JP2009022080A - 回転電動機およびその伝熱構造 - Google Patents

Abstract

【課題】 放熱冷却効果のよい回転電動機を提供すること。
【解決手段】 電機子鉄心のヨーク部１１とティース部１２が分割されて形成される分割鉄心を有する回転電動機で、ヨーク部１１に熱伝導性材の伝熱構造１４が装着され、その回りを絶縁材料により封止したステータ２１構造であり、伝熱構造１４は、ヨーク部１１端面に密着可能な環状基部と、ヨーク部１１外周に密着可能で環状基部から延設されるプレート部とが一体に形成されている構成とする。
【選択図】 図１

Description

本発明は、回転電動機およびその伝熱構造に係り、特に小形サーボモータ、ＤＣブラシレスモータ、シンクロナスモータ、小形インダクションモータ等の回転電動機の放熱冷却性を従来よりも改善することのできる、回転電動機およびその伝熱構造に関する。

小形サーボモータ、ＤＣブラシレスモータ、小形インダクションモータ等の回転電動機においては従来、電機子鉄心のヨーク部に、別途巻線を施したティース部を挿入して両者を合体させることにより電機子を形成したり、またはヨーク部機能とティース部機能の一体となった電機子鉄心に巻線を施して形成した電機子を、アルミ押し出し成形やアルミダイカスト成形などで形成したケースに挿入したり、もしくは該電機子を絶縁樹脂で一体モールドすることによって、ケース（ステータ）を形成している。

しかし従来、ステータ部の材質が熱伝導度の低い樹脂のみである等の理由により、電機子内部の巻線において発生した熱の放出には、限界がある。電機子内部で発生する熱を取付けフランジ部等の筐体部材に有効に伝達してこれを回転電動機外に効率よく放出することができないと、過熱による電機子の焼損や、回転電動機の寿命短縮化を引き起こすことなる。また、各利用分野において各観点から回転電動機の小形軽量化の需要が増加しているが、回転電動機の小形軽量化にはその冷却放熱技術の確立、向上が大きく関係する。

かかる問題を解決するための技術としては、たとえば、モールドステータ内部の複数箇所に、電機子鉄板の積厚方向に対して電機子鉄心の側面に接触させるように金属棒を埋設し、モールドステータと負荷側エンドブラケットとの対向部に金属棒の端部を露出させて負荷側エンドブラケットの対向部に直接接触させる構造によって、電機子を効果的に冷却することによりモータ全体を効率良く冷却するという提案がなされている（特許文献１）。

特許３７８０１６４号「回転電機」

しかし、製造工程の簡素化およびコストの低減を図り、かつ従来と同等またはそれ以上のモータ冷却効果を得られることが望ましい。このことは、回転電動機の小形軽量化においてはなおさらである。

本発明が解決しようとする課題は、従来技術の状況を踏まえ、より製造工程を簡素化できかつコスト低減可能であり、その上従来技術と同等以上の回転電動機の放熱冷却効果を得ることのできる、回転電動機およびその伝熱構造を提供することである。

本願発明者は上記課題について検討した結果、集熱部がヨーク部の全周に亘って均等に配置された単一の伝熱構造により上記課題が解決可能であることを見出し、本発明に至った。すなわち、上記課題を解決するための手段として本願で特許請求される発明、もしくは少なくとも開示される発明は、以下の通りである。

（１） 電機子鉄心のヨーク部とティース部が分割されて形成される分割鉄心を有する回転電動機において、該ヨーク部に熱伝導性材料からなる伝熱構造が装着され、その回りを絶縁材料により封止したステータ構造であり、該伝熱構造は、該ヨーク部端面に密着可能な環状基部と、該ヨーク部外周に密着可能で該環状基部から延設されるプレート部とが一体に形成されていることを特徴とする、回転電動機。
（２） 前記伝熱構造のプレート部は、櫛の歯状に形成されていることを特徴とする、（１）に記載の回転電動機。
（３） 前記伝熱構造は、金属製または樹脂製であることを特徴とする、（１）または（２）に記載の回転電動機。
（４） 前記伝熱構造の環状基部は、フランジ部と密着可能に形成されていることを特徴とする、（２）または（３）に記載の回転電動機。
（５） 電機子鉄心のヨーク部とティース部が分割されて形成される分割鉄心を有する回転電動機において該ヨーク部に装着可能な伝熱構造であって、該伝熱構造は、熱伝導性材料からなり、該ヨーク部端面に密着可能な環状基部と、該ヨーク部外周に密着可能で該環状基部から延設されるプレート部とが一体に形成されてなることを特徴とする、回転電動機の伝熱構造。

つまり本発明は、ヨーク部の全周に亘って均等に接触可能なように集熱部たるプレート部が設けられた単一の伝熱構造を用いるというものである。本発明に係る伝熱構造は、たとえばアルミニウム等の高熱伝導性素材を用いて、ヨーク部の外周（側面）と端面を覆うようにして一体化形成された構造であり、これをヨーク部に被せて装着し、さらに電気絶縁材により一体成型することによって、電気絶縁性や密封性を保持したまま、コイルで発生する熱を効率良く取り付けフランジ部に伝達することができる。

本発明の回転電動機およびその伝熱構造は上述の様に構成されるため、これによれば、従来技術と比較して、より製造工程を簡素化でき、かつコスト低減が可となる。しかも、その放熱冷却効果は従来技術と同等以上であり、充分な冷却効果が得られる。回転電動機の小形軽量化にも大いに寄与するものである。

つまり本発明により、電機子内で発生する熱を、電気絶縁性や密封性を保持したまま、モータの取り付けフランジに効率良く伝達して機外に逃がすことができ、放熱特性の優れた電機子を構成することができる。それにより、電機子巻線等の温度上昇が抑制され、過熱による電機子焼損、熱劣化による短寿命化を防止することができる。その結果本発明によれば、回転電動機の小形軽量化実現にも大いに寄与することができる。

以下、本発明を図面により詳細に説明する。
図１は、本発明の回転電動機の要部構成を示す半断面図である。図示するように本回転電動機は、電機子鉄心のヨーク部１１とティース部１２が分割されて形成される分割鉄心を有する回転電動機で、ヨーク部１１に熱伝導性材料からなる伝熱構造１４が装着され、その回りを絶縁材料により封止したステータ２１構造であり、伝熱構造１４は、ヨーク部１１端面に密着可能な環状基部と、ヨーク部１１外周に密着可能で環状基部から延設されるプレート部とが一体に形成されていることを、特徴的な構成とする。伝熱構造１４について、さらに説明する。

図２は、本発明の回転電動機の要部構成を示す斜視図、また、
図３は、本発明の回転電動機の要部構成を示す分解斜視図である。これらに図示するように、本発明回転電動機に係る伝熱構造３４は、ヨーク部３１端面に密着可能な環状基部３４Ａと、ヨーク部３１外周に密着可能で環状基部３４Ａから延設されるプレート部３４Ｐとが櫛の歯状に設けられて、一体に形成された構成である。

伝熱構造３４は、回転電動機のヨーク部３１の外周を被覆するように嵌め込まれて装着される。このとき、プレート部３４Ｐがヨーク部３１の外周表面に密着可能なように、伝熱構造３４は形成されている。さらに環状基部３４Ａはヨーク部３１に装着された際、ヨーク部３１端面に密着可能なように、伝熱構造３４は形成されている。また、環状基部３４Ａは、フランジ部と密着可能なように形成されている。

本発明に係る伝熱構造は、たとえばアルミニウム等の高熱伝導性素材を用いて構成する。しかしながらその材質は必ずしも金属製には限定されず、高熱伝導性であれば樹脂でもよく、またその限りにおいて、その他の材料の使用を制限するものではない。

本発明回転電動機に係る伝熱構造１４（図２、３では３４）はこのように構成されるため、巻線１３で発生した熱量はティース部１２、ヨーク部１１、伝熱構造１４の設けられたステータ２１、取り付けフランジ部２２を経由して回転電動機外に効率的に放出される。さらに詳しくは、ヨーク部１１から伝熱構造１４のプレート部（図２、３の３４Ｐ）を介して同環状基部（同３４Ａ）へ伝達され、されにフランジ部２２へと伝達される。

また、ステータ２１に設けられた伝熱構造１４はフランジ部２２と密着しているため、フランジ部２２に伝えられた熱は、効率良く機外へ放熱される。したがって、巻線１３からフランジ部２２までの熱抵抗は小さく、効率良く熱が伝達され、巻線１３の温度上昇は低く抑えられるため、巻線の焼損する危険性が大きく減少し、回転電動機としての寿命も格段に改善し、長期化することができる。

図４、５、６、７はそれぞれ、図２に示した本発明回転電動機の要部構成を示す正面図、右側面図、平面図および背面図である。

本発明に係る伝熱構造のプレート部の構造は、これが、ヨーク部外周に密着可能であり、かつ環状基部から延設されて一体となっているものであれば、すべて該当する。上述の説明に用いた各図では、ヨーク部外周幅方向に設けられた複数の欠切部によって、プレート部は、複数の片による櫛の歯状を形成する構造となっているが、もちろんかかる構成に限定されるものではない。たとえば、欠切部をまったく設けないキャップ状のものであっても、本発明の範囲内である。また、欠切部（片構造）を設ける場合も、その個数、間隔、形状等の具体的設計が、図示する構成に限定されるものではない。しかしながら図示した構造は、実際の製造工程上および製品仕様上、好ましい例である。

回転電動機の小型軽量化は、その放熱冷却技術に大いに依存している。上述の通り本発明は、発熱部から機外への放熱部までの熱回路抵抗を低減でき、小型軽量化された回転電動機においても巻線部等における温度上昇を抑制でき、その結果、絶縁寿命等においても信頼性の高い回転電動機を提供することができるため、関連産業分野において、利用価値が高い発明である。

本発明の回転電動機の要部構成を示す半断面図である。 本発明の回転電動機の要部構成を示す斜視図である。 本発明の回転電動機の要部構成を示す分解斜視図である。 図２に示した本発明回転電動機の要部構成を示す正面図である。 図２に示した本発明回転電動機の要部構成を示す右側面図である。 図２に示した本発明回転電動機の要部構成を示す平面図である。 図２に示した本発明回転電動機の要部構成を示す背面図である。

符号の説明

６…ロータ
１１…ヨーク部
１２…ティース部
１３…巻線
１４…伝熱構造
２１…ステータ
２２…取り付けフランジ部
２３…絶縁材料
３１…ヨーク部
３４…伝熱構造
３４Ａ…環状基部
３４Ｐ…プレート

Claims (5)

1. 電機子鉄心のヨーク部とティース部が分割されて形成される分割鉄心を有する回転電動機において、該ヨーク部に熱伝導性材料からなる伝熱構造が装着され、その回りを絶縁材料により封止したステータ構造であり、該伝熱構造は、該ヨーク部端面に密着可能な環状基部と、該ヨーク部外周に密着可能で該環状基部から延設されるプレート部とが一体に形成されていることを特徴とする、回転電動機。
2. 前記伝熱構造のプレート部は、櫛の歯状に形成されていることを特徴とする、請求項１に記載の回転電動機。
3. 前記伝熱構造は、金属製または樹脂製であることを特徴とする、請求項１または２に記載の回転電動機。
4. 前記伝熱構造の環状基部は、フランジ部と密着可能に形成されていることを特徴とする、請求項２または３に記載の回転電動機。
5. 電機子鉄心のヨーク部とティース部が分割されて形成される分割鉄心を有する回転電動機において該ヨーク部に装着可能な伝熱構造であって、該伝熱構造は、熱伝導性材料からなり、該ヨーク部端面に密着可能な環状基部と、該ヨーク部外周に密着可能で該環状基部から延設されるプレート部とが一体に形成されてなることを特徴とする、回転電動機の伝熱構造。
   

Images