JP2016005431A - ヒートシンクを備えたロータ - Google Patents

Abstract

【課題】改善された熱放散機構を備えたモータを提供する。
【解決手段】電気モータのためのロータが、シャフトと、ロータコアと、ロータ巻線とを有する。ロータコアは、シャフトに固定され、複数の歯を有する。隣接する歯の間には、巻線スロットが形成される。ロータは、熱伝導性材料で作製されたヒートシンクを含む。ヒートシンクは、２つの環状部分と、この２つの環状部分を接続する複数の接続部材とを含む。環状部分は、ロータコアのそれぞれの軸端に配置される。接続部材は、それぞれの巻線スロット内に配置され、ロータ巻線と熱的に接続される。
【選択図】図７

Description

本発明はモータに関し、特に一体的なヒートシンクを備えた、電気モータのためのロータに関する。

ブラシモータは、シャフトを有するロータと、シャフトに固定された整流子及びロータコアと、ロータコアの歯の周囲に巻かれて整流子セグメントに電気的に接続されたロータ巻線とを含む。モータの動作中には、ロータ巻線が熱を発する。モータの熱をタイムリーに放散できない場合、モータの効率及び寿命が低下する恐れがある。

従って、改善された熱放散機構を備えたモータに対する要望がある。

従って、本発明は、その１つの態様において、モータのためのロータであって、シャフトと、シャフトに固定されたロータコアと、ロータコア上に巻かれたロータ巻線とを備え、ロータコアは、外向きに延びる複数の歯と、隣接する歯の間に形成され、ロータ巻線の有効部分が配置された巻線スロットと、熱伝導性材料で作製されたヒートシンクとを有し、ヒートシンクは、２つの環状部分と、この２つの環状部分を相互接続する複数の接続部材とを有し、２つの環状部分は、ロータコアのそれぞれの軸端に位置し、接続部材は、それぞれの巻線スロットに収容され、ロータ巻線の有効部分と熱的に接続された、ロータを提供する。

ロータ巻線の軸端は、ロータコアのそれぞれの軸端に配置され、ヒートシンクの環状部分と熱的に接続されることが好ましい。

ヒートシンクは、ロータコア及びロータ巻線上に形成された一体構造であることが好ましい。

ヒートシンクの接続部材の半径方向最も外側は、ロータコアの半径方向最外面と実質的に同一平面であることが好ましい。

或いは、ヒートシンクの接続部材の半径方向最も外側と、ロータコアの歯の半径方向最外面とは、実質的に同じ円周面上に位置する。

シャフトには整流子が固定され、整流子は、ロータの円周方向に配置された複数の整流子セグメントを有し、整流子セグメントは、ロータ巻線と電気的と接続された接続部分を有し、ヒートシンクの環状部分のうちの一方は、接続部分を覆って延びる、接続部分と熱的に接続された軸方向延長部をさらに有することが好ましい。

ヒートシンクの環状部分のうちの一方は、ロータの回転時に空気流を発生させるための複数のブレードをさらに有することが好ましい。

ブレードは、ロータの半径方向に延びて遠心ファンを形成することが好ましい。

各ブレードはＬ字型であり、対応する環状部分の軸端面からロータの軸方向に突出するとともに、対応する環状部分の半径方向表面からロータの半径方向に突出することが好ましい。

第２の態様によれば、本発明は、ステータ及びロータを備えたモータであって、ステータは、モータハウジングと、モータハウジングの開放端に取り付けられたエンドキャップとを有し、ロータは、シャフトと、シャフトに固定されたロータコアと、ロータコア上に巻かれたロータ巻線とを有し、ロータコアは、外向きに延びる複数の歯と、隣接する歯の間に形成され、ロータ巻線の有効部分が配置された巻線スロットと、熱伝導性材料で作製されたヒートシンクとを有し、ヒートシンクは、２つの環状部分と、この２つの環状部分を相互接続する複数の接続部材とを有し、２つの環状部分は、ロータコアのそれぞれの軸端に位置し、接続部材は、それぞれの巻線スロットに収容され、ロータ巻線の有効部分と熱的に接続された、モータを提供する。

モータハウジング及び／又はエンドキャップは、空気を通すための貫通穴を有することが好ましい。

ロータ巻線の軸端は、ロータコアのそれぞれの軸端に配置され、ヒートシンクの環状部分と熱的に接続されることが好ましい。

ヒートシンクは、ロータコア及びロータ巻線上に形成された一体構造であることが好ましい。

ヒートシンクの接続部材の半径方向最も外側は、ロータコアの半径方向最外面と実質的に同一平面であることが好ましい。

或いは、ヒートシンクの接続部材の半径方向最も外側と、ロータコアの歯の半径方向最外面とは、実質的に同じ円周面上に位置する。

ロータは、シャフトに固定された整流子を有し、整流子は、ロータの円周方向に配置された複数の整流子セグメントを有し、整流子セグメントは、ロータ巻線と電気的と接続された接続部分を有し、ヒートシンクの環状部分のうちの一方は、接続部分を覆って延びる、接続部分と熱的に接続された軸方向延長部をさらに有することが好ましい。

ヒートシンクの環状部分のうちの一方は、ロータの回転時に空気流を発生させるための複数のブレードをさらに有し、モータハウジングは、ブレードと半径方向に位置合わせされた貫通穴を有することが好ましい。

ロータの半径方向外面及びステータは、これらの間に空隙を形成し、モータハウジングは、空隙と連通する貫通穴を有し、これによって熱放散用空気流路が形成されることが好ましい。

ステータは、モータハウジングの一端に配置されたブラシアセンブリをさらに有し、ブラシアセンブリは、ブラシを有し、モータハウジングは、ブラシに対応する貫通穴を有することが好ましい。

上記に照らして、本発明のロータでは、ヒートシンクをロータ巻線と熱的に接続することによってロータ巻線の熱放散効率を改善し、従ってロータの熱放散を改善する。

以下、添付図面の図を参照しながら、本発明の好ましい実施形態をほんの一例として説明する。図では、複数の図に出現する同一の構造、要素又は部品には、一般にこれらが出現する全ての図において同じ参照番号を付している。一般に、図に示す構成要素及び特徴部の寸法は、表現の便宜上明瞭にするために選択したものであり、必ずしも縮尺通りではない。以下、各図を列挙する。

好ましい実施形態によるモータの斜視図である。 別の角度から見た図１と同様の図である。 図１のモータのエンドキャップを取り外した図である。 図１のモータの正面図である。 図４のモータの線Ａ−Ａに沿って切り取った断面図である。 図４のモータの線Ｂ−Ｂに沿って切り取った断面図である。 図１のモータのロータを示す図である。 図７のロータのヒートシンクの斜視図である。 別の角度から見た図８と同様の図である。

図には、本発明の好ましい実施形態によるモータ２０を示す。このモータは、永久磁石直流（ＰＭＤＣ）ブラシモータである。モータ２０は、ステータ３０及びロータ５０を含む。

ステータ３０は、開放端を有する円筒形モータハウジング３１と、モータハウジング３１の内面に取り付けられた４つの永久磁石４１と、モータハウジング３１の開放端に取り付けられたブラシアセンブリ４３及びエンドキャップ３８とを含む。モータハウジング３１の開放端には、圧着部又は接続タブ３４が形成される。接続タブ３４は、エンドキャップ３８が取り付けられた後に、エンドキャップ３８をモータハウジング３１に固定するように内向きに曲げられる。モータハウジング３１は、その他端に底部３５を含む。底部３５及びエンドキャップ３８の各々は、軸受４７、４８を取り付けるための軸受ホルダを形成する。ブラシアセンブリ４３は、少なくとも一対のブラシ４４を含む。少なくとも一対のブラシ４４は、外部電源に接続するための電力ケーブル４５に接続される。

図５〜図７を参照して分かるように、ロータ５０は、シャフト５１と、シャフト５１に固定して取り付けられた整流子５３及びロータコア５４と、ロータ巻線５９とを含む。整流子５３は、シャフト５１の円周方向に沿って配置された複数の整流子セグメントを含む。ロータコア５４は、ハブ部５５と、ハブ部５５から半径方向に延びる６つの歯５６とを含む。この６つの歯は、シャフト５１の円周方向に均等に分布し、隣接する歯５６間に巻線スロットが形成される。各歯５６の半径方向外端部には、極磁片５７が配置される。極磁片５７は、空隙を隔てて永久磁石４１に面し、ロータのステータに対する回転を可能にする。隣接する極磁片５７は、巻線スロットのうちの対応する巻線スロットのためのスロット開口部を定める。巻線スロットには、ロータ巻線５９の有効部分が収容され、ロータ巻線５９の端部は、ロータコア５４の軸端に位置する。ロータ巻線は、整流子セグメントに電気的かつ物理的に接続される。ロータ巻線５９は、整流子セグメントとの間の電気的接続を実現するように、圧着接続、溶接などによって整流子セグメントに接続することができる。本発明は、別の数の歯、永久磁石及び整流子セグメントを有するモータにおいて使用することもできると理解されたい。また、上記では、ＰＭＤＣブラシモータに関連して本発明を説明しているが、本発明は、ユニバーサルモータのロータなどの他のタイプのモータのロータにおいて使用することもできると理解されたい。

ロータ５０は、熱伝導性材料で作製されたヒートシンク６０をさらに含む。ヒートシンク６０は、２つの環状部分６１、６５と、この２つの環状部分６１、６５の間に接続された複数の接続部材６３とを含む。２つの環状部分６１、６５は、ロータコア５４の２つの軸端に配置され、ロータ巻線５９の端部に熱的に接続される。接続部材６３は、それぞれの巻線スロット内に収容され、ロータ巻線の有効部分に熱的に接続される。この実施形態では、ヒートシンク６０が、１Ｗ／（ｍｋ）以上の熱伝導率を有するＰＡ６などの導電性プラスチック製である。ヒートシンク６０は、射出成形によってロータコアを覆って一体的に形成される。

接続部材６３は、巻線スロットの残りの空間を満たす（すなわち、接続部材６３及びロータ巻線５９の有効部分が、共に各巻線スロットを満たす）ことが好ましい。接続部材６３は、熱伝導性能が空気よりも高いので、ロータ巻線５９によって生じた熱を接続部材６３によって素早く追い出すことができる。また、接続部材６３がロータ巻線の外面に配置されているので、ロータ巻線５９のワイヤを固定するために、従来の工程のように接着剤を必要としない。

接続部材６３の半径方向最も外側は、対応する隣接する歯５６の半径方向最外端（極磁片５７）と同一平面であることが好ましい。接続部材６３の半径方向最も外側と、ロータコアの半径方向最外面とが、実質的に同じ円周面上に位置することがさらに好ましい。これにより、ロータは、空気摩擦による回転抵抗を低減する、より滑らかな外周面を有するようになる。

なお、動作中には、整流子５３のセグメントも、整流子内を流れる電流及びブラシとの摩擦に起因して熱を発する。この実施形態では、ヒートシンク６０の環状部分６５が、整流子５３に向かって延びる、縮小された外径を有する軸方向延長部６８を含む。軸方向延長部６８は、巻線５９に接続された整流子セグメントのタング部又は接続部分を取り囲んでこれに熱的に接続されることにより、整流子セグメントから素早く熱を追い出す。

この実施形態では、ヒートシンクの環状部分６５が、遠心ファンを形成する複数のブレード６６をさらに含む。ロータの回転中、ブレード６６は、空気流を発生させてヒートシンク６０の熱放散を促す。ブレード６６は、ロータから半径方向に延びる。各ブレードはＬ字型であり、環状部分６５の軸端面からロータの軸方向に突出するとともに、環状部分６５の半径方向表面からロータの半径方向に突出し、これによってロータの回転時に遠心ファンを形成し、ロータ全体にわたって空気流を生み出す。

ブレード６６は、整流子５３に隣接するヒートシンク６０の環状部分６５に一体的に形成され、整流子５３及びブラシアセンブリ４３からの、特にブラシ４４からの熱をより効果的に放散させることが好ましい。

モータハウジング３１は、ファンから半径方向空気流を排出して熱放散を促すための、ブレード６６に対応する貫通穴３２を有する。モータハウジング３１の底部３５は貫通穴３６を有し、エンドキャップ３８は貫通穴３９を有する。これらの貫通穴３６、３９によってモータハウジング３１内に空気が軸方向に流れ込み、ファンを助長してロータを冷却する。ファンは、整流子及びブラシアセンブリを介して貫通穴３９から空気を吸い込むとともに、ステータとロータの間の空隙を通じ、ロータコア及び磁石を介して貫通穴３６から空気を吸い込む。

また、モータハウジング３１は、ブラシアセンブリ４３のブラシ４４と位置合わせされた、ブラシ４４の熱放散を容易にするための貫通穴３３をさらに含む。モータハウジング３１の貫通穴３３は、ファンのブレード６６によって生じる熱放散用空気流と流体連通することが好ましい。

本出願の明細書及び特許請求の範囲では、記述する項目又は特徴の存在を明示する一方でさらなる項目又は特徴の存在を排除しないように、「備える、含む、有する（ｃｏｍｐｒｉｓｅ、ｉｎｃｌｕｄｅ、ｃｏｎｔａｉｎ及びｈａｖｅ）」という動詞、並びにその派生形の各々を包括的な意味で使用している。

明確化のために別個の実施形態の文脈で説明した本発明のいくつかの特徴は、単一の実施形態において組み合わせて提供することもできると理解されたい。これとは逆に、簡潔さを期すために単一の実施形態の文脈で説明した本発明の様々な特徴を別個に、又はいずれかの好適な下位の組み合わせで提供することもできる。

上述した実施形態はほんの一例にすぎず、当業者には、添付の特許請求の範囲によって規定される本発明の範囲から逸脱することなく、他の様々な修正が明らかである。

５０ ロータ
５１ シャフト
５３ 整流子
５４（５７） ロータコア（極磁片）
６０ ヒートシンク
６１ 環状部分
６３ 接続部材
６５ 環状部分
６６ ブレード
６８ 軸方向延長部

Claims (13)

1. モータのためのロータであって、シャフトと、該シャフトに固定されたロータコアと、該ロータコア上に巻かれたロータ巻線とを備え、前記ロータコアは、外向きに延びる複数の歯と、隣接する前記歯の間に形成され、前記ロータ巻線の有効部分が配置された巻線スロットと、熱伝導性材料で作製されたヒートシンクとを有し、
   前記ヒートシンクは、２つの環状部分と、該２つの環状部分を相互接続する複数の接続部材とを有し、前記２つの環状部分は、前記ロータコアのそれぞれの軸端に位置し、前記接続部材は、それぞれの前記巻線スロットに収容され、前記ロータ巻線の前記有効部分と熱的に接続される、
   ことを特徴とするロータ。
2. 前記ロータ巻線の軸端は、前記ロータコアのそれぞれの軸端に配置され、前記ヒートシンクの前記環状部分と熱的に接続される、
   ことを特徴とする請求項１に記載のロータ。
3. 前記ヒートシンクは、前記ロータコア及び前記ロータ巻線上に形成された、熱伝導性材料の一体構造である、
   ことを特徴とする請求項１又は２に記載のロータ。
4. 前記ヒートシンクの前記接続部材の半径方向最も外側は、前記ロータコアの半径方向最外面と実質的に同一平面である、
   ことを特徴とする請求項１、２又は３に記載のロータ。
5. 前記ヒートシンクの前記接続部材の半径方向最も外側と、前記ロータコアの前記歯の半径方向最外面とは、実質的に同じ円周面上に位置する、
   ことを特徴とする請求項１、２又は３に記載のロータ。
6. 前記ロータは、前記シャフトに固定された整流子をさらに備え、該整流子は、前記ロータの円周方向に配置された複数の整流子セグメントを有し、該整流子セグメントは、前記ロータ巻線と電気的と接続された接続部分を有し、前記ヒートシンクの前記環状部分のうちの一方は、前記接続部分を覆って延びる、該接続部分と熱的に接続された軸方向延長部をさらに有する、
   ことを特徴とする請求項１から５のいずれか１項に記載のロータ。
7. 前記ヒートシンクの前記環状部分のうちの一方は、前記ロータの回転時に空気流を発生させるための複数のブレードをさらに有する、
   ことを特徴とする請求項１から６のいずれか１項に記載のロータ。
8. 前記ブレードは、前記ロータの半径方向に延びて遠心ファンを形成する、
   ことを特徴とする請求項７に記載のロータ。
9. 前記ブレードの各々はＬ字型であり、対応する前記環状部分の軸端面から前記ロータの軸方向に突出するとともに、対応する前記環状部分の半径方向表面から前記ロータの半径方向に突出する、
   ことを特徴とする請求項７又は８に記載のロータ。
10. 請求項１から９のいずれか１項に記載のロータと、ステータとを備えたモータであって、前記ステータは、モータハウジングと、該モータハウジングの開放端に取り付けられたエンドキャップとを有する、
    ことを特徴とするモータ。
11. 前記ヒートシンクの前記環状部分のうちの一方は、前記ロータの回転時に空気流を発生させるための複数のブレードをさらに有し、前記モータハウジングは、前記ブレードと半径方向に位置合わせされた貫通穴を有する、
    ことを特徴とする請求項１０に記載のモータ。
12. 前記ロータの半径方向外面及び前記ステータは、これらの間に空隙を形成し、前記モータハウジングは、前記空隙と連通する貫通穴を有し、これによって熱放散用空気流路が形成される、
    ことを特徴とする請求項１０に記載のモータ。
13. 前記ステータは、前記モータハウジングの一端に配置されたブラシアセンブリをさらに有し、該ブラシアセンブリは、ブラシを有し、前記モータハウジングは、前記ブラシと半径方向に位置合わせされた貫通穴を有する、
    ことを特徴とする請求項１０に記載のモータ。