JPWO2020110238A1

JPWO2020110238A1 - 電動機

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Publication number: JPWO2020110238A1
Application number: JP2019531490A
Authority: JP
Inventors: 治之長谷川
Original assignee: Mitsubishi Electric Corp
Current assignee: Mitsubishi Electric Corp
Priority date: 2018-11-28
Filing date: 2018-11-28
Publication date: 2021-02-15
Anticipated expiration: 2038-11-28
Also published as: CN113169628A; JP6608098B1; KR20210043716A; CN113169628B; KR102256362B1; WO2020110238A1

Abstract

回転子（２）の回転位置を検出する検出器（９）を備える電動機（１００）であって、固定子（２）が取り付けられているフレーム（４）と検出器（９）とを接合する金属製の第２のブラケット（６）と、第２のブラケット（６）とともに検出器（９）を収容する空間を形成する第１の検出器カバー（１０）と、第２のブラケット（６）に取り付けられて第２のブラケット（６）に蓄積される熱を放熱する放熱手段（第２の検出器カバー（１１））と、を備える。

Description

本発明は、回転子の回転位置を検出する検出器を備える電動機に関する。

電動機を高精度に制御する場合、回転子の回転位置の検出に検出器が使用される。検出器は、電子部品、光学部品、磁気部品などで構成されるが、これらの部品は、熱に弱い。そのため、検出器は、電動機の発熱源である固定子部分よりも温度を低くしておく必要がある。

そこで、従来の電動機では、金属製の検出器カバーと電動機のブラケットとの間に熱伝導性の低い樹脂製の部材を配置することで、電動機の固定子側から検出器側へ伝導する熱により検出器部分の温度が上昇するのを抑制している（特許文献１参照）。

特許文献１に記載の電動機では、樹脂製の部材によって電動機の固定子側で発生する熱を遮断し、検出器に熱が伝わることを抑制している。また、特許文献１に記載の電動機では、金属製の検出器カバーの放熱性が良いため、検出器の温度が上昇したとき、金属製カバーから放熱でき、検出器の過度な温度上昇を抑制できる。

特開２０１８−８２５５３号公報

特許文献１に記載の電動機は、電動機の固定子側で発生する熱が反負荷側に設けられた検出器へ伝わるのを抑制できる。一方で、電動機の固定子側で発生する熱が反負荷側には伝わらないため、電動機の固定子側で発生する熱の反負荷側からの放熱量が少なくなり、電動機全体の放熱性は低下する。放熱性が低下すると、その分だけ電動機の発熱量を抑制するために、電動機の出力を下げる必要があるという問題があった。また、反負荷側に伝わる熱量が抑制されるため、検出器のカバー部など、反負荷側に冷気を当てて、電動機を冷却する場合の冷却効率が低下するという問題があった。

本発明は、上記に鑑みてなされたものであって、検出器の温度上昇の抑制と電動機全体としての放熱性能の低下の抑制とを両立させることが可能な電動機を得ることを目的とする。

上述した課題を解決し、目的を達成するために、本発明は、回転子の回転位置を検出する検出器を備える電動機であって、固定子が取り付けられているフレームと検出器とを接合する金属製のブラケットと、ブラケットとともに検出器を収容する空間を形成する第１の検出器カバーと、ブラケットに取り付けられてブラケットに蓄積される熱を放熱する放熱手段と、を備える。

本発明にかかる電動機は、検出器の温度上昇を抑制できるとともに、電動機全体としての放熱性能の低下を抑制できる、という効果を奏する。

実施の形態１にかかる電動機の構成例を示す図実施の形態１にかかる電動機の変形例を示す図実施の形態２にかかる電動機の構成例を示す図実施の形態３にかかる電動機の構成例を示す図

以下に、本発明の実施の形態にかかる電動機を図面に基づいて詳細に説明する。なお、この実施の形態によりこの発明が限定されるものではない。

実施の形態１．
図１は、本発明の実施の形態１にかかる電動機１００の構成例を示す図である。図１では、電動機１００の断面を示している。

電動機１００は、シャフト１と、回転子２と、固定子３と、フレーム４と、第１のブラケット５と、第２のブラケット６と、第１のベアリング７と、第２のベアリング８と、検出器９と、第１の検出器カバー１０と、第２の検出器カバー１１とを備えて構成される。検出器９は、回転子２の回転位置を検出する検出回路が形成されたプリント基板９１と、回転板９２と、ハウジング９３とを含んで構成される。電動機１００の負荷側には、図示を省略した負荷がシャフト１を介して接続される。負荷側の反対側は反負荷側である。検出器９は、電動機１００の反負荷側に設けられる。すなわち、検出器９は、第２のブラケット６によりフレーム４に接合されることで、電動機１００の反負荷側に取り付けられている。

シャフト１は回転子２と接続され、回転子２とともに軸Ａを中心に回転することが可能である。回転子２は、円筒形であり、固定子３と対向する曲面に永久磁石が設けられている。固定子３は、コイルおよび鉄芯で構成され、回転子２を収容する円筒状の空間を有する。固定子３は、コイルに電流が流れると磁力を発生させて回転子２を回転させる。フレーム４には固定子３が取り付けられている。第１のブラケット５は電動機１００の負荷側に設けられ、第２のブラケット６は電動機１００の反負荷側に設けられている。第１のブラケット５の回転子２と対向する側には第１のベアリング７が装入され、第２のブラケット６の回転子２と対向する側には第２のベアリング８が装入されている。これらの第１のベアリング７および第２のベアリング８は、シャフト１を回転自在に支持する。フレーム４は金属製のフレームである。また、第１のブラケット５および第２のブラケット６は金属製のブラケットである。

検出器９の回転板９２は、金属製のハウジング９３に収容された状態でシャフト１の反負荷側に取り付けられ、シャフト１および回転子２が回転すると一緒に回転する。回転板９２にはスリットが設けられており、スリットを通過した光をプリント基板９１の回転板９２と対向する側の面に形成された検出回路が検出することにより回転子２の回転位置が特定される。プリント基板９１は、ハウジング９３の反負荷側に取り付けられ、ハウジング９３とともに回転板９２の収容空間を形成する。

第１の検出器カバー１０は樹脂製のカバーであり、第２のブラケット６に取り付けられている。第１の検出器カバー１０は第２のブラケット６とともに検出器９を包囲している。第２の検出器カバー１１は金属製のカバーであり、第１の検出器カバー１０を覆っている。また第２の検出器カバー１１は、内側の面が第１の検出器カバー１０に密着した状態で第２のブラケット６に取り付けられている。このように、第１の検出器カバー１０および第２の検出器カバー１１が、検出器９のカバーを構成する。また、第１の検出器カバー１０および第２の検出器カバー１１は、第２のブラケット６に取り付けられることで、検出器９が収容される空間を形成する。なお、第２の検出器カバー１１の熱伝導性は、第１の検出器カバー１０の熱伝導性よりも高い。図１では、第２の検出器カバー１１が第１の検出器カバー１０の一部を覆う構成としているが、第２の検出器カバー１１が第１の検出器カバー１０の全部を覆う構成としてもよい。

図１に示したように、電動機１００は、金属製の第２の検出器カバー１１を外側に配置し、樹脂製の第１の検出器カバー１０を内側に配置している。そのため、固定子３で発生する熱が検出器９へは伝わりにくく、一方、外部の金属製の第２の検出器カバー１１へは熱が効率よく伝わる。すなわち、固定子３で発生する熱はフレーム４および第２のブラケット６を経由して第２の検出器カバー１１に伝わる。このことにより、外気に触れている第２の検出器カバー１１は、外気への放熱を実施し、電動機１００全体の放熱性を向上させることができる。ここで、第２の検出器カバー１１は、第２のブラケット６に蓄積される熱を放熱する放熱手段を構成する。また、電動機１００は、反負荷側に冷却用のファンが設けられており、電動機１００にファンからの冷気を当てる場合、第２の検出器カバー１１からの放熱が進み、効率よく電動機１００を冷却することが可能となる。

また、第２の検出器カバー１１を強磁性材料の金属で形成することで、外部から電磁波および磁束が検出器９の検出回路に伝わることを抑制し、検出器９の誤動作抑制効果も得られる。また、検出器９の内部で発生する電磁波および磁束が外部に漏れることも抑制できる。第２の検出器カバー１１は、外気に触れるため、腐食を防止するためにメッキ塗装したり、ステンレス鋼（ＳＵＳ：Steel Use Stainless）としたりすることにより、腐食に対しても強くすることができる。また、第２の検出器カバー１１は、内側に樹脂製の第１の検出器カバー１０が配置されていることから検出器９内部への異物の侵入を防ぐためのシール構造を付与する必要はない。そのため、第２の検出器カバー１１の形状の精度および第２の検出器カバー１１を作製する際の加工精度を簡単にすることができ、プレスなどの比較的安価な工法により第２の検出器カバー１１を製作できる。また、ダイカストおよび鋳物といった手法で第２の検出器カバー１１を製作する場合でも機械加工で精度を出す必要がなく、第２の検出器カバー１１の外部にフィンをつけることも可能となる。また、第２の検出器カバー１１と第１の検出器カバー１０を一体成形で製作して、部品点数を減らして、組立工数を減らすことも可能である。

また、検出器９のカバーには、検出器用のコネクタを配置する必要がある。そのため、第２の検出器カバー１１で第１の検出器カバー１０を完全に覆って、完全に２重化する必要はない。電動機１００が正常動作するために必要な放熱性に合わせて第２の検出器カバー１１の表面積の設計を実施すればよく、コネクタを配置する部分は、２重化する必要もない。また、検出器９の発熱が多い場合は、コネクタ側に検出器９の熱を逃がしたり、第２の検出器カバー１１と別に第１の検出器カバー１０に金属製部材を取り付けたりして、そこから検出器９の発熱を逃がしてもよい。このように、第２の検出器カバー１１の厚みおよび形状は、必要な放熱性と機能に合わせて、自由に設計される。

さらに、図２に示した構成としてもよい。図２は、実施の形態１にかかる電動機の変形例を示す図である。

図２に示した電動機１０１は、図１に示した電動機１００の第２のブラケット６と検出器９および第１の検出器カバー１０との間に樹脂製のプレートであるプレート１２を挿入した構成の電動機である。プレート１２は、第２のブラケット６から検出器９に伝わる熱量を抑制するために設けられている。すなわち、電動機１０１は、金属製の第２のブラケット６と検出器９とが熱伝導性の低いプレート１２で隔離されており、第２のブラケット６から検出器９に伝わる熱を更に抑制することができる。プレート１２を追加する代わりに、検出器９のプリント基板９１を支えるハウジング９３を樹脂製とすることで、同様の効果を得ることが可能である。なお、プレート１２を追加し、さらに、ハウジング９３を樹脂製のものに変更した構成としてもよい。また、プレート１２の代わりに、第２のブラケット６の、検出器９および第１の検出器カバー１０が接触する面を断熱塗装して検出器９に熱が伝わり難くすることも可能である。第２のブラケット６を断熱塗装した場合でも第２の検出器カバー１１を第２のブラケット６に金属製のねじで固定したり、第２のブラケット６の、第２の検出器カバー１１が接触する部分に機械加工を行って断熱塗装を除去したりすることにより、第２のブラケット６から第２の検出器カバー１１に熱が伝わりやすくすることが可能である。また、プレート１２の代わりに、検出器９のハウジング９３を断熱塗装して検出器９の内部に熱が伝わり難くすることも可能である。

以上のように、本実施の形態にかかる電動機１００および１０１は、検出器９のカバーが、検出器９に近い内側の第１の検出器カバー１０と外側の第２の検出器カバー１１とで構成され、第１の検出器カバー１０は樹脂製であり、第２の検出器カバー１１は金属製である。また、第２の検出器カバー１１が金属製の第２のブラケット６に接触している。また、電動機１０１は、第２のブラケット６と検出器９との間にプレート１２を備える。本実施の形態にかかる電動機１００および１０１によれば、検出器９の温度上昇を抑制することができるとともに、電動機全体としての放熱性能の低下を抑制することができる。電動機１０１では、電動機１００と比較して、検出器９の温度上昇をさらに抑制することができる。

実施の形態２．
図３は、実施の形態２にかかる電動機の構成例を示す図である。図３では、図１に示した実施の形態１にかかる電動機１００と共通の構成要素に図１と同一の符号を付している。本実施の形態では、実施の形態１にかかる電動機１００と共通する部分については説明を省略する。

本実施の形態にかかる電動機１０２は、第１の検出器カバー１０と第２の検出器カバー１１との間に空気層１３を有する。すなわち、実施の形態１にかかる電動機１００では、第１の検出器カバー１０と第２の検出器カバー１１とを密着させた状態で第２のブラケット６に取り付けて検出器９のカバーを形成していた。これに対して、電動機１０２では、第１の検出器カバー１０と第２の検出器カバー１１との間に隙間が存在する状態で第２のブラケット６に取り付けることで検出器９のカバーを形成している。このように、電動機１０２では、樹脂製の第１の検出器カバー１０と、金属製の第２の検出器カバー１１と、第１の検出器カバー１０と第２の検出器カバー１１との間に設けられた空気層１３とによって、検出器９のカバーが形成されている。電動機１０２は、第１の検出器カバー１０と第２の検出器カバー１１との間に隙間すなわち空気層１３を設けたことにより、空気層１３が断熱の役割を果たし、第２の検出器カバー１１から第１の検出器カバー１０への熱伝達が遮られる。この結果、第２の検出器カバー１１から検出器９へ伝わる熱の量が削減される。また、第２の検出器カバー１１から大気中への放熱量が増加し、電動機１０２全体の放熱性が向上する。

第１の検出器カバー１０と第２の検出器カバー１１との間に空気層１３を設けることで、第２の検出器カバー１１の熱が第１の検出器カバー１０側へ伝わりにくくすることが可能となる。また、空気層１３を設けることで、空気層１３に冷気または冷却水を流して、電動機１０２を効率よく冷却することも可能である。また、第１の検出器カバー１０と第２の検出器カバー１１との間をシールした上で空気層１３を低圧にすることにより、第２の検出器カバー１１から検出器９側への熱伝導性を更に下げることも可能である。第１の検出器カバー１０と第２の検出器カバー１１とは、部分的に接触させて、隙間（空気層１３の厚さ）を一定に保ったり、強度を持たせたりしてもよい。

このように、実施の形態２にかかる電動機１０２は、第１の検出器カバー１０と第２の検出器カバー１１との間に隙間としての空気層１３を有するため、実施の形態１にかかる電動機１００と比較して、検出器９の内部に伝導する熱量を削減することができ、また、第２の検出器カバー１１からの放熱量を増加させることができる。

なお、図２に示した電動機１０１と同様に、電動機１０２は、第２のブラケット６と検出器９との間にプレートを挿入した構成として、第２のブラケット６から検出器９へ伝わる熱量を抑制するようにしてもよい。

実施の形態３．
図４は、実施の形態３にかかる電動機の構成例を示す図である。図４では、図３に示した実施の形態２にかかる電動機１０２と共通の構成要素に図３と同一の符号を付している。本実施の形態では、実施の形態２にかかる電動機１０２と共通する部分については説明を省略する。

図４に示したように、本実施の形態にかかる電動機１０３は、実施の形態２にかかる電動機１０２と同様に、第１の検出器カバー１０と第２の検出器カバー１１との間に空気層１３を有する。また、電動機１０３では、第１の検出器カバー１０および第２の検出器カバー１１が、金属製のねじ１４によって第２のブラケット６に取り付けられている。

このように、実施の形態３にかかる電動機１０３では、第２の検出器カバー１１と第１の検出器カバー１０とが、第２のブラケット６に金属製のねじ１４による共締めで固定されている。電動機１０３では、第２の検出器カバー１１および第１の検出器カバー１０を第２のブラケット６に固定するねじ１４を共通化することで、部品点数を削減できるとともに、電動機１０３の組立工数を削減できる。電動機１０３では、更に、共締めに用いるねじ１４を金属製としたので、第２のブラケット６からねじ１４を経由して第２の検出器カバー１１へ熱が伝わり易くなり、第２のブラケット６から金属製の第２の検出器カバー１１へ伝わる熱の量を増加させることができる。

なお、第２の検出器カバー１１と第１の検出器カバー１０とをねじ１４で共締めする場所は、図４に示した第２のブラケット６に限らず、検出器９を取り付けている筐体の金属部分としてもよい。第２の検出器カバー１１と第１の検出器カバー１０とをねじ１４で共締めする場所を上記の筐体の金属部分とした場合も、第２のブラケット６に共締めする場合と同様の効果を得ることができる。

なお、図２に示した電動機１０１と同様に、電動機１０３は、第２のブラケット６と検出器９との間に電動機１０１のプレート１２と同様の樹脂製のプレートを挿入した構成として、第２のブラケット６から検出器９へ伝わる熱量を抑制するようにしてもよい。

以上の実施の形態に示した構成は、本発明の内容の一例を示すものであり、別の公知の技術と組み合わせることも可能であるし、本発明の要旨を逸脱しない範囲で、構成の一部を省略、変更することも可能である。

１シャフト、２回転子、３固定子、４フレーム、５第１のブラケット、６第２のブラケット、７第１のベアリング、８第２のベアリング、９検出器、１０第１の検出器カバー、１１第２の検出器カバー、１２プレート、１３空気層、１４ねじ、９１プリント基板、９２回転板、９３ハウジング、１００，１０１，１０２，１０３電動機。

上述した課題を解決し、目的を達成するために、本発明は、回転子の回転位置を検出する検出器を備える電動機であって、固定子が取り付けられているフレームと検出器とを接合する金属製のブラケットと、ブラケットとともに検出器を収容する空間を形成する第１の検出器カバーと、ブラケットに取り付けられて第１の検出器カバーの一部または全部を覆い、ブラケットに蓄積される熱を放熱する第２の検出器カバーと、を備える。検出器は、電動機のシャフトに取り付けられた回転板と、回転位置を検出する検出回路が形成されたプリント基板と、プリント基板とともに回転板を収容する空間を形成するハウジングと、で構成される。また、第２の検出器カバーの熱伝導性が第１の検出器カバーの熱伝導性よりも高く、第１の検出器カバーと検出器とが離隔している。

Claims

回転子の回転位置を検出する検出器を備える電動機であって、
固定子が取り付けられているフレームと前記検出器とを接合する金属製のブラケットと、
前記ブラケットとともに前記検出器を収容する空間を形成する第１の検出器カバーと、
前記ブラケットに取り付けられて前記ブラケットに蓄積される熱を放熱する放熱手段と、
を備えることを特徴とする電動機。
前記放熱手段は前記ブラケットに取り付けられて前記第１の検出器カバーの一部または全部を覆う第２の検出器カバーであり、
前記第２の検出器カバーの熱伝導性が前記第１の検出器カバーの熱伝導性よりも高い、
ことを特徴とする請求項１に記載の電動機。
前記第１の検出器カバーが樹脂製のカバーであり、前記第２の検出器カバーが金属製のカバーであることを特徴とする請求項２に記載の電動機。
前記第２の検出器カバーが金属製のねじで前記ブラケットに固定されていることを特徴とする請求項３に記載の電動機。
前記第１の検出器カバーおよび前記第２の検出器カバーが前記ブラケットに金属製のねじによる共締めで固定されていることを特徴とする請求項４に記載の電動機。
前記第１の検出器カバーと前記第２の検出器カバーとの間に隙間を設けたことを特徴とする請求項２から５のいずれか一つに記載の電動機。
前記ブラケットと前記検出器との間に樹脂製のプレートを備え、前記ブラケットと前記検出器とが前記プレートにより隔離されていることを特徴とする請求項１から６のいずれか一つに記載の電動機。