(57)【要約】【課題】  ステータの温度上昇を抑えることができるアウターロータ型モータ及びこれに用いられるロータを提供すること。【解決手段】  モータ１は、アウター型ロータ１０と、これを回転自在に支持するステータ２０とから構成される。ロータ１０は、回転軸１１が固定されたロータカップ１３の筒状部１３ｂの内周面に沿って配置される円筒状のマグネット１４を備える。ステータ２０は、回転軸１１を回転自在に支持する樹脂製の支持部材２２を有し、ステータコア２３とコイル２４とを封止している。ロータカップ１３の底面１３ａには、ロータカップ１３と一体に回転する羽根１５が固着されている。また、ロータカップ１３の底面１３ａには、ロータカップ１３内に連通する通気穴１３ｃが複数形成されている。【選択図】  図１
2006158134.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
回転軸が底面に固定された有底筒状のロータカップの内周面に沿って筒状のマグネットを配置して構成されるロータと、
軸受けを介して前記回転軸を回転自在に支持する支持部材に、前記マグネットの内側でラジアル方向のギャップを介してステータコアを固定し、該ステータコアにコイルを巻回して構成されるステータとを備え、
前記ロータカップの底面に該ロータカップ内に連通する通気穴を複数形成すると共に、該底面に前記ロータカップと一体に回転することにより前記通気穴を通して前記ロータカップ内の空気を排出する羽根を固着したことを特徴とするアウターロータ型モータ。
【請求項２】
前記羽根は、前記回転軸の軸線方向と平行に形成され、放射状に配置された複数のフィンと、周辺部で前記フィンを覆うことにより隣り合うフィンの間に空気の流れる通路を形成するカバー部とを備えることを特徴とする請求項１に記載のアウターロータ型モータ。
【請求項３】
前記ステータは、樹脂製の前記支持部材により前記ステータコアと前記コイルとを封止して構成されていることを特徴とする請求項１又は２に記載のアウターロータ型モータ。
【請求項４】
前記樹脂製の支持部材は、前記コイルに通電する電流を制御するための回路が設けられたプリント配線基板を、その一部を露出させて封止していることを特徴とする請求項３に記載のアウターロータ型モータ。
【請求項５】
回転軸と、
該回転軸が底面に固定され、該底面に複数の通気穴が形成された有底筒状のロータカップと、
該ロータカップの内周面に沿って配置される筒状のマグネットと、
前記ロータカップの底面に固着され、前記ロータカップと一体に回転することにより前記通気穴を通して前記ロータカップ内の空気を排出する羽根とを備えることを特徴とするアウターロータ型モータ用ロータ。
【請求項６】
回転軸が底面に固定された有底筒状のロータカップの内周面に沿って筒状のマグネットを配置して構成されるロータと、
軸受けを介して前記回転軸を回転自在に支持する支持部材に、前記マグネットの内側でラジアル方向のギャップを介してステータコアを固定し、該ステータコアにコイルを巻回して構成されるステータとを備え、
前記ロータカップの底面に該ロータカップ内に連通する通気穴を複数形成し、該通気穴は、前記ロータカップを回転することにより前記ロータカップ内に空気の流れを生じさせるように、底面を一方側に切り起こすことにより形成されていることを特徴とするアウターロータ型モータ。
【請求項７】
回転軸が底面に固定された有底筒状のロータカップの内周面に沿って筒状のマグネットを配置して構成されるロータと、
軸受けを介して前記回転軸を回転自在に支持する支持部材に、前記マグネットの内側でラジアル方向のギャップを介してステータコアを固定し、該ステータコアにコイルを巻回して構成されるステータとを備え、
前記ステータは、樹脂製の前記支持部材により前記ステータコアと前記コイルとを封止して構成され、該支持部材は、フィラーとしてアルミナを高充填し、熱伝導率を５（Ｗ／ｍ・Ｋ）以上とした樹脂モールド材であることを特徴とするアウターロータ型モータ。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、例えばブラシレスＤＣモータ等のアウターロータ型モータ及びこれに用いられるロータに関する。
【背景技術】
【０００２】
アウターロータ型ブラシレスモータは従来から種々のものが知られている。例えば、特許文献１の図１には、内周に筒状のマグネットが固定されたカップ状のロータ部と、このロータ部に固定された回転軸を回転自在に支持するステータ部とから構成されるアウターロータ型ブラシレスモータが開示されている。また、ステータ部は、高湿度環境下でも短絡等の危険性をなくすため、活電部を樹脂モールドして構成されている。
【０００３】
【特許文献１】特開２０００−３２４７４５号公報  図１
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
しかしながら、アウターロータ型モータは、カップ状のロータによりステータが覆われているため、作動時にステータのコイルで発生した熱が内部に蓄積され、発散されにくいという問題がある。特に、上記の特許文献１に開示されるように、ステータの活電部を樹脂で封止した場合には、アルミ等の金属でステータの支持部材を形成した場合と比較して、熱伝導率が低くなるため、温度上昇が顕著になる。コイルを形成する巻線には、耐熱温度の上限が定められているため、ステータの温度が上限を超えると品質の劣化を引き起こす可能性がある。
【０００５】
本発明は、上述した従来技術の問題点に鑑みてなされたものであり、ステータの温度上昇を抑えることができるアウターロータ型モータ及びこれに用いられるロータを提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００６】
本発明の請求項１にかかるアウターロータ型モータは、上記の目的を達成させるため、回転軸が底面に固定された有底筒状のロータカップの内周面に沿って筒状のマグネットを配置して構成されるロータと、軸受けを介して回転軸を回転自在に支持する支持部材に、マグネットの内側でラジアル方向のギャップを介してステータコアを固定し、ステータコアにコイルを巻回して構成されるステータとを備え、ロータカップの底面にロータカップ内に連通する通気穴を複数形成すると共に、底面にロータカップと一体に回転することにより通気穴を通してロータカップ内の空気を排出する羽根を固着したことを特徴とする。
【０００７】
上記の羽根は、請求項２に記載したように、回転軸の軸線方向と平行に形成され、放射状に配置された複数のフィンと、周辺部でフィンを覆うことにより隣り合うフィンの間に空気の流れる通路を形成するカバー部とを備えることが望ましい。さらに、ステータは、請求項３に記載したように、樹脂製の支持部材によりステータコアとコイルとを封止して構成してもよい。この際、樹脂製の支持部材は、請求項４に記載したように、コイルに通電する電流を制御するための回路が設けられたプリント配線基板を、その一部を露出させて封止することもできる。
【０００８】
一方、本発明の請求項５にかかるアウターロータ型モータ用ロータは、回転軸と、回転軸が底面に固定され、底面に複数の通気穴が形成された有底筒状のロータカップと、ロータカップの内周面に沿って配置される筒状のマグネットと、ロータカップの底面に固着され、ロータカップと一体に回転することにより通気穴を通してロータカップ内の空気を排出する羽根とを備えることを特徴とする。
【０００９】
本発明の請求項６にかかるアウターロータ型モータは、回転軸が底面に固定された有底筒状のロータカップの内周面に沿って筒状のマグネットを配置して構成されるロータと、軸受けを介して回転軸を回転自在に支持する支持部材に、マグネットの内側でラジアル方向のギャップを介してステータコアを固定し、該ステータコアにコイルを巻回して構成されるステータとを備え、ロータカップの底面にロータカップ内に連通する通気穴を複数形成し、これらの通気穴は、ロータカップを回転することにより前記ロータカップ内に空気の流れを生じさせるように、底面を一方側に切り起こして形成されていることを特徴とする。
【００１０】
本発明の請求項７にかかるアウターロータ型モータは、回転軸が底面に固定された有底筒状のロータカップの内周面に沿って筒状のマグネットを配置して構成されるロータと、軸受けを介して回転軸を回転自在に支持する支持部材に、マグネットの内側でラジアル方向のギャップを介してステータコアを固定し、ステータコアにコイルを巻回して構成されるステータとを備え、ステータは、樹脂製の支持部材によりステータコアとコイルとを封止して構成され、この支持部材は、フィラーとしてアルミナを高充填し、熱伝導率を５（Ｗ／ｍ・Ｋ）以上とした樹脂モールド材であることを特徴とする。
【発明の効果】
【００１１】
請求項１のアウターロータ型モータ及び請求項５のロータを用いたモータによれば、ロータの回転時に、羽根の作用により発生した空気の流れで通気穴部分の気圧が下がり、気圧の高いロータカップ内の空気が通気穴を通して外部に流れ、ロータカップを通り抜ける空気の流れが生じる。この空気の流れによりロータカップ内で発生した熱が蓄積されずに発散し、ロータカップ内に配置されたステータの温度上昇を抑えることができる。
【００１２】
また、請求項２によれば、フィンを軸線方向と平行に形成することにより、ロータがいずれの方向に回転する場合にも同等の空気流を形成することができる。さらに、請求項３によれば、高湿環境下でも短絡等の危険性がなくなる。
【００１３】
また、請求項４によれば、特許文献１の図１のようにプリント配線基板全体を樹脂モールド材で覆う場合より樹脂材料の必要量を減らし、コストダウンを図ることができる。
【００１４】
請求項６のアウターロータ型モータによれば、通気穴自体により空気の流れを作り出し、ロータカップ内の空気を入れ替えることができるため、冷却用の羽根を用いなくともロータカップ内に配置されたステータの温度上昇を抑えることができる。
【００１５】
請求項７のアウターロータ型モータによれば、熱伝導率をアップさせることにより、樹脂製の支持部材の表面からの放熱効果が増加し、冷却用の羽根を用いなくともロータカップ内に配置されたステータの温度上昇を抑えることができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１６】
以下、本発明にかかるアウターロータ型モータの実施の形態を２つの実施例により説明する。
【実施例１】
【００１７】
図１は、本発明の実施例１にかかるアウターロータ型ブラシレスＤＣモータを示す側面断面図、図２はその羽根側から見た正面図、図３は図２の羽根を取り外した状態を示す正面図、図４は作動中の空気の流れを示す一部拡大断面図である。
【００１８】
図１に示すアウターロータ型ブラシレスＤＣモータ１は、アウター型のロータ１０と、このロータ１０を回転自在に支持するステータ２０とから構成される。ロータ１０は、回転軸１１と、この回転軸１１がブッシュ１２を介して底面１３ａに固定された有底筒状のロータカップ１３と、ロータカップ１３の筒状部１３ｂの内周面に沿って配置される円筒状のマグネット１４とを備えている。
【００１９】
一方、ステータ２０は、２つの軸受け２１ａ，２１ｂを介して回転軸１１を回転自在に支持する支持部材２２と、ロータ１０のマグネット１４の内側でラジアル方向のギャップを介して支持部材２２に支持されたステータコア２３と、このステータコア２３に巻回されたコイル２４とを備えている。
なお、支持部材２２は、樹脂製であり、ステータコア２３及びコイル２４を封止する封止部２２ａと、ロータカップ１３の開放端側を覆う板状の前カバー部２２ｂとから構成されている。支持部材２２の封止部２２ａと前カバー部２２ｂとの間には、プリント配線基板３０が挟持されている。
このプリント配線基板３０には、給電用の外部リード線を接続するための図示せぬコネクタが設けられると共に、外部リード線から供給される電流をコイル２４に所定のタイミングで伝達する図示せぬ電気回路、及びマグネット１４の回転により変化する磁束を検出してロータ１０の回転を検知する図示せぬＦＧパターン等が搭載されている。
【００２０】
上記のロータカップ１３の底面１３ａには、ロータカップ１３と一体に回転する羽根１５が固着されている。また、ロータカップ１３の底面１３ａには、ロータカップ１３内に連通する通気穴１３ｃが複数形成されている。この例では、図３に示すように、円周方向に沿って１２個の通気穴１３ｃが形成されている。
【００２１】
羽根１５は、ロータカップ１３と一体に回転することにより通気穴１３ｃを通してロータカップ１３内の空気を排出する作用を持つ。羽根１５は、回転軸１１の軸線方向と平行に形成され、放射状に配置された複数のフィン１５ａと、周辺部でフィン１５ａを覆うことにより隣り合うフィンの間に空気の流れる通路を形成するカバー部１５ｂとを備える。また、カバー部１５ｂは、中央部に開口１６を持ち、ロータカップ１３の底面１３ａと平行に形成された平板部分と、ロータカップ１３の筒状部１３ｂと平行な円筒部分とを備えており、これらの平板部分と円筒部分とは断面円弧状の曲面により滑らかに連続して形成されている。
【００２２】
ロータ１０が回転すると、図４に示すように、羽根１５の作用によりカバー部１５ｂの開口１６から周辺に向かう羽根による空気流が発生する。フィン１５ａは、軸線方向と平行に形成されているため、ロータ１０がいずれの方向に回転する場合にも、同等の空気流を形成することができる。
この空気流により、ロータカップ１３の通気穴１３ｃ部分の気圧が下がり、気圧の高いロータカップ１３内の空気が通気穴１３ｃを通して外部に流れ、気圧差による空気流が生じる。これによりカップ内を通る空気流が生じ、ロータカップ１３内で発生した熱が蓄積されずに発散し、ロータカップ１３内に配置されたステータ２０の温度上昇を抑えることができる。
【００２３】
実施例１では、ステータ２０の支持部材２２を樹脂製として、ステータコア２３、コイル２４、プリント配線基板３０を封止しているため、高湿環境下でも短絡等の危険性をなくすことができる。
また、アルミ等の金属製の支持部材を使用する場合には、プリント配線基板３０を支持部材にねじ止めする必要があり、これによりプリント配線基板３０の歪みが生じ、プリント配線基板３０上に形成されたＦＧパターンとロータ１０のマグネット１４との距離が不均一になり、検出される信号のレベルが不安定になるという問題があった。
本実施例のように樹脂封止の構造を採用することにより、プリント配線基板を固定するためのねじを廃止することができ、そのためにプリント配線基板の歪みも発生せず、信号レベルを安定させることができる。さらに、樹脂封止の構成により、ステータコア２３の振動を抑制することができる。
【００２４】
また、羽根１５の作用により、上記のようにロータカップ１３を通る空気の流れを形成することができるため、上記のように金属より熱伝導の悪い樹脂により支持部材２２を構成した場合にも、ステータ２０のコイル２４の過熱を抑え、品質の劣化を防ぐことができる。
【００２５】
次に、羽根１５及び通気穴１３ｃを有する上記の実施の形態の具体的な効果を実験結果に基づいて説明する。実験では、実施の形態、比較例１、比較例２の各モータを、一定の負荷をかけて一定速度で回転させ、時間経過に伴うコイル部分の温度上昇を測定した。
なお、比較例１は、ロータ１０及びステータ２０の基本構成が実施の形態と同一で羽根１５及び通気穴１３ｃを持たないもの、比較例２は、ロータ１０及びステータ２０の基本構成が実施の形態と同一で羽根１５を持つが通気穴１３ｃを持たないものである。また、負荷は０．１０７Ｎ・ｍ、回転数は８０７．６ｒｐｍとした。
【００２６】
図５は比較例１、図６は比較例２、図７は実施例１のモータを用いた実験結果をそれぞれ示すグラフである。横軸は時間経過(１目盛が１０分に対応)、縦軸は温度（℃）であり、実線でコイル温度、破線で周囲温度を示している。比較例１は何ら熱対策がとられていないため、図５に示されるように、時間の経過と共にコイル温度が上昇し、回転開始から１１４分後にはコイル温度１１７℃に達している。室温は１９．７℃であるため、上昇温度Δｔは９７．３℃に達する。
次に、比較例２は、羽根が設けられているため、ロータカップ１３表面の温度上昇は抑えられる。このため、図６に示すように、回転開始から１３７分経過後のコイル温度は７２℃となっている。室温は２２．７℃であるため、上昇温度Δｔは４９．３℃となり、比較例１よりは温度上昇が抑えられている。
【００２７】
次に、実施例１では、羽根に加えてロータカップ１３に通気穴１３ｃが形成されているため、比較例２と比べても一段と温度上昇を抑えることができる。図７に示すように、回転開始から３５分程度で温度上昇はストップし、後はほぼ一定の温度に保たれている。６１分経過後のコイル温度は５４℃であり、室温は２０．３℃であるため、上昇温度Δｔは３３．７℃となり、比較例２より、さらに温度上昇が抑えられている。
【００２８】
上記の各実験結果からも明らかなように、羽根を取り付けるのみ（比較例２に相当）でも一定の効果はあるが、羽根に加えて通気穴を形成することにより、一段と放熱効果を高めることができる。
これにより、ステータの保持部材を樹脂製とした場合にも、温度上昇を許容範囲に抑えることができ、コイルの過熱を防ぎ、品質の劣化を防止することができる。
【実施例２】
【００２９】
図８は、本発明の実施例２にかかるアウターロータ型ブラシレスＤＣモータを示す側面断面図である。実施例１と同等の部材には同一の符号を付して重複した説明は省略する。
【００３０】
図８に示すアウターロータ型ブラシレスＤＣモータ２は、アウター型のロータ１０と、このロータ１０を回転自在に支持するステータ２０とから構成される。ステータ２０は、２つの軸受け２１ａ，２１ｂを介して回転軸１１を回転自在に支持する支持部材２５を備えている。支持部材２５は、樹脂製であり、ステータコア２３及びコイル２４を封止する封止部２５ａと、ロータカップ１３の開放端側を覆う板状の前カバー部２５ｂとから構成されている。支持部材２５の前カバー部２５ｂには、プリント配線基板３１がその一部を露出させて封止されている。プリント配線基板３１の露出部分には、給電用の外部リード線を接続するためのコネクタ３２が設けられている。このような支持部材２５の構造は、樹脂モールドの金型に開口部を設けて、モータ部より大きなプリント配線基板３１部分を金型外に出した状態で成型することにより得られる。
【００３１】
プリント配線基板３１の面積は、一般にモータ部より大きくなるため、プリント配線基板３１を樹脂モールド材により封止する場合、特許文献１の図１に示されるように基板全体を封止すると、モールド材量の必要量が多くなり、不経済である。
そこで、図８に示す実施例２では、プリント配線基板３１の一部を露出させ、モールド材量の必要量を少なくしてコストダウンを図っている。また、この露出部分にコネクタ３２を配置することにより、外部リードの接続が容易となる。
【００３２】
なお、上記の実施例１，２では、本発明を樹脂封止型のステータを有するモータに適用しているが、本発明の範囲はこれに限られず、金属製の保持部材を有するモータに対しても適用可能であり、同様にロータカップ内の温度上昇を抑えることができる。
【００３３】
また、ロータカップの底面１３ａに形成する通気穴を、ロータカップが回転することによりロータカップ内に空気の流れを生じさせるように、穴の周囲の一部を切り起こして形成してもよい。例えば、図９に示すように、ロータカップの底面１３ａを図中上側となる図示せぬロータカップ上面に向けて一方側に切り起こすことにより通気穴１３ｄを形成すると、回転時にロータカップ内の空気が外部から吸気され、空気の流れが生じてステータを冷却することが可能となる。したがって、通気穴の形状をこのように形成することにより、羽根１５を設けなくともロータカップ内の温度上昇を抑えることができる。
【００３４】
さらに、フィラーとしてアルミナを高充填し、熱伝導率を５（Ｗ／ｍ・Ｋ）以上とした樹脂モールド材を支持部材として利用してもよい。モータ用に用いられる樹脂モールド材は熱硬化樹脂であり、その熱伝導率は３（Ｗ／ｍ・Ｋ）程度が一般的である。このため、熱伝導が悪く、表面からの放熱が難しい。これに対して、上記のように熱伝導率を５（Ｗ／ｍ・Ｋ）以上とすれば、樹脂製の支持部材の表面からの放熱効果が増加し、冷却用の羽根を用いなくともロータカップ内に配置されたステータの温度上昇を抑えることができる。
【図面の簡単な説明】
【００３５】
【図１】本発明の実施例１にかかるアウターロータ型ブラシレスＤＣモータを示す側面断面図である。
【図２】図１のモータを羽根側から見た正面図である。
【図３】図１のモータから羽根を外した状態を示す正面図である。
【図４】図１のモータの作動中の空気の流れを示す一部拡大断面図である。
【図５】比較例１のモータの作動時の時間経過に伴うコイル部分の温度上昇を示すグラフである。
【図６】比較例２のモータの作動時の時間経過に伴うコイル部分の温度上昇を示すグラフである。
【図７】実施例１のモータの作動時の時間経過に伴うコイル部分の温度上昇を示すグラフである。
【図８】本発明の実施例２にかかるアウターロータ型ブラシレスＤＣモータを示す側面断面図である。
【図９】本発明にかかるアウターロータ型ブラシレスＤＣモータのロータカップの通気穴の変形例を示す断面図である。
【符号の説明】
【００３６】
１、２  アウターロータ型ブラシレスＤＣモータ
１０  ロータ
１１  回転軸
１２  ブッシュ
１３  ロータカップ
１３ａ  ロータカップの底面
１３ｂ  ロータカップの筒状部
１３ｃ  通気穴
１３ｄ  通気穴
１４  マグネット
１５  羽根
１５ａ  フィン
１５ｂ  カバー部
１６  開口
２０  ステータ
２１ａ、２１ｂ  軸受け
２２、２５  支持部材
２３  ステータコア
２４  コイル
３０，３１  プリント配線基板
３２  コネクタ
【図１】
2006158134.tif 000003
【図２】
2006158134.tif 000004
【図３】
2006158134.tif 000005
【図４】
2006158134.tif 000006
【図５】
2006158134.tif 000007
【図６】
2006158134.tif 000008
【図７】
2006158134.tif 000009
【図８】
2006158134.tif 000010
【図９】
2006158134.tif 000011