JP2005124306A - アキシャルギャップ電動機の冷却構造 - Google Patents

Abstract

【課題】大容量の車載向けのアキシャルギャップ電動機において、高い冷却性能および信頼性、さらには省スペース、低騒音を達成することができる冷却構造を提供する。
【解決手段】回転軸１に沿ってステータ５とディスクロータ４とが対向して配置されるアキシャルギャップ電動機において、ディスクロータ４の回転面４ａが凹状に窪んでおり、その回転面４ａに沿って液体冷媒１１が流れるよう構成する。
【選択図】図３

Description

本発明は、回転軸に沿ってステータとディスクロータとが対向して配置されるアキシャルギャップ電動機の冷却構造に関し、特に、大容量モータ向けのアキシャルギャップ電動機の冷却構造に関するものである。

従来から、回転軸に沿ってステータとディスクロータとが対向して配置されるアキシャルギャップ電動機が知られている。そのようなアキシャルギャップ電動機の冷却構造の一例として、光ディスク装置の冷却に関するものであるが、別モータで駆動していた冷却ファンを、ディスクロータに結合自在に設け、必要なときに結合し、装置内を冷却する技術が知られている（例えば、特許公報１）。

また、アキシャルギャップ電動機の冷却構造の他の例として、同じく光ディスク装置の冷却に関するものであるが、装置カバーに冷却風を吸入、排気する開口部の位置を工夫することにより、冷却効果と防塵効果を両立させる技術が知られている（例えば、特許公報２）。
特開２００３−１５１２５９号公報 特開平１１−１２６４７２号公報

しかしながら、上述した冷却構造はいずれも小容量モータ向けの空冷式の冷却構造であり、しかも外気を装置内に吸入することから、大容量の車載向けの電動機の冷却には、冷却性能、信頼性、スペース、騒音などの面から、そのまま利用することができない問題があった。

本発明の目的は上述した課題を解消して、大容量の車載向けのアキシャルギャップ電動機において、高い冷却性能および信頼性、さらには省スペース、低騒音を達成することができる冷却構造を提供しようとするものである。

本発明のアキシャルギャップ電動機の冷却構造は、回転軸に沿ってステータとディスクロータとが対向して配置されるアキシャルギャップ電動機において、ディスクロータ回転面が凹状に窪んでおり、その回転面に沿って液体冷媒が流れることを特徴とするものである。

本発明のアキシャルギャップ電動機の冷却構造にあっては、ディスクロータ回転面に沿って液体冷媒が流れるとき、ディスクロータ回転面が凹状に窪んでいるため、ディスクロータの回転による遠心力で、液体冷媒がディスクロータ表面に押し付けられることになり、液体冷媒が剥離することなく液膜となって流れるため、高い冷却性能を得ることができる。

なお、ディスクロータ回転面に液体冷媒を導く方法に関して、例えばディスクロータ回転面に向けて液体冷媒を噴射して供給する場合、ディスクロータと液体冷媒との角運動量の差によって、供給した液体冷媒の一部しかディスクロータ回転面に沿って流れず、高い冷却性能が得られない。それに比べて、本発明のアキシャルギャップ電動機の冷却構造の好適例では、ディスクロータを支持する回転軸から液体冷媒が供給されるよう構成したため、ディスクロータと液体冷媒との角運動量の差が非常に小さく、供給された液体冷媒のほとんどが、ディスクロータ回転面に沿って流れるため、高い冷却性能を得ることができる。

また、本発明のアキシャルギャップ電動機の冷却構造の好適例では、回転軸から供給された液体冷媒に働く遠心力が重力に負けてしまうような低速回転の場合においても、ディスクロータ回転面に設けた冷媒供給孔から放射状に伸びた溝に沿って液体冷媒が流れることによって、遠心力が重力に打ち勝つまで液体冷媒が剥離することなく導かれるため、供給された液体冷媒のほとんどがディスクロータ回転面に沿って流れるため、高い冷却性能を得ることができる。

さらに、本発明のアキシャルギャップ電動機の冷却構造の好適例では、回転軸から供給された液体冷媒に働く遠心力が重力に負けてしまうような低速回転の場合においても、ディスクロータ回転面の隣り合う冷媒供給孔の間に設けられた放射状のフィンに沿って液体冷媒が流れることによって、遠心力が重力に打ち勝つまで液体冷媒が剥離することなく導かれるため、供給された液体冷媒のほとんどがディスクロータ回転面に沿って流れるため、高い冷却性能を得ることができる。

さらにまた、本発明のアキシャルギャップ電動機の冷却構造の好適例では、回転軸から供給された液体冷媒に働く遠心力が重力に負けてしまうような低速回転の場合においても、ディスクロータ回転面との間に間隔を保って設置された板部材とディスクロータ回転面の間を液体冷媒が流れることによって、遠心力が重力に打ち勝つまで液体冷媒が剥離することなく導かれるため、供給された液体冷媒のほとんどがディスクロータ回転面に沿って流れるため、高い冷却性能を得ることができる。

以下、本発明の実施の形態を図面に基づいて説明する。
図１は本発明のアキシャルギャップ電動機の冷却構造の一例を説明するための図である。図１に示す例において、回転軸１をシール２及び軸受け３によって回転自在に支持されたディスクロータ４が、ステータ５と対向して配置されている。回転軸１には、ディスクロータ４側端部からディスクロータ４付近まで冷媒送通孔６が設けられており、さらに、ディスクロータ４の凹状に窪んだ回転面４ａの回転軸１に近い部分に冷媒送通孔６と連通する冷媒供給孔７が設けられている。これにより、冷媒供給孔７からディスクロータ４の回転面４ａに向かって、冷媒を供給することができる。なお、８はＦＲケース、９はＲＲケース、１０はカバーである。

なお、図１に示す例では、回転軸１のディスクロータ４側端部から冷媒送通孔６を設ける例を示したが、出力端との位置関係によっては、回転軸１のステータ５側端部から冷媒送通孔６を設けて冷媒を供給することも可能である。また、冷媒供給孔７については、図２（ａ）に示すように互いに等間隔に４箇所設けても良く、図２（ｂ）に示すように互いに等間隔に６箇所設けても良い。もちろん、ディスクロータ４の回転面４ａに液体冷媒を供給することができれば、回転軸１の強度上許される範囲内で、冷媒供給孔７を何箇所設けても良い。

本発明では、図３にその一例を示すように、冷媒挿通孔６から供給された液体冷媒１１は、複数の冷媒供給孔７を通ってディスクロータ４の回転面４ａに供給される。このディスクロータ４の回転面４ａは回転面に向かって凹状に窪んでおり、ディスクロータ４の回転面４ａに供給された液体冷媒１１は、ロータ冷却が必要となる回転時には、遠心力によって回転面に押し付けられるため、剥離を生じることなく、回転面４ａ上を液膜となって流れる。このように本発明の冷媒構造を用いれば、液体冷媒１１が液膜となって流れるため、液体冷媒の流速が大きくなり、高い冷却性能を得ることができる。

また、液体冷媒１１に作用する遠心力は外周に向かうに従って強くなるため、液膜の厚さは外周に向かうに従って薄くなる。そのため、永久磁石を用いたディスクロータの場合などは、最も冷却が必要となる永久磁石付近で、非常に高い冷却性能を得ることができる。

なお、上述した例では、図１及び図３に示すように、凹状に窪んだ回転面４ａをステータ５と対向する面の反対側の面に形成したが、凹状に窪んだ回転面４ａをステータ５と対向する面に形成することもでき、さらに、図４にその一例を示すように、凹状に窪んだ回転面４ａをステータ５と対向する面及び反対側の面の両面に形成することもできる。また、ディスクロータ４の回転面４ａの凹状に窪んだ形状としては、図５（ａ）に示すようにテーパ形状のでも良いし、さらに、図５（ｂ）に示すように曲面形状であっても良い。

本発明においては、回転軸１に設けた冷媒供給孔７から液体冷媒１１をディスクロータ４の回転面４ａに供給している。そのため、液体冷媒１１は、冷媒供給孔７を通過する間にディスクロータ４と同じ角速度を得ることができ、ディスクロータ４の回転面４ａに供給されたとき、はじかれること無く、ディスクロータ４の回転面４ａに沿って流れることが可能となる。

しかしながら、回転軸１が細かったり、低い回転速度領域でディスクロータ４を冷却する必要がある場合などは、冷媒供給孔７の出口で、液体冷媒１１に作用する遠心力が重力よりも小さくなってしまう場合があり、液体冷媒１１がディスクロータ４の回転面４ａに押し付けられる力が不十分になり、液体冷媒１１がディスクロータ４の回転面４ａから剥離してしまい、十分な冷却性能を得られない恐れがある。このような場合、ディスクロータ４の回転面４ａに供給された液体冷媒１１を、重力に打ち勝つ遠心力が得られる位置まで、外周方向に導いてやる必要がある。

図６、図７および図８は、それぞれ、上述したように液体冷媒１１を重力に打ち勝つ遠心力が得られる位置まで外周方向に導くための液膜剥離防止構造の一例を示す図である。

図６（ａ）〜（ｃ）に示す例では、ディスクロータ４の回転面４ａ上において、冷媒供給孔７からディスクロータ４の外周に向かう溝２１を設け、溝２１により、液体冷媒１１を重力に打ち勝つ遠心力が得られる位置２２まで導いている。図７（ａ）、（ｂ）に示す例では、ディスクロータ４の回転面４ａ上において、隣り合う冷媒供給孔７の間にディスクロータ４の外周に向かうフィン（壁）２３を設け、フィン２３により、冷媒供給孔７から供給される液体冷媒１１を重力に打ち勝つ遠心力が得られる位置２２まで導いている。図８（ａ）、（ｂ）に示す例では、ディスクロータ４の回転面４ａとの間に隙間を保って設置された板２４を設け、板２４により、冷媒供給孔７から供給される液体冷媒１１を重力に打ち勝つ遠心力が得られる位置２２まで導いている。また、図９（ａ）〜（ｃ）に示すように、溝２１と板２４とを同時に設けることも、図１０（ａ）、（ｂ）に示すように、フィン２３と板２４とを同時に設けることもできる。

図６〜図１０に示した例においては、ｒ＞（ｇ／ω^２）^１／２（ｇは重力加速度、ωは冷却が必要となるディスクロータの回転速度）を満たす半径位置ｒ（＜ロータ半径）２２まで、溝２１、フィン２３あるいは板２４を設けることにより、冷媒供給孔７を出た液体冷媒１１は、それらの構造を通過する間に、重力に打ち勝つ遠心力を得ることができるため、ディスクロータ４の回転面４ａ上のｒ位置２２よりも外周部において、液体冷媒１１が剥離を起こすことなく液膜となって流れるため、高い冷却性能を得ることができる。

以上、実施例を用いて詳細に説明したとおり、本発明によれば、簡単でコンパクトな構造で、高い冷却性能を得ることができる。

本発明のアキシャルギャップ電動機の冷却構造は、大容量の車載向けアキシャルギャップ電動機において、高い冷却性能および信頼性、さらには、省スペース、低騒音を達成する冷却構造が必要なあらゆる種類の電動機に適用することができる。

本発明のアキシャルギャップ電動機の冷却構造の一例を説明するための図である。 （ａ）、（ｂ）はそれぞれ本発明における冷媒供給孔の一例を説明するための図である。 本発明におけるディスクロータの一例を示す図である。 本発明におけるディスクロータの他の例を示す図である。 （ａ）、（ｂ）はそれぞれ本発明におけるディスクロータの回転面の一例を示す図である。 （ａ）〜（ｃ）はそれぞれ本発明における液膜剥離防止構造の一例を示す図である。 （ａ）、（ｂ）はそれぞれ本発明における液膜剥離防止構造の他の例を示す図である。 （ａ）、（ｂ）はそれぞれ本発明における液膜剥離防止構造のさらに他の例を示す図である。 （ａ）〜（ｃ）はそれぞれ本発明における液膜剥離防止構造のさらに他の例を示す図である。 （ａ）、（ｂ）はそれぞれ本発明における液膜剥離防止構造のさらに他の例を示す図である。

符号の説明

１ 回転軸
２ シール
３ 軸受け
４ ディスクロータ
４ａ 回転面
５ ステータ
６ 冷媒送通孔
７ 冷媒供給孔
１１ 液体冷媒
２１ 溝
２３ フィン
２４ 板

Claims (5)

1. 回転軸に沿ってステータとディスクロータとが対向して配置されるアキシャルギャップ電動機において、ディスクロータ回転面が凹状に窪んでおり、その回転面に沿って液体冷媒が流れることを特徴とするアキシャルギャップ電動機の冷却構造。
2. ディスクロータを支持する回転軸から液体冷媒が供給される請求項１に記載のアキシャルギャップ電動機の冷却構造。
3. 液体冷媒の流れるディスクロータ回転面の軸に近い部分に、冷媒供給孔から放射状に伸びる溝が設けられている請求項１または２に記載のアキシャルギャップ電動機の冷却構造。
4. 液体冷媒の流れるディスクロータ回転面の軸に近い部分に、隣り合った冷媒供給孔の間から放射状に伸びるフィンが設けられている請求項１または２に記載のアキシャルギャップ電動機の冷却構造。
5. 液体冷媒の流れるディスクロータ回転面の軸に近い部分に、ディスクロータ回転面との間に間隔を保って板部材が設置されている請求項１〜４のいずれか１項に記載のアキシャルギャップ電動機の冷却構造。

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