(57)【要約】【課題】軸方向の長さを短くした多層構造の同軸モータにおいて、内側ステータの放熱効率を高める。【解決手段】多層同軸モータは、片持ち構造の中空円柱形状の内側ステータの内側および外側とにそれぞれ内側ロータおよび外側ロータが配置されたモータである。この多層同軸モータは、内側ステータの外周面に当接するように設けられた放熱円筒１０６０と、放熱円筒１０６０の端部において、互いに当接することにより、放熱円筒１０６０をブラケット１１２０により支持するためのブラケット当接面１０６２および放熱円筒支持面１１２８と、ブラケット端部１１２２を冷却する冷却水１１２６を流す冷却水路１１２４とを含む。【選択図】　　　　図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
片持ち構造の中空円柱形状のステータの内側と外側とにそれぞれロータが配置された多層同軸回転電機であって、
前記ステータの外周面に当接するように設けられた円筒部材と、
前記円筒部材の端部において、前記円筒部材を支持するための支持手段とを含む、多層同軸回転電機。
【請求項２】
焼きばめ処理により、前記ステータの外周面に前記円筒部材が当接するように取付けられた、請求項１に記載の多層同軸回転電機。
【請求項３】
前記支持手段は、前記円筒部材の端部において、ブラケットと前記円筒部材とが当接するように支持するための手段を含む、請求項１または２に記載の多層同軸回転電機。
【請求項４】
前記回転電機は、前記ブラケットを介して、前記円筒部材から伝達された熱を冷却するための冷却手段をさらに含む、請求項３に記載の多層同軸回転電機。
【請求項５】
前記円筒部材は、非磁性体により形成された請求項１〜４のいずれかに記載の多層同軸回転電機。
【請求項６】
前記円筒部材は、磁性体により形成された請求項１〜４のいずれかに記載の多層同軸回転電機。
【請求項７】
前記円筒部材は、複数の薄板形状の中空円板を回転軸に平行な方向に積層して形成される、請求項６に記載の多層同軸回転電機。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、多層同軸回転電機の構造に関し、特に、軸方向の寸法を短くするために多層同軸のロータおよびステータを有する多層同軸回転電機の冷却構造に関する。
【０００２】
【従来の技術】
ハイブリッド車と呼ばれる、エンジンと電気モータとを駆動源とする車両に搭載される電気モータは、大きなトルクを出力でき、かつコンパクトなものが要求される。このような要求を満たす回転電機の１つとして、１つのロータとそれに対応する１つのステータとを組合せたものの複数を、同軸に配置した、いわゆる多層同軸モータがある。この多層同軸モータは、回転軸方向の長さを短くでき、その方向をコンパクトに設計できるという利点がある。このような多層同軸モータは、回転軸方向にコンパクトに設計でき、かつ高トルクを出力できるので、ハイブリッド車などの車両に搭載するのに適している。
【０００３】
この多層同軸モータは、ステータコアが複数に分割された分割コイル型ステータの内側に第１ロータが、分割コイル型ステータの外側に第２ロータが同心円にそれぞれ回転自在に配置された三層構造となっている。
【０００４】
回転電機を多層構造とすると、熱の発生源となるステータは内側に第１ロータが、外側に第２ロータがそれぞれ配置され、挟まれた構造になっていることと、ステータの両サイドはケースによって取囲まれるため、ステータからの熱がこもり易く冷却効率の面で望ましくない。
【０００５】
特開２００１−３５９２５６公報（特許文献１）は、このような多層同軸モータにおいて、ステータから発生する熱を効率よく外へ逃がすことのできる回転電機を開示する。この公報に開示された回転電機は、ステータコアが複数に分割された分割コイル型ステータと、分割コイル型ステータの内側に設けられた第１ロータと、分割コイル型ステータの外側に設けられた第２ロータとから構成される。第１ロータおよび第２ロータは、同心円状にそれぞれ回転自在に配置される。さらにこの回転電機は、分割コイル型ステータコアと分割コイル型ステータコアとの間に配置される複数の保持体と、分割コイル型ステータの両端に設けられ、複数の保持体の両端を支持するステータ支持部材とを含む。この保持体およびステータ支持部材は、非磁性体であって熱伝導性の良い材質（たとえばアルミニウムなど）により形成されている。
【０００６】
この公報に開示された回転電機によると、保持体は、ステータと接触した面を有する熱伝達手段として機能する。ステータにおいて発生した熱は、保持体を介してステータ両端のステータ支持部材に伝達される。ステータコアは、保持体およびステータ支持部材と密着し合うため、効率のよく熱伝達が行なわれるとともに、ステータ支持部材において放熱が行なわれる。
【０００７】
【特許文献１】
特開２００１−３５９２５６公報
【０００８】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、上述の公報に開示された回転電機は、複数の分割コイル型ステータの間に複数の保持体を、ステータに密着させて設置する必要がある。このため、各ステータ毎に設けられる複数の保持体の固定箇所が多く、回転電機の製造が困難になる。さらに、ステータと保持体との接触面積が狭く、ステータで発生した熱を十分に保持体を介して支持部材から放熱させることができない。
【０００９】
本発明は、上述の課題を解決するためになされたものであって、軸方向の長さを短くしつつ、ステータの放熱効率の高い、多層同軸回転電機を提供することである。
【００１０】
【課題を解決するための手段】
第１の発明に係る回転電機は、片持ち構造の中空円柱形状のステータの内側と外側とにそれぞれロータが配置された多層同軸回転電機である。この回転電機は、ステータの外周面に当接するように設けられた円筒部材と、円筒部材の端部において、円筒部材を支持するための支持手段とを含む。
【００１１】
第１の発明によると、中空円柱形状のステータの内側と外側とは、それぞれロータが配置される。ステータには、その外周面に当接するように円筒部材が設けられる。円筒部材は、その端部が支持手段により支持されている。このような構造を有するので、ステータにおいて発生した熱は、ステータの外周面に当接した円筒部材に熱伝達される。円筒部材は、焼きばめによりステータの外周面に当接するように、あるいは接着剤によりステータの外周面に当接するように、設けられる。このため、接触面積が極めて大きな円筒部材を、容易に中空円筒形状のステータの外周面に取り付けることができる。その結果、軸方向の長さを短くしつつ、ステータの放熱効率の高い、多層同軸回転電機を提供することができる。
【００１２】
第２の発明に係る回転電機は、第１の発明の構成に加えて、焼きばめ処理により、ステータの外周面に円筒部材が当接するように取付けられたものである。
【００１３】
第２の発明によると、加熱膨張させた円筒部材にステータを挿入した後に、円筒部材を冷却収縮させる焼きばめにより、円筒部材とステータ外周面とを、隙間なく当接させることができる。
【００１４】
第３の発明に係る回転電機は、第１または２の発明の構成に加えて、支持手段は、円筒部材の端部において、ブラケットと円筒部材とが当接するように支持するための手段を含む。
【００１５】
第３の発明によると、支持手段は、円筒部材の端部において、回転電機のブラケットと円筒部材とが当接するように、円筒部材を支持する。このような構造を有するので、ステータから円筒部材に伝達された熱は、ブラケットに熱伝達されて放熱される。
【００１６】
第４の発明に係る回転電機は、第３の発明の構成に加えて、ブラケットを介して、円筒部材から伝達された熱を冷却するための冷却手段をさらに含む。
【００１７】
第４の発明によると、冷却手段は、ステータから円筒部材へ、円筒部材からブラケットへ、伝達された熱を熱交換により冷却することができる。これにより、さらに冷却効率を高めることをできる。
【００１８】
第５の発明に係る回転電機は、第１〜４のいずれかの発明の構成に加えて、円筒部材は、非磁性体により形成されたものである。
【００１９】
第５の発明によると、ステータの外周面に当接して設けられる円筒部材は非磁性体であるので、ステータコイルに流れる電流によってもうず電流による損失が発生しない。
【００２０】
第６の発明に係る回転電機は、第１〜４のいずれかの発明の構成に加えて、円筒部材は、磁性体により形成されたものである。
【００２１】
第６の発明によると、ステータの外周面に当接して設けられる円筒部材は磁性体であるので、円筒部材に磁路を形成させることができるのでコア外径を増大させることなく、高い放熱効率を実現できる。
【００２２】
第７の発明に係る回転電機は、第６の発明の構成に加えて、円筒部材は、複数の薄板形状の中空円板を回転軸に平行な方向に積層して形成されたものである。
【００２３】
第７の発明によると、ステータの外周面に当接して設けられる円筒部材の材質は、磁性体であるので、円筒部材に磁路を形成させることができるのでコア外径を増大させることがない。さらに、この円筒部材の構造は、回転軸に平行な方向に複数の薄板形状の中空円板を積層された構造であるので、その積層された方向に抵抗値が大きく、磁性体であってもステータコイルに流れる電流によっても、うず電流による損失が発生しない。
【００２４】
【発明の実施の形態】
以下、図面を参照しつつ、本発明の実施の形態について説明する。以下の説明では、同一の部品には同一の符号を付してある。それらの名称および機能も同じである。したがってそれらについての詳細な説明は繰返さない。
【００２５】
＜第１の実施の形態＞
図１を参照して、本発明の第１の実施の形態に係る多層同軸モータについて説明する。図１は、多層同軸モータの断面図を示す。この多層同軸モータは、ベアリング１２００、１２０４により支持された内側ロータ１０１０と、ベアリング１２０２により支持された外側ロータ１０７０とが、回転軸１０００を中心として回転する。
【００２６】
内側ロータ１０１０に対応して、内側ギャップ１０２０を介して対向した位置には、内側ステータコア１０３０が、外側ロータ１０７０に対応して、外側ギャップ１０８０を介して対向した位置には、外側ステータコア１０９０が、それぞれ設けられる。内側ステータコア１０３０は、内側ロータ１０１０を回転させるための磁界を発生させるものであり、内側ステータコア１０３０、１０５０および内側ステータコイル１０４０とから構成される。外側ステータコア１０９０は、外側ロータ１０７０を回転させるための磁界を発生させるものであり、外側ステータコア１０９０、１１１０および外側ステータコイル１１００から構成される。
【００２７】
外側ステータコア１１００は、ブラケット１１２０に当接される。外側ステータコイル１１００に流された電流により外側ステータコア１１１０が発熱すると、その熱量はブラケット１１２０に伝達され、ブラケット１１２０から外部に放熱される。
【００２８】
内側ステータコア１０５０の外表面に接するように放熱円筒１０６０が設けられる。この放熱円筒１０６０は、回転軸１０００と平行な方向に切れ目がない一体型の円筒である。この放熱円筒１０６０は、非磁性体により形成される。非磁性体で形成されるため、内側ステータコア１０５０の磁路形成には寄与しない。このため、内側ステータコア１０５０をそのまま用いると多層同軸モータの外径が若干大きくなる。ただし、非磁性体であるため、うず電流による損失が発生しない。
【００２９】
放熱円筒１０６０は、内側ステータコア１０５０と密着するように設けられる。この内側ステータコア１０５０と放熱円筒１０６０との取付は、たとえば、放熱円筒１０６０を加熱膨張させた後に放熱円筒１０６０に内側ステータコア１０５０を挿入し、放熱円筒１０６０を冷却することによる「焼きばめ」により放熱円筒１０６０と内側ステータコア１０５０とを密着させて固定することができる。
【００３０】
なお、放熱円筒１０６０と内側ステータコア１０５０とを密着して固定する方法は、この「焼きばめ」に限定されない。たとえば、放熱円筒１０６０に内側ステータコア１０５０を挿入し、その後に内側ステータコア１０５０と放熱円筒１０６０との間に生じる隙間を、熱伝導率のよいかつ接着性のある接着剤で充填することにより、当接させることも可能である。
【００３１】
放熱円筒１０６０の回転軸１０００の回転力の取出側の反対側には、ブラケット当接面１０６２が形成される。このブラケット当接面１０６２は、ブラケットの放熱円筒支持面１１２８に当接される。すなわち、内側ステータコア１０５０と放熱円筒１０６０とは焼きばめにより当接され、放熱円筒１０６０のブラケット当接面１０６２とブラケット１１２０の放熱円筒支持面１１２８とが当接して形成される。ブラケット当接面１０６２と放熱円筒支持面１１２８との取付については、たとえばボルトなどによりブラケット当接面１０６２を放熱円筒支持面１１２８に取付けるようにしてもよい。このようにすることにより、内側ステータコア１０５０、放熱円筒１０６０およびブラケット１１２０のブラケット当接面１１６２とが密着して形成された構造となる。
【００３２】
放熱円筒１０６０は、前述の説明のように、その材質は非磁性体であるとともに、熱伝導率の高い材質により形成される。
【００３３】
放熱円筒１０６０のブラケット当接面側であって、ブラケット端部１１２２には、冷却水路１１２４が設けられる。この冷却水路中の冷却水１１２６は、ブラケット端部１１２２と接しており、ブラケット端部１１２２を冷却水１１２６により冷却することができる。
【００３４】
以上のような構造を有する多層同軸モータにおける、ステータコイルに電流を流すことによりステータコアに発生した熱の放熱について説明する。
【００３５】
多層同軸モータが回転軸１０００を中心として回転するためには、外側ステータコイル１１００および内側ステータコイル１０４０に、それぞれ所定の電流が流される。
【００３６】
外側ステータコイル１１００に流された電流による外側ステータコア１１１０に発生した熱は、外側ステータコア１１１０に当接したブラケット１１２０に伝達され、ブラケット１１２０から外気と熱交換されることにより放熱される。
【００３７】
内側ステータコイル１０４０に流された電流による内側ステータコア１０５０に発生した熱は、内側ステータコア１０５０に当接した放熱円筒１０６０に熱伝達される。このとき放熱円筒１０６０は、、放熱円筒１０６０の回転軸１０００の回転力の取出側の反対側に向かって熱勾配を有するため、回転力の取出側の反対側に熱が伝達される。すなわち、放熱円筒１０６０は、回転軸１０００に平行な方向に、回転軸１０００の回転力の取出側の方が温度が高く回転力の取出側の反対側の温度が低い、熱勾配を有する。これは、放熱円筒１０６０のブラケット端部１１２２側に冷却水路１１２４があるためである。
【００３８】
放熱円筒１０６０に伝達された内側ステータコア１０５０で発生した熱は、回転軸１０００と平行な方向に放熱円筒１０６０に熱伝達される。放熱円筒１０６０に熱伝達された熱は、ブラケット当接面１０６２および放熱円筒支持面１１２８を介してブラケット端部１１２２に伝達される。ブラケット端部１１２２は、冷却水路１１２４の冷却水１１２６により冷却されているため、内側ステータコイル１０４０に流された電流による発熱は、放熱円筒１０６０、ブラケット端部１１２２を介して冷却水１１２６により熱交換されることにより、放熱される。
【００３９】
以上のようにして、本実施の形態に係る多層同軸モータによると、ロータとステータとからなる組合せを複数有することにより、回転軸に平行な方向の寸法を小さくすることができる。そのとき、内側ステータコアは、内側ロータと外側ロータとに取囲まれた構造となる。本実施の形態に係る多層同軸モータにおいては、この内側ステータコアの外周面に当接するように放熱円筒を設け、その放熱円筒がブラケット端部に当接される。ブラケット端部は冷却水により冷却されているため、内側ステータコイルに電流を流すことにより内側ステータコアに発生した熱は放熱円筒を介して、ブラケット端部に設けられた冷却水路を流れる冷却水により熱交換されて放熱される。この放熱円筒は、内側ステータコアの全外周面を覆うように設けられるため、非常に接触面積が大きく内側ステータコアに発生した熱を効率的に熱伝達させることができる。その結果、軸方向の長さを短くしつつ、ステータの放熱効率が高い、多層同軸モータを提供することができる。
【００４０】
＜第１の実施の形態　変形例＞
以下、本発明の第１の実施の形態の変形例に係る多層同軸モータについて説明する。なお本変形例に係る多層同軸モータは、前述の第１の実施の形態に係る多層同軸モータと同じ構造を有する。そのため、それらについての詳細な説明はここでは繰返さない。
【００４１】
本変形例に係る多層同軸モータは、前述の第１の実施の形態に係る多層同軸モータとは、放熱円筒１０６０の材質が異なる。第１の実施の形態に係る多層同軸モータの放熱円筒１０６０は、非磁性体であったのに対し、本変形例に係る多層同軸モータの放熱円筒は磁性体により形成される。
【００４２】
放熱円筒１０６０を磁性体で構成することにより、内側ステータコア１０５０、１０３０および放熱円筒１０６０に磁路が形成される。これにより、前述の第１の実施の形態に係る多層同軸モータのように、非磁性体の放熱円筒があることにより多層同軸モータの外径が増加するが、本変形例に係る多層同軸モータによると、放熱円筒１０６０は内側ステータコアの磁路をも形成するため放熱円筒１０６０が磁路形成と放熱との両方の機能を発現し、多層同軸モータの外径を増加させることがない。
【００４３】
以上のようにして、本変形例に係る多層同軸モータは、前述の第１の実施の形態に係る多層同軸モータにおける効果に加えて、その外径が大きくならないという効果を有する。
【００４４】
＜第２の実施の形態＞
以下、本発明の第２の実施の形態に係る多層同軸モータについて説明する。図２を参照して、本実施の形態に係る多層同軸モータは、前述の第１の実施の形態に係る多層同軸モータと、放熱円筒の形状および内側ステータコア、内側ステータコイルの形状が異なる。
【００４５】
図２に示すように、本実施の形態に係る多層同軸モータの内側ステータコアに発生した熱を放熱する積層放熱円筒２０６０は、前述の第１の実施の形態に係る多層同軸モータの放熱円筒１０６０と異なる構造を有する。この放熱円筒の構造の相違により、本実施の形態に係る多層同軸モータの内側ステータコア２０３０、２０５０および内側ステータコイル２０４０の構造およびその配置位置が第１の実施の形態に係る多層同軸モータのそれらと異なる。それ以外の構造については前述の第１の実施の形態に係る多層同軸モータと同じである。したがって、それらについての詳細な説明はここでは繰返さない。
【００４６】
図２に示すように、本実施の形態に係る多層同軸モータの積層放熱円筒２０６０は、前述の第１の実施の形態に係る放熱円筒１０６０よりもその厚みが厚く構成される。積層放熱円筒２０６０は、回転軸１０００の回転軸取出側とは反対側のブラケット当接面２０６２を介してブラケット１１２０の放熱円筒支持面１１２８に当接される。
【００４７】
積層放熱円筒２０６０は、図３に示すように、多数の積層板２０６１を、回転軸１０００に平行な方向に積層した構造を有する。積層板２０６１は、磁性体により形成される。磁性体から構成される多数の積層板２０６１を回転軸１０００に平行な方向に積層させて積層放熱円筒２０６０を形成したことにより、回転軸１０００に平行な方向の抵抗値が大きくなり、うず電流による損失を少なくすることができる。
【００４８】
以上のようにして、本実施の形態に係る多層同軸モータによる、前述の第１の実施の形態に係る多層同軸モータにおける効果に加えて、うず電流による損失を増加させることなく、放熱効果を得ることができる。
【００４９】
なお、上述した第１の実施の形態および第２の実施の形態に係る多層同軸モータは一例であって、放熱円筒の厚みは、多層同軸モータの外径寸法に応じて設計されるべきものである。したがって、図１および図２に示す放熱円筒１０６０および積層放熱円筒２０６０の材質は、磁性体であっても非磁性体であってもいずれであってもよい。いずれの場合においても、放熱円筒１０６０および積層放熱円筒２０６０は、熱伝導率の高い材質であって、放熱円筒１０６０と内側ステータコア１０５０および積層放熱円筒２０６０と内側ステータコア２０５０とがそれぞれ密着して設けられることが特徴である。
【００５０】
今回開示された実施の形態はすべての点で例示であって制限的なものではないと考えられるべきである。本発明の範囲は上記した説明ではなくて特許請求の範囲によって示され、特許請求の範囲と均等の意味および範囲内でのすべての変更が含まれることが意図される。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の第１の実施の形態に係る多層同軸モータの断面図である。
【図２】本発明の第２の実施の形態に係る多層同軸モータの断面図である。
【図３】本発明の第２の実施の形態に係る多層同軸モータにおける円筒部材の斜視図である。
【符号の説明】
１０００　回転軸、１０１０　内側ロータ、１０２０　内側ギャップ、１０３０、１０５０、２０３０、２０５０　内側ステータコア、１０４０、２０４０　内側ステータコイル、１０６０　放熱円筒、１０６２　ブラケット当接面、１０７０　外側ロータ、１０８０　外側ギャップ、１０９０、１１１０　外側ステータコア、１１００　外側ステータコイル、１１２０　ブラケット、１１２２　ブラケット端部、１１２４　冷却水路、１１２６　冷却水、１１２８　放熱円筒支持面、１２００、１２０２、１２０４　ベアリング、２０６０　積層放熱円筒、２０６１　積層板。
【図１】
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【図２】
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【図３】
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