JP5264989B2 - ブラシレス直流モーターおよびその放熱装置 - Google Patents

Description

この発明は、概して有人飛行機や電気ヨットに用いられるブラシレス直流モーターに関し、より詳細には、高出力のブラシレス直流モーターおよびその放熱装置に関する。

ブラシレス直流モーターは、起動トルクが大きく、周波数制御による速度調整が可能であり、高効率で無公害である等の利点を有する一方、その出力によって応用分野が限定されていた。長い間、１ｋＷ以下のブラシレス直流モーターは、模型飛行機や家庭用電器、電動自転車の分野で主として用いられていた。一般に、より大きな出力が要求される用途には、動力源としてガソリンエンジン又はディーゼルエンジンが用いられている。近年では、二酸化炭素や有毒ガスの排出を低減するという環境保護意識の高まりから、動力源として石油燃焼系のエンジンから電気モーターに移行するという傾向が多大にある。目下、出力が３〜５ｋＷのブラシレス直流モーターが市場に登場し、８人乗りの電気自動車やゴルフカート、帆走ヨット等に主として用いられている。

現在、出力が５ｋＷ以上の高出力のブラシレス直流モーターは、制御技術やバッテリ、放熱の問題からほとんど実用化されていない。モーターの出力が大きくなればなるほど、制御器が耐えなければならない出力は増大するところ、制御器が耐え得る出力は電力トランジスタに依存する。ここで、電力トランジスタおよび高出力モーターのバッテリの問題は解決されつつあるが、結果、放熱の問題が効果的に解決されていない。高出力のモーターは、大量の熱を発生することがあるため、熱が効率良く放出されない場合、モーターの部品が簡単に焼き付いてしまうことになる。

従来の、出力が１５ｋＷを超えるブラシレス直流モーターは、巨大で重く、かつ液体冷却システムを用いて放熱の問題に対処していた。このため構造が複雑となり、これが１５ｋＷを超えるブラシレスモーターが用いられてこなかった理由であり、この種のモーターは工業用に用いられるのみであり、有人飛行機や小型モーターボート等の分野には適用することができなかった。

したがって、当業者は、有人飛行機や小型モーターボート等に適した、出力が５ｋＷ以上のブラシレスモーターの開発を待ち望んでいた。

この発明は、構造が単純でありつつも高出力のブラシレス直流モーターの放熱問題を解決することのできるブラシレス直流モーターの放熱装置を提供しようとするものである。

この発明は、ブラシレス直流モーター、特に高出力のブラシレス直流モーターに適した放熱装置を提供するものである。このブラシレス直流モーターは、ブラケットと、該ブラケットに取り付けられたステーターと、該ステーターに対して回転するローターとを備え、ブラケットには内腔が設けられ、ローターには内腔に対向する開口が設けられ、放熱装置は、第一の放熱器およびタービンを備える。第１の放熱器は、ブラケットの内腔内に設けられ、該ブラケットを介してステーターと熱的に結合してステーターから熱を外部に送る。タービンは、ローターの開口内に設けられるとともに第１の放熱器の第１の端部と対向し、該タービンがローターとともに回転する間に、第１の放熱器から送られた熱をモーターの外部に放出する。

一実施形態において、第１の放熱器は、互いに間隔を空けて配置された複数の放熱フィンを有し、放熱フィンは、ブラケットの内腔内に周方向に配列される。

一実施形態において、ローターは、ステーターの周りを囲むアウターローターである。

一実施形態において、放熱装置は、ブラケットに配置されるとともに第１の放熱器の、タービンから遠い方の端部である第２の端部に熱的に結合する第２の放熱器をさらに備える。ここで、第２の放熱器は、互いに間隔を空けて配置された複数の放熱フィンを有し、放熱フィンは、ブラケットを包囲するよう配列される。好適な実施形態において、第２の放熱器は、複数の扇状の放熱部を継ぎ合わせてなり、各扇状の放熱部は前記複数の放熱フィンを有する。

加えて、この発明は、ブラケットと、該ブラケットに取り付けられたステーターと、該ステーターに対して回転するローターとを備え、ブラケットには内腔が設けられ、ローターの一端部には内腔に対向する開口が設けられ、さらに、上述した放熱装置を備えるブラシレス直流モーターを提供するものである。

図１は、この発明の実施形態にしたがうブラシレス直流モーターの分解斜視図である。 図２は、この発明の実施形態にしたがうブラシレス直流モーターの組立図である。 図３Ａは、この発明の実施形態にしたがう、継ぎ合わされた状態の第２の放熱器のフレームを示す図である。 図３Ｂは、図３ＡのＡ〜Ｄ部分の継ぎ合わせを示す図である。

この発明の特徴および効果を、以下の実施形態および図面を通して詳細に説明する。

図１、２は、この発明の一実施形態のブラシレス直流モーターの分解斜視図である。ブラシレス直流モーター１００は、ブラケット１００と、ステーター１２０およびローター１３０と、簡略化のため図示しないモーター１００の駆動部とを備えている。ステーター１２０は、環状構造を有し、ブラケット１１０に取り付けられる。ステーター１２０は、例えば、コイルに取り囲まれた鉄製のコアであり、電流がコイルを流れるとステーター１２０に回転磁場が発生する。ローター１３０もまた、環状構造を有し、ステーター１２０の周りに取り付けられる。ローター１３０の内部には、ループ状の永久磁石１３２が設けられ、永久磁石１３２は、ローター１３０を、ステーター１２０から発生する作用下でステーターに対して回転させる。

この発明の実施形態では、ブラケット１１０は、内腔１１２を有し、この内腔１１２内には、軸線方向に沿って第一の放熱器１４２は配置され、第一の放熱器１４２は、ブラケット１１０の外壁を介してステーター１２０と熱的に結合する。好ましくは、熱的結合剤をブラケット１１０の外壁とステーター１２０の内壁との間に塗布する。図１に示すように、放熱器は、互いに間隔を空けて配置された複数の放熱フィンを備えていてもよく、これらの放熱フィンは、ブラケットの内腔１１２内に周方向に配列される。放熱フィンは内腔１１２の環状部分を占拠してもよく、あるいは、内腔１１２の全体を覆ってもよい。なお、図１は単なる図示例に過ぎず、この発明の第１の放熱器１４２は、図１に示した放熱器の形状および配列に限定されるものではない。

加えて、ローター１３０は、ブラケット１１０の内腔１１２の一側面に対向する開口１３４を有している。この開口内には、タービン１４４が設けられている。図２に示すように、モーター１００が組み立てられた状態にて、タービン１４４は、内腔１１２内の第一の放熱器１４２の第１端部１４２ａに対向する。

上述した第１の放熱器１４２およびタービン１４４は、この発明の放熱装置を構成する。モーターが作動する間、ステーター１２０のコイルを流れる電流は、コイルに大量の熱を発生するが、この熱は、第１の放熱器１４２の放熱フィンに迅速に導入する。この間、ローター１３０の回転によって、ローター１３０に配置されたタービン１４４は、空気を排出するよう機能して放熱フィン内の熱をモーターの外部に放出するので、放熱の問題を効果的に解決でき、モーターを損傷から保護することができる。

好適な実施形態では、放熱装置はさらに、ブラケット１１０に取り付けられた第２の放熱器１４６を備えていてもよく、第２の放熱器１４６は、第１の放熱器１４２の、タービン１４４から遠い方の端部である第２の端部１４２ｂと熱的に結合する。第２の放熱器１４６は、互いに間隔を空けて配置された複数の放熱フィンを有していてもよく、これらの放熱フィンは、ブラケットの末端部の周りに配列されるとともに、ブラケットの外周上に大抵分配される。しかしながら、第２の放熱器１４６の構造は、図示例に過ぎず、当業者であれば、適切な放熱器の構造、放熱フィンの適切な形状、サイズおよび配列を所望の放熱効果を得るために適宜選択することができる。

図３Ａおよび図３Ｂに示すように、第２の放熱器１４６は、複数の扇状の放熱部１４６ａ〜１４６ｄを継ぎ合わせることにより構成することができ、各放熱部には、上述の複数の放熱フィンが設けられている。各扇状の放熱部１４６ａ〜１４６ｄの連結部は、突出部１４６１および凹溝からなる係合構造によって継ぎ合わされる。これらの扇状部は別個に製造し、それから継ぎ合わせて第２の放熱器を形成することができ、これによれば、第２の放熱器を一体構造とした場合と比べて製造コストを低減することができる。

この発明のブラシレス直流モーターの放熱装置は、構造が簡単であり、モーターが作動する間、熱を放熱フィンに迅速に導入し、ローター端部のタービンの空気排出機能によって該熱を放熱フィンからモーター外部に放出する。したがって、高出力のブラシレス直流モーターにおける放熱の問題は完全に解決され、能力が５ｋＷまたはこれを超えるブラシレス直流モーターを用いることができる。このように、高効率で省エネルギかつ環境にやさしいブラシレス直流モーターは、従来の石油型のマシンパワーに代わって、パラモーター、軽量な有人飛行機およびヨット等のアウトドア製品に広く用いることができる。

Claims (12)

1. ブラケットと、該ブラケットに取り付けられたステーターと、該ステーターに対して回転するローターとを備え、前記ブラケットには内腔が設けられ、前記ローターには前記内腔に対向する開口が設けられたブラシレス直流モーターの放熱装置、特に高出力のブラシレス直流モーターに適した放熱装置であって、
   前記ブラケットの前記内腔内に設けられ、該ブラケットを介して前記ステーターと熱的に結合して前記ステーターから熱を外部に送る第１の放熱器と、
   前記ローターの前記開口内に設けられるとともに前記第１の放熱器の第１の端部と対向するタービンであって、該タービンが前記ローターとともに回転する間に、前記第１の放熱器から送られた熱をモーターの外部に放出するタービンと、を備えることを特徴とするブラシレス直流モーターの放熱装置。
2. 前記第１の放熱器は、互いに間隔を空けて配置された複数の放熱フィンを有し、前記放熱フィンは、前記ブラケットの前記内腔内に周方向に配列される、請求項１に記載のブラシレス直流モーターの放熱装置。
3. 前記ローターは、前記ステーターの周りを囲むアウターローターである、請求項１に記載のブラシレス直流モーターの放熱装置。
4. 前記放熱装置は、前記ブラケットに配置されるとともに前記第１の放熱器の、前記タービンから遠い方の端部である第２の端部に熱的に結合する第２の放熱器をさらに備える、請求項１に記載のブラシレス直流モーターの放熱装置。
5. 前記第２の放熱器は、互いに間隔を空けて配置された複数の放熱フィンを有し、前記放熱フィンは、前記ブラケットを包囲するよう配列される、請求項４に記載のブラシレス直流モーターの放熱装置。
6. 前記第２の放熱器は、複数の扇状の放熱部を継ぎ合わせてなり、各扇状の放熱部は前記複数の放熱フィンを有する、請求項５に記載のブラシレス直流モーターの放熱装置。
7. ブラケットと、該ブラケットに取り付けられたステーターと、該ステーターに対して回転するローターとを備え、前記ブラケットには内腔が設けられ、前記ローターの一端部には前記内腔に対向する開口が設けられ、さらに、放熱装置を備えるブラシレス直流モーターであって、
   前記放熱装置は、前記ブラケットの前記内腔内に設けられ、該ブラケットを介して前記ステーターと熱的に結合して前記ステーターから熱を外部に送る第１の放熱器と、
   前記ローターの前記開口内に設けられるとともに前記第１の放熱器の第１の端部と対向するタービンであって、該タービンが前記ローターとともに回転する間に、前記第１の放熱器から送られた熱をモーターの外部に放出するタービンと、を備えることを特徴とするブラシレス直流モーター。
8. 前記第１の放熱器は、互いに間隔を空けて配置された複数の放熱フィンを有し、前記放熱フィンは、前記ブラケットの前記内腔内に周方向に配列される、請求項７に記載のブラシレス直流モーター。
9. 前記ローターは、前記ステーターの周りを囲むアウターローターである、請求項７に記載のブラシレス直流モーター。
10. 前記放熱装置は、前記ブラケットに配置されるとともに前記第１の放熱器の、前記タービンから遠い方の端部である第２の端部に熱的に結合する第２の放熱器をさらに備える、請求項７に記載のブラシレス直流モーター。
11. 前記第２の放熱器は、互いに間隔を空けて配置された複数の放熱フィンを有し、前記放熱フィンは、前記ブラケットを包囲するよう配列される、請求項１０に記載のブラシレス直流モーター。
12. 前記第２の放熱器は、複数の扇状の放熱部を継ぎ合わせてなり、各扇状の放熱部は前記複数の放熱フィンを有する、請求項１１に記載のブラシレス直流モーター。

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