(57)【要約】      （修正有）【課題】小型・軽量・高トルク化の検討の際に問題となる巻線の発熱を、従来の通風冷却に加え、伝熱によりモータ外へ速やかに放熱するモータを提供する。【解決手段】シャフト１に支持された囲繞して回転する回転子１００と、回転子１００に対して径方向内側に配置した固定子２００とを備えたアウターロータ型モータ。回転子１００は軸方向に開口部６ｈが形成される。固定子２００は巻線８が巻挿された固定子鉄心７と、当該固定子鉄心７を固定する固定子固定リング９を有する。固定子固定リング９は周方向全周にわたって固定子鉄心が接触する中空筒状部分９ａと、筒状部分より径方向に大きい第一放熱板９ｂとが形成される。第一放熱板９ｂには筒内空間２０に繋がる開口９ｈが形成される。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
シャフトに支持された囲繞して回転する回転子と、
前記回転子に対して径方向内側に配置した固定子と、を備えたアウターロータ型モータであって、
前記固定子は、巻線が巻挿された固定子鉄心と、当該固定子鉄心を固定する固定子固定リングを有し、
前記固定子固定リングは、前記固定子鉄心を径方向外周に保持する筒状放熱部と、前記筒状放熱部の軸方向一端に接続され当該筒状放熱部から径方向に延びる第一放熱板と、前記中空筒状部分の軸方向他端に接続される第二放熱板と、が周方向全周にわたって形成され、
前記第一放熱板および前記第二放熱板には、前記筒状放熱部の内周に面する筒内空間へと繋がる開口が形成されることを特徴とするモータ。
【請求項２】
請求項１に記載のモータにおいて、
前記固定子固定リングの第一放熱板の外径（ＯＤＲＤ）が、モータ最外径（ＯＤ）よりも小さいことを特徴とするモータ。
【請求項３】
請求項１または２のいずれかに記載のモータにおいて、
前記第二放熱板の外径（ＯＤＲＨ）が回転軸から固定子の巻線外周までの長さ（ＲＣ）よりも大きいことを特徴とするモータ。
【請求項４】
請求項１または２のいずれかに記載のモータにおいて、
前記第二放熱板の内径（ＩＤＲＨ）が固定子固定リングの筒状部内径（ＩＤＲＳ）よりも小さいことを特徴とするモータ。
【請求項５】
請求項１ないし４のいずれかに記載のモータにおいて、
前記回転子は、前記第二放熱板に空冷冷媒を送風するファン部を有することを特徴とするモータ。
【請求項６】
請求項１ないし５のいずれかに記載のモータにおいて、
前記固定子固定リングは、前記固定子鉄心よりも熱伝導率の大きな材料で構成されることを特徴とするモータ。
【請求項７】
請求項１ないし６のいずれかに記載のモータにおいて、
前記第二放熱板は、前記固定子鉄心よりも熱伝導率の大きな材料で構成されることを特徴とするモータ。
【請求項８】
請求項１ないし７のいずれかに記載のモータにおいて、
前記固定子固定リングは、前記固定子鉄心よりも密度の小さな材料で構成されることを特徴とするモータ。
【請求項９】
請求項１ないし８のいずれかに記載のモータにおいて、
前記第二放熱板は、表面が凹凸構造となっていることを特徴とするモータ。
【請求項１０】
請求項１ないし９のいずれかに記載のモータにおいて、
前記固定子固定リングは、内周表面が凹凸構造になっていることを特徴とするモータ。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、自動車補機やロボットなどの移動体用や家電・産業用に用いられるアウターロータ型磁石モータに関するものである。
【背景技術】
【０００２】
モータに対する小型・軽量・高トルク化の市場要求は大きい。特に自動車やロボットなどの移動体に採用されるモータは搭載スペースが限られていること、さらにシステム重量が燃費・電費に直結するため、その要求レベルは高い。また家電製品においては製品重量が商品価値のひとつとなるため、高付加価値製品には小型・軽量なモータが求められる。
【０００３】
小型モータにおいて、高トルク化を検討すると電流密度の増加に繋がり、銅損が増加し発熱量が増加する。さらに小型化により放熱面積は減少しているため熱エネルギー密度は増加し、モータ温度が上昇する。モータの温度上昇は巻線抵抗の増加による損失増加、磁石の減磁による出力低下、さらにワニスをはじめとする樹脂材料の劣化の問題など、信頼性を著しく低下させる。
【０００４】
アウターロータに関するモータの発熱対策として、例えば特許文献１や特許文献２のように、モータのケースに穴をあけ、コイル巻線部を空冷により冷却する方法が知られている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００５】
【特許文献１】特開２０００−２７０５２７号文献
【特許文献２】特開２０１４−１８０１６４号文献
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
上記の従来技術を適用したモータの問題点を説明し、本発明が解決しようとする課題について述べる。
【０００７】
先ず、モータのケースに穴をあけ空冷するには、熱引きの媒体となる空気を滞りなくモータ機内を通風させ熱だまりを作らない工夫が必要となる。場合によっては通風を確保するためにファンを配置する場合もあるが、ファンの重量と体積がプラスされるためモータの小型・軽量化に反した設計となる。
【０００８】
またモータの小型に伴い、巻線のコイルエンド部も小さくなるように巻挿してあり、小面積のコイルエンド部に空気をあてても放熱効果は限界がある。さらに、巻線のコイルエンド部は冷却出来ても、固定子鉄心のスロットに巻挿された巻線部分は通風できずに熱が籠り、十分冷却できない問題があった。
【課題を解決するための手段】
【０００９】
上記の課題を解決するために、本発明では、従来の巻線部への空冷に加え、巻線部の発熱を伝熱により効率よくモータ外へ放出する構造を見出した。本発明は、中空アウターロータ構造とすることで十分な通風経路と放熱面積を確保する。さらに巻線部の発熱を空気よりも熱伝導率の大きな固定子鉄心（鉄）に伝熱し、さらに固定子鉄心よりも熱伝導が大きく密度の小さいアルミニウム製の固定子固定リングに伝熱し、巻線部の蓄熱を防ぐ。さらに固定子固定リングには固定面に接触する第一放熱板と空冷される放熱板を配置し、効率よく冷却を行う。
【発明の効果】
【００１０】
本発明によれば、巻線部の発熱を効率良く冷却でき、小型・軽量・高トルクを同時に達成できるモータを提供できる。
【図面の簡単な説明】
【００１１】
【図１】本発明の実施例１におけるアウターロータ型モータの軸方向１／２断面図
【図２】本発明の実施例１におけるアウターロータ型モータの斜視図
【図３】本発明の実施例１における固定子の組立図
【図４】本発明の実施例１における回転子底部の斜視図
【図５】本発明の実施例１におけるアウターロータ型モータの放熱経路図
【図６】本発明の実施例２におけるアウターロータ型モータの軸方向１／２断面図
【図７】本発明の実施例３におけるアウターロータ型モータの軸方向１／２断面図
【発明を実施するための形態】
【００１２】
以下、図面を用いて本発明のアウターロータ型モータについて説明する。本説明では図１から図７において上側を「上側」、下側を「下側」と呼ぶ。なお、上下方向は実際の機器に組み込まれた時の位置関係や方向を示すものではない。また、中心軸に平行な方向を「軸方向」、軸方向に垂直な方向を「径方向」と呼ぶ。
【００１３】
（実施例１）
図１は、本発明の実施例１の軸方向断面図、図２は外観図である。シャフト１にベアリング２に支持され囲繞して回転する回転子１００と、径方向内側に配置した固定子２００を備えた中空形状のアウターロータ型モータ３００である。回転子１００は、磁石３、バックヨーク４、側面部５、底部６からなる。固定子２００は、固定子鉄心７に巻線８が巻挿してある。固定子鉄心７の内径側には、アルミニウム製の固定子固定リング９が挿入されている。固定子固定リング９は、固定子鉄心７と周方向全周にわたって接触する円筒部９ａと、その上面に配置される第一放熱板９ｂと、軸方向反対側（下面）に配置されるアルミニウム製第二放熱板９ｃと、を備えている。アウターロータ型モータ３００は、固定子鉄心７の第一放熱板９ｂを介して、固定面１０に固定している。
【００１４】
また固定子１００は、底部６に開口部６ｈが形成される。固定子固定リング９は、第一放熱板９ｂに開口部９ｈが形成されており、モータ機内の中空部２０と外気が連通している。開口部を形成することでモータの軽量化と、中空部２０の通風を確保している。さらに、中空部２０が外気と連通しているため、モータ機内で中空部２０に面する部材が放熱面として活用でき、放熱面積を増やしている。
【００１５】
図３は、固定子２００の分解斜視図である。固定子固定リング９の第一放熱板９ｂは、筒状円筒部９ａの径よりも外径が大きく形成される。第一放熱板９ｂは、固定子鉄心７の上面を覆い、接触面積を増加させることで、固定子鉄心７の熱を固定子固定リング９へ熱伝達し易い構造としている。同様に、第二放熱板９ｃの外径も筒状円筒部９ａよりも外径を大きくしている。このように、第二放熱板９ｃも、固定子鉄心７の反対側を覆い、接触面積を増加し固定子鉄心７の熱を固定子固定リング９へ熱伝達し易い構造としている。つまりドーナツ状の固定子鉄心７はその４面（外周、内周、上面、底面）のうち３面（内周、上面、下面）がアルミニウム製の部材（固定子固定リング９）と接触している。
【００１６】
さらに底部６は、図４に示すように羽形状をしている。底部６は、回転により送風可能な構造となっており、空冷用のファンを外付する必要がなく、小型・軽量化に繋がっている。
【００１７】
ここで、本発明が巻線の冷却を効率的に行える仕組み説明する。理科年表にて熱伝導率［Ｗ／（ｍ・Ｋ）］を比較すると、空気が０．０２４１、銅が３９８、鉄が８４、アルミニウムが２３６となっている。熱伝導率は数字が大きいほど熱を伝えやすく、冷えやすいことを示す。注目すべきは空気の熱伝導率が金属材料に比べ、熱伝導率が１／１０００以下しかないことと、鉄の熱伝導率は銅やアルミニウムなど金属材料の中で小さいことである。
【００１８】
巻線８は、空気と固定子鉄心７に接触している。ここで、巻線８の熱を小面積のコイルエンド部より空冷により直接冷却するより、巻線８に接触している固定子鉄心７に伝熱する方が熱引きは良いことがわかる。さらに。鉄製の固定子鉄心７より熱伝導率が大きい金属を媒体とした方が熱引きは良いことがわかる。そこで、アルミニウム製の固定子固定リング９を固定子鉄心７に内挿し放熱性を改善している。本実施例では、アルミニウムを用いているがアルミニウムに限定されるものではなく、熱伝達率が鉄より大きな材料であれば良い。さらに好ましくは密度が鉄より小さい材料が良い。アルミニウムの密度は鉄の１／３しかないことから、軽量化にもつながる。
【００１９】
図５に、本発明の実施例１における放熱経路で示す。構成材料の番号は図１と同一のため省略している。白矢印は熱の流れ、黒矢印は通風を示す。巻線８の銅損による発熱は従来の通風冷却による空気への伝熱に加え、固定子鉄心７から固定子固定リング９に伝熱される。固定子固定リング９に伝わった熱は、３経路に分かれて放熱する。１つは上面の第一放熱板９ｂより固定面１０に放熱する。１つは中空筒状部９ａよりモータ中空部２０の通風により放熱する。さらにもう１つは下面に設置した第二放熱板９ｃより放熱する。これにより従来よりも冷却効果の大きなモータを提供できる。
【００２０】
（実施例２）
実施例２について図６を用いて説明する。基本構成は実施例１と同一であるが、本実施例では、第二放熱板９ｃの外径（ＯＤＲＨ）が回転軸から巻線８の外周までの長さ（ＲＣ）よりも大きくなっている。このような構成とすることで、巻線８のコイルエンド部を開放部６ｈより侵入する飛来物より保護することが出来る。
【００２１】
また、空気放熱板９ｃの内径（ＩＤＲＨ）が固定子固定リング９の筒状部９ａの内径（ＩＤＲＳ）よりも小さく設計されている。この理由であるが、通風を考えれば中空部に障害物は無い方が良いが、シャフト１方向に張り出することで、冷却面積を増加させ、空気放熱板９ｃの効果を大きくするためである。
【００２２】
さらに、固定子固定リング９の第一放熱板９ａの外径（ＯＤＲＤ）を回転軸から巻線８の外周までの長さ（ＲＣ）よりも大きくすることで、固定板１０との接触面積を拡大し、放熱効率を大きくしている。ただし、その大きさはモータ最外径（ＯＤ）以下としている。
【００２３】
（実施例３）
次に本発明の実施例３について図７を用いて説明する。基本構成は実施例１と同一であるが、本実施例では、第二放熱板９ｃの表面を凹凸構造としている。このような構成とすることで、放熱面積を増大し、冷却効果を増大させることができる。さらに固定子固定リング９の中空部側の表面を凹凸構造にし、冷却効果を改善している。凹凸構造としては、通風方向を考慮したフィン構造などが含まれる。
【符号の説明】
【００２４】
１      シャフト
２      ベアリング
３      磁石
４      バックヨーク
５      側面部
６      底部
６ｈ    開口部
７      固定子鉄心
８      巻線
９      固定子固定リング
９ａ    中空筒状部
９ｂ    第一放熱板
９ｃ    第二放熱板
９ｈ    開口部
１０    固定面
２０    中空部
１００  回転子
２００  固定子
３００  アウターロータ型モータ
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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