JP2013207971A - モータ - Google Patents

Abstract

【課題】低コストかつ簡単な構造で既存の冷却用のフィンを設けた場合よりも冷却効果が高いモータを得ること。
【解決手段】出力軸１５を有するロータ１２と、ロータ１２を回転させるステータ１３と、ステータ１３と熱的に接続され、ロータ１２及びステータ１３を収容するフレーム１４と、熱を雰囲気中に放熱するコルゲート状の立ち２を複数有し、コルゲート状の立ち２がフレームの外周部に放射状に配置されるようにフレーム１４に装着されるフィン１とを有し、複数のコルゲート状の立ち２の各々は、フレーム１４の周方向に貫通する切り欠き３を備える。
【選択図】図１

Description

本発明は、冷却用のフィンを備えたモータに関する。

従来、モータ等の回転電機は、ステータ及びロータ等から発する電気損と機械損とを有し、これらは最終的には熱となって大気中に拡散する。

この熱の大気中への拡散が良好に行われないとモータは正常な運転ができなくなり、さらには使用不能に至ってしまうことがある。そのため、一般的には発生した熱を効率的に大気中に拡散させるために冷却フィンが用いられる。

従来の冷却フィンの構造は、例えば特許文献１に示されている。

特許文献１に示されるモータは、出力軸、ロータ、ステータを有し、ステータを含むフレームの外周に冷却フィンが一体形成されている。一般的には、冷却フィン付きのフレームはアルミダイキャスト、または鋳鉄などの鋳物として一体成形される。また、冷却効果を増大するため、反出力軸側に冷却用のファンを設け、外気を強制的に冷却フィンの側に導いて放熱を促進させることもある。

回転電機の損失の熱による拡散のうち、最も割合の大きいステータ部からの熱伝播を見ると、ステータコイル→ステータコア→フレーム→フレーム冷却フィンまでが熱伝導であり、冷却フィンが外気に接する部分では熱伝達の形態をとる。そして、熱伝導部では、熱量を一定とすれば、熱伝導率が大きいほど温度差が小さくて済む。すなわち、回転電機自身の温度上昇を低く抑えることができる。

現状では、フレームの材質としてＡｌ（アルミダイキャスト）、Ｆｅ（鋳鉄）などが一般的に使用されており、これらの熱伝導率に基づいて冷却設計がなされ、フレーム及びフレーム冷却フィンの形状や寸法が決定されている。

これらの方法では、特定のモータに対して専用の設計となるため、モータが高コストになってしまう。

その問題を解決するために、特許文献２や特許文献３に開示されているように、モータ等の発熱機器の表面に密着・取り付け可能とした形状の冷却フィンが考えられている。

実開平５−２５９６６号公報 特開平５−１１１２１１号公報 特開２００４−１１２９４６号公報

しかし、特許文献２、３のような形状では、冷却性能に限界があり、さらなる改善を期待するにはより熱伝導率の高い材料に変更したり、鋳物やダイキャスト成型するなどコストアップに繋がる手法しかなかった。

本発明は、上記に鑑みてなされたものであって、低コストかつ簡単な構造で既存の冷却用のフィンを設けた場合よりも冷却効果が高いモータを得ることを目的とする。

上述した課題を解決し、目的を達成するために、本発明は、出力軸を有するロータと、ロータを回転させるステータと、ステータと熱的に接続され、ロータ及びステータを収容するフレームと、熱を雰囲気中に放熱する壁状の放熱部を複数有し、放熱部がフレームの外周部に放射状に配置されるようにフレームに装着されるフィンとを有し、複数の放熱部の各々は、フレームの周方向に貫通する通気部を備えることを特徴とする。

本発明によれば、低コストかつ簡単な構造で既存の冷却用のフィンを設けた場合よりも高い冷却効果が得られるという効果を奏する。

図１は、実施の形態１にかかるモータの側面図である。 図２は、実施の形態１にかかるモータの斜視図である。 図３は、実施の形態１にかかるモータのフィンの斜視図である。 図４は、実施の形態１にかかるモータでのフィンの放熱による熱の移動を模式的に示す図である。 図５は、従来のモータでのフィンの放熱による熱の移動を模式的に示す図である。 図６は、フィンの元となる部材を示す図である。 図７は、本発明にかかるモータの実施の形態２に適用されるフィンの斜視図である。 図８は、本発明にかかるモータの実施の形態３に適用されるフィンの斜視図である。 図９は、実施の形態３にかかるフィンの別の一例を示す図である。

以下に、本発明にかかるモータの実施の形態を図面に基づいて詳細に説明する。なお、この実施の形態によりこの発明が限定されるものではない。

実施の形態１．
図１は、実施の形態１にかかるモータの側面図である。図２は、実施の形態１にかかるモータの斜視図である。なお、図１では、フレーム１４の一部を切り欠いて示すことで内部のロータ１２及びステータ１３を図示しているが、実際にはロータ１２及びステータ１３はフレーム１４に覆われているためフレーム１４の外部からは視認できない。モータ６は、出力軸１５、フレーム１４、フィン１及びブラケット１６を備える。フレーム１４及びブラケット１６で囲まれた空間の内部には熱源となるロータ１２及びステータ１３が収容されている。フィン１は、フレーム１４へ固定される取付部１ａと、雰囲気（大気）に熱を伝達するコルゲート状の立ち２（放熱部）とを備えている。フレーム１４内のロータ１２やステータ１３から発せられた熱は、フレーム１４を介して取付部１ａへと伝わり、コルゲート状の立ち２から雰囲気へと伝達される。

図３は、実施の形態１にかかるモータのフィンの斜視図である。フィン１は、外周側の曲面上に同じ角度間隔でコルゲート状の立ち２を複数備えた円筒状である。コルゲート状の立ち２の中央部には溝状の切り欠き（通気部）３が形成されている。フィン１は、コルゲート状の立ち２を複数形成した板状の部材を円筒状に丸めて形成されている。

フレーム１４とフィン１との接触部には接着剤が塗布される。フィン１は、フレーム１４に巻き付け、フィン１の周方向の一方の端部に設けたツメ４を、周方向の反対側の端部に設けた穴５に貫通させた上で捻る（かしめる）ことによってフレーム１４に固定される。

フィン１の表面積は、コルゲート状の立ち２を備える分フレーム１４とフィン１との接触部分の面積よりも大きい。このためフィン１をフレーム１４に固定することにより、放熱面積を増やしてモータ６の空冷効果を高めることができる。

また、モータ６から発生した熱は、コルゲート状の立ち２同士の隙間８に溜まるが、切り欠き３が形成されているため、モータ６の軸方向に隙間を空けてコルゲート状の立ち２を配置できるため、その隙間から放散させて空冷効果を高めることができる。

切り欠き３が設けられたコルゲート状の立ち２を備えたフィン１を設置することにより、切り欠き３の部分には、煙突効果によって気流が発生し、フィン１が冷却される。切り欠き３の部分は、鉛直平行に配置された平板で挟まれた状態に近似できるため、切り欠き３の幅が十分に大きければ、コルゲート状の立ち２の各々に沿う境界層流れは互いに助長しあって対流速度を増し、切り欠き３を設けない場合よりも熱伝達率が高くなる（温度境界層の増速効果）。なお、モータ６を大気中で使用する場合には、切り欠き３の幅が概ね２．５ｍｍ以上あれば、温度境界層の増速効果が得られ、モータ６の冷却性能が向上する。

本実施の形態１にかかるモータ６と従来のモータ２８とで熱の移動について説明する。図４は、実施の形態１にかかるモータでのフィンの放熱による熱の移動を模式的に示す図である。図５は、従来のモータでのフィンの放熱による熱の移動を模式的に示す図である。本実施の形態においては、コルゲート状の立ち２に切り欠き３が設けられているため、モータ６の下部でコルゲート状の立ち２から熱を受け取った雰囲気は、図中に破線の矢印で示すように切り欠き３を通ってモータ６の上方へと移動し、図中に実線の矢印に示すようにモータの上方へ上昇する。これに対し、従来のモータ２８ではフィン２５はモータ軸方向に隙間が無い（通気部が無い）ため、モータ２８の下部でフィン２５から熱を受け取った雰囲気は逃げ場がなく、フレーム２４及びコルゲート状の立ち２５ｂで囲まれた部分（Ａ〜Ｆ部）に滞留する。したがって、本実施の形態のようにコルゲート状の立ち２に切り欠き３を設けることにより、モータ６の周囲（フレーム１４及びコルゲート状の立ち２で囲まれた部分）に熱が籠もることが防止されるため、モータ６の冷却性能が高くなる。

図６は、フィンの元となる部材を示す図である。フィン１は、長方形に切り取られ切り欠き３が形成された板金（ブランク）７を曲げ線９に沿って曲げることによって容易に形成できる。

上記のように、モータ６の軸方向に通気部としての隙間を空けてコルゲート状の立ち２を配置するにあたって、コルゲート状の立ち２は根元では繋がっているため、通気部を設けるために二つの部品を別々にモータ６に固定する必要はなく、フィン１を一つ取り付けるだけで通気部を備えるようにコルゲート状の立ち２を配列できる。これにより、ツメ４のかしめ作業及び接着剤の塗布作業は１回で済む。また、二つの部品を別々にモータ６に固定する場合には、接着剤乾燥工程中に二つの部品の間隔を一定に保つためにフィン固定治具で部品を固定する必要があるが、本実施の形態ではフィン１一つをフレーム１４に取り付ければ良いため、フィン固定治具の作成及び取付は不要であり、製造コストを低減できる。さらに、二つの部品を別々にフレーム１４に固定する場合は、コルゲート状の立ち２の位置が揃うようにかしめ作業を行う必要があり困難を伴うが、本実施の形態ではコルゲート状の立ち２の位置がずれることはないため、ツメ４をかしめる作業は容易である。

なお、上記の例では、複数の切り欠き３を一列に設けてモータ６の軸方向に通気部を形成することにより、コルゲート状の立ち２をモータ６のフレーム１４に軸方向に２列に配列させた構成について説明した。しかし、切り欠き３を複数列に設けてモータ６の軸方向に通気部を複数列形成することにより、コルゲート状の立ち２をモータ６のフレーム１４に軸方向に３列以上に配列させた構成とすることもできる。

また、上記の例では、板金７をコルゲート状に曲げたものをモータ６のフレーム１４に巻いた構成について説明したが、アルミダイキャストでフィン１を形成することもできる。この場合には、アルミダイキャストの引き抜き製法により、円筒状の外周に放射状にコルゲート状の立ち２を有する部品を形成し、その後、各コルゲート状の立ち２に削り加工を施して、モータ６の軸方向の通気部を少なくとも一列形成して切り欠き３としてもよい。

本実施の形態によれば、フィンの空冷効果が高く、その取付も容易である。

実施の形態２．
図７は、本発明にかかるモータの実施の形態２に適用されるフィンの斜視図である。モータ１の全体的な構成は、実施の形態１と同様である。

本実施の形態においては、コルゲート状の立ち２の中央部に切り欠きの代わりに空冷穴１０が形成されている。

本実施の形態のフィン１も、コルゲート状の立ち２で挟まれた部分に籠もった熱を空冷穴１０を介して、フレーム１４の周方向に移動させることができ、高い空冷効果が得られる。また、フィン１は一つの部品で構成されるため、フレーム１４への取付は容易である。

実施の形態３．
図８は、本発明にかかるモータの実施の形態３に適用されるフィンの斜視図である。モータ１の全体的な構成は、実施の形態１と同様である。

本実施の形態においては、フィン１は、コルゲート状の立ち２が形成された二つのフィン構成部品１１１、１１２が間を空けた状態で、それぞれが板金１１に溶接されて連結されて構成されている。

フィン構成部品１１１、１１２は、帯状の板金を曲げることによって形成可能である。従って、実施の形態１の板金７とは異なり切り欠き３を形成する加工が不要である。本実施の形態のフィン１を用いた場合も、実施の形態１と同様の空冷効果が得られる。また、フィン１は一部品化されているため、フレーム１４への取付は容易である。

図９は、実施の形態３にかかるフィンの別の一例を示す図である。コルゲート状の立ち２が互い違いに配置されるようにフィン構成部品１１１、１１２をずらして板金１１に溶接することにより、モータ６から発生する熱を雰囲気中に拡散させる効果を高めることができる。

なお、フィン構成部品１１１、１１２は、板金１１に対して溶接するのではなく、接着することによって一部品化することも可能である。

以上のように、本発明にかかるモータは、低コストかつ簡単な構造で既存の冷却用のフィンを設けた場合よりも冷却効果が高い点で有用である。

１、２５ フィン
１ａ 取付部
２、２５ｂ コルゲート状の立ち
３ 切り欠き
４ ツメ
５ 穴
６、２８ モータ
７、１１ 板金
８ 隙間
９ 曲げ線
１０ 空冷穴
１２ ロータ
１３ ステータ
１４、２４ フレーム
１５ 出力軸
１６ ブラケット
１１１、１１２ フィン構成部品

Claims (6)

1. 出力軸を有するロータと、
   前記ロータを回転させるステータと、
   前記ステータと熱的に接続され、前記ロータ及び前記ステータを収容するフレームと、
   熱を雰囲気中に放熱する壁状の放熱部を複数有し、該放熱部が前記フレームの外周部に放射状に配置されるように該フレームに装着されるフィンとを有し、
   前記複数の放熱部の各々は、前記フレームの周方向に貫通する通気部を備えることを特徴とするモータ。
2. 前記通気部が、前記放熱部の端部側から切り込まれた切り欠きによって形成されたことを特徴とする請求項１に記載のモータ。
3. 前記通気部が、前記放熱部を貫通する穴によって形成されたことを特徴とする請求項１に記載のモータ。
4. 前記フィンが、一つの部材を基に構成されていることを特徴とする請求項１から３のいずれか１項に記載のモータ。
5. 前記フィンが、前記通気部をなす部分が切り取られた一枚の板金を曲げて形成されたことを特徴とする請求項４に記載のモータ。
6. 前記フィンは、前記通気部が前記出力軸の軸方向に重ならないように前記フレームに装着されたことを特徴とする請求項１〜５のいずれか１項に記載のモータ。

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