JP2019122197A - ステータ及びモータ - Google Patents

Abstract

【課題】コイル部で発生する熱を径方向に対して均一にブラケットに伝達でき、ブラケットを通じた効率の良い熱排出が可能なステータ及びモータを提供する。【解決手段】ロータが配置可能な筒状空間の内面に、磁界を生じさせるコイル部１２が周方向に間隔をおいて設けられるステータコア１０を有し、ステータコア１０の側端部に、ステータコア１０の筒状空間を閉鎖するブラケット６が設置されるステータ３であって、ステータコア１０内のコイル部１２とブラケット６の内面６Ａとの間には、コイル部１２の形状に対応して、軸方向（Ｙ１）に等しい間隔Ｓを有する間隙部５０が設けられる。【選択図】図６

Description

本発明は、ステータ及びモータに関する技術である。

例えば、モータに使用されるコイル装置として、角形導線を巻回してコイル部を構成するとともに、該コイル部を収容する設計上のスロット空間の制約に対応して、角形導線の断面形状を巻回位置により異ならせた構成を有するものがある（例えば、特許文献１参照）。
上記コイル装置では、コイル部を収容するスロット空間に対するコイル部の占積率を高めて、電気機器の低損失化及び小型化を図るとともに、コイル部の放熱性を高めて、熱により巻線抵抗が上昇する不具合を回避できる。

特開２００２−２２３５４２号公報

ところで、一般的なモータ装置では、モータ効率向上のためにスロット空間内のコイル密度、すなわちコイル占積率を高めることが重要とされる。
しかしながら、上記コイル装置では、角形導線の断面形状が巻回位置により異なることで、ステータの半径方向内側に位置するコイル下端部の幅寸法と、半径方向外側に位置するコイル上端部の幅寸法とが異なる構成となっている。

これにより、上記コイル装置を適用したモータ装置では、コイル側面と、ステータの側端面に位置するブラケット内面とが間隔が異なり、コイルで発生する熱を径方向に対して均一にブラケットに伝達することができず、効率の良い熱排出ができない可能性があった。

そこで、本発明は、コイル部で発生する熱を径方向に対して均一にブラケットに伝達することができ、該ブラケットを通じた効率の良い熱排出が可能なステータ及びモータを提供する。

上記課題を解決するために、この発明は以下の手段を提案している。
本発明のステータでは、ロータが配置可能な筒状空間の内面に、磁界を生じさせるコイル部が周方向に間隔をおいて設けられるステータコアを有し、該ステータコアの側端部に、該ステータコアの筒状空間を閉鎖するブラケットが設置されるステータであって、前記ステータコア内のコイル部と前記ブラケットの内面との間には、該コイル部の形状に対応して、前記ロータの軸方向に等しい間隔を有する間隙部が設けられることを特徴とする。

上記のように、ステータコアに設置されるコイル部とブラケットの内面との間に、該コイル部の形状に対応して、径方向に等しい間隔を有する間隙部を設けるようにした。
これにより、本発明では、コイル部で発生する熱を径方向に対して均一にブラケットに伝達でき、このブラケットを通じた効率の良い熱排出が可能となる。

本発明のステータでは、前記ステータコア内のコイル部と前記ブラケットとの間には、それぞれ段差が形成され、前記間隙部は、前記段差によって前記軸方向に等しい間隔が形成されることを特徴とする。

上記のように、ステータコア内のコイル部とブラケットとの間に段差を形成し、当該段差を介して径方向に等しい間隙部を形成するようにした。
すなわち、ステータコア内のコイル部とブラケットとの間に形成した段差を利用して、間隙部の広がりを抑えることができ、コイル部で発生した熱を均一にブラケットに伝達することが可能となる。

本発明のステータでは、前記間隙部内には、前記コイル部で発生した熱を前記ブラケットに伝達する放熱部材が配置されることを特徴とする。

上記のように構成することで、ステータコア内のコイル部とブラケットの内面との間隙部に位置する放熱部材を通じて、該コイル部で発生した熱を、ブラケットに効率良く伝達することができる。
また、コイル部で発生した熱をブラケットに効率良く伝達できるので、間隙部内の放熱部材を薄くし、かつ該放熱部材の体積を減少させることができる。

本発明のステータでは、前記放熱部材は、前記間隙部内にて前記軸方向に均一な厚さを有することを特徴とする。

上記のように構成することで、間隙部内に、径方向に均一な厚さを有する放熱部材を配置した。このため、放熱部材に均一に圧が加わり、満遍なくコイル部からの熱引きを行なうことができる。

本発明のステータでは、前記ブラケットの内面には、該ブラケットの一部となる介在部材が設置され、前記間隙部は、前記介在部材の内面と、前記コイル部の側面との間に形成されることを特徴とする。

上記のように、ブラケットの内面に、該ブラケットの一部となる介在部材が設置されるとともに、該介在部材の内面とコイル部の側面との間に、前述の間隙部が形成されている。これにより、コイル部で発生した熱を、間隙部及び介在部材を介してブラケットに効率良く伝達することができる。

本発明のステータでは、前記コイル部は、前記ステータコアに設けられ、かつ前記周方向に間隔をおいて配置された各ボビンの周囲に、コイル導線が巻かれた集中巻により構成されることを特徴とする。

上記のように、コイル部として、周方向に間隔をおいて配置された各ボビンの周囲にコイル導線が巻かれた集中巻を使用することで、コイル部の形状に対応して、径方向に等しい間隔を有する間隙部を容易に形成することができる。

本発明のモータでは、前記ステータと、前記ステータの筒状空間内に回転自在に配置されたロータと、を有することを特徴とする。

上記のように構成することで、モータのステータ内に位置するコイル部で発生した熱を、間隙部を通じて均一にブラケットに伝達することができる。

本発明のモータでは、前記間隙部は、前記ロータの一方側に配置され、前記間隙部の反対側に位置する他方側の前記ブラケットには、前記ロータの回転を検出するエンコーダが配置されていることを特徴とする。

上記のように構成することで、ステータコア内のコイル部とブラケットとの間隙部が、エンコーダとは反対側の一方側に位置することから、動作時に生じる熱の影響がエンコーダに及ぶことを防止できる。

本発明では、コイル部で発生する熱を径方向に対して均一にブラケットに伝達でき、該ブラケットを通じた効率の良い熱排出が可能となる。

本発明の実施形態におけるブラシレスモータの外観を示す斜視図である。 図１を回転シャフトの中心軸に沿って切断した縦断面図である。 図１のステータを示す斜視図である。 図１のロータを示す斜視図である。 図４に示すロータの分解斜視図である。 本発明の実施形態に係わる放熱構造を示す断面図である。 図６の変形例１を示す断面図である。 図６の変形例２を示す断面図である。

本発明の実施形態に係る、マグネット埋込方式（ＩＰＭ：Ｉｎｔｅｒｉｏｒ Ｐｅｒｍａｎｅｎｔ Ｍａｇｎｅｔ）ブラシレスモータについて、図１〜図８を参照して説明をする。

（ブラシレスモータ）
図１は、実施形態に係るブラシレスモータの外観図である。図２は、中心線Оに沿って切断した縦断面図である。
図１に示すように、ブラシレスモータ１は、いわゆるインナーロータ式のモータであって、ステータハウジング（モータケース）２に圧入されたステータ３と、ステータ３の径方向内側にステータハウジング２に対して回転自在に配置されたロータ４と、を備えている。

ステータハウジング２は略円筒状に形成されており、円筒部分の内周にステータ３が圧入されている。ステータハウジング２の一方側（図１の右端側）からは、ロータ４の回転シャフト５の一端が露出している。
なお、以下の説明では、回転シャフト５の突出側（図１の右側）を一方側Ａ１と称し、その反対側（図１の左側）を他方側Ａ２と称して説明する。また、以下の説明では、回転シャフト５の軸方向を単に軸方向（Ｙ１）、回転シャフト５の径方向を単に径方向（Ｙ２）、回転シャフト５の回転方向を周方向（Ｙ３）と称して説明する。

ステータハウジング２の一方側Ａ１は、略円盤状に形成されている第１ブラケット６で塞がれている。第１ブラケット６の径方向（Ｙ２）中央部には、第１軸受支持孔７が形成されている。この第１軸受支持孔７に、回転シャフト５を支持する第１軸受８が固定されている。

図３に示すように、ステータ３は、ステータハウジング２内に略円筒状のステータコア１０を有している。ステータコア１０の外周面は、ステータハウジング２の内周面に、例えば圧入等によって固定されている。
ステータコア１０は、複数枚の鋼板材を積層状に重ねることで構成されている。ステータコア１０は、径方向（Ｙ２）内側に向かって複数のティース１１（図２参照）が等間隔で突設されている。各ティース１１には、コイル部１２が取り付けられている。
コイル部１２は、各ティース１１に装着され、これらティース１１の周囲を被覆するように形成された絶縁性のボビン１２Ａと、各ボビン１２Ａの周囲に、コイル導線１２Ｂを集中巻きすることにより構成されている。

ティース１１に位置するコイル部１２のコイル導線１２Ｂ端末部は、ステータハウジング２の他方側Ａ２に向かって引き出され、ここに配置されているプリント基板１３に接続されている。
プリント基板１３は、コイル部１２の各端末部を適宜結線し、外部からの電力をコイル部１２に供給するためのものである。プリント基板１３は、所定のコイル部１２の端末部が接続される導電性の配線パターンが印刷されている。また、プリント基板１３には、外部電源に電気的に接続された電源用のハーネス（何れも不図示）が接続されている。
プリント基板１３の他方側には、ステータハウジング２の他方側Ａ２を塞ぐ第２ブラケット１５が設けられている。

第２ブラケット１５は略円盤状に形成されている。第２ブラケット１５の中央部には、第２軸受支持孔１６が形成されている。第２軸受支持孔１６には、回転シャフト５の他方側Ａ２の端部を回転自在に支持する第２軸受１７が圧入固定されている。なお、回転シャフト５の他方側Ａ２の端部は、第２ブラケット１５に固定された第３ブラケット１９によって覆われている。

なお、詳細な説明を省略するが、このブラシレスモータ１は、ロータ４の回転位置検出用の例えば磁気式のエンコーダ２１を有している。なお、ロータ４の回転位置検出用の検出手段を光学式で構成しても良い。

（ロータ）
図４は、ブラシレスモータ１に適用される電動機用のロータ４の側面図である。図５は、図４の分解斜視図である。
図４、図５に示すように、電動機用のロータ４は、金属製の回転シャフト５と、磁性体よりなり回転シャフト５の外周に固定されたロータコアユニット２５（２５Ａ，２５Ｂ，２５Ｃ）と、ロータコアユニット２５内に周方向（Ｙ１）に沿って所定間隔で放射状に配置された複数のマグネット３０と、回転シャフト５とロータコアユニット２５を結合するために（回転シャフト５とロータコアユニット２５の間に）充填固化された非磁性体のモールド樹脂３１と、を有している。
なお、回転シャフト５は、例えば、アルミ焼結材やＳＵＳ３０４などの非磁性体で構成しても良いし、磁性体である鉄等で構成しても良い。

（ロータコア）
ロータコアユニット２５は、同一形状のコアユニット２５Ａ，２５Ｂ，２５Ｃを、軸方向（イ）に１段または複数段（本例では３段）に連結することで構成されている。なお以下の説明では、説明を分かり易くするために、各コアユニット２５Ａ〜２５Ｃを重ねたものをロータコアユニット２５とする。なお、ロータコアユニット２５は、少なくとも１つのコアユニット以上で構成されていればよく、１つで構成されたものも、複数段で構成されたものも、全体としてはロータコアユニット２５として機能する。
なお、ロータコアユニット２５は、磁性体である電磁鋼板（鋼板材）を軸方向（Ｙ１）に複数積層して構成されている。

ロータコアユニット２５は、ステータ３側の磁極（ティース）に対面して磁気的に結合されるロータ側の磁極部を成す複数のコアプレート２６を有している。また、ロータコアユニット２５は、コアプレート（磁極）２６間に位置して径方向（Ｙ２）および軸方向（Ｙ１）に延びる複数のスリット２７を有している。これら複数のスリット２７は、回転シャフト５を中心にして周方向（Ｙ３）に所定間隔で放射状に配置されている。これらスリット２７に、それぞれマグネット３０が収納されている。

各コアユニット２５Ａ，２５Ｂ，２５Ｃは、周方向（Ｙ３）に所定間隔で配列された、軸方向（Ｙ１）から見て扇形の複数のコアプレート２６と、連結部材としてのサイドコアプレート２８と、から構成されている。サイドコアプレート２８は、積層された鋼板材のうち軸方向（Ｙ１）両端部にそれぞれ配置された１枚の電磁鋼板からなる。

図４及び図５に示すように、エンコーダ２１と反対側に位置するロータコアユニット２５の一方側Ａ１には、熱伝達プレート４０が配置されている。熱伝達プレート４０では、ロータコアユニット２５で生じた熱を、回転シャフト５を経由して外部に排出する。

（コイル部の放熱構造）
次に、本発明の実施形態に係るコイル部１２の放熱構造１００について、図６を参照して説明する。

上記ステータ３に設けられたステータコア１０内のコイル部１２と、一方側Ａ１に位置するブラケット６の内面６Ａとの間には、コイル部１２の形状に対応して、軸方向（Ｙ１）に等しい間隔Ｓを有する間隙部５０が設けられている。

間隙部５０は、エンコーダ２１とは反対側に位置する一方側Ａ１のブラケット６に配置されている。また、間隙部５０は、コイル部１２におけるコイル導線１２Ｂの側面（符号１２ｂで示す）に対して、ブラケット６の内面６Ａが平行となる位置関係に設けられている。

また、ステータコア１０内のコイル部１２とブラケット６との間には段差５１が形成されているが、前述の間隙部５０は、段差５１を挟んで軸方向（Ｙ１）に等しい間隔Ｓを有している。
そして、このようなステータコア１０では、図６に符号Ｈで示すように、コイル部１２とブラケット６の内面６Ａとの間に設けられた軸方向（Ｙ１）に等しい間隔Ｓを有する間隙部５０を通じて、コイル部１２で発生する熱を軸方向（Ｙ１）に対して均一にブラケット６に伝達できる。

間隙部５０内には、コイル部１２で発生した熱をブラケット６に伝達する放熱部材５２が配置されている。この放熱部材５２は、間隙部５０内にて軸方向（Ｙ１）に均一な厚さを有するものであって、コイル部１２で発生した熱を均一かつ効率的にブラケット６に伝達するために設けられている。
なお、放熱部材５２として、コイル及びブラケット形状に追従できる柔軟性のある高熱伝導部材を用いることが好ましい。

以上詳細に説明したように本実施形態に示される放熱構造１００では、コイル部１２とブラケット６の内面６Ａとの間に設けられた軸方向（Ｙ１）に等しい間隔Ｓを有する間隙部５０を通じて、コイル部１２で発生する熱を軸方向（Ｙ１）に対して均一にブラケット６に伝達できる。

また、上記放熱構造１００では、ステータコア１０内のコイル部１２とブラケット６との間隙部５０が、段差５１を介して軸方向（Ｙ１）に等しい間隔Ｓを有するように構成される。これにより、上記放熱構造１００では、コイル部１２とブラケット６との間隙部５０に段差５１があったとしても、コイル部１２で発生した熱を均一にブラケット６に伝達することができ、ブラケット６を通じた効率の良い熱排出が可能となる。

また、上記放熱構造１００では、ステータコア１０内のコイル部１２とブラケット６の内面６Ａとの間隙部５０に位置する放熱部材５２を通じて、コイル部１２で発生した熱を、ブラケット６に効率良く伝達することができる。これにより、上記放熱構造１００では、コイル部１２で発生した熱をブラケット６に効率良く伝達できるので、間隙部５０内の放熱部材５２を薄くし、かつ放熱部材５２の体積を減少させることができる。

また、上記放熱構造１００では、間隙部５０内に、径方向に均一な厚さを有する放熱部材５２を配置した。このため、放熱部材５２に均一に圧が加わり、満遍なくコイル部１２からの熱引きを行なうことができる。

また、上記放熱構造１００では、ステータコア１０内のコイル部１２とブラケット６との間隙部５０が、エンコーダ２１とは反対側の一方側Ａ１のブラケット６に位置することで、動作時に生じる熱の影響がエンコーダ２１に及ぶことを防止できる。

（変形例１）
次に、本発明の実施形態に係る変形例１について、図７を参照して説明する。

図７に示される放熱構造１０１が、図６に示される放熱構造１００と構成を異にするのは、コイル部１２とブラケット６との間隙部５０内に複数の段差５３が設けられている点にある。

図７に示すように、具体的には、ブラケット６では、コイル部１２におけるコイル導線１２Ｂの側面（符号１２ｂで示す）に対して、内面６Ａが傾斜する位置関係に設けられており、このような位置関係の是正のために、コイル部１２の複数の段差部５３が形成されている。
すなわち、本実施形態の間隙部５０では、ステータコア１０内のコイル部１２とブラケット６との間に形成した複数の段差５３を利用して、軸方向（Ｙ１）に等しい間隔Ｓを形成して、コイル部１２で発生した熱を均一にブラケット６に伝達することを可能とする。

なお、本例では、間隙部５０内に２つの段差５３を形成する例が示されている。しかしながら、これら段差５３を、ブラケット６の傾斜する内面６Ａに沿って多数段形成することで、軸方向（Ｙ１）により等しい間隔Ｓの間隙部５０を形成することが可能となる。

（変形例２）
次に、本発明の実施形態に係る変形例２について、図８を参照して説明する。

図８に示される放熱構造１０２が、図６に示される放熱構造１００と構成を異にするのは、ブラケット６の内面６Ａに、ブラケット６の一部となる介在部材５４が設置される点にある。

図８に示すように、具体的には、介在部材５４は、コイル部１２におけるコイル導線１２Ｂの側面１２ｂに対向する、ブラケット６の内面６Ａ上に設置されるものである。介在部材５４の内面５４Ａとコイル部１２の側面１２ｂとの間に、前述の間隙部５０が形成される。
この間隙部５０は、コイル部１２の形状に対応して、コイル部１２の側面１２ｂと介在部材５４の内面５４Ａとの間に、軸方向（Ｙ１）に等しい間隔Ｓを有する。

なお、コイル部１２と介在部材５４との間に、径方向（ロ）に等しい間隔Ｓを有する間隙部５０を形成する手法としては、介在部材５４の厚さを調整することで行っても良い。また、集中巻によりコイル導線１２Ｂが巻かれたコイル部１２を使用し、ボビン１２Ａでのコイル導線１２Ｂの巻数／巻き位置により調整することで行っても良い。このとき使用するコイル導線１２Ｂとしては、角型導線を使用することが好ましい。

そして、以上のような放熱構造１０２では、ブラケット６の内面６Ａに、ブラケット６の一部となる介在部材５４が設置されるとともに、介在部材５４の内面５４Ａとコイル部１２の側面１２ｂとの間に、前述の間隙部５０が形成されている。これにより、上記放熱構造１０２では、コイル部１２で発生した熱を、間隙部５０及び介在部材５４を介してブラケット６に効率良く伝達することができる。

なお、本実施形態で示した放熱構造１００〜１０２において、ブラケット６に、間隙部５０に連通するように、間隙部５０内の熱を外部に放出するためのスリットを形成しても良い。そして、このスリットでは、間隙部５０とともに、コイル部１２で発生した熱を効率良く外部に排出することが可能となる。

以上、本発明の実施形態について図面を参照して詳述したが、具体的な構成はこの実施形態に限られるものではなく、本発明の要旨を逸脱しない範囲の設計変更等も含まれる。

１…ブラシレスモータ、３…ステータ、４…ロータ、５…回転シャフト、６…第１ブラケット、６Ａ…内面、１２…コイル部、１２Ａ…ボビン、１２Ｂ…コイル導線、１２ｂ…コイル導線側面、２１…磁気式エンコーダ、２５…ロータコアユニット、２５Ａ，２５Ｂ，２５Ｃ…コアユニット、２６…コアプレート、２７…スリット、２８…サイドコアプレート、３０…マグネット、５０…間隙部、５１…段差、５２…放熱部材、５３…段差、５４…介在部材、５４Ａ…内面、Ａ１…一方側、Ａ２…他方側、Ｓ…間隔

Claims (8)

1. ロータが配置可能な筒状空間の内面に、磁界を生じさせるコイル部が周方向に間隔をおいて設けられるステータコアを有し、該ステータコアの側端部に、該ステータコアの筒状空間を閉鎖するブラケットが設置されるステータであって、
   前記ステータコア内のコイル部と前記ブラケットの内面との間には、該コイル部の形状に対応して、前記ロータの軸方向に等しい間隔を有する間隙部が設けられることを特徴とするステータ。
2. 前記ステータコア内のコイル部と前記ブラケットとの間には、それぞれ段差が形成され、
   前記間隙部は、前記段差によって前記軸方向に等しい間隔が形成されることを特徴とする請求項１に記載のステータ。
3. 前記間隙部内には、前記コイル部で発生した熱を前記ブラケットに伝達する放熱部材が配置されることを特徴とする請求項１又は２の何れか１項に記載のステータ。
4. 前記放熱部材は、前記間隙部内にて前記軸方向に均一な厚さを有することを特徴とする請求項３に記載のステータ。
5. 前記ブラケットの内面には、該ブラケットの一部となる介在部材が設置され、
   前記間隙部は、前記介在部材の内面と、前記コイル部の側面との間に形成されることを特徴とする請求項１〜４の何れか１項に記載のステータ。
6. 前記コイル部は、前記ステータコアに設けられ、かつ前記周方向に間隔をおいて配置された各ボビンの周囲に、コイル導線が巻かれた集中巻により構成されることを特徴とする請求項１〜５の何れか１項に記載のステータ。
7. 請求項１〜６の何れか１項に記載のステータと、
   前記ステータの筒状空間内に回転自在に配置されたロータと、を有することを特徴とするモータ。
8. 前記間隙部は、前記ロータの一方側に配置され、
   前記間隙部の反対側に位置する他方側の前記ブラケットには、前記ロータの回転を検出するエンコーダが配置されていることを特徴とする請求項７に記載のモータ。

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