JP2981862B2 - 扁平形交流電動機 - Google Patents
扁平形交流電動機Info
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- JP2981862B2 JP2981862B2 JP9043459A JP4345997A JP2981862B2 JP 2981862 B2 JP2981862 B2 JP 2981862B2 JP 9043459 A JP9043459 A JP 9043459A JP 4345997 A JP4345997 A JP 4345997A JP 2981862 B2 JP2981862 B2 JP 2981862B2
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- pair
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- Y02—TECHNOLOGIES OR APPLICATIONS FOR MITIGATION OR ADAPTATION AGAINST CLIMATE CHANGE
- Y02T—CLIMATE CHANGE MITIGATION TECHNOLOGIES RELATED TO TRANSPORTATION
- Y02T10/00—Road transport of goods or passengers
- Y02T10/60—Other road transportation technologies with climate change mitigation effect
- Y02T10/64—Electric machine technologies in electromobility
Landscapes
- Motor Or Generator Cooling System (AREA)
- Permanent Magnet Type Synchronous Machine (AREA)
Description
【０００１】
【発明の属する技術分野】本発明は、交流電動機に係
り、特に、高トルク・低速回転用の車両、例えば電気自
動車、鉄道車両の駆動源として用いるに好適な扁平形交
流電動機に関する。
り、特に、高トルク・低速回転用の車両、例えば電気自
動車、鉄道車両の駆動源として用いるに好適な扁平形交
流電動機に関する。
【０００２】
【従来の技術】従来、交流電動機として、円筒上に形成
されたロータの外周面（回転軸と平行な面）をトルクの
発生面として用いたものが多く採用されている。従来、
この種の交流電動機においては、同一の出力でも高速回
転・低トルクにするほど小型にできるところから、高速
回転・低トルクのものが車両や各種の電気機器等に搭載
されている。
されたロータの外周面（回転軸と平行な面）をトルクの
発生面として用いたものが多く採用されている。従来、
この種の交流電動機においては、同一の出力でも高速回
転・低トルクにするほど小型にできるところから、高速
回転・低トルクのものが車両や各種の電気機器等に搭載
されている。
【０００３】高速回転・低トルク用の交流電動機を自動
車や鉄道車両の駆動モータとして用いるときには、交流
電動機の出力を減速機を介して車輪に伝達する方式が採
用されている。交流電動機のトルクを減速機の減速比
（ギア比）に応じたトルクに変換して車輪に伝達する場
合、減速機のギア比を大きくする程高トルクの駆動力を
車輪に伝達することはできるが、ギア比が大きくなるに
したがって減速機が大型になる。
車や鉄道車両の駆動モータとして用いるときには、交流
電動機の出力を減速機を介して車輪に伝達する方式が採
用されている。交流電動機のトルクを減速機の減速比
（ギア比）に応じたトルクに変換して車輪に伝達する場
合、減速機のギア比を大きくする程高トルクの駆動力を
車輪に伝達することはできるが、ギア比が大きくなるに
したがって減速機が大型になる。
【０００４】一方、自動車や鉄道車両等の車両の中には
低速回転・高トルクが要求されているものがある。この
種の車両に使用される交流電動機としては、モータの使
用トルクの範囲において最大速度のトルクを１としたと
き、引出トルクは３倍から４倍程度必要とされている。
さらに装軌車両等の特殊車両に使用されるモータの場合
には、最大速度のトルクと引出トルクとのトルク比とし
て１５倍から２０倍必．要とされるものもある。この種
の車両の回転数は、自動車では、１５００ｒｐｍ（１８
０ｋｍ／ｈ）、新幹線用の車両で約１８００ｒｐｍ（３
２０ｋｍ／ｈ）、装軌車両等の特殊車両の場合には８０
０ｒｐｍ／ｈ以下である。
低速回転・高トルクが要求されているものがある。この
種の車両に使用される交流電動機としては、モータの使
用トルクの範囲において最大速度のトルクを１としたと
き、引出トルクは３倍から４倍程度必要とされている。
さらに装軌車両等の特殊車両に使用されるモータの場合
には、最大速度のトルクと引出トルクとのトルク比とし
て１５倍から２０倍必．要とされるものもある。この種
の車両の回転数は、自動車では、１５００ｒｐｍ（１８
０ｋｍ／ｈ）、新幹線用の車両で約１８００ｒｐｍ（３
２０ｋｍ／ｈ）、装軌車両等の特殊車両の場合には８０
０ｒｐｍ／ｈ以下である。
【０００５】
【発明が解決しようとする課題】ロータが円筒上に形成
されたモータを低速回転・高トルクのものに用いるとき
には、ロータの軸長を大きくしてトルクの発生面積を広
くしたり、減速比の大きい減速機を用いたりすることが
余儀なくされ、いずれの構成を採用しても車両を小型化
するのが困難となる。
されたモータを低速回転・高トルクのものに用いるとき
には、ロータの軸長を大きくしてトルクの発生面積を広
くしたり、減速比の大きい減速機を用いたりすることが
余儀なくされ、いずれの構成を採用しても車両を小型化
するのが困難となる。
【０００６】なお、低速回転・高トルク用のモータとし
ては、文献：ＥＬＥＣＴＲＩＣ ＤＲＩＶＥ ＩＳ Ａ
Ｔ ＴＨＥ ＨＥＡＴ ＯＦ ＡＮ ＡＬＬ−ＥＬＥＣ
ＴＲＩＣ ＣＯＭＢＡＴ ＶＥＨＩＣＬＥ「Ｆｉｒｓｔ
Ｉｎｔｅｒｎａｔｉｏｎａｌ Ｃｏｎｆｅｒｅｎｃｅ
ｏｎ Ａｌｌ−Ｅｌｅｃｔｒｉｃ ＣｏｍｂａｔＶｅ
ｈｉｃｌｅ（ＡＥＣＶ） Ｄａｎ Ｃａｒｍｅｌ Ｈｏ
ｔｅｌ Ｈａｉｆａ，Ｉｓｒａｅｌ １９９５年５月１
７日 」に論じられている。
ては、文献：ＥＬＥＣＴＲＩＣ ＤＲＩＶＥ ＩＳ Ａ
Ｔ ＴＨＥ ＨＥＡＴ ＯＦ ＡＮ ＡＬＬ−ＥＬＥＣ
ＴＲＩＣ ＣＯＭＢＡＴ ＶＥＨＩＣＬＥ「Ｆｉｒｓｔ
Ｉｎｔｅｒｎａｔｉｏｎａｌ Ｃｏｎｆｅｒｅｎｃｅ
ｏｎ Ａｌｌ−Ｅｌｅｃｔｒｉｃ ＣｏｍｂａｔＶｅ
ｈｉｃｌｅ（ＡＥＣＶ） Ｄａｎ Ｃａｒｍｅｌ Ｈｏ
ｔｅｌ Ｈａｉｆａ，Ｉｓｒａｅｌ １９９５年５月１
７日 」に論じられている。
【０００７】本発明の目的は、低速回転・高出力トルク
の仕様に対して小型化することができる扁平形交流電動
機を提供することにある。
の仕様に対して小型化することができる扁平形交流電動
機を提供することにある。
【０００８】
【課題を解決するための手段】前記目的を達成するため
に、本発明は、回転軸と、円環状に形成されて回転軸外
周に固定され回転軸と平行な磁力線を発生する磁性体が
周方向に複数個配置されたロータと、ロータを間にして
相対向して配置され回転軸と平行な磁界がロータの周方
向に沿って回転する回転磁界を発生する一対のステータ
と、ロータの両側に分かれて配置されて回転軸を回転自
在に軸支する一対のラジアル軸受と、一対のステータと
一対のラジアル軸受をそれぞれ支持する枠体とを備え、
前記回転軸のロータ両側面と前記枠体との間に、前記ロ
ータに作用するスラスト方向の力を吸収するスラスト軸
受をそれぞれ配置してなり、前記枠体は、ロータとステ
ータを囲む一対の筒状ベースが接合されて構成され、枠
体内には冷却用の液体が満たされており、前記枠体を構
成する一対の容器の内周面のうちロータの外周面と相対
向する内周面に、ロータ外周面側から枠体に向かって移
動する液体を回転軸の軸方向に沿って両側に分ける整流
堤を形成してなる扁平形交流電動機を構成したものであ
る。
に、本発明は、回転軸と、円環状に形成されて回転軸外
周に固定され回転軸と平行な磁力線を発生する磁性体が
周方向に複数個配置されたロータと、ロータを間にして
相対向して配置され回転軸と平行な磁界がロータの周方
向に沿って回転する回転磁界を発生する一対のステータ
と、ロータの両側に分かれて配置されて回転軸を回転自
在に軸支する一対のラジアル軸受と、一対のステータと
一対のラジアル軸受をそれぞれ支持する枠体とを備え、
前記回転軸のロータ両側面と前記枠体との間に、前記ロ
ータに作用するスラスト方向の力を吸収するスラスト軸
受をそれぞれ配置してなり、前記枠体は、ロータとステ
ータを囲む一対の筒状ベースが接合されて構成され、枠
体内には冷却用の液体が満たされており、前記枠体を構
成する一対の容器の内周面のうちロータの外周面と相対
向する内周面に、ロータ外周面側から枠体に向かって移
動する液体を回転軸の軸方向に沿って両側に分ける整流
堤を形成してなる扁平形交流電動機を構成したものであ
る。
【０００９】前記扁平形交流電動機を構成するに際して
は、以下の要素を付加することができる。
は、以下の要素を付加することができる。
【００１０】（１）枠体の回転軸側には液体導入口が形
成され、枠体のロータ外周側には液体排出口が形成さ
れ、液体導入口と液体排出口は液体を冷却する熱交換器
に接続されている。
成され、枠体のロータ外周側には液体排出口が形成さ
れ、液体導入口と液体排出口は液体を冷却する熱交換器
に接続されている。
【００１１】（２）枠体を構成する一対の筒状ベースの
合わせ面には環状のシール部材が挿入されている。
合わせ面には環状のシール部材が挿入されている。
【００１２】（３）枠体を構成する一対の容器の内周面
のうちロータの外周面と相対向する内周面に、ロータ外
周面側から枠体に向かって移動する液体を回転軸の軸方
向に沿って両側に分ける整流堤を形成してなる。
のうちロータの外周面と相対向する内周面に、ロータ外
周面側から枠体に向かって移動する液体を回転軸の軸方
向に沿って両側に分ける整流堤を形成してなる。
【００１３】（４）枠体の液体導入口には熱交換器から
の液体を一旦貯留する吸い込み側液体貯留容器が配設さ
れ、枠体の液体排出口には枠体から熱交換器に送給する
液体を一旦貯留する吐出側液体貯留容器が配設されてい
る。
の液体を一旦貯留する吸い込み側液体貯留容器が配設さ
れ、枠体の液体排出口には枠体から熱交換器に送給する
液体を一旦貯留する吐出側液体貯留容器が配設されてい
る。
【００１４】前記した手段によれば、ロータの両側面側
を各テータによって励磁し、ステータの両側面（回転軸
と直交する面）をトルク発生面として機能させているた
め、ロータの軸長を短くしてロータを扁平形に形成して
も、ロータの外周面（回転軸と平行な面）がトルク発生
面となるロータの場合よりも、単位面積当たりのトルク
発生面積が大きくなり、低速回転・高出力トルクの仕様
に対しても小型化を図ることができる。
を各テータによって励磁し、ステータの両側面（回転軸
と直交する面）をトルク発生面として機能させているた
め、ロータの軸長を短くしてロータを扁平形に形成して
も、ロータの外周面（回転軸と平行な面）がトルク発生
面となるロータの場合よりも、単位面積当たりのトルク
発生面積が大きくなり、低速回転・高出力トルクの仕様
に対しても小型化を図ることができる。
【００１５】具体的には、図４に示すように、従来の電
動機のロータ１００の直径をＤ1、ロータ１００の長さ
をＬ1とし、ロータ表面とステータ面とに働く単位トル
ク係数をＫＮ／ｍ2とすれば、ロータ１００に加わるト
ルクＴ1は、 Ｔ1＝Ｄ1／２×πＤ1・Ｌ1×Ｋ（Ｎ−ｍ） ＝（πＤ12・Ｌ1Ｋ）／２（Ｎ−ｍ） となる。
動機のロータ１００の直径をＤ1、ロータ１００の長さ
をＬ1とし、ロータ表面とステータ面とに働く単位トル
ク係数をＫＮ／ｍ2とすれば、ロータ１００に加わるト
ルクＴ1は、 Ｔ1＝Ｄ1／２×πＤ1・Ｌ1×Ｋ（Ｎ−ｍ） ＝（πＤ12・Ｌ1Ｋ）／２（Ｎ−ｍ） となる。
【００１６】一方、本発明に係る扁平形交流電動機の場
合は、図５に示すように、ロータ１０２は両側面１０
４、１０６がトルク発生面として構成されている。
合は、図５に示すように、ロータ１０２は両側面１０
４、１０６がトルク発生面として構成されている。
【００１７】ここで、ロータ１０２の直径Ｄ1に対し
て、Ｄ1からＤ2の間にステータが配置されたときには、
ロータ１０２とステータとの対向面積Ｓは、 Ｓ＝〔（Ｄ1／２）2−（Ｄ2／３）2〕×π×２ となる。そしてロータ１０２の軸心より、トルクとして
働く力の平均力点は （Ｄ1−Ｄ2）／２ となる。したがって、ロータ１０２に働くトルクＴ2
は、 Ｔ2＝（Ｄ1−Ｄ2）／２×２πＫ〔（Ｄ1／２）2−（Ｄ2
／２）2〕 となる。
て、Ｄ1からＤ2の間にステータが配置されたときには、
ロータ１０２とステータとの対向面積Ｓは、 Ｓ＝〔（Ｄ1／２）2−（Ｄ2／３）2〕×π×２ となる。そしてロータ１０２の軸心より、トルクとして
働く力の平均力点は （Ｄ1−Ｄ2）／２ となる。したがって、ロータ１０２に働くトルクＴ2
は、 Ｔ2＝（Ｄ1−Ｄ2）／２×２πＫ〔（Ｄ1／２）2−（Ｄ2
／２）2〕 となる。
【００１８】ここで、Ｔ2の式を簡略化するために、Ｄ2
＝０とすれば（側面１０４、１０６全てがトルク発生面
とみなしたとき）、 Ｔ2＝πＤ13・Ｋ／４（Ｎ−ｍ） となる。
＝０とすれば（側面１０４、１０６全てがトルク発生面
とみなしたとき）、 Ｔ2＝πＤ13・Ｋ／４（Ｎ−ｍ） となる。
【００１９】次に、従来のロータ１００のトルクＴ1と
本願発明に係るロータ１０２のトルクＴ2とを比較する
ために、Ｌ1＝Ｄ1／２とすると、Ｔ1＝Ｔ2となる。
本願発明に係るロータ１０２のトルクＴ2とを比較する
ために、Ｌ1＝Ｄ1／２とすると、Ｔ1＝Ｔ2となる。
【００２０】この結果から、本願発明に係る扁平形交流
電動機の場合には、ロータ１０２の厚みＬ2は、磁石を
入れるスペースまたはロータを入れるスペースと、トル
クを伝達するための材料強度を有する厚みであれば十分
であるが、従来構造のロータ１００では、厚さＬ1とし
ては直径Ｄ1の半分の長さを必要とする。このことを概
念的にいえば、同一トルクを伝達する場合、ロータ１０
２の厚さＬ2は、Ｌ2≒１／５Ｌ1〜１／１０Ｌ1である。
電動機の場合には、ロータ１０２の厚みＬ2は、磁石を
入れるスペースまたはロータを入れるスペースと、トル
クを伝達するための材料強度を有する厚みであれば十分
であるが、従来構造のロータ１００では、厚さＬ1とし
ては直径Ｄ1の半分の長さを必要とする。このことを概
念的にいえば、同一トルクを伝達する場合、ロータ１０
２の厚さＬ2は、Ｌ2≒１／５Ｌ1〜１／１０Ｌ1である。
【００２１】この結果、両者の電動機の外形および出力
を同一にした場合でも、本発明に係る電動機は、従来構
造の電動機に比べて軸方向の長さを約１／３〜１／５に
することができる。
を同一にした場合でも、本発明に係る電動機は、従来構
造の電動機に比べて軸方向の長さを約１／３〜１／５に
することができる。
【００２２】
【発明の実施の形態】以下、本発明の一実施形態を図面
に基づいて説明する。
に基づいて説明する。
【００２３】図１は本発明に係る扁平形交流電動機の一
実施形態を示す要部縦断面図である。図１において、扁
平形交流電動機は低速回転・高出力トルクのモータとし
て円柱状のロータ軸（回転軸）１０を備えている。ロー
タ軸１０は、枠（枠体）１２に支持された一対のラジア
ル軸受１４、１６によって回転自在に軸支されており、
ロータ軸１０の外周にはロータ１８が固定されていると
ともに、一対のスラスト軸受２０、２２が配設されてい
る。ロータ１８は平板状に形成された円環状のロータデ
ィスク２４と、ロータディスク２４の内周側に配置され
た円環状の突起２６、２８とが一体となって形成されて
いる。このロータディスク２４内には、図２および図３
に示すように、同期電動機型または誘導電動機型のロー
タとして、永久磁石３０が複数個埋設されている。各永
久磁石３０はロータディスク２４の周方向に沿って分散
して配置されている。この場合、各永久磁石３０は、周
方向の磁極が相異なる方向になるとともに、ロータ軸１
０と平行な磁力線を発生する向きとなるように配置され
ている。そして各永久磁石３０が埋設された領域を間に
して、ロータ１８の両側面側には、ロータ１８を間にし
て一対のステータ３２、３４が相対向して配置されてい
る。
実施形態を示す要部縦断面図である。図１において、扁
平形交流電動機は低速回転・高出力トルクのモータとし
て円柱状のロータ軸（回転軸）１０を備えている。ロー
タ軸１０は、枠（枠体）１２に支持された一対のラジア
ル軸受１４、１６によって回転自在に軸支されており、
ロータ軸１０の外周にはロータ１８が固定されていると
ともに、一対のスラスト軸受２０、２２が配設されてい
る。ロータ１８は平板状に形成された円環状のロータデ
ィスク２４と、ロータディスク２４の内周側に配置され
た円環状の突起２６、２８とが一体となって形成されて
いる。このロータディスク２４内には、図２および図３
に示すように、同期電動機型または誘導電動機型のロー
タとして、永久磁石３０が複数個埋設されている。各永
久磁石３０はロータディスク２４の周方向に沿って分散
して配置されている。この場合、各永久磁石３０は、周
方向の磁極が相異なる方向になるとともに、ロータ軸１
０と平行な磁力線を発生する向きとなるように配置され
ている。そして各永久磁石３０が埋設された領域を間に
して、ロータ１８の両側面側には、ロータ１８を間にし
て一対のステータ３２、３４が相対向して配置されてい
る。
【００２４】ステータ３２、３４は、円環状に形成され
たステータコア３６、３８、ステータコア３６、３８の
スリットにそれぞれ巻き付けられたステータコイル４
２、４４を備えて構成されており、ステータコア３６、
３８がそれぞれ枠１２に固定されている。ステータコイ
ル４２、４４の端末は枠１２外に配置されたインバータ
に接続されており、各ステータコイル４２、４４にはイ
ンバータから交流信号が供給されるようになっている。
さらに、ステータ３２、３４は、ステータコア３６とス
テータコイル４２によって形成される磁界と、ステータ
コア３８とステータコイル４４によって形成される磁界
が、図３に示すように、ロータ軸１０に平行となるよう
に構成されているとともに、インバータからの交流信号
によってロータ１８の周方向に沿って回転磁界を形成す
るようになっている。
たステータコア３６、３８、ステータコア３６、３８の
スリットにそれぞれ巻き付けられたステータコイル４
２、４４を備えて構成されており、ステータコア３６、
３８がそれぞれ枠１２に固定されている。ステータコイ
ル４２、４４の端末は枠１２外に配置されたインバータ
に接続されており、各ステータコイル４２、４４にはイ
ンバータから交流信号が供給されるようになっている。
さらに、ステータ３２、３４は、ステータコア３６とス
テータコイル４２によって形成される磁界と、ステータ
コア３８とステータコイル４４によって形成される磁界
が、図３に示すように、ロータ軸１０に平行となるよう
に構成されているとともに、インバータからの交流信号
によってロータ１８の周方向に沿って回転磁界を形成す
るようになっている。
【００２５】枠１２は、ロータ１８、ステータ３２、３
４を囲む筒状のベース４６、４８とが接合されて構成さ
れており、枠１２内には冷却用の液体、例えば、絶縁
油、フロン、水等を貯留する液体貯留室５０が形成され
ている。ベース４６、４８はそれぞれほぼ碗形状に形成
され、中央部に形成された回転軸挿入孔内にロータ軸１
０が挿入され、ベース４６とベース４８との合わせ面に
シール部材としてのＯリング５２が装着され、ベース４
６とベース４８とがボルト５４とナット５６との締結に
よって接合されている。またベース４６、４８の中央部
にはラジアル軸受１４、１６が装着されているととも
に、ラジアル軸受１４、１６の外側に軸受押さえ６０、
６２が固定されている。さらに、ベース４６、４８のロ
ータ軸側には液体導入口６４、６６が形成され、ロータ
外周側には液体排出口６８、７０が形成されている。そ
して液体導入口６４、６６側には吸い込み側液体貯留容
器７２、７４が配設され、液体排出口６８、７０側には
吐出側液体貯留容器７６、７８がそれぞれ形成されてお
り、各容器はベース４６、４８の壁面に固定されてい
る。各容器７２〜７８は円環状に形成されており、各容
器の一部には、液体を冷却するための熱交換器８０、８
２が配設されている。熱交換器８０、８２はそれぞれテ
ーパねじ８４を介して容器７２〜７８に固定されてい
る。そして熱交換器８０は液体排出口６８からの液体を
冷却し、冷却した液体を液体導入口６４へ供給するよう
になっており、熱交換器８２は液体排出口７０から排出
された液体を冷却し、冷却した液体を液体導入口６６側
へ供給するようになっている。またベース４６、４８の
外周側内壁面には円環状の整流堤８６が膨出形成されて
いる。整流堤８６は先端側が尖鋭状に形成されており、
ロータ１８の外周側から整流堤８６側に移動する液体を
ロータ軸１０の軸方向に沿って両側に分けて（９０度方
向）、液体の移動を円滑に行なうようになっている。
４を囲む筒状のベース４６、４８とが接合されて構成さ
れており、枠１２内には冷却用の液体、例えば、絶縁
油、フロン、水等を貯留する液体貯留室５０が形成され
ている。ベース４６、４８はそれぞれほぼ碗形状に形成
され、中央部に形成された回転軸挿入孔内にロータ軸１
０が挿入され、ベース４６とベース４８との合わせ面に
シール部材としてのＯリング５２が装着され、ベース４
６とベース４８とがボルト５４とナット５６との締結に
よって接合されている。またベース４６、４８の中央部
にはラジアル軸受１４、１６が装着されているととも
に、ラジアル軸受１４、１６の外側に軸受押さえ６０、
６２が固定されている。さらに、ベース４６、４８のロ
ータ軸側には液体導入口６４、６６が形成され、ロータ
外周側には液体排出口６８、７０が形成されている。そ
して液体導入口６４、６６側には吸い込み側液体貯留容
器７２、７４が配設され、液体排出口６８、７０側には
吐出側液体貯留容器７６、７８がそれぞれ形成されてお
り、各容器はベース４６、４８の壁面に固定されてい
る。各容器７２〜７８は円環状に形成されており、各容
器の一部には、液体を冷却するための熱交換器８０、８
２が配設されている。熱交換器８０、８２はそれぞれテ
ーパねじ８４を介して容器７２〜７８に固定されてい
る。そして熱交換器８０は液体排出口６８からの液体を
冷却し、冷却した液体を液体導入口６４へ供給するよう
になっており、熱交換器８２は液体排出口７０から排出
された液体を冷却し、冷却した液体を液体導入口６６側
へ供給するようになっている。またベース４６、４８の
外周側内壁面には円環状の整流堤８６が膨出形成されて
いる。整流堤８６は先端側が尖鋭状に形成されており、
ロータ１８の外周側から整流堤８６側に移動する液体を
ロータ軸１０の軸方向に沿って両側に分けて（９０度方
向）、液体の移動を円滑に行なうようになっている。
【００２６】上記構成において、インバータによってス
テータコイル４２、４４が励磁され、ロータ１８の周方
向に沿って回転磁界が形成されると、ロータディスク２
４内の永久磁石３０が回転磁界に吸引され、回転磁界に
合わせてロータ１８が回転する。ロータ１８が回転する
と、冷却、絶縁、潤滑をかねて注入された液体がロータ
軸１０側から吸い込まれ、ロータディスク２４の表面と
ステータコア３６、３８の表面との間をステータコイル
４２、４４の表面を沿うように循環する。これは、ロー
タディスク２４の回転による遠心力によって、ロータデ
ィスク２４表面の液体がロータディスク２４の外周側に
飛散し、ロータ軸１０の中心とロータ１８外周側との間
に圧力差が生じるためである。このようなポンプ作用に
より、液体貯留室５０内の液体のうち外周側の液体の圧
力が高くなり、この液体は吐出側の容器７６、７８側に
流入し、熱交換器８０、８２によって冷却された後、吸
入側の容器７２、７４側に供給される。容器７２、７４
内の液体は容器７２、７４内よりも負圧となったロータ
軸１０側の液体貯留室５０内に吸い込まれ、ロータ１８
の表面側に供給される。またロータ１８の回転によって
飛散する液体は整流堤８６によってロータ軸１０の軸方
向に沿って相異なる方向に分流するため、液体の圧力損
失を低減することができる。
テータコイル４２、４４が励磁され、ロータ１８の周方
向に沿って回転磁界が形成されると、ロータディスク２
４内の永久磁石３０が回転磁界に吸引され、回転磁界に
合わせてロータ１８が回転する。ロータ１８が回転する
と、冷却、絶縁、潤滑をかねて注入された液体がロータ
軸１０側から吸い込まれ、ロータディスク２４の表面と
ステータコア３６、３８の表面との間をステータコイル
４２、４４の表面を沿うように循環する。これは、ロー
タディスク２４の回転による遠心力によって、ロータデ
ィスク２４表面の液体がロータディスク２４の外周側に
飛散し、ロータ軸１０の中心とロータ１８外周側との間
に圧力差が生じるためである。このようなポンプ作用に
より、液体貯留室５０内の液体のうち外周側の液体の圧
力が高くなり、この液体は吐出側の容器７６、７８側に
流入し、熱交換器８０、８２によって冷却された後、吸
入側の容器７２、７４側に供給される。容器７２、７４
内の液体は容器７２、７４内よりも負圧となったロータ
軸１０側の液体貯留室５０内に吸い込まれ、ロータ１８
の表面側に供給される。またロータ１８の回転によって
飛散する液体は整流堤８６によってロータ軸１０の軸方
向に沿って相異なる方向に分流するため、液体の圧力損
失を低減することができる。
【００２７】このように、本実施形態においては、ロー
タ１８を扁平形状に形成し、ロータ１８の両側面（ロー
タ軸１０と直交する面）をトルク発生面として機能させ
るようにしているため、ロータ１８の軸長を短くするこ
とができ、低速回転−高出力トルクの仕様に対しても小
型化を図ることができる。
タ１８を扁平形状に形成し、ロータ１８の両側面（ロー
タ軸１０と直交する面）をトルク発生面として機能させ
るようにしているため、ロータ１８の軸長を短くするこ
とができ、低速回転−高出力トルクの仕様に対しても小
型化を図ることができる。
【００２８】また本実施形態においては、ロータ１８が
回転するときに、ステータ３２、３４による吸引力がロ
ータ１８に作用し、ロータ軸１０には軸方向にスラスト
力が作用するが、ロータ軸１０にはロータ１８とベース
４６、４８で支持されたスラスト軸受２０、２２が装着
されているため、ロータ１８に作用するスラスト力をス
ラスト軸受２０、２２によって吸収することができる。
すなわち、スラスト軸受２０、２２がないときには、ス
テータコア３６、３８間相互で作用する吸引力によって
ベース４６、４８の側面側には、ロータ軸１０の中心に
向かう力が作用し、ロータディスク２４と各ステータコ
ア３６、３８間の間隙を一定に保持することが困難とな
る。したがってロータ軸１０にスラスト軸受２０、２２
を装着することで、枠１２の強度を十分に保持すること
ができる。
回転するときに、ステータ３２、３４による吸引力がロ
ータ１８に作用し、ロータ軸１０には軸方向にスラスト
力が作用するが、ロータ軸１０にはロータ１８とベース
４６、４８で支持されたスラスト軸受２０、２２が装着
されているため、ロータ１８に作用するスラスト力をス
ラスト軸受２０、２２によって吸収することができる。
すなわち、スラスト軸受２０、２２がないときには、ス
テータコア３６、３８間相互で作用する吸引力によって
ベース４６、４８の側面側には、ロータ軸１０の中心に
向かう力が作用し、ロータディスク２４と各ステータコ
ア３６、３８間の間隙を一定に保持することが困難とな
る。したがってロータ軸１０にスラスト軸受２０、２２
を装着することで、枠１２の強度を十分に保持すること
ができる。
【００２９】また、前記実施形態においては、液体を用
いて冷却しているため、装置の小型化を図ることができ
る。すなわち、従来の気体冷却ではステータコイルの電
流密度を４〜５Ａ／ｍｍ2とする必要があるが、冷却用
の液体として、例えば絶縁油を使用すると、ステータコ
イル４２、４４の電流密度を２０Ａ／ｍｍ2以上に設定
することが可能となり、ステータ３２、３４を小型化す
ることができる。なお、液体を用いて冷却する代わり
に、モータの出力を下げて、空気冷却等気体冷却によっ
て冷却することも可能である。
いて冷却しているため、装置の小型化を図ることができ
る。すなわち、従来の気体冷却ではステータコイルの電
流密度を４〜５Ａ／ｍｍ2とする必要があるが、冷却用
の液体として、例えば絶縁油を使用すると、ステータコ
イル４２、４４の電流密度を２０Ａ／ｍｍ2以上に設定
することが可能となり、ステータ３２、３４を小型化す
ることができる。なお、液体を用いて冷却する代わり
に、モータの出力を下げて、空気冷却等気体冷却によっ
て冷却することも可能である。
【００３０】また本実施形態によれば、ロータ軸１０の
軸側より吸い込んだ液体は円周方向に飛散するが、この
液体は整流堤８６によって９０度向きを変えられて流れ
るため、ロータ１８の回転時の圧力損失を低減すること
ができる。
軸側より吸い込んだ液体は円周方向に飛散するが、この
液体は整流堤８６によって９０度向きを変えられて流れ
るため、ロータ１８の回転時の圧力損失を低減すること
ができる。
【００３１】また本実施形態によれば、ロータ１８の直
径とロータ１８の長さの比が大きいため、高トルク、低
速回転の電動機として用いることができ、この電動機を
車両に適応した場合、減速機の減速比を２対１から４対
１程度にすることができ、減速機の小型軽量化を図るこ
とができる。
径とロータ１８の長さの比が大きいため、高トルク、低
速回転の電動機として用いることができ、この電動機を
車両に適応した場合、減速機の減速比を２対１から４対
１程度にすることができ、減速機の小型軽量化を図るこ
とができる。
【００３２】また本実施形態における電動機は内燃機関
直結の発電機あるいはガスタービン用発電機等の発電機
として使用することもできる。さらに、この電動機をデ
ィーゼルエンジンの発電機として使用する場合、ディー
ゼルエンジンは低速回転用に構成されているため、発電
機を小型化することができるとともにディーゼルエンジ
ンの回転数と協調をとることが容易となる。
直結の発電機あるいはガスタービン用発電機等の発電機
として使用することもできる。さらに、この電動機をデ
ィーゼルエンジンの発電機として使用する場合、ディー
ゼルエンジンは低速回転用に構成されているため、発電
機を小型化することができるとともにディーゼルエンジ
ンの回転数と協調をとることが容易となる。
【００３３】また本実施形態における電動機は、同一出
力で重量、容積を従来のものよりも１／３〜１／５にす
ることができるので、電気自動車等のホイール内電動機
として用いることもできる。
力で重量、容積を従来のものよりも１／３〜１／５にす
ることができるので、電気自動車等のホイール内電動機
として用いることもできる。
【００３４】
【発明の効果】以上説明したように、本発明によれば、
回転軸に固定されたロータのうち回転軸と直交する両側
面をトルク発生面として構成したため、低速回転・高出
力トルクの仕様に対しても小型化を図ることができる。
回転軸に固定されたロータのうち回転軸と直交する両側
面をトルク発生面として構成したため、低速回転・高出
力トルクの仕様に対しても小型化を図ることができる。
【図１】本発明の一実施形態を示す扁平型交流電動機の
要部縦断面図である。
要部縦断面図である。
【図２】ロータの内部構成を示す模式図でる。
【図３】ロータとステータとの関係を示す模式図であ
る。
る。
【図４】従来構造のロータの斜視図である。
【図５】本発明に係るロータの構成を示す図であって、
（ａ）は斜視図、（ｂ）は平面図である。
（ａ）は斜視図、（ｂ）は平面図である。
１０ ロータ軸 １２ 枠 １４、１６ ラジアル軸受 １８ ロータ ２０、２２ スラスト軸受 ２４ ロータディスク ３０ 永久磁石 ３２、３４ ステータ ３６、３８ ステータコア ４２、４４ ステータコイル ４６、４８ ベース ５０ 液体貯留室 ８０、８２ 熱交換器、 ８６ 整流堤
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 堀江 竜郎 茨城県日立市幸町三丁目１番１号 株式 会社 日立製作所 日立工場内 (56)参考文献 特開 昭58−116050（ＪＰ，Ａ) 特開 昭59−127556（ＪＰ，Ａ) 実開 昭53−5720（ＪＰ，Ｕ) 実開 平４−34847（ＪＰ，Ｕ) (58)調査した分野(Int.Cl.6，ＤＢ名) H02K 16/04 H02K 21/24 H02K 9/00 - 9/28 H02K 5/16 - 5/173
Claims (6)
- 【請求項１】 回転軸と、円環状に形成されて回転軸外
周に固定され回転軸と平行な磁力線を発生する磁性体が
周方向に複数個配置されたロータと、ロータを間にして
相対向して配置され回転軸と平行な磁界がロータの周方
向に沿って回転する回転磁界を発生する一対のステータ
と、ロータの両側に分かれて配置されて回転軸を回転自
在に軸支する一対のラジアル軸受と、一対のステータと
一対のラジアル軸受をそれぞれ支持する枠体とを備え、
前記回転軸のロータ両側面と前記枠体との間に、前記ロ
ータに作用するスラスト方向の力を吸収するスラスト軸
受をそれぞれ配置してなり、前記枠体は、ロータとステ
ータを囲む一対の筒状ベースが接合されて構成され、枠
体内には冷却用の液体が満たされており、前記枠体を構
成する一対の容器の内周面のうちロータの外周面と相対
向する内周面に、ロータ外周面側から枠体に向かって移
動する液体を回転軸の軸方向に沿って両側に分ける整流
堤を形成してなる扁平形交流電動機。 - 【請求項２】 回転軸と、円環状に形成されて回転軸外
周に固定され回転軸と平行な磁力線を発生する磁性体が
周方向に複数個配置されたロータと、ロータを間にして
相対向して配置され回転軸と平行な磁界がロータの周方
向に沿って回転する回転磁界を発生する一対のステータ
と、ロータの両側に分かれて配置されて回転軸を回転自
在に軸支する一対のラジアル軸受と、一対のステータと
一対のラジアル軸受をそれぞれ支持する枠体とを備え、
前記回転軸のロータ両側面と前記枠体との間に、前記ロ
ータに作用するスラスト方向の力を吸収するスラスト軸
受をそれぞれ配置してなり、前記枠体は、ロータとステ
ータを囲む一対の筒状ベースが接合されて構成され、枠
体内には冷却用の液体が満たされ、前記枠体の回転軸側
には液体導入口が形成され、枠体のロータ外周側には液
体排出口が形成されており、前記枠体を構成する一対の
容器の内周面のうちロータの外周面と相対向する内周面
に、ロータ外周面側から枠体に向かって移動する液体を
回転軸の軸方向に沿って両側に分ける整流堤を形成して
なる扁平形交流電動機。 - 【請求項３】 回転軸と、円環状に形成されて回転軸外
周に固定され回転軸と平行な磁力線を発生する磁性体が
周方向に複数個配置されたロータと、ロータを間にして
相対向して配置され回転軸と平行な磁界がロータの周方
向に沿って回転する回転磁界を発生する一対のステータ
と、ロータの両側に分かれて配置されて回転軸を回転自
在に軸支する一対のラジアル軸受と、一対のステータと
一対のラジアル軸受をそれぞれ支持する枠体とを備え、
前記回転軸のロータ両側面と前記枠体との間に、前記ロ
ータに作用するスラスト方向の力を吸収するスラスト軸
受をそれぞれ配置してなり、前記枠体は、ロータとステ
ータを囲む一対の筒状ベースが接合されて構成され、枠
体内には冷却用の液体が満たされ、前記枠体の回転軸側
には液体導入口が形成され、枠体のロータ外周側には液
体排出口が形成されてなる扁平形交流電動機。 - 【請求項４】 前記枠体の液体導入口と液体排出口は液
体を冷却する熱交換器に接続されている請求項２または
３記載の扁平形交流電動機。 - 【請求項５】 枠体の液体導入口には熱交換器からの液
体を一旦貯留する吸い込み側液体貯留容器が配設され、
枠体の液体排出口には枠体から熱交換器に送給する液体
を一旦貯留する吐出側液体貯留容器が配設されている請
求項４記載の扁平形交流電動機。 - 【請求項６】 枠体を構成する一対の筒状ベースの合わ
せ面には環状のシール部材が挿入されている請求項１、
２、３、４または５記載の扁平形交流電動機。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP9043459A JP2981862B2 (ja) | 1997-02-27 | 1997-02-27 | 扁平形交流電動機 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP9043459A JP2981862B2 (ja) | 1997-02-27 | 1997-02-27 | 扁平形交流電動機 |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPH10243617A JPH10243617A (ja) | 1998-09-11 |
| JP2981862B2 true JP2981862B2 (ja) | 1999-11-22 |
Family
ID=12664302
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP9043459A Expired - Lifetime JP2981862B2 (ja) | 1997-02-27 | 1997-02-27 | 扁平形交流電動機 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JP2981862B2 (ja) |
Families Citing this family (11)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JP2003336697A (ja) * | 2002-05-20 | 2003-11-28 | Toyota Motor Corp | 動力出力装置およびこれを備える自動車 |
| CN100521463C (zh) | 2004-05-18 | 2009-07-29 | 精工爱普生株式会社 | 电动机器 |
| JP2006042535A (ja) * | 2004-07-28 | 2006-02-09 | Toyota Central Res & Dev Lab Inc | 回転電機用固定子およびその製造方法 |
| JP4730664B2 (ja) * | 2006-03-28 | 2011-07-20 | トヨタ車体株式会社 | インホイールモータ |
| JP5264164B2 (ja) * | 2007-12-28 | 2013-08-14 | 本田技研工業株式会社 | 駆動力出力装置 |
| JP5167868B2 (ja) | 2008-03-03 | 2013-03-21 | 日産自動車株式会社 | 電動機 |
| JP5354793B2 (ja) * | 2009-12-15 | 2013-11-27 | 本田技研工業株式会社 | アキシャルギャップ型モータ |
| JP6048191B2 (ja) * | 2013-02-12 | 2016-12-21 | 株式会社デンソー | マルチギャップ型回転電機 |
| CN103178667B (zh) * | 2013-03-06 | 2015-10-21 | 华中科技大学 | 轴向磁场双定子游标电机 |
| GB2519060B (en) * | 2013-08-08 | 2016-08-03 | Yasa Motors Ltd | Cooling of axial flux motors - centrifugal |
| CN108832785B (zh) * | 2018-06-22 | 2019-03-29 | 哈尔滨理工大学 | 密闭循环多路逆流冷却的双定子与筒式永磁转子加速器 |
-
1997
- 1997-02-27 JP JP9043459A patent/JP2981862B2/ja not_active Expired - Lifetime
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| JPH10243617A (ja) | 1998-09-11 |
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Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| S111 | Request for change of ownership or part of ownership |
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