本发明涉及一种易于制造且冷却能力高的水冷电机结构及水冷用外壳。
背景技术：
在小型且大输出的电机(电动机)中，不能无视其工作时放出的热量，根据情况的不同还会发生电机线圈烧断等不良状况。
以往，作为电机的水冷结构，提出过一种在嵌装定子及转子的圆筒状框架的内筒及外筒之间的空间中设置冷却水流路的电动机用冷却装置(专利文献1)。该装置在冷却水流路中沿圆筒状框架的轴向设置多个分隔板，具有一边将从冷却水入口管供给的冷却水在圆筒状框架的一端侧与另一端侧之间交替地改变方向、一边将其向冷却水出口管引导的结构。同样的结构在专利文献2、3中也有公开。
现有技术文献
专利文献
专利文献1：(日本)特开平1-136540号公报
专利文献2：(日本)实开平5-88185号公报
专利文献3：(日本)特开2007-143246号公报
技术实现要素：
发明所要解决的技术问题
在上述现有技术中，为了实现一边将从冷却水入口管供给的冷却水在圆筒状框架的一端侧与另一端侧之间交替地改变方向、一边将其向冷却水出口管引导的结构，形成了分隔内筒与外筒之间的空间的、沿轴向延伸的分隔体交替在框架的一端侧和另一端侧后退的结构。通过该结构，分隔体的在圆筒状框架的一端和另一端后退的部分起到冷却水折返流路的作用。
另外，圆筒状框架具有内筒、外筒及分隔其间的空间的分隔体形成一体的结构。这种框架结构在专利文献2、3记载的装置中是通过使用铸模的铸造形成的。
在上述那种现有的电机水冷结构中，电机框架自身不得不形成为特殊结构，因此存在不能应用于已有的电机中的不便之处。
另外，就电机框架的结构而言，由于冷却水流路的截面形状不是一定的，因此，通过切削、挤压成形等制造方法进行制造较为不易。
本发明是在这种背景下做出的，其目的在于提供一种部件的制造容易、且冷却效率良好的水冷电机结构及水冷用外壳。
解决技术问题的技术手段
本发明的水冷电机结构，其特征在于，具有收容电机的水冷用外壳，利用在所述水冷用外壳中流动的冷却水冷却所述电机，所述水冷用外壳具有：筒状流路部，其在大致圆筒状的内壁上具有沿中心轴方向以规定的角度间隔直立的多个分隔壁，在该多个分隔壁与所述电机的外周面之间形成有沿中心轴彼此平行地延伸的多个去流流路及多个回流流路；第一盖部，其封闭所述筒状流路部的第一开口，并且具有将所述筒状流路部的回流流路向后续的去流流路连结的多个折返流路；第二盖部，其封闭所述筒状流路部的第二开口，并且具有将所述筒状流路部的去流流路向后续的回流流路连结的多个折返流路；给水部，其设于所述第一盖部，与所述筒状流路部的多个所述流路中的最开始的去流流路的入口相连；排水部，其与所述第一盖部的最后的回流流路的出口相连，或者与所述第二盖部的最后的去流流路的出口相连。
所述多个去流流路及多个回流流路的各流路在电机收容于水冷用外壳的状态下由所述筒状流路部的内壁及分隔壁和电机的外周面(外壁)构成。
典型地，所述筒状流路部的内壁的截面形状从轴向一端到另一端在任意位置处都相同。
设于所述第一盖部及所述第二盖部的折返流路，由设于该盖部的内侧的将所述筒状流路部的相邻的两个流路连结的空洞构成。即，相邻的去流流路和回流流路之间的连结，是利用设于第一盖部及第二盖部的折返流路实现的。
可以在所述第一盖部，设置从外部接收冷却水的供给并使该冷却水流入所述水冷用外壳的给水部和将通过了所述水冷用外壳的冷却水向外部排出的排水部。或者，也可以在所述第一盖部设置从外部接收冷却水的供给并使该冷却水流入所述水冷用外壳的给水部，在所述第二盖部设置将通过了所述水冷用外壳的冷却水向外部排出的排水部。
所述水冷用外壳也可以具有与第一电机及第二电机对应的、彼此平行地连结的第一空间及第二空间，一组所述给水部和所述排水部被所述第一空间及所述第二空间共用，供给到所述给水部的冷却水在流过所述第一空间内的多个流路之后，在所述第二空间内的多个流路中流过，从所述排水部排出。
本发明的水冷用外壳，其收容电机，利用冷却水冷却所述电机，所述水冷用外壳具有：筒状流路部，其在大致圆筒状的内壁上具有沿中心轴方向以规定的角度间隔直立的多个分隔壁，在该多个分隔壁与所述电机的外周面之间形成有沿中心轴彼此平行地延伸的多个去流流路及多个回流流路；第一盖部，其封闭第一开口，并且具有将所述筒状流路部的回流流路向后续的去流流路连结的多个折返流路；第二盖部，其封闭所述筒状流路部的第二开口，并且具有将所述筒状流路部的去流流路向后续的回流流路连结的多个折返流路；给水部，其设于所述第一盖部，与所述筒状流路部的多个所述流路中的最开始的去流流路的入口相连；排水部，其与所述第一盖部的最后的回流流路的出口相连，或者与所述第二盖部的最后的去流流路的出口相连。
发明效果
根据本发明，能够提供一种水冷电机结构的部件的制造容易、且冷却效率良好的水冷电机结构及水冷用外壳。
附图说明
图1是本发明实施方式的电机水冷结构的立体图。
图2是从另一角度观察本发明实施方式的电机水冷结构的立体图。
图3(a)和(b)是表示本发明实施方式的电机的外观例的图。
图4(a)和(b)是对本发明实施方式的筒状流路部从轴向进行观察的主视图及从斜外侧进行观察的立体图。
图5(a)、(b)和(c)是对本发明实施方式的第一盖部从轴向内侧进行观察的主视图、其a-a箭头剖视图及从斜内侧进行观察的立体图。
图6(a)、(b)和(c)是对本发明实施方式的第二盖部从轴向内侧进行观察的主视图、其a-a箭头剖视图及从斜内侧进行观察的立体图。
图7(a)和(b)是将本发明实施方式的电机收容于外壳的状态的主视图及其b-b箭头剖视图。
图8是用与电机的轴正交的平面剖开本发明实施方式的第一盖部得到的立体图。
图9是在图2所示的电机水冷结构中用与电机的轴正交的平面剖开筒状流路部得到的、第一盖部侧部分的立体图。
图10是在图2所示的电机水冷结构中用与电机的轴正交的平面剖开第二盖部得到的、筒状流路部侧部分的立体图。
图11是从内侧对在图9中剖开的第二盖部进行观察的立体图。
图12(a)、(b)和(c)与图8、图9、图10对应，是表示冷却水在本实施方式的电机冷却结构中的流动的图。
图13是表示本发明实施方式的应用例的外观的图。
图14(a)、(b)和(c)是在图13的应用例的三个位置剖开表示的立体图。
具体实施方式
以下将参照幅图对本发明的优选实施方式详细进行说明。
图1、图2是分别从不同角度观察本实施方式的电机水冷结构的立体图。
该电机水冷结构将电机40收容在水冷用的外壳100中。在图1、图2中，电机40的旋转轴43和端部罩42从外壳100中露出从而可见。外壳100大体上由中央的筒状流路部20和与其两端结合的第一盖部10及第二盖部30构成。筒状流路部20和第一盖部10及第二盖部30能够由金属、聚合物、陶瓷等材料的具有刚性的任意材料进行制造。
筒状流路部20具有大致圆筒状的形状，在其大致圆筒状的内壁上具有沿中心轴方向以规定的角度间隔直立的多个分隔壁，在该多个分隔壁与所述电机的外周面之间形成有沿圆筒的中心轴彼此平行地延伸的多个去流流路及多个回流流路。在本说明书中，所谓“去流流路”，是指使冷却水从后述给水管的某一盖部侧向另一个盖部的方向流动的流路，将使冷却水向与此相反的方向流动的流路称为“回流流路”。这些流路还可以被理解成是形成在圆筒状内壁上的、沿中心轴彼此平行地延伸的多个凹槽。
第一盖部10封闭筒状流路部20的第一开口，具有将筒状流路部20的回流流路向后续的去流流路连结的多个折返流路。在本实施方式中，在第一盖部10具有给水管16a(给水部)和排水管17a(排水部)，给水管16a(给水部)从外部接收冷却水(液体)并将其向筒状流路部20中供给，排水管17a(排水部)将流过了筒状流路部20的冷却水向外部排出。
给水管16a设于第一盖部10，与筒状流路部20的多个流路中的最开始的去流流路的入口相连。
排水管17a与第一盖部10的最后的回流流路的出口相连。虽未图示，但取而代之，排水管17a也可以以与第二盖部30的最后的去流流路的出口相连的方式设于第二盖部30。
第二盖部30具有大致环状的形状，以电机40的轴43及罩42从开口35(图2)突出的状态封闭筒状流路部20的第二开口，具有遍及其内侧的整个周缘的、将筒状流路部20的去流流路向后续的回流流路连结的多个折返流路。
此外，虽不特别进行限定，但为电机40供给电源的配线(线缆)从端部罩42向外部导出。
图3表示电机40的外观例。外壳100根据该电机40的外形而构成。旋转轴43从大致圆筒形状的电机40的一端突出。在该轴43突出的面上设有多个(在该例中为四个)螺纹槽44。通过如图1所示地从设于第一盖部10的外侧平面上的螺纹孔18向电机40的螺纹槽44中螺合螺钉(未图示)，使盖部10固定于电机40。在盖部10的弯曲侧面上也设有螺纹孔19。从该螺纹孔19向设于电机40的外周上的螺纹槽46螺合螺钉。注意，利用这些螺钉对盖部10向电机40的固定是固定手段的一个例子，并不局限于此。端部罩42以其一端与电机40的端部47抵接的状态被固定。
在图4(a)、(b)中，示出了对筒状流路部20从轴向进行观察的主视图及从斜外侧进行观察的立体图。
由该图可知，筒状流路部20在圆筒状本体的内壁上以规定间隔朝圆筒中心直立地设置有沿轴向延伸的分隔壁21～28。图4(a)所示的虚线圆形29表示与电机40的外周形状对应的圆筒状空间。在将电机40收容于该筒状流路部20时，分隔壁21～28的自由端向电机40的外周面抵接。通过该结构，利用筒状流路部20的大致圆筒状的内壁、分隔壁21～28和电机40的外壁(外周面)，形成多个(在该例中为八个)流路21a～28a。分隔壁21～28均为相同尺寸，具有相同的板状形状。为了无遗漏地冷却电机40的外周面，隔开相邻流路的分隔壁的厚度优选尽可能地薄。基本上，通过使流路21a～28a的尺寸即截面积或圆周角度全部一定，能够使冷却水向各流路均匀、稳定地流动。
但是，在本实施方式中，在与外壳100的给水管16a相连的流路21a内和与排水管17a相连的流路28a内配置有温度传感器(未图示)，考虑到其阻力，使两流路的截面积大于其他流路的截面积。两个温度传感器中有一个是预备的传感器。
在图5(a)、(b)、(c)中，示出了对第一盖部10从轴向内侧进行观察的主视图、其a-a箭头剖视图及从斜内侧进行观察的立体图。请留意，其上下与图1相反。
第一盖部10以覆盖筒状流路部20的一端的开口部的方式与筒状流路部20的该一端接合。即，筒状流路部20的圆筒端部以在彼此的旋转角度一致的状态下与形成于盖部10端部的肩部10a嵌合的方式连结。该连结在本实施方式中是使用耐水性粘结剂进行的。连结方法并不局限于粘结剂，能够利用以往的任意手段。水密性的维持也可以使用弹性的密封件等进行。
盖部10在其侧部具有连接给水管16a的给水口16和连接排水管17a的排水口17。
另外，盖部10具有与筒状流路部20的分隔壁21、22、24、26、28分别对应的分隔壁11、12、13、14、15。这些分隔壁11～15沿中心轴方向以规定的角度间隔直立在盖部10的环状空洞的内壁上。在将电机收容于外壳100时，分隔壁11～15的自由端向电机40的外周面抵接。在盖部10内，在分隔壁11与分隔壁12之间形成有给水室11a。给水口16从给水室11a向外部开设。给水室11a与筒状流路部20的最开始的流路21a对应，向流路21a引导从给水管16a供给的冷却水。给水室11也构成冷却用外壳100的整个流路的一部分。
在分隔壁12与分隔壁13之间形成有折返流路12a。“折返流路”由设于盖部10的内侧的将筒状流路部20的相邻的两个流路连结的空洞构成。折返流路12a与筒状流路部20的流路22a、23a相对，以使从流路22a流来的冷却水向流路23a中折返的方式进行引导。
在分隔壁13与分隔壁14之间形成有折返流路13a。该折返流路13a与筒状流路部20的流路24a、25a相对，以使从流路24a流来的冷却水向流路25a中折返的方式进行引导。
在分隔壁14与分隔壁15之间形成有折返流路14a。该折返流路14a与筒状流路部20的流路26a、27a相对，以使从流路26a流来的冷却水向流路27a中折返的方式进行引导。
在分隔壁15与分隔壁11之间形成有排水室15a。排水口17从排水室15a向外部开设。排水室15a也构成冷却用外壳100的整个流路的一部分。
在图6(a)、(b)、(c)中，示出了对第二盖部30从轴向内侧进行观察的主视图、其a-a箭头剖视图及从斜内侧进行观察的立体图。
第二盖部30以覆盖筒状流路部20的另一端的开口部的方式与筒状流路部20接合。即，筒状流路部20的圆筒端部以在彼此的旋转角度一致的状态下与形成于盖部30端部的肩部30a嵌合的方式连结。该连结在本实施方式中是使用耐水性粘结剂进行的。连结方法并不局限于粘结剂，能够利用以往的任意手段。水密性的维持也可以使用弹性的密封件等进行。
另外，盖部30具有与筒状流路部20的分隔壁21、23、25、27分别对应的分隔壁31、32、33、34。这些分隔壁31～34沿中心轴方向以规定的角度间隔直立在盖部30的环状空洞的内壁上。在将电机收容于外壳100时，分隔壁31～34的自由端向电机40的外周面抵接。
在盖部30内，在分隔壁31与分隔壁32之间形成有折返流路31a。折返流路31a与筒状流路部20的流路21a、22a相对，向流路22a引导从流路21a供给的冷却水。
在隔壁32与分隔壁33之间形成有折返流路32a。折返流路32a与筒状流路部20的流路23a、24a相对，向流路24a引导从流路23a供给的冷却水。
在分隔壁33与分隔壁34之间形成有折返流路33a。折返流路33a与筒状流路部20的流路25a、26a相对，向流路26a引导从流路25a供给的冷却水。
在分隔壁34与分隔壁31之间形成有折返流路34a。折返流路34a与筒状流路部20的流路27a、28a相对，向流路28a引导从流路27a供给的冷却水。
在盖部30的外侧端部设有开口35。电机40的端部嵌入该开口35中。开口35中的电机40端部与盖部30利用粘结剂或密封件等水密地结合。
图7(a)、(b)是将电机40收容于外壳100的状态的主视图及其b-b箭头剖视图。
如图7(b)中充分显示的那样，盖部10与筒状流路部20通过使筒状流路部20的一端的圆周端部嵌合于盖部10端部的肩部10a来进行连结。同样，盖部30与筒状流路部20通过使筒状流路部20的另一端的圆周端部嵌合于盖部30端部的肩部30a来进行连结。流路13a、25a、33a内侧的壁面构成电机的外周壁面。其它流路、给水室11a及排水室15a也一样。
图8是用与电机的轴43正交的平面剖开盖部10得到的立体图。该剖切面还表示给水管16a及排水管17a的管的截面。
图9是在图2所示的电机水冷结构中用与电机的轴43正交的平面剖开筒状流路部20得到的、第一盖部10侧部分的立体图。在图9及后续的剖视图中，为方便起见，电机40表示成稠密的部件。
图10是在图2所示的电机水冷结构中用与电机的轴43正交的平面剖开第二盖部30得到的、筒状流路部20侧部分的立体图。图11是从内侧对该剖开的第二盖部30进行观察的立体图。
图12(a)、(b)、(c)与图8、图9、图10对应，表示冷却水在本实施方式的电机冷却结构中的流动。
从外部的给水箱等(未图示)供给的冷却水从盖部10的给水管16a经由给水室11a向筒状流路部20的流路21a(去流流路)流入。流路21a内的冷却水到达盖部30的折返流路31a，在此处被向筒状流路部20的流路22a(回流流路)引导。
流路22a内的冷却水到达盖部10的折返流路12a，在此处被向筒状流路部20的流路23a(去流流路)引导。流路23a内的冷却水到达盖部30的折返流路32a，在此处被向筒状流路部20的流路24a(回流流路)引导。
流路24a内的冷却水到达盖部10的折返流路13a，在此处被向筒状流路部20的流路25a(去流流路)引导。流路25a内的冷却水到达盖部30的折返流路33a，在此处被向筒状流路部20的流路26a(回流流路)引导。
流路26a内的冷却水到达盖部10的折返流路14a，在此处被向筒状流路部20的流路27a(去流流路)引导。流路27a内的冷却水到达盖部30的折返流路34a，在此处被向筒状流路部20的流路28a(回流流路)引导。
流路28a内的冷却水到达盖部10的排水室15a，从排水管17a排出。该排出的冷却水吸收电机发出的热量而使其温度上升，用散热器等(未图示)散热并向给水箱返回。
本实施方式假设是向用于机器人的电机中应用。例如，在需要移动的机器人、想节省空间而又要输出某种程度的力的机器人、与人进行协调作业的遵循行业标准的额定80w的机器人等中，存在以尽量小的外型、大的输出进行控制的要求，本发明是有用的。但是，本发明并不局限于针对机器人的用途。
根据本实施方式，能够得到如下特殊效果。
(1)能够通过使流过筒状流路部的水无遗漏地流过电机表面来冷却电机。由此，能够提供高的冷却能力。特别是，通过使电机的外壁(外周面)原封不动地构成流路的内侧的壁，冷却水直接接触电机，因此水冷效率良好。
(2)能够自由设计流路截面积，因此能够使各流路的实效性截面积一定。所谓“实效性截面积”。不是实际的截面积，而是如上述实施方式那样对温度传感器那样的障害物设于流路中的情况下的阻力做出考虑后的截面积。但是，不是必须要使用温度传感器。在使用的情况下也不特别限定其个数。
(3)利用电机的外周面作为流路的内侧的壁面，且在盖部一侧设有折返流路，因此，筒状流路部的流路只要单纯地从一端向另一端直线通过即可。其结果，筒状流路部的截面形状从轴向一端到另一端在任意位置处都能相同。由此，可以使筒状流路部的结构极其简略、制造容易并且必要的部件个数少。例如，能够通过切削、挤压成形等比较容易地进行制造。筒状流路部还能够通过注塑成型进行制造。盖部也能够通过切削、注塑成形等容易地进行制造。因此，能够降低制造成本。
接下来，利用图13及图14对本实施方式的应用例进行说明。图13是本应用例的电机水冷机构的外观的立体图。图14(a)、(b)、(c)是在电机水冷机构的三个位置剖开表示的立体图。
该应用例将多个电机(在该例中为两个)收容在单个冷却用外壳中。分别收容第一电机及第二电机的第一圆筒状空间及第二圆筒状空间彼此平行地设置。与上述相同，外壳100a大体上由中央的筒状流路部20b和与其两端结合的第一盖部10b及第二盖部30b构成。这些部件均使与第一电机及第二电机对应的截面呈大致双筒望远镜这样的形状。但是，设于第一盖部10b的给水管16a(给水部)和排水管17a(排水部)只设一组，被两电机共用。
筒状流路部20b具有将上述实施方式的大致圆筒状的筒状流路部20平行连结的形状。在其多个分隔壁与各电机的外周面之间，形成有沿圆筒的中心轴彼此平行地延伸的多个流路a～n(去流流路及回流流路)。流路a～f附属于第一电机，流路h～n附属于第二电机。中央的流路g附属于第一电机及第二电机双方。
在第一盖部10b设有折返流路bc、de、fg、hi、jk、lm。在此，图14所示的折返流路用两个标记(字母)表示。该标记表示从前一个标记表示的流路向后一个标记表示的流路引导冷却水。例如，折返流路bc从流路b向流路c引导冷却水。在第二盖部30b上也同样设有折返流路ab、cd、ef、gh、ij、kl、mn。在图示的例子中，流路a与给水部16a相连，流路n与配水管17a相连。
为了使一组给水管16a和排水管17a被第一电机及第二电机共用，导入到给水管16a的冷却水首先流过与第一电机对应的整个流路，之后流过与第二电机对应的整个流路，到达排水管17a。为此，针对两电机的流路在外壳的中间部连结。作为其方法，可以有如下两个。
(1)使筒状流路部20b内的一个直线状流路被第一电机及第二电机共用。在图14的例子中，流路g相当于该直线状流路。在该流路g中流动的冷却水接触两电机的外壁。针对筒状流路部20b的第一电机的冷却水最后流入该流路，之后被第一盖部10b或第二盖部30b(在附图的例子中是第二盖部30b)向第二电机的流路引导。图14所示的例子与该结构对应。
(2)筒状流路部20b针对第一电机及第二电机均具有独立的流路，利用第一盖部10b或第二盖部30b向第二电机的流路中引导。
该应用例的其他结构及动作、作用如上述说明。
以上对本发明的优选实施方式进行了说明，但除上述提及的以外，还能够进行各种变形、变更。例如，去流流路及回流流路的个数并不局限于图示的例子。虽表示了将给水管和排水管都设于一个盖部的例子，但也可以在两盖部中的一方上设置给水管，在另一方上设置排水管。在该情况下，去流流路的根数比多个流路的根数多一根。
附图标记说明
10第一盖部10a肩部10b第一盖部
11～15分隔壁11a给水室
12a、13a、14a折返流路
15a排水室
16给水口16a给水管
17排水口17a排水管
18、19螺纹孔
20筒状流路部20b筒状流路部
21～28分隔壁
21a～28a折返流路
29虚线圆形
30第二盖部30a肩部30b第二盖部
31～34分隔壁
31a～34a流路
40电机
42端部罩
43旋转轴
44、46螺纹槽
47端部
50流路
100外壳100a外壳
a～g流路
ab、bc、cd、de、ef、fg、gh、hi、ij、jk、kl、lm、mn折返流路