(57)【要約】【課題】アキシャルギャップモータの冷媒性能を向上させる。【解決手段】回転軸に固定されるロータと、ロータと軸方向に沿って対向するステータと、冷却冷媒を流す流路を形成する流路形成体と、ロータとステータを収納し、流路形成体を保持するハウジングと、を備え、流路形成体は、軸方向と対向するハウジングの第１面に設けられる流入口と、流入口からロータの径方向の側部を通る流路部と、流路部と繋がり、軸方向においてロータよりもステータの近くに設けられる排出口と、を形成するアキシャルギャップモータ。【選択図】図２
2015226376.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
回転軸に固定されるロータと、
前記ロータと軸方向に沿って対向するステータと、
冷却冷媒を流す流路を形成する流路形成体と、
前記ロータと前記ステータを収納し、前記流路形成体を保持するハウジングと、を備え、
前記流路形成体は、
軸方向と対向する前記ハウジングの第１面に設けられる流入口と、
前記流入口から前記ロータの径方向の側部を通る流路部と、
前記流路部と繋がり、前記軸方向において前記ロータよりも前記ステータの近くに設けられる排出口と、
を形成するアキシャルギャップモータ。
【請求項２】
請求項１において、
前記排出口は、軸方向の噴出力及び軸方向と垂直方向の噴出力を生じさせるアキシャルギャップモータ。
【請求項３】
請求項１乃至２のいずれかにおいて、
前記流路形成体の断面形状が矩形状をしており、
前記流路形成体の前記ステータと対向する面に冷却媒体供給孔が開口しているアキシャルギャップモータ。
【請求項４】
請求項１乃至３のいずれかにおいて、
前記ロータは、前記ステータを挟んで軸方向に対向して配置される第１ロータ及び第２ロータと、により構成され、
前記ステータは、
コアと、
前記コアを支持する支持部材と、
軸方向に対して前記第１ロータに近い側の前記支持部材の側方に配置される第１コイルと、
軸方向に対して前記第２ロータに近い側の前記支持部材の側方に配置される第２コイルと、により構成され、
前記流路部は、
前記第１ロータの径方向の側部を通る第１流路部と、
前記第２ロータの径方向の側部を通る第２流路部と、により構成され、
前記排出口は、
前記第１流路部と繋がり、軸方向において前記第１ロータよりも前記第１コイルの近くに設けられる第１排出口と、
前記第２流路部と繋がり、軸方向において前記第２ロータよりも前記第２コイルの近くに設けられる第１排出口と、
により構成されるアキシャルギャップモータ。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
アキシャルギャップモータに関する。
【背景技術】
【０００２】
アキシャルギャップモータは、円板状のロータとこれと対向して置かれたステータから構成される。ロータは、平板状の永久磁石を円周方向に複数個配置し、ステータは、コアとコイルとからなる電磁石を円周方向に複数個配置している。ロータは、シャフトに取付けられている。シャフトはエンドブラケットに取付けられた軸受けにより支持されている。ステータは、外周側でハウジングに保持されている。ハウジングはエンドブラケットに結合されている。全閉型のアキシャルギャップモータの場合には、ハウジングとエンドブラケットとにより全方向を覆われている。
【０００３】
アキシャルギャップモータでは、体格当たりのトルクを大きくするためにステータの両側を２枚のロータではさみ、ステータの両側にギャップ面を形成した２ロータ１ステータの構成を為す。
【０００４】
アキシャルギャップモータでの損失の多くは電磁石を構成するコイルやコアで発生する。損失は熱となり熱伝導によりコア、コア支持部材これと接するハウジングへ伝えられ、最終的には外気に放熱される。これとは別の経路として内部の気体の熱伝達によりステータからロータへ熱が伝えられる。ロータ、シャフトに伝えられた熱は、熱伝導によりベアリングそしてエンドブラケットに伝えられ、一部は、熱伝達によりハウジングに伝えられ最終的には外気に放熱される。放熱されなかった熱により、ステータとロータの温度が上昇する。ロータの磁石温度が上昇すると磁力が低下し、アキシャルギャップモータの効率が低下する。
【０００５】
アキシャルギャップモータを、例えばハイブリッド自動車に搭載する場合には、大きなトルクが必要となる。トルクの増大に伴い、コイルに流れる電流も増し、コイルとコアで発生する熱が大きくなる。そのため、従来の熱伝導によりハウジングから周囲の空気へ放熱して冷却するだけでは、充分にアキシャルギャップモータの冷却を行うことができない。
【０００６】
そこで、冷却媒体をステータに直接供給して冷却媒体の熱伝達を利用し冷却を促進し、この温度上昇を抑制することが必要である。しかし、アキシャルギャップモータの回転時には、ロータの回転数やロータの直径にもよるが数十ｍ／ｓの気流が発生する。単に冷却冷媒を供給しただけでは、この気流により供給された冷却媒体は飛散し、冷却すべき所望の場所に供給することができない。
【０００７】
アキシャル型回転電機の固定子の冷却に冷却媒体を用いるものとしては、特許文献１に示すものがあり、ハウジングを貫通する冷却媒体供給管にてロータとステータに冷却媒体を供給して冷却を行っている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００８】
【特許文献１】特開２０１２−２５３８９９号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００９】
特許文献１の冷却方式では、以下のような課題がある。ロータが高速回転する場合には、ステータに供給する冷却媒体をロータと対向する面に供給しているためロータにより発生する気流の影響により、冷却媒体が飛散しステータの冷却すべき場所に適切に供給できない。さらに、ロータの冷却用の冷却媒体をロータの側面に向かって噴出させて供給するため、ロータにより発生する気流により飛散される。このため、ステータとロータの冷却性能が低下する。
【００１０】
本発明の課題は、アキシャルギャップモータの冷媒性能を向上させることである。
【課題を解決するための手段】
【００１１】
上記課題を解決するための本発明の特徴は、例えば以下の通りである。
【００１２】
回転軸に固定されるロータと、ロータと軸方向に沿って対向するステータと、冷却冷媒を流す流路を形成する流路形成体と、ロータとステータを収納し、流路形成体を保持するハウジングと、を備え、流路形成体は、軸方向と対向するハウジングの第１面に設けられる流入口と、流入口からロータの径方向の側部を通る流路部と、流路部と繋がり、軸方向においてロータよりもステータの近くに設けられる排出口と、を形成するアキシャルギャップモータ。
【発明の効果】
【００１３】
本発明により、アキシャルギャップモータの冷媒性能を向上させることができる。上記した以外の課題、構成及び効果は以下の実施形態の説明により明らかにされる。
【図面の簡単な説明】
【００１４】
【図１】本発明の一実施形態に係るアキシャルギャップモータの外観図
【図２】図１の平面Ａの矢印方向から見た断面図
【図３】エンドブラッケットに設けられた冷却媒体供給管の斜視図
【図４】本発明の一実施形態に係る冷却媒体供給管の断面図
【図５】本発明の一実施形態に係る冷却媒体供給管の断面図
【図６】本発明の一実施形態に係るアキシャルギャップモータの分解斜視図
【発明を実施するための形態】
【００１５】
以下、図面等を用いて、本発明の実施形態について説明する。以下の説明は本発明の内容の具体例を示すものであり、本発明がこれらの説明に限定されるものではなく、本明細書に開示される技術的思想の範囲内において当業者による様々な変更および修正が可能である。また、本発明を説明するための全図において、同一の機能を有するものは、同一の符号を付け、その繰り返しの説明は省略する場合がある。
【実施例１】
【００１６】
本実施形態では、流路形成体は、軸方向と対向するハウジングの第１面に設けられる流入口と、流入口からロータの径方向の側部を通る流路部と、流路部と繋がり、軸方向においてロータよりもステータの近くに設けられる排出口と、を形成する構成を採用している。  第一の実施例について図１から図４及び図６を用いて説明する。図１は、本実施形態のアキシャルギャップモータの外観図である。図２は、図１の平面Ａの矢印方向から見た断面図である。図３は、エンドブラケットに設けられた冷却媒体供給管の斜視図である。図４は、冷却媒体供給管の断面図である。図６は、本実施形態のアキシャルギャップモータの分解斜視図である。なお、図１に矢印で示したように紙面の上側が上方向で、紙面右方向が右方向とする。
【００１７】
図１のアキシャルギャップモータは、１ステータ２ロータ型といわれるものである。ロータ３は、ステータ２を挟んで軸方向に対向して配置される第１ロータ及び第２ロータと、により構成され、ステータ２は、コア２２と、コア２２を支持する支持部材２３と、軸方向に対して第１ロータに近い側の支持部材２３の側方に配置される第１コイルと、軸方向に対して第２ロータに近い側の支持部材２３の側方に配置される第２コイルと、により構成され、流路部は、第１ロータの径方向の側部を通る第１流路部と、第２ロータの径方向の側部を通る第２流路部と、により構成され、排出口は、第１流路部と繋がり、軸方向において第１ロータよりも第１コイルの近くに設けられる第１排出口と、第２流路部と繋がり、軸方向において第２ロータよりも第２コイルの近くに設けられる第１排出口と、により構成されている。
【００１８】
本実施形態のアキシャルギャップモータ１は、図２に示すように、円板状のロータ３とこれにギャップを介して対向したステータ２、ロータ３の内周でロータ３に接続されたシャフト４、このシャフト４を支持する軸受５、この軸受５が取り付けられたエンドブラケット６２、このエンドブラケット６２とステータ２の外周に接続されたハウジング６１とから構成されている。筐体６は、ステータ２とロータ３とを収納し、冷却冷媒供給管８を保持する円筒状のハウジング６１と、ハウジング６１の両端に取り付けられるエンドプレート６２と、から構成される。
【００１９】
ロータ３は、図示しないが磁石とこれを保持する構造材やバックヨークなどで構成されている。ロータ３は、シャフト４（回転軸）に固定されている。
【００２０】
ステータ２は、コア２２、これに巻かれたコイル２１とコア２２を支持する支持部材２３から構成されている。ステータ２は、ロータ３と軸方向に沿って対向している。ステータ２のコイル２１は、銅線またはアルミ線を用いる。コア２２は電磁鋼板やアモルファス箔を積層したものまたは圧粉磁心などの軟磁性体を用いる。ロータ３の磁石は、フェライト磁石やネオジム磁石などを用いる。
【００２１】
本実施形態では、図２に示すように冷却冷媒供給管８（流路形成体）は、エンドブラケット６２に設けられている。冷却冷媒供給管８は、冷却冷媒を流す流路を形成している。この冷却冷媒供給管８に冷却媒体を供給する出入り口は、図１に示すように、エンドブラケット６２の面に冷却媒体供給管入口８３および冷却媒体供給管出口８４として示されている。冷却媒体供給管出口８４は、軸方向の噴出力及び軸方向と垂直方向の噴出力を生じさせる。
【００２２】
図１では冷却媒体供給管入口８３が右側で、冷却媒体供給管出口８４が左側となっているが、この逆の配置、すなわち冷却媒体供給入口８３が左側で、冷却媒体供給管出口８４が右側でも機能的には問題がない。アキシャルギャップモータ１の搭載形態により適宜選択することができる。
【００２３】
図２に示すように冷却媒体供給管８は、ステータ２のコイル２１の上部であって概略半径方向外周側に配置されている。ハウジング６１の下部には、冷却媒体を回収するための冷却媒体排出口９が設けられている。
【００２４】
冷却媒体供給管８は、図３に示すように、冷却媒体供給管８の外周側曲げ半径Ｒ２から冷却媒体供給管８の内周側曲げＲ１を引いた分の厚みで形成される。また、冷却媒体供給管８は、周方向において、回転軸を中心に冷却媒体供給管の円弧の角度θの円弧状で形成される。図３のＯは、冷却媒体供給管８の曲げの円弧中心を表している。
【００２５】
図４に示されるように、冷却媒体供給管８の断面は、冷却冷媒が通る流路空間の断面が台形状となっており、傾斜面８９に、同一の直径の冷却媒体供給孔８２がほぼ等間隔で複数形成される。冷却媒体供給管８の円弧の角度（図中θで表記）は、冷却媒体供給孔８２を水平方向（図の左右方向）へ冷却媒体を供給し、冷却を効果的に行うために、概略１８０度以上の角度であることが好ましい。
【００２６】
本実施例のアキシャルギャップモータ１の動作を説明する。図に示さないインバータや交流電源を用いコイル２１に通電すると、ステータ２表面に交番磁界が形成される。この交番磁界と磁石によるロータ３の静磁界とが吸引、反発することでロータ３が回転子トルクを発生する。アキシャルギャップモータ１の外部に設置された図に示さない冷却媒体供給系から冷却媒体が冷却媒体供給管８に接続する冷却媒体供給管入口８３より供給される。この冷却媒体供給管８は、流路形成体として機能する。
【００２７】
図３および図４における距離Ｌは、軸方向における、エンドブラケット６２の内壁面６３から冷却冷媒供給孔８２までの距離である。距離Ｘは、軸方向における、エンドブラケット６２の内壁面６３からステータ２に近い側のロータ３の面３Ｓまでの距離である。冷却冷媒供給孔８２は、距離Ｌが距離Ｘよりも大きくなるように、冷却媒体供給管８に形成される。この冷却冷媒供給孔８２は、冷却冷媒の排出口として機能する。
【００２８】
このように冷却媒体供給管８が径方向におけるロータ３の側部の空間を跨いで形成されかつ冷却冷媒供給孔８２が軸方向において前記ロータよりも前記ステータの近くに設けられるので、冷却冷媒は、ロータ３により発生する気流の影響を受けずにステータ２に向かって冷却冷媒供給孔８２から噴出することができ、冷却性能を向上させることができる。
【００２９】
本実施例では、冷却媒体供給孔８２は、図４に示すように冷却媒体供給管８１の傾斜した面に直角に開口しているため、冷却媒体は軸方向とこれと直交する方向すなわち概略４５゜の角度で噴出する。噴出した冷却媒体は、ステータ２のコイル２１やコア２２そして流動により支持部材２３にも供給される。この後供給された冷却媒体の一部は、シャフト４に滴下しシャフト４の冷却を行う。
【００３０】
さらに、シャフト４の回転により発生する遠心力により冷却媒体は、ステータ２の他の位置にあるコイル２１やコア２２に輸送され、ステータ２の別の部分を冷却する。冷却媒体の別の部分は、コイル２１を伝わりステータ２の他の部分へと供給され、ステータ２の他の位置にあるコイル２１やコア２２を冷却する。
【００３１】
冷却媒体の内、冷却媒体供給孔８２から噴出しなかった部分は、冷却媒体供給管８の多端に接続し、エンドブラケット６２側面に設けられた冷却媒体供給管出口８４からアキシャルギャップモータ１の外部に設置された図に示さない冷却媒体供給系へ戻る。
【００３２】
ステータ２を冷却した冷却媒体はハウジング６１の内壁に達し、流動してハウジング６１の下部に設けられた冷却媒体排出口９からアキシャルギャップモータ１のハウジング６１の外側へと排出される。アキシャルギャップモータ１より排出された冷却媒体は冷却媒体供給系へ戻り、再度、冷却媒体供給管８よりアキシャルギャップモータ１へと供給され冷却を行う。
【００３３】
本実施形態におけるアキシャルギャップモータ１は、下記により、冷却媒体がステータ２の冷却すべき場所に適切に供給されるようになり、冷却されるため、例えば、ハイブリッド自動車や自動車に搭載することができる。
【００３４】
冷媒供給管８より噴出した冷却媒体は、ロータ３の径方向側面を越えてステータ２近傍まで延びているため、ロータ３の回転により発生した気流の影響を受けずにコイル２１とコア２２の所望の場所に到達する。
【００３５】
供給された冷却媒体は、コイル２１、コア２２とコア２２を支持する支持部材２３を流れる。この後供給された冷却媒体の一部は、シャフト４に滴下しシャフト４の冷却を行う。さらに、シャフト４の回転により冷却媒体はステータ２の別の部分に輸送され、ステータ２の別の部分を冷却する。冷却媒体の別の部分は、コイル２１を伝わりステータ２の他の部分へと供給され、ステータ２の他の部分を冷却する。このように冷却媒体が所望の場所に供給されて、冷却が適切に行われる。
【００３６】
本実施例では却媒体供給管８１の断面形状は、必ずしも台形状である必要は無く冷却媒体が輸送できるような閉じた断面形状をしていればよい。
【実施例２】
【００３７】
図５は本実施例に係る冷却媒体供給管の別の断面図である。本実施例では、冷却媒体供給管８の断面形状が矩形状をしており、ステータ２と対向する面に冷却媒体供給孔８２が開口している。このようにすると、冷却媒体が、コイル２１のコア２２に接していない外周側のコイル２１の部分や支持部材２３の外周側にも冷却媒体が直接供給でき、冷却できる。
【００３８】
本実施例では、冷却媒体供給孔８２を冷却媒体供給管８１の平坦な面に開けることができるため、冷却媒体供給孔８２の加工が行いやすいという特徴がある。
【符号の説明】
【００３９】
１…アキシャルギャップモータ
２…ステータ
３…ロータ
４…シャフト
５…軸受け
８…冷却媒体供給管
９…冷却媒体排出口
２１…コイル
２２…コア
２３…支持部材
６１…ハウジング
６２…エンドブラケット
８２…冷却媒体供給孔
８３…冷却冷媒供給管入口
８４…冷却冷媒供給管出口
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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