回転電機

【課題】冷却性能が向上した回転電機の提供を達成する。
【解決手段】図１には円形状のステータ５と、ステータ５の外周側に溝を設けた溝部５ｂが示されている。溝部５ｂには、溝部５ｂにはめ込まれ、コイル３を収納するコイル収納部２と、コイル収納部１を設置する基台となるコイルベース４から構成されるコイル部が示されている。また、ステータ５の中心部に設けられた支持軸６と、支持軸６から軸受８を介して回転自在に取り付けられた回転体７と、回転体７の外周側に設けられ、コイル部１の両側に位置する永久磁石を取り付ける磁石取付部７ｂと、を有する回転電機が示されている。

【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、回転電機に関する。
【背景技術】
【０００２】
現在、回転電機は様々な回転を利用する機器に使用されている。車両を駆動するためのモータから、回転を直線運動に利用した小型モータなど広い分野で適用されている。それらの回転電機において、現在の主流は、誘導電動機である。安価で堅牢なため、広く普及している。一方、小型・高効率化を狙って、最近では永久磁石を利用したものが開発され、一部の製品で適用されている。更なる小型・軽量化を狙うには、回転電機の体積の半分以上を占める鉄心を削減することが必要になる。そこで、最近の開発では鉄心レスモータの開発も進められている。
【０００３】
図１６は、従来の実施形態に係る回転電機の断面図である。コイル３の装着されたコイル固定具が複数個で略円形を成し、略円形で構成されたコイルベース４に接着固定されている。コイルベース４は略円形の取付ベース１０１にコイルベース取付ボルト１００で固定されている。取付ベース１０１の中央部には円筒形の支持軸６が設けられ、その一部に軸受８を有している。軸受８を介して円形の回転体７が設けられ、その外周部付近にはコイル３とある一定のギャップをもって略円形に永久磁石９が回転体７に設けられている。このような構成により、回転体７が回転し、電気エネルギーを回転エネルギーに変換している。この構成は一例であり、鉄心レスモータには様々な形態がある。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００４】
【特許文献１】特開２００６−３２０１０９号公報
【特許文献２】特開２００４−３５０４２７号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
しかしながら、上述した従来の回転電機では、次のような解決すべき課題が存在する。コイルから発生する熱は主に熱伝導により取付ベースへと伝導し、取付ベースの表面から大気へと自然対流により放熱される。したがって、コイルから取付ベースへの熱抵抗を小さくすることが重要である。一方、従来のコイル取付ベースには絶縁性を持たせるために樹脂材料が使われる。樹脂材料は非常に熱抵抗が大きいため、コイルで発生した熱を効率よく熱伝導させることができない。また、コイルベースと取付ベースとの間はボルト固定など接着ではなく、締め付けることで固定されている。このような取付方法の場合、ボルト近傍ではある程度の接触があり、熱が伝導するが、ボルトから離れた箇所では、一見接触しているように見えていても、実際には空気層が存在し、熱抵抗が大きく、コイルの熱を取付ベースへ伝えにくい。
【０００６】
この発明は、上記の課題を解決させるためになされたもので、その目的は、コイルで発生した熱を効率よく冷却できる冷却構成を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
上記を解決するために、本発明の第１の実施形態の回転電機は、円形状のステータと、ステータの外周側に溝を設けた溝部と、溝部にはめ込まれ、コイルと前記コイルを収納するコイル収納部とコイル収納部を設置する基台となるコイルベースから構成されるコイル部と、ステータの中心部に設けられた支持軸と、支持軸から軸受けを介して回転自在に取り付けられた回転体と、回転体の外周側に設けられ、コイル部の両側に位置する永久磁石を取り付ける永久磁石取付部を有する。
【図面の簡単な説明】
【０００８】
【図１】本発明の第１の実施形態に基づく回転電機の断面図。
【図２】本発明の第１の実施形態に基づくコイル取付具の斜視図。
【図３】本発明の第１の実施形態に基づくコイル部の斜視図。
【図４】本発明の第１の実施形態に基づくステータの組立て説明図。
【図５】本発明の図１のステータのＡ矢視図。
【図６】本発明の第１の実施形態に基づく第１コイル部の斜視図。
【図７】本発明の第１の実施形態に基づく第２コイル部の斜視図。
【図８】本発明の第２の実施形態に基づく回転電機の第１断面図。
【図９】本発明の第２の実施形態に基づく回転電機の第２断面図
【図１０】本発明の第３の実施形態に基づく回転電機の断面図。
【図１１】本発明の第３の実施形態に基づく第３コイル部の斜視図。
【図１２】本発明の第３の実施形態に基づく第４コイル部の斜視図。
【図１３】本発明の第３の実施形態に基づくステータの変形例図。
【図１４】本発明の第３の実施形態に基づくコイル部の変形例図。
【図１５】本発明の第３の実施形態に基づく回転電機の変形例図。
【図１６】従来発明に基づく回転電機の断面図。
【発明を実施するための形態】
【０００９】
以下、本発明の実施形態を図面を参照して説明する。
【００１０】
（第１の実施形態）
本発明の第１の実施形態について図を参照して説明する。
【００１１】
（構成）
以下、本実施形態の構成について説明する。図１は、コイル部１、コイル取付具２、コイル３、コイルベース４、ステータ５、取付ベース５ａ、溝部５ｂ、支持軸６、回転体７、軸受け８、永久磁石９で構成される本実施形態の回転電機の全体図である。図２は、図１のコイル取付具２の拡大図である。図３は、図２のコイル取付具２にコイル３を巻きつけた拡大図である。図４は、図３のコイルを巻きつけたコイル取付具２をステータ５に取りつける取付方法の説明図である。図５は、図４の方法で図３のコイルを巻きつけたコイル取付具２を設置し、上から見た図である。
【００１２】
図２、３に示すように、コイル取付具２はコイル取付板２ａとコイル取付板２ｂの中央部間が別部材であるコイル取付連結部２ｃで連結されている形状を有し、コイルを収納するコイル収納部としての役割を果たしている。コイル取付連結部２ｃにはコイル３が巻かれる。コイル３が巻かれたコイル取付具２は、コイルベース４の上に設置され、接着剤等で固定されることでコイル部１が構成される。
【００１３】
図４に示すように、コイル部１は円形板のステータ５の一面である取付ベース５ａ側に設けられた円形状の溝部５ｂに、グリースを重鎮し、その上からコイルベース４をは挿入、固定されることで設置される。図５に示すように、ステータ５の溝部５ｂに複数のコイル部１が埋め込まれ、円形を形成している。図１で示すように、このようなステータ５の中心部に支持軸６が固定されており、その支持軸６から軸受８を介して回転自在に支持されているのが、円形状の回転体７である。回転体７の外周部かつステータ５側の面には、ステータ５に取り付けられたコイル部１を挟むように永久磁石をとり付ける磁石取付部７ａ及び磁石取付部７ｂを有している。
【００１４】
（作用）
以下、本実施形態の作用について説明する。コイル３に電流を流すとコイル３周辺に磁界が発生する。また回転体７側の永久磁石でも磁界が発生している。コイル側の磁界と回転体７側の磁界によって回転磁界が生じる。その回転磁界によって回転体７は回転を開始する。コイル３には電流を流すため熱が発生する。コイル１で発生したコイル熱は、コイル取付具２を介して、コイルベース４へ熱伝導する。その後、コイル熱はコイルベース８とステータ５の溝部５ｂが接触している３つの面の接触部を通過し、ステータ５へ伝導し、ステータ５から大気への自然対流により放熱される。また、コイル熱がステータ５から他部材内を拡散し、他部材からの自然対流により放熱される。このようにしてコイル１で発生した熱が放熱される。
【００１５】
（効果）
上記の作用のように、取付ベース７とコイルベース８が多くの接触面を有することで熱伝導率が向上し、コイル１の温度上昇を抑制することが可能となる。そのため、回転電機の冷却性能が向上する。冷却性能を向上させることで、より高い電流をコイル１に流すことができ、回転電機の出力も増加する。
また、コイルベース４を溝部５ｂに挿入し軸方向長さを減らすことがで、小型化が可能となる。
【００１６】
さらに、取付ベース７とコイルベース８間にグリースなどの熱伝導性の高い材料を充填することにより、上記効果をいっそう増すことが可能となる。
【００１７】
また、従来ではステータ５の取付ベース５ａにコイル部１を固定するためには、事前に複数のコイル部１を円形の枠にはめ込み、その形状を固定し、取り外してから再度取付ベースに取り付ける、という作業工程が必要であった。本実施形態では、ステータ５の溝部５ｂにコイル部１を直接取り付け、固定する可能であるため、コイル部１を固定するための固定枠や、コイルを固定枠の形状を維持させるための絶縁剤等を使用する必要がなくなる。そのため、製造方法が簡易化し、さらに、絶縁材の使用がなくなることで、ステータ５とコイル部１間の熱抵抗を小さくすることができる。
【００１８】
またコイル取付具２の変形例として、図６にＬ字形のコイル取付具１０、図７にＴ字形のコイル取付具１１を示す。図６のコイル取付具１０は、図２で示したコイルベース４がコイル取付具２と一体化し、コイルベース４とコイル取付具２の端部に接続する板を設け、コイル取付連結部２ｃを取り除いた形状を有し、コイル３を収納するコイル収納部としての役割を果たしている。このように構成することで、コイル３を単体で円形状に巻き、そのコイル３をコイル取付具１０にはめ込むことでコイル部１ａを構成することが可能である。また、図７のコイル取付具１１は、図２で示したコイル取付板２ａ及びコイル取付連結部２ｃで構成されている。このように構成することで、コイル３を単体で円形状に巻き、そのコイル３をコイル取付具１１にはめ込むことでコイル取付具１１を構成することが可能である。また、コイル３を収納するコイル収納部としての役割を果たしている。そのため、コイル取付具１０および１１では、コイル３をコイル取付連結部２ｃに巻き上げる必要がないため、作業工程が容易になる。
【００１９】
（第２の実施形態）
本発明に基づく第２の実施形態について図を参照し、詳細に説明する。図８は、本発明の第２の実施形態に基づく回転電機の第１断面図である。図９は、本発明にの第２の実施形態に基づく回転電機の第２断面図である。尚、図１乃至７と同一の構成をとるものについては、同符号を付して説明を省略する。
【００２０】
本実施形態は、第１の実施形態とは異なり、ステータ５の溝部５ｂが圧着部１２及び圧着部１３を有している。その点について詳細に説明する。
【００２１】
図８に示すように、溝部５ｂに圧着部２０施される。圧着部２０は、溝部５ｂに設置する前に、円形状を形成したコイル部１を温め、コイル部１の金属が拡張した状態で溝部５ｂに設置する。設置後、コイル部１を冷やし、コイル部１の金属が収縮させることで、コイル部１内周側と溝部５ｂが接する面の接触圧力が非常に高くなる。接触圧力が高い面である圧着部２０は熱伝統率も高くなり、コイル部１に発生した熱を効率良く冷却することが可能である。
【００２２】
また、コイル部１をステータ５に設置する際に、図９に示すようなコイル部１の内周側の側面に傾斜を設け、溝部５ｂの内周側の側面に、コイル部１の内周側に設けた傾斜と対応する傾斜を設けることで、コイル部１とステータ５の接続部である圧着部１３に対して焼きばめを実施することにより、より高い接触圧力がかかるようになる。熱伝導率が高まるため、コイル部１で発生した熱をより効率的放熱することが可能である。
【００２３】
（第３の実施形態）
本発明に基づく第３の実施形態について図を参照し、詳細に説明する。図１０は、本発明の第３の実施形態に基づく回転電機の断面図である。図１１は、本発明の第３の実施形態に基づく第１コイル部の斜視図である。図１２は、本発明の第３の実施形態に基づく第２コイル部の斜視図である。尚、図１乃至９と同一の構成をとるものについては、同符号を付して説明を省略する。
【００２４】
本実施形態は、第１の実施形態とはコイル部１のコイルベース４が削除された形状が異なっている。その点について詳細に説明する。
【００２５】
（構成）
コイル部３０はコイル取付具２にコイル３を巻きつけて構成されている。図１０に示すように、コイル部３０はグリース等を重鎮した溝部５ｂに設置される。
【００２６】
（作用）
以下、本実施形態の作用について説明する。回転磁界を発生させるため、コイル３に電流を流す。コイル３に電流を流すとコイル３から熱が発生する。コイル３で発生したコイル熱は、コイル１からステータ５へと伝導する。その後、コイル熱は、ステータ５から他部材へと熱伝導を繰り返し、大気へと放熱するか、ステータ５から大気へと放熱する。このような自然対流によりコイル１で発生した熱は放熱される。
【００２７】
（効果）
上記のようにコイル部３０と溝部５ｂを接触させることで、熱伝伝導率を向上させる。
【００２８】
熱伝導率が向上することで、回転電機の冷却性能が向上する。
【００２９】
また図１１と図１２はコイル部３０の変形例である。図１１に示すコイル部３０のコイル取付具３１はコの字の形状を有し、コイル３を収納するコイル収納部としての役割を果たしている。また図１２に示すコイル部３０のコイル取付具３２は４面で囲まれ、中空を有する煙突形の形状を有し、コイル３を収納するコイル収納部としての役割を果たしている。
【００３０】
このように構成することで、コイル３を単体で円形状に巻き、そのコイル３をコイル取付具１０にはめ込むことでコイル部１ａを構成することが可能である。そのため、作業工程が容易になる。
【００３１】
また図１３は、コイル取付具２がステータ５と一体化したステータ一体型コイル取付部３３の構成を示している。このような構成にすることでコイル部１を溝部５ｂに挿入、固定する必要がなく、単体で巻かれたコイル３を一体化したコイル取付具２内に設置する。そのため作業工程が簡易化される。
【００３２】
また、図１４は、巻かれたコイル３の間に絶縁材料のコイル取付具３４を配置し、取付ベース５ａ上に設置する構成を示している。このような構成にすることで、取付ベース５ａ上にコイル３及びコイル取付具３４から成るコイル部３０ｄを設置することが容易になる。
【００３３】
また、図１５は、回転体７の外側の面に複数の放熱フィン３５を取り付けた構成を示している。このような構成にすることで、回転電機内でコイル熱を含み温まった空気が外部への放熱されるのを促進する。そのため回転電機全体の冷却性能が向上する。
【符号の説明】
【００３４】
１コイル部
１ａコイル部
１ｂコイル部
２コイル取付具
３コイル
４コイルベース
５ステータ
５ａ溝部
６支持軸
７回転体
７ａ磁石取付部
７ｂ磁石取付部
８軸受
９永久磁石
１０コイル取付具
１１コイル取付具
２０圧着部
２１圧着部
３０コイル部
３０ａコイル部
３０ｂコイル部
３１コイル取付具
３２コイル取付具
３３ステータ一体型コイル取付部
３４コイル取付具
３５放熱フィン

【特許請求の範囲】
【請求項１】
円形状のステータと、
前記ステータの外周側に溝を設けた溝部と、
前記溝部にはめ込まれ、コイルと前記コイルを収納するコイル収納部と前記コイル収納部を設置する基台となるコイルベースから構成されるコイル部と、
前記ステータの中心部に設けられた支持軸と、
前記支持軸から軸受けを介して回転自在に取り付けられた回転体と、
前記回転体の外周側に設けられ、前記コイル部の両側に位置する永久磁石を取り付ける磁石取付部と、
を有する回転電機。
【請求項２】
前記コイル収納部は、直方体の筒が中空間を有しており、前記中空間にコイルを挿入できる請求項１記載の回転電機。
【請求項３】
前記コイル収納部は、直方体の筒の形状を有しており、前記直方体の一面が切り欠いた中空間にコイルを挿入することができる請求項１記載の回転電機。
【請求項４】
前記コイル収納部は、直方体の形状を有しており、前記直方体の接する二つの面を切り欠いた中空間にコイルを挿入することができる請求項１記載の回転電機。
【請求項５】
前記コイル収納部は、直方体の広い面の中央に突起部が設けられ、前記突起部はコイルが巻かれることを特徴とする請求項１記載の回転電機。
【請求項６】
前記コイル収納部は、コイルと前記コイルを巻きつけるコイル取付具と前記コイルを設置するコイルベースから構成される請求項１記載の回転電機。
【請求項７】
前記コイル収納部は、コイルと前記コイルを巻きつけるコイル取付具から構成される請求項１記載の回転電機。
【請求項８】
前記コイル収納部は、前記コイル収納部の内周側が傾斜しており、溝部の内周側が前記傾斜を持ったコイルベースと同等の傾斜を有している請求項１から５のいずれか１項に記載の回転電機。

【図１】