JP2023096979A - 電動モータ - Google Patents

Abstract

【課題】永久磁石を効率よく冷却する。【解決手段】電動モータ１０は、ティース４３ｄにコイル４４が巻回された円筒状のステータ４１と、柱状の永久磁石４７、永久磁石４７の磁石外周面４７ｃを覆う円筒状の保護管４６、及び保護管４６に接続される軸部材４８を備え、ステータ４１の内側で回転するロータ４２と、を備える。軸部材４８は、永久磁石４７に対向する底面４８ｂと、底面４８ｂから保護管４６に向けて延び、保護管４６に接続される側面４８ｃと、を備える有底筒状である。少なくとも永久磁石４７、底面４８ｂ、及び側面４８ｃによって軸部材４８の内部に空間Ｓ３が区画される。側面４８ｃには、永久磁石４７を冷却する冷媒を空間Ｓ３と空間Ｓ３の外部とを往来させる複数の連通孔５１ｈが形成されている。【選択図】図２

Description

本発明は、電動モータに関する。

電動モータは、ティースにコイルが巻回されたステータと、ステータの内側で回転するロータと、を備える。ロータは、例えば、永久磁石、永久磁石の外周面を覆う保護管、及び保護管に接続される軸部材を備える。特許文献１に記載の電動モータは、ステータとロータとを収容するハウジングを備える。ハウジング内において、冷媒が流れる。

特開２０１５－１５５６９６号公報

ところで、永久磁石に渦電流が生じることにより、永久磁石に熱が生じる。冷媒によって永久磁石を冷却する場合、冷媒によって永久磁石を効率良く冷却することが望まれている。

上記課題を解決する電動モータは、ティースにコイルが巻回された円筒状のステータと、柱状の永久磁石、前記永久磁石の外周面を覆う円筒状の保護管、及び前記保護管に接続される軸部材を備え、前記ステータの内側で回転するロータと、を備える電動モータであって、前記軸部材は、前記永久磁石に対向する底面と、前記底面から前記保護管に向けて延び、前記保護管に接続される側面と、を備える有底筒状であり、少なくとも前記永久磁石、前記底面、及び前記側面によって前記軸部材の内部に空間が区画され、前記側面には、前記永久磁石を冷却する冷媒を前記空間と前記空間の外部とを往来させる複数の連通孔が形成されていることを特徴とする。

上記構成によれば、軸部材は、永久磁石の外周面を覆う保護管に接続される。軸部材の内部の空間は、少なくとも永久磁石と軸部材の底面及び側面とによって区画される。冷媒は、軸部材の内部の空間と空間の外部とを連通孔を介して往来する。空間を流れる冷媒によって永久磁石が冷却される。したがって、永久磁石を効率良く冷却できる。

電動モータにおいて、複数の前記連通孔は、前記空間に前記冷媒を吸入する吸入孔、及び前記空間から前記冷媒を排出する排出孔であり、前記吸入孔は、前記軸部材の回転方向に延びるように前記側面を貫通し、前記排出孔は、前記回転方向とは逆方向に延びるように前記側面を貫通するとよい。

上記構成によれば、軸部材の回転に伴って、吸入孔を介して空間に冷媒が引き込まれるため、空間への冷媒の吸入が促進される。軸部材の回転に伴って、排出孔を介して空間から冷媒が押し出されるため、空間からの冷媒の排出が促進される。したがって、永久磁石からの熱を受けて昇温した冷媒が排出孔を介して空間から排出されやすくなるため、空間を流れる冷媒によって、永久磁石の冷却をより促進させることができる。

電動モータにおいて、複数の前記連通孔は、前記空間に前記冷媒を吸入する吸入孔、及び前記空間から前記冷媒を排出する排出孔であり、前記側面は、前記保護管に接続される接続部を形成する大径部と、前記底面に繋がる小径部とを有し、前記吸入孔は、前記小径部を貫通し、前記排出孔は、前記大径部を貫通するとよい。

上記構成によれば、軸部材の回転に伴って、小径部よりも大きな遠心力が大径部に作用する。吸入孔は小径部を貫通する。排出孔は大径部を貫通する。そのため、大径部に作用する遠心力により、排出孔を介してなされる空間からの冷媒の排出が促進される。したがって、永久磁石からの熱を受けて昇温した冷媒が排出孔を介して空間から排出されやすくなるため、空間を流れる冷媒によって、永久磁石の冷却をより促進させることができる。

電動モータにおいて、前記接続部と前記永久磁石とは、接触しているとよい。
上記構成によれば、接続部と永久磁石とが接触しているため、空間を流れる冷媒は、永久磁石のうちで接続部が接触する箇所に接するように流れる。したがって、永久磁石をより効率良く冷却できる。

電動モータにおいて、前記ステータと前記ロータとを収容するハウジングを更に備え、前記軸部材は、前記ハウジングに対して、気体軸受によって支持され、前記気体軸受は、前記軸部材における前記吸入孔と前記排出孔との間の外周面を支持するとよい。

軸部材の回転に伴って軸部材と気体軸受との間に空気膜の動圧が生じると、気体軸受が軸部材と非接触の状態で軸部材を支持するようになる。こうして気体軸受と軸部材とが非接触の状態になると、軸部材から気体軸受への熱伝導が生じにくくなる。気体軸受への熱伝導による軸部材の冷却がなされにくくなるため、軸部材への熱伝導による永久磁石の冷却がなされにくくなる。上記構成によれば、気体軸受は、軸部材における吸入孔と排出孔との間の外周面を支持する。そのため、軸部材のうち、気体軸受への熱伝導による冷却がなされにくい部分を、空間を流れる冷媒によって冷却できる。

この発明によれば、永久磁石を効率良く冷却できる。

電動モータを示す断面図である。 電動モータの一部を拡大して示す断面図である。 小径部を示す断面図である。 大径部を示す断面図である。

以下、電動モータを具体化した一実施形態を図１～図４にしたがって説明する。
＜電動モータ１０の基本構成＞
図１に示すように、電動モータ１０は、燃料電池車に搭載されている。燃料電池車には、酸素及び水素を供給して発電させる燃料電池システム１１が搭載されている。電動モータ１０は、ハウジング２０と、作動体としての第１羽根車３１及び第２羽根車３２と、モータ４０と、冷却流路６０と、を備えている。モータ４０は、ステータ４１と、ロータ４２と、を備えている。すなわち、電動モータ１０は、ステータ４１と、ロータ４２と、を備える。

＜ハウジング２０の構成＞
ハウジング２０は金属製である。ハウジング２０の材料としては、例えばアルミニウムが挙げられる。ハウジング２０は、モータハウジング２１、コンプレッサハウジング２２、タービンハウジング２３、第１プレート２４、第２プレート２５、及び第３プレート２６を有している。

モータハウジング２１は、板状の端壁２１ａと、周壁２１ｂと、を有している。周壁２１ｂは、端壁２１ａの外周部から筒状に延びている。第１プレート２４は、モータハウジング２１の周壁２１ｂの開口側の端部に連結されている。第１プレート２４は、モータハウジング２１の周壁２１ｂの開口を閉塞している。

モータハウジング２１の端壁２１ａの内面２１ｃ、周壁２１ｂの内周面である周壁内周面２１ｄ、及び第１プレート２４におけるモータハウジング２１側の端面２４ａによってモータ室Ｓ１が区画されている。モータ室Ｓ１内にモータ４０が収容されている。言い換えると、ハウジング２０は、ステータ４１とロータ４２とを収容する。

第１プレート２４は、第１軸受保持部１６を有している。第１軸受保持部１６は、第１プレート２４の端面２４ａの中央部からモータ４０に向けて突出している。第１軸受保持部１６は、円筒状である。

第１プレート２４におけるモータハウジング２１とは反対側の端面２４ｂには、凹部２４ｃが形成されている。凹部２４ｃは、円孔状である。第１軸受保持部１６の内側は、第１プレート２４を貫通して凹部２４ｃの凹部底面２４ｄに開口している。凹部２４ｃの軸心と第１軸受保持部１６の軸心とは一致している。凹部２４ｃの凹部内周面２４ｅは、端面２４ｂと凹部底面２４ｄとを接続している。

モータハウジング２１は、第２軸受保持部１７を有している。第２軸受保持部１７は、モータハウジング２１の端壁２１ａの内面２１ｃの中央部からモータ４０に向けて突出している。第２軸受保持部１７は、円筒状である。第２軸受保持部１７の内側は、モータハウジング２１の端壁２１ａを貫通して端壁２１ａの外面２１ｅに開口している。第１軸受保持部１６の軸心と第２軸受保持部１７の軸心とは互いに一致している。

第２プレート２５は、第１プレート２４の端面２４ｂに連結されている。第２プレート２５の中央部にはシャフト挿通孔２５ａが形成されている。シャフト挿通孔２５ａは、凹部２４ｃの内部に連通している。シャフト挿通孔２５ａの軸心は、凹部２４ｃの軸心及び第１軸受保持部１６の軸心と一致している。第２プレート２５における第１プレート２４寄りの端面２５ｃと、第１プレート２４の凹部２４ｃとによって、スラスト軸受収容室Ｓ２が区画されている。

コンプレッサハウジング２２は筒状である。コンプレッサハウジング２２には、空気が吸入される円孔状の吸入口２２ａが形成されている。コンプレッサハウジング２２は、第２プレート２５における第１プレート２４とは反対側の端面２５ｂに連結されている。吸入口２２ａは、コンプレッサハウジング２２における第２プレート２５とは反対側の端面に開口している。吸入口２２ａの軸心は、第２プレート２５のシャフト挿通孔２５ａの軸心と、第１軸受保持部１６の軸心と、に一致している。

コンプレッサハウジング２２と第２プレート２５の端面２５ｂとの間には、第１羽根車室２２ｂと、吐出室２２ｃと、第１ディフューザ流路２２ｄと、が形成されている。第１羽根車室２２ｂは、吸入口２２ａに連通している。吐出室２２ｃは、第１羽根車室２２ｂの周囲で吸入口２２ａの軸心周りに延びている。第１ディフューザ流路２２ｄは、第１羽根車室２２ｂと吐出室２２ｃとを連通している。第１羽根車室２２ｂは、第２プレート２５のシャフト挿通孔２５ａに連通している。

第３プレート２６は、モータハウジング２１の端壁２１ａの外面２１ｅに連結されている。第３プレート２６の中央部にはシャフト挿通孔２６ａが形成されている。シャフト挿通孔２６ａは、第２軸受保持部１７の内部に連通している。シャフト挿通孔２６ａの軸心は、第２軸受保持部１７の軸心と一致している。

タービンハウジング２３は筒状である。タービンハウジング２３には、空気が吐出される円孔状の吐出口２３ａが形成されている。タービンハウジング２３は、第３プレート２６におけるモータハウジング２１とは反対側の端面２６ｂに連結されている。吐出口２３ａは、タービンハウジング２３における第３プレート２６とは反対側の端面に開口している。吐出口２３ａの軸心は、第３プレート２６のシャフト挿通孔２６ａの軸心と、第２軸受保持部１７の軸心と、に一致している。

タービンハウジング２３と第３プレート２６の端面２６ｂとの間には、第２羽根車室２３ｂと、吸入室２３ｃと、第２ディフューザ流路２３ｄと、が形成されている。第２羽根車室２３ｂは、吐出口２３ａに連通している。吸入室２３ｃは、第２羽根車室２３ｂの周囲で吐出口２３ａの軸心周りに延びている。第２ディフューザ流路２３ｄは、第２羽根車室２３ｂと吸入室２３ｃとを連通している。第２羽根車室２３ｂは、シャフト挿通孔２６ａに連通している。

＜ステータ４１の構成＞
ステータ４１は円筒状である。ステータ４１は、モータハウジング２１の周壁２１ｂに固定されている。ステータ４１は、筒状のステータコア４３と、コイル４４と、を有している。ステータコア４３は、円筒状のヨーク４３ｃと、複数のティース４３ｄとを有している。ヨーク４３ｃの外周面は、モータハウジング２１の周壁内周面２１ｄに固定されている。言い換えると、ステータコア４３は、ハウジング２０の内周面に固定されている。各ティース４３ｄは、ヨーク４３ｃの内周面から径方向内側に向かって突出している。複数のティース４３ｄは、ステータコア４３の周方向に間隔を空けて並んでいる。コイル４４は、ティース４３ｄに巻回されている。コイル４４の一部であるコイルエンド４４ｅは、ステータコア４３の端面である第１コア端面４３ａ及び第２コア端面４３ｂの各々から突出している。

＜ロータ４２の構成＞
ロータ４２は、ステータコア４３の径方向内側に配置されている。したがって、ロータ４２は、ステータ４１の径方向内側に配置されているともいえる。ロータ４２は、ステータ４１の内側で回転する。

ロータ４２は、円筒状の保護管４６を有している。保護管４６は、例えば、ステンレス鋼により形成されている。保護管４６は、例えば、ＳＵＳ３１６により形成されていてもよい。

ロータ４２は、柱状の永久磁石４７及び軸部材４８を備える。ロータ４２は、軸部材４８の周方向に回転する。
永久磁石４７は、中実円柱状である。永久磁石４７は、保護管４６の内周面に圧入されている。これにより、保護管４６は、永久磁石４７の外周面である磁石外周面４７ｃを覆う。永久磁石４７は、保護管４６の内周面に固定されている。永久磁石４７の軸心は、保護管４６の軸心と一致している。永久磁石４７における軸線方向の長さは、保護管４６における軸線方向の長さよりも短い。永久磁石４７の軸線方向における第１端面４７ａと第２端面４７ｂとは、軸線方向に対して直交する方向に延びる平坦面状である。永久磁石４７は、永久磁石４７の径方向に着磁されている。

保護管４６の軸線方向において、保護管４６の一端を第１端部４６ａといい、保護管４６の他端を第２端部４６ｂという。第１端面４７ａ及び第２端面４７ｂは、保護管４６の内部に位置している。よって、保護管４６の軸線方向において、第１端部４６ａは永久磁石４７の第１端面４７ａから突出している。保護管４６の軸線方向において、第２端部４６ｂは永久磁石４７の第２端面４７ｂから突出している。

保護管４６の軸線方向の長さは、ステータコア４３の軸線方向の長さよりも長い。保護管４６の第１端部４６ａは、ステータコア４３の第１コア端面４３ａに対して突出している。保護管４６の第２端部４６ｂは、ステータコア４３の第２コア端面４３ｂに対して突出している。

＜軸部材４８の構成＞
軸部材４８は金属製である。軸部材４８の材料としては、例えば鉄が挙げられる。軸部材４８は、軸線方向Ｘにおける永久磁石４７の両側に位置している。軸部材４８は、保護管４６の軸線方向における両端に位置している。保護管４６の軸線方向において、保護管４６の一方に位置する軸部材４８を第１軸部材４９ともいい、保護管４６の他方に位置する軸部材４８を第２軸部材５０ともいう。

第１軸部材４９及び第２軸部材５０の軸線は、互いに一致している。第１軸部材４９及び第２軸部材５０の軸線を、軸部材４８の軸線Ｌという。軸部材４８の軸線Ｌは、永久磁石４７の軸線と一致している。軸部材４８の軸線方向を軸線方向Ｘという。軸線方向Ｘは、軸部材４８の軸線Ｌが延びる方向のことである。軸部材４８の軸線Ｌに直交する方向を直交方向Ｙという。直交方向Ｙは、軸部材４８の径方向に一致する。

図２に示すように、軸部材４８としての第１軸部材４９及び第２軸部材５０の各々は、接続部５１を備えている。接続部５１は、軸線方向Ｘにおいて永久磁石４７と隣り合う。すなわち、本実施形態の接続部５１は、軸線方向Ｘにおける永久磁石４７の両側に位置している。

軸部材４８は、保護管４６に接続される。第１軸部材４９において、軸線方向Ｘにおける接続部５１の一部は、保護管４６の第１端部４６ａに圧入されている。第２軸部材５０において、軸線方向Ｘにおける接続部５１の一部は、保護管４６の第２端部４６ｂに圧入されている。

図１に示すように、第１軸部材４９及び第２軸部材５０の各々は、軸部５２を備えている。軸部５２は円柱状である。軸部５２は、接続部５１における永久磁石４７とは反対側の端部に連続している。

第１軸部材４９は、支持プレート５４を備えている。支持プレート５４は、スラスト軸受収容室Ｓ２に配置されている。支持プレート５４は、第１軸部材４９の外周面から、直交方向Ｙにおける第１軸部材４９の外側へ向けて突出する環状である。支持プレート５４は、軸部材４８と一体的に回転可能である。支持プレート５４は、軸線方向Ｘにおいてモータ４０から離れた位置に配置されている。

＜スラスト軸受５５の構成＞
電動モータ１０は、スラスト軸受５５を備えている。スラスト軸受５５は、支持プレート５４をスラスト方向においてハウジング２０に対して回転可能に支持する。なお本実施形態でのスラスト方向は軸線方向Ｘである。

スラスト軸受５５は、スラスト軸受収容室Ｓ２に配置されている。スラスト軸受５５は、軸線方向Ｘにおける両側から支持プレート５４を挟むように配置されている。スラスト軸受５５は、第２プレート２５の端面２５ｃと支持プレート５４との間と、第１プレート２４の凹部底面２４ｄと支持プレート５４との間と、の各々に位置している。

スラスト軸受５５は、気体軸受である。ロータ４２の回転に伴って支持プレート５４が回転すると、軸線方向Ｘにおいて支持プレート５４の両側に位置する両スラスト軸受５５と支持プレート５４との間に動圧が生じる。これにより、スラスト軸受５５によって、支持プレート５４が両スラスト軸受５５に対して浮上する。支持プレート５４は、両スラスト軸受５５に対して非接触の状態で回転可能に支持される。

＜ラジアル軸受５６の構成＞
電動モータ１０は、ラジアル軸受５６を備えている。ラジアル軸受５６は円筒状である。ラジアル軸受５６は、軸部材４８をラジアル方向においてハウジング２０に対して回転可能に支持する。これにより、ラジアル軸受５６は、軸部材４８を回転可能に支持する。ラジアル軸受５６は、軸部材４８の外周面である軸外周面４８ａを支持する。なお本実施形態でのラジアル方向は、軸部材４８の軸線Ｌに対して直交する方向である。

第１軸部材４９と第２軸部材５０とが、それぞれ別のラジアル軸受５６によって支持されている。第１軸部材４９を支持するラジアル軸受５６を第１ラジアル軸受５６ａともいう。第２軸部材５０を支持するラジアル軸受５６を第２ラジアル軸受５６ｂともいう。

ラジアル軸受５６は、接続部５１を支持している。詳細には、第１ラジアル軸受５６ａは、第１軸部材４９の接続部５１を支持している。第２ラジアル軸受５６ｂは、第２軸部材５０の接続部５１を支持している。接続部５１のうち、直交方向Ｙにおいてラジアル軸受５６と対向する部分を対向部７１という。第１ラジアル軸受５６ａは、軸線方向Ｘにおける第１軸部材４９の一部と対向する。第２ラジアル軸受５６ｂは、軸線方向Ｘにおける第２軸部材５０の一部と対向する。そのため、第１軸部材４９及び第２軸部材５０の各々の軸線方向Ｘにおける一部が対向部７１に相当する。

第１ラジアル軸受５６ａは、第１軸受保持部１６に保持されている。第１ラジアル軸受５６ａは、軸線方向Ｘにおいて第１プレート２４と保護管４６との間に位置する。第２ラジアル軸受５６ｂは、第２軸受保持部１７に保持されている。第２ラジアル軸受５６ｂは、軸線方向Ｘにおいて第３プレート２６と保護管４６との間に位置する。

ラジアル軸受５６は、気体軸受である。すなわち、軸部材４８は、ハウジング２０に対して、気体軸受によって支持されている。ラジアル軸受５６は、軸部材４８の回転数がラジアル軸受５６により軸部材４８が浮上する浮上回転数に達するまでは、軸部材４８と接触した状態で軸部材４８を支持する。軸部材４８の回転数が浮上回転数に達すると、軸部材４８とラジアル軸受５６との間に生じる空気膜の動圧によって、軸部材４８がラジアル軸受５６に対して浮上する。これにより、ラジアル軸受５６は、軸部材４８と非接触の状態で軸部材４８を支持する。

＜作動体の構成＞
作動体としての第１羽根車３１及び第２羽根車３２は、ロータ４２と一体的に回転可能である。すなわち、モータ４０は作動体を回転させる。第１羽根車３１及び第２羽根車３２は、ハウジング２０内にて空気を吸入して吐出する。第１羽根車３１は、第１軸部材４９の軸部５２に連結されている。第１羽根車３１は、第１羽根車室２２ｂに位置する。第２羽根車３２は、第２軸部材５０の軸部５２に連結されている。第２羽根車３２は第２羽根車室２３ｂに位置する。

＜燃料電池システム１１の構成＞
燃料電池システム１１は、車載用燃料電池としての燃料電池スタック１２と、電動モータ１０と、供給流路Ｌ１と、吐出流路Ｌ２と、分岐流路Ｌ３と、を備えている。燃料電池スタック１２は、複数の電池セルから構成されている。供給流路Ｌ１は、吐出室２２ｃと燃料電池スタック１２とを接続する。吐出流路Ｌ２は、燃料電池スタック１２と吸入室２３ｃとを接続する。分岐流路Ｌ３は、供給流路Ｌ１から分岐している。分岐流路Ｌ３は、供給流路Ｌ１と冷却流路６０とを接続する。分岐流路Ｌ３の途中には、インタークーラＲ１が設けられている。インタークーラＲ１は、分岐流路Ｌ３を流れる空気を冷却する。

軸部材４８が回転すると、第１羽根車３１及び第２羽根車３２は軸部材４８と一体的に回転する。すると、吸入口２２ａから吸入された空気が第１羽根車室２２ｂ内で第１羽根車３１によって圧縮されるとともに第１ディフューザ流路２２ｄを通過して吐出室２２ｃから吐出される。そして、吐出室２２ｃから吐出された空気は、供給流路Ｌ１を介して燃料電池スタック１２に供給される。燃料電池スタック１２に供給された空気は、燃料電池スタック１２を発電するために使用される。その後、燃料電池スタック１２の排気として吐出流路Ｌ２へ吐出される。燃料電池スタック１２の排気は、吐出流路Ｌ２を介して吸入室２３ｃに吸入される。吸入室２３ｃに吸入される燃料電池スタック１２の排気は、第２ディフューザ流路２３ｄを通じて第２羽根車室２３ｂに吐出される。第２羽根車室２３ｂに吐出される燃料電池スタック１２の排気により第２羽根車３２が回転する。軸部材４８は、モータ４０の駆動による回転に加え、燃料電池スタック１２の排気により回転する第２羽根車３２の回転によっても回転する。燃料電池スタック１２の排気による第２羽根車３２の回転により軸部材４８の回転が補助される。吸入室２３ｃに吐出された燃料電池スタック１２の排気は、吐出口２３ａから外部へ吐出される。

＜冷却流路６０の構成＞
冷却流路６０はハウジング２０内に形成されている。冷却流路６０には冷媒が流れる。本実施形態おける冷媒は、気体としての空気である。冷却流路６０は、モータハウジング２１及び第１プレート２４に形成されている。冷却流路６０は、第１流路６１、第２流路６２、第３流路６３、第４流路６４、第５流路６５、及び排出流路６６を有している。

第１流路６１は、モータハウジング２１の周壁２１ｂに位置している。第１流路６１は、周壁２１ｂの外周面に形成された流入口６１ａを介してハウジング２０外に開口する。流入口６１ａに分岐流路Ｌ３が連通している。第２流路６２は、周壁２１ｂ及び第１プレート２４に位置している。第４流路６４は、周壁２１ｂ及び端壁２１ａに位置している。第２流路６２及び第４流路６４は、第１流路６１よりも冷媒の流れ方向の下流側に位置する。冷却流路６０は、第１流路６１の下流端から第２流路６２と第４流路６４とに分岐している。周壁２１ｂにおいて、第２流路６２及び第４流路６４は、第１流路６１の下流端から互いに反対方向に延びている。

第２流路６２のうちで周壁２１ｂに位置する部分は、軸線方向Ｘに延びている。第１プレート２４に位置する第２流路６２の部分のうち、一部は周壁２１ｂに位置する第２流路６２と連通するように軸線方向Ｘに延びており、この部分よりも下流部分は軸部材４８に向かって延びている。第２流路６２は、スラスト軸受収容室Ｓ２と第３流路６３とに連通している。第３流路６３は、第１ラジアル軸受５６ａに隣接している。第３流路６３は、軸線方向Ｘにおいて、第１ラジアル軸受５６ａとスラスト軸受５５との間に位置している。第３流路６３は、軸部材４８の周方向に延びている。第３流路６３は、直交方向Ｙにおける第１ラジアル軸受５６ａと第１軸部材４９の対向部７１との間を介して、モータ室Ｓ１に連通している。

第４流路６４のうちで周壁２１ｂに位置する部分は、軸線方向Ｘに延びている。端壁２１ａに位置する第４流路６４の部分のうち、一部は周壁２１ｂに位置する第４流路６４と連通するように軸線方向Ｘに延びており、この部分よりも下流部分は軸部材４８に向かって延びている。第４流路６４は第５流路６５に連通している。第５流路６５は、第２ラジアル軸受５６ｂに隣接している。第５流路６５は、軸線方向Ｘにおいて、第２ラジアル軸受５６ｂと第３プレート２６との間に位置している。第５流路６５は、軸部材４８の周方向に延びている。第５流路６５は、直交方向Ｙにおける第２ラジアル軸受５６ｂと第２軸部材５０の対向部７１との間を介して、モータ室Ｓ１に連通している。

排出流路６６は、モータハウジング２１の周壁２１ｂの内周面に開口している。排出流路６６を介してモータ室Ｓ１とハウジング２０の外部とが連通している。
＜冷却流路６０における冷媒の流れ＞
燃料電池スタック１２に向かって供給流路Ｌ１を流れる空気の一部が冷媒として、分岐流路Ｌ３を介して第１流路６１に流入する。第１流路６１に流入する冷媒は、分岐流路Ｌ３を流れる途中でインタークーラＲ１によって冷却される。第１流路６１に流入した冷媒は、第２流路６２及び第４流路６４の各々に流入する。

第２流路６２に流入した冷媒は、第３流路６３及びスラスト軸受収容室Ｓ２の各々に流入する。第３流路６３に流入した冷媒は、第１ラジアル軸受５６ａと第１軸部材４９の対向部７１との間を通過した後に、モータ室Ｓ１に流入する。したがって、冷却流路６０は、第１ラジアル軸受５６ａと第１軸部材４９の対向部７１との間を含んでいる。こうしてモータ室Ｓ１内に流入した冷媒は、例えば、ロータ４２とステータ４１との間を通過した後、排出流路６６に流入する。

第４流路６４に流入した冷媒は、第５流路６５に流入する。第５流路６５に流入した冷媒は、第２ラジアル軸受５６ｂと第２軸部材５０の対向部７１との間を通過した後に、モータ室Ｓ１に流入する。したがって、冷却流路６０は、第２ラジアル軸受５６ｂと第２軸部材５０の対向部７１との間を含んでいる。こうしてモータ室Ｓ１内に流入した冷媒は、排出流路６６に流入する。冷媒は、排出流路６６を介してモータ室Ｓ１からハウジング２０の外部に排出される。

このように、冷媒が冷却流路６０を流れることにより、スラスト軸受５５、第１ラジアル軸受５６ａ、第２ラジアル軸受５６ｂ、及びモータ４０の各々が冷媒によって直接冷却される。よって、燃料電池スタック１２に向かって流れる空気の一部が、冷却流路６０を流れる冷媒として冷却流路６０に流入される。

＜軸部材４８の詳細な構成＞
図２に示すように、軸部材４８の内部には、空間Ｓ３が区画されている。本実施形態の空間Ｓ３は、軸線方向Ｘにおける接続部５１の一端から他端に亘って形成されている。接続部５１は、有底筒状である。接続部５１は、軸線方向Ｘに軸線が延びる。接続部５１の軸心は、第１ラジアル軸受５６ａの軸心と、第２ラジアル軸受５６ｂの軸心とに一致している。接続部５１は、軸線方向Ｘにおける一端に開口端５３ａを備え、他端に閉塞端５３ｂを備えている。

軸部材４８は、永久磁石４７に対向する底面４８ｂと、保護管４６に接続される側面４８ｃと、を備える有底筒状である。底面４８ｂは、閉塞端５３ｂの端面に相当する。底面４８ｂは、軸線方向Ｘに直交してもよい。側面４８ｃは、接続部５１の内周面に相当する。側面４８ｃは、保護管４６に接続される。

空間Ｓ３は、少なくとも永久磁石４７、底面４８ｂ、及び側面４８ｃによって軸部材４８の内部に区画されている。詳細には、第１軸部材４９における空間Ｓ３は、第１軸部材４９における底面４８ｂ及び側面４８ｃと、永久磁石４７の第１端面４７ａと、によって区画されている。第２軸部材５０における空間Ｓ３は、第２軸部材５０における底面４８ｂ及び側面４８ｃと、永久磁石４７の第２端面４７ｂと、によって区画されている。

第１軸部材４９における開口端５３ａは、軸線方向Ｘにおいて永久磁石４７の第１端面４７ａと対向している。第２軸部材５０における開口端５３ａは、軸線方向Ｘにおいて永久磁石４７の第２端面４７ｂと対向している。

接続部５１と永久磁石４７とは、接触している。軸線方向Ｘにおいて開口端５３ａと永久磁石４７とが接している。詳細には、第１軸部材４９における開口端５３ａと、永久磁石４７の第１端面４７ａと、が接している。第２軸部材５０における開口端５３ａと、永久磁石４７の第２端面４７ｂと、が接している。

第１軸部材４９における空間Ｓ３を第１空間Ｓ３１ともいう。第２軸部材５０における空間Ｓ３を第２空間Ｓ３２ともいう。第１空間Ｓ３１は、軸線方向Ｘにおける第１軸部材４９の軸部５２と永久磁石４７との間に位置している。第１空間Ｓ３１は、永久磁石４７の第１端面４７ａと隣り合っている。第１空間Ｓ３１は、直交方向Ｙにおいて第１ラジアル軸受５６ａと重なっている。

第２空間Ｓ３２は、軸線方向Ｘにおける第２軸部材５０の軸部５２と永久磁石４７との間に位置している。第２空間Ｓ３２は、永久磁石４７の第２端面４７ｂと隣り合っている。第２空間Ｓ３２は、直交方向Ｙにおいて第２ラジアル軸受５６ｂと重なっている。

側面４８ｃは、大径部７３と小径部７２とを有している。大径部７３は、保護管４６に接続される接続部５１を形成する。小径部７２は、底面４８ｂに繋がる。小径部７２及び大径部７３は、いずれも軸線方向Ｘに軸線が延びる筒状である。

小径部７２の内径の寸法を第１内径寸法Ａ１という。大径部７３の内径の寸法を第２内径寸法Ａ２という。第２内径寸法Ａ２は、第１内径寸法Ａ１よりも大きい。すなわち、大径部７３は、小径部７２よりも内径が大きい。小径部７２と大径部７３とは、軸線方向Ｘにおいて互いに隣り合っている。

小径部７２の内部空間と大径部７３の内部空間とは互いに連通している。小径部７２の内部空間と大径部７３の内部空間とで空間Ｓ３が構成されている。大径部７３は、軸線方向Ｘにおける小径部７２と永久磁石４７との間に位置する。軸部材４８のうち、内部に小径部７２が位置する部分が、ラジアル軸受５６と対向する対向部７１に相当する。

側面４８ｃには、複数の連通孔５１ｈが形成されている。複数の連通孔５１ｈは、永久磁石４７を冷却する冷媒を空間Ｓ３と空間Ｓ３の外部とを往来させるものである。複数の連通孔５１ｈは、側面４８ｃと接続部５１の外周面との間で貫通する貫通孔である。

複数の連通孔５１ｈは、吸入孔５１ａ及び排出孔５１ｂである。吸入孔５１ａ及び排出孔５１ｂは、第１軸部材４９及び第２軸部材５０の各々の接続部５１に形成されている。吸入孔５１ａは、空間Ｓ３に冷媒を吸入するためのものである。排出孔５１ｂは、空間Ｓ３から冷媒を排出するためのものである。冷媒は、吸入孔５１ａを介して冷却流路６０から空間Ｓ３に吸入される。冷媒は、排出孔５１ｂを介して、空間Ｓ３から冷却流路６０に排出される。

第１軸部材４９及び第２軸部材５０の各々において、吸入孔５１ａは小径部７２を貫通している。第１軸部材４９及び第２軸部材５０の各々において、排出孔５１ｂは大径部７３を貫通している。

接続部５１への排出孔５１ｂの形成位置は、吸入孔５１ａの形成位置よりも軸線方向Ｘにおいて永久磁石４７に近い。軸線方向Ｘにおいて、接続部５１における吸入孔５１ａの形成位置と排出孔５１ｂの形成位置との間に、対向部７１が位置している。すなわち、接続部５１のうち、軸線方向Ｘにおける対向部７１より一方側に吸入孔５１ａが位置し、軸線方向Ｘにおける対向部７１より他方側に排出孔５１ｂが位置している。気体軸受としてのラジアル軸受５６は、軸部材４８における吸入孔５１ａと排出孔５１ｂとの間の軸外周面４８ａを支持する。

第１軸部材４９の接続部５１において、吸入孔５１ａは第３流路６３に連通している。第３流路６３と、第１軸部材４９の接続部５１の内部の第１空間Ｓ３１と、が吸入孔５１ａを介して連通している。第１軸部材４９の接続部５１において、排出孔５１ｂはモータ室Ｓ１に連通している。すなわち、第１軸部材４９における排出孔５１ｂは、冷却流路６０のうち、吸入孔５１ａの連通箇所よりも下流箇所に連通している。第１軸部材４９の接続部５１の内部の第１空間Ｓ３１と、モータ室Ｓ１と、が排出孔５１ｂを介して連通している。

第２軸部材５０の接続部５１において、吸入孔５１ａは第５流路６５に連通している。第５流路６５と、第２軸部材５０の接続部５１の内部の第２空間Ｓ３２と、が吸入孔５１ａを介して連通している。第２軸部材５０の接続部５１において、排出孔５１ｂはモータ室Ｓ１に連通している。すなわち、第２軸部材５０における排出孔５１ｂは、冷却流路６０のうち、吸入孔５１ａの連通箇所よりも下流箇所に連通している。第２軸部材５０の接続部５１の内部の第２空間Ｓ３２と、モータ室Ｓ１と、が排出孔５１ｂを介して連通している。

図３には、軸部材４８の軸線Ｌに対して直交する軸部材４８の断面形状であって、小径部７２が位置する部分の断面形状を示す。この断面形状をみたとき、吸入孔５１ａは、側面４８ｃから接続部５１の外周面に近づくほど、軸部材４８の回転方向Ｄにずれるように軸部材４８を貫通している。吸入孔５１ａは、軸部材４８の回転方向Ｄに延びるように側面４８ｃを貫通している。

吸入孔５１ａは、接続部５１に複数形成されている。軸部材４８の周方向において吸入孔５１ａ同士が等間隔をもって互いに離れるように、複数の吸入孔５１ａが接続部５１に形成されている。本実施形態の吸入孔５１ａは、小径部７２の４箇所に形成されている。

図４には、軸部材４８の軸線Ｌに対して直交する軸部材４８の断面形状であって、大径部７３が位置する部分の断面形状を示す。この断面形状をみたとき、排出孔５１ｂは、接続部５１の外周面から側面４８ｃに近づくほど、軸部材４８の回転方向Ｄにずれるように軸部材４８を貫通している。排出孔５１ｂは、軸部材４８の回転方向Ｄとは逆方向に延びるように側面４８ｃを貫通している。

排出孔５１ｂは、接続部５１に複数形成されている。軸部材４８の周方向において排出孔５１ｂ同士が等間隔をもって互いに離れるように、複数の排出孔５１ｂが接続部５１に形成されている。本実施形態の排出孔５１ｂは、大径部７３の４箇所に形成されている。

＜冷却流路６０と空間Ｓ３との間の冷媒の流れ＞
図２に示すように、冷却流路６０を流れる冷媒が空間Ｓ３に導入される。図面では、冷媒の流れを破線の矢印で模式的に示している。冷却流路６０において、第２流路６２から第３流路６３に流入した冷媒は、第１軸部材４９における吸入孔５１ａを介して接続部５１の内部の第１空間Ｓ３１に導入される。冷却流路６０において、第４流路６４から第５流路６５に流入した冷媒は、第２軸部材５０における吸入孔５１ａを介して接続部５１の内部の第２空間Ｓ３２に導入される。

吸入孔５１ａを介して空間Ｓ３に導入された冷媒は、小径部７２の内部から大径部７３の内部に流れる。大径部７３の内部の空間Ｓ３から、排出孔５１ｂを介してモータ室Ｓ１に冷媒が排出される。

＜作用＞
次に、本実施形態の作用について説明する。
接続部５１は、軸線方向Ｘにおいて永久磁石４７と隣り合っている。冷却流路６０から接続部５１の内部の空間Ｓ３に冷媒が導入されることにより、空間Ｓ３を流れる冷媒によって永久磁石４７が冷却される。冷媒は、排出孔５１ｂを介して空間Ｓ３から排出される。そのため、永久磁石４７からの熱を受けて昇温した冷媒が排出孔５１ｂを介して空間Ｓ３から排出される。吸入孔５１ａを介した空間Ｓ３への空気の吸入が行われつつ、排出孔５１ｂを介した空間Ｓ３からの冷媒の排出が行われることにより、空間Ｓ３を流れる冷媒によって永久磁石４７が冷却される。

＜効果＞
上記実施形態によれば以下の効果を得ることができる。
（１）軸部材４８は、永久磁石４７の磁石外周面４７ｃを覆う保護管４６に接続される。軸部材４８の内部の空間Ｓ３は、永久磁石４７と軸部材４８の底面４８ｂ及び側面４８ｃとによって区画される。冷媒は、軸部材４８の内部の空間Ｓ３と空間Ｓ３の外部とを連通孔５１ｈを介して往来する。空間Ｓ３を流れる冷媒によって永久磁石４７が冷却される。したがって、永久磁石４７を効率良く冷却できる。

（２）複数の連通孔５１ｈは、空間Ｓ３に冷媒を吸入する吸入孔５１ａ、及び空間Ｓ３から冷媒を排出する排出孔５１ｂである。吸入孔５１ａは、軸部材４８の回転方向Ｄに延びるように側面４８ｃを貫通する。排出孔５１ｂは、軸部材４８の回転方向Ｄとは逆方向に延びるように側面４８ｃを貫通する。軸部材４８の回転に伴って、吸入孔５１ａを介して空間Ｓ３に冷媒が引き込まれるため、空間Ｓ３への冷媒の吸入が促進される。軸部材４８の回転に伴って、排出孔５１ｂを介して空間Ｓ３から冷媒が押し出されるため、空間Ｓ３からの冷媒の排出が促進される。したがって、永久磁石４７からの熱を受けて昇温した冷媒が排出孔５１ｂを介して空間Ｓ３から排出されやすくなるため、空間Ｓ３を流れる冷媒によって、永久磁石４７の冷却をより促進させることができる。

（３）側面４８ｃは、保護管４６に接続される接続部５１を形成する大径部７３と、底面４８ｂに繋がる小径部７２とを有する。軸部材４８の回転に伴って、小径部７２よりも大きな遠心力が大径部７３に作用する。吸入孔５１ａは小径部７２を貫通する。排出孔５１ｂは大径部７３を貫通する。そのため、大径部７３に作用する遠心力により、排出孔５１ｂを介してなされる空間Ｓ３からの冷媒の排出が促進される。したがって、永久磁石４７からの熱を受けて昇温した冷媒が排出孔５１ｂを介して空間Ｓ３から排出されやすくなるため、空間Ｓ３を流れる冷媒によって、永久磁石４７の冷却をより促進させることができる。

（４）接続部５１と永久磁石４７とが接触している。そのため、空間Ｓ３を流れる冷媒は、永久磁石４７のうちで接続部５１が接触する箇所に接するように流れる。したがって、永久磁石４７をより効率良く冷却できる。

（５）軸部材４８の回転に伴って軸部材４８と気体軸受としてのラジアル軸受５６との間に空気膜の動圧が生じると、ラジアル軸受５６が軸部材４８と非接触の状態で軸部材４８を支持するようになる。こうしてラジアル軸受５６と軸部材４８とが非接触の状態になると、軸部材４８からラジアル軸受５６への熱伝導が生じにくくなる。ラジアル軸受５６への熱伝導による軸部材４８の冷却がなされにくくなるため、軸部材４８への熱伝導による永久磁石４７の冷却がなされにくくなる。上記実施形態によれば、気体軸受としてのラジアル軸受５６は、軸部材４８における吸入孔５１ａと排出孔５１ｂとの間の外周面としての軸外周面４８ａを支持する。そのため、軸部材４８のうち、ラジアル軸受５６への熱伝導による冷却がなされにくい部分を、空間Ｓ３を流れる冷媒によって冷却できる。

＜変更例＞
なお、上記実施形態は、以下のように変更して実施することができる。上記実施形態及び以下の変更例は、技術的に矛盾しない範囲で互いに組み合わせて実施することができる。

○ 接続部５１のうち、軸線方向Ｘにおける対向部７１を挟んだ両側のいずれか片方に、吸入孔５１ａ及び排出孔５１ｂの両方が位置してもよい。この場合、気体軸受としてのラジアル軸受５６は、軸部材４８の軸外周面４８ａのうち、吸入孔５１ａと排出孔５１ｂとの間の部分以外を支持する。

○ ラジアル軸受５６が対向する対向部７１の位置は、小径部７２が内部に位置する軸部材４８の部分に限らない。例えば、この場合の対向部７１の位置は、例えば大径部７３が内部に位置する軸部材４８の部分であってもよい。

○ 吸入孔５１ａは、軸部材４８の回転方向Ｄに延びるように側面４８ｃを貫通するものに限らない。排出孔５１ｂは、軸部材４８の回転方向Ｄとは逆方向に延びるように側面４８ｃを貫通するものに限らない。例えば、吸入孔５１ａ及び排出孔５１ｂは、軸部材４８の軸線Ｌに向かって側面４８ｃを貫通してもよい。吸入孔５１ａ及び排出孔５１ｂは、側面４８ｃと接続部５１の外周面との間で軸部材４８の軸線Ｌに向かって延びるように貫通するものであってもよい。

○ 複数の連通孔５１ｈは、冷媒を空間Ｓ３と空間Ｓ３の外部とを往来させることができれば、吸入孔５１ａ及び排出孔５１ｂといった区別がなくてもよい。
○ 大径部７３及び小径部７２のいずれか一方のみに、複数の連通孔５１ｈが貫通してもよい。

○ 側面４８ｃに小径部７２と大径部７３といった区別がなくてもよい。この場合の接続部５１は、例えば、軸線方向Ｘの全体において内径が一律の大きさである。この場合も、側面４８ｃに複数の連通孔５１ｈが貫通する。

○ 接続部５１と永久磁石４７とは、接触していなくてもよい。この場合、軸線方向Ｘにおいて開口端５３ａと永久磁石４７とは互いに離れている。空間Ｓ３は、永久磁石４７、底面４８ｂ、及び側面４８ｃのほか、保護管４６の内周面によって区画されてもよい。

○ 第１軸部材４９及び第２軸部材５０のいずれか一方の内部のみに、空間Ｓ３が区画されてもよい。軸部材４８は、軸線方向Ｘにおける永久磁石４７の両側のいずれか一方のみに位置していてもよい。

○ ラジアル軸受５６は保護管４６を支持してもよい。
○ ラジアル軸受５６は気体軸受に限らない。例えば、ラジアル軸受５６は、転がり軸受又は滑り軸受であってもよい。

○ 燃料電池スタック１２に向かって流れる空気とは別の空気を冷媒として空間Ｓ３に流してもよい。
○ 空間Ｓ３に流れる冷媒は空気に限らない。空間Ｓ３に流れる冷媒は、例えば冷媒ガス等の気体であってもよい。空間Ｓ３に流れる冷媒は、液状の冷媒等の液体であってもよい。

○ 電動モータ１０は、第１羽根車３１によって圧縮された冷媒が、第２羽根車３２によって再び圧縮されるような構成であってもよい。
○ 電動モータ１０の圧縮対象は、液状の冷媒であってもよい。電動モータ１０は空調装置に用いられていてもよい。電動モータ１０は、車両に搭載されるものに限定されるものではない。

Ｄ…回転方向、Ｓ３…空間、１０…電動モータ、２０…ハウジング、４１…ステータ、４２…ロータ、４４…コイル、４３ｄ…ティース、４６…保護管、４７…永久磁石、４７ｃ…磁石外周面、４８…軸部材、４８ａ…軸外周面、４８ｂ…底面、４８ｃ…側面、５１…接続部、５１ａ…吸入孔、５１ｂ…排出孔、５１ｈ…連通孔、５６…ラジアル軸受、７２…小径部、７３…大径部。

Claims (5)

1. ティースにコイルが巻回された円筒状のステータと、
   柱状の永久磁石、前記永久磁石の外周面を覆う円筒状の保護管、及び前記保護管に接続される軸部材を備え、前記ステータの内側で回転するロータと、を備える電動モータであって、
   前記軸部材は、前記永久磁石に対向する底面と、前記底面から前記保護管に向けて延び、前記保護管に接続される側面と、を備える有底筒状であり、
   少なくとも前記永久磁石、前記底面、及び前記側面によって前記軸部材の内部に空間が区画され、
   前記側面には、前記永久磁石を冷却する冷媒を前記空間と前記空間の外部とを往来させる複数の連通孔が形成されていることを特徴とする電動モータ。
2. 複数の前記連通孔は、前記空間に前記冷媒を吸入する吸入孔、及び前記空間から前記冷媒を排出する排出孔であり、
   前記吸入孔は、前記軸部材の回転方向に延びるように前記側面を貫通し、
   前記排出孔は、前記回転方向とは逆方向に延びるように前記側面を貫通する、ことを特徴とする請求項１に記載の電動モータ。
3. 複数の前記連通孔は、前記空間に前記冷媒を吸入する吸入孔、及び前記空間から前記冷媒を排出する排出孔であり、
   前記側面は、前記保護管に接続される接続部を形成する大径部と、前記底面に繋がる小径部とを有し、
   前記吸入孔は、前記小径部を貫通し、
   前記排出孔は、前記大径部を貫通する、ことを特徴とする請求項１または請求項２に記載の電動モータ。
4. 前記接続部と前記永久磁石とは、接触している、ことを特徴とする請求項３に記載の電動モータ。
5. 前記ステータと前記ロータとを収容するハウジングを更に備え、
   前記軸部材は、前記ハウジングに対して、気体軸受によって支持され、
   前記気体軸受は、前記軸部材における前記吸入孔と前記排出孔との間の外周面を支持する、ことを特徴とする請求項２～請求項４のいずれか一項に記載の電動モータ。

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