KR20100117647A - 전동기 - Google Patents

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KR20100117647A
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다이끼 다나까
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닛산 지도우샤 가부시키가이샤
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Abstract

본 발명의 전동기(10)는 고정자(11)와, 고정자(11)와 상대적으로 회전하도록 회전축(13)에 축지지되고 또한 냉각 매체(L)에 의해 냉각되는 회전자(12)와, 고정자(11)의 측에 설치되고 또한 냉각 매체(L)를 저류시켜 두는 냉각 매체 저류부(60)와, 냉각 매체 저류부(60)로부터 회전자(12)로 냉각 매체(L)를 안내하는 냉각 매체 통로(22)를 구비하고, 냉각 매체 통로(22)의 냉각 매체(L)를 토출하는 토출구(23a)를, 회전자(12)의 회전 부위(18a)에 근접 배치하는 동시에, 냉각 매체 저류부(60)를 토출구(23a)보다도 하방에 설치하여, 회전자(12)와 토출구(23a) 사이에 작용하는 부압에 의해 냉각 매체 저류부(60) 내의 냉각 매체(L)를 흡인하는 구조를 갖는 것을 특징으로 한다.

Description

전동기 {ELECTRIC MOTOR}
본 발명은 전동기에 관한 것이다. 보다 상세하게는, 본 발명은 회전 시의 회전자를 냉각하는 냉각 구조를 구비한 전동기에 관한 것이다.
종래, 영구 자석형 전동기의 회전자에 있어서, 철손(와손 및 히스테리시스 손실)이 주된 손실인 것이 알려져 있다. 회전자의 회전 속도가 커지면 통과 자속도 커지므로, 이 철손은 증대한다. 그 결과로서 회전자가 발열한다. 회전자가 발열하여 고온으로 되면, 자석ㆍ자성체의 자기 특성이 악화되어 버리므로, 회전자의 냉각이 요구된다.
이와 같은 회전자를 냉각하는 것으로서, 예를 들어 회전자 표면이 냉각 매체에 접촉하여, 냉각 매체의 교반에 의해 회전자 및 고정자를 냉각시키는, 긁어 올림 윤활 냉각 구조를 갖는 「전기 회전 장치」(특허 문헌 1 참조)가 있다. 또한, 외부 오일 펌프를 설치하여 이 외부 펌프에 의해 냉각 매체를 압송하는 방법 등이 있다.
특허 문헌 1 : 일본 특허 출원 공개 제2001-37129호
그러나, 종래의 「전기 회전 장치」에 있어서의 긁어 올림 윤활의 경우, 저속 회전 시에 회전자가 냉각을 필요로 하지 않는 영역에 있어서, 고정자와 회전자 사이에 개재되는 냉각 매체의 점성 저항이 크다. 회전자의 고속 회전 시에 있어서의 자기 저항은 향상되지만, 저속 회전 시에는 회전 저항에 의해 전동기로서의 냉각 효율이 악화되어 버리는 것을 피할 수 없었다.
또한, 외부 오일 펌프를 설치하는 것에 있어서는, 효율적으로 고속 회전 시에만 회전자를 냉각 가능하지만, 고비용으로 되어 있었다.
본 발명은 상기 문제점을 감안하여 이루어진 것이다. 본 발명의 목적은 외부 펌프를 설치하지 않고 냉각 매체에 의해 회전자를 냉각할 수 있는 전동기를 제공하는 것이다. 또한 본 발명의 목적은, 회전자의 저속 회전 시에 냉각 매체의 점성 저항이 커져 회전자의 냉각 효율이 악화되지 않는 전동기를 제공하는 것이다.
본 발명에 관한 전동기는 고정자와, 상기 고정자와 상대적으로 회전하도록 회전축에 축지지되고 또한 냉각 매체에 의해 냉각되는 회전자와, 상기 고정자의 측에 설치되고 또한 상기 냉각 매체를 저류시켜 두는 냉각 매체 저류부와, 상기 냉각 매체 저류부로부터 상기 회전자로 상기 냉각 매체를 안내하는 냉각 매체 통로를 구비하고, 상기 냉각 매체 통로의 상기 냉각 매체를 토출하는 토출구를, 상기 회전자의 회전 부위에 근접 배치하는 동시에, 상기 냉각 매체 저류부를 상기 토출구보다도 하방에 설치하여, 상기 회전자와 토출구 사이에 작용하는 부압에 의해 상기 냉각 매체 저류부 내의 냉각 매체를 흡인하는 구조를 갖는 것을 특징으로 한다.
또한, 본 발명에 관한 액셜 갭형 전동기는 고정자와, 상기 고정자와 상대적으로 회전하도록 회전축에 축지지되고 또한 냉각 매체에 의해 냉각되는 회전자와, 상기 고정자의 측에 설치되고 또한 상기 냉각 매체를 저류시켜 두는 냉각 매체 저류부와, 상기 냉각 매체 저류부로부터 상기 회전자로 상기 냉각 매체를 안내하는 냉각 매체 통로와, 상기 고정자에 접근하거나 상기 고정자로부터 이격되도록 상기 회전자가 이동하여, 상기 회전자와 상기 고정자 사이의 공극이 변화되는 가변 공극 구조를 구비하고, 상기 냉각 매체 통로의 상기 냉각 매체를 토출하는 토출구를, 상기 회전자와 상기 고정자 사이의 상기 공극과는 반대측의 면에 면하게 하여 상기 회전자의 회전 부위에 근접 배치하는 동시에, 상기 냉각 매체 저류부를 상기 토출구보다도 하방에 설치하여, 상기 회전자와 상기 토출구 사이에 작용하는 부압에 의해 상기 냉각 매체 저류부 내의 냉각 매체를 흡인하는 것을 특징으로 한다.
도 1은 본 발명의 제1 실시 형태에 관한 모터의 구성을 도시하는 단면도이다.
도 2는 도 1의 모터에 있어서의 냉각 매체의 흐름을 도시하는 모터 하반부의 단면 설명도이다.
도 3은 부압에 의한 ATF(automatic transmission fluid) 레벨을 그래프로 나타내는 설명도이다.
도 4는 ATF 토출 유속을 그래프로 나타내는 설명도이다.
도 5a 및 도 5b는 본 발명의 제2 실시 형태에 관한 노즐의 선단부를 도시하는 도면으로, 도 5a는 곡면 구성의 단면 설명도, 도 5b는 다면 구성의 단면 설명도이다.
도 6은 본 발명의 제3 실시 형태에 관한 냉각 매체의 흐름을 도시하는 모터 하반부의 단면 설명도이다.
도 7은 본 발명의 제4 실시 형태에 관한 냉각 매체의 흐름을 도시하는 모터 하반부의 단면 설명도이다.
도 8은 본 발명의 제5 실시 형태에 관한 냉각 매체의 흐름을 도시하는 모터 하반부의 단면 설명도이다.
도 9는 본 발명의 제6 실시 형태에 관한 노즐의 선단부를 도시하는 노즐 대향면이 되는 회전자 배면측의 설명도이다.
도 10a 및 도 10b은 도 9의 노즐의 선단부를 확대하여 도시하는 도면으로, 도 10a는 노즐의 평면 설명도, 도 10b는 노즐의 단면 설명도이다.
도 11은 본 발명의 제7 실시 형태에 관한 모터 하반부의 단면 설명도이다.
도 12는 본 발명의 제8 실시 형태에 관한 모터의 단면 설명도이다.
도 13은 도 12의 압력 조정 밸브의 상세 설명도이다.
이하, 본 발명을 실시하기 위한 최선의 형태에 대해 도면을 참조하여 설명한다.
(제1 실시 형태)
도 1은 본 발명의 제1 실시 형태에 관한 모터(10)의 구성을 도시하는 단면도이다. 도 1에 도시한 바와 같이, 영구 자석을 사용한 영구 자석형 전동기인 모터(10)는 고정자(스테이터)(11)와, 회전 가능하게 축지지된 회전자(로터)(12)를 구비하고 있다. 원통 형상의 회전자(12)의 중심축 방향을 따르는 회전축(회전자 회전축)(13)에 대해, 고정자(11)의 대향면과 회전자(12)의 대향면이 대략 평행하게 배치되어 있다. 모터(10)는 회전자(12)와 고정자(11) 사이에 공극(AG)을 갖는, 소위 래디얼 갭 모터이다. 고정자(11)와 회전자(12)는 모터 케이스(14)의 내부에 수납되어 있다. 이 모터(10)는 회전축(13)을 옆으로 쓰러뜨린, 즉 대략 수평으로 한 상태(도 1에 도시하는 상태)로 설치되어 구동된다.
모터 케이스(14)는 원통 형상의 케이스 본체부(14a) 및 케이스 본체부(14a)의 양측 개구를 각각 막는 원반 형상의 2개의 케이스 덮개부(14b, 14c)를 갖고 있다. 케이스 본체부(14a)와 케이스 덮개부(14b, 14c)는 액밀 상태로 되도록, 예를 들어 볼트(15)에 의해 고착되어 있다. 코일 권선(16)이 감아 돌려진 고정자(11)가 케이스 본체부(14a)의 내벽면에 설치되어 있다. 양 케이스 덮개부(14b, 14c)의 원반면 중심을 관통하는 회전축(13)이, 베어링(17a, 17b)을 통해 회전 가능하게 양 케이스 덮개부(14b, 14c)에 장착되어 있다.
회전자(12)를 보강하고 또한 컵 형상으로 형성된 회전자 보강 부재(18)가, 이 회전축(13)에 장착되어 있다. 회전자 보강 부재(18)에 관해서는, 회전자(12)의 회전 부위인 저면부(18a)가, 그 중심부에 회전축(13)을 관통시킨 상태로, 예를 들어 볼트(19)에 의해 회전축(13)에 고착되어 있다. 회전자 보강 부재(18)의 주위면부(18b)의 외측의 외주 단부면에 엔드 링(12a)이 설치되어 있다.
주위면부(18b)와 볼트(19) 사이에 위치하고 또한 둘레 방향으로 대략 등간격으로 이격되어, 복수개(예를 들어, 6개)의 관통 구멍(20)이 회전자 보강 부재(18)의 저면부(18a)에 형성되어 있다. 관통 구멍(20)은 냉각 매체(L)(도 2 참조)가 빠져나갈 수 있는 가로로 긴 둥근 구멍(도 6 참조)의 단면 형상을 갖고, 저면부(18a)의 표면[즉, 케이스 덮개부(14b)측의 면]으로부터 이면[즉, 케이스 덮개부(14c)측의 면]을 관통하고 있다.
각 관통 구멍(20)의 하단부 하방을 통과하는 원환 형상으로 형성된 홈(21)이며, 각 관통 구멍(20)에 연통하도록 관통 구멍(20)측으로 개방되는 통 형상의 홈(21)이, 회전자 보강 부재(18)의 저면부(18a)의 표면[즉, 케이스 덮개부(14b)측의 면]에 형성되어 있다. 이 홈(21)은 관통 구멍(20)으로 들어가기 전의 냉각 매체(L)를 수용하는 수용부로서 기능한다.
또한, 케이스 덮개부(14b)의 내부이며 회전축(13) 하방에는 냉각 매체(L)의 유로가 되는 냉각 매체 통로(22)가, 케이스 덮개부(14b)의 반경 방향을 따라서 형성되어 있다. 냉각 매체 통로(22)에서는 관통 구멍(20)에 대향하여 홈(21)의 상방 근방에 상단부구(22a)가 위치하고, 케이스 본체부(14a)의 내주면 연장 상에 하단부구(22b)가 위치하고 있다. 상단부구(22a)ㆍ하단부구(22b)가 케이스 덮개부(14b)의 이면[즉, 회전자(12)측의 면]에 개방되어 있다. 상단부구(22a)에는 노즐(23)이 장착되어 있다. 냉각 매체 통로(22)로 보내진 냉각 매체(L)(도 2 참조)를 토출하는 토출구인 선단부(23a)를, 노즐(23)은 갖는다. 모터(10)가 구동 시의 회전 부위인 저면부(18a)의 표면[즉, 케이스 덮개부(14b)측의 면]의 홈(21) 상방에 선단부(23a)(토출구)를 근접 배치시키고 있다.
즉, 냉각 매체 통로(22)에서는 모터 케이스(14) 내부의 고정자(11)ㆍ회전자(12)를 수납하는 밀폐 공간 내에 상단부구(22a) 및 하단부구(22b)가 개방되어 있다. 이 밀폐 공간과 연통하는 연통로로서 냉각 매체 통로(22)는 형성되어 있다. 노즐(23)의 토출구인 선단부(23a)는 냉각 매체 통로(22)에 연통한다. 모터(10)가 회전 시에 회전하는 회전자(12)의 근방의 기류의 영향을 받도록, 선단부(23a)는 회전자(12)의 회전 부위인 저면부(18a)에 근접 배치되어 있다. 즉, 회전하는 회전자 보강 부재(18)의 저면부(18a)의 표면에 선단부(23a)를 면하게 하고 있다.
도 2는 도 1의 모터(10)에 있어서의 냉각 매체(L)의 흐름을 나타내는 모터(10) 하반부의 단면 설명도이다. 도 2에 도시한 바와 같이, 밀폐 공간 저부[냉각 매체 저류부(60)]에 위치하는 고정자(11)를 대략 침지 상태로 하도록, 모터 케이스(14) 내부의 밀폐 공간 저부[냉각 매체 저류부(60)]에 냉각 매체(L)가 저류되어 있다. 이 밀폐 공간 저부[냉각 매체 저류부(60)]는 고정자(11)의 측에 설치되어 냉각 매체(L)를 저류시켜 두는 냉각 매체 저류부(60)(리저버)로서 기능한다. 즉, 모터 케이스(14) 내부의 노즐(23)의 선단부(23a)보다도 하방에 설치되어 냉각 매체(L)가 저류된 밀폐 공간 저부[냉각 매체 저류부(60)]와, 회전자(12) 상방의 관통 구멍(20)을 연결하도록 모터(10)의 냉각 매체 통로(22)는 배치되어 있다. 모터(10)의 냉각 매체 통로(22)는 냉각 매체(L)를 냉각 매체 저류부(60)로부터 회전자(12)로 안내한다.
또한, 냉각 매체 통로(22)로부터 토출되는 냉각 매체(L)로서는, 예를 들어 냉각액이 사용되지만, 이에 한정되지 않고, 오토 미션 오일(Automatic Transmission Fluid : ATF)이나 냉각 오일 등을 사용해도 좋다.
모터(10)가 구동되어, 회전자(12)의 회전수가 증가하는 것에 수반하여 냉각 매체 통로(22) 내의 압력이 저하되면, 모터 케이스(14) 내부의 밀폐 공간 저부[냉각 매체 저류부(60)]로부터 냉각 매체(L)가 퍼 올려진다. 냉각 매체 통로(22)의 상단부구(22a)에 장착된 노즐(23)로부터, 회전자(12)의 회전 부위인 저면부(18a)의 외면, 즉 회전자(12)의 배면[도 2에서 회전자(12)의 좌측면]을 향해, 회전자(12)의 고속 회전 시에, 냉각 매체(L)가 토출된다.
노즐(23)로부터 토출된 냉각 매체(L)는 원심력에 의해, 회전자(12)의 배면을 따라서 회전자(12)의 외경 방향[고정자(11) 방향]으로 흐르려고 한다. 그러나, 냉각 매체(L)는 회전자(12)의 내경 방향[회전축(13) 방향]으로 개방되는 홈(21)에 수용되어, 홈(21) 내에 일시적으로 보유 지지된다.
홈(21) 내에 일시적으로 보유 지지된 냉각 매체(L)는 홈(21)에 연통하는 관통 구멍(20)을 빠져나가, 회전자(12)의 내주부, 즉 회전자 보강 부재(18)의 주위면부(18b) 내면으로 흘러나간다. 회전자(12)의 배면측에 토출시킨 냉각 매체(L)를, 관통 구멍(20)에 의해 회전자(12)의 표면측[회전자 보강 부재(18)의 내주면측]으로 유도할 수 있으므로, 회전자(12)의 표면측을 효율적으로 냉각할 수 있다. 또한, 회전자(12)의 표면측[회전자 보강 부재(18)의 내주면측]으로 유입되는 냉각 매체(L)가 줄어 버리는 것을, 홈(21)에 의해 방지할 수 있다.
상기와 같이, 냉각 매체(L)가 주위면부(18b)로 유출된다. 내경측[저면부(18a)측]보다도 외경측[주위면부(18b) 선단]의 쪽이 대경화되어 있으므로, 냉각 매체(L)는 원심력에 의해 주위면부(18b) 선단 방향, 즉 회전자(12)의 개구부 방향으로 흘러가게 된다.
회전자 보강 부재(18)의 주위면부(18b)의 내면을 흐르는 냉각 매체(L)는 원심력에 의해, 주위면부(18b)의 선단으로부터, 회전자(12)의 더욱 외경 방향으로 흘러가게 된다. 이때, 냉각 매체(L)가 공극(AG)으로 유입되는 것을 방지하기 위해, 회전자 보강 부재(18)의 주위면부(18b)의 선단에는 플레이트(24)가 설치되어 있다.
회전자(12)[회전자 보강 부재(18)의 주위면부(18b)]의 내면을 흐르는 냉각 매체(L)는 회전자(12)의 단부로부터 이탈한다. 공극(AG)을 막도록 플레이트(24)의 선단부(도 2 중의 하부)가 고정자(11)측으로 들어가 있다. 이와 같이 하여, 회전자(12)의 단부[주위면부(18b)의 단부]에 플레이트(24)가 설치되어 있다. 회전자(12)와 고정자(11) 사이의 공극(AG)을 플레이트(24)가 막고 있다. 이에 의해, 이탈 냉각 매체(L)가 공극(AG)으로 들어가는 것을 플레이트(24)가 방지하고 있다. 이에 의해, 냉각 매체(L)가 공극(AG) 내로 유입되는 경우가 없으므로, 이탈 냉각 매체(L)에 의한 점성 저항은 발생하지 않는다.
이와 같이, 회전자(12)의 회전 시, 노즐(23)로부터 토출된 냉각 매체(L)가, 회전자 보강 부재(18)의 주위면부(18b)의 내면을 따라서 흐름(도 2 중, 화살표 C 참조)으로써, 회전자(12)의 내주부를 냉각할 수 있다.
즉, 회전자(12)의 회전자 보강 부재(18)는 회전축(13) 방향을 따르는 하행 경사면을 갖고 있다. 회전자(12)의 열을 토출 냉각 매체(L)에 의해 흡수하면서 토출 냉각 매체(L)를 이동시키고, 회전자 보강 부재(18)의 경사면은 회전자(12)[회전자 보강 부재(18)]로부터 토출 냉각 매체(L)를 회전자(12)의 회전 시의 원심력에 의해 이탈시킨다. 따라서, 컵 형상으로 형성되고 또한 개구부를 향함에 따라서 내경이 확대되는 형상을 갖는 회전자 보강 부재(18)에 의해, 냉각 매체(L)는 회전자(12)의 내주부의 열을 흡수한 후에 회전자(12)의 외부로 날려진다.
또한, 냉각 매체(L)로서 냉각액을 사용함으로써, 냉각 효율을 높이는 동시에, 회전자(12)의 저속 회전 시에 있어서의 냉각 매체(L)의 토출을 부압과 냉각 매체의 비중의 관계로부터 억제할 수 있다. 이에 의해, 냉각 효율 및 회전 효율이 모두 양호한 냉각 장치를 구성할 수 있다.
즉, 모터(10)에 있어서, 회전자(12)의 고속 회전 시에는 회전자(12) 근방의 기체는 유속을 가지므로, 베르누이 효과에 의해 부압이 발생한다. 따라서, 모터 케이스(14) 내부의 밀폐 공간 저부[냉각 매체 저류부(60)], 즉 냉각 매체(L)를 저류시키는 냉각 매체 저류부(60)로부터 냉각 매체(L)를 빨아올려, 노즐(23)의 선단부(23a)로부터 회전자(12)로 냉각 매체(L)를 분사할 수 있다. 또한, 회전자(12)의 저속 회전 시에는, 부압과 냉각 매체(L)의 비중의 관계로부터, 저속 회전 시의 부압에 의해서는 냉각 매체(L)가 토출되지 않으므로, 냉각 매체(L)에 의한 점성 저항이 발생하지 않는다.
또한, 회전자(12)의 회전 정지 시에, 냉각 매체 저류부(60)에 저류되는 냉각 매체(L)의 표면은 공극(AG)보다도 하방(회전자 반경 방향 외측)에 위치하게 되므로, 공극(AG)면에 냉각 매체(L)가 개재되지 않음으로써, 고정자(11)와 회전자(12) 사이에 있어서의 점성 저항을 저감시킬 수 있다.
또한, 도 2에 있어서, 냉각 매체 통로(22)의 하단부구(22b)는 케이스 덮개부(14b)의 회전자(12)측을 향해 개방되어 있지만, 케이스 덮개부(14b)의 케이스 본체부(14a)측을 향해 개방(도 1 참조)되어 있어도 좋다. 모터 케이스(14) 내부의 밀폐 공간 저부[냉각 매체 저류부(60)]에 저류된 냉각 매체(L)를 흡입할 수 있도록, 밀폐 공간 저부[냉각 매체 저류부(60)]의 저면 근방에 하단부구(22b)가 개방되어 있으면 좋다.
다음에, 냉각 매체(L)로서 ATF를 사용한 경우의 부압 상태에 있어서의 ATF 레벨 및 ATF 토출 유속에 대해 설명한다.
도 3은 부압에 의한 ATF 레벨을 그래프로 나타내는 설명도이다. 도 3에 도시한 바와 같이, 냉각 매체 통로(22) 내에 존재하는 냉각 매체(L)(ATF)가 부압에 의해 빨아 올려질 때, 빨아 올려지는 높이(ATF 레벨), 즉 ATF를 저류시키는 냉각 매체 저류부(60) 내의 ATF면으로부터의 높이(㎜)는 회전자(12)의 회전수(rpm)의 상승에 수반하여 상승한다.
냉각 매체 통로(22)의 내부에 존재하는 ATF의 높이가 상승하여, ATF의 높이가 노즐(23)이 설치되어 있는 높이와 동일해지면, 노즐(23)로부터 ATF가 토출되기 시작한다. 노즐(23)로부터 ATF가 토출될 때에 회전자(12)가 갖는 회전수 이상의 회전수에 있어서는, 회전수의 상승에 수반하여 노즐(23)로부터의 ATF의 토출량이 증가하므로, 냉각 매체 통로(22) 내의 ATF의 높이(ATF 레벨)는 바뀌지 않고, 노즐(23)의 높이와 동일해진다.
도 4는 ATF 토출 유속을 그래프로 나타내는 설명도이다. 도 4에 도시한 바와 같이, 노즐(23)로부터 ATF가 토출될 때에 회전자(12)가 갖는 회전수(토출 회전수) 이상의 회전수에 있어서는, 회전수의 상승에 수반하여 노즐(23)로부터의 ATF의 토출량이 증가한다. 즉, 토출 유속(m/s)이 증가한다. 또한, 토출 회전수 미만의 회전수에 있어서는, 냉각 매체 통로(22) 내에서의 ATF의 높이가 변화될 뿐이고, ATF의 토출은 행해지지 않는다.
(제2 실시 형태)
도 5a, 도 5b는 본 발명의 제2 실시 형태에 관한 선단부(23a)(토출구)를 도시한다. 도 5a는 곡면 구성의 단면 설명도, 도 5b는 다면 구성의 단면 설명도이다. 도 5a, 도 5b에 도시한 바와 같이, 냉각 매체 통로(22)의 상단부구(22a)에 장착된 노즐(23)에서는 저면부(18a)측으로 돌출되는 돔 형상의 곡면(도 5a 참조) 혹은 돔 형상의 다면체(도 5b 참조)에 선단부(23a)를 형성하고 있다. 즉, 냉각 매체(L)를 토출하는 선단부(23a)를, 회전자 보강 부재(18)의 저면부(18a)에 대향하는 볼록 형상으로 되도록 하고 있다. 그 밖의 구성 및 작용은 제1 실시 형태에 관한 모터(10)(도 2 참조)와 마찬가지이다.
상기 구성을 가짐으로써, 벤츄리 효과에 의해, 선단부(23a)(토출구), 즉 냉각 매체(L)의 토출부 근방에 있어서의 회전 유체의 유속이 토출부 근방 이외의 장소에 비해 증가하므로(도 5a, 도 5b 중, 화살표 S 참조), 부압이 보다 발생하기 쉬워진다. 이로 인해, 냉각 매체 저류부(60)로부터 보다 많은 냉각 매체(L)를 퍼 올릴(흡인할) 수 있다.
(제3 실시 형태)
도 6은 본 발명의 제3 실시 형태에 관한 냉각 매체(L)의 흐름을 도시하는 모터(30) 하반부의 단면 설명도이다. 도 6에 도시한 바와 같이, 모터(30)는 모터 케이스 덮개부(14b)의 내부에 형성되어 있던 냉각 매체 통로(22)를, 케이스 덮개부(14c)의 내부에 형성하고, 상단부구(22a)에 장착된 노즐(23)을 회전자(12)의 개구부측인, 회전자 보강 부재(18)의 개구부측을 향하고 있다. 그 밖의 구성 및 작용은 제1 실시 형태에 관한 모터(10)(도 2 참조)와 마찬가지이다.
이와 같이, 회전자(12)의 회전 시, 노즐(23)로부터 회전자 보강 부재(18)의 저면부(18a)를 향해 토출된 냉각 매체(L)가, 주위면부(18b) 내면을 따라서 흘러내림으로써(도 6 중, 화살표 C 참조), 회전자(12)의 내주부를 냉각할 수 있다.
상기 구성을 가짐으로써, 회전자(12)의 배면[도 6에서 회전자(12)의 좌측면]을 향해 냉각 매체(L)가 토출되는 경우(도 2 참조)에 비해, 회전자(12)에 관통 구멍(20)을 뚫을 필요가 없으므로, 회전자(12)의 회전 강도를 높게 설정할 수 있다.
(제4 실시 형태)
도 7은 본 발명의 제4 실시 형태에 관한 냉각 매체(L)의 흐름을 도시하는 모터(35) 하반부의 단면 설명도이다. 도 7에 도시한 바와 같이, 모터(35)는 회전자(36)의 중심축 방향을 따르는 회전축(13)에 대해 고정자(11)의 대향면과 회전자(36)의 대향면이 수직으로 배치되고, 회전자(36)와 고정자(11) 사이에 공극(AG)을 갖는, 소위 액셜 갭 모터이다. 그 밖의 구성 및 작용은 제1 실시 형태에 관한 모터(10)(도 2 참조)와 마찬가지이다.
회전자(36)를 보강하고 또한 원반 형상으로 형성된 회전자 보강 부재(37)를, 회전자(36)는 갖고 있다. 회전자 보강 부재(37) 둘레 방향을 따라서 매립 설치 상태로 배열된 복수의 영구 자석(38)을, 회전자 보강 부재(37)가 고정자(11)에 대향하는 부분에, 회전자 보강 부재(37)는 갖는다. 또한, 영구 자석(38)의 배면측에 배치된 백 요크(38a)를, 회전자 보강 부재(37)는 갖고 있다. 이 회전자 보강 부재(37)의 공극(AG)측의 면의 반대측의 면인, 백 요크(38a)의 배면측에는 회전자 보강 부재(37)를 그 반경 방향으로 관통하는 냉각 매체 통로(39)가 형성되어 있다.
냉각 매체 통로(39)에서는 노즐(23)의 선단부(23a)(토출구)에 면하도록 상단부구(39a)가 노즐(23) 하방으로 개방되고, 모터 케이스(14) 내부의 밀폐 공간 저부[냉각 매체 저류부(60)]에 저류된 냉각 매체(L)에 면하도록 하단부구(39b)가 회전자 보강 부재(37)의 외주 단부면에 개방되어 있다.
상기 구성을 가짐으로써, 회전자(36)의 고속 회전 시에만 노즐(23)로부터 냉각 매체(L)를 흡인시키거나 토출시킬 수 있고, 노즐(23)로부터 토출된 냉각 매체(L)는 냉각 매체 통로(39)를 통해(도 7 중, 화살표 C 참조) 밀폐 공간 저부[냉각 매체 저류부(60)]로 흘러내려 저류된다. 또한, 회전자(36)의 내부에 냉각 매체 통로(39)를 설치하였으므로, 백 요크(38a) 근방, 즉 발열부 근방을 냉각할 수 있어, 냉각 성능이 향상된다.
(제5 실시 형태)
도 8은 본 발명의 제5 실시 형태에 관한 냉각 매체(L)의 흐름을 도시하는 모터(40) 하반부의 단면 설명도이다. 도 8에 도시한 바와 같이, 모터(40)에서는 고정자(11)에 접근하거나 고정자(11)로부터 이격되도록 회전자(36)가 이동하여(도 8 중, 가변 공극 구조를 도시하는 백색 화살표 X를 참조), 회전자(36)와 고정자(11) 사이의 공극(AG)이 변화되는 가변 공극형 액셜 갭 모터이다.
이 모터(40)에 있어서, 냉각 매체(L)를 토출하는 토출구인 선단부(23a)를, 회전자 보강 부재(37)의 측면이며 공극(AG)측의 면과는 반대측면인 배면 근방에 위치시켜, 회전자 보강 부재(37)의 배면에 면하게 하고 있다. 즉, 노즐(23)의 선단부(23a)(토출구)를, 회전자(36)의 회전 부위에 근방 배치하고 있다. 그 밖의 구성 및 작용은 제1 실시 형태에 관한 모터(10)(도 2 참조)와 마찬가지이다.
상기 구성을 가짐으로써, 공극(AG)이 확대되었을 때, 즉 회전자(36)가 고속 회전 시의 유기 전압 저감 시에, 회전자(36)가 고정자(11)로부터 멀어짐으로써, 회전자(36)와 선단부(23a)(토출구) 사이의 거리가 접근하여, 선단부(23a)(토출구)로부터 냉각 매체(L)를 토출시킬 수 있다. 노즐(23)로부터 토출시킨 냉각 매체(L)는 회전자 보강 부재(37)의 배면을 따라서(도 8 중, 화살표 C 참조) 흘러내려 밀폐 공간 저부[냉각 매체 저류부(60)]에 저류된다.
(제6 실시 형태)
도 9는 본 발명의 제6 실시 형태에 관한 노즐(23)의 선단부(23a)를 도시하는 노즐 대향면이 되는 회전자(12) 배면측의 설명도이다. 도 10a, 도 10b는 도 9의 노즐(23)의 선단부(23a)를 확대하여 도시한 도면으로, 도 10a는 노즐(23)의 평면 설명도, 도 10b는 노즐(23)의 단면 설명도이다.
도 9에 도시한 바와 같이, 관체 형상의 선단 유로 형성부(유로 형성부)(45)(도 10a, 도 10b 참조)가 노즐(23)의 선단부(23a)에 장착되어 있다. 선단 유로 형성부(45)는 회전자(12)의 둘레 방향, 즉 회전자 보강 부재(18)의 저면부(18a)의 둘레 방향을 따르는 유로를 형성하여, 저면부(18a)의 둘레 방향 양측에 개구를 갖는다. 회전자 보강 부재(18)의 저면부(18a)를 따른 저면부(18a) 둘레 방향 양측에, 노즐(23)의 토출구[선단부(23a)]는 선단 유로 형성부(45)에 의해 개방되게 된다. 그 밖의 구성 및 작용은 제1 실시 형태에 관한 모터(10)(도 2 참조)와 마찬가지이다.
도 10a, 도 10b에 도시한 바와 같이, 선단 유로 형성부(45)에서는 그 길이 방향 대략 중앙부가, 노즐(23)의 선단부(23a)에 씌워지도록 설치되어 있다. 노즐(23)의 선단부(23a)에 장착된 선단 유로 형성부(45)의 외면은 회전자 보강 부재(18)의 저면부(18a)에 거의 접촉한 상태로 된다(도 10a 참조). 또한, 선단 유로 형성부(45)는 노즐(23)의 선단부(23a)와의 연결부의 유로 폭(W1)이, 적어도 한쪽의 개구부의 유로 폭(W2), 즉 회전자 보강 부재(18)의 저면부(18a) 반경 방향의 개구 폭보다도 짧게 형성되어 있다(도 10b 참조). 따라서, 회전자(12)의 회전(도 10b의 화살표 R을 참조)에 수반하여 선단 유로 형성부(45)를 빠져나가는 공기는, 출입구가 넓고 노즐(23)에 연통하는 중앙부가 좁게 형성된 유로를 빠져나가게(도 10b의 화살표 R을 참조) 된다.
상기 구성을 가짐으로써, 노즐(23)의 선단부(23a)만을 회전자 보강 부재(18)의 저면부(18a) 근방에 위치시키는 경우에 비해, 많은 유체를 노즐(23)의 선단부(23a)로 도입하는 것이 가능하므로, 보다 많은 냉각 매체(L)를 노즐(23)로부터 토출할 수 있다. 또한, 선단 유로 형성부(45)에서는 그 중앙부[노즐(23)의 선단부(23a)]를 출입구 부근보다도 좁게 함으로써, 벤츄리 효과를 발생시켜, 보다 많은 냉각 매체(L)를 토출할 수 있다. 또한, 회전자 보강 부재(18)의 저면부(18a)에 형성된 홈(21)이며 냉각 매체(L)를 수용하는 홈(21)보다도 선단 유로 형성부(45)가 상방에 위치하고 있으므로, 모터 세트 작업 시의 세트 정밀도가 향상된다.
또한, 선단 유로 형성부(45)는 관체 형상으로 형성하는 것 외에, 회전자 보강 부재(18)의 저면부(18a)측이 개방된 홈 형상으로 형성해도 좋다.
(제7 실시 형태)
도 11은 본 발명의 제7 실시 형태에 관한 모터(50)의 하반부의 단면 설명도이다. 도 11에 도시한 바와 같이, 모터(50)에서는 케이스 덮개부(14b)의 냉각 매체(L) 토출부인 상단부구(22a)보다도 상부[즉, 회전축(13)측]에, 압력 조정 밸브(51)와 필터(52)를 설치하고 있다.
압력 조정 밸브(51)에서는 대기와 연통하는 연통구가 케이스 덮개부(14b)의 외표면에 개방되어 있다. 이 압력 조정 밸브(51)에 의해, 대기압과, 냉각 매체 통로(22) 내부의 부압의 제어를 행한다. 그리고, 외부로부터 모터 케이스(14) 내부의 밀폐 공간 내로 압력 조정 밸브(51)를 통해 도입되는 대기의 여과를, 필터(52)가 행한다. 그 밖의 구성 및 작용은 제1 실시 형태에 관한 모터(10)(도 2 참조)와 마찬가지이다.
이 압력 조정 밸브(51)는 고정자(11)의 온도를 감지하는 기능을 구비한다. 즉, 압력 조정 밸브(51)는 고정자(11)의 코일 권선(고정자 권선)(16)의 온도나 고정자 철심의 온도를 감지한다. 이들 감지 온도에 따라서 압력 조정 밸브(51)가 개폐되어, 냉각 매체 통로(22)의 내부 압력을, 모터(50)의 내부 압력과 동등 상태 혹은 회전자(12)의 회전 시에 발생하는 부압 상태로 조정한다. 즉, 압력 조정 밸브(51)는, 코일 권선(16)의 온도 또는 고정자 철심의 온도가 낮을 때에는 냉각 매체 통로(22) 내부의 압력을 모터(50) 내부 또는 외부의 대기압과 동등하게 하고, 코일 권선(16)의 온도 또는 고정자 철심의 온도가 높을 때에는, 냉각 매체 통로(22) 내부의 압력을 회전자(12)에 의해 발생하는 부압으로 한다.
상기 구성을 가짐으로써, 모터(50)의 고속 구동 시의 냉각을 필요로 하는 고부하 시에는, 압력 조정 밸브(51)를 폐쇄 상태로 한다. 한편, 모터(50)의 고속 구동 시에 있어서도, 냉각을 필요로 하지 않는 경우, 예를 들어 자속 밀도가 적을 때나 한랭지 주행 시 등에는, 압력 조정 밸브(51)를 개방 상태로 한다. 압력 조정 밸브(51)를 개방 상태로 하여, 냉각 매체 통로(22) 내의 부압을 대기압에 근접시킴으로써, 냉각 매체(L)가 노즐(23)로부터 토출되는 것을 방지한다. 이와 같이, 모터(50)의 고속 회전 시에 있어서도, 저부하 시에는 회전자(12)와 냉각 매체(L) 사이에서 발생하는 점성 저항을 저감시킬 수 있어, 모터(10)의 고속 구동 시에 있어서의 출력 감도에 대응한 냉각 제어를 행할 수 있다.
또한, 외부의 대기를 모터 케이스(14) 내부의 밀폐 공간 내로 도입할 때, 압력 조정 밸브(51)와 노즐(23) 사이에 설치된 필터(52)에 의해, 대기 중의 오염물(contamination) 등의 오염 물질을 제거할 수 있다.
(제8 실시 형태)
도 12는 본 발명의 제8 실시 형태에 관한 모터(55)의 단면 설명도이다. 도 12에 도시한 바와 같이, 대기압과, 냉각 매체 통로(22) 내부의 부압의 제어를 행하는 압력 조정 밸브(51)를, 모터(55)는 모터 케이스(14) 내부에 설치하고 있다. 그것에 대응하여, 냉각 매체 통로(22)에 연통하는 상부 냉각 매체 통로(56)를 설치하여, 노즐(23)을 냉각 매체 통로(22)가 아닌 상부 냉각 매체 통로(56)에 장착하고 있다. 그 밖의 구성 및 작용은 제1 실시 형태에 관한 모터(10)(도 2 참조)와 마찬가지이다.
상부 냉각 매체 통로(56)는 케이스 덮개부(14b)의 상반부에 설치되어 있다. 냉각 매체 통로(22)에 형성한 상단부구(22a)(도 2) 대신에, 회전자 보강 부재(18)의 저면부(18a)에 형성된 홈(21)의 하방 근방에 개방되는 상부 하단부구(56a)를, 상부 냉각 매체 통로(56)에 형성하고 있다. 이 상부 하단부구(56a)에는 노즐(23)이 장착되어 있다. 노즐(23)에서는, 홈(21) 하부의 저면부(18a)의 표면[즉, 케이스 덮개부(14b)측의 면]에 선단부(23a)(토출구)를 접근 대향시키고 있다.
또한, 고정자(11)에 있어서 코일 권선(16)에 대향하는 위치에 개방되는 상부 상단부구(56b)를, 상부 냉각 매체 통로(56)는 갖고 있다. 이 상부 상단부구(56b)에, 예를 들어 코일 권선(16)에 접촉한 상태로 압력 조정 밸브(51)가 장착되어 있다. 압력 조정 밸브(51)는, 예를 들어 바이메탈이나 열전소자 등으로 구성되는 감온식 밸브가 사용된다.
도 13은 도 12의 압력 조정 밸브(51)의 상세 설명도이다. 도 13에 도시한 바와 같이, 예를 들어 실린더(51a) 내의 압박 부재(코일 스프링)(51b)ㆍ감온 금속(51c)에 의해 실린더(51a)에 대해 진출 퇴피하는 피스톤(51d)의 동작을 제어하는 감온식 밸브에 의해, 압력 조정 밸브(51)는 구성되어 있다. 또한, 케이스 덮개부(14b)의 내부에 설치된 내부 연통로(57)를 통해, 상부 상단부구(56b)는 모터 케이스(14)의 내부 공간과 연통하고 있다. 내부 연통로(57)는 피스톤(51d)의 진출 퇴피 동작에 의해 개폐된다.
이 감온식 밸브로 이루어지는 압력 조정 밸브(51)에서는, 코일 권선(16)이 저온 시에는 감온 금속(51c)의 크기가 통상 상태 시 그대로 변화되지 않는다. 상부 하단부구(56a)가 면하는 회전자(12)의 회전에 수반하여 상부 냉각 매체 통로(56)의 부압(Pl) 상태가 변화되지만, 이 부압(Pl) 상태에 따라서 압박 부재(51b)의 압박력이 피스톤(51d)을 밀어 올린다. 이로 인해, 내부 연통로(57)가 개방 상태로 되고, 모터 케이스(14)의 내부 공간의 대기압 상태의 공기가, 내부 연통로(57)를 통해 상부 냉각 매체 통로(56)로 유입되게(도 13 중, 화살표 Y를 참조) 되어, 상부 냉각 매체 통로(56)의 부압(Pl) 상태가 해소된다.
이에 대해, 코일 권선(16)의 온도가 상승하면, 상승 온도가 감온 금속(51c)으로 전해져 감온 금속(51c)이 팽창(Pv)된다. 감온 금속(51c)이 팽창(Pv)되면, 압박 부재(51b)의 압박력을 초과하여 피스톤(51d)이 진출 상태(도 13에서 좌측 방향)로 되어 내부 연통로(57)를 폐쇄 상태로 한다. 이에 의해, 상부 냉각 매체 통로(56) 내부의 부압(Pl) 상태가 유지되어, 모터 케이스(14) 내부의 밀폐 공간 저부[냉각 매체 저류부(60)]에 저류된 냉각 매체(L)가, 냉각 매체 통로(22)를 통해 상부 냉각 매체 통로(56)에 흡입되고, 노즐(23)의 선단부(23a)(토출구)로부터 회전자(12)[회전자 보강 부재(18)의 저면부(18a)]의 배면을 향해 토출된다. 또한, 열팽창률이 높은 금속ㆍ바이메탈 등이 감온 금속(51c)에 사용된다.
이와 같이, 감온식 밸브로 이루어지는 압력 조정 밸브(51)를, 코일 권선(16)에 접촉시킨 상태 혹은 근방에 위치시킨 상태로 배치함으로써, 모터(55)의 고부하 시에는 압력 조정 밸브(51)가 폐쇄 상태로 되어 냉각 매체(L)가 노즐(23)로부터 토출되고, 저부하 시에는 압력 조정 밸브(51)가 개방 상태로 되어 냉각 매체(L)는 노즐(23)로부터 토출되지 않으므로, 모터(55)가 고속 구동 시에 있어서 모터(55)의 출력 감도에 대응한 냉각 제어를 행할 수 있다.
일본 특허 출원 제2008-052614호(일본 출원일 2008년 3월 3일)의 전체 내용이 여기에 원용되어, 오역이나 기재 누락으로부터 보호된다.
이상, 실시 형태에 따라서 본 발명의 내용을 설명하였지만, 본 발명은 이들 기재로 한정되는 것은 아니고, 다양한 변형ㆍ개량이 가능한 것은 당업자에게 자명하다.
본 발명에 따르면, 고정자와, 회전 가능하게 축지지된 회전자를 구비하고, 회전자를 냉각 매체에 의해 냉각하는 전동기는 고정자의 측에 설치된, 냉각 매체를 저류시켜 두는 냉각 매체 저류부와, 냉각 매체 저류부로부터 냉각 매체를 회전자로 안내하는 냉각 매체 통로를 구비하고, 냉각 매체 통로의 냉각 매체를 토출하는 토출구를 회전자의 회전 부위에 근접 배치하여, 토출구보다 하방에 설치한 냉각 매체 저류부로부터, 냉각 매체 통로를 통해 냉각 매체를 회전자로 안내하여, 토출구로부터 토출시킨다. 이로 인해, 외부 펌프를 설치하지 않고, 냉각 매체에 의해 회전자를 냉각할 수 있어, 회전자의 저속 회전 시에 냉각 매체의 점성 저항이 커져 회전자의 냉각 효율이 악화되어 버리는 경우가 없다.

Claims (13)

  1. 고정자와,
    상기 고정자와 상대적으로 회전하도록 회전축에 축지지되고 또한 냉각 매체에 의해 냉각되는 회전자와,
    상기 고정자의 측에 설치되고 또한 상기 냉각 매체를 저류시켜 두는 냉각 매체 저류부와,
    상기 냉각 매체 저류부로부터 상기 회전자로 상기 냉각 매체를 안내하는 냉각 매체 통로를 구비하는 전동기에 있어서,
    상기 냉각 매체 통로의 상기 냉각 매체를 토출하는 토출구를, 상기 회전자의 회전 부위에 근접 배치하는 동시에, 상기 냉각 매체 저류부를 상기 토출구보다도 하방에 설치하여, 상기 회전자와 토출구 사이에 작용하는 부압에 의해 상기 냉각 매체 저류부 내의 냉각 매체를 흡인하는 구조를 갖는 것을 특징으로 하는, 전동기.
  2. 제1항에 있어서, 횡배향 방향으로 위치하는 전동기의 상기 회전축보다도 하방의 케이스 내의 저부에, 상기 냉각 매체 저류부가 설치되고, 상기 냉각 매체 저류부에 저류되는 상기 냉각 매체의 표면이, 상기 회전자와 상기 고정자 사이의 공극보다도 하방에 위치하는 것을 특징으로 하는, 전동기.
  3. 제1항에 있어서, 상기 토출구를, 상기 회전자의 회전 부위에 대향하는 볼록 형상으로 형성한 것을 특징으로 하는, 전동기.
  4. 제1항에 있어서, 상기 회전자의 둘레 방향 양측에 개방되고 또한 상기 회전자의 둘레 방향을 따르는 유로 형성부를, 상기 토출구에 설치한 것을 특징으로 하는, 전동기.
  5. 제4항에 있어서, 상기 유로 형성부에서는 상기 회전자의 회전 방향 중앙부가 상기 회전자의 회전 방향 양단부의 적어도 한쪽보다도 좁은 것을 특징으로 하는, 전동기.
  6. 제1항에 있어서, 상기 회전자의 둘레 방향을 따라서 복수개 배치되고 또한 상기 회전자의 표리면을 관통하여 상기 냉각 매체가 빠져나가는 관통 구멍을, 상기 회전자가 갖는 것을 특징으로 하는, 전동기.
  7. 제6항에 있어서, 상기 토출구로부터 토출된 상기 냉각 매체를 수용하는 수용구로 되고, 또한 수용한 상기 냉각 매체를 상기 관통 구멍으로 보내는 수용부를, 상기 회전자가 상기 회전자의 상기 토출구측의 면에 갖는 것을 특징으로 하는, 전동기.
  8. 제7항에 있어서, 상기 유로 형성부가 상기 수용부보다도 상방에 위치하는 것을 특징으로 하는, 전동기.
  9. 제1항에 있어서, 상기 냉각 매체 통로의 내부 압력을 조정하는 압력 조정 밸브를 설치한 것을 특징으로 하는, 전동기.
  10. 제9항에 있어서, 상기 고정자의 온도를 감지하는 기능을 상기 압력 조정 밸브가 구비하고, 감지한 상기 고정자의 온도에 따라서 전동기의 내부 압력과 동등 상태 혹은 상기 회전자의 회전 시에 발생하는 부압 상태로 상기 압력 조정 밸브가 조정하는 것을 특징으로 하는, 전동기.
  11. 제1항에 있어서, 상기 회전축 방향을 따르는 하행 경사면을 상기 회전자가 갖고 있고, 상기 회전자의 열을 흡수하면서 상기 냉각 매체를 이동시키고, 상기 경사면은 상기 회전자로부터 상기 냉각 매체를 상기 회전자의 회전 시의 원심력에 의해 이탈시키는 것을 특징으로 하는, 전동기.
  12. 제11항에 있어서, 상기 회전자의 단부로부터 이탈하는 상기 냉각 매체가 상기 공극으로 들어가는 것을, 상기 회전자와 상기 고정자 사이의 공극을 막음으로써 방지하는 플레이트를, 상기 회전자가 갖는 것을 특징으로 하는, 전동기.
  13. 고정자와,
    상기 고정자와 상대적으로 회전하도록 회전축에 축지지되고 또한 냉각 매체에 의해 냉각되는 회전자와,
    상기 고정자의 측에 설치되고 또한 상기 냉각 매체를 저류시켜 두는 냉각 매체 저류부와,
    상기 냉각 매체 저류부로부터 상기 회전자로 상기 냉각 매체를 안내하는 냉각 매체 통로와,
    상기 고정자에 접근하거나 상기 고정자로부터 이격되도록 상기 회전자가 이동하여, 상기 회전자와 상기 고정자 사이의 공극이 변화되는 가변 공극 구조를 구비하는 액셜 갭형 전동기에 있어서,
    상기 냉각 매체 통로의 상기 냉각 매체를 토출하는 토출구를, 상기 회전자와 상기 고정자 사이의 상기 공극과는 반대측의 면에 면하게 하여 상기 회전자의 회전 부위에 근접 배치하는 동시에, 상기 냉각 매체 저류부를 상기 토출구보다도 하방에 설치하여, 상기 회전자와 상기 토출구 사이에 작용하는 부압에 의해 상기 냉각 매체 저류부 내의 냉각 매체를 흡인하는 것을 특징으로 하는, 액셜 갭형 전동기.
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