JPH04359652A - モータの冷却装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】この発明は、モータの冷却装置に
関する。

【０００２】

【従来の技術】一般に、モータにおいては、その発熱に
より種々の不具合が生じることから、十分な冷却を行う
ことが要求される。上記不具合としては、ステータ等に
おけるコイルの絶縁材が熱劣化して絶縁不良を招くこと
が最も影響の大きいものであり、この他、マグネットの
磁束密度の低下、熱膨張による軸受部の機械的誤差の発
生、回転角検出用のエンコーダを内蔵したものでは、そ
の耐久性の低下等がある。

【０００３】この種モータを冷却する場合において、モ
ータにおけるステータのコイルで発生した熱（ジュール
熱）をモータハウジングに伝導する方法として、従来、
下記の方法がある。

【０００４】■　　ハウジングにステータのコイル鉄心
を取り付け、このコイル鉄心を介して直接に伝える。

【０００５】■　　コイルとハウジングとの間にエポキ
シ樹脂等の高い熱伝導率の樹脂を充填し、この樹脂によ
り伝熱する。

【０００６】■の方法は■の方法に比べ、伝熱経路に伝
熱性のよい樹脂を介在させるので、熱抵抗が減り、コイ
ルを効率よく冷却してその温度を下げることができる利
点がある。

【０００７】

【発明が解決しようとする課題】ところが、反面、ハウ
ジングとステータコイルとの間に樹脂を介設するため、
ハウジングのないフレームレスモータ（ユーザーが所定
の目的のために特定のハウジングを製作して組み立てる
もの）のように、組み付けるハウジングが一定でない場
合には、樹脂の充填が難しくなり、実用的ではない。

【０００８】また、予め、ステータコイルを上記樹脂で
モールドして、このモールド材をハウジングの内面形状
に合せて成形し、その後にステータやロータ等をハウジ
ングに組み込む方法もあるが、この方法では、コイルを
モールドしたモールド材（樹脂）とハウジング内面との
間に隙間が生じるのは避けられ得ず、この隙間にある空
気により熱抵抗が増大して、所期の冷却効果が得られな
くなる虞れがある。

【０００９】本発明は斯かる諸点に鑑みてなされたもの
であり、その目的は、上記のようにステータコイルをモ
ールドしてハウジングに組み込む構造において、モール
ド材とハウジング内周面との間の伝熱形態を改良するこ
とにより、ハウジングとステータコイルとの間への樹脂
の充填を要することなく、それと同程度の伝熱性能が得
られるようにすることにある。

【００１０】

【課題を解決するための手段】この目的を達成するため
に、請求項１の発明では、ステータコイルのモールド材
とハウジング内周面との間に形成される間隙をヘリウム
ガス等の高い熱伝導率のガスで充填させるようにした。

【００１１】具体的には、この発明は、密閉状のハウジ
ング内にステータが嵌装され、該ステータのコイルは、
ハウジングの内面形状に沿って成形されかつ電気絶縁性
が高くて熱伝導率の高い材料からなるモールド材でモー
ルドされ、上記ハウジング内には高い熱伝導率のガスが
封入されていることを特徴とする。

【００１２】

【作用】上記の構成により、ハウジングが密閉構造とさ
れ、その内部に高い熱伝導率のガスが封入されているの
で、ステータコイルをモールドしたモールド材をハウジ
ングの内面形状に合せて成形し、その後にステータやロ
ータ等をハウジングに組み込む場合においても、コイル
のモールド材（樹脂）とハウジング内面との間に生じた
間隙には上記ガスが介在することとなる。このガスは空
気に比べ熱伝導率が高いので、モールド材からハウジン
グに至る熱の通過率が極めて高くなり、よってフレーム
レスモータであっても、ハウジングとステータコイルと
の間への樹脂の充填を要することなくそれと同程度の伝
熱性能が得られる。

【００１３】

【実施例】以下、本発明の実施例を図面に基づいて説明
する。

【００１４】図１は本発明の実施例に係るモータＭを示
し、このモータＭは例えばクリーンルームにおけるクリ
ーンロボットのアクチュエータとして使用される。同図
において、１は気密状に密閉された円筒状のハウジング
で、このハウジング１の一端には出力軸１４が気密状に
挿通されている。

【００１５】上記ハウジング１は第１ハウジング２と、
第３ハウジング７と、両ハウジング２，７間に位置する
第２ハウジング４との３つからなり、第１及び第３ハウ
ジング２，７は有底円筒状に、また第２ハウジング４は
円板状にそれぞれ形成されている。これらハウジング２
，４，７は外径が同じとされ、第１及び第３ハウジング
２，７の開口部を突き合わせ、その間に第２ハウジング
４を介在させて締結ボルト８，８，…により一体に組み
付けられている。９，９は各ハウジング２，４，７の接
合部に配置されたシール用のメタルガスケットである。

【００１６】上記第１ハウジング２の底部中心及び第２
ハウジング４の中心にはそれぞれ軸受孔３，５が形成さ
れている。第１ハウジング２の軸受孔３には出力軸１４
の一端近傍が、また第２ハウジング４の軸受孔５には出
力軸１４の他端部がそれぞれ挿通状態で軸受１０，１２
を介して回転自在に支持され、図示しないが、上記出力
軸１４の一端にロボットのアーム等が駆動連結される。 第１ハウジング２の軸受孔３内の軸受１０は軸受孔３内
でハウジング１の内側に位置し、その軸受孔３のハウジ
ング１外側には磁気シール１１が嵌挿されている。

【００１７】上記出力軸１４にはロータ１５が回転一体
に固定されている。一方、第１ハウジング２の内周部に
は、コイル１６を巻き付けてなるステータ１７が一体的
に取り付けられており、このステータ１７は第１ハウジ
ング２に対し嵌装されて取り付けられる。そして、ステ
ータ１７のコイル１６に電力を供給することで、ロータ
１５を回転させる。１８は第３ハウジング７内で出力軸
１４の他端に取り付けられるエンコーダで、出力軸１４
の回転角度を検出するものである。

【００１８】上記第２ハウジング４には複数の連通路６
，６，…（１つのみ図示する）が軸受孔５の周りに形成
され、これら連通路６，６，…により第１ハウジング２
内と第３ハウジング７内とが連通している。第３ハウジ
ング７は第１及び第２ハウジング２，４に対し出力軸１
４と反対側に延長されている。この第３ハウジング７の
底壁にはチェックバルブからなるヘリウム封入用バルブ
１３が取り付けられている。

【００１９】上記ステータ１７のコイル１６はモールド
材１９でモールドされている。このモールド材１９は、
電気絶縁性が高くて熱伝導率も高い材料、具体的にはエ
ポキシ樹脂、ポリエチレン樹脂、ポリカーボネイト樹脂
等からなる。そして、モールド材１９は、ハウジング１
における第１及び第２ハウジング２，４の内面形状に沿
って成形されており、ステータ１７のハウジング１内へ
の嵌装状態で、モールド材１９と第１及び第２ハウジン
グ２，４の内面との間には所定の間隙２０が形成されて
いる。この間隙２０の寸法Ｄはステータコイル１６のハ
ウジング１への嵌装作業が問題にならない程度に小さく
することが必要であるが、モールド材１９の厚さｄの１
０％以下が望ましく、例えばモールド材１９の厚さｄが
１０ｍｍのときには間隙２０の寸法Ｄが１ｍｍ以下であ
り、ｄ＝５ｍｍではＤ＝０．５ｍｍ以下である。

【００２０】さらに、上記ハウジング１の内部には高い
熱伝導率（＝１５７ｍＷ／（ｍ　・ｋ））のヘリウムガ
スが封入されている。このヘリウムガスは、ハウジング
１を組み立て、その内部を真空状態にした後、上記ヘリ
ウムガス封入バルブ１３から注入される。尚、ハウジン
グ１内に封入するガスは水素ガス（熱伝導率＝１８０ｍ
Ｗ／（ｍ　・ｋ））でもよいが、取扱性等の面でヘリウ
ムガスの方が好ましい。

【００２１】上記実施例においては、モータＭにおける
ステータ１７のコイル１６は、第１及び第２ハウジング
２，４の内面形状に合せて成形されたモールド材１９で
モールドされ、この後にステータ１７やロータ１５等が
ハウジング１に組み込まれる。上記モールド材１９は第
１及び第２ハウジング２，４の内面に沿った形状に成形
されているので、ハウジング１への嵌装に伴い、モール
ド材１９と第１及び第２ハウジング２，４の内面との間
に間隙２０が生じる。しかる後に、第１〜第３ハウジン
グ２，４，７が一体に組み立てられ、その内部が真空状
態にされた後、バルブ１３からヘリウムガスが注入され
る。

【００２２】この場合、ハウジング１が密閉構造とされ
、その内部に高い熱伝導率のヘリウムガスが封入されて
いるので、上記コイル１６のモールド材１９と第１及び
第２ハウジング２，４の内面との間に生じた間隙２０に
は上記ヘリウムガスが介在することとなる。このヘリウ
ムガスは熱伝導率が高いので、モールド材１９からハウ
ジング１に至る熱の通過率（単位面積当りの熱通過量：
単位はＷ／ｍ　２　）が極めて高くなり、フレームレス
モータであっても、ハウジング１とステータコイル１６
との間への樹脂の充填を要することなくそれと同程度の
伝熱性能が得られる。

【００２３】具体的に、上記モールド材１９を熱伝導率
＝３００ｍＷ／（ｍ　・ｋ）のエポキシ樹脂とし、■こ
のモールド材１９（エポキシ樹脂）とハウジング１内面
との間にモールド材１９の厚さｄの１０％の寸法の間隙
２０が形成され、この間隙２０にヘリウムガスがある場
合（本発明例）、及び■同じ間隙２０に空気（熱伝導率
＝２６ｍＷ／（ｍ　・ｋ））がある場合（従来例）の各
熱通過率を、■モールド材１９をハウジング１内面に密
着させてモールド材１９とハウジング１内面との間の間
隙２０を全てエポキシ樹脂で充填した場合（上述の如く
フレームレスモータには適用できない）の熱通過率を「
１」として対比すると、下記の表１のようになる。

【００２４】

【表１】

【００２５】この表１から明らかなように、モールド材
１９とハウジング１内面との間の間隙２０をヘリウムガ
スで満たすことで、熱伝導性能が大幅に向上し、間隙２
０をモールド材１９のみで充填する■の場合と同程度（
その９２％）の熱通過率が得られることが判る。

【００２６】また、上記実施例では、ハウジング１が密
閉構造であるので、ハウジング１から外部に抜け出るア
ウトガスを少なくすることができる。しかも、第１ハウ
ジング２の軸受孔３において外側に磁気シール１１が配
設されているので、真空環境下であっても軸受１０は真
空環境に晒されず、該軸受１０として通常のベアリング
を使用でき、コストやメインテナンス等の面で有利であ
る。

【００２７】尚、上記実施例は、クリーンロボットにお
けるアクチュエータとしてのモータＭに適用した場合で
あるが、本発明はその他の用途のモータに対しても適用
でき、同様の作用効果が得られる。

【００２８】

【発明の効果】以上説明したように、請求項１の発明に
よれば、モータの密閉状ハウジング内にステータコイル
を、予めハウジング内面形状に合せて成形されたモール
ド材でモールドして嵌装するとともに、ハウジング内に
高い熱伝導率のガスを封入したので、ハウジング内面と
モールド材との間に形成される間隙を上記ガスで充填で
き、フレームレスモータであっても、ハウジングとステ
ータコイルとの間への樹脂の充填を要することなく、そ
れと同程度の伝熱性能が得られ、モータの冷却性能の向
上を図ることができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の実施例を示すモータの断面図である。

【符号の説明】

Ｍ…モータ １…ハウジング ２…第１ハウジング ４…第２ハウジング ７…第３ハウジング １５…ロータ １６…ステータ １７…コイル １９…モールド材 ２０…間隙 ｄ…モールド材の厚さ Ｄ…間隙の寸法

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】　　密閉状のハウジング内にステータが嵌
   装され、該ステータのコイルは、ハウジングの内面形状
   に沿って成形されかつ電気絶縁性が高くて熱伝導率の高
   い材料からなるモールド材でモールドされ、上記ハウジ
   ング内には高い熱伝導率のガスが封入されていることを
   特徴とするモータの冷却装置。