JP2004242423A - スロットレス永久磁石モータ - Google Patents

Abstract

【課題】空心巻線の温度上昇を低減するスロットレス永久磁石モータを提供する。
【解決手段】ステータヨーク１１ｂ、ブラケット１６ａ，１７、空心巻線１２ｂを有するステータ１０と、永久磁石３を有するロータ１から構成したスロットレス永久磁石モータにおいて、ブラケット１６ｂにリング状の凹部を設け、リング状の凹部に、空心巻線１２ｂとステータヨーク１１ｂの端部を挿入させる。
また、ブラケット１６ｂに設けたリング状の凹部と、空心巻線１２ｂおよびステータヨーク１１ｂの端部の間に、有機材料、もしくは無機材料、もしくは有機材料と無機材料の複合材料を介在させる。
【選択図】 図１

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、例えば工作機械や半導体製造装置などのＦＡ分野で、特に速度リプルを嫌う駆動軸に用いられるサーボモータおよびダイレクトドライブモータに関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
速度リプルを嫌う駆動軸には、その発生原因となるコギングトルクが極めて小さいスロットレス永久磁石モータが適用されている。例えば、このようなスロットレス永久磁石モータとして、特許文献１に開示されたものや、特許文献２あるいは特許文献３に開示された巻線製造法によって構成されたものがある。図５は従来技術におけるスロットレス永久磁石モータの側断面図であり、図６は図５におけるＡ部拡大図である。
図において、１はロータ、２はロータヨーク、３は永久磁石、４はシャフト、５は負荷側軸受、６は反負荷側軸受、１０はステータ、１１ａはステータヨーク、１２ａは空心巻線、１３は絶縁紙、１４はモールド樹脂、１５はフレーム、１６ａは負荷側ブラケット、１７は反負荷側ブラケットである。
前記ロータ１は、ロータヨーク２、ロータヨーク２表面に貼り付けた複数の磁極を有する永久磁石３、シャフト４から構成されている。なお、ロータ１は、シャフト４に取り付けられた負荷側軸受５と反負荷側軸受６によって、ステータ１０に対し回転自在に支持されている。
一方、前記ステータ１０は、中空円筒状のステータヨーク１１ａ、ステータヨーク１１ａの内周に配置された空心巻線１２ａ、ステータヨーク１１ａと空心巻線１２ａ間および空心巻線１２ａの内周に挿入した絶縁紙１３、空心巻線１２ａと絶縁紙１３とステータヨーク１１ａを一体に固着したモールド樹脂１４、ステータヨーク１１ａの外周を覆うフレーム１５、負荷側軸受５と反負荷側軸受６を保持する負荷側ブラケット１６ａと反負荷側ブラケット１７から構成されている。ここで材料として、ステータヨーク１１ａには交番磁界による鉄損を低減する積層珪素鋼板、絶縁紙１３には絶縁性の高いポリアミド系絶縁紙、モールド樹脂１４には同じく絶縁性の高いエポキシ系樹脂、フレーム１５には熱伝導率の高いアルミ、負荷側および反負荷側ブラケット１６ａ、１７には軽量かつ高強度の金属のアルミが使われる。
また、ステータ１０の反負荷側には図示しない回転角度センサ、例えば高分解能の光学式エンコーダが取り付けられている。
このようなスロットレス永久磁石モータは、ロータ１の磁極に応じた電流を空心巻線１２ａに流すことによりロータ１とステータ１０間のギャップ部に回転磁界を生じさせ、この回転磁界とロータ１の磁極が作る磁界との吸引、反発作用によってロータ１にトルクを生じさせている。さらには、スロットレス構造であるため、ステータヨーク１１ａと永久磁石３間のパーミアンス変化にともなうコギングトルクが発生せず、速度リプルの小さいことを特長としている。
また、空心巻線１２ａには、電流が流れることによって銅損が発生する。この空心巻線１２ａに発生する銅損、つまり熱は、主にステータヨーク１１ａ、フレーム１５をとおり放熱される。従って、空心巻線１２ａからフレーム１５間の熱抵抗によって空心巻線１２ａの温度上昇が決まる。
【０００３】
【特許文献１】
特開昭５８−５８８４５号公報
【特許文献２】
特開昭６０−２１６７４６号公報
【特許文献３】
特開昭６２−２４４２５１号公報
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】
ところが従来技術におけるスロットレス永久磁石モータには、空心巻線１２ａに発生する銅損によって以下のような問題が発生するおそれがある。
（１）空心巻線１２ａの温度上昇が大きくなり、空心巻線１２ａが焼損する。
（２）空心巻線１２ａの温度上昇が大きくなるため、空心巻線１２ａとギャップを介して配置されている永久磁石３が温度上昇し熱減磁する。
（３）空心巻線１２ａの温度上昇が大きくなるため、反負荷側の光学式エンコーダも温度上昇し、その信号処理回路である集積回路部品の誤動作や熱破損が発生する。
本発明は、このような問題を解決するためになされたもので、空心巻線の温度上昇を低減するスロットレス永久磁石モータを提供することを目的とするものである。
【０００５】
【課題を解決するための手段】
上記問題を解決するため、請求項１に記載の第１の発明は、ステータヨーク、ブラケット、空心巻線を有するステータと、永久磁石を有するロータから構成したスロットレス永久磁石モータにおいて、前記ブラケットにリング状の凹部を設け、前記リング状の凹部に、前記空心巻線と前記ステータヨークの端部を挿入させるようにしたものである。
これにより、空心巻線に発生した熱をブラケットに逃がすことができるため、空心巻線の温度上昇を低減することができる。
また、請求項２に記載の第２の発明は、前記ブラケットに設けたリング状の凹部と、前記空心巻線および前記ステータヨークの端部の間に、有機材料、もしくは無機材料、もしくは有機材料と無機材料の複合材料を介在させるようにしたものである。
これにより、ブラケットの凹部と空心巻線およびステータヨークの端部にできた微小空気層を、例えば、熱伝導性の高いグリースで埋めることによって、第１の発明よりも空心巻線に発生した熱をブラケットに逃がすことができる。また、熱伝導性の高い接着剤で埋めることにより、同じく第１の発明よりも空心巻線に発生した熱をブラケットに逃がすことができる。さらには、凹部を設けることによって強度劣化したブラケットを、良熱伝導性接着剤にてステータヨークおよび空心巻線と一体固着し、ステータ全体の強度を確保することができる。
【０００６】
【発明の実施の形態】
以下、本発明の実施例を図に基づいて説明する。
図１は本発明の第１の実施例を示すスロットレス永久磁石モータの側断面図であり、図２は図１のＡ部拡大図である。以下、本発明の構成要素が従来技術と同じものについては同一符号を付してその説明を省略し、異なる点のみ説明する。図において、１１ｂは本発明によるステータヨーク、１２ｂは空心巻線、１６ｂは負荷側ブラケットである。
本発明が従来技術と基本的に異なる点は、負荷側ブラケット１６ｂにリング状の凹部を設け、ステータヨーク１１ｂと空心巻線１２ｂの負荷側端部を挿入していることである。
前記ステータヨーク１１ｂと空心巻線１２ｂは従来技術のものに比べ、凹部に挿入している分だけ長く作られている。このとき、負荷側ブラケット１６ｂとステータヨーク１１ｂおよび空心巻線１２ｂの間には、空心巻線１２ｂが負荷側ブラケット１６ｂと接触し絶縁劣化しないように、微小空気層が設けられている。
このような構成にすることにより、空心巻線１２ｂから負荷側ブラケット１６ｂまでの熱抵抗を極めて低減することができる。空心巻線１２ｂに発生した熱は、ステータヨーク１１ｂからフレーム１５に流れ、さらにはブラケット１６ｂにも流れる。従って、空心巻線１２ｂに発生した熱を分散でき、空心巻線１２ｂの温度上昇を大幅に低減することができる。
また、負荷側ブラケット１６ｂの凹部の外周面はステータヨーク１１ｂが接触するように削られている。負荷側ブラケット１６ｂの凹部にステータヨーク１１ｂと一体になった空心巻線１２ｂを挿入するだけで、空心巻線１２ｂを正確に位置決めすることが可能となっている。
【０００７】
次に第２の実施例について説明する。
図３は、本発明の第２の実施例を適用した図１のＡ部拡大図である。第１の実施例と異なる点は、負荷側ブラケット１６ｂとステータヨーク１１ｂおよび空心巻線１２ｂの間に設けた微小空気層に、良熱伝導性グリース１８を介在させたことである。
良熱伝導性グリース１８は、例えば、シリコーンオイル基油にシリカ微粉末などを配合したグリース状のいわゆるシリコーンオイルコンパウンドを用いる。一般に、シリコーンオイルコンパウンドは絶縁性にも優れるので、空心巻線１２ｂの絶縁性は保たれる。ここで、空気とシリコーンオイルコンパウンドの熱伝導率を比較すると、空気が０．０２５Ｗ／（ｍ・℃）であるのに対し、シリコーンオイルコンパウンドは約４０倍の０．９２Ｗ／（ｍ・℃）である。
微小空気層に良熱伝導性グリースを介在させることにより、空心巻線１２ｂから負荷側ブラケット１６ｂまでの熱抵抗をさらに低減することができる。その結果、空心巻線１２ｂの温度上昇を第１の実施例よりも低減することができる。
【０００８】
次に第３の実施例について説明する。
図４は、本発明の第３の実施例を適用した図１のＡ部拡大図である。第１および第２の実施例と異なる点は、負荷側ブラケット１６ｂとステータヨーク１１ｂおよび空心巻線１２ｂ間の微小空気層もしくは良熱伝導性グリースの代わりに、良熱伝導性接着剤１９を介在させたことである。
良熱伝導性接着剤１９は、例えば、アルミナを充填したエポキシ系接着剤を用いる。一般に、アルミナ充填のエポキシ系接着剤は絶縁性にも優れるので、空心巻線１２ｂの絶縁性は保たれる。
ここで、アルミナ充填のエポキシ系接着剤と空気との熱伝導率を比較すると、空気が０．０２５Ｗ／（ｍ・℃）であるのに対し、アルミナ充填のエポキシ系接着剤は約５０倍の１．１５Ｗ／（ｍ・℃）である。
微小空気層にこのような良熱伝導性接着剤１９を介在させることにより、空心巻線１２ｂから負荷側ブラケット１６ｂまでの熱抵抗を低減することができる。
その結果、空心巻線１２ｂの温度上昇を第１の実施例よりも低減することができる。さらには、凹部を設けることによって強度劣化した負荷側ブラケット１６ｂを、良熱伝導性接着剤１９にてステータヨーク１１ｂおよび空心巻線１２ｂと一体固着することにより、ステータ全体の強度を確保することができる。
【０００９】
【発明の効果】
以上述べたように、本発明によれば、次のような効果がある。
（１）請求項１に記載の第１の実施例によれば、負荷側ブラケットに設けたリング状の凹部に空心巻線とステータヨークの負荷側端部を挿入することにより、空心巻線に発生した熱を分散することができ、空心巻線の温度上昇を低減することができる。その結果、従来問題となっていた空心巻線の焼損、永久磁石の温度上昇による熱減磁、光学式エンコーダの温度上昇による集積回路部品の誤動作や熱破損を回避することができる。また、負荷側ブラケットの凹部にステータヨークと一体になった空心巻線を挿入するだけで、空心巻線を正確に位置決めすることができる。
（２）請求項２に記載の第２の実施例によれば、負荷側ブラケットの凹部と空心巻線およびステータヨーク間の微小空気層に良熱伝導性グリースを介在させることにより、空心巻線と負荷側ブラケット間の熱抵抗をさらに低減することができ、請求項１よりも空心巻線の温度上昇を低減することができる。
（３）同じく請求項２に記載の第３の実施例によれば、負荷側ブラケットの凹部と空心巻線およびステータヨーク間の微小空気層に良熱伝導性接着剤を介在させることにより、空心巻線と負荷側ブラケット間の熱抵抗をさらに低減することができ、第１の実施例よりも空心巻線の温度上昇を低減することができる。さらには、凹部を設けることによって強度劣化した負荷側ブラケットを、良熱伝導性接着剤にてステータヨークおよび空心巻線と一体固着することにより、ステータ全体の強度を確保することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の第１の実施例を示すスロットレス永久磁石モータの側断面図である。
【図２】本発明の第１の実施例を示すスロットレス永久磁石モータの要部拡大図である。
【図３】本発明の第２の実施例を示すスロットレス永久磁石モータの要部拡大図である。
【図４】本発明の第３の実施例を示すスロットレス永久磁石モータの要部拡大図である。
【図５】従来技術におけるスロットレス永久磁石モータの側断面図である。
【図６】従来技術におけるスロットレス永久磁石モータの要部拡大図である。
【符号の説明】
１ ロータ
２ ロータヨーク
３ 永久磁石
４ シャフト
５ 負荷側軸受
６ 反負荷側軸受
１０ ステータ
１１ａ、１１ｂ ステータヨーク
１２ａ、１２ｂ 空心巻線
１３ 絶縁紙
１４ モールド樹脂
１５ フレーム
１６ａ、１６ｂ 負荷側ブラケット
１７ 反負荷側ブラケット
１８ 良熱伝導性グリース
１９ 良熱伝導性接着剤

Claims (2)

1. ステータヨーク、ブラケット、空心巻線を有するステータと、永久磁石を有するロータから構成したスロットレス永久磁石モータにおいて、前記ブラケットにリング状の凹部を設け、前記リング状の凹部に、前記空心巻線と前記ステータヨークの端部を挿入させたことを特徴とするスロットレス永久磁石モータ。
2. 前記ブラケットに設けたリング状の凹部と、前記空心巻線および前記ステータヨークの端部の間に、有機材料、もしくは無機材料、もしくは有機材料と無機材料の複合材料を介在させたことを特徴とする請求項１記載のスロットレス永久磁石モータ。

Images