JP4867543B2 - ポンプ手段を具えたモータ - Google Patents

Description

本発明は、モータの電機子コイルに交流を通電してモータを駆動するという電動モータの原理に着目し、電機子コイルからの磁束の周期変化を利用してポンプ手段を作動させる技術に関するものである。

流体を吸入して吐出するポンプとしては従来、例えば特許文献１および特許文献２に記載のごときものが知られている。
特許文献１に記載のポンプは、モータに隣接してポンプを配置し、モータから突出する出力軸の先端にポンプの羽根車を結合し、モータを駆動することにより、羽根車を回転させてポンプが空気を吸入・吐出するものである。この空気はモータ内を流れて、モータを冷却する。
特許文献２のポンプも、モータに隣接してポンプを配置し、モータから突出する出力軸の先端にポンプのインペラを結合し、モータを駆動することにより、インペラを回転させてポンプが冷媒を吸入・吐出するものである。このように冷媒が流れることにより、冷媒がモータ内を通過して、モータを冷却する。
特開平５−１７９９４１号公報 特開２００４−１５９４０２号公報

しかし、上記従来のような冷却用ポンプを具えたモータにあっては、以下に説明するような問題を生ずる。つまりポンプ手段とモータとがそれぞれ別体で構成されていることから、ポンプ手段を含むモータ全体が大型化してしまい、車輪の中にモータを搭載するインホイールモータ型電気自動車など、取り付けスペースに制約のある箇所では、搭載上の制限を受ける。
また、モータの電磁的作用により発生する回転動力を、出力軸を介してポンプに伝達するため、出力軸のフリクションによって動力が損失してしまう。

本発明は、上述の実情に鑑み、ポンプ手段を含めたモータ全体を小型化することができ、モータの動力損失を従来のポンプモータよりも遥かに低減することができる、ポンプ手段を具えたモータを提案するものである。

この目的のため本発明によるポンプ手段を具えたモータは、請求項１に記載のごとく、
磁束が通過することにより動作するポンプ手段を、モータの電機子コイルからの磁束が通過する位置に配置し、前記磁束の周期的な変化により、前記ポンプ手段が作動するよう構成したことを特徴としたものである。

かかる本発明の構成によれば、モータの電磁力が直接ポンプ手段に作用して、該電磁力が流体を輸送する動力になることから、モータから出力軸を介してポンプ手段を駆動する必要がなくなり、ポンプ手段を含むモータ全体を小型化することができる。
また、モータの電磁力が直接ポンプ手段に作用することにより、従来出力軸で発生していたフリクションを解消することができ、ポンプ手段の省エネルギー化に寄与する。

以下、本発明の実施の形態を、図面に示す実施例に基づき詳細に説明する。
図１は本発明の第一実施例になるポンプ手段の構造を模式的に示す断面図である。
ポンプ手段１０は、中空円筒形状のシリンダ２を有する。該シリンダ２の一端には、管状の入口３および出口４を接続する。入口３には、入口３側からシリンダ２側に流体が流れることを許容して、逆方向に流れることを防止する逆止弁５を設ける。出口４にも、シリンダ２側から出口４側に流体が流れることを許容して、逆方向に流れることを防止する逆止弁６を設ける。

シリンダ２内には、磁性材料からなるピストン７を設ける。シリンダ２の他端には空気抜き孔１２を設ける。シリンダ２は、ピストン７からみてシリンダ２の一端側でピストン室９を形成する。ピストン室９は流体で満たされる。ピストン７の全周にはＯリング８を設けてシリンダ２内を密封し、流体がピストン室９からピストン７を越えて漏れ出すことを防止する。ピストン７がシリンダ２内往復することにより、入口３からシリンダ２内のピストン室９に流体を吸入して、シリンダ２内のピストン室９から出口４に流体を吐出する。

シリンダ２の他端と、ピストン７との間には、スプリングコイルなどの付勢手段１１を配置する。付勢手段１１は、ピストン７をシリンダ２の一端側（図１中、下方へ）に付勢する。

ポンプ手段１０の外部にはある電磁石または永久磁石の磁束発生源を設置する。磁束発生源からの磁束がポンプ手段１０を通過すると、磁性材料からなるピストン７は磁束発生源に引き寄せられて他端側（図１中、上方へ）に移動し、ピストン室９は拡大する。このとき流体が入口３からピストン室９に吸入される。
これに対し、通過する磁束がなくなると、ピストン７は一端側（図１中、下方へ）戻され、ピストン室９は縮小する。このとき、ピストン室９内の流体が出口４に向かって吐出される。
このように、ピストン７がシリンダ２内を図１中の太い矢で示すように往復すると、流体が図１中の細い矢で示すように入口３から吸入し、ピストン室９を経て、出口４に向けて吐出する。つまりポンプ手段１０はポンプとして機能する。
磁束がポンプ手段１０を通過する構成については、詳しくは後述するが、電機子コイルをシリンダ２他端の近傍に設ける。

これに対し、電機子コイルをシリンダ２一端の近傍に設けてある等の、磁束発生源が異なる構成では、ピストン７がシリンダ２の一端に向かうので、付勢手段１１は、ピストン７をシリンダ２の他端側に付勢するように設計すればよい。また、磁束発生源がシリンダ２一端と他端とで交互に切り換わる構成であれば、ピストン７自身が図１中の太い矢で示すようにシリンダ２内を往復運動するため、付勢手段１１を省略可能である。

次に、本発明の第二実施例になるポンプ手段２０の構造を図２に沿って説明する。なお、前述した第一実施例と同一の構成については、共通する符号を付して説明を省略し、異なる構成については、新たに符号を付して説明する。

第二実施例では、ピストン７に永久磁石１３を取り付ける。永久磁石１３は磁束を発生することから、ポンプ手段２０の外からの磁束と相俟ってピストン７がシリンダ２内を動く力が大きくなる。つまり、磁力発生源からの磁束の向きが正逆を繰り返すことにより、ピストン７が磁力発生源に引き寄せられたり、反発されたりすることから、ポンプ手段２０の吐出能力を大きくすることができる。

次に、本発明の第三実施例になるポンプ手段３０の構造を図３に沿って説明する。なお、前述した第一実施例と同一の構成については、共通する符号を付して説明を省略し、異なる構成については、新たに符号を付して説明する。

第三実施例では、ピストン７に代えて、磁歪素子からなる袋状体１４をシリンダ２内に設ける。袋状体１４は中空であり、空気抜き孔１２に近い端部１５が封止され、空気抜き孔１２から遠い開口端１６は、シリンダ２内に固設されて、入口３および出口４と連通する。そして、袋状体１４の封止端部１５および開口端１６間の部位である側部１７は、シリンダ２の一端および他端間で伸縮する。
側部１７を含む袋状体１４の材質は、磁歪素子からなる。磁歪素子は、超磁歪素子とも呼ばれ、外部からの磁界に応じて素子寸法が変化する。このような磁歪素子の特性を用いて、側部１７は、シリンダ２の一端および他端間で伸縮する。

袋状体１４を通過する磁束が周期的に変化すると、図３中の太い矢で示すように、側部１７が伸縮を繰り返す。これにより袋状体１４が収縮膨張を繰り返す。この結果、入口３から袋状体１４内に流体を吸入して、袋状体１４から出口４に流体を吐出する。

次に、本発明の第四実施例になるポンプ手段４０の構造を図４に沿って説明する。なお、前述した第一実施例および第三実施例と同一の構成については、共通する符号を付して説明を省略し、異なる構成については、新たに符号を付して説明する。

第四実施例では、袋状体１４の封止端部１５に磁性材料からなる磁性体１８を固設する。磁性体１８は、ポンプ手段１０のところで前述したピストン７のように、外部からの磁束が通過するとシリンダ２内を移動する。したがって、磁歪素子からなる側部１４の伸縮と相俟って、袋上体１４が収縮膨張する力が大きくなる。これにより、ポンプ手段４０の吐出能力を大きくすることができる。
また、磁性体１８は、ポンプ手段２０のところで前述したような永久磁石であってもよく、これによりポンプ手段４０の吐出能力を大きくすることができる。

次に、本発明の第五実施例になるポンプ手段５０の構造を図５に沿って説明する。なお、前述した第一実施例と同一の構成については、共通する符号を付して説明を省略し、異なる構成については、新たに符号を付して説明する。

第五実施例では、中空円筒形状のシリンダ２の一端を入口３とし、他端を出口４とする。入口３には逆止弁５を設ける。シリンダ２内には、磁性材料からなるピストン５７を配置する。シリンダ２内において、ピストン５７と逆止弁５との間には第１ピストン室５１が区画される。ピストン室５１は流体で満たされる。ピストン５７の全周にはＯリング５３を設けてシリンダ２内を密封する。ピストン５７の中央部には、第1ピストン室５２から出口４への流体の流れを許容し、逆方向の流れを防止する逆止弁５４を設ける。
出口４には、ピストン５７がシリンダ２内から出口４へ抜け出ることを防止するストッパ５５を形成する。シリンダ２内において、ピストン５７とストッパ５５との間には第２ピストン室５２が区画される。第２ピストン室５２は流体で満たされる。なお、逆止弁５は、ピストン５７がシリンダ２内から入口３へ抜け出る役目も果す。

磁束がポンプ手段５０を通過すると、磁性材料からなるピストン５７は入口３側（図５中、右方へ）に移動する。このとき第１ピストン室５１は縮小するとともに第２ピストン室５２は拡大することから、第１ピストン室５１内の流体が逆止弁５４を通って第２ピストン室５２に移動する。
これに対し、磁束が通過する方向を変えると、ピストン５７が出口４側（図５中、左方へ）に移動する。このとき第１ピストン室５１は拡大するとともに第２ピストン室５２は縮小することから、第２ピストン室５２内の流体は、出口４に向かって吐出されると同時に、入口３から流体を吸入して第１ピストン室を流体で満たす。
このように、ピストン５７がシリンダ２内を図５中の太い矢で示すように往復すると、流体が図５中の細い矢で示すように入口３から吸入し、第１ピストン室５１、逆止弁５４、第２ピストン室５２を順次経て、出口４に向けて吐出する。つまりポンプ手段５０はポンプとして機能する。

次に、本発明の第六実施例になるポンプ手段６０の構造を図６に沿って説明する。なお、前述した第一実施例および第五実施例と同一の構成については、共通する符号を付して説明を省略し、異なる構成については、新たに符号を付して説明する。

第六実施例では、ピストン５７に永久磁石５８を付加する。永久磁石５８は磁束を発生することから、永久磁石１３のところで前述したようにポンプ手段６０の外からの磁束と相俟ってピストン５７がシリンダ２内を動く力が大きくなる。これにより、ポンプ手段６０の吐出能力を大きくすることができる。

これまでに説明してきた第一実施例から第六実施例までのポンプ手段を具えたモータについて以下に説明する。

図７はポンプ手段を具えた３相交流モータの半分を回転軸Ｏ方向から見た状態を模式的に示す横断面図である。また図８は、図７に示す３相交流モータの半分を回転軸Ｏと直角な方向から見た状態を模式的に示す縦断面図である。
このモータ１０１は、図８に示すように永久磁石１０７を具えた円盤形状の回転子１０８と、電機子コイル１１２およびステータコア１０２を具えた円盤形状の固定子１０９とを、隙間（ギャップ）１１０を介して回転軸Ｏ方向に対向配置したアキシャルギャップ型回転電機である。この回転子１０８には回転軸Ｏに沿って延在する図示しない出力軸を結合する。
モータ１０１を車両に搭載する実施例にあっては、モータ１０１が主として駆動力源として用いられる。そして、補機として前述したポンプ手段を作動させる。

図７に示すようにモータ１０１内の固定子には、複数のステータコア１０２を、図示しない出力軸が延在する回転軸Ｏを中心として、周方向等間隔に配設する。これらステータコア１０２には、図８に示すように電機子コイル１１２を夫々巻回する。電機子コイル１１２に交流を通電すると、ステータコア１０２を磁束が通過する。固定子のステータコア１０２と回転子１０８の永久磁石１０７との間で、ギャップ１１０を介して磁気回路が形成され、回転子１０８が回転する。なお交流制御については、図示しないインバータが公知のモータ駆動制御に基づき夫々の電機子コイル１１２に交流電流を通電するため、交流制御の詳細な説明を省略する。いずれにせよ、交流制御によって、ステータコア１０２からの磁束は強弱および向きの正逆を繰り返す。

図７に示すように、隣り合うステータコア１０２，１０２同士の近傍であるステータコア１０２径方向外側には、ポンプ手段１０，１０・・を夫々配設する。１のポンプ手段１０には、モータ１０１の外部からモータケース１１１を貫通する吸入配管１０３を接続する。吸入配管１０３と接続するポンプ手段１０と、該ポンプ手段１０と周方向で隣り合うポンプ手段１０とを配管１０４で接続する。配管１０４は、ステータコア１０２の外径側を周方向に通る。

配管１０４と接続するポンプ手段１０と、該ポンプ手段１０と周方向で隣り合うポンプ手段１０とを配管１０５で接続する。この配管１０５の一方端はポンプ手段１０と接続し、この配管１０５の中程は一方端のポンプ手段１０から隣り合うステータコア１０２，１０２同士の間を径方向に通り、接続される両ポンプ手段１０，１０間にあるステータコア１０２の内径側を周方向かつ軸方向に通り、隣り合うステータコア１０２，１０２同士の間を径方向に通り、この配管１０５の他方端はポンプ手段１０と接続する。

配管１０５と接続するポンプ手段１０と、該ポンプ手段１０と周方向で隣り合うポンプ手段１０とを配管１０４で接続する。このようにポンプ手段１０同士を、配管１０４および配管１０５で周方向交互に接続する。

そして、吸入配管１０３の近傍には、モータケース１１１を貫通する吐出配管１０６を配置し、吐出配管１０６をポンプ手段１０と接続する。

回転子１０８を駆動する間、ステータコア１０２からの磁束は回転磁界を形成する。この磁束は周期的に変化を繰り返して、近傍に配置されたポンプ手段１０を通過する。この結果、ポンプ手段１０が作動する。そして流体はモータ外から吸入配管１０３を経てモータ１０１内に入り、これら全てのポンプ手段１０および配管１０４，１０５を順次経て固定子１０９を一周し、吐出配管１０６を経てモータ１０１外に出る。

公知の交流モータ制御を行う図示しないインバータが、モータ１０１の電機子コイルにＵ相電流、Ｖ相電流、およびＷ相電流を順次通電すると、ステータコア１０２で磁束が発生する。この磁束は、ギャップ１１０を介して永久磁石１０７に向かい、回転子１０８および固定子１０９間で磁気回路を形成する。磁気回路の磁束が周期的に強弱を繰り返すことで回転子１０８が回転し、モータ１０１は駆動源としての役目を果す。

ステータコア１０２からの磁束が及ぶ範囲内であるステータコア１０２の近傍には、ポンプ手段１０が配設されている。回転子１０８が上述のように回転する間、周期的に強弱を繰り返すステータコア１０２からの磁束は、ポンプ手段１０を通過する。そうすると図１に沿って前述したように、ポンプ手段１０のピストン７がシリンダ２内を往復運動し、流体を吸入吐出する。
そして、モータ１０１内に張り巡らされた配管１０４，１０５に流体が流れることにより、モータ１０１を冷却することができる。

なお、ポンプ手段１０は、固定子１０９に１個のみ配置してもよいが、図７に示すように周方向に複数配置することで、吐出力を大きくすることができる。周方向に配置された複数のステータコア１０２からの磁束は、所定周期で強弱を繰り返すところ、周方向に配置された複数のポンプ手段１０も協働して配管１０４および配管１０５に流体を流すからである。

次に、本発明の他の例になる、ポンプ手段１０の配置レイアウトを説明する。

図９は他の配置例になるポンプ手段を具えた３相交流モータの半分を回転軸Ｏ方向から見た状態を模式的に示す横断面図である。また図１０は、図９に示す３相交流モータの半分を回転軸Ｏと直角な方向から見た状態を模式的に示す縦断面図である。図９および図１０に示す配置レイアウトは、前述した図７および図８に示す回転子１０８、固定子１０９、配管１０４，１０５と同様の構成を具え、ポンプ手段１０の配設部位のみが異なる。

つまり、図９および図１０に示すように、隣り合うステータコア１０２同士間であって、ステータコア１０２の径方向中央には、ポンプ手段１０，１０・・を夫々配設する。回転子１０８が上述のように回転する間、周期的に強弱を繰り返すステータコア１０２からの磁束は、ポンプ手段１０を通過する。そうすると図１に沿って前述したように、ポンプ手段１０のピストン７がシリンダ２内を往復運動し、流体を吸入吐出する。

なお、図７〜図１０に示す配置レイアウトにあっては、ポンプ手段１０の代わりに、ポンプ手段２０、ポンプ手段３０、ポンプ手段４０、を用いてもよいこと勿論である。

また、図７〜図１０に示す配置レイアウトにあっては、固定子１０９のうちギャップ１１０から遠い部位に配管１０４を配設し、ポンプ手段１０を軸Ｏ方向に設けつつポンプ手段１０の出入口３，４をギャップ１１０から遠い側に配置しているが、これらの配置レイアウトに限定するものではない。
つまり図８および図１０に代えて図１１の縦断面図に示すように、配管１０４、１０５を、ギャップ１１０の近傍およびギャップ１１０から離れた位置とに通してもよい。そしてポンプ手段１０を軸Ｏ方向に設けつつ、周方向で隣り合う１のポンプ手段１０の出入口３，４をギャップ１１０側に配置し、他のポンプ手段１０の出入口３，４をギャップ１１０から遠い側に配置して、これを周方向で交互に繰り返し配置するものであってもよい。
また図には示さなかったが、ポンプ手段１０を軸Ｏ方向に設けつつポンプ手段１０の出入口３，４をギャップ１１０側に配置してもよい。

次に、更に他の配置レイアウトにつき説明する。

図１２は更に他の配置例になるポンプ手段を具えた３相交流モータの半分を回転軸Ｏ方向から見た状態を模式的に示す横断面図である。図１２に示す配置レイアウトは、前述した図７および図８に示す回転子１０８、固定子１０９と同様の構成を具える。また、配管１０４，１０５はステータコア１０２の外径側および内径側と、隣り合うステータコア１１０２，１０２同士間とを通り固定子１０９内に張り巡らされる。そしてギャップ１１０の近傍で、周方向に複数配設されたステータコア１０２の外径側に、ポンプ手段５０を配置する。また、ポンプ手段５０を近傍に具えたステータコア１０２と、ポンプ手段５０を具えないステータコア１０２とが、周方向に交互に位置して、ポンプ手段５０の個数をステータコア１０２の個数の半数とする。

回転子１０８が回転する間、周期的に強弱を繰り返すステータコア１０２からの磁束は、ポンプ手段５０を通過する。そうすると図５に沿って前述したように、ポンプ手段５０のピストン５７がシリンダ２内を往復運動し、流体を吸入吐出する。

なお、図１２に示す配置レイアウトにあっては、ポンプ手段５０の代わりに、ポンプ手段６０、を用いてもよいこと勿論である。

図１２に示すようにポンプ手段５０をギャップ１１０近傍に配置する例では、回転子１０８および固定子１０９間で形成される磁気回路の磁束がポンプ手段１０を通過することから、強力な磁束でポンプ手段１０を動作することができ、ポンプ手段５０の吐出能力が向上する。

次に、更に他の配置レイアウトにつき説明する。

図１３は更に他の配置例になるポンプ手段を具えた３相交流モータの半分を回転軸Ｏ方向から見た状態を模式的に示す横断面図である。また図１４は、図１３に示す３相交流モータの半分を回転軸Ｏと直角な方向から見た状態を模式的に示す縦断面図である。図１３および図１４に示す配置レイアウトは、前述した図７および図８に示す回転子１０８、固定子１０９と同様の構成を具え、配管およびポンプ手段の配設部位のみが異なる。

つまり、図１３および図１４に示すように、モータケース１１１内には、配管１１３を形成する。配管１１３は、周方向および軸方向に交互に通るよう張り巡らされた１本の連続した管で構成される。モータケース１１１のうちステータコア１０２の近傍には、ポンプ手段１０，１０・・を夫々配設する。回転子１０８が回転する間、周期的に強弱を繰り返すステータコア１０２からの磁束は、ポンプ手段１０を通過する。そうすると図１に沿って前述したように、ポンプ手段１０のピストン７がシリンダ２内を往復運動し、吸入配管１０３から流体を吸入して、この流体を吐出配管１０６へ吐出する。

なお、ポンプ手段１０は、モータケース１１１に１個のみ配置してもよいが、図１３に示すように周方向に複数配置することで、吐出力を大きくすることができる。周方向に配置された複数のステータコア１０２からの磁束は、所定周期で強弱を繰り返すところ、周方向に配置された複数のポンプ手段１０も協働して配管１０４および配管１０５流体を流すからである。また、図１３および図１４に示す配置レイアウトにあっては、ポンプ手段１０の代わりに、ポンプ手段２０、ポンプ手段３０、ポンプ手段４０、を用いてもよいこと勿論である。

ポンプ手段１０を図１３および図１４に示すレイアウトで配置する例では、モータ１０１内の磁束のうち回転子１０８および固定子１０９間で形成される磁気回路の磁束がポンプ手段１０を通過しない。しかしながら、磁気回路を迂回してモータケース１１１を通過する漏れ磁束がポンプ手段１０を動作することから、これまで利用されていなかった漏れ磁束を用いてポンプ手段を動作することが可能になり、エネルギーの省力化に寄与することができる。

次に、ポンプ手段の別な配置レイアウトにつき説明する。

図１５は別な配置例になるポンプ手段を、ステータコア１個分につき模式的に示す側面図である。また図１６は、図１５に示すステータコア１個分を、電機子コイルが巻回する中心軸方向からみた正面図である。また図１７は、図１６中、固定子をＸ−Ｘで切断し、当該断面を矢の方向からみた状態を模式的に示す縦断面図である。

図１５および図１６に示すように、ステータコア１２１の両端を残したステータコア１２１中程の外周には電機子コイル１２２を巻回する。ステータコア１２１と電機子コイル１２２との間には、絶縁のためのインシュレータ１２３を介在させる。電機子コイル１２２が巻回されていないステータコア１２１先端は、図示しない回転子と向き合っている。このステータコア１２１を固定子に、周方向に複数配置する。回転子および固定子の位置関係は、軸方向に並ぶアキシャルギャップ型回転電機であってもよいし、径方向に並ぶラジアルギャップ型回転電機であってもよい。

図１７に示すように、インシュレータ１２３には、ポンプ手段４０を設ける。

ポンプ手段４０は、図４に示すものと共通する構成である。インシュレータ１２３内には、ピストン液室９および空間１２４を設ける。空間１２４内には、図４に示すものと共通な袋状体１４および磁性体１８を収容する。袋状体１４の開口端１６をピストン液室９に接続する。ピストン液室９は、インシュレータ１２３外部と通じる入口１２５および出口１２６を具える。入口１２５には逆止弁５を設ける。出口１２６には逆止弁６を設ける。このようにステータコア１２１の近傍にはポンプ手段４０を設ける。

周期的に強弱を繰り返すステータコア１２１からの磁束は、ポンプ手段４０を通過する。そうすると、ポンプ手段４０の磁性体１８が図１７に示す太い矢の向きに往復運動し、袋状体１４が収縮膨張を繰り返す。この結果、入口１２５から流体を吸入して、この流体を出口１２６へ吐出する。

モータを設計するにあたっては、このようなポンプ手段４０を具えたステータコア１２１を、モータ内に１個のみ配置してもよいし、複数配置してもよい。周方向に配置される複数のステータコア１２１からの磁束は、所定周期で強弱を繰り返すところ、複数配置することで、周方向に配置された複数のポンプ手段４０も協働して作動することから、複数配置することで、ポンプの吐出力を大きくすることができる。

つまり、周方向で隣り合うステータコア１２１，１２１同士の出口１２６と入口１２５とを接続して、固定子内で一本の連続した流路を形成することにより、吐出力を大きくすることができる。または、複数の入口１２５を束ね、複数の出口１２６を束ねることにより、吐出力を大きくすることができる。

インシュレータ１２３には、図１７に示すようにポンプ手段４０を設ける他、図１８に示すようにポンプ手段５０を設けてもよく、図１９に示すようにポンプ手段６０を設けてもよい。

図１８に示すようにポンプ手段５０を設けてもよく、図１９に示すようにポンプ手段６０を設けてもよい。

ポンプ手段５０は、図５に示すものと共通する構成であるから、同一の符号を付す。インシュレータ１２３内には、シリンダ２を設ける。シリンダ２の一端は入口１２５と接続する。シリンダ２の他端は出口１２６と接続する。シリンダ２内にはピストン５７を配置する。

またポンプ手段６０は、図６に示すものと共通する構成であるから、同一の符号を付す。

周期的に強弱を繰り返すステータコア１２１からの磁束は、ポンプ手段５０，６０を通過する。そうすると、ポンプ手段５０，６０のピストン５７が図１８、図１９に示す太い矢の向きに往復運動し、入口１２５から流体を吸入して、この流体を出口１２６へ吐出する。

そして図１５〜図１９に示す実施例にあっては、ステータコア１２１および電機子コイル１２２間に設けたポンプ手段４０，５０，６０に流体が流れることにより、鉄損および銅損によって発熱するステータコア１２１および電機子コイル１２２を効率よく冷却することができる。

図２０は本発明の第七実施例になるポンプ手段を具えたモータを、軸方向から見て模式的に示す横断面図である。

モータ２０１内には、回転子２０２を具える。回転子２０２およびモータケース２０５間には円環状の隙間が設けられる。この隙間は流体が通過する通路２０６となる。この隙間の一部を塞ぐようモータケース２０５および回転子２０２間には隔壁２０９を配置し、通路２０６を環としない。このように、両端を具えた１本の通路である通路２０６の一端は入口２０７を設け、他端は出口２０８を設ける。入口２０７および出口２０８はモータケース２０５を貫通してモータ２０１外部と連通する。通路２０６を区画する回転子２０２の外縁には突極２０３を周方向に複数個設ける。回転子２０２の中心には出力軸２０４を結合する。

図示しない電機子コイルが回転磁界を形成し、磁束がこの回転子２０２に作用すると、突極構造に因るリラクタンストルクが発生して、回転子２０２を、図２０中の矢の向きに回転させる。
モータ２０１を車両に搭載する実施例にあっては、出力軸２０４から駆動力が出力される（駆動源）。

同時に、突極２０３を複数具えた回転子２０２が羽根車の役目を果して通路２０６内の流体が図２０中の矢の向きに流れる。この結果、流体が入口２０７からモータ２０１内に吸入され、回転子２０２を略一周するよう通路２０６を通り、出口２０８からモータ２０１の外へ吐出される（ポンプ手段）。

つまりモータ２０１は駆動源およびポンプ手段として機能する。
そして、モータ２０１内に設けた通路２０６に流体が流れることにより、モータ２０１を効率よく冷却することができる。

図２１は本発明の第八実施例になるポンプ手段を具えたモータを軸方向から見て模式的に示す横断面図である。また図２２は、同実施例のモータを一部取り出して模式的に示す斜視図である。

図２２に示すように、モータ３０１は円盤形状の固定子３０２の軸方向両側に回転子３０３，３０４を夫々配置した２ロータ１ステータ型の回転電機である。回転子３０３および３０４のうち、固定子３０２と対向する回転子前面には、永久磁石３０５を貼り付ける。
回転子３０３および３０４の中心には出力軸３０６を接続する。モータ３０１を車両に搭載する実施例にあっては、出力軸３０６から駆動力が出力される（駆動源）。

固定子３０２には、ステータコア３０７を周方向に複数配置する。周方向で隣り合うステータコア３０７，３０７間には、電機子コイル３０８を配置する。電機子コイル３０８が巻かれる中心線は周方向に延在することから、電機子コイル３０８はトロイダル巻である。そして電機子コイル３０８は、ステータコア３０７と同じ材質の芯材３０９の外周に巻回される。芯材３０９は、周方向で隣り合うステータコア３０７，３０７間を結合して、図２１に示すように固定子３０２を円環とする。なお、図２１では図面の理解を容易にするため、一部のステータコア３０７および電機子コイル３０８のみを示す。

モータケース３１０と固定子３０２との間には、円環状の管路３１１を配置する。管路３１１は電機子コイル３０８の外にあって、電機子コイル３０８およびステータコア３０７の近傍に設けられる。
管路３１１内には、円環状の回転子３１２を収容する。回転子３１２は管路３１１内を回転することができる。回転子３１２の内径側部は、突極３１３を周方向に複数設ける。
管路３１１には、入口３１４および出口３１５を夫々接続する。入口３１４および出口３１５はモータケース３１０を貫通する。図２１に示すように、入口３１４から出口３１５までは管路３１１を略一周する長い経路と、管路３１１の一部をショートカットする短い経路があるが、短い経路にあっては管路３１１の幅を狭くして、回転子３１２と略同じとし、流体が短い経路を流れないようにする。これに対し、長い経路にあっては管路３１１の幅を広くして、回転子３１２および流体が通過できるようにする。

電機子コイル３０８が回転磁界を形成し、ステータコア３０７からの磁束がこの回転子３１２に作用すると、突極構造に因るリラクタンストルクが発生して、回転子３１２が回転する。そうすると突極３１３を複数具えた回転子３１２が羽根車の役目を果して管路３１１の長い経路内の流体が回転子３１２と共に周方向に流れる。この結果、流体が入口３１４からモータ３０１内に吸入され、軸Ｏを略一周するよう管路３１１を通り、出口３１５からモータ３０１の外へ吐出される（ポンプ手段）。

つまりモータ３０１は駆動源およびポンプ手段として機能する。
そして、モータ３０１内に設けた管路３１１に流体が流れることにより、モータ３０１を効率よく冷却することができる。

図２３は本発明の第九実施例になるポンプ手段を具えたモータを軸方向から見て模式的に示す横断面図である。また図２４は、同実施例のモータを一部取り出して模式的に示す斜視図である。なお、前述した第八実施例と同一の構成については、共通する符号を付して説明を省略し、異なる構成については、新たに符号を付して説明する。

第九実施例のモータ４０１では、トロイダル巻の電機子コイル４０８が、芯材３０９および管路３１１を束ねるように巻回する。なお、図２３では図面の理解を容易にするため、一部のステータコア３０７および電機子コイル４０８のみを示す。

この第九実施例でも、電機子コイル４０８が回転磁界を形成すると、回転子３１２が回転する。そうすると流体が入口３１４からモータ３０１内に吸入され、軸Ｏを略一周するよう管路３１１を通り、出口３１５からモータ３０１の外へ吐出される。

図２５は本発明の第十実施例になるポンプ手段を具えたモータを軸方向から見て模式的に示す横断面図である。また図２６は、同実施例のモータを一部取り出して模式的に示す斜視図である。なお、前述した第八実施例と同一の構成については、共通する符号を付して説明を省略し、異なる構成については、新たに符号を付して説明する。

第十実施例のモータ５０１では、ステータコア３０７および電機子コイル３０８の内径側に、流体が流れる管路５１１を配置する。管路５１１は電機子コイル３０８の外にあって、電機子コイル３０８およびステータコア３０７の近傍に設けられる。

管路５１１内には、円環状の回転子５１２を収容する。回転子５１２は管路５１１内を回転することができる。回転子５１２の外径側部は、羽根形状の羽根形突極５１３を周方向に複数設ける。羽根形状とは、図２５および図２６に示すフィンの形状であればよい。また、管路５１１の外径側部は、流体を噴射するための孔５１６を周方向に複数設ける。
管路５１１には図示しない入口を接続する。図示しない入口はモータ５０１の外部と連通する。また、モータケース５１７には貫通孔を設けて出口５１５とする。

電機子コイル３０８が回転磁界を形成し、ステータコア３０７からの磁束がこの回転子５１２に作用すると、突極構造に因るリラクタンストルクが発生して、回転子５１２が回転する。そうすると羽根型突極５１３を複数具えた回転子５１２が羽根車の役目を果して管路５１１内の流体が回転子５１２と共に周方向に流れる。羽根形突極５１３は管路５１１に効率よく流体を流す。

この結果、流体が図示しない入口からモータ５０１内に吸入され、環状の管路５１１を通る。ステータコア３０７および電機子コイル３０８の内径側に環状の管路５１１を配置したことから、流体に作用する遠心力も相俟って、管路５１１内の流体は、孔５１６からステータコア３０７および電機子コイル３０８に向けて噴出し、これらステータコア３０７および電機子コイル３０８を冷却する。またフィンなどの特殊な形状である羽根型突極５１３の先端が流体を孔５１６から押し出す効果も相俟って、流体はステータコア３０７および電機子コイル３０８に向けて勢いよく噴出する。
次に流体は、出口５１５からモータ５０１の外に排出する。

以上の説明より、モータ５０１は駆動源およびポンプ手段として機能する。
そして、流体がステータコア３０７および電機子コイル３０８に噴きかかることにより、モータ５０１を一層効率よく冷却することができる。

ところで、上記した各実施例によれば、磁束が通過することにより動作するポンプ手段１０，２０，３０，４０，５０，６０を、モータの電機子コイルからの磁束（またはステータコアからの磁束）が通過する位置に配置し、前記磁束の周期的な変化により、これらポンプ手段１０，２０，３０，４０，５０，６０が作動するよう構成したことから、モータの電磁力が直接ポンプ手段に作用して、該電磁力が流体を輸送する動力になる。したがって、モータから出力軸を介してポンプ手段を駆動する必要がなくなり、ポンプ手段を含むモータ全体を小型化することができる。また、モータの電磁力が直接ポンプ手段に作用することにより、従来出力軸で発生していたフリクションを解消することができ、ポンプ手段の省エネルギー化に寄与する。

ポンプ手段１０，２０，５０，６０は、磁性材料からなるピストン７，５７をシリンダ２内に設け、ピストン７，５７がシリンダ２内を往復することにより該シリンダ２内に流体を吸入して吐出するポンプ手段である。つまり電機子コイルからの磁束が、ポンプ手段１０，２０，５０，６０を通過すると、ピストン７，５７がシリンダ２内を動作する。この磁束が周期的に変化すると、ピストン７，５７がシリンダ２内を往復し、ポンプとしての機能を果す。

さらにポンプ手段２０，６０のピストン７，５７に永久磁石１３，５８を取り付けたことから、永久磁石１３，５８が磁束により引き寄せられたり、反発されたりして、ポンプ手段２０，６０の吐出能力を大きくすることができる。

ポンプ手段３０，４０は、磁歪素子からなる袋状体１４が収縮膨張を繰り返すことにより流体を吸入して吐出するポンプ手段である。つまり電機子コイルからの磁束が、ポンプ手段３０，４０を通過すると、磁歪素子の伸縮作用により袋状体１４が変形する。この磁束が周期的に変化すると、袋状体１４が収縮膨張を繰り返し、ポンプとしての機能を果す。

さらにポンプ手段４０の袋状体１４に磁性体１８を取り付けたことから、磁性体１８が袋状体１４の収縮膨張と協働してシリンダ２内を動作し、ポンプ手段４０の吐出能力を大きくすることができる。なお、磁性体１８の代わりに永久磁石を設けてもよい。

図９および図１０に示す配置レイアウトでは、ポンプ手段１０を隣り合うステータコア１０２同士間に配置したことから、流体が配管１０４，１０５を安定して流れ、脈動を軽減することができる。

ポンプ手段を具えたモータ２０１，３０１，４０１，５０１では突極２０３，３１３，５１３を周方向に複数具えた円環状の回転子２０２，３１２，５１２と、該回転子２０２，３１２，５１２を収容する流体通路２０６および管路３１１，５１１とがポンプ手段を構成することから、
モータの電磁力が直接にこれらポンプ手段に作用して、該電磁力が流体を輸送する動力になる。したがって、モータから出力軸を介してポンプ手段を駆動する必要がなくなり、ポンプ手段を含むモータ全体を小型化することができる。また、モータの電磁力が直接ポンプ手段に作用することにより、従来出力軸で発生していたフリクションを解消することができ、ポンプ手段の省エネルギー化に寄与する。

ポンプ手段を具えたモータ５０１では、突極５１３を羽根形状にしたことから、管路５１１に効率よく流体を流すことができ、ポンプ手段の吐出能力を大きくすることができる。

ポンプ手段を具えたモータ４０１では、流体が流れる管路３１１を電機子コイル４０８で巻回したことから、電機子コイル４０８を効率よく冷却することができる。

ポンプ手段を具えたモータ４０１では、流体が流れる管路３１１を電機子コイル３０８の外径側に配置したことから、回転子３１２の直径を大きくすることができ、ポンプ手段の吐出能力を大きくすることができる。
またポンプ手段を具えたモータ５０１では、流体が流れる管路５１１を電機子コイル３０８の内径側に配置したことから、モータ５０１を小型化することができる。

さらに、流体通路である管路５１１のうち電機子コイル３０８に近い外径側には流体を噴射する孔５１６を設けたことから、環状の管路５１１を流れる流体に作用する遠心力も相俟って、流体を電機子コイル３０８に噴きかけることができ、冷却効率が向上する。
また、羽根型突極５１３の形状が孔５１６から流体を押し出すのに適した形状であることから、流体を勢いよく噴出することができる。
なお図には示さなったが、電機子コイル３０８の外径側に管路および回転体を配設し、管路のうち電機子コイル３０８に近い内径側には流体を噴射する孔を設けてもよい。

図１２に示すポンプ手段５０の配置レイアウトや、これまでに説明した配置レイアウトおよび各実施例では、ポンプ手段を、回転子および固定子間で形成される磁気回路の磁束が通過する位置に設けたことから、ポンプ手段の吐出能力が向上する。

あるいは、図１３および図１４に示すポンプ手段１０の配置レイアウトや、これまでに説明した配置レイアウトおよび各実施例では、ポンプ手段を、モータ内の磁束のうちモータ回転子およびモータ固定子間で形成される磁気回路を迂回する漏れ磁束が通過する位置に設けたことから、これまで利用されていなかった漏れ磁束を用いてポンプ手段を動作することが可能になり、エネルギーの省力化に寄与することができる。

これまでに説明した配置レイアウトおよび各実施例では、本出願人による特開平１１−２７５８２６に記載の複合電流制御を用いることが可能である。つまり、動力源たる回転子を駆動する駆動用交流と、ポンプ手段を作動させるポンプ手段用交流とを重畳して複合電流を生成し、該複合電流を電機子コイルに流すことにより、これらモータ回転子を駆動して、ポンプ手段を作動させてもよい。これにより、駆動力とポンプの吐出能力を個々に調整することができる。

これまでに説明した配置レイアウトおよび各実施例では、ポンプ手段から吐出される流体をインバータなどのスイッチング素子に通して、該スイッチング素子を冷却することができる。一例として、モータの固定子に、電機子コイルの交流制御を行うスイッチング素子を設ける。このスイッチング素子は、モータとは別個に設置されて交流を生成する従来のインバータを小型化し、モータの固定子に取り付けたものである。そして、ポンプ手段と接続する管路を該スイッチング素子の近傍に配設する。
これにより、電気回路が小型化集約化されたモータであっても効率よく冷却することができる。

なお、上述したのはあくまでも本発明の一実施例であり、本発明はその主旨に逸脱しない範囲において種々変更が加えられうるものである。
例えば、ポンプ手段１０，２０，３０，４０，５０，６０およびポンプ手段を具えたモータ２０１，３０１，４０１，５０１は、３相交流モータに限られず、単相から複数相までいずれの交流モータにも適用可能である。またポンプ手段１０，２０，３０，４０，５０，６０はアキシャルギャップ型回転電機に限られず、固定子と回転子とを回転子の径方向に配置したラジアルギャップ型回転電機にも適用可能である。
そして、流体はモータを冷却するためにのみ用いる冷媒に限定されず、作動油などの液体を圧送する手段として用いてもよい。

本発明の第一実施例になるポンプ手段を模式的に示す断面図である。 本発明の第二実施例になるポンプ手段を模式的に示す断面図である。 本発明の第三実施例になるポンプ手段を模式的に示す断面図である。 本発明の第四実施例になるポンプ手段を模式的に示す断面図である。 本発明の第五実施例になるポンプ手段を模式的に示す断面図である。 本発明の第六実施例になるポンプ手段を模式的に示す断面図である。 第一実施例になるポンプ手段をモータに配置したレイアウトを模式的に示す横断面図である。 同モータを模式的に示す縦断面図である。 他の例になる配置レイアウトを模式的に示す横断面図である。 同モータを模式的に示す縦断面図である。 更に他の実施例になるポンプ手段をモータに配置したレイアウトを模式的に示す縦断面図である。 更に他の実施例になるポンプ手段をモータに配置したレイアウトを模式的に示す横断面図である。 更に他の実施例になるポンプ手段をモータに配置したレイアウトを模式的に示す横断面図である。 更に他の実施例になるポンプ手段をモータに配置したレイアウトを模式的に示す縦断面図である。 別な配置例になるポンプ手段を、ステータコア１個分につき模式的に示す側面図である。 同ステータコア１個分の正面図である。 同ステータコア１個分を断面とし、ポンプ手段を模式的に示す縦断面図である。 ステータコア１個分につき、他のポンプ手段を模式的に示す縦断面図である。 ステータコア１個分につき、更に他のポンプ手段を模式的に示す縦断面図である。 本発明の第七実施例になるポンプ手段を具えたモータ軸方向から見て模式的に示す横断面図である。 本発明の第八実施例になるポンプ手段を具えたモータを軸方向から見て模式的に示す横断面図である。 同実施例のモータを一部取り出して模式的に示す斜視図である。 本発明の第九実施例になるポンプ手段を具えたモータを軸方向から見て模式的に示す横断面図である。 同実施例のモータを一部取り出して模式的に示す斜視図である。 本発明の第十実施例になるポンプ手段を具えたモータを軸方向から見て模式的に示す横断面図である。 同実施例のモータを一部取り出して模式的に示す斜視図である。

符号の説明

２ シリンダ
３ 入口
４ 出口
５、６ 逆止弁
７ ピストン
９ リザーバ
１０ ポンプ手段
１３ 永久磁石
１４ 袋状体
１８ 磁性体
２０，３０，４０，５０ ポンプ手段
５７ ピストン
５８ 永久磁石
６０ ポンプ手段
１０１ モータ
１０２ ステータコア
１０３ 吸入配管
１０４，１０５ 配管
１０６ 吐出配管
１１１ モータケース
１１２ 電機子コイル
１１３ 配管
２０１ モータ
２０２ 回転子
２０３ 突極
２０６ 流体通路
２０７ 入口
２０８ 出口
３０１ モータ
３０２ 固定子
３０７ ステータコア
３０８ 電機子コイル
３０３，３０４，３１２ 回転子
３１３ 突極
３１４ 入口
３１５ 出口
４０１ モータ
４０８ 電機子コイル
５０１ モータ
５１１ 管路
５１２ 回転子
５１３ 羽根型突極

Claims (15)

1. 磁束が通過することにより動作するポンプ手段を、モータの電機子コイルからの磁束が通過する位置に配置し、前記磁束の周期的な変化により、前記ポンプ手段が作動するよう構成したことを特徴とするポンプ手段を具えたモータ。
2. 請求項１に記載のポンプ手段を具えたモータにおいて、前記ポンプ手段は、磁性材料からなるピストンをシリンダ内に設け、ピストンがシリンダ内を往復することにより該シリンダ内に流体を吸入して吐出するポンプ手段であることを特徴とするポンプ手段を具えたモータ。
3. 請求項２に記載のポンプ手段を具えたモータにおいて、前記ピストンに永久磁石を取り付けたことを特徴とするポンプ手段を具えたモータ。
4. 請求項１に記載のポンプ手段を具えたモータにおいて、前記ポンプ手段は、磁歪素子からなる袋状体が収縮膨張を繰り返すことにより流体を吸入して吐出するポンプ手段であることを特徴とするポンプ手段を具えたモータ。
5. 請求項４に記載のポンプ手段を具えたモータにおいて、前記袋状体に磁性体または永久磁石を取り付けたことを特徴とするポンプ手段を具えたモータ。
6. 請求項２〜５のいずれか１項に記載のポンプ手段を具えたモータにおいて、
   前記ポンプ手段を隣り合うステータコア同士間に配置したことを特徴とするポンプ手段を具えたモータ。
7. 請求項１に記載のポンプ手段を具えたモータにおいて、
   前記ポンプ手段を、突極を周方向に複数具えた円環状の回転子と、該回転子を収容する流体通路とで構成したことを特徴とするポンプ手段を具えたモータ。
8. 請求項７に記載のポンプ手段を具えたモータにおいて、
   前記突極を羽根形状にしたことを特徴とするポンプ手段を具えたモータ。
9. 請求項７または８に記載のポンプ手段を具えたモータにおいて、
   前記流体通路を電機子コイルで巻回したことを特徴とするポンプ手段を具えたモータ。
10. 請求項７または８に記載のポンプ手段を具えたモータにおいて、
    前記流体通路を電機子コイルの外径側または内径側に配置したことを特徴とするポンプ手段を具えたモータ。
11. 請求項１０に記載のポンプ手段を具えたモータにおいて、
    前記流体通路のうち電機子コイルに近い側には流体噴射孔を設けたことを特徴とするポンプ手段を具えたモータ。
12. 請求項１〜１１のいずれか１項に記載のポンプ手段を具えたモータにおいて、
    前記ポンプ手段を、モータ回転子およびモータ固定子間で形成される磁気回路の磁束が通過する位置に設けたことを特徴とするポンプ手段を具えたモータ。
13. 請求項１〜１１のいずれか１項に記載のポンプ手段を具えたモータにおいて、
    前記ポンプ手段を、モータ内の磁束のうちモータ回転子およびモータ固定子間で形成される磁気回路を迂回する漏れ磁束が通過する位置に設けたことを特徴とするポンプ手段を具えたモータ。
14. 請求項１〜１３のいずれか１項に記載のポンプ手段を具えたモータにおいて、
    モータ回転子を駆動する駆動用交流と、前記ポンプ手段を作動させるポンプ手段用交流とを重畳して複合電流を生成し、該複合電流を電機子コイルに流すことにより、これらモータ回転子を駆動して、ポンプ手段を作動させることを特徴とするポンプ手段を具えたモータ。
15. 請求項１〜１４のいずれか１項に記載のポンプ手段を具えたモータにおいて、
    モータ固定子に、電機子コイルの交流制御を行うスイッチング素子を設け、前記ポンプ手段と接続する管路を該スイッチング素子の近傍に配設したことを特徴とするポンプ手段を具えたモータ。

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