JP2008259383A - ブラシレスモータ - Google Patents

Abstract

【課題】簡単な構造でステータコイルの発熱を低減することができるブラシレスモータを提供する。
【解決手段】ステータケース２ａと、ステータケース２ａに取り付けられるフロントブラケット４と、ステータケース２ａに内装されステータコイル７を巻装してある複数のステータコア２ｂと、フロントブラケット４に支持されステータコア２ｂに対して回転自在に設けられたロータ３とを備えたブラシレスモータ１において、複数のステータコア２ｂのステータコイル７とフロントブラケット４との間に、熱伝導部材１１を介装した。
【選択図】図４

Description

この発明は、ロータとステータとを有するブラシレスモータに関するものである。

一般に、ブラシレスモータは、ステータケースに内嵌固定されたステータと、ステータに対して回転自在に設けられたロータとを有している。
ステータケースは、筒状に形成されたものであって、この筒状部分の内周にステータが内嵌固定されている。また、ステータケースの両端の開口部は、フロントブラケット、及びリアブラケットによってそれぞれ閉塞されている。各ブラケットには、径方向中央にそれぞれベアリングが設けられており、このベアリングにロータのシャフトが回転自在に支持されている。ロータは、シャフトにマグネットが周方向に沿って配置されたものである。

ステータには、巻線を巻装するための略円筒状のステータコアが形成されている。ステータコアには、ステータコアと巻線との絶縁を確実にするための絶縁材から成るインシュレータが装着されている。そして、このインシュレータに巻線が巻回され、ステータコイルが形成されている。巻線の巻き始め端、及び巻き終わり端は、リード線に接続されており、このリード線を介して外部電源と電気的に接続されている。

このようなブラシレスモータにあっては、ステータコイルの高占積化が可能であるが、その構造上ステータコイルからの発熱の放熱性が悪く、モータの温度上昇を抑制することができないため、高トルクを維持することができない。そこで、隣接するステータコア間に冷却用の金属片を配置することによって、ステータ内部で発生する熱の放熱効果を高める技術が提案されている（例えば、特許文献１参照）。
特開平５−３１６７０９号公報

しかしながら、上述の従来技術にあっては、隣接するステータコア間に冷却用の金属片を配置するため、冷却用の金属片を別途設け、且つその金属片をステータケースに接合する必要がある。このため、構造が複雑となり製造コストが大幅に増加するという課題がある。

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、簡単な構造でステータコイルの発熱を低減することができる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に記載した発明は、ステータケースと、前記ステータケースに取り付けられるブラケットと、前記ステータケースに内装され巻線を巻装してある複数のステータコアと、前記ブラケットに支持され前記ステータコアに対して回転自在に設けられたロータとを備えたブラシレスモータにおいて、前記複数のステータコアの前記巻線と前記ブラケットとの間に、熱伝導部材を介装したことを特徴とする。

請求項２に記載した発明は、請求項１記載のブラシレスモータであって、前記ブラケットには、前記各ステータコアに対向する部位に貫通孔が形成されていることを特徴とする。

請求項３に記載した発明は、請求項２記載のブラシレスモータであって、前記ステータコアは、これに対応する貫通孔に臨まされていることを特徴とする。

請求項４に記載した発明は、請求項３記載のブラシレスモータであって、前記貫通孔を伝熱性を有する遮蔽部材で閉塞し、該遮蔽部材と前記複数のステータコアの前記巻線との間に熱伝導部材を介装したことを特徴とする。

本発明によれば、ステータコアに巻装されている巻線とブラケットとの間に、熱伝導部材が介装されているため、巻線の発熱を空気層を介すことなくブラケットへと伝達させることができる。よって、巻線の発熱を効率よく外部へと放熱することができ、巻線の発熱を抑制することができる。

また、本発明によれば、ブラケットの各ステータコアに対向する部位に貫通孔が形成されているため、熱伝導部材を直接外部に露出することができる。このため、より効果的に巻線の発熱を抑制することができる。
ここで、ブラシレスモータは、通常他の装置に取り付け部材を介して取り付けられることが多いが、この部材にブラケットに伝達された巻線の発熱を伝達させることも可能になる。これにより、巻線の放熱効果をさらに高めることができる。

そして、本発明によれば、ステータコアは、これに対応する貫通孔に臨まされていることから、ブラケットと巻線との間の距離を短く設定することができる。すなわち、熱伝導の経路を短くすることができる。このため、巻線の発熱をブラケットに効率よく伝達させることができると共に、熱伝導部材の充填量を低減することができる。よって、コストを抑えつつ巻線の発熱をより効果的に抑制させることができる。

また、本発明によれば、予め貫通孔に熱伝導部材を充填しておき、遮蔽部材で貫通孔を閉塞することでブラシレスモータ内部への塵埃の侵入を防止しつつ巻線の発熱抑制を図ることができる。さらに、例えば、ブラケットを熱伝達率の低い樹脂製とした場合であっても、伝熱性を有する遮蔽部材によって巻線の発熱を外部へと効率よく放熱させることが可能になる。

次に、この発明の第一実施形態を図１〜図６に基づいて説明する。
図１〜図２に示すように、ブラシレスモータ１は、略円筒形状のステータケース２ａに内嵌固定されたステータ２と、ステータ２の内側に回転自在に設けられたロータ３とを有し、ステータケース２ａの一端側（図２（ａ）における右側）に設けられたリアブラケット５と他端側（図２（ａ）における左側）に設けられたフロントブラケット４とで閉塞してある。

ステータケース２ａの開口部には、外周縁側に外径が縮小するように段差部２０が形成されている。
ステータ２は、磁性材料の板材を軸線方向に積層したり、磁性金属粉体を加圧したりすることで形成されたものであって、略円筒状のステータコア２ｂを有し、このステータコア２ｂがステータケース２ａに内嵌固定されている。ステータコア２ｂには、インシュレータ６が外装され、このインシュレータ６の外側から巻線が巻装されて、ステータコイル７（ステータコア２ｂの巻線部）が形成されている。
ロータ３は、段付形状のシャフト３ａに外嵌固定されている略円筒状のマグネット３ｂを備えている。マグネット３ｂは、周方向に磁極が順番に変わるように着磁してある。

ステータケース２ａの一端側に設けられたリアブラケット５は、熱伝達率の高い、例えば、アルミ等によって有底筒状に形成されたものであって、周壁５０とエンド部（端面）５１とで構成されている。
周壁５０の内周縁側には、ステータケース２ａの段差部２０に対応する段差部５２が形成されており、この段差部５２がステータケース２ａの段差部２０に外嵌固定されている。エンド部５１の径方向中央には、ロータ３のシャフト３ａを挿通するための挿通孔５３が形成されている。この挿通孔５３の軸線方向内側には、軸受けハウジング５４が形成されており、ここにシャフト３ａを回転自在に支持する軸受け１０が設けられている。

また、軸受けハウジング５４の外周側には、基盤８が設けられている。この基盤８は、ステータコイル７に外部電力を給電するためのものであって、不図示の外部電源が電気的に接続されている一方、ステータコイル７に巻装された巻線の始点と終点がターミナル８０を介して電気的に接続されている。これにより、外部電源から基盤８へ入力された電流がステータコイル７に通電されるようになっている。

ステータケース２ａの他端側に設けられたフロントブラケット４は、熱伝達率の高い、例えば、アルミ等によって略円盤状に形成されたものであって、外周側には、ステータケース２ａの段差部２０に対応する段差部４１が形成されている。フロントブラケット４は、この段差部４１がステータケース２ａの段差部２０に外嵌されることによって固定されている。
フロントブラケット４の径方向中央には、ボス部４０が形成されている。ボス部４０の径方向中央には、ロータ３のシャフト３ａを挿通するための挿通孔４２が形成されている。この挿通孔４２の軸線方向内側には、シャフト３ａを回転自在に支持する軸受け９が設けられている。

また、フロントブラケット４には、ボス部４０の外周側に複数の貫通孔４ａが同心円、且つ等間隔に形成されている。この貫通孔４ａは、ステータコア２ｂに対向する部位、つまり、ステータコア２ｂの軸線方向略投影面に対応する部位に配置されており、ステータコア２ｂの軸線方向の断面積よりも若干大きくなるように形成されている。

ここで、ステータコイル７のフロントブラケット４側端部７ａ、つまり、ステータコイル７の貫通孔４ａに対応する部位は、貫通孔４ａ内に臨まされている。より詳しくは、フロントブラケット４の貫通孔４ａ内において、ステータコイル７は、このフロントブラケット４側端部７ａがフロントブラケット４の外表面４３よりも内側（図２（ｂ）における右側）、且つフロントブラケット４の内表面４４よりも外側（図２（ｂ）における右側）に位置するようになっている。

図３は、熱伝導部材１１を充填したブラシレスモータ１を示し、（ａ）は斜視図、（ｂ）は正面図である。図４は、熱伝導部材１１を充填したブラシレスモータを示し、（ａ）は片断面図、（ｂ）は要部拡大図である。
図３〜図４に示すように、ステータコイル７のフロントブラケット４側端部７ａには、熱伝導部材１１が貫通孔４ａを閉塞するように充填されている。熱伝導部材１１は、熱伝導率が高く、且つ伸縮性のある樹脂で形成されたものであって、高温時のゲル状のときに外部から貫通孔４ａに向けて充填され、その後硬化させて成るものである。したがって、熱伝導部材１１は、ステータコイル７のフロントブラケット４側端部７ａに十分接触していると共に、貫通孔４ａの内周壁４５全体に接触した状態となっている。尚、熱伝導部材１１の外表面１１ａは、フロントブラケット４の外表面４３と面一となるように形成されている。

図５は、ブラシレスモータ１を取り付け部材１２に取り付けた状態の片断面図である。
同図に示すように、通常、ブラシレスモータ１は、他の装置（不図示）に取り付け部材１２を介して取り付けられることが多い。この場合、この取り付け部材１２にフロントブラケット４を取り付けた状態で使用することがある。取り付け部材１２には、フロントブラケット４のボス部４０に対応する孔１２ａが形成されている。

そして、ブラシレスモータ１は、フロントブラケット４のボス部４０が取り付け部材１２の孔１２ａに嵌り込むようにして固定される。このよう状態でブラシレスモータ１を使用した場合にあっては、ステータコイル７の端部７ａに充填された熱伝導部材１１がフロントブラケット４の外表面４３と面一になるように形成されているため、熱伝導部材１１と取り付け部材１２とが互いに密接した状態になる。

したがって、上述の第一実施形態によれば、熱伝導部材１１がステータコイル７のフロントブラケット４側端部７ａに十分接触していると共に、貫通孔４ａの内周壁４５全体に接触した状態となっているため、ステータコイル７の発熱を空気層を介すことなくフロントブラケット４に伝達させることができる。よって、ステータコイル７の発熱を効率よく外部へと放熱することができ、この結果、ステータコイル７の発熱を抑制することが可能になる。

しかも、図５に示すように、ブラシレスモータ１をフロントブラケット４を取り付け部材１２に取り付けた状態で使用する場合にあっては、熱伝導部材１１がフロントブラケット４に形成されている貫通孔４ａを介して取り付け部材１２に直接密接した状態になる。このため、ブラシレスモータ１の作動時にステータコイル７で生じる発熱が熱伝導部材１１を介して取り付け部材１２に直接伝達させることができ、この取り付け部材１２からも放熱させることができる。すなわち、ステータコイル７の放熱面積がより大きく確保され、ステータコイル７の放熱効果をさらに高めることができる。これに加え、ステータコイル７の発熱はインシュレータ６からステータコア２ｂを介してステータケース２ａに伝達され外部に放出されるルートのほかに、取り付け部材１２へと積極的に放出するルートが設けられることにより、より一層冷却性が向上する。

また、ステータコイル７の端部７ａがフロントブラケット４の貫通孔４ａ内に臨まされていることから、フロントブラケット４とステータコイル７の端部７ａとの間の距離を短く設定することができる。すなわち、熱伝導の経路を短くすることができる。このため、ステータコイル７の発熱をフロントブラケット４に効率よく伝達させることができると共に、熱伝導部材１１の充填量を低減することができる。

尚、この第一実施形態においては、ブラシレスモータ１をフロントブラケット４のボス部４０に対応する孔１２ａが形成されている取り付け部材１２に取り付ける場合について説明したが、図６に示すように、取り付け部材１２にステータケース２ａに対応する孔１２ｂが形成され、この孔１２ｂにブラシレスモータ１のフロントブラケット４全体が嵌り込むような状態で固定されていてもよい。

この場合、フロントブラケット４の外周縁側にフランジ部４ｂを設ける。そして、このフランジ部４ｂを取り付け部材１２に固定させる。
このように構成されたブラシレスモータ１であっても、ステータコイル７で生じる発熱は熱伝導部材１１を介してフロントブラケット４に伝わり、フロントブラケット４のフランジ４ｂから取り付け部材１２に伝達され外部に放出される。しかも、熱伝導部材１１が直接外気に触れるため、より一層冷却性の向上を図ることができる。

次に、この発明の第二実施形態を図１、図２を援用し、図７〜図１２に基づいて説明する。尚、第一実施形態と同一態様には、同一符号を付して説明を省略する。
この第二実施形態において、ブラシレスモータ１は、略円筒形状のステータケース２ａに内嵌固定されたステータ２と、ステータ２の内側に回転自在に設けられたロータ３とを有している点、ステータケース２ａの一端側にリアブラケット５が設けられ、他端側に設フロントブラケット４が設けられている点、フロントブラケット４のステータコア２ｂに対向する部位に貫通孔４ａが形成されている点、ステータコイル７のフロントブラケット４側端部７ａに熱伝導部材１１が充填されている点等の基本的構成は、前述した第一実施形態と同様である。

ここで、この第二実施形態では、図７（ａ）、図７（ｂ）に示すように、フロントブラケット４の貫通孔４ａに熱伝導部材１１が充填され、さらに同じく伝熱性を有する遮蔽部材１３がフロントブラケット４の貫通孔４ａに圧入されている。
具体的には、図９（ａ）、図９（ｂ）に示すように、フロントブラケット４の貫通孔４ａの内周壁４５には、径方向外側から径方向内側に向かって突出する第一受部４ｃと、径方向内側から径方向外側に向かって突出する第二受部４ｄとが形成されている。これら受部４ｃ，４ｄは、遮蔽部材１３が挿入される際の位置決めを行うためのものである。

一方、図１０に示すように、伝熱性を有する遮蔽部材１３は、フロントブラケット４の貫通孔４ａに対応するように形成されたものであって、開口部を有する平面視略矩形の箱状になっている。遮蔽部材１３は、底部１３ｃと、この底部１３ｃから立ち上がるように形成された側壁部１３ｂとで構成されている。側壁部１３ｂの短手方向両側（図１０における左右方向）には、底部１３ｃ側につば部１３ａ，１３ａが外方に向かって突出形成されている。このつば部１３ａは、貫通孔４ａの受部４ｃ，４ｄと勘合時に当接する部分であって、これらつば部１３ａと貫通孔４ａの受部４ｃ，４ｄとによって遮蔽部材１３の位置決めが行われるようになっている。

図８は、熱伝導部材１１を充填し、遮蔽部材１３を勘合したブラシレスモータ１を示し、（ａ）は片断面図、（ｂ）は要部拡大図である。
図８（ａ）、図８（ｂ）に示すように、ステータコイル７のフロントブラケット４側端部７ａには、熱伝導部材１１が充填され、さらに熱伝導部材１１の外側に遮蔽部材１３が貫通孔４ａに、これを閉塞するように圧入固定されている。したがって、熱伝導部材１１は、ステータコイル７のフロントブラケット４側端部７ａに十分接触するとともに、遮蔽部材１３の底部１３ｃと側壁部１３ｂの内側に均一に接触している。また、遮蔽部材１３の側壁部１３ｂの外側は、フロントブラケット４の貫通孔４ａの内周壁４５に圧入固定されているので密接に接合している。尚、遮蔽部材１３は、この遮蔽部材１３を貫通孔４ａに圧入した際、底部１３ｃの外表面１３ｅがフロントブラケット４の外表面４３と面一となるように形成されている。

図１１は、ブラシレスモータ１を取り付け部材１２に取り付けた状態の片断面図である。同図に示すように、ブラシレスモータ１は、フロントブラケット４のボス部４０が取り付け部材１２の孔１２ａに嵌り込むようにして固定される。このよう状態でブラシレスモータ１を使用した場合にあっては、遮蔽部材１３の外表面１３ｅがフロントブラケット４の外表面４３と面一になるように形成されているため、熱伝導部材１１と遮蔽部材１３とが互いに密接した状態になる。

これにより、ブラシレスモータ１の作動時にステータコイル７で生じる発熱は熱伝導部材１１、及び遮蔽部材１３を介して取り付け部材１２に伝達されるルートと、熱伝導部材１１、及び遮蔽部材１３並びにフロントブラケット４を介して取り付け部材１２にも放出される。この際、ステータコイル７の発熱はインシュレータ７からステータコア２ｂを介してステータケース２ａに伝達され外部に放出されるルートのほかに、取り付け部材１２へと積極的に放出するルートが設けられることにより、より一層冷却性が向上する。

したがって、第二実施形態よれば、上述の第一実施形態と同様の効果に加え、予め遮蔽部材１３でフロントブラケット４の貫通孔４ａが閉塞されているため、ブラシレスモータ１単体で流通する際に、ブラシレスモータ１内部への異物の混入を確実に防止することができる。
さらに、フロントブラケット４を例えば熱伝達率の低い樹脂製とした場合であっても、遮蔽部材１３によってステータコイル７の発熱を外部へと効率よく放熱させることが可能になる。

尚、この第二実施形態においては、ブラシレスモータ１をフロントブラケット４のボス部４０に対応する孔１２ａが形成されている取り付け部材１２に取り付ける場合について説明したが、図１２に示すように、取り付け部材１２にステータケース２ａに対応する孔１２ｂが形成され、この孔１２ｂにブラシレスモータ１のフロントブラケット４全体が嵌り込むような状態で固定されていてもよい。

この場合、フロントブラケット４の外周縁側にフランジ部４ｂを設ける。そして、このフランジ部４ｂを取り付け部材１２に固定させる。
このように構成されたブラシレスモータ１であっても、ステータコイル７で生じる発熱は熱伝導部材１１、遮蔽部材１３を介してフロントブラケット４に伝わり、フロントブラケット４のフランジ４ｂから取り付け部材１２に伝達され外部に放出される。しかも、遮蔽部材１３が直接外気に触れるため、より一層冷却性の向上を図ることができる。

尚、本発明は上述した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、上述した実施形態に種々の変更を加えたものを含む。
また、上述の第一実施形態では、ステータコイル７の端部７ａに充填された熱伝導部材１１がフロントブラケット４の外表面４３と面一になるように形成されている場合について説明したが、これに限られるものではなく、熱伝導部材１１がフロントブラケット４の外表面４３よりも外側に向かって膨出していてもよい。この場合、ブラシレスモータ１のフロントブラケット４のボス部４０を取り付け部材１２の孔１２ａに嵌り込むようにして固定した場合（図５参照）にあっては、伸縮性の熱伝導部材１１が圧縮変形し、熱伝導部材１１と取り付け部材１２とがより密接した状態になる。このため、さらに取り付け部材１２に熱を伝達し易くすることができる。

さらに、上述の第二実施形態では、遮蔽部材１３の外表面１３ｅがフロントブラケット４の外表面４３と面一になるように形成されている場合について説明したが、これに限られるものではなく、遮蔽部材１３の外表面１３ｅがフロントブラケット４の外表面４３よりも突出するようにしてもよい。この場合、ブラシレスモータ１のフロントブラケット４のボス部４０を取り付け部材１２の孔１２ａに嵌り込むようにして固定した場合（図１１参照）にあっては、遮蔽部材１３とステータコイル７の端部７ａとの間に充填された熱伝導部材１１が圧縮変形し、遮蔽部材１３がフロントブラケット４側に向かって押圧される。そして、この押圧力によって遮蔽部材１３の熱をさらに取り付け部材１２に伝達し易くすることができる。

そして、上述の実施形態では、ステータコイル７のフロントブラケット４側端部７ａに熱伝導部材１１を設けると共に、フロントブラケット４のステータコア２ｂに対向する部位に貫通孔４ａが形成されている場合について説明した。しかしながら、これに限られるものではなく、例えば、リアブラケット５に代えてフロントブラケット４に基盤８を設けた場合には、ステータコイル７のリアブラケット５側端部に熱伝導部材１１を設けると共に、リアブラケット５のステータコア２ｂに対向する部位に貫通孔４ａを設けてもよい。

また、上述の第一実施形態では、フロントブラケット４に貫通孔４ａを形成した場合について説明したが、これに限られるものではなく、貫通孔４ａを設けずに、フロントブラケット４とステータコイル７のフロントブラケット４側端部７ａとの間に熱伝導部材１１を充填してもよい。この場合でもフロントブラケット４とステータコイル７のフロントブラケット４側端部７ａとの間に空気層が形成されないため、ステータコイル７の発熱を良好にフロントブラケット４に伝達させることができる。

本発明の第一実施形態におけるブラシレスモータを示し、（ａ）は斜視図、（ｂ）は正面図である。 本発明の第一実施形態におけるブラシレスモータを示し、（ａ）は片断面図、（ｂ）は要部拡大図である。 本発明の第一実施形態における熱伝導部材を充填したブラシレスモータを示し、（ａ）は斜視図、（ｂ）は正面図である。 本発明の第一実施形態における熱伝導部材を充填したブラシレスモータを示し、（ａ）は片断面図、（ｂ）は要部拡大図である。 本発明の第一実施形態におけるブラシレスモータを取り付け部材に取り付けた状態の片断面図である。 本発明の第一実施形態におけるブラシレスモータを取り付け部材にフランジにて取り付けた状態の片断面図である。 本発明の第二実施形態における熱伝導部材を充填し、遮蔽部材を勘合するブラシレスモータを示し、（ａ）は組付け図、（ｂ）は組付け後の斜視図である。 本発明の第二実施形態における熱伝導部材を充填し、遮蔽部材を勘合したブラシレスモータを示し、（ａ）は片断面図、（ｂ）は要部拡大図である。 本発明の第二実施形態におけるフロントブラケットを示し、（ａ）は斜視図、（ｂ）は要部拡大図である 本発明の第二実施形態における遮蔽部材の斜視図である。 本発明の第二実施形態におけるブラシレスモータを取り付け部材に取り付けた状態の片断面図である。 本発明の第二実施形態におけるブラシレスモータを取り付け部材にフランジにて取り付けた状態の片断面図である。

符号の説明

１ ブラシレスモータ
２ａ ステータケース
２ｂ ステータコア
３ ロータ
４ フロントブラケット（ブラケット）
７ ステータコイル（巻線）
４ａ 貫通孔
１１ 熱伝導部材
１３ 遮蔽部材

Claims (4)

1. ステータケースと、
   前記ステータケースに取り付けられるブラケットと、
   前記ステータケースに内装され巻線を巻装してある複数のステータコアと、
   前記ブラケットに支持され前記ステータコアに対して回転自在に設けられたロータとを備えたブラシレスモータにおいて、
   前記複数のステータコアの前記巻線と前記ブラケットとの間に、熱伝導部材を介装したことを特徴とするブラシレスモータ。
2. 請求項１記載のブラシレスモータであって、
   前記ブラケットには、前記各ステータコアに対向する部位に貫通孔が形成されていることを特徴とするブラシレスモータ。
3. 請求項２記載のブラシレスモータであって、
   前記ステータコアは、これに対応する貫通孔に臨まされていることを特徴とするブラシレスモータ。
4. 請求項３記載のブラシレスモータであって、
   前記貫通孔を伝熱性を有する遮蔽部材で閉塞し、
   該遮蔽部材と前記複数のステータコアの前記巻線との間に熱伝導部材を介装したことを特徴とするブラシレスモータ。

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