JPS63129839A

JPS63129839A - 冷却効果に優れるブラシレスモ−タ

Info

Publication number: JPS63129839A
Application number: JP27235386A
Authority: JP
Inventors: Manabu Shiraki; 学白木
Original assignee: Shicoh Engineering Co Ltd
Current assignee: Shicoh Engineering Co Ltd
Priority date: 1986-11-14
Filing date: 1986-11-14
Publication date: 1988-06-02

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】（発明の産業上の利用分野）本発明はびｔ体ｒモータ本体内に通過妊せるようにし窺
冷却効果に優れるブラシレスモータで、特に特徴とする
点は有鉄心型ステータ電機子（ステータ電機子）とロー
タ間の空隙に流体１通すよう−なことをせず、有鉄心型
ステータ電僚子のみに流体を通過させる工うにしたとこ
ろにある。

（技術背景とその問題点）ＦＡ用、例えばロボット用のモータでは、ブラシレスモ
ータが多用てれている。これは長寿命化が期待できるほ
か、メンテナンスフリーという有用性があるからである
。こＯＫロボット用ブラシレスモータでは、周囲環境温
度か、例えば１５０゜Ｃと高い場合でも、当該ブラシレ
スモータの性能の劣化が生じないように設計２９慮する
必要がある。

ま友ブラシレスモータでは、起動時に過大電流上考慮し
ておかないと、ｎｕ：ａ子コイルが焼損することがある
。

以上のように、耐湯設計がシビアに要求されるブラシレ
スモータにおいては、性能の一定維持や破損防止を図る
ために冷却機構ｒ備える必要度も高い。

そのため、従来では、ロータにフィンを取シ付けてモー
タ内部を冷却したり、あるいはロータとステータｗ機子
間の空隙に流体ｋＭｃ丁ことでモータ内部ケ冷却してい
た。かかる方法によると、ステータ［磯子とロータ間の
空隙にごみ等が付層し之り、あるいはつまることで、電
機子コイルか断服し友り、に−夕がこじつ九り、あるい
は動かなくなる惧れがある。

また上記のように冷却流体がロータに直接作用するよう
にすると、摩擦抵抗が大さくなり、効率の悪Ｖｈブラシ
レスモーメになる欠点がある。

更に−ｆ：ｘｂ上記流体として冷却効果１高めるために
エアーでなく成体を用ｖａ７を場合には、当該ブラシレ
スモータ内１’ｃｔ気部品、例えば位置検知素行なわな
ければならないという、構造的にも、コスト的にも不利
を伴う欠点がある。

′！り上記ブラシレスモータが、低速且つ大トルク化を
要求される場合には、コアレス構造を採用することがで
きず、有鉄心厖構造を採用しなければならないが、有鉄
心梨ブラシレスモークでは、大きなコギングトルクが発
生するため、滑らかな回転ができなくなる欠点がある。

更にまｍ、上記有鉄心型ブラシレスモータか、可変速サ
ーボ用として適する構造のものにしようとすると、アウ
ターロータタイプよシもインナーロータタイプのモータ
にしｔ万が望ましいが、インナーロータタイプのブラシ
レス七−夕の場合、電機子コイルにステータ電機子鉄心
の突極ま九はスロットに巻騙しにくく量産性に優れない
欠点がある。

（本発明の課題）本発明は、まずトルク的な問題から有鉄心をブラシレス
モータを選択することとし、しかも、この場合、冷却の
目的でブラシレスモーフ本体内に流体（気体でちると液
体であるとｔ問わない）を通過させても有鉄心型ステー
タ電機子のみｔ通過するようにすることで、摩擦抵抗を
増大させることなくロータかスムーズに回転するように
し、しかも上記冷却用流体をステータ電機子にのみ通過
摩擦抵抗ｒ増大させることなく、ロータが滑らかに回転
するようにし、また上記冷却流体ｔステータ電機子に通
しても当該ブラシレスモータ本体する場合でも、当該ブ
ラシレスモーフ本体内に位置するための手段を施こ丁こ
とで同時に行ない得。

構造的にも簡単にし得、またコスト的にも安価にできる
ようにすること１課題としてなされ友ものである。

更にまた、別の目的としては、上記課題會達成しつつも
、大きなトルクを得るためにＭ鉄心ブラシレスモータの
構造２採用しても、コギング七力く丁ことができ、従っ
て、滑らかに回転できる冷却効果に優れるブラシレスモ
ータを得ること七課題になされたものである。

（発明の蛛題達成手段）かかる発明の課題は、スロットまたは突極に電機子コイ
ルを巻装しｆｃ有鉄心型ステータ電機子と空隙ｒ介して
ロータを回動自在に設け、核ロータと空隙を介して対向
するステータ電機子面に上記空隙と隔離する部材を設け
、上記空隙と隔離されｍステータ電機子のスロット若し
くは突極間に形成された電機子コイル挿入溝に空冷のた
めの流体？通過させることで達成される。その他の本発
明の牒題達成手段は、以下の説明で明らかとなるであろ
う。

（発明の実施例）第１図は一実施例としての本発明の冷却効果に優れる径
方向空隙型の有鉄心型ブラシレスモータ１の縦断面図、
第２図は同分解斜視図で、以下、主にこの第１図及び第
２図を用いて本発明の詳細な説明する。

ブラシレスモータ本体２は、円筒状本体６と、この本体
乙の上下両開口端を閉じるための磁性体からで＠た蓋体
４及び５よシなる。蓋体４，５は螺子６．７を本体３に
螺府することで固定している。ブラシレスモータ本体２
の中心部の上下両端部には、軸受８，９が装着され、軸
受８．９によって回転軸１０が口切自在に軸支されてい
る。回転軸１０の外周には、円筒状のロータヨーク１１
か固定され、その外周には、Ｎ、Ｓ（Ｄ磁極が又互に４
極に着磁された円筒状の界磁マグネット１２）（・第５
図の展開図も参照）が固定てれ、径方向に形成され友空
隙１６ケ介してステータ電憎子１４と相対的回動ｔな丁
ように構成している。

蓋体５の内面には、リング状の軸受ハウジング１５’に
一体形成して突出させ、その上口にはプリント配線基板
１６を固定し、咳プリント配線基板１６には、図示しな
い駆動回路構成用電気部品を配設すると共に、界磁マグ
ネット１２のＮ極、Ｓ極の磁極を検出し、図示しない駆
動回路を作動させることで、後記するＵ相、■相、Ｗ相
のｉ！！機子コイルにいずれかの方向の電流を流せばよ
いかｔ検出するための３個の位置検知素子として用ｉた
ホール素子１７を配設している。まｆｃ蓋体４．５の内
面には、ステータ電機子１４會構成する後記するステー
タ電機子鉄心１８の内周部に形成したリング状磁性体１
９の端部と当接するリング状突起２０．２）に軸受８．
９と同心状に突出形成している。このリング状突起２０
．２）は、リング状良性体１９と共に、ステータ電機子
鉄心１８の突極２２間の電機子コイル挿入溝（スロット
）２６に形成された冷却用流体通路２４に通される冷却
用流体と空隙１６とｔ隔離するための役目ｔな丁。従っ
て、リング状磁性体１９とリング状突起２０，２）の当
接部から流体が漏れ出嘔ないようにするため、リング状
磁性体１９０両端部あるいはリング状突起２０．２）の
端部にゴムや弾力性プラスチックを装着しておくと、特
に架ましいものとなる。特に冷却用流体が、エアーの場
合には、上記のように若干漏れ出ても支障がないが、冷
却効果ｔより腐めるためにオイル等の液体ケ用い７ｃ場
合には、この液体が界磁マグネット１２が回転するに際
して摩擦抵抗として作用し、効率の低下を招くので、上
記対策はＭ要である。更にま文、冷却用流体として、水
等の液体を用いた飴、界磁マグネット１２かさび易い材
質のものであったシ、あるいは防錆処理？してシかなか
ったりすると、錆ついて効率が悪くなる等櫨々の支障を
招くので、上記対策は特に必要である。

次にステータ電機子面部について説明する。このステー
タ電機子１４の特長は、（１）当該ブラシレスモータ１
ｔコギングのない滑らかな回転を行なうことにできるも
のとする、（２）電機子コイルを突極２２（あるいは−
調子コイル挿入溝（スロット）２６に各局に巻装でき、
安価且つ８易１ｃｉ産できるＬうにする、ｆ３ｊ界磁マ
グネット１２の加工を施こすことなく、空隙１６七一定
にでさる、（４）電贋電流以上の）電流２流しても、当
該ブラシレスモータ１ケ破損しない、等の主な点？あげ
ることができる。

このステータ電機子１４は、ブラシレスモータ本体１２
の内面に固定され、空隙１３ｖ介して界磁マグネット１
２と対向配設テれるもので、主に突に＝ｉ２２に有する
ステータ電機子鉄心１８と１！磯子コイル（更にはリン
グ状ステータヨーク２５）から構成される。ステータ電
機子鉄心１８は、磁性体より形成されるもので、内周に
リング状磁性体１９七不するものでちるが、界磁マグネ
ット１２との開係で空隙１６葡一定に調整するため、並
びに突極２２と一体化するために望ましい形状とするた
めに最初の段階では、リング状磁性体１９は第３図乃至
第５図に示すように径方向に厚みのめるリング状磁性体
１９′に形成ちれている。

リング状磁性体１９′の半径外側方向には、等間隔にス
トレート状の１２個の突％２２−１．・・・。

２２−１２が一体形成され、突６２２間には、１２個の
＠を子コイル挿入溝（スロッ））２５−１、・・・、２
３−１２か等間隔に形成てれている。

も、このような材質によって形成するなら鉄損、ヒステ
リシス損等の極めて少ないブラシレスモータ１を形成で
き、また、点点２６で示す部分まで加工し易く、点鷹２
６゛まで容易に〃ｌ工できるので厚みｋ　ｌ　Ｃｔｍ　
：ｌ以下のリング状磁性体１９に容易に形成でき、空隙
１６の長嘔を一定に調節でき。

大きなトルクか得られ、効率の良いブラシレスモータ１
１：を容易に得ることができる。尚、リング状磁性体１
９′の厚みが厚いと、この部分にＬっで磁気的シ１−ト
が行なわれ、界磁マグネット１２の磁束が有効に作用せ
ず、大きなトルクか得らｎないため、リング状磁性体１
９のように厚みｔ薄くする必要がある。また始めから厚
みの薄いリング状磁性体１９ｈ形成してもよいが、この
ような場合には、突極２２−１．−・・、２２−１２を
一体形成するのがやっかいであったり、空隙１６を一定
の要略に９１節するのにやっかいな界磁マグネット１２
の加工が必要になり、欠点？多く供うものとなる。また
もしも、上記材料でステータ電機子鉄心１８七形成する
場合には、その外周部の表面部ｔプラスチックのみで形
成できるので、絶縁処理防水処理対策ｒ施こせる利点が
ある。尚、上記材質でステータ電機子鉄心１８ｖ形成し
ない場合には、この場合でも、内周ケ加工してリング状
磁性体１９とすることができ、また外周部には、絶縁処
理並びに防水処ｆＵｋ施こしておけばよい。

ステータ電機子鉄ノし１８の外周の突極２２−１゜・・
・、２２−１２間の電機子コイル神大面２３−１゜・、
２３−１２には、Ｕａ、Ｖ相、Ｗｈの、丁なわち３相の
ブラシレスモータ１のステータｔｔｄ子１４に形成する
ための１２個の電機子コイル２７−１．・・・、２７−
１２が電機子コイル挿入溝２６−１．・・・、２６−１
２に収納且つ突極２２−１゜・・・、２２−１２に係合
して巻、脈嘔れている。尚、１２個の′ｒＪ１磯子コイ
ル２７−１．・・・、２７−１２は、互いに等間隔とな
る工うに上記位置に巻装されている。

電機子コイル２７−１．・・・、２７−１２群を巻装し
たステータ電、憬子鉄心１８の外周には、磁性体からな
るリング状ステータヨーク２５；６ＥＪ宜な手段にて固
定式れ、ステータ電機子１４ｖ形成している。尚１円筒
状本体６が磁性体で形成され、この円筒状本体６ｒリン
グ状ステータヨークの代用とする場合には、上記リング
状ステータヨーク２５か不要となるが、この例では、リ
ング状ステータヨーク２５に用いることでステータ電機
子１４ケ形成している。かかるステータ電機子１４は、
上記したように円筒状本体６の内周面に固定ちれている
。

ステータ電機子鉄心１８の上下部分には、上記電機子コ
イル挿入溝（スロツト）２６と隔岨された、冷却用流体
通路２８．２９に形成している。

またステータ電機子鉄心１８の電機子コイルト仄溝２６
には、上記通路２Ｂ、２９と連剋する冷却用流体通路２
４に形成している。４体５には、上記通路２４．２８．
２９に冷却用死体ｒωを入するための流入口６０が形成
され、蓋体４には上記通路２４．２８．２９ケ通過した
冷却用ｒＡｔ体２体部外部出するための排出口６１に形
成している。流入口６０と排出口６１はポンプ（冷却用
流体循環用手段）６２塗介してチューブ６６で連通され
て閉じられている。

従って、ポンプ６２を駆動することで、冷却用流体は、
流入口６０、冷却用流体進路２９．２４゜２８、排出口
６１、チューブ６０、ポンプ６２、チューブ６３に辿っ
て備環し、電）た子コイル２）及びステータ電機子鉄心
１８を冷却する。

（発明のその他の実施例）上記実施例では、３相のブラシレスモータｆｌＪ’に示
し罠が、モータの相数を限定するものでなく、ま７ｃＤ
Ｃ（ＡＣ）ブラシレスモータ例？示したが、この梅のモ
ータに限らずステッピングモータ等の他の種類のモータ
にも本発明は適用されるものである。

また、上記例では、インナーロー、グータイプのモータ
に示したが、アウターロータータイプのモータにも適用
かあシ、更にまた、上記例では径方向空隙型モータにつ
いて示したが、軸方向空隙型モータについても適用があ
ることは言うまでもない。

（本発明の効果）不発明によると、（１）大きなトルクか得られるように
Ｍ成した有鉄心型ブラシレスモータでありな（２）電機
子コイルを巻装収納するための突極間の電機子コイル挿
入溝あるいはスロットが空隙と隔離嘔れているため、上
記電機子コイルン冷却するに当ってロータに冷却用流体
ｒ直接、接！Ｂ１６せないで済むので、ロータのＭ擦抵
抗が増大したりあるいはゴミづｌυかなくなシ、簀全性
７）ｉ昼＜、シかも滑らかに回転し、またカッ率の良い
ブラシレスモータケ得ることかできる、（３ノステータ
菟氷子側（ステータ電機子鉄心のリング状母性体）を加
工チェしなければならないというやっかいな作業が不要
になり、当該ブラシレスモータの品賀？一定に保つため
の作呆が容易になり、安価且つ容易に当該ブラシレスモ
ータ’ｔｋ産でさる、（ｌｉ）ロータに触れることなく
、直接、電機子コイル、ステータ電機子鉄心を冷却でき
るので、−。

眞；；詔；口＝Ｒコ特に瞬時的に１定格電流以上の電流
ケ流す必要のある場合でも、当該ブラシレスモーフｒ破
損することがない、（５）筐だステータ電機子鉄心にロ
ータと対向する部分にリング状磁性体を形成することで
、大きなトルクが得られ拭うにＭ鉄心型ブラシレスモー
タ構造を採用したとしても、コギングが全くないか、ま
７Ｃはほとんどないものに構成できるので、滑らかな回
転？行なわせることができ、位「直精度、速成制御の点
でも有オリとなる、等の柚々の効果ｋｍする冷却効果に
優れるブラシレスモータ老僧ることができる。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明の一実施例ケ示す冷却効果に優れる径方
向空隙型の有鉄心型ブラシレスモータの樅Ｕ［面図、第
２図は同ブラシレスモータの分解斜視図、第３図はステ
ータ電機子鉄心とリング状ステータヨークの説明用斜視
図、第４図はステータ電機子鉄心の平面図、第５図は界
磁マグネットとステータ’？！　４１子との展開図であ
る。１・・・冷却効果に優れる径方向空隙型の有鉄心型ブラ
シレスモータ、　　２・・・ブラシレスモータ本体、６
・・・円筒状本体、　４．５・・・蓋体、　６．７・・
・螺子、　８．９・・・軸受、　　１０・・・回転軸、
　　１１・・・ロータヨーク、　　１２・・・界磁マグ
ネット、１６・・・空隙、　　１４・・・ステータ電機
子、　　１５・・・ｌ１１１１受ハウジング、　　１６
・・・プリント配線基板、１７・・・ホール素子、　　
１８・・・ステータ電機子鉄心、１９．１９’・・・リ
ング状函性体％　２０．２）・・・リング状突起、　　
２２・・・突極、　２６・・・電機子コイル挿入溝、　
２４・・・冷却用σ１を体通路、　　２５・・・リング
状ステータヨーク、　　２６・・・点緘、　　２７・・
・１！慎子コイル、　　２Ｂ、２９・・・冷却用流体通
路。６０・・・流入口、　　６１・・・排出口、　　６２・
・・ポンプ（冷却用流体循塊手段）、　　６６・・・チ
ェープ。

Claims

【特許請求の範囲】

（１）スロット又は突極に電機子コイルを巻装した有鉄
心型ステータ電機子と空隙を介してロータを回動自在に
設けたブラシレスモータにおいて、上記ロータと空隙を
介して対向するステータ電機子面に上記空隙と隔離する
部材を設け、上記空隙と隔離されたステータ電機子のス
ロット若しくは突極間に形成された電機子コイル挿入溝
に空冷のための流体を通過させてなる、冷却効果に優れ
るブラシレスモータ。
（２）上記ロータは界磁マグネットである、特許請求の
範囲第（１）項記載の冷却効果に優れるブラシレスモー
タ。
（３）上記ブラシレスモータは、インナーロータモータ
である、特許請求の範囲第（１）項または第（２）項記
載の冷却効果に優れるブラシレスモータ。
（４）上記スロットまたは突極に電機子を巻装した有鉄
心型ステータ電機子は、上記スロットまたは突極を形成
する鉄心は適宜な部材によつて内周閉鎖型で外周開放型
に形成されたものを上記スロットまたは突極に電機子コ
イルを巻装した後に、開放されたステータ電機子鉄心の
外周部を適宜なリング状部材で閉じて上記流体の流通路
を形成してなる、特許請求の範囲第（１）項乃至第（３
）項いずれかに記載の冷却効果に優れるブラシレスモー
タ。
（５）上記リング状部材は、磁性体で形成してなる、特
許請求の範囲第（１）項乃至第（４）項いずれかに記載
の冷却効果に優れるブラシレスモータ。
（６）上記ブラシレスモータは、上記ステータ電機子の
スロット若しくは突極間に形成された電機子コイル挿入
溝に冷却のための流体を流入する流入口と、上記流体を
ブラシレスモータ本体外に排出するための排出口を設け
てなる、特許請求の範囲第（１）項乃至第（５）項いず
れかに記載の冷却効果に優れるブラシレスモータ。
（７）上記流入口から入れられ、上記排出口から排出さ
れる流体は、循環されてなる、特許請求の範囲第（６）
項記載の冷却効果に優れるブラシレスモータ。