JP2011193629A - 回転電機 - Google Patents

Abstract

【課題】モータの温度上昇を低く抑え、かつ、モータの振動、騒音を低く抑えることができるＡＣサーボモータを提供する。
【解決手段】本発明のＡＣサーボモータは、フレーム１１の出力軸側の内周面に段差部４２を設けており、ステータコア外周面とフレーム内周面が密着しており、ステータコア１２の出力軸側の端面と段差部４２が密着しており、巻線１３はモールド樹脂でモールドされており、出力軸側のステータ端面はフレーム端面とモールド部１４ａ端面の高さが一致しており、ステータ１０と出力軸側のブラケット３２の嵌合はモールド部１４ａに設けられた嵌合部４０で嵌合されており、出力軸側のブラケット３２とステータ端面とはフレーム端面とモールド樹脂端面の両方に密着するようにしている。
【選択図】図１

Description

本発明は、回転電機、特に、ＡＣサーボモータに関する。

近年、産業用途のＡＣサーボモータには、小形化、高性能化、低コスト化が要求されている。モータから発生する熱は、巻線の絶縁性能やモータに搭載されるセンサに悪影響を及ぼすため、モータの損失低減と放熱性向上が必要となってくる。モータの損失には大きく分けて、銅損と鉄損がある。銅損は、モータの巻線に電流を流した際に、巻線の電気抵抗によって発生するジュール熱である。鉄損は、ステータコアを構成する電磁鋼板などの磁性材料内の磁束の大きさと向きが変化することにより発生する損失である。銅損の低減に対しては、ステータコアに分割コア方式を採用するなどして、巻線を高密度化し、巻線抵抗を小さくすることにより、巻線で発生する銅損の低減が図られてきた。鉄損の低減に対しては、低鉄損特性の電磁鋼板などを採用するなどして、鉄損の低減が図られてきた。
しかしながら、モータの損失は完全にゼロにすることは出来ず、低減するにしても限界がある。一方、同じモータ損失であっても、放熱性の良し悪しにより、モータの温度上昇は大きく差が出る。このモータの放熱性向上に関しては、まだまだ改善の余地があり、これまで様々な提案がされてきている（例えば、特許文献１参照）。
以下、特許文献１を例にとり、従来のＡＣサーボモータを説明する。特許文献１に示された従来技術によるＡＣサーボモータは、電機子巻線からの電機子巻線のコイルエンド部と出力軸側ブラケットの隙間に高熱伝導性弾性体と挟持することにより電機子巻線からの放熱性の向上を図っている。

特開２００４−２７４８８４号公報

しかしながら、特許文献１に示された従来技術によるＡＣサーボモータには、ステータコアとフレーム間、およびフレームと出力軸側ブラケット間には特段放熱を向上させるような配慮はされていない。
そこで本発明は、電機子巻線で発生する熱を効率良く出力軸側ブラケットに伝えることにより、電機子巻線の温度上昇を低く抑え、従ってモータの温度上昇を低く抑えることができる回転電機を提供することを第一の目的とする。また、モータの振動による共振および共鳴を防止することにより、モータの振動、騒音を低く抑えることができる回転電機を提供することを第二の目的とする。さらに、容易に防水構造とできる回転電機を提供することを第三の目的とする。

上記問題を解決するため、本発明は、次のように構成したのである。
本発明の回転電機は、巻線と当該巻線が巻装されたステータコアと当該ステータコアの外周を覆うフレームとからなるステータと、出力軸を有し永久磁石が固着されたロータと、前記フレームの端部に配置され軸受を介して前記ロータを回転自在に支持するブラケットと、前記出力軸側の前記フレームの内周面に設けられた段差部と、を備え、前記ステータコアの外周面と前記フレームの内周面が当接し、かつ、前記出力軸側の前記ステータコアの端面と前記段差部が当接したことを特徴とする回転電機である。

本発明によれば、温度上昇を低く抑えることができる回転電機を提供することができる。

本発明の第１実施例を示すＡＣサーボモータの断面図 本発明の第２実施例を示すＡＣサーボモータの断面図 本発明の第２実施例のＡＣサーボモータの溝部の拡大図（図２Ａ部拡大図）

以下、本発明の実施の形態について図を参照して説明する。

図１は、本発明の第１実施例を示すＡＣサーボモータの断面図である。
図１において、円筒状のフレーム１１は、電磁鋼板を積層して形成されたステータコア１２の外周を覆っている。電機子巻線である巻線１３は、図示していない薄い絶縁物を介して、ステータコア１２内に巻装されている。ステータコア１２はフレーム１１内に収められており、巻線１３と、巻線１３が巻装されたステータコア１２と、ステータコア１２の外周を覆うフレーム１１とは、ステータ１０を構成している。

フレーム１１の出力軸側の内周面には、段差部４２が設けられており、ステータコア１２の出力軸側の端面は、段差部４２に軸方向から当接し、密着するようになっている。すなわち、ステータコア１２の外周面とフレーム１１の内周面が径方向において当接し、密着しており、かつ、ステータコア１２の出力軸側の端面と段差部４２も軸方向において当接し、密着している。

巻線１３はモールド樹脂で全体を覆うようにモールドされて、モールド部１４ａが形成されている。モールド樹脂としては、例えば、電気絶縁性のある熱硬化性の樹脂が適している。出力軸側のステータ１０側の端面はフレーム１１の端面とモールド部１４ａの端面の高さがほぼ一致するようになっている。ロータ２０は、シャフト２１と永久磁石２２とからなっている。ロータ２０は、ステータコアの内側に設けられている。永久磁石２２は、シャフト２１の軸方向中央部分の表面に固着されている。シャフト２１の一端部は出力軸として機能する。

軸受３１は、シャフト２１の軸方向両側に装着され、出力軸側のブラケット３２、センサ側のブラケット３３内に装着された状態にてステータ１０の軸方向両側に設置され、ロータ２０を回転自在に支持している。ステータ１０と出力軸側のブラケット３２の嵌合はモールド部１４ａに設けられた嵌合部４０で嵌合されている。出力軸側のブラケット３２とステータ１０の端面とは、フレーム１１の端面とモールド部１４ａの端面の両方に軸方向から当接し、密着するようになっている。

センサ５０はシャフト２１の出力軸の反対側に装着され、センサ５０の外側にセンサカバー５１が装着される。センサ５０はロータの回転位置角度や回転速度を検出する位置検出手段であり、光学式または磁気式エンコーダやレゾルバなどが用いられる。

次に、上記のように構成された本発明の第１実施例による回転電機の一例としてのＡＣサーボモータの動作について説明する。センサ５０で検出したロータ２０の回転角度位置に応じて、巻線１３に三相交流電流を流すことにより、ステータ１０の内部に回転磁界が発生し、この回転磁界と永久磁石２２の作る磁界の相互作用により、ロータ２０が回転する。

次に、本発明の第一の特徴である、フレーム１１の内周面に設けられた段差部４２の作用について詳しく説明する。フレーム１１の内周面に段差部４２を設けて、ステータコア１２の端面と軸方向から当接させ、密着させる目的は、フレーム１１とステータコア１２の接触面積を拡大させるためである。巻線１３で発生した熱は、巻線１３とステータコア１２の間に挿入された薄い絶縁物を介して、接触面積の大きなステータコア１２へ伝わり、ステータコア１２からフレーム１１へと伝わる。

このとき、ステータコア１２とフレーム１１の接触面積が大きいほど、放熱性能が上がるのは明らかである。従来技術においては、ステータコアとフレームとは、ステータコアの外周面のみで接触していたのに対して、本発明では、ステータコア１２の外周面に加えて、ステータコア１２の端面もフレーム１１に接触しているため、ステータコア１２からフレーム１１への放熱性能は格段に上がることは明らかである。

次に、本発明の第二の特徴である、ステータ１０と出力軸側ブラケット３２の嵌合部の周りについて詳しく説明する。まず、嵌合部４０をモールド部１４ａに設けた理由は、ロータ２０を支持する際には、よりシャフト２１に近い位置にてステータ１０とブラケット３２と嵌合させた方が、回転電機としてのモータ全体の剛性が高くなるためである。

また、出力軸側のブラケット３２とステータ１０の端面を、フレーム１１の端面とモールド部１４ａの端面の両方に当接させ、密着させるようにしている理由は、二つの理由がある。第一の理由は、出力軸側のブラケット３２とステータ１０とを当接させ、隙間無く密着させることにより、モータ全体の剛性を上げ、モータの振動による共振や共鳴を防止することにある。第二の理由は、巻線１３からフレーム１１へと伝わった熱を、効率良く出力軸側のブラケット３２へ伝えるためである。従来技術においては、出力軸側ブラケットとフレームとの接触面積は非常小さな面積であった。

一方、本発明の第一実施例の構造では、フレーム１１と出力軸側のブラケット３２は端面同士が広い面積で接しているため、フレーム１１から出力軸側のブラケット３２への放熱性能が格段に向上させることができる。さらに、出力軸側のブラケット３２とモールド部１４ａの端面も当接し、密着しているため、フレーム１１から出力軸側のブラケットへの放熱に加えて、モールド部１４ａから出力軸側のブラケット３２へも放熱されるため、放熱性能をさらに向上させることに役立っている。

なお、フレーム１１の内周面に設けられた段差部４２は段差のない部分よりも肉厚になっているため、そのことによりフレーム１１の剛性を上げ、従ってステータ１０、モータ全体の剛性を上げることに貢献をしている。

以上に述べたような構成にすることにより、本発明の第１実施例によれば、巻線１３で発生した熱を効率良く出力軸側のブラケット３２に伝えることにより、巻線１３の温度上昇を低く抑え、従ってモータの温度上昇を低く抑えることができる。また、モータの振動による共振および共鳴を防止することにより、モータの振動、騒音を低く抑えることができる。

次に、本発明の第２の実施例について説明する。
図２は、本発明の第２の実施例を示すＡＣサーボモータの断面図であり、図３は図２のＡ部拡大図である。第２の実施例が、第１の実施例と異なる部分は、出力軸側のブラケット３２のステータ１０側の端面に溝４３を設け、溝４３に密封手段としてのOリング４４を装着している点であり、その他の符号については第１の実施例と同じである、残りの符号の説明は省略する。

次に、上記のように構成された本発明の第２実施例による回転電機の一例としてのＡＣサーボモータの動作について説明する。センサ５０で検出したロータ２０の回転角度位置に応じて、巻線１３に三相交流電流を流すことにより、ステータ１０の内部に回転磁界が発生し、この回転磁界と永久磁石２２の作る磁界の相互作用により、ロータ２０が回転する。この点はこの点は第１実施例と同様である。

次に、出力軸側ブラケット３２のステータ１０側の端面に設けられた溝４３と、溝４３に装着されたOリング４４の働きについて説明する。溝４３とOリング４４を追加する目的は、ステータ２０と出力軸側ブラケット３２間の防水を目的としている。従来技術においては、モータを防水構造とすることが難しいかった。なぜならば、フレームと出力軸側ブラケットの嵌合がフレーム内周面でされているため、その嵌合している面積が小さいために、溝とOリングを追加することが困難であるために、防水構造にすることが困難であった。

それに対して、本発明の第２の実施例によるＡＣサーボモータでは、ステータ２０と出力軸側のブラケット３２が広い面と面同士が対向して密着しているために、出力軸側ブラケット３２のステータ２０側の対向面に溝４３を設けることは容易である。放熱性能が低下する割合もほとんど無視できる。
なお、溝４３とOリング４４の形状については、環状が望ましい。

以上に述べたような構成にすることにおり、本発明の第２実施例によれば、巻線１３で発生した熱を効率良く出力軸側ブラケット３２に伝えることにより、巻線１３の温度上昇を低く抑え、従ってモータの温度上昇を低く抑えることができる。また、モータの振動による共振および共鳴を防止することにより、モータの振動、騒音を低く抑えることができる。さらに、ステータ２０と出力軸側のブラケット３２間の防水構造も容易に実現することができる。

以上、本発明の実施形態について説明した。ただし、いわゆる当業者であれば、本発明の趣旨を逸脱しない範囲内で、上記実施形態から適宜変更が可能であり、また、上記実施形態と変更例による手法を適宜組み合わせて利用することも可能である。すなわち、このような変更等が施された技術であっても、本発明の技術的範囲に含まれることは言うまでもない

１０ ステータ
１１ フレーム
１２ ステータコア
１３ 巻線
１４ａ モールド部
１４ｂ ワニス
１５ 絶縁キャップ
１６ 高熱伝導性弾性体
２０ ロータ
２１ シャフト
２２ 永久磁石
３１ 軸受
３２ ブラケット（出力軸側）
３３ ブラケット（センサ側）
４０ 嵌合部
４１ 空洞
４２ 段差部
４３ 溝
４４ Oリング
５０ センサ
５１ センサカバー

Claims (6)

1. 巻線と当該巻線が巻装されたステータコアと当該ステータコアの外周を覆うフレームとからなるステータと、
   出力軸を有し永久磁石が固着されたロータと、
   前記フレームの端部に配置され軸受を介して前記ロータを回転自在に支持するブラケットと、
   前記出力軸側の前記フレームの内周面に設けられた段差部と、
   を備え、
   前記ステータコアの外周面と前記フレームの内周面が当接し、
   かつ、前記出力軸側の前記ステータコアの端面と前記段差部が当接した
   ことを特徴とする回転電機。
2. 前記巻線にモールド樹脂でモールドされたモールド部が形成され、
   前記出力軸側の前記ブラケットと前記ステータは、前記モールド部に設けられた嵌合部で嵌合されている
   ことを特徴とする請求項１に記載の回転電機。
3. 前記出力軸側における前記フレームの端面と前記モールド部の端面が略同一平面になっており、
   前記出力軸側の前記ブラケットが、前記フレームの端面と前記モールド部の端面の両方に当接する
   ことを特徴とする請求項１に記載の回転電機。
4. 前記出力軸側の前記ブラケットの前記ステータ側の端面に溝を有しており、
   前記溝にOリングを装着している
   ことを特徴とする請求項１に記載の回転電機。
5. 前記出力軸側の反対の軸端にセンサが取り付けられた
   ことを特徴とする請求項１に記載の回転電機。
6. 前記回転電機がＡＣサーボモータである
   ことを特徴とする請求項１に記載の回転電機。

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