JP2007300763A - 電動機の冷却構造 - Google Patents

Abstract

【課題】モータ内部を通る空気流の圧力損失を低減し、ポンプ特性の低下の抑制及び音の発生の低減を図ると共に、空気流量を増加し、モータの冷却効果の向上を図れる電動機の冷却構造を提供する。
【解決手段】モータ３のロータ１２が、回転軸１１に固定されるファン２０と、ファン外周に設けられた円筒状のマグネット又は磁性体２１とから構成されていて、空気流路がロータ内に形成されている。ステータ１３のコイルに通電しロータが回転すると、ファンがモータのケーシングの第１開口部１５から空気を取り込む向きの空気流を発生し、ロータ内の空気流路を通って第２開口部１６から空気を送出する。第２開口部はポンプ１の吸入口１７に直結している。
【選択図】図１

Description

本発明は、空気流でモータ内部を直接冷却する電動機の冷却構造を提供する。

従来技術として、特許文献１に示されるような二次空気供給用電動ポンプが知られている。この従来の電動ポンプでは、図４に示されるように渦流式のポンプ１００と、そのポンプの羽根車１０１を回転させるモータ２００とを一体的に組み合わせて構成すると共に、空気の吸入口２０２をモータのケーシング２０１に設けることにより、そのモータ内部に空気流路２０３を形成している。モータ２００の軸２０４には、ロータ２０５が固定され、ステータコア２０６はケーシング側に支持されている。

特開平５−１７９９４１号公報

上記構成よりなる電動ポンプでは、モータ２００を作動させてポンプ１００の羽根車１０１を回転させると、ポンプ１００は、吸入口２０２からモータ２００内の空気通路２０３を通して吸入した空気を圧縮し、その圧縮空気をポンプ１００のケーシング１０２の外周面に形成された吐出口（図示せず）から触媒コンバータ等に二次空気として供給する。こうして、モータ２００のロータ２０５とステータコア２０６との狭い隙間に形成される空気通路２０３を通る空気によって、モータの発熱を吸熱してモータ２００が冷却される。

しかしながら、上記従来の電動ポンプは、ロータ２０５とステータコア２０６との狭い隙間を空気が流れるために、空気流の圧力損失が大きく、ポンプ特性が低下するという問題がある。また、音が発生しやすくなり騒音が大きくなるという問題がある。
更に、空気が流れにくくなるので冷却効果が低下するという問題もある。

本発明は、上記問題に鑑みてなされたものであり、その第１の目的は、電動モータ内部を通る空気流の圧力損失を低減し、ポンプ特性の低下及び音の発生を抑制すると共に、空気流量を増加し、モータの冷却効果の向上を図ることができる電動機の冷却構造を提供することである。
また、第２の目的は、モータのロータの軽量化を図ると共に、ロータの慣性モーメントの低減による応答性の向上及び起動時のモータトルクの低減によるモータの小型化、軽量化、低コスト化を図ることができる電動機の冷却構造を提供することである。

本発明は、前記問題に鑑みてなされたものであり、その特許請求の範囲の各請求項に記載の電動機の冷却構造を提供する。
請求項１に記載の電動機の冷却構造は、ロータ１２が、回転軸１１に圧入等で固定されるファン２０と、ファン２０の外周に設けられた円筒状のマグネット又は磁性体２１とから構成されていて、空気流路がロータ１２内に形成されており、このファン２０がケーシングの第１開口部１５から空気を取り込む向きの空気流を発生し、ロータ１２内の空気流路を通って第２開口部１６から空気を送出するようにしたものであり、これにより、ファン効果で電動機３内部の空気流の圧力損失を低減でき、音の発生を抑制できる。また、空気流量が大きくなり、電動機３の冷却効果も向上する。更に、ロータ１２にファン形状を採用することでロータ１２の質量が軽くなり、慣性モーメントが小さくなるため、応答性が早くなり、起動時のモータトルクも小さくできるので、電動機３の小型化、軽量化、低コスト化を図れる。

請求項２の該冷却構造は、ファン２０を鋳造又は金属粉末射出成形又は薄板を回転方向にずらすことによって製造するようにしたものであり、これにより、容易にファンを製造できると共に低コスト化が可能となる。
請求項３の該冷却構造は、電動機３がポンプ１と一体に組み合わされ、第２開口部１６をポンプの吸入口１７に直結したものであり、これにより、電動機３内部での空気流の圧力損失を低減できるので、ポンプ特性の低下を防止できる。

以下、図面に従って本発明の実施の形態の電動機の冷却構造について説明する。以下の説明においては、電動機（モータ）とポンプとが組み合わされた電動ポンプで説明するが、本発明は当然電動機単体としても利用できるものである。図１は、本発明の電動ポンプの縦断面図であり、図２はポンプの横断面図であり、図３は、本発明の電動ポンプのロータの正面図である。

電動ポンプは、ベーン型のポンプ１と、このポンプ１内に内蔵されているベーン２を回転させる電動機（モータ）３とを一体に組み合わせることによって構成されており、ポンプ側のケーシング４とモータ側のケーシング５とが結合された形となっている。即ち、ポンプ側のケーシング４は、リア側プレート６、円筒状シリンダ部材７及び中間部材８がボルト１０等の締結部材によって結合されることで形成されており、一方モータ側のケーシング５は、中間部材８とフロント側プレート９とが締結部材によって結合されることによって形成されている。

中間部材８は、板状の仕切部８ａと円筒部８ｂとよりなり、この円筒部８ｂ内にモータ３が収納され、フロント側プレート９によって円筒部８ｂが閉じられている。モータ３の回転軸１１は、その一端側はケーシング５のフロント側プレート９に回転可能に軸支され、他端側は、中間部材８の仕切部８ａに同様に回転可能に軸支されている。モータ３の回転軸１１には、ロータ１２が圧入固定されており、一方、ステータ１３はケーシング５の円筒部８ｂに支持・固定されている。ステータ１３にはコイルが巻かれており、このコイルに通電することにより、ロータ１２（回転軸１１）が回転するようになっているこのロータ１２の構造は、本発明の特徴部分であり後に詳述する。

モータ３の回転軸１１は、中間部材８を貫通してポンプ１側に延在しており、ポンプ側ケーシング４内に収納された回転体１４が、この回転軸１１に固定されている。回転体１４の中心軸は、円筒状シリンダ部材７の中心軸からは偏心している。回転体１４には、径方向に複数の溝１４ａ（図２では、４つの溝）が周方向に等間隔に形成されていて、各溝１４ａには、ベーン２が摺動可能に配設されている。したがって、回転体１４の回転に伴って、各ベーン２は溝１４ａ内及びシリンダ部材７の内周面を摺動することによって、吸入口１７から吸入された空気は、圧縮されて吐出口１８から吐出される。

モータ側のケーシング５のフロント側プレート９には、１つ又は複数の第１開口部１５が設けられ、中間部材８の仕切部８ａには、第２開口部１６が形成されている。一方、ポンプ側のケーシング４の中間部材８の仕切部８ａには、第２開口部１６と連通する吸入口１７が設けられ、リア側プレート６には、吐出口１８が設けられている。したがって、第１開口部１５から吸入された外部空気は、モータ３内を通ってモータ３を冷却し、その後第２開口部１６及び吸入口１７からポンプ１に吸入されて圧縮され、吐出口１８から圧縮空気が吐出されるようになっている。

次に本発明の特徴であるロータ１２の構造について説明する。ロータ１２は、回転軸１１に挿着されるファン２０と、このファン２０の外周に設けられたマグネット又は磁性体２１とにより構成されている。ファン２０は、回転軸１１が挿入される内周部２０ａと、マグネット又は磁性体２１が接着等で固定される外周部２０ｃと、内周部２０ａと外周部２０ｃとを架橋する複数の羽根部２０ｂ（図３では４枚）とよりなる。ファン２０は、鋳造又は金属粉末射出成形又は薄板を回転方向にずらす（スキューさせる）ことにより製造される。

ファン２０の外周部２０ｃは、円筒状をしていて、その軸方向長さがステータ１３の軸方向長さに略等しい。一方、ファン２０の内周部２０ａの軸方向長さは、外周部２０ｃの軸方向長さより短かくなっていて、羽根部２０ｂの軸方向長さと同じであり、羽根部２０ｂの前後と後部には空間Ｓが形成されるようになっている。ファン２０の外周部２０ｃの外周面には、同じ軸方向長さをもつ円筒状のマグネット又は磁性体２１が接着により固定されている。また、この場合、羽根部２０ｂの向きは、ポンプ１によって発生する空気流と同じ向きに空気流が発生するようになっている。
このようにして、本発明では、ロータ自体がファン構造を有するようになっている。

上記構成よりなる本発明の電動ポンプの作動について説明する。
ステータ１３に巻かれたコイルに通電することにより、ロータ１２が回転する。これにより、ファン２０及びロータ１２に一体的に固定されている回転軸１１が回転し、同時にポンプ１内の回転体１４も回転し、こうしてモータ３及びポンプ１が作動状態となる。モータ３及びポンプ１が回転すると、モータ３の第１開口部１５を通って外部から空気が吸引され、この吸引された空気はロータ１２内のファン２０を通り、第２開口部１６及びポンプ１の吸入口１７からポンプ１内に入る。ポンプ１内に入った空気は、圧縮されて吐出口１８から吐出される。

このように本発明ではロータ１２内に設けたファン２０によってポンプ１によって発生する空気流と同じ向きに空気流が発生する。しかも、図１の矢印Ａで示されるようにロータ１２内部に形成された比較的大きな空間の空気流路内を通って流れるようになっている。そのため、モータ３内部の空気流の圧力損失が非常に小さくなるため、ポンプ特性の低下を小さくすることができ、また、音の発生も抑制できる。
また、モータ３内を流れる空気流の空気流量を増加させることができ、モータ３の冷却効果を向上させることができる。そのため、モータ３の効率を高めると共に、その寿命も改善することができる。更には、モータ３の高効率化はモータ３の小型化をも可能とする。

更に、本発明では、ロータ１２自体をファン２０の構造としているため、ロータ１２の質量が軽くなり、ポンプ１も軽量化することができる。また、ロータ１２の慣性モーメントが小さくなるため、応答性が早くなり、起動時のモータトルクも小さくできるため、モータ３も小型化、軽量化、低コスト化できる。

なお、上記説明では、ポンプとモータとが組み合わされた電動ポンプとして説明しているが、本発明であるロータをファン構造化することは、モータ単体でも利用できるものであり、その場合でも、モータの冷却効果の向上が図れ、モータの小型化、軽量化、低コスト化が可能となるものである。
また、上記説明では、ポンプとしてベーン型ポンプを使用しているが、他の回転式のポンプであるなら、渦流式、スクロール式等のいずれの回転ポンプを使用してもよい。

本発明の実施の形態の電動機の冷却構造を採用している電動ポンプの縦断面図である。 図１の電動ポンプの横断面図である。 本発明の実施の形態の電動機の冷却構造に採用されているロータの正面図である。 従来の電動ポンプの縦断面図である。

符号の説明

１ ポンプ
２ ベーン
３ 電動機（モータ）
４ ポンプ側ケーシング
５ モータ側ケーシング
６ リア側プレート
７ シリンダ部材
８ 中間部材
８ａ 仕切部
８ｂ 円筒部
９ リア側プレート
１１ 回転軸
１２ ロータ
１３ ステータ
１４ 回転体
１５ 第１開口部
１６ 第２開口部
１７ 吸入口
１８ 吐出口
２０ ファン
２０ａ 内周部
２０ｂ 羽根部
２０ｃ 外周部
２１ マグネット又は磁性体

Claims (3)

1. ケーシング（５）と、前記ケーシング（５）に回転可能に軸支されている回転軸（１１）と、前記回転軸（１１）に固定されたロータ（１２）と、前記ケーシング側に支持されたステータ（１３）と、前記ケーシング（５）の軸方向の前部に設けられた第１開口部（１５）と、前記ケーシングの軸方向の後部に設けられ、前記第１開口部の反対側に設けられた第２開口部（１６）と、前記ケーシング内に前記第１開口部（１５）から吸入され、前記第２開口部（１６）から送出される空気流路とを備えていて、前記ステータ（１３）側の磁力によって前記ロータ（１２）が回転力を発生する電動機の冷却構造において、
   前記ロータ（１２）は、前記回転軸（１１）に固定されるファン（２０）と、前記ファンの外周に設けられた円筒状のマグネット又は磁性体（２１）とから構成されていて、前記空気流路が前記ロータ（１２）内に形成されており、前記ファン（２０）が前記第１開口部（１５）から空気を取り込む向きの空気流を発生し、前記ロータ（１２）内の空気流路を通って前記第２開口部（１６）から空気を送出することを特徴とする電動機の冷却構造。
2. 前記ファン（２０）が、鋳造又は金属粉末射出成形又は薄板を回転方向にずらすことによって形成されていることを特徴とする請求項１に記載の電動機の冷却構造。
3. 前記電動機（３）がポンプ（１）と一体に組み合わされており、前記第２開口部（１６）が前記ポンプ（１）の吸入口（１７）に直結していることを特徴とする請求項１又は２に記載の電動機の冷却構造。

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