(57)【要約】【課題】電気モータの動作中に、過熱によって引き起こされる負の効果を低減するために、改善した冷却特性を有する電気モータの必要性がある。【解決手段】モータ（１０）は、ステータ（３０）、及びステータ（３０）内部で回転するよう構成されたロータ（５０）、を含む。ヒートシンク（４０）は、ステータ（３０）の外表面の周りに配置され、外表面に熱的に接続された、ベース部（４２）、及びベース部（４２）から延在する複数の冷却フィン（４４）、を有する。遠心ファン（７０）は、ロータ（５０）の出力シャフト（５２）の一端に取り付けられ、ヒートシンク（４０）がファン（７０）の軸端の近くになるように、配置される。動作中、遠心ファン（７０）は、ヒートシンク（４０）上に気流を発生させ、これによってモータ（１０）のための冷却を与える。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
第一軸端、第二軸端、及び前記第一軸端と前記第二軸端の間の側壁、を有するステータ、及び
前記ステータの中に回転自在に配置されたロータコア、及び前記ステータの前記第一軸端及び前記第二軸端をそれぞれ通り抜けて延在する、第一端及び第二端を有する出力シャフト、を含むロータを備えた電気モータであって、
前記ステータの側壁上に配置されたヒートシンクと、
前記出力シャフトの前記第一端に隣接した前記出力シャフトに取り付けられ、及び、遠心ファンに向かって前記ヒートシンク上を流れる第一部分、及び前記遠心ファンから離れて流れ、前記第一部分の気流と実質的に垂直に流れる気流である第二部分、を含む気流を発生させるよう構成された、前記遠心ファンと、をさらに含むことを特徴とする電気モータ。
【請求項２】
前記出力シャフトの前記第一端に隣接した前記ロータの前記出力シャフトに取り付けられ、ヒートシンクから離れた遠心ファンの側にある、整流子、及び
前記ステータの前記第一軸端に隣接した前記ステータに取り付けられ、前記整流子と摺動接触する、複数の電気ブラシ、をさらに含む請求項１に記載の電気モータ。
【請求項３】
前記ヒートシンクは、
前記ステータの側壁に隣接した実質的に円筒形状のベース、及び
実質的に円筒形状の前記ベースの周りに、円周方向に間隔を置いた複数の冷却フィン、を含むことを特徴とする請求項１に記載の電気モータ。
【請求項４】
前記ステータの前記第一軸端及び前記第二軸端の少なくとも一つに位置した、少なくとも一つの端末キャップ、及び
前記ステータの内部で空気を流すことができる、少なくとも一つの軸方向穴、をさらに含む請求項１に記載の電気モータ。
【請求項５】
前記ヒートシンクから離れた前記遠心ファンの側に隣接して配置される、電子部品をさらに含み、
前記遠心ファンによって発生した前記気流は、前記気流の前記第一部分の方向とは実質的に反対方向の、前記遠心ファンに向かって前記電子部品上を流れる第三部分、をさらに含むことを特徴とする請求項１に記載の電気モータ。
【請求項６】
ハウジング、及び
前記ハウジング内に収容された電気モータ、を備えた電気器具であって、
前記電気モータは、
空気吸入口に隣接した第一軸端、第二軸端、及び前記第一軸端と前記第二軸端の間の側壁を有するステータと、
前記ステータに回転自在に配置されたロータコア、及び、前記ステータの前記第一軸端及び前記第二軸端をそれぞれ通り抜けて延在する、第一端及び第二端を有する出力シャフト、を含むロータと、を備え
前記ハウジングは、空気吸入口及び空気排出口を有し、
前記電気モータは、
前記ステータの側壁上に配置されたヒートシンクと、及び
前記出力シャフトの前記第二端に隣接した前記出力シャフトに取り付けられ、前記空気吸入口から前記ヒートシンク上を遠心ファンに向かって流れる第一部分、及び前記遠心ファンから離れて前記空気排出口へ流れ、気流の前記第一部分と実質的に垂直の気流である第二部分、を含む気流を発生させるよう構成される、前記遠心ファンと、をさらに含むことを特徴とする電気器具。
【請求項７】
前記空気排出口は、前記遠心ファンの二つの軸端の間に位置する、ことを特徴とする請求項６に記載の電気器具。
【請求項８】
前記ヒートシンクから離れた前記遠心ファンの側に隣接して配置された電子部品、をさらに含む電気器具であって、
前記ハウジングは、前記ステータの前記第二軸端に隣接した第二空気吸入口、をさらに含み、
前記遠心ファンによって発生した前記気流は、前記第二空気吸入口から、前記電子部品上を、前記気流の前記第一部分とは実質的に反対方向の前記遠心ファンに向かって流れる第三部分、をさらに含むことを特徴とする請求項６に記載の電気器具。
【請求項９】
前記電気モータは、
請求項２乃至５のいずれか１つに記載の電気モータである、ことを特徴とする請求項６に記載の電気器具。
【請求項１０】
前記電気器具は動力工具である、ことを特徴とする請求項６に記載の電気器具。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、モータ、より詳細には冷却装置を有する電気モータに関する。
【背景技術】
【０００２】
電気モータの動作中に、モータの様々な構成要素から発生する熱は、モータにダメージを与え、モータの運用年数を減らす。したがって、冷却は、電気モータの設計において考慮すべき重要なことである。たくさんの典型的な電気モータは、モータ内部に形成された一つ以上の空気冷却通路を含む。モータの端末キャップ上に位置するファンは、冷却通路を通して気流を作り出し、これによりモータを冷却する。しかしながら、多くの小型及び高性能のモータにおいて、モータ内の空間は限られうる、これは気流の助けとはならず、さもなければ内部冷却通路を形成するのに適していないものである。結果として、モータは、不十分な冷却によって過熱しうる。このことは、モータの運用年数を減らす。
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００３】
したがって、過熱によって引き起こされる負の効果を低減するために、改善した冷却特性を有する電気モータの必要性がある。
【課題を解決するための手段】
【０００４】
ある実施形態は、冷却装置を有する電気モータを対象とする。電気モータは、ステータ、ステータに対して回転するよう構成されたロータ、を含む。ステータは、第一軸端、第二軸端、及びこれらの間にある側壁、を有し、ロータは、ステータの中に回転自在に配置されたロータコア、及び、ステータの第一軸端及び第二軸端をそれぞれ通り抜けて延在する、第一端及び第二端を有する出力シャフト、を含む。ヒートシンクは、ステータの側壁上に配置され、遠心ファンは、その第一端に隣接した出力シャフトに取り付けられる。ここで、遠心ファンに向かってヒートシンク上を流れる第一部分、及び、遠心ファンから離れて流れ、第一部分の気流と実質的に垂直の気流である第二部分、を含む気流を発生させるように、遠心ファンは構成される。
【０００５】
ある実施形態においては、遠心ファンによって発生する気流はさらに、気流の第一部分の方向とは実質的に反対方向に、整流子上を遠心ファンに向かって流れる第三部分、を含む。
【０００６】
ある実施形態においては、電気モータは、その第一端に隣接したロータの出力シャフトに取り付けられ、ヒートシンクから離れた遠心ファンの側にある、整流子、その第一軸端に隣接したステータに取り付けられ、整流子と摺動接触する複数の電気ブラシ、をさらに含む。
【０００７】
ある実施形態においては、電気モータのステータは、ステータの側壁を形成する外表面を有するヨーク、ヨークから内側へ向けて放射状に延在する複数のステータ歯、及び複数のステータ歯の周りに巻かれた複数の巻き線、を含む。
【０００８】
ある実施形態においては、ヒートシンクは、ステータの側壁に隣接した実質的に円筒形状のベース、及び実質的に円筒形状のベースの周りに、円周方向に間隔を置いた複数の冷却フィン、を含む。ステータの側壁とヒートシンクの間には、熱伝導材料が使用されうる。他の実施形態においては、ステータとヒートシンクは、一体的に形成される。
【０００９】
ある実施形態においては、電気モータは、ステータの第一軸端及び第二軸端の少なくとも一つに位置した、少なくとも一つの端末キャップ、をさらに含む。少なくとも一つの端末キャップは、ステータの内部で空気を流すことができる、少なくとも一つの軸方向穴を含みうるか、もしくは閉じた端末キャップでありうる。
【００１０】
ある実施形態においては、電気モータは、ヒートシンクから離れた遠心ファンの側に隣接して配置される電子部品を、含む。遠心ファンによって発生した気流は、気流の第一部分の方向とは実質的に反対方向の、遠心ファンに向かって電子部品上を流れる第三部分、を含む。
【００１１】
ある実施形態は、空気吸入口及び空気排出口を有するハウジング、及びハウジング内に収容された電気モータ、を含む電気器具を対象とする。電気モータは、ステータとロータを含む。ステータは、空気吸入口と隣接した第一軸端、第二軸端、及びこれらの間にある側壁、を有する。ロータは、ステータに回転自在に配置されたロータコア、及び、ステータの第一軸端及び第二軸端をそれぞれ通り抜けて延在する、第一端及び第二端を有する出力シャフト、を含む。ヒートシンクは、ステータの側壁上に配置され、遠心ファンは、その第二端に隣接した出力シャフトに取り付けられる。遠心ファンは、空気吸入口からヒートシンク上を遠心ファンに向かって流れる第一部分、及び遠心ファンから離れて空気排出口へ流れる第二部分、を含む気流を発生させるよう構成される。ここで、気流の第二部分は、気流の第一部分と実質的に垂直である。
【００１２】
ある実施形態においては、ヒートシンクは、ステータの側壁に隣接した実質的に円筒形状のベース、及び実質的に円筒形状のベースの周りに円周方向に間隔を置いた、複数の冷却フィン、を含む。熱伝導材料は、ステータの側壁とヒートシンクの間に、使用されうる。他の実施形態においては、ステータとヒートシンクは一体的に形成される。
【００１３】
ある実施形態においては、電気モータは、その第一端に隣接したロータの出力シャフトに取り付けられ、ヒートシンクから離れた遠心ファンの側にある整流子、及びその第一軸端に隣接したステータに取り付けられ、整流子と摺動接触する複数の電気ブラシ、をさらに含む。
【００１４】
ある実施形態においては、空気排出口は、遠心ファンの二つの軸端の間に位置する。
【００１５】
ある実施形態においては、電気器具は、第二軸端に隣接したステータ上に配置され、ヒートシンクから離れた遠心ファンの側にある、電子部品をさらに含む。第二空気吸入口は、ステータの第二軸端に隣接して配置されうる。そこで、遠心ファンによって発生した気流は、第二空気吸入口から、電子部品上を、気流の第一部分とは実質的に反対方向の遠心ファンに向かって流れる第三部分、をさらに含む。第二空気吸入口は、電気モータのロータの出力シャフトと実質的に垂直に、ハウジングの軸端上に、位置しうる。
【００１６】
ある実施形態においては、電気器具は動力工具である。
【００１７】
図面は実施形態のデザインと有用性について説明し、この中で類似した構成要素は一般の参照番号によって言及される。これらの図面は必ずしも一定の比率で描かれていない。上記列挙した事項や利点や目的がどのように得られるかをより良く理解するために、添付図面の中で説明されている実施形態のより具体的な記載が与えられる。これらの図面は代表的な実施形態を描写したものであり、それゆえに特許請求の範囲を限定するものとは考えられない。
【図面の簡単な説明】
【００１８】
【図１】図１は、ある実施形態に従った閉じた端末キャップを有するモータを図示する。
【図２】図２は、ある実施形態に従ったモータであって、モータの内部構造を図示するために端末キャップを取り除いたものを図示する。
【図３】図３は、ある実施形態に従った開口端キャップを有するモータを図示する。
【図４】図４は、ある実施形態に従った回路基板を有するモータを図示する。
【図５】図５は、ある代替形態に従ったモータを図示する。
【図６】図６は、ある実施形態に従ったモータを包含する動力工具を図示する。
【発明を実施するための形態】
【００１９】
様々な特徴は以下に図面を参照して説明する。図面は縮尺で描かれていないこと、図面における類似した構造又は機能の構成要素は参照番号等で表されていることに留意する。他に特に一つ以上の具体的な実施形態が記載され、または一つ以上の具体的な請求が主張されない限り、図面は単なる図示および説明の目的のための特徴の説明を容易にすることを意図しているのみであることにも留意する。ここに記載された図面や様々な実施形態は、網羅的な説明または様々な他の実施形態の説明として、または特許請求の範囲、若しくは本出願に記載された実施形態を考慮すると当業者には明らかである他の実施形態の範囲を限定するものとして、意図されていない。加えて、説明された実施形態は、全ての態様や利点が示される必要はない。
【００２０】
特定の実施形態に関連して記載された態様や利点は、必ずしもその実施形態を限定せず、説明されていなくても、また明示的に説明されていなくても、その他の実施形態においても実施されうる。本明細書の「ある実施形態」又は「その他の実施形態」という言及は、その実施形態に関連して記載された特別な特徴、構造、材料、過程又は特質が少なくとも一つの実施形態には含まれていることを意味する。したがって、本明細書の様々な場所にある「ある実施形態において」、「一つ以上の実施形態において」、「その他の実施形態において」というフレーズの出現は、必ずしも同じ実施形態について言及していない。
【００２１】
ある実施形態は、ステータ、及びステータに対して回転するよう構成されたロータ、を有する電気モータを対象とする。ヒートシンクは、ステータの外表面に備え付けられ、ロータの出力シャフトに取り付けられたファンの第一軸端の近くに位置する。ヒートシンクは、実質的に円筒型のベース部、及びベース部の周りに円周方向に間隔を置き、軸方向に延在する複数のフィン、を含む。ファンは、遠心ファンでありうる。遠心ファンは、ファンに向かって軸方向に流れる第一部分、及び軸方向と実質的に垂直にファンから離れて流れる第二部分、を含む気流を作り出す。気流の第一部分は、ヒートシンク上を流れ、ヒートシンクから熱を吸収する。
【００２２】
図１及び図２は、ある実施形態に従った電気モータ１０を説明する。モータ１０は、ステータ３０及びロータ５０、を含む。ある実施形態においては、モータ１０はブラシの無い電気モータであり、ステータ３０は、ロータ５０の外側に位置する。当然のことながら、他の実施形態においては、他の種類の電気モータ又は異なるモータ構成が使用されうる（例えば、ブラシのある電気モータ）。
【００２３】
ステータ３０は、ステータコア３２及び複数の巻き線グループ３４、を含む。ステータコア３２は、実質的に円筒型のステータヨーク、及び、巻き線グループ３４が複数のステータ歯の周りに巻かれることを考慮して、ステータヨークの内表面から内側に向かって放射状に延在する複数のステータ歯、を含みうる。ステータヨークの外表面は、その二つの軸端の間に、ステータ３０の側壁を形成する。
【００２４】
ヒートシンク４０は、ステータコア３２のヨークの外表面、又はステータの３０の側壁に隣接して位置し、ベース部４２、及びベース部４２の外表面の周りに円周方向に間隔を置いた複数の冷却フィン４４、を含む。冷却フィン４４は、放射状に外側に、軸方向にベース部４２に沿って延在する。ベース部４２は、ステータコア３２のヨークの外表面に対応するよう構成された形状を、有しうる（例えば実質的に円筒形状）。
【００２５】
ヒートシンク４０のベース部４２は、ステータコア３２の外表面がベース部４２の内表面に隣接するように、ステータコア３２を包み込むように構成される。これは、巻き線グループ３４によって発生した熱を、ステータコア３２を通してヒートシンク４０のベース部４２に効率的に広めることを可能にし、そこで冷却フィン４４を通して散らされうる。ある実施形態においては、ステータコア３２の外表面とベース部４２の内表面の間、及び、巻き線グループ３４からステータコア３２及びヒートシンク４０へ速く熱を移す助けとなるよう、巻き線グループ３４がステータコア３２と接続する箇所へ、熱伝導材料（例えばサーマルペースト又はエポキシ）は使用される。他の実施形態においては、ヒートシンク４０及びステータコア３２は一体的に形成されうる。
【００２６】
ある実施形態においては、ファン７０は、ロータ５０の一端、例えば出力シャフト５２の軸端、に取り付けられ、複数のファンブレード７２を含む。ファンブレード７２は、ヒートシンク４０のベース部４２の直径よりも大きな直径を有するように構成され、ファン７０の軸面に位置する。ある実施形態においては、動作中に、ファン７０の軸端の一つ又は両方からファン７０へ向かう入力気流を引き起こす吸引効果を作り出し、吸引効果は軸の入力方向とは実質的に垂直方向のファン７０からの出力となるようにするため、ファン７０は遠心ファンである。
【００２７】
動作中、ファン７０は吸引効果を作り出し、ファン７０から離れたヒートシンク４０の側から、冷却フィン４４の間の間隙を通して、ファン７０へ向かう、気流をもたらす。このようにして、冷却フィン４４からの熱は、ヒートシンク４０を流れるファン７０によって作られた気流によって、取り除かれる。
【００２８】
ある実施形態においては、ステータ３０は、一つ又は両方のその軸端を覆う一つ又は二つの端末キャップを、さらに含む。例として、図１は、ファン７０から離れた軸端を覆う端末キャップ３８を有するモータ１０、を示す。図１で説明されるように、端末キャップ３８は、気流路はステータコア３２へ外面的に形成されるのみであるように、モータ１０の内側を実質的に密封するように構成される、閉じた端末キャップでありうる。閉じた端末キャップ３８を使用することによって、外部の粒子及び埃がモータ１０の内側に入らないようにして、このことは、モータ１０が、埃や他の浮遊粒子を引き起こす利用にて使用される場合に（例えば、電気ドリル）、有益でありうる。ある実施形態においては、端末キャップ３８の外表面は、例えば、トランジスタのような電子部品を取り付けるように使用される。ファン７０によって発生した気流は、電子部品を冷却するために、端末キャップ３８に取り付けられた電子部品上を、流れうる。
【００２９】
当然のことながら、ある実施形態においては、端末キャップ３８は閉じられないこともありうる。例えば図３で説明されるように、端末キャップ３８は開いており、一つ以上のモータ１０の内部流路を通る気流を考慮した、一つ以上の小さな軸方向穴３９、を含む。このことは、モータ１０の熱拡散特性をさらに改善させうる。穴３９の大きさは、埃や他の外部粒子がモータ１０に入らないくらい小さくなるよう構成されうる。
【００３０】
図４で説明されるように、モータ１０は、回路基板８０をさらに含みうる。ここで、ファン７０は、ステータコア３２を取り囲むヒートシンク４０及び回路基板８０の間に位置する。ある実施形態においては、回路基板８０は実質的にはリング形状であり、少なくとも一つの開口部８２を含み、出力シャフト５２が通り抜けられるようにしている。動作中、ヒートシンク４０のための冷却を与える、上述したヒートシンク４０上を流れる第一吸引気流、及び、回路基板８０上の電子部品のための冷却を与える、回路基板８０の周り及び開口部８２を通って流れる第二吸引気流を、ファン７０は発生させる。
【００３１】
図５は、代替実施形態に従った、ブラシのあるモータ１０を説明する。モータ１０は、シェル３１及び一つ以上の永久磁石３５を有するステータ３０、を含む。永久磁石３５は、シェル３１の内表面に熱的に接続される。シェル３１の外表面は、二つの軸端間のステータ３０の側壁を形成する。ヒートシンク４０の内表面がシェル３１の外表面と隣接するように、ヒートシンク４０は、シェル３１の外側に位置する。より好ましい実施形態においては、ヒートシンク４０は、実質的に円筒形状のベース部４２、及び、放射方向にベース部４２から外側へ延在する複数の冷却フィン４４、を含む。
【００３２】
図５において説明される実施形態においては、ロータ５０は、出力シャフト５２、及び出力シャフト５２に固定された整流子５４、を含む。加えて、ステータ３０は、整流子５４と摺動接触するように構成された複数の電気ブラシ３７、をさらに含む。ある実施形態においては、ファン７０は、ヒートシンク４０と電気ブラシ３７の間に位置する。動作中、ヒートシンク４０のための冷却を与える、ファン７０の第一軸端に向かってヒートシンク４０上を流れる第一吸引気流、及び、整流子５４及び電気ブラシ３７のための冷却を与える、ファン７０の第二軸端に向かって整流子５４及び電気ブラシ３７上を流れる第二吸引気流を、ファン７０は発生させる。
【００３３】
モータ１０は、その両端は密封され、気流路はモータ１０の外にして、埃や他の外部粒子がモータ１０に入らないように、構成されうる。代わりに、ファン７０によって発生した気流の少なくとも一部は、モータ１０の一つ以上の内部冷却路を通って移動し、さらに熱拡散特性を改善するように、モータ１０の一端又は両端は開いていることもありうる。ある実施形態においては、ヒートシンク４０は、シェル３１と一体的に形成されうる、又は様々な現存する取り付け方法によってシェル３１に取り付けられうる。ある実施形態においては、サーマルペーストやエポキシのような熱伝導材料が、ヒートシンク４０のベース部４２の内表面と、シェル３１の外表面の間に使用されうる。
【００３４】
図１から５を参照して上記の通り記載された電気モータ１０は、ミキサーや動力工具のような様々な異なる利用において、使用されうる。例として、図６は、ある実施形態に従ったモータ１０を包含する動力工具１２、を説明する。動力工具１２は、複数の空気吸入口９２ａ及び９２ｂ、及び一つ以上の空気排出口９４、を有するハウジング９０を含む。モータ１０は、ハウジング９０内に収納され、ファン７０が空気排出口９４に隣接して位置するように、配置される。例えば、遠心ファン７０からの気流は、モータ１０の軸方向と実質的に垂直であり、空気排出口９４へ向かうように、空気排出口９４は、ファン７０の第一軸端と第二軸端の間に配置されうる。空気吸入口９２ａは、モータ１０の第一軸端に隣接し（例えばヒートシンク４０の近くの軸端）、空気吸入口９２ｂは、モータ１０の反対側の軸端に隣接する（例えば回路基板８０の近くの軸端）。ある実施形態においては、空気吸入口９２ｂは、ハウジング９０の軸端に位置する。
【００３５】
動作中、ファン７０は、空気吸入口９２ａを通ってハウジング９０へ入り、ヒートシンク４０上を流れ（例えばヒートシンク４０の冷却フィン４４の間の間隙を通って）、空気排出口９４を通ってハウジング９０から抜け出て、それによってヒートシンク４０の冷却を与える、気流を発生させる。ファン７０は同様に、吸入口９２ｂを通ってハウジング９０へ入り、回路基板８０の周りを流れ、空気排出口９４を通ってハウジング９０から抜け出て、回路基板８０の冷却を与える、気流を発生させる。このようにして、ファン７０は、動力工具１２における他の電子部品（例えば回路基板８０上の電子部品）と同様に、モータ１０を冷却するのに使用されうる。
【００３６】
前述した明細書においては、それについての具体的な実施形態を参照して、様々な態様が説明されている。しかしながら、ここに説明された様々な実施形態のより広範な趣旨と範囲を逸脱しないで、様々な修正および変更がそこになされうることは明らかである。例えば、上述したシステムまたはモジュールは、構成要素の特定の配置を参照して説明されている。それにもかかわらず、説明された構成要素の多くのものの順序またはその要素間の空間的な関係は、ここに説明されている様々な実施形態の範囲、作用または効果に影響を及ぼさないで、変わりうる。加えて、特定の特徴が示されて説明されているが、当然のことながら特許請求の範囲または他の実施形態の範囲を限定することを意図しておらず、様々な修正および変更は、ここに説明されている様々な実施形態の範囲を逸脱しないでなされうることは、当業者にとっては明らかである。したがって、明細書と図面は、限定的意味というよりは説明的および解説的なものだとみなすことができる。このように、記載された実施形態は、代替形態、修正形態、および均等物を包含することを意図している。
【図１】
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【図２】
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【図３】
2014193112.tif 000005
【図４】
2014193112.tif 000006
【図５】
2014193112.tif 000007
【図６】
2014193112.tif 000008
【外国語明細書】
2014193112000001.pdf