JP5743988B2 - 横方向磁束型モータ - Google Patents

Description

本発明の実施形態は、横方向磁束型モータに関する。

横方向磁束型モータ（以下、単にモータ）では、固定子は回転子と同軸に巻かれた円環状コイルとそれを取り囲み円周上に分割して配置された複数のＵ字型の固定子鉄心を備える。この固定子鉄心はＵ字の両端に磁極部を有している。回転子は周方向に沿って配置された磁極部（一般には、交互に極性が異なる永久磁石の組、あるいは永久磁石と回転子鉄心の組）を備える。この回転子の磁極部は、固定子鉄心の磁極部と対向している。一般に、固定子および回転子はケーシングで覆われており、固定子鉄心はこのケーシングの内周面に接合部を介して片持固定される。

このようなモータにおいては、駆動に伴って、固定子鉄心の中でも特に回転子に対向する磁極部に対して周方向に、かつ間欠的に方向が変化する磁力が発生する。したがって、ケーシングに片持固定された固定子鉄心には、ケーシングとの接合部を中心とする振動が発生することが考えられる。このような振動は、モータの強度を低下させるばかりでなく、騒音を発生させる原因になる。

特許第４０８５０５９号

騒音の発生を抑制することが可能な横方向磁束型モータを提供する。

実施形態の横方向磁束型モータは、外周面を有するロータと、前記ロータの回転軸を中心とする環状の電機子コイルと、前記回転軸の軸方向に沿って一対の磁極部を有し、一対の前記磁極部を各々前記ロータの前記外周面に対して隙間を空けて対向させた固定子鉄心と、前記電機子コイルを内包し、かつ前記軸方向に凸状の凸部を前記回転軸周りに沿って複数有し、前記回転軸周りに隣り合う２つの前記凸部が、それらの間に前記磁極部の少なくとも一部を支持する支持部材とを備える。

第１実施形態に係るモータの基本ユニットを示す斜視図。 第１実施形態に係るモータの基本ユニットの支持部材及び固定子鉄心を示す図。 第２実施形態に係るモータの基本ユニットを示す斜視図。 第３実施形態に係るモータの基本ユニットを示す斜視図。 第４実施形態に係るモータの基本ユニットを示す斜視図。 第５実施形態に係るモータの基本ユニットを示す斜視図。 第６実施形態に係るモータの基本ユニットを示す斜視図。 第７実施形態に係るモータの基本ユニットを示す斜視図。 第８実施形態に係るモータの基本ユニットを示す斜視図。 第８実施形態に係るモータの基本ユニットの支持部材を示す図。 第９実施形態に係るモータを示す斜視図。 第１０実施形態に係るモータを示す斜視図。 第１１実施形態に係るモータを示す斜視図。 第１２実施形態に係るモータを示す斜視図。

以下、発明を実施するための実施形態について説明する。

（第１実施形態）
以下、第1実施形態に係るモータの基本ユニット1について、図1及び図２を参照して説明する。図１a)は本実施形態によるモータの基本ユニット1を示す斜視図、同図b)は基本ユニット1の縦断面図、同図c)は基本ユニット1の構成要素を個々に示す斜視図、同図d)は基本ユニット1の支持部材6の縦断面図である。また、図２a)は支持部材6の上面図、同図b)は支持部材6の下面図である。

基本ユニット1は、回転軸zに沿って図示しない軸受により回転自在に支持されたロータ2と、回転軸z周りにこのロータ2を全体として取り囲むように配置された電機子3とを備える。

ロータ2は、回転軸zを中心とし、回転子外周面2aを形成する円筒形状の部材である。回転子外周面2aには、周方向に異なる磁極が交互に形成されている。これには、ロータ2が例えば周方向に沿って交互に配置された回転子鉄心と永久磁石を有するものであってもよいし、永久磁石または回転子鉄心のみを有するものであってもよい。

電機子3は、ロータ2の回転子外周面2aに所定の空隙を持って対向配置された18個の固定子鉄心4と、回転軸zを中心にロータ2と同心円状に形成された環状の電機子コイル5と、電機子コイル5を内包し、18個の固定子鉄心4を回転軸z周りに等配置して支持する支持部材6とを備える。

固定子鉄心4は、回転子外周面2aに所定の空隙を持って対向配置された第１磁極部4aと、この第１磁極部4aに対して回転軸z上に沿って離間して設けられ、回転子外周面2aに所定の空隙を持って対向配置された第２磁極部4bとを備え、全体的にU字形状を形成している。このとき、第１磁極部4aと第二磁極4bとは、互いに異なる磁極を有している。固定子鉄心4は、第１磁極部4a及び第２磁極部4bを回転子外周面2aに形成された磁極に対向させる。なお、ここでの第１磁極部4a及び第２磁極部4bとは、固定子鉄心4のU字の腕の部分と定義する（図２c））。

電機子コイル5は、回転軸zを中心にロータ2と同心円状に、ロータ2の周囲に配置される。この電機子コイル5は、図示しない電流発生部が接続されており、モータの駆動時には電流発生部が発生する交流電流を流す。電機子コイル5の部材としては、導体（例えば銅）を用いることができる。

支持部材6は、回転軸z周りにロータ2を覆う環状の部材である。支持部材6の内周面を形成する第１部材10a、支持部材6の上面を形成する第２部材10b、支持部材6の下面を形成する第３部材10c、支持部材6の外周面を形成する第４部材10dが一体的に形成されている。また、この第１〜４部材10a〜10dで囲まれ、回転軸zを中心にロータ2と同心円状に形成された冷却チャネル8を備えている。この冷却チャネル8の断面中央部付近には電機子コイル5が図示しない支持部材により冷却チャネル8内に支持されている。冷却チャネル8内を図示しない冷却媒体が貫流している。

第２部材10bの上面には、環状の半径方向に沿う基準面Aに平行な設置面11cを側面として有する凸部11aが環状の円周方向に沿って複数形成されている。また、第３部材10cの下面には、環状の半径方向に沿う基準面Aに平行な設置面11dを側面として有する凸部11bが環状の円周方向に沿って、凸部11aと同位相に形成されている。固定子鉄心4は、隣り合う凸部11aの設置面11c間に形成される凹部9a、及び隣り合う凸部11bの設置面11d間に形成される凹部9bにかみ合うように設けられる。すなわち、固定子鉄心4は、第１磁極部4aの側面を設置面11cに接触固定させ、第２磁極部4bの側面を設置面11dに接触固定させることで、全体として支持部材6に支持される。

本実施形態のモータによれば、支持部材6が固定子鉄心4を支持することで、固定子鉄心4の第１磁極部4a及び第２磁極部4bが各設置面に接触固定されるため、駆動時において固定子鉄心4の振動を抑えることができる。これにより、振動に伴う騒音の発生を抑制することが可能となる。

また、支持部材6によって固定子鉄心4を一体的に支持しているので、固定子鉄心4の回転方向における位置のバラツキが小さく、回転方向における位置の違いによる電磁力発生の特性変動を小さく抑えることが可能である。その結果、回転子と固定子の間に作用する電磁力に回転成分以外の機械的有害な高次成分の振動を排除できるので、より安定した回転動作を実現すると共に、高次成分の振動に伴う騒音の発生を抑制することができる。

さらに、本実施形態のモータによれば、電機子コイル5が冷却チャネル8内に配置されているので、電流投入に伴う電機子コイル5の銅損に起因した発熱があった場合には、冷却チャネル8の冷却媒体により直接冷却されるため、熱除去が有効に行われる。また、ロータ2の回転子に生じる鉄損に起因した発熱があった場合は、回転子外周面2aに所定の空隙を持って対向配置された支持部材6の一部である第１部材10aによって間接的に冷却される。この第１部材10aは冷却チャネル8の冷却媒体で抜熱されるので、熱除去が有効に行われる。また、固定子鉄心4に生じる鉄損に起因した発熱があった場合は、固定子鉄心4を支持し、固定子鉄心4と接する支持部材6の一部である凸部11a、11bの各接触面、及び凹部9a、 9bの各底面を介して熱伝導により冷却チャネル8の冷却媒体で抜熱されるので、熱除去が有効に行われる。加えて、支持部材6の一部である凸部11a、11bは、回転子外周面2aに所定の空隙を持って対向配置されているので、ロータ2に生じる鉄損に起因した発熱が更に有効に冷却チャネル8の冷却媒体で抜熱され、熱除去が行われる。

このように、電機子コイル5は冷却チャネル8内で直接冷却、回転子2は支持部材6の一部である第１部材10a及び凸部11a、11bによって間接冷却、固定子鉄心4は支持部材6の一部である凸部11a、11bの各接触面（または、凹部9a、 9bの各底面）を介して熱伝導により間接冷却されるので、支持部材6によってロータ2と電機子3の双方に対して効果的に冷却作用が働き、極めて高い冷却性能の実現が期待できる。

さらに、支持部材6は全体として一体的に構成可能であることから、冷却構造の簡素化が図られ、その結果、モータの小型化に寄与できる。また、固定子鉄心4を支持するための部材を別途設ける必要がないため、モータの更なる小型化に寄与できる。

なお、支持部材6は非磁性で伝熱性材料からなり、加えて電気絶縁性材料から構成されている。冷却媒体は絶縁油などの電気絶縁性流体または気体が望ましい。また、固定子鉄心4の数は18個として説明したが、その限りではなく、モータ設計において要求仕様に応じた最適な数に適宜変更しても良い。以下、同様である。

（第２実施形態）
図３は、第２実施形態に係るモータの基本ユニット20について示したものである。図３a)は基本ユニット20を示す斜視図で、同図b)は基本ユニット20の縦断面図である。この基本ユニット20は、図1に示した基本ユニット1を基にしているので、既に説明した細部の内容については割愛し、異なる部分のみ説明する。図４以降についても同様である。

基本ユニット20は、ロータ2と電機子21を備える。さらに、電機子21は、18個の固定子鉄心4と、電機子コイル5と、電機子コイル5を内包し、18個の固定子鉄心4を回転軸z周りに等配置して支持する支持部材22とを備える。支持部材22は、回転軸z周りにロータ2を覆う環状の部材であり、電機子コイル5を回転軸z方向に挟み込むように2分割される第１支持部材22a及び第２支持部材22bを備える。

第１支持部材22aは、支持部材6の内周面を形成する第１部材28a、支持部材6の上面を形成する第２部材28b、第１支持部材22aの下面を形成し、電機子コイル5の設置面である第３部材28c、支持部材6の外周面を形成する第４部材28dが一体的に形成されている。また、この第１〜４部材28a〜28dで囲まれ、回転軸zを中心にロータ2と同心円状に形成された冷却チャネル24を備えている。冷却チャネル24内を図示しない冷却媒体が貫流している。

第２支持部材22bは、支持部材22の内周面を形成する第５部材29a、支持部材22の第２支持部材22bの上面を形成し、電機子コイル5の設置面である第６部材29b、支持部材22の下面を形成する第７部材29c、支持部材22の外周面を形成する第８部材29dが一体的に形成されている。また、この第５〜８部材29a〜29dで囲まれ、回転軸zを中心にロータ2と同心円状に形成された冷却チャネル25を備えている。冷却チャネル25内を図示しない冷却媒体が貫流している。

電機子コイル5は、第１支持部材22aの第３部材28cと第２支持部材22bの第６部材29bとに挟み込まれて支持部材22に支持される。なお、支持部材22が固定子鉄心4を支持するための構成は第１実施形態と同様であるので説明を省略する。

本実施形態のモータによれば、電機子コイル5が冷却チャネル24、25の外に配置されているので、冷却媒体内で長期安定動作するための特別な設計が不要となり、電機子コイル5の製作容易性の向上や低コスト化の実現に寄与できる。また、電流投入に伴う電機子コイル5の銅損に起因した発熱があった場合には、電機子コイル5を全体として取り囲むように構成された支持部材22の一部である第３部材28c及び第６部材29bによって間接的に冷却される。また、ロータ2の回転子に生じる鉄損に起因した発熱があった場合は、回転子外周面2aに所定の空隙を持って対向配置された支持部材22の一部である第１部材28a及び第５部材29aによって間接的に冷却される。この第１部材28a及び第５部材29aは冷却チャネル24、25の冷却媒体で抜熱されるので、熱除去が有効に行われる。さらに、固定子鉄心4に生じる鉄損に起因した発熱があった場合は、基本ユニット1と同様の作用により、熱除去が行われる。このように、支持部材22によってロータ2と電機子21の双方に対して効果的に冷却作用が働き、極めて高い冷却性能の実現が期待できる。

なお、支持部材22は非磁性で伝熱性材料から構成されており、第１支持部材22a及び第２支持部材22b間の電気抵抗が小さい場合には、加えて電気絶縁性材料から構成されていることが望ましい。また、冷却媒体は絶縁油などの電気絶縁性流体または気体だけでなく、水やその他の冷却媒体を広く用いることができるが、実設計における要求仕様に応じて選択される。

一般に、モータを高トルク・低速回転で駆動する際には、電機子コイルに対して大電流を流すことで、電機子コイルの温度が高温となる。一方、モータを高速回転で駆動する際には、回転に伴う摩擦の影響や回転子鉄心および永久磁石に生じる大幅な鉄損増加によりロータ、永久磁石、軸受け、潤滑油等が高温となる。したがって、支持部材22の材質としては、事前に定められたモータの駆動条件の範囲内で、駆動時に最も高温となる部位の耐熱性を補償し得る、または熱による性能劣化を設計条件等の許容範囲内に抑制し得る熱伝導率を有するものであればよい。一例として、アルミ、ステンレス、ジュラルミン、アルミナ及びそれらを含む合金を用いることができる。

（第３実施形態）
図４は、第３実施形態に係るモータの基本ユニット30について示したものである。図４a)は基本ユニット30を示す斜視図で、同図b)は基本ユニット30の縦断面図である。

基本ユニット30は、ロータ2と電機子31を備える。さらに、電機子31は、18個の固定子鉄心4と、電機子コイル5と、電機子コイル5を内包し、18個の固定子鉄心4を回転軸周りに等配置して支持する支持部材32とを備える。

支持部材32は、回転軸z周りにロータ2を覆う環状の部材である。支持部材32の内周面を形成する第１部材32a、支持部材32の上面を形成する第２部材32b、支持部材32の下面を形成する第３部材32c、支持部材32の外周面を形成する第４部材32dが一体的に形成されている。第１部材32aは、回転軸zを中心にロータ2と同心円状に形成された冷却チャネル33を備える。また、第４部材32dは、回転軸zを中心にロータ2と同心円状に形成された冷却チャネル34を備える。冷却チャネル33及び34内を図示しない冷却媒体が貫流している。

電機子コイル5は、第１部材32a、第２部材32b、第３部材32c、第４部材32bに接触固定されることで支持部材32に支持される。なお、支持部材32が固定子鉄心4を支持するための構成は第１実施形態と同様であるので説明を省略する。

本実施形態のモータによれば、冷却チャネル33、34を電機子コイル5の外周部と内周部に分割して形成しているので、基本ユニット30の回転軸z方向の幅を短くでき、モータ構造全体の小型化に寄与できる。また、電機子コイル5の銅損に起因した発熱があった場合には、電機子コイル5を全体として取り囲むように構成された支持部材32の一部である第１部材32a〜第４部材32dによって間接的に冷却される。また、ロータ2の鉄損に起因した発熱があった場合は、回転子外周面2aに対向配置された支持部材32の一部である第１部材32aによって間接的に冷却される。さらに、固定子鉄心4の鉄損に起因した発熱があった場合は、基本ユニット1と同様の作用により、熱除去が行われる。

なお、支持部材32は非磁性で伝熱性材料からなり、加えて電気絶縁性材料から構成されている。また、冷却媒体は絶縁油などの電気絶縁性流体または気体だけでなく、水やその他の冷却媒体を広く用いることができる。

（第４実施形態）
図５は、第４実施形態に係るモータの基本ユニット40について示したものである。図５a)は基本ユニット40を示す斜視図で、同図b)は基本ユニット40の縦断面図である。

基本ユニット40は、ロータ2と電機子41を備える。さらに、電機子41は、18個の固定子鉄心4と、電機子コイル5と、電機子コイル5を内包し、18個の固定子鉄心4を回転軸周りに等配置して支持する支持部材42とを備える。

支持部材42は、回転軸z周りにロータ2を覆う環状の部材である。支持部材42の内周面を形成する第１部材42a、支持部材42の上面を形成する第２部材42b、支持部材42の下面を形成する第３部材42c、支持部材42の外周面を形成する第４部材42dが一体的に形成されている。第１部材42aは、回転軸zを中心にロータ2と同心円状に形成された冷却チャネル43を備える。冷却チャネル43内を図示しない冷却媒体が貫流している。

電機子コイル5は、第１部材42a、第２部材42b、第３部材42c、第４部材42bに接触固定されることで支持部材42に支持される。なお、支持部材42が固定子鉄心4を支持するための構成は第１実施形態と同様であるので説明を省略する。

本実施形態のモータによれば、冷却チャネル43を電機子コイル5の内周部に形成しているので、基本ユニット40の回転軸z方向の幅を短くでき、かつ、半径方向寸法を短縮した小型のモータ構造を提供することができる。また、電機子コイル5の銅損に起因した発熱があった場合には、電機子コイル5を全体として取り囲むように構成された支持部材42の一部である第１部材42a〜第４部材42dによって間接的に冷却される。また、ロータ2及び固定子鉄心4の鉄損に起因した発熱があった場合は、基本ユニット1と同様の作用により、熱除去が行われる。

なお、支持部材42は非磁性で伝熱性材料からなり、加えて電気絶縁性材料から構成されている。また、冷却媒体は絶縁油などの電気絶縁性流体または気体だけでなく、水やその他の冷却媒体を広く用いることができる。

（第５実施形態）
図６は、第５実施形態に係るモータの基本ユニット50について示したものである。図６a)は基本ユニット50を示す斜視図で、同図b)は基本ユニット50の縦断面図である。

基本ユニット50は、ロータ2と電機子51を備える。さらに、電機子51は、18個の固定子鉄心4と、電機子コイル5と、電機子コイル5を内包し、18個の固定子鉄心4を回転軸周りに等配置して支持する支持部材52とを備える。

支持部材52は、回転軸z周りにロータ2を覆う環状の部材である。支持部材52の内周面を形成する第１部材52a、支持部材52の上面を形成する第２部材52b、支持部材52の下面を形成する第３部材52c、支持部材52の外周面を形成する第４部材52dが一体的に形成されている。第４部材52aは、回転軸zを中心にロータ2と同心円状に形成された冷却チャネル53を備える。冷却チャネル53内を図示しない冷却媒体が貫流している。

電機子コイル5は、第１部材52a、第２部材52b、第３部材52c、第４部材52bに接触固定されることで支持部材52に支持される。なお、支持部材52が固定子鉄心4を支持するための構成は第１実施形態と同様であるので説明を省略する。

本実施形態のモータによれば、冷却チャネル53を電機子コイル5の外周部に形成しているので、基本ユニット50の回転軸方向と半径方向の寸法を短縮した小型のモータ構造を提供することができる。なお、基本ユニット50は、冷却チャネル43が電機子コイル5の内周部に形成された基本ユニット40と比較して、発熱部と冷却チャネルとの熱伝導経路長の差分だけ冷却効果が低くなる場合があるが、冷却チャネル53と連結される図示しない流路形成が構造的に簡単化できる長所を有する。

なお、支持部材52は非磁性で伝熱性材料からなり、加えて電気絶縁性材料から構成されている。また、冷却媒体は絶縁油などの電気絶縁性流体または気体だけでなく、水やその他の冷却媒体を広く用いることができる。

（第６実施形態）
図７は、第６実施形態に係るモータの基本ユニット60について示したものである。図７a)は基本ユニット60を示す斜視図で、同図b)は基本ユニット60の縦断面図である。

基本ユニット60は、ロータ2と電機子61を備える。さらに、電機子61は、18個の固定子鉄心4と、電機子コイル5と、電機子コイル5を内包し、18個の固定子鉄心4を回転軸周りに等配置して支持する支持部材62とを備える。この基本ユニット60は、図５の基本ユニット40と比較して、支持部材62が電機子コイル5の外周面を除いて全体として取り囲む点で異なる。

支持部材62は、支持部材62の内周面を形成する第１部材62a、支持部材62の上面を形成する第２部材62b、支持部材62の下面を形成する第３部材62cが一体的に形成されている。すなわち、本実施形態では、支持部材62は、支持部材62の外周面を形成する部材を有していない。第１部材62aは、回転軸zを中心にロータ2と同心円状に形成された冷却チャネル63を備える。冷却チャネル63内を図示しない冷却媒体が貫流している。

電機子コイル5は、第１部材62a、第２部材62b、第３部材62cに接触固定されることで支持部材62に支持される。なお、支持部材62が固定子鉄心4を支持するための構成は第１実施形態と同様であるので説明を省略する。

本実施形態のモータによれば、電機子コイル5の銅損に起因した発熱があった場合には、支持部材62の一部を介して熱伝導により冷却チャネル63の冷却媒体で抜熱される経路と、電機子コイル5の外周面から放熱によって抜熱される経路によって熱除去が行われる。

なお、支持部材62は非磁性で伝熱性材料から構成されており、冷却媒体は絶縁油などの電気絶縁性流体または気体だけでなく、水やその他の冷却媒体を広く用いることができる。この基本ユニット60の構成によれば、支持部材62は電気絶縁性材料に限らず、上記条件を満たすその他の材料を広く用いることができるので、設計の自由度を高めることができる。

（第７実施形態）
図８は、第７実施形態に係るモータの基本ユニット70について示したものである。図８a)は基本ユニット70を示す斜視図で、同図b)は基本ユニット70の縦断面図である。

基本ユニット70は、ロータ2と電機子71を備える。さらに、電機子71は、18個の固定子鉄心4と、電機子コイル74a、74bと、電機子コイル74a、74bを内包し、18個の固定子鉄心4を回転軸周りに等配置して支持する支持部材72とを備える。この基本ユニット70は、図７の基本ユニット60と比較して、回転軸z方向に分割された電機子コイル74a、74bを備える点で異なる。

支持部材72は、支持部材72の内周面を形成する第１部材72a、支持部材72の上面を形成する第２部材72b、支持部材72の下面を形成する第３部材72cが一体的に形成されている。また、支持部材72は、第１部材72aと一体に形成され、電機子コイル74a、74bの間に設けられることで電機子コイル74a、74bを分割する第４部材72dを備える。すなわち、本実施形態では、支持部材72は、支持部材72の外周面を形成する部材を有していない。第１部材72aは、回転軸zを中心にロータ2と同心円状に形成された冷却チャネル73を備える。冷却チャネル73内を図示しない冷却媒体が貫流している。

電機子コイル74a、74bは、第１部材72a、第２部材72b、第３部材72c、第４部材74dに接触固定されることで支持部材72に支持される。なお、支持部材72が固定子鉄心4を支持するための構成は第１実施形態と同様であるので説明を省略する。

このような電機子コイルにおいては、概ねコイル中心部が局所的に温度上昇するので、この最高温度に応じてコイルワイヤの絶縁被覆の種類を決定する必要がある。一般に、耐熱性の高い絶縁被覆処理はコスト高となるため、局所的な温度上昇を可能な限り下げることが望まれる。

したがって、本実施形態のモータによれば、支持部材72の第４部材72dを介して、電機子コイル74a、74bが回転軸上に沿って2分割されているので、コイル中心部の局所的な温度上昇を抑える効果が期待できる。この結果、冷却構造の小型化及びコイルワイヤの絶縁被覆処理の低コスト化に寄与できる。

なお、支持部材72は非磁性で伝熱性材料から構成されており、冷却媒体は絶縁油などの電気絶縁性流体または気体だけでなく、水やその他の冷却媒体を広く用いることができる。この基本ユニット70の構成によれば、支持部材72は電気絶縁性材料に限らず、上記条件を満たすその他の材料を広く用いることができるので、設計の自由度を高めることができる。

（第８実施形態）
図９は、第８実施形態に係るモータの基本ユニット80について示したものである。図９a)は基本ユニット80を示す斜視図で、同図b)は基本ユニット80の縦断面図、同図c)は基本ユニット80の支持部材82の縦断面図である。また、図１０a)は支持部材82の上面図、同図b)は支持部材82の下面図、同図c)は支持部材82の説明図である。なお、図９の基本ユニット80は、図８の基本ユニット70に基づいているが、その他の実施形態の基本ユニットに基づいてもよい。

基本ユニット80は、ロータ2と電機子81を備える。さらに、電機子81は、18個の固定子鉄心4と、電機子コイル84a、84bと、電機子コイル84a、84bを内包し、18個の固定子鉄心4を回転軸z周りに等配置して支持する支持部材82とを備える。

支持部材82は、支持部材82の内周面を形成する第１部材82a、支持部材82の上面を形成する第２部材82b、支持部材82の下面を形成する第３部材82cが一体的に形成されている。また、支持部材82は、第１部材82aと一体に形成され、電機子コイル84a、84bの間に設けられることで電機子コイル84a、84bを分割する第４部材82dを備える。第１部材82aは、回転軸zを中心にロータ2と同心円状に形成された冷却チャネル83を備える。冷却チャネル83内を図示しない冷却媒体が貫流している。

第２部材82bの上面には、環状の半径方向に沿う基準面Bに平行な設置面86cを側面として有し、ロータ2の回転子外周面2aに対向する対向面86dを内周面として有する凸部86aが環状の円周方向に沿って複数形成されている。また、第３部材82cの下面には、環状の半径方向に沿う基準面Bに平行な設置面86eを側面として有し、ロータ2に対向する対向面86eを内周面として有する凸部86bが環状の円周方向に沿って、凸部86aと同位相に形成されている。このとき、図１０c)に示すように、固定子鉄心4の第１磁極部4a及び第２磁極部4bとロータ2の回転子外周面2aとの間の距離をL１、凸部86aの対向面86d及び凸部86bの対向面86eとロータ2の回転子外周面2aとの間の距離をL2とすると、L2＞L1の関係がある。

固定子鉄心4は、隣り合う凸部86aの設置面86c間に形成される凹部85a、及び隣り合う凸部86bの設置面86e間に形成される凹部85bにかみ合うように設けられる。すなわち、固定子鉄心4は、第１磁極部4aを設置面86cに接触固定させ、第２磁極部4bを設置面86eに接触固定させることで、全体として支持部材82に支持される。また、電機子コイル84a、84bは、第１部材82a、第２部材82b、第３部材82c、第４部材84dに接触固定されることで支持部材82に支持される。

本実施形態のモータによれば、支持部材82の一部である凸部86a、86bが、ロータ2の回転子外周面2aに対向配置された固定子鉄心4の第１磁極部4a及び第２磁極部4bとの空隙長に比べて大きな空隙を持って対向配置されているので、ロータ2の回転に伴う支持部材82の凸部86a、86bで発生する渦電流損失を低減できる。支持部材82は非磁性で伝熱性材料からなり、電気絶縁性材料から構成されることが望ましいが、一般に、例えばセラミックスなどの電気絶縁性材料はコスト高となる場合がある。基本ユニット80では、上記のように凸部86a、86bで発生する渦電流損失を低減できるので、導電性材料の使用を許容し、高い設計自由度を確保することができる。この結果、支持部材82の加工性を容易にし、高い加工精度の確保と低コスト化に寄与できる。

（第９実施形態）
次に、第９実施形態に係るモータ100について、図１１を参照して説明する。図１１a)はモータ100を示す斜視図、同図b)はモータ100の電機子部分の縦断面図である。

このモータ100は、基本ユニット70を回転軸上に沿って連結部材101を介して3式積み重ねた構成となっている。3式の各々の電機子71は、隣接する基本ユニット70との間で固定子鉄心の磁極ピッチに対し電気角で120degの相対位相を持って連結固定されている。一方、3式のロータ2は相対角度ゼロ（回転方向に同相）にて連結固定されている。また、連結部材101は、回転軸を中心にロータ2と同心円状に形成された環状の冷却チャネル102を備えており、支持部材72と密着して固定されている。これにより、各種損失に起因した発熱があった場合は、基本ユニット70の冷却チャネル73と共に、各々の密着面を介して熱伝導により冷却チャネル102の冷却媒体で抜熱されるので、多数の冷却経路を形成して有効に熱除去が行われる。

このような3段式の構成によるモータ100では、一般的に1段目と3段目の基本ユニット70に比べて2段目の基本ユニット70の抜熱性能が不足し、2段目の基本ユニット70の温度が他の基本ユニット70に比べて上昇し易い傾向にある。

本実施形態のモータ100によれば、2段目の基本ユニット70に隣接して図面上方と下方の位置に2つの冷却チャネル102が配置されているので、2段目の基本ユニット70の抜熱性能不足を解消し、モータ全体の温度上昇を抑えることができる。また、連結部材101の冷却チャネル102による抜熱を同時に行うことで、基本ユニット70の冷却チャネル73の小型化が可能となる。そのため、固定子鉄心4や電機子コイル74a、74bの小型化を実現でき、モータ構造全体の小型化に寄与できる。

（第１０実施形態）
図１２は、第１０実施形態に係るモータ200について示したものである。図１２a)はモータ200を示す斜視図、同図b)はモータ200の電機子部分の縦断面図である。

このモータ200は、基本ユニット70を回転軸上に沿って連結部材201を介して3式積み重ねた構成となっている。3式の各々の電機子71は、隣接する基本ユニット70との間で相対角度ゼロ（回転方向に同相）にて連結固定されている。一方、3式のロータ2は固定子鉄心の磁極ピッチに対し電気角で120degの図示しない相対位相を持って連結固定されている。ここで、連結部材201は、モータとして必要な所定の機械強度を有し、かつ低熱抵抗となるような構成で基本ユニット70と回転軸上に沿って密着固定されている。さらに、モータ200は、基本ユニット70の支持部材72と連結部材201を貫通する冷却パイプ202が回転軸周りに18本配設され、支持部材72と連結部材201に各々密着固定されている。そして、図示しない通常の方法により、冷却パイプ202には冷却媒体が貫流して冷却機構を構成している。これにより、各種損失に起因した発熱があった場合は、基本ユニット70の冷却チャネル73と共に、熱伝導により冷却チャネル202の冷却媒体で抜熱されるので、多数の冷却経路を形成して有効に熱除去が行われる。

本実施形態のモータ200によれば、複数の冷却パイプ202の設置が比較的容易に実施可能なため、多数の冷却経路を形成して高性能で熱除去が行われる。また、連結部材201の冷却チャネル202による抜熱を同時に行うことで、基本ユニット70の冷却チャネル73の小型化が可能となる。そのため、固定子鉄心4や電機子コイル74a、74bの小型化を実現でき、モータ構造全体の小型化に寄与できる。

（第１１実施形態）
図１３は、第１１実施形態に係るモータ300について示したものである。図１３a)はモータ300を示す斜視図、同図b)はモータ300の電機子部分の縦断面図である。

このモータ300は、モータ100と類似した構成であるが、基本ユニット70に変えて基本ユニット60’を用いて構成した点に違いがある。基本ユニット60’は、ロータ2と、基本ユニット60から冷却チャネル63を除いた電機子61’とを備えている。

本実施形態のモータ300によれば、基本ユニット60’に冷却チャネルを持たないので、特に半径方向の寸法に、基本ユニットの大幅な小型化が期待できる。また、冷却チャネル63と連結される図示しない冷却流路を設ける必要がないために、基本ユニット構造の大幅な簡素化に寄与し、小型簡素化と共に低コスト化を実現したモータを提供することができる。

（第１２実施形態）
図１４は、第１２実施形態に係るモータ400について示したものである。図１２a)はモータ400を示す斜視図、同図b)はモータ400の電機子部分の縦断面図である。

このモータ400は、モータ200と類似した構成であるが、基本ユニット70に変えて基本ユニット60’を用いて構成した点に違いがある。

本実施形態のモータ300によれば、基本ユニット60’に冷却チャネルを持たないので、特に半径方向の寸法に、基本ユニットの大幅な小型化が期待できる。また、冷却チャネル63と連結される図示しない冷却流路を設ける必要がないために、基本ユニット構造の大幅な簡素化に寄与し、小型簡素化と共に低コスト化を実現したモータを提供することができる。さらに、複数の冷却パイプ202の設置が比較的容易に実施可能なため、多数の冷却経路を形成して高性能で熱除去が行われる。この結果、小型簡素化した構造でありながら、高いレベルの冷却性能を備えたモータを提供することができる。

以上説明した少なくとも１つの実施形態に係るモータによれば、騒音の発生を抑制することが可能となる。

これら実施形態は、例として提示したものであり、発明の範囲を限定することは意図していない。これら実施形態は、その他の様々な形態で実施されることが可能であり、発明の要旨を逸脱しない範囲で、様々の省略、置き換え、変更を行うことができる。これら実施形態やその変形は、発明の範囲や要旨に含まれると同時に、特許請求の範囲に記載された発明とその均等の範囲に含まれるものである。

100、200、300、400・・・モータ
1、20、30、40、50、60、60’、70、80・・・基本ユニット
2・・・ロータ
3、21、31、41、51、61、71、81・・・電機子
4・・・固定子鉄心
5、74a、74b、84a、84b・・・電機子コイル
6、22、32、42、52、62、72、82・・・支持部材
8、24、25、33、34、43、53、63、73、102・・・冷却チャネル
101、201・・・連結部材
202・・・冷却パイプ

Claims (10)

1. 回転軸を中心とし、周方向に異なる磁極が交互に形成されている外周面を有するロータと、
   前記ロータの回転軸を中心とする環状の電機子コイルと、
   前記回転軸の軸方向に沿って一対の磁極部を有し、一対の前記磁極部を各々前記ロータの前記外周面に対して隙間を空けて、当該外周面に形成された磁極に対向させ、前記回転軸周りに等配置した複数の固定子鉄心と、
   前記回転軸周りに前記ロータを覆う環状の支持部材であって、前記電機子コイルを内包し、かつ前記軸方向に凸状の凸部を前記回転軸周りに沿って複数有し、当該複数の凸部は前記外周面に所定の空隙をもって対向配置され、前記回転軸周りに隣り合う２つの前記凸部が、それらの間に一対の前記磁極部の少なくとも一部を支持する支持部材と、
   を備える横方向磁束型モータ。
2. 前記凸部と前記ロータとの間の距離が、前記磁極部と前記ロータとの間の距離より大きい請求項１記載の横方向磁束型モータ。
3. 前記固定子鉄心は、前記磁極部に第１側面を有し、
   前記凸部は、前記回転軸を通り前記回転軸に沿う基準面に平行な第２側面を有し、
   前記第１側面と前記第２側面とは接触している、請求項２記載の横方向磁束型モータ。
4. 前記支持部材は、
   前記回転軸の軸方向に沿って、当該支持部材の上面を含む第２部材及び当該支持部材の下面を含む第３部材を有し、
   前記凸部は、前記第２部材の前記上面に設けられた第１凸部及び前記第３部材の前記下面に設けられた第２凸部を有する、請求項３記載の横方向磁束型モータ。
5. 前記支持部材は、
   当該支持部材の内周面を含み、前記ロータに対向する第１部材をさらに有し、
   前記電機子コイルは、少なくとも前記第１部材と、前記第２部材と、前記第３部材とに取り囲まれて設けられる、請求項４記載の横方向磁束型モータ。
6. 前記電機子コイルは、前記回転軸に沿って複数に分割され、
   前記支持部材は、分割された前記電機子コイルの間に前記第１部材と一体的に設けられた第４部材をさらに有する、請求項５に記載の横方向磁束型モータ。
7. 前記支持部材は、少なくとも一部に冷却チャネルを有する請求項１記載の横方向磁束型モータ。
8. 前記支持部材は、非磁性かつ熱伝導性を有する材料である請求項１記載の横方向磁束型モータ。
9. 前記支持部材は、電気絶縁性を有する材料である請求項１記載の横方向磁束型モータ。
10. 前記支持部材は、導電性を有する材料である請求項８に記載の横方向磁束型モータ。

Images