JP2023122099A - Rotary electric machine casing and motor - Google Patents
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Abstract
Description
本発明は、回転電気機械に係り、特に、冷却効果に優れた回転電気機械用のケーシング、及びこのケーシングを適用したモータに関する。 TECHNICAL FIELD The present invention relates to a rotating electrical machine, and more particularly to a casing for a rotating electrical machine with excellent cooling effect and a motor to which this casing is applied.
回転電気機械を構成するモータのうち、特にインホイールモータにおける冷却技術として、特許文献1、2に開示されているようなものが知られている。特許文献1に開示されている技術は、ホイールに開口を設けると共に、ホイールの外側面側に車軸と共に回転するファンを設ける構成としている。ファンは、ホイールの内側面側から外側面側に向けて風を吸い出す作用を担うように設けられ、ワンウェイクラッチを備えることで車輪の回転が停止した状態でも回転が許容されるように構成されている。このような構成のインホイールモータであれば、ホイールの回転に伴って空気をホイール内部に取り込み、そして排出することができるため、冷却効果を得ることができると考えられる。しかし、このような構成のインホイールモータでは、部品点数が増える事に加え、ホイール内部に塵埃が介入する恐れもある。また、ホイールの回転が停止した状態でもファンが回転を維持するため、誤って接触した場合には怪我などの危険を伴うこととなる。 2. Description of the Related Art Among motors that constitute rotary electric machines, techniques disclosed in Patent Documents 1 and 2 are known as cooling techniques particularly for in-wheel motors. The technology disclosed in Patent Literature 1 has a configuration in which an opening is provided in the wheel and a fan that rotates together with the axle is provided on the outer side surface of the wheel. The fan is provided to suck air from the inner side of the wheel toward the outer side, and is equipped with a one-way clutch so that it can rotate even when the wheel stops rotating. there is With an in-wheel motor having such a configuration, air can be taken into and discharged from the inside of the wheel as the wheel rotates, so it is thought that a cooling effect can be obtained. However, in the in-wheel motor having such a configuration, the number of parts increases, and there is a possibility that dust may enter the inside of the wheel. In addition, since the fan continues to rotate even when the wheel stops rotating, there is a risk of injury in the event of accidental contact.
特許文献2に開示されている技術は、インホイールモータの回転を制御する制御装置を冷却するための技術であり、制御装置からケーシングの外部にまで引き回されたヒートパイプを利用して冷却するというものである。また、特許文献2には、ヒートパイプにおけるケーシングの外部に配置されている部位にヒートシンクを設けても良い旨記載されている。特許文献2に開示されているヒートシンクは、ホイールの外周側に配置されるため、ホイールが回転する事により効率的に冷却効果を得る事ができると考えられる。しかし、ホイールの外周にヒートパイプやヒートシンクを配置するため、重量バランスが崩れるやすくなると共に、タイヤの配置形態に制限が課されることとなってしまう。 The technology disclosed in Patent Document 2 is a technology for cooling a control device that controls the rotation of an in-wheel motor, and uses a heat pipe routed from the control device to the outside of the casing for cooling. That's what it means. Moreover, Patent Document 2 describes that a heat sink may be provided at a portion of the heat pipe that is disposed outside the casing. Since the heat sink disclosed in Patent Document 2 is arranged on the outer peripheral side of the wheel, it is considered that the rotation of the wheel can efficiently obtain a cooling effect. However, since heat pipes and heat sinks are arranged on the outer periphery of the wheel, the weight balance tends to be disturbed and restrictions are imposed on the arrangement of the tires.
また、一般的なモータにおける発熱を抑制する技術として本願出願人は、特許文献3に開示しているようなものを提案している。特許文献3に開示されている冷却技術は、円筒状を成すケーシングの側壁であって、回転子と対向する内周部に、凹凸を設けるというものである。このような構成とすることで、内部に封入した冷媒が回転子の回転により掻き上げられ、ケーシングの側壁内周面に触れることとなる。ケーシングの内周面に凹凸を設けることで、冷媒とケーシングとの接触面積が増え、熱伝の伝達効率を向上させることができる。確かに、このような構成のケーシングによれば、モータの放熱を促進させることができる。しかし、このような構成により冷却効果の促進を図るためには、ケーシングの側壁に十分な長さがあり、多くの凹凸を形成する事ができることが要件となる。このため、支軸方向の長さよりも半径方向の長さが大きくなりがちなインホイールモータのケーシングに適用した場合には、十分な冷却効果を得る事ができない場合もある。 Further, the applicant of the present application has proposed a technique disclosed in Patent Document 3 as a technique for suppressing heat generation in a general motor. The cooling technique disclosed in Patent Document 3 is to provide unevenness on the inner peripheral portion of the side wall of a cylindrical casing facing the rotor. With such a configuration, the refrigerant enclosed inside is raked up by the rotation of the rotor and comes into contact with the inner peripheral surface of the side wall of the casing. By providing the unevenness on the inner peripheral surface of the casing, the contact area between the refrigerant and the casing increases, and the efficiency of heat transfer can be improved. Certainly, the casing having such a configuration can promote the heat dissipation of the motor. However, in order to promote the cooling effect with such a configuration, it is necessary that the side walls of the casing have a sufficient length so that many irregularities can be formed. Therefore, when applied to the casing of an in-wheel motor, which tends to be longer in the radial direction than in the axial direction, it may not be possible to obtain a sufficient cooling effect.
そこで本発明では、インホイールモータとして適用した場合でも、部品点数の増加や塵埃の混入の虞が無く、かつ重量バランスの崩れを防ぎつつ、タイヤの配置形態にも自由度を高くした上で、冷却効率の高い回転電気機械用ケーシングと、このケーシングを用いたモータを提供することを目的とする。 Therefore, in the present invention, even when applied as an in-wheel motor, there is no risk of an increase in the number of parts or contamination of dust, and the loss of weight balance is prevented. An object of the present invention is to provide a casing for a rotary electric machine with high cooling efficiency and a motor using this casing.
上記目的を達成するための本発明に係る回転電気機械用ケーシングは、内部に回転子を収容する回転電気機械のケーシングであって、円筒状を成す側壁と、前記側壁の長手方向両端部に配置される端部壁とを有し、前記端部壁は、ケーシング内部側に位置する側面に第1の凹凸フィンを備え、前記第1の凹凸フィンは、前記端部壁の中心側から外周側に向けて放射状に配置されていることを特徴とする。 A casing for a rotating electrical machine according to the present invention for achieving the above object is a casing for a rotating electrical machine that accommodates a rotor therein, comprising a cylindrical side wall and arranged at both ends in the longitudinal direction of the side wall. The end wall has a first concave-convex fin on a side surface located on the inner side of the casing, and the first concave-convex fin extends from the center side to the outer peripheral side of the end wall. It is characterized by being arranged radially toward.
また、上記のような特徴を有する回転電気機械用ケーシングにおいて前記端部壁は、ケーシングの外部側に位置する側面に第2の凹凸フィンを備え、前記第2の凹凸フィンも、前記端部壁の中心側から外周側に向けて放射状に配置されているようにすると良い。このような特徴を有する事によれば、第1の凹凸フィンを介して吸熱した熱を、第2の凹凸フィンを介して効率的に放熱する事が可能となる。 Further, in the casing for a rotary electric machine having the characteristics described above, the end wall includes second uneven fins on a side surface located on the outer side of the casing, and the second uneven fins also form the end wall. It is preferable that they are arranged radially from the center side of the to the outer peripheral side. With such characteristics, heat absorbed through the first uneven fins can be efficiently released through the second uneven fins.
また、上記のような特徴を有する回転電気機械用ケーシングにおける前記端部壁の直径は、前記側壁の長手方向長さよりも長くすると良い。このような特徴を有する事によれば、ケーシングにおける端部壁の占有面積が大きくなる。このため、端部壁における凹凸フィンによる吸放熱効果を高めることができる。 Further, in the rotating electrical machine casing having the characteristics described above, the diameter of the end wall is preferably longer than the length of the side wall in the longitudinal direction. This feature increases the footprint of the end wall in the casing. Therefore, it is possible to enhance the heat absorption/radiation effect of the uneven fins on the end wall.
また、上記のような特徴を有する回転電気機械用ケーシングにおける前記側壁は、前記端部壁のうちのいずれか一方の端部壁からいずれか他方の端部壁に向けて、内周を拡大する傾斜を持つテーパ面を構成しているようにすると良い。このような特徴を有する事によれば、ケーシングの内部に冷媒を入れてケーシングを回転させた場合、遠心力により冷媒が他方の端部壁側に集まることとなる。 Further, in the rotating electrical machine casing having the features described above, the side wall expands the inner circumference from one of the end walls toward the other end wall. It is preferable to form a tapered surface having an inclination. According to such a feature, when the casing is rotated with the refrigerant put therein, the refrigerant gathers on the other end wall side due to the centrifugal force.
さらに、上記のような特徴を有する回転電気機械用ケーシングでは、前記ケーシングの内部側に位置する壁面の内の少なくとも一部には吸熱塗膜が施されており、前記ケーシングの外部側に位置する壁面の内の少なくとも一部には放熱塗膜が施されているようにすると良い。このような特徴を有する事によれば、ケーシング内部にこもる熱の排熱効果を高める事ができる。なお、いずれの塗膜も実質的に導電性を有しないことが望ましい。 Further, in the casing for a rotating electric machine having the characteristics described above, at least a part of the wall surface located on the inner side of the casing is coated with an endothermic coating, and the wall surface located on the outer side of the casing is coated with heat absorbing coating. At least part of the wall surface is preferably coated with a heat-dissipating coating. By having such characteristics, it is possible to enhance the effect of exhausting the heat trapped inside the casing. In addition, it is desirable that none of the coating films have conductivity substantially.
また、上記目的を達成するための本発明に係るモータは、上記いずれかの回転電気機械用ケーシングを採用し、前記回転子は支軸を起点として回転する構成とし、前記ケーシングは、前記支軸を固定した場合に前記回転子の回転に起因して回転する構成としたことを特徴とする。 Further, a motor according to the present invention for achieving the above objects employs any one of the casings for a rotary electric machine described above, the rotor is configured to rotate around a support shaft, and the casing is configured to rotate around the support shaft. is fixed, the rotor rotates due to the rotation of the rotor.
以下の実施形態に係るモータは、コアレスタイプ(円筒コイルタイプ)のブラシレスインホイールモータであり、コイルと支軸が固定され、コイルに対向配置したヨーク(インナーヨークかアウターヨークの何れか一方、又は両方。ヨークの少なくとも一方にはコイルに対向して永久磁石を具備している。以下の実施形態では回転子と呼ぶことがある)とケーシング(モータをホイールとして利用した場合には車輪の外輪を兼ね、円周上にタイヤを備える場合がある)が回転する。なお、ケーシングと回転子の関係は、直結されている場合と減速機等の変速ギアを介して回転子の回転をケーシングに伝えられる場合を含み、以下の実施形態は後者となる。そして以下の実施形態では、変速ギアを回転子に直結させていてモータの内部構造物(回転要素)の一部としている。 The motors according to the following embodiments are coreless type (cylindrical coil type) brushless in-wheel motors, in which a coil and a support shaft are fixed, and a yoke (either an inner yoke or an outer yoke, or At least one of the yokes is provided with a permanent magnet facing the coil, which may be referred to as a rotor in the following embodiments) and a casing (when the motor is used as a wheel, the outer ring of the wheel). Also, it may have tires on the circumference) rotates. The relationship between the casing and the rotor includes the case where the casing and the rotor are directly connected and the case where the rotation of the rotor is transmitted to the casing via a transmission gear such as a speed reducer, and the following embodiments are the latter. In the following embodiments, the transmission gear is directly connected to the rotor and is used as a part of the internal structure (rotating element) of the motor.
また、上記のような特徴を有するモータでは、前記ケーシングの内部に、液状の冷媒を備え、前記冷媒は、前記側壁の内側に広がった際、前記回転子に接触しなくなる量とすることが望ましい。このような特徴を有する事によれば、回転状態における回転子がケーシング内部に濡れ広がった冷媒と接触する事が無いため、冷媒が回転子の回転を妨げる抵抗となる虞が無い。 Further, in the motor having the characteristics described above, it is preferable that the casing contains a liquid refrigerant, and the amount of the refrigerant is such that it does not come into contact with the rotor when it spreads inside the side wall. . With such a feature, the rotor does not come into contact with the coolant that has spread inside the casing while the rotor is rotating, so there is no fear that the coolant will act as a resistance that hinders the rotation of the rotor.
さらに、上記のような特徴を有するモータにおいて前記ケーシング内部には、前記支軸に接続された固定子が配置され、前記固定子には、回転する前記ケーシングにおける前記側壁の内側に広がった前記冷媒の一部に接触してその流れを導く冷媒誘導部材が備えられていることが望ましい。このような特徴を有する事によれば、冷媒を所望する場所へ導くことができると共に効果的に循環させることができるようになり、冷却効果を高めることができる。 Further, in the motor having the characteristics described above, a stator connected to the support shaft is arranged inside the casing, and the stator is provided with the refrigerant spreading inside the side wall of the rotating casing. Preferably, a coolant directing member is provided which contacts and directs the flow of a portion of the. With such features, the coolant can be guided to a desired location and circulated effectively, thereby enhancing the cooling effect.
また、上記目的を達成するための本発明に係るモータは、上記いずれかに記載の回転電気機械用ケーシングを採用すると共に前記ケーシングの内部に、前記側壁の内側に広がった際、前記回転子に接触しなくなる量の液状の冷媒を備え、前記回転子は支軸を起点として回転する構成とし、前記ケーシングは、前記支軸を固定した場合に前記回転子の回転に起因して回転する構成とし、前記ケーシング内部には、前記支軸に接続された固定子が配置され、前記固定子には、前記いずれか他方の端部壁側に位置する部位に、回転する前記ケーシングにおける前記側壁の内側に広がった前記冷媒の一部に接触してその流れを導く冷媒誘導部材が備えられていることを特徴とするものであっても良い。 Further, a motor according to the present invention for achieving the above object employs any one of the casings for a rotary electric machine described above, and when the casing extends inside the side wall, the rotor has a The rotor is configured to rotate around a support shaft, and the casing is configured to rotate due to the rotation of the rotor when the support shaft is fixed. , a stator connected to the support shaft is disposed inside the casing, and the stator is provided with a portion located on the side of the other end wall of the rotating casing inside the side wall of the rotating casing. It may be characterized by comprising a refrigerant guide member that comes into contact with a part of the refrigerant that spreads out and guides the flow of the refrigerant.
また、上記のような特徴を有するモータにおける前記ケーシングの内部には、前記回転子を稼働させるコイルと、前記コイルを制御する回路を有する基板が備えられ、前記基板は前記冷媒誘導部材により前記冷媒が導かれる方向に配置されているようにすると良い。コイルを制御する回路を有する基板は、ケーシング内における発熱源の1つとなる。このため、上記のような特徴を有する事によれば、発熱源である基板に対して確実に冷媒を導く事ができるようになる。このため、冷却効率を向上させることができる。 In the motor having the characteristics described above, the casing is provided with a substrate having a coil for operating the rotor and a circuit for controlling the coil. should be arranged in the direction in which is guided. The substrate, which has circuitry for controlling the coils, is one source of heat generation within the casing. Therefore, with the features as described above, the coolant can be reliably guided to the substrate, which is the heat source. Therefore, cooling efficiency can be improved.
さらに、上記のような特徴を有するモータでは、前記コイルは複数の相を成すコイル要素から構成されており、前記回路は、複数の前記コイル要素を直列及び/又は並列に接続切り替えする機能(並列のパターンが複数種類の場合や、直列と並列の混用の場合も含み、この機能によってモータの回転数やトルク等を何段かに切り替えることができる)を有するようにすることができる。このような特徴を有する事によれば、基板に搭載される回路の発熱量は向上することとなる。このため、冷媒を基板へ確実に導く事により冷却効果が高まることとなる。また、以下の実施形態では、コイルの接続切り替えを成す基板が所謂ドーナツ状の円環に形成されている。また基板は、ケーシングの端部壁(実施形態では他方の端部壁:蓋体)の内側と回転子やコイルの端部(例えばコイルベース)等の内部構造物との間に、前記内側の面とほぼ平行に配置されている。 Furthermore, in the motor having the characteristics described above, the coil is composed of coil elements forming a plurality of phases, and the circuit has a function of switching the connection of the plurality of coil elements in series and/or in parallel (parallel This function can switch the number of rotations, torque, etc. of the motor in several stages, including the case where there are multiple types of patterns and the case where series and parallel are mixed. With such characteristics, the amount of heat generated by the circuit mounted on the substrate is improved. Therefore, the cooling effect is enhanced by reliably guiding the coolant to the substrate. Further, in the following embodiments, the substrate for switching the connection of the coil is formed in a so-called donut-shaped ring. In addition, the substrate is disposed between the inner side of the casing end wall (the other end wall in the embodiment: the lid) and the inner structure such as the rotor or the end of the coil (for example, the coil base). placed almost parallel to the surface.
上記のような特徴を有する回転電気機械用ケーシングによれば、インホイールモータとして適用した場合でも、部品点数の増加や塵埃の混入の虞を無くすことができる。また、ケーシングをホイールとする場合、重量バランスの崩れを防ぎつつ、タイヤの配置形態にも自由度を持たせることができる。 According to the rotary electric machine casing having the characteristics described above, even when it is applied as an in-wheel motor, it is possible to eliminate the risk of an increase in the number of parts and the contamination of dust. In addition, when the casing is used as a wheel, it is possible to prevent the weight balance from being disturbed and also to allow the arrangement of the tires to have a degree of freedom.
以下、本発明の回転電気機械用ケーシング及びモータに係る実施の形態について、図面を参照して詳細に説明する。
[第1実施形態:構成]
まず、図1から図9を参照して、第1実施形態に係るモータについて説明する。なお、図面において、図1は、実施形態に係るケーシングの外観構成の概略を示す正面図であり、図2は、同左側面図、図3は、同右側面図である。また、図4は、図2におけるA-A断面を示す図である。図5は、ケース本体の内部側側面の構成を示す図であり、図6は、蓋体の内部側側面を示す図である。また、図7は、実施形態に係るモータの断面構成を示す概略図である。また、図8は、実施形態に係る誘導部材の形態の一例を示す図である。さらに図9は、実施形態に係るモータの部分断面を示す参考斜視図である。
BEST MODE FOR CARRYING OUT THE INVENTION Hereinafter, embodiments of a casing for a rotary electric machine and a motor according to the present invention will be described in detail with reference to the drawings.
[First Embodiment: Configuration]
First, a motor according to a first embodiment will be described with reference to FIGS. 1 to 9. FIG. In the drawings, FIG. 1 is a front view showing an outline of the external configuration of the casing according to the embodiment, FIG. 2 is a left side view of the same, and FIG. 3 is a right side view of the same. 4 is a diagram showing a cross section taken along line AA in FIG. 2. As shown in FIG. FIG. 5 is a view showing the configuration of the inner side surface of the case main body, and FIG. 6 is a view showing the inner side surface of the lid. Also, FIG. 7 is a schematic diagram showing a cross-sectional configuration of the motor according to the embodiment. Moreover, FIG. 8 is a figure which shows an example of the form of the guide member which concerns on embodiment. Furthermore, FIG. 9 is a reference perspective view showing a partial cross section of the motor according to the embodiment.
本実施形態に係るモータ100は、ケーシング10と、このケーシング10に少なくとも一部が収容されている支軸18と、ケーシング10の内部に収容されている固定子22、及び回転要素34を基本として構成されている。
A
ケーシング10は、円筒状を成す側壁12aと、この側壁12aの両端部に備えられる端部壁とを基本として構成されている。なお、図1から図9に示す例では、側壁12aと、一方の端部壁を一体物としてケーシング本体12を構成し、他方の端部壁をいわゆる蓋体14として構成しているが、一方の端部壁と側壁12aとを一体とするか別体とするかは問うものでは無い。
The
実施形態に係るケーシング10では、端部壁における内部側側面と、外部側側面にそれぞれ、凹凸状の冷却フィン(以下、凹凸フィン16a~16dと称す)が備えられている。凹凸フィン16a~16dを備える事で、端部壁における内部側側面と外部側側面の表面積が増え、熱の伝達効率を向上させることができる。このため、ケーシング10の内部温度が向上した場合には、内部側側面の凹凸フィン16a,16cから吸熱し、外部側側面の凹凸フィン16b,16dから放熱することとなる。
In the
凹凸フィン16a~16dは、円形の端部壁の中心側から外周側にかけて放射状に複数配置されている。平面形状を円形とする端部壁の場合放射状に配置することで、凹凸フィン16a~16dの配置形態を均等化することができるからである。また、本実施形態に係るモータ100では、詳細を後述するように、ケーシング10が回転要素34の回転に伴って回転することとなる。このため、凹凸フィン16a~16dは、中心から円周方向に下ろされる垂線に対して傾斜角を持つように配置されている。凹凸フィン16a~16dをこのような配置形態とすることで、冷媒などの内部流体(空気を含む)を円の中心側から外周側へ流す作用が生じる。そして、冷媒が流れる際には、凹凸フィン16a~16dの側面(凹凸により構成される溝部分)に沿って流れることとなるため、熱交換の効率、すなわち冷却効率を向上させることが可能となる。また、凹凸フィン16a~16dをこのような配置構成とすることで、重量バランスがとりやすく、ケーシング10自体が回転した際のブレを抑制することができる。
A plurality of
また、本実施形態に係るケーシング10は、インホイールモータに適用されるものである。このため、端部壁の直径が、側壁12aの長手方向長さ(対向配置される端部壁間の距離)よりも長くなるように構成されている。よって、凹凸フィン16a~16dを端部壁に設けることで、冷却効果を高めることが可能となる。なお、本実施形態に係るケーシング10では、一方の端部壁と他方の端部壁にそれぞれ、支軸18を挿通させるための軸受孔12b,14aが設けられている。
Moreover, the
さらに、本実施形態に係るケーシング10は、その側壁12aについて、内周壁に僅かな傾斜を持つテーパ面を構成するようにしている。テーパ面は、図4に示す例の場合、側壁12aの基端側から先端側(蓋体14を配置する側)にかけて、側壁12aの厚みが薄くなるように、すなわちケーシング10の内周の径が大きくなるように傾斜を持たせている。このような構成とすることで、ケーシング10の内部に冷媒110(図7参照)を封入した状態でケーシング10を回転させた場合、側壁12aの先端側へ冷媒110が集まるように流れることとなる。
Furthermore, the
支軸18は、ケーシング10を貫く棒状部材であり、側壁部に設けられた軸受孔12b,14aに配置される。本実施形態では、支軸18を移動体本体(例えば車いすや自転車など)に固定することで、詳細を後述する回転要素34が回転した際、ケーシング10が回転することとなる。このため、支軸18とケーシング10との間には、それぞれ軸受20が配置されている。
The
固定子22は、詳細を後述する回転要素34を作動させる基点となる要素であり、本実施形態では、コイル24と、コイルベース26、コイルリング28、誘導部材30、及び基板32を有する。コイル24は、詳細を後述するロータ36を回転させるための要素であり、本実施形態では円筒状に形成されている。コイルベース26は、コイル24を片持ち保持するための要素であり、支軸18に固定されている。また、実施形態に係るコイル24には、コイル補強リング24aが設けられている。コイル補強リング24aは、円筒状に形成されたコイル24の形状維持を補助する要素であり、コイル24における先端側、すなわち自由端側に設けられている。コイルリング28は、詳細を後述する誘導部材30を取り付けるための要素であり、本実施形態では、コイルベース26に沿って設けられている。
The
誘導部材30は、ケーシング10内に充填される冷媒110(二点鎖線で示す部分は、無回転時における冷媒110の量を示す)に接触し、掻き取り、あるいは詳細を後述基板32側への誘導を成すための要素であり、その外周には少なくとも1つの爪30aが設けられている(図8に示す例では3つ)。爪30aには、少なくともその先端に接触した冷媒110を所定の方向へ導く(流す)ための傾斜面(あるいは傾斜溝)が設けられている。
The
誘導部材30は、発熱量の多い基板32へ冷媒110を誘導する役割を担うため、基板32の近傍に設けられることが望ましい。本実施形態の場合誘導部材30は、コイルリング28の外周に配置されている。ケーシング10内に充填された冷媒110は、回転要素34とケーシング10の回転によってケーシング10の側壁内周面に濡れ広がる。ここで、実施形態に係るケーシング10の側壁12aはテーパ面を構成しているため、冷媒110は側壁12aの先端側(内周の径が大きくなっている側)に集まるようになる。集まった冷媒110に、誘導部材30の爪30aが接触することで、冷媒110は爪30aの形状に沿って流れることとなる。
Since the
また、実施形態に係るモータ100を構成するコイル24は複数の相を成すコイル(以下、混乱を避けるためにコイル要素と称する)により構成されており、基板32は、この複数の相を成すコイル要素の接続関係を直列及び/又は並列に切り替える為の回路を搭載している(並列のパターンが複数種類の場合や、直列と並列の混用の場合も含み、この機能によってモータの回転数やトルク等を何段かに切り替えることができる)。このため基板32はケーシング10内における発熱源の1つになり得るため、コイル24と同様に着実に冷却する(発熱を抑える)必要がある。
In addition, the
なお、冷媒110が爪30aの形状に沿って流れるのは、次のような理由による。すなわち、爪30aの先端が冷媒110に接触する状態とされている場合冷媒110は、ケーシング10の回転に伴って連続的に、誘導部材30の爪30aの先端側に供給されることとなる。先に供給された冷媒110は、後から供給されることとなる冷媒110により押し出されるため、爪30aには冷媒110の流れが生じる。また、誘導部材30の爪30aには、冷媒110を誘導するための傾斜面が設けられているため、爪30aに供給された冷媒110は、基板32側へ誘導されることとなる。
The reason why the
このように誘導部材30は、この冷媒110を発熱量の多い基板32へ導くと共に、ケーシング10の回転状態によっては側壁12aから冷媒110を掻き落としたり、掻き乱したりするように作用することで、ケーシング10内で冷媒110を効果的に循環させ、冷却効果を高めることができる。なお、この冷却効果は本実施形態のように、円筒状のコイル24を用いたコアレスタイプのモータ100に、コイル接続切り替え機能を有する基板32を内蔵した場合に特に重要となる。
In this manner, the
このため誘導部材30は、基板32の近傍であって、回転するケーシング10の内部で冷媒110が集まる位置に、少なくともその爪30aが冷媒110に接触することとなるように配置すれば良い。よって誘導部材30は、少なくとも冷媒110の一部を基板32側へ誘導することが可能な構成であれば良く、モータの姿勢(設置状態)に変化が少ない場合には、コイルリング28の外周全域に設ける必要は無く、例えば図8に示すように、コイルリング28の三分の一程度を覆う形態としても良く、少なくとも上方に、1つの爪30aを備えるようにすれば良い。例えば本例のモータ100を適用したインホイールモータをバイクの車輪に用いた場合、着実に冷却機能を発揮する。なおモータの姿勢変化が大きい場合には、誘導部材30がコイルリング28の全周に配置されるようにしても良い。
For this reason, the
ケーシング10の内部に封入する冷媒110は、冷却作用を担う流体であれば良く、例えばオイルなどを挙げることができる。また、冷媒110は、回転要素34を回転させて側壁12aに濡れ広がった際に、回転要素34に冷媒110の表面が接触しない程度の量とすると良い。冷媒110の量をこのような量に調整することで、冷媒110が回転要素34の回転を妨げる抵抗となる事を避けることができるからである。
The
基板32は、コイル24に対する電流の制御を行うための回路を搭載する要素である。本実施形態では、板面が支軸18と垂直、すなわちコイル24の円筒断面と平行となるように配置されている。このような配置形態とすることで、モータ100全体をコンパクトなものとすることができる。
The
また、本実施形態のモータ100では、基板32が側壁12aの先端側、すなわち蓋体14が配置される側の近傍に位置するように構成している。このような構成とすることで、基板32はケーシング10が回転した際に冷媒110が集まる部位(液溜まり)の近傍に位置することとなり、誘導部材30による冷媒110の供給効率を向上させることができるようになる。
Further, in the
ここで、実施形態に係るモータ100の場合、基板32は固定子22に付帯されており回転しない。このため誘導部材30によって基板32へ導かれた冷媒110は重力により基板32の表面を伝って吸熱しながら落下する。このため誘導部材30の爪30aは上述したように、モータ100を載置した状態で上側に位置するように設けることが望ましい。
Here, in the case of the
なお、実施形態においては、爪30aの傾斜面を基板32側のみへ向けるように説明しているが、冷媒110をコイル24側へ導く傾斜面を持つ爪30aを設けるようにしても良い。
In the embodiment, the slanted surface of the
回転要素34は、ケーシング10の内部において支軸18回りに回転する構成部材の事であり、本実施形態では、回転子であるロータ36と、このロータ36に付帯して回転する変速ギア38を回転要素34と位置付けている。ロータ36は、インナーヨーク36aとアウターヨーク36bとを有し、それぞれ円筒状を成し、永久磁石を備えている。インナーヨーク36aは、コイル24の内周側に配置され、アウターヨーク36bはコイル24の外周側に配置され、コイル24の先端側に配置されたブリッジ部36cにより連結されている。
The
変速ギア38は、ロータ36により生じた回転力をケーシング10に伝達するための要素であり、本実施形態では変速ギア38により回転数の減速と、ケーシング10に伝達するトルクの向上を図るようにしている。変速ギア38の内周側は、支軸18に対して回転自在となるように、軸受40を介して支持されている。一方、変速ギア38の外周側は、上述したロータ36に接続、あるいはロータ36に直結されたギアを持つように構成され、ロータ36が回転する事で、変速ギア38に回転力が伝達されるようにしている。変速ギア38は、その内部に複数段のギアを備えるようにすることを可能とし、ケーシング10に固定されたファイナルギア42に対して、変速後の動力を伝達するように構成されている。
The
このような構成の回転要素34は、コイル24に電力が供給されるとロータ36が回転し、ロータ36の回転力が変速ギア38に伝達される。変速ギア38により、回転数とトルクが変換されてファイナルギア42に伝達されることで、ケーシング10に回転力を伝達する。なお、実施形態に係るモータ100では、変速ギア38を回転要素34に含め、変速ギア38を構成するユニット全体が回転するように説明しているが、本願に係るモータ100には、変速ギア38を構成するユニット自体は回転しない場合や、回転要素34が回転子であるロータ36のみである場合(変速ギア38が無い場合)も含まれる。
In the
また、ギアが高速で回転、噛み合う場合には、変速ギア38もケーシング10の内部における発熱源の1つとなる。このため上述したように、誘導部材30の爪30aにより、冷媒110をコイル24側へも導くようにした場合、コイル24に加えて変速ギア38も冷却することが可能となる。
Further, when the gears rotate and mesh at high speed, the
[作用・効果]
上記のような特徴を有するケーシング10によれば、ケーシング10自体に冷却効果を持たせているため、モータ100(インホイールモータ)として適用した場合でも、冷却のための部品点数の増加を防ぐ事ができる。また、ケーシング10を封止構造とすることができるため、塵埃が混入する虞も無い。
[Action/effect]
According to the
さらに、冷却効率を向上させる凹凸フィン16a~16dを端部壁の中心側から外周側へ向けて放射状に、かつ均等に配置しているため、重量バランスの崩れを防ぐことができる。また、側壁12aの外周に構造物を設けないため、ケーシング10をホイールとした場合に、タイヤの配置形態に自由度を持たせることができる。
Furthermore, since the concave-
なお、本実施形態では、ケーシング10の側壁12aの内周面にテーパ面を構成することで、誘導部材30を配置した側に冷媒を集め、いわゆる液溜まりを構成する旨記載した。しかしながら、これは側壁12aの一部に冷媒110を流れ込みやすくするための深部を構成することで同様な効果を奏することができる。このため、側壁12aの長手方向に連続する傾斜面でなく、一部傾斜によるテーパであっても、段差による凹みであっても良く、このようなテーパや段差を構成するためのリング状部材などを内周壁に嵌め込むようにしても良い。このような構成とした場合であってもケーシング10を回転させた場合、側壁12aに形成した凹状の段差部やテーパ部(誘導部材30を配置した部分)に冷媒110が集まることとなるからである。
In the present embodiment, the tapered surface is formed on the inner peripheral surface of the
[第2実施形態]
次に、図10、図11を参照して、第2実施形態に係るケーシングについて説明する。本実施形態に係るケーシング10Aの殆どの構成は、上述した第1実施形態に係るケーシング10と同様である。よって、その構成を同様とする箇所には、図面に同一符号を付して詳細な説明は省略するものとする。
[Second embodiment]
Next, a casing according to a second embodiment will be described with reference to FIGS. 10 and 11. FIG. Most of the configuration of the casing 10A according to this embodiment is the same as the
本実施形態に係るケーシング10Aは、ケーシング本体12における側壁12aの内周面に吸熱塗料を塗布して吸熱塗膜50を形成し、外周面に放熱塗料を塗布して放熱塗膜52を形成した点を特徴とする。モータ100を構成するケーシング10Aの内周面は通常、塗装される事は無いが、このような構成とすることで、放熱効果を高める事ができる。ここで、本願発明者は吸熱塗料も放熱塗料も株式会社塩原製作所の製品を用いて効果を確認した。これらの塗料にはいずれも、カーボンナノチューブやシリコンカーバイドが配合されている。このため、これらの塗料で構成される吸熱塗膜50と放熱塗膜52とは、同一系統の成分の塗料とすることもできると考えられる。なお、いずれの塗膜も実質的に導電性を有しないことが望ましい。
In the casing 10A according to the present embodiment, the heat-absorbing coating is applied to the inner peripheral surface of the
吸熱塗膜50と放熱塗膜52による吸熱作用と放熱作用を担う仕組みは、図11に示すような事項による。すなわち、ケーシング10Aをモータ100に適用した場合、ケーシング10Aの内部は高温域となり、外部は低温域となる。内部領域で発生した熱は、吸熱塗膜50で吸熱促進されてケーシング10Aに伝わり、更にケーシング10Aからは放熱塗膜52にてケーシング10A外部への放熱促進が成される。ここで本例では、吸熱塗膜50、放熱塗膜52のいずれにもカーボンナノチューブやシリコンカーバイドが含まれている。カーボンナノチューブやシリコンカーバイドは高比表面積を有するため、塗料を塗布した部位では各領域との接触面積が増えることとなる。このため、接触領域の温度勾配により、高温域側の塗膜は、吸熱塗料50として作用し、低温域側の塗膜は、放熱塗料52として作用し、モータ100全体に対して高い放熱効果を発揮しているものと推定される。
The mechanism responsible for the heat absorption action and the heat dissipation action by the heat
図12に、吸熱塗料50、及び放熱塗料52を塗布したケーシング(以下、単に塗装ケーシングと称す)を採用したモータを稼働させた場合の温度変化と、塗料を塗布していないケーシング(以下、単に無塗装ケーシングと称す)を採用したモータを稼働させた場合の温度変化とを比較したグラフを示す。図12では、ケーシングの内部温度と、ケーシングの表面温度、及び基板の温度についての温度変化をそれぞれ示している。
FIG. 12 shows temperature changes when a motor employing a casing coated with heat-absorbing
図12によれば、ケーシングの表面温度については、塗装ケーシングを採用した場合と無塗装ケーシングを採用した場合とで温度変化に大差が無い事を読み取ることができる。一方、内部空気温度と基板温度には、稼働時間の経過に伴ってケーシングの表面温度に比べて大きな温度差が生じていることを読み取ることができる。これは、熱容量の等しいケーシングに対し、吸熱塗膜50による吸熱作用と、放熱塗膜52による放熱作用が連続的に作用した結果、ケーシング内部からの熱の排出に大きな効果を奏したとものであると考えられる。
According to FIG. 12, it can be read that there is not much difference in the surface temperature of the casing between the case of adopting the coated casing and the case of adopting the non-coated casing. On the other hand, it can be seen that there is a large temperature difference between the internal air temperature and the substrate temperature as compared with the surface temperature of the casing as the operating time elapses. This is because the heat-absorbing action of the heat-absorbing
なお、図10で示すケーシング10Aでは、側壁12aの内周面と外周面のみに吸熱塗膜50や放熱塗膜52を施すように示しているが、凹凸フィン16a~16dを設けた端部壁にも塗膜を形成し、より大きな吸熱効果、及び放熱効果を得るようにすることもできる。
In the casing 10A shown in FIG. 10, the
上記実施形態では、ケーシング10,10Aは、インホイールモータに適用する旨記載したが、実施形態に係るケーシング10,10Aの構成は、他のモータに適用することもできる。
In the above embodiments, the
10,10A………ケーシング、12………ケーシング本体、12a………側壁、12b………軸受孔、14………蓋体、14a………軸受孔、16a~16d………凹凸フィン、18………支軸、20………軸受、22………固定子、24………コイル、24a………コイル補強リング、26………コイルベース、28………コイルリング、30………誘導部材、30a………爪、32………基板、34………回転要素、36………ロータ、36a………インナーヨーク、36b………アウターヨーク、36c………ブリッジ部、38………変速ギア、40………軸受、42………ファイナルギア、50………吸熱塗膜、52………放熱塗膜、100………モータ、110………冷媒。 10, 10A......casing, 12......casing main body, 12a......side wall, 12b......bearing hole, 14......cover, 14a......bearing hole, 16a to 16d......uneven fins . ……Guiding member, 30a……Claw, 32……Substrate, 34……Rotating element, 36……Rotor, 36a……Inner yoke, 36b……Outer yoke, 36c……Bridge Part, 38...Transmission gear, 40...Bearing, 42...Final gear, 50...Heat absorbing coating, 52...Radiating coating, 100...Motor, 110...Refrigerant.
Claims (11)
円筒状を成す側壁と、前記側壁の長手方向両端部に配置される端部壁とを有し、
前記端部壁は、ケーシング内部側に位置する側面に第1の凹凸フィンを備え、前記第1の凹凸フィンは、前記端部壁の中心側から外周側に向けて放射状に配置されていることを特徴とする回転電気機械用ケーシング。 A rotating electrical machine casing containing a rotor therein, comprising:
having a cylindrical side wall and end walls disposed at both ends of the side wall in the longitudinal direction;
The end wall is provided with first uneven fins on a side surface located inside the casing, and the first uneven fins are radially arranged from the center side of the end wall toward the outer peripheral side. A casing for a rotating electrical machine, characterized by:
前記ケーシングの外部側に位置する壁面の内の少なくとも一部には放熱塗膜が施されていることを特徴とする請求項1乃至4のいずれか1項に記載の回転電気機械用ケーシング。 an endothermic coating is applied to at least a part of the wall surface located on the inner side of the casing,
5. A casing for a rotary electric machine according to claim 1, wherein at least a part of a wall surface positioned on the outside of said casing is coated with a heat-dissipating coating.
前記回転子は支軸を起点として回転する構成とし、
前記ケーシングは、前記支軸を固定した場合に前記回転子の回転に起因して回転する構成としたことを特徴とするモータ。 Employing the rotating electrical machine casing according to any one of claims 1 to 5,
The rotor is configured to rotate with a support shaft as a starting point,
A motor according to claim 1, wherein the casing rotates due to the rotation of the rotor when the support shaft is fixed.
前記冷媒は、前記側壁の内側に広がった際、前記回転子に接触しなくなる量としたことを特徴とする請求項6に記載のモータ。 A liquid refrigerant is provided inside the casing,
7. The motor according to claim 6, wherein the amount of the coolant is such that it does not come into contact with the rotor when it spreads inside the side wall.
前記回転子は支軸を起点として回転する構成とし、
前記ケーシングは、前記支軸を固定した場合に前記回転子の回転に起因して回転する構成とし、
前記ケーシング内部には、前記支軸に接続された固定子が配置され、前記固定子には、前記いずれか他方の端部壁側に位置する部位に、回転する前記ケーシングにおける前記側壁の内側に広がった前記冷媒の一部に接触してその流れを導く冷媒誘導部材が備えられていることを特徴とするモータ。 The casing for a rotary electric machine according to claim 4 or claim 5 citing claim 4 is adopted, and a liquid is placed inside the casing in an amount that does not come into contact with the rotor when it spreads inside the side wall. of refrigerant,
The rotor is configured to rotate with a support shaft as a starting point,
The casing is configured to rotate due to the rotation of the rotor when the support shaft is fixed,
A stator connected to the support shaft is disposed inside the casing, and the stator is provided at a portion positioned on the side of the other end wall, inside the side wall of the rotating casing. A motor comprising a coolant guide member that contacts a portion of the spread coolant and guides the flow of the coolant.
前記基板は前記冷媒誘導部材により前記冷媒が導かれる方向に配置されていることを特徴とする請求項8または9に記載のモータ。 A substrate having a coil for operating the rotor and a circuit for controlling the coil is provided inside the casing,
10. The motor according to claim 8, wherein the substrate is arranged in a direction in which the coolant is guided by the coolant guide member.
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