特開 2024-13100 モータユニット

(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】P2024013100

(43)【公開日】2024-01-31

(54)【発明の名称】モータユニット

(51)【国際特許分類】

   H02K 9/00 20060101AFI20240124BHJP

   H02K 9/06 20060101ALI20240124BHJP

【ＦＩ】

H02K9/00 Z

H02K9/06 C

【審査請求】未請求

【請求項の数】6

【出願形態】ＯＬ

(21)【出願番号】P 2022115043

(22)【出願日】2022-07-19

(71)【出願人】

【識別番号】000005326

【氏名又は名称】本田技研工業株式会社

(74)【代理人】

【識別番号】110003281

【氏名又は名称】弁理士法人大塚国際特許事務所

(72)【発明者】

【氏名】内藤 友和

【テーマコード（参考）】

5H609

【Ｆターム（参考）】

5H609BB01

5H609BB18

5H609PP02

5H609PP05

5H609PP06

5H609PP07

5H609QQ02

5H609QQ08

5H609RR51

5H609RR69

(57)【要約】

【課題】モータの冷却性能を向上する技術の提供。
【解決手段】モータユニットは、モータと、前記モータに気体を送風するファンと、前記モータに送風される気体を冷却する磁気冷却手段と、を備え、前記磁気冷却手段は、永久磁石と、前記永久磁石による磁場が印加される第一の位置と、前記第一の位置から離間し磁気熱量効果により温度が低下する第二の位置と、の間を移動する磁性体と、を備え、前記第二の位置は、前記モータと前記ファンとの間に設定されている。
【選択図】図１

【特許請求の範囲】

【請求項1】

モータと、
前記モータに気体を送風するファンと、
前記モータに送風される気体を冷却する磁気冷却手段と、を備え、
前記磁気冷却手段は、
永久磁石と、
前記永久磁石による磁場が印加される第一の位置と、前記第一の位置から離間し磁気熱量効果により温度が低下する第二の位置と、の間を移動する磁性体と、を備え、
前記第二の位置は、前記モータと前記ファンとの間に設定されている、
ことを特徴とするモータユニット。

【請求項2】

請求項１に記載のモータユニットであって、
前記ファンは、前記モータのロータ軸の軸方向に送風し、
前記第二の位置は、前記第一の位置よりも前記ロータ軸の径方向で前記ロータ軸の側に位置している、
ことを特徴とするモータユニット。

【請求項3】

請求項１に記載のモータユニットであって、
前記磁性体は、前記モータの駆動力によって前記第一の位置と前記第二の位置との間とを移動する、
ことを特徴とするモータユニット。

【請求項4】

請求項２に記載のモータユニットであって、
前記磁気冷却手段は、
前記モータの前記ロータ軸の回転運動を、前記磁性体の前記径方向の往復直線運動に変換する変換手段を備える、
ことを特徴とするモータユニット。

【請求項5】

請求項４に記載のモータユニットであって、
前記磁気冷却手段は、
前記永久磁石と前記磁性体との組を複数組備え、
前記複数組は、前記軸方向に対する周方向に配置されている、
ことを特徴とするモータユニット。

【請求項6】

請求項１に記載のモータユニットであって、
前記モータユニットの内部空間を、前記第一の位置の側の空間と、前記第二の位置の側の空間とに仕切る仕切り壁を備える、
ことを特徴とするモータユニット。

【発明の詳細な説明】

【技術分野】

【0001】

本発明はモータを備えたモータユニットに関する。

【背景技術】

【0002】

モータを冷却する技術として、ファンの送風によってモータを冷却する技術が知られている（特許文献１）。

【先行技術文献】

【特許文献】

【0003】

【特許文献1】特願２０１９－１４４５０９

【発明の概要】

【発明が解決しようとする課題】

【0004】

しかし、ファンによるモータの冷却には改善の余地がある。

【0005】

本発明の目的は、モータの冷却性能を向上する技術を提供することにある。

【課題を解決するための手段】

【0006】

本発明によれば、
モータと、
前記モータに気体を送風するファンと、
前記モータに送風される気体を冷却する磁気冷却手段と、を備え、
前記磁気冷却手段は、
永久磁石と、
前記永久磁石による磁場が印加される第一の位置と、前記第一の位置から離間し磁気熱量効果により温度が低下する第二の位置と、の間を移動する磁性体と、を備え、
前記第二の位置は、前記モータと前記ファンとの間に設定されている、
ことを特徴とするモータユニットが提供される。

【発明の効果】

【0007】

本発明によれば、モータの冷却性能を向上する技術を提供することができる。

【図面の簡単な説明】

【0008】

【図1】本発明の一実施形態に係るモータユニットの断面図。

【図2】（Ａ）乃至（Ｄ）は磁気冷却ユニットの動作説明図。

【図3】別の実施形態に係るモータユニットの断面図。

【図4】更に別の実施形態に係るモータユニットの断面図。

【図5】図４の実施形態における磁気冷却ユニットの説明図。

【発明を実施するための形態】

【0009】

以下、添付図面を参照して実施形態を詳しく説明する。尚、以下の実施形態は特許請求の範囲に係る発明を限定するものではなく、また実施形態で説明されている特徴の組み合わせの全てが発明に必須のものとは限らない。実施形態で説明されている複数の特徴のうち二つ以上の特徴が任意に組み合わされてもよい。また、同一若しくは同様の構成には同一の参照番号を付し、重複した説明は省略する。

【0010】

＜第一実施形態＞
図１は本発明の一実施形態に係るモータユニット１の断面図である。モータユニット１は、電動モータＭを備える。モータＭは、ロータ２と、ロータ２を囲むステータ３とを備えたブラシレスモータである。ロータ２は円柱形状の永久磁石２１と、永久磁石２１の中心を通るロータ軸２２とを備える。ステータ３は、ステータコア３１とステータコア３１に巻き回されたコイル３２とを含む。コイル３２に電力を供給することでロータ２が回転する。矢印Ｘはロータ軸２２の軸方向を示し、矢印Ｒはロータ軸２２に対する径方向（Ｘ方向と直交する任意の方向）を示す。

【0011】

モータユニット１は、モータＭに気体を送風するファン４とファン４によってモータＭに送風される気体を冷却する磁気冷却ユニット５とを備える。ファン４は本実施形態の場合、ロータ軸２２に固定されており、Ｘ方向に気体を送風する。本実施形態の場合、気体は空気である。

【0012】

モータユニット１は、中空のハウジング６を備え、モータＭ、ファン４及び磁気冷却ユニット５はハウジング６に収容されている。ハウジング６は、ロータ軸２２と同軸の円筒形状を有する周壁６ａと、周壁６ａのＸ方向の両端部を塞ぐ端板６ｂ、６ｃとを有する。端板６ｂ、６ｃにはそれぞれロータ軸２２を支持する軸受け６４が設けられている。端板６ｂには、外気をハウジング６内に導入する通気口６１が形成されている。端板６ｃには、ハウジング６内の空気を外部に排出する通気口６２が設けられている。周壁６ａにもハウジング６内の空気を外部に排出する通気口６３が設けられている。

【0013】

モータＭを駆動すると、ロータ軸２２と共にファン４が回転する。ファン４の回転による送風で、ハウジング６内にはファン４からモータＭへ向かう気流が生じ、通気口６１を介して外気が矢印Ｄ１で示すようにハウジング６内に導入され、矢印Ｄ２で示すようにハウジング６内から通気口６２を介して空気がハウジング６外へ排出される。この空気の気流によってモータＭが冷却される。

【0014】

磁気冷却ユニット５はファン４からモータＭへ向かう空気を磁気熱量効果を利用して冷却する。これによりモータＭの冷却性能を向上することができる。磁気冷却ユニット５は、一対の永久磁石５１と、磁性体５２と、磁性体５２を移動する移動機構５３とを含む。一対の永久磁石５１は、ハウジング６内においてロータ軸２２からＲ方向に離間した位置において、互いにＸ方向に離間して配置されている。一対の永久磁石５１は、その間の空間にＸ方向の磁場を発生させる。

【0015】

磁性体５２は、例えば、ガドリニウム合金等であり、本実施形態の場合、一例として円柱形状を有している。磁性体５２は、移動機構５３によって位置Ｐ１と、位置Ｐ２との間を移動する。位置Ｐ１では、一対の永久磁石５１の間に磁性体５２が位置し、一対の永久磁石５１による磁場が印加される。位置Ｐ２は位置Ｐ１から離間し、磁性体５２が一対の永久磁石５１の間から脱した位置である。位置Ｐ１と位置Ｐ２とはＲ方向に離間しており、ロータ軸２２から見て位置Ｐ１は位置Ｐ２よりも外側である。磁気熱量効果によって、磁性体５２は位置Ｐ２において温度が低下する。すなわち、磁性体５２は位置Ｐ１において相対的に高温となり、位置Ｐ２において相対的に低温となる。

【0016】

位置Ｐ２は、モータＭとファン４との間に設定されている。ファン４からモータＭへ向かう気流が位置Ｐ２に位置する磁性体５２により冷却され、モータＭへより低温の空気を送風できる。モータＭはその駆動により発熱して常温よりも高くなる一方、位置Ｐ１に比較的して位置Ｐ２はＲ方向でロータ軸２２の側に位置していることから、モータＭに向かう気流が位置Ｐ２において磁性体５２により、より効率よく冷却される。周壁６ａには位置Ｐ１に隣接して通気口６３が形成されているため、位置Ｐ１付近の熱により加温されたハウジング６内の空気は通気口６３を介して外部に排出されやすくなる。こうした位置Ｐ１における磁性体５２の放熱機構によって、位置Ｐ２における磁性体５２の温度をより低温にすることができ、ファン４の気流をより冷却することができる。

【0017】

移動機構５３は、本実施形態の場合、モータＭの駆動力によって磁性体５２を位置Ｐ１と位置Ｐ２との間で往復させる。移動機構５３が固有の駆動源を有していてもよいが、モータＭの駆動力を利用することでモータユニット１のコンパクト化、低コスト化を図れる。本実施形態の移動機構５３は、ロータ軸２２の回転運動を磁性体５２のＲ方向の往復直線運動に変換する変換機構である。

【0018】

具体的には、移動機構５３は、ロータ軸２２に一体に形成されたクランク部５４、コネクティングロッド５５、移動部材５６、及び、シリンダ５８を含む。移動部材５６は磁性体５２を支持する。移動部材５６と磁性体５２とはピストンを構成してシリンダ５８の案内によってＲ方向に往復する。シリンダ５８は円筒形状を有しており、不図示の支持部材を介してハウジング６に支持されている。シリンダ５８は、例えば、アルミニウムや鉄等からなる。シリンダ５８は、磁性体５２から熱を奪う観点で、熱伝導率が高い材料であってもよい。コネクティングロッド５５の一端部には、クランク部５４が挿通する孔が形成されている。コネクティングロッド５５の他端部には、移動部材５６のピストンピン５７が挿通する孔が形成されている。したがってコネクティングロッド５５はクランク部５４に対して回転自在であり、また、移動部材５６に対して回転自在である。

【0019】

図２（Ａ）～図２（Ｄ）は磁気冷却ユニット５の動作説明図であり、図１のＡ方向に磁気冷却ユニット５を見た図である。シリンダ５８は断面形状で図示されている。図２（Ａ）～図２（Ｄ）はロータ軸２２の回転によりクランク部５４が回転し、移動部材５６がＲ方向に往復する様子を表している。図２（Ａ）は磁性体５２が位置Ｐ２に位置している状態を示す。磁性体５２は部分的にシリンダ５８から脱している。図２（Ｂ）は図２（Ａ）の状態からロータ軸２２が９０度回転した状態を示している。磁性体５２が一対の永久磁石５１の側へ移動している。図２（Ｃ）は図２（Ｂ）の状態からロータ軸２２が９０度回転した状態を示している。磁性体５２が一対の永久磁石５１の間に移動しており、位置Ｐ１に到達している。図２（Ｄ）は図２（Ｃ）の状態からロータ軸２２が９０度回転した状態を示している。磁性体５２が位置Ｐ１から位置Ｐ２へ向かう方向に移動している。図２（Ｄ）の状態からロータ軸２２が９０度回転すると、図２（Ａ）の状態に戻る。このように本実施形態ではロータ軸２２が一回転すると、磁性体５２が位置Ｐ１と位置Ｐ２との間を一往復する。

【0020】

このように本実施形態では、磁性体５２がモータＭの回転に伴って、繰り返し位置Ｐ２に移動するので、ファン４からモータＭへ向かう気流をモータＭの駆動中、継続的に冷却することができる。

【0021】

＜第二実施形態＞
構造的に、位置Ｐ１において相対的に高温となった磁性体５２に触れた空気がモータＭに流れにくくしてもよい。図３はその一例を示す。図３のモータユニット１では、ハウジング６の内部に仕切り壁７が設けられている。仕切り壁７はロータ軸２２と同軸の円筒体であり、モータＭ側で大径、ファン４側で小径である。

【0022】

仕切り壁７によって、ハウジング６のモータＭ付近の内部空間は、仕切り壁７の外側の空間７１と、内側の空間７２とに仕切られる。線Ｌは仕切り壁７のファン４側の端部のＲ方向の位置を示しており、位置Ｐ１と位置Ｐ２との間に位置している。したがって、空間７１は位置Ｐ１の側の空間であり、空間７２は位置Ｐ２の側の空間である。

【0023】

ファン４からモータＭへ流れる空気流のうち、位置Ｐ２の磁性体５２と接触して冷却された空気は空間７２に流れやすくなりモータＭの冷却が促進される。一方、ファン４からモータＭへ流れる空気流のうち、位置Ｐ１の磁性体５２と接触して冷却されない空気は空間７１に流れやすくなりモータＭと接触せずにハウジング６の外部へ排出され易くなる。したがって、モータＭの冷却効率を向上できる。

【0024】

＜第三実施形態＞
一対の永久磁石５１、磁性体５２及び移動機構５３を複数組設けてもよい。図４及び図５はその一例を示す。図４は本実施形態のモータユニット１の断面図を示し、図５は図４のＢ方向に磁気冷却ユニット５を見た図であり、シリンダ５８は断面形状で図示されている。矢印Ｃはロータ軸２２に対する周方向を示す。本実施形態の磁気冷却ユニット５は、一対の永久磁石５１、磁性体５２及び移動機構５３を四組備えており、各組はＣ方向に９０度ずつ離間している。

【0025】

四本のコネクティングロッド５５は、共通のクランク部５４に取り付けられている。各組の磁性体５２の往復運動の位相は９０度ずつずれている。図５の例では、時計の文字盤で１２時の位置の組の磁性体５２は位置Ｐ２にあり、６時の位置の組の磁性体５２は位置Ｐ１にある。また、３時の位置の組、及び、９時の位置の組の各磁性体５２は位置Ｐ１と位置Ｐ２との中間の位置にある。第一実施形態の場合と同様に、各磁性体５２はロータ軸２２の一回転すると、位置Ｐ１と位置Ｐ２との間を一往復する。

【0026】

このように本実施形態では、４つの磁性体５２がモータＭの回転に伴って、順次位置Ｐ２に移動するので、ファン４からモータＭへ向かう気流をモータＭの駆動中、連続的に冷却することができる。

【0027】

＜実施形態のまとめ＞
上記実施形態は少なくとも以下のモータユニットを開示している。

【0028】

１．上記実施形態のモータユニット(1)は、
モータ(M)と、
前記モータに気体を送風するファン(4)と、
前記モータに送風される気体を冷却する磁気冷却手段(5)と、を備え、
前記磁気冷却手段(5)は、
永久磁石(51)と、
前記永久磁石による磁場が印加される第一の位置(P1)と、前記第一の位置から離間し磁気熱量効果により温度が低下する第二の位置(P2)と、の間を移動する磁性体(52)と、を備え、
前記第二の位置(P2)は、前記モータ(M)と前記ファン(4)との間に設定されている。
この実施形態によれば、モータの冷却性能を向上する技術を提供することができる。

【0029】

２．上記実施形態では、
前記ファン(4)は、前記モータ(M)のロータ軸(22)の軸方向に送風し、
前記第二の位置(P2)は、前記第一の位置(P1)よりも前記ロータ軸(22)の径方向で前記ロータ軸(22)の側に位置している。
この実施形態によれば、前記モータへの気流を効率よく冷却することができる。

【0030】

３．上記実施形態では、
前記磁性体(52)は、前記モータ(M)の駆動力によって前記第一の位置(P1)と前記第二の位置(P2)との間とを移動する。
この実施形態によれば、前記モータユニットの小型化、低コスト化を図れる。

【0031】

４．上記実施形態では、
前記磁気冷却手段(5)は、
前記モータ(M)の前記ロータ軸(22)の回転運動を、前記磁性体(52)の前記径方向の往復直線運動に変換する変換手段(53)を備え。
この実施形態によれば、前記モータ(M)の駆動力で前記磁性体(52)を繰り返し移動させることができる。

【0032】

５．上記実施形態では、
前記磁気冷却手段(5)は、
前記永久磁石(51)と前記磁性体(52)との組を複数組備え、
前記複数組は、前記軸方向に対する周方向に配置されている。
この実施形態によれば、前記モータの冷却性能を向上できる。

【0033】

６．上記実施形態のモータユニット(1)は、
前記モータユニット(1)の内部空間を、前記第一の位置(P1)の側の空間(71)と、前記第二の位置(P2)の側の空間(72)とに仕切る仕切り壁(7)を備える。
この実施形態によれば、前記モータの冷却効率を向上できる。

【0034】

以上、発明の実施形態について説明したが、発明は上記の実施形態に制限されるものではなく、発明の要旨の範囲内で、種々の変形・変更が可能である。

【符号の説明】

【0035】

１ モータユニット、Ｍ モータ、４ ファン、５ 磁気冷却ユニット

【図1】

【図2】

【図3】

【図4】

【図5】