JP6688859B2

JP6688859B2 - モータ及びその放熱装置

Info

Publication number: JP6688859B2
Application number: JP2018195796A
Authority: JP
Inventors: ▲ケイ▼雷鍾; 陳顕任
Original assignee: Delta Electronics Inc
Current assignee: Delta Electronics Inc
Priority date: 2018-01-23
Filing date: 2018-10-17
Publication date: 2020-04-28
Anticipated expiration: 2038-10-17
Also published as: JP2019129699A; US20190229585A1; CN110071585B; CN110071585A; US10868457B2

Description

関連出願の相互参照
本出願は、２０１８年１月２３日に出願された中国特許出願第２０１８１００６５３４６．８号の優先権を主張し、その全内容は、あらゆる目的のために参照により本明細書に組み込まれる。

本発明はモータに関するものであり、より具体的には、放熱効率を大いに高めるためのモータ筐体及びステータの一体化構造を形成するために打ち抜かれたケイ素鋼板を有する、モータ及びその放熱装置に関するものである。

産業分野において利用されるモータは、一般に、駆動源として利用されている。技術の発達に伴い、モータの放熱の重要性が増している。特に、占有空間を排除することは多くの装置の必要条件であり、その結果、放熱の強化がモータ産業の重大点となっている。

一般に、モータの熱伝導経路は、図１を参照することにより知ることができる。図１は、従来型モータの断面図を、概略的に示している。図１に示されるように、従来型モータの熱伝導経路は、内側から外側へ、コイル１１からステータ１２へ伝導し、ステータ１２からモータ筐体１３へ伝導し、そして、ファンにより駆動された気流を通してシステムから流れ出る。モータの構成要素の間に接触境界面が存在するため、接触熱抵抗が確実に存在する。構成要素からモータ筐体への伝熱効率は、接触熱抵抗により低下し、その結果、内側のコイルの温度を効果的に下げることができず、それにより、モータの総合効率が影響を受ける。

図１、及び従来型モータの別の断面図を概略的に示している図２を参照すると、いくつかの応用状況において、従来型モータ１の放熱設計には、システムから熱を分離するためにモータ筐体１３の空気を吹き出す、又は吸い込むファンシュラウド２１及びファン２２が、従来型モータ１の後面に備えられている。従来型モータ１の後面空間の多くをファンシュラウド２１及びファン２２が占有するため、この方法は、冷却効果に乏しいだけでなく、放熱効率の改善を伴うことなくモータ全体の容積も増加させる。

したがって、接触熱抵抗を低下させ、ファン効率を高め、且つファンの取り付け空間を縮小する事が可能な、改善されたモータ、及びその改善された放熱装置であって、上述の欠点を解決するうえで先行技術とは異なるものを、提供する必要がある。

本発明のいくつかの実施形態は、先行技術が直面する上述の欠点のうち少なくとも１つを克服するために、モータ及びその放熱装置を提供することである。

本発明は、モータ及びその放熱装置を提供する。余分な筐体の無いモータの設計により、コイルにより生じた熱は、ステータへ直接伝導され、くり抜かれた領域から除去される。従来型モータに通常存在する接触熱抵抗が存在しないだけでなく、伝熱効率も高められ、且つ材料コストも削減される。

本発明は、モータ及びその放熱装置も提供する。放熱装置を利用することにより、導風メインボード上に配置されたメインファンは、くり抜かれた領域上で直接放熱を行うことができ、導風側部ボード上に配置された側部ファンは、ステータの側壁上で直接放熱を行うことができる。さらに、メインファン及び側部ファンの気流経路は、相互に独立且つ分離しているため、気流経路の相互作用に起因するエネルギーロスを回避することができ、その結果、ファンの利用が増し、且つモータの総放熱領域も増す。

本発明のある態様によれば、モータが提供される。モータは、ステータ、複数のヒートシンク、ロータ、及び放熱装置を備える。ステータは、中空部分、コイル部分、及び筐体部分を有する。筐体部分は、第１表面、第２表面、及び複数の側壁を有する。第１表面及び第２表面は、ステータの前面及び後面である。中空部分は、筐体部分を貫通し、筐体部分の中央に配置される。コイル部分は、中空部分の周囲、且つ中空部分と筐体部分との間に配置され、筐体部分と直接接触する。ヒートシンクはそれぞれ、筐体部分の側壁のうちの異なる側壁上に配置される。ロータは、中空部分内に配置された回転軸を備える。放熱装置は、導風カバー、及び少なくとも１つの第１ファンを備える。導風カバーは、モータに、モータの底から取り付けられる。導風カバーは、導風メインボード及び複数の導風側部ボードを備える。導風メインボードは、第２表面に隣接して配置される。導風側部ボードはそれぞれ、導風メインボードの異なる側縁から同じ方向に向かって垂直に伸びる。それぞれの導風側部ボードは、ヒートシンクの１つに対応して配置され、導風側部ボードのうち少なくとも１つは、少なくとも１つの穴を有する。第１ファンの数は、穴の数に等しく、第１ファンは、対応する穴に１対１対応で受け入れられる。

本発明の別の態様によれば、モータが提供される。モータは、ステータ、ロータ、及び放熱装置を備える。ステータは、中空部分、コイル部分、及び筐体部分を有する。筐体部分は、第１表面、第２表面、複数の側壁、及び複数のくり抜かれた領域を有する。第１表面及び第２表面は、ステータの前面及び後面である。中空部分は、筐体部分を貫通し、筐体部分の中央に配置される。コイル部分は、中空部分の周囲、且つ中空部分と筐体部分との間に配置され、筐体部分と直接接触する。くり抜かれた領域はそれぞれ、側壁のうちの２つの隣接側壁に隣接する、第１表面及び前記第２表面の角に形成され、くり抜かれた領域は、第１表面及び第２表面を貫通する、複数のくり抜かれた貫通孔を有する。ロータは、中空部分内に配置された回転軸を備える。放熱装置は、導風カバー及び複数のメインファンを備える。導風カバーは、モータに、モータの底から取り付けられる。導風カバーは、導風メインボード及び複数の導風側部ボードを備える。導風メインボードは、第２表面に隣接して配置される。導風メインボードは、複数の開口部を有する。開口部はそれぞれ、くり抜かれた領域に対応する。導風側部ボードはそれぞれ、導風メインボードの異なる側縁から同じ方向に向かって垂直に伸びる。メインファンの数は、開口部の数に等しく、メインファンは、開口部に１対１対応で受け入れられる。

本発明の別の態様によれば、ステータを有するモータの放熱装置が提供される。ステータは、複数のくり抜かれた領域を有する。放熱装置は、導風カバー及び複数のメインファンを備える。導風カバーは、導風メインボード及び複数の導風側部ボードを備える。導風メインボードは、複数の開口部を有する。開口部はそれぞれ、くり抜かれた領域に対応する。導風側部ボードはそれぞれ、導風メインボードの異なる側縁から同じ方向に向かって垂直に伸びる。メインファンの数は、開口部の数に等しく、メインファンは、対応する開口部に１対１対応で受け入れられる。

本発明の上述の内容は、以下の詳細な説明、及び添付図面を参照した後に、当業者にとってより容易に明らかとなるであろう。

図１は、従来型モータの断面図を、概略的に示したものである。

図２は、従来型モータの別の断面図を、概略的に示したものである。

図３は、本発明の実施形態に係るモータの構造を、概略的に示したものである。

図４は、図３に示した線Ａ−Ａに沿った断面図を、概略的に示したものである。

図５は、本発明の実施形態に係る導風カバーの構造を、概略的に示したものである。

図６Ａは、本発明に係るモータのステータの前面の構造図を、概略的に示したものである。

図６Ｂは、本発明に係るモータのステータの後面の構造図を、概略的に示したものである。

図７は、図３に示したモータの後面の図を、概略的に示したものである。

図８は、側部ファンが取り付けられた後の、図３に示したモータの側面の図を、概略的に示したものである。

図９は、本発明の別の実施形態に係る導風カバーの構造を、概略的に示したものである。

図１０は、図４に示したモータについて、図４に示した導風カバーの代わりに、図９に示した導風カバーを利用した場合を、概略的に示したものである。

本発明を、以下の実施形態に関して、より具体的に説明する。本発明の好ましい実施形態に係る以下の説明は、例示及び説明のみを目的として本明細書に提示されることに留意されたい。網羅的であること、又は開示された形態に正確に限定することを意図したものではない。

図３、図４、図５、図６Ａ、図６Ｂ、及び図７を参照されたい。図３は、本発明の実施形態に係るモータの構造を、概略的に示したものである。図４は、図３に示した線Ａ−Ａに沿った断面図を、概略的に示したものである。図５は、本発明の実施形態に係る導風カバーの構造を、概略的に示したものである。図６Ａは、本発明に係るモータのステータの前面の構造図を、概略的に示したものである。図６Ｂは、本発明に係るモータのステータの後面の構造図を、概略的に示したものである。図７は、図３に示したモータの後面の図を、概略的に示したものである。図３、図４、図５、図６Ａ、図６Ｂ、及び図７に示されるように、本発明の実施形態に係るモータ３は、ステータ３１、ロータ３２、及び放熱装置４を備える。

ロータ３２は、回転軸３２２を有する。ステータ３１は、中空部分３１０、コイル部分３１１、及び筐体部分３１２を有する。筐体部分３１２は、ケイ素鋼製とすることが可能である。筐体部分３１２は、第１表面Ｓ１、第２表面Ｓ２、中実領域３１２１、及び複数のくり抜かれた領域３１２０を有する。第１表面Ｓ１及び第２表面Ｓ２はそれぞれ、ステータ３１の前面及び後面であり、相互に平行である。くり抜かれた領域３１２０の数は、本実施形態では４つとすることが可能である。４つのくり抜かれた領域３１２０はそれぞれ、筐体部分３１２の４つの角に位置する。中空部分３１０は、ステータ３１の筐体部分３１２を貫通し、筐体部分３１２の中央に位置する。ロータ３２は、中空部分３１０内に配置することができる。コイル部分３１１は、筐体部分３１２の周囲（例えば、筐体部分３１２の内側の側面、又は内側の縁）に配置され、中空部分３１０と筐体部分３１２との間に配置され、且つ筐体部分３１２と直接接触する。したがって、熱伝導が直接行われ得る。

図４、図６Ａ、及び図６Ｂを再度参照されたい。いくつかの実施形態では、本発明のモータ３のステータ３１は、第１側壁Ｗ１、第２側壁Ｗ２、第３側壁Ｗ３、及び第４側壁Ｗ４を有する。第１側壁Ｗ１、第２側壁Ｗ２、第３側壁Ｗ３、及び第４側壁Ｗ４はそれぞれ、第１表面Ｓ１及び第２表面Ｓ２に垂直である。第１側壁Ｗ１は第３側壁Ｗ３に平行であり、第２側壁Ｗ２は第４側壁Ｗ４に平行である。

いくつかの実施形態では、ステータ３１は、複数のヒートシンク３１３をさらに備えることができる。筐体部分３１２の１つの側壁は、モータ３を設置する表面として利用する必要があることを考慮すると、ヒートシンク３１３は、第１側壁Ｗ１、第２側壁Ｗ２、第３側壁Ｗ３、及び第４側壁Ｗ４のうちの残りの３つの側壁上にのみ配置される。すなわち、３つのヒートシンク３１３が、第１側壁Ｗ１、第２側壁Ｗ２、第３側壁Ｗ３、及び第４側壁Ｗ４のうちの３つの上に配置され、その結果、コイル部分３１１からヒートシンク３１３への、筐体部分３１２を通した熱伝導効率が高められる。

いくつかの実施形態では、放熱装置４は、導風カバー４０、複数の側部ファン（以下「第１ファン４４」とする）、及び少なくとも１つのメインファン（以下「第２ファン４２」とする）を備える。第１ファン４４は、ヒートシンク３１３上に対応して配置される。第１ファン４４のうち少なくとも１つは、それぞれのヒートシンク３１３上に配置される。本実施形態においては、２つの第１ファン４４がそれぞれのヒートシンク３１３上に配置される。第２ファン４２は、筐体部分３１２の第２表面Ｓ２上に配置される。本実施形態においては、それぞれの第２ファン４２は、筐体部分３１２の第２表面Ｓ２の４つの角に位置する４つのくり抜かれた領域３１２０のうちの１つの上に配置される。すなわち、４つの第２ファン４２はそれぞれ、第２表面Ｓ２の４つの角に配置され、その結果、それぞれの第２ファン４２により生じた気流が、対応するくり抜かれた領域３１２０を通して流れることができる。いくつかの実施形態では、上述の４つのファン４２を、より大きいサイズの単一ファンに置き換えることができる。より大きいサイズの単一ファンは、第２表面Ｓ２のほぼ全体の上に配置される。

本実施形態において、導風カバー４０は、導風メインボード４１、及び導風メインボード４１の３つの側縁から垂直に伸びる３つの導風側部ボード４３を備える。導風カバー４０は、モータ３上に、モータ３の底（すなわち、筐体部分３１２の第２表面Ｓ２）から取り付けられる。導風メインボード４１は、第２表面Ｓ２に隣接して配置される。導風メインボード４１は、複数の開口部４１０を有する。開口部４１０の位置はそれぞれ、第２ファン４２、及びくり抜かれた領域３１２０に対応する。第２ファン４２の数は、開口部４１０の数に等しく、第２ファン４２は、開口部４１０に１対１対応で受け入れられる。

図５、図６Ａ、及び図８を参照されたい。図８は、側部ファンが取り付けられた後の、図３に示したモータの側面の図を、概略的に示したものである。導風カバー４０のそれぞれの導風側部ボード４３は、ヒートシンク３１３の１つに対応して配置される。本実施形態においては、３つの導風側部ボード４３のうちの、相互に向かい合う２つの導風側部ボード４３は、少なくとも１つの穴４３０を有する。穴４３０の数は、第１ファン４４の数に等しく、ヒートシンク３１３上のそれぞれの第１ファン４４は、導風側部ボード４３の対応する穴４３０に１対１対応で受け入れられる。好ましくは、第１ファン４４、及び第２ファン４２は軸流ファンであるが、これに限るものではない。

本発明において、中核となる特徴は、共に打ち抜かれ形成された（例えば、一体的に形成された）モータ筐体及びステータを有するモータであって、筐体レスモータとも呼ばれるモータを、提供することである。モータは、一体的に形成された構造を有するように一体的に形成されているため、材料コストを顕著に削減することができる。加えて、ステータ３１、及びヒートシンク３１３は、ケイ素鋼製の、一体的に形成された構造とすることも可能である。確実に、ヒートシンク３１３は、外部に付け足すことができる（例えば、押出アルミニウム製のヒートシンク）。それぞれのヒートシンク３１３は、複数の放熱フィンを備える。接触熱抵抗を低下させるために、ヒートシンク３１３、及びステータ３１の境界面（すなわち、接触表面）上に、熱伝導グリスが塗られる。ステータ３１自身は、依然として一体的に形成された構造であるため、たとえ熱伝導効率が、完全に一体的に形成されたモータである上述のモータほど良好でなくても、このモータは、先行技術の従来型モータを十分に凌ぐ。放熱領域全体が増すだけでなく、ファンの利用及び効率も効果的に高まり、より良好な放熱能力も達成される。

図６Ａ及び図６Ｂを再度参照されたい。いくつかの実施形態では、ステータ３１の筐体部分３１２のくり抜かれた領域３１２０はそれぞれ、第１側壁Ｗ１及び第２側壁Ｗ２に隣接する、第１表面Ｓ１及び第２表面Ｓ２の角と、第２側壁Ｗ２、及び第３側壁Ｗ３に隣接する、第１表面Ｓ１及び第２表面Ｓ２の角と、第３側壁Ｗ３、及び第４側壁Ｗ４に隣接する、第１表面Ｓ１及び第２表面Ｓ２の角と、及び第４側壁Ｗ４、及び第１側壁Ｗ１に隣接する、第１表面Ｓ１及び第２表面Ｓ２の角とに形成されることが好ましい。くり抜かれた領域３１２０は、第２ファン４２、及び導風メインボード４１の開口部４１０に対応する。さらに、くり抜かれた領域３１２０は、複数のくり抜かれた貫通孔３１２００を有し、それぞれのくり抜かれた貫通孔３１２００は、第１表面Ｓ１及び第２表面Ｓ２を貫通する。したがって、完全な気流経路が形成される。気流は、第２ファン４２により駆動され、ステータ３１の筐体部分３１２の４つの角を通して、回転軸３２２が伸びる方向に沿って流れ、くり抜かれた領域３１２０のそれぞれのくり抜かれた貫通孔３１２００から流れ出る。その結果、コイル部分３１１により生じた熱を、システムから効果的に除去することができる。結果として、熱伝導効率が、効果的に高められる。

一方、第１ファン４４の気流経路は、放熱装置４からヒートシンク３１３に向かって、ヒートシンク３１３、及びヒートシンク３１３がその上に配置された第１側壁Ｗ１、第２側壁Ｗ２、第３側壁Ｗ３、又は第４側壁Ｗ４に沿って、外側方に向かうことが、図４及び図８から分かる。第１ファン４４のこの気流経路、及びくり抜かれた領域を通過する気流経路は、相互に独立且つ分離している。相互作用は起こらない。気流経路の相互作用に起因するエネルギーロスを、回避することができる。

図９、及び図１０を参照されたい。図９は、本発明の別の実施形態に係る導風カバーの構造を、概略的に示したものである。図１０は、図４に示したモータについて、図４に示した導風カバーの代わりに、図９に示した導風カバーを利用した場合を、概略的に示したものである。図９及び図１０に示されるように、本発明の別の実施形態の導風カバー５０は、導風メインボード５１、及び複数の導風側部ボード５３を備える。導風メインボード５１、及び導風側部ボード５３は、導風メインボード４１、及び導風側部ボード４３に類似しており、且つ複数の開口部５１０も有する。そのため、本明細書において重複して説明はしない。本実施形態においては、導風側部ボード５３の数は、好ましくは３つである。３つの導風側部ボード５３はそれぞれ、ステータ３１の第１側壁Ｗ１、第２側壁Ｗ２、及び第３側壁Ｗ３に対応して配置される。それぞれの導風側部ボード５３は、２つの穴５３０を有する。さらに、それぞれの第１ファン５４は、穴５３０の１つに受け入れられ、その結果、ステータ３１の放熱が行われる。第４側壁Ｗ４に関して、第４側壁Ｗ４は、平面上に配置するために主に利用され、そのため、第４側壁Ｗ４上には導風側部ボードは１つも配置されない。この状況下で、本発明のモータは、様々な製品に利用することができ、製品の容積を効果的に削減することができる。

上述の説明より、本発明は、モータ及びその放熱装置を提供する。余分な筐体の無いモータの設計により、コイルにより生じた熱は、ステータへ直接伝導され、くり抜かれた領域から除去される。従来型モータに通常存在する接触熱抵抗が存在しないだけでなく、伝熱効率も高められ、且つ材料コストも削減される。一方、放熱装置を利用することにより、導風メインボード上に配置されたメインファンは、くり抜かれた領域上で直接放熱を行うことができ、導風側部ボード上に配置された側部ファンは、ステータの側壁上で直接放熱を行うことができる。さらに、メインファン及び側部ファンの気流経路は、相互に独立且つ分離しているため、気流経路の相互作用に起因するエネルギーロスを回避することができ、その結果、ファンの利用が増し、且つモータの総放熱領域も増加する。

本発明を、現時点で最も実用的且つ好ましい実施形態と考えられるものに関して説明したが、本発明を、開示された実施形態に限定する必要は無いことを理解されたい。逆に、添付の請求項の精神及び範囲内に含まれる様々な変更及び類似する構成を包含することが意図され、添付の請求項はそのような変更及び類似する構造全てを包含するように最も広い解釈をされるべきものである。

Claims

ステータ、複数のヒートシンク、ロータ、及び放熱装置を備えるモータであって、
前記ステータは、中空部分、コイル部分、及び筐体部分を有し、前記筐体部分は、第１表面、第２表面、及び複数の側壁を有し、前記第１表面及び前記第２表面は、前記ステータの前面及び後面であり、前記中空部分は、前記筐体部分を貫通し、前記筐体部分の中央に配置され、前記コイル部分は、前記中空部分の周囲、且つ前記中空部分と前記筐体部分との間に配置され、前記筐体部分と直接接触し、
前記複数のヒートシンクはそれぞれ、前記筐体部分の異なる前記側壁上に配置され、
前記ロータは、回転軸を備え、前記中空部分内に配置され、
前記放熱装置は、導風カバー、及び少なくとも１つの第１ファンを備え、
前記導風カバーは、前記モータに、前記モータの底から取り付けられ、且つ
前記第２表面に隣接して配置された導風メインボード、及び
それぞれが、前記導風メインボードの異なる側縁から同じ方向に向かって垂直に伸びる、複数の導風側部ボードであって、それぞれの前記導風側部ボードは、前記ヒートシンクの１つに対応して配置され、前記導風側部ボードのうち少なくとも１つは、少なくとも１つの穴を有する、導風側部ボードを備え、
前記第１ファンの数は前記穴の数に等しく、前記第１ファンは、対応する前記穴に１対１対応で受け入れられる、
モータ。
請求項１に記載のモータであって、
前記側壁は、第１側壁、第２側壁、第３側壁、及び第４側壁を備え、
前記第１側壁、前記第２側壁、前記第３側壁、及び前記第４側壁は、前記第１表面及び前記第２表面に垂直であり、
前記第１側壁は、前記第３側壁に平行であり、
前記第２側壁は、前記第４側壁に平行である、
モータ。
請求項２に記載のモータであって、
前記ヒートシンクはそれぞれ、前記第１側壁及び前記第３側壁の上に配置される、
モータ。
請求項２に記載のモータであって、
前記ヒートシンクはそれぞれ、前記第１側壁、前記第２側壁、前記第３側壁、及び前記第４側壁のうちの３つの上に配置される、
モータ。
請求項２に記載のモータであって、
前記筐体部分は、中実領域、及び複数のくり抜かれた領域をさらに有し、
前記くり抜かれた領域はそれぞれ、前記第１側壁及び前記第２側壁に隣接する前記第１表面及び前記第２表面の角、前記第２側壁及び前記第３側壁に隣接する前記第１表面及び前記第２表面の角、前記第３側壁及び前記第４側壁に隣接する前記第１表面及び前記第２表面の角、及び前記第４側壁及び前記第１側壁に隣接する前記第１表面及び前記第２表面の角に、形成され、
前記くり抜かれた領域は、複数のくり抜かれた貫通孔を有し、
それぞれの前記くり抜かれた貫通孔は、前記第１表面及び前記第２表面を貫通する、
モータ。
請求項５に記載のモータであって、
前記導風メインボードは、少なくとも１つの開口部を有する、
モータ。
請求項６に記載のモータであって、
前記第２表面上に配置された第２ファンをさらに備え、
前記第２ファンの数は、前記開口部の数に等しく、
前記第２ファンは、前記開口部に１対１対応で受け入れられる、
モータ。
請求項７に記載のモータであって、
前記第１ファン及び前記第２ファンは、軸流ファンである、
モータ。
請求項６に記載のモータであって
前記第２表面上に配置された複数の第２ファンをさらに備え、
前記第２ファンの数は、前記開口部の数に等しく、
前記第２ファンは、前記開口部に１対１対応で受け入れられ、
前記第２ファンの位置はそれぞれ、前記くり抜かれた領域に対応する、
モータ。
請求項８に記載のモータであって、
前記第１ファン及び前記第２ファンは、軸流ファンである、
モータ。
請求項１に記載のモータであって、
前記ヒートシンクは、複数の放熱フィンを備える、
モータ。
請求項１に記載のモータであって、
前記ステータ及び前記ヒートシンクは、ケイ素鋼製の、一体的に形成された構造である、
モータ。
ステータを有するモータの放熱装置であって、
前記ステータは複数のくり抜かれた領域を有し、
前記放熱装置は、
導風メインボード及び複数の導風側部ボードを備える導風カバーであって、
前記導風メインボードは、複数の開口部を有し、
前記開口部はそれぞれ、くり抜かれた領域に対応し、
前記導風側部ボードはそれぞれ、導風メインボードの異なる側縁から同じ方向に向かって垂直に伸びる、
導風カバーと、
複数のメインファンであって、
前記メインファンの数は、前記開口部の数に等しく
前記メインファンは、対応する前記開口部に１対１対応で受け入れられる、
メインファンと
少なくとも１つの側部ファンであって、
前記導風側部ボードは、少なくとも１つの穴を有し、
前記側部ファンの数は、前記穴の数に等しく、
前記側部ファンは、対応する前記穴に１対１対応で受け入れられる、
側部ファンとを備える、
放熱装置。