JPS63277454A - 冷却効果に優れるブラシレスモ−タ - 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】 ［発明の産業上の利用分野］ 本発明は、冷却効果に優れるブラシレスモータに関し、
特に冷却にあたって有鉄心型ステータ電機子とロータ間
の空隙に流体を通して冷却を行うようなことをせず、常
に冷却液体がロータに触れる事無く、有鉄心型ステータ
電機子のみを合理的ことγ可能にしたものであり、また
モータ構造としては、ＤＤモータに適する構造にでき、
しかも電機子コイルを巻線するのが非常に容易で、その
１更に、従来ＤＤｆモータにおいて採用されているブラ
シレスモータのように大きなコギングが生じるのをなく
したコギングが殆ど生じないＤＤモータに適するブラシ
レスモータに関する。

［従来技術とその問題点］ ＦＡ用２例えばロボット用のモータでは、ブラシレスモ
ータ（ＡＣサーボモータというものもいる。これは、モ
ータの見方による分類上の捕らえ方に過ぎず、実質的に
同じものである）が多用されている。これは、ブラシレ
スモータが直流モータ同様の効率の良さを備えており、
しかもブラシと整流子による機械的な整流機構を備えず
、半導体整流装置、すなち、電子転流回路によって、転
流（直流モータの場合の整流に該当する）を行っている
ため、長寿命化が期待できるため、メンテナンスフリー
になる利点があるからである。

ここにロボット用ブラシレスモータでは２周囲環境温度
が１例えば、１５０℃と高い場合でも。

当該ブラシレスモータの性能がｆ劣化しないように設計
考慮する必要がある。

またブラシレスモータでは、起動時に過大電流を瞬時的
仁流して使用することがしばしばあるが、この場合、耐
熱効果を考慮しておかないと。

電機子コイルが焼損する事がある。

以上のように、耐湿設計が非常にシビアに要求されるロ
ボット用の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を備える必要度の高
いものとなっている。

そのために、従来においては、ロータにフィンを取り付
けてモータ内部を・冷却するようにしたり、あるいは、
ロータとステータ電機子間の空隙に流体を流すことで、
あるいは介在させることでモータ内部を冷却するように
していた。

しかしながら、かかる上記空隙に流体を流す方法による
と、当該ステータ電機子とロータ間の空隙にごみ等が付
着したり、あるいは詰まることで、電機子コイルがショ
ートしたり、断線したり、ロータがこじってスムーズに
回転できなくなったり、或いは動かなくなる欠点があっ
た。又流体を予め上記空隙に介在させておく場合にも。

上記ステータ電機子とロータ間の空隙長を長く形成する
と効率が悪くなるため、十分な冷却を施すことができな
いばかりか、当該流体が特に液体である場合には、その
流体の抵抗によって、ロータに余分な負荷が係り、滑ら
かな回転ができず、効率が悪くなる欠点があった。

又上記のように、冷却流体がロータに直接作用するよう
にしておくと、摩擦抵抗が大きくなり。

効率が悪くなり、好ましい使用方法とはいえない、更に
また。上記流体として、冷却効果を高めるためにエアー
でなく、液体を用いるようにした場合には、当該ブラシ
レスモータ内に電気部品。

例えばホール素子等の位置検知素子、駆動回路。

あるいはエンコーダ等を配設することが出来なかったり
、またその配設が極めて難しくなるため量産性に乏しく
、高価になったりする欠点を伴っていた。又冷却液体を
循環させて冷却を行うようにした場合には、その循環機
構のために大型且つ高価になるほか、場合によっては廃
液処理対策も必要になり、構造的にも１価格的にも不利
を伴う欠点があった。

またロボット用等に使用されるブラシレスモータ等のよ
うに、低速且つ大トルクを要求されるようなものにあっ
ては、コアレス構造を採用することができず、有鉄心型
構造を採用しなければならないが、係る有鉄心型ブラシ
レスモータでは、突極構造となっており、鉄心があるた
めに、大きなコギングが生じ、滑らかな回転を行うこと
ができないという欠点があった。

更にまた。上記有鉄心型ブラシレスモータにおいて、可
変速サーボ用として適するものにしようとする場合、特
に大トルクを得るために比較的。

径の大きなものに構成した場合には、アウターロータタ
イプよりも慣性が小さくなるインナーロータタイプのモ
ータ構造にしたほうが望ましいが、このインナーロータ
タイプのブラシレスモータの場合、電機子コイルをステ
ータ電機子鉄心の突極またはスロットに巻線しに＜＜、
量産性が乏しく高価になる欠点があった。

［発明の課題］ 本発明は、（１）まず、トルク的な問題から。

有鉄心型ブラシレスモーフ構造を採用することとし、（
２）Ｌかも効率良く冷却するために冷却用の流体として
冷却液体を用いることができるようし、（４）この冷却
液体を用いるに当たって、冷却液体を循環させることな
く、当該ブラシレスモータ内に密閉できるようにするこ
とで、冷却機構を備えたブラシレスモータを従来に比較
して。

安価且つ小型に構成できること、（４）冷却液体を当該
ブラシレスモータ内に密閉するにあたって、冷却液体を
ロータとステータ電機子間の空隙に介在させるようなこ
とがなく、すなわち、冷却液体をステータ電機子にのみ
接触させるようにし、この結果、冷却液体によって摩擦
抵抗を増大させることがなく、ロータをスムーズに回転
できるようにし、またロータとステータ電機子間にごみ
等を詰まらせて、故障を来す恐れを皆無にすること、（
５）当該ブラシレスモータ内に冷却液体を密閉しても、
当該ブラシレスモータ内に位置検知素子等の電気部品を
内蔵しても支障がないようにすること、（６）コギング
が極めて少ない、或いは殆ど生じないようにして、滑ら
かな回転が行えるようにすること、（７）低慣性で、サ
ーボ性の優れるインナーロータ構造に構成したとしても
、電機子コイルを極めて容易に巻線できる構造の簡単な
ものにし、容易に構成でき、したがって、安価に量産で
きるようにすること、を課題になされたもので、ＤＤモ
ータとしても、ロボット用のモータとしても適する冷却
効果の優れるブラシレスモータを得ることを課題に成さ
れたものである。

［本発明の課題達成手段］ かかる本発明の課題は、主にスロットまたは突極に電機
子コイルを巻装したステータ電機子鉄心を有する有鉄心
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
して対向する有鉄心型ステータ電機子面に上記空隙と隔
離する部材を設け、該隔離部材によって形成されたステ
ータ電機子鉄心のスロット若しくは電機子コイル挿入溝
に冷却液体を密閉することによって達成され、その他の
課題は、以下の説明にて明らかにされる。

［発明の一実施例］ 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の縦縦断面図
で、第２図は同分解斜視図で、以下、主にこの第１図及
び第２図を参照して本発明の一実施例を説明する。

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のブラシレスモータ本体２は、磁性体でできた円
筒状本体３と、この本体３の上下両開口端部を閉じるた
めの磁性体からできた蓋体４及び５よりなる。蓋体４，
５は、螺子６．７を本体３に螺着することで固定してい
る。

伴 ブラシレスモーフ本騨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
回動自在に軸支されている０回転軸１０の外周には１円
筒状のロータヨーク１１が固定され、この外周に円筒状
の界磁マグネット１２が固定され、径方向の空隙１３を
介して形成された有鉄心型ステータ電機子１４と相対的
回動するようになっている。

界磁マグネット１２は、径が軸方向に長さの長いものの
場合には、軸方向及び周方向において。

複数の界磁マグネットセグメントで形成するのが製作し
易く、マたＤＤモータのように径が比較的大きい場合に
は１周方向に沿って複数の界磁マグネットセグメントで
形成するのが製作し易い。

しかし、この実施例では２図面の作成の都合上、界磁マ
グネット１２としては、比較的構成の簡単な４極の界磁
マグネットとするために、第２図及び第５図から明らか
なようにＮ極、Ｓ極の磁極が、交互に９０度の開角で形
成されたものを用いているので１円筒状に一体して形成
した界磁マグネット１２を用いており、その図を描いて
いる。

蓋体５の内面には、リング状の軸受ハウジング１５を一
体形成して突出形成し、その上面には。

プリント配線基板１６を固定し、該プリント配線基板１
６には図示しない電子転流回路（駆動回路）構成用電気
部品を配設して、当該ブラシレスモータ１内に電子転流
回路を内蔵できるようにしている。

またプリント配線基板１６には、界磁マグネット１２の
Ｎ極、Ｓ極の磁極を検出して２図示しない電子転流回路
を駆動させることで、後記するＵ相、■相、Ｗ相の電機
子コイル２７群に適宜な方向の電流を流すための位置セ
ンサとして３個の位置検知素子として用いたホール素子
１７を配設している。

また蓋体４，５の内面には、有鉄心型ステータ突起２０
．２１を、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２０．２１は、リング状磁性体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）２３と。

上記界磁マグネット１２とリング状磁性体１９との間に
形成された空隙１３とは、当該リング状磁性体１９によ
って隔離された冷却液体密閉用収納部２４を形成してい
る。

たとしても、その部分の設計方法によっては、十分に冷
却液体を収納するスペースを形成できるので９本発明に
よっても、積極的に冷却液体を収納するスペースを形成
している。

上記冷却液体収納部２４には、ステータ電機子鉄心１８
等を錆びさせることがないような性質を持つ冷却液体と
して選択したシリコンオイル２８を密閉している。

シリコンオイル２８を密閉するために、リング状磁性体
１９とリング状突起２０．２１の当接部からシリコンオ
イル２８が上記空隙１３に流れ出さないようにするため
、リング状磁性体１９の両端部あるいはリング状突起２
０．２１の端部にゴムや６弾力性プラスチックを装着し
たり、磁性流体を使用すると都合よい。

次に有鉄心型ステータ電機子１４について説明する。

この有鉄心型ステータ電機子１４の特徴は、上記冷却液
体としてのシリコンオイル２８を密閉するという以外に
、（１）当該ブラシレスモータ１をコギングの無い滑ら
かな回転を行うことができるようにすること、（２）電
機子コイル２７群を突極２２（或いは電機子コイル挿入
溝（スロット＞２４）に容易に巻線でき、安価且つ容易
に量産できるようにすること、（４）界磁マグネット１
２に加工を施すことなく、上記空隙１３を一定の ｒ譜みに形成できるようにすること、（４）電機子コイ
ル２７群の加熱による焼損を防ぐことができるようにす
ることで、定格電流以上の電流を瞬時的に過度に流して
も、当該ブラシレスモータ１を破損しないようにできる
こと、（５）そして何よりも重要なことは、極めて容易
に電機子コイルを巻線できるように外巻構造にできるよ
うに工夫しである。

この有鉄心型ステータ電機子１４は、ブラシレスモータ
１２の内面に固定され、空隙１３を介して界磁マグネッ
ト１２と対向配設されるもので。

主に突極２２またはスロット２３を形成することができ
るようなステータ電機子鉄心１８と、このステータ電機
子鉄心１８の構成要素をなすと共に上記空隙１３と冷却
液体密閉用収納部２４とを隔離するリング状磁性体１つ
と、上記突極２２に巻装するか若しくはスロット２３に
巻装した電機子コイル２７群と、上記ステータ電機子鉄
心１８の外周に配設固定された磁路を閉じるため及び電
機子コイル２７群の脱出を防止するためのリング状ステ
ータヨーク２５とによって構成されている。

ステ〜り電機子鉄心１８は、リング状磁性体１９と別個
に形成した後に固定して一体化しても良いが、この実施
例では更に量産性に優れたものとするため、磁性体１例
えば積層鋼板等にてリング状磁性体１９の外周に突極２
２を一体形成して、当該リング状磁性体１９の外周に突
極２２及びスロット２３を形成している。

また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を形成しているが、
界磁マグネット１２との関係で。

空隙１３長を一定にするなめ、並びに突極２２と一体化
するのに望ましい形状とするため、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、
径方向に若干厚みのあるリング状磁性体１９′に形成し
ている。

リング状磁性体１９°の半径外側方向には１等間隔にス
トレート状の１２個の突極２２−’　１　。

・・・、２２−１２が一体形成され、突極２２間には１
合計１２個の電機子コイル挿入溝（スロッ））２３−１
．　　・・・、２３−１２が等間隔に形成されている。

このようにステータ電機子鉄心１８は、電機子コイル挿
入溝２３−１．　　・・・、２３−１２の外側が開放さ
れたものとなっているため、最終的に形成されるインナ
ーロータタイプのブラシレスモータであっても、厄介に
なる内側から電機子コイルを巻装する操作が不要で、ア
ウターロータタイプのブラシレスモータ同様に巻線操作
が非常に簡単な外側から電機子コイルを巻線できる外巻
方式を採用できるので９本ブラシレスモータ１の巻線操
作は極めて容易なものになっている。

このようなステータ電機子鉄心１８は、別の方法として
は、鉄粉入り樹脂のモールド成形によっても安価且つ容
易に量産でき、もしも、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性能の良
いブラシレスモータ１を形成でき、又リング状磁性体１
９′を点線２６で示す部分まで容易に研削等の加工を行
うことができ、又点線２６丈で加工できるので１例えば
その径方向の厚みを１　［ｍｍ］以下の非常に厚みの薄
いものに極めて容易に形成できるので、空隙１３の径方
向の厚みも一定に調節することが容易で、しかもリング
状磁性体１９°の厚みを薄く形成してリング状磁性体１
９とすることで、磁束の低下を来すことなく、大きなト
ルクが得られ、効率が良好で、しかもコギングトルクが
殆ど発生しないため滑らかな回転運動をを行うことがで
きるブラシレスモータ１を得ることができる。

尚、リング状磁性体１９″の厚みが厚いと、この部分に
よって十分に磁路を閉じてしまうので。

界磁マグネット１２の磁束が有効に作用せず、大きなト
ルクが得られないため、リング状磁性体１９のように厚
みを薄く形成する必要がある。まなは、始めから厚みの
薄いリング状磁性体１つとすることが望ましい。

上記ステータ電機子鉄心１８の外周の突極２２−１．・
・・、２２−１２に電機子コイル２７群を巻装すること
で、上記突極２２−１．　　・・・。

２２−１２間の電機子コイル挿入７１１２３−１．　　
・・・、２３−１２には、Ｕ相、■相、Ｗ相の、すなわ
ち、３相のブラシレスモータ１の有鉄心型ステータ電機
子１４を形成するための１２個の電機子コイル２７−１
．　　・・・、２７−１２を挿入し２７−１．　　・・
・、２７−１２は、たがいに等間隔となるように上記位
置に巻線されている。

電機子コイル２７−１．　　・・・、２７−１２群を巻
装したステータ電機子鉄心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が適宜な手
段により固定され、有鉄心型ステータ電機子１４を形成
している。

尚１円筒状本体３が磁性体で構成され、この円筒状本体
３をリング状ステータヨーク２５の代用とする場合には
、リング状ステータヨーク２５が不要になるが、リング
状ステータヨーク２５を用いて構成するのが多くの場合
においてメリットが生じる場合があるので、この実施例
では、リング状ステータヨーク２５を用いて有鉄心型ス
テータ電機子１４を構成している。

かかる有鉄心型ステータ電機子１４は、上記したように
円筒状本体３の内面に固定されている。

本発明の一実施例としての冷却効果に優れるブラシレス
モータ１は、上記構成からなり、この実施例では、３相
のブラシレスモータ例を示したが、モータの相数に限定
されるものでなく、またＤＣ（ＡＣ）ブラシレスモータ
例を示したが、この種のブラシレスモータに限らず、ス
テッピングモータ等の他の種類のブラシレスモータにも
本発明は当然適用があるものである。

また、上記した例においては、インナーロータタイプの
ブラシレスモータに適用するのが、多くのメリットがあ
るが、アウターロータタイプのブラシレスモータにも適
用があり、更にまた。上記例では、径方向空隙型ブラシ
レスモータについて説明したが、軸方向空隙型ブラシレ
スモータにも当然適用があるものである。

［発明の効果］ 本発明によると、（１）大きなトルクが得られるように
した有鉄心型ブラシレスモータでありながら、特に低慣
性で、サーボ性の優れるインナーロータ構造に構成した
としても、電機子コイルを極めて容易に巻線できる構造
の簡単なものにし。

容易に構成でき、したがって、安価に量産できる。（２
）効率良く冷却するために冷却用の流体として冷却液体
を用いることができ、しかもこの冷却液体を用いるに当
たって、冷却液体を循環させることなく、当該ブラシレ
スモータ内に密閉できるので、従来の冷却機構を備えた
ブラシレスモータに比較して、安価且つ小型に構成でき
る。

（４）冷却液体を当該ブラシレスモータ内に密閉するに
あたって、冷却液体をロータとステータ電機子間の空隙
に介在させるようなことがなく、すなわち、冷却液体を
ステータ電機子にのみ接触させるようにしているので、
この結果、冷却液体によって摩擦抵抗を増大させること
がなく、ロータをスムーズに回転できる。またロータと
ステータ電機子間にごみ等を詰まらせて、故障を来す恐
れがない、（４）当該ブラシレスモータ内に冷却液体を
密閉しても、当該ブラシレスモータ内に位置検知素子等
の電気部品を内蔵しても支障がないものに構成できる。

（５）上記効果を発生させる為の部材が、コギングを極
めて少ないものにし、滑らかな回転が行えるため１位置
精度、速度制御等の種々のサーボに適するブラシレスモ
ータを構成できる。（６）加工の厄介な界磁マグネット
を加工することなく、有鉄心型ステータ電機子側１例え
ばリング状磁性体を加工するだけで、ロータとステータ
間の空隙を一定に保つことができるので、当該ブラシレ
スモータの品質を一定に保つための作業が容易になり、
安価且つ容易に当該ブラシレスモータを量産できる。（
７）上記したように冷却効果に優れているので、特に瞬
間的に定格電流以上の電流を流す必要のある。或いは環
境温度の高い所で使用されるＯＡ用、あるいはロボット
用等に用いるブラシレスモータとしても望ましいものと
なる１等の種々の効果がある。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明の一実施例を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ｍ縦断面図、第
２図は同分解斜視図、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斜視図、第４図は有鉄心型ステ
ータ電機子鉄心の平面図、第５図は界磁マグネットと電
機子コイル群との展開図である。 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、３・・
・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、１３・・・空隙。 １４・・・有鉄心型ステータ電機子。 １５・・・軸受ハウジング、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″　・・・リング状磁性体、２０．２
１・・・リング状突起。 ２２・・・突極、２３・・・電機子コイル挿入溝（スロ
ット）、２４・・・冷却液体密閉用収納部、２５・・・
リング状ステータヨーク。 ２６・・・点線、２７．２７−１．　　・・・、２７−
１２・・・電機子コイル、２８・・・シリコンオイル（
冷却液体）。

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 （１）スロットまたは突極に電機子コイルを巻装したス
   テータ電機子鉄心を有する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有鉄心型
   ステータ電機子面に上記空隙と隔離する部材を設け、該
   隔離部材によって形成されたステータ電機子鉄心のスロ
   ット若しくは電機子コイル挿入溝に冷却液体を密閉して
   なる、冷却効果に優れるブラシレスモータ。 （２）上記冷却液体は、有鉄心型ステータ電機子を錆び
   させない性質のものを用いてなる、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。 （４）上記ロータは、Ｎ極、Ｓ極の磁極を２Ｐ（Ｐは２
   以上の整数）個有する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。 （５）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）項乃至第（４）項何れ
   かに記載の冷却効果に優れるブラシレスモータ。 （６）上記スロットまた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は、上記スロットまたは突極
   を形成する磁性体は内周閉鎖型のリング状の隔離部材の
   外周に外周開放型に上記突極若しくはスロットを形成す
   ることで、当該リング状の隔離部材の外周に電機子コイ
   ルを巻装するためのスロット若しくは電機子コイル挿入
   溝を形成してなる、特許請求の範囲第（５）項記載の冷
   却効果に優れるブラシレスモータ。 （７）上記リング状の隔離部材は、スロット若しくは電
   機子コイル挿入溝を形成するための突極と一体化されて
   形成されてなる、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。 （８）上記リング状の隔離部材は、スロット若しくは電
   機子コイル挿入溝を形成するための突極とを磁性体によ
   って一体形成されてなる特許請求の範囲第（５）項乃至
   第（７）項何れかに記載の冷却効果に優れるブラシレス
   モータ。 （９）上記有鉄心型ステータ電機子は、上記突極に電機
   子コイルを巻装することで電機子コイル挿入溝に電機子
   コイルを巻装若しくはスロットに電機子コイルを挿入す
   ることで電機子コイルを巻装してなるステータ電機子鉄
   心は、その開放された外周部を磁性体で形成した部材で
   閉じてなる、特許請求の範囲第（１）項乃至第（８）項
   何れかに記載の冷却効果に優れるブラシレスモータ。