(57)【要約】【課題】コイルの冷却に要する電力量を抑えることができるモータを提供する。【解決手段】モータ１は、固定子鉄心にコイル３１を巻回してなる固定子と、固定子の内周側に配設されるとともに固定子から発生する回転磁界によって回転する回転子とを備える。そして、モータ１は、コイル３１を取り囲むように設けられた冷却通路３２ａを流れる冷却水によって冷却される。また、冷却水には、回転磁界によってコイル３１側に吸引されつつ回転磁界の回転方向に沿って冷却通路３２ａ内を移動する磁石材４０が含まれている。【選択図】図２
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
固定子鉄心にコイルを巻回してなる固定子と、該固定子の内周側に配設されるとともに前記固定子から発生する回転磁界によって回転する回転子とを備え、前記コイルを取り囲むように設けられた冷却通路を流れる冷却液によって冷却されるモータであって、
前記冷却液に、前記回転磁界によって前記コイル側に吸引されつつ回転磁界の回転方向に沿って冷却通路内を移動する移動体が含まれているモータ。
【請求項２】
前記移動体は永久磁石からなる請求項１に記載のモータ。
【請求項３】
前記固定子鉄心から露出した前記コイルのコイルエンドは被覆部によって被覆されているとともに、該被覆部に前記冷却通路が形成されている請求項１又は請求項２に記載のモータ。
【請求項４】
前記移動体において前記コイルへの吸引側と反対側には浮力材が設けられている請求項１〜請求項３のうちいずれか一項に記載のモータ。
【請求項５】
前記冷却通路において前記コイル側と反対側には冷却通路における冷却液の流れる方向へ延びるガイドレールが設けられ、前記移動体において前記コイルへの吸引側と反対側は前記ガイドレールに連結されるとともに前記ガイドレールに沿って移動可能である請求項１〜請求項４のうちいずれか一項に記載のモータ。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、冷却液によって冷却されるモータに関する。
【背景技術】
【０００２】
一般的に、モータは、固定子鉄心に巻回されたコイルに電流を流し、固定子に回転磁界を発生させることで回転子を回転させている。このため、コイルには熱が発生するため、コイルを冷却可能とするモータが提案されている（例えば、特許文献１参照）。
【０００３】
特許文献１に記載のモータは、固定子を固定するハウジングに冷媒流入孔を設け、コイルエンドを被覆する樹脂モールド部に前記冷媒流入孔と連通する冷媒流路を設けている。また、モータには冷却液を貯留したタンクが配管を介して接続されている。さらに、配管の途中には、タンクから冷却液を移送するポンプが設けられている。そして、モータの運転時には、ポンプによって移送された冷却液が、前記冷媒流入孔から冷媒流路へ供給される。すると、冷媒流路を流通する冷却液によってコイルが冷却される。
【特許文献１】特開２００５−３５４８２１号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
ところが、コイルを冷却可能とするモータにおいて、冷却液はポンプによってタンクから汲み上げられ移送される。すなわち、コイルを冷却するためにはポンプを稼動させるための電力が必要である。
【０００５】
本発明は、前記の問題に鑑みてなされたものであって、その目的は、コイルの冷却に要する電力量を抑えることができるモータを提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【０００６】
請求項１に記載の発明は、固定子鉄心にコイルを巻回してなる固定子と、該固定子の内周側に配設されるとともに前記固定子から発生する回転磁界によって回転する回転子とを備え、前記コイルを取り囲むように設けられた冷却通路を流れる冷却液によって冷却されるモータであって、前記冷却液に、前記回転磁界によって前記コイル側に吸引されつつ回転磁界の回転方向に沿って冷却通路内を移動する移動体が含まれていることを要旨とする。
【０００７】
この構成によれば、コイルに電流を流した時、固定子に回転磁界が発生し、冷却通路内の移動体は、回転磁界から発生する磁力によってコイル側に吸引された状態で冷却通路内を回転磁界の回転方向へ移動する。そして、移動体が移動することで冷却液が押され、冷却通路内には、回転磁界の回転方向へ沿った冷却液の流れが形成される。したがって、モータの駆動のためにコイルへ電流を流すことにより、冷却通路内に冷却液を流すことができる。したがって、例えば、ポンプを用いて冷却液を冷却通路に流し、コイルを冷却する場合に比してコイルの冷却に要する電力を抑えることができる。
【０００８】
請求項２に記載の発明は、請求項１に記載の発明において、前記移動体は永久磁石からなることを要旨とする。
この構成によれば、回転磁界から発生する磁力によって移動体をコイル側へ確実に吸引させることができる。したがって、回転磁界によって、移動体を回転方向へ確実に移動させることができ、移動体によって冷却液を押すことができる。
【０００９】
請求項３に記載の発明は、請求項１又は請求項２に記載の発明において、前記固定子鉄心から露出した前記コイルのコイルエンドは被覆部によって被覆されているとともに、該被覆部に前記冷却通路が形成されていることを要旨とする。
【００１０】
コイルエンドが固定子鉄心から露出したままでは、固定子鉄心内のコイルのように固定子鉄心を介した放熱が行われず、コイルエンドの放熱性が悪く、高温になりやすい。この構成によれば、コイルエンドに被覆部を設け、被覆部に冷却通路を設けることで冷却液によってコイルエンドを冷却でき、コイルエンドを効率よく冷却することができる。  請求項４に記載の発明は、請求項１〜請求項３のうちいずれか一項に記載の発明において、前記移動体において前記コイルへの吸引側と反対側には、浮力材が設けられていることを要旨とする。
【００１１】
この構成によれば、移動体に浮力が作用するため、移動体のうち浮力材が設けられている側は、常に上方を向いている。そのため、移動体におけるコイルへの吸引側が、移動体が冷却通路内を移動している時に変わることはないため、例えば、移動体が平板状である場合に、移動体におけるコイルへの吸引側が、一端部から他端部へ、又は他端部から一端部へと入れ替わることはない。したがって、移動体に対して浮力材を設けるだけで、移動体が回転することを抑制できる。
【００１２】
請求項５に記載の発明は、請求項１〜請求項４のうちいずれか一項に記載のモータにおいて、前記冷却通路において前記コイル側と反対側には冷却通路における冷却液の流れる方向へ延びるガイドレールが設けられ、前記移動体において前記コイルへの吸引側と反対側は前記ガイドレールに連結されるとともに前記ガイドレールに沿って移動可能であることを要旨とする。
【００１３】
この構成によれば、移動体のうちコイルへの吸引側と反対側はガイドレールと機械的に連結しているため、例えば、移動体が平板状であった場合に、移動体の一端部と他端部とでコイルへの吸引側が入れ替わることはない。したがって、移動体の姿勢は保持され、移動体が回転することを確実に回避することができる。
【発明の効果】
【００１４】
本発明によれば、コイルの冷却に要する電力量を抑えることができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１５】
以下、本発明をフォークリフトの駆動源として用いられるモータに具体化した一実施形態を図１〜図４に従って説明する。
図１に示すように、モータ１は、円筒状のハウジング２によって固定子３の外周面が覆われるようにして固定子３及び回転子４を内部に収容している。ハウジング２は、ベアリング１０を介して回転軸２０を支持するとともに、例えばアルミニウム合金等の非磁性体によって形成されている。
【００１６】
前記固定子３は、前記ハウジング２の内周に固定されている。固定子３は、円環状の固定子鉄心３０と、固定子鉄心３０に巻回されているコイル３１とから構成されている。前記コイル３１は、銅からなる複数相の巻線が固定子鉄心３０の軸方向に沿って巻回されることで構成されている。コイル３１において、固定子鉄心３０の軸方向両端から露出したコイルエンド３１ａは、被覆部としての樹脂モールド部３２によって被覆されている。
【００１７】
樹脂モールド部３２は、略円環状に形成されるとともに、コイル３１と熱膨張係数が同様の樹脂（例えば、ポリエステルイミド）から構成されている。なお、樹脂モールド部３２を構成する樹脂は、耐熱性及び絶縁性を有している。そして、軸方向における固定子鉄心３０の両側の樹脂モールド部３２において、コイルエンド３１ａの外周側を取り囲む位置には、樹脂モールド部３２の軸方向に沿ってらせん状に延びる冷却通路３２ａが形成されている。
【００１８】
冷却通路３２ａは、モータ１の外側に向かって開口する冷却水流入孔及び冷却水流出孔を備え、冷却水流入孔には冷却水供給パイプ５ａが接続されるとともに、冷却水流出孔には冷却水戻しパイプ５ｂが接続されている。すなわち、冷却通路３２ａは、冷却水供給パイプ５ａ及び冷却水戻しパイプ５ｂを介してフォークリフトの内部に搭載された冷却水タンク６と連通している。冷却水供給パイプ５ａは、冷却水タンク６から流出し、モータ１を冷却する冷却水を冷却通路３２ａへ導くパイプであり、冷却水戻しパイプ５ｂは、冷却通路３２ａから排出され、モータ１の冷却を行った冷却水を冷却水タンク６へ戻すパイプである。
【００１９】
前記回転子４は、固定子３の内側に配設され、回転軸２０の軸線周りに回転可能とされている。図２に示すように、回転子４は、前記回転軸２０と、回転軸２０の周面上に装着された回転子鉄心２１と、回転子鉄心２１の外周部に装着されたＳ極磁石２２及びＮ極磁石２３とからなる。Ｓ極磁石２２及びＮ極磁石２３は、回転子鉄心２１の周方向に交互に２つずつ設けられている。そして、回転子４は、固定子３のコイル３１に交流電流が供給された時、固定子３から発生する回転磁界によって、一定方向（図２において矢印で示す方向。）の回転力が作用して回転する。
【００２０】
冷却通路３２ａ内には、冷却液としての冷却水が供給されるようになっている。また、冷却水内には、移動体としての磁石材４０が多数混入されている。
図３（ａ）及び（ｂ）に示すように、磁石材４０は、永久磁石からなり、正面視楕円形状であるとともに側面視平行四辺形状の板状をなす。ここで、磁石材４０において、楕円形状をなし厚み方向に対向する面を正面とする。そして、磁石材４０の長手方向において両端４０ａが冷却通路３２ａの内面３２ｂとほぼ平行な状態において、磁石材４０の正面４０ｂは、冷却通路３２ａの径方向に延びる直線（仮想線Ｌに示す。）に対して傾斜している。磁石材４０の長手方向長さＴ１は、冷却通路３２ａの直径より若干短く形成されている。また、磁石材４０の長手方向における一端部４０ｃには、発泡材からなる浮力材４１が設けられている。そして、磁石材４０は、浮力材４１の浮力により一端部４０ｃが常に上側を向くようになっている。浮力材４１は、流動する冷却水の水圧が作用しても磁石材４０が回転しない程度に磁石材４０に対して浮力を作用させることができる。
【００２１】
そして、コイル３１に電流が流れ、回転磁界が発生すると、磁石材４０は、その一端部４０ｃが上側を向いているため、磁石材４０の一端部４０ｃとは反対側の他端部４０ｄがコイル側へ吸引されるようになっている。なお、磁石材４０は、コイル３１に流される電流が大電流の時には、他端部４０ｄがコイル３１側に吸引されるが、電流が小さくなるにつれてコイル３１側から徐徐に離間するようになっている。
【００２２】
次に、前記のように構成されたモータ１の作用を説明する。
フォークリフトを駆動させるために、モータ１のコイル３１に電流が流れると、固定子３には回転磁界が発生する。すると、冷却通路３２ａ内に位置する複数の磁石材４０は、その他端部４０ｄが回転磁界によってコイル３１側へ吸引される。また、磁石材４０の一端部４０ｃには、浮力材４１が設けられているため、磁石材４０の一端部４０ｃはコイル３１側とは相反する側（図３（ａ）及び（ｂ）における上側）を向いている。すると、磁石材４０は、回転磁界の回転方向（図３（ａ）で示す矢印方向）へ移動し、このとき、一端部４０ｃが上側を向くためモータ１の上側に位置する冷却通路３２ａ内では、磁石材４０は立ち姿勢の状態で移動する。すると、冷却水は、他端部４０ｄがコイル３１側に吸引された状態の磁石材４０によって押されるため、冷却水に回転磁界の回転方向（図２で示す矢印方向）に向かう流れが形成され、冷却水は冷却通路３２ａ内を流れる。すなわち、冷却水は、ポンプがなくとも冷却通路３２ａ内で移送される。
【００２３】
モータ１を低回転／高負荷で運転する場合には、大電流（例えば、電流値が３００Ａの電流）がコイル３１に供給され、固定子鉄心３０から発生する磁力は大きくなり、磁石材４０に作用するコイル側（図３（ａ）及び（ｂ）における下側）への吸引力Ｆも大きくなる。そして、図３（ａ）及び（ｂ）に示すように、磁石材４０の他端部４０ｄは、冷却通路３２ａのコイル側（図３（ａ）及び（ｂ）における下側）へ十分に吸引される。この場合、モータ１の上側に位置する冷却通路３２ａ内では、磁石材４０は立ち姿勢となり、下側では、磁石材４０は倒れた姿勢となる。このため、磁石材４０によって冷却水を押すことができる面積は、モータ１の上側に位置する磁石材４０で大きくなり、冷却水は、磁石材４０によってより大きな力で押されるようになる。したがって、コイル３１に大電流が供給されてコイル３１の発熱量が大きくなった時には、磁石材４０によって押すことができる冷却水の量が増し、単位時間当たりの冷却水の移送量が増加する。よって、冷却水によってコイル３１から生じる熱はより多く吸収され、冷却効率が向上する。
【００２４】
また、モータ１を高回転／低負荷で運転する場合には、小電流（例えば、電流値が５０Ａの電流）がコイル３１に供給され、固定子鉄心３０に生じる磁力は小さくなるため、磁石材４０に作用するコイル３１側への吸引力Ｆも小さくなる。そして、図４（ａ）及び（ｂ）に示すように、磁石材４０の一端部４０ｃは、冷却通路３２ａのコイル側（図４（ａ）及び（ｂ）における下側）内面３２ｂから離間する。この場合、磁石材４０は、浮力材４１によって一端部４０ｃはコイル側から離間し、他端部４０ｄは上側を向いている。このため、前記大電流の場合とは異なり、冷却通路内３２ａ内のいずれであっても磁石材４０は、倒れた姿勢となっている。よって、大電流の場合に比して、磁石材４０によって冷却水を押すことができる面積は小さくなり、磁石材４０による冷却水に対しての抵抗は小さくなる。ここで、コイル３１に供給される電流が小電流の場合、モータ１は高回転で回転するため磁石材４０が冷却水を押すことによって生じる機械損が大きくなる虞は高いが、冷却水を押す磁石材４０の面積を小さくすることで、モータ１が高回転で回転しても機械損が大きくなることは抑制される。
【００２５】
この実施の形態では、以下の効果が得られる。
（１）モータ１において、樹脂モールド部３２には冷却通路３２ａが形成され、この冷却通路３２ａ内の冷却水には磁石材４０が含まれている。そして、コイル３１に発生する回転磁界によって磁石材４０は回転方向へ移動するため、冷却水は、磁石材４０によって押されることとなる。したがって、モータ駆動のためのコイル３１への電流供給により、冷却水を移送することができ、ポンプを設けなくとも冷却水の移送を行うことができるため、コイル３１の冷却に要する電力を抑えることができる。
【００２６】
また、モータ１が低回転／高負荷で運転されコイル３１に発生する熱量が大きい時には、冷却通路３２ａ内において冷却水が速やかに流れる。したがって、冷却水による冷却効率が高まり、コイル３１をより冷却することができる。
【００２７】
（２）磁石材４０の他端部４０ｄには、磁石材４０の他端部４０ｄをコイル３１側とは相反する側へ向かせる浮力材４１が設けられている。したがって、磁石材４０の一端部４０ｃと他端部４０ｄとが交互に入れ代わるように回転することは抑制され、冷却通路３２ａ内を移動しつつ冷却水を押す磁石材４０の面積が小さくなることを抑制することができる。
【００２８】
また、磁石材４０に対して浮力材４１を設けるだけで磁石材４０の回転を抑制することを容易に実現することができる。
（３）樹脂モールド部３２には、コイルエンド３１ａを避けつつ延びる冷却通路３２ａが形成されている。コイル３１において、コイルエンド３１ａは、固定子鉄心３０内の部位に比べて放熱性が悪い。しかし、冷却通路３２ａを樹脂モールド部３２に形成すれば、コイルエンド３１ａの近くに冷却通路３２ａを配置することできるため、冷却水によってコイルエンド３１ａを効果的に冷却することができる。
【００２９】
（４）コイルエンド３１ａを被覆する樹脂モールド部３２は、熱膨張係数がコイル３１の熱膨張係数と同様の樹脂からなる。したがって、電流がコイル３１に供給されて熱膨張した際、樹脂モールド部３２は少なくともコイル３１の熱膨張よりも大きく熱膨張するため、樹脂モールド部３２に応力が生じて割れることは抑制される。
【００３０】
（５）樹脂モールド部３２は、略円環状に形成されるとともに、冷却通路３２ａが樹脂モールド部３２の外周に沿ってらせん状に延びるように形成されている。したがって、樹脂モールド部３２に形成されている冷却通路３２ａを一続きの通路としたうえで、樹脂モールド部３２における冷却通路３２ａの長さを延ばすことができる。よって、冷却通路３２ａを流通する冷却液の量を増加させることができ、コイル３１に対する冷却効率を上げることができる。
【００３１】
実施の形態は、前記に限定されるものではなく、例えば、次のように具体化してもよい。
○  磁石材４０の一端部４０ｃに設けられた浮力材４１の代わりに、他の構成によって磁石材４０の一端部４０ｃをコイル３１への吸引側とは反対側へ向かせてもよい。例えば、図５（ａ）及び（ｂ）に示すように、冷却通路３２ａのうちのコイル３１側とは反対側に磁石材４０の一端部４０ｃと係合可能なガイドレール５０を設けてもよい。ガイドレール５０は、側断面視エの字状に形成されるとともに、回転磁界の回転方向に沿って延びている。そして、磁石材４０の一端部４０ｃは、ガイドレール５０と連結され、他端部４０ｄは、回転磁界から発生する磁力によってコイル３１側へ引き付けられているため、磁石材４０は、冷却通路３２ａ内で立った姿勢が保持された状態で冷却通路３２ａ内を移動することができる。そして、ガイドレール５０による磁石材４０の姿勢保持は、磁石材４０とガイドレール５０との機械的な連結によって行われているため、磁石材４０が回転することを確実に回避することができる。
【００３２】
○  浮力材４１を構成する材料は、発泡材でなくともよい。浮力材４１を構成する材料は、冷却液の比重よりも比重が小さく、磁石材４０に設けることが可能な材料であれば、どのような材料でもよい。例えば、磁石材４０の他端部４０ｄに所定量の空気を充填し、磁石材４０の他端部４０ｄに充填された空気を浮力材４１として構成してもよい。
【００３３】
○  磁石材４０に設けられている浮力材４１を省略してもよい。この場合、例えば、磁石材４０の一端部４０ｃをＳ極部、磁石材４０の他端部４０ｄをＮ極部として構成すればよい。このように構成すれば、回転磁界が発生している時において磁石材４０が固定子鉄心３０のＳ極部と対応する位置に存在している場合、一端部４０ｃに反発力が作用して一端部４０ｃはコイル３１への吸引側とは反対側を向く。また、回転磁界が発生している時において磁石材４０が固定子鉄心３０のＮ極部と対応する位置に存在している場合、他端部４０ｄに反発力が作用して他端部４０ｄは冷却通路３２ａのコイル３１への吸引側とは反対側を向く。
【００３４】
○  モータ１と冷却水タンク６との間、すなわち、冷却水供給パイプ５ａ又は冷却水戻しパイプ５ｂに冷却水を移送するポンプを設け、ポンプによる力と磁石材４０による冷却水を押す力とで、冷却水を移送してもよい。この場合、磁石材４０の冷却水を押す力によって、ポンプによる冷却水の移送を補助することができるため、消費電力の少ない小型のポンプにすることができる。又は、ポンプによって冷却水の流動を開始させた後は、コイル３１への通電に伴う磁石材４０の移動によって冷却水を移送させてもよく、この場合、冷却水の流動開始後は、ポンプを停止させる。
【００３５】
○  冷却液として用いるのは、冷却水でなくてもよい。例えば、冷却液として冷却油を用いてもよい。
○  冷却通路３２ａは、コイルエンド３１ａや固定子鉄心３０のような電流を通す部位に至らなければ、どのように延ばしてもよい。例えば、コイル３１を取り囲むような円環状の冷却通路３２ａを複数設けてもよい。
【００３６】
○  冷却通路３２ａを設ける位置を変更してもよい。例えば、コイル３１を取り囲むようにして冷却通路３２ａをハウジング２に設けてもよいし、コイル３１を取り囲むようにして冷却通路３２ａを樹脂モールド部３２とハウジング２との両方に設けてもよい。
【００３７】
○  冷却水供給パイプ５ａの途中にラジエータを設け、冷却水タンク６から流出された冷却水がラジエータを経由して冷却通路３２ａへ流入するように変更してもよい。この場合、ラジエータで冷却された冷却水が冷却通路３２ａへ流入するため、モータ１をより冷却することができる。
【００３８】
○  磁石材４０の磁石の強さについては、固定子３に回転磁界が発生した時に磁石材４０に対して作用する吸引力Ｆによって磁石材４０の他端部４０ｄが冷却通路３２ａのコイル３１側の内面に吸引される程度に設定すればよい。したがって、例えば、磁石材４０の磁石の強さを、コイル３１に流される電流が大電流であれ、小電流であれ、磁石材４０の他端部４０ｄが冷却通路３２ａのコイル３１側の内面３２ｂに吸引される程度の強さに設定してもよい。
【００３９】
○  移動体を構成する物質を変更してもよい。例えば、永久磁石からなる磁石材４０の代わりに、移動体として超伝導体を用いてもよい。この場合には、超伝導体が磁力を有するように設定し、回転磁界が発生した際に超伝導体に作用する反発力を利用することで、超伝導体を冷却通路３２ａ内で立ち姿勢のまま移動させる。
【００４０】
○  コイルエンド３１ａを被覆する被覆部を構成する材料は、その熱膨張係数が樹脂モールド部３２の熱膨張係数がコイル３１の熱膨張係数より大きい熱膨張係数であり、なおかつ、耐熱性及び絶縁性を有していれば、その他については特に限定されない。例えば、熱膨張係数がコイルの熱膨張係数以上であり、なおかつ、耐熱性及び絶縁性を有するセラミックによって被覆部を構成してもよい。
【００４１】
○  被覆部を構成する材料の熱膨張係数は、コイル３１の熱膨張係数以上であればよく、コイル３１の熱膨張係数と同様でなくてもよい。したがって、被覆部を構成する材料の熱膨張係数は、コイル３１の熱膨張係数より大きくてもよい。
【００４２】
○  移動体の形状を変更してもよい。例えば、移動体の形状を球状や楕円球状に変更してもよい。
○  モータ１は、どのような用途に使用してもよい。例えば、ハイブリッド自動車の動力源としてモータ１を使用してもよい。
【図面の簡単な説明】
【００４３】
【図１】本実施形態におけるモータの模式側断面図。
【図２】本実施形態におけるモータのＡ−Ａ線模式断面図。
【図３】（ａ）コイルに大電流が供給されている時の冷却通路内の磁石材を示す側面図。（ｂ）コイルに大電流が供給されている時の冷却通路内の磁石材を示す正面図。
【図４】（ａ）コイルに小電流が供給されている時の冷却通路内の磁石材を示す側面図。（ｂ）コイルに小電流が供給されている時の冷却通路内の磁石材を示す正面図。
【図５】（ａ）別の実施形態における冷却通路内の磁石材を示す側面図。（ｂ）別の実施形態における冷却通路内の磁石材を示す正面図。
【符号の説明】
【００４４】
１…モータ、２…ハウジング、３…固定子、４…回転子、２１…回転子鉄心、３０…固定子鉄心、３１…コイル、３１ａ…コイルエンド、３２…被覆部としての樹脂モールド部、３２ａ…冷却通路、４０…移動体としての磁石材、４０ｃ…一端部、４０ｄ…他端部、４１…浮力材、５０…ガイドレール。
【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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