JP2018164373A - 無鉄心の円筒コイルを備えた固定子を含むブラシレス回転電気機械の冷却補助具および冷却補助具が装着された無鉄心の円筒コイルを備えた固定子を含むブラシレス回転電気機械 - Google Patents
無鉄心の円筒コイルを備えた固定子を含むブラシレス回転電気機械の冷却補助具および冷却補助具が装着された無鉄心の円筒コイルを備えた固定子を含むブラシレス回転電気機械 Download PDFInfo
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Abstract
Description
したがって、本発明の「無鉄心の円筒コイルを備えた固定子を含むブラシレス回転電気機械」は、以下において、「コアレス・ブラシレスモータ」として説明される。
カップ型マウント400は、底部420と内側円筒空路形成体500および外側円筒空路形成体600とで第1空隙のエアギャップ40が形成されており、エアギャップ40に、複数のマグネット4を露出するように配備され、円筒コイル200の他方の端面202が底部420との間で隙間42を残して円筒コイル200を浮かせた状態で配置し、カップ型マウント400の開放端面530、630と蓋型マウント300との間に円筒コイル200の内側210に位置する空間の第2空隙20、および、円筒コイル200の外側220に位置する外気に通じる第3空隙30を有する無鉄心の円筒コイル200を備えた固定子2を含むブラシレス回転電気機械10であって、
カップ型マウント400は、底部420に第2空隙20に通じる吸気孔430を有し、外側円筒空路形成体600の底部620に近接する円周にエアギャップ40に通じる複数の排気孔660を帯状に穿設し、排気孔660に対応する複数の放射状の連通口720を設けた円環で構成する冷却補助具700を、連通口720を排気孔660に一致させて外側円筒空路形成体600に嵌装固定するようにし、回転子3の回転により発生する回転子3の周囲の圧力差によって、吸気孔430から第2空隙20に引き込まれた外気70および第3空隙30からエアギャップ40に引き込まれた外気80は、エアギャップ40内を流通し、エアギャップ40に露出するように配備された複数のマグネット4およびエアギャップ40に配置されている円筒コイル200の両面を冷却し、外側円筒空路形成体600の排気孔660を介し、冷却補助具700の連通口720を経由し、外部に排出されるようにしたことを特徴とする無鉄心の円筒コイル200を備えた固定子2を含むブラシレス回転電気機械10に関するものである。
T=Kt×I・・・(1)
P=T×ω・・・(2)
V=IR+E0・・・(3)
上記の式より、トルクおよび出力を上げるためには、コイル抵抗値を下げることが重要であることがわかる。
本発明の被測定コアレス・ブラシレスモータCPH50の使用領域を48Vに設定した場合の冷却効果を評価するため、被測定コアレス・ブラシレスモータCPH50を作動し、回転子3の周囲に発生する圧力差によって、回転子3を構成する底部420に設けられた複数の吸気孔430および第3空隙30から取り込まれた外気による冷却効果を以下の3パターンに基づき評価した。
[1]比較例A:冷却補助具700を用いることなく、かつ、排気孔660を設けないCPH50を作動させた場合、すなわち、このパターンは、第3空隙30が排気孔としての働きをする場合である。
[2]比較例B:冷却補助具700を用いることなく、吸気孔430から取り込まれた外気および第3空隙30から取り込まれた外気をアウターヨーク600の排気孔660から外部に排出するようにCPH50を作動させた場合、このパターンは、第3空隙30が吸気孔としての働きをする場合である。
[3]本発明の測定例C:吸気孔430から取り込まれた外気および第3空隙30から取り込まれた外気をアウターヨーク600の排気孔660を介し、アウターヨーク600に嵌装固定された冷却補助具700の連通口720から外部に排出するようにCPH50を作動させた場合、このパターンは、第3空隙30が吸気孔としての働きをし、取り込まれた外気が排気孔660を経由し連通口720から外部に排出される場合である。
図5のAラインは、アウターヨーク600の底部620に穿設した24個の排気孔660を樹脂テープで閉じた場合、すなわち[1]比較例Aの被測定CPH50を構成する円筒コイル200の温度が飽和温度117℃のときの測定値である。図5のAラインの左側領域は、被測定CPH50の正常運転領域になる。したがって、被測定CPH50は、図5の実線で示すAラインの右側領域においては、被測定CPH50の円筒コイルの発熱やマグネットの加熱に伴い性能面から正常運転を期待できなくなる。
2 固定子
3 回転子
4 マグネット
10 無鉄心の円筒コイルを備えた固定子を含むブラシレス回転電気機械またはコアレス・ブラシレスモータ
20 第2空隙
30 第3空隙
40 第1空隙のエアギャップ
41 内側間隙
42 中間間隙
43 外側間隙
70 第2空隙に引き込まれた外気
80 第3空隙から引き込まれた外気
100 駆動シャフト
200 円筒コイル
201 円筒コイルの(固定)端面
202 円筒コイルの(開放)端面
210 円筒コイルの内周面
220 円筒コイルの外周面
300 蓋型マウント
310 蓋型マウントの中心部
400 カップ型マウント
410 カップ型マウントの中心部
420 カップ型マウントの底部
430 吸気孔
431 吸気孔フィルタ
500 内側円筒空路形成体またはインナーヨーク
530 内側円筒空路形成体またはインナーヨークの開放端面
540 内側円筒空路形成体またはインナーヨークの内側空間
600 外側円筒空路形成体またはアウターヨーク
620 外側円筒空路形成体またはアウターヨークの底部
630 外側円筒空路形成体またはアウターヨークの開放端面
660 外側円筒空路形成体またはアウターヨークの底部に穿設した排気孔
700 冷却補助具
720 冷却補助具の連通口
800 発電機
810 可変負荷
900 駆動装置
910 電力計
920 トルク計
930 トルクセンサ
Claims (10)
- 底部と内側円筒空路形成体および外側円筒空路形成体と複数のマグネットとを有する回転子と、前記回転子に対向するように配備される通電可能な無鉄心の円筒コイルが固定された固定子とからなる、前記底部と前記内側円筒空路形成体とで形成される空間に外気を取り入れるように前記底部に複数の吸気孔が形成され、前記空間と連通する、前記内側円筒空路形成体と前記外側円筒空路形成体とからなるエアギャップに通じる複数の排気孔が前記外側円筒空路形成体の底部に近接する円周に帯状に設けられている無鉄心の前記円筒コイルを備えた前記固定子を含むブラシレス回転電気機械における前記外側円筒空路形成体の前記底部に近接する円周に嵌装固定される円環で構成される冷却補助具であって、前記外側円筒空路形成体の前記排気孔に一致するように設けられた複数の放射状の連通口を有することを特徴とする冷却補助具。
- 前記冷却補助具は、前記外側円筒空路形成体に着脱自在に嵌装固定されるように、樹脂製リングからなる円環で構成されていることを特徴とする請求項1に記載の冷却補助具。
- 前記冷却補助具を構成する円環に前記外側円筒空路形成体の前記排気孔に対応する放射状の前記連通口が形成され、前記連通口は、少なくとも前記外側円筒空路形成体の前記排気孔の内径Φおよび長さLを有することを特徴とする請求項1または2のいずれかに記載の冷却補助具。
- 無鉄心の円筒コイルを備えた固定子を含むブラシレス回転電気機械を構成する、底部と内側円筒空路形成体および外側円筒空路形成体とを有する回転子は、
前記底部と前記内側円筒空路形成体とで形成される空間に外気を取り入れるための前記底部に形成された複数の吸気孔を有し、
回転軸に固定される前記回転子に対向するように前記回転軸に回転自在に支持された固定子の円筒コイルを浮かせた状態で配置される前記内側円筒空路形成体と前記外側円筒空路形成体とでエアギャップを形成し、かつ、前記エアギャップに複数のマグネットを露出するように装備し、
前記エアギャップの閉鎖された前記外側円筒空路形成体の底部に近接する円周に前記エアギャップに通じる複数の排気孔を帯状に穿設し、
前記排気孔に対応する複数の放射状の連通口が設けられた円環からなる冷却補助具を、前記排気孔に前記連通口を一致するように前記外側円筒空路形成体に嵌装固定したことを特徴とする無鉄心の円筒コイルを備えた固定子を含むブラシレス回転電気機械。 - 前記冷却補助具は樹脂製リングからなり、前記無鉄心の円筒コイルを備えた固定子を含むブラシレス回転電気機械を構成する前記外側円筒空路形成体に着脱自在に嵌装固定されることを特徴とする請求項4に記載の無鉄心の円筒コイルを含むブラシレス回転電気機械。
- 前記外側円筒空路形成体の前記排気孔に対応する前記冷却補助具の前記連通口は、少なくとも前記排気孔の内径Φおよび長さLを有することを特徴とする請求項4または5のいずれかに記載の無鉄心の円筒コイルを含むブラシレス回転電気機械。
- 通電可能な無鉄心の円筒コイル、および、前記円筒コイルの一方の端面が固定されて中心部に駆動シャフトが回転自在に連結されている蓋型マウントを有する固定子と、
前記駆動シャフトが中心部に連結固定されて前記蓋型マウントの対極に配置されている、底部と内側円筒空路形成体および外側円筒空路形成体とを有するカップ型マウント、および、前記外側円筒空路形成体の内周面および/または前記内側円筒空路形成体の外周面に配備されている複数のマグネットを有する回転子と、
を含み、
前記カップ型マウントは、前記底部と前記内側円筒空路形成体および前記外側円筒空路形成体とで第1空隙のエアギャップが形成されており、前記エアギャップに、前記複数のマグネットが露出するように配備され、前記円筒コイルの他方の端面が前記底部との間で隙間を残して前記円筒コイルを浮かせた状態で配置し、前記カップ型マウントの開放端面と前記蓋型マウントとの間に前記円筒コイルの内側に位置する空間の第2空隙、および、前記円筒コイルの外側に位置する外気に通じる第3空隙を有する無鉄心の円筒コイルを備えた固定子を含むブラシレス回転電気機械であって、
前記カップ型マウントは、前記底部に前記第2空隙に通じる吸気孔を有し、前記外側円筒空路形成体の底部に近接する円周に前記エアギャップに通じる複数の排気孔を帯状に穿設し、前記排気孔に対応する複数の放射状の連通口を設けた円環で構成する冷却補助具を、前記連通口を前記排気孔に一致させて前記外側円筒空路形成体に嵌装固定するようにし、
前記回転子の回転により発生する前記回転子の周囲の圧力差によって、前記吸気孔から前記第2空隙に引き込まれた外気および前記第3空隙から前記エアギャップに引き込まれた外気は、前記エアギャップ内を流通し、前記エアギャップに露出するように配備された前記複数のマグネットおよび前記エアギャップに配置されている前記円筒コイルの両面を冷却し、前記外側円筒空路形成体の前記排気孔を介し、前記冷却補助具の前記連通口を経由し、外部に排出されるようにしたことを特徴とする無鉄心の円筒コイルを備えた固定子を含むブラシレス回転電気機械。 - 前記冷却補助具は、前記外側円筒空路形成体に着脱自在に嵌装固定される円環からなることを特徴とする請求項7に記載の無鉄心の円筒コイルを備えた固定子を含むブラシレス回転電気機械。
- 前記冷却補助具は樹脂製リングで構成され、前記外側円筒空路形成体の前記排気孔に対応する前記冷却補助具の前記連通口は、少なくとも前記排気孔の内径Φおよび長さLを有することを特徴とする請求項7または8のいずれかに記載の無鉄心の円筒コイルを備えた固定子を含むブラシレス回転電気機械。
- 前記円筒コイルは、長手方向に離間された複数の線状部を有する導電性金属シートの複数で構成された積層体構造を有する円筒形であって、前記導電性金属シートの各々の前記線状部が絶縁層で覆われていることを特徴とする請求項4から9のいずれかに記載の無鉄心の円筒コイルを備えた固定子を含むブラシレス回転電気機械。
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