JP2009516499A - 冷却機能を有する電動機用回転子 - Google Patents

Abstract

【課題】冷却機能を有する電動機用回転子として、回転子の冷却ブレードが回転子と一体に形成されて冷却ファンを設けるための費用を節約すると共に、製品の小型化に寄与し、組立工程を単純化させて生産性を向上させる冷却機能を有する電動機用回転子を提供する。
【解決手段】本発明は、電動機用回転子であって、軟磁性粉末の圧縮により形成される本体と、本体の回転時に冷却風を起こすように本体と一体に形成される複数の冷却ブレードとを含む。
【選択図】図２

Description

本発明は、冷却機能を有する電動機用回転子に関し、より詳しくは、組立工程を単純化させると共に耐久性を向上させるために回転子の冷却ブレードが射出形成されるような、冷却機能を有する電動機用回転子に関する。

一般に、電動機とは、電気的エネルギーを機械的エネルギーに変換させて回転力を得る装置のことをいい、家庭用電子製品だけではなく、産業用機器などに広範囲に用いられるものであって、交流電動機と直流電動機とに大別される。

図１を参照して従来技術による電動機を以下に説明する。図１は従来の電動機、特に交流電動機の一種である誘導電動機を示す断面図である。従来の電動機１０は、固定子１１、回転子１２、シャフト１３、及び冷却ファン１５を含む。固定子１１はケーシング１４に固定され、回転子１２は固定子１１に対して空隙を有するようにその内部に回転可能に取り付けられる。シャフト１３は回転子１２の中心部に圧入されて回転子１２と共に回転する。冷却ファン１５は、回転子１２の両端に設けられる。

固定子１１は交流電源が印加されて回転磁界を形成するコイル１１ａと、コイル１１ａの回転磁界により発生した磁束の通路を形成する磁性体の固定子鉄心１１ｂとからなる。

固定子鉄心１１ｂは、同じ形状のケイ素鋼板が軸方向に沿って複数積層されて形成され、内周面に沿って一定間隔を置いて複数のスロット（図示せず）が放射状に形成され、スロットにコイル１１ａが、分布巻、集中巻、同心巻などの方法で巻線される。

回転子１２は、コイル１１ａにより提供された電流と磁束の相互作用によりトルクを発生させる導体（図示せず）と、導体が設置されると共に磁束の通路を提供する磁性体の回転子鉄心１２ｂとからなる。

導体としては、伝導性の高いアルミニウムや銅のような金属又はマグネットが用いられる。

回転子鉄心１２ｂは、同じ形状のケイ素鋼板が軸方向に沿って複数積層されて形成され、外周面又は内側に軸方向と平行な複数のスロット（図示せず）が一定間隔を置いて放射状に形成され、スロットに導体がコイル１１ａと同様に軸方向と平行に設置される。

シャフト１３は、回転子鉄心１２ｂを貫通して固定されることで、ケーシング１４の両側に位置するホルダ１４ａにベアリング１４ｂを介して回転自在に設けられる。

冷却ファン１５は、回転子１２ｂの外周部に付着または固定されるように射出成形によって形成される。特に、冷却ファン１５は、回転時に風を起こすような所定の形状を有する。

従来技術による電動機１０の動作は、以下の通りである。

コイル１１ａに交流電源が印加されると、軸に垂直な方向に磁界が発生して固定子鉄心１１ｂを介して磁束が回転し、このような回転磁束が空隙を通して回転子１２の導体と鎖交して電流を発生させる。回転子導体に発生した電流は、フレミング左手の法則に従って回転子１２にトルクを発生させる。

回転子１２が回転する際に冷却ファン１５も共に回転することで、外部から空気を吸入して排出し、ケーシング１４内部の空気を循環させる。従って、電動機１０は冷却される。

しかしながら、このような従来の電動機１０は、回転子鉄心１２ｂが同じ形状のケイ素鋼板のみを複数積層して形成されるので、冷却ファン１５の付着のための構造を形成するのに制限があり得る。そのため、冷却ファン１５が回転子鉄心１２ｂに取り付けられるための構造で形成されなければならないという負担により所望の構造を実現することが困難になり、小型化しがたいほか、回転子鉄心１２ｂに冷却ファン１５を強固に付着させ難いという問題を有していた。例えば、このような電動機の一例が特許文献１に開示されている。

また、回転子鉄心１２ｂに冷却ファン１５を付着するために組立工程を行うことにより、生産工程を複雑にして生産性を低下させてしまうという問題を有していた。

米国特許第６，００６，５５３号

本発明は上記事情に鑑みてなされたものであって、その目的は、冷却機能を有する電動機用回転子であって、回転子の冷却ブレードが回転子と一体に形成されて冷却ファンを設けるための費用を削減すると共に、製品の小型化に寄与し、組立工程を単純化させて生産性を向上させる冷却機能を有する電動機用回転子を提供することにある。

上記目的を達成するために、本発明による冷却機能を有する電動機用回転子は、軟磁性粉末を圧縮することにより形成される本体と、本体の回転時に冷却風を起こすように本体と一体に形成された複数の冷却ブレードとを含むことを特徴とする。

本発明によれば、回転子は軟磁性粉末を圧縮して製造され、冷却ブレードは回転子と一体に形成される。従って、製品の耐久性と小型化に寄与し、組立工程を単純化させて生産性を向上させることができるという効果を奏する。

以下、添付の図面を参照して、本発明の好適な実施形態を詳細に説明する。

図２は、本発明の第１実施形態による電動機１００を示す断面図である。

電動機１００は、冷却機能を有する電動機用回転子１１０を含む。回転子１１０は、本体１１１と冷却ブレード１１２とを含む。本体１１１は、ケーシング１２０に固定される固定子１３０に対して空隙を有するようにその内部に回転可能に取り付けられ、磁路を提供し、軟磁性粉末の圧縮により成形される。また、本体１１１は、その外周面に、冷却ブレードを強固に取り付けるための取付用溝１１１ａが形成されている。冷却ブレード１１２は、本体１１１の取付用溝１１１ａに注入されるように射出成形により形成される。

本発明の第１実施形態において、回転子１１０は冷却ブレード１１２が上端面と下端面にそれぞれ設けられるが、これに限定されず、上端面と下端面のいずれか一方にのみ設けられてもよい。

本体１１１は、中心部にシャフト１４０の固定のためにシャフトホール１１１ｂが形成され、冷却ブレード１１２の射出成形のために上端面と下端面に取付用溝１１１ａがそれぞれ形成される。

図３に示すように、複数の冷却ブレード１１２がある場合、取付用溝１１１ａは、第１の溝１１１ｃ及び第２の溝１１１ｄを含むことによって１つの一体の溝に形成される。第１の溝１１１ｃは、示されているように、それぞれの冷却ブレード１１２が配置される場所に設けられ、溝１１１ｄは、第１の溝１１１ｃを互いに個々に連結する。あるいは、取付用溝１１１ａは、それぞれの冷却ブレード１１２に対応する複数個の溝で形成されることもある。上記した構造に加えて、取付用溝１１１ａは、種々の構造に形成されることもある。

取付用溝１１１ａは、取付用溝１１１ａの射出成形される物質との取付面を増大させかつ射出成形後に得られる冷却ブレード１１２との結合力を向上させることによって、冷却ブレード１１２を本体１１１に強固に取り付けられることができるようにする。

冷却ブレード１１２は、本体１１１が回転する時に冷却風を起こすように、それぞれの取付用溝１１１ａ内に注入される。

図４に示すように、冷却ブレード１１２は、本体１１１の半径方向、即ち回転中心であるシャフトホール１１１ｂから外側に向けて形成され、回転中心の周りに配列される。図示するように、複数の冷却ブレード１１２が存在する。

本発明の第１実施形態に示したように、冷却ブレード１１２は、上面から見て直線の形状になるように形成されることがある。あるいは、冷却ブレード１１２は、上面から見て曲線の形状に形成されることもある。

上記したように、本体１１１は、軟磁性粉末を圧縮することにより形成され、内部に冷却ブレード１１２が射出成形される取付用溝１１１ａを形成する。軟磁性粉末には鉄ベースの粒子が含まれ、それぞれが互いから電気的に絶縁されるように所定の物質でコーティングされている。

本体１１１のプレス成形のために、本体１１１と実質的に同じ形状を有する成形空間が、圧縮成形機に用意され、軟磁性粉末で充たされる。その後、本体１１１に取付用溝１１１ａを形成するべく軟磁性粉末を圧縮するために、パンチなどのプレス部材が用いられる。このとき、軟磁性粉末に潤滑剤及び／または結合剤を加えて共に圧縮させることができる。

本体１１１は、軟磁性粉末の圧縮プロセスにより３次元形状を有する軟磁性複合材（soft magnetic composite；「ＳＭＣ」ともいう）になり、ケイ素鋼板を用いる従来の場合よりも高い自由度が許容されるため、同一形状のみの従来のケイ素鋼板の積層構造とは異なり、取付用溝１１１ａの形成はもちろん、取付用溝１１１ａの多様な形状の実現を可能とする。

それぞれの取付用溝１１１ａに冷却ブレード１１２を形成するために本体１１１が射出成形機に載置される。また、合成樹脂などの射出成形材料が、冷却ブレード１１２を形成するための空間を有する金型に注入され、本体１１１と一体に形成された冷却ブレード１１２に形造られる。

電動機１００、より具体的には誘導電動機１００における回転子１１０の実施例を第１実施形態に例示したが、通常は冷却が必要であるような交流電動機や直流電動機など他の型の電動機にも適用され得る。本発明の第１実施形態において、回転子１１０は誘導電動機１００に適用されることによって一定量の電流を発生させるための導体（図示せず）が本体１１１の外周面または内側に形成されるスロットに設けられる。

本発明の第１実施形態による冷却機能を有する電動機用回転子１１０の動作は、以下の通りである。

固定子１３０のコイル１３１に交流電流が供給されると、固定子鉄心１３２を介して回転磁束が生じる。この回転磁束は、本体１１１の外周面又は内側に設けられる回転子１１０の導体（図示せず）と鎖交して、空隙を介して一定量の電流を導体（図示せず）に供給し、それによって回転子１１０がトルクを発生させる。

トルクに起因して回転子１１０が回転し、これにより本体１１１と共に回転する冷却ブレード１１２が風を起こし、この風がケーシング１２０の外部から空気を吸入しケーシング１２０の内部へ排出されるようにする。結果的に、ケーシング１２０の内部が冷却される。

図５は、本発明の第２実施形態による電動機２００を示す断面図である。図示のように、本発明の第２実施形態による電動機２００の回転子２１０は、第１実施形態と同様に、電動機２００、特に誘導電動機に設置された例を示す。回転子２１０は、本体２１１と冷却ブレード２１２とを含み、軟磁性粉末を圧縮することにより形成される。本体２１１は、ケーシング２２０に固定される固定子２３０に対して空隙を有するようにその内部に回転可能に取り付けられ、磁路を提供すると共に、所定の外周面に取付用溝２１１ａが形成される。冷却ブレード２１２は、本体２１１の取付用溝２１１ａ内へ注入されるように射出成形により形成される。以下、本発明の第１実施形態における電動機１００とは異なる電動機２００のこれらの部品について詳細に説明する。

図６に示すように、取付用溝２１１ａは、冷却ブレード２１２の数だけ形成され、冷却ブレード２１２に相応する所定の領域に配置されることがある。さらに、本体２１１の外周面に沿って一体構造に、または他の種々の形状及び構造に形成されることがある。

冷却ブレード２１２は、本体２１１の所与の外周面上に、回転中心軸即ちシャフト２４０と平行に形成される。図７に示すように、冷却ブレード２１２は、取付用溝２１１ａ内へ注入されるように射出成形により形成され、本体２１１の外周面に沿って相互に離間している。本発明の第２実施形態に示すように、冷却ブレード２１２は、直線に形成されることがある。直線の代わりに、冷却ブレード２１２は曲線を含む他の形状に形成されることもある。

冷却機能を有する電動機用回転子２１０の動作は、以下の通りである。

回転子２１０が電動機２００、例えば、誘導電動機の駆動により回転する際に、冷却ブレード２１２も回転して風を起こし、この風がケーシング１４０の外部から空気を吸入しケーシング１４０の内部へ排出されるようにする。結果的に、ケーシング１４０内部が冷却される。

図８は、本発明の第３実施形態による電動機３００の断面図である。図示のように、本発明の第３実施形態による電動機３００において、冷却機能を有する電動機用回転子３１０は本体３１１と冷却ブレード３１２とを含み、軟磁性粉末を圧縮することにより成形される。回転子３００の本体３１１はケーシング３２０に固定される固定子３３０に対して空隙を有するようにその内部に回転可能に取り付けられ、磁路を提供すると共に、シャフト３４０が中心を貫通して固定される。冷却ブレード３１２は、本体３１１と一体に形成される。

図８ないし図１０に示すように、複数の冷却ブレード３１２が、個々に本体３１１の上端面と下端面の回転中心に沿って即ちシャフト３４０の周りに配列される。各冷却ブレード３１２は、本体３１１の半径方向、即ち回転中心から外側に向けて形成される。

図９に示すように、冷却ブレード３１２は、製作を容易にするために上面から見て直線の形状に形成される。また、図１０に示すように、冷却ブレード３１２は曲線形状に形成されることもあり、それによって風をより効率的に起こすことができる。

前述したように、回転子３１０は軟磁性粉末を圧縮することにより形成されることで、冷却ブレード３１２が本体３１１と一体に形成される。軟磁性粉末には鉄ベースの粒子が含まれ、それぞれが互いから電気的に絶縁されるように所定の物質でコーティングされている。

軟磁性粉末のプレス成形のために、回転子３１０と実質的に同じ形状を有する成形空間が、圧縮成形機に用意され、軟磁性粉末で充たされる。その後、本体３１１に冷却ブレード３１２を一体に形成するべく軟磁性粉末を圧縮するために、パンチなどのプレス部材が用いられる。このとき、軟磁性粉末に潤滑剤及び／または結合剤を加えて共に圧縮させることができる。

回転子３１０は、軟磁性粉末に関して前述した圧縮プロセスにより３次元形状を有するＳＭＣを含む。ケイ素鋼板を用いる従来のプロセスに比べて、回転子３１０はより高い自由度が許容される。よって、同一形状を有するケイ素鋼板の従来の積層構造とは異なり、このＳＭＣは冷却ブレード３１２の形成を可能にする。

電動機３００、より具体的には誘導電動機３００における回転子３１０の実施例を本発明の第３実施形態に例示したが、回転子３１０は、通常は冷却が必要であるような交流電動機や直流電動機など他の型の電動機にも適用され得る。本発明の第３実施形態において、回転子３１０は誘導電動機３００に適用されることによって電流が誘起されるための導体（図示せず）が本体３１１の外周面または内側に形成されるスロットに設けられる。

本発明の第３実施形態による冷却機能を有する電動機用回転子３１０の動作は、以下の通りである。

固定子３３０のコイル３３１に交流電源が供給されると、固定子鉄心３３２を介して回転磁束が生成される。この回転磁束は、導体（図示せず）に所定量の電流を供給するために空隙を介して本体１１１の外周面または内側に設けられた回転子３１０の導体（図示せず）と鎖交し、それによって回転子３１０がトルクを発生させる。

トルクの発生により回転子３１０が回転し、本体３１１と一体をなす冷却ブレード３１２が風を起こし、この風がケーシング３２０の外部から空気を吸入しケーシング３２０の内部へ排出されるようにする。結果的に、ケーシング３２０の内部が冷却される。

図１１は、本発明の第４実施形態による電動機の断面図である。上記した実施形態と同様に、電動機４００、特に誘導電動機に回転子４１０が設けられる例を本発明の第４実施形態に示す。冷却機能を有する回転子４１０は、本体４１１と冷却ブレード４１２とを含み、軟磁性粉末を圧縮することにより形成される。電動機４００の本体４１１は、ケーシング４２０に固定される固定子４３０に対して空隙を有するようにその内部に回転可能に取り付けられ、磁路を提供する。シャフト４４０が本体４１１の中心領域を貫通して本体４１１に固定される。冷却ブレード４１２は、本体４１１と一体に形成される。以下に、回転子１１０、２１０または３１０と異なる品について詳細に説明する。

回転子４１０において、冷却ブレード４１２は、本体４１１の所与の外周面上に、回転中心軸即ちシャフト４４０と平行に形成される。図１２に示される配置と実質的に同じように、冷却ブレード４１２は、本体４１１の外周面に沿って相互に離間して配列される。

上記した実施形態と同様に、回転子４１０は、軟磁性粉末を圧縮することにより成形されるので、冷却ブレード４１２が本体４１１の所与の外周面上に直線または曲線形状で形成されることができる。冷却ブレード４１２は軟磁性粉末を用いても形成されるので、冷却ブレード４１２は、固定子４３０に向かって発生する回転磁束の磁路を与えることができる。結果的に、本体４１１の外周面または内側に設けられる導体（図示せず）に所定量の電流が供給され、回転子４１０はトルクを発生させることもできる。

本発明の第４実施形態による冷却機能を有する電動機４００における回転子４１０の動作は、以下の通りである。

回転子４１０が電動機４００、特に誘導電動機の駆動により回転する際に、冷却ブレード４１２も回転して風を起こし、この風がケーシング４２０の外部から空気を吸入しケーシング４２０の内部へ排出されるようにする。結果的に、ケーシング４２０の内部が冷却される。

なお、本発明は、上記実施の形態に限定されるものではなく、本発明に係る技術的思想の範囲から逸脱しない範囲内で様々な変更が可能であり、それらも本発明の技術的範囲に属する。

従来技術による電動機を示す断面図である。 本発明の第１実施形態による電動機を示す断面図である。 本発明の第１実施形態による冷却機能を有する電動機用回転子の本体を示す斜視図である。 本発明の第１実施形態による冷却機能を有する電動機用回転子を示す斜視図である。 本発明の第２実施形態による電動機を示す断面図である。 本発明の第２実施形態による冷却機能を有する電動機用回転子の本体を示す斜視図である。 本発明の第２実施形態による冷却機能を有する電動機用回転子を示す斜視図である。 本発明の第３実施形態による電動機を示す断面図である。 本発明の第３実施形態による冷却機能を有する電動機用回転子の多様な形態を示す平面図である。 本発明の第３実施形態による冷却機能を有する電動機用回転子の多様な形態を示す平面図である。 本発明の第４実施形態による電動機を示す断面図である。 本発明の第４実施形態による冷却機能を有する電動機用回転子を示す平面図である。

Claims (8)

1. 冷却機能を備えた電動機用の回転子であって、
   軟磁性粉末を圧縮することにより形成される本体と、
   前記回転子の回転時に冷却風を起こすように前記本体と一体に形成された複数の冷却ブレードとを含むことを特徴とする回転子。
2. 前記本体が、複数の取付用溝を有し、
   前記冷却ブレードが、前記本体の前記各取付用溝内へ注入されるように射出成形により形成されて前記本体と一体化されていることを特徴とする請求項１に記載の回転子。
3. 前記取付用溝が、前記本体の上端面と下端面の両方に形成され、
   前記冷却ブレードが、前記本体の半径方向に沿って配置されかつ前記本体の回転中心の周りに配列されていることを特徴とする請求項２に記載の回転子。
4. 前記取付用溝が、前記本体の所与の外周面上に形成され、
   前記冷却ブレードが、前記本体の回転中心軸と平行に形成されかつ前記本体の前記外周面に沿って配列されていることを特徴とする請求項２に記載の回転子。
5. 前記冷却ブレードが、合成樹脂を含む射出成形材料でできていることを特徴とする請求項２に記載の回転子。
6. 前記冷却ブレードが、前記本体と共に前記軟磁性粉末を圧縮成形することにより前記本体と一体に形成されていることを特徴とする請求項１に記載の回転子。
7. 前記冷却ブレードが、前記本体の上端面と下端面の両方に半径方向に沿って形成されかつ前記本体の回転中心の周りに配列されていることを特徴とする請求項６に記載の回転子。
8. 前記冷却ブレードが、回転中心軸と平行に前記本体の所与の外周面上に配置されかつ前記本体の前記外周面に沿って配列されていることを特徴とする請求項６に記載の回転子。

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