発明の技術分野
 本発明は、プレス機械のような大型産業機� ��の電動モータ冷却構造と冷却方法に関する� ��

関連技術の説明
 プレス機械等の産業機械用駆動源として電� ��モータが広く用いられており、その冷却手� ��として、ファンを用いた強制空冷が一般的� ��採用されている。
 しかし、生産性向上のため駆動速度や駆動� ��ルクが増大し、かつ制御性向上のため可変� ��制御等を採用するため、駆動に要する出力� ��大きい大型産業機械の場合、電動モータが� ��出力化し、そのため電動モータからの発熱� ��増大し、ファンを用いた強制空冷では電動� ��ータが大型化し、設置が困難となる場合が� ��る。
 そこで、水などの液体冷媒を用いて冷却す� ��液冷式の電動モータが大型産業機械用の電� ��モータとして注目されている。かかる液冷� ��電動モータは、例えば特許文献1~3に開示さ� ��ている。

 特許文献1は、掘削機の安定性を害するこ となく掘削能力の向上を図り得る掘削機用電 動モータ冷却装置を提供することを目的とし ている。図1A及び図1Bに示すように、オイル� �ーラを有する油圧供給源52を備えた掘削機本 体51に立設されたリーダ53に沿って駆動機構50 を昇降させると共に、駆動機構50により掘削� ��54を回転駆動して杭孔を掘削する掘削機に� �いて、油圧供給源52は、掘削機本体51に搭載� ��れた内燃機関58により駆動される油圧ポン� �59を備えると共に、油圧供給源52は、掘削機� ��体51に搭載された油圧モータを用いた駆動� �に作動油を供給し、かつ、駆動機構50は液冷 式電動モータ56を備えると共に、油圧供給源5 2から液冷式電動モータ56に作動油を供給して 冷却するものである。

 特許文献2は、固定子表面の温度上昇を効 率的に冷却するモータの冷却装置を提供する ことを目的としている。図2に示すように、� �許文献2のモータの冷却装置は、固定子コイ� ��69を収納する複数のスロットを内周部に設� �た固定子鉄心68と、固定子鉄心68の内周面に� ��隙を介して対向するように設けた回転子61� �、固定子鉄心の外側に設けたフレーム62と、 固定子鉄心とフレームの間に冷媒を通すフレ ーム冷却ジャケット63を備える。フレーム冷� ��ジャケット63は、一方端に、外部の冷媒供� �装置からの冷媒を受け取る冷媒供給口64を設 け、他方端に、冷媒を冷媒供給装置に排出す る冷媒排出口65を設けてあり、固定子鉄心68� �両端のうち少なくとも一方の端部、または� �定子鉄心を軸方向に複数個に分割した分割� �に、リング状またはC字状の固定子冷却ジャ� ��ット60を設けてある。固定子冷却ジャケッ� �60を、固定子鉄心68の歯先の位置まで延ばし� ��あり、フレーム冷却ジャケット63の途中に� �定子冷却ジャケット60の冷媒供給孔、冷媒排 出孔を円周方向に向かって略180°の位置に対� ��するように配置させると共にフレーム冷却� ��ャケット63と固定子冷却ジャケット60を連通 させてあり、固定子コイルのコイルエンドと 固定子冷却ジャケットとフレームとで囲まれ た空間に熱伝導性樹脂66を充填したものであ� ��。

 特許文献3の電動機用冷却装置は、図3に� �すように、冷却ジャケット78と個別の構成部 材72の表面との間に形成された冷却ダクト74� �備える。個別の構成部材72の表面は、冷却ダ クト74の壁部の少なくとも一部を画定し得る� ��冷却ダクト74は、冷却液体を個別の構成部� �72の表面の少なくとも一部に沿って方向付け 、電動機から熱を引き出すように構成される 。入口ポート70は、冷却ダクト74と流体を連� �し得る。この入口ポート70は、冷却液体を受 け取って冷却液体を冷却ダクト74に導入する� ��うに構成されたものである。

特許第3319700号公報

特許第3538947号公報

特開2005-204496号公報

 上述した従来の液冷式電動モータを用いる� ��合、水などの液体冷媒を電動モータまで循� ��させるための配管設備が必要となる。
 しかし、例えばプレス機械のような大型産� ��機械では、電動モータを機械の上部に設置� ��る必要がある場合が多く、機械自体の強度� ��び精度を保つため、厚板を使用したり補強� ��が多い機械構造を有しており、機械構造の� ��度を低下させずに板を貫通して配管を設け� ��り、補強材を避けて配管を設置することが� ��しく、製造や保守が困難になる問題点があ� ��た。

 本発明は、上述した問題点を解決するた� ��に創案されたものである。すなわち、本発� ��の目的は、大型の電動モータを機械の上部� ��設置する必要がある大型産業機械であって� ��、機械自体の構造強度を低下させずに配管� ��備を容易に準備できる大型産業機械の電動� ��ータ冷却構造と冷却方法を提供することに� ��る。

 本発明によれば、大型産業機械の駆動機� ��を駆動する電動モータを冷却するための電� ��モータ冷却構造であって、前記電動モータ� ��ある液冷式電動モータと、送り側油配管及� ��戻り側油流路を有し、前記送り側油配管を� ��して前記駆動機構に加圧された潤滑油を供� ��し前記戻り側油流路を介して前記駆動機構� ��らの潤滑油を回収する潤滑油循環装置と、� ��滑油を前記送り側油配管から前記液冷式電� ��モータに供給する冷却油供給配管と、を備� ��ることを特徴とする大型産業機械の電動モ� ��タ冷却構造が提供される。

 また、本発明の好ましい実施形態によれ� ��、さらに、前記液冷式電動モータからの潤� ��油を前記戻り側油流路に戻す冷却油回収配� ��を備え、前記送り側油配管は、途中で分岐� ��て、該送り側油配管を流れる潤滑油のうち� ��一部が前記冷却油供給配管に供給され、残� ��の少なくとも一部が前記駆動機構に供給さ� ��る。

 また、本発明の好ましい実施形態によれ� ��、さらに、前記液冷式電動モータからの潤� ��油を前記駆動機構に供給する冷却油回収配� ��を備え、前記冷却油供給配管は、前記送り� ��油配管と連通しており、前記送り側油配管� ��流れる潤滑油の全部を液冷式電動モータに� ��給する。

 また、本発明の好ましい実施形態によれ� ��、さらに、前記液冷式電動モータからの潤� ��油を回収するための冷却油回収配管を備え� ��前記液冷式電動モータは、潤滑油で内部を� ��接又は間接的に冷却する油冷式電動モータ� ��あり、前記冷却油供給配管に設けられ潤滑� ��の流量を調節する流量調節弁と、前記冷却� ��回収配管又は前記油冷式電動モータに設け� ��れ潤滑油又は油冷式電動モータ内の温度を� ��出する温度検出器と、前記流量調節弁を制� ��し、前記温度検出器で検出された温度を所� ��の温度範囲内に調節する温度制御器と、を� ��える。

 また、本発明の好ましい実施形態によれ� ��、さらに、前記液冷式電動モータからの潤� ��油を回収するための冷却油回収配管を備え� ��前記液冷式電動モータは、冷却水を潤滑油� ��間接的に冷却する熱交換器を有し冷却水で� ��部を間接的に冷却する水冷式電動モータで� ��り、前記冷却油供給配管は、前記熱交換器� ��連通して送り側油配管から潤滑油を供給し� ��前記冷却油回収配管は、前記熱交換器と連� ��して潤滑油を回収する。

 また本発明によれば、大型産業機械の駆� ��機構を駆動する電動モータを冷却するため� ��電動モータ冷却方法であって、前記電動モ� ��タとして液冷式電動モータを使用し、送り� ��油配管を介して前記駆動機構に加圧された� ��滑油を供給し、戻り側油流路を介して前記� ��動機構からの潤滑油を回収し、前記送り側� ��配管を流れる潤滑油の一部又は全部を液冷� ��電動モータに供給し、液冷式電動モータを� ��却する、ことを特徴とする大型産業機械の� ��動モータ冷却方法が提供される。

 上記本発明の構造と方法によれば、電動� ��ータで駆動される駆動機構と、該駆動機構� ��潤滑油を循環させて供給する潤滑油循環装� ��とを備えた大型産業機械を対象とするので� ��液冷式電動モータを前記電動モータとして� ��用し、潤滑油循環装置の送り側油配管から� ��冷式電動モータに潤滑油を循環させて供給� ��ることにより、駆動機構の潤滑のための送� ��側油配管を利用して、潤滑油循環装置で循� ��させる潤滑油の一部又は全部を電動モータ� ��却用の冷媒として使用することができる。

 従って、新たな配管設備を追加せずに液冷� ��電動モータを採用でき、機械構造が複雑化� ��たり製作困難になったり保守が困難になる� ��とを避けることができる。特にプレス機械� ��アプライトのように、断面積が小さく機械� ��体の構造強度を低下させずに配管設備を追� ��する余裕の乏しい構造を有する機械の場合� ��有効である。

 以下、本発明の好ましい実施形態を図面� ��参照して説明する。なお各図において、共� ��する部分には同一の符号を付し、重複した� ��明は省略する。

 図4は、本発明の第1実施形態の冷却構造� �備えた大型産業機械の全体構成図である。� �の図において、大型産業機械はプレス機械� �あるが、本発明はこれに限定されず、その� �の大型産業機械であってもよい。

 図4において、10は大型産業機械であるプ� ��ス機械、12は駆動機構、13はスライド、14は� ��ラウン、15はベッド、16はアプライト、30は� ��冷式電動モータである。

 プレス機械10において、液冷式電動モータ30 は駆動機構12を介してスライド13を上下に駆� �する。液冷式電動モータ30は、潤滑油で直接 又は間接的に冷却される電動モータである。
 駆動機構12は液冷式電動モータ30の回転運動 をスライド13の上下運動に変換するもので、� ��ランク、クランクレス、リンク、ナックル� ��などの方式がある。

 液冷式電動モータ30はプレス機械10の上部構 造物であるクラウン14に設置され、クラウン1 4とプレス機械10の下部構造物であるベッド15� ��の間は、柱状の構造物であるアプライト16� �より保持されている。
 アプライト16の本数は、プレス機械10の大き さやプレス成形能力に応じてさまざまである が、4本であることが多い。クラウン14、ベッ ド15、アプライト16は、プレス成形時に発生� �る大荷重を支えるため、厚板や補強材で構� �されている。

 本発明の電動モータ冷却構造は、上記の液� ��式電動モータ30と、潤滑油循環装置20を備え る。
 潤滑油循環装置20は、潤滑油タンク21、潤滑 油ポンプ22、送り側油配管23、及び戻り側油� �路24を備え、送り側油配管23を介して駆動機� ��12に加圧された潤滑油を供給し、戻り側油� �路24を介して駆動機構12からの潤滑油を回収� ��る。

 潤滑油タンク21は、駆動機構12に供給する 潤滑油を内部に保有する容器である。潤滑油 ポンプ22は、潤滑油タンク21から潤滑油を導� �し所定の圧力(例えば0.2~1.0MPa)まで加圧する� �送り側油配管23は、加圧された潤滑油を駆動 機構12に供給する。戻り側油流路24は、駆動� �構12から排出された潤滑油を自重により潤滑 油タンク21に回収するようになっている。

 プレス機械10の駆動機構12を含む各所(例� �ば、軸受け、歯車の歯先、平面状摺動部等)� ��潤滑するため、油タンク21内の潤滑油を潤� �油ポンプ22で加圧して送り出し、送り側油配 管23を通して潤滑油を駆動機構12を含むプレ� �機械1の各所に供給する。なお、図1には駆動 機構12へ潤滑油を送る送り側油配管23のみを� �しているが、潤滑が必要なその他の部位に� �滑油を送るための一つ又は複数の別の油配� �があってもよい。

 潤滑油ポンプ22は、この例では電動モータ22 aで駆動される。この電動モータ22aは、ファ� �を用いた強制空冷式の電動モータであるの� �好ましいが、潤滑油で冷却する液冷式電動� �ータであってもよい。
 戻り側油流路24の一部は、クラウン14、ベッ ド15、及びアプライト16の内側に形成された� �洞であってもよく、或いは送り側油配管23と 同様の配管であってもよい。

 図4において、潤滑油循環装置20はさらに� ��潤滑油クーラ26を備える。潤滑油クーラ26は 、空冷又は水冷の熱交換器であり、循環ポン プ26aで油タンク21から潤滑油を抜き出して潤� ��油クーラ26に供給し、ここでファンによる� �制空冷、または冷却水による水冷により潤� �油を冷却し、冷却された潤滑油を油タンク21 に戻すことにより、油タンク21内の潤滑油の� ��度を適正な温度範囲に保持するようになっ� ��いる。

 なお、潤滑油クーラ26は必須ではなく、� �滑油タンク21、送り側油配管23、及び戻り側� ��流路24における放熱で油タンク21内の潤滑油 の温度を適正な温度範囲に保ってもよい。

 図4において、本発明の冷却構造はさらに、 冷却油供給配管32と冷却油回収配管34を有す� �。
 図4の構成において、送り側油配管23は、途� ��で分岐して、送り側油配管23を流れる潤滑� �のうち、一部が冷却油供給配管32に供給され 、残りの少なくとも一部が駆動機構12に供給� ��れる。
 この例では、送り側油配管23は、駆動機構12 に供給する潤滑油の一部を分岐する分岐管23a を有する。また、冷却油供給配管32は、分岐� ��23aと液冷式電動モータ30とを連通しており� �潤滑油を送り側油配管23から液冷式電動モー タ30に供給する。なお必要に応じて、冷却油� ��給配管32に絞り、オリフィス等を設けて流� �を調節するのがよい。

 冷却油回収配管34は、液冷式電動モータ30か らの潤滑油を回収するための配管である。図 4の構成例において、冷却油回収配管34は、戻 り側油流路24と液冷式電動モータ30とを連通� �、液冷式電動モータ30からの潤滑油を戻り側 油流路24に戻す。
 駆動機構12を含む各所に供給されたその他� �潤滑油は、戻り側油流路24を通って油タンク 21へ回収される。
 この構成により、油タンク21内で適正な温� �範囲に保たれた潤滑油を液冷式電動モータ30 に供給することができ、液冷式電動モータ30� ��効果的に冷却することができる。

 図5は、本発明の第2実施形態の冷却構造を� �えた大型産業機械の全体構成図である。
 本発明は上記第1実施形態に限定されず、冷 却油供給配管32は、送り側油配管23と連通し� �おり、送り側油配管23を流れる潤滑油の全部 を液冷式電動モータ30に供給する構成であっ� ��もよい。
 図5の例では、送り側油配管23が、駆動機構1 2に供給する潤滑油の全部を分岐する分岐管23 bを有し、冷却油供給配管32が、この分岐管23b と液冷式電動モータ30とを連通して駆動機構1 2に供給する潤滑油の全部を液冷式電動モー� �30に供給するように構成されている。

 冷却油回収配管34は、液冷式電動モータ30か らの潤滑油を回収するための配管であり、本 実施形態の場合、駆動機構12と液冷式電動モ� ��タ30とを連通し液冷式電動モータ30からの潤 滑油を駆動機構12に供給する。このため、駆� ��機構12は、液冷式電動モータ30を冷却した後 の潤滑油で潤滑される。
 この構成により、液冷式電動モータ30に供� �する潤滑油の流量が少ない場合でも、液冷� �電動モータ30を効果的に冷却することができ る。
 なおその他の構成は第1実施形態と同様であ る。

 上述した構成において、液冷式電動モー� ��30は電力を供給されて回転するため発熱す� �。送り側油配管23を通って液冷式電動モータ 30へ供給された潤滑油は、液冷式電動モータ3 0を冷却し、戻り側油流路24を通って潤滑油タ ンク21へ戻る。

 液冷式電動モータ30を冷却するために潤� �油は加熱されるが、戻り側油流路24を流れ、 潤滑油タンク21に滞留している間に、潤滑油� ��自然放熱により冷却される。自然放熱によ� ��冷却された潤滑油は、ふたたび潤滑油ポン� ��22によって送り側油配管23を経由して液冷式 電動モータ30へ送り出され液冷式電動モータ3 0を冷却する。以上を繰り返すことにより、� �冷式電動モータ30の冷却が継続的に行われる 。

 図6Aは、液冷式電動モータ30の第1実施形� �を示す図である。図6Bは、液冷式電動モータ 30の第2実施形態を示す図である。図6Cは、液� ��式電動モータ30の第3実施形態を示す図であ� ��。

 図6Aにおいて、液冷式電動モータ30は、潤 滑油で内部を直接冷却又は間接冷却により冷 却する油冷式電動モータである。ここで、「 直接冷却」とは、潤滑油で電動モータの構成 部品(固定子、回転子、コイル等)を直接的に� ��却する方式であり、「間接冷却」とはこれ� ��をジャッケット等を介して間接的に冷却す� ��方式である。絶縁性の潤滑油を用いること� ��より、直接冷却が可能である。

 図6Aの例では、流量調節弁35a、温度検出器35 b、および温度制御器35cを備える。
 流量調節弁35aは、冷却油供給配管32に設け� �れ潤滑油の流量を調節する。温度検出器35b� �、冷却油回収配管34に設けられ潤滑油の温度 を検出する。温度制御器35cは、流量調節弁35a を制御し、温度検出器35bによる検出温度を所 定の温度範囲内に調節する。
 この構成により、液冷式電動モータ30を適� �な温度範囲に制御することができる。

 図6Bにおいて、液冷式電動モータ30は、潤 滑油で内部を直接又は間接的に冷却する油冷 式電動モータである。また、この例では、流 量調節弁36a、温度検出器36b、および温度制御 器36cを備える。

 流量調節弁36aは、冷却油供給配管32に設け� �れ潤滑油の流量を調節する。温度検出器36b� �、油冷式電動モータ30に設けられ油冷式電動 モータ内の温度(例えばハウジング又は固定� �の温度)を検出する。温度制御器36cは、流量� ��節弁36aを制御し、温度検出器36bによる検出� ��度を所定の温度範囲内に調節する。
 この構成により、液冷式電動モータ30のハ� �ジング又は固定子の温度を適正な温度範囲� �制御することができる。

 温度制御器35c、36cとしては電子回路やプ� ��グラマブル制御器を使用することが可能で� ��り、流量調節弁35a、36aとしてソレノイドや� ��ータで弁を開閉するもの、温度検出器35b、3 6bとしては抵抗測温体やサーミスタを使用で� ��る。また、温度検出器35b、36bとして密閉し� ��液体の蒸気圧が温度によって変化すること� ��利用し、蒸発した液体を配管によってベロ� ��ズへ導き、ベローズの変形によって流量調� ��弁を開閉する機械的な方法もある。

 また、液冷式電動モータ30の発熱が著し� �のは、モータが回転しトルクを発生すると� �であるから、温度検出器35b,36bを省略し、モ� ��タの回転を検出して、もしくはモータの制� ��装置が回転を指令していることを検出して� ��量調節弁35a,36aを開くように温度制御器35c,36 cを構成してもよい。

 図6Cにおいて、液冷式電動モータ30は、冷 却水を潤滑油で間接的に冷却する熱交換器37� ��有し、冷却水で内部を間接的に冷却する水� ��式電動モータである。また、この例では冷� ��油供給配管32は、熱交換器37と連通して送り 側油配管23から潤滑油を供給し、冷却油回収� ��管34は、熱交換器37と連通して潤滑油を回収 する。

 熱交換器37は、液-液の熱交換器であり、� ��却水循環配管38を通して循環ポンプ38aで冷� �水を熱交換器37内に循環して供給し、ここで 潤滑油により冷却水を冷却し、冷却された冷 却水を液冷式電動モータ30に戻すことにより� ��液冷式電動モータ30の温度を適正な温度範� �に保持するようになっている。

 上述した装置を用い、本発明の大型産業� ��械の電動モータ冷却方法では、液冷式電動� ��ータ30を、駆動機構12を駆動する電動モータ として使用し、送り側油配管23を介して駆動� ��構12に加圧された潤滑油を供給し、戻り側� �流路24を介して駆動機構12からの潤滑油を回� ��し、送り側油配管23を流れる潤滑油の一部� �は全部を液冷式電動モータ30に供給し、液冷 式電動モータ30を冷却する。

 上述した本発明の構造と方法によれば、� ��動モータ30で駆動される駆動機構12と、駆動 機構12に潤滑油を循環させて供給する潤滑油� ��環装置20とを備えた大型産業機械10を対象と するので、液冷式電動モータ30を電動モータ� ��して使用し、潤滑油循環装置20の送り側油� �管23から液冷式電動モータ30に潤滑油を循環� ��せて供給することにより、駆動機構12の潤� �のための送り側油配管23を利用して、潤滑油 循環装置20で循環させる潤滑油の一部又は全� ��を電動モータ冷却用の冷媒として使用する� ��とができる。

 従って、新たな配管設備を追加せずに液� ��式電動モータ30を採用でき、機械構造が複� �化したり製作困難になったり保守が困難に� �ることを避けることができる。特にプレス� �械のアプライト16のように、断面積が小さく 機械自体の構造強度を低下させずに配管設備 を追加する余裕の乏しい構造を有する機械の 場合に有効である。

 なお、本発明は上述した実施形態に限定� ��れず、本発明の要旨を逸脱しない範囲で種� ��に変更することができることは勿論である� ��例えば、本発明はプレス機械に限定されず� ��その他の大型産業機械にも同様に適用する� ��とができる。