(57)【要約】【課題】低コストかつ簡単な構造で既存の冷却用のフィンを設けた場合よりも冷却効果が高いモータを得ること。【解決手段】出力軸１を有するロータ２と、ロータ２を回転させるステータ３と、ステータ３と熱的に接続され、ロータ２及びステータ３を収容するフレーム４と、を備え、熱を雰囲気中に放熱し放射状に配置される複数の放熱部５ｂを有するフィン５を、間隔を空けてフレーム４の外周部に、出力軸１の軸方向に沿って複数個設置した。【選択図】図２
2013153555.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
出力軸を有するロータと、
前記ロータを回転させるステータと、
前記ステータと熱的に接続され、前記ロータ及び前記ステータを収容するフレームと、を備え、
熱を雰囲気中に放熱し放射状に配置される複数の放熱部を有するフィンを、間隔を空けて前記フレームの外周部に、前記出力軸の軸方向に沿って複数個設置したことを特徴とするモータ。
【請求項２】
前記複数のフィンの各々は、隣接するフィンとは前記放熱部が前記出力軸の軸方向に重ならないように前記フレームの外周部に設置されていることを特徴とする請求項１に記載のモータ。
【請求項３】
前記複数のフィンの各々は、前記放熱部が所定間隔で形成されており、前記隣接するフィンとは前記放熱部が前記所定間隔の半分ずれるように前記フレームの外周部に設置されていることを特徴とする請求項２に記載のモータ。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、冷却用のフィンを備えたモータに関する。
【背景技術】
【０００２】
従来、モータ等の回転電機は、ステータ及びロータ等から発する電気損と機械損とを有し、これらは最終的には熱となって大気中に拡散する。
【０００３】
この熱の大気中への拡散が良好に行われないとモータは正常な運転ができなくなり、さらには使用不能に至ってしまうことがある。そのため、一般的には発生した熱を効率的に大気中に拡散させるために冷却フィンが用いられる。
【０００４】
従来の冷却フィンの構造は、例えば特許文献１に示されている。
【０００５】
特許文献１に示されるモータは、出力軸、ロータ、ステータを有し、ステータを含むフレームの外周に冷却フィンが一体形成されている。一般的には、冷却フィン付きのフレームはアルミダイキャスト、または鋳鉄などの鋳物として一体成形される。また、冷却効果を増大するため、反出力軸側に冷却用のファンを設け、外気を強制的に冷却フィンの側に導いて放熱を促進させることもある。
【０００６】
回転電機の損失の熱による拡散のうち、最も割合の大きいステータ部からの熱伝播を見ると、ステータコイル→ステータコア→フレーム→フレーム冷却フィンまでが熱伝導であり、冷却フィンが外気に接する部分では熱伝達の形態をとる。そして、熱伝導部では、熱量を一定とすれば、熱伝導率が大きいほど温度差が小さくて済む。すなわち、回転電機自身の温度上昇を低く抑えることができる。
【０００７】
現状では、フレームの材質としてＡｌ（アルミダイキャスト）、Ｆｅ（鋳鉄）などが一般的に使用されており、これらの熱伝導率に基づいて冷却設計がなされ、フレーム及びフレーム冷却フィンの形状や寸法が決定されている。
【０００８】
これらの方法では、特定のモータに対して専用の設計となるため、モータが高コストになってしまう。
【０００９】
その問題を解決するために、特許文献２や特許文献３に開示されているように、モータ等の発熱機器の表面に密着・取り付け可能とした形状の冷却フィンが考えられている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【００１０】
【特許文献１】実開平５−２５９６６号公報
【特許文献２】特開平５−１１１２１１号公報
【特許文献３】特開２００４−１１２９４６号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【００１１】
しかし、特許文献２、３のような形状では、冷却性能に限界があり、さらなる改善を期待するにはより熱伝導率の高い材料に変更したり、鋳物やダイキャスト成型するなどコストアップに繋がる手法しかなかった。
【００１２】
本発明は、上記に鑑みてなされたものであって、低コストかつ簡単な構造で既存の冷却用のフィンを設けた場合よりも冷却効果が高いモータを得ることを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【００１３】
上述した課題を解決し、目的を達成するために、本発明は、出力軸を有するロータと、ロータを回転させるステータと、ステータと熱的に接続され、ロータ及びステータを収容するフレームと、を備え、熱を雰囲気中に放熱し放射状に配置される複数の放熱部を有するフィンを、間隔を空けてフレームの外周部に、出力軸の軸方向に沿って複数個設置したことを特徴とする。
【発明の効果】
【００１４】
本発明によれば、低コストかつ簡単な構造で高い冷却効果が得られるという効果を奏する。
【図面の簡単な説明】
【００１５】
【図１】図１は、本発明の実施の形態にかかるモータの正面図である。
【図２】図２は、実施の形態にかかるモータの側面図である。
【図３】図３は、実施の形態にかかるモータの斜視図である。
【図４】図４は、実施の形態にかかるモータでのフィンの放熱による熱の移動を模式的に示す図である。
【図５】図５は、従来のモータでのフィンの放熱による熱の移動を模式的に示す図である。
【図６】図６は、フィンの設置数を二つとし、間隔を変えた場合のフィンの表面に伝わる熱量を示す図である。
【図７】図７は、放熱部をずらしてフィンを二つ設置したモータの斜視図である。
【図８】図８は、フィンの構造の一例を示す図である。
【図９】図９は、フィンの構造の別の一例を示す図である。
【図１０】図１０は、フィンの構造の別の一例を示す図である。
【図１１】図１１は、フィンの構造の別の一例を示す図である。
【図１２】図１２は、Ｕ字形状の放熱部と取付部とを有する部品を複数個つなげてフィンとしてフレームに直接取り付けた状態を示す図である。
【発明を実施するための形態】
【００１６】
以下に、本発明にかかるモータの実施の形態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。
【００１７】
実施の形態．
図１は、本発明の実施の形態にかかるモータの正面図である。図２は、実施の形態にかかるモータの側面図である。図３は、実施の形態にかかるモータの斜視図である。なお、図２では、フレーム４の一部を切り欠いて示すことで内部のロータ２及びステータ３を図示しているが、実際にはロータ２及びステータ３はフレーム４に覆われているためフレーム４の外部からは視認できない。モータ８は、出力軸１、フレーム４、フィン５及びブラケット１０を備える。フレーム４及びブラケット１０で囲まれた空間の内部には熱源となるロータ２及びステータ３が収容されている。フィン５は、フレーム４へ固定される取付部５ａと、雰囲気（大気）に熱を伝達する放熱部５ｂとを備えている。フレーム４内のロータ２やステータ３から発せられた熱は、フレーム４を介して取付部５ａへと伝わり、放熱部５ｂから雰囲気へと伝達される。
【００１８】
フレーム４には隙間６を空けてフィン５が二つ設置されている。なお、フィン５は各々の間に隙間を設けてフレーム４に三つ以上設置してもよい。
【００１９】
各々の間に隙間６を空けてフィン５を複数設置することにより、隙間６の部分には、煙突効果によって気流が発生し、フィン５が冷却される。隙間６の部分は、鉛直平行に配置された平板で挟まれた状態に近似できるため、隙間６の幅が十分に大きければ、フィン５の各々に沿う境界層流れは互いに助長しあって対流速度を増し、フィン５を単独で設ける場合よりも熱伝達率が高くなる（温度境界層の増速効果）。なお、モータ８を大気中で使用する場合には、隙間６の幅が概ね２．５ｍｍ以上あれば、温度境界層の増速効果が得られ、モータ８の冷却性能が向上する。
【００２０】
本実施の形態にかかるモータ８と従来のモータ２８とで熱の移動について説明する。図４は、実施の形態にかかるモータ８でのフィン５の放熱による熱の移動を模式的に示す図である。図５は、従来のモータでのフィンの放熱による熱の移動を模式的に示す図である。本実施の形態においては、フィン５同士の間に隙間６が設けられているため、モータ８の下部で放熱部５ｂから熱を受け取った雰囲気は、図中に破線の矢印で示すように隙間６を通ってモータ８の上方へと移動し、図中に実線の矢印に示すようにモータの上方へ上昇する。これに対し、従来のモータ２８ではフィン２５はモータ軸方向に隙間がないため、モータ２８の下部でフィン２５から熱を受け取った雰囲気は逃げ場がなく、フレーム２４及び放熱部２５ｂで囲まれた部分（Ａ〜Ｆ部）に滞留する。したがって、本実施の形態のようにフィン５同士の間に隙間６を設けることにより、モータ８の周囲（フレーム４及び放熱部５ｂで囲まれた部分）に熱が籠もることが防止されるため、モータ８の冷却性能が高くなる。
【００２１】
図６は、フィン５の設置数を二つとし、間隔を変えた場合のフィン５の表面に伝わる熱量を示す図である。フィン５同士の隙間６がゼロの時を基準とした（隙間６がゼロの時の値を１とした）場合、フィン５同士の間に隙間６を空けることによりフィン５の表面に伝わる熱量は０．９３〜０．９７となっており、モータ８の冷却効率が向上することが確認できる。フィン５の設置数が３以上の場合にさらに高い効果が得られることは図６から類推できる。
【００２２】
フィン５は放熱部５ｂの位置をずらして設置することも可能である。図７は、放熱部５ｂをずらしてフィン５を二つ設置したモータの斜視図である。出力軸１の反対側に冷却用のファンを設け、外気を強制的にフィン５の側に導いて放熱を促進させるような場合、突起部分の位置をずらしてフィン５を設置すると、各々のフィン５の周囲には外気流の上流側のフィン５から熱が伝達されていない状態の外気が通過するため、放熱部５ｂの位置を揃えた場合よりもモータ８の冷却性能が向上する。放熱部５ｂのピッチの１／２ずらすことにより、放熱部５ｂの両脇をほぼ同量の外気が通過するため、モータ８の冷却効率が最も高くなる。
【００２３】
図８は、フィン５の構造の一例を示す図である。フィン５は、フレーム４の外周に出力軸１を中心として半径方向に放熱部５ｂが突出している形状であり、鋼板を折り曲げて形成されている。放熱部５ｂがＵ字状であるため、フィン５を拡径可能であり、取付部５ａの部分での径をフレーム４の外形寸法よりも若干小さく形成してもフレーム４に被せることができる。
【００２４】
図９は、フィン５の構造の別の一例を示す図である。図９に示すフィン５は、アルミニウムを押出成形することによって取付部５ａ及び放熱部５ｂが形成されており、つなぎ目が無い構造となっている。このようなつなぎ目の無い構造の場合には、加熱することにより拡径可能であるため、焼き嵌めすることにより接着剤を用いることなくフレーム４に対して強固に取り付けることが可能となる。
【００２５】
図１０は、フィン５の構造の別の一例を示す図である。図１０（ａ）に示すように、鉄などの薄板をＵ字形状に曲げて放熱部５ｂを成形し、それを連続的に加工して放熱部５ｂの合間に取付部５ａが形成されたＣ字形（優弧状）の大片５１を形成する。同様に劣弧状の小片５２を形成する。図１０（ｂ）に示すように、小片５２は、大片５１に係合する構造とし、フレーム４上で円形となるように形成する。
【００２６】
なお、ここでは大片５１と小片５２とを組み合わせてフィン５を構成する構造を例としたが、Ｃ字形の大片５１の両端部を重ね合わせて環状にできる構造とすることにより、大片５１のみでフレーム４の外周全体を覆うことも可能である。この場合は、大片５１の取付部５ａの部分の径をフレーム４の外径よりも若干大きくし、取付部５ａが途切れた部分を挟むように図１０（ｂ）に示したような係合形状を設ければ良い。このような構造とすることで、大片５１の端部を重ね合わせて係合させてフィン５をフレーム４に取り付けることが可能となる。
【００２７】
図１１は、フィン５の構造の別の一例を示す図である。Ｕ字形状の放熱部５３ｂと取付部５３ａとを有する形状の部品５３を複数作成し、部品５３同士を溶接するなどして取付部５３ａを円形につなげてフィン５とする。Ｕ字形状の放熱部５３ｂを有することにより、取付部５３ａをつなげた部分での径をフレーム４の寸法よりも若干小さくしても、拡径してフレーム４にはめ込むことができる。
【００２８】
図１２は、Ｕ字形状の放熱部５３ｂと取付部５３ａとを有する部品５３を複数個つなげてフィン５としてフレーム４に直接取り付けた状態を示す図である。フィン５は、フレーム４の全周を取り巻くように設置する必要はなく、放熱性能に応じた必要数のみ設置することも可能である。このような構造とすることにより、モータ８のサイズによらず、部品５３の使用個数を変えることで複数種類のモータ８に対応可能である。
【００２９】
本実施の形態にかかるモータ８は、低コストかつ簡単な構造で高い冷却効果が得られる。
【産業上の利用可能性】
【００３０】
以上のように、本発明にかかるモータは、低コストかつ簡単な構造で冷却性能に優れる点で有用である。
【符号の説明】
【００３１】
１  出力軸
４、２４  フレーム
５、２５  フィン
５ａ、５３ａ  取付部
５ｂ、２５ｂ、５３ｂ  放熱部
６  隙間
８、２８  モータ
５１  大片
５２  小片
５３  部品
【図１】
2013153555.tif 000003
【図２】
2013153555.tif 000004
【図３】
2013153555.tif 000005
【図４】
2013153555.tif 000006
【図５】
2013153555.tif 000007
【図６】
2013153555.tif 000008
【図７】
2013153555.tif 000009
【図８】
2013153555.tif 000010
【図９】
2013153555.tif 000011
【図１０】
2013153555.tif 000012
【図１１】
2013153555.tif 000013
【図１２】
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