WO2017077813A1 - アキシャルギャップ型回転電機 - Google Patents
アキシャルギャップ型回転電機 Download PDFInfo
- Publication number
- WO2017077813A1 WO2017077813A1 PCT/JP2016/079909 JP2016079909W WO2017077813A1 WO 2017077813 A1 WO2017077813 A1 WO 2017077813A1 JP 2016079909 W JP2016079909 W JP 2016079909W WO 2017077813 A1 WO2017077813 A1 WO 2017077813A1
- Authority
- WO
- WIPO (PCT)
- Prior art keywords
- cooling fluid
- rotating electrical
- electrical machine
- axial gap
- gap type
- Prior art date
Links
Images
Classifications
-
- H—ELECTRICITY
- H02—GENERATION; CONVERSION OR DISTRIBUTION OF ELECTRIC POWER
- H02K—DYNAMO-ELECTRIC MACHINES
- H02K9/00—Arrangements for cooling or ventilating
- H02K9/19—Arrangements for cooling or ventilating for machines with closed casing and closed-circuit cooling using a liquid cooling medium, e.g. oil
- H02K9/197—Arrangements for cooling or ventilating for machines with closed casing and closed-circuit cooling using a liquid cooling medium, e.g. oil in which the rotor or stator space is fluid-tight, e.g. to provide for different cooling media for rotor and stator
-
- Y—GENERAL TAGGING OF NEW TECHNOLOGICAL DEVELOPMENTS; GENERAL TAGGING OF CROSS-SECTIONAL TECHNOLOGIES SPANNING OVER SEVERAL SECTIONS OF THE IPC; TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC CROSS-REFERENCE ART COLLECTIONS [XRACs] AND DIGESTS
- Y02—TECHNOLOGIES OR APPLICATIONS FOR MITIGATION OR ADAPTATION AGAINST CLIMATE CHANGE
- Y02T—CLIMATE CHANGE MITIGATION TECHNOLOGIES RELATED TO TRANSPORTATION
- Y02T10/00—Road transport of goods or passengers
- Y02T10/60—Other road transportation technologies with climate change mitigation effect
- Y02T10/64—Electric machine technologies in electromobility
Definitions
- the present invention relates to a rotary electric machine such as a motor and a generator, and more particularly to an axial gap type rotary electric machine in which a stator including an exciting coil and a rotor including a permanent magnet are arranged with an interval in the axial direction. .
- Axial gap type rotating electrical machines have the advantage that they can be made thinner and obtain larger torque compared to radial gap type stators provided on the outer periphery of the rotor. Is expected.
- the rotating electrical machine has a structure in which a stator including an exciting coil and a rotor including a permanent magnet are arranged with a small interval (axial gap) in the axial direction.
- the rotor includes a disk-shaped base material having an inner surface facing the stator, and a plurality of permanent magnets fixed to the inner surface of the base material.
- Patent Document 1 discloses a technique for suppressing the heat generation of a permanent magnet by directly supplying a refrigerant to the permanent magnet.
- rotation loss of the rotating electrical machine may occur. That is, when the permanent magnet is directly cooled, the refrigerant flow path must pass through a minute axial gap.
- the refrigerant insulating oil having a relatively high viscosity is generally used.
- a viscous resistance of the oil is generated between the opposed surfaces of the stator and the rotor. This viscous resistance causes a rotation loss of the rotor.
- the insulating oil is foamed by mixing with air, and the cooling capacity is reduced due to air insulation.
- An object of the present invention has been made in view of the above-described problems, and provides a structure capable of cooling a permanent magnet of a rotor without generating a rotation loss in an axial gap type rotating electrical machine. is there.
- An axial gap type rotating electrical machine includes a disk-shaped base including a stator including a magnetic core and an exciting coil, an inner surface facing the stator, and an outer surface opposite to the inner surface. And a plurality of permanent magnets fixed to the inner surface of the base material and arranged in the circumferential direction around the rotation center axis of the base material, and arranged at an axial interval with respect to the stator And a nozzle part that is disposed in the vicinity of the outer peripheral edge of the disk-shaped base material and discharges a cooling fluid in a direction toward the radial center of the outer side surface of the base material, and the cooling fluid in the nozzle part And a pipe for supplying the gas.
- FIG. 1 is a diagram schematically showing the structure of an axial gap type rotating electrical machine according to an embodiment of the present invention.
- FIG. 2 is an exploded perspective view showing a typical structural example of the stator and the rotor of the rotating electric machine.
- FIG. 3 is an exploded perspective view showing another structural example of the stator and the rotor of the rotating electric machine.
- FIG. 4 is a perspective view of a rotating electrical machine according to a specific embodiment of the present invention.
- FIG. 5 is an exploded perspective view of the rotating electrical machine of FIG.
- FIG. 6 is a perspective view showing a state where the rotor is removed from the rotating electrical machine of FIG.
- FIG. 7 is a cross-sectional view of the exciting coil.
- FIG. 8 is an enlarged perspective view of a main part of FIG. FIG.
- FIG. 9 is a perspective view with a radial cross section of the rotating electrical machine in FIG. 4, and shows a discharge state of the cooling fluid.
- FIG. 10 is a perspective view with a radial cross section of the rotating electrical machine according to the modified embodiment of the present invention, and is a view showing a discharge state of the cooling fluid.
- FIG. 1 is a diagram schematically showing the structure of an axial gap type rotating electrical machine 1 according to an embodiment of the present invention.
- the axial gap type rotating electrical machine 1 can take the form of, for example, a motor or a generator, or a combination of these.
- an axial gap type DC brushless motor is illustrated as a preferred example of the axial gap type rotating electrical machine.
- the axial gap type rotating electrical machine 1 includes a casing 10 and a rotating shaft 11 partially protruding from the casing 10.
- the rotating shaft 11 serves as an output rotating shaft that generates torque when the rotating electrical machine 1 is used as a motor, and serves as an input rotating shaft to which a rotational driving force is input when used as a generator.
- the rotating electrical machine 1 includes a disk-shaped stator 2 housed in a casing 10, two disk-shaped rotors 3, and a nozzle portion 4 that discharges a cooling fluid L.
- the rotating electrical machine 1 is provided with a circulation system 5 of a cooling fluid L as a cooling mechanism for cooling the permanent magnets of the rotor 3.
- the stator 2 and the rotor 3 are arranged so as to be aligned in the axial direction of the rotating shaft 11.
- one rotor 3 is opposed to one disk surface of the stator 2, and the other rotor 3 is opposed to the other disk surface of the stator 2.
- interposed between is illustrated.
- the rotating electrical machine 1 may be a single rotor type in which one rotor 3 is disposed opposite to one stator 2 in the axial direction.
- the rotors 3 are arranged with an interval G in the axial direction with respect to the stator 2.
- the gap G is a so-called axial gap, and its length is about 1 mm to several mm.
- the rotating shaft 11 is fixed to the disk-like rotor 3 so as to be aligned with the center of rotation.
- the two rotors 3 pass through the hollow portion of the stator 2 and are connected to each other by a connecting shaft (not shown) disposed on the same axis as the rotating shaft 11.
- FIG. 2 is an exploded perspective view showing an example of the stator 2 and the rotor 3.
- FIG. 2 shows the rotation center axis AX of the rotor 3 (the axis of the rotation shaft 11).
- the stator 2 includes a plurality of electromagnet units 20 arranged in the circumferential direction (the rotation direction of the rotor 3).
- Each electromagnet unit 20 includes a fan-shaped magnetic core 21 and an excitation coil 22 attached to the magnetic core 21.
- the plurality of magnetic cores 21 are supported by a core support member (not shown), and are uniformly arranged around the rotation center axis AX in an annular shape.
- the magnetic core 21 is preferably a dust core.
- the dust core is a core formed by firmly pressing and solidifying iron powder covered with an electrical insulating film. From the viewpoint of suppressing eddy currents, a laminated core made of a laminate of a plurality of electromagnetic steel sheets can be used in addition to the dust core.
- the dust core is more preferable as the magnetic core 21 because it is more airtight and has a higher degree of freedom in molding than the laminated core.
- the magnetic core 21 has a bobbin shape in which flanges 211 are formed on both end surfaces in the axial direction.
- the exciting coil 22 has a bobbin-shaped magnetic core 21 as a core and an insulated wire wound around the required number of turns.
- a magnetic flux penetrating the magnetic core 21 is generated in a direction parallel to the rotating shaft 11. Further, the direction of the magnetic flux can be reversed by reversing the direction of direct current application to the exciting coil 22 in the forward and reverse directions.
- Energization to each excitation coil 22 and switching of the energization direction are controlled by a driver circuit (not shown), thereby forming magnetic lines of force that rotate the rotor 3 about the rotation axis 11.
- Each of the rotors 3 includes a disk-shaped base material 31 and a plurality of permanent magnets 32 fixed to the base material 31.
- the base material 31 includes an inner side surface 31S facing the stator 2 and an outer side surface 31R opposite to the inner side surface 31S. Both the inner surface 31S and the outer surface 31R are circular surfaces orthogonal to the rotation center axis AX.
- Each permanent magnet 32 is a fan-shaped flat-plate magnet as viewed in the axial direction.
- the plurality of permanent magnets 32 are arranged on the outer peripheral edge of the inner side surface 31S so that the S pole and the N pole are alternately arranged in the circumferential direction around the center point O of the inner side surface 31S (a point intersecting the rotation center axis AX). It is arranged in a ring in the vicinity.
- the disk-shaped base material 31 is a member formed of a magnetic material such as a steel material, and has both the above-described function of supporting the permanent magnet 32 and the function of the permanent magnet 32 as a back yoke.
- the permanent magnet 32 whose surface facing the stator 2 is magnetized in the south pole has the back surface in the north pole.
- the adjacent permanent magnet 32 has an N pole on the front surface and an S pole on the back surface.
- the base material 31 serves to support the back side of the permanent magnets 32 and to form a magnetic path between the S pole and the N pole on the back side.
- the permanent magnet 32 is fixed to the inner surface of the base 31 using an adhesive such as an epoxy resin adhesive.
- an adhesive is suitable for joining two members having different linear expansion coefficients, that is, a permanent magnet 32 made of neodymium or the like and a base material 31 made of steel or the like.
- the permanent magnet 32 may be fixed to the base material 31 using a fixing tool such as a screw.
- a countersunk head screw it is desirable to use a countersunk head screw as a fixture, provide a countersunk portion on the permanent magnet 32, and fasten the permanent magnet 32 to the base 31 using the countersunk head screw.
- the fixing tool can be prevented from projecting into the axial gap.
- a problem is heat generation due to the eddy current of the permanent magnet 32.
- the permanent magnet 32 is exposed to a time-varying magnetic field when the rotor 3 rotates. As a result, an eddy current is induced in the permanent magnet 32 and the self magnet is heated by Joule heat. If the temperature is increased until the permanent magnet 32 exceeds the limit value, the magnetic force is reduced and the magnetic force is not recovered, and the permanent magnet 32 can no longer be used.
- the adhesive is weakened by the heat generated by the permanent magnet 32, and a problem that the permanent magnet 32 peels from the base material 31 may occur. is there.
- FIG. 3 is an exploded perspective view showing an example of the structure of the rotor 3 provided with a device for reducing the eddy current.
- a permanent magnet forming one pole is constituted by a permanent magnet unit 320 including a plurality of small magnet pieces 321, 322, and 323. That is, the permanent magnet 32 shown in FIG. 2 is divided into three small magnet pieces 321, 322, and 323 in the radial direction of the disk-shaped substrate 31.
- the amount of eddy current generated can be reduced.
- the permanent magnet is divided to reduce the volume, eddy currents are inevitably generated in these magnet pieces 321, 322, and 323, and heat is generated.
- the magnetic field fluctuation period is increased, that is, the electromagnetic frequency is increased and the eddy current is increased.
- the permanent magnet 32 generates heat due to Joule loss based on eddy current, and since this heat generation cannot be sufficiently suppressed even if the permanent magnet 32 is divided into small pieces, a cooling mechanism for cooling the permanent magnet 32 is required. Become. As this cooling mechanism, the nozzle unit 4 and the circulation system 5 are attached to the rotating electrical machine 1 in the present embodiment.
- the nozzle portion 4 is disposed in the casing 10 in the vicinity of the outer peripheral edges of the two rotors 3, and includes a discharge port that discharges the cooling fluid L toward the rotation shaft 11. Yes.
- the nozzle unit 4 is disposed in the vicinity of the outer peripheral edge of the disk-shaped base material 31 shown in FIG. 2 or FIG. 3, and discharges a cooling fluid in a direction toward the radial center of the outer surface 31R of the base material 31. It has a discharge port.
- the cooling fluid L is not supplied to the inner surface 31S of the base material 31 on which the permanent magnet 32 is carried.
- a seal member or the like may be provided between the rotor 3 and the casing 10.
- a preferable discharge port of the nozzle unit 4 is a discharge port that discharges the cooling fluid L in a straight line, that is, a discharge port in which a spray pattern (a cross-sectional shape perpendicular to the discharge direction of the discharged fluid) is dotted. With such a discharge port, the cooling fluid L can efficiently reach the vicinity of the center in the radial direction of the outer surface 31R.
- the discharge port may be a discharge port that diffuses and discharges the cooling fluid L, that is, the spray pattern may be circular, elliptical, rectangular, linear, or the like.
- a nozzle portion that discharges the cooling fluid L linearly and a nozzle that diffuses and discharges may be used in combination.
- the circulation system 5 includes a pipe 50, a pump P, an oil storage tank 53 and a three-way valve 55.
- the pipe 50 is a pipe that circulates the cooling fluid L through the casing 10, and includes a supply pipe 51 and a recovery pipe 52.
- the supply pipe 51 is a pipe for supplying the cooling fluid L to the nozzle unit 4.
- the recovery pipe 52 is a pipe for recovering the cooling fluid L discharged from the nozzle portion 4 in the casing 10 from the casing 10.
- a recovery pan for the cooling fluid L is installed below the rotor 3, and the end of the recovery pipe 52 is connected to the bottom surface of the recovery pan.
- the pump P is incorporated between the supply pipe 51 and the recovery pipe 52 and generates a liquid flow for discharging the cooling fluid L from the nozzle portion 4 through the supply pipe 51. Further, the pump P generates a liquid flow for recovering the cooling fluid L through the recovery pipe 52.
- the oil storage tank 53 stores a required amount of the cooling fluid L.
- the cooling fluid L is preferably an electrically insulating liquid, and for example, insulating oil can be used.
- the oil storage tank 53 and the pipe 50 are connected via a relay pipe 54 and a three-way valve 55.
- the supply pipe 51 and the recovery pipe 52 are connected to the two outlets that are always “open”, and the remaining one outlet that is opened and closed as necessary is a relay pipe.
- the downstream end of 54 is connected.
- the pump P is driven in a state where an appropriate amount of the cooling fluid L is filled in the pipe through the three-way valve 55 under the control of a controller (not shown). Thereby, the cooling fluid L is discharged from the nozzle portion 4, and a liquid flow is formed in the pipe 50 in which the cooling fluid L that has played a role of cooling the permanent magnet 32 of the rotor 3 is recovered from the casing 10.
- the cooling fluid L discharged from the nozzle portion 4 is poured near the radial center of the outer surface 31 ⁇ / b> R of the disc-like base material 31. Thereafter, the poured cooling fluid L diffuses on the outer surface 31 ⁇ / b> R toward the outer side in the radial direction of the base material 31 due to the centrifugal force accompanying the rotation of the rotor 3. That is, the entire outer surface 31R is moistened by the cooling fluid L. Thereby, heat generated by Joule loss by the permanent magnet 32 fixed to the inner side surface 31 ⁇ / b> S of the base material 31 and the cooling medium flowing on the outer side surface exchange heat via the base material 31. The permanent magnet 32 is cooled by this heat exchange. According to such a cooling mechanism, the cooling fluid L does not flow through the gap G (axial gap) between the stator 2 and the rotor 3, so that no rotation loss is caused in the rotor 3.
- FIG. 4 is a perspective view of a rotating electrical machine 1 according to a specific embodiment of the present invention
- FIG. 5 is an exploded perspective view thereof
- FIG. 6 is a perspective view showing a state where the rotor 3 is removed from the rotating electrical machine 1 of FIG. FIG.
- the X direction is the axial direction in which the rotation center axis of the rotating electrical machine 1 extends
- the Y direction is the radial direction of the rotor 3 (base material 31).
- the axial gap type rotating electrical machine 1 includes a stator 2, a pair of rotors 3 sandwiching the stator 2 in the axial direction, a nozzle portion 40 for discharging the cooling fluid L, a cooling pipe 500 for circulating the cooling fluid L, and an annular coil.
- a support member 6 and a pair of rim members 7 that sandwich the coil support member 6 in the axial direction are included.
- the stator 2 and the rotor 3 are basically the same as those described above with reference to FIG.
- the stator 2 includes a plurality of electromagnet units 20 including a magnetic core 21 and an excitation coil 22 attached to the magnetic core 21.
- Each of the rotors 3 includes a disk-shaped base material 31 and a plurality of permanent magnets 32 fixed to the inner side surface 31 ⁇ / b> S of the base material 31. Since these basic configurations are as described above, they are omitted, and only points that require additional explanation will be described.
- the rotating electrical machine 1 of the present embodiment has a configuration in which not only the permanent magnet 32 of the rotor 3 but also the exciting coil 22 of the stator 2 is cooled by the cooling fluid L.
- the piping path through which the cooling fluid L is circulated passes through the position where the exciting coil 22 is disposed, and between the coil winding layers of the exciting coil 22 is as described below.
- the interlayer passage G through which the cooling fluid L can be passed is formed.
- FIG. 7 is a cross-sectional view along the axial direction of one electromagnet unit 20 of the stator 2.
- the electromagnet unit 20 actually includes a magnetic core 21 and an excitation coil 22 for the rotor 3 on the -X side and the rotor 3 on the + X side (see FIGS. 8 and 9). For simplicity of illustration, they are drawn integrally.
- the flat wire 221 is closely wound around the bottom 22B of the magnetic core 21 corresponding to the radial side (Y direction) center side of the stator 2.
- the flat wire 221 is wound in a gap winding that forms an interlayer passage 22G between coil winding layers in an upper portion 22U corresponding to the radially outer side of the magnetic core 21.
- the fluid can be passed in the axial direction as indicated by arrows A21 and A22 in FIG.
- the route of the piping that carries the cooling fluid L that cools the permanent magnet 32 is set so as to pass through the interlayer passage 22G. That is, the cooling fluid L passes through the interlayer passage 22G. Therefore, the excitation coil 22 and the cooling fluid L can be directly heat-exchanged, and the excitation coil 22 can be efficiently cooled.
- FIG. 8 is an enlarged perspective view of a main part of FIG. 5, and FIG. 9 is a perspective view with a radial section of the rotating electrical machine 1 shown in FIG.
- a boss portion 33 (convex portion) protrudes outward in the axial direction on the outer surface 31 ⁇ / b> R of the rotor 3.
- the boss portion 33 is a columnar convex portion disposed near the center in the radial direction on the outer surface 31R, and is coaxial with the center point 3C of the rotor 3 (the point where the rotation center axis intersects with the outer surface 31R).
- the boss portion 33 is a protrusion for attaching the rotary shaft 11 (shaft member) in an inlay manner.
- the boss portion 33 has an annular side peripheral surface 33H (contact surface) that protrudes outward in the axial direction from the plane of the outer surface 31R.
- the stator 2 includes a core support member 23 that supports the plurality of magnetic cores 21 on the radially inner side.
- the core support member 23 is a cylindrical member having a bearing hole 23H penetrating in the axial direction.
- the core support member 23 has a support portion for supporting the bottom portion 22B of the magnetic core 21 on the outer peripheral surface thereof, and the semicircular groove 24 is formed on the inner peripheral surface.
- Have. A bearing ball 25 is accommodated in the semicircular groove 24.
- the connecting shaft 12 arranged on the axis of the rotating shaft 11 is inserted into the bearing hole 23H.
- the connecting shaft 12 is a cylindrical member that connects the ⁇ X side rotor 3 and the + X side rotor 3 to each other at a position on the back surface side of the boss portion 33.
- a groove portion for receiving the bearing ball 25 is provided on the outer peripheral surface of the connecting shaft 12. That is, the connecting shaft 12 is rotatably supported in the bearing hole 23 ⁇ / b> H of the core support member 23 via the bearing ball 25.
- the coil support member 6 is an annular member that is disposed on the radially outer side of the excitation coil 22 and supports the excitation coil 22 (electromagnet unit 20) from the outer peripheral side of the stator 2.
- a non-magnetic member having high rigidity is selected.
- FRP can be exemplified as a suitable material.
- the electromagnet unit 20 of the stator 2 is arranged corresponding to each of the pair of rotors 3. That is, the ⁇ X side magnetic core 21 is disposed opposite to the permanent magnet 32 of the ⁇ X side rotor 3 via an axial gap, and the ⁇ X side excitation coil 22 is wound around the magnetic core 21. Has been. Similarly, a magnetic core 21 for + X side is disposed opposite to the permanent magnet 32 of the rotor 3 on the + X side via an axial gap, and an excitation coil 22 for + X side is wound around the magnetic core 21. Yes.
- the coil support members 6 are arranged with respect to the excitation coils 22 for the ⁇ X side and the + X side, respectively.
- a terminal portion 22E of the exciting coil 22 is drawn from an appropriate position in the circumferential direction of the coil support member 6.
- a lead wire for power supply (not shown) is connected to the end portion 22E.
- the pair of rim members 7 are annular metal members that are arranged side by side in the axial direction with respect to the coil support member 6 and hold the coil support member 6.
- the rim member 7 includes an inner peripheral surface 71, an outer peripheral surface 72, an outer side surface 73, and an inner side surface 74.
- the coil support member 6 is sandwiched between the pair of inner side surfaces 74.
- the inner peripheral surface 71 is an annular surface having an inner diameter slightly larger than the outer diameter of the rotor 3, and the rotor 3 is accommodated inside the inner peripheral surface 71.
- a circular opening 711 to which the nozzle portion 40 for discharging the cooling fluid L is attached is drilled near the position on the inner peripheral surface 71 that is the upper end when the rotating electrical machine 1 is installed. Further, a recovery hole 712 for recovering the discharged cooling fluid L is provided in the vicinity of the position that becomes the lower end when the rotating electrical machine 1 is installed. As shown in FIG.
- the inner peripheral surface 71 surrounds the outer surface 31 ⁇ / b> R of the base material 31 in a state where the rotor 3 is assembled to the connecting shaft 12, and protrudes outward in the axial direction from the outer surface 31 ⁇ / b> R.
- the circular opening 711 has a region located on the outer side in the axial direction from the outer surface 31R, and the cooling fluid L can be ejected from the nozzle portion 40 to the outer surface 31R.
- the outer peripheral surface 72 is an annular surface having substantially the same outer diameter as the outer peripheral surface of the coil support member 6.
- a plurality of receiving screw holes 721 penetrating the rim member 7 in the radial direction are formed in the outer peripheral surface 72 at substantially equal intervals in the circumferential direction.
- One end of a joint 722 having threaded portions at both ends is screwed into the receiving screw hole 721.
- the outer side surface 73 is an annular plane orthogonal to the axial direction.
- a plurality of bolt holes 731 penetrating the rim member 7 in the axial direction are formed in the outer side surface 73 at substantially equal intervals in the circumferential direction.
- bolt holes (not shown) are also drilled in the coil support member 6 in the axial direction.
- a lid member (not shown) that constitutes a part of the casing 10 is attached to the outer side surface 73, and is a space defined by the outer surface 31R and the inner peripheral surface 71 (a space that is moistened by the cooling fluid L). Is sealed.
- the inner side surface 74 is an annular plane parallel to the outer side surface 73.
- an opening 741 is drilled at a position facing the upper portion 22 ⁇ / b> U shown in FIG. 7 of the exciting coil 22 of each electromagnet unit 20.
- an elbow passage 70 ⁇ / b> E that is an elbow-shaped internal space in which the opening 741 is an opening on one end side and the receiving screw hole 721 on the outer peripheral surface 72 is an opening on the other end side. Part) is formed.
- a circular opening 711 in the inner peripheral surface 71 is also communicated with the elbow passage 70E.
- a partition wall 61 for forming a sealed space around the exciting coil 22 is provided on the radially inner side of the coil support member 6.
- the partition wall 61 has an opening at a position facing the opening 741.
- a seal ring 75 is interposed between the inner side surface 74 and the partition wall 61 and around the opening 741.
- the nozzle portion 40 is disposed on the inner peripheral surface 71 of the rim member 7 so as to close the circular opening 711.
- the nozzle unit 40 includes a discharge port 41 through which the cooling fluid L is discharged.
- the discharge direction of the cooling fluid L from the discharge port 41 is a direction toward the radial center of the rotor 3 (base material 31) as shown in FIG.
- the shape of the discharge port 41 is set to a shape that can discharge the cooling fluid L linearly here.
- the discharge port 41 is disposed slightly outside the outer surface 31R of the base material 31 in the axial direction. And the target position of the cooling fluid L discharged from the discharge port 41 is set to the side peripheral surface 33H (contact surface) of the boss
- the cooling pipe 500 is a pipe corresponding to a part of the pipe 50 of the circulation system 5 shown in FIG. 1, and includes an introduction pipe 501, a lead-out pipe 502, and a plurality of relay pipes 503.
- the cooling pipe 500 is a pipe that supplies the cooling fluid L to the exciting coil 22 (interlayer passage 22G) and the nozzle portion 40.
- the introduction pipe 501 is a pipe for introducing the cooling fluid L into the ⁇ X side rim member 7 and corresponds to the supply pipe 51 of FIG.
- the lead-out pipe 502 is a pipe that collects the cooling fluid L that has been drawn out from the + X side rim member 7 and that has not been consumed, and is a pipe that is connected to the collection pipe 52 if fitted to FIG.
- the relay pipe 503 is a U-shaped pipe for communicating the introduction pipe 501 and the lead-out pipe 502, and is spanned between the rim members 7 on the ⁇ X side and the + X side.
- the fixed connection nuts 56 are fitted on the end portions of the introduction pipe 501 and the lead-out pipe 502, respectively.
- the nuts 56 are screwed into the other end side of the joint 722 in which the screw portion on one end side is screwed to the rim member 7, that is, the screw portion on the side projecting radially outward from the outer peripheral surface 72 of the rim member 7.
- Nuts 56 are fitted on both end portions of the relay pipe 503.
- the nut 56 on one end side is a joint of the rim member 7 on the + X side
- the nut 56 on the other end side is a joint of the rim member 7 on the -X side.
- the screw portions 722 are respectively screwed.
- the nut 56 is connected to the joint 722 as described above, so that the internal space of the introduction pipe 501 communicates with one elbow passage 70 ⁇ / b> E included in the ⁇ X side rim member 7.
- the internal space of the relay pipe 503 communicates with one elbow passage 70E of the + X side rim member 7 at one end side thereof, and at the other end side, is more clockwise than the elbow passage 70E of the ⁇ X side rim member 7. It communicates with another elbow passage 70E shifted by one in the direction.
- the opposing elbow passages 70E of the rim member 7 on the ⁇ X side and the + X side communicate with each other through the opening 741 and the interlayer passage 22G in the exciting coil 22.
- fluid flow paths are formed that sequentially pass through the introduction pipe 501, the -X side elbow passage 70E, the interlayer passage 22G, the + X side elbow passage 70E, and the relay pipe 503. .
- Similar fluid flow paths are formed between the other relay pipes 503 and between the relay pipe 503 and the outlet pipe 502.
- a one-stroke fluid passage extending from the introduction pipe 501 to the outlet pipe 502 while alternately passing through the ⁇ X side and + X side elbow passages 70E is formed.
- the cooling fluid L is circulated through the fluid flow path.
- the arrangement of the relay pipe 503 and the elbow passage 70E formed in the rim member 7 are merely examples, and various modifications can be made.
- the relay pipe 503 is not bridged between the rim members 7 on the ⁇ X side and the + X side, but the joints 722 adjacent to each other in the clockwise direction of the rim member 7 on the ⁇ X side or the + X side are connected by the relay pipe 503. You may do it.
- a plurality of nozzle portions 40 may be provided at predetermined intervals in the circumferential direction on the inner peripheral surface 71 instead of being provided one by one on the ⁇ X side and + X side rim members 7.
- the rotating electrical machine 1 When the energization to the exciting coil 22 is started, the rotating electrical machine 1 is started. The rotor 3 starts to rotate around the rotation center axis, and the permanent magnet 32 starts to generate heat due to Joule loss. As the rotating electrical machine 1 is started, driving of the pump P of the circulation system 5 is also started. When the pump P is driven, as shown in FIGS. 8 and 9, the fluid flow path including the introduction pipe 501, the ⁇ X side elbow path 70E, the interlayer path 22G, the + X side elbow path 70E, and the relay pipe 503 has an arrow A1. , A2 and A3 generate a liquid flow of the cooling fluid L in the directions indicated. Since the airtightness is ensured by the seal ring 75 or the like, the pressurized cooling fluid L flows in the fluid flow path.
- the cooling fluid L introduced from the introduction pipe 501 passes through the ⁇ X side elbow passage 70E, it passes through the ⁇ X side nozzle section 40, passes through the interlayer passage 22G, and passes through the + X side elbow passage 70E. In doing so, it goes through the nozzle section 40 on the + X side. Therefore, as shown in FIG. 9, the cooling fluid L is discharged linearly from the discharge ports 41 of the respective nozzle portions 40. Most of the discharged cooling fluid L hits the side peripheral surface 33H of the boss portion 33 of the rotating rotor 3 toward the radial center of the outer side surface 31R of the base material 31.
- the cooling fluid L poured onto the side peripheral surface 33H travels outward in the radial direction of the base material 31 through the outer surface 31R by centrifugal force.
- the cooling fluid L pours around the entire circumference of the side peripheral surface 33H.
- the entire outer surface 31R is moistened with the cooling fluid L. That is, the surface of the outer surface 31R is covered with a thin layer of the cooling fluid L that flows radially outward.
- the permanent magnet 32 is fixed to the inner side surface 31 ⁇ / b> S of the base material 31 at a position radially outside the boss portion 33. Therefore, the thin layer of the flowing cooling fluid L passes through the back surface of the fixed position of the permanent magnet 32. During this passage, the cooling fluid L exchanges heat with the permanent magnet 32 via the base material 31 and takes away heat generated from Joule loss. Thereby, the permanent magnet 32 is cooled.
- the cooling fluid L passes through the interlayer passage 22G, heat exchange is performed directly with the excitation coil 22, and the excitation coil 22 is cooled.
- the cooling fluid L moves downstream through the relay pipe 503 in the clockwise direction, the number of exciting coils 22 that exchange heat increases, so that the cooling fluid L becomes heated.
- the nozzle portion 40 is disposed in the vicinity of the introduction pipe 501 on the most upstream side in the flow direction of the cooling fluid L, the nozzle portion 40 is only heat exchanged with the excitation coil 22 before being heated by heat exchange or only once.
- the cooling fluid L can be discharged from the discharge port 41.
- the cooling fluid L that has flowed to the outer peripheral edge of the outer surface 31 ⁇ / b> R by the centrifugal force is received by the inner peripheral surface 71 of the rim member 7. Thereafter, the cooling fluid L reaches the recovery hole 712 along the inner peripheral surface 71 by gravity.
- the cooling fluid L is recovered from the recovery hole 712 to a recovery pan (not shown) and guided to the recovery pipe 52.
- the cooling fluid L that has not been discharged from the nozzle portion 40 and circulated around the rim member 7 and returned to the outlet pipe 502 is also guided to the recovery pipe 52.
- the recovered cooling fluid L is supplied again toward the introduction pipe 501 by driving the pump P. With the above operation, the permanent magnet 32 and the exciting coil 22 are cooled.
- FIG. 10 is a perspective view with a radial cross section of a rotating electrical machine 1A according to a modified embodiment of the present invention.
- a modified embodiment of the present invention an example in which one nozzle portion 40 is disposed in one rim member 7 and the nozzle portion 40 includes the discharge port 41 that discharges the cooling fluid L linearly has been described.
- a plurality of nozzle portions are arranged on one rim member 7 and nozzle portions having different spray patterns are employed.
- the rotating electrical machine 1A includes, on the inner peripheral surface 71 of the rim member 7, as a nozzle part for discharging the cooling fluid L, a nozzle part 40 for linear discharge and a diffusion nozzle part 40A for diffusion discharge.
- the nozzle portions 40 and the diffusion nozzle portions 40 ⁇ / b> A are alternately arranged in the circumferential direction of the inner peripheral surface 71.
- circular openings 711 for attaching the nozzle portions are drilled in all elbow passages 70E inside the rim member 7.
- the nozzle part 40 is provided with the discharge port 41 which discharges the cooling fluid L linearly as demonstrated in the said embodiment.
- the diffusion nozzle portion 40A includes a discharge port 41A that discharges the cooling fluid L with a diffusing spray pattern LA.
- the spray pattern LA is, for example, a circle or an ellipse, and the cooling fluid L is ejected in a spray form.
- Both the nozzle part 40 and the diffusion nozzle part 40A discharge the cooling fluid L toward the boss part 33 on the outer surface 31R of the base material 31.
- the cooling fluid L discharged from the nozzle portion 40 strikes the side peripheral surface 33H of the boss portion 33 exclusively.
- the cooling fluid L discharged from the diffusion nozzle portion 40A passes through the spray pattern LA in FIG. 10 and is diffused and sprayed, so the outer surface 31R is moistened before reaching the side peripheral surface 33H.
- the cooling fluid L discharged from the diffusion nozzle portion 40A can wet the outer surface 31R. Therefore, according to the rotating electrical machine 1A, when the rotor 3 rotates, not only can the cooling fluid L discharged from the nozzle portion 40 be distributed to the outer surface 31R by centrifugal force, but also when the rotor 3 is stopped.
- the outer surface 31R can be covered with the cooling fluid L discharged from the diffusion nozzle portion 40A.
- the cooling fluid L can be sufficiently distributed to the outer surface 31R and exchanged heat with the permanent magnet 32 both when the rotor 3 rotates and when it stops.
- the present invention can take various modified embodiments.
- interposes and fixes the coil support member 6 was shown as an example which arrange
- a nozzle part for discharging the cooling fluid L is arranged in the vicinity of the outer peripheral edge of the base material 31, and a tube for supplying the cooling fluid L to the nozzle part is provided. Also good.
- an oil cooler or the like may be installed in the recovery pipe 52, and the recovered cooling fluid L may be cooled after heat exchange.
- the cooling fluid L may be cooled by air-cooling the relay pipe 503 protruding outward in the radial direction of the rim member 7. Furthermore, it is possible to omit the supply of the cooling fluid L to the exciting coil 22 and supply the cooling fluid L only to the nozzle unit 40.
- the permanent magnet 32 of the rotor 3 can be cooled without causing a rotation loss. Therefore, it is possible to provide the axial gap type rotating electrical machine 1 in which the permanent magnet 32 is not thermally deteriorated due to heat generated by Joule loss.
- An axial gap type rotating electrical machine includes a disk-shaped base including a stator including a magnetic core and an exciting coil, an inner surface facing the stator, and an outer surface opposite to the inner surface. And a plurality of permanent magnets fixed to the inner surface of the base material and arranged in the circumferential direction around the rotation center axis of the base material, and arranged at an axial interval with respect to the stator And a nozzle part that is disposed in the vicinity of the outer peripheral edge of the disk-shaped base material and discharges a cooling fluid in a direction toward the radial center of the outer side surface of the base material, and the cooling fluid in the nozzle part And a pipe for supplying the gas.
- the cooling fluid discharged from the nozzle portion is poured into the vicinity of the center in the radial direction of the outer surface of the disk-shaped substrate. Thereafter, the poured cooling fluid diffuses on the outer surface toward the radially outer side of the base material due to the centrifugal force accompanying the rotation of the rotor. That is, the entire outer surface of the base material is moistened by the cooling fluid. Therefore, the permanent magnet fixed to the inner surface of the base material is cooled by the Joule loss, and the cooling medium flowing on the outer surface exchanges heat through the base material, thereby cooling the permanent magnet. . According to this cooling method, the cooling fluid does not flow between the stator and the rotor (axial gap), so that no rotation loss occurs in the rotor.
- the nozzle portion includes a discharge port for discharging the cooling fluid in a straight line.
- the cooling fluid can efficiently reach the vicinity of the radial center of the outer surface.
- the nozzle portion has a discharge port for diffusing and discharging the cooling fluid.
- the cooling fluid since the cooling fluid is discharged in a diffusion state, the cooling fluid is applied to the entire outer surface of the base material even in a state where the rotor is stopped, that is, in a state where no centrifugal force is generated. Can be spread.
- the pipe has a pipe path that passes through the position where the exciting coil is disposed.
- the exciting coil of the stator can be cooled using the piping through which the cooling fluid flows.
- the exciting coil has an interlayer passage that allows fluid to pass between coil winding layers, and the piping path is a piping path that passes through the interlayer path.
- the cooling fluid passes through the interlayer passage formed between the coil winding layers of the exciting coil. Therefore, heat exchange can be performed directly between the exciting coil and the cooling fluid, and the cooling efficiency of the exciting coil can be improved.
- the base material includes a convex portion that protrudes in the axial direction in the vicinity of the radial center of the outer surface, and has a region that serves as a contact surface for the cooling fluid. It is desirable to provide a discharge port for discharging the cooling fluid toward the contact surface.
- this rotating electrical machine it is possible to realize a cooling fluid supply mode in which the cooling fluid is discharged so as to abut against the contact surface of the convex portion and is dropped near the center in the radial direction of the outer surface. That is, the cooling fluid can be reliably supplied to the vicinity of the center in the radial direction of the outer surface.
- the convex portion protrudes in the axial direction in the vicinity of the radial center on the outer side surface, and is a columnar boss portion for attaching a shaft member, and the contact surface is a side periphery of the boss portion.
- the discharge port is configured to discharge the cooling fluid toward the side peripheral surface.
- this rotating electrical machine it is possible to realize a structure that reliably supplies the cooling fluid to the vicinity of the center in the radial direction of the outer surface by using the boss portion to which the shaft member is attached.
- annular coil support member that supports the excitation coil from the outer peripheral side of the stator, and an annular shape that is arranged side by side in the axial direction with respect to the coil support member and holds the coil support member
- the rim member includes an inner peripheral surface projecting axially outward from the outer surface of the base material, the inner peripheral surface surrounding the outer surface, and the nozzle The portion may be arranged on the inner peripheral surface, and a part of the pipe may be formed inside the rim member.
- this rotating electrical machine it is possible to construct a part of the piping and form the nozzle portion by using the rim member that holds the coil support member. Therefore, the number of components and the arrangement space in the rotating electric machine can be suppressed.
- the permanent magnet of the rotor in the axial gap type rotating electric machine, the permanent magnet of the rotor can be cooled without causing a rotation loss. Therefore, it is possible to provide an axial gap type rotating electrical machine in which the permanent magnet of the rotor is not thermally deteriorated.
Landscapes
- Engineering & Computer Science (AREA)
- Power Engineering (AREA)
- Motor Or Generator Cooling System (AREA)
Abstract
アキシャルギャップ型回転電機(1)は、固定子(2)、回転子(3)、ノズル部(4)及び配管(50)を含む。回転子(3)は、内側面(31S)に永久磁石(32)が固定される円盤状の基材(31)を備え、固定子(2)に対して軸方向に間隔(G)を空けて配置されている。ノズル部(4)は、基材(31)の外周縁近傍に配置され、基材(31)の外側面(31R)の径方向中央に向かう方向に冷却流体(L)を吐出する。配管(50)は、ノズル部(4)に冷却流体(L)を供給する供給配管(51)を含む。ノズル部(4)から吐出され、外側面(31R)の径方向中央付近に降り注がれた冷却流体(L)は、回転子(3)の回転に伴う遠心力で外側面(31R)全体を潤し、永久磁石(32)と熱交換する。
Description
本発明は、モータや発電機等の回転電機に関し、特に、励磁コイルを備える固定子と、永久磁石を備える回転子とが、軸方向に間隔を空けて配置されるアキシャルギャップ型の回転電機に関する。
アキシャルギャップ型の回転電機は、固定子が回転子の外周側に設けられるラジアルギャップ型のものに比べて、薄型化が可能、大トルクが得られるといった利点があるため、電気自動車等への適用が期待されている。当該回転電機は、励磁コイルを備える固定子と、永久磁石を備える回転子とが、軸方向に微小な間隔(アキシャルギャップ)を空けて配置される構造を有する。前記回転子は、固定子に対向する内側面を備える円盤状の基材と、この基材の前記内側面に固定される複数の永久磁石とを含む。
前記永久磁石は、回転子の回転時において時間的に変化する磁界に曝されため、当該永久磁石には渦電流が誘起される。この渦電流に起因するジュール熱によって、永久磁石は発熱する。永久磁石が限界値を超過する温度まで熱を帯びると、その磁力が低下するという不具合が生じる。特許文献1には、この問題に鑑み、永久磁石に冷媒を直接供給して該永久磁石の発熱を抑制する技術が開示されている。
しかしながら、特許文献1の手法によると、回転電機の回転ロスが発生することがある。すなわち、永久磁石を直接冷却する場合、冷媒の流通経路は、微小なアキシャルギャップを通過するものとならざるを得ない。冷媒としては、粘度が比較的高い絶縁油が一般的に用いられるが、このような冷媒をアキシャルギャップに流通させると、固定子及び回転子の対向面間において油の粘性抵抗が発生する。この粘性抵抗は、回転子の回転ロスを惹起する。また、粘性抵抗を帯びたまま無理に回転させると、絶縁油が空気との混合により発泡し、空気断熱によって冷却能力が低下するという問題も生じる。
本発明の目的は、上記の問題に鑑みて為されたものであり、アキシャルギャップ型回転電機において、回転ロスを発生させることなく回転子の永久磁石を冷却することができる構造を提供することにある。
本発明の一局面に係るアキシャルギャップ型回転電機は、磁性コア及び励磁コイルを備える固定子と、前記固定子と対向する内側面及び該内側面の反対側の外側面とを備える円盤状の基材と、前記基材の内側面に固定され該基材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を備え、前記固定子に対して軸方向に間隔を空けて配置された回転子と、前記円盤状の基材の外周縁近傍に配置され、該基材の外側面の径方向中央に向かう方向に冷却流体を吐出するノズル部と、前記ノズル部に前記冷却流体を供給する配管と、を備える。
以下、図面に基づいて、本発明の実施形態につき詳細に説明する。図1は、本発明の実施形態に係るアキシャルギャップ型回転電機1の構造を概略的に示す図である。本発明において、アキシャルギャップ型回転電機1は、例えばモータ又は発電機、若しくはこれらの兼用機の形態をとり得る。本実施形態では、アキシャルギャップ型回転電機の好ましい一例として、アキシャルギャップ型DCブラシレスモータを例示している。
[冷却機構付きアキシャルギャップ型回転電機の全体概略構造]
アキシャルギャップ型回転電機1は、ケーシング10と、このケーシング10からその一部が突出した回転軸11とを備える。回転軸11は、当該回転電機1がモータとして用いられる場合はトルクを発生する出力回転軸となり、発電機として用いられる場合は回転駆動力が入力される入力回転軸となる。
アキシャルギャップ型回転電機1は、ケーシング10と、このケーシング10からその一部が突出した回転軸11とを備える。回転軸11は、当該回転電機1がモータとして用いられる場合はトルクを発生する出力回転軸となり、発電機として用いられる場合は回転駆動力が入力される入力回転軸となる。
回転電機1は、ケーシング10内に収容された円盤状の固定子2と、2個の円盤状の回転子3と、冷却流体Lを吐出するノズル部4とを含む。この回転電機1に、本実施形態では、回転子3の永久磁石を冷却する冷却機構として、冷却流体Lの循環系統5が付設されている。
固定子2と回転子3とは、回転軸11の軸方向に並ぶように配置されている。本実施形態では、固定子2の一の円盤面に一方の回転子3が対向し、固定子2の他の円盤面に他方の回転子3が対向し、これにより2個の回転子3の間に固定子2が挟まれる形態の、ダブルロータ型の回転電機1を例示している。もちろん、回転電機1は、一の回転子3が一の固定子2と軸方向に対向配置されるシングルロータ型であっても良い。
各回転子3は、固定子2に対して軸方向に間隔Gを空けて配置されている。間隔Gは、いわゆるアキシャルギャップであり、その長さは1mm~数mm程度である。回転軸11は、円盤状の回転子3に、その回転中心と芯合わせして固定されている。2つの回転子3は、固定子2の中空部を貫通し、回転軸11と同じ軸上に配置された連結軸(図略)によって互いに連結されている。
ここで、本実施形態に係る固定子2及び回転子3の具体的構造を説明する。図2は、固定子2及び回転子3の一例を示す分解斜視図である。図2には、回転子3の回転中心軸AX(回転軸11の軸心)が示されている。固定子2は、周方向(回転子3の回転方向)に配列された複数の電磁石ユニット20を含む。各電磁石ユニット20は、扇形の磁性コア21と、磁性コア21に装着された励磁コイル22とを備える。複数の磁性コア21は、図略のコア支持部材によって支持され、回転中心軸AXの軸回りに円環状に均等に配置されている。
磁性コア21は、圧粉コアであることが好ましい。圧粉コアは、電気絶縁膜で被覆された鉄粉が強固に押し固められることによって形成されたコアである。渦電流を抑制するという観点からは、この圧粉コアに加え、複数枚の電磁鋼板の積層体からなる積層コアも用い得る。圧粉コアは、前記積層コアに比べて気密性が高く、また成型の自由度も高いため、磁性コア21としてはより好ましい。本実施形態では、磁性コア21は、その軸方向の両端面に鍔部211が形成されたボビン形状を有している。
励磁コイル22は、ボビン形状の磁性コア21を巻芯として絶縁電線が所要のターン数だけ巻回されてなる。励磁コイル22への直流電流の通電によって、回転軸11と平行な方向に磁性コア21を貫く磁束が発生する。また、励磁コイル22への直流電流の通電方向を正逆反転させることで、前記磁束の方向を反転させることができる。各励磁コイル22へ通電及び通電方向の切り替えは、図略のドライバ回路によって制御され、これにより回転子3を回転軸11回りに回転させる磁力線が形成される。
回転子3は各々、円盤状の基材31と、この基材31に固定される複数の永久磁石32とを備えている。基材31は、固定子2と対向する内側面31Sと、この内側面31Sの反対側の外側面31Rとを備える。内側面31S及び外側面31Rは、共に回転中心軸AXと直交する円形面である。各永久磁石32は、軸方向視で扇形の平板型の磁石である。複数の永久磁石32は、内側面31Sの中心点O(回転中心軸AXと交差する点)の周囲に、S極とN極とが周方向に交互に並ぶように、内側面31Sの外周縁付近に、環状に配列されている。
円盤状の基材31は、鋼材などの磁性体で形成された部材であり、上述の永久磁石32の支持機能と、永久磁石32のバックヨークとしての機能とを兼ねている。固定子2と対向する表面がS極に着磁されている永久磁石32は、その裏面がN極となる。これに隣接する永久磁石32は、表面がN極で裏面がS極である。基材31は、これら永久磁石32の裏面側を支持すると共に、裏面側のS極-N極との間に磁路を形成する役目を果たす。
永久磁石32は、例えばエポキシ樹脂系接着剤のような接着剤を用いて、基材31の内側面に固定される。これは、ネオジウム等からなる永久磁石32と鋼材等からなる基材31という、線膨張係数の異なる2つの部材を接合させるのに、接着剤が好適だからである。この他、ネジ等の固定具を用いて、永久磁石32を基材31に固定しても良い。この場合、固定具として皿頭ネジを用い、永久磁石32には皿もみ部を設け、皿頭ネジを用いて当該永久磁石32を基材31に締結することが望ましい。この固定構造によれば、アキシャルギャップに固定具が突出しない構造とすることができる。
以上の通り構成された回転電機1において、問題となるのが、永久磁石32の渦電流による発熱である。永久磁石32は、回転子3の回転時に、時間的に変化する磁界に曝される。これにより、永久磁石32には渦電流が誘起され、ジュール熱によって自己加熱するようになる。永久磁石32が限界値を超過するまで高熱化すると、その磁力が低下し且つその磁力は回復せず、もはや当該永久磁石32は使用不可となってしまう。また、接着剤を用いて基材31に永久磁石32を接着している場合は、永久磁石32の発熱により接着剤が脆弱化し、永久磁石32が基材31から剥離する不具合が発生する場合がある。
図3は、渦電流を小さくする工夫を備えた、回転子3の構造例を示す分解斜視図である。ここに示す回転子3は、一の極を形成する永久磁石が、複数の磁石小片321、322、323からなる永久磁石ユニット320にて構成されている。つまり、図2に示した永久磁石32を、円盤状基材31の径方向に3個の磁石小片321、322、323に分割している。
分割された磁石小片321、322、323を用いることで、渦電流の発生量を小さくすることができる。しかしながら、たとえ永久磁石を分割して小容積化しても、これら磁石小片321、322、323には不可避的に渦電流が発生し、発熱する。とりわけ、回転電機1の回転速度を高速にすると、磁界変動の周期が早くなり、つまり電気磁気的周波数が高くなり、渦電流が大きくなる。
このように、永久磁石32は渦電流に基づくジュール損失によって発熱し、この発熱は永久磁石32を小片に分割しても十分には抑制できないことから、永久磁石32を冷却する冷却機構が必要となる。この冷却機構として、本実施形態において回転電機1に付設されているのが、ノズル部4及び循環系統5である。
図1に概略的に示すように、ノズル部4は、ケーシング10内において2つの回転子3の外周縁近傍に各々配置され、回転軸11に向けて冷却流体Lを吐出する吐出口を備えている。詳しくは、ノズル部4は、図2若しくは図3に示している円盤状基材31の外周縁近傍に配置され、該基材31の外側面31Rの径方向中央に向かう方向に冷却流体を吐出する吐出口を備えている。本実施形態では、永久磁石32が担持されている基材31の内側面31Sには、冷却流体Lは供給されない。これは、アキシャルギャップに冷却流体Lが入り込むことによる、粘性抵抗の増加に伴う回転子3の回転ロスの発生を防ぐためである。なお、アキシャルギャップに冷却流体Lが入り込むことを防ぐために、回転子3とケーシング10との間にシール部材などを設けても良い。
ノズル部4の好ましい吐出口は、冷却流体Lを直線状に吐出する吐出口、すなわちスプレーパターン(吐出される流体の、吐出方向と直交する断面の形状)が点状となる吐出口である。このような吐出口であれば、冷却流体Lを効率良く外側面31Rの径方向中央付近まで届かせることができる。このほか、前記吐出口は、冷却流体Lを拡散させて吐出する吐出口、すなわちスプレーパターンが円形、楕円、矩形、線状等であっても良い。但し、スプレー角が大きすぎると、冷却流体Lが径方向中央まで十分に到達しない懸念があるので、スプレー角は60°程度以下に設定することが望ましい。後記の具体的実施形態でも例示するが、冷却流体Lを直線状に吐出するノズル部と拡散して吐出するノズルとを併用しても良い。
循環系統5は、配管50、ポンプP、貯油槽53及び三方弁55を含む。配管50は、ケーシング10内を通して冷却流体Lを循環させる配管であり、供給配管51と、回収配管52とを含む。供給配管51は、ノズル部4へ冷却流体Lを供給するための配管である。回収配管52は、ケーシング10内においてノズル部4から吐出された冷却流体Lを、当該ケーシング10から回収するための配管である。好ましくは、回転子3の下方に冷却流体Lの回収パンが設置され、該回収パンの底面に回収配管52の終端が接続される。
ポンプPは、供給配管51と回収配管52との間に組み入れられ、供給配管51を通してノズル部4から冷却流体Lを吐出させる液流を発生させる。さらにポンプPは、回収配管52を通して冷却流体Lを回収する液流を発生させる。貯油槽53は、所要量の冷却流体Lを貯留する。冷却流体Lは、電気絶縁性の液体であることが望ましく、例えば絶縁油を用いることができる。
貯油槽53と配管50とは、中継配管54及び三方弁55を介して接続されている。三方弁55の3つの出入口の内、常時「開」とされる2つの出入口には供給配管51と回収配管52とが各々接続され、必要に応じて開閉される残り1つの出入口には中継配管54の下流端が接続されている。回転電機1の動作中において、図略のコントローラによる制御下、三方弁55を通して適量の冷却流体Lが配管内に充填されている状態で、ポンプPが駆動される。これにより、ノズル部4から冷却流体Lが吐出され、回転子3の永久磁石32の冷却の役目を果たした冷却流体Lがケーシング10から回収される液体流が配管50内に形成される。
このような回転電機1によれば、ノズル部4から吐出された冷却流体Lは、円盤状基材31の外側面31Rの径方向中心付近に降り注がれることになる。その後、注がれた冷却流体Lは、回転子3の回転に伴う遠心力によって、外側面31R上を当該基材31の径方向外側に向けて拡散するようになる。つまり、外側面31R全体が冷却流体Lによって潤される状態となる。これにより、基材31の内側面31Sに固定された永久磁石32がジュール損失により発する熱と、外側面上を流通する冷却媒体とが、基材31を介して熱交換する。この熱交換によって、永久磁石32が冷却される。このような冷却機構によればと、冷却流体Lは固定子2と回転子3との間の間隔G(アキシャルギャップ)には流通しないので、回転子3に回転ロスを発生させることはない。
[回転電機の具体的実施形態]
以下、上述の冷却機構を備えた回転電機1の具体的な構成例を示す。図4は、本発明の具体的実施形態に係る回転電機1の斜視図、図5はその分解斜視図、図6は、図4の回転電機1において、回転子3を取り除いた状態を示す斜視図である。図5に方向表示を付記している通り、X方向が回転電機1の回転中心軸が延びる軸方向、Y方向が回転子3(基材31)の径方向である。アキシャルギャップ型回転電機1は、固定子2、この固定子2を軸方向において挟み込む一対の回転子3、冷却流体Lを吐出するノズル部40、冷却流体Lを流通させる冷却配管500、環状のコイル支持部材6、及びこのコイル支持部材6を軸方向において挟み込む一対のリム部材7を含む。
以下、上述の冷却機構を備えた回転電機1の具体的な構成例を示す。図4は、本発明の具体的実施形態に係る回転電機1の斜視図、図5はその分解斜視図、図6は、図4の回転電機1において、回転子3を取り除いた状態を示す斜視図である。図5に方向表示を付記している通り、X方向が回転電機1の回転中心軸が延びる軸方向、Y方向が回転子3(基材31)の径方向である。アキシャルギャップ型回転電機1は、固定子2、この固定子2を軸方向において挟み込む一対の回転子3、冷却流体Lを吐出するノズル部40、冷却流体Lを流通させる冷却配管500、環状のコイル支持部材6、及びこのコイル支持部材6を軸方向において挟み込む一対のリム部材7を含む。
固定子2及び回転子3は、先に図2に基づき説明したものと基本的には同じである。固定子2は、磁性コア21と、磁性コア21に装着された励磁コイル22とを含む複数の電磁石ユニット20を備える。回転子3は各々、円盤状の基材31と、この基材31の内側面31Sに固定される複数の永久磁石32とを備える。これらの基本構成については上述の通りであるので割愛し、特に追加説明を要する点のみを説明する。
本実施形態の回転電機1は、冷却流体Lにより、回転子3の永久磁石32だけでなく、固定子2の励磁コイル22も冷却する構成を備える。励磁コイル22の冷却を可能とするため、冷却流体Lを流通させる配管経路は励磁コイル22の配置位置を経由するものとされ、また、励磁コイル22のコイル巻回層間には、次述の通り、冷却流体Lを通過させることが可能な層間通路Gが形成されている。
図7は、固定子2の一つの電磁石ユニット20の軸方向に沿った断面図である。電磁石ユニット20は、実際には-X側の回転子3用及び+X側の回転子3用の磁性コア21及び励磁コイル22を備える(図8、図9参照)が、図7では、これらを図示簡略化のために一体的に描いている。励磁コイル22を構成する巻線としては、断面形状が細長い長方形である平角線221が用いられる。平角線221は、固定子2の径方向(Y方向)中央側に相当する磁性コア21の底部22Bでは密に巻回されている。一方、平角線221は、磁性コア21の径方向外側に相当する上部22Uでは、層間通路22Gをコイル巻回層間に形成するギャップ巻きで巻回されている。
このような励磁コイル22であれば、上部22Uにおいて層間通路22Gが確保されているので、図7において矢印A21及びA22で示す通り、流体を軸方向に通過させることが可能となる。本実施形態では、永久磁石32を冷却する冷却流体Lを運ぶ配管の経路が、この層間通路22Gを経由するように設定されている。つまり、冷却流体Lが層間通路22Gを通過する。従って、励磁コイル22と冷却流体Lとを直接的に熱交換させることができ、励磁コイル22を効率的に冷却させることができる。
図8は、図5の要部拡大斜視図、図9は、図4に示す回転電機1の径方向断面を伴う斜視図である。図4、図5、図9を参照して、回転子3の外側面31Rには、ボス部33(凸部)が軸方向外側に突設されている。ボス部33は、外側面31Rにおける径方向中央付近に配置された円柱状の凸部であり、回転子3の中心点3C(回転中心軸が外側面31Rと交差する点)と同軸である。ボス部33は、回転軸11(軸部材)をインロー形式で取り付けるための突起である。ボス部33は、外側面31Rの平面よりも軸方向外側に突出した環状の側周面33H(当たり面)を有している。
特に図6、図9を参照して、固定子2は、複数の磁性コア21を径方向内側において支持するコア支持部材23を備える。コア支持部材23は、軸方向に貫通する軸受け孔23Hを有する円筒状部材であり、その外周面に磁性コア21の底部22Bを支持する支持部を有し、内周面に半円溝24を有している。この半円溝24には軸受けボール25が収容されている。
軸受け孔23Hには、回転軸11の軸線上に配置された連結軸12が挿通されている。連結軸12は、-X側の回転子3と+X側の回転子3とを、ボス部33の裏面側の位置において互いに連結する円柱状の部材である。連結軸12の外周面には、軸受けボール25を収容する溝部が備えられている。すなわち、連結軸12はコア支持部材23の軸受け孔23Hにおいて、軸受けボール25を介して回転自在に軸支されている。
コイル支持部材6は、励磁コイル22の径方向外側に配置され、固定子2の外周側から励磁コイル22(電磁石ユニット20)を支持する環状の部材である。コイル支持部材6としては、非磁性体で剛性の高い部材が選ばれ、例えばFRPを好適な材料として例示することができる。
特に図8、図9を参照して、固定子2の電磁石ユニット20は、一対の回転子3に各々対応して配置されている。すなわち、-X側の回転子3の永久磁石32に対してアキシャルギャップを介して-X側用の磁性コア21が対向配置され、その磁性コア21に-X側用の励磁コイル22が巻回されている。同様に、+X側の回転子3の永久磁石32に対してアキシャルギャップを介して+X側用の磁性コア21が対向配置され、その磁性コア21に+X側用の励磁コイル22が巻回されている。コイル支持部材6は、これら-X側用及び+X側用の励磁コイル22に対して、各々配置されている。コイル支持部材6の周方向の適所からは、励磁コイル22の終端部22Eが引き出されている。終端部22Eには、給電用のリード線(図略)が接続される。
一対のリム部材7は、コイル支持部材6に対して軸方向に並んで配置され、コイル支持部材6を保持する環状の金属製部材である。図6も参照して、リム部材7は、内周面71、外周面72、外側側面73及び内側側面74を備えている。コイル支持部材6は、一対の内側側面74の間において挟持されている。
内周面71は、回転子3の外径よりもやや大きい内径を有する環状面であり、この内周面71の内側に回転子3が収容されている。内周面71の、当該回転電機1の据え付け時において上端となる位置付近には、冷却流体Lを吐出するノズル部40が取り付けられる円形開口711が穿孔されている。また、当該回転電機1の据え付け時において下端となる位置付近には、吐出された冷却流体Lを回収する回収孔712が設けられている。内周面71は、図4に示す通り、回転子3が連結軸12に組み付けられた状態で、基材31の外側面31Rを取り囲むと共に、この外側面31Rよりも軸方向外側に突出している。これにより、円形開口711は外側面31Rよりも軸方向外側に位置する領域を有しており、ノズル部40から外側面31Rに冷却流体Lを噴射することが可能となっている。
外周面72は、コイル支持部材6の外周面と略同一の外径を有する環状面である。外周面72には、径方向にリム部材7を貫通する複数の受けネジ孔721が、周方向にほぼ等間隔で穿孔されている。この受けネジ孔721には、両端にネジ切り部を有する継ぎ手722の片端が螺合されている。
外側側面73は、軸方向と直交する環状平面である。外側側面73には、軸方向にリム部材7を貫通する複数のボルト孔731が、周方向にほぼ等間隔で穿孔されている。ボルト孔731に対応して、コイル支持部材6にもボルト孔(図示せず)が軸方向に穿孔されている。一対のリム部材7の各ボルト孔731と、一組のコイル支持部材6のボルト孔とが位置合わせされた状態で、これらのボルト孔に締め付け用のボルト732がそれぞれ挿通され、ナット733(図9参照)によって締結されている。この締結によって、コイル支持部材6とリム部材7とは一体化されている。なお、外側側面73には、ケーシング10の一部を構成する蓋部材(図略)が取り付けられ、外側面31Rと内周面71とで区画される空間(冷却流体Lで潤される空間である)は密閉される。
内側側面74は、外側側面73と平行な環状平面である。内側側面74には、各電磁石ユニット20の励磁コイル22の、図7に示した上部22Uに対向する位置に、開口741が穿孔されている。また、リム部材7の内部には、この開口741を一端側の開口とし、外周面72の受けネジ孔721を他端側の開口とする、エルボ型の内部空間であるエルボ通路70E(配管の一部)が形成されている。このエルボ通路70Eには、内周面71の円形開口711も連通している。
コイル支持部材6の径方向内側には、励磁コイル22の周囲に密閉空間を形成するための隔壁61が設けられている。隔壁61は、開口741に対向する位置に開口を有している。内側側面74と隔壁61との間であって開口741の周囲には、シールリング75が介在されている。
ノズル部40は、円形開口711を塞ぐように、リム部材7の内周面71に配置されている。ノズル部40は、冷却流体Lを吐出する吐出口41を備えている。吐出口41からの冷却流体Lの吐出方向は、図9に示している通り、回転子3(基材31)の径方向中央に向かう方向である。吐出口41の形状は、ここでは冷却流体Lを直線状に吐出することができる形状に設定されている。
吐出口41は、基材31の外側面31Rよりもやや軸方向外側に配置されている。そして、吐出口41から吐出される冷却流体Lのターゲット位置は、外側面31Rから突設されたボス部33の側周面33H(当たり面)に設定されている。つまり、冷却流体Lが側周面33Hへ向かうよう、吐出口41が配向されている。このため、吐出口41から吐出される冷却流体Lは、外側面31Rと略平行に径方向内側へ進行し、側周面33H(実際は回転軸11の根元部分であるインロー接続部分)に突き当たることになる。
冷却配管500は、先に図1に示した循環系統5の配管50の一部に相当する配管であり、導入管501、導出管502及び複数の中継管503を含む。この冷却配管500は、励磁コイル22(層間通路22G)及びノズル部40に冷却流体Lを供給する配管である。導入管501は、-X側のリム部材7へ冷却流体Lを導入する配管であり、図1の供給配管51に相当する。導出管502は、+X側のリム部材7から引き出され、消費されなかった冷却流体Lを回収する配管であり、図1に当て嵌めるならば、回収配管52に接続される配管である。中継管503は、導入管501と導出管502とを連通させるためのU字型の配管であり、-X側及び+X側のリム部材7間に架け渡されている。
導入管501及び導出管502の終端部には、各々固定接続用のナット56が外嵌されている。これらナット56は、リム部材7に一端側のネジ部が螺合されている継ぎ手722の他端側、つまりリム部材7の外周面72から径方向外方に突出した側のネジ部に螺合されている。中継管503の両終端部にも、ナット56が各々外嵌されており、一端側のナット56は+X側のリム部材7の、他端側のナット56は-X側のリム部材7の継ぎ手722のネジ部に、それぞれ螺合されている。
図8、図9を特に参照して、上記の通りナット56が継ぎ手722に接続されることにより、導入管501の内部空間と-X側のリム部材7が備える一つのエルボ通路70Eとが連通する。また、中継管503の内部空間は、その一端側において+X側のリム部材7の一つのエルボ通路70Eと連通し、他端側において、-X側のリム部材7の前記エルボ通路70Eよりも時計方向に一つシフトした他のエルボ通路70Eと連通する。-X側及び+X側のリム部材7の、互いに対向するエルボ通路70E同士は、開口741及び励磁コイル22内の層間通路22Gを通して連通している。
従って、図中、矢印A1、A2、A3で示す通り、順次導入管501、-X側エルボ通路70E、層間通路22G、+X側エルボ通路70E、中継管503を通過する流体流路が形成される。他の中継管503同士、中継管503と導出管502との間においても同様な流体流路が形成されている。このため、導入管501から導出管502に至るまで、-X側及び+X側エルボ通路70Eを交互に経由しながら延びる一筆書き状の流体流路が形成される。かかる流体流路に冷却流体Lが流通される。そして、最も導入管501に近い-X側及び+X側のエルボ通路70Eを冷却流体Lが通過する際、それぞれ-X側及び+X側のノズル部40を通過することになる。
なお、上記の中継管503の配置、リム部材7に形成するエルボ通路70Eは一例であり、種々変更することが可能である。例えば、中継管503を-X側及び+X側のリム部材7間に架け渡すのではなく、-X側又は+X側のリム部材7の時計方向に隣接する継ぎ手722間を中継管503で接続するようにしても良い。また、ノズル部40は、-X側及び+X側のリム部材7に一つずつ設けるのではなく、内周面71に周方向に所定間隔を置いて複数設けるようにしても良い。
[冷却動作の説明]
図1に示した冷却流体Lの循環系統5が、図4~図9に示した回転電機1に適用されているものとして、冷却動作を説明する。この場合、リム部材7の内周面71に設けられている回収孔712(図6)は、図略の回収パンを介して回収配管52に繋がれる。既述の通り、導入管501は供給配管51に、導出管502は回収配管52に接続される。
図1に示した冷却流体Lの循環系統5が、図4~図9に示した回転電機1に適用されているものとして、冷却動作を説明する。この場合、リム部材7の内周面71に設けられている回収孔712(図6)は、図略の回収パンを介して回収配管52に繋がれる。既述の通り、導入管501は供給配管51に、導出管502は回収配管52に接続される。
励磁コイル22への通電が開始されることによって、回転電機1が始動する。回転子3は、回転中心軸の軸回りに回転を開始し、永久磁石32はジュール損失によって発熱し始める。回転電機1の始動に伴い、循環系統5のポンプPの駆動も開始される。ポンプPの駆動により、図8及び図9に示すように、導入管501、-X側エルボ通路70E、層間通路22G、+X側エルボ通路70E及び中継管503を含む流体流路には、矢印A1、A2、A3で示す方向に冷却流体Lの液流が発生する。シールリング75などによって気密性が確保されているので、前記流体流路内には加圧された冷却流体Lが流通することになる。
導入管501から導入された冷却流体Lは、-X側のエルボ通路70Eを通過する際に-X側のノズル部40を経由し、層間通路22Gを通過して+X側のエルボ通路70Eを通過する際に+X側のノズル部40を経由する。従って、各々のノズル部40の吐出口41からは、図9に示しているように冷却流体Lが直線状に吐出される。吐出された冷却流体Lは、基材31の外側面31Rの径方向中央に向かい、回転している回転子3の、ボス部33の側周面33Hに大部分が突き当たる。
回転子3は回転しているので、側周面33Hに降り注がれた冷却流体Lは、遠心力によって、外側面31Rを伝って基材31の径方向外側へ向かうようになる。また、回転に伴い、側周面33Hの全周に冷却流体Lが降り注ぐ。これにより、外側面31Rの全体が冷却流体Lで潤った状態となる。つまり、外側面31Rの表面が、径方向外側へ流動する冷却流体Lの薄層で覆われた状態となる。
永久磁石32は、ボス部33よりも径方向外側の位置において、基材31の内側面31Sに固定されている。従って、上記の流動する冷却流体Lの薄層は、永久磁石32の固定位置の背面を通過することになる。この通過の際、冷却流体Lは基材31を介して永久磁石32と熱交換し、ジュール損失より発生した熱を奪う。これにより、永久磁石32は冷却される。
冷却流体Lが層間通路22Gを通過する際、励磁コイル22と直接的に熱交換し、当該励磁コイル22を冷却する。冷却流体Lが中継管503を通して時計方向下流側へ向かうに連れて、熱交換する励磁コイル22の個数が増加するので、冷却流体Lは熱を帯びるようになる。しかし、ノズル部40は、冷却流体Lの流通方向において最上流側の導入管501付近に配置されているので、熱交換により熱を帯びる前、若しくは1回だけ励磁コイル22と熱交換しただけの冷却流体Lを吐出口41から吐出させることができる。
遠心力により外側面31Rの外周縁まで流動した冷却流体Lは、リム部材7の内周面71で受け止められる。その後、冷却流体Lは、重力によって内周面71を伝って回収孔712に至る。冷却流体Lは、回収孔712から図略の回収パンに回収され、回収配管52に導かれる。また、ノズル部40から吐出されず、リム部材7を周回して導出管502に戻った冷却流体Lも回収配管52に導かれる。回収された冷却流体Lは、ポンプPの駆動によって、再び導入管501に向けて供給される。以上の動作により、永久磁石32及び励磁コイル22が冷却される。
[変形実施形態]
図10は、本発明の変形実施形態に係る回転電機1Aの径方向断面を伴う斜視図である。上記実施形態では、一つのリム部材7に一つのノズル部40が配置され、該ノズル部40が直線状に冷却流体Lを吐出する吐出口41を備える例を示した。図10の変形実施形態では、一つのリム部材7に複数のノズル部が配置されると共に、スプレーパターンが異なるノズル部が採用された例を示している。
図10は、本発明の変形実施形態に係る回転電機1Aの径方向断面を伴う斜視図である。上記実施形態では、一つのリム部材7に一つのノズル部40が配置され、該ノズル部40が直線状に冷却流体Lを吐出する吐出口41を備える例を示した。図10の変形実施形態では、一つのリム部材7に複数のノズル部が配置されると共に、スプレーパターンが異なるノズル部が採用された例を示している。
回転電機1Aは、リム部材7の内周面71に、冷却流体Lの吐出用のノズル部として、直線吐出用のノズル部40と、拡散吐出用の拡散ノズル部40Aとを備えている。ノズル部40と拡散ノズル部40Aとは、内周面71の周方向に交互に配置されている。この変形例では、リム部材7内部の全てのエルボ通路70Eに対して、各々ノズル部取り付け用の円形開口711が穿孔される。
ノズル部40は、上記実施形態で説明した通り、冷却流体Lを直線状に吐出する吐出口41を備える。一方、拡散ノズル部40Aは、拡散するスプレーパターンLAで冷却流体Lを吐出する吐出口41Aを備える。スプレーパターンLAは、例えば円形又は楕円であり、冷却流体Lが噴霧状に吐出されるものである。
ノズル部40及び拡散ノズル部40Aとも、冷却流体Lを基材31の外側面31Rにおいてボス部33に向けて吐出する。ノズル部40から吐出される冷却流体Lは、既述の通り、ボス部33の側周面33Hに専ら突き当たる。これに対し、拡散ノズル部40Aから吐出される冷却流体Lは、図10においてスプレーパターンLAで通り、拡散噴霧されるので、側周面33Hへ至る前に外側面31Rを潤す。
すなわち、回転子3の遠心力が作用しなくとも、拡散ノズル部40Aから吐出される冷却流体Lは外側面31Rを湿潤化させ得る。従って、回転電機1Aによれば、回転子3の回転時には、ノズル部40から吐出される冷却流体Lを遠心力で外側面31Rに行き渡らせることができるだけでなく、回転子3の停止時においても、拡散ノズル部40Aから吐出される冷却流体Lにて、外側面31Rを覆うことができる。このように、本変形実施形態によれば、回転子3の回転時及び停止時の双方において、冷却流体Lを外側面31Rに十分に行き渡らせ、永久磁石32と熱交換させることができる。
この他、本発明は様々な変形実施形態を採り得る。例えば、上記実施形態では、基材31の外周縁近傍にノズル部を配置する例として、コイル支持部材6を挟み込んで固定するリム部材7の内周面71にノズル部40を埋め込む態様を示した。これに代えて、リム部材7とは別個に、冷却流体Lを吐出するノズル部を基材31の外周縁近傍に配置し、該ノズル部に冷却流体Lを供給するチューブ等を設けるようにしても良い。
また、回収配管52にオイルクーラー等を設置し、熱交換を終えて回収した冷却流体Lを冷却するようにしてもよい。或いは、リム部材7の径方向外側に突出している中継管503を空冷することで、冷却流体Lを冷却しても良い。さらに、励磁コイル22への冷却流体Lの供給を省き、ノズル部40だけに冷却流体Lを供給する態様としても良い。
以上説明した本発明に係るアキシャルギャップ型回転電機1によれば、回転ロスを発生させることなく回転子3の永久磁石32を冷却することができる。従って、永久磁石32がジュール損失による発熱で熱劣化することのない、アキシャルギャップ型回転電機1を提供することができる。
なお、上述した具体的実施形態には以下の構成を有する発明が主に含まれている。
本発明の一局面に係るアキシャルギャップ型回転電機は、磁性コア及び励磁コイルを備える固定子と、前記固定子と対向する内側面及び該内側面の反対側の外側面とを備える円盤状の基材と、前記基材の内側面に固定され該基材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を備え、前記固定子に対して軸方向に間隔を空けて配置された回転子と、前記円盤状の基材の外周縁近傍に配置され、該基材の外側面の径方向中央に向かう方向に冷却流体を吐出するノズル部と、前記ノズル部に前記冷却流体を供給する配管と、を備える。
この回転電機によれば、ノズル部から吐出された冷却流体が、円盤状基材の外側面の径方向中心付近に降り注がれることになる。その後、注がれた冷却流体は、回転子の回転に伴う遠心力によって、前記外側面上を当該基材の径方向外側に向けて拡散するようになる。つまり、基材の外側面全体が前記冷却流体によって潤される状態となる。従って、基材の内側面に固定された永久磁石がジュール損失により発する熱と、外側面上を流通する冷却媒体とが、基材を介して熱交換することによって、前記永久磁石が冷却される。この冷却手法によると、冷却流体は固定子と回転子との間(アキシャルギャップ)には流通しないので、回転子に回転ロスを発生させることはない。
上記の回転電機において、前記ノズル部は、前記冷却流体を直線状に吐出する吐出口を備えることが望ましい。
この回転電機によれば、前記冷却流体を効率良く前記外側面の前記径方向中央付近まで届かせることができる。
上記の回転電機において、前記ノズル部は、前記冷却流体を拡散させて吐出する吐出口を備えることが望ましい。
この回転電機によれば、冷却流体が拡散状態で吐出されるので、たとえ回転子が停止した状態、つまり遠心力が発生していない状況下であっても、基材の外側面全体に冷却流体を行き渡らせることができる。
上記の回転電機において、前記配管は、前記励磁コイルの配置位置を経由する配管経路を有することが望ましい。
この回転電機によれば、前記冷却流体を流通させる配管を利用して、固定子の励磁コイルも冷却させることが可能となる。
この場合、前記励磁コイルは、コイル巻回層間に流体を通過させることが可能な層間通路を有し、前記配管経路は、前記層間通路を経由する配管経路である構成とすることが望ましい。
この回転電機によれば、冷却流体は、励磁コイルのコイル巻回層間に形成された層間通路を通過する。従って、励磁コイルと前記冷却流体とを直接的に熱交換させることができ、励磁コイルの冷却効率を向上させることができる。
上記の回転電機において、前記基材は、前記外側面おける前記径方向中央の付近において軸方向に突設され、前記冷却流体の当たり面となる領域を有する凸部を備え、前記ノズル部は、前記当たり面に向けて前記冷却流体を吐出する吐出口を備えることが望ましい。
この回転電機によれば、冷却流体を凸部の当たり面に突き当てるように吐出させ、前記外側面の径方向中央付近に滴下させるという、冷却流体の供給形態を実現することができる。つまり、冷却流体を確実に前記外側面の径方向中央付近に供給することができる。
この場合、前記凸部は、前記外側面おける前記径方向中央の付近において軸方向に突設され、軸部材を取り付けるための円柱状のボス部であり、前記当たり面は前記ボス部の側周面であり、前記吐出口は、前記側周面に向けて前記冷却流体を吐出する構成であることが望ましい。
この回転電機によれば、軸部材を取り付けるボス部を利用して、冷却流体を確実に前記外側面の径方向中央付近に供給する構造を実現することができる。
上記の回転電機において、前記励磁コイルを、前記固定子の外周側から支持する環状のコイル支持部材と、前記コイル支持部材に対して軸方向に並んで配置され、前記コイル支持部材を保持する環状のリム部材と、をさらに備え、前記リム部材は、前記基材の前記外側面よりも軸方向外側に突出した内周面を備え、該内周面は前記外側面を取り囲んでおり、前記ノズル部は、前記内周面に配置され、前記配管の一部は前記リム部材の内部に形成されている構成とすることができる。
この回転電機によれば、コイル支持部材を保持するリム部材を利用して、配管の一部を構築すると共に、ノズル部を形成することができる。従って、当該回転電機における構成部品の数、配置スペースを抑制することができる。
以上説明した通り本発明によれば、アキシャルギャップ型回転電機において、回転ロスを発生させることなく回転子の永久磁石を冷却することができる。従って、回転子の永久磁石が熱劣化することのない、アキシャルギャップ型回転電機を提供することができる。
Claims (8)
- 磁性コア及び励磁コイルを備える固定子と、
前記固定子と対向する内側面及び該内側面の反対側の外側面とを備える円盤状の基材と、前記基材の内側面に固定され該基材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を備え、前記固定子に対して軸方向に間隔を空けて配置された回転子と、
前記円盤状の基材の外周縁近傍に配置され、該基材の外側面の径方向中央に向かう方向に冷却流体を吐出するノズル部と、
前記ノズル部に前記冷却流体を供給する配管と、
を備えるアキシャルギャップ型回転電機。 - 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、
前記ノズル部は、前記冷却流体を直線状に吐出する吐出口を備える、アキシャルギャップ型回転電機。 - 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、
前記ノズル部は、前記冷却流体を拡散させて吐出する吐出口を備える、アキシャルギャップ型回転電機。 - 請求項1~3のいずれか1項に記載のアキシャルギャップ型回転電機において、
前記配管は、前記励磁コイルの配置位置を経由する配管経路を有する、アキシャルギャップ型回転電機。 - 請求項4に記載のアキシャルギャップ型回転電機において、
前記励磁コイルは、コイル巻回層間に流体を通過させることが可能な層間通路を有し、
前記配管経路は、前記層間通路を経由する配管経路である、アキシャルギャップ型回転電機。 - 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、
前記基材は、前記外側面おける前記径方向中央の付近において軸方向に突設され、前記冷却流体の当たり面となる領域を有する凸部を備え、
前記ノズル部は、前記当たり面に向けて前記冷却流体を吐出する吐出口を備える、アキシャルギャップ型回転電機。 - 請求項6に記載のアキシャルギャップ型回転電機において、
前記凸部は、前記外側面おける前記径方向中央の付近において軸方向に突設され、軸部材を取り付けるための円柱状のボス部であり、
前記当たり面は前記ボス部の側周面であり、
前記吐出口は、前記側周面に向けて前記冷却流体を吐出する、アキシャルギャップ型回転電機。 - 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、
前記励磁コイルを、前記固定子の外周側から支持する環状のコイル支持部材と、
前記コイル支持部材に対して軸方向に並んで配置され、前記コイル支持部材を保持する環状のリム部材と、をさらに備え、
前記リム部材は、前記基材の前記外側面よりも軸方向外側に突出した内周面を備え、該内周面は前記外側面を取り囲んでおり、
前記ノズル部は、前記内周面に配置され、前記配管の一部は前記リム部材の内部に形成されている、アキシャルギャップ型回転電機。
Applications Claiming Priority (2)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
JP2015-215719 | 2015-11-02 | ||
JP2015215719A JP2017093013A (ja) | 2015-11-02 | 2015-11-02 | アキシャルギャップ型回転電機 |
Publications (1)
Publication Number | Publication Date |
---|---|
WO2017077813A1 true WO2017077813A1 (ja) | 2017-05-11 |
Family
ID=58662533
Family Applications (1)
Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
---|---|---|---|
PCT/JP2016/079909 WO2017077813A1 (ja) | 2015-11-02 | 2016-10-07 | アキシャルギャップ型回転電機 |
Country Status (2)
Country | Link |
---|---|
JP (1) | JP2017093013A (ja) |
WO (1) | WO2017077813A1 (ja) |
Cited By (2)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
CN114072994A (zh) * | 2019-07-10 | 2022-02-18 | 麦格纳有限责任公司 | 用于轴向磁通电机的定子的冷却机构 |
EP4133578A4 (en) * | 2020-04-08 | 2023-09-13 | Halliburton Energy Services, Inc. | AXIAL FLOW SUBMERSIBLE ELECTRIC MOTOR |
Families Citing this family (1)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
JP7415487B2 (ja) * | 2019-11-28 | 2024-01-17 | セイコーエプソン株式会社 | アキシャルギャップモーター |
Citations (6)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
JPS5224203B1 (ja) * | 1967-10-23 | 1977-06-29 | ||
JPH10501399A (ja) * | 1994-06-10 | 1998-02-03 | ノースロップ グラマン コーポレーション | 電気誘導モーターとその冷却方法 |
JP2005261083A (ja) * | 2004-03-11 | 2005-09-22 | Nissan Motor Co Ltd | 回転電機の冷却構造 |
JP2009050066A (ja) * | 2007-08-17 | 2009-03-05 | Ntn Corp | モータ一体型の磁気軸受装置 |
JP2009213231A (ja) * | 2008-03-03 | 2009-09-17 | Nissan Motor Co Ltd | 電動機 |
JP2011254579A (ja) * | 2010-05-31 | 2011-12-15 | Aisin Seiki Co Ltd | 回転電機 |
-
2015
- 2015-11-02 JP JP2015215719A patent/JP2017093013A/ja active Pending
-
2016
- 2016-10-07 WO PCT/JP2016/079909 patent/WO2017077813A1/ja active Application Filing
Patent Citations (6)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
JPS5224203B1 (ja) * | 1967-10-23 | 1977-06-29 | ||
JPH10501399A (ja) * | 1994-06-10 | 1998-02-03 | ノースロップ グラマン コーポレーション | 電気誘導モーターとその冷却方法 |
JP2005261083A (ja) * | 2004-03-11 | 2005-09-22 | Nissan Motor Co Ltd | 回転電機の冷却構造 |
JP2009050066A (ja) * | 2007-08-17 | 2009-03-05 | Ntn Corp | モータ一体型の磁気軸受装置 |
JP2009213231A (ja) * | 2008-03-03 | 2009-09-17 | Nissan Motor Co Ltd | 電動機 |
JP2011254579A (ja) * | 2010-05-31 | 2011-12-15 | Aisin Seiki Co Ltd | 回転電機 |
Cited By (5)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
CN114072994A (zh) * | 2019-07-10 | 2022-02-18 | 麦格纳有限责任公司 | 用于轴向磁通电机的定子的冷却机构 |
CN114072994B (zh) * | 2019-07-10 | 2024-03-12 | 麦格纳有限责任公司 | 用于轴向磁通电机的定子的冷却机构 |
EP4133578A4 (en) * | 2020-04-08 | 2023-09-13 | Halliburton Energy Services, Inc. | AXIAL FLOW SUBMERSIBLE ELECTRIC MOTOR |
US11916451B2 (en) | 2020-04-08 | 2024-02-27 | Halliburton Energy Services, Inc. | Axial flux submersible electric motor |
US11916450B2 (en) | 2020-04-08 | 2024-02-27 | Halliburton Energy Services, Inc. | Axial flux submersible electric motor |
Also Published As
Publication number | Publication date |
---|---|
JP2017093013A (ja) | 2017-05-25 |
Similar Documents
Publication | Publication Date | Title |
---|---|---|
US9991754B2 (en) | Embedded permanent magnet rotary electric machine | |
KR101475369B1 (ko) | 회전기 | |
JP4611857B2 (ja) | モータ | |
US8648514B2 (en) | Rotary electric motor and blower that uses the same | |
JP5441607B2 (ja) | 電気機械を冷却するための装置 | |
JP6270213B2 (ja) | 電動機 | |
JP2005012989A (ja) | 回転電機におけるステータの冷却構造 | |
JP2006353078A (ja) | アキシャルギャップ型回転電機 | |
WO2017077813A1 (ja) | アキシャルギャップ型回転電機 | |
JP2012105487A (ja) | 電動モータの冷却装置 | |
JP2010101576A (ja) | 回転型磁気式温度調整装置 | |
WO2013136405A1 (ja) | 回転電機 | |
JP2012165620A (ja) | 回転機 | |
JP2013150408A (ja) | 回転機械 | |
JP4616145B2 (ja) | モータ | |
JP2004312898A (ja) | 回転子、固定子および回転機 | |
CN111600419A (zh) | 旋转电机 | |
JP6402739B2 (ja) | 回転電機 | |
KR20140097676A (ko) | 모터 냉각 장치 | |
JP2004254437A (ja) | 磁性流体を用いた冷却装置 | |
FI119458B (fi) | Järjestely sähkökoneen jäähdyttämiseksi | |
JPWO2019159240A1 (ja) | 回転電機 | |
JP2015226376A (ja) | アキシャルギャップモータ | |
JP2015143474A (ja) | ターボ機械 | |
JP2022529098A (ja) | シャフトによる磁石の冷却回路を有する回転電気機械 |
Legal Events
Date | Code | Title | Description |
---|---|---|---|
121 | Ep: the epo has been informed by wipo that ep was designated in this application |
Ref document number: 16861880 Country of ref document: EP Kind code of ref document: A1 |
|
NENP | Non-entry into the national phase |
Ref country code: DE |
|
122 | Ep: pct application non-entry in european phase |
Ref document number: 16861880 Country of ref document: EP Kind code of ref document: A1 |