JP2005304174A - 回転電機の冷却構造及び冷却方法 - Google Patents

Abstract

【課題】アキシャルギャップ型の回転電機においてステータの冷却性能を向上させることのできる回転電機のステータ冷却構造及び冷却方法を提供する。
【解決手段】回転軸２に沿って少なくとも一対のステータ２１とロータ１１とが対向して配置されるアキシャルギャップ型回転電機であって、ステータ２１基部に冷却装置２８を有する回転電機１のステータ冷却構造において、ステータ２１基部の冷却装置２８を経由して冷却された冷媒がステータ２１のコイル２４へ流れるよう構成する。
【選択図】図１

Description

本発明は、回転軸に沿って少なくとも一対のステータとロータとが対向して配置されるアキシャルギャップ型回転電機であって、ステータ基部に冷却装置を有する回転電機のステータ冷却構造及び冷却方法に関するものである。

従来、回転軸に沿って少なくとも一対のステータとロータとが対向して配置されるアキシャルギャップ型回転電機であって、ステータ基部に冷却装置を有する回転電機は、種々の構成のものが知られている（例えば、特許文献１参照）。
特開２００３−８８０３２号公報

上述した従来のアキシャルギャップ型回転電機では、ステータ基部に冷却装置はあるものの、発熱体であるステータのコイルからは遠く、ステータのコイル近傍に冷却構造がないため、十分な冷却性能が得られない問題があった。一方、本発明の対象となる大型のアキシャルギャップ型回転電機ではないが、ハードディスク装置などのディスク駆動装置として、駆動軸に回転翼を取り付けて、ディスク駆動装置の筐体内を強制的に冷却するものも知られている（例えば、特許文献２参照）。しかしながら、本発明の対象となる大型のアキシャルギャップ型回転電機では、ステータのコイルから発生する熱がハードディスク装置などで発生する熱に比べて比較にならないほど多量であるため、その冷却方法を本発明の回転電機にそのまま適用することはできなかった。
特開平１１−２８４３８０号公報

本発明の目的は上述した問題点を解消して、アキシャルギャップ型の回転電機においてステータの冷却性能を向上させることのできる回転電機のステータ冷却構造及び冷却方法を提供しようとするものである。

本発明の回転電機のステータ冷却構造は、回転軸に沿って少なくとも一対のステータとロータとが対向して配置されるアキシャルギャップ型回転電機であって、ステータ基部に冷却装置を有する回転電機の冷却構造において、ステータ基部の冷却装置を経由して冷却された冷媒がステータのコイルへ流れるよう構成したことを特徴とするものである。

また、本発明の回転電機のステータ冷却方法は、回転電機のステータ冷却構造を利用して、冷媒をステータ基部の冷却を通し、冷却した冷媒をステータのコイルを介してロータへと循環させ、ロータ外周より排気することを特徴とするものである。

本発明の回転電機のステータ冷却構造及び冷却方法によれば、ステータ基部の冷却装置を経由して冷却された冷媒がステータのコイルへ流れるよう構成しているため、冷却した冷媒をステータ先端のコイルの部分にまで導くことができ、冷却性能の向上を図ることができる。

なお、本発明の回転電機のステータ冷却構造及び冷却方法の好適例として、ステータのインシュレータとコイルとの間の空隙および／または隣り合うステータ同士の空隙を介して、冷却された冷媒を通過させるよう構成することができる。このように構成すれば、ステータのコイルをより確実に冷却することができる。

また、本発明の回転電機のステータ冷却構造及び冷却方法の好適例として、ロータ面上にファンを設けて、回転するロータのファンにより吸引力を発生させ、ステータ基部の冷却装置から冷却された冷媒を引くよう構成ができる。このように構成すれば、ロータの回転力を有効に活用して、冷却した冷媒の循環をより効果的に行うことができる。

さらに、本発明の回転電機のステータ冷却構造及び冷却方法の好適例として、ロータ内部に空隙を設けて、空隙を介してファンによって吸引した冷媒をロータ外周側に吐出するよう構成することができる。このように構成すれば、ロータ内部に吸引した冷却した冷媒を通すことにより、ロータの冷却にも循環させる冷媒を利用することができる。

さらにまた、本発明の回転電機のステータ冷却構造及び冷却方法の好適例として、ロータ面上に仕切り板を設けて、仕切り板により、ロータとステータとの間のエアギャップ部への冷媒の浸入を防ぐよう構成することができる。このように構成すれば、ロータとステータとの間のエアーギャップ部へ冷却した冷媒が入り込むことを防止することができる。

以下に、この発明の実施の形態を、図面に基づき詳細に説明する。
図１は本発明の回転電機のステータ冷却構造の一例を説明するための図である。図１に示す例において、アキシャルギャップ型回転電機１は、回転軸２に沿って、一対のロータ１１とステータ２１とがエアーギャップ３を隔てて対向して配置されている。円盤状のロータ１１は回転軸２に固定されている。ロータ１１のステータ２１と対向する面には、複数の永久磁石（図示せず）が設けられている。また、ロータ１１のステータ２１と対向する面には、全円周に亘って外側へ突出する内周側仕切り板１２と外周側仕切り板１３とを設け、これら内周側仕切り板１２と外周側仕切り板１３との間にステータ２１の先端部を挿入してエアーギャップ３を形成することで、エアーギャップ部への冷媒の浸入を防いでいる。

ステータ２１のロータ１１に対向する部分には、ステータコア２２が円周に沿って複数個設けられている。ステータコア２２の周囲にはインシュレータ２３を介してコイル２４が巻回されている。そして、ステータコア２２は、ドーナツ状のフレーム２６に固定することで、フレーム２６に対しても固定されている。フレーム２６の内部には冷却液２７を循環させる冷却装置２８が設けられており、これによりステータ２１を冷却している。

本発明の回転電機のステータ冷却構造の特徴は、上述した構成の回転電機において、冷却装置２８に加えて設けられた、ステータ２１を冷却する構造及び方法にある。すなわち、本発明の特徴は、図１に示す例において、ステータ２１の基部であるフレーム２６に設けられた冷却装置２８を経由することで冷媒（例えば空気）を冷却し、冷却された冷媒を、ここでは図示しない何らかの冷媒移動手段により、最大の発熱源であるステータ２１のコイル２４へ流れるよう構成した点にある。ここで、冷媒移動手段については特に限定するものではなく、上述した冷媒の流れを得ることができればどのような手段でも利用することができるが、後述するようにロータ１１の回転力を利用した冷媒移動手段や、回転電機内に別途設けたファン等を好適に用いることができる。

また、図１に示す例において、冷媒をステータ２１に通過させる方法も特に限定しないが、ステータ２１のインシュレータ２３とコイル２４との間の空隙を介して、および／または、隣り合うステータ２１同士の空隙を介して、冷却された冷媒を通過させるよう構成することが好ましい。図２は、本発明の回転電機のステータ冷却構造の好適例として、ステータ２１のインシュレータ２３とコイル２４との間の空隙を介して冷媒を通過させる構成の一例を説明するための図である。図２に示す例では、ステータコア２２、インシュレータ２３、コイル２４の横断面をしめしている。本例では、インシュレータ２３のコイル２４に対向する位置に、インシュレータ２３の一端面から他端面まで連通する複数の空隙２９を設け、これらの空隙２９を介して冷媒を通すことで、冷媒の冷却通路を構成している。

次に、本発明の回転電機のステータ冷却構造における冷媒移動手段の好適例として、ロータ１１の回転力を利用した例を説明する。図３（ａ）、（ｂ）は、それぞれ本発明の好適例として、ロータ１１の回転力を利用した構成の一例を説明するための図である。ここで、図３（ａ）はその正面図を示し、図３（ｂ）は図３（ａ）におけるＡ−Ａ線に沿った断面図を示す。

図３（ａ）、（ｂ）に示す例では、内周側仕切り板１２を内周仕切り部材１２ａと外周仕切り部材１２ｂとから構成し、内周仕切り部材１２ａと外周仕切り部材１２ｂとの間に、溝部１４を設けるとともに複数の吸入ファン１５を設けている。同様に、外周側仕切り部材１３を内周仕切り部材１３ａと外周仕切り部材１３ｂとから構成し、内周仕切り部材１３ａと外周仕切り部材１３ｂとの間に、溝部１６を設けるとともに複数の吸入ファン１７を設けている。また、ロータ１１内に、溝部１４と溝部１６とを連通してロータ１１の外周部に開口する連通孔１８を円周方向に何箇所か設けている。なお、吸入フィン１５、１７の形状については特に限定しないが、回転により溝部１４、１６に冷媒を吸引しやすい形状とすることが好ましい。

このように構成することで、ロータ１１が回転すれば、冷媒は強制的に吸引され、吸引された冷媒を溝部１４、１６および連通孔１８を介してロータ１１の外部へ導くことができる。また、溝部１４および吸入ファン１５を内周仕切り部材１２ａと外周仕切り部材１２ｂとの間に設け、溝部１６および吸入ファン１７を内周仕切り部材１３ａと外周仕切り部材１２ｂとの間に設けることで、冷媒のエアーギャップ部への浸入を防ぐだけでなく、効率よくロータ１１の内部に冷媒を取り込める構成とすることができる。

本発明の回転電機のステータ冷却構造及び冷却方法は、回転軸に沿って少なくとも一対のステータとロータとが対向して配置されるアキシャルギャップ型回転電機において、ステータの冷却性能をより向上させる用途に好適に利用することができる。

本発明の回転電機のステータ冷却構造の一例を説明するための図である。 本発明の回転電機のステータ冷却構造の好適例として、ステータのインシュレータとコイルとの間の空隙を介して冷媒を通過させる構成の一例を説明するための図である。 （ａ）、（ｂ）は、それぞれ本発明の好適例として、ロータの回転力を利用した構成の一例を説明するための図である。

符号の説明

１ 回転電機
２ 回転軸
３ エアーギャップ
１１ ロータ
１２ 内周側仕切り板
１２ａ 内周仕切り部
１２ｂ 外周仕切り部
１３ 外周側仕切り板
１３ａ 内周仕切り部
１３ｂ 外周仕切り部
１４、１６ 溝部
１５、１７ 吸入フィン
１８ 連通孔
２１ ステータ
２２ ステータコア
２３ インシュレータ
２４ コイル
２５ バックコア
２６ フレーム
２７ 冷却液
２８ 冷却装置
２９ 空隙

Claims (6)

1. 回転軸に沿って少なくとも一対のステータとロータとが対向して配置されるアキシャルギャップ型回転電機であって、ステータ基部に冷却装置を有する回転電機の冷却構造において、ステータ基部の冷却装置を経由して冷却された冷媒がステータのコイルへ流れるよう構成したことを特徴とする回転電機のステータ冷却構造。
2. ステータのインシュレータとコイルとの間の空隙および／または隣り合うステータ同士の空隙を介して、冷却された冷媒を通過させるよう構成したことを特徴とする請求項１に記載の回転電機のステータ冷却構造。
3. ロータ面上にファンを設けて、回転するロータのファンにより吸引力を発生させ、ステータ基部の冷却装置から冷却された冷媒を引くよう構成したことを特徴とする請求項１または２に記載の回転電機のステータ冷却構造。
4. ロータ内部に空隙を設けて、空隙を介してファンによって吸引した冷媒をロータ外周側に吐出するよう構成したことを特徴とする請求項３に記載の回転電機のステータ冷却構造。
5. ロータ面上に仕切り板を設けて、仕切り板により、ロータとステータとの間のエアギャップ部への冷媒の浸入を防ぐよう構成したことを特徴とする請求項１〜４のいずれか１項に記載の回転電機のステータ冷却構造。
6. 請求項１〜５のいずれか１項に記載の回転電機のステータ冷却構造を利用して、冷媒をステータ基部の冷却を通し、冷却した冷媒をステータのコイルを介してロータへと循環させ、ロータ外周より排気することを特徴とする回転電機のステータ冷却方法。
   
   
   

Images