CN215835270U - 无芯马达 - Google Patents

Abstract

本实用新型的无芯马达在壳体(4)内具有圆筒状的线圈体(8)、以在同心圆上夹持该线圈体(8)的方式配置并旋转的外磁轭(10)及内磁轭(9)和以与所述线圈体相对的方式设置在该外磁轭(10)和/或内磁轭(9)上的磁铁(11)，在形成于内磁轭(9)的内侧的空间内插入有齿轮装置(太阳轮(30)等)，并且，为了向由所述外磁轭及所述内磁轭和所述齿轮装置及所述线圈体形成的其余的狭小空间(61)内供给液态冷却介质(20)而开设有液态冷却介质供给口(20)，通过使所供给的液态冷却介质适时地与包含因通电而被加热的所述线圈体(8)在内的内部发热部接触而对该内部发热部的表面进行气化冷却，由此冷却该内部发热部。

Description

无芯马达

技术领域

本实用新型涉及无芯马达。

背景技术

电动马达在工作时其线圈体发热。过度发热会导致线圈体烧损，即使没有达到烧损的程度，也会导致马达性能下降。因此，以往，在抑制马达发热或者冷却发热部方面提出过各种方案。

关于本实用新型的对象即无芯马达，在超过额定值的条件下对其驱动并进行了研究，发现在驱动开始后仅数十秒就会超过圆筒状线圈体的上限许用温度130℃。由此可容易想到的最坏情况就是线圈体烧损而损坏。另外，即便没有达到损坏的程度，在性能方面也将不再能期待无芯马达长时间正常运转。因此，提出了通过配备冷却机构来防止电动马达的性能随着圆筒状线圈体的发热、对磁铁的加热而下降，或者做到能够在超过额定值的负荷下运转(专利文献1、2)。

此外，就对电动马达附加冷却功能而言，以往提出过各种方案(例如专利文献3、4)。

另外，提出过在无芯马达中应用圆筒状线圈体并向其圆筒内侧插入齿轮体的类型的马达(专利文献5、6)。通过该结构，能够使整个马达紧凑。

专利文献

专利文献1：日本专利第5943333号

专利文献2：日本专利第6399721号

专利文献3：日本特开平4-359653号公报

专利文献4：日本特开2018-157645号公报

专利文献5：日本专利第6589215号

专利文献6：日本专利第6278432号

实用新型内容

本实用新型在如前所述地向圆筒状线圈体的内侧组装齿轮体而实现紧凑的类型的无芯马达中抑制马达内部的过度发热。

本实用新型的无芯马达在壳体内具有圆筒状的线圈体、以在同心圆上夹持该线圈体的方式配置并旋转的外磁轭及内磁轭和以与所述线圈体相对的方式设置在该外磁轭和/或内磁轭上的磁铁，其特征在于，在形成于内磁轭的内侧的空间内插入有齿轮装置，并且，为了向由所述外磁轭及所述内磁轭和所述齿轮装置及所述线圈体形成的其余空间内供给液态冷却介质而开设有液态冷却介质供给口，通过使所供给的液态冷却介质适时地与包含因通电而被加热的所述线圈体在内的内部发热部接触而对该内部发热部的表面进行气化冷却，由此冷却该内部发热部。作为适于气化冷却的液态冷却介质，例如可列举水、乙醇、液氨、液氮、液氦、氟类液体等。并且，这些液态冷却介质还利用各旋转体而进入到由所述线圈体和所述外磁轭及所述内磁轭、磁铁、齿轮装置形成的狭小间隙中来用于气化冷却，且形成有散热路径，该散热路径供未用于气化冷却的冷却介质或者在气化后凝结的冷却介质进行热量搬运而通过所述壳体的内壁向壳体外散热，这样将进一步发挥冷却功能。

另外，本实用新型所用的液态冷却介质可以不是单品，而是两种以上液体单品的混合物。例如，也可以像水与油这样使主要承担气化冷却功能的液体(例如水)与主要担负润滑功能的液体(例如润滑油)混合。

此外，优选地，附设有在所述液态冷却介质供给口使液态冷却介质的供给量减少或者使液态冷却介质的供给停止的控制装置，且附设有检测马达内部、特别是线圈体的温度的设备。

液态冷却介质还利用各旋转体而进入到由所述线圈体和所述外磁轭及所述内磁轭、磁铁、齿轮装置形成的狭小间隙中来用于气化冷却，但要确保供未用于气化冷却的冷却介质(例如在气化冷却中没有用到的水、润滑油)或者在气化后凝结的冷却介质进行热量搬运而通过所述壳体内壁向壳体外散热的散热路径。

自外部供给的液态冷却介质量优选为既不阻碍旋转体的旋转又能用于气化冷却的较少量。液体量如果不把握好就会阻碍马达内部的旋转(带来旋转阻力)，导致效率降低。这是因为，液体的粘性阻力高。当粘性阻力高时，马达难以旋转、电流增大，结果是导致效率大幅度降低。因此，在本实用新型中，着眼于使液体气化来尽可能减小液体的粘性阻力，通过气化来减小粘性阻力，且通过气化冷却来带走发热部的热量。故而，优选地，附设有在所述液态冷却介质供给口处使液态冷却介质的供给量减少或者使液态冷却介质的供给停止的控制装置，由此在能够实现气化冷却的前提下减少液态冷却介质的超出所需的过度供给。只是，即使气化的冷却介质受冷凝结，或者存在实现气化冷却后的多余冷却介质，这些冷却介质也会很好地用于从发热部向壳体搬运热量。

另外，冷却介质供给口以外优选为密闭构造，防止液态冷却介质向外部泄漏。对于冷却介质供给口，优选在不供给液态冷却介质时使之封闭。不过，即使设为密闭构造，也可以附设使马达内部的上升压力释放的阀体。

例如，水与油这样的二液状态在马达内部为静止状态时会由于比重差而变为分离状态，但在旋转时会变为搅拌状态，再向各自的成分中混合空气就会变为气液混合状态的混合冷却介质，气化冷却功能与热量搬运功能配合在一起就能更进一步发挥冷却功能，并且可用于对内置的齿轮部件进行润滑。这就是内置齿轮的无芯马达的机制。

所使用的冷却介质优选极力去除杂质，例如，如果是水，则优选使用纯净水。特别是，固态物质的混入会导致马达1损毁，因此要注意不使固态物质混入。

根据本实用新型，虽然内部间隙由于齿轮的进入而变窄，但齿轮的旋转力和磁轭的旋转力合在一起，可使所供给的液态冷却介质(例如供给水)容易在马达内部扩散，促进对以线圈体为首的各部位的气化冷却，且多余水会用于热量搬运而顺利地从外壳外表面散热。

附图说明

图1是本实用新型的第一实施例的无芯马达的剖视图。

图2是本实用新型的第二实施例的无芯马达的剖视图。

图3是图2的实施例中应用的齿轮箱的例子的立体图。

图4是本实用新型的第三实施例的无芯马达的剖视图。

图5是使用图1的实施例的液态冷却介质供给的说明图。

图6是使用图1的实施例的液态冷却介质供给的说明图。

图7是通过内部旋转体的旋转而使进入壳体(外壳)内的液态冷却介质更高效地在马达内流动的一实施方式的概念图。

图8是说明气相回收管路与液态冷却介质箱之间的连接的图。

具体实施方式

<第一实施例>

图1示出了本实用新型的一实施例的无芯马达的剖视图。在图中，无芯马达1的外侧由壳体4覆盖，壳体4由圆筒状外壳2和将圆筒状外壳2的一端的开口部封闭的大致圆盘状的盖部3构成。

圆筒状外壳2具有圆盘状部2b和圆筒状部2a。构成圆筒状外壳2的圆筒状部2a的一端经由衬垫7压装有圆盘状的盖部3。旋转中心轴5在盖部3的半径方向内侧经由带密封轴承6a、6b、6c、6d可旋转地支承于壳体4。作为带密封轴承6a、6b、6c、6d等，例如能够使用带油封轴承。以下，在本说明书中，有时将带密封轴承6a、6b、6c、6d仅记载为轴承6a、6b、6c、6d。

在图示的实施方式中，由于衬垫7、轴承6a、6b、6c、6d的存在而实现壳体4的密闭。此外，液态冷却介质供给口36利用管路46与圆筒状外壳2的外部相连。

无芯马达1在壳体4的内侧具有圆筒状线圈体8、转子12。圆筒状线圈体8相对于旋转中心轴5呈同心圆状配置，圆筒状线圈体8的一侧的端面被配置为由壳体4支承的定子的一部分，且圆筒状线圈体8沿旋转中心轴5的延伸方向延伸。

圆筒状线圈体8是可通电的无铁芯线圈体。在图示的实施方式中，在图1中，圆筒状线圈体8由在旋转中心轴5的延伸方向即长度方向上经由绝缘层与多个分离的线状部重叠形成的导电性金属片等线圈的层叠体构造形成为圆筒状。圆筒状线圈体8的半径方向的厚度例如为5mm以下，圆筒状线圈体8具有规定的刚性。这样的圆筒状线圈体例如可通过日本专利第3704044号记载的制造方法来制造。

转子12相对于旋转中心轴5呈同心圆状配置，且在径向的中心侧支承于旋转中心轴5。在图1图示的实施方式中，转子12由在半径方向上将圆筒状线圈体8夹在彼此之间的内磁轭9和外磁轭10构成。外磁轭10在与内磁轭9相对的半径方向内侧面上具有磁铁11。由此，在将圆筒状线圈体8夹在彼此之间的、在半径方向内侧面上具有磁铁11的外磁轭10和内磁轭9之间，形成截面呈环状的磁场，形成磁路。

在图1图示的实施方式中，在外磁轭10的半径方向内侧面上配备磁铁11，但也可以是在内磁轭9的半径方向外侧面上配备磁铁11的方式。

液态冷却介质20从外部经由管路46供给到密闭的壳体4内并容纳于其中。在图1图示的实施方式中，在壳体4的周面上具有液态冷却介质供给口36。

在图1图示的无芯马达1中，在内磁轭9与外磁轭10之间形成有环状的磁场，通过向圆筒状线圈体8供给规定的电流，转子12沿旋转中心轴5的圆周方向旋转。构成转子12的内磁轭9的半径方向内侧支承于旋转中心轴5，由此，旋转中心轴5也沿图1中箭头21所示的周向进行旋转运动。

在图1图示的实施方式的无芯马达1中，如上所述，由于转子12沿旋转中心轴5的圆周方向高速旋转，因此容纳于壳体4内的液态冷却介质20被微细化、微粒子化，以喷雾状态在壳体4内高速流动。在壳体4内高速流动的喷雾状态的液态冷却介质20向形成于磁铁11的半径方向内侧与圆筒状线圈体8的半径方向外侧之间的截面呈环状的间隙、以及形成于内磁轭9的半径方向外侧与圆筒状线圈体8的半径方向内侧之间的截面呈环状的间隙中进入。

在本例中，在外壳内侧底面(图的下方)侧附带有用附图标记87表示的叶片状突起，从而有助于液态冷却介质20的进一步扩散(卷起)。图7是通过内部旋转体的旋转而使进入壳体(外壳)内的液态冷却介质20更高效地在马达内流动的一实施方式的概念图。叶片状突起87向圆筒状线圈体8的半径方向外侧延伸。如果马达内的旋转体旋转，则往往会利用旋转体的离心力如图所示地将液态冷却介质20推向与圆筒状线圈体8的半径方向外侧面相对的位置。在该图示例中，在外磁轭的半径方向内侧面上配备磁铁11，液态冷却介质20容易进入磁铁11的周围而形成积液。由于从圆筒状线圈体8向半径方向外侧延伸的叶片状突起87伸入积液中，因此积液中的液态冷却介质会被撩起，向马达内部飞散、扩散。

接受电流供给的圆筒状线圈体8发热，与圆筒状线圈体8的半径方向内侧面、半径方向外侧面接触的喷雾状态的液态冷却介质20接触到高温的圆筒状线圈体8而气化。关于气化冷却的机制，详见后述。

并且，在气化冷却后凝结的液态冷却介质、以及在气化冷却中余下的液态冷却介质处于壳体4的内部空间，借助高速旋转的转子12而微细化、微粒子化而变为喷雾状态，以液体状态一并存在。当转子12在该气液混合状态的环境下高速旋转时，液态冷却介质在壳体4内流动，因此从因通电而发热的圆筒状线圈体8向壳体4的热传导得以加强。

由此，当开始对圆筒状线圈体8通电，使得转子12开始旋转，圆筒状线圈体8的温度开始上升时，构成壳体4的圆盘状部2b、圆筒状部2a的温度也开始上升，圆盘状部2b、圆筒状部2a的温度逐渐接近圆筒状线圈体8的温度。这样，除了气化冷却以外，还从圆盘状部2b、圆筒状部2a的外侧表面这一较大的散热面积进行散热。

其结果，能够抑制无芯马达1运转时圆筒状线圈体8过热，能够向圆筒状线圈体8供给过剩的电流来使无芯马达1进行高转速输出。

在图1图示的实施方式中，容纳于密封的壳体4中的液态冷却介质20以与转子12的一部分接触的状态容纳于壳体4中。因此，当转子12旋转时，液态冷却介质20立即开始在壳体4内流动。

虽未图示，但也可以是容纳于壳体4中的液态冷却介质20不与转子12的一部分接触的方式。在该情况下，通过使转子12在壳体4内高速旋转而在壳体4内沿转子12的旋转方向产生高速的空气流，通过该空气流，液态冷却介质20开始在壳体4内流动。

在图示的实施方式中，在壳体4内，配备有将转子12的以旋转中心轴为中心的旋转运动传递为旋转运动输出部即第三旋转中心轴5c的旋转运动的、由行星齿轮机构构成的减速器(即齿轮装置)。通过该结构，在图1的实施方式中，第三旋转中心轴5c成为无芯马达1的旋转运动输出部。

在对转子12的半径方向内侧进行支承、且在图1中为右端可旋转地支承于壳体4的圆盘状部2b上的第一旋转中心轴5a的前端侧(图的左侧)，固定有构成由行星齿轮机构构成的减速器的第一太阳轮30。

当第一旋转中心轴5a及第一太阳轮30与转子12的旋转相对应地旋转时，该旋转运动从第一太阳轮30经由第一行星轮31、第一行星架32向第二旋转中心轴5b传递，使得第二旋转中心轴5b在与第一旋转中心轴5a相同的圆周方向上旋转。

在第二旋转中心轴5b的前端侧(图的左侧)，固定有构成由行星齿轮机构构成的减速器的第二太阳轮33。当第二太阳轮33因第二旋转中心轴5b的旋转而旋转时，该旋转运动从第二太阳轮33经由第二行星轮34、第二行星架35向固定地支承第三旋转中心轴5c的圆盘状的盖部3传递，使得第三旋转中心轴5c在与第二旋转中心轴5b相同的圆周方向(例如箭头21所示的方向)上旋转。

在该实施方式中，在内磁轭9与外磁轭10之间形成有截面呈环状的磁场，通过向圆筒状线圈体8供给规定的电流，转子12沿第一旋转中心轴5a的圆周方向旋转。构成转子12的内磁轭9的半径方向内侧支承于第一旋转中心轴5a，由此，第一旋转中心轴5a也沿周向进行旋转运动。该第一旋转中心轴5a的旋转经由上述由行星齿轮机构构成的减速器向第三旋转中心轴5c传递而输出。

在图1图示的实施方式中，采用上述的两级减速机构，可提高转子12的旋转转矩并将其从第三旋转中心轴5c输出。

以上说明的结构的减速器容纳于沿旋转中心轴、即第一旋转中心轴5a、第二旋转中心轴5b、第三旋转中心轴5c的延伸方向延伸的圆筒状的齿轮箱18。

在图示的实施方式的无芯马达1中，如上所述，由于转子12沿第一旋转中心轴5a的圆周方向旋转，因此容纳于密闭的壳体4内的液态冷却介质20在壳体4内流动，与圆筒状线圈体8等发热部接触而进行气化冷却。

在该实施方式中，在壳体4内，配备有将转子12的以旋转中心轴为中心的旋转运动传递为旋转运动输出部即第三旋转中心轴5c的旋转运动的、上述由行星齿轮机构构成的减速器。

此外，供给液态冷却介质20的时机要兼顾气化冷却功能的发挥，关于气化冷却，将在后文的“气化冷却”一项中叙述，液态冷却介质当然只要是用于气化冷却的必要充分量即可，过度地供给液态冷却介质会阻碍马达旋转。因此，利用线圈温度检测传感器51测定圆筒状线圈体8的温度，将传感器检测值经由温度检测传输线52输入到后述的控制机构(参照图5、图6)，对从液态冷却介质箱53导出液态冷却介质20的管路46的阀50进行开度调整。

在此，在液态冷却介质20是水与油的混合物的情况下，在液态冷却介质箱53内用于气化冷却的可以仅为水，也可以是与润滑油等混合的状态，在混合状态的情况下，液态冷却介质箱53内要适当搅拌，以使两液体不完全分离为两层(至少在即将从管路46向马达1内部导入之前进行搅拌)。另外，液态冷却介质20也可以一旦供给到马达1内部就在马达1内部循环利用。如果圆筒状线圈体8的温度下降到了不需要气化冷却的程度，则既可以停止液态冷却介质20的供给，也可以至少减少流入量。液态冷却介质20的循环利用既可以是经由未图示的循环路径返回到液态冷却介质箱53，也可以不返回，而是将在马达1内部完成气化冷却做功而冷凝回液态的冷却介质在内部进行再利用。如果使内部的再利用优先，则也可以省略线圈温度检测传感器51、液态冷却介质箱53等冷却介质供给系统。此外，在不使用混合液，而是例如仅使用水的情况下，如果残留有对气化冷却未直接作出贡献的多余水，则该多余水会向圆筒状外壳2进行热量搬运，该热量从圆筒状外壳2释放到外界空气中。总之，优选地，液态冷却介质20在马达1内部在静止状态下(在如图所示那样使旋转中心轴5水平的情况下)为液面比圆筒状线圈体8低的程度的较少量。如果马达1动作而使转子12旋转，则液态冷却介质20被卷起，在内部以气液混合状态扩散，发挥气化冷却和热量搬运功能。

<第二实施例>

图2～图3是说明另一实施方式的图。在第一实施例中，如上所述，减速器容纳于沿旋转中心轴、即第一旋转中心轴5a、第二旋转中心轴5b、第三旋转中心轴5c的延伸方向延伸的圆筒状的齿轮箱18。在第二实施例中，齿轮箱18具备沿半径方向贯通齿轮箱18的孔19。

如上所述，通过使转子12沿第一旋转中心轴5a的圆周方向旋转，容纳于密闭的壳体4内的液态冷却介质20在壳体4内流动。在壳体4内流动的液态冷却介质20的一部分与发热的圆筒状线圈体接触而气化，由此使壳体4的内部空间变为气液混合状态，能够从因通电而发热的圆筒状线圈体8高效地向壳体4进行热传导。

同时，在壳体4内流动的液态冷却介质20可用于实现由行星齿轮机构构成的减速器中的各齿轮部的润滑。

在第二实施例中，通过使将减速器容纳于内部的圆筒状的齿轮箱18具有沿半径方向贯通齿轮箱18的孔19，可高效地向减速器供给液态冷却介质20。因此，可更加有效地利用液态冷却介质20对各齿轮部进行润滑。在该实施方式中，以在圆筒状的齿轮箱18的圆周方向上隔开规定间隔的方式形成有多个孔19，且以在圆筒状的齿轮箱18的长度方向上隔开规定间隔的方式形成有多个孔19。

此外，作为将齿轮装置内置于无芯马达的类型，并不限于上述各实施例，轴贯通的类型(日本专利第6589215号)、轴非贯通的类型(日本专利第6278432号)均可。

注意，上述结构以外的结构与第一实施例相同，因此省略其详述说明。

<第三实施例>

图4示出了第三实施例。针对第一实施例，设置了压力调整阀54和废液口56及其塞子57。废液口56及塞子57用于排出马达1内部的液态冷却介质20，除此以外还维持封闭状态以确保密闭。利用压力调整阀54，能够抑制圆筒状外壳2内部的压力上升。在图4的例子中，压力调整阀54附设有传感器55(例如接近传感器)。当压力调整阀54与传感器55(例如接近传感器)接触时，能够输出电信号。这样一来，就能将压力调整阀54的机械变化转化为电信号。此外，在本例中，为了促进包含润滑油的液态冷却介质20进入齿轮侧，设置管路86，开设孔85。

定子在本实施方式的情况下由圆筒状线圈体8构成。圆筒状线圈体8基本上由形成为筒状的线圈本体81和形成为凸缘状的固定环82构成。线圈本体81具有如下直径：能够使该线圈本体81以与齿轮箱70之间设置间隙的方式配置在齿轮箱70的外周侧。固定环82与向线圈本体81供给电力的一侧的端部或者该端部附近连接。这样的结构的圆筒状线圈体8向线圈本体81的内侧插入齿轮箱70，且固定环82固定在构成盖部3的毂部的前端。通过采用这样的结构，圆筒状线圈体8固定于壳体4，成为能够从外部接受电力供给的状态。

在第二变速机构中，第二太阳轮71a的输出从第二行星轮71b传递到构成第二行星架71c的端部转子76。在端部转子76上经由适配器75连接有第三旋转中心轴5c，传递到端部转子76的转数及转矩成为第三旋转中心轴5c的转数及转矩。此外，也可以使端部转子76与适配器75及第三旋转中心轴5c一体形成，但通过采用将端部转子76与第三旋转中心轴5c设为分体构造并将其经由适配器75连接在一起的结构，容易根据输出侧连接设备的规格来改变第三旋转中心轴5c的轴径和轴长、或者轴的规格。

在圆筒状外壳2的内压不到规定压力(预先设定的额定压力)的情况下，压力调整阀54不发生变化。另一方面，在圆筒状外壳2的内压达到规定压力以上的情况下，压力调整阀54伸长。因此，可附加对圆筒状外壳2内部的压力变化进行观察确认的功能。

在此，压力调整阀54附设有可检测其变形(变化)的传感器55(例如接近传感器)，作为传感器55可以作各种选择。例如，在采用接近传感器的情况下，可以采用在压力调整阀54的变形方向上设置接触部的结构。这样，由于采用通过使压力调整阀54与传感器55接触来输出电信号的结构，因此能够通过电气方式获知圆筒状外壳2内的压力变化。

压力调整阀54的控制设备未被图示，但它是用于控制马达1的旋转的要素，其接收来自传感器55的电信号。此外，对于控制信号的收发，既可以是有线，也可以是无线，在考虑磁场对电波的影响的情况下，优选为有线。控制设备在接收到来自传感器55的电信号的情况下，向马达1输出使转数下降等意思的控制信号。此外，在另行设置针对马达1的控制单元(未图示)的情况下，可以向该控制单元输出修正信号(控制信号)。

在外磁轭10与圆筒状外壳2之间移动的热量通过与圆筒状外壳2的内壁面接触来以热传递的形式进行热交换，向壳体4的外部散热。在此，当转子12的转数、即转子的转数上升时，对液态冷却介质20的搅拌作用也加强，成为气液混合状态，液态冷却介质20的一部分变为被扩散喷雾的状态。当变为这样的状态时，变为微粒子的液态冷却介质20的一部分气化，出现体积膨胀。因此，壳体4的内部压力加速上升，压力调整阀54工作(变形)。

当传感器55因压力调整阀54的变形而工作时，控制设备向转子12输出使转数下降的意思的控制信号。当使接收到控制信号的转子12的转数下降时，壳体4内的升温及喷雾扩散状态受到抑制，促进内部温度的降温和液态冷却介质20的液化。由此，当壳体4的内部压力下降时，压力调整阀54返回到原始状态，来自传感器55的电信号停止。这样，不使密闭的壳体4内的气体开放于大气，就能够抑制壳体内的气压上升。此外，优选地，实现压力调整阀的控制与为了发挥气化冷却而供给液态冷却介质20的控制之间的协调。在本例中是使气化冷却所用的冷却介质供给控制优先，根据内压上升程度而切换为使压力调整优先。即使是这样，由于液态冷却介质发挥热量搬运功能，因此也可顺利地向外界空气进行散热。

注意，上述结构以外的结构与第一实施例相同，因此省略其详述说明。

<气化冷却>

同时使用图5来说明第一实施例的冷却系统。

第一实施例的无芯马达1在驱动装置66工作且以超过额定值的负荷运转时使控制装置43工作而向空隙61供给液态冷却介质20，发热的圆筒状线圈体8使液态冷却介质20气化，利用液态冷却介质20的气化潜热对圆筒状线圈体8进行冷却，调整液态冷却介质20的供给量以使圆筒状线圈体8不超过额定运转时的上限许用温度t_M，由此做到以超出额定值的负荷进行运转。

无芯马达1还配备有连接液态冷却介质箱53的管路46，而且还配备有将液态冷却介质箱53与空隙61之间连通的循环设备63(相当于管路46)。

此外，优选地，通过重复进行调整液态冷却介质20的供给量以使圆筒状线圈体8不超过上限许用温度t_M的动作、和使液态冷却介质20向空隙61的供给流量减少或者使该供给停止以使圆筒状线圈体8至少不会因为该动作而低于液态冷却介质20气化的下限温度t_N的动作，将圆筒状线圈体8维持在上限许用温度t_M和下限温度t_N的范围。

如图5所示，控制器62具有使马达运转的驱动装置66(驱动部)和控制液态冷却介质的供给的控制装置43(控制部)。控制装置43从检测圆筒状线圈体8的温度的线圈温度检测传感器51接收温度检测信息，并通过启停指令等对向马达供给液态冷却介质20的流量调整装置64(泵、流量调整阀(相当于图1、图4中的附图标记“50”)，或者这两者)作出流量控制指示，调整液态冷却介质20的供给量。

注意，如图8所示，虽然气相会在气相回收管路58到液态冷却介质箱53的过程中冷却而变为液相，但也可以利用冷却装置101来促进气化。

另外，也可以如图6所示将液态冷却介质箱53配置在比圆筒状线圈体8高的位置，并设置阀(电磁阀)50来代替泵，利用控制装置43(控制部)调整阀50的开度，利用液态冷却介质20的重力下落来向马达供给液态冷却介质20。线圈温度检测传感器51和控制装置43之间的关系与图5的例子相同。

作为本实用新型的又一实施方式，控制装置43可以通过循环设备63将液态冷却介质20气化而成的气相在液态冷却介质箱53中作为液相加以回收。

本发明人一边对确认试验用的无芯马达(客瓦垒石株式会社制无刷马达：CPH50)连续地施加超过额定转矩T₀＝0.28Nm的负荷，一边完全控制电枢线圈体即圆筒状线圈体的温度，由此确认到了无芯马达可连续运转。

本实用新型的具有包含圆筒状线圈体8的定子的无芯马达1的基本构造的特征在于：第一，作为形成定子的一端的电枢线圈体，使用圆筒状线圈体8，该圆筒状线圈体8利用具有由绝缘层覆盖的沿长度方向分离的线状部的线圈片层叠体、或者由绝缘层覆盖的线状导体成形为圆筒形。其为可通电的无铁芯的圆筒状线圈体8，优选的是由两层或四层构成的厚度为5mm以下的具有一定刚性的线圈。

通过向圆筒状线圈体8的内表面送入液态冷却介质20，液态冷却介质20在通过形成有磁场的气隙时，在因通电而发热的圆筒状线圈体8的内表面处气化。由此，圆筒状线圈体8的内表面被气化潜热冷却，通过热传递而使包含外表面在内的整个圆筒状线圈体瞬间冷却。这是本实用新型的无芯马达的冷却构造的特征之一。

在优选实施例中，将在使无芯马达1以超过额定值的负荷运转时工作的控制装置43与定子关联地配置，这其中包含对运转中的圆筒状线圈体8的温度上升进行检测的线圈温度检测传感器51。该控制装置43与线圈温度检测传感器51连动地调整液态冷却介质20的供给量以使圆筒状线圈体8不超过额定运转时的上限许用温度t_M。由此，可实现以超过额定值的负荷进行连续运转的无芯马达1。

此外，对无芯马达的进一步的气化冷却效果试验进行以下说明。对线圈温度检测传感器51进行读取(第一读取)，圆筒状线圈体8的温度t_L1＝123℃，在以超过该温度的温度t供给液态冷却介质的情况下，使液态冷却介质供给泵64运转。进一步对线圈温度检测传感器51进行读取(第二读取)，发热的圆筒状线圈体8被气化潜热冷却，温度t为t_L2＝122℃，在以低于该温度的温度t停止供给液态冷却介质的情况下，使液态冷却介质供给泵64停止。在此期间，在圆筒状线圈体的温度t没有达到这些设定温度时，重复进行线圈温度检测传感器51的第一读取及第二读取。此外，虽然线圈温度检测传感器51与圆筒状线圈体8接触，但圆筒状线圈体8本身不旋转，而是磁轭和磁铁旋转。因此，从线圈温度检测传感器51到控制器62的温度检测传输线52要处于不与磁轭等的旋转干涉的位置。

这样，测定了将对无芯马达1的驱动装置66的施加电压设定为24V时的最大转矩T_M，并测定了此时的液态冷却介质(用于试验确认的是纯净水)20每分钟的流量L_M。液态冷却介质供给泵64的工作条件如下：

(1)冷却开始温度t_L1＝123℃(第一读取)

(2)冷却停止温度t_L2＝122℃(第二读取)

在读取到(1)及(2)时切换液态冷却介质供给泵44，在使无芯马达1工作时，转矩T_M＝0.42Nm，流量L_M＝1.141ml/min。

设定最大转矩T_M及最大流量L_M的技术依据是：当转矩T超过0.42Nm而运转时，液态冷却介质20的流量也增大。而已经确认到：伴随着液态冷却介质20的增加，液态冷却介质20在圆筒状线圈体8处不能完全气化。因此，在转矩T_M＝0.42Nm时，可确认到能够使无芯马达1以超过额定转矩T₀＝0.28Nm的负荷连续运转。此外，液态冷却介质的过多流入有可能影响到内部设备的旋转，因此最好抑制流入量。

接着，尝试向将对驱动装置66的施加电压设定为24V时的无芯马达1施加了超过额定转矩T₀的负荷转矩T。于是，电流与负荷转矩T的增大成比例地增加，圆筒状线圈体8随之发热，使得液态冷却介质20的供给量增加。由此确认到：正确地控制了驱动系统，结果能够以过负荷状态进行连续运转。

具体而言，将使无芯马达1以超过额定转矩T₀的负荷连续运转的负荷转矩T设定为T₁＝0.33Nm、T₂＝0.36Nm、T₃＝0.39Nm、T₄＝T_M＝0.42Nm，以及在从T₄＝0.42Nm较低地设定为T₁＝0.33Nm之后再次设定为回到T₄＝0.42Nm，在这五种情形下使无芯马达1工作。

在无芯马达1中，控制装置43以如下方式切换液态冷却介质供给泵64：冷却开始温度t_L1＝123℃(第一读取)，在超过该温度的温度t时供给液态冷却介质，冷却停止温度t_L2＝122℃(第二读取)，在低于该温度的温度t时停止供给液态冷却介质；确认到：通过在不超过圆筒状线圈体8的上限许用温度t_M＝130℃、且不低于液态冷却介质(纯净水)气化的下限温度t_N的状态下以使控制时的圆筒状线圈体的最大温度t_c1与控制时的圆筒状线圈体的最小温度t_c2的温度差Δt变小的方式进行控制，无论在超过额定转矩T₀的哪个设定转矩下，都能够正常地进行连续运转。

在以上的确认试验中，液态冷却介质供给泵64的工作条件为冷却开始(第一读取)温度t_L1＝123℃。这是保证由开始冷却时的上冲导致的温度上升量，从而不会超过圆筒状线圈体8的上限许用温度t_M＝130℃的设定值。另外，冷却停止(第二读取)温度t_L2＝122℃。这是保证由停止冷却时的下冲导致的温度下降量，且通过将与冷却开始(第一读取)温度t_L1＝123℃之间的温滞量设为1℃来防止由外来干扰等引发的误动作，使系统稳定地动作的设定值。通过该工作条件能够减小控制时的圆筒状线圈体的最大温度t_c1与控制时的圆筒状线圈体的最小温度t_c2的温度差Δt，能够减轻由热冲击引起的对圆筒状线圈体的应力而使圆筒状线圈体的电阻值变化减小。

本发明人一边对无芯马达1连续地施加超过额定转矩T₀＝0.28Nm的负荷转矩T₁～T₄(0.33～0.42Nm)，一边控制圆筒状线圈体8的温度，由此确认到了无芯马达1可连续运转。由该试验结果可确认：无论是在T₁～T₄中的哪一温度的情况下，通过由圆筒状线圈体8使被供给的液态冷却介质(纯净水)20气化，利用其气化潜热在不超过圆筒状线圈体8的上限许用温度t_M且不低于液态冷却介质(纯净水)气化的下限温度t_N的状态下以使圆筒状线圈体8的最大温度tc₁与最小温度t_c2之差Δt变小的方式控制圆筒状线圈体8的温度，无芯马达1都能正常地进行连续运转。

另外，验证了通过调整液态冷却介质(纯净水)20向圆筒状线圈体8的供给量，过负荷状态的无芯马达1能够像最大温度t_c1＝125℃、最小温度t_c2＝111℃、Δt＝14℃(T₁)、最大温度t_c1＝128℃、最小温度t_c2＝113℃、Δt＝15℃(T₂)、最大温度t_c1＝128℃、最小温度t_c2＝109℃、Δt＝19℃(T₃)、最大温度t_c1＝127℃、最小温度t_c2＝107℃、Δt＝20℃(T₄)这样，在将圆筒状线圈体8完全控制为适当温度范围的状态下连续运转。

以上的驱动试验使用气化热2257kJ/kg的纯净水作为液态冷却介质来进行，且是以用于确认气化冷却能的最小限度必要量来进行。并且，也可以视马达用途而使用水以外的其他液态冷却介质的气化冷却功能。另外，如前所述，即使有未进行气化冷却的残余液相，其也能够用于转子内的热量搬运，而且还能够将润滑油等液体一并用作热量搬运兼润滑剂的液态冷却介质。

本实用新型的无芯马达将以下转子中的任一方作为一构成要件：在圆筒型支架的内周面配备有多个磁铁的转子；或者，将多个磁铁以彼此沿圆周方向隔开间隙的方式配备在同心圆状的内磁轭及外磁轭与底部为一体的杯形支架的内磁轭的外周面和/或外磁轭的内周面上、且在内磁轭的与该间隙对应的位置具有贯通内磁轭的狭缝的转子；作为与转子对应的另一构成要件的定子由可通电的无铁芯的圆筒状线圈体、固定该圆筒状线圈体的一端面的盖形支架构成。并且，在圆筒状线圈体的内侧还配置有齿轮装置。并且，由图1及图2可知，在由固定于定子的圆筒状线圈体的内侧与转子及定子的中心部形成的空间、以及齿轮装置与内磁轭等马达内部机构的狭小间隙中，液态冷却介质在该内部各装置的旋转力的作用下流通，在由驱动装置驱动时使控制装置工作，并适当检测发热的圆筒状线圈体的温度，由此调整经由该路径直接送向圆筒状线圈体的内周面的液态冷却介质的供给量。

Claims (2)

1.一种无芯马达，在壳体内具有圆筒状的线圈体、以在同心圆上夹持该线圈体的方式配置并旋转的外磁轭及内磁轭和以与所述线圈体相对的方式设置在该外磁轭和/或内磁轭上的磁铁，其特征在于，

在形成于内磁轭的内侧的空间内插入有齿轮装置，并且，为了向由所述外磁轭及所述内磁轭和所述齿轮装置及所述线圈体形成的其余空间内供给液态冷却介质而开设有液态冷却介质供给口，通过使所供给的液态冷却介质与包含因通电而被加热的所述线圈体在内的内部发热部接触而对该内部发热部的表面进行气化冷却，由此冷却该内部发热部，

附设有在所述液态冷却介质供给口处使液态冷却介质的供给量减少或者使液态冷却介质的供给停止的控制装置。

2.如权利要求1所述的无芯马达，其特征在于，

所述液态冷却介质还利用各旋转体而进入到由所述线圈体和所述外磁轭及所述内磁轭、磁铁、齿轮装置形成的狭小间隙中来用于气化冷却，且形成有散热路径，该散热路径供未用于气化冷却的冷却介质或者在气化后凝结的冷却介质进行热量搬运而通过所述壳体的内壁向壳体外散热。

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