JP5167868B2

JP5167868B2 - 電動機

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Publication number: JP5167868B2
Application number: JP2008052614A
Authority: JP
Inventors: 大記田中
Original assignee: Nissan Motor Co Ltd
Current assignee: Nissan Motor Co Ltd
Priority date: 2008-03-03
Filing date: 2008-03-03
Publication date: 2013-03-21
Anticipated expiration: 2028-03-03
Also published as: CN101946387A; KR20100117647A; WO2009110437A1; US20110012448A1; EP2262081B1; US8203241B2; EP2262081A4; JP2009213231A; EP2262081A1; CN101946387B; KR101131257B1

Description

この発明は、電動機に関し、特に、回転時の回転子を冷却する冷却構造を備えた電動機に関する。

従来、永久磁石型電動機の回転子において、鉄損（渦損及びヒステリシス損失）が主な損失であることが知られている。この鉄損は、回転子の回転速度が大きくなると、通過磁束も大きくなるので増大するため、その結果として、回転子が発熱する。回転子が発熱して高温になると、磁石及び磁性体の磁気特性が悪化してしまうことから、回転子を冷却することが求められる。

このような回転子を冷却するものとして、例えば、回転子表面が冷却媒体に接触し、その攪拌により回転子及び固定子を冷却させる、掻上げ潤滑冷却構造を有する「電気回転装置」（特許文献１参照）や、外部オイルポンプを設け、このポンプによって冷却媒体を圧送する方法等がある。
特開２００１−３７１２９号公報

しかしながら、従来の「電気回転装置」における掻上げ潤滑の場合、低回転時に回転子が冷却を必要としない領域において、固定子・回転子間に介在する冷却媒体の粘性抵抗が大きく、回転子の高回転時における磁気抵抗は向上するものの、低回転時は回転抵抗により電動機としての冷却効率が悪化してしまうことが避けられなかった。
また、外部オイルポンプを設けるものにおいては、効率的に高回転のみを冷却することが可能だが、高コストとなっていた。この発明の目的は、外部ポンプを設けることなく、冷却媒体により回転子を冷却することができ、回転子の低回転時に冷却媒体の粘性抵抗が大きくなって回転子の冷却効率が悪化してしまうことのない電動機を提供することである。

上記目的を達成するため、この発明に係る電動機は、固定子と、回転自在に軸支された回転子とを備え、前記回転子を冷却媒体により冷却する電動機において、前記固定子の側に設けられた、前記冷却媒体を溜めておく冷却媒体貯留部と、前記冷却媒体貯留部から前記冷却媒体を前記回転子へ案内する冷却媒体通路とを備え、前記冷却媒体通路の前記冷却媒体を吐出する吐出口を、前記回転子の回転部位に近接配置すると共に、前記冷却媒体貯留部を前記吐出口より下方に設置し、前記回転子と吐出口との間に作用する負圧により前記冷却媒体貯留部内の冷却媒体を吸引することを特徴としている。

この発明によれば、固定子と、回転自在に軸支された回転子とを備え、回転子を冷却媒体により冷却する電動機は、固定子の側に設けられた、冷却媒体を溜めておく冷却媒体貯留部と、冷却媒体貯留部から冷却媒体を回転子へ案内する冷却媒体通路とを備え、冷却媒体通路の冷却媒体を吐出する吐出口を回転子の回転部位に近接配置し、吐出口より下方に設置した冷却媒体貯留部から、冷却媒体通路を介して冷却媒体を回転子へ案内し、吐出口から吐出させる。このため、外部ポンプを設けることなく、冷却媒体により回転子を冷却することができ、回転子の低回転時に冷却媒体の粘性抵抗が大きくなって回転子の冷却効率が悪化してしまうことがない。

以下、この発明を実施するための最良の形態について図面を参照して説明する。
（第１実施の形態）
図１は、この発明の第１実施の形態に係るモータの構成を示す断面図である。図１に示すように、永久磁石を用いた永久磁石型電動機であるモータ１０は、固定子（ステータ）１１と、回転自在に軸支された回転子（ロータ）１２を備えており、固定子１１と回転子１２の対向面が、円盤状の回転子１２の中心軸方向に沿う回転軸（回転子回転軸）１３に対して略平行に配置され、回転子１２と固定子１１の間に空隙（エアギャップ）ａを有する、所謂ラジアルギャップモータである。固定子１１と回転子１２は、モータケース１４の内部に収納されている。このモータ１０は、回転軸１３を横倒し、即ち、略水平にした状態（図１に示す状態）で設置され、駆動される。

モータケース１４は、円筒状のケース本体部１４ａ、及びケース本体部１４ａの両側開口を塞ぐ円盤状の２個のケース蓋部１４ｂ，１４ｃを有しており、ケース本体部１４ａとケース蓋部１４ｂ，１４ｃは、液密状態になるように、例えば、ボルト１５により固着されている。ケース本体部１４ａの内壁面には、コイル巻線１６が巻回された固定子１１が取り付けられ、両ケース蓋部１４ｂ，１４ｃには、両ケース蓋部１４ｂ，１４ｃの盤面中心を貫通する回転軸１３が、軸受け１７ａ，１７ｂを介して回転自在に装着されている。

この回転軸１３には、回転子１２を補強する、カップ状に形成された回転子補強部材１８が装着されている。回転子補強部材１８は、回転子１２の回転部位である底面部１８ａが、底面中心部に回転軸１３を貫通させた状態で、例えば、ボルト１９により回転軸１３に固着されており、回転子補強部材１８の周面部１８ｂの外側には、外周端面にエンドリング１２ａが取り付けられている。

回転子補強部材１８の底面部１８ａには、周面部１８ｂとボルト１９の間に位置し、且つ、周方向に略等間隔離間して、複数個（例えば、６個）の貫通孔２０が開けられている。貫通孔２０は、冷却媒体Ｌが通り抜けることができる横長丸孔の断面形状を有して、底面部１８ａの表面（即ち、ケース蓋部１４ｂ側面）から裏面（即ち、ケース蓋部１４ｃ側面）を貫通している。
回転子補強部材１８の底面部１８ａの表面（即ち、ケース蓋部１４ｂ側面）には、各貫通孔２０の下端部下方を通る円環状に形成され、各貫通孔２０に連通するように貫通孔２０側に開口する樋状の溝２１が設けられている。この溝２１は、貫通孔２０に入り込む前の冷却媒体Ｌを受け止める受け部として機能する。

また、ケース蓋部１４ｂの回転軸１３下方の内部には、ケース蓋部１４ｂの半径方向に沿って、冷却媒体の流路となる冷却媒体通路２２が形成されている。冷却媒体通路２２は、上端口２２ａが貫通孔２０に対向して溝２１の上方近傍に位置し、下端口２２ｂがケース本体部１４ａの内周面延長上に位置して、何れもケース蓋部１４ｂの裏面（即ち、回転子１２側面）に開口している。上端口２２ａには、ノズル２３が装着されている。ノズル２３は、冷却媒体通路２２に送り込まれた冷却媒体を吐出する先端開口を、モータ駆動時の回転部位である、回転子補強部材１８の底面部１８ａの表面（即ち、ケース蓋部１４ｂ側面）の、溝２１上方に近接配置させている。

つまり、冷却媒体通路２２は、上端口２２ａ及び下端口２２ｂが、モータケース１４内部の固定子１１と回転子１２を収納する密閉空間内に開口しており、この密閉空間と連通する連通路として形成されている。そして、冷却媒体通路２２に連通するノズル２３の先端開口（吐出口）は、モータ回転時に回転する回転子１２近傍の気流の影響を受けるように、回転する回転子補強部材１８の底面部１８ａ表面に臨ませて、回転子１２の回転部位に近接配置されている。

図２は、図１のモータにおける冷却媒体の流れを示すモータ下半部の断面説明図である。図２に示すように、モータケース１４内部の密閉空間底部には、密閉空間底部に位置する固定子１１を略浸漬状態にするように、冷却媒体Ｌが溜められており、この密閉空間底部は、固定子の側に設けられて冷却媒体Ｌを溜めておく冷却媒体貯留部（リザーバ）として機能する。即ち、モータ１０に形成された冷却媒体通路２２は、モータケース１４内部のノズル２３の先端開口より下方に設置されて冷却媒体Ｌが溜められた密閉空間底部と、回転子１２上方の貫通孔２０を繋ぐように配置されており、冷却媒体貯留部から冷却媒体Ｌを回転子１２へ案内する。

なお、冷却媒体通路２２から吐出される冷却媒体Ｌとしては、例えば冷却液が用いられるが、これに限らず、オートマチックトランスミッションフルード（ＡｕｔｏｍａｔｉｃＴｒａｎｓｍｉｓｓｉｏｎＦｌｕｉｄ：ＡＴＦ）や冷却オイル等を用いてもよい。
モータ１０が駆動され、回転子１２の回転数が増加するのに伴い冷却媒体通路２２内の圧力が低下すると、モータケース１４内部の密閉空間底部から冷却媒体Ｌが汲み上げられる。回転子１２の高回転時、冷却媒体通路２２の上端口２２ａに装着されたノズル２３から、回転子１２の回転部位である底面部１８ａの外面、即ち、回転子１２の背面に向かって冷却媒体Ｌが吐出される。

ノズル２３から吐出された冷却媒体Ｌは、遠心力によって、回転子１２の背面を伝い回転子１２外径（固定子１１）方向へ流れようとするが、回転子１２内径（回転軸１３）方向に開口する溝２１に受け止められ、溝２１内に一時的に保持される。
溝２１内に一時的に保持された冷却媒体Ｌは、溝２１に連通する貫通孔２０を通り抜けて、回転子１２の内周部、即ち、回転子補強部材１８の周面部１８ｂ内面に流れ出す。貫通孔２０により、回転子１２の背面側に吐出させた冷却媒体Ｌを回転子１２の表面側（回転子補強部材１８の内周面側）へ導くことができるので、回転子１２の表面側を効率的に冷却することができる。また、溝２１により、回転子１２の表面側（回転子補強部材１８の内周面側）へ流れ込む冷却媒体Ｌが減ってしまうのを防ぐことができる。

冷却媒体Ｌが流れ出た周面部１８ｂは、内径側（底面部１８ａ側）より外径側（周面部１８ｂ先端）の方が大径化しているため、冷却媒体Ｌは、遠心力によって周面部１８ｂ先端方向、即ち、回転子１２の開口部方向へ押し流される。
回転子補強部材１８の周面部１８ｂ内面を流れる冷却媒体Ｌは、遠心力により、周面部１８ｂ先端から更に、回転子１２外径方向へと押し流されるが、このとき、冷却媒体Ｌがエアギャップａへ流れ込むのを防ぐため、回転子補強部材１８の周面部１８ｂ先端には、プレート２４が取り付けられている。

プレート２４は、回転子１２（回転子補強部材１８の周面部１８ｂ）内面を流れる冷却媒体Ｌが回転子１２から離脱する回転子１２の端部（周面部１８ｂ端部）に、エアギャップａを塞ぐように先端部を固定子１１側へ入り込ませて設置されており、回転子１２と固定子１１間のエアギャップａを塞いで、離脱させた冷却媒体Ｌがエアギャップａに入り込むのを防止している。これにより、冷却媒体Ｌがエアギャップａ内に流れ込むことがないので、離脱させた冷却媒体Ｌによる粘性抵抗は発生しない。
このように、回転子１２の回転時、ノズル２３から吐出された冷却媒体Ｌが、回転子補強部材１８の周面部１８ｂ内面に沿って流れる（図２中、矢印ｃ参照）ことにより、回転子１２の内周部を冷却することができる。

つまり、回転子１２を構成する回転子補強部材１８は、回転子１２の回転時に発生する遠心力により、吐出された冷却媒体Ｌを回転子１２の熱を吸収しつつ移動させ回転子１２（回転子補強部材１８）から離脱させる、回転軸１３方向に沿う下り傾斜面を有している。よって、カップ状に形成され、開口部に向かうにつれて内径が拡大する形状を有する回転子補強部材１８により、冷却媒体Ｌは、回転子１２内周部の熱を吸収した後に回転子１２外部へと飛ばされることになる。

また、冷却媒体Ｌとして冷却液を用いることで、冷却効率を高めると共に、負圧と冷却媒体の比重の関係から回転子１２の低回転時における冷却媒体Ｌの吐出を抑制することができ、冷却効率及び回転効率が共に良好な冷却装置を構成することができる。
つまり、モータ１０において、回転子１２が高速で回転する間、回転子１２近傍の気体は流速を持つため、ベルヌーイ効果によって負圧が発生する。よって、モータケース１４内部の密閉空間底部、即ち、冷却媒体Ｌを貯留する冷却媒体貯留部から冷却媒体Ｌを吸い上げ、ノズル２３の先端開口から回転子１２に冷却媒体Ｌを吹き付けることができる。また、回転子１２の低回転時には、負圧と冷却媒体Ｌの比重の関係から、低回転時の負圧によっては冷却媒体Ｌが吐出しないため、冷却媒体Ｌによる粘性抵抗が発生しない。

また、回転子１２の回転停止時に、冷却媒体貯留部に溜められる冷却媒体Ｌの表面は、エアギャップａより下方（回転子半径方向外側）に位置することになるので、エアギャップａ面に冷却媒体Ｌが介在しないことになり、固定子１１と回転子１２の間における粘性抵抗を低減させることができる。
なお、図２において、冷却媒体通路２２の下端口２２ｂは、ケース蓋部１４ｂの回転子１２側に向かって開口しているが、ケース蓋部１４ｂのケース本体部１４ａ側に向かって開口（図１参照）していても良く、下端口２２ｂは、モータケース１４内部の密閉空間底部に溜められた冷却媒体Ｌを吸い込むことができるように、密閉空間底部の底面近傍に開口していればよい。

次に、冷却媒体ＬとしてＡＴＦを用いた場合の負圧状態におけるＡＴＦレベル及びＡＴＦ吐出流速について説明する。
図３は、負圧によるＡＴＦレベルをグラフで示す説明図である。図３に示すように、冷却媒体通路内に存在する冷却媒体Ｌ（ＡＴＦ）が負圧によって吸い上げられるとき、吸い上げられる高さ（ＡＴＦレベル）、即ち、ＡＴＦを貯留する冷却媒体貯留部内のＡＴＦ面からの高さ（ｍｍ）は、回転子１２の回転数（ｒｐｍ）の上昇に伴い上昇する。

冷却媒体通路２２内部に存在するＡＴＦの高さが上昇し、その高さがノズル２３の設けられている高さと同一になると、ノズル２３からのＡＴＦの吐出が開始される。ノズル２３からＡＴＦが吐出される回転子１２の回転数以上の回転数においては、回転数の上昇に伴ってノズル２３からのＡＴＦの吐出量が増加するため、冷却媒体通路２２内のＡＴＦの高さ（ＡＴＦレベル）は変わらず、ノズル２３高さと同一となる。

図４は、ＡＴＦ吐出流速をグラフで示す説明図である。図４に示すように、ノズル２３からＡＴＦが吐出される回転子１２の回転数（吐出回転数）以上の回転数においては、回転数の上昇に伴い、ノズル２３からのＡＴＦの吐出量が増加する、即ち、吐出流速（ｍ／ｓ）が増加する。また、吐出回転数以下の回転数においては、冷却媒体通路２２内でのＡＴＦの高さが変化するのみで、ＡＴＦの吐出は行われない。

（第２実施の形態）
図５は、この発明の第２実施の形態に係るノズルの先端部を示し、（ａ）は曲面構成の断面説明図、（ｂ）は多面構成の断面説明図である。図５に示すように、冷却媒体通路２２の上端口２２ａに装着されたノズル２３は、ノズル先端２３ａを、底面部１８ａ側に突出するドーム状の曲面（（ａ）参照）或いはドーム状の多面体（（ｂ）参照）により形成している。つまり、冷却媒体Ｌを吐出させるノズル先端２３ａが、回転子補強部材１８の底面部１８ａに対向する凸形状になるようにしている。その他の構成及び作用は、第１実施の形態に係るモータ１０（図２参照）と同様である。

上記構成を有することで、ベンチュリー効果により、ノズル先端２３ａ、即ち、冷却媒体Ｌの吐出部近傍における回転流体の流速が吐出部近傍以外の場所に比べて増加する（図中、矢印ｓ参照）ため、負圧がより発生し易くなる。このため、冷却媒体貯留部からより多くの冷却媒体Ｌを汲み上げる（吸引する）ことができる。

（第３実施の形態）
図６は、この発明の第３実施の形態に係る冷却媒体の流れを示すモータ下半部の断面説明図である。図６に示すように、モータ３０は、モータケース蓋部１４ｂの内部に形成されていた冷却媒体通路２２を、ケース蓋部１４ｃの内部に形成し、上端口２２ａに装着されたノズル２３を、回転子１２の開口部側である、回転子補強部材１８の開口部側に向けている。その他の構成及び作用は、第１実施の形態に係るモータ１０（図２参照）と同様である。

このように、回転子１２の回転時、ノズル２３から回転子補強部材１８の底面部１８ａに向かって吐出された冷却媒体Ｌが、周面部１８ｂ内面に沿って流れ落ちる（図中、矢印ｃ参照）ことにより、回転子１２の内周部を冷却することができる。
上記構成を有することにより、回転子１２の背面に向かって冷却媒体Ｌが吐出される場合（図２参照）に比べ、回転子１２に貫通孔２０を開ける必要がないため、回転子１２の回転強度を高く設定することができる。

（第４実施の形態）
図７は、この発明の第４実施の形態に係る冷却媒体の流れを示すモータ下半部の断面説明図である。図７に示すように、モータ３５は、固定子１１と回転子３６の対向面が、回転子３６の中心軸方向に沿う回転軸１３に対して垂直に配置され、回転子３６と固定子１１の間にエアギャップａを有する、所謂アキシャルギャップモータである。その他の構成及び作用は、第１実施の形態に係るモータ１０（図２参照）と同様である。

回転子３６は、回転子３６を補強する、円盤状に形成された回転子補強部材３７を有している。回転子補強部材３７は、固定子１１に対向する部分に、回転子補強部材３７周方向に沿って埋設状態に配列された、複数の永久磁石３８を有すると共に、永久磁石３８の背面側に配置されたバックヨーク３８ａを有している。この回転子補強部材３７のエアギャップａ側面の反対側面である、バックヨーク３８ａの背面側には、回転子補強部材３７を、その半径方向に貫通する冷却媒体通路３９が形成されている。

冷却媒体通路３９は、上端口３９ａが、ノズル２３の噴出口に臨むようにノズル２３下方に開口し、下端口３９ｂが、モータケース１４内部の密閉空間底部に溜められた冷却媒体Ｌに臨むように回転子補強部材３７の外周端面に開口している。
上記構成を有することにより、回転子３６の高回転時のみ、ノズル２３から冷却媒体Ｌを吸引吐出させることができ、ノズル２３から吐出された冷却媒体Ｌは、冷却媒体通路３９を通って（図中、矢印ｃ参照）密閉空間底部に流れ落ち溜められる。また、回転子３６内部に冷却媒体通路３９を設けたので、バックヨーク３８ａ近傍、即ち、発熱部近傍を冷却することができ、冷却性能が向上する。

（第５実施の形態）
図８は、この発明の第５実施の形態に係る冷却媒体の流れを示すモータ下半部の断面説明図である。図８に示すように、モータ４０は、回転子３６が固定子１１に対し接近離反するように移動し（図中、白抜き矢印参照）、回転子３６と固定子１１の間のエアギャップａが変化する可変ギャップ型アキシャルギャップモータである。

このモータ４０において、冷却媒体Ｌを吐出させるノズル２３吐出口を、回転子補強部材３７のエアギャップａ側面とは反対側面である背面近傍に位置させて、回転子補強部材３７の背面に臨ませている。即ち、ノズル２３吐出口を、回転子１２の回転部位に近接配置している。その他の構成及び作用は、第１実施の形態に係るモータ１０（図２参照）と同様である。

上記構成を有することにより、エアギャップａが拡大したとき、即ち、回転子３６高回転時の誘起電圧低減時に、回転子３６が固定子１１から遠ざかることにより、回転子３６とノズル２３吐出口の間の距離が接近し、ノズル２３吐出口から冷却媒体Ｌを吐出させることができる。ノズル２３から吐出させた冷却媒体Ｌは、回転子補強部材３７の背面を伝って（図８中、矢印ｃ参照）流れ落ち密閉空間底部に溜められる。

（第６実施の形態）
図９は、この発明の第６実施の形態に係るノズルの先端部を示すノズル対向面となる回転子背面側の説明図である。図１０は、図９のノズルの先端部を拡大して示し、（ａ）は先端部の平面説明図、（ｂ）は断面説明図である。
図９に示すように、ノズル２３の先端には、回転子１２周方向、即ち、回転子補強部材１８の底面部１８ａ周方向に沿う流路を形成し、底面部１８ａ周方向両側に開口を有する、管体状の先端流路形成部（流路形成部）４５（図１０参照）が装着されている。この先端流路形成部４５により、ノズル２３の吐出口は、回転子補強部材１８の底面部１８ａに沿った底面部１８ａ周方向両側に開口することになる。その他の構成及び作用は、第１実施の形態に係るモータ１０（図２参照）と同様である。

図１０に示すように、先端流路形成部４５は、その長手方向略中央部を、ノズル２３の先端に被せるように取り付けられており、ノズル２３の先端に装着された先端流路形成部４５の外面は、回転子補強部材１８の底面部１８ａに殆ど接触した状態になる（（ａ）参照）。また、先端流路形成部４５は、ノズル２３先端部との連結部の流路幅ｗ１が、少なくとも一方の開口部の流路幅ｗ２、即ち、回転子補強部材１８の底面部１８ａ半径方向の開口幅より短く形成されている（（ｂ）参照）。従って、回転子１２の回転（（ｂ）矢印ｒ参照）に伴い先端流路形成部４５を通り抜ける空気は、出入口が広くノズル２３に連通する中央部が狭く形成された流路を通り抜ける（（ｂ）矢印参照）ことになる。

上記構成を有することにより、ノズル２３の先端のみを回転子補強部材１８の底面部１８ａ近傍に位置させる場合に比べ、多くの流体をノズル先端に取り込むことが可能なため、より多くの冷却媒体Ｌをノズル２３から吐出させることができる。また、先端流路形成部４５の中央部（ノズル２３の先端部）を出入り口付近より狭くすることにより、ベンチュリ効果を発生させて、より多くの冷却媒体Ｌを吐出させることができる。また、先端流路形成部４５は、回転子補強部材１８の底面部１８ａに設けられた、冷却媒体Ｌを受け止める溝２１より上方に位置していることから、モータ組み付け作業時の組み付け精度が向上する。

なお、先端流路形成部４５は、管体状に形成する他、回転子補強部材１８の底面部１８ａ側が開口した溝状に形成しても良い。
（第７実施の形態）
図１１は、この発明の第７実施の形態に係るモータ下半部の断面説明図である。図１１に示すように、モータ５０は、ケース蓋部１４ｂの冷却媒体Ｌ吐出部である上端口２２ａより上部（即ち、回転軸１３側）に、圧力調整バルブ５１とフィルタ５２を設けている。

圧力調整バルブ５１は、ケース蓋部１４ｂの外表面に大気と連通する連通口を開口しており、この圧力調整バルブ５１により、大気圧と冷却媒体通路２２内部の負圧の制御を行ない、フィルタ５２により、圧力調整バルブ５１を介して外部からモータケース１４内部の密閉空間内へ導入する大気の濾過を行う。その他の構成及び作用は、第１実施の形態に係るモータ１０（図２参照）と同様である。

この圧力調整バルブ５１は、固定子１１の温度を感知する機能を備え、感知した固定子１１のコイル巻線（固定子巻線）１６或いは固定子鉄心の温度に応じてバルブを開閉し、冷却媒体通路２２の内部圧力を、モータ１０の内部圧力と同等状態或いは回転子１２の回転時に発生する負圧状態に調整する。つまり、圧力調整バルブ５１は、コイル巻線１６又は固定子鉄心の温度が低いときには、冷却媒体通路２２内部の圧力をモータ１０内部又は外部の大気圧と同等とし、コイル巻線１６又は固定子鉄心の温度が高いときには、冷却媒体通路２２内部の圧力を回転子１２により発生する負圧とする。

上記構成を有することにより、モータ５０の高速駆動時の冷却を必要とする高負荷時には、圧力調整バルブ５１を閉状態とするが、モータ５０の高速駆動時においても、冷却を必要としない、例えば、磁束密度が少ないときや寒冷地走行時等には、圧力調整バルブ５１を開状態とする。圧力調整バルブ５１を開状態とし、冷却媒体通路２２内の負圧を大気圧へと近づけることにより、冷却媒体Ｌがノズル２３から吐出するのを防止する。このように、モータ高回転時においても、低負荷時には、回転子１２と冷却媒体Ｌの間で発生する粘性抵抗を低減させることができ、モータ１０の高速駆動時における出力感度に対応した冷却制御を行うことができる。

また、外部の大気をモータケース１４内部の密閉空間内へ導入する際、圧力調整バルブ５１とノズル２３の間に設置されたフィルタ５２により、大気中のコンタミ（ｃｏｎｔａｍｉｎａｔｉｏｎ）等の汚染物質を取り除くことができる。

（第８実施の形態）
図１２は、この発明の第８実施の形態に係るモータの断面説明図である。図１２に示すように、モータ５５は、大気圧と冷却媒体通路２２内部の負圧の制御を行なう圧力調整バルブ５１を、モータケース１４内部に設置しており、それに対応して、冷却媒体通路２２に連通する上部冷却媒体通路５６を設け、ノズル２３を冷却媒体通路２２ではなく上部冷却媒体通路５６に装着している。その他の構成及び作用は、第１実施の形態に係るモータ１０（図２参照）と同様である。

上部冷却媒体通路５６は、ケース蓋部１４ｂの上半部に設置されており、冷却媒体通路２２に形成した上端口２２ａに代えて、上部冷却媒体通路５６に、回転子補強部材１８の底面部１８ａに形成された溝２１の下方近傍に開口する上部下端口５６ａを設けている。この上部下端口５６ａには、ノズル２３が装着されており、ノズル２３は、その吐出口を、溝２１下部の底面部１８ａの表面（即ち、ケース蓋部１４ｂ側面）に接近対向させている。

また、上部冷却媒体通路５６は、固定子１１のコイル巻線１６に対向する位置に開口する上部上端口５６ｂを有しており、この上部上端口５６ｂに、例えば、コイル巻線１６に接触した状態に圧力調整バルブ５１が装着されている。圧力調整バルブ５１は、例えば、バイメタルや熱電素子等から構成される感温式バルブが用いられる。

図１３は、図１２の圧力調整バルブの詳細説明図である。図１３に示すように、圧力調整バルブ５１は、例えば、シリンダ５１ａ内の付勢部材（コイルスプリング）５１ｂと感温金属５１ｃにより、シリンダ５１ａに対し進出退避するピストン５１ｄの動作を制御する感温式バルブにより構成されている。また、上部上端口５６ｂは、ケース蓋部１４ｂの内部に設けられた内部連通路５７を介して、モータケース１４の内部空間と連通しており、内部連通路５７は、ピストン５１ｄの進出退避動作により開閉される。

この感温式バルブからなる圧力調整バルブ５１は、コイル巻線１６の温度が低温時には、感温金属５１ｃの大きさが常態時のまま変化せず、上部下端口５６ａが臨む回転子１２の回転に伴う上部冷却媒体通路５６の負圧Ｐｌ状態に対し、付勢部材５１ｂの付勢力がピストン５１ｄを押し上げる。このため、内部連通路５７が開状態となり、上部冷却媒体通路５６には、内部連通路５７を介してモータケース１４の内部空間の大気圧状態の空気が流入する（図中、矢印参照）ことになり、上部冷却媒体通路５６の負圧Ｐｌ状態が解消される。

これに対し、コイル巻線１６の温度が上昇すると、上昇した温度が感温金属５１ｃに伝わり感温金属５１ｃが膨張Ｐｖする。感温金属気体５１ｃが膨張すると、付勢部材５１ｂの付勢力を超えてピストン５１ｄが進出状態となり内部連通路５７を閉状態にする。これにより、上部冷却媒体通路５６内部の負圧Ｐｌ状態が保持され、モータケース１４内部の密閉空間底部に溜められた冷却媒体Ｌが、冷却媒体通路２２を介して上部冷却媒体通路５６に吸い込まれ、ノズル２３の先端吐出口から回転子１２（回転子補強部材１８の底面部１８ａ）の背面に向けて吐出される。なお、感温金属は熱膨張率の高い金属や、バイメタルなどが用いられる。

このように、感温式バルブからなる圧力調整バルブ５１を、コイル巻線１６に接触させた状態或いは近傍に位置させた状態に配置することにより、モータ５５の高負荷時には圧力調整バルブ５１が閉状態となって冷却媒体Ｌがノズル２３から吐出され、低負荷時には圧力調整バルブ５１が開状態となって冷却媒体Ｌはノズル２３から吐出されないので、モータ高速駆動時においてモータの出力感度に対応した冷却制御を行うことができる。

上述したように、この発明に係る電動機（モータ）は、固定子と、回転自在に軸支された回転子とを備え、前記回転子を冷却媒体により冷却する電動機において、前記固定子の側に設けられた、前記冷却媒体を溜めておく冷却媒体貯留部と、前記冷却媒体貯留部から前記冷却媒体を前記回転子へ案内する冷却媒体通路とを備え、前記冷却媒体通路の前記冷却媒体を吐出する吐出口を、前記回転子の回転部位に近接配置すると共に、前記冷却媒体貯留部を前記吐出口より下方に設置し、前記回転子と吐出口との間に作用する負圧により前記冷却媒体貯留部内の冷却媒体を吸引することを特徴としている。

また、この発明において、前記冷却媒体貯留部は、横向き方向に位置する電動機回転軸より下方のケース内底部に設けられ、前記冷却媒体貯留部に溜められる前記冷却媒体の表面は、前記回転子と前記固定子間の空隙より下方に位置したことが好ましい。
また、この発明において、前記吐出口を、前記回転子の回転部位に対向する凸形状に形成することが好ましい。
また、この発明において、前記吐出口に、回転子周方向両側に開口し回転子周方向に沿う流路を形成する流路形成部を設けたことが好ましい。

また、この発明において、前記流路は、回転子回転方向中央部が回転子回転方向両端部の少なくとも一方より狭いことが好ましい。
また、この発明において、前記回転子は、回転子周方向に沿って複数個配置された、前記回転子の表裏面を貫通し前記冷却媒体が通り抜ける貫通孔を有することが好ましい。
また、この発明において、前記回転子は、前記回転子の前記吐出口側面に、前記吐出口から吐出された前記冷却媒体を受け止める受け口となり、且つ、受け止めた前記冷却媒体を前記貫通孔に送り込む受け部を有することが好ましい。

また、この発明において、前記流路形成部は、前記受け部より上方に位置することが好ましい。
また、この発明において、前記冷却媒体通路の内部圧力を調整する圧力調整バルブを設置したことが好ましい。
また、この発明において、前記圧力調整バルブは、前記固定子の温度を感知する機能を備え、感知した前記固定子の温度に応じて、電動機内部圧力と同等状態或いは前記回転子の回転時に発生する負圧状態に調整することが好ましい。

また、この発明において、前記回転子は、前記回転子の回転時に発生する遠心力により、吐出された前記冷却媒体を前記回転子の熱を吸収しつつ移動させ前記回転子から離脱させる、回転子回転軸方向に沿う下り傾斜面を有することが好ましい。
また、この発明において、前記回転子は、前記冷却媒体が離脱する前記回転子の端部に、前記回転子と前記固定子間の空隙を塞いで離脱させた前記冷却媒体が前記空隙に入り込むのを防止するプレートを有することが好ましい。

また、この発明に係る電動機は、固定子と、回転自在に軸支された回転子とを備え、前記回転子が前記固定子に対し接近離反するように移動して、前記回転子と前記固定子の間の空隙が変化する可変空隙構造を有し、前記回転子を冷却媒体により冷却するアキシャルギャップ型の電動機において、前記固定子の側に設けられた、前記冷却媒体を溜めておく冷却媒体貯留部と、前記冷却媒体貯留部から前記冷却媒体を前記回転子へ案内する冷却媒体通路とを備え、前記冷却媒体通路の前記冷却媒体を吐出する吐出口を、前記回転子の前記空隙とは反対側の面に臨ませて前記回転子の回転部位に近接配置すると共に、前記冷却媒体貯留部を前記吐出口より下方に設置し、前記回転子と吐出口との間に作用する負圧により前記冷却媒体貯留部内の冷却媒体を吸引することを特徴としている。

この発明の第１実施の形態に係るモータの構成を示す断面図である。図１のモータにおける冷却媒体の流れを示すモータ下半部の断面説明図である。負圧によるＡＴＦレベルをグラフで示す説明図である。ＡＴＦ吐出流速をグラフで示す説明図である。この発明の第２実施の形態に係るノズルの先端部を示し、（ａ）は曲面構成の断面説明図、（ｂ）は多面構成の断面説明図である。この発明の第３実施の形態に係る冷却媒体の流れを示すモータ下半部の断面説明図である。この発明の第４実施の形態に係る冷却媒体の流れを示すモータ下半部の断面説明図である。この発明の第５実施の形態に係る冷却媒体の流れを示すモータ下半部の断面説明図である。この発明の第６実施の形態に係るノズルの先端部を示すノズル対向面となる回転子背面側の説明図である。図９のノズルの先端部を拡大して示し、（ａ）は先端部の平面説明図、（ｂ）は断面説明図である。この発明の第７実施の形態に係るモータ下半部の断面説明図である。この発明の第８実施の形態に係るモータの断面説明図である。図１２の圧力調整バルブの詳細説明図である。

符号の説明

１０，３０，３５，４０，５０，５５モータ
１１固定子
１２，３６回転子
１２ａエンドリング
１３回転軸
１４モータケース
１４ａケース本体部
１４ｂ，１４ｃケース蓋部
１５，１９ボルト
１６コイル巻線
１７ａ，１７ｂ軸受け
１８，３７回転子補強部材
１８ａ底面部
１８ｂ周面部
２０貫通孔
２１貫通孔
２２，３９冷却媒体通路
２２ａ，３９ａ上端口
２２ｂ，３９ｂ下端口
２３ノズル
２３ａノズル先端
２４プレート
３８永久磁石
３８ａバックヨーク
４５先端流路形成部
５１圧力調整バルブ
５１ａシリンダ
５１ｂ付勢部材
５１ｃ気体
５１ｄピストン
５２フィルタ
５６上部冷却媒体通路
５６ａ上部下端口
５６ｂ上部上端口
５７内部連通路
ａエアギャップ
Ｌ冷却媒体

Claims

固定子と、回転自在に軸支された回転子とを備え、前記回転子を冷却媒体により冷却する電動機において、
前記固定子の側に設けられた、前記冷却媒体を溜めておく冷却媒体貯留部と、
前記冷却媒体貯留部から前記冷却媒体を前記回転子へ案内する冷却媒体通路と
を備え、
前記冷却媒体通路の前記冷却媒体を吐出する吐出口を、前記回転子の回転部位に近接配置すると共に、前記冷却媒体貯留部を前記吐出口より下方に設置し、前記回転子と吐出口との間に作用する負圧により前記冷却媒体貯留部内の冷却媒体を吸引することを特徴とする電動機。
前記冷却媒体貯留部は、横向き方向に位置する電動機回転軸より下方のケース内底部に設けられ、前記冷却媒体貯留部に溜められる前記冷却媒体の表面は、前記回転子と前記固定子間の空隙より下方に位置することを特徴とする請求項１に記載の電動機。
前記吐出口を、前記回転子の回転部位に対向する凸形状に形成したことを特徴とする請求項１または２に記載の電動機。
前記吐出口に、回転子周方向両側に開口し回転子周方向に沿う流路を形成する流路形成部を設けたことを特徴とする請求項１から３のいずれか一項に記載の電動機。
前記流路は、回転子回転方向中央部が回転子回転方向両端部の少なくとも一方より狭いことを特徴とする請求項４に記載の電動機。
前記回転子は、回転子周方向に沿って複数個配置された、前記回転子の表裏面を貫通し前記冷却媒体が通り抜ける貫通孔を有することを特徴とする請求項１から５のいずれか一項に記載の電動機。
前記回転子は、前記回転子の前記吐出口側面に、前記吐出口から吐出された前記冷却媒体を受け止める受け口となり、且つ、受け止めた前記冷却媒体を前記貫通孔に送り込む受け部を有することを特徴とする請求項６に記載の電動機。
前記流路形成部は、前記受け部より上方に位置することを特徴とする請求項７に記載の電動機。
前記冷却媒体通路の内部圧力を調整する圧力調整バルブを設置したことを特徴とする請求項１から８のいずれか一項に記載の電動機。
前記圧力調整バルブは、前記固定子の温度を感知する機能を備え、感知した前記固定子の温度に応じて、電動機内部圧力と同等状態或いは前記回転子の回転時に発生する負圧状態に調整することを特徴とする請求項９に記載の電動機。
前記回転子は、前記回転子の回転時に発生する遠心力により、吐出された前記冷却媒体を前記回転子の熱を吸収しつつ移動させ前記回転子から離脱させる、回転子回転軸方向に沿う下り傾斜面を有することを特徴とする請求項１から１０のいずれか一項に記載の電動機。
前記回転子は、前記冷却媒体が離脱する前記回転子の端部に、前記回転子と前記固定子間の空隙を塞いで離脱させた前記冷却媒体が前記空隙に入り込むのを防止するプレートを有することを特徴とする請求項１１に記載の電動機。
固定子と、回転自在に軸支された回転子とを備え、前記回転子が前記固定子に対し接近離反するように移動して、前記回転子と前記固定子の間の空隙が変化する可変空隙構造を有し、前記回転子を冷却媒体により冷却するアキシャルギャップ型の電動機において、
前記固定子の側に設けられた、前記冷却媒体を溜めておく冷却媒体貯留部と、
前記冷却媒体貯留部から前記冷却媒体を前記回転子へ案内する冷却媒体通路と
を備え、
前記冷却媒体通路の前記冷却媒体を吐出する吐出口を、前記回転子の前記空隙とは反対側の面に臨ませて前記回転子の回転部位に近接配置すると共に、前記冷却媒体貯留部を前記吐出口より下方に設置し、前記回転子と吐出口との間に作用する負圧により前記冷却媒体貯留部内の冷却媒体を吸引することを特徴とする電動機。