JP2008259376A - モータ装置 - Google Patents

Abstract

【課題】モータ装置のデッドスペースにファンを配置することにより、大型化すること無くケース内を冷却する。
【解決手段】各コイル１７が巻装された各第１突極１６ａを有するステータコア１６をケース本体１３内に設けるとともに、ステータコア１６の内側に各第２突極１９ａおよび回転軸１１を有するロータコア１９を設け、回転軸１１の端部側において、ロータコア１９の軸方向端部から各コイル１７の軸方向端部との間に収まるように一対の軸流ファン２０ａ，２０ｂを配置した。これにより、各コイル１７の内側に形成される軸方向寸法Ｌの空間に各軸流ファン２０ａ，２０ｂを設けることができ、ＳＲモータ１０の大型化を抑制しつつケース本体１３内を冷却することができる。
【選択図】図２

Description

本発明は、ケース内に外気を導入してケース内を冷却するためのファンを有するモータ装置に関する。

従来、ＥＶ（電気自動車）等に用いられるモータ装置は、小型軽量化や高出力化が図られており、これに伴ってモータ装置の発熱対策が必要となる。特に、最高出力を長時間に亘って出力するＥＶカート等に用いられる競技用のモータ装置においては、モータ装置の特性悪化を避けるべくモータ装置の温度を効率良く下げる必要がある。このようなモータ装置の冷却には、モータ装置の重量増加が比較的小さくて済む軸流ファンを回転軸に一体的に設ける場合がある。

回転軸に軸流ファンを設けたモータ装置としては、例えば、特許文献１に示す技術が知られている。この特許文献１に記載されたモータ装置は、有底筒状のケーシング（ケース）内に一対のステータ磁石（永久磁石）を備え、このステータ磁石の内側には、中心に回転軸を有するロータコイル（コイル）が設けられている。そして、回転軸の軸方向に沿うロータコイルの両端側には、遠心ファンおよび軸流ファンを固定して設けている。
特開平１０−２９０５５１号公報

しかしながら、上述した特許文献１に記載されたモータ装置によれば、遠心ファンおよび軸流ファンのそれぞれを、回転軸に設けられるコイルの両端側に配置しているため、遠心ファンや軸流ファンを備えないモータ装置に比して、各ファンの厚み寸法の分モータ装置の軸方向長さが長くなり、モータ装置が大型化するという問題が生じ得た。

本発明の目的は、モータ装置のデッドスペースにファンを配置することにより、大型化すること無くケース内を冷却することができるモータ装置を提供することにある。

本発明のモータ装置は、ケース内に外気を導入して前記ケース内を冷却するためのファンを有するモータ装置であって、前記ケース内に設けられ、前記ケースの内側に向けて放射状に突出する複数の第１突極を有するステータコアと、前記第１突極に巻装されるコイルと、前記ステータコアの内側に回転自在に設けられ、前記ステータコアに向けて放射状に突出する複数の第２突極を有するロータコアと、前記ロータコアの回転中心に設けられ、前記ファンが一体的に設けられる回転軸とを備え、前記ファンを、前記回転軸の少なくともいずれか一方の端部側において、前記ロータコアの軸方向端部から前記コイルの軸方向端部との間に収まるように配置することを特徴とする。

本発明のモータ装置は、前記ファンの羽を、前記ロータコアの隣り合う第２突極間に配置することを特徴とする。

本発明のモータ装置は、前記ケースに入口孔と出口孔とを形成し、前記各孔のうち少なくともいずれか一方の孔から前記ファンに向かう経路の途中に、前記コイルが配置されることを特徴とする。

本発明によれば、コイルが巻装された第１突極を有するステータコアをケース内に設けるとともに、ステータコアの内側に第２突極および回転軸を有するロータコアを設け、回転軸の少なくともいずれか一方の端部側において、ロータコアの軸方向端部からコイルの軸方向端部との間に収まるようにファンを配置するので、コイルの内側に形成されるデッドスペースにファンを設けることができる。したがって、モータ装置の大型化を抑制しつつケース内を冷却することが可能となる。

本発明によれば、ファンの羽を、ロータコアの隣り合う第２突極間に配置するので、ケース内に導入した外気をロータコアの凸部間に効率良く導くことができる。したがって、モータ装置の冷却効率を向上させることが可能となる。

本発明によれば、ケースに入口孔と出口孔とを形成し、各孔のうち少なくともいずれか一方の孔からファンに向かう経路の途中に、コイルが配置されるので、コイルを効率良く冷却することが可能となる。

以下、本発明の第１実施の形態について図面を用いて詳細に説明する。

図１は本発明に係るモータ装置の外観を示す斜視図を、図２は図１の面Ａに沿う断面図を、図３は図２のＢ−Ｂ線に沿う断面図を、図４は図１のモータ装置における蓋部材を除く分解斜視図をそれぞれ表している。

図１に示すように、モータ装置としてのスイッチトリラクタンスモータ１０（以下ＳＲモータと言う）は、図示しないＥＶカートのフレームに固定され、その回転軸１１には、スプロケット１２が図中一点鎖線矢印の方向から固定されるようになっている。スプロケット１２には、図示しないチェーンが装着されるようになっており、ＳＲモータ１０は、チェーンを介して図示しないドライブシャフトを回転駆動するようになっている。

図２ないし図４に示すように、ＳＲモータ１０は、中空円筒形状のケース本体１３と、このケース本体１３の両端側をそれぞれ閉塞する略円盤形状の第１蓋部材１４および第２蓋部材１５とを有している。第１蓋部材１４および第２蓋部材１５は、周方向に等間隔で設けられる６つセットボルトＳＢ・・・によってねじ結合されており、第１蓋部材１４と第２蓋部材１５との間にはステータコア１６が挟持されている。そして、ケース本体１３は、ステータコア１６および各セットボルトＳＢの外周側を覆うようにして設けられている。ここで、ケース本体１３，第１蓋部材１４および第２蓋部材１５によって、本発明におけるケースを構成している。

第１蓋部材１４には、略円弧形状の入口孔１４ａ・・・が、周方向に沿って等間隔で６つ形成されており、第１蓋部材１４の中心部分には、貫通孔１４ｂが形成されるとともに、ボールベアリングよりなる第１軸受部材１４ｃが装着されるようになっている。各入口孔１４ａは、ケース内に設けられるステータコア１６の第１突極１６ａに対応する箇所に形成されている。

第２蓋部材１５には、第１蓋部材１４と同様に、略円弧形状の出口孔１５ａ・・・が、周方向に沿って等間隔で６つ形成されており、この第２蓋部材１５の中心部分には、ボールベアリングよりなる第２軸受部材１５ｂが装着されるようになっている。各出口孔１５ａについても、ケース内に設けられるステータコア１６の第１突極１６ａに対応する箇所に形成されている。

ここで、第１軸受部材１４ｃはスプロケット１２寄りに設けられるため、スプロケット１２から伝わる偏芯方向への大きな横応力を受け易くなっている。したがって、この径方向（ラジアル方向）の力に耐え得るように、第１軸受部材１４ｃは第２軸受部材１５ｂよりも大型で頑丈な軸受部材を採用している。

ケース本体１３の内側には、固定子としての磁性材料よりなる略円筒形状のステータコア１６が配置されており、このステータコア１６には、ケース本体１３の内側に向けて放射状に突出する６つの第１突極１６ａ・・・（６極）が一体的に形成されている。各第１突極１６ａは、ケース本体１３の軸方向に延びるようにして形成されており、これらの第１突極１６ａには、それぞれコイル１７・・・が集中巻きで巻装されている。そして、各コイル１７は各第１突極１６ａの図２中左右方向に突出されており、各コイル１７の突出されたコイル渡り部１７ａ・・・の端部（図２中左右方向両端部）は、第１蓋部材１４および第２蓋部材１５に近接して対向している。

ステータコア１６の内側には、当該ステータコア１６に対して相対回転可能な回転軸１１が設けられており、この回転軸１１の両端側には、それぞれ第１軸受部材１４ｃおよび第２軸受部材１５ｂの内輪が嵌合して装着されている。回転軸１１の本体部１１ａにはキー１１ｂが形成されており、このキー１１ｂには、ケイ素鋼板等の磁性材料よりなる略十字形状の複数の板材１８・・・の内側に形成されたキー溝１８ａが係合するようになっている。これにより、各板材１８は回転軸１１に対して相対回転不能となっている。

ただし、回転軸１１と各板材１８との係合は、キー１１ｂおよびキー溝１８ａによるものに限らず、例えば、回転軸１１の本体部１１ａを断面が多角形形状となるように形成するとともに、各板材１８に本体部１１ａと同一形状の挿通孔を形成し、これにより両者を相対回転不能に係合させることもできる。

回転子としてのロータコア１９は、回転軸１１に複数の板材１８・・・を積層して固定することにより形成され、その軸方向寸法はステータコア１６の軸方向寸法と略同じ寸法に設定されている。したがって、ロータコア１９の軸方向端部と各コイル渡り部１７ａの軸方向端部との間には、図２中符号Ｌで示す所定の軸方向寸法の空間（デッドスペース）が形成される。この軸方向寸法Ｌの空間には、第１軸受部材１４ｃの一部が入り込んでおり、これにより、ＳＲモータ１０の軸方向寸法を詰めて小型化が図られている。

ロータコア１９は、回転軸１１からステータコア１６に向けて放射状に突出する４つの第２突極１９ａ・・・（４極）を有している。回転軸１１の両端側で、かつ、ロータコア１９の両端部には、ロータコア１９の直径寸法よりも小さい直径寸法の略十字形状の一対の軸流ファン（ファン）２０ａ，２０ｂが当接して設けられている。各軸流ファン２０ａ，２０ｂには、図２中実線矢印方向に回転した際に、同図中破線矢印方向に外気が流動するように、４つの羽２１ａ・・・，２１ｂ・・・がそれぞれ一体的に形成されている。ただし、上記とは反対方向に各軸流ファン２０ａ，２０ｂを回転させた際には、図中破線矢印方向とは逆向きに外気が流動されるようになる。

各軸流ファン２０ａ，２０ｂは、図２に示すように各コイル渡り部１７ａの内側、つまり、ロータコア１９の軸方向端部から各コイル渡り部１７ａの軸方向端部との間（軸方向寸法Ｌの空間）に収まるように配置されており、各軸流ファン２０ａ，２０ｂの軸方向寸法（厚み寸法）は、空間の軸方向寸法Ｌよりも小さな寸法に設定されている。また、各軸流ファン２０ａ，２０ｂの各羽２１ａ，２１ｂは、図３および図４に示すようにロータコア１９の隣り合う各第２突極１９ａ間の略中間部分に配置されている。

ここで、各第２突極１９ａ間に外気を導入する方のファン、つまり、軸流ファン２０ａは、当該軸流ファン２０ａの各羽２１ａにおけるロータコア１９寄りの各羽端部２２ａ（図４参照）が少なくとも各第２突極１９ａ間に配置されるように設けられる。このように軸流ファン２０ａを設けることによって各第２突極１９ａ間に効率良く外気を導入することができるようになる。

また、各第２突極１９ａ間から外気を排出する方のファン、つまり、軸流ファン２０ｂは、当該軸流ファン２０ｂの各羽２１ｂにおけるロータコア１９寄りの各羽端部２２ｂ（図４参照）が少なくとも各第２突極１９ａ間に配置されるように設けられる。このように軸流ファン２０ｂを設けることによって各第２突極１９ａ間から効率良く外気を排出することができるようになる。

このように、上述の導入および排気の各条件を同時に満たすように各軸流ファン２０ａ，２０ｂを設けることによって、ＳＲモータ１０をより効率良く冷却することができるようになる。

各軸流ファン２０ａ，２０ｂは、耐熱プラスチック等の合成樹脂材料やアルミニウム等の軽量金属材料により形成されており、各軸流ファン２０ａ，２０ｂの一部を周方向に沿って適宜削り取ることにより各軸流ファン２０ａ，２０ｂの周方向に沿う重量バランスを調整することができ、これにより、ロータコア１９の回転バランスの適正化を図ることが可能となっている。

次に、以上のように構成した第１実施の形態に係るＳＲモータ１０の作動について図２を用いて説明する。

図示しないコントローラに内蔵されたスイッチング素子のオン・オフ駆動により、各コイル１７に向けて順次駆動電流を供給すると、図２中実線矢印に示す方向に回転軸１１が回転する。回転軸１１の回転に伴い各軸流ファン２０ａ，２０ｂが回転し、これにより、第１蓋部材１４の入口孔１４ａから、比較的低温の外気がケース本体１３内に導入される。その後、ケース本体１３内に導入された外気が図２中破線矢印に示すように流動し、外気が各コイル１７の高熱を吸収しつつ、第２蓋部材１５の出口孔１５ａから外部に排出される。

このようにして、ＳＲモータ１０の回転駆動に伴って各軸流ファン２０ａ，２０ｂが回転され、ＳＲモータ１０を効果的に冷却することができる。

以上詳述したように、第１実施の形態に係るＳＲモータ１０によれば、各コイル１７が巻装された各第１突極１６ａを有するステータコア１６をケース本体１３内に設けるとともに、ステータコア１６の内側に各第２突極１９ａおよび回転軸１１を有するロータコア１９を設け、回転軸１１の端部側において、ロータコア１９の軸方向端部から各コイル１７の軸方向端部との間に収まるように一対の軸流ファン２０ａ，２０ｂを配置したので、各コイル１７の内側に形成される軸方向寸法Ｌの空間に各軸流ファン２０ａ，２０ｂを設けることができる。したがって、ＳＲモータ１０の大型化を抑制しつつケース本体１３内を冷却することが可能となる。

また、第１実施の形態に係るＳＲモータ１０によれば、各軸流ファン２０ａ，２０ｂの各羽２１ａ，２１ｂを、ロータコア１９の隣り合う第２突極１９ａ間に配置したので、ケース本体１３内に導入した外気をロータコア１９の第２突極１９ａ間に効率良く導くことができる。したがって、ＳＲモータ１０の冷却効率を向上させることが可能となる。

次に、本発明の第２実施の形態に係るモータ装置について、図５を用いて説明する。なお、上述した第１実施の形態と同様の機能を有する部分については同一の符号を付し、その詳細な説明を省略する。図５は第２実施の形態に係るモータ装置の断面図を表している。

図５に示すように、ＳＲモータ３０のケースを構成する第１蓋部材１４と第２蓋部材１５には、ＳＲモータ３０の軸方向に延びるように筒状部３１および筒状部３２がそれぞれ一体的に形成されており、筒状部３１には、外気をケース本体１３内へ導入するための入口孔３１ａが、その周方向に沿って等間隔で６つ（図では２つのみ現れる）設けられている。一方、筒状部３２には、ケース本体１３内へ導入した外気を外部に排出するための出口孔３２ａが、その周方向に沿って等間隔で６つ（図では２つのみ現れる）設けられている。そして、各入口孔３１ａおよび各出口孔３２ａについても、上述した第１実施の形態と同様にケース内に設けられるステータコア１６の第１突極１６ａに対応する箇所に形成されている。

このように構成した第２実施の形態に係るＳＲモータ３０によっても、上述した第１実施の形態と同様の作用効果を奏することができる。これに加え、第２実施の形態によれば、第１蓋部材１４および第２蓋部材１５に入口孔３１ａと出口孔３２ａとをそれぞれ形成し、各孔３１ａ，３２ａから軸流ファン２０ａ，２０ｂに向かう経路の途中に、各コイル１７が配置されるので、各コイル１７を効率良く冷却することが可能となる。また、図中破線で示すようにケース本体１３内を流動する外気の経路を大きく屈曲させて、ケース本体１３内における外気の経路の長さを長くすることができるので、より効率良くＳＲモータ３０を冷却することができる。

なお、本発明は上記各実施の形態に限定されるものではなく、その要旨を逸脱しない範囲で種々変更可能であることは言うまでもない。例えば、上記各実施の形態においては、第１軸受部材１４ｃの一部を軸方向寸法Ｌの空間に入り込ませたものを示したが、本発明はこれに限らず、第２軸受部材１５ｂの一部についても軸方向寸法Ｌの空間に入り込ませるようにしても良い。この場合、モータ装置の軸方向寸法をより短くして小型化を図ることができる。

また、上記各実施の形態においては、図２および図５に示すように、実線矢印の方向に回転軸１１を回転させた場合に、破線矢印の方向（図中右方から左方へ）に外気が流動する場合を示したが、本発明はこれに限らず、羽２１ａ，２１ｂの傾斜が逆になるように軸流ファン２０ａ，２０ｂを回転軸１１に固定し、図中左方から右方へ外気が流動するようにしても構わない。この場合、ケース本体１３内から外部に排出される外気の風圧により、スプロケット１２に埃等が付着することを抑制することができる。

さらに、上記各実施の形態においては、ロータコア１９の軸方向両端部に一対の軸流ファン２０ａ，２０ｂをそれぞれ設けたものを示したが、本発明はこれに限らず、ロータコア１９の軸方向両端部のうち少なくともいずれか一方に設けるようにしても良い。この場合、モータ装置の軽量化を図ることができる。

また、上記各実施の形態においては、入口孔および出口孔を、軸方向に貫通するもの同士または径方向に貫通するもの同士でそれぞれ組み合わせたものを示したが、本発明はこれに限らず、モータ装置の取り付け対象物への取り付け構造等に応じて、軸方向に貫通する入口孔と径方向に貫通する出口孔とを組み合わせる等、各孔を任意に組み合わせるようにしても良い。

さらに、上記各実施の形態においては、各羽２１ａ，２１ｂをそれぞれ４枚ずつ備えた各軸流ファン２０ａ，２０ｂを用いたものを示したが、本発明はこれに限ることはない。図６は軸流ファンの変形例を説明する説明図であり、例えば、図示のように１２枚の羽Ｗを設けるようにしても構わない。この場合、軸流ファンＦの回転軸Ｓに対する取り付け方向性を考慮しなくとも、ロータコア１９の各第２突極１９ａ間に、軸流ファンＦの各羽端部ＷａまたはＷｂを確実に配置することができるので、モータ装置の製造を容易にすることができる。

また、上記各実施の形態においては、ステータコア１６の第１突極１６ａが６極、ロータコア１９の第２突極１９ａが４極のＳＲモータであるものを示したが、本発明はこれに限ることはない。図７は第１突極および第２突極の変形例を説明する説明図であり、例えば、図示のようにステータコア１６の第１突極１６ａを８つ（８極）、また、ロータコア１９の第２突極１９ａを６つ（６極）としても構わない。

さらに、上記各実施の形態においては、モータ装置として、ＥＶカートに用いられる競技用のＳＲモータであるものを示したが、本発明はこれに限らず、他の動力源として用いられるスイッチトリラクタンス形のモータ装置にも採用することができる。

本発明に係るモータ装置の外観を示す斜視図である。 図１の面Ａに沿う断面図である。 図２のＢ−Ｂ線に沿う断面図である。 図１のモータ装置における蓋部材を除く分解斜視図である。 第２実施の形態に係るモータ装置の断面図である。 軸流ファンの変形例を説明する説明図である。 第１突極および第２突極の変形例を説明する説明図である。

符号の説明

１０ ＳＲモータ（モータ装置）
１１ 回転軸
１１ａ 本体部
１１ｂ キー
１２ スプロケット
１３ ケース本体（ケース）
１４ 第１蓋部材（ケース）
１４ａ 入口孔
１４ｂ 貫通孔
１４ｃ 第１軸受部材
１５ 第２蓋部材（ケース）
１５ａ 出口孔
１５ｂ 第２軸受部材
１６ ステータコア
１６ａ 第１突極
１７ コイル
１７ａ コイル渡り部
１８ 板材（ロータコア）
１８ａ キー溝
１９ ロータコア
１９ａ 第２突極
２０ａ，２０ｂ 軸流ファン
２１ａ，２１ｂ 羽
２２ａ，２２ｂ 羽端部（羽）
３０ ＳＲモータ（モータ装置）
３１，３２ 筒状部
３１ａ 入口孔
３２ａ 出口孔
ＳＢ セットボルト

Claims (3)

1. ケース内に外気を導入して前記ケース内を冷却するためのファンを有するモータ装置であって、
   前記ケース内に設けられ、前記ケースの内側に向けて放射状に突出する複数の第１突極を有するステータコアと、
   前記第１突極に巻装されるコイルと、
   前記ステータコアの内側に回転自在に設けられ、前記ステータコアに向けて放射状に突出する複数の第２突極を有するロータコアと、
   前記ロータコアの回転中心に設けられ、前記ファンが一体的に設けられる回転軸とを備え、
   前記ファンを、前記回転軸の少なくともいずれか一方の端部側において、前記ロータコアの軸方向端部から前記コイルの軸方向端部との間に収まるように配置することを特徴とするモータ装置。
2. 請求項１記載のモータ装置において、前記ファンの羽を、前記ロータコアの隣り合う第２突極間に配置することを特徴とするモータ装置。
3. 請求項１または２記載のモータ装置において、前記ケースに入口孔と出口孔とを形成し、前記各孔のうち少なくともいずれか一方の孔から前記ファンに向かう経路の途中に、前記コイルが配置されることを特徴とするモータ装置。

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