ３、およびスイッチング素子６
ａ等の発熱部品が冷却される。

【００１７】（第１実施例の効果）本実施例では、沸騰
冷却装置の冷却器１５を円筒状に形成してステータコア
１１の外周に圧入したことにより、ステータコア１１の
全周面から冷却器１５内の冷媒Ｒへ熱伝達が行われるた
め、効率の良い放熱が可能となる。このため、空冷式を
採用した従来の回転機と比較して放熱効率が良いことか
ら、モータ１の熱容量を大きくするためにモータ１を大
型化する必要がない。また、共通の沸騰冷却装置によっ
てモータ１に付随したインバータ回路６も同時に冷却で
きるため、全体形状をコンパクトに収めることができ
る。

【００１８】（第２実施例）図３は沸騰冷却装置を備え
たモータ１の側面図、図４は図３のＢ−Ｂ断面図であ
る。本実施例は、沸騰冷却装置の冷却器を、中間フレー
ム２１と兼用した場合の一例を示すものである。冷却器
は、中間フレーム２１と兼用されて、凹部を有する中間
フレーム２１ａと中間フレーム２１ｂを圧入して接触部
をろう付け等することにより密閉構造を形成して、凹部
に冷媒Ｒを封入している。放熱器１６は、連通管１８と
共に中間フレーム２１と一体にして沸騰冷却装置を形成
している。中間フレーム２１は、１組のエンドフレーム
４、５に挟持されて、ボルト２２とナット２３の締結に
より固定され、中間フレーム２１ｂの内周面には、ステ
ータコア１１の外周を覆うように圧入され固定されてい
る。本実施例では、冷却器を構造体である中間フレーム
２１と兼用したので、冷却器を堅牢且つ小さく形成でき
ると共に、発熱体であるステータコア１１の外周部全面
を冷却器が覆い接触面積が増えるので、放熱効果が上が
る。

【００１９】（第３実施例）図５は沸騰冷却装置を備え
たモータ１の側面図、図６は図５のＣ−Ｃ断面図であ
る。本実施例は、沸騰冷却装置を二分割してモータ１の
左右両側から組み合わせた場合の一例を示すものであ
る。二分割された各冷却器１５は、それぞれ断面形状が
偏平な中空の板状形状に設けられて、一組のエンドフレ
ーム４、５に挟持されてステータコア１１の外周を覆う
中間フレーム２１の外周面形状に沿って半円弧状に形成
されている。この各冷却器１５は、図６に示すように、
モータ１の左右両側から組み合わされて、ボルト２２と
ナット２３の締結により、それぞれの内周面（受熱面）
が中間フレーム２１の外周面に密着して押圧された状態
で固定されている。なお、中間フレーム２１と各エンド
フレーム４、５とは、図５に示すように、それぞれボル
ト２４とナット２５の締結によって固定されている。放
熱器１６は、連通管１８とともに冷却器１５と一体的に
設けられて、図６に示すように、互いの放熱コアが向か
い合った状態で配置されている。

【００２０】本実施例では、冷却器１５を偏平形状とし
て厚み幅を薄くしたことにより、沸騰冷却装置の外径
（冷却器１５の外径）を小さくできるため、第１実施例
と比較してさらにコンパクトな形状に収めることができ
る。また、本実施例の沸騰冷却装置は、左右に分割され
た各冷却器１５をボルト２２とナット２３の締結によっ
て固定する方法であるため、第１実施例で示した圧入に
よる方法と比較してモータ１への取付けが容易であると
言える。

【００２１】（第４実施例）図７は沸騰冷却装置を備え
たモータ１の断面図である。本実施例は、第３実施例で
説明した分割型沸騰冷却装置の一変形例を示すものであ
る。具体的には、図７に示すように、二分割された放熱
器１６を一組両側に展開して配置したものである。この
場合、沸騰冷却装置の高さ寸法を低く抑えることができ
る。

【００２２】（変形例）本実施例では、回転機として電
気自動車の走行用モータ１を例示したが、走行用モータ
１以外にも、ＮＣ用モータ、フォークリフト用モータ等
に適用しても良い。冷却器１５が取り付けられるモータ
１の外周形状（第１実施例ではステータコア１１の外周
形状、第２、３実施例では中間フレーム２１の外周形
状）を円形として説明したが、必ずしも円形である必要
はなく、多角形状でも良い。この場合、冷却器１５の内
周形状も多角形状となることは言うまでもない。

【図面の簡単な説明】

【図１】沸騰冷却装置を備えたモータの側面図である
（第１実施例）。

【図２】図１のＡ−Ａ断面図である（第１実施例）。

【図３】沸騰冷却装置を備えたモータの側面図である
（第２実施例）。

【図４】図３のＢ−Ｂ断面図である（第２実施例）。

【図５】沸騰冷却装置を備えたモータの側面図である
（第３実施例）。

【図６】図３のＣ−Ｃ断面図である（第３実施例）。

【図７】沸騰冷却装置を備えたモータの断面図である
（第４実施例）。

【図８】従来技術に係わるモータの半断面図である。

【符号の説明】

１走行用モータ（回転機／発熱体）２ロータ（回転子）３ステータ（固定子）７シャフト（回転軸）１５冷却器１６放熱器

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】冷却手段としての沸騰冷却装置を一体に備
えた発熱体であって、前記沸騰冷却装置は、前記発熱体が発生した熱を受けて気化する冷媒を入れた
冷却器と、この冷却器から気化した冷媒が流入して、そ
の気化した冷媒を凝縮液化して前記冷却器へ戻す放熱器
とを有し、前記冷却器は、その受熱面が前記発熱体の外周壁面に密
着した状態で、前記発熱体の外周を環状に覆って組付け
られていることを特徴とする沸騰冷却装置一体型発熱
体。
【請求項２】前記冷却器は、前記発熱体の外周に圧入状
態で組付けられていることを特徴とする請求項１に記載
した沸騰冷却装置一体型発熱体。
【請求項３】前記冷却器は、前記発熱体の外周を覆う構
造体に中空部を形成して、前記冷却器と構造体を兼用し
たことを特徴とする請求項２に記載した沸騰冷却装置一
体型発熱体。
【請求項４】前記冷却器は、前記発熱体の左右両側から
組み合わされて前記発熱体の外周を覆う一方の冷却器と
他方の冷却器とから成ることを特徴とする請求項１に記
載した沸騰冷却装置一体型発熱体。
【請求項５】前記発熱体は、前記冷却器に覆われた外周
形状が円形であることを特徴とする請求項１〜４に記載
した何れかの沸騰冷却装置一体型発熱体。
【請求項６】前記発熱体は、回転軸と一体に回転する回
転子と、この回転子の外周に所定のクリアランスを有し
て配置された円環状の固定子とを備え、この固定子の外
周面より主に放熱する構造の回転機であることを特徴と
する請求項１〜５に記載した何れかの沸騰冷却装置一体
型発熱体。