JP2015231291A - 電動機 - Google Patents

Abstract

【課題】ステータコア及び励磁コイルを効率よく均一に冷却できる電動機を提供する。
【解決手段】電動機は、ロータ１０と、ロータ支持部材２０と、ステータ３０と、冷却液供給部７０と、冷却液排出部７６と、を備える。ステータ３０は、複数のステータコア３２と、ステータコア支持部材３４，２０と、複数の励磁コイル３６と、ステータコア３２及び励磁コイル３６を冷却するための流路を形成する流路形成部材４０と、を有する。流路形成部材４０は、励磁コイル３６の径方向内側及び径方向外側の内側流路５２及び外側流路５４と、励磁コイル３６の外周面に沿って内側流路５２と外側流路５４とを連通する冷却流路と、を形成する。冷却液供給部７０は流路５２，５４の一方に冷却液を供給し、冷却液排出配管７６は他方から冷却液を排出する。
【選択図】図３

Description

本発明は、ＤＣブラシレスモータをはじめとする電動機に関する。

電動機は、ステータ及びロータを備え、前記ステータが形成する磁場によって前記ロータが回転駆動される。例えばＤＣブラシレスモータの場合、前記ステータは、前記ロータの回転中心軸周りに配列される複数のステータコアと、各ステータコアの周囲に形成される励磁コイルと、を有し、前記ロータは、前記ステータコアと対向可能な位置に配列される複数の永久磁石を有する。前記ステータは、前記励磁コイルの通電、すなわち、当該励磁コイルを構成する絶縁電線に電流を流すこと、によって磁気回路を形成し、その電磁力によって前記ロータを回す。

このような電動機において、大きなトルクの出力を可能とするためには、前記ステータの冷却が重要な課題である。大トルクの出力は各励磁コイルに大電流を流すことを要するが、当該電流の増大は当該励磁コイルを構成する電線の抵抗による発熱を顕著にし、当該電線の温度が許容範囲を超えると絶縁被膜が損傷する等して絶縁不良を起こすおそれがある。このような過度の温度上昇を回避しながら大トルクの出力を可能にするには、当該励磁コイルの効果的な冷却が必須となる。

当該冷却の方式として、特許文献１に記載されるような空冷式と、特許文献２に記載されるような液冷式（一般には水冷式）とが存在する。液冷式は、冷却液の漏れを防ぐための特別な気密構造を要するが、空冷式よりも高い効率でステータを冷却することが可能である。従って、要求トルクが大きくてステータの発熱が著しい場合やステータの許容温度が低い場合には、水冷式の適用が望まれる。

図８及び図９は、特許文献２に記載される電動機の要部であってそのステータの冷却のための構造を示すものである。この電動機は、図８に示されるように、回転軸１００と、この回転軸１００と一体に回転するロータ１１０と、円筒状のハウジング１２０と、このハウジング１２０の内周部分に固定されるステータ１３０と、を備える。前記ステータ１３０は、前記回転軸１００の周囲に配列される複数のステータコア１３２と、各ステータコア１３２の周囲に形成される励磁コイル１３４と、一対の隔壁１３６と、環状部材１３８と、を有する。

前記両隔壁１３６は、円盤状をなし、前記ハウジング１２０及びこれら隔壁１３６同士の間に前記各ステータコア１３２及び励磁コイル１３４を挟み込んだ状態で、前記ハウジング１２０に固定される。具体的に、当該隔壁１３６の外周部分は、前記ハウジング１２０の内周面から突出するフランジ部１２２に密着する状態で固定され、当該隔壁１３６の内周部分は前記環状部材１３８を両側から挟み込む状態で当該環状部材１３８に固定される。これにより、前記ハウジング１２０と、前記両隔壁１３６と、前記環状部材１３８とで囲まれた密閉空間１５０が形成される。

前記ロータ１１０は、このロータ１１０と前記環状部材１３８との間に介在する軸受１４０を介して前記回転軸とともに前記ステータ１３０に回転可能に支持される。前記ロータ１１０は、前記両隔壁１３６の両外側に位置する磁石保持部１１２を有し、各磁石保持部１１２は複数の永久磁石１１４を保持する。これらの永久磁石１１４は、前記各ステータコア１３２に対して前記隔壁１３６の薄肉部分１３６ａを介して軸方向に対向するように周方向に配列される。

この電動機において、前記各励磁コイル１３４が通電されると、図８に矢印付の閉曲線で示される磁気回路が形成され、ロータ１１０及び回転軸１００をステータ１３０及びハウジング１２０に対して相対回転させる電磁力が生成される。その一方、前記一対の隔壁１３６、環状部材１３８及びハウジング１２０が囲む環状の密閉空間１５０に対して適当な冷却液が給排されることにより、当該密閉空間１５０内のステータコア１３２及び励磁コイル１３４が冷却される。

前記密閉空間１５０は、図９に示すように、各ステータコア１３２及び励磁コイル１３４の径方向内側で周方向につながる内側環状空間１５２と、各ステータコア１３２及び励磁コイル１３４の径方向外側で周方向につながる外側環状空間１５４と、互いに隣接する励磁コイル１３４の外周面同士の間の隙間１５５と、を含む。

前記ハウジング１２０は、その外周部における周方向の一部に形成された冷却液給排部１６０を有する。冷却液給排部１６０は、給液路１６２及び排液路１６４を有する。一方、前記密閉空間１５０内には、その内側環状空間１５２を適当な位置で周方向に仕切る仕切り材１６６と、その外側環状空間１５４を適当な位置で周方向に仕切る仕切り材１６８と、が設けられている。これらの仕切り材１６６，１６８及び前記冷却液給排部１６０は、前記ハウジング１２０の内側における冷却液の流路、すなわち、当該冷却液給排部１６０の給液路１６２から前記内側及び外側環状空間１５２，１５４のうちの一方の空間、各隙間１５５、及び前記内側及び外側環状空間１５２，１５４のうちの他方の空間を経由して前記冷却液給排部１６０の排液路１６４に至る流路、を形成する。

米国特許６７２０６８８号明細書 米国公開２０１１／０３０９６９９号公報

前記図８及び図９に示される電動機では、前記複数の励磁コイル１３４を高い均一性及び高い効率によって冷却することが困難であるという課題がある。具体的には、前記ハウジング１２０の外周部における周方向の一部に形成された冷却液給排部１６０を通じて低温の冷却液の供給及び高温の冷却液の排出の双方が行われるため、温度のムラが生じやすい。また、密閉空間１５０内での冷却液の流れは不規則であり、全ての励磁コイル１３４を均等に冷却することは事実上困難である。

本発明は、前記の事情に鑑み、ステータ及びロータを備え、かつ、当該ステータが複数のステータコア及び各ステータコアの周囲に形成される複数の励磁コイルを有する電動機であって、従来に比べて前記各励磁コイルの冷却の効率化及び均等化が可能な電動機を提供することを目的とする。

本発明が提供する電動機は、特定の回転中心軸の周囲に周方向に配列された複数の永久磁石と、これらの永久磁石を支持しながらこれらの永久磁石と一体に前記回転中心軸を中心に回転する回転支持部材と、を有するロータと、このロータを前記回転中心軸回りに回転可能に支持するロータ支持部材と、前記ロータを電磁力によって回転させるステータと、冷却液供給部と、冷却液排出部と、を備える。前記ステータは、前記回転中心軸の周囲に周方向に配列される複数のステータコアと、これらのステータコアが前記各永久磁石と対向可能となるように当該各ステータコアを支持するステータコア支持部材と、各ステータコアの周囲に配され、通電されることにより前記ロータを回転させるための磁気回路を形成する励磁コイルと、前記各励磁コイルの周囲に冷却液の流路を形成する流路形成部材と、を有する。当該流路形成部材のうち少なくとも互いに隣接するステータコア同士の間に位置する部分は非磁性を有する。前記流路形成部材は、前記冷却液の流路として、前記各励磁コイルの径方向の外側に位置する外側流路と、前記各励磁コイルの径方向の内側に位置する内側流路と、前記各励磁コイルの外周面に沿って前記外側流路と前記内側流路とを連通する冷却流路と、を含むものを形成する。前記冷却液供給部は、前記外側流路及び前記内側流路のうちの一方の流路に冷却液を供給し、前記冷却液排出部は、前記外側部分及び前記内側部分のうちの他方の流路から冷却液を排出する。

この電動機によれば、前記各励磁コイルの外周面に沿って径方向に規則的に冷却液を流すことができ、これにより、各励磁コイルを効率よく、また高い均等性でもって冷却することができる。具体的に、前記冷却液は、前記冷却液供給部により前記外側流路及び前記内側流路のうちのいずれか一方の流路に供給され、当該一方の流路から各励磁コイルの外周面に沿って他方の流路に至り、当該他方の流路から冷却液排出部によって排出される。従って、前記冷却液は各励磁コイルの外周面に沿って径方向にかつ同時に規則正しく流れることができ、このことが各励磁コイルの均一かつ効率的な冷却を可能にする。

前記冷却液の供給及び排出について、前記冷却液供給部及び前記冷却液排出部のうち径方向内側に配置されるものが冷却液の流通のための配管を含む場合、前記ロータが前記配管の径方向外側の領域内で回転するように配置されるものが、好適である。この配置は、前記ロータの回転に支障を与えることなく前記冷却液の流路に対して前記配管を通じて冷却液の給排を行うことを可能にする。

具体的には、前記ロータ支持部材が、前記回転中心軸に沿って延びる支持軸と、この支持軸と前記ロータとの間に介在して当該支持軸に対する前記ロータの回転を許容する環状のロータ軸受と、を含み、前記配管が前記ロータ軸受の径方向の内側を通るように配置され、他方の配管が前記ロータの径方向の外側に配置されるものが、好適である。

また、前記冷却液供給部が前記配管を有する場合、当該冷却液供給部は、前記配管である冷却液供給配管と、前記冷却液供給配管を通じて給送される冷却液を各励磁コイルに分配するように前記ステータコア支持部材に形成される分配流路と、を含むものが、好適である。当該分配流路の形成は前記ステータコア支持部材を各励磁コイルへの冷却液の分配を行う部材として利用することを可能にし、これにより流路形成部材の構造の簡素化を可能にする。

前記流路形成部材は、前記励磁コイルを囲む少なくとも一つの隔壁を構成し、当該隔壁の内側に前記冷却液の流路を形成するのが、好ましい。この場合、当該流路形成部材は、全ての励磁コイルを一括して囲む隔壁を構成するものであってもよいし、前記各励磁コイルを個別に囲む複数の隔壁をそれぞれ構成するものであってもよい。

前記流路形成部材は、前記隔壁の全体を構成するものであってもよいし、当該隔壁の一部を構成するものであってもよい。例えば、前記各ステータコアが、前記各永久磁石と対向可能な対向面を有するとともに、この対向面が前記ロータの永久磁石に向かって露出する状態で前記流路形成部材と密着することにより当該流路形成部材とともに前記隔壁を構成するものであれば、例えば図８に示される電動機のように前記ステータコアの対向面とロータの永久磁石との間に隔壁が介在する従来の電動機に比べて当該対向面と当該永久磁石との間隙を小さく抑えることができ、これにより、前記磁気回路における磁気抵抗を抑えて効率の高い運転を行うことが、可能になる。

以上のように、本発明によれば、ステータ及びロータを備え、かつ、当該ステータが複数のステータコア及び各ステータコアの周囲に形成される励磁コイルを有する電動機であって、従来に比べて前記各励磁コイルの冷却の効率化及び均等化が可能な電動機を提供することができる。

本発明の第１の実施の形態に係る電動機を示す断面斜視図である。 前記電動機を示す断面正面図である。 図２の要部を拡大した断面図である。 前記電動機のステータ及びロータの分解斜視図である。 図２のＶ−Ｖ線に沿った断面図である。 図２のＶＩ−ＶＩ線に沿った断面図である。 本発明の第２の実施の形態に係る電動機の要部を示す斜視図である。 従来の電動機の要部を示す断面正面図である。 図８に示す電動機の断面側面図である。

本発明の好ましい実施の形態を、図面を参照しながら説明する。

図１及び図２は、本発明の第１の実施の形態に係る電動機の全体構成を示す。この電動機は、ロータ１０と、ロータ１０を回転可能に支持するロータ支持部材である支持軸２０と、ロータ１０を回転させる電磁力を発生させるステータ３０と、前記ロータ１０及び前記ステータ２０を収容する図略のハウジングと、を備える。

前記支持軸２０は、この実施の形態では水平方向に延び、その両端部が前記ハウジングに固定されている。前記ステータ３０は前記支持軸２０の軸方向の中間部位に固定されている。前記ロータ１０は、前記支持軸２０と平行な方向であるステータ軸方向の両側に分散して配置されるとともに、前記支持軸２０の中心軸を回転中心軸としてその周りを回転可能となるように当該支持軸２０に支持されている。

前記ロータ１０は、一対の回転支持部材１４と、各回転支持部材１４に支持される複数の永久磁石１２と、を有する。

前記各回転支持部材１４は、前記回転中心軸と直交する方向である回転半径方向に広がる略円板状をなし、前記ステータ３０をそのステータ軸方向の両側から挟む位置にロータ軸受１６を介して連結されている。ロータ軸受１６は、環状をなし、前記支持軸２０の周囲に配置される。ロータ軸受１６は、前記回転支持部材１４が前記支持軸２０に対してその中心軸（回転中心軸）周りに相対回転することを許容するように当該回転支持部材１４と当該支持軸２０との間に介在する。

前記回転支持部材１４は、その外周部において周方向に並ぶ複数の位置、より具体的には前記回転中心軸を中心とする円上に並ぶ複数の位置、にそれぞれ前記永久磁石１２を保持する。各回転支持部材１４は、前記ステータ３０に対してステータ軸方向に対向するステータ対向面１５を有し、このステータ対向面１５上に前記各永久磁石１２が配列されている。つまり、回転支持部材１４は、前記各永久磁石１２が前記ステータ３０に対してステータ軸方向に対向可能となるように当該永久磁石１２を支持している。これらの永久磁石１２は、前記ステータ３０の作動によってロータ１０を回転させる磁気回路が形成されるように、具体的にはＮ極とＳ極とが周方向に交互に並ぶように、配列されている。

前記ステータ３０は、前記ロータ１０の回転周方向に配列される複数のステータコア３２と、前記各ステータコア３２について設けられる複数の励磁コイル３６と、ステータコア支持板３４と、一対の流路形成部材４０と、を備える。

前記ステータコア支持板３４は、前記各ステータコア３２を支持するステータコア支持部材を構成するもので、前記ロータ１０の回転支持部材１４と同じくロータ１０の回転半径方向に広がる略円板状をなす。前記ステータコア支持板３４の中心部分にはこれを前記支持軸２０が貫通可能な貫通穴３４ａが形成され、その貫通状態で当該支持軸２０の軸方向の中央部位に当該ステータコア支持板３４が固定されている。具体的には、前記支持軸２０の特定箇所に他の部分よりも大径のフランジ部２２が形成される一方、前記ステータコア支持板３４を挟んで前記フランジ部２２と反対の側に、同様のフランジ部２４を有する筒状の固定スリーブ２６が前記支持軸２０の周囲に配置されている。そして、前記両フランジ部２２，２４が前記ステータコア支持板３４をステータ軸方向の両側から挟んだ状態で両フランジ部２２，２４同士が締結されることにより、当該ステータコア支持板３４が支持軸２０上に固定されている。

つまり、この実施の形態では、前記ステータコア支持板３４と前記支持軸２０とによって、各ステータコア３２を支持するステータコア支持部材が構成されている。換言すれば、この実施の形態に係る支持軸２０はロータ支持部材とステータコア支持部材とを兼ねている。

前記ステータコア支持板３４は、その外周部において周方向に並ぶ複数のステータコア支持位置にそれぞれ前記各ステータコア３２を支持する。具体的に、当該各ステータコア支持位置には図５にも示されるように半径方向の外向きに開放された切欠３４ｂが形成され、それぞれの切欠３４ｂに対して前記ステータコア３２が挿入されることが可能である。

前記ステータコア３２は、前記回転中心軸の周囲に周方向に配列されながら、前記ステータコア支持板３４に支持される。具体的には、前記ステータコア支持板３４の各ステータコア支持位置に支持される。

各ステータコア３２は、前記回転中心軸と平行なステータ軸方向について均一な断面形状を有する柱状をなし、そのステータ軸方向の両側の端面が、前記ロータ１０の各永久磁石１２とステータ軸方向に対向可能な対向面３３を構成する。換言すれば、当該各対向面３３と前記ロータ１０の各永久磁石１２とがステータ軸方向に対向可能となるように、当該ステータコア３２及び当該永久磁石１２の半径方向の位置が設定されている。各ステータコア３２は、この実施の形態では、前記回転中心軸と直交するステータ径方向の外側から内側に向かうに従って幅が狭くなる断面形状を有し、そのステータ軸方向の中間部位が前記ステータコア支持板３４のステータコア支持板３４の各切欠３４ｂに半径方向の外側から挿入され、固定される。すなわち、各ステータコア３２は、前記ステータコア支持板３４からステータ軸方向の両側にそれぞれ突出する一対の突出部分を有するように、当該ステータコア支持板３４に支持される。

前記各ステータコア３２は、例えば互いに積層される複数枚の電磁鋼板からなる積層コアでもよいが、好ましくは、いわゆる圧粉コアにより構成される。この圧粉コアは、電気絶縁膜で被覆された鉄粉からなってこれらの鉄粉が固められることにより形成されたものであり、前記積層コアに比べて気密性が高く、しかも、当該積層コアと同様に渦電流の発生を有効に抑止できる。さらに、いわゆる圧粉コアは形状の自由度が高く、前記流路形成部材４０とともに後述の隔壁を構成するために好ましい形状を容易に保有できる利点がある。

なお、本発明に係る複数のステータコアは互いに独立したものに限定されない。例えば、本発明に係る電動機は、単一のステータコア構成用部材を備えていて、このステータコア構成部材が周方向に並ぶ複数のステータコア構成部分を含むものであってもよい。

前記各励磁コイル３６は、前記各ステータコア３２の各突出部分の周囲に設けられ、通電されることにより前記ロータ１０を回転させる電磁力を発生させる。具体的に、各励磁コイル３６は前記各突出部分の周りに巻回される巻線により構成され、当該巻線を流れる電流が前記ロータ１０を回転させるような磁力線を形成する。この磁力線は、前記ステータコア３２のうちその外側に前記励磁コイル３６が巻回されている部分とこれに対向する永久磁石１２とをステータ軸方向に貫く部分を含む閉曲線である。

なお、本発明ではステータコイルの軸方向両側部分に個別に励磁コイルが配置されるものに限られない。例えば、一つのステータコイルに対して一つの励磁コイルが与えられるものでもよい。同様に、本発明に係るロータは、ステータに対してステータ軸方向の一方の側にのみ配置されるものでもよい。

前記支持軸２０は、この実施の形態では、ステータ３０に係る配線及び配管のための溝２８を有する。この溝２８は、一方の回転支持部材１４の外部から当該回転支持部材１４及びこれを支持するロータ軸受１６の径方向の内側を通ってステータ３０の内部にまで至る形状を有する。この溝２８と、前記固定スリーブ２６に形成された貫通穴と、を通じて、外部回路と各励磁コイル３６とを電気的に接続するための配線と、後述の冷却用の配管と、が行われる。

前記一対の流路形成部材４０は、前記ステータコア支持板３４及びこれに支持される前記各ステータコア３２及び励磁コイル３６をステータ軸方向の両側から挟むようにして互いに接合されることにより、前記各励磁コイル３６の冷却のためにこれらを収容する密閉空間を囲む隔壁を構成するとともに、当該励磁コイル３６の周囲に冷却液の流路を形成する。

具体的に、この実施の形態に係る各流路形成部材４０は、前記支持軸２０の周囲に配置される環状をなし、それぞれが、内周部４２と、外周部４４と、励磁コイル収容部４６と、を一体に有する。

前記内周部４２は、中央に円形の貫通穴を囲む平板状をなす。各内周部４２は、前記各励磁コイル３６の径方向内側の領域で前記ステータコア支持板３４の側面にボルト４３で固定される。

前記外周部４４は、前記各励磁コイル３６の径方向内側の領域で相手方の流路形成部材４０の外周部４４とボルト４５で接合される。両外周部４４は、これらの外周部４４同士が接合された状態で当該外周部４４同士の間に外周空間５０を囲む形状を有する。当該外周空間５０は、前記各ステータコア３２の径方向の外側でこれらのステータコア３２を取り囲む環状をなす。

前記励磁コイル収容部４６は、前記内周部４２と前記外周部４４との間に位置する環状をなす。当該励磁コイル収容部４６は、前記各励磁コイル３６及びその内側のステータコア３２を収容することができるように、前記内周部４２及び前記外周部４４からステータ軸方向の外側に膨出した形状を有する。具体的に、当該励磁コイル収容部４６は、前記各励磁コイル３６をその径方向の内側及び外側においてそれぞれ覆う円筒状の内周壁４６ａ及び外周壁４６ｂと、前記各励磁コイル３６をそのステータ軸方向の外側において覆う外側壁４６ｃと、を一体に有する。

図４及び図６に示すように、前記内周壁４６ａ及び前記外周壁４６ｂは、前記各励磁コイル３６の外周面と略合致する形状の内面を有する。しかし、当該励磁コイル３６の外周面と前記内周壁４６ａ及び外周壁４６ｂのそれぞれの内面との間には内側隙間５２及び外側隙間５４がそれぞれ形成されるように、前記各内面の形状が設定されている。後にも述べるように、前記内側隙間５２は、前記冷却液の流路のうちの内側流路を構成し、前記外側隙間５４は、前記外周空間５０とともに、前記冷却液の流路のうちの外側流路を構成する。また、図６に示すように互いに隣接する励磁コイル３６の外周面同士の間にも径方向に延びる隙間５６が確保されており、これらの隙間５６は前記内側隙間５２と前記外側隙間５４とを前記励磁コイル３６の外周面に沿って径方向に連通する冷却流路を構成する。

前記一対の外側壁４６ｃは、その中央部において円形の貫通穴を囲む内周面を有する。この内周面の直径すなわち外側壁４６ｃの内径は、前記周壁部３８の外径に相当し、外側壁４６ｃの外径は前記外周壁４２の内径に相当している。各外側壁４６ｃは、前記周壁部３８の外周面及び前記外周壁４２の内周面と接合されながら前記各励磁コイル３６をステータ軸方向の両側から覆う。

さらに、この実施の形態に係る前記外側壁４６ｃは、その内外を連通する複数の窓４８を有する。各窓４８は、前記各ステータコア３２の位置に対応する位置にそれぞれ形成され、かつ、当該ステータコア３２の形状と合致する形状を有する。そして、前記外側壁４６ｃの外側面と前記各ステータコア３２の対向面３３とが同一平面上に並ぶ位置で当該外側壁４６ｃのうち前記各窓４８を囲む内周面とこれに対応するステータコア３２の外周面とが密着している。つまり、各ステータコア３２のステータ軸方向の両側端部は、その対向面３３がステータ軸方向の外向きに露出する状態で、前記流路形成部材４０とともに、前記密閉空間を囲む隔壁を構成する。

前記各対向面３３の露出は、当該対向面３３が隔壁を介さずに直接、前記各永久磁石１２に対向することを可能にする。この直接的な対向は、当該対向面３３と当該各永久磁石１２とのステータ軸方向の接触を確実に防ぐことが可能な範囲で当該対向面３３と永久磁石１２との間の隙間の寸法を小さく設定することを、可能にする。

ただし、当該対向面３３の露出は本発明において必須ではない。例えば前記流路形成部材４０の外側壁４６ｃは前記対向面３３を外側から覆うものであってもよい。また、前記各流路形成部材４０の具体的な材質は限定されない。当該材質は、当該流路形成部材４０のうち少なくとも互いに隣接するステータコア同士の間に位置する部分が非磁性を有するという条件を満たす範囲で適宜設定されることが可能である。この実施の形態に係る各流路形成部材４０は、その全体が非磁性でかつ絶縁性の高い合成樹脂により形成されており、励磁コイル３６が生成する交番磁束に対して透明で渦電流損失の低いものとなっている。これらの流路形成部材４０は単一の部材としてステータ本体（各ステータコア３２、各励磁コイル３６及びこれらを支持するステータコア支持板３４）の周囲に成形されることも可能である。

一方、この実施の形態では、前記ステータコア支持板３４が前記冷却液の供給のための流路、具体的には当該冷却液を各励磁コイル３６に分配するための分配流路、を形成する部材として利用される。具体的に、この実施の形態に係るステータコア支持板３４には、図６に示されるような分配溝６０が形成されている。この分配溝６０は、ステータ軸方向の一方に向かって開口する有底溝であり、環状部６２と、給液部６３と、複数本の分配部６４と、を含む。

前記環状部６２は、前記回転中心軸と合致する中心をもつ円形をなし、前記各ステータコア３２の内側端よりもさらに内側の領域で全周にわたり連続する。換言すれば、前記各ステータコア３２の内接円の半径よりも小さい半径を有する。

前記給液部６３は、前記環状部６２の周方向の特定位置から径方向の内向きに延びる。その終端すなわち径方向内側端は、当該給液部６３の他の部分の溝幅よりも大きい直径を持つ円形の配管挿入穴６６を構成している。

前記各分配部６４は、前記環状部６２から前記各ステータコア３２に向かって径方向の外向きに放射状に延びる。各分配部６４の終端すなわち外側端は、対応するステータコア３２のすぐ内側の位置、換言すれば、図３に示されるようにステータ軸方向の両側の励磁コイル３６の径方向内側部分によって挟まれる位置にある。そして、これらの分配部６４の終端には、前記ステータコア支持板３４をその厚み方向（ステータ軸方向）に貫通する貫通穴６８が形成されている。各貫通穴６８は前記各分配部６４の溝幅よりも大きい直径を持つ円形をなしている。

このようにして形成された冷却液の流路に対し、前記各励磁コイル３６の冷却のための適当な冷却液の給排が行われる。具体的に、この電動機は、前記流路に対して冷却液を供給する冷却液供給部と、当該流路から冷却液を排出する冷却液排出部と、をさらに備えている。

この実施の形態に係る前記冷却液供給部は、前記ステータコア支持板３４に形成された分配溝６０と、図１〜図４に示すような冷却液供給配管７０と、により構成される。

前記冷却液供給配管７０は、前記流路形成部材４０に供給される冷却液の流通を許容する配管である。この実施の形態に係る冷却液供給配管７０は、前記回転中心軸すなわち前記支持軸２０の中心軸に沿って延びるように配管されるが、当該冷却液供給配管７０の途中には軸受迂回部７２が形成されている。この軸受迂回部７２は、前記支持軸２０に形成された前記溝２８を通じて前記ロータ１０さらにはこれを支持する前記ロータ軸受１６の径方向の内側を通るように当該ロータ軸受１６を迂回する形状、すなわち、冷却液供給配管７０の他の部分よりも径方向の内側に回り込んだ形状、を有する。

前記冷却液供給配管７０は、図示されない上流端と、下流端７４と、を有する。前記上流端は図示されない冷却液供給ポンプに接続され、前記下流端７４は前記ステータコア支持板３４に形成された流路に接続されている。具体的に、当該下流端７４は、前記ステータコア支持板３４の配管挿入穴６６に挿入され、かつ、液密状態で当該ステータコア支持板３４に固定されている。

この実施の形態に係る前記冷却液排出部は、図１〜図４に示すような冷却液排出配管７６を有する。この冷却液排出配管７６は、前記流路形成部材４０から排出される冷却液の流通を許容する配管である。この実施の形態に係る冷却液排出配管７６は直線状をなし、前記ロータ３０の径方向外側の領域で前記回転中心軸すなわち前記支持軸２０の中心軸に沿って延びるように配管される。当該冷却液排出配管７６は、上流端７８と、図示されない下流端と、を有する。前記上流端７８は、前記一対の流路形成部材４０の外周部４４が形成する外周空間５０と連通されるように一方の外周部４４に液密状態で接合され、下流端は図示されない排液タンクに接続されている。

本発明において使用される冷却液は限定されない。当該冷却液は、電気絶縁性、熱伝達性及び不燃性に優れたものが好ましく、例えば炭化水素系油が好適である。

また、本発明は、前記冷却液排出配管７６が省略されて流路形成部材４０内の冷却液が当該流路形成部材４０から直接流出する態様も含む。この態様では、例えば、電動機の下部に設置されたオイルパンによって流出冷却液を回収し、ポンプで循環させることが可能である。当該態様では、本発明に係る冷却液排出部は、例えば、前記流路形成部材４０に設けられた冷却液排出口のみによって構成される。

次に、この電動機の作用を説明する。

前記のように各ステータコア３２の両対向面３３とロータ１０における各永久磁石１２がステータ軸方向に対向した状態で、当該各ステータコア３２のステータ軸方向の両側部分の周囲にそれぞれ配された励磁コイル３６が通電されると、当該ステータコア３２及びこれに対向する永久磁石１２をステータ軸方向に貫く部分を含む磁気回路が形成され、ロータ１０を回転させる電磁力が生成される。これにより、ロータ１０を構成する各回転支持部材１４及び当該回転支持部材１４に支持される複数の永久磁石１２は、当該永久磁石１２と各ステータコア３２の対向面３３との間の微小隙間を保ちながら、支持軸２０の中心軸である回転中心軸を中心として回転駆動される。

このとき、前記励磁コイル３６の通電によって当該励磁コイル３６の温度が上昇するが、これらを囲む隔壁の内側に形成された流路に対して冷却液の給排が行われることにより、当該励磁コイル３６の温度上昇が抑制される。このことは、当該励磁コイル３６さらにはその内側のステータコア３２の過度の温度上昇を避けながら各励磁コイル３６に流す電流を大きくしてロータ１０の回転駆動力を増大させることや、より温度の高い状況下での電動機の使用を可能にする。

具体的に、この実施の形態では、図示されない冷却液供給ポンプから吐出された冷却液が冷却液供給配管７０を通じてステータコア支持板３４に給送され、当該ステータコア支持板３４に形成された分配溝６０の給液部６３、環状部６２、各分配部６４及びその終端に位置する各貫通穴６８を通じて、各励磁コイル３６に分配される。この冷却液は、当該貫通穴６８の両側に位置する内側隙間５２（励磁コイル３６の外周面と流路形成部材４０の内周部４２との隙間）、互いに隣接する励磁コイル３６の外周面同士の間の隙間５６、さらには外側隙間（励磁コイル３６の外周面と流路形成部材４０の外周部４４との隙間）５４を通じて外周空間５０に至り、冷却液排出配管７６を通じて外部の排液タンクに排出される。

この冷却液の流れは、各励磁コイル３６の径方向の内側の領域から互いに隣接する励磁コイル３６間の隙間５６を通じて径方向の外側の領域へ至る一方向の規則的な流れであるため、当該冷却液が各励磁コイル３６を効率よくかつ均一に冷却することを可能にする。しかも、ロータ１０は前記冷却液供給配管７０と冷却液排出配管７６との間の領域内で回転可能となるようにロータ軸受１６に支持されているため、前記両配管７０，７６の存在にかかわらず当該ロータ１０を支障なく回転駆動することが可能である。

また、前記ステータコア支持板３４に前記冷却液の分配のための流路、例えば図６に示される分配溝６０、を形成することは、当該ステータコア支持板３４を流路形成部材として利用することにより、簡素な構造で各励磁コイル３６に冷却液を分配することを可能にする。

一方、この電動機では、流路形成部材４０に部分的に形成された各窓４８を通じて各ステータコア３２の対向面３３がステータ軸方向の外向きに露出しており、当該対向面３３がロータ１０の永久磁石１２に直接対向することを可能にしているため、従来の電動機よりも当該対向面３３と当該永久磁石１２との間のステータ軸方向の距離を小さくして磁気抵抗を減らすことができ、これにより、エネルギーロスを低減させることができる。

本発明に係る流路形成部材は、前記のように全ての励磁コイル３６を一括して覆う単一の隔壁を構成するものに限られない。例えば、当該流路形成部材は、前記各励磁コイル３６ごとに与えられてこれらを個別に覆う複数の隔壁を構成するものであってもよいし、あるいは、全ての励磁コイル３６が複数のグループに分けられて当該グループごとに設けられる隔壁を構成するものであってもよい。

前者の例を、第２の実施の形態として図７に示す。この第２の実施の形態に係る電動機は、前記の流路形成部材４０に代え、複数の流路形成部材８０を備える。各流路形成部材８０は、それぞれの励磁コイル３６を個別に覆うカプセル状をなす。各流路形成部材８０は、対応する励磁コイル３６の外周面を外側から覆う周壁８１と、当該励磁コイル３６のステータ軸方向の両側面を外側から覆う一対の側壁８２と、を有し、そのうちの外側の側壁８２に前記第１の実施の形態に係る窓４８と同様の窓８４が形成されていて前記ステータコア３２の対向面３３を露出させている。

前記周壁８１は前記励磁コイル３６の外周面の形状に対応した形状の内周面を有するが、当該外周面と当該内周面との間には全周にわたって隙間８５が確保されている。この隙間８５のうち前記励磁コイル３６の径方向の内側に位置する隙間が内側流路を構成し、前記励磁コイル３６の径方向の外側に位置する隙間が外側流路を構成し、前記内側流路と前記外側流路との間の隙間が冷却流路を構成する。

なお、図７では便宜上、前記隙間８５が塊として示されてこれに網目が付されているが、実際は前記冷却液の流通が可能な空間である。

この電動機は、さらに、複数の冷却液供給配管８６及び複数の冷却液排出配管８８を備え、これらが前記ステータコア３２ごとに与えられている。各冷却液供給配管８６は共通のステータコア３２に与えられた一対の前記流路形成部材８０の径方向内側端に接続され、それぞれの内側流路に対して冷却液を供給するように配管される。同様に、各冷却液供給配管８８は共通のステータコア３２に与えられた一対の前記流路形成部材８０の径方向外側端に接続され、それぞれの外側流路から冷却液を排出するように配管される。

なお、図７では便宜上、特定のステータコア３２に与えられた一対の励磁コイル３６及びこれらの励磁コイル３６を覆う流路形成部材８０のみが示されている。

この第２の実施の形態においても、冷却液が各励磁コイル３６の外周面に沿ってその径方向の内側から外側に向かって流されることにより、当該励磁コイル３６の効率的かつ均一な冷却が実現される。また、第１の実施の形態と同様、図示されないロータは両配管８６，８８の間の領域に配置されることによって当該両配管８６，８８と干渉することなく回転駆動されることが可能である。

前記第１及び第２の実施の形態では、冷却液の流路に対して径方向の内側の位置に冷却液が供給され、外側の位置から冷却液が排出される、すなわち各冷却液が内側流路から外側流路に向けて流される、が、本発明では当該冷却液の流れが逆であってもよい。例えば、第１の実施の形態に係る冷却液排出配管７６が逆に冷却液供給部として用いられ、冷却液供給配管７０及びステータコア支持板３４の分配溝６０が逆に各励磁コイル３６から冷却液を回収して排出する冷却液排出部として用いられてもよい。第２の実施の形態についても同様である。

１０ ロータ
１２ 永久磁石
１４ 回転支持部材
１６ ロータ軸受
２０ 支持軸（ロータ支持部材及びステータコア支持部材）
３０ ステータ
３２ ステータコア
３３ 対向面
３４ ステータコア支持板（ステータコア支持部材）
３６ 励磁コイル
４０，８０ 流路形成部材
４２ 内周部
４４ 外周壁
４６ 励磁コイル収容部
４８ 窓
５０ 外周空間（外側流路）
５２ 内側隙間（内側流路）
５４ 外側隙間（外側流路）
５６ 隙間（冷却流路）
６０ 分配溝（分配流路）
７０，８６ 冷却液供給配管
７６，８８ 冷却液排出配管
８５ 隙間

Claims (8)

1. 電動機であって、
   特定の回転中心軸の周囲に周方向に配列された複数の永久磁石と、これらの永久磁石を支持しながらこれらの永久磁石と一体に前記回転中心軸を中心に回転する回転支持部材と、を有するロータと、
   このロータを前記回転中心軸回りに回転可能に支持するロータ支持部材と、
   前記ロータを電磁力によって回転させるステータと、
   冷却液供給部と、
   冷却液排出部と、を備え、
   前記ステータは、前記回転中心軸の周囲に周方向に配列される複数のステータコアと、これらのステータコアが前記各永久磁石と対向可能となるように当該各ステータコアを支持するステータコア支持部材と、各ステータコアの周囲に配され、通電されることにより前記ロータを回転させるための磁気回路を形成する励磁コイルと、前記各励磁コイルの周囲に冷却液の流路を形成する流路形成部材と、を有し、
   前記流路形成部材のうち少なくとも互いに隣接するステータコア同士の間に位置する部分は非磁性を有し、
   前記流路形成部材は、前記冷却液の流路として、前記各励磁コイルの径方向の外側に位置する外側流路と、前記各励磁コイルの径方向の内側に位置する内側流路と、前記各励磁コイルの外周面に沿って前記外側流路と前記内側流路とを連通する冷却流路と、を含むものを形成し、
   前記冷却液供給部は、前記外側流路及び前記内側流路のうちの一方の流路に冷却液を供給するように当該一方の流路に接続され、
   前記冷却液排出部は、前記外側部分及び前記内側部分のうちの他方の流路に冷却液を供給するように当該他方の流路に接続される、電動機。
2. 請求項１記載の電動機であって、前記冷却液供給部及び前記冷却液排出部のうち径方向内側に配置されるものが冷却液の流通のための配管を含み、前記ロータが前記配管の径方向外側の領域内で回転するように配置される、電動機。
3. 請求項２記載の電動機であって、前記ロータ支持部材は、前記回転中心軸に沿って延びる支持軸と、この支持軸と前記ロータとの間に介在して当該支持軸に対する前記ロータの回転を許容する環状のロータ軸受と、を含み、前記配管が前記ロータ軸受の径方向の内側を通るように配置される、電動機。
4. 請求項２または３記載の電動機であって、前記冷却液供給部は、前記配管である冷却液供給配管と、前記冷却液供給配管を通じて給送される冷却液を各励磁コイルに分配するように前記ステータコア支持部材に形成される分配流路と、を含む、電動機。
5. 請求項１〜４のいずれかに記載の電動機であって、前記流路形成部材は、前記励磁コイルを囲む少なくとも一つの隔壁を構成し、当該隔壁の内側に前記冷却液の流路を形成する、電動機。
6. 請求項５記載の電動機であって、前記流路形成部材は、全ての励磁コイルを一括して囲む隔壁を構成する、電動機。
7. 請求項５記載の電動機であって、前記流路形成部材は、前記各励磁コイルを個別に囲む複数の隔壁をそれぞれ構成する、電動機。
8. 請求項５〜７のいずれかに記載の電動機であって、前記各ステータコアが、前記各永久磁石と対向可能な対向面を有するとともに、この対向面が前記ロータの永久磁石に向かって露出する状態で前記流路形成部材と密着することにより当該流路形成部材とともに前記隔壁を構成する、電動機。

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