(19)【発行国】日本国特許庁(JP)
(12)【公報種別】公開特許公報(A)
(11)【公開番号】P2023150379
(43)【公開日】2023-10-16
(54)【発明の名称】熱交換器
(51)【国際特許分類】
H02K 9/19 20060101AFI20231005BHJP
【ＦＩ】
H02K9/19 A
【審査請求】未請求
【請求項の数】8
【出願形態】ＯＬ
(21)【出願番号】P 2022059472
(22)【出願日】2022-03-31
(71)【出願人】
【識別番号】522060021
【氏名又は名称】日本電動株式会社
(74)【代理人】
【識別番号】100137338
【弁理士】
【氏名又は名称】辻田 朋子
(72)【発明者】
【氏名】福田 貴志
(72)【発明者】
【氏名】橘 貞一郎
(72)【発明者】
【氏名】横山 修一
(72)【発明者】
【氏名】一柳 健
【テーマコード（参考）】
5H609
【Ｆターム（参考）】
5H609BB03
5H609PP05
5H609QQ05
5H609QQ10
5H609RR52
5H609RR55
(57)【要約】
【課題】電動モータの駆動を阻害せず、効率的な冷却を可能とするとともに、耐久性や取り扱い性能に優れる熱交換器を提供することを目的とする。
【解決手段】上記課題を解決する本願発明は、回転軸心１１を中心に回転する永久磁石１２を備えるモータ１に設けられる熱交換器Xであって、回転軸心１１を囲む管路２２を備え、管路２２の内部に、磁性流体M１や磁性粒体M３を有し、モータ１から発せられる漏れ磁束を利用して管路２２の内部に回転を起こす熱交換器Ｘである。
【選択図】図１
【解決手段】上記課題を解決する本願発明は、回転軸心１１を中心に回転する永久磁石１２を備えるモータ１に設けられる熱交換器Xであって、回転軸心１１を囲む管路２２を備え、管路２２の内部に、磁性流体M１や磁性粒体M３を有し、モータ１から発せられる漏れ磁束を利用して管路２２の内部に回転を起こす熱交換器Ｘである。
【選択図】図１
【特許請求の範囲】
【請求項1】
回転軸心を中心に回転する磁石を備えるモータに設けられる熱交換器であって、
前記回転軸心を囲む管路を備え、
前記管路の内部に、磁性体を有する熱交換器。
前記回転軸心を囲む管路を備え、
前記管路の内部に、磁性体を有する熱交換器。
【請求項2】
前記管路は、前記管路内の流れを制御する逆止弁を有し、
前記逆止弁は、前記モータと近接して設けられる請求項１に記載の熱交換器。
前記逆止弁は、前記モータと近接して設けられる請求項１に記載の熱交換器。
【請求項3】
前記管路は、前記管路内の流れを制御する逆止弁を有し、
前記逆止弁は、テスラバルブである請求項１又は２に記載の熱交換器。
前記逆止弁は、テスラバルブである請求項１又は２に記載の熱交換器。
【請求項4】
前記磁性体は、球体である請求項１～３の何れかに記載の熱交換器。
【請求項5】
前記磁性体は、磁性流体である請求項１～４の何れかに記載の熱交換器。
【請求項6】
前記モータに取り外し可能に設けられる請求項１～５の何れかに記載の熱交換器。
【請求項7】
請求項１～６の何れかに記載の熱交換器が設けられる電動モータ。
【請求項8】
請求項７に記載の電動モータが設けられた車両。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【0001】
本発明は、磁性体を利用した電動モータに対応する熱交換器に関する。
【背景技術】
【0002】
電動モータは、所定方向に流れる電流と、磁石が発生させる磁界の相互作用によって回転する力を発生させる機械である。一方、電動モータが動作すると渦電流等によって熱が発生し、それによって内部の磁石の温度が上昇して磁力が減衰し、電動モータの効率が急減することが知られている。
このような問題に対応するために、特許文献１には、磁石を冷却するためのヒートパイプを内部に設けた電動モータが記載されている。
このような問題に対応するために、特許文献１には、磁石を冷却するためのヒートパイプを内部に設けた電動モータが記載されている。
【0003】
また、磁性体を利用した熱交換器として、磁気熱量効果を利用したものが広く知られている。磁気熱量効果とは、常磁性体から磁場を取り去ることでエントロピーを増大させ、吸熱反応を起こすものである。特許文献２には、その一例として、磁気の付加・除去によって放熱・吸熱を制御する冷暖房装置が記載されている。
【0004】
また、磁性体を利用した熱交換器として、磁性体の磁力と温度の関係を利用したものがある。すなわち、高温においては磁性体の磁力が小さくなることを利用して、管路に磁性流体を封入し、低温側の所定位置に磁界を印加することによって、一方向の流れを発生させる構成を持つＣＰＵの冷却装置が特許文献３に記載されている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【0005】
【特許文献1】特開２０１９―１６１７８５号公報
【特許文献2】再表２０１２―１５７７０８号公報
【特許文献3】特許７０１２４０４号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【0006】
上述のように、電動モータの冷却は効率的な回転のために重要であるところ、特許文献２、特許文献３に記載されているような磁力の効果を利用した熱交換器を適用するためには、電動モータの付近に強磁性体を偏在するように配置する必要がある。これは、電動モータの挙動に影響を与え、かえって電動モータの動きを阻害する恐れがあるため好ましくない。
また、特に車両においては、エンジンと共に動作するオイルポンプを使用した熱交換器を設け、これによりエンジン等の冷却を行うることが多いが、エンジンの動力を一部利用するのでエンジンの効率が下がり、また駆動部分が増えるため故障が発生しやすくなる。
また、特に車両においては、エンジンと共に動作するオイルポンプを使用した熱交換器を設け、これによりエンジン等の冷却を行うることが多いが、エンジンの動力を一部利用するのでエンジンの効率が下がり、また駆動部分が増えるため故障が発生しやすくなる。
【0007】
本発明は、上記の課題に鑑み、電動モータの駆動を阻害せず、効率的な冷却を可能とするとともに、耐久性や取り扱い性能に優れる熱交換器等を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【0008】
上記課題を解決する本願発明は、回転軸心を中心に回転する磁石を備えるモータに設けられる熱交換器であって、前記回転軸心を囲む管路を備え、前記管路の内部に、磁性体を有する熱交換器である。
このような構成によって、磁性体を冷媒として使用することが可能になり、さらに電動モータから発せられる漏れ磁束を利用して冷媒を駆動するため、モータの効率的な冷却が可能となる。
このような構成によって、磁性体を冷媒として使用することが可能になり、さらに電動モータから発せられる漏れ磁束を利用して冷媒を駆動するため、モータの効率的な冷却が可能となる。
【0009】
本発明の好ましい形態では、前記管路は、管路内の流れを制御する逆止弁を有し、前記逆止弁は、前記モータと近接して設けられる。
このような構成によって、モータの磁性によって生ずる逆流を減少させることができる。
このような構成によって、モータの磁性によって生ずる逆流を減少させることができる。
【0010】
本発明の好ましい形態では、前記管路は、管路内の流れを制御する逆止弁を有し、前記逆止弁は、テスラバルブである。
このような構成によって、別途駆動機構を設けることなく、モータの磁性による逆流を起こりにくくすることができる。
このような構成によって、別途駆動機構を設けることなく、モータの磁性による逆流を起こりにくくすることができる。
【0011】
本発明の好ましい形態では、前記磁性体は、球体である。
このような構成によって、前記磁性体を前記管路の中で流れやすくすることができる。
このような構成によって、前記磁性体を前記管路の中で流れやすくすることができる。
【0012】
本発明の好ましい形態では、前記磁性体は、磁性流体である。
このような構成によって、前記磁性体を前記管路の中で流れやすくすることができる。
このような構成によって、前記磁性体を前記管路の中で流れやすくすることができる。
【0013】
本発明の好ましい形態では、前記熱交換器は、前記電動モータに取り外し可能に設けられる。
このような構成によって、熱交換器の取り扱い性能を高めることができる。
このような構成によって、熱交換器の取り扱い性能を高めることができる。
【0014】
本発明は、前記熱交換器が設けられた電動モータである。
このような構成によって、冷却性能が高い電動モータを提供することができるようになる。
このような構成によって、冷却性能が高い電動モータを提供することができるようになる。
【0015】
本発明は、前記電動モータが設けられた車両である。
このような構成によって、電動モータの効率、耐久性と取り扱い性能に優れる車両を提供することができる。特に、前記熱交換器は振動やある程度の傾きにも強く、電動モータの動作に対応して熱交換器が動作するため、車両との相性が良い。
このような構成によって、電動モータの効率、耐久性と取り扱い性能に優れる車両を提供することができる。特に、前記熱交換器は振動やある程度の傾きにも強く、電動モータの動作に対応して熱交換器が動作するため、車両との相性が良い。
【発明の効果】
【0016】
上記課題を解決する本発明は、電動モータの駆動を阻害せず、効率的な冷却を可能とするとともに、耐久性や取り扱い性能に優れる熱交換器を提供することができる。
【図面の簡単な説明】
【0017】
【図1】本発明の第一の実施形態に係る、熱交換器の模式図である。
【図2】本発明の第一の実施形態に係る、熱交換器の断面模式図である。
【図3】本発明の第一の実施形態に係る、熱交換器の断面模式図である。
【図4】本発明の第一の実施形態に係る、熱交換器の斜視図である。
【図5】本発明の第一の実施形態に係る、熱交換器の逆止弁に係る模式図である。
【図6】本発明の第一の実施形態に係る、熱交換器の取り付け態様の一例を示す模式図である。
【図7】本発明の第二の実施形態に係る、熱交換器の断面模式図である。
【図8】本発明の第三の実施形態に係る、熱交換器の斜視図である。
【発明を実施するための形態】
【0018】
以下、図面を用いて、本発明の各実施形態に係る熱交換器について説明する。説明は、実施形態の構成、実施の方法、他の実施例の順に詳述する。
なお、以下に示す各実施形態は本発明の一例であり、本発明を以下の各実施形態に限定するものではない。
なお、以下に示す各実施形態は本発明の一例であり、本発明を以下の各実施形態に限定するものではない。
【0019】
≪第一の実施形態≫
本実施形態に係る熱交換器Ｘは、図１に示すように、回転する磁性体を内部に有するモータ１と、モータ１の周囲を取り囲むバルク２と、バルク２と接続されるオイルクーラー３と、を備える。
後述するように、バルク２は管路２２を有しており、その内部には、冷媒Ｍとして磁性流体Ｍ１が流れるようにしてある。
本実施形態に係る熱交換器Ｘは、図１に示すように、回転する磁性体を内部に有するモータ１と、モータ１の周囲を取り囲むバルク２と、バルク２と接続されるオイルクーラー３と、を備える。
後述するように、バルク２は管路２２を有しており、その内部には、冷媒Ｍとして磁性流体Ｍ１が流れるようにしてある。
【0020】
モータ１は、回転するロータを内部に有するモータであって、例えばサーボモーターやステッピングモーター等のブラシレスモーターが想定される。
本実施形態においてモータ１は、モータ１の中心に設けられる回転軸心１１と、回転軸心１１を取り囲むように設けられる永久磁石１２と、回転軸心１１の周囲に等間隔に複数設けられるステータ１３と、ステータ１３に所定のタイミングで電力を供給するコントローラー１４と、を有する。
また、モータ１のケースは磁力を遮蔽しにくい薄肉非鉄金属や樹脂で形成されていることが望ましい。
本実施形態においてモータ１は、モータ１の中心に設けられる回転軸心１１と、回転軸心１１を取り囲むように設けられる永久磁石１２と、回転軸心１１の周囲に等間隔に複数設けられるステータ１３と、ステータ１３に所定のタイミングで電力を供給するコントローラー１４と、を有する。
また、モータ１のケースは磁力を遮蔽しにくい薄肉非鉄金属や樹脂で形成されていることが望ましい。
【0021】
回転軸心１１は、モータ１の中心に設けられる鉄心部分であって、モータ１から突出して外部に回転動力を出力する。モータ１の内部には、回転軸心１１を軸支して位置を固定する軸受けが複数設けられている。
【0022】
永久磁石１２は、回転軸心１１を取り囲み、回転軸心１１が回転する方向に固定されて設けられることでロータとして機能する。また、永久磁石１２は複数の磁石に分割されており、極性が異なる磁石がそれぞれ隣接するように構成されている。なお、図面において極性の違いはハッチング方向の違いで表現している。
本実施形態において図２に示すように、回転軸心１１は、４つの永久磁石１２によって取り囲まれるように設けられており、隣接する永久磁石１２はそれぞれ外周へ向かう磁力の極性が異なるようにしてある。
本実施形態において図２に示すように、回転軸心１１は、４つの永久磁石１２によって取り囲まれるように設けられており、隣接する永久磁石１２はそれぞれ外周へ向かう磁力の極性が異なるようにしてある。
【0023】
ステータ１３は、モータ１のケース内周面において、磁力を制御可能な電磁石として設けられている。すなわち、ステータ１３は、巻き付け芯１３１に、導体である線材１３２が巻き付けられることで構成される。
本実施形態においては、ステータ１３は等間隔になるように配置されてあり、本実施形態においては６つ（３対）のステータ１３がケースが形成する円周内に設けられている。
また、ステータ１３の所定位置には、ホール素子（図示せず）が設けられており、発生する誘導電流によって永久磁石１２の位置を確かめられるようにしてある。
本実施形態においては、ステータ１３は等間隔になるように配置されてあり、本実施形態においては６つ（３対）のステータ１３がケースが形成する円周内に設けられている。
また、ステータ１３の所定位置には、ホール素子（図示せず）が設けられており、発生する誘導電流によって永久磁石１２の位置を確かめられるようにしてある。
【0024】
巻き付け芯１３１は、モータ１のケースの内周面に設けられている鉄心部材であって、好ましくはケースと一体に設けられる。巻き付け芯１３１は、内周面からモータ１の内側方向に向かって突出し、さらに端部が周方向に向けて伸びることで錨のような形状となっている。これによって、巻かれる線材１３２が外れにくくなるようにしてある。
【0025】
線材１３２は、巻き付け芯１３１に巻き付く銅線であって、それぞれコントローラー１４と電気的に接続されている。また、対向位置にあるステータ１３の線材１３２は、対向するステータ１３と同一の磁性を帯びるように電気的に接続している。
【0026】
コントローラー１４は、ホール素子によって永久磁石の位置が所定位置にあることを検出した際に、後述するように適切な電流を線材１３２に供給する。すなわち、永久磁石が一方向に回転するように、ステータ１３が放出する磁力をコントロールする。
【0027】
バルク２は、図４に示すように、モータ１の外周面を取り囲むように篏合する部材であって、いわゆるウォータージャケットとして機能する。バルク２は、モータ１を嵌め込む外環部２１と、バルク２の内部において冷媒Ｍが流通する管路２２と、によって構成されている。
一方、バルク２は、モータ１と一体に構成されていてもよく、また、外環部２１を設けず管路２２をモータ１の内部に組み込む構成であってもよい。
一方、バルク２は、モータ１と一体に構成されていてもよく、また、外環部２１を設けず管路２２をモータ１の内部に組み込む構成であってもよい。
【0028】
外環部２１は、薄肉金属等の熱伝導率が高い素材で設けられた円環状の部材であって、内径をモータ１の外径と略同一とすることによって、モータ１を嵌め込むことができるように構成されている。外環部２１には、後述する吸熱管路２２１が設けられており、モータ１から放出される熱を受け取るようにしてある。
【0029】
管路２２は、磁気シールド効果が小さく、熱伝導率の高い薄肉金属や樹脂などによって設けられる管路であって、内部に冷媒Ｍを封入し、これによって熱のやり取りを可能とする部品である。管路２２は、モータ１から熱を吸収する吸熱管路２２１と、オイルクーラー３に熱を放出する放熱管路２２２と、吸熱管路２２１と放熱管路２２２を接続する接続管路２２３と、が油密に接続されて設けられており、管路２２の途中に逆止弁２３が設けられてもよい。なお、図面においては、管路２２の厚みを表現せずに簡略化している。
【0030】
本実施形態において、冷媒Ｍは、磁性流体Ｍ１である。
磁性流体Ｍ１は、液体中に強磁性体あるいは常磁性体の微粒子（1ｎｍ～１００μｍ）が分散されている物質であって、磁力に反応して液体の状態を保ったまま、あるいは半固体状になって吸い寄せられるように動作する。
磁性流体Ｍ１は管路２２の内部を満たす必要はなく、少量の空気や、磁性流体と分離する非磁性流体Ｍ２と共に封入されることによって流れを起こしやすくすることが好ましい。特に好ましくは、非磁性流体Ｍ２を磁性流体Ｍ１の密度と略同一として互いに流動による影響を及ぼしやすくする。
磁性流体Ｍ１は、液体中に強磁性体あるいは常磁性体の微粒子（1ｎｍ～１００μｍ）が分散されている物質であって、磁力に反応して液体の状態を保ったまま、あるいは半固体状になって吸い寄せられるように動作する。
磁性流体Ｍ１は管路２２の内部を満たす必要はなく、少量の空気や、磁性流体と分離する非磁性流体Ｍ２と共に封入されることによって流れを起こしやすくすることが好ましい。特に好ましくは、非磁性流体Ｍ２を磁性流体Ｍ１の密度と略同一として互いに流動による影響を及ぼしやすくする。
【0031】
吸熱管路２２１は、図２及び図３に示すように、外環部２１を介してモータ１の側面と略密着して取り囲むように設けられている。すなわち、回転軸心１１の回転軸を取り囲むように設けられることとなり、これによって吸熱管路２２１内部の磁性流体Ｍ１に適切に作用する。
好ましくは、吸熱管路２２１はステータ１３の直上において取り囲んで設けられる。これによって、ステータ１３から発生する磁力を強力に受けることができるため、冷却効果が高まる。
好ましくは、吸熱管路２２１はステータ１３の直上において取り囲んで設けられる。これによって、ステータ１３から発生する磁力を強力に受けることができるため、冷却効果が高まる。
【0032】
放熱管路２２２は、図１に示すように、オイルクーラー３に取り付けられている。放熱管路２２２がオイルクーラー３中を複数回往復して設けられることによって、磁性流体Ｍ１に溜まった熱を効率的に排出することができる。
【0033】
接続管路２２３は、図５に示すように、放熱管路２２２から吸熱管路２２１に冷媒Ｍの供給を行う供給接続管路２２４と、吸熱管路２２１から放熱管路２２２に冷媒Ｍの排出を行う排出接続管路２２５と、を含む。
管路２２は、これらの部材が一方向に連通するように接続されている。
管路２２は、これらの部材が一方向に連通するように接続されている。
【0034】
本実施形態においては、逆止弁２３としていわゆるテスラバルブ２３１が設けられている。これによって、可動部品を新たに設けることなく磁性流体Ｍ１の逆流を防ぐことができる。
好ましくは、テスラバルブ２３１の取付位置は、排出接続管路２２５において吸熱管路２２１と近接する位置とするとよい。これによって、後述する第六ステータ１３Ｗ’が磁性流体Ｍ１を引き寄せることで起こる逆流を防ぐことができる。
好ましくは、テスラバルブ２３１の取付位置は、排出接続管路２２５において吸熱管路２２１と近接する位置とするとよい。これによって、後述する第六ステータ１３Ｗ’が磁性流体Ｍ１を引き寄せることで起こる逆流を防ぐことができる。
【0035】
また、図５（ｂ）に記載しているように、逆止弁２３は、磁力に反応するスイッチ２３２であってもよい。すなわち、普段は開放状態にあるが、後述する第六ステータ１３Ｗ’が磁力を発したときに常磁性体であるスイッチ２３２が閉じて逆流を防ぐようにする。
なお、逆止弁２３は、上記の位置に限られずどこに設けられていてもよい。例えば、供給接続管路２２４にも逆止弁２３が取り付けられてもよく、吸熱管路２２１の中途において逆止弁２３が屈曲して設けられていてもよい。
なお、逆止弁２３は、上記の位置に限られずどこに設けられていてもよい。例えば、供給接続管路２２４にも逆止弁２３が取り付けられてもよく、吸熱管路２２１の中途において逆止弁２３が屈曲して設けられていてもよい。
【0036】
バルク２の外周面には、図６に記載しているように、フィン２４が設けられていてもよい。フィン２４は、バルク２の外周面と接触し、径方向に向けて突出する複数の薄板状の部材であり、本実施形態においては、隣接する薄板が端部で接続することでトラスを形成する。これによってバルク２の表面積を増大させ、ここにおいても熱交換を効率的に行うことができるようになる。
【0037】
以下、図２及び図３を用いて吸熱管路２２１内部の磁性流体Ｍ１の流れについて説明を行う。
図２及び図３は、バルク２が取り付けられたモータ１の断面模式図を表しており、状態は、図２（ａ）、図２（ｂ）、図３の順に遷移する。
いる。ここにおいて、隣り合うステータ１３を第一ステータ１３Ｕ、第二ステータ１３Ｖ、第三ステータ１３Ｗ、とし、これらと対向する位置に設けられるステータをそれぞれ第四ステータ１３Ｕ’、第五ステータ１３Ｖ’、第六ステータ１３Ｗ’とする。対向するステータ同士は同一の磁気を帯びるようにしてある。このうち、供給接続管路２２４と最も近接するものは第一ステータ１３Ｕであり、排出接続管路２２５と最も近接するものは第六ステータ１３Ｗ’である。
図２及び図３は、バルク２が取り付けられたモータ１の断面模式図を表しており、状態は、図２（ａ）、図２（ｂ）、図３の順に遷移する。
いる。ここにおいて、隣り合うステータ１３を第一ステータ１３Ｕ、第二ステータ１３Ｖ、第三ステータ１３Ｗ、とし、これらと対向する位置に設けられるステータをそれぞれ第四ステータ１３Ｕ’、第五ステータ１３Ｖ’、第六ステータ１３Ｗ’とする。対向するステータ同士は同一の磁気を帯びるようにしてある。このうち、供給接続管路２２４と最も近接するものは第一ステータ１３Ｕであり、排出接続管路２２５と最も近接するものは第六ステータ１３Ｗ’である。
【0038】
図２（ａ）の状態では、第一ステータ１３Ｕ、第二ステータ１３Ｖ、第四ステータ１３Ｕ’、第五ステータ１３Ｖ’に磁力が発生することにより、永久磁石１２が時計回りに回転する作用を発生させる。
ここにおいて、各ステータは外周方向に漏れ磁束を発生させ、管路２２内部に流れる磁性粒体Ｍ３を図上矢印のように引き寄せる。この際、特に第一ステータ１３Ｕは、供給接続管路２２４から磁性流体Ｍ１を引き込む作用を起こし、管路２２内に反時計回りの流れを誘導する。
ここにおいて、各ステータは外周方向に漏れ磁束を発生させ、管路２２内部に流れる磁性粒体Ｍ３を図上矢印のように引き寄せる。この際、特に第一ステータ１３Ｕは、供給接続管路２２４から磁性流体Ｍ１を引き込む作用を起こし、管路２２内に反時計回りの流れを誘導する。
【0039】
次に、モータ１が図２（ｂ）の状態に遷移すると、第二ステータ１３Ｖ、第三ステータ１３Ｗ、第五ステータ１３Ｖ’、第六ステータ１３Ｗ’に磁力が発生することで、永久磁石１２が時計回りに回転する作用を発生させる。
ここにおいても、各ステータは外周方向に漏れ磁束を発生させ、管路２２内部に流れる磁性粒体Ｍ３は図上矢印のように引き寄せられる。この際、第二ステータ１３Ｖ及び第五ステータ１３Ｖ’は、漏れ磁束の影響下ではなくなった第一ステータ１３Ｕ及び第四ステータ１３Ｕ’の直上に位置する磁性流体Ｍ１を引き寄せるように作用することで、管路２２内に反時計回りの流れを起こす。
ここにおいても、各ステータは外周方向に漏れ磁束を発生させ、管路２２内部に流れる磁性粒体Ｍ３は図上矢印のように引き寄せられる。この際、第二ステータ１３Ｖ及び第五ステータ１３Ｖ’は、漏れ磁束の影響下ではなくなった第一ステータ１３Ｕ及び第四ステータ１３Ｕ’の直上に位置する磁性流体Ｍ１を引き寄せるように作用することで、管路２２内に反時計回りの流れを起こす。
【0040】
次に、モータ１が図３の状態に遷移すると、第一ステータ１３Ｕ、第三ステータ１３Ｗ、第四ステータ１３Ｕ’、第六ステータ１３Ｗ’に磁力が発生することで、永久磁石１２が時計回りに回転する作用を発生させる。
ここにおいても、各ステータは外周方向に漏れ磁束を発生させ、管路２２内部に流れる磁性粒体Ｍ３は図上矢印のように引き寄せられる。この際、第三ステータ１３Ｗ及び第六ステータ１３Ｗ’は、漏れ磁束の影響下ではなくなった第二ステータ１３Ｖ及び第五ステータ１３Ｖ’の直上に位置する磁性流体Ｍ１を引き寄せるように作用することで、管路２２内に反時計回りの流れを起こす。
ここにおいても、各ステータは外周方向に漏れ磁束を発生させ、管路２２内部に流れる磁性粒体Ｍ３は図上矢印のように引き寄せられる。この際、第三ステータ１３Ｗ及び第六ステータ１３Ｗ’は、漏れ磁束の影響下ではなくなった第二ステータ１３Ｖ及び第五ステータ１３Ｖ’の直上に位置する磁性流体Ｍ１を引き寄せるように作用することで、管路２２内に反時計回りの流れを起こす。
【0041】
このような作用が繰り返されることによって、磁性流体Ｍ１は、管路２２を一方向に流動させる。
なお、漏れ磁束によって時計回りに磁性流体Ｍ１を引き寄せる作用が部分的に発生するが、第六ステータ１３Ｗ’による作用を第一ステータ１３Ｕ直上の磁性流体Ｍ１は受けないこと、第六ステータ１３Ｗ’の付近に設けられる逆止弁２３によりそのような流れの発生が阻止されること、漏れ磁束が発生する領域が反時計回りに変動することなどによって、全体としては反時計回りの流動を起こすこととなる。
なお、漏れ磁束によって時計回りに磁性流体Ｍ１を引き寄せる作用が部分的に発生するが、第六ステータ１３Ｗ’による作用を第一ステータ１３Ｕ直上の磁性流体Ｍ１は受けないこと、第六ステータ１３Ｗ’の付近に設けられる逆止弁２３によりそのような流れの発生が阻止されること、漏れ磁束が発生する領域が反時計回りに変動することなどによって、全体としては反時計回りの流動を起こすこととなる。
【0042】
オイルクーラー３は、放熱管路２２２と密着する部材であって、本実施形態においては、図６に示すように、車両Ｂの進行方向の先端部分に設けられている。これにより、走行時に外部からの気流を取り込むことによって、放熱管路２２２に流れる流体の熱交換を行う。
好ましくは、オイルクーラー３は、バルクの近接位置に設け、またバルク２と略同一の高さに設けるとよい。これにより、流動の圧力や速度が小さくとも、適切な強さの流動を起こすことが可能となる。
好ましくは、オイルクーラー３は、バルクの近接位置に設け、またバルク２と略同一の高さに設けるとよい。これにより、流動の圧力や速度が小さくとも、適切な強さの流動を起こすことが可能となる。
【0043】
以下、図面を用いて、本発明の実施の方法について詳述する。本発明は、車両Ｂに取り付けられるモータ１を冷却する使用者によって実施される。また、以下に示す実施の方法は一例であり、実施の方法はこれに限られず、順番は前後してもよい。
【0044】
まず、使用者は、図４に示すように、モータ１をバルク２に嵌め込んで取り付ける。
次に、使用者は、モータ１を駆動させることによって所定の漏れ磁束を発生させ、管路２２内部の冷媒Ｍの流れを起こす。
これによって、使用者は、電動モータの駆動を阻害せず、むしろ通常は無くすことが好ましい漏れ磁束を利用した効率的な冷却を可能とするとともに、耐久性に優れる熱交換器を提供することができるようになる。
次に、使用者は、モータ１を駆動させることによって所定の漏れ磁束を発生させ、管路２２内部の冷媒Ｍの流れを起こす。
これによって、使用者は、電動モータの駆動を阻害せず、むしろ通常は無くすことが好ましい漏れ磁束を利用した効率的な冷却を可能とするとともに、耐久性に優れる熱交換器を提供することができるようになる。
【0045】
≪第二の実施形態≫
以下、図７を用いて本発明の第二の実施形態について説明を行う。なお、第一の実施形態と同様の構成については同一の符号を用いて説明を省略する。
本実施形態に係る発明は、回転する磁性体を内部に有するモータ１と、モータ１の周囲を取り囲むバルク２と、によって構成される。図７は、本実施形態に係るバルク２をモータ１に取り付けた状態における断面の模式図を表している。
以下、図７を用いて本発明の第二の実施形態について説明を行う。なお、第一の実施形態と同様の構成については同一の符号を用いて説明を省略する。
本実施形態に係る発明は、回転する磁性体を内部に有するモータ１と、モータ１の周囲を取り囲むバルク２と、によって構成される。図７は、本実施形態に係るバルク２をモータ１に取り付けた状態における断面の模式図を表している。
【0046】
バルク２は、内周面においてモータ１を嵌め込む外環部２１と、バルク２の内部において冷媒Ｍが流通する管路２２と、外周面に複数設けられるフィン２４によって構成されている。
ここにおいて、管路２２の内部には、冷媒Ｍが封入されている。
ここにおいて、管路２２の内部には、冷媒Ｍが封入されている。
【0047】
冷媒Ｍは、非磁性流体Ｍ２と、複数の磁性粒体Ｍ３及び非磁性粒体Ｍ４と、を含む。
非磁性流体Ｍ２は、管路２２の内部を満たすオイルである。
また、磁性粒体Ｍ３は鉄球などの磁性体で、非磁性粒体Ｍ４は真鍮やアルミニウムなどの非磁性体で構成されることが想定される。これらの粒体は、内部に空洞を設けることによって、非磁性流体Ｍ２と全体の密度を略同一とすることが好ましく、これによって管路２２内部での流れをスムーズにすることができる。
非磁性流体Ｍ２は、管路２２の内部を満たすオイルである。
また、磁性粒体Ｍ３は鉄球などの磁性体で、非磁性粒体Ｍ４は真鍮やアルミニウムなどの非磁性体で構成されることが想定される。これらの粒体は、内部に空洞を設けることによって、非磁性流体Ｍ２と全体の密度を略同一とすることが好ましく、これによって管路２２内部での流れをスムーズにすることができる。
【0048】
磁性粒体Ｍ３は、漏れ磁束に引き寄せられて運動する粒体であって、管路２２の内部で適切な重量・体積で封入されることによって、非磁性流体Ｍ２を流動させる流れを引き起こす。
なお、粒体の形状は角柱状や角錐状・多面体・球体とすることが想定され、粒径は管路２２の内径よりも小さければどのようにしてもよく、粉末としてもよい。
非磁性粒体Ｍ４は、磁性粒体Ｍ３と略同一の形状で設けられている磁性を持たない粒体である。
なお、粒体の形状は角柱状や角錐状・多面体・球体とすることが想定され、粒径は管路２２の内径よりも小さければどのようにしてもよく、粉末としてもよい。
非磁性粒体Ｍ４は、磁性粒体Ｍ３と略同一の形状で設けられている磁性を持たない粒体である。
【0049】
本実施形態においては、磁性粒体Ｍ３と非磁性粒体Ｍ４とのいずれも管路２２の内部に敷き詰められている球体部材であって、その直径は、管路２２の内径よりも小さく、内径の半分よりも大きくなるように設けられている。これによって、磁性粒体Ｍ３及び非磁性粒体Ｍ４を一定の間隔で配置し、漏れ磁束を適切に作用させることができるようになる。好ましくは、管路２２の内径よりも０．１～３ｍｍ程度小さくなるように構成する。
また、図７に示すように、２つのステータ１３の漏れ磁束が作用する領域に対応する長さにおいて磁性粒体Ｍ３が整列されて配置されており、それ以外の領域においては非磁性粒体Ｍ４整列されて配置されている。
また、図７に示すように、２つのステータ１３の漏れ磁束が作用する領域に対応する長さにおいて磁性粒体Ｍ３が整列されて配置されており、それ以外の領域においては非磁性粒体Ｍ４整列されて配置されている。
【0050】
バルク２は、内周面にモータ１への取り付けを行う外環部２１と、内部に冷媒Ｍが流れる管路２２と、外周部に取り付けられるフィン２４と、によって構成される。
【0051】
外環部２１は、モータ１の周面に取り付けられる部材であって、後述するように吸熱管路２２１と放熱管路２２２との間に、磁気シールド効果をもつ磁気遮蔽部２１１が設けられ、放熱管路２２２に漏れ磁束の影響が及ぶことを防止している。
【0052】
管路２２は、吸熱管路２２１と、放熱管路２２２と、接続管路２２３に管路２２は、モータ１から熱を吸収する吸熱管路２２１と、オイルクーラー３に熱を放出する放熱管路２２２と、吸熱管路２２１と放熱管路２２２を接続する接続管路２２３と、が油密に接続されて設けられている。
好ましくは、管路２２の内部には磁性粒体Ｍ３及び非磁性粒体Ｍ４の進行方向を誘導する溝が設けられる。
好ましくは、管路２２の内部には磁性粒体Ｍ３及び非磁性粒体Ｍ４の進行方向を誘導する溝が設けられる。
【0053】
放熱管路２２２は、モータ１に巻き付いて設けられる吸熱管路２２１の外側において、外環部２１の外周を包囲するようにして設けられている。
【0054】
接続管路２２３は、本実施形態においては、吸熱管路２２１と放熱管路２２２をモータ１の径方向において伸びることで接続するように設けられる。これによって管路２２は、モータ１の周囲を二重に包囲するような形となる。
【0055】
以下、図７を用いて管路２２内部の冷媒Ｍの流れについて説明を行う。
図７（ａ）のとき、モータは図３のときと略同様にして各ステータが外周方向に漏れ磁束を発生させる。これにより管路２２内部に流れる磁性粒体Ｍ３は図上矢印の向きに引き寄せられる。この際、第一ステータ１３Ｕは、接続管路２２３に位置する磁性粒体Ｍ３を引き寄せ、また、第三ステータ１３Ｗ及び第六ステータ１３Ｗ’は、漏れ磁束の影響下ではなくなった第二ステータ１３Ｖ及び第五ステータ１３Ｖ’の直上に位置する磁性粒体Ｍ３を引き寄せる作用をすることで、磁性粒体Ｍ３は管路２２内を反時計回りに運動する。
図７（ａ）のとき、モータは図３のときと略同様にして各ステータが外周方向に漏れ磁束を発生させる。これにより管路２２内部に流れる磁性粒体Ｍ３は図上矢印の向きに引き寄せられる。この際、第一ステータ１３Ｕは、接続管路２２３に位置する磁性粒体Ｍ３を引き寄せ、また、第三ステータ１３Ｗ及び第六ステータ１３Ｗ’は、漏れ磁束の影響下ではなくなった第二ステータ１３Ｖ及び第五ステータ１３Ｖ’の直上に位置する磁性粒体Ｍ３を引き寄せる作用をすることで、磁性粒体Ｍ３は管路２２内を反時計回りに運動する。
【0056】
図７（ｂ）の時、モータは図２（ａ）のときと略同様にして各ステータが外周方向に漏れ磁束を発生させる。これにより管路２２内部に流れる磁性粒体Ｍ３は図上矢印の向きに引き寄せられる。この際、第一ステータ１３Ｕは、接続管路２２３に位置する磁性粒体Ｍ３を引き寄せ、また、第四ステータ１３Ｕ’は、漏れ磁束の影響下ではなくなった第三ステータ１３Ｗの直上に位置する磁性粒体Ｍ３を引き寄せる作用をすることで、磁性粒体Ｍ３は管路２２内に反時計回りに運動する。
好ましくは、永久磁石１２と、磁性粒体Ｍ３との動きが同期するように回転するように、非磁性粒体Ｍ４を配置する。
好ましくは、永久磁石１２と、磁性粒体Ｍ３との動きが同期するように回転するように、非磁性粒体Ｍ４を配置する。
【0057】
このような作用が繰り返されることによって、磁性粒体Ｍ３は、管路２２を反時計回りに運動し、それに伴って非磁性流体Ｍ２が反時計回りに流動する。本実施形態においては、磁性粒体Ｍ３の間に非磁性粒体Ｍ４が設けられるため、より適切に動作しやすくなる。
なお、漏れ磁束によって時計回りに磁性粒体Ｍ３を引き寄せる作用が部分的に発生するが、第一の実施形態で述べた作用に加えて本実施形態では漏れ磁束の影響が及ばなくなった位置において非磁性粒体Ｍ４が直上にある状態になり、時計回りに移動させる作用が磁性粒体Ｍ３に及びにくくなる。
なお、漏れ磁束によって時計回りに磁性粒体Ｍ３を引き寄せる作用が部分的に発生するが、第一の実施形態で述べた作用に加えて本実施形態では漏れ磁束の影響が及ばなくなった位置において非磁性粒体Ｍ４が直上にある状態になり、時計回りに移動させる作用が磁性粒体Ｍ３に及びにくくなる。
【0058】
フィン２４は、外気に対する表面積を幅広にとって放熱を促進する金属部材であり、放熱管路２２２に設けられているか、外環部２１の外周面に放熱管路２２２と近接して設けられている。また、熱伝導率が高い物質を介して接続されて設けられている。
【0059】
なお、第二の実施形態において、磁気遮蔽部２１１を設けず、接続管路２２３を交差させ、吸熱管路２２１と対向位置にある放熱管路２２２とを接続することで、放熱管路２２２内側の磁性粒体Ｍ３に漏れ磁束の影響を及ぼして回転させる構成としてもよい。
【0060】
使用者は、モータ１をバルク２に嵌め込んで取り付け、モータ１を駆動させることによって所定の漏れ磁束を発生させ、管路２２内部の冷媒Ｍの流れを起こす。
これによって、使用者は、効率的な冷却を可能とするとともに、耐久性に優れる熱交換器を提供することができるようになる。さらに本実施形態においては、管路２２の長さを短縮して全体のサイズを縮小するとともに、管路２２における高さの変化を最小限にすることで効率的な熱輸送を可能とする。
これによって、使用者は、効率的な冷却を可能とするとともに、耐久性に優れる熱交換器を提供することができるようになる。さらに本実施形態においては、管路２２の長さを短縮して全体のサイズを縮小するとともに、管路２２における高さの変化を最小限にすることで効率的な熱輸送を可能とする。
【0061】
《第三の実施形態》
以下、図８を用いて本発明の第三の実施形態について説明を行う。なお、第一の実施形態と同様の構成については同一の符号を用いて説明を省略する。
本実施形態に係る熱交換器Ｘは、回転する磁性体を内部に有するモータ１と、モータ１の周囲を取り囲む管路２２と、によって構成される。すなわち、管路２２がモータ１の周囲を直接取り囲む。図８は、本実施形態に係る管路２２をモータ１に取り付けた状態における斜視図を表している。
以下、図８を用いて本発明の第三の実施形態について説明を行う。なお、第一の実施形態と同様の構成については同一の符号を用いて説明を省略する。
本実施形態に係る熱交換器Ｘは、回転する磁性体を内部に有するモータ１と、モータ１の周囲を取り囲む管路２２と、によって構成される。すなわち、管路２２がモータ１の周囲を直接取り囲む。図８は、本実施形態に係る管路２２をモータ１に取り付けた状態における斜視図を表している。
【0062】
管路２２は、吸熱管路２２１と、放熱管路２２２と、接続管路２２３を有している。ここにおいて、吸熱管路２２１は若干の可撓性を有し、モータ１のケースの外周面に直接巻き回して設けられている。これにより吸熱管路２２１とステータ１３との距離を狭め、漏れ磁束を補足しやすくする。
【0063】
図８（ａ）に記載の実施形態においては、モータ１の側面を吸熱管路２２１がとぐろ状に複数周巻きついて取り囲む。これによって、モータ１と吸熱管路２２１との間の接触面積を増加させ熱吸収の効率を上げるとともに、モータ１からの漏れ磁束の補足量を増やし、内部の磁性体をより効率的に流すことができる。なお、吸熱管路２２１は、モータ１の回転軸心１１に対して傾斜をつけて巻き付けても良い。
【0064】
図８（ｂ）に記載の実施形態においては、モータ１の側面に巻き付く複数の吸熱管路２２１と、吸熱管路２２１に比べて大径の放熱管路２２２と、放熱管路２２２に流れる冷媒Ｍを複数の吸熱管路２２１に分流して接続する供給接続管路２２４と、複数の吸熱管路２２１に流れる冷媒Ｍを合流して放熱管路２２２に接続する排出接続管路２２５によって構成されている。これによって、モータ１と吸熱管路２２１との間の接触面積を増加させ熱吸収の効率を上げるとともに、モータ１からの漏れ磁束の補足量を増やし、内部の磁性体をより効率的に流すことができる。なお、吸熱管路２２１は、モータ１の外周面に対して扁平な形状となるようにしてもよい。
【0065】
使用者は、図８のように、モータ１を管路２２が形成する円筒の内側に嵌め込んで取り付け、モータ１を駆動させることによって所定の漏れ磁束を発生させ、管路２２内部の冷媒Ｍに流れを起こす。これによって、使用者は、モータ１の効率的な冷却を可能とするとともに、耐久性に優れる熱交換器を提供することができるようになる。さらに本実施形態においては、吸熱管路２２１の取り付け部分を変形させることができるため、嵌め込みやすくなるとともに、密着性を上昇させて熱交換の効率を上げることができる。
【0066】
なお、第一の実施形態～第三の実施形態に記載の各要素を適宜抜き出して、それぞれを組み合わせる構成としてもよい。
【符号の説明】
【0067】
１ モータ
１１ 回転軸心
１２ 永久磁石
１３ ステータ
１３１ 巻き付け芯
１３２ 線材
１４ コントローラー
２ バルク
２１ 外環部
２１１ 磁気遮蔽部
２２ 管路
２２１ 吸熱管路
２２２ 放熱管路
２２３ 接続管路
２２４ 供給接続管路
２２５ 排出接続管路
２３ 逆止弁
２３１ テスラバルブ
２３２ スイッチ
２４ フィン
３ オイルクーラー
Ｍ 冷媒
Ｍ１ 磁性流体
Ｍ２ 非磁性流体
Ｍ３ 磁性粒体
Ｍ４ 非磁性粒体
Ｘ 熱交換器
１１ 回転軸心
１２ 永久磁石
１３ ステータ
１３１ 巻き付け芯
１３２ 線材
１４ コントローラー
２ バルク
２１ 外環部
２１１ 磁気遮蔽部
２２ 管路
２２１ 吸熱管路
２２２ 放熱管路
２２３ 接続管路
２２４ 供給接続管路
２２５ 排出接続管路
２３ 逆止弁
２３１ テスラバルブ
２３２ スイッチ
２４ フィン
３ オイルクーラー
Ｍ 冷媒
Ｍ１ 磁性流体
Ｍ２ 非磁性流体
Ｍ３ 磁性粒体
Ｍ４ 非磁性粒体
Ｘ 熱交換器
【図1】
【図2】
【図3】
【図4】
【図5】
【図6】
【図7】
【図8】
