JP2016165207A

JP2016165207A - 外筒を備えるステータ、およびモータ

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Publication number: JP2016165207A
Application number: JP2015045354A
Authority: JP
Inventors: 達也妹尾; Tatsuya Senoo
Original assignee: Fanuc Corp
Current assignee: Fanuc Corp
Priority date: 2015-03-06
Filing date: 2015-03-06
Publication date: 2016-09-08
Anticipated expiration: 2035-03-06
Also published as: DE102016103408B4; CN105939068A; CN205565914U; JP6208702B2; CN105939068B; US20160261174A1; DE102016103408A1; US10250106B2

Abstract

【課題】ステータの構成要素の変形防止とともに、稼働時にコイルにて生じる熱を効果的に抜熱することができるステータが求められている。【解決手段】モータ１０のステータ２０は、筒状のバックヨーク３０、および該バックヨーク３０から径方向内側に突出するティース３２を有するステータコア２２と、ティース３２に巻回されたコイル２４と、バックヨーク３０を取り囲む外筒２６と、外筒２６の内周面２６ａおよびコイル２４のコイル端の双方に当接する伝熱部２８とを備える。【選択図】図２

Description

本発明は、外筒を備えるステータ、およびモータに関する。

ステータコア、および該ステータコアを取り囲むように配置され、焼き嵌め等によって該ステータコアの外周に固定される外筒を備えるステータにおいて、ステータコアの変形を防止する技術が知られている（例えば、特許文献１）。

特開２０１２−１４３０６４号公報

このようなステータにおいて、ステータの構成要素の変形防止とともに、稼働時にコイルにて生じる熱を効果的に抜熱する技術が求められている。

本発明の一態様において、モータのステータは、筒状のバックヨーク、および該バックヨークから径方向内側に突出するティースを有するステータコアと、ティースに巻回されたコイルと、バックヨークを取り囲む外筒と、外筒の内周面およびコイルのコイル端の双方に当接する伝熱部とを備える。

ステータコアは、周方向に並ぶ複数のティースを有してもよい。ステータは、周方向に並ぶ複数の伝熱部を備えてもよい。複数の伝熱部の各々は、複数のティースの各々に巻回されたコイルのコイル端と当接してもよい。

ステータは、接続部をさらに備えてもよい。接続部は、外筒の周方向に延在して伝熱部に接続され、外筒の内周面に当接してもよい。伝熱部は、接続部と同じ、またはそれよりも大きな径方向幅を有してもよい。

外筒の内周面には、周方向に延在するように段差部が形成されてもよい。伝熱部および接続部は、段差部の上に配置されてもよい。外筒の外周面には、放熱用のフィン、または冷媒通過用の流路が形成されてもよい。伝熱部は、コイル端と当接する部分に絶縁材を有してもよい。

本発明の他の態様において、モータは、上述のステータを備える。モータは、外筒を冷却するためのファンをさらに備えてもよい。

本発明の一実施形態に係るモータの側方断面図である。図１に示すステータを軸方向前方から見た図である。図２に示すステータから伝熱部を省略した図である。図２に示すステータの一部の斜視断面図であって、伝熱部を点線にて示している。本発明の他の実施形態に係るモータの側方断面図である。図５に示すステータを軸方向前方から見た図である。図５に示すステータの一部の斜視断面図であって、伝熱部を点線にて示している。本発明の他の実施形態に係るステータを軸方向前方から見た図である。図８に示すステータの一部の斜視断面図である。本発明の他の実施形態に係る外筒を説明するための図であって、図９に対応する。本発明のさらに他の実施形態に係る外筒を説明するための図であって、図９に対応する。本発明のさらに他の実施形態に係る外筒を説明するための図であって、図９に対応する。伝熱部に設けられた絶縁材を説明するための図であって、図９に対応する。

以下、本発明の実施の形態を図面に基づいて詳細に説明する。まず、図１を参照して、本発明の一実施形態に係るモータ１０について説明する。なお、以下の説明における軸方向とは、図１に示すシャフト１４の軸線Ｏに沿う方向を示し、径方向とは、軸線Ｏを中心とする円の半径方向を示し、周方向とは、軸線Ｏを中心とする円の円周方向を示す。また、便宜上、図中の矢印Ｆに示す方向を軸方向前方とする。

モータ１０は、ステータ２０と、ステータ２０の径方向内側に回転可能に配置されたロータ１２と、ステータ２０の径方向外側に配置されたファン１８とを備える。ロータ１２は、シャフト１４と、該シャフト１４の径方向外側に固定されたロータコア１６とを備える。ロータコア１６の内部には、磁石（図示せず）が保持されている。ロータ１２は、軸線Ｏの周りに回転する。

次に、図１〜図４を参照して、ステータ２０について説明する。ステータ２０は、ステータコア２２、コイル２４、外筒２６、ならびに、複数の伝熱部２８および２９を備える。

ステータコア２２は、例えば、軸方向に積層された複数の磁性鋼板から構成されている。ステータコア２２は、円筒状のバックヨーク３０と、該バックヨーク３０から径方向内側に突出する複数のティース３２とを有する。本実施形態においては、計１２個のティース３２が、周方向に略等間隔で整列している。

コイル２４は、ティース３２の各々に巻回されている。コイル２４は、軸方向前側のコイル端２４ａと、軸方向後側のコイル端２４ｂとを有する。コイル端２４ａは、ティース３２に巻回されたコイル２４のうち、該ティース３２から軸方向前方に突出した部分である。一方、コイル端２４ｂは、ティース３２に巻回されたコイル２４のうち、該ティース３２から軸方向後方に突出した部分である。

外筒２６は、例えばアルミまたは銅のような非磁性材料から作製された円筒状の部材である。外筒２６は、バックヨーク３０を径方向外側から取り囲むように配置され、例えば焼き嵌めによって、該バックヨーク３０に固定される。上述したファン１８は、外筒２６に向かう気流を発生させ、これにより外筒２６を冷却する。

伝熱部２８は、コイル端２４ａの軸方向前側に配置されている。本実施形態においては、計１２個の伝熱部２８が、ティース３２の位置に対応するように、周方向に略等間隔に配設されている。

伝熱部２８の各々は、予め定められた厚さを有する略四角形の板部材であって、その径方向外側の端面２８ａにて外筒２６の内周面２６ａに当接する。その一方で、伝熱部２８の各々は、その軸方向後方の端面２８ｂにて、対応するティース３２に巻回されたコイル２４のコイル端２４ａに、軸方向前側から当接している。

一方、伝熱部２９は、コイル端２４ｂの軸方向後側に配置されており、上述の伝熱部２８と同様の構成を有する。具体的には、計１２個の伝熱部２９が、ティース３２の位置に対応するように、周方向に略等間隔に配設されている。

伝熱部２９の各々は、その径方向外側の端面２９ａにて外筒２６の内周面２６ａに当接する。その一方で、伝熱部２９の各々は、その軸方向前方の端面２９ｂにて、対応するティース３２に巻回されたコイル２４のコイル端２４ｂに、軸方向後側から当接している。

例えば、伝熱部２８および２９のいずれか一方は、外筒２６の内周面２６ａに一体に形成され、他方は、外筒２６とは別の部材から作製し、外筒２６の内周面２６ａに、例えば溶接または接着によって固定される。

伝熱部２８および２９は、渦電流を発生させない観点からは、アルミまたは銅のような非磁性材料であることが好ましいが、磁性材料であってもよい。また、伝熱部２８および２９は、高い熱伝導率を有する材料から作製されることが好ましい。

このように、本実施形態においては、外筒２６とコイル２４のコイル端２４ａ、２４ｂの双方に当接するように、伝熱部２８、２９が設けられている。この構成によれば、モータ１０の稼働時にコイル２４にて発生した熱の一部が、伝熱部２８、２９を介して、外筒２６に伝導し、外筒２６から外気へ放熱されることになる。したがって、ステータ２０の放熱効果を向上させることができる。

また、本実施形態においては、コイル端２４ａに当接する伝熱部２８と、コイル端２４ｂに当接する伝熱部２９とが設けられている。この構成によれば、コイル２４の軸方向両側のコイル端２４ａおよび２４ｂから、それぞれ、伝熱部２８および２９を介して抜熱できるので、ステータ２０の放熱効果を、より効果的に向上させることができる。

次に、図５〜図７を参照して、他の実施形態に係るモータ４０について説明する。なお、以下に述べる種々の実施形態において、既に述べた実施形態と同様の要素には同じ符号を付し、詳細な説明を省略する。

モータ４０は、ステータ５０と、ステータ５０の径方向内側に回転可能に配置されたロータ１２とを備える。ステータ５０は、ステータコア２２、コイル２４、外筒２６、ならびに、伝熱リング５２および５４を備える。

伝熱リング５２は、予め定められた厚さを有する円環状の板部材であって、コイル端２４ａの軸方向前側に配置されている。具体的には、伝熱リング５２は、複数の伝熱部５６および接続部５８を有する。本実施形態においては、計１２個の伝熱部５６が、ティース３２の位置に対応するように、周方向に略等間隔に配設されている。

伝熱部５６の各々は、略四角形の板部材であって、その径方向外側の端面５６ａにて外筒２６の内周面２６ａに当接する。その一方で、伝熱部５６の各々は、その軸方向後方の端面５６ｂにて、対応するティース３２に巻回されたコイル２４のコイル端２４ａに、軸方向前側から当接している。本実施形態においては、伝熱部５６の径方向幅Ｗ_１は、接続部５８の径方向幅Ｗ_２よりも大きく設定されている。

接続部５８の各々は、略円弧状の板部材であって、互いに周方向に隣接する伝熱部５６の間で周方向に延在する。接続部５８は、その周方向一方端にて、周方向一方側に位置する伝熱部５６に一体に接続され、その周方向他方端にて、周方向他方側に位置する伝熱部５６に一体に接続されている。

すなわち、本実施形態においては、計１２個の接続部５８が周方向に連なって配設されている。接続部５８の各々は、その外周面５８ａが外筒２６の内周面２６ａに当接するように、配置される。

このように、伝熱部５６の端面５６ａと接続部５８の外周面５８ａとによって、伝熱リング５２の円筒状の外周面５２ａが画定されており、該外周面５２ａは、外筒２６の内周面２６ａに面接触する。

一方、伝熱リング５４は、コイル端２４ｂの軸方向後側に配置されており、上述の伝熱リング５２と同様の構成を有している。具体的には、伝熱リング５４は、ティース３２の位置に対応するように周方向に略等間隔に配設された計１２個の伝熱部６０と、互いに周方向に隣接する伝熱部６０の間で延在する計１２個の接続部６２とを有する。

伝熱部６０の各々は、その径方向外側の端面６０ａにて外筒２６の内周面２６ａに当接する一方、その軸方向前方の端面６０ｂにて、対応するティース３２に巻回されたコイル２４のコイル端２４ｂに、軸方向後側から当接している。また、伝熱部６０の径方向幅Ｗ_１は、接続部６２の径方向幅Ｗ_２よりも大きく設定されている。

接続部６２は、その周方向一方端にて、周方向一方側に位置する伝熱部６０に一体に接続され、その周方向他方端にて、周方向他方側に位置する伝熱部６０に一体に接続されている。接続部６２は、その外周面（図示せず）が外筒２６の内周面２６ａに当接するように配置される。

このように、伝熱部６０の端面６０ａと接続部６２の外周面とによって、伝熱リング５４の円筒状の外周面（図示せず）が画定されており、該外周面は、外筒２６の内周面２６ａに面接触する。

なお、伝熱リング５２および５４は、外筒２６の内周面２６ａに一体に形成されてもよいし、または、外筒２６とは別の部材から作製し、外筒２６の内周面２６ａに、例えば溶接または焼き嵌め等によって固定してもよい。伝熱リング５２および５４は、例えばアルミまたは銅のような、非磁性であることが好ましいが、磁性材料であってもよい。また、伝熱リング５２および５４は、好ましくは、高い熱伝導率を有する材料から作製される。

本実施形態においては、外筒２６とコイル２４のコイル端２４ａ、２４ｂの双方に当接するように、伝熱部５６、６０が設けられている。この構成によれば、モータ４０の稼働時にコイル２４にて発生した熱の一部が、伝熱部５６、６０を介して、外筒２６に伝導し、外筒２６から外気へ放熱されることになる。したがって、ステータ５０の放熱効果を向上させることができる。

また、本実施形態においては、互いに周方向に隣接する伝熱部５６（６０）の間で延びる接続部５８（６２）によって、円環状の伝熱リング５２（５４）が構成され、且つ、伝熱リング５２（５４）の外周面５２ａは、外筒２６の内周面２６ａに当接する。

この構成によれば、例えば外筒２６を焼き嵌め等によってステータコア２２に固定した場合に、円環状の伝熱リング５２、５４が、変形する外筒２６の内周面２６ａに当接して外筒２６を補強し、外筒２６が不適正（例えば非円形状）に変形してしまうのを防止することができる。

また、接続部５８（６２）は、伝熱部５６（６０）に接続され、且つ、その外周面５８ａは、外筒２６の内周面２６ａに当接しているので、伝熱部５６、６０に伝導した熱の一部を、接続部５８、６２を介して外筒２６に伝導させることもできる。したがって、ステータ５０の放熱効果を、より効果的に向上させることができる。

また、本実施形態においては、コイル端２４ａに当接する伝熱リング５２と、コイル端２４ｂに当接する伝熱リング５４とが設けられている。この構成によれば、コイル２４の軸方向両側のコイル端２４ａおよび２４ｂから、それぞれ、伝熱リング５２および５４を介して抜熱できるので、ステータ５０の放熱効果を、より効果的に向上させることができる。

また、本実施形態においては、伝熱部５６（６０）の径方向幅Ｗ_１は、接続部５８（６２）の径方向幅Ｗ_２よりも大きく設定されている。この構成によれば、伝熱リング５２（５４）を、ステータコア２２と同様の外形を有するように構成できるので、ステータコア２２の構成部材を、伝熱リング５２、５４に流用することができる。

この作用効果について、以下に説明する。上述したように、ステータコア２２は、複数の電磁鋼板から構成され、これら電磁鋼板の各々は、ティース３２を構成する第１部分と、バックヨーク３０を構成する第２部分とを有する。

図３から明らかなように、ティース３２の径方向幅は、バックヨーク３０の径方向幅よりも大きいので、電磁鋼板の第１部分の径方向幅は、第２部分の径方向幅よりも大きくなる。すなわち、電磁鋼板の第１部分および第２の部分は、それぞれ、伝熱部５６（６０）および接続部５８（６２）と同様の寸法を有することになる。

したがって、ステータコア２２を構成する電磁鋼板を、伝熱リング５２（５４）に流用することが可能となる。この構成によれば、部品の種類を減らせるので、ステータ５０の製造コストを削減できる。

なお、上述の実施形態においては、伝熱部５６（６０）の径方向幅Ｗ_１を、接続部５８（６２）の径方向幅Ｗ_２よりも大きく設定する場合について述べた。しかしながら、これに限らず、伝熱部の径方向幅を、接続部の径方向幅と同じに設定してもよい。このような実施形態を、図８および図９に示す。

本実施形態に係るステータ５０’は、伝熱リング５２’を有する。この伝熱リング５２’は、図５〜図７に示す伝熱リング５２の変形例であって、円環状の板部材から構成されている。伝熱リング５２’は、複数の伝熱部５６’および接続部５８’を有する。

伝熱部５６’の各々は、その径方向外側の端面５６ａ’にて外筒２６の内周面２６ａに当接する一方、その軸方向後方の端面（図示せず）にて、対応するティース３２に巻回されたコイル２４のコイル端２４ａに、軸方向前側から当接している。接続部５８’は、互いに周方向に隣接する伝熱部５６’の間で周方向に延在し、これら伝熱部５６’に一体に接続されている。

本実施形態においては、伝熱部５６’および接続部５８’は、共通の径方向幅Ｗ_３を有しており、周方向に連なる伝熱部５６’および接続部５８’によって、円環板状の伝熱リング５２’が構成されている。

このような構成の伝熱リング５２’も、上述の伝熱リング５２と同様に、ステータ５０’の放熱効果を向上させることができるとともに、焼き嵌め等によって外筒２６が不適正（例えば非円形状）に変形してしまうのを防止できる。

なお、上述の外筒２６には、種々の形状を付加することもできる。以下、図１０〜図１２を参照して、他の実施形態に係る外筒について説明する。図１０は、図９に示す実施形態における外筒２６の代わりに、外筒６４を配置させた実施形態を示す。

外筒６４は、その外周面６４ａに、軸方向に並ぶように形成された複数の溝６８を有する。これら溝６８の各々は、該外周面６４ａから内方に凹むように設けられ、周方向に延在している。軸方向に互いに隣接する２つの溝６８によって、放熱用のフィン６６が画定される。これらフィン６６によって、外筒６４の放熱効果を高めることができる。

なお、この外筒６４は、図４および図７に示す実施形態にも適用できる。この場合において、フィン６６（または溝６８）のうちの少なくとも１つは、伝熱部２８または伝熱リング５２、５２’の径方向外側に隣接して配置される。

図１１は、図９に示す実施形態における外筒２６の代わりに、外筒組立体７０を配置させた実施形態を示す。外筒組立体７０は、第１の外筒７２と、該第１の外筒７２を径方向外側から環囲する第２の外筒７４とを有する。

第１の外筒７２は、その外周面７２ａに溝７６を有する。溝７６は、外周面７２ａから内方に凹むように設けられ、外周面７２ａの周囲を螺旋状に連続して延びている。

第２の外筒７４は、円筒状の内周面７４ａを有し、該内周面７４ａと第１の外筒７２の外周面７２ａとが互いに面接触するように、第１の外筒７２の径方向外側に配置される。溝７６と内周面７４ａとによって、螺旋状に延びる流路７８が画定される。

この流路７８は、ステータ５０’の外部に設置された冷媒供給装置（図示せず）に流体的に連結され、該冷媒供給装置から供給された冷媒は、流路７８内を通過する。このように流路７８内を通過する冷媒によって外筒組立体７０を冷却できるので、ステータ５０’の放熱能力を向上できる。

なお、外筒組立体７０は、図４および図７に示す実施形態にも適用できる。この場合において、流路７８は、伝熱部２８または伝熱リング５２、５２’の径方向外側に隣接して延在するように、形成される。

図１２は、図９に示す実施形態における外筒２６の代わりに、外筒８０を配置させた実施形態を示す。外筒８０は、その内周面８０ａに形成された段差部８２を有する。段差部８２は、内周面８０ａの全周に亘って周方向に延びている。伝熱リング５２’は、段差部８２の上に配置されている。

この構成によれば、製造者は、ステータ５０’を製造する場合において、外筒８０を焼き嵌め等によってステータコア２２に固定する前に、伝熱リング５２’を段差部８２の上に載置させることによって、該伝熱リング５２’を適切且つ容易に外筒８０に対して位置決めすることができる。なお、図１１に示す外筒８０は、図４および図７に示す実施形態にも適用できる。

なお、上述した伝熱部２８、２９、５６、６０、および５６’は、コイル端２４ａ、２４ｂと当接する部分に絶縁材を有してもよい。このような実施形態の一例を図１３に示す。この実施形態においては、伝熱リング５２’（すなわち、伝熱部５６’および接続部５８’）の軸方向後方の端面５２ａ’上に、絶縁材８４が被覆されている。

この絶縁材８４は、伝熱部５６’とコイル端２４ａとを電気的に絶縁する。これにより、コイル２４に電圧を印加したときに、伝熱リング５２’に短絡電流が発生するのを防止することができる。

好ましくは、絶縁材８４は、高い熱伝導率を有する材料から構成される。これにより、絶縁材８４によってコイル端２４ａから伝熱部５６’への熱伝導が阻害されるのを防止できる。

なお、図１に示す実施形態においては、伝熱部２８および２９を配置させた場合について述べた。しかしながら、これに限らず、伝熱部２８および伝熱部２９のいずれか一方のみを設けてもよい。同様に、図５に示す実施形態において、伝熱リング５２および５４のいずれか一方のみを設けてもよい。

また、上述の実施形態においては、伝熱リング５２、５４、および５２’が、一体形状の円環板である場合について述べた。しかしながら、これに限らず、伝熱リング５２、５４、および５２’は、周方向に複数に分割されてもよい。

例えば、図６に示す実施形態において、伝熱リング５２は、周方向に整列する複数のリングセグメントを有し、該リングセグメントの各々は、１つの伝熱部５６と、該伝熱部５６から周方向一方に延出する１つの接続部５８を有してもよい。

また、上述の実施形態において、外筒２６の内部にコイル２４を覆うように樹脂を注入し、いわゆるモールドモータを構成してもよい。例えば、図６および図８に示す実施形態において、外筒２６の内部に樹脂を注入してモールドモータを構成した場合、伝熱リング５２、５４、および５２’は、樹脂に起因する外筒２６の不適正な変形を、効果的に防止することができる。

より具体的に述べると、外筒２６の内部に樹脂を注入した場合、該樹脂と外筒２６との間で線膨張係数が大きく異なることになる。また、モールドモータに用いられる樹脂は、一般的に熱硬化性樹脂であり、高温に加熱することによって硬化させる。したがって、樹脂を硬化させた後に常温に戻したときに、樹脂と外筒２６が互いに引き合って、外筒２６が変形されることになる。

この場合において、図６および図８に示すように伝熱リング５２、５４、および５２’を配置していると、これら伝熱リング５２、５４、および５２’が、変形する外筒２６の内周面２６ａに当接して外筒２６を補強し、外筒２６が樹脂によって不適正（例えば非円形状）に変形されるのを防止することができる。

また、図６および図８に示す実施形態において、まず、外筒２６をステータコア２２に焼き嵌めし、次いで、伝熱リング５２、５４、および５２’を焼き嵌めによって固定してもよい。このように組み立てることによって、外筒２６を焼き嵌めしたときに該外筒２６が変形した場合に、伝熱リング５２、５４、および５２’によって外筒２６の変形を矯正することができる。

以上、発明の実施形態を通じて本発明を説明したが、上述の実施形態は、特許請求の範囲に係る発明を限定するものではない。また、本発明の実施形態の中で説明されている特徴を組み合わせた形態も本発明の技術的範囲に含まれ得るが、これら特徴の組み合わせの全てが、発明の解決手段に必須であるとは限らない。さらに、上述の実施形態に、多様な変更または改良を加えることが可能であることも当業者に明らかである。

１０モータ
２０，５０，５０’ ステータ
２２ステータコア
２４コイル
２６，６４，７２，７４，８０外筒
２８，２９，５６，６０，５６’ 伝熱部
３０バックヨーク
３２ティース
５８，６２，５８’ 接続部

Claims

モータのステータであって、
筒状のバックヨーク、および該バックヨークから径方向内側に突出するティースを有するステータコアと、
前記ティースに巻回されたコイルと、
前記バックヨークを取り囲む外筒と、
前記外筒の内周面および前記コイルのコイル端の双方に当接する伝熱部と、を備える、ステータ。
前記ステータコアは、周方向に並ぶ複数の前記ティースを有し、
前記ステータは、周方向に並ぶ複数の前記伝熱部を備え、
前記複数の伝熱部の各々は、前記複数のティースの各々に巻回された前記コイルの前記コイル端と当接する、請求項１に記載のステータ。
前記外筒の周方向に延在して前記伝熱部に接続され、前記外筒の内周面に当接する接続部をさらに備える、請求項１または２に記載のステータ。
前記伝熱部は、前記接続部と同じ、またはそれよりも大きな径方向幅を有する、請求項３に記載のステータ。
前記外筒の内周面には、周方向に延在するように段差部が形成され、
前記伝熱部および前記接続部は、前記段差部の上に配置される、請求項３または４に記載のステータ。
前記外筒の外周面には、放熱用のフィン、または冷媒通過用の流路が形成される、請求項１〜５のいずれか１項に記載のステータ。
前記伝熱部は、前記コイル端と当接する部分に絶縁材を有する、請求項１〜６のいずれか１項に記載のステータ。
請求項１〜７のいずれか１項に記載のステータを備えるモータ。
前記外筒を冷却するためのファンをさらに備える、請求項８に記載のモータ。