JP5931460B2 - アウターロータ型ブラシレスモータ - Google Patents

Description

この発明は、アウターロータ型ブラシレスモータに関するものである。

一般に、アウターロータ型ブラシレスモータは、ステータとステータの外側に回転自在に配置されたロータとを備える。ステータはステータコアとコイルとを備え、ステータコアは略円環形状のコア本体と、コア本体の外壁に一体的に形成された複数のティースより形成され、コイルはステータのティースに巻装されている。また、ロータはロータ本体とマグネットとを備え、ロータ本体は筒部および筒部の開口を塞ぐ底部により略有低円筒形状に形成されるとともに、ステータコアの一方の側面側からステータを囲んで回転自在に配置され、マグネットはステータに対向してロータ本体の筒部の内壁に設けられる。

このようなアウターロータ型ブラシレスモータは、インナーロータ型に比べてマグネットの体積を大きくすることが可能であり、モータの有効磁束を高くすることが可能である。そのため、アウターロータ型ブラシレスモータは、インナーロータ型に対し単位体積当たりの出力性能が高く、小型かつ低コストとなる特長を有する。そして、上記の特長が活かせる適用例として、電気自動車または電気二輪車の駆動用モータが考えられる。

ここで、電気自動車等の駆動用モータは、自動車等の補機類に用いられる小型のモータ（例えば、ワイパモータやパワーウィンドウモータ）に比べて出力が大きい。一般的に電気二輪車の駆動用モータの定格出力は数ｋWであり、電気自動車の駆動用モータの定格出力は数十ｋWである。そのため、モータの効率が仮に９０％である場合、電気二輪車では数百Wレベル、電気自動自動車では数ｋWレベルの高いレベルの熱損失があり、この高いレベルの熱損失により駆動用モータは発熱し、この発熱により駆動用モータは高温となってしまう。

そのため、電気自動車等の駆動用モータは、常時冷却される必要がある。そして、冷却する方式として「水冷方式」と「空冷方式」がある。

ここで、「水冷方式」では、冷却水をモータに供給する配管、熱交換機、および冷却水を循環させるためのポンプが必要となり、部品点数が多く構造が複雑であり、コストが高くなる課題がある。

また、「空冷方式」には１）「自然空冷方式」と２）「強制空冷方式」とがある。ここで、１）「自然空冷方式」は、構造はシンプルであるが放出する熱量が小さいという課題がある。一方、２）「強制空冷方式」は、例えば、特許文献１に示すように、モータケースに通気孔が形成されるとともに、モータに設けられたファンにより通気孔を介して外気をモータケース内に導入し、導入された外気によりモータを冷却する方式である。上述のように、２）「強制空冷方式」は、外気をモータケース内に導入する方式であるため、ケース内に水や埃等が流入するおそれがある。

特開２００４−２７４９０７号公報（開放型）

そこで、この発明は、上述した事情に鑑みてなされたものであって、部品点数が少なく構造がシンプルであり、かつ、防水および防塵性に優れるとともに、高い冷却性能を有するアウターロータ型ブラシレスモータを提供するものである。

上記の課題を解決するために、請求項１に記載されたアウターロータ型ブラシレスモータは、ステータおよびロータと、ステータおよびロータを内包するモータケースを備える。ここで、ステータは、複数のティースが一体的に形成された略円環形状のコア本体を有するステータコアと、ステータコアのティースに巻装された複数のコイルとを有する。また、ロータは、筒部およびこの筒部の開口を塞ぐ底部により略有底円筒形状に形成され、ステータコアの一方の側面側からステータを囲んで回転自在に配置されるロータ本体と、ステータに対向してこのロータ本体の筒部の内側に設けられたマグネットとを有する。そして、このアウターロータ型ブラシレスモータでは、上記のモータケースは、略円環形状に形成されロータの径方向外側に配置されるケース本体と、略円環形状に形成され少なくとも一部がステータの径方向内側に配置され、ケース本体の一方の周端部に一体的に連結されたステータ取付部材と、を有する。さらに、モータケースはステータおよびロータを略密封した状態で内包し、ステータのコア本体は前記ステータ取付部材の外壁に一体的に取り付けられていることを特徴とする。

請求項１に記載されたアウターロータ型ブラシレスモータは、複数のティースが一体的に形成された略円環形状のコア本体を有するステータコアと、ステータコアのティースに巻装された複数のコイルとを有するステータと、筒部および筒部の開口を塞ぐ底部により略有底円筒形状に形成され、ステータコアの一方の側面側からステータを囲んで回転自在に配置されるロータ本体と、ステータに対向してロータ本体の筒部の内側に設けられたマグネットとを有するロータと、ロータの径方向外側に配置されるケース本体と、少なくとも一部がステータの径方向内側に配置され、ケース本体の一方の周端部に連結され、外壁にステータのコア本体が取り付けられるステータ取付部材と、ケース本体の他方の周端部に取り付けられた第１の蓋部材と、ケース本体と第１の蓋部材とで構成され、ステータおよびロータを略密封した状態で内包するモータケースと、ケース本体の外壁に設けられた複数の第１の放熱フィンと、ロータ本体に連結され、モータケースから外側に向けて回転部が突出するモータ軸と、を備えたアウターロータ型ブラシレスモータにおいて、回転部は、モータ軸と一体に回転するアウターファンを備え、アウターファンは、第１の放熱フィンの径方向内側に設けられ、アウターファンの径方向外側と第１の放熱フィンの軸方向の一端の径方向内側とが対向し、アウターファンは径方向外側に向かって外気を送風することを特徴とするアウターロータ型ブラシレスモータである。

ここで、ステータはコイルを流れる電流により発熱する発熱体であり、発熱体であるステータがステータ取付部材に一体的に取り付けられていることにより、ステータでの発熱は効果的にステータ取付部材に伝熱される。また、ステータ取付部材はロータの径方向外側に配置されたケース本体に一体的に連結されているため、ステータ取付部材に伝熱されたステータからの熱は効果的にケース本体に伝達され、ケース本体から外気に向けて有効に放出される。このように、ステータでの発熱は、ステータ取付部材からケース本体に効果的に伝熱されるとともに、ケース本体から外気に向けて有効に放出されるため、請求項１に記載のブラシレスモータは、高い冷却性能を有する。

また、請求項１に記載のブラシレスモータは、水冷方式ではなく空冷方式を採用しているため、冷却水をモータに供給する配管、熱交換機、および冷却水を循環させるためのポンプが不要であり、部品点数が少なく構造がシンプルである。さらに、請求項１に記載のブラシレスモータは、モータケースによりステータおよびロータが略密封した状態で内包されており、防水性および防塵性に優れている。

次に、請求項２に記載されたアウターロータ型ブラシレスモータは、請求項１に記載されたアウターロータ型ブラシレスモータにおいて、モータケースのケース本体の内壁に一体的に設けられた複数の吸熱フィンを備えることを特徴とする。請求項２に記載されたブラシレスモータは、ステータおよびロータを内包するモータケースにおいてケース本体の内壁に一体的に設けられた複数の吸熱フィンを備える。請求項２に記載されたブラシレスモータは、この複数の吸熱フィンによりケース内の熱が効果的にケース本体に伝達され、さらに高い冷却性能を有する。

次に、請求項３に記載されたアウターロータ型ブラシレスモータは、請求項２に記載されたアウターロータ型ブラシレスモータにおいて、ロータ本体の底部には複数の通気孔が周方向に形成されるとともに、底部に設けられ通気孔を挿通する内気の流れを形成するインナーファンを備えることを特徴とする。

請求項３に記載されたブラシレスモータは、ステータコアの一方の側面に対向して配置されるロータ本体の底部に通気孔が形成されるとともに、この底部には通気孔を挿通する内気の流れを形成するインナーファンが設けられている。ここで、挿通孔が形成される底部は、コイルが巻装されたティースの一方の側面に対向して配置されているため、インナーファンにより形成された内気の流れは、ティースに巻装された発熱源であるコイル間に軸方向に導入される。そして、コイル間に導入された内気はロータの径方向外側へと軸方向に導入され、内気の流れはコイル間とロータの径方向外側を循環する流れとなる。このように循環する内気の流れにより、発熱源であるコイルの熱はロータの径方向外側に配置されたケース本体に効果的に伝達される。そのため、請求項３に記載されたブラシレスモータは、さらに高い冷却性能を有する。

請求項５に記載されたブラシレスモータは、モータ軸とともに回転するアウターファンがモータケースの外側に設けられており、このアウターファンにより外気がモータケースの外側に一体的に形成された第１の放熱フィンに吹き付けられる。このように外気が第１の放熱フィンに吹き付けられることにより、ステータからモータケースに伝達された熱が効果的にモータ外部に放出される。そのため、請求項５に記載されたブラシレスモータは、さらに高い冷却性能を有する。

次に、請求項４に記載されたアウターロータ型ブラシレスモータは、請求項３に記載されたブラシレスモータにおいて、モータケースは、略円盤状に形成されケース本体の他方の周端部に取り付けられた第１の蓋部材を備え、第１の蓋部材の外壁には複数の第２の放熱フィンが形成されていることを特徴とする。請求項６に記載されたブラシレスモータは、ケース本体の開口である他方の周端部を塞ぐ第１の蓋部材を備えており、この第１の蓋部材の外壁には、ケース本体から第１の蓋部材に伝達された熱をモータ外部に効果的に放出するための第２の放熱フィンが形成されている。そのため、請求項６に記載されたブラシレスモータは、さらに高い冷却性能を有する。

本発明によれば、部品点数が少なく構造がシンプルであり、かつ、防水および防塵性に優れるとともに、高い冷却性能を有するアウターロータ型ブラシレスモータを提供することができる。

本発明の実施形態におけるブラシレスモータの縦断面図である。 図１において視点Ａから見たブラシレスモータの底面図である。 図１において視点Ｂから見たブラシレスモータの正面図である。

次に、この発明の実施形態におけるアウターロータ型ブラシレスモータ１を図１、図２、および図３に基づいて説明する。ここで、図１は本発明の実施形態におけるブラシレスモータ１の縦断面図である。また、図２は図１において視点Ａから見たブラシレスモータ１の底面図であり、図３は図１において視点Ｂから見たブラシレスモータ１の正面図である。

図１に示すように、アウターロータ型ブラシレスモータ１は、ステータ２０およびロータ３０と、ステータ２０およびロータ３０を略密封した状態で内包するモータケース１０と、モータ軸４０と、インナーファン７０およびアウターファン８０と、を主に備える。

ステータ２０は、ステータコア２１と、インシュレータ２２と、複数のコイル２３と、を備え、ステータコア２１は複数の鋼板を積層して形成され、略円環形状に形成されたコア本体２１ａと、コア本体２１ａの外壁に径方向外側に向けて放射状に一体的に形成された複数のティース２１ｂと、を備える。そして、コイル２３は、マグネットワイヤＷより形成され、ステータコア２１のティース２１ｂの両側端に装着されたインシュレータ２２の外側から各ティース２１ｂに集中巻により巻装されている。また、コイル２３には外部のドライバ装置（図示せず）から動力線Ｌ１により駆動電流が供給される。

ロータ３０は、アルミ材より形成されたロータ本体３１と、複数の鋼板を積層して形成されたバックヨーク３４と、周方向に交互に異なる磁極が形成されたマグネット３５と、を備える。

ロータ本体３１は、ステータ２０の径方向外側に配置される筒形状の筒部３２と、筒部３２の開口を塞ぐとともにステータコア２１の一方の側面２１ｃに対向して配置される円盤形状の底部３３と、を備え、ステータコア２１の一方の側面２１ｃ側からステータ２０を囲んでモータ１内おいて回転自在に配置される。

そして、バックヨーク３４はロータ本体３１の筒部３２の内壁に設けられ、マグネット３５はステータ２０に対向してロータ本体３１の筒部３２の内側にてバッグヨーク３４の内壁に取り付けられている。

次に、ブラシレスモータ１のモータケース１０について説明する。図１に示すように、モータケース１０は、ケース本体１１と、ステータ取付部材１２と、第１の蓋部材としてのフロントカバー１３と、第２の蓋部材としてのエンドカバー１４と、を備え、ステータ２０およびロータ３０を略密封した状態にて内包する。

ケース本体１１およびステータ取付部材１２は、アルミ材より一体的に形成される。ここで、ケース本体１１は、略円環形状に形成されるとともにロータ３０の径方向外側に配置され、ステータ取付部材１２は、略円環形状に形成されるとともに少なくとも一部である円筒形状の取付部１２ｂがステータ２０の径方向内側に配置される。そして、ステータ取付部材１２は、ケース本体１１の一方の周端部１１ｃに一体的に連結された構造となっており、ステータ取付部材１２の取付部１２ｂの外壁１２ａには、ステータ２０のコア本体２１ａが、ボルトＳ１により一体的に取り付けられている。

そして、図１および図２に示すように、空冷構造としてケース本体１１において外気と
接触する外壁１１eには、複数の第１の放熱フィン１１ａが周方向に略等間隔にて軸方向に配列された状態にて一体的に形成されている。また、ケース本体１１において内気と接触する内壁１１ｆには、複数の吸熱フィン１１ｂが周方向に略等間隔にて軸方向に配列された状態にて一体的に形成されている。また、ケース本体１１の一方の周端部１１ｃには、ケース本体１１の外側からエンドカバー１４が一体的に取り付けられている。

また、図１および図３に示すように、ケース本体１１の開口である他方の周端部１１ｄには、ケース本体１１の外側から略円盤形状のフロントカバー１３がネジＳ２により一体的に取り付けられている。そして、フロントカバー１３によりケース本体１１の他方の周端部１１ｄにより形成される開口が塞がれている。また、フロントカバー１３において外気と接触する外壁１３ｂには、放射方向に複数の第２の放熱フィン１３ａが一体的に形成されている。

次に、図１に基づきブラシレスモータ１に備わるモータ軸４０について説明する。モータ軸４０は、略棒状に形成され、フロントカバー１３に設けられた軸受けＢ１およびステータ取付部材１２に設けられた軸受けＢ２により回転自在に軸支されている。ここで、モータ軸４０の一方の端部である出力部４１は、フロントカバー１３側からモータ１の外部に向けて突出し、モータ軸４０の他方の端部である回転部４２はステータ取付部材１２からモータ１の外部に向けて突出している。そして、モータ軸４０に一体形成された円盤形状のフランジ部４３がネジＳ３によりロータ本体３１に取り付けられている。

また、図１に示すように、ステータ取付部材１２とエンドカバー１４により形成された空間には、リングマグネット５１が取り付けられた回転部材５０と、回転検出素子６１が備えられた回転検出基板６０と、が設けられている。回転部材５０は、モータ軸４０の回転部４２に一体的に取り付けられ、回転検出素子６１はリングマグネット５１に対向した位置に配置されている。そして、リングマグネット５１には周方向に交互に異なる磁極が形成されており、回転検出素子６１で検出されるモータ軸４０の回転情報は、回転検出基板６０からセンサ線Ｌ２により外部のドライバ装置（図示せず）に供給される、

ここで、図１に示すように回転部材５０および回転検出基板６０を覆うエンドカバー１４と、回転部材５０との隙間部分はラビリンスシール構造ＬＳとなっており、このラビリンスシール構造ＬＳにより、回転部材５０および回転検出基板６０の防水および防塵性が保たれている。

最後に、図１および図２に基づきブラシレスモータ１に備わるインナーファン７０およびアウターファン８０について、順に説明する。図１に示すように、ロータ本体３１の底部３３には複数の通気孔３３ａが周方向に形成されている。そして、この通気孔３３ａを挿通する内気の流れを形成するインナーファン７０が、底部３３の上面に一体的に取り付けられている。また、モータ軸４０の回転部４２におけるファン取付部４６にはアウターファン８０がナットＮにより一体的に取り付けられている。そして、アウターファン８０により、ケース本体１１に形成された第１の放熱フィン１１ａに外気が吹き付けられる。

なお、本発明は上述の実施形態に限られるものではなく、本発明の趣旨を逸脱しない範囲において、上述の実施形態に種々の変更を加えたものを含む。

１ アウターロータ型ブラシレスモータ
１０ モータケース
１１ ケース本体
１１ａ 第１の放熱フィン
１１ｂ 吸熱フィン
１１ｃ 一方の周端部
１１ｄ 他方の周端部
１１ｅ 外壁
１１ｆ 内壁
１２ ステータ取付部材
１２ａ 外壁
１２ｂ 一部（取付部）
１３ 第１の蓋部材（フロントカバー）
１３ａ 第２の放熱フィン
１３ｂ 外壁
１４ 第２の蓋部材（エンドカバー）
２０ ステータ
２１ ステータコア
２１ａ コア本体
２１ｂ ティース
２１ｃ 一方の側面
２２ インシュレータ
２３ コイル
３０ ロータ
３１ ロータ本体
３２ 筒部
３３ 底部
３３ａ 通気孔
３４ バックヨーク
３５ マグネット
４０ モータ軸
４１ 出力部
４２ 回転部
４３ フランジ部
４４ 軸受部
４５ 軸受部
４６ ファン取付部
５０ 回転部材
５１ リングマグネット
６０ 回転検出基板
６１ 回転検出素子
７０ インナーファン
８０ アウターファン
Ｓ１ ボルト
Ｓ２ ネジ
Ｓ３ ネジ
Ｎ ナット
Ｌ１ 動力線
Ｌ２ センサ線
Ｂ１ 軸受け
Ｂ２ 軸受け
ＬＳ ラビリンスシール
Ｗ マグネットワイヤ

Claims (4)

1. 複数のティースが一体的に形成された略円環形状のコア本体を有するステータコアと、 前記ステータコアのティースに巻装された複数のコイルとを有するステータと、筒部および前記筒部の開口を塞ぐ底部により略有底円筒形状に形成され、前記ステータコアの一方の側面側から前記ステータを囲んで回転自在に配置されるロータ本体と、前記ステータに対向して前記ロータ本体の筒部の内側に設けられたマグネットとを有するロータと、前記ロータの径方向外側に配置されるケース本体と、少なくとも一部が前記ステータの径方向内側に配置され、前記ケース本体の一方の周端部に連結され、外壁に前記ステータのコア本体が取り付けられるステータ取付部材と、前記ケース本体の他方の周端部に取り付けられた第１の蓋部材と、前記ケース本体と前記第１の蓋部材とで構成され、前記ステータおよび前記ロータを略密封した状態で内包するモータケースと、前記ケース本体の外壁に設けられた複数の第１の放熱フィンと、前記ロータ本体に連結され、前記モータケースから外側に向けて回転部が突出するモータ軸と、を備えたアウターロータ型ブラシレスモータにおいて、
   前記回転部は、前記モータ軸と一体に回転するアウターファンを備え、前記アウターファンは、前記第１の放熱フィンの径方向内側に設けられ、前記アウターファンの径方向外側と前記第１の放熱フィンの軸方向の一端の径方向内側とが対向し、前記アウターファンは径方向外側に向かって外気を送風することを特徴とするアウターロータ型ブラシレスモータ。
2. 請求項１に記載されたアウターロータ型ブラシレスモータにおいて、
   前記モータケースのケース本体の内壁に一体的に設けられた複数の吸熱フィンを備えることを特徴とするアウターロータ型ブラシレスモータ。
3. 請求項２に記載されたアウターロータ型ブラシレスモータにおいて、
   前記ロータ本体の底部には複数の通気孔が周方向に形成されるとともに、前記底部に設けられ前記通気孔を挿通する内気の流れを形成するインナーファンを備えることを特徴とするアウターロータ型ブラシレスモータ。
4. 請求項３に記載されたアウターロータ型ブラシレスモータにおいて、
   前記第１の蓋部材の外壁には複数の第２の放熱フィンが形成されていることを特徴とするアウターロータ型ブラシレスモータ。

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