JP2001025211A - 電動機及び電動機製造方法 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】 冷却管と固定子の間の接触面積を広くし、冷
却管を固定子に密着して、冷却効率を向上させた電動
機、及び当該電動機を容易に製造できる製造方法を提供
する。 【解決手段】 電動機は、固定子４の外周面８に、断面
略矩形形状の冷却管６が螺旋状に取り付けられているも
のであり、この冷却管は、固定子４の外周面８に密着し
て形成されている。このような電動機の構成は、冷却管
６のもとになる素管を固定子４の外周面に螺旋状に巻き
付けた後、この素管内に圧力液を導いて液圧をかける液
圧成形によって、素管を固定子外周面８に押し付けて形
成される。これによって、冷却管６が固定子４に密着
し、冷却効率を向上させた電動機を容易に製造すること
ができる。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、冷却管を具備する
電動機、及びこの電動機の製造方法に関する。

【０００２】

【従来の技術】近年、冷却水が固定子に接触している時
間を長くするように冷却水の流通経路を構成し、冷却効
率を高めた電動機が提案されている。

【０００３】これらの技術は、水冷ジャケット自体に絞
りプレス加工等を駆使して冷却水路を形成するもの（特
開平７−６７２９２）と、円形管や偏平管を固定子の外
周面に巻き付けた後、この管を真空ろう付け、アーク溶
接、樹脂モールド等により固定するもの（特開平７−１
１１７５９、実開平７−３９２７４）とに大別される。

【０００４】一般には、水冷ジャケット自体に絞りプレ
ス加工等を駆使して冷却水路を形成するタイプのもの
は、複雑なプレス工程を要するとともに、あまり細かな
細工は困難であるため、固定子の外周面に螺旋状の流通
経路を構成し冷却効率を高めるためには適さず、冷却管
を固定子の外周面に螺旋状に取り付けるタイプのものが
使用される。

【０００５】

【発明が解決しようとする課題】しかし、従来技術のよ
うに、冷却管として、断面円形形状または断面楕円形状
の管を使用し、単に固定子の外周面に巻いて、真空ろう
付け等を施すのみでは、冷却管と固定子との間に隙間を
生じやすく、また冷却管と固定子との接触は、面接触と
ならないため、接触面積が広くできず、冷却効率が向上
できない。一方、断面円形形状の管の形状に合せて、固
定子の外周面に溝を形成する場合には、接触面積は広く
できるが、固定子の外周面に螺旋状の溝を形成するため
の比較的困難な工程を必要とする。

【０００６】さらに、接触面積を広くするために、断面
矩形形状の管を使用して固定子の外周面に巻き付けて真
空ろう付け等を行うことは、断面矩形形状の管を製作す
ることが面倒であり、また、断面矩形形状の管を固定子
の外周面に密着させるように巻き付けることは、巻き加
工の精度からしても困難である。

【０００７】したがって、本発明は、このような従来の
冷却管を固定子の外周面に螺旋状に取り付けるタイプの
電動機の不具合を解消するためになされたものであり、
本発明の目的は、冷却管と固定子の間の接触面積を広く
し、冷却管を固定子に密着して、冷却効率を向上させた
電動機、及び当該電動機を容易に製造できる製造方法を
提供することにある。

【０００８】

【課題を解決するための手段】上記目的を達成するため
の本発明は、次のように構成される。

【０００９】請求項１に記載の発明は、断面略矩形形状
の冷却管が固定子の外周面に螺旋状に取り付けられてい
ることを特徴とする電動機である。

【００１０】請求項２に記載の発明は、請求項１に記載
の電動機において、前記冷却管と前記固定子との接触面
は、電動機の回転方向に沿って波型形状であることを特
徴とする。

【００１１】請求項３に記載の発明は、請求項２に記載
の電動機において、前記冷却管は、熱伝導性材料からな
る素管が液圧成形によって固定子外周面に押し付けられ
て形成されていることを特徴とする。

【００１２】請求項４に記載の発明は、請求項３に記載
の電動機において、前記冷却管は、さらに該冷却管の外
側に設けられた固定子枠内面に押し付けられて形成され
ていることを特徴とする。

【００１３】請求項５に記載の発明は、請求項１〜４の
いずれか一つに記載の電動機において、前記冷却管は、
アルミニウムまたはアルミニウム合金で形成されている
ことを特徴とする。

【００１４】請求項６に記載の発明は、固定子の外周面
に熱伝導性材料からなる素管を巻く段階と、前記固定子
の内側に内型を配置する段階と、前記素管の外側に外型
を配置する段階と、前記素管の内部から液圧をかけて素
管を変形させ、前記固定子の外周面に密着させる段階と
を有することを特徴とする電動機製造方法である。

【００１５】請求項７に記載の発明は、請求項６に記載
の電動機製造方法において、前記固定子の外周面を、電
動機の回転方向に沿って波型形状になるように形成する
段階をさらに有することを特徴とする。

【００１６】請求項８に記載の発明は、請求項６または
７に記載の電動機製造方法において、前記外型として、
電動機の固定子枠を用いることを特徴とする。

【００１７】

【発明の効果】本発明に係る電動機は、各請求項毎に次
のような効果を奏する。

【００１８】請求項１に記載の発明によれば、断面略矩
形形状の冷却管が固定子の外周面に螺旋状に取り付けら
れているので、通常の円筒管、扁平管を冷却管に使用す
る場合と異なり、固定子表面に螺旋溝をつくる等の加工
をしなくても、冷却管と固定子との接触面積を広くで
き、冷却効率が向上できる。

【００１９】請求項２に記載の発明によれば、前記冷却
管と前記固定子との接触面は、電動機の回転方向に沿っ
て波型形状であるように構成したので、さらに冷却管と
固定子との接触面積を広くでき、冷却効率を向上でき
る。また、波型形状によるアンカー効果によって、冷却
管と固定子とをしっかりと固定することができる。さら
に、同一形状のケイ素鋼板を積層して固定子を製造する
ことができ、通常の電動機製造方法が適用できる。

【００２０】請求項３に記載の発明によれば、前記冷却
管は、熱伝導性材料からなる素管が液圧成形によって固
定子外周面に押し付けられて形成されているので、固定
子外周面に単に管を巻き加工した場合に生じる隙間が無
くなり、冷却管と固定子との密着性が増し、冷却効率が
向上できる。

【００２１】請求項４に記載の発明によれば、前記冷却
管は、さらに該冷却管の外側に設けられた固定子枠内面
に押し付けられて形成されているので、冷却管が固定子
枠に対して密接に接触することによって、固定子からの
熱が、冷却管を通じて固定子枠へも方散でき、さらに冷
却効率を高めることができる。また、固定子、冷却管、
及び固定子枠が密接に接触することによって、電動機の
強度が高くできる。

【００２２】請求項５に記載の発明によれば、前記冷却
管は、アルミニウムまたはアルミニウム合金で形成され
ているので、冷却管が十分に成形され、冷却管と固定子
とが隙間なく密着でき、冷却効率が向上できる。

【００２３】本発明に係る電動機製造方法は、各請求項
毎に次のような効果を奏する。

【００２４】請求項６に記載の発明によれば、前記素管
の内部から液圧をかけて素管を変形させ、前記固定子の
外周面に密着させる段階を有するようにしたので、複雑
なプレス加工や、固定子外周面の溝きり加工をすること
なく、安価な円筒管等の素管を変形して固定子外周面に
密着した冷却管を設けることができ、冷却効率の高い電
動機を容易に製造することが可能となる。

【００２５】請求項７に記載の発明によれば、前記固定
子の外周面を、電動機の回転方向に沿って波型形状にな
るように形成する段階をさらに有するようにしたので、
同一形状のケイ素鋼板を積層して固定子を製作でき、こ
の固定子の外周面の波型形状に一致させて製造すること
ができるので、さらに冷却効率を向上した電動機を容易
に製造することが可能となる。

【００２６】請求項８に記載の発明によれば、前記外型
として、電動機の固定子枠を用いるようにしたので、外
型を取り除く手間が不要となり、冷却効率を向上した電
動機をさらに容易に製造することが可能となる。

【００２７】

【発明の実施の形態】本発明の一実施形態における電動
機は、固定子の外周面に、断面略矩形形状の冷却管が螺
旋状に取り付けられているものであり、この冷却管は、
固定子の外周面に密着して形成されている。このような
電動機の構成は、素管を固定子の外周面に螺旋状に巻き
付けた後、この素管内に圧力液を導いて液圧をかける液
圧成形によって、素管を固定子表面に押し付けて変形さ
せて形成される。

【００２８】以下、このように形成される本発明の電動
機の一実施形態を、図面を参照して説明する。

【００２９】図１は、本発明の一実施形態を示すための
電動機軸平行方向の概略断面図である。

【００３０】電動機は、回転子２及び固定子４を有し、
固定子４に設けられた巻線（図示していない）によって
発生した磁界と回転子２との相互作用によって、回転子
２が回転駆動される構成をとるが、このような電動機の
駆動自体については、従来の電動機と同様であるので説
明を省略する。

【００３１】固定子４の外周面には、固定子４を冷却す
るための冷却管６が螺旋状に隙間なく取り付けられてい
る。この冷却管６は、断面略矩形形状であり、固定子２
の外周面に密着している。尚、冷却管６の太さは、例え
ば１０ｍｍ角から２０ｍｍ角程度とすることができる。

【００３２】この冷却管６は、熱伝導性材料からなる素
管内に圧力液を導いて液圧を加えるといった液圧成形に
よって素管を固定子外周面８に押し付けるように変形さ
せることで形成されているものである。冷却管６は、液
圧成形における製造の容易の観点からは、変形度の大き
いアルミニウムまたはアルミニウム合金でつくることが
できる。

【００３３】尚、冷却管６の先端部と終端部とは電動機
の外部に突出するように形成されており、各々冷却水導
入部９および冷却水排出部１０を構成している。

【００３４】このように冷却管６を形成することで、冷
却管６と固定子４の外周面とが面接触することになり、
接触面積を広くとることができる。

【００３５】また、冷却管６と固定子４との接触面積を
さらに広くするために、冷却管６と固定子４との接触面
を電動機の回転方向に沿って波型形状になるように形成
することができる。

【００３６】図２は、本発明の一実施形態を示すための
電動機軸垂直方向の概略断面図である。固定子外周面８
は、電動機の回転方向に沿って、波型形状、つまり凹凸
が交互に形成された形状となっている。

【００３７】このように固定子外周面８が電動機の回転
方向に沿って波型になるように形成された固定子４は、
外周面が波型になるように同一形状に打抜き加工された
複数枚のケイ素鋼板を積層させることにより簡単に構成
することができる。ケイ素鋼板の打抜き加工としては、
ファインブランギング等の精密打抜き加工法等を用いる
ことができる。

【００３８】また、固定子外周面８と接触している冷却
管６の面も固定子外周面８の波型形状に一致するように
波型形状に構成されている。これは、冷却管６は、液圧
成形によって素管を、波型形状に構成された固定子外周
面に押し付けて形成することによって容易に実現可能で
ある。

【００３９】固定子外周面８及び冷却管６の接触面の波
型形状のピッチや曲率半径は、要求性能に応じて適宜決
められるが、波型形状の曲率半径は、冷却管６の太さと
同程度になるように形成できる。但し、波型形状をあま
り大きくすると、固定子４のバックヨーク１１におい
て、電動機の磁気回路上の問題が生じるおそれがあるの
で、電動機の磁気回路に悪影響を与えない範囲で波型形
状を決める必要がある。例えば、固定子４が、内径１０
０ｍｍ、外径１６０ｍｍの場合、波型形状の曲率半径を
５ｍｍ程度とすることができる。

【００４０】次に、以上のように構成される電動機の製
造方法について説明する。

【００４１】図３〜６は、本発明に係る電動機の製造方
法の一実施形態を説明するための図である。

【００４２】図３は、冷却管６として変形される素管１
２を固定子４の外周面８に巻く工程を示すための斜視図
である。

【００４３】まず、ケイ素鋼板を積層して構成された固
定子４を用意する。ここで、固定子４の外周面を電動機
の回転方向に沿って波型形状になるように加工しておく
ことができる。尚、この際、同一形状に打ち抜き加工さ
れた複数枚のケイ素鋼板を、外周面の波型形状を互いに
一致させるように積層することにより、固定子４が構成
できるので、通常の固定子の製作と同様に打ち抜き加工
ができ、製造コストが高くなることを軽減できる。

【００４４】次に、この固定子４の外周面８に、熱伝導
性材料でできた素管１２を隙間無く巻き付ける。素管１
２の巻き始めの先端部１４及び巻き終わりの終端部１６
は、固定子の径方向外側に向かって突出させておく。

【００４５】素管１２は、加工の容易性の観点からは、
変形度が大きいアルミニウムまたはアルミニウム合金で
形成されたものを用いることができるが、冷却管６とし
ての熱伝導性の向上の観点からは、熱伝導性のよい銅
（銅合金を含む）等を選択することができる。また、通
常の鉄材を用いることもできる。

【００４６】尚、素管１２自体は、通常の円筒管を用い
ることができ、事前に複雑な形状加工を施す必要はな
い。

【００４７】図４は、外型１８と内型２４を配置する工
程を示すための本実施形態の固定子４及び素管１２の電
動機軸平行方向断面図である。

【００４８】外型１８は、固定子４の外周面に沿って巻
かれている素管１２の外側に配置される。外型１８は、
円筒形状を有しており、外型１８の内周面により、素管
１２を径方向に押さえている。また、外型１８の端部に
は、素管１２及び固定子４を軸方向に押さえつけるため
の底部２０を有している。

【００４９】また、外型１８の側面には、突出している
素管１２の先端部１４及び終端部１６が外側に抜けるこ
とができるように、抜穴部２２が設けられている。した
がって、突出している先端部１４及び終端部１６を有す
る素管１２の外側に着脱可能に外型１８を配置する見地
からは、外型１８は、分割された合せ型が用いられる。
例えば、電動機軸中心に平行に前記円筒形状を半分に分
割したような合せ型を用いることができる。

【００５０】一方、固定子４の内側の空間には、内型２
４が挿通される。内型２４は、固定子４の内径寸法より
若干小さい径寸法の円柱形状を有している。このような
円柱形状の内型２４は、後述する工程で素管１２をもと
に冷却管６を成形する際に加わる圧力により、固定子が
内側方向に変形することを防止するための心棒として機
能する。また、内型２４の端部には、素管１２及び固定
子４を軸方向に押さえるための押え部２６が設けられて
いる。

【００５１】以上のように外型１８及び内型２４が配置
されることによって、一巻分の素管１２は、隣接する素
管１２、外型１８の内面、及び固定子４の外周面８に囲
まれることとなる。但し、この段階では、素管１２の断
面形状が円形であったり、素管１２の巻き精度の限界等
があることによって、素管１２と固定子４の外周面との
間には、隙間２８が生じている。

【００５２】図５は、素管１２内に液圧をかけて断面略
矩形形状の冷却管６に成形する工程を示すための本実施
形態の固定子４及び冷却管６の電動機軸平行方向断面図
である。

【００５３】上記のように外型１８及び内型２４を配置
した後に、素管１２の先端部１４及び終端部１６を適当
な液圧装置に接続し、圧力液を管内に導いて成形を行
う。液圧によって、素管１２の内側から外側に向かって
圧力が均一に作用し、素管１２がふくらむ。このように
素管１２がふくらむことによって、素管１２が外型１８
の内周面、及び固定子４の外周面８に強く押し付けられ
て、断面略矩形形状の冷却管６が成形される。また、素
管１２と固定子４の外周面との間にあった隙間２８もな
くなり、冷却管６を固定子４に密着させることができ
る。

【００５４】また、上述したように固定子４の外周面を
電動機の回転方向に沿って波型形状に加工してあれば、
この波型形状に合せて、冷却管６が形成されるので、さ
らに冷却管６と固定子４との接触面積が広い電動機を製
作することができる。

【００５５】尚、素管１２の先端部１４及び終端部１６
を適当な液圧装置（図示していない）に接続し、圧力液
を管内に導いて成形を行う方法自体は、液圧成形法の一
つとして通常用いられている液圧バジル加工とよばれる
ものと同様であるので詳細な説明は省略するが、素管１
２の径、肉厚、及び材質によって適宜液圧を選択するこ
とができる。

【００５６】図６は、外型１８及び内型２４を取り外し
た固定子４及び冷却管６の電動機軸平行方向断面図であ
る。

【００５７】冷却管６の成形が完了した後、外型１８及
び内型２４を外す。その後は、通常の電動機の製造方法
と同様に、回転子２や巻線等、固定子枠（カバー、図示
していない）等を組みつけて電動機の製造が完了する。

【００５８】尚、前記外型１８は、電動機の固定子枠
（カバー）として、そのまま使用することもできる。こ
の場合は、外型１８は取り外さずに、外型１８が合せ型
の場合には、その分割部分を適宜結合、固定することに
よって、そのまま電動機の固定子枠（カバー）として使
用されることとなる。この場合に、冷却管６は、固定子
４の外周面８だけでなく、外型１８としての固定子枠の
内面にも押し付けられて形成されることとなる。

【００５９】以上のように製作される本発明の一実施形
態の電動機は、以下のように作用する。

【００６０】素管１２（最終的には、冷却管６として成
形される）の先端部１４及び終端部１６は、電動機の製
作時には、圧力液を導くための注入口として機能した
が、電動機の製作完了後は、そのまま、前記冷却水導入
部９および前記冷却水排出部１０として使用できる。こ
の冷却管導入部９から冷却水が導入され、固定子４を冷
却することとなるが、冷却管６が断面略矩形形状を有し
ており、通常の円筒管、扁平管と比べて固定子４との接
触面積を広くとることができる。したがって、固定子４
で発生した熱を電動機外部に放出できる割合が高くな
り、冷却効率が向上する。

【００６１】また、冷却管６と固定子４との接触面を電
動機の回転方向に沿って波型形状に構成することによっ
て、冷却管６と固定子４と接触面積がさらに広くなるの
で、より一層冷却効率が向上する。また、波型形状によ
るアンカー効果によって、冷却管６と固定子４とをしっ
かりと固定することができる。

【００６２】尚、冷却管６は、液圧成形によって素管を
固定子４の外周面８に押し付けて形成され、管の内側か
ら外側へふくらむように変形されているので、固定子４
の外周面８に単に管を巻き加工した場合に生じる隙間２
８が無くなり、冷却管６と固定子４との密着性が増す。

【００６３】また、固定子枠を外型１８として用いるこ
とによって、液圧成形した場合には、冷却管６は、固定
子枠内面にも押し付けて形成されることになり、冷却管
６が固定子枠に対して密接に接触することによって、固
定子４からの熱が、冷却管６を通じて固定子枠へも方散
でき、さらに冷却効率を高めることができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】 本発明の一実施形態を示すための電動機の軸
平行方向概略断面図である。

【図２】 本発明の一実施形態を示すための電動機の軸
垂直方向概略断面図である。

【図３】 素管を固定子の外周面に巻く工程を示すため
の斜視図である。

【図４】 外型と内型を配置する工程を示すための本実
施形態の固定子及び素管の軸平行方向断面図である。

【図５】 素管内に液圧をかけて断面略矩形形状の冷却
管を成形する工程を示すための本実施形態の固定子及び
冷却管の軸平行方向断面図である。

【図６】 外型及び内型を取り外した固定子及び冷却管
の軸平行方向断面図である。

【符号の説明】

２…回転子、 ４…固定子、 ６…冷却管、 ８…固定子外周面、 ９…冷却水導入部、 １０…冷却水排出部、 １１…バックヨーク、 １２…素管、 １４…素管先端部、 １６…素管終端部、 １８…外型、 ２０…底部、 ２２…抜穴部、 ２４…内型、 ２６…押え部、 ２８…隙間。

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 吉村 由佳 神奈川県横浜市神奈川区宝町２番地 日産 自動車株式会社内 Ｆターム(参考） 5H609 PP01 PP06 QQ04 QQ09 QQ13 RR37 RR40 RR42

Claims (8)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 断面略矩形形状の冷却管が固定子の外周
   面に螺旋状に取り付けられていることを特徴とする電動
   機。
2. 【請求項２】 前記冷却管と前記固定子との接触面は、
   電動機の回転方向に沿って波型形状であることを特徴と
   する請求項１に記載の電動機。
3. 【請求項３】 前記冷却管は、熱伝導性材料からなる素
   管が液圧成形によって固定子外周面に押し付けられて形
   成されていることを特徴とする請求項１または２に記載
   の電動機。
4. 【請求項４】 前記冷却管は、さらに該冷却管の外側に
   設けられた固定子枠内面に押し付けられて形成されてい
   ることを特徴とする請求項３に記載の電動機。
5. 【請求項５】 前記冷却管は、アルミニウムまたはアル
   ミニウム合金で形成されていることを特徴とする請求項
   １〜４のいずれか一つに記載の電動機。
6. 【請求項６】 固定子の外周面に熱伝導性材料からなる
   素管を巻く段階と、 前記固定子の内側に内型を配置する段階と、 前記素管の外側に外型を配置する段階と、 前記素管の内部から液圧をかけて素管を変形させ、前記
   固定子の外周面に密着させる段階とを有することを特徴
   とする電動機製造方法。
7. 【請求項７】 前記固定子の外周面を、電動機の回転方
   向に沿って波型形状になるように形成する段階をさらに
   有することを特徴とする請求項６に記載の電動機製造方
   法。
8. 【請求項８】 前記外型として、電動機の固定子枠を用
   いることを特徴とする請求項６または７に記載の電動機
   製造方法。