特開 2024-153838 モータの冷却構造

(19)【発行国】日本国特許庁(JP)

(12)【公報種別】公開特許公報(A)

(11)【公開番号】P2024153838

(43)【公開日】2024-10-29

(54)【発明の名称】モータの冷却構造

(51)【国際特許分類】

   H02K 9/22 20060101AFI20241022BHJP

   B64U 50/19 20230101ALI20241022BHJP

【ＦＩ】

H02K9/22 Z

B64U50/19

【審査請求】有

【請求項の数】1

【出願形態】ＯＬ

(21)【出願番号】P 2024124628

(22)【出願日】2024-07-31

(62)【分割の表示】P 2020559259の分割

【原出願日】2019-12-10

(31)【優先権主張番号】P 2018230829

(32)【優先日】2018-12-10

(33)【優先権主張国・地域又は機関】JP

(71)【出願人】

【識別番号】717007295

【氏名又は名称】株式会社Ｌｉｂｅｒａｗａｒｅ

(74)【代理人】

【識別番号】110002790

【氏名又は名称】Ｏｎｅ ｉｐ弁理士法人

(72)【発明者】

【氏名】野平 幸佑

(57)【要約】

【課題】高温となったモータを冷却する際の冷却効率を向上させることができるモータの冷却構造を提供する。
【解決手段】基板に配置されるモータ及びモータの駆動によって回転されるプロペラを備えるモータの冷却構造において、プロペラは、熱伝導性部材によって形成され、モータは、コイルが配置されてコイルから発生する熱を基板に伝熱する熱伝導性部材によって形成されるステータと、プロペラが連結されてステータと組み合わせられるとともにステータに配置されるコイルとの間で磁界を発生させる磁石が配置されて磁石から発生する熱をプロペラに伝熱する熱伝導性部材によって形成されるロータと、を備え、プロペラの回転によってロータからプロペラに伝熱された熱が放熱されるとともにステータから基板に伝熱された熱がプロペラの回転によって発生する空気流に放熱される。
【選択図】図１

【特許請求の範囲】

【請求項1】

基板に配置されるモータ及び該モータの駆動によって回転されるプロペラを備えるモータの冷却構造において、
前記プロペラは、熱伝導性部材によって形成され、
前記モータは、
コイルが配置されて該コイルから発生する熱を前記基板に伝熱する熱伝導性部材によって形成されるステータと、
前記プロペラが連結されて前記ステータと組み合わせられるとともに該ステータに配置される前記コイルとの間で磁界を発生させる磁石が配置されて該磁石から発生する熱を前記プロペラに伝熱する熱伝導性部材によって形成されるロータと、を備え、
前記プロペラの回転によって前記ロータから前記プロペラに伝熱された熱が放熱されるとともに前記ステータから前記基板に伝熱された熱が前記プロペラの回転によって発生する空気流に放熱されることを特徴とするモータの冷却構造。

【請求項2】

前記熱伝導性部材は、
熱伝導率が０．６Ｗ／ｍＫ～３０Ｗ／ｍＫの範囲にある樹脂であることを特徴とする請求項１に記載のモータの冷却構造。

【請求項3】

前記ロータは、
前記ステータを収容するアウタロータであることを特徴とする請求項１または２に記載のモータの冷却構造。

【請求項4】

無人飛行装置に搭載されることを特徴とする請求項１～３のいずれか１項に記載のモータの冷却構造。

【発明の詳細な説明】

【技術分野】

【0001】

本発明は、モータの冷却構造、特に、基板に配置されるモータ及びモータの駆動によって回転されるプロペラを備えるモータの冷却構造に関する。

【背景技術】

【0002】

一般的に、モータは、コイルを備える固定子であるステータと磁石を備える回転子であるロータとが組み合わせられて、コイルと磁石との間で発生する磁界によってロータが回転することによって、駆動力を発生させるものである。

【0003】

このようなモータの駆動によって、コイルや磁石が熱源となってモータが発熱して高温になると、モータが配置された周辺の機器や装備等に影響を及ぼすことから、高温となったモータを冷却する必要がある。

【0004】

特許文献１には、モータケースに収容されたモータ、モータがモータケースにおいて支持部材を介して取り付けられるファンシュラウド、及びファンシュラウドに配設されてモータによって回転駆動されるプロペラを備えた軸流ファンモータが開示されている。

【0005】

この特許文献１の軸流ファンモータによれば、モータケース及びモータケースに収容されたモータを支持する支持部材が伝熱材で形成されることから、モータの熱がモータケースから支持部材に伝熱され、支持部材を介してプロペラから吹出される空気流によって放熱されて、モータが冷却される。

【先行技術文献】

【特許文献】

【0006】

【特許文献1】特開２０１４－１７７９０５公報

【発明の概要】

【発明が解決しようとする課題】

【0007】

しかし、特許文献１の軸流ファンモータによれば、コイルや磁石を熱源としたモータの熱が全て、モータを収容するモータケース及び支持部材に集中して伝熱されることから、モータケース及び支持部材が高温となって放熱の効率が低下する可能性がある。

【0008】

したがって、特許文献１の軸流ファンモータによると、モータの所望の冷却効果を得られない場合も生じることが懸念される。

【0009】

本発明は、上記事情に鑑みてなされたものであり、高温となったモータを冷却する際の冷却効率を向上させることができるモータの冷却構造を提供することを課題とするものである。

【課題を解決するための手段】

【0010】

上記課題を達成するための、本発明に係るモータの冷却構造は、基板に配置されるモータ及びモータの駆動によって回転されるプロペラを備えるモータの冷却構造において、プロペラは、熱伝導性部材によって形成され、モータは、コイルが配置されてコイルから発生する熱を基板に伝熱する熱伝導性部材によって形成されるステータと、プロペラが連結されてステータと組み合わせられるとともにステータに配置されるコイルとの間で磁界を発生させる磁石が配置されて磁石から発生する熱をプロペラに伝熱する熱伝導性部材によって形成されるロータと、を備え、プロペラの回転によってロータからプロペラに伝熱された熱が放熱されるとともにステータから基板に伝熱された熱がプロペラの回転によって発生する空気流に放熱されることを特徴としている。

【0011】

このモータの冷却構造によれば、コイルが配置されたステータが熱伝導性部材によって形成され、磁石が配置されたアウタロータ及びプロペラが熱伝導性部材によって形成されることから、モータの熱がその熱源となるコイル及び磁石のそれぞれに応じて分散して放熱される。

【0012】

したがって、放熱する際に、モータの熱が局所的に集中することがないことから、モータの熱の放熱効率の低下を招くことがなく、モータの冷却効率を向上させることができる。

【0013】

しかも、モータの冷却構造の熱伝導性部材は、熱伝導率が０．６Ｗ／ｍＫ～３０Ｗ／ｍＫの範囲にある樹脂であることを特徴としている。このように、熱伝導率が０．６Ｗ／ｍＫ～３０Ｗ／ｍＫの範囲にある熱伝導効率のよい樹脂が熱伝導部材として用いられることから、モータの冷却効率をより向上させることができる。

【0014】

さらに、モータの冷却構造のロータは、ステータを収容するアウタロータであってもよく、モータの冷却構造は、無人飛行装置に搭載されるものであってもよい。

【発明の効果】

【0015】

この発明によれば、モータの冷却効率を向上させることができる。

【図面の簡単な説明】

【0016】

【図1】本発明の実施の形態に係るモータの冷却構造の概略を説明する一部断面図である。

【図2】同じく、本実施の形態に係るモータの冷却構造の概略を説明する斜視図である。

【図3】同じく、本実施の形態に係るモータの冷却構造が搭載される無人飛行装置の構成の概略を説明する平面視図である。

【図4】同じく、本実施の形態に係る無人飛行装置のハードウェア構成を説明するブロック図である。

【図5】同じく、本実施の形態に係るモータの冷却構造の作用の概略を説明する一部断面図である。

【発明を実施するための形態】

【0017】

次に、図１～図５に基づいて、本発明の実施の形態に係るモータの冷却構造について説明する。

【0018】

図１は、本実施の形態に係るモータの冷却構造の概略を説明する一部断面図であり、図２は、本実施の形態に係るモータの冷却構造の概略を説明する斜視図である。

【0019】

図示のように、モータの冷却構造１０は、基板１１、基板１１に配置されるモータ２０及びこのモータ２０に連結されるプロペラ３０を備える。

【0020】

基板１１は、本実施の形態では平板状であって、この基板１１に配置されるモータ２０は、整流子をもたないブラシレスモータであって、ステータ２１、ステータ２１と組み合わせられるアウタロータ２３を主要構成として備える。

【0021】

ステータ２１は、基板１０に倣った平板状であって平面視で環状のフランジ２１ａ、フランジ２１ａから上方に突出する円筒状のボス２１ｂ、及びこのボス２１ｂの内側に設けられたステータ側軸受２１ｃを備えて形成される。

【0022】

ステータ２１は、熱伝導性部材によって形成されており、この熱伝導性部材は、本実施の形態では、熱伝導率が０．６Ｗ／ｍＫ～３０Ｗ／ｍＫの範囲にある樹脂である。

【0023】

熱伝導性部材は、本実施の形態では、例えば、ポリカーボネート樹脂、ポリアミド樹脂、ポリブチレンテレフタート樹脂、ポリアセタール樹脂、あるいは変性ポリフェニレンエーテル樹脂等であって、熱伝導率が０．６Ｗ／ｍＫ～３０Ｗ／ｍＫの範囲となるように生成されたものが使用される。

【0024】

このステータ２１のボス２１ｂの周面には、本実施の形態では複数のコイル２２が配置される。

【0025】

アウタロータ２３は、上面部２３Ａａ及び側面部２３Ａｂを有して底側が開放された円筒状のロータケース２３Ａ、ロータケース２３Ａの上面部２３Ａａの略中央部分においてロータケース２３Ａを貫通する回転軸２３Ｂを備える。

【0026】

アウタロータ２３のロータケース２３Ａは、熱伝導性部材によって形成されており、この熱伝導性部材は、本実施の形態では、ステータ２１と同様の例えばポリカーボネート樹脂、ポリアミド樹脂、ポリブチレンテレフタート樹脂、ポリアセタール樹脂、あるいは変性ポリフェニレンエーテル樹脂等であって、熱伝導率が０．６Ｗ／ｍＫ～３０Ｗ／ｍＫの範囲となるように生成されたものが使用される。

【0027】

このアウタロータ２３のロータケース２３Ａの側面部２３Ａｂの内側には、本実施の形態では複数の磁石２４が配置される。

【0028】

これらステータ２１とアウタロータ２３とが組み合わせられてアウタロータ２３の回転軸２３Ｂがステータ２１のステータ側軸受２１ｃに係合せしめられて、ステータ２１がアウタロータ２３のロータケース２３Ａ内に収容される。

【0029】

このとき、ステータ２１に配置されたコイル２２とアウタロータ２３に配置された磁石２４とが間隙を介して互いに対向し、コイル２２に通電されてコイル２２と磁石２４との間に磁界が発生すると、アウタロータ２３が回転してモータ２０による駆動力が発生する。

【0030】

プロペラ３０は、本実施の形態では、アウタロータ２３の回転軸２３Ｂに係合するプロペラ側軸受３１、プロペラ側軸受３１側の基端３２ａ及び基端３２ａから離反する先端３２ｂを有する断面翼状の２枚のブレード３２を備え、各ブレード３２がプロペラ側軸受３１から互いに離反するように対称的に伸長して形成される。

【0031】

プロペラ３０は、熱伝導性部材によって形成されており、この熱伝導性部材は、本実施の形態では、ステータ２１やアウタロータ２３のロータケース２３Ａと同様の例えばポリカーボネート樹脂、ポリアミド樹脂、ポリブチレンテレフタート樹脂、ポリアセタール樹脂、あるいは変性ポリフェニレンエーテル樹脂等であって、熱伝導率が０．６Ｗ／ｍＫ～３０Ｗ／ｍＫの範囲となるように生成されたものが使用される。

【0032】

上記構成のモータ２０が、ステータ２１のフランジ２１ａにおいてビス１００によって基板１１に固定されることで、モータ２０が基板１１に配置される。

【0033】

一方、アウタロータ２３の回転軸２３Ｂにプロペラ３０のプロペラ側軸受３１が係合されて、ビス１０１によってプロペラ３０とアウタロータ２３とが連結される。

【0034】

これにより、本実施の形態のモータの冷却構造１０が形成される。

【0035】

このようなモータの冷却構造１０は、図３で示すように、本実施の形態では、複数のプロペラの回転によって飛行するいわゆるドローンあるいはマルチコプタといった無人飛行装置１に搭載される。

【0036】

この無人飛行装置１は、機体２及びこの機体２から放射状に形成される基板１１が実装された形態である４本のアーム３を備え、これら各アーム３の先端に、モータの冷却構造１０を構成するモータ２０及びモータ２０に連結されたプロペラ３０が搭載される。

【0037】

図４は、本実施の形態に係る無人飛行装置１のハードウェア構成を説明するブロック図である。図示のように、無人飛行装置１は、送受信部４、送受信部４と接続されるフライトコントローラ５、フライトコントローラ５を介して電力を供給するバッテリ６、フライトコントローラ５と接続されてプロペラ３０を駆動するモータ２０を制御する速度制御部（Ｅｌｅｃｔｒｏｎｉｃ Ｓｐｅｅｄ Ｃｏｎｔｒｏｌｌｅｒ：ＥＳＣ）７を備える。

【0038】

送受信部４は、例えば、送信機（プロポ）や情報端末、表示装置あるいは他の遠隔の制御器といった複数の外部機器からのデータを送受信するように構成された通信インターフェースである。

【0039】

この送受信部４は、例えば、ローカルエリアネットワーク（Ｌｏｃａｌ Ａｒｅａ Ｎｅｔｗｏｒｋ：ＬＡＮ）、ワイドエリアネットワーク（Ｗｉｄｅ Ａｒｅａ Ｎｅｔｗｏｒｋ：ＷＡＮ）、赤外線、無線、ＷｉＦｉ、ポイントツーポイント（Ｐ２Ｐ）ネットワーク、電気通信ネットワーク、クラウド通信等といった複数の通信網を利用することができる。

【0040】

さらに、送受信部４は、取得した各種のデータ、フライトコントローラ５が生成した処理結果、各種の制御データ、端末または遠隔の制御器からのユーザコマンド等の複数のデータの送受信を実行する。

【0041】

フライトコントローラ５は、プロセッサ５Ａ、メモリ５Ｂ、及びセンサ類５Ｃを主要構成として備える。

【0042】

プロセッサ５Ａは、本実施の形態では例えばＣＰＵ（Ｃｅｎｔｒａｌ Ｐｒｏｃｅｓｓｉｎｇ Ｕｎｉｔ）で構成され、フライトコントローラ５の動作を制御し、各要素間におけるデータの送受信の制御や、プログラムの実行に必要な処理等を行う。

【0043】

メモリ５Ｂは、ＤＲＡＭ（Ｄｙｎａｍｉｃ Ｒａｎｄｏｍ Ａｃｃｅｓｓ Ｍｅｍｏｒｙ）等の揮発性記憶装置で構成される主記憶装置、及びフラッシュメモリやＨＤＤ（Ｈａｒｄ Ｄｉｓｃ Ｄｒｉｖｅ）等の不揮発性記憶装置で構成される補助記憶装置を備える。

【0044】

このメモリ５Ｂは、プロセッサ５Ａの作業領域として使用される一方、フライトコントローラ５が実行可能であるロジック、コード、あるいはプログラム命令といった各種の設定情報等が格納される。

【0045】

さらに、このメモリ５Ｂに、センサ類５Ｃ等から取得したデータが直接的に伝達されて記憶されるように構成してもよい。

【0046】

センサ類５Ｃは、本実施の形態では、ＧＰＳ衛星から電波を受信するＧＰＳセンサ、大気圧を測定する気圧センサ、温度を測定する温度センサや加速度センサといった各種のセンサによって構成される。

【0047】

このような無人飛行装置１が、例えば高速で飛行したり、長時間に亘って飛行したりすると、モータ２０に大きな駆動力が要求されることから、ステータ２１に配置されたコイル２２やアウタロータ２３のロータケース２３Ａに配置された磁石２４が熱源となって、モータ２０が発熱して高温になることがある。

【0048】

この場合、本実施の形態のモータの冷却構造１０では、図５で示すように、コイル２２を熱源とした熱Ｈ１は、熱伝導性部材によって形成されたステータ２１のボス２１ｂに伝熱され、ボス２１ｂに伝熱された熱Ｈ１はフランジ２１ａに伝熱される。

【0049】

フランジ２１ａに伝熱された熱Ｈ１は、アーム３（基板１１）に伝熱され、アーム３（基板１１）に伝熱された熱Ｈ１は、プロペラ３０の回転によって発生する空気流Ａに放熱される。

【0050】

一方、磁石２４を熱源とした熱Ｈ２は、熱伝導性部材によって形成されたアウタロータ２３のロータケース２３Ａの側面部２３Ａｂに伝熱され、ロータケース２３Ａの側面部２３Ａｂに伝熱された熱Ｈ２は、ロータケース２３Ａの上面部２３Ａａに伝熱される。

【0051】

ロータケース２３Ａの上面部２３Ａａに伝熱された熱Ｈ２は、回転軸２３Ｂを介して、熱伝導性部材によって形成されたプロペラ３０に伝熱され、プロペラ３０に伝熱された熱Ｈ２は、プロペラ３０の回転によって空気中に放熱される。

【0052】

このように、コイル２２が配置されたステータ２１が熱伝導性部材によって形成され、磁石２４が配置されたアウタロータ２３のロータケース２３Ａ及びプロペラ３０が熱伝導性部材によって形成されることから、モータ２０の熱がその熱源となるコイル２２及び磁石２４のそれぞれに応じて分散して放熱される。

【0053】

したがって、放熱する際に、モータ２０の熱が局所的に集中することがないことから、モータ２０の熱の放熱効率の低下を招くことがなく、モータ２０の冷却効率を向上させることができる。

【0054】

しかも、本実施の形態では、熱伝導率が０．６Ｗ／ｍＫ～３０Ｗ／ｍＫの範囲にある熱伝導効率のよい樹脂が熱伝導部材として用いられることから、モータ２０の冷却効率をより向上させることができる。

【0055】

なお、本発明は上記実施の形態に限定されることはなく、発明の趣旨を逸脱しない範囲で種々の変更が可能である。上記実施の形態では、モータ２０の回転子であるロータがアウタロータ２３である場合を説明したが、ステータの内側で回転するインナロータを備えたモータであってもよい。

【0056】

上記実施の形態では、モータの冷却構造１０が無人飛行装置１に搭載される場合を説明したが、無人飛行装置１に搭載される場合に限られることなく、モータを駆動源としてプロペラを回転させる各種の装置に用いることができる。

【0057】

上記実施の形態では、プロペラ３０のブレード３２が２枚である場合を説明したが、２枚に限定されるものではなく、用途に応じて適宜の枚数のブレードのプロペラを用いることができる。

【0058】

上記実施の形態では、プロペラ３０がアウタロータ２３にビス１０１によって連結される場合を説明したが、ビス１０１を用いることなく、プロペラ側軸受３１を回転軸２３Ｂにはめ込むことによって連結される構成としてもよい。

【符号の説明】

【0059】

１ 無人飛行装置
２ 機体
３ アーム（基板）
５ フライトコントローラ
１０ モータの冷却構造
１１ 基板
２０ モータ
２１ ステータ
２２ コイル
２３ アウタロータ
２３Ａ ロータケース
２３Ｂ 回転軸
２４ 磁石
３０ プロペラ
３１ プロペラ側軸受
３２ ブレード
Ａ 空気流
Ｈ１、Ｈ２ 熱

【図1】

【図2】

【図3】

【図4】

【図5】

【手続補正書】

【提出日】2024-08-28

【手続補正1】

【補正対象書類名】特許請求の範囲

【補正対象項目名】全文

【補正方法】変更

【補正の内容】

【特許請求の範囲】

【請求項1】

無人飛行装置に設けられた基板に配置されるモータ及び該モータの駆動によって回転され、前記無人飛行装置を浮上させるプロペラを備えるモータの冷却構造において、
前記プロペラは、熱伝導性部材によって形成され、
前記モータは、
コイルが配置されて該コイルから発生する熱を前記基板に伝熱する熱伝導性部材によって形成されるステータと、
前記プロペラが連結されて前記ステータと組み合わせられるとともに該ステータに配置される前記コイルとの間で磁界を発生させる磁石が配置されて該磁石から発生する熱を前記プロペラに伝熱する熱伝導性部材によって形成されるロータと、を備え、
前記プロペラの回転によって前記ロータから前記プロペラに伝熱された熱が放熱されるとともに前記ステータから前記基板に伝熱された熱が前記プロペラの回転によって発生する空気流に放熱され、
前記ロータは、
前記ステータを収容するアウタロータであり、
前記プロペラ、前記ステータ、及び前記ロータを構成する前記熱伝導性部材はそれぞれ、
熱伝導率が０．６Ｗ／ｍＫ～３０Ｗ／ｍＫの範囲にある樹脂であることを特徴とするモータの冷却構造。