JP2008125234A - 電動モータ - Google Patents
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Abstract
【課題】永久磁石を備えたロータを使用した電動モータにおいて、弱め界磁制御が不要であり、かつ、渦電流による発熱を防止可能な電動モータを提供することを目的とする。
【解決手段】電動モータ1は、ロータ20、ステータ30、および回転軸40を収容するハウジング10と、ステータ30の内側に配置され、かつ、軸方向に移動可能に構成されている、永久磁石を備えたロータ20と、ステータ30と、ロータ20と連動して回転し、ハウジング10を貫通する回転軸40と、空気流を利用して、ロータ20を軸方向に移動させると共に、ハウジング10内を冷却する移動・冷却機構とを備えている。
【選択図】 図1
【解決手段】電動モータ1は、ロータ20、ステータ30、および回転軸40を収容するハウジング10と、ステータ30の内側に配置され、かつ、軸方向に移動可能に構成されている、永久磁石を備えたロータ20と、ステータ30と、ロータ20と連動して回転し、ハウジング10を貫通する回転軸40と、空気流を利用して、ロータ20を軸方向に移動させると共に、ハウジング10内を冷却する移動・冷却機構とを備えている。
【選択図】 図1
Description
本発明は、電動モータに関し、詳細には、永久磁石を備えたロータを使用した電動モータに関する。
永久磁石を備えたロータを使用した電動モータは、高出力かつ高効率であるため、広く車両等に利用されている。かかる永久磁石を備えたロータを使用した電動モータの運転可能条件は、誘起電圧と電動モータにおける電圧降下(コイルに電流が流れることによる低下)との和がインバータから電動モータに出力される出力可能電圧以下となることである。電動モータでは、ロータに設けられている永久磁石が発生する磁束と、電動モータの回転角速度とによって誘起起電力(誘起電圧)が決定される。すなわち、電動モータの回転角速度が上昇すると、電動モータの誘起電圧が比例して上昇する。誘起電圧が支配的になると、電動モータに流せる電流が少なくなる。電動モータにおけるトルクは電流に比例するため、誘起電圧が支配的になる高回転領域では、高トルク出力運転が困難であった。
これを解消するため、弱め界磁制御によって高回転領域を広げる手段を用いた電動モータがある。しかしながら、弱め界磁制御では、回転角速度に比例して上昇する誘起起電力に応じて弱め界磁制御用電流を上昇させる必要があるため、高回転領域において電動モータの効率が低下してしまうという問題がある。
例えば、特許文献1では、弱め界磁制御を用いることなく高回転領域(高トルク出力運転が可能な高回転領域)を広げられる電動モータが提案されている。同文献の電動モータでは、複数の移動体は、ロータの半径方向へ移動可能に構成されている。円筒部の内側に設けられた弾性体は、ロータの半径方向の外側から内側へ向けて移動体を付勢する。出力軸の端部の外周には複数の平面形状の傾斜面が形成されており、移動体には平面形状のカム面が傾斜面と摺接可能に形成されている。モータハウジングの端壁と出力軸の端面との間に介在された圧縮バネは、出力軸をその軸方向へ付勢しており、傾斜面とカム面とが圧縮バネのバネ力によって接合されている。ロータの回転に伴って移動体に作用する遠心力が弾性体による予荷重を上回ると、ロータの全体がその軸方向へ移動する。
電動モータの高速回転領域では、永久磁石に発生する渦電流により永久磁石が発熱し、この状態で、ステータコイルからの逆磁界を受けると永久磁石減磁が生ずるという問題がある。上記特許文献1では、渦電流による発熱について何ら考慮されていない。
本発明は、上記に鑑みてなされたものであり、永久磁石を備えたロータを使用した電動モータにおいて、弱め界磁制御が不要であり、かつ、渦電流による発熱を防止可能な電動モータを提供することを目的とする。
上述した課題を解決し、目的を達成するために、本発明は、ステータと、永久磁石を備えたロータと、前記ロータと連動して回転する回転軸と、前記ステータ、前記ロータ、および前記回転軸を収容するハウジングと、空気流を利用して、前記ロータを軸方向に移動させると共に、前記ハウジング内を冷却する移動・冷却機構と、を備えたことを特徴とする。
また、本発明の好ましい態様によれば、前記移動・冷却機構は、高速回転領域では、低速回転領域に比して、前記ロータを前記ステータと対向する面積が小さくなる位置に移動させることが望ましい。
また、本発明の好ましい態様によれば、前記移動・冷却機構は、前記ロータを前記軸方向の一方の方向に付勢する第1の付勢手段と、前記ロータと連結しており、当該ロータと共に回転し、前記ロータを前記軸方向の他方の方向に付勢すると共に、前記ハウジング内を冷却するインペラと、を含むことが望ましい。
また、本発明の好ましい態様によれば、前記移動・冷却機構は、前記回転軸の両端側に連結し、前記ハウジング内で前記軸方向の他方の方向に流れる空気流を生成し、前記インペラの前記ロータに対する付勢力を促進する共に、前記ハウジング内を冷却するファンを含むことが望ましい。
また、本発明の好ましい態様によれば、前記移動・冷却機構は、前記ハウジングの両端側にそれぞれ接続された一対のパイプと、前記一対のパイプ間に設けられた熱交換器とを備え、前記一対のパイプ、前記熱交換器、および前記ハウジングとで空気循環閉空間路を形成し、前記ファンは、前記熱交換器で冷却された空気を前記空気循環閉空間路で循環させることが望ましい。
本発明によれば、ステータと、永久磁石を備えたロータと、前記ロータと連動して回転する回転軸と、前記ステータ、前記ロータ、および前記回転軸を収容するハウジングと、空気流を利用して、前記ロータを軸方向に移動させると共に、前記ハウジング内を冷却する移動・冷却機構を備えているので、弱め界磁制御が不要であり、かつ、渦電流による発熱を防止可能な電動モータを提供することが可能となるという効果を奏する。
以下に、この発明の最良の形態を、図面を参照しつつ詳細に説明する。なお、この実施の形態によりこの発明が限定されるものではない。また、下記実施の形態における構成要素には、当業者が容易に想定できるものまたは実質的に同一のものが含まれる。
(実施の形態)
図1は、本発明の実施の形態に係る永久磁石モータの軸方向の概略断面構成図(低速回転時)、図2は、本発明の実施の形態に係る永久磁石モータの軸方向の概略断面構成図(高速回転時)、図3は、図1のA−A断面図を示している。
図1は、本発明の実施の形態に係る永久磁石モータの軸方向の概略断面構成図(低速回転時)、図2は、本発明の実施の形態に係る永久磁石モータの軸方向の概略断面構成図(高速回転時)、図3は、図1のA−A断面図を示している。
図1において、電動モータ1は、ロータ(回転子)20、ステータ(固定子)30、および回転軸(シャフト)40を収容するハウジング10と、ステータ30の内側に配置され、かつ、軸方向に移動可能に構成されている、永久磁石を備えたロータ20と、ステータ30と、ロータ20と連動して回転し、ハウジング10を貫通する回転軸(シャフト)40と、空気流を利用して、ロータ20を軸方向に移動させると共に、ハウジング10内を冷却する移動・冷却機構とを備えている。
ハウジング10の周壁内周面にはステータ30が固定されており、このステータ30は、ステータ本体31にステータコイル32が巻回されて構成されている。ステータ30の径方向内側には、ロータ20および回転軸40が回転自在に収容されている。また、ハウジング10のリア側の端面には、冷却空気の吸込口となる複数の開口部11が周方向に形成されており、また、そのフロント側の端面には、冷却空気の排出口となる複数の開口部12が周方向に形成されている。
回転軸40は、その両端側(リア側およびフロント側)がベアリング42、43を介してハウジング10に回転自在に支承されている。また、回転軸40には、図1および図3に示すように、ロータ20が軸方向に移動するためのガイドおよび回転軸40の周方向の動作を規制して、ロータ20と共に回転させるための凹部(キー溝)40aが形成されている。
ベアリング42には、リング形状を呈するスペーサ45が固定されている。回転軸40の外周方向には、第1の付勢手段であるスプリング50が配されており、このスプリング50の一端側は、スペーサ45に固定されており、その他端側は、ロータ20に当接してロータ20を軸方向のリア方向(一方の方向)に付勢している。
ロータ20は、図1および図3に示すように、断面視リング形状を呈しており、その内周側に配置されたインペラ21、およびフランジ22を介して、回転軸40に連結している。ロータ20は、永久磁石ロータで構成されており、電磁鋼板(コア)20aに、径方向外側に周方向に沿って、複数の永久磁石20bが埋め込まれて構成されている。周方向に隣接する2つの永久磁石20bの極性は反対となっている。なお、ここでは、埋込磁石型の永久磁石ロータを使用することとしたが、表面磁石型の永久磁石ロータを使用することにしてもよい。
インペラ21は、ロータ20およびフランジ22に固定されており、ロータ20と共に回転し、その揚力(フロント方向に移動しようとする力)によりロータ20を軸方向のフロント方向(他方の方向)に付勢すると共に、その回転により発生する風により、ハウジング10内を冷却する。インペラ21は、回転速度が大きくなると、その揚力が大きくなり、ロータ20を軸方向のフロント方向に付勢する力が大きくなるとともに発生する風が大きくなる。なお、インペラ21の形状は、回転によりフロント方向に揚力を生じるものであれば如何なるものとしてもよい。
フランジ22は、ロータ20およびインペラ21を回転軸40に連結する。また、フランジ22には、図1および図3に示すように、軸方向に沿ってその内周壁に、回転軸40の凹部40aと係合する凸部22aが形成されている。
ロータ20、インペラ21、およびフランジ22は、フランジ22の凸部22aが回転軸40の凹部40aに案内されて、軸方向に移動可能に構成されている。また、フランジ22の凸部22aが回転軸40の凹部40aを介して、回転軸40の周方向の動作を規制し、ロータ20は、回転軸40を連動させて回転させる。
このように構成されるロータ20は、スプリング50により軸方向のリア方向(一方の方向)に付勢されると共に、インペラ21により軸方向のフロント方向(他方の方向)に付勢されており、ベクトル的にバランスする軸方向位置に移動する。
さらに、ハウジング10の両端面には、一対のパイプ70a、70bが設けられている。パイプ70a、70b内には、回転軸40の両端に連結したファン60a、60bがそれぞれ設けられており、このパイプ70a、70bには、空気を冷却する熱交換器80が接続されている。ハウジング10、パイプ70a、70b、および熱交換器80は、密閉された構造となっており、空気循環閉空間路を形成する。
ファン60a、60bは、ハウジング10のフロント方向に空気流を生成して、ハウジング10内を冷却すると共に、インペラ21の揚力を促進させる。空気循環閉空間路では、熱交換器80で冷却された空気が、パイプ70bを通り、ファン60bにより開口部12を介して、ハウジング10内部に供給されて、ハウジング10内(ロータ20、ステータ20、および回転軸40)を冷却し、この空気は、ファン60aにより開口部12から排出され、パイプ70aを介して熱交換器80に供給されて再び冷却された後、ハウジング10内に供給される。このようにして、冷却された空気が、空気循環閉空間路を循環する。
上記構成の電動モータ1の動作を説明する。不図示の電気回路によりステータ30のステータコイル32が通電すると、ロータ20、インペラ21、回転軸40、およびファン60a、60bは回転を開始する。低速回転時には、ファン60a、60bによる空気流の速度およびインペラ21の揚力は小さい。この場合、図1に示すように、ロータ20に対するスプリング50のリア方向への付勢力が、インペラ21の回転によるフロント方向への付勢力よりも大きく、ロータ20、インペラ21、およびフランジ22は移動しない。これにより、ロータ20は、ステータ30との対向面積が大きく、磁石磁束量を増大することができる。
他方、高速回転時には、ファン60a、60bによる空気流の速度およびインペラ21の揚力は大きくなる。この場合、図2に示すように、ロータ20に対するインペラ21によるフロント方向への付勢力が増大して、ロータ20、インペラ21、およびフランジ22をフロント方向へスプリング50の付勢力に抗して移動させる。この結果、ロータ20のステータ30との対向面積が減少し、磁石磁束量を減少させ、ステータコイル32の誘起電圧が小さくなる。これにより、高速回転時に減磁機能を奏する電動モータを実現することができ、弱め界磁制御が不要となる。
以上説明したように、本実施の形態に係る電動モータ1によれば、ステータ30と、永久磁石25を備えたロータ20と、ロータ20と連動して回転する回転軸40と、ステータ30、ロータ20、および回転軸40を収容するハウジング10と、空気流を利用して、ロータ20を軸方向に移動させると共に、ハウジング10内を冷却する移動・冷却機構と、を備えているので、弱め界磁制御を行わなくても、高速回転時に、ロータ20を、空気流を利用して軸方向に移動させることにより、磁石磁束量を減少させて減磁作用を奏することができ、また、ロータ20を空気流で冷却することができ、弱め界磁制御を不要とし、かつ、渦電流による発熱を防止することが可能となる。
また、本実施の形態の電動モータ1によれば、移動・冷却機構は、高速回転領域では、低速回転領域に比して、ロータ20をステータ30と対向する面積が小さくなる位置に移動させることとしたので、高速回転領域で磁石磁束量を減少させることが可能となる。
また、本実施の形態に係る電動モータ1によれば、移動・冷却機構は、ロータ20を軸方向の一方の方向に付勢する第1の付勢手段(スプリング50)と、ロータ20と連結しし当該ロータ20と共に回転し、ロータ20を軸方向の他方の方向に付勢すると共に、ハウジング内を冷却するインペラ21を備えているので、ロータ20に対するスプリング50の付勢力とインペラ21による付勢力とがベクトル的にバランスする軸方向位置にロータ20を移動することが可能となる。
また、本実施の形態に係る電動モータ1によれば、移動・冷却機構は、回転軸40の両端側に連結し、かつ、ハウジング10内で軸方向の他方の方向に流れる空気流を生成し、インペラ21のロータ20に対する付勢力を促進させると共に、ハウジング10内を冷却するファン60a、60bを含むこととしたので、インペラ21のロータ20に対する付勢力を大きくすることができ、また、ハウジング10内をより冷却できることが可能となる。
また、本発明の好ましい態様によれば、移動・冷却機構は、ハウジング10の両端側にそれぞれ接続された一対のパイプ70a、70bと、一対のパイプ70a、70b間に設けられた熱交換器80とを備え、一対のパイプパイプ70a、70b、熱交換器80、およびハウジング10とで空気循環閉空間路を形成し、ファン60a、60bは、熱交換器80で冷却された空気を空気循環閉空間路で循環させることとしたので、冷却された空気をハウジング10内に効率良く供給することが可能となる。
なお、本実施の形態では、移動・冷却機構により、ステータ30とロータ20との相対的位置関係を変位させるために、ロータ20を軸方向に移動させることとしたが、ロータ20を回転軸40に固定して、ロータ20と共に回転軸40を軸方向に移動させる構成としてもよい。
また、本実施の形態では、ファン60a、60bを回転軸40に直接連結することとしたが、直接連結しないで、他の駆動源を使用してファン60a、60bを回転させることにしてもよい。また、ファン60a、60bをハウジング10の外部に設けることとしたが、ハウジング10内に設けることにしてもよい。
本発明に係る電動モータは、永久磁石を備えたロータを有する電動モータにおいて、弱め界磁制御が必要な電動モータに広く利用可能である。
1 電動モータ
10 ハウジング
11、12 開口部
20 ロータ
20a 電磁鋼板(コア)
20b 永久磁石
21 インペラ
22 フランジ
22a 凸部
30 ステータ
31 ステータ本体
32 ステータコイル
40 回転軸(シャフト)
40a 凹部(キー溝)
42、43 ベアリング
45 スペーサ
50 スプリング
60a、60b ファン
70a、70b パイプ
80 熱交換器
10 ハウジング
11、12 開口部
20 ロータ
20a 電磁鋼板(コア)
20b 永久磁石
21 インペラ
22 フランジ
22a 凸部
30 ステータ
31 ステータ本体
32 ステータコイル
40 回転軸(シャフト)
40a 凹部(キー溝)
42、43 ベアリング
45 スペーサ
50 スプリング
60a、60b ファン
70a、70b パイプ
80 熱交換器
Claims (5)
- ステータと、
軸方向に移動可能に構成され、永久磁石を備えたロータと、
前記ロータと連動して回転する回転軸と、
前記ステータ、前記ロータ、および前記回転軸を収容するハウジングと、
空気流を利用して、前記ロータを軸方向に移動させると共に、前記ハウジング内を冷却する移動・冷却機構と、
を備えたことを特徴とする電動モータ。 - 前記移動・冷却機構は、高速回転領域では、低速回転領域に比して、前記ロータを前記ステータと対向する面積が小さくなる位置に移動させることを特徴とする請求項1に記載の電動モータ。
- 前記移動・冷却機構は、
前記ロータを前記軸方向の一方の方向に付勢する第1の付勢手段と、
前記ロータと連結し当該ロータと共に回転し、前記ロータを前記軸方向の他方の方向に付勢すると共に、前記ハウジング内を冷却するインペラと、
を含むことを特徴とする請求項1または請求項2に記載の電動モータ。 - 前記移動・冷却機構は、
前記回転軸の両端側に連結し、前記ハウジング内で前記軸方向の他方の方向に流れる空気流を生成し、前記インペラの前記ロータに対する付勢力を促進する共に、前記ハウジング内を冷却するファンを含むことを特徴とする請求項3に記載の電動モータ。 - 前記移動・冷却機構は、
前記ハウジングの両端側にそれぞれ接続された一対のパイプと、前記一対のパイプ間に設けられた熱交換器とを備え、
前記一対のパイプ、前記熱交換器、および前記ハウジングとで空気循環閉空間路を形成し、前記ファンは、前記熱交換器で冷却された空気を前記空気循環閉空間路で循環させることを特徴とする請求項4に記載の電動モータ。
Priority Applications (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
JP2006305742A JP2008125234A (ja) | 2006-11-10 | 2006-11-10 | 電動モータ |
Applications Claiming Priority (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
JP2006305742A JP2008125234A (ja) | 2006-11-10 | 2006-11-10 | 電動モータ |
Publications (1)
Publication Number | Publication Date |
---|---|
JP2008125234A true JP2008125234A (ja) | 2008-05-29 |
Family
ID=39509433
Family Applications (1)
Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
---|---|---|---|
JP2006305742A Pending JP2008125234A (ja) | 2006-11-10 | 2006-11-10 | 電動モータ |
Country Status (1)
Country | Link |
---|---|
JP (1) | JP2008125234A (ja) |
Cited By (1)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
US20120112578A1 (en) * | 2010-11-10 | 2012-05-10 | Hamilton Sundstrand Corporation | Heat transfer assembly for electric motor rotor |
-
2006
- 2006-11-10 JP JP2006305742A patent/JP2008125234A/ja active Pending
Cited By (2)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
US20120112578A1 (en) * | 2010-11-10 | 2012-05-10 | Hamilton Sundstrand Corporation | Heat transfer assembly for electric motor rotor |
US8729751B2 (en) * | 2010-11-10 | 2014-05-20 | Hamilton Sundstrand Corporation | Heat transfer assembly for electric motor rotor |
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