JP3086841U - 外回転子式直流無刷子モーター冷却装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 （修正有） 【課題】 モーターの運転工率を向上し、温度上昇によ
るモーターの不良現象を低減させるようにした外回転子
式直流無刷子モーター冷却装置を得る。 【解決手段】 固定子２０を有し、固定子２０に支持主
軸２３及び珪素鋼板セット２１とコイルセット２２とが
取付けられており、更に、回転子３０を有し、回転子３
０は前記固定子２０の外側に回転自在に嵌合されてお
り、且つ、回転子３０は前記珪素鋼板セット２１とコイ
ルセット２２を囲繞しており、一方、磁石リング３２を
具有しており、磁石リング３２の磁場は前記コイルセッ
ト２２の磁場と相互に作用して回転子３０を連動して回
転させることができるように構成されて成る外回転子式
直流無刷子モーターであって、前記支持主軸２３の一端
の中央には流体通路２５，２６が設けられている。

Description

【考案の詳細な説明】

【０００１】

【考案の属する技術分野】

本考案は、外回転子式直流無刷子モーター冷却装置に関するものであり、強制 散熱方式の外回転子式直流無刷子モーター冷却装置に関するものである。

【０００２】

【従来の技術】

図７に示す如く、従来の外回転子式直流無刷子モーターは、該モーターの内部 に固定子１を有し、該固定子１は珪素鋼板セット２と、該珪素鋼板セット２を取 りまいているコイルセット３と、中間に固定不動の支持主軸４とを有しており、 前記固定子１の外側には回転子５が回転自在に設けられており、更に、該回転子 ５は外殻６を具有している。該回転子５の内部には多片の磁石が貼り付けられて 磁石リング７を形成している。又、前記外殻６と前記支持主軸４の嵌合部にはベ アリング８，８が設けられていて、これにより前記回転子５は前記支持主軸４を 回転軸として回転できるように構成されている。又、同時に、その外側にはリブ ９が設けられていて散熱の手助けをするのに供している。

【０００３】 而して、外回転子式直流無刷子モーターは一般的に位相感知装置１０が設けら れている。ホール効果ＩＣを使用して、モーター回転時の参考位置信号を提供す る。若し、直流無刷子モーターが三つの位相を有していて、各位相間の間隔が電 気角度１２０°であるならば、前記コイルセット３の連接線路と位相感知装置１ ０の連接線路は前記固定子１を支えている前記支持主軸４の軸心を通り抜け、前 記支持主軸４の一端を通ってモーターの外部までに達するように構成されている 。

【０００４】 この種のモーターを駆動するには、更に、駆動制御装置を必要とする。パルス 幅変調の原理を利用して位相転換の作動をする。外部電源によって供給する電力 を前記駆動制御装置の配置によって、それぞれモーターの三セットのＵ，Ｖ，Ｗ 位相のコイルセット３に導入する。之等の前記コイルセット３は前記珪素鋼板セ ット２を取りまいているので、電流が通過すると前記外回転子５の前記磁石リン グ７は自己誘導、起電力及び誘導磁場を発生して、モーター外回転子５を強制的 に回転させる。通常導入した電流が大きければ大きい程、モーターの発生するト ルクもより大きくなる（相対的に回転速度もはやくなる）。而して、働く仕事も より大きくなる（仕事はトルクに回転速度を乗じたものである）。モーターの出 力するトルクが働く仕事をモーターの入力電源のワット数で割ったものがモータ ーの効率である。

【０００５】 モーターの効率が１００％に達し得ないのは、主としてモーターには所謂鉄損 （珪素鋼板セット２が磁気誘導時のエネルギー損失）、磁損（コイルセット３内 部のインピダンス）、摩擦損失（ベアリング、オイルシール）及び風損（モータ ー回転時の空気抵抗）等によるものである。之等の抵抗によって起こるエネルギ ーの損失にモーターが回転時になす仕事を加えたものが、入力電源のエネルギー の総合とほぼ等しい。

【０００６】 前述のエネルギーの損失はモーター内部で熱を発生する。而して、従来の散熱 処理技術の方法は、前記回転子５の外部の前記リブ９の表面積を利用して回転の 過程に於て、熱対流の作用によって熱を大気中に散布している。而して、若し熱 散布の効果が不良であったならば、入力電源の電気量は必ず減低し、モーターの 出力するトルクも減少する。よって、モーター内部の部品は保護されることがで きる（温度が上昇して高温になると、ベアリングの潤滑が悪くなり、コイルの絶 縁が破壊され、磁石は磁気を失う等）。若し、熱の散熱ができないならば温度は 持続して上昇し、モーターは部品の過熱により破損する。

【０００７】 以上の原因により、従来の外回転子式直流無刷子モーターの効果は悪く、この ためモーターの運転工率も制限を受けるのである。本考案人はこれに鑑みて苦慮 探索の上、積極的に研究に努め、更に、多年相関製品の研究開発に従事した経験 を加えて、不断なく試験及び改良によって終に本考案を完成したのである。

【０００８】

【考案が解決しようとする課題】

本考案は強制散熱方式を利用して、モーターの運転工率を向上し、温度上昇に よるモーターの不良現象を低減することができるようにした外回転子式直流無刷 子モーター冷却装置を得るために解決せられるべき技術的課題が生じてくるので あり、本考案は該課題を解決することを目的とする。

【０００９】

【課題を解決するための手段】

本考案は前記目的を達成するために提案されたものであり、固定子を有し、該 固定子に支持主軸及び珪素鋼板セットとコイルセットとが取付けられており、更 に、回転子を有し、該回転子は前記固定子の外側に回転自在に嵌合されており、 且つ、該回転子は前記珪素鋼板セットと前記コイルセットを囲繞しており、一方 、磁石リングを具有しており、該磁石リングの磁場は前記コイルセットの磁場と 相互に作用して前記回転子を連動して回転させることができるように構成されて 成る外回転子式直流無刷子モーターであって、前記支持主軸の一端の中央には流 体通路が設けられており、冷却流体が前記モーターの中央で進出するのを導くの に用い、よって、前記モーターを冷却することができるように構成されて成る外 回転子式直流無刷子モーター冷却装置、及び、上記流体通路の中央にはプラグが 設けられており、該プラグの両側は上記流体通路の壁面と各別に間隙が保持され ていて、流入通路と排出通路を形成しており、該流入通路と該排出通路は前記固 定子の中央部分に近接した末端に連接孔が設けられていて、前記モーターの内部 と連通され、故に冷却流体は前記モーターの内部空間に流入することができ、或 いは前記モーターの内部空間から前記排出通路に流入することができ、又、前記 流体通路の末端には管継手が接続されていて、冷却流体を前記流体通路に流入さ せ、前記モーターの内部を流通した後、前記排出通路から排出することができる ように構成されて成る外回転子式直流無刷子モーター冷却装置、及び、上記流入 通路と上記排出通路は前記固定子の中央に近接した一端にそれぞれ開口が設けら れていて、前記冷却流体を前記流入通路と前記排出通路に流入或いは排出できる ように構成されて成る外回転子式直流無刷子モーター冷却装置、並びに上記固定 子の中央には密閉の冷却室が設けられており、前記流入通路と前記排出通路の前 記開口は前記冷却室と接続されており、よって、前記冷却流体は前記流入通路と 前記排出通路を経由して前記冷却室へ進出することができるように形成されて、 冷却流体循環の回路を形成するように構成されて成る外回転子式直流無刷子モー ター冷却装置、及び上記外殻は中空外殻で、且つ、前記流入通路と前記排出通路 の前記開口は前記回転子内部の空間まで連通しており、よって、冷却流体は前記 流入通路を経て前記外殻内部に流入し、その後、前記排出通路から排出するよう に構成されて成る外回転子式直流無刷子モーター冷却装置、及び上記回転子の内 部にはブレードが設置されており、該ブレードは前記回転子が回転している時、 気流を連動して前記固定子の前記珪素鋼板セットと前記コイルセットを冷却する ように構成されて成る外回転子式直流無刷子モーター冷却装置を提供するもので ある。

【００１０】

【考案の実施の形態】

図１に示す如く、本考案は主として下記のものを包含している。固定子２０が あって、その上には珪素鋼板セット２１が設けられており、又、コイルセット２ ２があって、前記珪素鋼板セット２１の外側を取りまいている。又、支持主軸２ ３があって、前記固定子２０の中央に設置されていて、その両端はそれぞれ支え ２４で固定されている。更に又、回転子３０があって、該回転子３０は前記固定 子２０の外側に回転自在に設けられている。更に、該回転子３０は略円筒状を呈 した外殻３１を有している。その内側面には磁石リング３２が設置されている。 前記磁石リング３２は前記珪素鋼板セット２１の外側を取りまいている。前記外 殻３１と前記支持主軸２３の嵌合部位にはベアリング３３が設置されていて、こ れにより、前記外殻３１は前記支持主軸２３を回転軸として回転することができ る。前記コイルセット２２は通電後、磁場を発生し、前記磁石リング３２の磁場 と相互に排斥してトルクを発生して前記外殻３１を回転させるのである。

【００１１】 本考案の特徴は、前記回転子３０の内部と前記固定子２０の内部に冷却装置が 設置されていて、モーター運転時に発生する熱量を強制的に冷却する目的を達成 するもので、モーター工率が内部部品の過熱によって制限されるようなことが起 こらないところにある。

【００１２】 図１及び図２に示す如く、本考案の冷却装置で、前記支持主軸２３の一端には 第一通路２５が設けられていて、前記コイルセット２２と外界接続線の配線通路 に用いる。他の一端には第二通路２６が設けられていて、冷却装置の工作流体の 進出通路に用いるものである。

【００１３】 図１〜３に示す如く、本考案の第一実施の形態で、その中、冷却装置とモータ ー内部（内固定子と外回転子）の空間は相互に流通していない。唯、冷却流体を 前記固定子２０内部に導入して、前記固定子２０内部の熱量を除去して冷却の目 的を達成するものである。

【００１４】 図２に示す如く、前記支持主軸２３の前記第二通路２６の末端外部には管継手 が設置されていて、冷却流体を導いて前記第二通路２６を進出するのに用いる。 前記第二通路２６の内部には細長い形状のプラグ２７が設けられている。該プラ グ２７の両側は前記第二通路２６と間隙を保有していて、流入通路２６１と排出 通路２６２を形成している。同時に、前記固定子２０の中央位置には冷却室２８ が設置されている。又、前記固定子２０の中央に近寄っている前記流入通路２６ １と前記排出通路２６２の一端には、それぞれ連接孔２８１，２８２が設けられ ている。該連接孔２８１の一端は前記流入通路２６１と接続していて、他の一端 は前記冷却室２８と接続している。よって、冷却流体は前記流入通路２６１と前 記連接孔２８１を経由して前記冷却室２８の内部に流入することができる。而し て、前記連接孔２８２の両端はそれぞれ前記排出通路２６２と前記冷却室２８と 接続していて、前記冷却室２８内の冷却流体を前記排出通路２６２から排出でき るように構成されている。

【００１５】 前記冷却室２８は前記固定子２０の中央に設置されているみぞで、前記珪素鋼 板セット２１の内側に位置していて、且つ、その開口位置には蓋２８３が設けら れている。前記支持主軸２３の底端にはナット２８４が取り付けられていて、前 記蓋２８３を締め付けて前記固定子２０の端面に押しつける。且つ、前記蓋２８ ３と前記固定子２０の端面の間にはシールリング２８５が設置されているので、 前記蓋２８３によって前記冷却室２８３を密封することができる。

【００１６】 前記流入通路２６１、排出通路２６２、連接孔２８１，２８２と冷却室２８に よって、密閉の回路装置を構成することができる。前記管継手４０は冷却流体を 供給する循環装置（図示せず）と接続することができる。よって冷却流体は前記 流入通路２６１を経て前記冷却室２８内に流入することができる。然る後、前記 排出通路２６２を経て排出する。斯くして、冷却流体は前記固定子２０の中央に 流れ込み、前記固定子２０中央の熱量はその工作流体によって除去されるので、 該固定子２０、珪素鋼板セット２１及び前記コイルセット２２等の組立部品の温 度は下降する。

【００１７】 図１に示す如く、前記回転子３０の前記外殻３１の内部にはブレード５０が設 けられている。該ブレード５０は前記回転子３０が回転している時、その内部の 空気を動かして、その気流を前記コイルセット２２と前記珪素鋼板セット２１に 向って吹きつけ、よって前記コイルセット２２と前記珪素鋼板セット２１の熱量 は気流に順応して均しくモーター内部のその他の部品に放射されるのである。

【００１８】 本考案の第一実施の形態の冷却装置は、密閉した装置であるため、冷却流体は モーター内部のその他の部品と接触するようなことが起こらない。よって、冷却 流体はモーター部品及び運転に支障を与えないように形成されている。 図４は、本考案の第二実施の形態を示す。その中、冷却装置はモーターの内部 空間と相互に相通じている。前記モーターの構造は第一実施の形態のモーターと 殆ど同じで、同様に固定子２０、珪素鋼板セット２１、コイルセット２２、支持 主軸２３、回転子３０、管継手４０及びブレード５０等の部品を具有している。 且つ、前記支持主軸２３の一端には第二通路２６が設けられていて、前記第二通 路２６内にプラグ２７が設置されている。該プラグ２７によって前記第二通路２ ６を流入通路２６１と排出通路２６２に分けて、冷却流体の流通に供している。

【００１９】 而して、第一実施の形態と異なるところは、その冷却装置の回路がモーターの 前記回転子３０の外殻３１内部の空間と相互に連通している。故に、冷却流体は 前記外殻３１の内部空間に流入することができて、直接モーターの前記珪素鋼板 セット２１と前記コイルセット２２等、高熱を容易に発生する部品を冷却するこ とができる。

【００２０】 図４及び図５は、前記第二実施の形態と第一実施の形態との異なる点を示す。 前記支持主軸２３の中央に近い一端には連接孔６０Ａと連接孔６０Ｂが設置され ている。前記連接孔６０Ａは前記流入通路２６１の末端から前記支持主軸２３の 外側面まで連通している。而して、前記連接孔６０Ｂは前記排出通路２６２の末 端から前記支持主軸２３の外側面まで連通している。よって、前記連接孔６０Ａ と前記連接孔６０Ｂにより、冷却流体は前記流入通路２６１から流入し、前記外 殻３１の内部空間に流れ込んだ後、前記外殻３１内部で対流して、その後、前記 連接孔６０Ｂから前記排出通路２６２に排出される。故に、冷却流体によってモ ーター内部の熱エネルギーを除去することができて降温の目的を達成することが できるのである。

【００２１】 本考案は上述の部品の組合せにより、冷却装置によって強制散熱の目的を達成 することができ、且つ、前記外殻３１内部の前記ブレード５０によって、モータ ー内部の各部位の温度を均一にすることもできる。斯くして、一部分の部品の温 度が高すぎる状況を防止することができて、モーター内部の部品が高温により破 壊されることはなくなる。更に、前記外回転子式直流無刷子モーターは散熱効果 を向上することができる上、モーター設計時、モーター工率を低減する方式を採 用したことにより、モーターの過熱を防止する設計方式を取る必要がなく、モー ターの運転工率を増加する効果を達成することができる。

【００２２】 本考案の冷却装置は良好な散熱効果を具有している上、モーターの運転工率の 効果を向上することができるので、特に、長時間高工率で運転する必要がある場 合に使用するのに最も適している。 図６は、本考案を電動オートバイの駆動装置に応用したときの実施の形態を示 す。その中、前記固定子２０は電動オートバイのリヤフレーム７０のリヤフォー ク７１上に装置され、前記回転子３０は前記電動オートバイの後車輪８０のハブ ８１の中央に装置されている。前記回転子３０が回転した時、前記後車輪８０を 連動して一緒に回転させ、前記電動オートバイを駆動して前進させる動力を発生 させる。而して、前記固定子２０の前記支持主軸２３の末端にある前記管継手４ ０は電動オートバイの冷却ファンと連接しているので、前記冷却ファンによって 強制的に空気をモーターの内部に送り込むことができるので、強制冷却の目的を 果たすことができる。

【００２３】

【考案の効果】

本考案の外回転子式直流無刷子モーター冷却装置は確かに散熱効果が良く、有 効的にモーターの運転工率を向上する効果を有し、モーター設計時に於てもモー ターの過熱防止の方式によるモーター工率を低く取る必要がなく、長時間高工率 で運転する場合に特に適合する等の効果を奏する。

【図面の簡単な説明】

【図１】本考案の第一実施の形態を示し、その組立断面
図。

【図２】本考案の第一実施の形態に用いられる固定子の
断面図。

【図３】本考案の第一実施の形態に用いられる回転子の
断面図。

【図４】本考案の第二実施の形態を示し、その組立断面
図。

【図５】本考案の第二実施の形態に用いられる固定子の
断面図。

【図６】本考案を電動オートバイの駆動装置に応用した
具体的な応用の実施の形態を示し、その構造示意図。

【図７】従来の外回転子式直流無刷子モーターの組立断
面図。

【符号の説明】

２０ 固定子 ２１ 珪素鋼板セット ２２ コイルセット ２３ 支持主軸 ２４ 支え ２５ 第一通路 ２６ 第二通路 ２７ プラグ ２８ 冷却室 ３０ 回転子 ３１ 外殻 ３２ 磁石リング ３３ ベアリング ４０ 管継手 ５０ ブレード ６０Ａ，６０Ｂ 連接孔 ２６１ 流入通路 ２６２ 排出通路 ２８１，２８２ 連接孔 ２８３ 蓋 ２８４ ナット ２８５ シールリング

Claims (6)

【実用新案登録請求の範囲】
1. 【請求項１】 固定子を有し、該固定子に支持主軸及び
   珪素鋼板セットとコイルセットとが取付けられており、
   更に、回転子を有し、該回転子は前記固定子の外側に回
   転自在に嵌合されており、且つ、該回転子は前記珪素鋼
   板セットと前記コイルセットを囲繞しており、一方、磁
   石リングを具有しており、該磁石リングの磁場は前記コ
   イルセットの磁場と相互に作用して前記回転子を連動し
   て回転させることができるように構成されて成る外回転
   子式直流無刷子モーターであって、前記支持主軸の一端
   の中央には流体通路が設けられており、冷却流体が前記
   モーターの中央で進出するのを導くのに用い、よって、
   前記モーターを冷却することができるように構成された
   ことを特徴とする外回転子式直流無刷子モーター冷却装
   置。
2. 【請求項２】 上記流体通路の中央にはプラグが設けら
   れており、該プラグの両側は上記流体通路の壁面と各別
   に間隙が保持されていて、流入通路と排出通路を形成し
   ており、該流入通路と該排出通路は前記固定子の中央部
   分に近接した末端に連接孔が設けられていて、前記モー
   ターの内部と連通され、故に冷却流体は前記モーターの
   内部空間に流入することができ、或いは前記モーターの
   内部空間から前記排出通路に流入することができ、又、
   前記流体通路の末端には管継手が接続されていて、冷却
   流体を前記流体通路に流入させ、前記モーターの内部を
   流通した後、前記排出通路から排出することができるよ
   うに構成されて成る請求項１記載の外回転子式直流無刷
   子モーター冷却装置。
3. 【請求項３】 上記流入通路と上記排出通路は前記固定
   子の中央に近接した一端にそれぞれ開口が設けられてい
   て、前記冷却流体を前記流入通路と前記排出通路に流入
   或いは排出できるように構成されて成る請求項２記載の
   外回転子式直流無刷子モーター冷却装置。
4. 【請求項４】 上記固定子の中央には密閉の冷却室が設
   けられており、前記流入通路と前記排出通路の前記開口
   は前記冷却室と接続されており、よって、前記冷却流体
   は前記流入通路と前記排出通路を経由して前記冷却室へ
   進出することができるように形成されて、冷却流体循環
   の回路を形成するように構成されて成る請求項３記載の
   外回転子式直流無刷子モーター冷却装置。
5. 【請求項５】 上記外殻は中空外殻で、且つ、前記流入
   通路と前記排出通路の前記開口は前記回転子内部の空間
   まで連通しており、よって、冷却流体は前記流入通路を
   経て前記外殻内部に流入し、その後、前記排出通路から
   排出するように構成されて成る請求項３記載の外回転子
   式直流無刷子モーター冷却装置。
6. 【請求項６】 上記回転子の内部にはブレードが設置さ
   れており、該ブレードは前記回転子が回転している時、
   気流を連動して前記固定子の前記珪素鋼板セットと前記
   コイルセットを冷却するように構成されて成る請求項１
   記載の外回転子式直流無刷子モーター冷却装置。