JP4541035B2 - モータ - Google Patents

Description

本発明は、円周方向に並べた複数の額縁状巻線を絶縁物により固定した筒状のコイルを磁界中に配置し、電流を供給された巻線に加わる電磁力によりコイルを回転させるモータに関する。

図９は、従来の４極モータの正面断面図、図１０は従来のコイルの斜視図である。

軸１０の外側には、隙間Ｇ１を隔てて磁性体の内側ヨーク１１が配置されている。内側ヨーク１１の外側には隙間Ｇ２を隔てて中空円筒状のコイル４が配置されている。

コイル４は被覆銅線等の電導体が巻回された額縁状の４個の巻線３をエポキシ樹脂等の絶縁物（以下、「絶縁物」という。）２により一体に成形したものであり、絶縁物２は、隣接する巻線３間および巻線３の巻芯部３ａに充填されると共に巻線３の表面、裏面および側面を被覆している。コイル４は軸１０の軸線方向の両端で軸１０に固定されている。

コイル４の外側には隙間Ｇ３を隔てて永久磁石１２が配置されている。なお、永久磁石１２は非磁性体のセパレータ１３により４区画に分割されている。永久磁石１２の外側には、磁性体の外側ヨーク１４が配置されている。

そして、巻線３に電流を供給すると、矢印Ａ方向に電流が流れ、コイル４に電磁力が加わって軸１０が回転する。供給された電流により巻線３に熱が発生するが、発生した熱は隙間Ｇ２や隙間Ｇ３の空気を介して外部に伝達される。

モータの特性を維持するためには、コイル４の温度変化を抑える必要がある。しかし、絶縁物２は金属と比べて熱伝導率が小さい（熱を伝えにくい）。このため、巻線３で発生した熱は絶縁物２には余り伝達されず、ほとんどの熱は巻線３から直接、空気に伝導される。すなわち、絶縁物２は熱放出に関して余り寄与しないので、コイル４の温度上昇値が大きくなる。

コイル４で発生する熱を外部に効率よく放出させるための改善策として、絶縁物２部分に熱伝導に優れる金属等（以下、「金属」という。）を配置することが考えられる。このようにすると、コイル４で発生する熱は金属からも放出されるので、コイル４の温度上昇を小さなものにすることが期待できる。

しかし、金属の入れ方によっては、金属の内部に巻線３に流れる電流を打ち消すような渦電流が発生する結果、モータの性能が低下する。そこで、蛇行させた配管を冷却配管として採用することにより、渦電流の発生を防ぐようにしたリニアモータがある（特許文献１）。
特開２００３−２２４９６１号公報

ところで、エポキシ樹脂等の密度が１．２〜１．４ｇ／ｃｍ^３であるのに対し、金属は密度が大きく、エポキシ樹脂等の密度よりも遙かに大きい。すなわち、比較的軽い金属であるアルミニウムであってもその密度は２．７ｇ／ｃｍ^３であり、マグネシウムであってもその密度は２．３ｇ／ｃｍ^３である。このため、絶縁物中に金属を入れると、コイルの慣性モーメントが増大し、モータの応答性能が低下する。また、金属の設置位置が絶縁物中でずれると、コイルのバランスが狂い、コイルの回転に伴ってガタツキが発生する。このため、部品精度だけでなく、高い組み立て精度が要求される。

本発明の目的は、上記した課題を解決し、巻線で発生する熱を効率よく放出させることによりコイルの温度上昇を抑えることができるモータを提供するにある。

上記した課題を解決するため、本発明のモータの基本構造の１つは、円周方向に並べた複数の額縁状巻線を絶縁物により固定した筒状のコイルを磁界中に配置し、電流を供給された前記額縁状巻線に加わる電磁力により前記コイルを回転させるモータにおいて、少なくとも幅方向及び長手方向の何れか一方の端部が前記額縁状巻線に接するか、或いは隙間を小さくして当該額縁状巻線の巻芯部に配置された放熱部材を有し、前記放熱部材は、熱伝導率が前記絶縁物の熱伝導率よりも大きい電導体による棒状部材を等間隔で屈曲させた形状、×字型の形状、または、×字型に縦方向の構造体を設けた形状の何れかの閉ループを作らない形状であることを特徴とする。また、本発明のモータの基本構造のもう１つは、円周方向に並べた複数の額縁状巻線を絶縁物により固定した筒状のコイルを磁界中に配置し、電流を供給された前記額縁状巻線に加わる電磁力により前記コイルを回転させるモータにおいて、熱伝導率が前記絶縁物の熱伝導率よりも大きい電導体による棒状部材を等間隔で屈曲させた形状、×字型の形状、または、×字型に縦方向の構造体を設けた形状の何れかの形状の放熱部材を前記額縁状巻線の巻芯部に対して絶縁物を介して接触させて配置したことを特徴とする。

巻線に発生した熱は絶縁物中の放熱部材から効率よく放出される。コイルの温度上昇が抑制されるので、応答性能を向上させることができると共に、コイルの大きさを変えずに出力を大きくすることができる。

図１は本発明に係る４極モータの正面断面図、図２はコイルの斜視図、図３は放熱部材の断面図であり、図９と同じものまたは同一機能のものは同一の符号を付して重複する説明を省略する。

放熱部材１は、棒状のアルミニウムを等間隔で屈曲させた形状であり、屈曲の間隔をできるだけ小さくして放熱部材の面積を大きくする。放熱部材１は、巻線３で発生した熱が十分に伝わるように、少なくとも幅方向および長手方向の一方の端部が巻線３に接するかあるいは隙間を小さくして（例えば、０．２ｍｍ）巻芯部３ａに配置され、絶縁性の接着材５により巻芯部３ａに配置されている。図３に示すように、放熱部材１は内部に空洞１ａが設けられたパイプ状であり、見かけ上の密度（放熱部材１の単位長さ当たりの重量／空洞部を含む体積）は絶縁物２の密度とほぼ同じである。また、放熱部材１をコイル３に接着している接着剤５の密度も絶縁物２の密度とほぼ同じである。また、接着剤５が内部に入らないようにするため、放熱部材１の両端部は密閉されている。

このように構成された本発明の実施形態に係るモータでは、巻線３に電流が流れると、巻線３に熱が発生する。放熱部材１は巻線３に接触あるいは隣接しているので、発生した熱は巻線３から放熱部材１に容易に伝わる。この場合、放熱部材１の熱伝導率はエポキシ樹脂や接着剤に比べて遙かに大きいので、放熱部材１は巻線３と同程度の温度になり、熱は巻線３と放熱部材１の表面から空気に伝達される。この結果、巻線３の温度上昇は放熱部材１が無い場合よりも抑制される。
また、巻線３に電流が流れると、電磁誘導により、放熱部材１には図２に点線で示す矢印Ｂ方向に渦電流が発生しようとする。しかし、放熱部材１は渦電流の流れるループが形成されない構造であるので、渦電流は発生しない。したがって、モータに生じる電磁力は変化せず、トルクは一定に維持される。

この実施形態では、放熱部材１の見かけ上の密度を絶縁物２とほぼ同じにしたので、例えば長手方向の位置が軸１０の軸線に対して傾いても、軸回りのバランスが崩れることはない。したがって、回転中に放熱部材１に起因する振動が発生することはない。また、コイル４の慣性モーメントも従来と同じにすることができる。

なお、放熱部材１の材料としてアルミニウムを採用したが、マグネシウムを採用してもよい。この場合、熱伝導率が大きく、比重が小さい金属を用いると、コイルの慣性モーメントを小さくできるので、モータの応答性能の向上を図ることができる。

図４は、本発明に係る他のコイルの正面要部断面図である。

図１では、放熱部材１をコイルの外形に合わせるため、表面および裏面を曲面に形成したが、同図に示すように、隙間Ｇ２、Ｇ３を確保できる範囲で表面および裏面を平面にしてもよい。

次に、放熱部材１の変形例について説明する。

図５は、本発明に係る放熱部材１の変形例を適用したコイルの斜視図、図６は放熱部材１の断面図、図７は放熱部材１の平面図であり、図１と同じものまたは同一機能のものは重複する説明を省略する。

図５における放熱部材１は、形状を×字型に形成したものであり、渦電流の流れるループが形成されないので、渦電流の発生を防止することができる。また、放熱部材１が巻芯部３ａの対角線方向に入るので、コイル４の強度を補強することができる。したがって、巻線３に流す電流を増大させて出力トルクを増大させた場合でも、電磁力によってコイル４が変形することを防止できる。なお、この放熱部材１の場合も上記実施例１の場合と同様に中空構造にすると、見かけ上の密度を小さくすることができる。

すなわち、図６（ａ）に示すような空洞１ａを持たせたり、（ｂ）に示すような溝１ｂを設けるようにしてもよい。

また、図７に示すように、放熱部材１に空洞や溝を設けることに代えて、多数の孔１５を設けるようにしてもよい。このようにすると、見かけ上の密度の調整が容易になる。なお、空洞や溝を設けると共に孔１５を設けるようにしてもよい。

図８は、さらに他の変形例を示す放熱部材１の平面図である。この放熱部材１は×字型に縦方向の構造体１ｃを設けたものであり、コイル４の剛性を更に向上させることができる。この場合も、図６に示した空洞や溝を設けることにより見かけ上の密度を調整することができる。

以上説明したように、本発明によれば、放熱部材１の見かけ上の密度を絶縁物と同じにすることができるので、固定位置に関する精度はほとんど要求されない。したがって、組み立てが容易である。

なお、上記では、予め形成されている巻芯部３ａに放熱部材１を挿入して接着するようにしたが、放熱部材１と接着剤により方形の巻芯を形成しておき、この巻芯に巻線３を巻き付け、放熱部材１と巻線３が一体になったものを絶縁物２で一体にしてもよい。

本発明に係る４極モータの正面断面図である。 本発明に係るコイルの斜視図である。 本発明に係る放熱部材の断面図である。 本発明に係るコイルの正面要部断面図である。 本発明に係る放熱部材の変形例を適用したコイルの斜視図である。 本発明に係る放熱部材の断面図である。 本発明に係る放熱部材の平面図である。 本発明に係る放熱部材の平面図である。 従来の４極モータの正面断面図である。 従来のコイルの斜視図である。

符号の説明

１ 放熱部材
２ 絶縁物
３ 巻線
３ａ 巻芯部
４ コイル
１５ 孔

Claims (4)

1. 円周方向に並べた複数の額縁状巻線を絶縁物により固定した筒状のコイルを磁界中に配置し、電流を供給された前記額縁状巻線に加わる電磁力により前記コイルを回転させるモータにおいて、
   少なくとも幅方向及び長手方向の何れか一方の端部が前記額縁状巻線に接するか、或いは隙間を小さくして当該額縁状巻線の巻芯部に配置された放熱部材を有し、
   前記放熱部材は、熱伝導率が前記絶縁物の熱伝導率よりも大きい電導体による棒状部材を等間隔で屈曲させた形状、×字型の形状、または、×字型に縦方向の構造体を設けた形状の何れかの閉ループを作らない形状であることを特徴とするモータ。
2. 円周方向に並べた複数の額縁状巻線を絶縁物により固定した筒状のコイルを磁界中に配置し、電流を供給された前記額縁状巻線に加わる電磁力により前記コイルを回転させるモータにおいて、
   熱伝導率が前記絶縁物の熱伝導率よりも大きい電導体による棒状部材を等間隔で屈曲させた形状、×字型の形状、または、×字型に縦方向の構造体を設けた形状の何れかの形状の放熱部材を前記額縁状巻線の巻芯部に対して絶縁物を介して接触させて配置したことを特徴とするモータ。
3. 前記放熱部材を中空材料で形成することを特徴とする請求項１または２記載のモータ。
4. 前記放熱部材に多数の孔を設けることを特徴とする請求項１または２記載のモータ。

Images