JP5013827B2 - ブラシレス電動機 - Google Patents

Description

この発明は、ブラシレス電動機、例えば自転車フレームに取り付けられて補助動力用に用いられるブラシレス電動機に関するものである。

従来からこの種のものとしては、例えば環状の固定子内に回転子が配設されたブラシレス電動機において、固定子は、固定子鉄心の各歯部にコイルを巻回すると共に、固定子鉄心の周囲を覆うように、ケースが配設されている。

この固定子鉄心の外周面とケースとは接着剤等により固定され、この固定子鉄心の軸方向の端面側とケースとの間には、空間が形成されている。

なお、この種のものとしては、例えば特許文献１に記載されたようなものがある。
特開２００４ー１２８７７号公報。

しかしながら、このような従来のものにあっては、巻回されたコイル部分で発熱し、固定子全体の温度が上昇するため、この固定子の外周面からケースを介して放熱するが、この固定子端面側とケースとの間には、空間が形成されていることから、固定子で発生する熱がその空間内にこもり、放熱性が悪く、固定子とケースとの間の接着剤等に悪影響を与えると共に、定格出力が低下するという問題がある。

そこで、この発明は、放熱性を良好にして、定格出力を向上させるブラシレス電動機を提供する。

かかる課題を達成するために、請求項１に記載の発明は、環状の固定子内に回転子が回転自在に配設されたブラシレス電動機において、前記固定子は、環状の固定子鉄心に形成された各歯部にコイルが巻回されると共に、前記固定子鉄心の外周面に金属製放熱部材を接触させた状態で、該金属製放熱部材で前記固定子鉄心の周囲を覆うように配設し、前記固定子鉄心と前記金属製放熱部材との間に前記コイルを埋設するように樹脂を充填し、該樹脂により、前記回転子の回転軸を支持するハウジングに対する取付部が形成されたブラシレス電動機としたことを特徴とする。

請求項２に記載の発明は、請求項１に記載の構成に加え、前記金属製放熱部材は、アルミ製であることを特徴とする。

請求項３に記載の発明は、請求項１又は２に記載の構成に加え、前記金属製放熱部材は、回止め部が折曲げられて形成され、該回止め部が前記樹脂に埋設されたことを特徴とする。

請求項４に記載の発明は、請求項１乃至３の何れか一つに記載の構成に加え、前記金属製放熱部材は、前記固定子鉄心の周囲を覆う筒状部と、前記固定子鉄心の一方の端面側を覆う底面部とを有し、該底面部に、前記回転子の回転軸の軸受け部が嵌合される軸受け保持部が一体成形されたことを特徴とする。

請求項５に記載の発明は、請求項４に記載の構成に加え、前記金属製放熱部材には、前記底面部で、前記軸受け保持部の周囲に前記樹脂を充填する際の湯口が形成されたことを特徴とする。

請求項６に記載の発明は、請求項１乃至５の何れか一つに記載の構成に加え、補助動力付自転車の車体フレームに取り付けられ、人力による動力を補助する補助動力装置の動力源として用いられることを特徴とする。

上記請求項１に記載の発明によれば、コイルが発熱するが、固定子鉄心と金属製放熱部材との間に樹脂が充填されているため、この樹脂を介して熱が伝達されることから、従来のように空間が形成されているものより、熱伝導率が良好で金属製放熱部材を介して放熱性を向上させることができ、定格出力を向上させることができる。

また、固定子鉄心の外周面が金属製放熱部材に接触しているため、コイルで発生した熱が固定子鉄心の外周面を介して金属製放熱部材に伝達され、放熱性を良好にでき、定格出力を向上させることができる。

さらにまた、樹脂を充填して固定子鉄心の歯部に巻回されたコイルを埋設することにより、補助動力装置が振動したとしても、そのコイルに対する防振性を向上させることができ、耐久性を向上させることができる。

請求項２に記載の発明によれば、金属製放熱部材は、アルミ製であるため、放熱性を向上させることができる。

請求項３に記載の発明によれば、金属製放熱部材は、回止め部が折曲げられて形成され、この回止め部が樹脂に埋設されているため、この金属製放熱部材の回り止めや抜止めを行うことができ、別途取付ねじ等を用いる必要なく、この金属製放熱部材の配設を容易に行うことができる。

請求項４に記載の発明によれば、金属製放熱部材の底面部に、回転子の回転軸の軸受け部が嵌合される軸受け保持部が一体成形されているため、別途、軸受け保持部材を配設する必要なく、部品点数や取付工数の削減を図ることができる。

請求項５に記載の発明によれば、金属製放熱部材の底面部で、軸受け保持部の周囲に樹脂を充填する際の湯口が形成することにより、この湯口を介して固定子鉄心と金属製放熱部材との間に樹脂を容易に充填することができる。

請求項６に記載の発明によれば、補助動力付自転車の、人力による動力を補助する補助動力装置にブラシレス電動機を用いることにより、定格出力を向上させることができ、ブラシレス電動機の小型化が可能となり、配設スペースの限られた自転車に良好に搭載できる。

以下、この発明の実施の形態について説明する。

図１乃至図１１には、この発明の実施の形態を示す。

まず構成を説明すると、図１中符号１１は、補助動力付自転車で、この補助動力付自転車１１には、車体フレーム１２に補助動力装置１３及びこの補助動力装置１３のエネルギー源である電池１４が配設されている。

その補助動力装置１３には、ブラシレス電動機１６、ペダル１７に作用するトルクを検出する図示省略のトルク検出器、減速機、制御回路等が一体的に組み込まれている。そのトルク検出器により、ペダル１７に作用するトルクが検出され、その値が所定値より大きくなると、制御回路を介してブラシレス電動機１６が駆動させられて、この動力が減速機を介してペダル１７に伝達されて駆動力が軽減されるようになっている。

そのブラシレス電動機１６は、図２に示すように、大略カップ形状（有底筒状）の固定子２０内に回転子２１が回転駆動可能に配設されている。

この固定子２０は、図６に示すように、固定子鉄心２２の各歯部２２ａにコイル２３を巻回すると共に、この固定子鉄心２２の外周面２２ｂに金属製放熱部材２４を接触させて、この金属製放熱部材２４で固定子鉄心２２の周囲を覆うように配設され、固定子鉄心２２と金属製放熱部材２４との間にコイル２３を埋設するように樹脂２５が充填されている。

その金属製放熱部材２４は、主に、図８乃至図１０に示すように、アルミ製で、しぼり加工により成形されており、この金属製放熱部材２４は、固定子鉄心２２の周囲を覆う筒状部２４ａと、この固定子鉄心２２の一方の端面側を覆う底面部２４ｂとが一体成形され、略カップ形状（有底筒状）を呈している。

この底面部２４ｂには、回転子２１の回転軸３０の軸受け部２６が嵌合される凹状の軸受け保持部２４ｃが一体成形されると共に、筒状部２４ａには、端縁部に「回止め部」としてのフランジ部２４ｄが外側に向けて折曲げられて形成されている。このフランジ部２４ｄは、図２及び図６に示すように、前記樹脂２５で埋設されるようになっていると共に、このフランジ部２４ｄには、切欠き部２４ｅが計３箇所、所定位置に形成されている。

また、その底面部２４ｂには、図８及び図９等に示すように、軸受け保持部２４ｃの周囲の膨出部２４ｇに計３箇所１２０度間隔で、前記樹脂２５を充填する際の円形の湯口２４ｆが形成されている。

そして、その固定子鉄心２２の複数の外周面２２ｂに、図６に示すように、金属製放熱部材２４の筒状部２４ａが直接接触されるようになっている。

さらに、この固定子鉄心２２の一方の端面側には、図６に示すように、前記コイル２３に電気的に接続された配線を有するリング板状の基板２７が配設されている。

さらにまた、その樹脂２５は、例えば熱硬化性不飽和ポリエステル樹脂が用いられ、この樹脂２５が、固定子鉄心２２と金属製放熱部材２４との間に充填されることにより、各固定子鉄心２２の各歯部２２ａの間、固定子鉄心２２の軸方向一方の端面側と金属製放熱部材２４の底面部２４ｂとの間、固定子鉄心２２の軸方向他方の端面側と基板２７との間等に樹脂２５が充填されるようになっており、各歯部２２ａに巻回されたコイル２３がこの樹脂２５で埋設されている。

また、この樹脂２５は、図６に示すように、上述のように、金属製放熱部材２４の筒状部２４ａの端縁部側の外側まで回り込んだ回込み部２５ａが形成されることにより、前記フランジ部２４ｄが埋設されると共に、金属製放熱部材２４の計３箇所の切欠き部２４ｅに対応した位置に、図５乃至図７に示すように、３箇所、取付用突部２５ｂが形成されている。そして、それら取付用突部２５ｂには、取付用のねじ孔２５ｃが形成されている。

一方、回転子２１は、図２に示すように、回転軸３０の周囲に磁極が交互に設けられた永久磁石３１が配設され、この永久磁石３１の各磁極の外周面３１ａが、固定子鉄心２２の内周面２２ｃに近接して対面するようになっている。

また、この回転子２１の回転軸３０は、一端部側が前記軸受け部２６を介して前記金属製放熱部材２４の軸受け保持部２４ｃに支持されている。

さらに、その固定子２０が図２に示すように補助動力装置１３のハウジング２９にねじ３２を介して取り付けられ、このハウジング２９に軸受け３３を介して前記回転軸３０が回転自在に支持され、この回転軸３０の一端部の出力部３０ａが前記ハウジング２９から突出している。

そして、ハウジング２９内にその回転軸３０の出力部３０ａに連結された図示省略の減速機構が配設された状態で、車体フレーム１２に取り付けられ、その減速機構を介してペダル１７にブラシレス電動機１６の動力が伝達され、その動力がペダル１７を漕ぐ動力の補助として利用されるようになっている。

次に、かかる固定子２０の製造方法について図１１を用いて説明する。

この固定子２０は図１１に示す成形型３４を用いて成形される。この成形型３４の下型３５には、コア部材３６が配設され、このコア部材３６には、軸受け保持部２４ｃに嵌合される嵌合突部３６ａが形成されており、このコア部材３６の周囲には、下型３５上に支持された状態で、コイル２３が巻回された固定子鉄心２２がセットされる。

また、この下型３５と上型３７とを型締めした状態で、固定子鉄心２２の周囲で、この上型３７側に、金属製放熱部材２４が配置される。この状態で、この固定子鉄心２２の上側端面と金属製放熱部材２４との間、固定子鉄心２２の下側端面と下型３５との間には、空間部３８が形成されている。

そして、上型３７のノズル３７ａから、金属製放熱部材２４の湯口２４ｆを介して空間部３８内に樹脂２５を注入する。これにより、この固定子鉄心２２の上側端面と金属製放熱部材２４との間、固定子鉄心２２の下側端面と下型３５との間、固定子鉄心２２の各歯部２２ａの間の空間部３８に樹脂２５が充填されてモールド成形される。

そして、樹脂２５が硬化後、離型させて成形された固定子２０を取り外すことにより、固定子２０の成形を完了する。

その後、この固定子２０に回転子２１等を組み付けてブラシレス電動機１６の成形を完了する。

このようなブラシレス電動機１６にあっては、ブラシレス電動機１６駆動時にコイル２３に電流が流れることにより、コイル２３が発熱するが、固定子鉄心２２と金属製放熱部材２４との間に樹脂２５が充填されているため、従来のように空間が形成されているものより、熱伝導率が良好で、コイル２３からの熱が樹脂２５を介して金属製放熱部材２４に伝達されることにより、放熱性を向上させることができる。

また、固定子鉄心２２の外周面２２ｂが金属製放熱部材２４に接触しているため、コイル２３で発生した熱が固定子鉄心２２の外周面２２ｂを介して金属製放熱部材２４に伝達され、放熱性を良好にでき、定格出力を向上させることができる。

さらに、金属製放熱部材２４がアルミ製であるため、放熱性を向上させることができる。

さらにまた、樹脂２５を充填して固定子鉄心２２の歯部２２ａに巻回されたコイル２３を埋設することにより、補助動力装置１３が振動したとしても、防振性を向上させることができ、耐久性を向上させることができる。

また、その金属製放熱部材２４に外側に折れ曲がるフランジ部２４ｄを切欠き部２４ｅを介して数カ所形成し、これらフランジ部２４ｄを樹脂２５で埋設することにより、この金属製放熱部材２４の回り止めや抜止めを行うことができ、別途取付ねじ等を用いる必要なく、この金属製放熱部材２４の配設を容易に行うことができる。

さらに、金属製放熱部材２４の底面部２４ｂに、回転子２１の軸受け部２６が嵌合される軸受け保持部２４ｃが一体成形されているため、別途、軸受け保持部材を配設する必要なく、部品点数や取付工数の削減を図ることができる。

さらにまた、金属製放熱部材２４の底面部２４ｂで、軸受け保持部２４ｃの周囲に樹脂を充填する際の湯口２４ｆが形成されることにより、この湯口２４ｆを介して固定子鉄心２２と金属製放熱部材２４との間に樹脂２５を容易に充填することができる。

また、補助動力付自転車１１の、人力による動力を補助する補助動力装置１３にブラシレス電動機１６を用いることにより、定格出力を向上させることができ、ブラシレス電動機１６の小型化が可能となり、配設スペースの限られた自転車１１に良好に搭載できる。

なお、樹脂２５に突起を設け、この突起に遮熱カバーを取り付けて、この金属製放熱部材２４の外表面側を覆うようにすれば、発熱した金属製放熱部材２４に人の足が直接当たるのを防止できる。

また、上記実施の形態では、補助動力付自転車１１に本発明のブラシレス電動機１６を用いたが、これに限らず、他の用途に用いるものでも良い。

この発明の実施の形態に係る補助動力付自転車を示す側面図である。 同実施の形態に係る補助動力装置の主にブラシレス電動機の断面図である。 同実施の形態に係る図２の右側面図である。 同実施の形態に係る図２の左側面図である。 同実施の形態に係るブラシレス電動機の固定子の右側面図である。 同実施の形態に係る固定子の図５のＡ−Ａ線に沿う断面図である。 同実施の形態に係るブラシレス電動機の固定子の左側面図である。 同実施の形態に係るブラシレス電動機の金属製放熱部材の断面図である。 同実施の形態に係るブラシレス電動機の金属製放熱部材の右側面図である。 同実施の形態に係るブラシレス電動機の金属製放熱部材の左側面図である。 同実施の形態に係るブラシレス電動機の固定子の成形状態を示す成形型等を示す断面図である。

符号の説明

11 補助動力付自転車
12 車体フレーム
13 補助動力装置
16 ブラシレス電動機
20 固定子
21 回転子
22 固定子鉄心
22a 歯部
22b 外周面
22c 内周面
23 コイル
24 金属製放熱部材
24a 筒状部
24b 底面部
24c 軸受け保持部
24d フランジ部
24e 切欠き部
24f 湯口
25 樹脂
25a 回込み部
25b 取付用突部
30 回転軸
31 永久磁石
31a 外周面

Claims (6)

1. 環状の固定子内に回転子が回転自在に配設されたブラシレス電動機において、
   前記固定子は、環状の固定子鉄心に形成された各歯部にコイルが巻回されると共に、前記固定子鉄心の外周面に金属製放熱部材を接触させた状態で、該金属製放熱部材で前記固定子鉄心の周囲を覆うように配設し、前記固定子鉄心と前記金属製放熱部材との間に前記コイルを埋設するように樹脂を充填し、該樹脂により、前記回転子の回転軸を支持するハウジングに対する取付部が形成されたことを特徴とするブラシレス電動機。
2. 前記金属製放熱部材は、アルミ製であることを特徴とする請求項１に記載のブラシレス電動機。
3. 前記金属製放熱部材は、回止め部が折曲げられて形成され、該回止め部が前記樹脂に埋設されたことを特徴とする請求項１又は２に記載のブラシレス電動機。
4. 前記金属製放熱部材は、前記固定子鉄心の周囲を覆う筒状部と、前記固定子鉄心の一方の端面側を覆う底面部とを有し、該底面部に、前記回転子の回転軸の軸受け部が嵌合される軸受け保持部が一体成形されたことを特徴とする請求項１乃至３の何れか一つに記載のブラシレス電動機。
5. 前記金属製放熱部材には、前記底面部で、前記軸受け保持部の周囲に前記樹脂を充填する際の湯口が形成されたことを特徴とする請求項４に記載のブラシレス電動機。
6. 補助動力付自転車の車体フレームに取り付けられ、人力による動力を補助する補助動力装置の動力源として用いられることを特徴とする請求項１乃至５の何れか一つに記載のブラシレス電動機。

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