(58)【調査した分野】(Int.Cl.,DB名)
円形の端壁(31A,31B)ならびに該端壁(31A,31B)の外周に連なる円筒状の側壁(32)を有して皿状に形成されるロータケース(23A,23B)と、前記側壁(32)の内周に固定される複数の永久磁石(25)とを備えるロータ(13)が、ケーシング(11)に固定されるステータ(12)を前記端壁(31A,31B)で上方から覆うとともに前記側壁(32)で外側方から覆うように配置され、上下に延びる軸線を有して前記ケーシング(11)に回転自在に支持される回転軸(14)の上端部が、前記端壁(31A,31B)の上面から一部を外部に露出させる締結部材(47)で前記端壁(31A,31B)の中央部に締結されるアウターロータ型電動機において、前記ステータ(12)を冷却する冷却風を当該ステータ(12)の下方から吸引する複数個の冷却羽根(33)が、前記端壁(31A,31B)の下面から下方に突出しつつ放射状または渦巻き状に延びて前記端壁(31A,31B)に一体に設けられ、前記端壁(31A,31B)の上面の中央部から水を排出するための放射状または渦巻き状に延びる溝(34A,34B)が前記冷却羽根(33)に個別に対応して前記端壁(31A,31B)の上面に形成され、前記冷却羽根(33)からの風を外部に排出する複数個の冷却風排出孔(35)が前記側壁(32)に形成されることを特徴とするアウターロータ型電動機におけるロータ構造。
前記端壁(31A,31B)の上面の中央部に凹部(38)が形成され、その凹部(38)の底壁(40)の下面に前記回転軸(14)の上端部が締結されることを特徴とする請求項1に記載のアウターロータ型電動機におけるロータ構造。
前記端壁(31A,31B)の半径方向に沿う前記溝(34A,34B)の内端部(34a)が、前記凹部(38)よりも深く形成されることを特徴とする請求項2に記載のアウターロータ型電動機におけるロータ構造。
前記側壁(32)の内周に、磁性金属製のリング状のヨーク(24A,24B,24C,24D,24E)が固着され、前記永久磁石(25)が、射出成形で前記ヨーク(24A〜24E)の内周面にモールド結合される樹脂ボンド永久磁石であることを特徴とする請求項1〜3のいずれか1項に記載のアウターロータ型電動機機におけるロータ構造。
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【0004】
上記特許文献2および3で開示されるアウターロータ型電動機は、回転軸が水平に延びるタイプのものであり、ロータケースの端壁に冷却羽根が一体に設けられるとともに通風孔が形成される。ところが上記特許文献1で開示されるアウターロータ型電動機のように回転軸の軸線が上下方向に延びるものでは、ロータケースの端壁はステータを上方から覆うように配置されるものであり、雨水等の浸入を防止するために端壁は完全に閉じた形に形成されねばならず、端壁の上面に雨水等が溜まる可能性がある。しかも回転軸の上端部を端壁に締結する締結部材の一部が端壁から外部に露出した状態となっている場合には、端壁の上面に溜まった雨水等で締結部材に錆が生じてしまう可能性がある。
【0005】
本発明は、かかる事情に鑑みてなされたものであり、上下に延びる回転軸の上端部にロータケースの端壁の中央部が締結されるようにしたアウターロータ型電動機において、ロータケースの端壁に冷却羽根を設けた上で端壁の上面に雨水等が溜まることを防止し得るようにしたロータ構造を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【0006】
上記目的を達成するために、本発明は、円形の端壁ならびに該端壁の外周に連なる円筒状の側壁を有して皿状に形成されるロータケースと、前記側壁の内周に固定される複数の永久磁石とを備えるロータが、ケーシングに固定されるステータを前記端壁で上方から覆うとともに前記側壁で外側方から覆うように配置され、上下に延びる軸線を有して前記ケーシングに回転自在に支持される回転軸の上端部が、前記端壁の上面から一部を外部に露出させる締結部材で前記端壁の中央部に締結されるアウターロータ型電動機において、前記ステータを冷却する冷却風を当該ステータの下方から吸引する複数個の冷却羽根が、前記端壁の下面から下方に突出しつつ放射状または渦巻き状に延びて前記端壁に一体に設けられ、前記端壁の上面の中央部から水を排出するための放射状または渦巻き状に延びる溝が前記冷却羽根に個別に対応して前記端壁の上面に形成され、前記冷却羽根からの風を外部に排出する複数個の冷却風排出孔が前記側壁に形成されることを第1の特徴とする。
【0007】
また本発明は、第1の特徴の構成に加えて、前記端壁の上面の中央部に凹部が形成され、その凹部の底壁の下面に前記回転軸の上端部が締結されることを第2の特徴とする。
【0008】
本発明は、第2の特徴の構成に加えて、前記端壁の半径方向に沿う前記溝の内端部が、前記凹部よりも深く形成されることを第3の特徴とする。
【0009】
さらに本発明は、第1〜第3の特徴の構成のいずれかに加えて、前記側壁の内周に、磁性金属製のリング状のヨークが固着され、前記永久磁石が、射出成形で前記ヨークの内周面にモールド結合される樹脂ボンド永久磁石であることを第4の特徴とする。
【0010】
なお実施の形態の第3のボルト47が本発明の締結部材に対応する。
【発明の効果】
【0011】
本発明の第1の特徴によれば、ロータケースにおける端壁の下面に放射状または渦巻き状に延びる複数個の冷却羽根が突設され、ロータケースにおける側壁に複数個の冷却風排出孔が設けられるので、ロータケースの回転によって冷却羽根でステータの下方から吸引される空気がステータを通過することでステータを冷却することができる。しかも端壁の上面に溜まった水を排出するための放射状または渦巻き状に延びる溝が冷却羽根に個別に対応して端壁の上面に形成されるので、部品点数の増加およびロータケースの重量増加を抑えつつ冷却羽根および溝を同時に形成することができ、製造工程を簡略化してコストダウンを図りながら、ロータケースの端壁に冷却羽根を設けた上で、端壁の上面に雨水等が溜まらないようにして締結部材が錆びつくことを防止することができる。
【0012】
また本発明の第2の特徴によれば、端壁の上面の中央部に形成される凹部の底壁の下面に回転軸の上端部が締結されることで、回転軸を極力短くして軽量化を図ることができるとともに、ロータケースの軸方向長さを抑えながら冷却羽根を配置するスペースを確保することができる。
【0013】
本発明の第3の特徴によれば、端壁の半径方向に沿う溝の内端部が凹部よりも深いので、ロータが回転していない状態でも端壁の中央部から水を排出することができる。
【0014】
さらに本発明の第4の特徴によれば、射出成形される樹脂ボンド永久磁石をヨークの内周面にモールド結合することで、より軽量化を図るとともに、ロータケースの中心軸線と、回転軸の中心軸線と、永久磁石の内周面の中心軸線とを合致させることが容易となり、永久磁石の組付けを容易とすることができる。
【発明を実施するための形態】
【0016】
以下、本発明の実施の形態について添付の図面を参照しながら説明する。
【0017】
本発明の第1の実施の形態について
図1〜
図6を参照しながら説明すると、先ず
図1〜
図3において、このアウターロータ型電動機は、たとえばドローンに用いられるものであり、ケーシング11に固定されるステータ12と、そのステータ12を覆うロータ13を備え、上下に延びて前記ステータ12と同軸に配置される回転軸14の上端部に前記ロータ13が締結される。また前記ケーシング11には該ケーシング11を下方から覆うカバー15が取付けられており、このカバー15には、冷却風を流通させるための複数個の冷却風導入孔16が形成される。
【0018】
前記ステータ12は、複数枚の磁性鋼板が積層、結合されて成るリング状のステータコア17と、該ステータコア17に装着される合成樹脂製のボビン18と、該ボビン18に巻装されるコイル19とを備え、前記ステータコア17の周方向に間隔をあけた複数箇所に設けられる挿通孔20に挿通される第1のボルト21を前記ケーシング11に螺合して締め付けることによって前記ステータ12が前記ケーシング11に固定される。
【0019】
前記ロータ13は、前記回転軸14に締結される軽金属または合成樹脂製のロータケース23Aと、このロータケース23Aの内周面に圧入される磁性金属製のリング状のヨーク24Aと、該ヨーク24Aの内周面に設けられる複数の永久磁石25とで構成され、前記軽金属は、たとえばアウミニウム、マグネシウムまたはチタン等である。
【0020】
前記ケーシング11の中央部には上下に延びる軸線を有する支持孔26が設けられており、この支持孔26に挿通される前記回転軸14の下端部は、前記ケーシング11に第1のボールベアリング27を介して回転自在に支持される。すなわち前記支持孔26の下部には下方に臨む第1の環状段部26aが形成されており、前記第1のボールベアリング27のアウターレース27aの上面が前記第1の環状段部26aに当接され、前記回転軸14の下端部に複数個の第2のボルト29で締結される円板状のプレート30の外周部が前記第1のボールベアリング27のインナーレース27bの下面に近接、対向するように配置される。
【0021】
また前記回転軸14の中間部は前記ケーシング11に第2のボールベアリング28を介して回転自在に支持される。すなわち前記支持孔26の上部には、上方に臨む第2の環状段部26bが形成されており、前記第2のボールベアリング28のアウターレース28aの下面が前記第2の環状段部26bに当接され、前記回転軸14の中間部に形成されて下方に臨む第3の環状段部14aが、前記第2のボールベアリング28のインナーレース28bの上面に当接される。
【0022】
図4および
図5を併せて参照して、前記ロータケース23Aは、前記ステータ12を上方から覆う円形の端壁31Aと、前記ステータ12を外側方から覆うようにして前記端壁31Aの外周に連なる円筒状の側壁32とを一体に有して、下方に開いた皿形に形成される。
【0023】
前記側壁32は、前記端壁31Aの外周に連なる円筒状の第1円筒部32aと、上方に臨む第4の環状段部32bを前記第1円筒部32aの下端との間に形成するようにして前記第1円筒部32aよりも大径に形成される第2円筒部32cと、上方に臨む第5の環状段部32dを前記第2円筒部32cの下端との間に形成するようにして前記第2円筒部32cよりも大径に形成される第3円筒部32eとが同軸に連なって段付きの円筒状に形成され、前記第2円筒部32cおよび前記第5の環状段部32dの周方向に等間隔をあけた複数箇所(この第1の実施の形態では10箇所)には、上下に延びる補強リブ32fが一体に形成される。
【0024】
前記端壁31Aには、前記ステータ12を冷却する冷却風を前記ステータ12の下方すなわち前記カバー15に形成された前記冷却風導入孔16から吸引する複数個(この第1の実施の形態では10個)の冷却羽根33が、前記端壁31Aの下面から下方に突出しつつ放射状に延びて前記補強リブ32fに対応する部分で前記側壁32の前記第1円筒部32aに外端部が連設されるようにして一体に設けられる。また前記冷却羽根33からの風を外部に排出する複数個(この第1の実施の形態では10個)の冷却風排出孔35が、前記補強リブ32f間に配置されるようにして前記側壁32の前記第1円筒部32aに形成される。
【0025】
前記端壁31Aの上面の中央部には凹部38が形成される。この凹部38は、この実施の形態では前記端壁31Aの中央部に向かうにつれて小径となるテーパ状の傾斜壁39と、その傾斜壁39の下端に連なる底壁40とによって、この第1の実施の形態ではすり鉢状に形成されるが、階段状に段差が生じるように形成されていてもよい。前記底壁40の中央部には肉抜き孔41と、その肉抜き孔41の下端に同軸に連なって前記肉抜き孔41よりも小径に形成される嵌合孔42とが形成される。
【0026】
また前記端壁31Aの上面には、当該端壁31Aの上面の中央部から水を排出するために前記凹部38から前記端壁31Aの外周に至るまで放射状に延びる溝34Aが、前記冷却羽根33に個別に対応して形成される。
【0027】
前記溝34Aは、その底部が前記端壁31Aの半径方向外方に向かうにつれて下方位置となるように傾斜して形成され、前記端壁31Aの半径方向に沿う前記溝34Aの内端部34aは前記凹部38よりも深く形成される。すなわち前記溝34の前記内端部34aの底は前記凹部38の底壁40の上面よりも下方位置に在り、前記溝34Aの底は、前記内端部34aの底を通る仮想水平面VHから前記端壁31Aの半径方向外方に向かうにつれて遠ざかるように傾斜する。
【0028】
前記回転軸14の上端部は、前記端壁31Aの上面の中央部の前記凹部38における前記底壁40の下面に締結されるものであり、前記回転軸14の上端部にはフランジ43が一体に形成され、前記回転軸14の上端部のうち前記フランジ43からの突出部が前記端壁31Aの前記嵌合孔42に嵌合される。また前記回転軸14には、上端を前記肉抜き孔41に開放する有底の肉抜き孔51が同軸に形成される。
【0029】
前記底壁40の下面には、前記嵌合孔42の一部を形成するリング状の支持当接突部44が突設されるとともに、前記肉抜き孔41の周方向に等間隔をあけた複数箇所(たとえば4箇所)で前記肉抜き孔41の周囲に配置される第1の取付け孔45の一部を形成して下方に突出する第1の取付けボス46が一体に突設される。
【0030】
一方、前記フランジ43は、前記支持当接突部44に下方から当接するリング状のフランジ基部43aと、前記第1の取付けボス46に下方から当接するようにして前記フランジ基部43aから外側方に張り出す複数個(たとえば4個)の取付け腕部43bと一体に有するように形成され、前記取付け腕部43bに下方から当接、係合する拡径頭部47aを有する締結部材としての第3のボルト47が、前記取付け腕部43bに挿通されて前記第1の取付け孔45にねじ込まれることで、前記回転軸14の上端部が前記端壁31Aにおける前記底壁40の下面に締結される。しかも第1の取付け孔45の上端は前記底壁40の上面に開放しており、前記第3のボルト47の一部(この実施の形態では上端部)が端壁31Aから外部に露出した状態となっている。
【0031】
また前記底壁40の上面には、前記肉抜き孔41の周囲で前記第1の取付け孔45相互間に配置される第2の取り付けボス48が、第2の取付け孔49を有しつつ上方に突出するようにして一体に突設されており、これらの第2の取付けボス48には、ドローンのプロペラ(図示せず)が締結される。
【0032】
図5に注目して、前記ヨーク24Aは、周方向1箇所にスリット50を有してリング状に形成されることが望ましく、前記ロータケース23Aにおける前記第3円筒部32eの内周に圧入される。
【0033】
複数の前記永久磁石25は、一連につながって一体となっている樹脂ボンド永久磁石であり、その外周側および内周側でN極およびS極に分極されるとともに、分極された極の極性が前記ヨーク24Aの周方向で隣接する極同士では前記外周側および前記内周側で異なるようにしつつ全体としてリング状になるように、前記ヨーク24Aの内周面にモールド結合(型成形による樹脂の固着および樹脂ボンド磁石とヨーク24Aとの磁気吸引力により)される。また前記永久磁石25のN極およびS極は、性能の低下を防止するために、前記ヨーク24Aの前記スリット50がN極またはS極の周方向中央部に位置するように着磁されることが望ましい。
【0034】
前記永久磁石25の射出成形にあたっては、
図6で示すように、金型装置52と、射出機53とが用いられる。金型装置52は、第1金型54と、前記回転軸14が締結されるとともに前記ヨーク24Aが圧入された状態の前記ロータケース23Aを第1金型54との間に挟持する第2金型55と、第1金型55に取付けられるリング状の着磁用磁石56とを備え、第1金型54、第2金型55、前記着磁用磁石56、前記ロータケース23Aおよび前記ヨーク24Aの協働でキャビティ57が形成される。一方、前記ロータケース23Aが備える複数の前記補強リブ32fには、前記永久磁石25の射出成形時に前記キャビティ57に加熱溶融された材料を導くための注入口58がそれぞれ予め形成されている。
【0035】
第2金型55には、前記射出機53の先端のノズル59に接続されるスプルー60と、前記注入口58に通じる複数個のゲート61と、それらのゲート61および前記スプルー60間を結ぶランナー62が形成される。コーティングされる樹脂で磁粉が覆われて成る粉末状の材料63は、加熱溶融されて前記射出機53の前記ノズル59から射出されるものであり、前記ノズル59から前記スプルー60、前記ランナー62、前記ゲート61および前記注入口58を経て前記キャビティ57に注入される。加熱溶融された前記材料63は前記キャビティ57での成形と同時に前記着磁用磁石56によって着磁され、リング状に一体となった樹脂ボンド永久磁石である永久磁石25が前記ヨーク24Aの内周面にモールド結合される。
【0036】
次にこの第1の実施の形態の作用について説明すると、アウターロータ型電動機のロータ13は、円形の端壁31Aならびに該端壁31Aの外周に連なる円筒状の側壁32を有して皿状に形成されるロータケース23Aと、側壁32の内周に固定される複数の永久磁石25とを備え、上下に延びる軸線を有する回転軸14の上端部が、前記端壁31Aの上面から一部を外部に露出させる第3のボルト47で前記端壁31Aの中央部に締結されるのであるが、ステータ12を冷却する冷却風を当該ステータ12の下方から吸引する複数個の冷却羽根33が、前記端壁31Aの下面から下方に突出しつつ放射状に延びて前記端壁31Aに一体に設けられ、前記端壁31Aの上面の中央部から水を排出するための放射状に延びる溝34Aが前記冷却羽根33に個別に対応して前記端壁31Aの上面に形成され、前記冷却羽根33からの風を外部に排出する複数個の冷却風排出孔35が前記側壁32に形成されるので、ロータケース23Aの回転によって冷却羽根33でステータ12の下方から吸引される空気がステータ12を通過することでステータ12を冷却することができる。しかも端壁31Aの上面に溜まった水を排出するための放射状に延びる溝34Aが冷却羽根33に個別に対応して端壁31Aの上面に形成されるので、部品点数の増加およびロータケース23Aの重量増加を抑えつつ冷却羽根33および溝34Aを同時に形成することができ、製造工程を簡略化してコストダウンを図りながら、ロータケース23Aの端壁31Aに冷却羽根33を設けた上で、端壁31Aの上面に雨水等が溜まらないようにしてボルトが錆びつくことを防止することができる。
【0037】
また前記端壁31Aの上面の中央部に凹部38が形成され、その凹部38の底壁40の下面に前記回転軸14の上端部が締結されるので、回転軸14を極力短くして軽量化を図ることができるとともに、ロータケース23Aの軸方向長さを抑えながら冷却羽根33を配置するスペースを確保することができる。
【0038】
また前記端壁31Aの半径方向に沿う前記溝34Aの内端部34aが、前記凹部38よりも深く形成されるので、ロータ13が回転していない状態でも端壁31Aの中央部から水を排出することができる。しかも溝34Aは、その底部が前記端壁31Aの半径方向外方に向かうにつれて下方位置となるように傾斜して形成されるので、前記端壁31Aの中央部から水をより効果的に排出することができる。
【0039】
さらに前記側壁32の内周に、磁性金属製のリング状のヨーク24Aが固着され、複数の永久磁石25が、射出成形で前記ヨーク24Aの内周面にモールド結合される樹脂ボンド永久磁石であるので、より軽量化を図るとともに、ロータケース23Aの中心軸線と、回転軸14の中心軸線と、前記前記永久磁石25の内周面の中心軸線とを合致させることが容易となり、永久磁石25の組付けを容易とすることができる。
【0040】
しかもヨーク24Aが周方向1箇所にスリット50を有してリング状に形成されるので、前記スリット50に前記樹脂ボンド磁石が流れこむことによって永久磁石25の回り止めを果たすことができるとともに、ロータケース23Aへのヨーク24Aへの圧入時に寸法調整が容易となる。
【0041】
本発明の第2の実施の形態として、
図7で示すように、磁性金属製の帯板67が複数回もしくは1回だけ(この実施の形態では2回)巻回されて成るようにヨーク24Bが構成されてもよい。
【0042】
本発明の第3の実施の形態として、
図8で示すように、磁性金属製の帯板68が螺旋状に巻回されて成るようにヨーク24Cが構成されてもよく、この場合、帯板68が螺旋状に巻回されて長く延びる円筒部から
図8(b)の鎖線で示すように必要長さに切断することで、ヨーク24Cが形成されるようにすればよい。
【0043】
本発明の第4の実施の形態として、
図9で示すように、磁性金属から成るとともに横断面形状を矩形とした線材69が螺旋状に巻回されて成るようにヨーク24Dが構成されてもよく、この場合、線材69が螺旋状に巻回されて長く延びる円筒部から
図9(b)の鎖線で示すように必要長さに切断することで、ヨーク24Dが形成されればよい。
【0044】
本発明の第5の実施の形態として、
図10で示すように、磁性金属から成るとともに横断面形状を円形とした線材70が螺旋状に巻回されて成るようにヨーク24Eが構成されてもよく、この場合、線材70が螺旋状に巻回されて長く延びる円筒部から
図10(b)の鎖線で示すように必要長さに切断することで、ヨーク24Eが形成されればよい。しかも前記ヨーク24Eは、前記ロータケース23Aにおける前記第3円筒部32e内にねじ込むことで該第3円筒部32eの内周面に固着されるが、そのねじ込みにあたって前記第3円筒部32eの内周面に予め雌ねじが形成されていてもよく、そうすればその雌ねじの精度を高めることでヨーク24Eの中心軸線をロータケース23Aの中心軸線に精度よく合致させることができる。また前記ヨーク24Eの前記第3円筒部32eへのねじ込み方向は前記ロータケース23Aの回転方向すなわち前記回転軸14(第1の実施の形態参照)の回転方向と反対方向とすることが望ましく、そうすれば前記回転軸14の回転に応じて前記ヨーク24Eが前記第3円筒部32eによりねじ込まれる効果が得られ、前記ヨーク24Eが前記第3円筒部32eの内周面により確実に固着される。
【0045】
本発明の第6の実施の形態について
図11を参照しながら説明すると、ロータケース23Bは、円形の端壁31Bと、その端壁31Bの外周に連なる円筒状の側壁32とを一体に有して、下方に開いた皿形に形成される。前記端壁31Bの上面の中央部には凹部38が形成される。
【0046】
また前記端壁31Bの上面には、当該端壁31Bの上面の中央部から水を排出するための複数の溝34Bが、前記ロータケース23Bの回転方向71に向かうにつれて前記端壁31Bの半径方向外方に位置するように湾曲した渦巻き状の形状を有しつつ、前記凹部38から前記端壁31Bの外周に至るまで延びるように形成される。しかもそれらの溝34Bに個別に対応して渦巻き状の冷却羽根(図示せず)が前記端壁31Bの下面に形成される。
【0047】
この第7の実施の形態によれば、冷却羽根および溝34Bが渦巻き状であることにより、ロータ内部の風の流通が助長され、ステータ12(第1の実施の形態参照)をより効果的に冷却することができる。
【0048】
以上、本発明の実施の形態について説明したが、本発明は上記実施の形態に限定されるものではなく、特許請求の範囲に記載された本発明を逸脱することなく種々の設計変更を行うことが可能である。