JP2009284715A - ブラシレスモータ - Google Patents
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Abstract
【課題】空円筒形状のシャフトの中空部分の内周を有効活用し、シャフトの内周からの排熱を積極的行うことができるコンパクトな形状の冷却手段により、モータの温度の低減を行うことができるブラシレスモータを提供する。
【解決手段】中空円筒形状に形成されシャフト4を有しするブラシレスモータ1のシャフト4の内壁部4cに円環状のファン18が取り付けられる。ファン18は、円環形状の外周部18aと、外周部18aの内径よりも外形の小さい円環形状の内週部18bを有しており、外周部18aと内周部18bの間に複数のフィン18cが配置された構造である。
【選択図】図3
【解決手段】中空円筒形状に形成されシャフト4を有しするブラシレスモータ1のシャフト4の内壁部4cに円環状のファン18が取り付けられる。ファン18は、円環形状の外周部18aと、外周部18aの内径よりも外形の小さい円環形状の内週部18bを有しており、外周部18aと内周部18bの間に複数のフィン18cが配置された構造である。
【選択図】図3
Description
この発明は、中空のシャフトを有するブラシレスモータに関する。
ブラシレスモータは、モータケースの内側に取り付けられる円環形状のステータ本体と、ステータ本体の内周面から半径方向に一体突出し、コイルが巻装された複数の突極とを有するスーテータを有し、ステータの内側にて回転自在に配置されたロータを備える。また、ロータは、円柱状のシャフトとシャフトの外周面に取り付けられたマグネットとを有する。
ブラシレスモータのコイルに制御信号を供給し、ロータを回転させると、コイルからの発熱等によりモータの温度が上昇する。このようにモータの温度が上昇すると電気機械変換効率が低下し、ロータの回転トルクの減少等の原因となる。そのため、モータの温度を低減するための冷却手段が求められる。
一方、一般にシャフトは、中実円柱形状のものが多いが、シャフトを中空円筒形状とし、シャフトの内部に空間部分を設け、この空間部分を有効活用するブラシレスモータがある。例えば、特許文献1のブラシレスモータでは、被駆動体であるレンズをシャフトの内部の空間部分に配置し、モータシステムの小型化を図っている。
特開平6−22519号公報
このように、中空円筒形状のシャフトを備えるブラシレスモータにおいても、上述のようにモータの温度を低減するための冷却手段が求められることは、中実円柱形状のシャフトと備えるブラシレスモータと同様である。このとき、シャフトの中空部分の削減を抑えることに留意し、シャフトの中空部分の内周を有効活用し、内周からの排熱を積極的に行うことが有効な手段であると考えられる。
そこで、本発明の目的は、中空円筒形状のシャフトの中空部分の内周を有効活用し、シャフトの内周からの排熱を積極的行うことができるコンパクトな形状の冷却手段により、モータの温度の低減を行う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、本発明の請求項1の記載のブラシレスモータは、略円筒形状に形成されたステータケースと、 略円盤形状に形成されて中央部に貫通孔が形成され、前記ステータケースの開口を閉じて配置された一対のブラケットと、略円環形状に形成され、前記ステータケースの内壁に取り付けられたステータ本体と、前記ステータの前記突極のそれぞれにコイルが巻装され、ステータ本体の内周面から半径方向内側に突出した複数の突極とを有するステータと、中空円筒形状に形成され、前記一対のブラケットの貫通孔を挿通して前記一対のブラケットに回転可能に支持されたシャフトと、前記シャフトの外周に支持されたマグネットとを有し、前記ステータの突極に対向して配置されたロータとを備えるブラシレスモータにおいて、略円環状の外周部と、前記外周部の内側に形成された複数のフィンとを備え、前記外周部の外周が前記シャフトの内周に取り付けられた略円環状のファンを備える。また、本発明の請求項2に記載のブラシレスモータは、請求項1記載のブラシレスモータにおいて、前記ファンは、前記外周部の内側に配置された略円環状の内周部を備え、前記フィンが前記外周部の内側と前記内周部の外側との間に形成されている。
このように、略円環形状のファンを中空円筒形状シャフトの内壁に取り付けた構造とすることで、シャフトの中空部分を削減を抑え、中空円筒形状のシャフトの中空部分の内周を有効活用し、内周からの排熱を積極的行うことができ、モータの温度の低減を行うことができるブラシレスモータを提供することができる。
次に、この発明の実施形態を図1から図4に基づいて説明する。図1は、本実施形態のブラシレスモータの斜視図である。図2は、本実施形態のブラシレスモータの正面図である。図3は、図2にてA−Aにて指示する本実施形態のブラシレスモータの縦断面図である。図4は、本実施形態のブラシレスモータへのファンの取付を示す斜視図である。
本実施形態のブラシレスモータ1は、モータケース7と、モータケース7の内部に取り付けられたステータ2と、ステータ2の内側に回転自在に配置されたロータ3とを備える。モータケース7は、略円筒形状のステータケース8と、略円盤形状に形成されて中央部に貫通孔9aが形成され、ステータケース8の一端にて開口を閉じて配置されたリアブラケット(ブラケット)9と、同じく略円盤形状に形成されて中央部に貫通孔10aが形成され、ステータケース7の他端にて開口を閉じて配置取されたフロントブラケット(ブラケット)10とを備えている。なお、軽量化を図るとともに、ステータ2にて生じる発熱を効率よく放熱するため、ステータケース8、リアブラケット9およびフロントブラケット10は、アルミ合金にて形成されている。
ステータ2は、薄板の磁性鋼板を積層して形成されており、略円環形状のステータ本体2aと、ステータ本体2aの内周面から半径方向内側に一体突出した15個の突極2bを有している。ステータ2は、ステータケース8に圧入され、ステータ本体2aにてステータケース8の内壁に取り付けられている。また、突極2bのそれぞれには、コイル6が集中巻きにて巻装されている。
ロータ3は、磁性材料からなる中空円筒形状のシャフト4と、シャフト4の外周面に接着剤にて取り付け固定されたリングマグネット(マグネット)5を備えている。リングマグネット5は、例えば、ネオジウム(Nd−Fe−B)等の希土類元素から形成され、N極、S極、・・・の磁極に順に円周方向交互の着磁されており、その極数は、10極である。
本実施形態のブラシレスモータ1は、産業用ロボットのアーム作動のアクチュエータ等に用いられ、この中空円筒形状のシャフト4の内部4dを、産業用ロボットに使用される各種センサ等の配線や、リンク部材等の挿通部材30が挿通される。従って、挿通部材30の配置を阻害しないよう、内部4dの空間の径の長さを所定の径以上に確保することが求められる。
リアブラケット9の中央部には、凹部9bが設けられており、凹部9bに軸受11のアウターレースが挿入され、リアブラケット9に軸受11が取り付けられている。一方、フロントブラケット10の中央部には、凹部10bが設けられており、凹部10bに軸受12のアウターレースが挿入され、フロントブラケット10に軸受12が取り付けられている。
シャフト4は、軸受11のインナーレース及びに軸受12のインナーレースに挿入固定され、リアおよびフロントブラケット9、10に取り付けられた軸受11、12により回転自在に支持され、ロータ3は、ステータ2の突極2bの内側に回転自在に配置される。
シャフト4は、リアブラケット9の貫通孔9aからモータケース7の外部にシャフト4の一端から一体突出した円筒形状の突出部4aを備え、フロントブラケット10の貫通孔10aからモータケース7の外部にシャフト4の他端から一体突出した円筒形状の出力部4bを備えている。出力部4bには、遊星方式の減速機(図示せず)が取り付けられ、シャフト4の回転は、減速機により減速され外部に出力され、産業用ロボットのアーム等を回転動作させる。
ステータ2の15個の突極2bのそれぞれには、絶縁性確保のために樹脂製のインシュレータ20が取り付けられている。そして、インシュレータ20の外周面に導線が集中巻にて巻装され、突極2bのそれぞれにコイル6が形成される。それぞれのコイル6の巻き始めと巻き終わりの導線は、インシュレータ20の一端に一体成形されたピン20aに絡げられており、ピン20aは、配電基板21に電気的および機械的に接続されている。
配電基板21には、配電パターンが形成されており、円周状に配列されたコイル6が、順にU相、V相、W相、・・・のコイル6となるような配電パターンとなっている。配電基板21には、リード線18が接続されており、ロータ3の回転位置に対応させた制御信号がU相、V相、W相のコイル6に外部のドライバ(図示せず)から供給される。
上述のように、ロータ3の回転位置に対応せた制御信号をU相、V相、W相のコイル6に供給するため、ロータ3の回転位置を正確に検出する必要がある。ここで、本実施形態のブラシレスモータ1は、上述のように高精度の位置決め精度の駆動が求められる産業用ロボット等のアームの駆動用アクチュエータとして用いられるものであり、高精度でロータ3の回転位置を検出する必要がある。そこで、本実施形態のブラシレスモータ1は、回転位置検出のための手段として光学エンコーダ13が用いられている。
光学エンコーダ13は、エンコーダリング14と光センサ15とを備えている。エンコーダリング14は、リング形状のエンコーダリング本体14aとエンコーダリング本体14aの端面に取り付けられた円板形状のスリット板14bとを有している。突出部4aの外周面には雄ネジが形成され、一方、エンコーダリング本体14aの内周面は雌ネジが形成され、突出部4aの外周面に反射ディスク本体14aがネジ勘合にて取り付けられる。なお、スリット板14bには、1024本のスリットが形成されている。
光センサ15は、センサ基板15bに取り付けられたセンサ素子15aと、センサ基板15bから信号を外部に出力するセンサ配線15cを備えている。光センサ15は、リアブラケット9に固定されており、このとき、センサ素子15aは、エンコーダディスク14のスリット板14bから所定の距離離れ、スリット板14bに対向する位置に配置される。センサ素子15aは、スリット板14bに照射光を照射する発光部(図示せず)と、スリット板14bから反射光を受光する受光部(図示せず)を有しており、発光および受光した照射光と反射光の波形信号からロータ3の回転位置信号を検出する。
ブラシレスモータ1は、光学エンコーダ13を外部からの粉塵等から保護するため、樹脂製のエンコーダカバー17がリアブラケット9に取り付けられている。エンコーダカバー17は、略円板状の底部17bと、底部17bの外周17cからリアブラケット9の方向に一体形成された円筒部17aとを有する。また、円筒部17aの開口端には、つば形状の開口部17dが形成されており、図3に示すように、開口部17dがリアブラケット9に取付られている。エンコーダカバー17の底部17bの中央には、シャフト4の開口に対向して、貫通孔17eが形成されており、貫通孔17eを通して、シャフト4の内部4dに挿通部材30が配置される。
次ぎに、ブラシレスモータ1に取付られるファン18について説明する。本実施形態のファン18は、樹脂製の成形品であり、円環形状の外周部18aと、外周部18aの内径よりも外形の小さい円環形状の内週部18bを有しており、外周部18aと内周部18bの間に複数のフィン18cが配置された構造である。また、外周部18aの外周には、周方向等ピッチにて、軸方向に伸びた複数の凸部18dが形成されている。
一方、シャフト4の出力部4dの内壁部4cの内径は他の部分の内径よりも多くなるように形成されており、内周部4cの端部には軸方向視円環状の段部4eが形成されている。外周部18aの凸部18dの外径はシャフト4の内壁部4cの内径よりも若干大きな径となるように設定されいる。そして、図4に示すように、シャフト4の内部4dに挿入され、圧入されている。その際、外周部18aに形成された複数の凸部18dが径方向に歪まされる。その歪みにより、凸部18dとシャフト4の内壁部4cには径方向の応力が生じ、この応力によりファン18はシャフト4の内壁部4cに固定される。
ここで、ファン18は内外径の差の小さいコンパクトなリング形状となっており、ファン18の内周部18bの内径は、シャフト4の内径と近似するように設定されている。そのため、ファン18をシャフト4の内壁部4cに取り付けた場合でも、シャフト4の中空部分の空間の削減を抑えることができる。よって、挿通部材30の配置を阻害することがない。
次ぎに本実施形態のファン18によるブラシレスモータ1の冷却について説明する。ファン18に設けられた複数のフィン18cは、ファン18の径方向平面に対し、それぞれ所定の角度傾斜して形成されている。そのため、ファン18が取付られたシャフト4が回転すると軸方向の冷却風が生じる。その冷却風は、例えば、シャフト4が一の方向に回転した場合には、出力部4bから突出部4aに向けて流れ、一の方向と異なる他の方向に回転した場合には、突出部4aから出力部4bに向けて流れる。
この冷却風により、シャフト4の内周からの熱の伝達効率が上昇し、シャフト4からの放熱される熱量が上昇する。そのため、コイル6から、順に、ステータ2、ステータケース8、リアブラケット9またはフロントブラケット10、軸受11または軸受12、シャフト4への放熱経路において、シャフト4から放熱される熱量が上昇することにより、ブラシレスモータ1の温度の上昇が抑制される。
このように、内外径の差の小さいコンパクトなリング形状のファン18をブラシレスモータ1のシャフト4の内壁部4cに取り付けることで、中空円筒形状のシャフトの中空部分の内周を有効活用し、シャフトの内周からの排熱を積極的行うことができ、モータの温度の低減を行うことができる。
1 ブラシレスモータ
2 ステータ
2a ステータ本体
2b 突極
3 ロータ
4 シャフト
4a 突出部
4b 出力部
4c 内周部
5 (リング)マグネット
6 コイル
7 モータケース
8 ステータケース
9 リアブラケット(ブラケット)
10 フロントブラケット(ブラケット)
18 ファン
18a 外周部
18b 内周部
18c フィン
18d 凸部
2 ステータ
2a ステータ本体
2b 突極
3 ロータ
4 シャフト
4a 突出部
4b 出力部
4c 内周部
5 (リング)マグネット
6 コイル
7 モータケース
8 ステータケース
9 リアブラケット(ブラケット)
10 フロントブラケット(ブラケット)
18 ファン
18a 外周部
18b 内周部
18c フィン
18d 凸部
Claims (2)
- 略円筒形状に形成されたステータケースと、
略円盤形状に形成されて中央部に貫通孔が形成され、前記ステータケースの開口を閉じて配置された一対のブラケットと、
略円環形状に形成され、前記ステータケースの内壁に取り付けられたステータ本体と、前記ステータの前記突極のそれぞれにコイルが巻装され、ステータ本体の内周面から半径方向内側に突出した複数の突極とを有するステータと、
中空円筒形状に形成され、前記一対のブラケットの貫通孔を挿通して前記一対のブラケットに回転可能に支持されたシャフトと、前記シャフトの外周に支持されたマグネットとを有し、前記ステータの突極に対向して配置されたロータと
を備えるブラシレスモータにおいて、
略円環状の外周部と、前記外周部の内側に形成された複数のフィンとを備え、前記外周部の外周が前記シャフトの内周に取り付けられた略円環状のファンを備えたことを特徴とするブラシレスモータ。 - 請求項1記載のブラシレスモータにおいて、前記ファンは、前記外周部の内側に配置された略円環状の内周部を備え、前記フィンが前記外周部の内側と前記内周部の外側との間に形成されていることを特徴とするブラシレスモータ。
Priority Applications (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
JP2008136374A JP2009284715A (ja) | 2008-05-26 | 2008-05-26 | ブラシレスモータ |
Applications Claiming Priority (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
JP2008136374A JP2009284715A (ja) | 2008-05-26 | 2008-05-26 | ブラシレスモータ |
Publications (1)
Publication Number | Publication Date |
---|---|
JP2009284715A true JP2009284715A (ja) | 2009-12-03 |
Family
ID=41454554
Family Applications (1)
Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
---|---|---|---|
JP2008136374A Pending JP2009284715A (ja) | 2008-05-26 | 2008-05-26 | ブラシレスモータ |
Country Status (1)
Country | Link |
---|---|
JP (1) | JP2009284715A (ja) |
Cited By (2)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
JP2015093626A (ja) * | 2013-11-13 | 2015-05-18 | 川崎重工業株式会社 | 鞍乗型電動車両 |
CN107994736A (zh) * | 2017-12-19 | 2018-05-04 | 武汉船用电力推进装置研究所(中国船舶重工集团公司第七二研究所) | 一种自然冷却永磁电机 |
-
2008
- 2008-05-26 JP JP2008136374A patent/JP2009284715A/ja active Pending
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Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
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CN107994736A (zh) * | 2017-12-19 | 2018-05-04 | 武汉船用电力推进装置研究所(中国船舶重工集团公司第七二研究所) | 一种自然冷却永磁电机 |
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