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発明の名称 回転電機
発行国 日本国特許庁(JP)
公報種別 公開特許公報(A)
公開番号 特開2004−72831(P2004−72831A)
公開日 平成16年3月4日(2004.3.4)
出願番号 特願2002−225434(P2002−225434)
出願日 平成14年8月1日(2002.8.1)
代理人
発明者 西田 茂 / 木村 忠朋 / 木村 充
要約 課題
小形サーボモータ、DCブラシレスモータ、小形インダクションモータ等の回転電機における放熱冷却効果を改善することのできる回転電機を提供すること。

解決手段
電機子鉄心のヨーク部11と、巻線13の施されたティース部12が分割されて形成される分割鉄心を有するステータ21と、別途構成されたロータ6と、を備える回転電機において、ステータ21には、電機子内に発生する熱を電機子外部に伝導することのできる熱伝導性構造14Aが設けられ、熱伝導性構造14Aの周囲が電気絶縁性材料からなる絶縁部材により封止されている構造である構成とする。熱伝導性構造14Aとしては、金属製板状部材や、ヨーク部11の一部としてフランジ部22側端部に設けた突設部を用いる。
特許請求の範囲
【請求項1】
電機子鉄心のヨーク部とティース部が分割されて形成される分割鉄心を有するステータと、別途構成されたロータと、を備える回転電機において、該ステータには、該電機子内に発生する熱を外部に伝導することのできる熱伝導性構造が設けられ、該熱伝導性構造の周囲が電気絶縁性材料からなる絶縁部材により封止されている構造であることを特徴とする、回転電機。
【請求項2】
前記熱伝導性構造は、前記電機子鉄心のヨーク部の少なくとも端部を含む部分に設けられた熱伝導性材料からなる熱伝導部材であり、該熱伝導部材の周囲が電気絶縁性材料からなる絶縁部材により封止されている構造であることを特徴とする、請求項1に記載の回転電機。
【請求項3】
前記熱伝導部材が金属製板状部材であることを特徴とする、請求項2に記載の回転電機。
【請求項4】
前記熱伝導部材の一部が回転電機の筐体部材の一部に密着するように設けられていることを特徴とする、請求項2または3に記載の回転電機。
【請求項5】
前記熱伝導性構造が、回転電機の筐体部材の一部に当接し密着される当接部を有する前記ヨーク部であることを特徴とする、請求項1に記載の回転電機。
【請求項6】
前記筐体部材がフランジ部であることを特徴とする、請求項4または5に記載の回転電機。
【請求項7】
前記回転電機は、サーボモータ、DCブラシレスモータ、シンクロナスモータ、またはインダクションモータのいずれかであることを特徴とする、請求項1ないし6のいずれかに記載の回転電機。
発明の詳細な説明
【0001】
【発明の属する技術分野】
本発明は回転電機に関し、特に、小形サーボモータ、DCブラシレスモータ、シンクロナスモータ、小形インダクションモータ等の回転電機における放熱冷却効果を改善することのできる回転電機の構造に関する。
【0002】
【従来の技術】
小形サーボモータ、DCブラシレスモータ、小形インダクションモータ等の回転電機においては従来、電機子鉄心のヨーク部に、別途巻線を施したティース部を挿入して両者を合体させることにより電機子を形成したり、またはヨーク部機能とティース部機能の一体となった電機子鉄心に巻線を施して形成した電機子を、アルミ押し出し成形やアルミダイカスト成形などで形成したケースに挿入したり、もしくは該電機子を絶縁樹脂で一体モールドすることによって、ケース(ステータ)を形成していた。
【0003】
図4は、従来のサーボモータの構造の一例を示す断面図である。図の例において従来のサーボモータは、電機子鉄心ヨーク部51とティース部52が分割されて別個に準備され、該ヨーク部51に、別途巻線を施したティース部52が挿入されて組み合わされ、その後樹脂成形によりケース61(ステータ部61)が形成される。さらに該ステータ部61を、取付けフランジ部62に組付けた構造をとっている。サーボモータ運転時の熱発生の多くは巻線53において起こり、発生した熱はティース部52、ヨーク部51、ステータ部61、そして取付けフランジ部62を順次経由してサーボモータ外部に放出される。図において上下に示される該ティース部52と該巻線53からなる電機子部分のうち、下方に示す電機子部分はその断面図を、上方に示す電機子部分はその側面図を示す。
【0004】
【発明が解決しようとする課題】
しかしこの場合、該ステータ部61の材質が熱伝導度の低い樹脂のみであるために、電機子内部の巻線53において発生した熱の放出には、限界があった。電機子内部で発生する熱を取付けフランジ部等の筐体部材に有効に伝達してこれを回転電機外に効率よく放出することができないと、過熱による電機子の焼損や、回転電機の寿命短縮化を引き起こすことなる。また、各利用分野において各観点から回転電機の小形軽量化の需要が増加しているが、回転電機の小形軽量化にはその冷却放熱技術の確立、向上が大きく関係する。
【0005】
本発明の課題は、上記従来技術の欠点を解決して、特に小形サーボモータ、DCブラシレスモータ、シンクロナスモータ、小形インダクションモータ等の回転電機における放熱冷却効果を改善することのできる回転電機を提供することである。そしてこれにより、ひいては回転電機の小形軽量化の促進に寄与することである。
【0006】
【課題を解決するための手段】
本願発明者は上記課題につき鋭意検討した結果、回転電機のステータに電機子内で発生する熱を外部に伝導することのできる構造を付設し、これを回転電機の筐体部材に接触させることにより、該課題を解決できることを見出し、本発明に至った。すなわち、本願において特許請求される発明は以下のとおりである。
【0007】
(1)電機子鉄心のヨーク部とティース部が分割されて形成される分割鉄心を有するステータと、別途構成されたロータと、を備える回転電機において、該ステータには、該電機子内に発生する熱を外部に伝導することのできる熱伝導性構造が設けられ、該熱伝導性構造の周囲が電気絶縁性材料からなる絶縁部材により封止されている構造であることを特徴とする、回転電機。
【0008】
(2)前記熱伝導性構造は、前記電機子鉄心のヨーク部の少なくとも端部を含む部分に設けられた熱伝導性材料からなる熱伝導部材であり、該熱伝導部材の周囲が電気絶縁性材料からなる絶縁部材により封止されている構造であることを特徴とする、(1)の回転電機。
【0009】
(3)前記熱伝導部材が金属製板状部材であることを特徴とする、(2)の回転電機。
【0010】
(4)前記熱伝導部材の一部が回転電機の筐体部材の一部に密着するように設けられていることを特徴とする、(2)または(3)の回転電機。
【0011】
(5)前記熱伝導性構造が、回転電機の筐体部材の一部に当接し密着される当接部を有する前記ヨーク部であることを特徴とする、(1)の回転電機。
【0012】
(6)前記筐体部材がフランジ部であることを特徴とする、(4)または(5)の回転電機。
【0013】
(7)前記回転電機は、サーボモータ、DCブラシレスモータ、シンクロナスモータ、またはインダクションモータのいずれかであることを特徴とする、(1)ないし(6)のいずれかの回転電機。
【0014】
【発明の実施の形態】
以下、図を用いて本発明をより詳細に説明するが、本発明はこれらの図に表された構成のみに限定されるものではない。
図1は、本発明の回転電機について、サーボモータを例にその構造を示した断面図である。図において本発明の回転電機は、電機子鉄心のヨーク部11と、巻線13の施されたティース部12が分割されて形成される分割鉄心を有するステータ21と、別途構成されたロータ6と、を備える回転電機において、該ステータ21には、該電機子内に発生する熱を該電機子外部に伝導することのできる熱伝導性構造14Aが設けられ、該熱伝導性構造14Aの周囲が電気絶縁性材料からなる絶縁部材により封止されている構造であることを、主たる構成とする。図において該ロータ6の上下に示される該ティース部12と該巻線13からなる電機子部分のうち、下方に示す電機子部分はその断面図を、上方に示す電機子部分はその側面図を示す。
【0015】
前記熱伝導性構造14Aとしては、前記電機子鉄心のヨーク部11の少なくとも端部を含む部分に設けられた熱伝導性材料からなる熱伝導部材を用いることができる。該熱伝導部材(該熱伝導性構造と同一の符号「14A」を用いる。)としては、熱伝導性の高い金属、樹脂、その他の材料を適宜用いることができるが、特にこれを、アルミニウム製のプレートのような、金属製板状部材とすることができる。アルミニウム製プレートを用いる場合、該ヨーク部11の少なくとも端部を含む部分に該プレートを装着し、これにインサート成形を施すことによって前記ステータ部21を形成することができる。
【0016】
前記熱伝導部材14Aの一部は、回転電機の筐体部材の一つであるフランジ部22の一部に密着するように設けられる構成とすることができる。
【0017】
【作用】
図1において本発明の回転電機は上述のように構成されているため、電機子鉄心のヨーク部11とティース部12が分割されて形成される分割鉄心を有する前記ステータ21に設けられた前記熱伝導性構造14Aにより、該電機子内に発生する熱は該電機子外部に伝導される。このとき、該熱伝導性構造14Aの周囲が電気絶縁性材料からなる絶縁部材により封止されている構造であることにより、該電機子における電気的絶縁性および密封性(IP性)は維持される。
【0018】
特に図において、前記熱伝導性構造14Aとして用いられる前記電機子鉄心のヨーク部11の少なくとも端部を含む部分に、金属製板状部材のような熱伝導性材料からなる熱伝導部材14Aが設けられることにより、巻線13において発生した熱は、(1)ティース部12、(2)ヨーク部11、(3)熱伝導部材14Aの挿入されたステータ部21、を順次経由して、(4)フランジ部22まで順調に伝達され、該フランジ部22等から回転電機外部に良好に放出される。これにより、放熱特性に優れた電機子を構成することができ、該巻線13からフランジ部22までの熱抵抗は小さくなり、該巻線13の発熱による温度上昇は抑制され、該巻線13が焼損する危険性が低減され、電機子の寿命が格段に改善される。該熱伝導部材14Aとして、上述のアルミニウム製のプレートのような熱伝導性の高い材料を用いることによって、上記作用はより大きい効果をもたらす。
【0019】
また、前記ステータ部21に挿入された熱伝導性プレートのような熱伝導部材14Aの一部が、回転電機の筐体部材の一つであるフランジ部22の一部に密着するように設けられることにより、該フランジ部22等からの伝導熱の放出は一層効率的になされる。これにより、放熱特性に優れた電機子を構成することができ、前記巻線13から該フランジ部22等までの熱抵抗は一層小さくなり、該巻線13の発熱による温度上昇は一層抑制され、該巻線13が焼損する危険性が一層低減され、電機子の寿命が一層改善される。該熱伝導部材14Aとして、上述のアルミニウム製のプレートのような熱伝導性の高い材料を用いることによって、上記作用はより大きい効果をもたらす。
【0020】
図2は、本発明の回転電機の別の実施例について、サーボモータを例にその構造を示した断面図である。図において本発明の回転電機は、電機子鉄心のヨーク部31と、巻線33の施されたティース部32が分割されて形成される分割鉄心を有するステータ41と、別途構成されたロータ36と、を備える回転電機において、該ステータ41に設けられる該電機子内に発生する熱を外部に伝導することのできる熱伝導性構造が、回転電機の筐体部材の一部に当接し密着される当接部31Aを有する前記ヨーク部31であることを、主たる構成とする。図において該ロータ36の上下に示される該ティース部32と該巻線33からなる電機子部分のうち、下方に示す電機子部分はその断面図を、上方に示す電機子部分はその側面図を示す。該当接部31Aが当接、密着する対象の筐体部材は、フランジ部42とすることができる。
【0021】
前記当接部31Aを有するヨーク部31は、該ヨーク部31の軸方向長さを、これに対向する前記ティース部32の軸方向長さよりも前記フランジ部42側の方向に延長し、該延長された張出し部分が当接部31Aとなり、これは該フランジ部42に当接、密着し得る長さとする。すなわち、前記ステータ部41の端面に該ヨーク部31の一部が露出して該フランジ部42に当接、密着することのできる構成をとる。該当接部31Aを含むヨーク部31の周囲にはインサート成形が施され、前記ステータ部41が形成されている。
【0022】
図において本回転電機は上述のように構成されるため、巻線33において発生した熱は、(1)ティース部32、(2)ヨーク部31、(3)ヨーク部の一部をなす当接部31A、を順次経由して、(4)該当接部31Aと当接、密着するフランジ部42まで順調に伝達され、該フランジ部42等から回転電機外部に良好に放出される。これにより、放熱特性に優れた電機子を構成することができ、該巻線33からフランジ部42等までの熱抵抗は小さくなり、該巻線33の発熱による温度上昇は抑制され、該巻線33が焼損する危険性が低減され、電機子の寿命が格段に改善される。
【0023】
図3は、本発明のヨーク部に当接部の設けられた回転電機の別の実施例について、当接部付近を拡大した断面図である。図において、ヨーク部37を構成する一部である当接部37Aと、軸方向上でこれに対向するフランジ部48とには、該当接部37Aと該フランジ部48が相互に嵌合するように形成された段差構造が設けられていることを特徴的な構成とし、それ以外は図2に示した回転電機と同様である。
【0024】
図において係る構成をとることにより、ヨーク部37の一部である当接部37Aとフランジ部48が密着する面積は増大し、熱伝導が一層効率よくなされるため、さらに良好な放熱効果が得られる。
【0025】
図においては、フランジ部48に欠切部を設けて段差構造とし、一方突設部37Aにはこれと嵌合する形状の張出部を設けて段差構造とし、両者が対向する各面において当接、密着する構造が形成されるが、本発明はこれに限られず、フランジ部と当接部の各端面が外周部に対して垂直にかつ一直線状に形成される場合と比較して、より大きい接触面積を有する端部を形成する構造であればよい。したがって、一方の端面が外周部の母線に対しx°の傾斜をもって形成され、他方の端面が同じく(180−x)°の傾斜をもって形成されることにより、当接、密着する面積が増大する場合も、本発明に該当する。
【0026】
また、図1に示した熱伝導部材を用いた回転電機においても同様に、フランジ部とアルミニウム製プレートのような熱伝導部材との当接、密着面の面積を増大させる、相互に嵌合する段差構造、上記の傾斜した端面の構造等をとることができる。
【0027】
【発明の効果】
本発明の回転電機によれば、上述のように構成されているため、発熱部から放熱部までの熱回路抵抗が低減され、放熱冷却効果を向上させることができる。すなわち、電機子内部の巻線において発生した熱が効率よくフランジ等の筐体部材に伝達され、これを回転電機外部に効率よく放出することができ、巻線部の温度上昇、過熱による電機子の焼損や、回転電機の寿命短縮化を防止し、その結果絶縁寿命等においても信頼性を高めることができる。これらの効果は小形軽量化された回転電機においても奏されるため、回転電機の小形軽量化を推進することができる。
【図面の簡単な説明】
【図1】本発明の回転電機について、サーボモータを例にその構造を示した断面図である。
【図2】本発明の回転電機の別の実施例について、サーボモータを例にその構造を示した断面図である。
【図3】本発明のヨーク部に当接部の設けられた回転電機の別の実施例について、当接部付近を拡大した断面図である。
【図4】従来のサーボモータの構造の一例を示す断面図である。
【符号の説明】
6、36…ロータ、 11、31、37、51…電機子鉄心ヨーク部、 12、32、52…電機子鉄心ティース部、 13、33、53…巻線、 14A…熱伝導部材(熱伝導性構造)、 21、41、61…ステータ部、 22、42、48…フランジ部(取付けフランジ部)、 31A、37A…突設部(熱伝導性構造)、 62…取付けフランジ部




 

 


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