JP2010166717A - 多層モータの冷却構造 - Google Patents

Abstract

【課題】インナーロータ，ステータ，アウターロータをほぼ均一に良好に冷却可能な多層モータの冷却構造の提供を図る。
【解決手段】インナーギャップ５とアウターギャップ６には、インナー側冷媒導入経路Ｃａ，アウター側冷媒導入経路Ｃｂを介して冷媒が導入され、インナーロータ２，ステータ３，アウターロータ４が積極的に冷却される。このとき、熱伝達係数増加手段２４により、アウターギャップ６に対してインナーギャップ５の熱伝達係数が増加されるため、インナーロータ２，ステータ３，アウターギャップ４がほぼ均一に冷却される。
【選択図】図１

Description

本発明は、多層モータの冷却構造に関する。

多層モータは、例えば特許文献１に示されているように、インナーロータとアウターロータが１つのステータを中間にして同心的に配設されていて、インナーロータとステータとが、アウターロータで内包された構造とされている。
特開２００３−２９９３２９号公報 特開２００３−１５８８３９号公報

多層モータは前述のように、主な発熱部位であるステータが、インナーロータとアウターロータとの間に挟まれた状態で囲まれているため熱がこもり易い傾向にある。

一方、モータの冷却構造としては、前記特許文献２に示されているように、ステータとロータ軸とにそれぞれ複数個の冷却孔を軸方向に設けて、これらの冷却孔にファンにより冷却風を導入させるようにした空冷モータが知られている。

しかし、多層モータはモータハウジング内で、前述のようにステータとインナーロータとがアウターロータで内包された構造であるため、この多層モータに前記空冷モータの冷却構造をそのまま適用することは不可能である。

そこで、本発明はインナーロータ，ステータ，およびアウターロータをほぼ均一に良好に冷却することができる多層モータの冷却構造を提供するものである。

本発明にあっては、インナーロータとアウターロータが１つのステータを中間にして同心的に配設され、かつ、前記インナーロータとステータが前記アウターロータで内包された多層モータにおいて、前記インナーロータとステータとの間に形成されたインナーギャップに冷媒を導入するインナー側冷媒導入経路と、前記アウターロータとステータとの間に形成されたアウターギャップに冷媒を導入するアウター側冷媒導入経路と、前記アウターギャップに対してインナーギャップの熱伝達係数を増加させる熱伝達係数増加手段と、を備えたことを主要な特徴としている。

前記インナーギャップとアウターギャップには、インナー側冷媒導入経路，アウター側冷媒導入経路を介して冷媒が導入され、これらのギャップに対面するインナーロータ，ステータ，およびアウターロータが積極的に冷却される。多層モータはインナーロータおよびステータがアウターロータで内包されているため、特にモータ中心側に熱がこもり易く、従って、前記アウターロータ側に較べてインナーロータ側の温度上昇が大きくなる傾向にある。しかし、前記熱伝達係数増加手段によって、アウターギャップに対してインナーギャップの熱伝達係数が増加されるため、インナーロータ，ステータ，およびアウターロータがほぼ均一に冷却される。

本発明によれば、インナーギャップおよびアウターギャップに導入される冷媒によって、インナーロータ，ステータ，およびアウターロータを積極的に冷却できることに加えて
、熱伝達係数増加手段によりアウターギャップに対してインナーギャップの熱伝達係数が増加されるため、前記インナーロータ，ステータ，およびアウターロータがほぼ均一に冷却されて冷却ムラが生じることがなく、多層モータの内部が良好に冷却されて出力の安定化を図ることができる。

以下、本発明の実施形態を図面と共に詳述する。

図１は本発明の第１実施形態を示す断面図、図２はアウターロータの側面図、図３は図２のＡ−Ａ線に沿う断面図、図４は図１のＢ範囲部の拡大図、図５はインナーロータ周面を示す略示的斜視図である。

本実施形態における多層モータは、図１に示すように、モータハウジング１内に、その中心側からインナーロータ２と、ステータ３と、アウターロータ４と、がこの順に同心的に配設され、前記インナーロータ２とステータ３との間、およびアウターロータ４とステータ２との間に、インナーギャップ５、およびアウターギャップ６が形成されている。

前記ステータ３はその両側に支持ブラケット７を備え、複数本のボルト８により前記モータハウジング１の一方の側壁１ａに締結固定されている。

前記インナーロータ２の回転軸９は、前記ステータ３の支持ブラケット７，７に軸受１０を介して支持されていると共に、内端部がアウターロータ４の円筒状の回転軸１１の端部内に軸受１０を介して支持されている。

前記アウターロータ４は円筒状に形成されていて、一方の側壁４ａが環状に形成され、この環状側壁４ａと他方の側壁４ｂの中心部に突設した前記円筒状の回転軸１０とが、前記モータハウジング１の側壁１ａ，１ｂに軸受１２を介して支持されている。

これにより、前記インナーロータ２とステータ３とが、アウターロータ４によって内包され、前記ステータ３の両側部とアウターロータ４との間には一対の空間部１３，１４が形成されている。

前記モータハウジング１には、前記側壁１ｂに冷媒取入口２０と、前記側壁１ａに冷媒排出口２１が設けられている。

一方、前記アウターロータ４には、前記側壁４ｂを貫通して前記空間部１３と前記冷媒取入口２０とを連絡する入口側連通口２２と、前記側壁１ａを貫通して前記空間部１４と前記冷媒排出口２１とを連絡する出口側連通口２３が設けられている。

そして、前記冷媒取入口２０および入口側連通口２２と、前記冷媒排出口２１および出口側連通口２３との間に亘って、前記インナーギャップ５に冷媒としての冷却空気（外気）を導入するインナー側冷媒導入経路Ｃａと、前記アウターギャップ６に同様の冷却空気を導入するアウター側冷媒導入経路Ｃｂと、が設けられている。

前記空間部１３に臨むステータ３のブラケット７には、該空間部１３とインナーギャップ５とを連通する連通路１５が設けられ、前記空間部１４に臨むステータ３のブラケット７には、該空間部１４とインナーギャップ５とを連通する連通路１６が設けられている。

これにより、前記インナー側冷媒導入経路Ｃａは、前記空間部１３→連通路１５→インナーギャップ５→連通路１６→空間部１４を辿る経路として構成される。

一方、前記アウター側冷媒導入経路Ｃｂは、前記アウターギャップ６の両端が空間部１３，１４に開放しているため、空間部１３→アウターギャップ６→空間部１４を辿る経路として構成される。

従って、本実施形態では前記インナー側冷媒導入経路Ｃａとアウター側冷媒導入経路Ｃｂとが、前記入口側連通口２２と出口側連通口２３との間に並列に形成されている。

ここで、前記アウターロータ４の入口側連通口２２は、図２，図３に示すように、外側（モータハウジング側壁１ｂに対面した側）の周縁部のうち、図２の矢印で示す回転方向に対して前向きとなるエッジ２２ａが所要の掬い角が得られるように厚み方向に傾斜して形成されて、冷媒取入口２０から送給される冷却空気（外気）を空間部１３に取りこみ易くされている。

このように、本発明にあっては、インナーギャップ５とアウターギャップ６とに、それぞれ冷媒を導入するインナー側冷媒導入経路Ｃａと、アウター側冷媒導入経路Ｃｂとが構成されることに加えて、前記アウターギャップＣｂに対してインナーギャップＣａの熱伝達係数を増加させる熱伝達係数増加手段２４が設けられている。

この熱伝達係数増加手段２４は、本実施形態にあっては、前記アウターギャップＣｂの上流側端部に設けられて、該アウターギャップＣｂの冷媒流入量を減少させる流量調整手段、例えば、図４に示すようにラビリンス溝等の絞り部２４Ａが用いられている。

また、前記インナー側冷媒導入経路Ｃａには、冷媒の強制送給手段２５が設けられている。

この冷媒の強制送給手段２５として、例えば、図５に示すように前記インナーロータ２の周面に、ロータ回転によりインナーギャップ５内の冷媒を下流側の連通路１６側へ塁進させる巻き方向に螺旋溝２５Ａを設けて、これを強制送給手段２５とすることができる。勿論、この螺旋溝２５Ａは、アウターギャップ６に臨むアウターロータ４の周面に設けるようにしてもよい。

以上の構成からなる第１実施形態の冷却構造にあっては、モータハウジング１の冷媒取入口２０から冷媒としての冷却空気（外気）が該モータハウジング１内に送給されると、この冷却空気は図１の矢印で示すようにアウターロータ４の側壁４ｂに設けられた入口側連通口２２を通って、一方の空間部１３に流入する。

すると、この空間部１３内で冷媒空気はインナー側冷媒導入経路Ｃａと、アウター側冷媒導入経路Ｃｂとに分流され、インナーギャップ５およびアウターギャップ６に導入された後、他方の空間部１４内で合流し、アウターロータ４の側壁４ａに設けられた出口側連通口２３およびモータハウジング１の冷媒排出口２１を通って外部へ排出される。

このように、前記インナーギャップ５およびアウターギャップ６に冷却空気が導入さることにより、発熱源であるステータ３は、その内，外周面から冷却され、インナーロータ２およびアウターロータ４の前記ステータ３に対面する周面が冷却される。

ここで、多層モータは前述のようにインナーロータ２およびステータ３がアウターロータ４で内包されているため、特にモータ中心側に熱がこもり易くなり、従って、アウターロータ４側に較べてインナーロータ２側の温度上昇が大きくなる傾向にある。

一方、本実施形態にあっては、前記インナーギャップ５およびアウターギャップ６への冷却空気の導入過程で、該アウターギャップ６では、その上流側端部に設けられた絞り部２４Ａにより冷媒導入量が減少されるため、アウターギャップ６に対してインナーギャップ５の熱伝達係数が増加される。

この結果、インナーロータ２，ステータ３，およびアウターロータ４がほぼ均一に冷却される。

このように本実施形態によれば、インナーギャップ５およびアウターギャップ６に導入される冷却空気によって、インナーロータ２，ステータ３，およびアウターロータ４を積極的に冷却できることに加えて、熱伝達係数増加手段２４によりアウターギャップ６に対してインナーギャップ５の熱伝達係数が増加されるため、前記インナーロータ２，ステータ３，およびアウターロータ４がほぼ均一に冷却されて冷却ムラが生じることがなく、多層モータの内部が良好に冷却されて出力の安定化を図ることができる。

特に本実施形態にあっては、前記熱伝達係数増加手段２４として、流量調整手段によりアウターギャップ６の冷媒導入量を減少させることによって、該アウターギャップ６の熱伝達係数を減少させ、相対的にインナーギャップ５の熱伝達係数を増加させるようにしているので、特殊な構造変更を伴うことがなく、しかも、この流量調整手段として、簡易な絞り部２４Ａを採用しているため、構造を簡単にすることができる。

また、前記インナー側冷媒導入経路Ｃａとアウター側冷媒導入経路Ｃｂとを、冷却空気の入口側連通口２２と出口側連通口２３との間に並列に形成しているので、インナーギャップ５およびアウターギャップ６の何れにも新気を供給できて、冷却効果を高めることができる。

更に、前記インナー側冷媒導入経路Ｃａには、冷却空気の強制送給手段２４が設けられているので、温度上昇の著しいインナーギャップ５への冷却空気の導入をより積極的に行って、熱伝達係数の増加効率を高めることができる。しかも、この強制送給手段２４を、インナーロータ２の周面に設けた螺旋溝２４Ａで構成しているので、専用部品を必要とすることがなくコスト的に有利に得られると共に、小型化することができる。また、外部動力を必要としないのでシステムの高効率化を図ることができる。

図６は本発明の第２実施形態を示すもので、本実施形態にあっては前記インナーロータ２の回転軸９の外端部の軸中心に、冷媒としての冷却空気（外気）を取入れる冷媒取入口２０Ａが軸方向に形成されている。

この冷媒取入口２０Ａは、前記ロータ回転軸９の外端部側を支持する軸受１０の近傍位置で、前記インナーギャップ５の一側端部に連通している。

本実施形態では、前記第１実施形態におけるモータハウジング１の冷媒取入口２０、アウターロータ４の入口側連通口２２、および前記空間部１４とインナーギャップ５とを連通する連通路１６は無い。

従って、本実施形態では、前記インナー側冷媒導入経路Ｃａは、前記ロータ回転軸９の冷媒取入口２０Ａ→インナーギャップ５→空間部１３を辿る経路として構成される。

また、前記アウター側冷媒導入経路Ｃｂは、前記空間部１３→アウターギャップ６→空間部１４を辿る経路として構成され、前記インナー側冷媒導入経路Ｃａと、このアウター側冷媒導入経路Ｃｂとが、前記空間部１３を中継部として前記冷媒取入口２０Ａとアウタ
ーロータ４の出口側連通口２３との間に直列に構成されている。

また、熱伝達係数増加手段２４としての絞り部２４Ａ、および冷媒の強制送給手段２５としての螺旋溝２５Ａは、前記第１実施形態におけるアウターギャップ６の入口側端部、およびインナーロータ２の周面に設定される。

更に、本実施形態では、アウターロータ４の出口側連通口２３が、該アウターロータ４の周壁４ｃに設けられている。

この第２実施形態の構成によれば、前記第１実施形態とほぼ同様の作用効果が得られるが、冷媒としての新気（外気）がインナーロータ２の回転軸９の中心部を通ってインナーギャップ５に導入されるため、該ロータ回転軸９も積極的に冷却できて、冷却効果を高めることができる。

また、インナーギャップ５で熱交換された冷却空気がアウターギャップ６に導入されるため、インナーギャップ５とアウターギャップ６との熱伝達係数の高低差をより設定し易くすることができる。

更に、インナー側冷媒導入経路Ｃａとアウター側冷媒導入経路Ｃｂとを直列に構成することで、流路構成を簡単にして流路抵抗を低減できることと、アウターロータ４の出口側連通口２３がその周壁４ｃに設けられていて、冷却空気の排出がスムーズとなって流路抵抗を低減できることにより、冷却空気流量の確保が容易となり、多層モータの冷却性能を向上することができる。

図７は本発明の第３実施形態を示すもので、基本構造は前記第２実施形態と同様であるが、本実施形態にあっては、冷媒の強制送給手段２５として、インナーロータ２の回転軸９に同軸固定された遠心式ファン２５Ｂが用いられている。

この遠心式ファン２５Ｂは、前記直列に構成されたインナー側冷媒導入経路Ｃａとアウター側冷媒導入経路Ｃｂとの中継部となる前記空間部１３に、インナーギャップ５と該空間部１３とを連通する連通路１５に臨んで配置されている。

従って、この第３実施形態によれば、前記インナーロータ２の回転により、遠心式ファン２５Ｂが回転してインナーギャップ５を介して冷却空気を強制的に吸引，導入するため、前記第２実施形態と同様の冷却効果を得ることができる。

また、この遠心式ファン２５Ｂはロータ回転軸９に固定されていて外部動力を必要としないのでシステムの高効率化を図ることができ、しかも、前記空間部１３のスペースを有効利用して配設されるため、多層モータの大型化を伴うこともない。

図８は本発明の第４実施形態を示している。

本実施形態にあっては、インナー側冷媒導入経路Ｃａとアウター側冷媒導入経路Ｃｂとを、アウターロータ４に設けられた入口側連通口２２と出口側連通口２３との間に並列に形成されている点は前記第１実施形態と同様であるが、本実施形態では入口側連通口２２と出口側連通口２３とを第１実施形態とは逆の位置関係に設定している。

即ち、本実施形態ではモータハウジング１の冷媒取入口２０が側壁１ａに設定され、該側壁１ａに隣接したアウターロータ４の環状の側壁４ａに、前記冷媒取入口２０と空間部１４とを連絡する入口側連通口２２が設けられている。

また、冷媒の強制送給手段２５として、前記第３実施形態と同様の遠心式ファン２５Ｂが採用されているが、該遠心式ファン２５Ｂは空間部１３内においてインナーギャップ５とアウターギャップ６の各端部間に跨る大径のものが用いられている。

そして、アウターロータ４の出口側連通口２３およびモータハウジング１の冷媒排出口２１は、アウターロータ４，モータハウジング１の各周壁４ｃ，１ｃに、前記遠心式ファン２５Ｂの遠心送気方向に整合して設けられている。

前記アウター側冷媒導入経路Ｃｂは、前記入口側連通口２２と出口側連通口２３との間で、空間部１４→アウターギャップ６→空間部１３を辿る経路として構成され、熱伝達係数増加手段２４としての絞り部２４Ａは前記第１実施形態と同一位置、即ち、本実施形態ではアウターギャップ６の下流側端部に配設されている。

一方、前記ステータ３には、前記絞り部２４Ａの上流側で前記アウターギャップ６とインナーギャップ５とを連通する貫通孔２６が設けられている。

これにより、前記インナー側冷媒導入経路Ｃａが、前記貫通孔２６を介して前記アウター側冷媒導入経路Ｃｂと並列に構成される。即ち、該インナー側冷媒導入経路Ｃａは、空間部１４→アウターギャップ６の上流側→貫通孔２６→空間部１３を辿る経路として構成される。

この第４実施形態では、遠心式ファン２５Ｂの回転によりアウターギャップ６，インナーギャップ５に新気（外気）が吸引，導入されるため、前記第１実施形態と同様の冷却効果が得られるが、特に、本実施形態ではステータ３の貫通孔２６を通して新気が導入されるため、該ステータ３をより積極的に冷却できる利点がある。

また、出口側連通口２３および冷媒排出口２１は、共に遠心式ファン２５Ｂの遠心送気方向に整合してアウターロータ４，モータハウジング１の各周壁４ｃ，１ｃに設定されているため、排気がスムーズに行われて流路抵抗を低減でき、冷却効果を高めることができる。

図９は本発明の第５実施形態を示すもので、基本構造は前記第４実施形態と同様である。

本実施形態では、前記インナーロータ２とアウターロータ４とがワンウェイクラッチ２７で接続され、前記遠心式ファン２５Ｂがこのワンウェイクラッチ２７に接続されている。

従って、本実施形態によれば、前記第４実施形態と同様の冷却効果が得られるが、特に本実施形態では前記ワンウェイクラッチ２７によって、複合電流により回転されるインナーロータ２，アウターロータ４の何れか高回転側のロータ回転に合わせて遠心式ファン２５Ｂが回転されるので、より一層冷却空気の導入量を増大できて、冷却効果を高めることができる。

また、インナーロータ２またはアウターロータ４の単独駆動であっても、遠心式ファン２５Ｂを回転できて、冷却空気の積極的な導入を確保することができる。

なお、前記第１〜第５実施形態では、何れもモータ内蔵型の強制送給手段２５を付設した例を開示したが、勿論、この冷媒の強制送給手段２５は外部設置タイプのものであって
もよい。

図１０は本発明の第６実施形態を示すもので、本実施形態にあっては前記インナーロータ２の回転軸９の軸心に、冷媒取入口２８と冷媒排出口２９とを設け、これらを前記インナーギャップ５と接続し、前記冷媒取入口２８から冷媒として冷却油を送給するようにしたものである。

このようにインナーギャップ５のみに冷却油を導入した場合でも、アウターギャップ６に対してインナーギャップ５の熱伝達係数を高めて、モータ内部を全体的にほぼ均一に冷却することも可能である。

本発明の第１実施形態を示す断面図。 アウターロータの側面図。 図２のＡ−Ａ線に沿う断面図。 図１のＢ範囲部の拡大図。 インナーロータの略示的斜視図。 本発明の第２実施形態を示す断面図。 本発明の第３実施形態を示す断面図。 本発明の第４実施形態を示す断面図。 本発明の第５実施形態を示す断面図。 本発明の第６実施形態を示す断面図。

１…モータハウジング
２…インナーロータ
３…ステータ
４…アウターロータ
５…インナーギャップ
６…アウターギャップ
９…インナーロータの回転軸
１３，１４…空間部
２０，２０Ａ…冷媒取入口
２１…冷媒排出口
２２…入口側連通口
２３…出口側連通口
Ｃａ…インナー側冷媒導入経路
Ｃｂ…アウター側冷媒導入経路
２４…熱伝達係数増加手段
２４Ａ…絞り部（流量調整手段）
２５…冷媒の強制送給手段
２５Ａ…螺旋溝
２５Ｂ…遠心式ファン
２６…貫通孔
２７…ワンウェイクラッチ

Claims (11)

1. インナーロータとアウターローラが１つのステータを中間にして同心的に配設され、かつ、前記インナーロータとステータが前記アウターロータで内包された多層モータにおいて、
   前記インナーロータとステータとの間に形成されたインナーギャップに冷媒を導入するインナー側冷媒導入経路と、
   前記アウターロータとステータとの間に形成されたアウターギャップに冷媒を導入するアウター側冷媒導入経路と、
   前記アウターギャップに対してインナーギャップの熱伝達係数を増加させる熱伝達係数増加手段と、を備えたことを特徴とする多層モータの冷却構造。
2. 前記熱伝達係数増加手段が、インナーギャップの冷媒導入量に対してアウターギャップの冷媒導入量を減少させる流量調整手段であることを特徴とする請求項１に記載の多層モータの冷却構造。
3. 前記流量調整手段が、アウターギャップの上流側または下流側に設けられた絞り部であることを特徴とする請求項２に記載の多層モータの冷却構造。
4. モータハウジングに冷媒取入口と冷媒排出口とが設けられ、
   前記アウターロータには、前記ステータの両側と該アウターロータとの間に形成された一対の空間部の一方と前記冷媒取入口とを連絡する入口側連通口と、前記空間部の他方と前記冷媒排出口とを連絡する出口側連通口と、が設けられ、
   前記インナー側冷媒導入経路とアウター側冷媒導入経路とが、前記入口側連通口と出口側連通口との間に並列に形成されていることを特徴とする請求項３に記載の多層モータの冷却構造。
5. 前記ステータには、前記絞り部の上流側で、前記アウターギャップとインナーギャップとを連通する貫通孔が形成され、前記インナー側冷媒導入経路とアウター側冷媒導入経路とが、該貫通孔を介して並列に構成されていることを特徴とする請求項４に記載の多層モータの冷却構造。
6. 前記インナーロータの回転軸に前記インナーギャップに連通する冷媒取入口が設けられている一方、モータハウジングに冷媒排出口が設けられ、
   前記アウターロータには、前記ステータの両側と該アウターロータとの間に形成された一対の空間部の一方と前記冷媒排出口とを連絡する出口側連通口が設けられ、
   前記インナー側冷媒導入経路とアウター側冷媒導入経路とが、前記空間部の他方を中継部として前記冷媒取入口と出口側連通口との間に直列に構成されていることを特徴とする請求項３に記載の多層モータの冷却構造。
7. 前記インナー側冷媒導入経路および／またはアウター側冷媒導入経路には、冷媒の強制送給手段が設けられていることを特徴とする請求項４〜６の何れか１つに記載の多層モータの冷却構造。
8. 前記冷媒の強制送給手段が、インナーロータの周面および／またはアウターロータの周面に設けられた螺旋溝であることを特徴とする請求項７に記載の多層モータの冷却構造。
9. 前記冷媒の強制送給手段が、前記一対の空間部の何れか一方に配置されて、前記インナーロータの回転軸に設けられた遠心式ファンであることを特徴とする請求項７に記載の多層モータの冷却構造。
10. 前記インナーロータとアウターロータがワンウェイクラッチで接続され、前記冷媒の強制送給手段が、前記一対の空間部の何れか一方に配置されて、前記ワンウェイクラッチに接続された遠心式ファンであることを特徴とする請求項７に記載の多層モータの冷却構造。
11. 前記出口側連通口が、アウターロータの周面に形成されていることを特徴とする請求項４〜１０の何れか１つに記載の多層モータの冷却構造。

Images