(57)【要約】【課題】低速回転であっても効果的に円盤状回転子を冷却することができるアキシャルギャップ型回転電機。【解決手段】アキシャルギャップ型回転電機は、周方向に所定間隔で配置され、かつ、磁化方向が交互に逆向きとなるように配置された複数の永久磁石１０３を有する円盤状回転子１０２と、円盤状回転子１０２の一方の面に対向するように配置された磁極歯１１１、円盤状回転子１０２の他方の面に対向するように配置された磁極歯１１１、およびそれらの磁極歯１１１を繋ぐコア部１１２を有し、円盤状回転子１０２の周方向に沿って間隔を空けて配設された複数の磁極子１１０と、磁極子１１０に巻回された巻線１０４と、隣接する磁極子１１０の間の空隙を通して、少なくとも円盤状回転子１０２に冷媒を放出する冷媒供給部材１２０と、を備える。【選択図】図５
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
周方向に所定間隔で配置され、かつ、磁化方向が交互に逆向きとなるように配置された複数の永久磁石を有する円盤状回転子と、
前記円盤状回転子の一方の面に対向するように配置された第１の磁極歯、前記円盤状回転子の他方の面に対向するように配置された第２の磁極歯、およびそれらの磁極歯を繋ぐコア部を有し、前記円盤状回転子の周方向に沿って間隔を空けて配設された複数の磁極子と、
前記磁極子に巻回された巻線と、
隣接する前記磁極子の間の空隙を通して、少なくとも前記円盤状回転子に冷媒を放出する冷媒供給部材と、を備えたアキシャルギャップ型回転電機。
【請求項２】
請求項１に記載のアキシャルギャップ型回転電機において、
隣接する前記磁極子間の周方向配置のピッチ角度が、隣接する前記永久磁石間の周方向配置のピッチ角度の偶数倍に設定されていることを特徴とするアキシャルギャップ型回転電機。
【請求項３】
請求項２に記載のアキシャルギャップ型回転電機において、
隣接する２以上の前記磁極子で構成される磁極子群を複数備え、
前記巻線を前記磁極子群毎に設けるとともに、該巻線の内周側に前記冷媒供給部材を配置したことを特徴とするアキシャルギャップ型回転電機。
【請求項４】
請求項１乃至３のいずれか一項に記載のアキシャルギャップ型回転電機において、
前記冷媒供給部材は、前記空隙に挿入するように配置された管部材であることを特徴とするアキシャルギャップ型回転電機。
【請求項５】
請求項１乃至３のいずれか一項に記載のアキシャルギャップ型回転電機において、
前記冷媒供給部材は、前記空隙に挿入するように配置されて前記円盤状回転子に向けて冷媒を放出する第１の管部材と、前記空隙に挿入するように配置されて前記巻線に向けて冷媒を放出する第２の管部材とを備えることを特徴とするアキシャルギャップ型回転電機。
【請求項６】
請求項１乃至５のいずれか一項に記載のアキシャルギャップ型回転電機において、
前記巻線、前記磁極子および前記円盤状回転子が収納されるとともに、前記冷媒供給部材に冷媒を供給する冷媒流路が形成されたハウジングを備えたことを特徴とするアキシャルギャップ型回転電機。
【請求項７】
請求項１乃至６のいずれかの一項に記載のアキシャルギャップ型回転電機において、
隣接する前記磁極子の間に面接触するように挟持され、冷媒流路が形成された複数の冷却ブロックを備え、
前記複数の冷却ブロックに前記冷媒供給部材を配置したことを特徴とするアキシャルギャップ型回転電機。
【請求項８】
請求項１に記載のアキシャルギャップ型回転電機において、
前記冷媒供給部材は、前記円盤状回転子および前記巻線に設定された複数の領域に対してそれぞれ設けられ、
前記複数の領域の温度を測定する温度測定部と、
前記温度測定部で測定された温度に基づいて、前記冷媒供給部材の各々から放出される冷媒の流量をそれぞれ制御する流量制御部と、を備えたことを特徴とするアキシャルギャップ型回転電機。
【請求項９】
請求項１に記載のアキシャルギャップ型回転電機において、
前記冷媒供給部材は、前記円盤状回転子および前記巻線に設定された複数の領域に対してそれぞれ設けられ、
前記複数の領域に関して回転電機の運転条件に応じた発熱量が予め記憶されている記憶部と、
前記記憶部に記憶されている発熱量および実際の運転状態に基づいて前記複数の領域温度を予測し、前記予測に基づいて前記冷媒供給部材の各々から放出される冷媒の流量をそれぞれ制御する流量制御部と、を備えたことを特徴とするアキシャルギャップ型回転電機。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、アキシャルギャップ型回転電機に関する。
【背景技術】
【０００２】
環境保護や省エネルギの観点から電気推進船の開発が進んでいる。電機推進用電動機としては低速時に大トルクが得られる構造や、ダイレクトドライブを実現できる低速回転電機の開発が望まれている。そのような低速時に大トルクが得られる回転電機として、円盤状の回転子と、回転子に配置された永久磁石を挟み込むように配置された磁極子を有するアキシャルギャップ型回転電機が開発されている(例えば、特許文献１参照)。
【０００３】
このアキシャルギャップ型回転電機では、巻線が発熱する事により耐久信頼性が低下するといった問題が知られている。また、温度上昇に伴い永久磁石の磁力が低下する場合があるため、回転子の温度上昇を低減する必要がある。そのため、従来からアキシャルギャップ型回転電機の冷却技術が多数提案されている。
【０００４】
例えば、特許文献２に記載の技術では、ロータの回転軸近傍に設けられた注入口から、ロータとステータとの間のギャップの内周側に冷媒を注入し、その冷媒をロータの回転作用を利用してロータおよびステータの全面に循環させるようにしている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００５】
【特許文献１】特開平１０−２４３６１７号公報
【特許文献２】特開２００７−２０３８２号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
しかしながら、特許文献２に記載の技術では、回転子の回転を利用して冷媒を移動させているため、低速回転時には冷媒の移動速度が低下する。そのため、低速回転時には冷却性能が低下するという問題がある。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
請求項１に係るアキシャルギャップ型回転電機は、周方向に所定間隔で配置され、かつ、磁化方向が交互に逆向きとなるように配置された複数の永久磁石を有する円盤状回転子と、円盤状回転子の一方の面に対向するように配置された第１の磁極歯、円盤状回転子の他方の面に対向するように配置された第２の磁極歯、およびそれらの磁極歯を繋ぐコア部を有し、円盤状回転子の周方向に沿って間隔を空けて配設された複数の磁極子と、磁極子に巻回された巻線と、隣接する磁極子の間の空隙を通して、少なくとも円盤状回転子に冷媒を放出する冷媒供給部材と、を備えたことを特徴とする。
請求項２の発明は、請求項１に記載のアキシャルギャップ型回転電機において、隣接する磁極子間の周方向配置のピッチ角度が、隣接する永久磁石間の周方向配置のピッチ角度の偶数倍に設定されていることを特徴とする。
請求項３の発明は、請求項２に記載のアキシャルギャップ型回転電機において、隣接する２以上の前記磁極子で構成される磁極子群を複数備え、巻線を磁極子群毎に設けるとともに、該巻線の内周側に冷媒供給部材を配置したものである。
請求項４の発明は、請求項１乃至３のいずれか一項に記載のアキシャルギャップ型回転電機において、冷媒供給部材を、空隙に挿入するように配置された管部材としたものである。
請求項５の発明は、請求項１乃至３のいずれか一項に記載のアキシャルギャップ型回転電機において、冷媒供給部材は、空隙に挿入するように配置されて円盤状回転子に向けて冷媒を放出する第１の管部材と、空隙に挿入するように配置されて巻線に向けて冷媒を放出する第２の管部材とを備えたものである。
請求項６の発明は、請求項１乃至５のいずれか一項に記載のアキシャルギャップ型回転電機において、巻線、磁極子および円盤状回転子が収納されるとともに、冷媒供給部材に冷媒を供給する冷媒流路が形成されたハウジングを備えたものである。
請求項７の発明は、請求項１乃至６のいずれかの一項に記載のアキシャルギャップ型回転電機において、隣接する磁極子の間に面接触するように挟持され、冷媒流路が形成された複数の冷却ブロックを備え、複数の冷却ブロックに冷媒供給部材を配置したものである。
請求項８の発明は、請求項１に記載のアキシャルギャップ型回転電機において、冷媒供給部材は、円盤状回転子および巻線に設定された複数の領域に対してそれぞれ設けられ、複数の領域の温度を測定する温度測定部と、温度測定部で測定された温度に基づいて、冷媒供給部材の各々から放出される冷媒の流量をそれぞれ制御する流量制御部と、を備えたものである。
請求項９の発明は、請求項１に記載のアキシャルギャップ型回転電機において、冷媒供給部材は、円盤状回転子および前記巻線に設定された複数の領域に対してそれぞれ設けられ、複数の領域に関して回転電機の運転条件に応じた発熱量が予め記憶されている記憶部と、記憶部に記憶されている発熱量および実際の運転状態に基づいて複数の領域温度を予測し、予測に基づいて冷媒供給部材の各々から放出される冷媒の流量をそれぞれ制御する流量制御部と、を備えたものである。
【発明の効果】
【０００８】
本発明によれば、アキシャルギャップ型の回転電機において、低速回転であっても効果的に円盤状回転子を冷却することができる。
【図面の簡単な説明】
【０００９】
【図１】回転電機１の外観を示す斜視図である。
【図２】ハウジング２の一部を断面とした回転電機１を示す図である。
【図３】図１のＡ−Ａ断面図である。
【図４】磁極子１１０と回転子１０２に設けられた永久磁石１０３の配置を説明する図である。
【図５】図１のＢ−Ｂ断面図である。
【図６】冷媒供給部材１２０の配置を示す図である。
【図７】冷媒供給部材１２０の断面形状を説明する図である。
【図８】冷媒噴出管１２３による冷却構造を説明する図である。
【図９】冷媒噴出管１２２による冷却構造を説明する図である。
【図１０】変形例１を示す図である。
【図１１】変形例２を示す図である。
【図１２】変形例３を示す図である。
【図１３】変形例４を示す図である。
【図１４】変形例５を示す図である。
【図１５】変形例５の冷媒供給部材の配置を示す図である。
【図１６】磁極子１１０間に設けられた補助部材１３０を示す図である。
【図１７】回転電機における補助部材１３０が配置されている部分の断面を示す図である。
【図１８】冷媒流路１３２が形成された補助部材１３０を説明する断面図である。
【図１９】有効磁束および無効磁束を説明する図である。
【図２０】第３の実施の形態を示す図である。
【図２１】永久磁石１０３および磁極子１１０の他の例を示す図である。
【発明を実施するための形態】
【００１０】
以下、図を参照して本発明を実施するための形態について説明する。
−第１の実施の形態−
図１はアキシャルギャップ型の回転電機１の外観を示す斜視図である。図２は、図１に示す回転電機１のハウジング２の一部を断面としたものである。図３は図１のＡ−Ａ断面図であり、後述する磁極子１１０が設けられている部分を通る断面図である。図５は図１のＢ−Ｂ断面図であり、後述する冷媒供給部材１２０の部分を通る断面図である。
【００１１】
本実施の形態の回転電機１は、図２に示すように、中心が回転軸１０１に固定された円盤状の回転子１０２と、ギャップを介して回転子１０２を挟み込むように配置された複数の磁極子１１０と、複数の磁極子１１０のうちの隣り合う複数の磁極子１１０に共通して巻かれた巻線１０４と、それらを覆うように配置されたハウジング２と、隣り合う磁極子１１０間の空隙に設置された複数の冷媒供給部材１２０とを備えている。冷媒供給部材１２０は、ハウジング２の軸方向の端面２ａ，２ｂに形成された開口２０に固定されている。回転子１０２には、複数の永久磁石１０３が所定間隔を空けて周方向に配置されている。回転子１０２が固定された回転軸１０１は、ハウジング２に設けられた軸受によって回転可能に支持されている。
【００１２】
複数の磁極子１１０は、ハウジング２の周方向に沿って配置されている。図３に示すように、回転子１０２を挟み込むように配置された各磁極子１１０は、回転子１０２の表裏両面に対向する一対の磁極歯１１１とそれらを連結するコア１１２とを備えている。回転子１０２に設けられた永久磁石１０３は回転子１０２の厚さ方向に磁化されており、回転子１０２の一方の側がＳ極で他方の側がＮ極になっている。
【００１３】
磁極子１１０の各磁極歯１１１は、回転子１０２の径方向に関して永久磁石１０３と対向する位置に配置されている。図３に示す例では、各磁極子１１０はハウジング２の両端面２ａ，２ｂの内周面に固定されているが、ハウジング２の側周２ｃの内周面に固定するようにしても良い。また、ハウジング２に磁極子１１０位置決め用ガイド等を設けることで、磁極子１１０を正確に位置決めすることが可能となる。
【００１４】
本実施の形態の回転電機１では、１２個の磁極子１１０が円周方向に設けられており、４個で一つのグループ（以下では、磁極子グループと呼ぶことにする）を形成している。巻線１０４は磁極子グループ毎に設けられており、図２に示す例では、巻線１０４は、磁極子グループに含まれる４個の磁極子１１０の磁極歯１１１を囲むように巻回されている。すなわち、一つの磁極子グループに対して２つの巻線１０４が設けられ、その一方は回転子１０２の表面側に対向する４つの磁極歯１１１に共通して巻回され、他方は回転子１０２の裏面側に対向する４つの磁極歯１１１に共通して巻回されている。なお、巻線１０４の固定方法としては、巻線１０４を磁極歯１１１に固定しても良いし、また、ハウジング２側に固定しても良い。
【００１５】
図４に、磁極子１１０と回転子１０２に設けられた永久磁石１０３との配置を示す。なお、図２に示したように、回転電機１には３つの磁極子グループが設けられていているが、図４では、その内の一組の磁極子１１０と、それらに巻回された巻線１０４とを示した。上述したように、巻線１０４は裏面側の磁極歯１１１に対しても設けられている。
【００１６】
一方、回転子１０２には１３個の永久磁石１０３が設けられている。各永久磁石１０３は回転子１０２の厚さ方向に磁化されており、図４に示すように、回転方向（周方向）に隣り合う磁極が交互に逆向きとなるように、すなわちＮ，Ｓ，Ｎ，Ｓ，Ｎ，Ｓ，・・・となるように配置されている。同一磁極子グループ内の４つの磁極子１１０は、磁極子間の周方向配置のピッチ角度θ２が永久磁石間の周方向配置のピッチ角度θ１に対して２倍となるように配置されている。なお、磁極子間の周方向配置のピッチ角度とは、軸中心と磁極子１１０の中央とを結ぶ径方向直線が成す角度であり、永久磁石間の周方向配置のピッチ角度とは、軸中心と永久磁石１０３の中央とを結ぶ径方向直線が成す角度である。
【００１７】
上述のように磁極子１１０を配置することにより、磁極子１１０内で磁束の流れる方向がほぼ等しくなるため巻線１０４を隣り合う複数の磁極子１１０に共通に巻くことが可能となる。ここでは、θ１に対してθ２を２倍としているが、巻線１０４を複数の磁極子１１０で共通化するためには必ずしも正確に２倍である必要はない。略２倍とすることで巻線１０４の共通化を行うことができ、磁極子１１０間にスペース的な余裕が生じる。
【００１８】
巻線１０４に電流を供給することにより、磁極子グループ内の４つの磁極子１１０の一方の側の磁極歯１１１が全てＳ極に、他方の側の磁極子１１０の全てがＮ極となる。巻線１０４に交流電流を供給すると、例えば、図２に示した３組の巻線１０４に対して３相交流電流を供給すると、各磁極子グループの４つの磁極子１１０は、４つ揃って交番磁界を発生する。そのような交番磁界によって、永久磁石１０３を備えた回転子１０２が回転駆動されることになる。
【００１９】
なお、磁極子１１０、巻線１０４、永久磁石１０３の数は本実施形態のものに限らない。例えば、磁極子グループを構成する磁極子１１０の数をここでは４としたが、４以外であっても構わない。また、磁極子１１０間の角度θ２をθ１の２倍（または、略２倍）としたが、偶数倍（または、略偶数倍）とすることで上述したような巻線１０４の共通化を行うことが可能となる。このように、本実施の形態では、磁極子１１０間の角度θ２をθ１の偶数倍（または、略偶数倍）としたことにより、図２に示したように磁極子１１０間に冷媒供給部材１２０を容易に配置することができる。その結果、低速回転であっても回転子１０２の冷却効果が低下することなく、十分な冷却を行うことができる。さらに、巻線１０４を共通化することで、磁極子１１０間に巻線１０４が配置されない構造となり、巻線１０４を内周側から冷媒により冷却することが可能となり、巻線１０４に関する冷却性能が向上する。
【００２０】
図５，６は冷媒供給部材１２０の配置を示す図である。図５は図１のＢ−Ｂ断面図である。図６に示すように、磁極子グループを構成する４つの磁極子１１０の間には、冷媒供給部材１２０がそれぞれ３つずつ配置されている。３つの冷媒供給部材１２０は、巻回された巻線１０４の内周側に配置される巻線用の冷媒滴下管１２１ａおよび回転子用の冷媒噴出管１２２と、巻線１０４の外周側に配置される巻線用の冷媒滴下管１２１ｂとで構成されている。
【００２１】
図５に示すように、冷媒滴下管１２１ａ，１２１ｂおよび冷媒噴出管１２２の根元部分はハウジング２の両端面２ａ，２ｂに形成された開口２０に固定され、配管３によって冷媒５が供給される。供給された冷媒５は、冷媒滴下管１２１ａ，１２１ｂおよび冷媒噴出管１２２の先端部から、矢印で示すように巻線１０４および回転子１０２へと供給される。本実施の形態の回転電機１は、図５のように回転軸１０１を水平に配置される構成であって、冷媒滴下管１２１ｂは巻線１０４の上方に配置される。冷媒供給部材１２０として冷媒滴下管１２１ａ，１２１ｂおよび冷媒噴出管１２２のいずれを用いるかは、回転電機１の取り付け姿勢に応じて適宜選択すればよい。
【００２２】
図７は、冷媒供給部材１２０の断面形状を示す図である。図７（ａ）は巻線用の冷媒滴下管１２１ａ，１２１ｂの一例を示したものである。回転軸方向に供給された冷媒５は、冷媒滴下管１２１ａ，１２１ｂの中で向きを変え、鉛直下方向に滴下される。図７（ｂ）は回転子用の冷媒噴出管１２２の一例を示したものである。回転軸方向に供給された冷媒５は、配管内で向きを変えずに噴出される。図７（ｃ）に示すように、冷媒噴出管１２２の内径を出口に向かって内径を小さく絞ることにより、噴出される冷媒の流速をより速くすることができる。
【００２３】
なお、上述では、冷媒滴下管１２１ａ，１２１ｂによって巻線１０４に冷媒を滴下させるように構成したが、冷媒の流速を上げて噴出させるようにしても良い。図７（ｄ）は、回転子１０２および巻線１０４への冷媒の供給を同時に行うことができる冷媒供給部材１２０の一例を示したものであり、例えば、これを図５の冷媒滴下管１２１ａの位置に配置しても良い。
【００２４】
本実施の形態では、冷媒５として冷却水、冷却油、液体窒素、液体ヘリウムなどのような液体冷媒を例に説明しているが、冷却ガスのような気体冷媒を用いることもできる。冷媒５が液体の場合には、回転子１０２や磁極子１１０および巻線１０４などに供給された冷媒５は、重力によりハウジング２の下部に流れ落ち、ハウジング２の下部に設けられた冷媒排出口４から排出される。一方、冷媒５に気体を用いた場合には、冷媒排出口４の設ける位置はハウジング２の下部に限定されない。排出された冷媒５は、図示しないポンプによって再び配管３に供給することで、冷媒５を循環させるような構成とすることができる。
【００２５】
なお、冷媒滴下管１２１ａ，１２１ｂ、冷媒噴出管１２２の配置やそれらの数は、上述したものに限るものではなく、巻線用または回転子用の冷媒供給部材１２０のいずれか一方のみを配置することも可能である。図８は巻線用の冷媒供給部材（冷媒噴出管１２３）のみを配置した場合を示したものである。冷媒噴出管１２３は、配管３から供給された冷媒の方向を９０度曲げてから噴出する冷媒噴出管であり、巻線１０４の内側および外側から冷媒を噴出するような構成とした。このように巻線１０４に内側と外側の両側から冷媒５を供給することにより、巻線１０４に対して高い冷却性能を得ることができる。
【００２６】
一方、図９は回転子用の冷媒供給部材（冷媒噴出管１２２）のみを配置した場合を示したものである。なお、冷媒噴出管１２２は、上述した場合と同様に巻線１０４の内側に挿入されるように配置されているが、回転軸１０１よりも鉛直上側においては冷媒噴出管１２２を回転子１０２の外周側に偏らせて配置し、回転軸１０１よりも鉛直下側においては冷媒噴出管１２２を回転子１０２の内周側に偏らせて配置するようにしている。このような配置とすることで、重力の影響で落下する冷媒５を回転子１０２の広い面積に接触させることができる。
【００２７】
（変形例１）
図１０は、ハウジング２に冷媒流路６を設けて、冷媒５をハウジング２の外周側から供給するように構成した場合を示す。なお、図１０では、回転軸１０１の中心より上側を示す半断面図とした。配管３から供給された冷媒を、一つの冷媒流路６を介して複数の冷媒供給部材１２０に分流することで、ハウジング２に接続される配管３の数を削減することができる。また、ハウジング２内に形成された冷媒流路６に冷媒を流すことによりハウジング２自体も冷却されるので、ハウジング２を熱伝導性のよい材料で構成することにより、ハウジング２に接触して配置された磁極子１１０も効果的に冷却することができる。
【００２８】
（変形例２）
図１１は、一つの回転軸１０１に２枚の回転子１０２が設けられた場合の冷却構造の一例を示す図である。なお、図１１では、回転軸１０１の中心より上側を示す半断面図とした。２枚の回転子１０２に対応させて、複数の磁極子１１０（不図示）および複数の巻線１０４が軸方向に沿って２組設けられている。図示左側に配置される磁極子１１０は、ハウジング２の端面２ａとハウジング２の内周面に設けられたリング部材１２４とに固定される。一方、図示左側に配置される磁極子１１０は、ハウジング２の端面２ｂとリング部材１２４とに固定される。リング部材１２４の軸方向両端面には、冷媒供給部材１２０（冷媒滴下管１２１ａ，１２１ｂおよび冷媒噴出管１２２）がそれぞれ配置されている。ただし、回転子１０２の数は２つに限るものではなく、３以上の回転子１０２を一つの回転軸１０１に取り付ける構造においても、同様に適用することができる。
【００２９】
（変形例３）
図１２は変形例３を説明する図である。図１０，１１の場合と同様、図１２の場合も半断面図とした。上述した実施形態では、ハウジング２から隣り合う磁極子１１０の間に延在するように冷媒供給部材１２０を構成したが、図１２に示すように、冷媒供給部材１２０が磁極子１１０間の空隙まで延在しないような構成としても良い。この場合、冷媒供給部材１２０を冷媒噴出管１２２とし、それらは、磁極子１１０間の空隙に対向する位置であって、かつ、永久磁石１０３および巻線１０４に対向する位置に配置される。冷媒噴出管１２２から噴出された冷媒５は、永久磁石１０３および巻線１０４に吹き付けられる。
【００３０】
（変形例４）
上述の実施の形態では巻線１０４を磁極子１１０の磁極歯１１１に設けたが、図１３に示すように磁極子１１０のコア１１２の部分に巻き回すようにしても良い。図１３に示す例では、巻線用の冷媒供給部材として、巻き回された巻線１０４の内側に冷媒噴出管１２５を配置し、巻線１０４の回転軸側の外周に対向する位置に、冷媒噴出管１２３を配置した。冷媒噴出管１２５は、供給された冷媒の方向を９０度曲げて、外径方向および内径方向の２方向に噴出させる冷媒噴出管である。冷媒噴出管１２５から２方向に噴出された冷媒によって巻線１０４の内側に冷媒を吹き付けると共に、冷媒噴出管１２３によって巻線１０４の外周側に冷媒を吹き付けることにより、巻線１０４の冷却を向上させている。
【００３１】
また、回転子用の冷媒供給部材としては、磁極子１１０間の永久磁石１０３に対向する位置に、冷媒噴出管１２２を配置した。これにより、永久磁石１０３および回転子１０２を効果的に冷却することができる。
【００３２】
（変形例５）
上述の実施の形態では、複数の磁極子１１０に対して一つの巻線１０４を巻き回したが、図１４，１５に示すように複数の磁極子１１０のそれぞれに巻線１０４を設けるようにしても良い。この場合も、図４に示す場合と同様に、磁極子１１０間の角度θ２は永久磁石１０３間の角度θ１の2倍（または、略２倍）に設定されているため、磁極子１１０間の空隙が大きくなり、冷媒供給部材（冷媒噴出管１２２，１２５）を挿入するためのスペースを十分に確保することができる。そして、磁極子１１０間に形成された空隙に、冷媒供給部材を挿入するように配置する。図１５に示す例では、巻線用に２つの冷媒噴出管１２５を配置すると共に、回転子用の冷媒噴出管１２２を一つ配置するようにした。冷媒噴出管１２５からは左右の巻線１０４に冷媒が噴出される。
【００３３】
なお、図１４，１５に示す例では、一つの巻線１０４を複数の磁極子１１０に巻回す場合と同様に角度θ２をほぼθ１の２倍としているが、個別に巻線が設けられている場合には必ずしもこのように設定する必要はない。θ２＜２・θ１のように設定するとともに、磁極子１１０の磁化の方向を交互に逆方向としても良い。さらに、永久磁石毎に磁極子１１０を配置する場合であっても、隣接する永久磁石１０３の影響を小さくするためには、ある程度空隙をあけて磁極子１１０を配置する必要があるため、そのように空隙をあけることで冷媒供給部材１２０を配置するスペースを確保することが可能となる。
【００３４】
また、隣り合う巻線１０４間に冷媒供給部材１２０を挿入することができなくても、巻線１０４間に空隙が空いていれば、図１２に示すような冷媒噴出管１２２を用いることで、その空隙を通して冷媒を回転子１０２に吹き付けることが可能である。特に、それぞれの巻線１０４を磁極子１１０のコア１１２に設けるような構成とすれば、回転子用の冷媒噴出管１２２を磁極子１１０間に配置し易くなる。
【００３５】
−第２の実施の形態−
図１６〜１９は、第２の実施の形態を説明する図である。第２の実施の形態では、図１６に示すように、冷媒供給部材の一部を構成する冷却ブロックである補助部材１３０を磁極子１１０間に設け、その補助部材１３０を介して冷媒５を供給するような構成とした。図１６に示す補助部材１３０には貫通孔１３１が形成されており、その貫通孔１３１に冷媒噴出管１２２が固定されている。そのため、冷媒噴出管１２２をハウジング２に固定することなく、隣り合う磁極子１１０間の空隙に配置することができる。なお、図１６は磁極子１１０と補助部材１３０のみを示した図であり、図１７は回転電機において補助部材１３０が配置されている部分の断面図である。補助部材１３０の周方向端面（磁極子１１０に対向する面）は隣接する磁極子１１０に接触しており、磁極子１１０間の距離を規定するスペーサとしての機能も有している。
【００３６】
なお、図１７に示す例では、回転子１０２用の冷媒供給部材１２０（冷媒噴出管１２２）のみを設けているが、貫通孔１３１をさらに設けて、その貫通孔１３１に巻線用の冷媒供給部材１２０を固定するようにしてもよい。また、一つの冷媒供給部材１２０の先端部分に、回転子用の噴出口および巻線用の噴出口を設けるようにしても良い。さらに、冷媒供給部材１２０と補助部材１３０とを一体に形成するようにしても良い。
【００３７】
図１８に示す他の例では、補助部材１３０の内部に冷媒流路１３２が形成されている。冷媒流路１３２には、巻線１０４および永久磁石１０３と対向する位置に冷媒放出部１３２ａ，１３２ｂが形成されており、それらの冷媒放出部１３２ａ，１３２ｂから巻線１０４および永久磁石１０３に向けて冷媒が放出される。なお、冷媒流路１３２の出口に冷媒滴下管１２１ａ，１２１ｂや冷媒噴出管１２２を冷媒放出部として固定するようにしても良い。
【００３８】
また、本実施の形態では、図１７，１８に示すように、内部に冷媒を流している補助部材１３０を、磁極子１１０と面接触させているので、磁極子１１０で発生した熱が補助部材１３０を介して冷媒へと放熱される。特に、図１８に示す構成の場合には、補助部材１３０の内部に冷媒流路１３２が形成されているため補助部材１３０がより冷却され易く、磁極子１１０の冷却効率に優れている。補助部材１３０の材料としては、圧粉磁心や電磁鋼板などの磁性体材料や、アルミニウム、ステンレス、樹脂などが用いられるが、冷却性の点では金属を用いるのが好ましい。
【００３９】
さらに、補助部材１３０を磁性体で構成した場合、磁気回路の磁気抵抗が低下するため、アキシャルギャップ型の回転電機１をより小型化することができる。ただし、補助部材１３０の形状を、図１６に示すように、無効な磁束の影響を受けない形状とするのが好ましい。図１９は有効磁束および無効磁束を説明する図であり、図１７のＣ−Ｃ断面を示したものである。図１９（ａ）は補助部材１３０が好ましい形状である場合（本実施の形態の場合）を示し、図１９（ｂ）は好ましくない形状を示したものである。
【００４０】
図１９では、回転方向（周方向）に並べられた複数の永久磁石１０３の内、図示上側がＮ極となるように磁化された永久磁石を符号１０３ａで示し、図示下側がＮ極となるように磁化された永久磁石を符号１０３ｂで示した。図１９に示したタイミングでは、共通の巻線１０４が設けられた４つの磁極子１１０は、図示上側の磁極歯１１１がＳ極で下側の磁極は１１１がＮ極となっている。そして、次のタイミングでは図示上側の磁極歯１１１がＮ極で下側の磁極は１１１がＳ極となる。
【００４１】
永久磁石１０３ａの磁束の方向は太線矢印で示すように上向きとなっており、永久磁石１０３ｂの磁束の方向は細線矢印で示すように下向きとなっている。そして、図１９に示す配置の場合、上向きの磁石磁束が有効な磁束となり、下向きの磁石磁束が無効な磁束となる。そのため、補助部材１３０を磁性体材料で構成する場合には、図１９（ａ）に示すように補助部材１３０（１３０ａ）の永久磁石１０３に対向する部分を、永久磁石１０３から十分に離し、無効な磁束（下向きの磁石磁磁束）を補助部材１３０が拾わないようにすることが重要である。一方、図１９（ｂ）に示す補助部材１３０ｂのように永久磁石１０３に対向した部分が永久磁石１０３に近い場合には、無効磁束の影響を受けやすく効率が低下する。
【００４２】
−第３の実施の形態−
図２０は、冷媒５の供給方法の一例を示す図である。冷媒５には冷却油のような液体が用いられ、ハウジング２の冷媒排出口４から排出された冷媒５は、冷媒タンク５０６へと回収される。冷媒タンク５０６の冷媒５は、冷媒送液用ポンプ５０４によって再び冷媒供給部材１２０に接続された配管３へと送られ、冷媒供給部材１２０に供給される。冷媒送液用ポンプ５０４はモータ５０５によって回転駆動される。
【００４３】
冷媒送液用ポンプ５０４と各配管３との間の冷媒経路５０７には、各冷媒供給部材１２０から噴出または滴下される冷媒５の流量を制御するための流量調整弁５０３ａ〜５０３ｃがそれぞれ設けられている。例えば、冷媒送液用ポンプ５０４の吐出量を調整することによりトータルの冷媒供給量を調整することができ、また、各流量調整弁５０３ａ〜５０３ｃの調整量を変更することにより、各冷媒供給部材１２０による冷媒供給量を個別に調整することができる。
【００４４】
各流量調整弁５０３ａ〜５０３ｃは制御部５０１によって制御される。制御部５０１には温度センサ５０２の検出値が入力される。図２０では、温度センサ５０２を一つしか記載していないが実際には複数設けられ、回転子１０２や永久磁石１０３や磁極子１１０や巻線１０４等の計測が行われる。温度センサ５０２には、計測対象に応じて熱電対や赤外線センサ等が用いられる。
【００４５】
回転電機１の運転状態によっては、巻線１０４や回転子１０２の発熱に分布ができる場合がある。そこで、制御部５０１は、温度センサ５０２によって計測された各部の温度に応じて、各冷媒供給部材１２０に関して設けられた流量調整弁５０３ａ〜５０３ｃの絞り量を調整する。これにより、発熱が小さい個所の冷媒供給部材１２０に対する冷媒５の供給量を少なくして、発熱が大きい個所の冷媒供給部材１２０に対する冷媒５の供給量を多くすることが可能となり、冷却効率を上げることができる。例えば、永久磁石１０３の温度が管理温度範囲よりも高くなった場合には、流量調整弁５０３ｂの絞りを開けて冷媒噴出管１２２から回転子１０２方向に噴出される冷媒５の流量を増加させる。
【００４６】
なお、図２０に示す例では、複数の冷媒供給部材１２０の各々に流量調整弁を設けているが、複数の冷媒供給部材１２０をいくつかのグループに分けて、そのグループ毎に冷媒流量を調整するようにしても良い。
【００４７】
また、温度センサ等によって実際に温度計測を行う代わりに、運転条件（電流値や回転数などの条件）に応じた発熱量を予めシミュレーションや実験等によって求めておき、その結果を制御部５０１の記憶部５０１ａに記憶させておく。そして、実際の運転状態においては、記憶されたデータと実際の運転条件に基づいて温度を予測し、その予測値に基づいて流量調整弁５０３ａ〜５０３ｃの絞り量を調整するようにしても良い。
【００４８】
上述した実施の形態では、図４に示すように、永久磁石１０３の磁化方向を、回転子１０２の厚さ方向と一致させるようにしたが、図２１に示すように、回転方向に隣り合う永久磁石１０３の磁極を向かい合うように配置させるようにしても良い。図２１（ａ）は回転子１０２に取り付けられた永久磁石１０３の配置図であり、回転子１０２の一部を回転軸１０１の軸方向から見た図である。図２１（ｂ）は、回転子１０２および磁極子１１０を回転方向（周方向）に断面した断面図であり、断面の一部のみを示した。
【００４９】
図２１（ｂ）に示すように、永久磁石１０３は周期Ｐ（永久磁石１０３の中央を通る円上での周期）で周方向に交互に配置され、隣接する永久磁石１０３は同一磁極同士が向かい合うように配置されている。磁極子１１０に設けられた２つの磁極歯１１１は、周方向（図示左右方向）に距離ｂだけずれるように形成されている。図２１に示す例では、距離ｂは、永久磁石１０３の周期Ｐとほぼ同一値に設定されている。このように永久磁石１０３の同一磁極同士を向かい合わせるように配置することで、一つの永久磁石１０３に用いられる材料の使用量を、図４の場合に比べて低減することができる。
【００５０】
上述した実施の形態においては、以下に示すような作用効果を奏することができる。
アキシャルギャップ型の回転電機１は、複数の永久磁石１０３を有する円盤状の回転子１０２と、回転子１０２の周方向に沿って間隔を空けて配設された複数の磁極子１１０と、磁極子１１０に巻回された巻線１０４と、を備えている。磁極子１１０は、回転子１０２の一方の面に対向するように配置された磁極歯１１１、回転子１０２の他方の面に対向するように配置された磁極歯１１１、およびそれらの磁極歯１１１を繋ぐコア１１２を有している。そして、本実施の形態では、隣接する磁極子１１０の間の空隙を通して、少なくとも回転子１０２に冷媒を放出する冷媒供給部材１２０をさらに備えている。
【００５１】
このように、回転子１０２の周方向に沿って間隔を空けて複数の磁極子１１０を配設するとともに、隣接する磁極子１１０の間の空隙を通して冷媒供給部材１２０から冷媒を放出するようにしたので、低速回転であっても回転子１０２の冷却効果が低下することなく、十分な冷却を行うことができる。冷媒供給部材１２０としては、図５に示すような管部材である冷媒滴下管１２１ａや冷媒噴出管１２２を空隙に挿入するように配置し、冷媒滴下管１２１ａの冷媒により巻線１０４を冷却し、冷媒噴出管１２２の冷媒により回転子１０２を冷却するようにしても良い。
【００５２】
また、図４に示すように、隣接する磁極子１１０間の周方向配置のピッチ角度θ２を、隣接する永久磁石１０３間の周方向配置のピッチ角度θ１の偶数倍または略偶数倍に設定することで、磁極子１１０間に十分な空隙が形成される。その結果、磁極子１１０間に冷媒供給部材１２０や補助部材１３０を配置することが容易となる。
【００５３】
さらに、ピッチ角度θ１，θ２を上述のように設定し、隣接する２以上の磁極子１１０で構成される複数の磁極子群を形成し、巻線１０４を磁極子群毎に設けるようにしても良い。この場合、図４に示すように巻線１０４は磁極子群を構成する磁極子１１０の全体に対して巻回されるので、磁極子群の隣接する磁極子１１０間には巻線１０４は配置されず、十分な空隙が形成される。そのため、巻線１０４の内周側に冷媒供給部材１２０（冷媒噴出管１２２や冷媒滴下管１２１ａ）を配置することで巻線１０４を内周側からも冷却することが可能となり、巻線１０４の冷却性能の向上を図ることができる。
【００５４】
また、図１０，１１に示すように、巻線１０４が巻回された磁極子１１０および回転子１０２が収納されるハウジング２に冷媒流路６を形成し、その冷媒流路６を介して冷媒供給部材１２０に冷媒を供給するようにしても良い。そうすることで、ハウジング２に接続される配管３の数を削減することができる。また、磁極子１１０をハウジング２に接触して配置した場合、冷媒流路６を流れる冷媒によりハウジング２が冷却され、そのハウジング２によって磁極子１１０が冷却される。
【００５５】
さらにまた、冷媒供給部材として、図１６〜１８に示すような補助部材１３０を、隣接する磁極子１１０の各々に面接触するように磁極子１１０間に配置するようにしても良い。補助部材１３０には、回転子１０２に冷媒を放出する冷媒噴出管１２２を設けたり（図１７参照）、図１８に示すように冷媒流路１３２および冷媒放出部１３２ａ，１３２ｂを設けたりすることで、回転子１０２や巻線１０４に冷媒を供給することができる。その結果、回転子１０２や巻線１０４が冷媒により直接冷却されると共に、磁極子１１０は面接触している補助部材１３０によって冷却される。
【００５６】
上述した各実施形態はそれぞれ単独に、あるいは組み合わせて用いても良い。それぞれの実施形態での効果を単独あるいは相乗して奏することができるからである。また、本発明の特徴を損なわない限り、本発明は上記実施の形態に何ら限定されるものではない。さらに、艦船推進用や鉄道車両用の電動機として本発明のアキシャルギャップ型の回転電機１を用いることで、減速機を必要としないダイレクトドライブが実現可能となる。
【符号の説明】
【００５７】
１：回転電機、２：ハウジング、５：冷媒、６，１３２：冷媒流路、１０２：回転子、１０３：永久磁石、１０４：巻線、１１０：磁極子、１１１：磁極歯、１１２:コア、１２０：冷媒供給部材、１２１ａ，１２１ｂ：冷媒滴下管、１２２，１２３，１２５：冷媒噴出管、１３０，１３０ａ，１３０ｂ：補助部材、１３２ａ，１３２ｂ：冷媒放出部、５０１：制御部、５０１ａ：記憶部、５０２：温度センサ、５０３ａ〜５０３ｃ：流量調整弁、５０７:冷媒経路
【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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【図７】
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【図８】
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【図９】
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【図１０】
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【図１１】
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【図１２】
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【図１３】
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【図１４】
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【図１５】
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【図１６】
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【図１７】
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【図１８】
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【図１９】
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【図２０】
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【図２１】
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