JP6279449B2 - アウターロータ型のアキシャルギャップ型ブラシレスモータ - Google Patents

アウターロータ型のアキシャルギャップ型ブラシレスモータ Download PDF

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Description

本発明は、アキシャルギャップ型ブラシレスモータに関し、特に、アウターロータ型のアキシャルギャップ型ブラシレスモータに関する。
電気エネルギを機械エネルギへ変換するモータ(電動機)は、様々な用途に利用されており、一般に、軸を有し前記軸回りに回転する回転子(ロータ)と、前記回転子に対し相対的に静止し前記回転子と磁気的に相互作用する固定子(ステータ)とを備え、回転変化する磁界(回転磁界)によって前記回転子を回転させる。このようなモータは、構造の観点から、ラジアルギャップ型ブラシレスモータ(以下、適宜「RG型モータ」と略記する。)と、アキシャルギャップ型ブラシレスモータ(以下、適宜「AG型モータ」と略記する。)とに大別される。RG型モータは、固定子と回転子とを径方向に間隔を空けて配置する構造であり、AG型モータは、固定子と回転子とを軸方向に間隔を空けて配置する構造である。AG型モータは、RG型モータに較べて、小径でより大きなトルクを得ることができる利点があり、例えば、車両用途等に期待されている。
このようなAG型モータは、インナーロータ型(以下、適宜「IR型」と略記する。)とアウターロータ型(以下、適宜「OR型」と略記する。)とに大別される。IR型のAG型モータは、固定子にコイルを配置し、回転子に磁石を配置し、回転子を固定子の内側に配置した構造のモータである。OR型のAG型モータは、固定子にコイルを配置し、回転子に磁石を配置し、回転子を固定子の外側に配置した構造のモータである(例えば特許文献1参照)。これらIR型とOR型との特徴的な差異は、IR型がOR型に較べて2倍のコイル数を持つ一方、OR型がIR型に較べて2倍の磁石数を持つ点である。そして、これらIR型およびOR型共に、固定子の外側には磁性体のバックヨークを備えるが、IR型のバックヨークは、磁気回路の一部でリターンヨークとして機能する。したがって、IR型のバックヨークは、コイルによる交流磁界を受けるため、それによる鉄損を抑制するべく、IR型のバックヨークには、渦電流が流れにくい磁性体、例えば積層鋼板や鉄粉成型体等を使用する必要がある。これに対し、OR型のバックヨークは、基本的に磁石の直流磁界を受けるため、単なる磁気遮蔽を実現すれば良く、OR型のバックヨークには、純鉄系のバルク鉄材の使用で足りる。このため、組み立て部品であるコイル数が相対的に少なく、バックヨークに比較的高価な磁性体を必要としないOR型のAG型モータは、IR型のそれに較べて、産業用途では有利であると判断される。
また、一般に、モータには、小型化、高出力化、すなわち、高いトルク密度が要求される。この高トルク密度化を図るためには、コイルに大きな電流を通電することによって高い起磁力でモータを駆動することが要求される。この高起磁力でのモータ駆動では、大きな電流によって、コイルにおける銅損の発熱や磁性体における鉄損の発熱が大きくなる。したがって、高トルク密度化を図るために、モータには、効率的な放熱が要求される。前記OR型のAG型モータでは、固定子と回転子との間隔は、固定子と回転子との間における効率的な磁気作用を実現するために、狭い。このため、コイルで生じた熱は、軸方向の放熱が難しく、OR型のAG型モータは、放熱の観点で、構造的な不利である。
このようなOR型のAG型モータにおける放熱技術は、例えば、特許文献2に開示されている。この特許文献2に開示されたOR型のAG型モータでは、固定子は、コイルおよびそのコアを収納するケースと、前記ケース内に冷媒を圧送するポンプとを備え、前記ケース内を流通する前記冷媒によって前記コイルおよびコアが冷却されている。
特許第5128538号公報(特開2010−246171号公報) US2011/0309694A1号公報
ところで、前記特許文献2に開示されたOR型のAG型モータは、冷媒による強制冷却によって前記放熱の点を改善しているが、冷媒は、コイル外周面のみしか接触できない。コイルは、一般に、絶縁被覆した長尺な導体を巻回して形成されるため、コイル内部の熱は、各ターン間に存在する、熱伝導性の良くない絶縁被覆の各層を介してコイル外周面に熱伝導することになり、前記特許文献2に開示されたOR型のAG型モータでは、コイル内部の熱に対する放熱性(冷却効率)は、良好とは言えない。
また、前記特許文献2に開示されたOR型のAG型モータでは、周方向で互いに隣接する各コイル間において、冷媒の流通路を形成するための空間が必要であるため、周方向でのコイル占積率が低下してしまう。このため、同径のモータでは、コイル数が低減し、あるいは、同コイル数のモータでは、大型化してしまう。
本発明は、上述の事情に鑑みて為された発明であり、その目的は、放熱性をより改善しつつ、周方向でのコイル占積率の低下を抑制できるアウターロータ型のアキシャルギャップ型ブラシレスモータを提供することである。
本発明者は、種々検討した結果、上記目的は、以下の本発明により達成されることを見出した。すなわち、本発明の一態様にかかるアウターロータ型のアキシャルギャップ型ブラシレスモータは、周方向に配置された複数のコイルを備える固定子と、周方向に配置された複数の磁石を備え、前記固定子の両側それぞれに回転軸方向に所定の間隔を空けて互いに回転軸を一致させて配置される1対の第1および第2回転子とを備え、前記複数のコイルそれぞれは、帯状の導体部材を、該導体部材の幅方向が該コイルの軸方向に沿うように絶縁部材を介して巻回することによって構成され、該コイルの芯部に対する前記固定子の径方向外側に当たる該コイルの部分で所定のターン間に含まれる、該コイルの軸方向に貫通する貫通路を持ち、前記固定子は、前記貫通路に冷媒を流通させるための冷媒通路を形成した冷媒通路部と、前記複数のコイルそれぞれに対応する、前記冷媒通路部へ前記冷媒を供給する複数の供給口と、前記複数の供給口それぞれと対をなす、前記冷媒通路部から前記冷媒を排出する複数の排出口とを備え、1対の前記供給口および前記排出口は、その一方が前記固定子における前記第1回転子と対向する第1回転子側に設けられ、その他方が前記固定子における前記第2回転子と対向する第2回転子側に設けられ、前記複数のコイルにおける周方向で順に隣接するコイル間において、当該コイルに対応する排出口を、当該コイルの周方向一方側で当該コイルに隣接するコイルに対応する供給口に連通可能に連結する連通連結部を備えることを特徴とする。
このようなアウターロータ型のアキシャルギャップ型ブラシレスモータ(OR型のAG型モータ)は、前記複数のコイルそれぞれに、該コイルの芯部に対する固定子の径方向外側に当たる該コイルの部分(径方向外側部分、コイルエンド部)で所定のターン間に含まれる、該コイルの軸方向に貫通する貫通路を持つ。前記貫通路は、1個のコイルにおいて、1または複数であってよく、1ターン(1巻き)ごとに設けられて良く、数ターンおきに設けられて良く、またランダムなターンごとに設けられて良い。このような貫通路によって、帯状の導体部材における貫通路に接する部分(接触部分)は、放熱機能も持たせることができ、放熱板としても利用できる。そして、導体部材は、一般に、熱伝導性に優れた良熱伝導体でもあるので、該コイルにおける、前記接触部分を除く残余の部分(残余部分)の熱を前記接触部分へ熱伝導でき、前記接触部分で放熱できる。特に、該コイルの芯部に対する固定子の径方向内側に当たる該コイルの部分(径方向内側部分)の熱は、一般に放熱し難いが上記OR型のAG型モータでは、好適に前記径方向内側部分の熱を前記帯状の導体部材で前記接触部分へ熱伝導でき、前記接触部分で放熱できる。このように前記接触部分は、放熱機能も持たせることができるので、上記OR型のAG型モータは、前記特許文献2に記載されたOR型のAG型モータのように、周方向で互いに隣接する各コイル間において冷媒の流通路を形成するための空間を必要としない。このため、上記OR型のAG型モータは、周方向でコイル間隔を詰めることができ、周方向でのコイル占積率の低下を抑制できる。上記OR型のAG型モータは、冷媒通路部を備えるので、冷媒の流通によって強制冷却が可能となり、効率よく冷却できる。このため、上記OR型のAG型モータは、大電流の通電が可能となり、高トルク密度を実現できる。上記OR型のAG型モータは、1対の前記供給口および前記排出口のうちの一方(例えば供給口)が固定子の第1回転子側に設けられ、前記1対の前記供給口および前記排出口のうちの他方(この例では排出口)が固定子の第2回転子側に設けられる。このため、供給口から導入された冷媒は、軸方向に沿って冷媒通路部を流通でき、この結果、帯状の導体部材を幅方向(軸方向)に沿って流通し、排出口から排出できる。したがって、上記OR型のAG型モータは、帯状の導体部材に幅方向一杯に冷媒を効率よく接触させることができ、帯状の導体部材を効率よく冷却できる。上記OR型のAG型モータは、連通連結部を備えるので、冷媒の流路が1本に繋がり、1つの供給口から冷媒を供給し、1つの排出口から冷媒を排出できる。したがって、OR型のAG型モータ周りに配設される冷媒の配管系が簡略化できる。このため、上記OR型のAG型モータは、コンパクト化が可能となる
上記放熱機能の付与の観点から、上述のOR型のAG型モータにおいて、好ましくは、前記貫通路は、該コイルの周方向に沿う方向の長さが該コイルの径方向に沿う長さよりも長い。また好ましくは、上述のOR型のAG型モータにおいて、前記貫通路は、前記導体部材を巻回す際に、該コイルの芯部に対する前記固定子の径方向外側に当たる該コイルの部分で径方向に所定の間隔を空けて巻回することによって形成される。このようなOR型のAG型モータでは、帯状の導体部材における前記貫通口に接触する面積がより大きくなり、より大量の熱を放熱できる。
また、他の一態様では、上述のOR型のAG型モータにおいて、前記固定子は、前記複数のコイルそれぞれを個別に収容する複数の固定子モジュールを備え、前記複数のコイルを前記周方向に配置するように、前記複数の固定子モジュールを配置して固定されることによって形成されることを特徴とする。
このようなOR型のAG型モータでは、固定子を各コイル毎にモジュール化するので、固定子を単体で生産および検品する場合に較べて、量産効果により、生産および検品にコストメリットが生じ、低コスト化が可能となる。また、固定子に不具合が生じた場合に、固定子全体の交換は、必要なく、前記不具合の生じた固定子モジュールのみの交換で足り、維持管理がし易くなる。
また、他の一態様では、これら上述のOR型のAG型モータにおいて、前記複数のコイルそれぞれは、前記貫通路内に配設され前記貫通路の形状を維持するための形状維持部材をさらに備えることを特徴とする。このような上述のOR型のAG型モータにおいて、好ましくは、前記複数のコイルそれぞれは、前記導体部材を巻回す際に、該コイルの芯部に対する前記固定子の径方向外側に当たる該コイルの部分で前記所定のターン間で前記形状維持部材を挟み込んで径方向に所定の間隔を空けて巻回することによって形成される。
このようなOR型のAG型モータは、形状維持部材を備えるので、例えば衝撃を受けても貫通路が維持でき、冷却性能を維持できる。
本発明にかかるアウターロータ型のアキシャルギャップ型ブラシレスモータは、放熱性をより改善しつつ、周方向でのコイル占積率の低下を抑制できる。
実施形態におけるアウターロータ型のアキシャルギャップブラシレスモータ(OR型のAG型モータ)の構成を示す断面図である。 第1実施形態のOR型のAG型モータにおける固定子の構成を説明するための図である。 第1実施形態のOR型のAG型モータにおける固定子の一部を示す一部断面斜視図である。 第1実施形態のOR型のAG型モータにおける固定子のコイル周り部分を示す拡大断面図である。 第2実施形態のアウターロータ型のOR型のAG型モータにおける固定子モジュールの構成を説明するための図である。 第2実施形態のOR型のAG型モータにおける固定子モジュールを示す一部断面斜視図である。 第2実施形態のOR型のAG型モータにおける固定子の一部を示す断面図である。 第3実施形態におけるOR型のAG型モータの構成を説明するための図である。 第4実施形態におけるOR型のAG型モータの構成を説明するための図である。 第4実施形態のOR型のAG型モータにおける固定子の一部を示す一部断面斜視図である。 第5実施形態のOR型のAG型モータにおける固定子モジュールを示す断面図である。 第6実施形態のOR型のAG型モータにおける固定子モジュールを示す断面図である。
以下、本発明にかかる実施の一形態を図面に基づいて説明する。なお、各図において同一の符号を付した構成は、同一の構成であることを示し、適宜、その説明を省略する。また、本明細書において、総称する場合には添え字を省略した参照符号で示し、個別の構成を指す場合には添え字を付した参照符号で示す。
(第1実施形態)
図1は、実施形態におけるアウターロータ型のアキシャルギャップブラシレスモータ(OR型のAG型モータ)の構成を示す断面図である。図1は、図2(A)に示すACB断面線における断面図である。図1は、第1実施形態におけるOR型のAG型モータMaの断面図であるが、後述する第2ないし第6実施形態における各OR型のAG型モータMb〜Mfは、その固定子1b〜1fが第1実施形態におけるOR型のAG型モータMaの固定子1aと異なるだけで、回転子2−1、2−2等の残余の構成は、第1実施形態におけるOR型のAG型モータMaと同様であり、この意味で図1は、第2ないし第6実施形態における各OR型のAG型モータMb〜Mfの断面図である。
図2は、第1実施形態のOR型のAG型モータにおける固定子の構成を説明するための図である。図2(A)は、一部断面上面図であり、図2(B)は、図2(A)に示すD断面線における断面図である。図3は、第1実施形態のOR型のAG型モータにおける固定子の一部を示す一部断面斜視図である。図4は、第1実施形態のOR型のAG型モータにおける固定子のコイル周り部分を示す拡大断面図である。
第1実施形態におけるアウターロータ型のアキシャルギャップブラシレスモータ(OR型のAG型モータ)Maは、図1ないし図4に示すように、固定子1aと、1対の回転子2(2−1、2−2)とを備える。
固定子(ステータ)1aは、非回転部分であり、周方向に配置された複数のコイル3aを備える。固定子1aは、回転子2−1、2−2それぞれを介した外側で環状板状の一対の支持部材6−1、6−2に連結固定され、支持されている。なお、固定子1aの詳細については、後述する。
回転子(ロータ)2は、1対の第1および第2回転子2−1、2−2を備えて構成される。これら1対の第1および第2回転子2−1、2−2は、固定子1aの両側それぞれに回転軸方向に所定の間隔を空けて互いに回転軸を一致させて配置される。第1回転子2−1は、固定子1aのコイル3aに対向するように内側に、そして、周方向に配置された複数の磁石(例えば永久磁石等)7−1を備える。これら複数の磁石7−1は、周方向で互い隣接する磁石7−1間ではSNSN・・・の如く磁極が互い違いになるように、配置される。すなわち、これら複数の磁石7−1は、周方向で1つおきに、磁界の方向が一致するように、配置される。第2回転子2−2は、固定子1aのコイル3aに対向するように内側に、そして、周方向に配置された複数の磁石(例えば永久磁石等)7−2を備える。これら複数の磁石7−2も、複数の磁石7−1と同様に、周方向で互い隣接する磁石7−2間では磁極が互い違いになるように、配置される。これら第1および第2回転子2−1、2−2は、互いに同形であり、それぞれ、大略、回転軸方向に直交する直交方向に沿って平坦な環状板状の部材である。これら第1および第2回転子2−1、2−2における直交方向に沿う平坦な各部分それぞれに上述の複数の各磁石7−1、7−2が配設される。そして、第1および第2回転子2−1、2−2の環状板状の各部材は、その内周側部分が徐々に回転軸方向に向けて曲がり、最内周部分が回転軸方向に沿って平坦になっている。第1および第2回転子2−1、2−2の環状板状の各部材における回転軸方向に沿う平坦な各部分の各先端は、互いに連結されており、そして、これら平坦な各部分でベアリングを介して円筒また円柱状の回転軸体8における外周側面に当接されている。
なお、コイル3aの個数と磁石7−1、7−2とは、任意であって良い。例えば、コイル3aは、8個で各磁石7−1、7−2は、12個であって良く(12スロット8ポール)、また例えば、コイル3aは、12個で各磁石7−1、7−2は、10個であって良く(12スロット10ポール)、また例えば、コイル3aは、12個で各磁石7−1、7−2は、16個であって良く(12スロット16ポール)、また例えば、コイル3aは、9個で各磁石7−1、7−2は、8個であって良い(9スロット8ポール)。このように種々の態様が可能である。
上述の固定子1aについてさらに詳述する。固定子1aは、前記複数のコイル3aを収納するために、固定子外周部11aと、固定子下部12aと、固定子上部13aと、固定子内周部14aと、固定子隔壁部15aとを備える。
固定子外周部11aは、固定子1aの外周側壁を形成する円筒状(中空円柱状)の部材である。固定子下部12aは、固定子1aの下壁(底壁)および下側冷媒通路部16aを形成する大略環状板状の部材である。この固定子下部12aの環状板状の部材における外周側部分は、全周に亘って軸方向外側に突出して下側環状突出部121aを形成し、この下側環状突出部121aの内部空間が上記下側冷媒通路部16aとなっている。この下側冷媒通路部16aは、後述の貫通路32に冷媒を流通させるための空間である。固定子上部13aは、固定子1aの上壁(天井壁)および上側冷媒通路部17aを形成する大略環状板状の部材である。この固定子上部13aの環状板状の部材における外周側部分は、全周に亘って軸方向外側に突出して上側環状突出部131aを形成し、この上側環状突出部131aの内部空間が上記上側冷媒通路部17aとなっている。この上側冷媒通路部17aは、貫通路32に冷媒を流通させるための空間である。固定子内周部14aは、固定子1aの内周側壁を形成する円筒状(中空円柱状)の部材であり、その直径は、固定子外周部11aの直径より小さい。
固定子下部12aおよび固定子上部13aは、回転軸方向で互いに対向するように所定の間隔を空けて配置される。固定子下部12aの内周縁端は、固定子内周部14aの一方端(下側端)に連結され、固定子下部12aの外周縁端(下側環状突出部121aの端部)は、固定子外周部11aの一方端(下側端)に連結される。固定子上部13aの内周縁端は、固定子内周部14aの他方端(上側端)に連結され、固定子上部13aの外周縁端(上側環状突出部131aの端部)は、固定子外周部11aの他方端(上側端)に連結される。そして、このように連結された固定子外周部11a、固定子下部12a、固定子上部13aおよび固定子内周部14aによって形成された内部空間は、複数の有芯のコイル3aを収容する収容空間を形成する。固定子隔壁部15aは、複数のコイル3aそれぞれを個別に収容するために、前記内部空間を複数の収容空間(スロット)に仕切る固定子1aの内壁(隔壁)を形成する板状の複数の部材である。複数の固定子隔壁部15aは、周方向に等間隔を空けて径方向に沿って前記内部空間に配設される。したがって、各固定子隔壁部15aにおける周方向から見た各形状は、径方向を断面線とした前記内部空間の断面形状(周方向から見た形状)と等しくなっている。
そして、複数の固定子隔壁部15aには、周方向で隣接する各収容空間(スロット)における各下側冷媒通路部16aを1つおきに連通するために、各下側冷媒通路部16aの形成位置に対応する位置(下側位置)に、供給排出口18aが貫通形成される。同様に、周方向で隣接する各収容空間(スロット)における各上側冷媒通路部17aを1つおきに連通するために、上記下側冷媒通路部16aの形成位置に対応する位置に、供給排出口18aが貫通形成されていない複数の固定子隔壁部15aには、各上側冷媒通路部17aの形成位置に対応する位置(上側位置)に、供給排出口19aが貫通形成される。この供給排出口18a、19aは、当該収容空間(第1収容空間)にとっては、周方向で隣接する収容空間(第2収容空間)から冷媒が供給される供給口であるとともに、前記周方向で隣接する第2収容空間にとっては、当該第1収容空間へ冷媒を排出する排出口となっている。したがって、当該第1収容空間における1対の供給口および排出口は、その一方が固定子1aにおける第1回転子2−1と対向する第1回転子側に設けられ、その他方が固定子1aにおける第2回転子2−2と対向する第2回転子側に設けられることになる。また、これら固定子隔壁部15aにおける供給排出口18a、19aの形成部分は、複数のコイル3aにおける周方向で順に隣接するコイル3a間において、当該コイル3aに対応する排出口を、当該コイル3aの周方向一方側で当該コイル3aに隣接するコイル3aに対応する供給口に連通可能に連結する連通連結部の一例に相当する。
そして、下側冷媒通路部16aには、外部から冷媒を供給するための図略の外部供給口が形成され、上側冷媒通路部17aには、外部へ冷媒を排出するための図略の外部排出口が形成されている。
これら固定子1aを構成する固定子外周部11a、固定子下部12a、固定子上部13a、固定子内周部14aおよび複数の固定子隔壁部15aは、例えば、鉄や鋼等の軟磁性材料等の磁性材料から成る板材を積層させた積層体、前記磁性材料の粉末や同粉末表面に絶縁被覆を形成した被覆粉末を用いた圧粉成形体、これら積層体と圧粉成形体とを組み合わせた組合物で形成される。固定子外周部11a、固定子下部12a、固定子上部13a、固定子内周部14aおよび複数の固定子隔壁部15aは、例えば、個別に形成され、例えば接着剤等によって連結固定されて良く、また例えば、固定子外周部11a、固定子下部12a、固定子上部13a、固定子内周部14aおよび複数の固定子隔壁部18aのうちの一部を一体に形成されて良い。あるいは、固定子1aは、上下に2分割されて2個の部材で形成されても良い。また、コイル3aのコアも固定子下部12aおよび固定子上部13aのいずれかと一体に形成されても良い。
複数のコイル3aは、それぞれ、図4に示すように、帯状の導体部材31を、該導体部材31の幅方向が該コイル3aの軸方向に沿うように絶縁部材を介して巻回することによって構成され、該コイル3aの芯部に対する固定子1aの径方向外側に当たる該コイル3aの部分で所定のターン間に含まれる、該コイル3aの軸方向に貫通する貫通路32を持つ。すなわち、複数のコイル3aは、それぞれ、内周側から巻初めて外周側で巻き終わるように、そして、この際に、該コイル3aの芯部に対する固定子1aの径方向外側に当たる該コイル3aの部分で径方向に所定の間隔を空けるように、コイル状に巻回された、コイル軸方向の幅がコイル径方向の厚さよりも長い長尺な帯状の導体部材31と、前記コイル状に巻回された前記帯状の導体部材31における各ターン間に配置される絶縁部材とを備える。
貫通路32は、1個のコイル3aにおいて、1または複数であってよく、1ターンごとに設けられて良く、数ターンおきに設けられて良く、またランダムなターンごとに設けられて良い。図4に示す例では、貫通路32は、1ターンごとに設けられている。そして、本実施形態では、これら各貫通路32内には、当該貫通路32の形状を維持するための形状維持部材(スペーサ)4aがそれぞれ配設されている。より具体的には、1個の貫通路32における周方向に所定の間隔を空けて3個の形状維持部材4aが配設されている。より詳しくは、周方向の略中央位置と周方向の両端位置との各位置に、3個の形状維持部材4aがそれぞれ配設されている。形状維持部材4aは、それぞれ、柱形状の部材である。この形状維持部材4aは、非磁性な材料で形成される。
前記帯状の導体部材31は、例えば、超伝導材料であってよく、また例えば、純銅(Cu)およびアルミニウム(Al)等の比較的低い抵抗率で比較的高い熱伝導率を持つ金属材料である。
また、複数のコイル3aは、それぞれ、各芯部に、磁性体で形成された各コア5を備えた有芯コイルとなっている。
そして、これら有芯の複数のコイル3aは、貫通路32を形成した、該コイル3aの芯部に対する固定子1aの径方向外側に当たる該コイル3aの部分が下側冷媒通路部16aと上側冷媒通路17aとの間に配設されるように、上述のように複数の固定子隔壁部15aによって区切られた各収容空間(スロット)に収容される。
なお、貫通路32を形成した、該コイル3aの芯部に対する固定子1aの径方向外側に当たる該コイル3aの部分を除く部分、例えば、該コイル3aの芯部に対する固定子1aの周方向両側に当たる該コイル3aの各部分は、導体部材31が絶縁材料を介して密接するように、巻回され、そして、複数のコイル3aは、固定子隔壁部14aに密接するように、複数の固定子隔壁部15aによって区切られた各収容空間(スロット)に収容される。
このような構成のOR型のAG型モータMaでは、稼働の際に、図略の熱交換器から前記図略の外部供給口を介して所定の冷媒が供給される。前記所定の冷媒には、例えば、液相では、不凍剤添加の純水、非極性絶縁油、フロン系または非フロン系有機溶媒、液体窒素、液化天然ガス等であり、また例えば、気相では、不活性ガス、水素、ヘリウム、窒素、アルゴン、フロン系または非フロン系ガス等が使用される。なお、冷媒が約−170℃の液化天然ガスや約−200℃の液体窒素またはその気化ガスである場合、導体部材31に用いられる銅の比抵抗は、室温の比抵抗に対し1/7〜1/8に下げることができ、際だった大電流で駆動する例えばLNGタンカー等の特殊用途の実現が可能となる。
前記外部供給口から供給された冷媒は、前記外部供給口に連通する収容空間(スロット、収容空間A)における下側冷媒通路部16aから、当該収容空間Aに収納されたコイル3aの貫通路32を流通し、当該収容空間Aにおける上側冷媒通路部17aへ流通する。このコイル3aの貫通路32を流通する際に、冷媒は、コイル3aの導体部材31から熱を奪い、コイル3aを冷却する。上側冷媒通路部17aに流れ込んだ冷媒は、その上側冷媒通路部17aの対応する位置の供給排出口19aから排出され、当該収容空間Aに対し周方向で一方側に隣接する収容空間(収容空間B)における上側冷媒通路部17aに供給される。
この収容空間Bにおける上側冷媒通路部17aに供給された冷媒は、この上側冷媒通路部17aから、当該収容空間Bに収納されたコイル3aの貫通路32を流通し、当該収容空間Bにおける下側冷媒通路部16aへ流通する。このコイル3aの貫通路32を流通する際に、冷媒は、コイル3aの導体部材31から熱を奪い、コイル3aを冷却する。下側冷媒通路部16aに流れ込んだ冷媒は、その下側冷媒通路部16aの対応する位置の供給排出口18aから排出され、当該収容空間Bに対し周方向で一方側に隣接する収容空間(収容空間C)における下側冷媒通路部16aに供給される。
この収容空間Cにおける下側冷媒通路部16aに供給された冷媒は、同様に、この下側冷媒通路部16aから、当該収容空間Cに収納されたコイル3aの貫通路32を流通し、当該収容空間Cにおける上側冷媒通路部17aへ流通する。このコイル3aの貫通路32を流通する際に、冷媒は、コイル3aの導体部材31から熱を奪い、コイル3aを冷却する。上側冷媒通路部17aに流れ込んだ冷媒は、その上側冷媒通路部17aの対応する位置の供給排出口19aから排出され、当該収容空間Cに対し周方向で一方側に隣接する収容空間(収容空間D)における上側冷媒通路部17aに供給される。
この収容空間Dにおける上側冷媒通路部17aに供給された冷媒は、同様に、この上側冷媒通路部17aから、当該収容空間Dに収納されたコイル3aの貫通路32を流通し、当該収容空間Dにおける下側冷媒通路部16aへ流通する。このコイル3aの貫通路32を流通する際に、冷媒は、コイル3aの導体部材31から熱を奪い、コイル3aを冷却する。下側冷媒通路部16aに流れ込んだ冷媒は、その下側冷媒通路部16aの対応する位置の供給排出口18aから排出され、当該収容空間Dに対し周方向で一方側に隣接する収容空間(収容空間E)における下側冷媒通路部16aに供給される。
以下同様に、冷媒は、周方向で一方側に順次に各収容空間における下側冷媒通路部16a(上側冷媒通路部17a)、貫通路32および上側冷媒通路部17a(下側冷媒通路部16a)を流通し、各収容空間(各スロット)に収容されたコイル3aを順次に冷却し、前記収容空間Aに対し周方向で他方側に隣接する収容空間(収容空間L)における上側冷媒通路部17aに供給される。この収容空間Lにおける上側冷媒通路部17aに供給された冷媒は、この上側冷媒通路部17aから、当該収容空間Lに収納されたコイル3aの貫通路32を流通し、当該収容空間Lにおける下側冷媒通路部16aへ流通する。このコイル3aの貫通路32を流通する際に、冷媒は、コイル3aの導体部材31から熱を奪い、コイル3aを冷却する。下側冷媒通路部16aに流れ込んだ冷媒は、その下側冷媒通路部16aに連通する前記図略の外部排出口から排出され、前記図略の熱交換器に戻る。
このように本実施形態におけるOR型のAG型モータMaは、複数のコイル3aそれぞれに、該コイル3aの芯部に対する固定子1aの径方向外側に当たる該コイル3aの部分(径方向外側部分、コイルエンド部)で所定のターン間に含まれる、該コイル3aの軸方向に貫通する貫通路32を持つ。このため、このような貫通路32によって、帯状の導体部材31における貫通路32に接する部分(接触部分)は、放熱機能も持たせることができ、放熱板としても利用できる。そして、本実施形態では、冷媒が貫通路32を流通するので、冷媒が前記接触部分から導体部材31の熱を奪うことができ、効率的にコイル3aを冷却できる。そして、導体部材31は、一般に、熱伝導性に優れた良熱伝導体でもあるので、該コイル3aにおける、前記接触部分を除く残余の部分(残余部分)の熱を前記接触部分へ熱伝導でき、前記接触部分で放熱できる。特に、該コイル3aの芯部に対する固定子1aの径方向内側に当たる該コイル3aの部分(径方向内側部分)の熱は、一般に放熱し難いが、本実施形態におけるOR型のAG型モータMaでは、好適に前記径方向内側部分の熱を前記帯状の導体部材31で前記接触部分へ熱伝導でき、前記接触部分で放熱できる。このように前記接触部分は、放熱機能も持たせることができるので、本実施形態におけるOR型のAG型モータMaは、上述の特許文献2に記載されたOR型のAG型モータのように、周方向で互いに隣接する各コイル間において冷媒の流通路を形成するための空間を必要としない。このため、本実施形態におけるOR型のAG型モータMaは、周方向でコイル間隔を詰めることができ、周方向でのコイル占積率の低下を抑制できる。
また、本実施形態におけるOR型のAG型モータMaは、下側冷媒通路部16aおよび上側冷媒通路部17aを備えるので、冷媒の流通によって強制冷却が可能となり、効率よく冷却できる。このため、本実施形態におけるOR型のAG型モータMaは、大電流の通電が可能となり、高トルク密度を実現できる。
また、本実施形態におけるOR型のAG型モータMaでは、前記貫通路32は、前記導体部材31を巻回す際に、該コイル3aの芯部に対する固定子1aの径方向外側に当たる該コイル3aの部分で径方向に所定の間隔を空けて巻回することによって形成され、前記貫通路32は、該コイル3aの周方向に沿う方向の長さが該コイル3aの径方向に沿う長さよりも長い。このため、本実施形態におけるOR型のAG型モータMaでは、帯状の導体部材31における貫通路32に接触する面積がより大きくなり、より大量の熱を放熱できる。
ここで、コイルの導体部材の線種および巻き方と各種特性との関係について表1を参照しながら説明する。
まず、第1態様のOR型のAG型モータIでは、コイルの導体部材は、細い断面円形の線状導体であり、冷却方法は、コイルの外周面に冷媒を接触させる方法である。なお、表1の上から2段目には、互いに隣接する2つのコイル部分の断面が示され、磁力線が矢印付きの実線で模式的に示されている。
第2態様のOR型のAG型モータIIでは、コイルの導体部材は、帯状導体であり、いわゆるエッジワイズで巻回され、冷却方法は、コイルの外周面に冷媒を接触させる方法である。
第3態様のOR型のAG型モータIIIでは、第2態様のOR型のAG型モータIIに対し、コイル上下面を覆う鍔(フランジ)をコアにさらに設けた点が異なる。
第4態様のOR型のAG型モータIVでは、コイルの導体部材は、帯状導体であり、いわゆるフラットワイズで巻回され、冷却方法は、コイルの外周面に冷媒を接触させる方法である。なお、この第4態様のOR型のAG型モータIVには、本実施形態のOR型のAG型モータMaにおける貫通路32は、設けられていない。
このような第1ないし第4態様の各OR型のAG型モータI〜IVにおいて、導体部材を巻回す巻線加工の点では、第2および第3態様のOR型のAG型モータII、IIIは、エッジワイズであるので、帯状の導体部材を塑性変形する必要があり、その歪みを取り除くための焼鈍処理が必要となるため、第1および第4態様のOR型のAG型モータI、IVに較べて難しい。コイル占積率の点では、第1態様のOR型のAG型モータIは、コイルの線間に隙間ができ、第2態様のOR型のAG型モータIIは、コイルのコーナーで隙間ができ、第3態様のOR型のAG型モータIIIは、コイルのコーナーで隙間ができ、さらに鍔の体積が必要であるので、コイル占積率は、第1、第3、第2および第4態様のOR型のAG型モータI、III、II、IVの順で大きくなる。銅損の点では、銅損がコイル占積率の逆数に比例するので、銅損は、第1、第3、第2および第4態様のOR型のAG型モータI、III、II、IVの順で小さくなる。渦電流損の点では、渦電流が形成可能な面積の大小および鍔での磁界の遮蔽から、第2態様のOR型のAG型モータIIの渦電流損が最大で、第3態様のOR型のAG型モータIIIの渦電流損が最小で、第1および第4態様のOR型のAG型モータI、IVの渦電流損は、これらの間になる。
したがって、これら巻線加工、コイル占積率、銅損および渦電流損の各観点を総合的に見れば、第4態様のOR型のAG型モータIVは、他の第1ないし第3態様のOR型のAG型モータI〜IIIに較べて優位性がある。
しかしながら、冷却の点では、コアやコイルを備えて成るスロット全体を冷媒に浸漬して前記冷媒を流動させて強制冷却する冷却方法を採用した場合、第1ないし第4態様のOR型のAG型モータI〜IVにおける前記冷媒との接触は、コイルの外表面に限られる。このため、コイルの内部(内周側)で発生した熱は、コイル内を熱伝導してコイルの外表面に到達し、放熱することになる。第2および第3態様のOR型のAG型モータII、IIIは、エッジワイズであるので、コイルの内部(内周側)で発生した熱は、コイルの導体部材を熱伝導してコイルの外表面に到達できるが、第1および第4態様のOR型のAG型モータI、IVでは、コイルの内部(内周側)で発生した熱は、各ターン間に存在する、熱伝導率の小さい絶縁材料を介して熱伝導してコイルの外表面に到達しなければならず、コイルの外表面に到達し難い。したがって、冷却の点では、第2および第3態様のOR型のAG型モータII、IIIは、優れているが、第1および第4態様のOR型のAG型モータI、IVは、これに劣る。このため、冷却の観点、すなわち、コイルに大きな電流を通電することによって高い起磁力でモータを駆動する観点では、上述の他の観点では優位性のある第4態様のOR型のAG型モータIVは、好ましくない。
そこで、本実施形態のOR型のAG型モータMaは、この冷却の点を、コイル3aの芯部に対する固定子1aの径方向外側に当たる該コイル3aの部分で所定のターン間に含まれる、該コイル3aの軸方向に貫通する貫通路32を備えるという、比較的簡易な構造で、この冷却の点を解決している。一例として、簡易モデルの熱解析によって、最内ターンの温度上昇が数値実験(シミュレーション)された。解析条件は、電流密度20A/mmとなる巻線寸法、コイルからの発熱量300W、ターン数30、冷媒温度30℃、ターン間に隙間無しの稠密巻きである。解析では、冷却水−絶縁被覆−銅線間の熱伝達で熱伝導計算が行われ、各層の銅線温度が算出された。最も温度が上昇する最内ターンの導体温度が、入力冷媒温度からの上昇分として評価された。その結果、第1態様のOR型のAG型モータIにおける最内ターンの導体温度は、+150℃以上であり、第2および第3態様のOR型のAG型モータIにおける最内ターンの各導体温度は、+145℃である一方、本実施形態のOR型のAG型モータMaにおける最内ターンの各導体温度は、+70℃であった。このように本実施形態のOR型のAG型モータMaは、巻線加工、占積率、銅損および渦電流損の各観点を総合的に見て優位性のある第4態様のOR型のAG型モータIVの構造を利用しつつ、貫通路32を備えるという比較的簡易な構造で、この冷却の点でも優れている。
しかも、複数のコイル3aは、周方向には密に配設できるので、本実施形態のOR型のAG型モータMaは、冷媒を用いた強制冷却方法を採用しても、周方向でのコイル占積率の低下を抑制できる。
このように本実施形態のOR型のAG型モータMaは、高い冷却効率と高い占積率とを両立できている。
また、本実施形態におけるOR型のAG型モータMaは、1対の供給排出口18a、19aのうちの一方(例えば供給排出口18a)が固定子1aの第1回転子2−2側に設けられ、前記1対の供給排出口18a、19aのうちの他方(この例では供給排出口19a)が固定子1aの第2回転子2−2側に設けられる。このため、供給排出口18a、19a(この例では供給排出口18a)から導入された冷媒は、軸方向に沿って下側冷媒通路部16aおよび上側冷媒通路部17aを流通でき、この結果、帯状の導体部材31を幅方向に沿って流通し、供給排出口18a、19a(この例では供給排出口19a)から排出できる。したがって、本実施形態におけるOR型のAG型モータMaは、帯状の導体部材31に幅方向全体に亘って冷媒を効率よく接触させることができ、帯状の導体部材31を効率よく冷却できる。
また、本実施形態におけるOR型のAG型モータMaは、冷媒の流路が1本に繋がり、1つの外部供給口から冷媒を供給し、1つの外部排出口から冷媒を排出できる。したがって、本実施形態におけるOR型のAG型モータMa周りに配設される冷媒の配管系が簡略化できる。このため、本実施形態におけるOR型のAG型モータMaは、コンパクト化が可能となる。
また、本実施形態におけるOR型のAG型モータMaは、形状維持部材4aを備えるので、例えば衝撃を受けても貫通路32が維持でき、冷却性能を維持できる。
次に、別の実施形態について説明する。
(第2実施形態)
図5は、第2実施形態のアウターロータ型のOR型のAG型モータにおける固定子モジュールの構成を説明するための図である。図5(A)は、径方向に平行な断面線における断面図であり、図5(B)は、周方向に平行な断面線における断面図であり、そして、図5(C)は、介在部材の接続を説明するための図である。図6は、第2実施形態のOR型のAG型モータにおける固定子モジュールを示す一部断面斜視図である。図7は、第2実施形態のOR型のAG型モータにおける固定子の一部を示す断面図である。図7には、3個の固定子モジュールが示されている。
第1実施形態におけるOR型のAG型モータMaは、一体で構成された固定子1aを備えたが、第2実施形態におけるOR型のAG型モータMbは、複数のコイル3それぞれを個別に収容する複数の固定子モジュール1bを備えるものである。第2実施形態におけるOR型のAG型モータMbにおける固定子は、前記複数のコイル3を周方向に順次に配置するように、これら複数の固定子モジュール1bを配置して固定されることによって形成される。
このような第2実施形態におけるOR型のAG型モータMbは、複数の固定子モジュール1bで構成された固定子と、1対の回転子2−1、2−2を備える。これら1対の回転子2−1、2−2は、それぞれ、第1実施形態におけるOR型のAG型モータMaの1対の回転子2−1、2−2と同様であるので、その説明を省略する。
この第2実施形態におけるOR型のAG型モータMbにおける前記複数の固定子モジュール1bは、大略、固定子隔壁部15aを径方向に沿う断面線の断面で2分割することで、第1実施形態におけるOR型のAG型モータMaにおける固定子1aを、1個のコイル3を収容する収容空間(スロット)ごとに分割したものである。
これら複数の固定子モジュール1bは、互いに同形であるので、1つの固定子モジュール1bについて、より具体的に説明する。この固定子モジュール1bは、図5および図6に示すように、1個のコイル3bを収納するために、固定子外周部11bと、固定子下部12bと、固定子上部13bと、固定子内周部14bと、1対の固定子側部15b、15bとを備える。
固定子外周部11bは、固定子モジュール1bの外周側壁を形成する、円筒状(中空円柱状)の一部をなすように湾曲した板状の部材である。固定子下部12bは、固定子モジュール1bの下壁(底壁)および下側冷媒通路部16bを形成する大略、所定の幅を持つ弧形状板状の部材である。この固定子下部12aの弧形状板状の部材における外周側部分は、周方向全体に亘って軸方向外側に突出して下側弧状突出部121bを形成し、この下側弧状突出部121bの内部空間が上記下側冷媒通路部16bとなっている。この下側冷媒通路部16bは、貫通路32に冷媒を流通させるための空間である。固定子下部12bの下側弧状突出部121bには、下側冷媒通路部16bに対し冷媒を給排するために、供給排出口18bが貫通形成され、この供給排出口18bに継手91bが接続されている。固定子上部13bは、固定子モジュール1bの上壁(天井壁)および上側冷媒通路部17bを形成する、大略所定の幅を持つ弧形状板状の部材である。この固定子上部13bの弧形状板状の部材における外周側部分は、周方向全体に亘って軸方向外側に突出して上側弧状突出部131bを形成し、この上側弧状突出部131bの内部空間が上記上側冷媒通路部17bとなっている。この上側冷媒通路部17bは、貫通路32に冷媒を流通させるための空間である。固定子上部13bの上側弧状突出部131bには、上側冷媒通路部17bに対し冷媒を給排するために、供給排出口19bが貫通形成され、この供給排出口19bに継手92bが接続されている。これら継手91b、92bには、軸方向に沿って貫通路が形成されている。固定子内周部14bは、固定子モジュール1bの内周側壁を形成する、円筒状(中空円柱状)の一部をなすように湾曲した板状の部材である。その半径は、固定子外周部11bの半径より小さい。1対の固定子側部15b、15bは、それぞれ、固定子モジュール1bの側壁を形成する板状の部材である。
固定子下部12bおよび固定子上部13bは、回転軸方向で互いに対向するように所定の間隔を空けて配置される。固定子下部12bの内周縁端は、固定子内周部14bの一方端(下側端)に連結され、固定子下部12bの外周縁端(下側環状突出部121bの端部)は、固定子外周部11bの一方端(下側端)に連結され、固定子下部12bの両側縁端は、1対の固定子側部15b、15bの各一方端(下側端)に連結される。固定子上部13bの内周縁端は、固定子内周部14bの他方端(上側端)に連結され、固定子上部13bの外周縁端(上側環状突出部131bの端部)は、固定子外周部11bの他方端(上側端)に連結され、固定子上部13bの両側縁端は、1対の固定子側部15b、15bの各他方端(上側端)に連結される。そして、このように連結された固定子外周部11b、固定子下部12b、固定子上部13b、固定子内周部14bおよび1対の固定子側部15b、15bによって形成された内部空間は、1個の有芯のコイル3bを収容する収容空間を形成する。1対の固定子側部15b、15bにおける周方向から見た各形状は、径方向を断面線とした前記内部空間の断面形状(周方向から見た形状)と等しくなっている。
固定子外周部11b、固定子下部12b、固定子上部13b、固定子内周部14bおよび1対の固定子側部15b、15bは、例えば、個別に形成され、例えば接着剤等によって連結固定されて良く、また例えば、固定子外周部11b、固定子下部12b、固定子上部13b、固定子内周部14bおよび複数の固定子隔壁部18bのうちの一部を一体に形成されて良い。あるいは、固定子モジュール1bは、上下に2分割されて2個の部材で形成されても良い。また、コイル3bのコア5も固定子下部12bおよび固定子上部13bのいずれかと一体に形成されても良い。
このような固定子モジュール1bに収容されるコイル3bは、第1実施形態のコイル3aのように、シングルパンケーキ構造であって良いが、図5ないし図7に示す例では、帯状の導体部材を上部コイルおよび下部コイルの2層に巻き上げたいわゆるダブルパンケーキ構造である。このダブルパンケーキ構造のコイル3bにおける上部コイルと下部コイルとの間には、所定の幅を持つ弧形状板状の介在部材33が介在している。そして、コイル3bは、該コイル3bの芯部に対する固定子モジュール1bの径方向外側(複数の固定子モジュール1bで固定子を構成した場合に固定子の径方向外側)に当たる該コイル3bの部分で所定のターン間に含まれる、該コイル3bの軸方向に貫通する貫通路32を持つ。この貫通路32に対応する位置では、介在部材33にも貫通開口が形成される。なお、各貫通路32内には、当該貫通路32の形状を維持するための形状維持部材(スペーサ)4aがそれぞれ配設されてもよい。また、コイル3bは、芯部に、磁性体で形成された各コア5を備えた有芯コイルとなっている。
そして、このようなコイル3bは、貫通路32を形成した、該コイル3bの芯部に対する固定子モジュール1bの径方向外側に当たる該コイル3bの部分が下側冷媒通路部16bと上側冷媒通路17bとの間に配設されるように、固定子外周部11b、固定子下部12b、固定子上部13b、固定子内周部14bおよび1対の固定子側部15b、15bによって形成された前記収容空間(スロット)に収容される。固定子外周部11b、固定子下部12b、固定子上部13b、固定子内周部14bおよび1対の固定子側部15b、15bそれぞれに当接する介在部材33の端面は、図5(C)に示すように、熱溶着される。
そして、第2実施形態におけるOR型のAG型モータMbにおける固定子は、図7に示すように、複数のコイル3bを周方向に順次に配置するように、これら複数の固定子モジュール1bを周方向に順次に連結することによって形成される。周方向で互いに隣接する固定子モジュール間では、1組を残して、一方の周方向に1組ごとに順次に、各下側弧状突出部121bの各供給排出口18bに設けられた各継手91b同士が連通管93(不図示)によって連通可能に接続される。さらに、周方向で互いに隣接する固定子モジュール間では、前記残した1組を除き、一方の周方向に1組ごとに順次に、かつ、各継手91b同士が連通管93によって連通されていない組で、各上側弧状突出部131bの各供給排出口19bに設けられた各継手92b同士が連通管94によって連通可能に接続される。この残した1組の固定子モジュール1bにおける継手91b、91bは、図略の熱交換器に配管を介して接続される。これら連通管93、94は、複数のコイル3bにおける周方向で順に隣接するコイル3b間において、当該コイル3bに対応する排出口を、当該コイル3bの周方向一方側で当該コイル3bに隣接するコイル3bに対応する供給口に連通可能に連結する連通連結部の一例に相当する。
このような構成のOR型のAG型モータMbでは、稼働の際に、前記図略の熱交換器から前記残した1組の固定子モジュール1bの一方における継手91bを介して所定の冷媒が供給される。この供給された冷媒は、前記残した継手91bを持つ固定子モジュール1b(固定子モジュール1b−1)における下側冷媒通路部16bから、当該固定子モジュール1b−1に収納されたコイル3bの貫通路32を流通し、当該固定子モジュール1b−1における上側冷媒通路部17bへ流通する。このコイル3bの貫通路32を流通する際に、冷媒は、コイル3bの導体部材31から熱を奪い、コイル3bを冷却する。上側冷媒通路部17bに流れ込んだ冷媒は、その上側冷媒通路部17bの対応する供給排出口19bおよび継手92bから排出され、連通管94を介して、当該固定子モジュール1b−1に対し周方向で一方側に隣接する固定子モジュール1b(固定子モジュール1b−2)における上側冷媒通路部17bの対応する継手92bおよび供給排出口19bを介して前記固定子モジュール1b−2の上側冷媒通路部17bに供給される。
この固定子モジュール1b−2における上側冷媒通路部17bに供給された冷媒は、この上側冷媒通路部17bから、当該固定子モジュール1b−2に収納されたコイル3bの貫通路32を流通し、当該固定子モジュール1b−2における下側冷媒通路部16bへ流通する。このコイル3bの貫通路32を流通する際に、冷媒は、コイル3bの導体部材31から熱を奪い、コイル3bを冷却する。下側冷媒通路部16bに流れ込んだ冷媒は、その下側冷媒通路部16bの対応する供給排出口18bおよび継手91bから排出され、連通管93を介して、当該固定子モジュール1b−2に対し周方向で一方側に隣接する固定子モジュール1b(固定子モジュール1b−3)における下側冷媒通路部16bの対応する継手91bおよび供給排出口18bを介して前記固定子モジュール1b−3の下側冷媒通路部16bに供給される。
この固定子モジュール1b−3における下側冷媒通路部16bに供給された冷媒は、同様に、この下側冷媒通路部16bから、当該固定子モジュール1b−3に収納されたコイル3bの貫通路32を流通し、当該固定子モジュール1b−3における上側冷媒通路部17bへ流通する。このコイル3bの貫通路32を流通する際に、冷媒は、コイル3bの導体部材31から熱を奪い、コイル3bを冷却する。上側冷媒通路部17bに流れ込んだ冷媒は、その上側冷媒通路部17bの対応する供給排出口19bおよび継手92bから排出され、連通管94を介して、当該固定子モジュール1b−3に対し周方向で一方側に隣接する固定子モジュール1b(固定子モジュール1b−4)における上側冷媒通路部17bの対応する継手92bおよび供給排出口19bを介して前記固定子モジュール1b−4の上側冷媒通路部17bに供給される。
この固定子モジュール1b−4における上側冷媒通路部17bに供給された冷媒は、同様に、この上側冷媒通路部17bから、当該固定子モジュール1b−4に収納されたコイル3bの貫通路32を流通し、当該固定子モジュール「1b−4における下側冷媒通路部16bへ流通する。このコイル3bの貫通路32を流通する際に、冷媒は、コイル3bの導体部材31から熱を奪い、コイル3bを冷却する。下側冷媒通路部16bに流れ込んだ冷媒は、その下側冷媒通路部16bの対応する供給排出口18bおよび継手91bから排出され、連通管93を介して、当該固定子モジュール1b−4に対し周方向で一方側に隣接する固定子モジュール1b(固定子モジュール1b−5)における下側冷媒通路部16bの対応する継手91bおよび供給排出口18bを介して前記固定子モジュール1b−5の下側冷媒通路部16bに供給される。
以下同様に、冷媒は、周方向で一方側に順次に各固定子モジュール1bにおける下側冷媒通路部16b(上側冷媒通路部17b)、貫通路32および上側冷媒通路部17b(下側冷媒通路部16b)を流通し、各固定子モジュール1bに収容されたコイル3bを順次に冷却し、前記残した1組の固定子モジュール1bの他方の固定子モジュール1b(固定子モジュール1b−12)における上側冷媒通路部17bに供給される。この固定子モジュール1b−12における上側冷媒通路部17bに供給された冷媒は、この上側冷媒通路部17bから、当該固定子モジュール1b−12に収納されたコイル3bの貫通路32を流通し、当該収容空間Lにおける下側冷媒通路部16bへ流通する。このコイル3bの貫通路32を流通する際に、冷媒は、コイル3bの導体部材31から熱を奪い、コイル3bを冷却する。下側冷媒通路部16bに流れ込んだ冷媒は、その継手91bから排出され、前記図略の熱交換器に戻る。
このような第2実施形態におけるOR型のAG型モータMbは、第1実施形態におけるOR型のAG型モータMaと同様の作用効果を奏する。そして、第2実施形態におけるOR型のAG型モータMbでは、固定子をコイル3b毎にモジュール化するので、固定子を単体で生産および検品する場合に較べて、量産効果により、生産および検品にコストメリットが生じ、低コスト化が可能となる。また、固定子に不具合が生じた場合に、固定子全体の交換は、必要なく、前記不具合の生じた固定子モジュール1bのみの交換で足り、維持管理がし易くなる。
次に、別の実施形態について説明する。
(第3実施形態)
図8は、第3実施形態におけるOR型のAG型モータの構成を説明するための図である。図8(A)は、第3実施形態のOR型のAG型モータにおける回転軸から半分の部分の断面図であり、図8(B)は、コイル3c周り部分を示す拡大横断面図であり、図8(C)は、コイル3c周り部分を示す拡大縦断面図である。
第3実施形態におけるOR型のAG型モータMcは、固定子1cと、1対の回転子2−1、2−2を備える。これら1対の回転子2−1、2−2は、それぞれ、第1実施形態におけるOR型のAG型モータMaの1対の回転子2−1、2−2と同様であるので、その説明を省略する。
第1実施形態におけるOR型のAG型モータMaは、コイル3aの貫通路32内に、柱形状の部材である形状維持部材4aを備えたが、第3実施形態におけるOR型のAG型モータMcは、コイル3cの貫通路32内に、導体部材31の幅よりも長い辺を持つ板状の部材である形状維持部材4cを備える。
このような第3実施形態におけるOR型のAG型モータMcは、第2実施形態におけるOR型のAG型モータMbに対し形状維持部材4cを設けることもできるが、図8に示す例では、第1実施形態におけるOR型のAG型モータMaに対し形状維持部材4cを設けている。
より具体的には、固定子1cは、前記複数のコイル3cを収納するために、固定子外周部11cと、固定子下部12cと、固定子上部13cと、固定子内周部14cと、固定子隔壁部15cとを備えるが、これらは、それぞれ、第1実施形態における固定子外周部11a、固定子下部12a、固定子上部13a、固定子内周部14aおよび固定子隔壁部15aと同様であるので、その説明を省略する。
複数のコイル3cは、それぞれ、帯状の導体部材31を、該導体部材31の幅方向が該コイル3cの軸方向に沿うように絶縁部材を介して巻回することによって構成され、その際に、該コイル3cの芯部に対する固定子1cの径方向外側に当たる該コイル3cの部分で所定のターン間に板状の形状維持部材4cを挟んで巻回される。
このような形状維持部材4cは、帯状の導体部材31の幅よりも長い辺を持つ板状の部材であるので、形状維持部材4cは、コイル3cにおける軸方向の少なくとも一方側、図8に示す例では、軸方向両側に、コイル3cからコイル3c外に延びる部分が存在する。このため、第3実施形態におけるOR型のAG型モータMcは、このコイル3c外に延びる形状維持部材4cの部分を放熱板として利用でき、冷却効率を向上できる。また、第3実施形態におけるOR型のAG型モータMcは、この部分によって導体部材31を固定して振動を防止することも可能となり、組み立てし易くもなる。
そして、このような第3実施形態におけるOR型のAG型モータMcは、第1実施形態におけるOR型のAG型モータMaと同様の作用効果を奏する。
なお、このような板状の形状維持部材4cを貫通路32内に設けた場合、貫通路32内の冷媒の流通が不充分となることがある。この場合、次の第4実施形態におけるOR型のAG型モータMdのように冷媒通路部を上下に分けて構成することによって、冷媒は、図8(C)に示すように、周方向に流通させると良い。
次に、別の実施形態について説明する。
(第4実施形態)
図9は、第4実施形態におけるOR型のAG型モータの構成を説明するための図である。図10は、第4実施形態のOR型のAG型モータにおける固定子の一部を示す一部断面斜視図である。
第4実施形態におけるOR型のAG型モータMdは、固定子1dと、1対の回転子2−1、2−2を備える。これら1対の回転子2−1、2−2は、それぞれ、第1実施形態におけるOR型のAG型モータMaの1対の回転子2−1、2−2と同様であるので、その説明を省略する。
第1実施形態におけるOR型のAG型モータMaは、周方向に順次に上下互い違いの位置に供給排出口18a、19aを複数の固定子隔壁部15aに形成することによって、冷媒通路部を1本に連結したが、第4実施形態におけるOR型のAG型モータMdは、冷媒通路部を複数で構成したものである。例えば、冷媒通路部は、上下の2つで構成されて良く、また例えば、コイル3の前記収容空間(スロット)ごとに構成されて良く、また例えば、複数の前記収容空間(スロット)ごとに構成されて良い。
より具体的には、例えば、冷媒通路部が上下の2つで構成される場合、固定子1da(図9参照)は、複数のコイル3dを収納するために、固定子外周部11da(不図示)と、固定子下部12da(不図示)と、固定子上部13da(不図示)と、固定子内周部14da(不図示)と、固定子隔壁部15daとを備えるが、これらは、それぞれ、下側環状突出部121da(不図示)がその内側に下側流通方向制御部122daをさらに備え、上側環状突出部131da(不図示)がその内側に上側流通方向制御部132daをさらに備え、各固定子隔壁部15daが上下に供給排出口18a、19aを備える点を除き、第1実施形態における固定子外周部11a、固定子下部12a、固定子上部13a、固定子内周部14aおよび固定子隔壁部15aと同様であるので、その説明を省略する。
下側流通方向制御部122daは、下側環状突出部121daの内側であって周方向の中間部分に、軸方向に突出するように設けられた部材である。上側流通方向制御部132daは、上側環状突出部131daの内側であって周方向の中間部分に、軸方向に突出するように設けられた部材である。複数のコイル3dは、それぞれ、ダブルパンケーキ構造であって、その貫通路32には、第3実施形態で説明した放熱板としても機能する形状維持部材4cと同様な形状維持部材4dが配設される。
このような構成では、下側の冷媒通路部16daにおいて、一方の固定子隔壁部15daに形成された供給排出口18aから供給された冷媒は、下側流通方向制御部122daによって軸方向に向かう流れ方向成分が付加され、放熱板として機能している形状維持部材4dの部分に接触し、他方の固定子隔壁部15daに形成された供給排出口18aから排出され、隣接する収容空間(スロット)へ供給される。また、上側の冷媒通路部17daにおいて、一方の固定子隔壁部15daに形成された供給排出口19aから供給された冷媒は、上側流通方向制御部132daによって軸方向に向かう流れ方向成分が付加され、放熱板として機能している形状維持部材4dの部分に接触し、他方の固定子隔壁部15daに形成された供給排出口19aから排出され、隣接する収容空間(スロット)へ供給される。
また例えば、冷媒通路部がコイル3の前記収容空間(スロット)ごとに構成される場合であって固定子モジュール1dbの場合、固定子モジュール1dbは、図10に示すように、コイル3dを収納するために、固定子外周部11dbと、固定子下部12dbと、固定子上部13dbと、固定子内周部14dbと、1対の固定子側部15db、15dbとを備えるが、これらは、それぞれ、下側環状突出部121dbがその内側に下側流通方向制御部122dbをさらに備え、そして、供給排出口18bおよび継手91bと同様な供給排出口18dおよび継手91dだけでなくさらに供給排出口19bおよび継手92bと同様な供給排出口19dおよび継手92dを備え、上側環状突出部131dbがその内側に上側流通方向制御部132dbをさらに備え、そして、供給排出口19bおよび継手92bと同様な供給排出口19dおよび継手92dだけでなくさらに供給排出口18bおよび継手91bと同様な供給排出口18dおよび継手91dを備える点を除き、第2実施形態における固定子外周部11b、固定子下部12b、固定子上部13b、固定子内周部14bおよび1対の固定子側部15b、15bと同様であるので、その説明を省略する。
下側流通方向制御部122dbは、下側環状突出部121dbの内側であって周方向の供給排出口18d(継手91d)と供給排出口19d(継手92d)との間の部分に、軸方向に突出するように設けられた部材である。上側流通方向制御部132daは、上側環状突出部131daの内側であって周方向の供給排出口18d(継手91d)と供給排出口19d(継手92d)との間の部分に、軸方向に突出するように設けられた部材である。
このような構成では、下側の冷媒通路部16dbにおいて、継手91dおよび供給排出口18dを介して供給された冷媒は、下側流通方向制御部122dbによって形状維持部材4dに向かうように流れ方向成分が制御され、放熱板として機能している形状維持部材4dの部分に接触し、供給排出口19dおよび継手92dを介して排出される。また、上側の冷媒通路部17dbにおいて、継手91dおよび供給排出口18dを介して供給された冷媒は、上側流通方向制御部132daによって形状維持部材4dに向かうように流れ方向成分が制御され、放熱板として機能している形状維持部材4dの部分に接触し、供給排出口19dおよび継手92dを介して排出される。
このような第4実施形態におけるOR型のAG型モータMdは、第1実施形態におけるOR型のAG型モータMaと同様の作用効果を奏する。
次に、別の実施形態について説明する。
(第5実施形態)
図11は、第5実施形態のOR型のAG型モータにおける固定子モジュールを示す断面図である。
第5実施形態におけるOR型のAG型モータMeは、複数の固定子モジュール1eで構成された固定子と、1対の回転子2−1、2−2を備える。これら1対の回転子2−1、2−2は、それぞれ、第1実施形態におけるOR型のAG型モータMaの1対の回転子2−1、2−2と同様であるので、その説明を省略する。
第2実施形態におけるOR型のAG型モータMbは、供給排出口18bおよび継手91bと供給排出口19bおよび継手92bとを軸方向に設けたが、第5実施形態におけるOR型のAG型モータMeは、供給排出口18eと供給排出口19eおよび継手92eとを周方向に設けたものである。
より具体的には、固定子モジュール1eは、図11に示すように、2種類の固定子モジュール1ea、1ebを備える。
固定子モジュール1eaは、コイル3eを収容するために、図略の固定子外周部11eaと、固定子下部12eaと、固定子上部13eaと、図略の固定子内周部14eaと、1対の固定子側部15ea−1、15ea−2とを備えるが、これらは、それぞれ、1対の固定子側部15ea−1、15ea−2のうちの一方、例えば固定子側部15ea−1が供給排出口19eaおよび継手92eaをさらに備え、1対の固定子側部15ea−1、15ea−2のうちの他方、例えば固定子側部15ea−2が供給排出口18eaをさらに備え、固定子下部12eaが供給排出口18bおよび継手91bを備えず、固定子上部12eaが供給排出口19bおよび継手92bを備えない点を除き、第2実施形態における固定子外周部11b、固定子下部12b、固定子上部13b、固定子内周部14bおよび1対の固定子側部15b、15bと同様であるので、その説明を省略する。コイル3eは、シングルパンケーキ構造のコイル3aおよびダブルパンケーキ構造のコイル3b等と同様である。
供給排出口19eaは、上側冷媒通路部17eaに対し冷媒を給排するために、固定子側部15ea−1における、上側冷媒通路部17eaの形成位置に対応する位置(上側位置)に、貫通形成され、この供給排出口19eaに継手92eaが接続されている。供給排出口18eaは、下側冷媒通路部16eaに対し冷媒を給排するために、固定子側部15ea−2における、下側冷媒通路部16eaの形成位置に対応する位置(下側位置)に、継手92eaと接続可能に、貫通形成される。
固定子モジュール1ebは、コイル3eを収容するために、図略の固定子外周部11ebと、固定子下部12ebと、固定子上部13ebと、図略の固定子内周部14ebと、1対の固定子側部15eb−1、15eb−2とを備えるが、これらは、それぞれ、1対の固定子側部15eb−1、15eb−2のうちの一方、例えば固定子側部15eb−1が供給排出口19ebおよび継手92ebをさらに備え、1対の固定子側部15eb−1、15eb−2のうちの他方、例えば固定子側部15eb−2が供給排出口18ebをさらに備え、固定子下部12ebが供給排出口18bおよび継手91bを備えず、固定子上部12ebが供給排出口19bおよび継手92bを備えない点を除き、第2実施形態における固定子外周部11b、固定子下部12b、固定子上部13b、固定子内周部14bおよび1対の固定子側部15b、15bと同様であるので、その説明を省略する。
供給排出口19ebは、下側冷媒通路部17ebに対し冷媒を給排するために、固定子隔壁部15eb−1における、下側冷媒通路部17ebの形成位置に対応する位置(下側位置)に、貫通形成され、この供給排出口19ebに継手92ebが接続されている。供給排出口18ebは、上側冷媒通路部16ebに対し冷媒を給排するために、固定子側部15eb−2における、上側冷媒通路部16ebの形成位置に対応する位置(上側位置)に、継手92ebと接続可能に、貫通形成される。
第5実施形態におけるOR型のAG型モータMeにおける固定子は、複数のコイル3eを周方向に順次に配置するように、図11に示すように固定子モジュール1eaと固定子モジュール1ebとを交互に配置しつつ、そして、供給排出口18eを継手92eに接続しつつ、これら複数の固定子モジュール1ea、1ebを周方向に順次に連結することによって形成される。
このような第5実施形態におけるOR型のAG型モータMeは、第1実施形態におけるOR型のAG型モータMaと同様の作用効果を奏する。そして、このような第5実施形態におけるOR型のAG型モータMeは、第2実施形態におけるOR型のAG型モータMbの連通管93、94のような外付け配管が不要となり、モータ全体としてさらに高密度化できる。
次に、別の実施形態について説明する。
(第6実施形態)
図12は、第6実施形態のOR型のAG型モータにおける固定子モジュールを示す断面図である。
第6実施形態におけるOR型のAG型モータMfは、複数の固定子モジュール1fで構成された固定子と、1対の回転子2−1、2−2を備える。これら1対の回転子2−1、2−2は、それぞれ、第1実施形態におけるOR型のAG型モータMaの1対の回転子2−1、2−2と同様であるので、その説明を省略する。
第2実施形態におけるOR型のAG型モータMbは、供給排出口18bおよび継手91bと供給排出口19bおよび継手92bとを軸方向に設けたが、第6実施形態におけるOR型のAG型モータMfは、第5実施形態におけるOR型のAG型モータMeと同様に、供給排出口18fと供給排出口19fおよび継手92fとを周方向に設けたものである。ここで、第5実施形態では、固定子を形成する複数の固定子モジュール1eとして、2種類の固定子モジュール1ea、1ebが必要であるが、第6実施形態では、固定子を形成する複数の固定子モジュール1fとして、1種類の同一形状でよい。
より具体的には、固定子モジュール1fは、図12に示すように、コイル3fを収容するために、図略の固定子外周部11fと、固定子下部12fと、固定子上部13fと、図略の固定子内周部14fと、1対の固定子側部15f−1、15f−2とを備えるが、これらは、それぞれ、1対の固定子側部15f−1、15f−2のうちの一方、例えば固定子側部15f−1が供給排出口19fおよび継手92fをさらに備え、1対の固定子側部15f−1、15f−2のうちの他方、例えば固定子側部15f−2が供給排出口18fをさらに備え、固定子下部12fが供給排出口18bおよび継手91bを備えず、固定子上部12fが供給排出口19bおよび継手92bを備えない点を除き、第2実施形態における固定子外周部11b、固定子下部12b、固定子上部13b、固定子内周部14bおよび1対の固定子側部15b、15bと同様であるので、その説明を省略する。コイル3fは、シングルパンケーキ構造のコイル3aおよびダブルパンケーキ構造のコイル3b等と同様である。
供給排出口19fは、上側冷媒通路部17fに対し冷媒を給排するために、固定子側部15f−1における、上側冷媒通路部17fの形成位置に対応する位置(上側位置)に、貫通形成され、この供給排出口19fに継手92fが接続されている。供給排出口18fは、固定子側部15f−2における、上側冷媒通路部16fの形成位置に対応する位置(上側位置)に、継手92fと接続可能に、貫通形成される。そして、第6実施形態における固定子モジュール1fは、このような位置に設けられた供給排出口18fを介する冷媒を、下側冷媒通路部16fに案内するために、冷媒案内部95fをさらに備える。冷媒案内部95fは、上側弧状突出部131fの内側面から軸方向に沿って下側冷媒通路部16fまで延びる板状の部材である。この冷媒案内部95fによって、供給排出口18fから供給された冷媒は、下側冷媒通路部16fに導かれる。また、この冷媒案内部95fによって、下側冷媒通路部16fから排出される冷媒は、供給排出口18fに導かれる。
第6実施形態におけるOR型のAG型モータMfにおける固定子は、複数のコイル3fを周方向に順次に配置するように、供給排出口18fを継手92fに接続しつつ、これら複数の固定子モジュール1fを周方向に順次に連結することによって形成される。
このような第6実施形態におけるOR型のAG型モータMfは、第1実施形態におけるOR型のAG型モータMaと同様の作用効果を奏する。また、このような第6実施形態におけるOR型のAG型モータMfは、第5実施形態におけるOR型のAGモータMeの場合と同様に、第2実施形態におけるOR型のAG型モータMbの連通管93、94のような外付け配管が不要となり、モータ全体としてさらに高密度化できる。そして、第6実施形態におけるOR型のAG型モータMfでは、複数の固定子モジュール1fは、同一形状であり、量産効果を得ることができる。
本発明を表現するために、上述において図面を参照しながら実施形態を通して本発明を適切且つ十分に説明したが、当業者であれば上述の実施形態を変更および/または改良することは容易に為し得ることであると認識すべきである。したがって、当業者が実施する変更形態または改良形態が、請求の範囲に記載された請求項の権利範囲を離脱するレベルのものでない限り、当該変更形態または当該改良形態は、当該請求項の権利範囲に包括されると解釈される。
Ma〜Mf アウターロータ型のアキシャルギャップ型ブラシレスモータ
1a、1c、1d 固定子
1b、1e、1f 固定子モジュール
2−1、2−2 回転子
3a〜3f コイル
32 貫通路

Claims (3)

  1. 周方向に配置された複数のコイルを備える固定子と、
    周方向に配置された複数の磁石を備え、前記固定子の両側それぞれに回転軸方向に所定の間隔を空けて互いに回転軸を一致させて配置される1対の第1および第2回転子とを備え、
    前記複数のコイルそれぞれは、帯状の導体部材を、該導体部材の幅方向が該コイルの軸方向に沿うように絶縁部材を介して巻回することによって構成され、該コイルの芯部に対する前記固定子の径方向外側に当たる該コイルの部分で所定のターン間に含まれる、該コイルの軸方向に貫通する貫通路を持ち、
    前記固定子は、前記貫通路に冷媒を流通させるための冷媒通路を形成した冷媒通路部と、前記複数のコイルそれぞれに対応する、前記冷媒通路部へ前記冷媒を供給する複数の供給口と、前記複数の供給口それぞれと対をなす、前記冷媒通路部から前記冷媒を排出する複数の排出口とを備え、
    1対の前記供給口および前記排出口は、その一方が前記固定子における前記第1回転子と対向する第1回転子側に設けられ、その他方が前記固定子における前記第2回転子と対向する第2回転子側に設けられ、
    前記複数のコイルにおける周方向で順に隣接するコイル間において、当該コイルに対応する排出口を、当該コイルの周方向一方側で当該コイルに隣接するコイルに対応する供給口に連通可能に連結する連通連結部を備えること
    を特徴とするアウターロータ型のアキシャルギャップ型ブラシレスモータ。
  2. 前記固定子は、前記複数のコイルそれぞれを個別に収容する複数の固定子モジュールを備え、前記複数のコイルを前記周方向に配置するように、前記複数の固定子モジュールを配置して固定されることによって形成されること
    を特徴とする請求項1に記載のアウターロータ型のアキシャルギャップ型ブラシレスモータ。
  3. 前記複数のコイルそれぞれは、前記貫通路内に配設され前記貫通路の形状を維持するための形状維持部材をさらに備えること
    を特徴とする請求項1または請求項2に記載のアウターロータ型のアキシャルギャップ型ブラシレスモータ。
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