JP2005006388A

JP2005006388A - 電動機及び電動機の製造方法

Info

Publication number: JP2005006388A
Application number: JP2003165971A
Authority: JP
Inventors: Yasuharu Taketsuna; 靖治竹綱
Original assignee: Toyota Motor Corp
Current assignee: Toyota Motor Corp
Priority date: 2003-06-11
Filing date: 2003-06-11
Publication date: 2005-01-06
Anticipated expiration: 2023-06-11
Also published as: JP4461717B2

Abstract

【課題】電動機において放熱特性を向上させることである。
【解決手段】モータケース本体の内壁のステータ保持部分に、樹脂含漬シートを配設し（Ｓ１０）、ステータをモータケース本体の開口部から挿入して組み込む（Ｓ１２）。ついでモータケース本体の開口部からヒータを挿入してステータ側に配置する（Ｓ１４）。次にヒータに通電し、ステータを介して樹脂含漬シートを加熱し、半硬化状態の樹脂を軟化流動状態にする（Ｓ１６）。さらに加熱を続けることで、熱硬化性樹脂は硬化し、隙間の中で固化する（Ｓ１８）。ヒータをモータケース本体内部から除去し、ロータ等の部品を組込み（Ｓ２０）、モータケース蓋を取り付けて車両用電動機１０が出来上がる。
【選択図】図２

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は電動機及び電動機の製造方法に係り、特にステータをモータケースで保持する電動機及び電動機の製造方法に関する。
【０００２】
【従来の技術】
車両等に用いられる電動機について、負荷の厳しい条件での運転を可能にし、あるいはモータ定格をより低減させるには、モータに発生した熱、特にコイルやステータ等に発生する熱をすばやく放熱することが必要である。例えば、モータケースにフィン等の放熱手段を設けて、効率的な放熱を図ることが考えられている。この場合には、モータケースと、ステータを密着して固定し、ステータの熱をモータケースに速やかに逃がすことが好ましい。
【０００３】
特許文献１には、従来技術としてモータケースとステータを焼きばめにより結合する方法が記載され、この嵌め合い部分に要求される高い加工精度を緩和するため、ステータの積層鋼板をモータケースによって鋳ぐるんだケース一体型ステータを開示している。また、特許文献２には、ハウジングフレームとその内周面に嵌合させた固定子とを備える回転電機において、固定子外周面に接着剤を塗布してから嵌合させ、ハウジングフレームの内周面と固定子との嵌合部の僅かな隙間に充填物を入れることが記載されている。
【０００４】
【特許文献１】
特開平８−２６６０２０号公報
【特許文献２】
特開平９−１０３０４１号公報
【０００５】
【発明が解決しようとする課題】
特許文献１に開示されたケース一体型ステータは、構造および製造方法等に制約が多く、一般的ではない。一般的なモータ構造においては、ステータモータケースとの隙間が放熱性と組み付け易さとの兼ね合いで設定されることになる。つまり、放熱性を重視すれば、組み付け部分に対し高精度の切削加工を要し、コストアップとなり、組み付け易さを重視すれば、ステータとモータケースとの密着が不十分となり、ステータで発生した熱をモータケースに十分に伝達できず、冷却性能が低下し、所定のモータ性能を得るためにはモータが大型化する。このように相反する放熱性と組み付け易さの要求をある程度満たすために、現状では、ステータモータケースとの隙間が、例えば５０μｍに設定される。しかし、この場合でも放熱性及び組み付け性がなおも問題となることがある。
【０００６】
特許文献２に開示された技術は、ステータとモータケースとの結合強度を嵌合により得ているので、嵌合部分に高精度の切削加工を要し、また狭い隙間に嵌合させる必要があり、組み付け易さの要求を十分には満たしていない。
【０００７】
本発明は、かかる従来技術の課題を解決し、放熱性を向上できる電動機及び電動機の製造方法を提供することである。他の目的は、ステータとモータケースの組み付け部分に高精度の加工を要せずに放熱性を向上できる電動機及び電動機の製造方法を提供することである。
【０００８】
【課題を解決するための手段】
上記目的を達成するため、本発明に係る電動機は、ロータと、ロータの周囲に配置されるステータと、ステータを保持するモータケースと、ステータとモータケースとの間の隙間を充填する樹脂層であって、シートに含浸された熱硬化性樹脂が加熱により流動し固化した樹脂層と、を含むことを特徴とする。
【０００９】
また、本発明に係る車両用電動機は、ロータと、ロータの周囲に配置されるステータと、ステータを保持し車両に取り付けられるモータケースと、ステータとモータケースとの間の隙間を充填する樹脂層であって、シートに含浸された熱硬化性樹脂が加熱により流動し固化した樹脂層と、を含むことを特徴とする。
【００１０】
上記構成により、ステータとモータケースとの間の隙間を充填する樹脂層であって、シートに含浸された熱硬化性樹脂が加熱により流動し固化した樹脂層により、ステータとモータケースとが密着される。すなわち、熱硬化性樹脂を含浸したシートを用い、これを加熱することで樹脂を流動化させ、流動化した樹脂がステータとモータケースとの間の隙間に沿って流れ、そして固化することで隙間が充填される。したがって、ステータとモータケースとの間は隙間なく固化した樹脂で埋められ、ステータで発生した熱が充填樹脂を介してモータケースに伝達され、放熱性を向上させることができる。
【００１１】
また、流動化した樹脂がステータとモータケースとの間の隙間に沿って流れ、そして固化するので、ステータとモータケースとの間の隙間について特に高精度の加工等を要しない。したがって、電動機のコストを低減できる。例えば、加工レス、つまり黒皮のままのモータケースを用いることも可能となる。
【００１２】
また、モータケースは、ステータの外周を保持する保持内壁を備え、樹脂層は、ステータの外周とモータケースの保持内壁との間の隙間を充填する樹脂層であることが好ましい。
【００１３】
また、本発明に係る車両用電動機の製造方法は、モータケースの内壁に、半硬化状態の熱硬化性樹脂を含浸させたシートを配設するシート配設工程と、シートを挟んでステータの外周をモータケースの保持内壁に位置決めして組み込む組込工程と、ステータ側にヒータを配置するヒータ配置工程と、ヒータを稼動させ、ステータを介して熱硬化性樹脂を含浸させたシートを加熱し、ステータとモータケースの内壁との間の隙間に熱硬化性樹脂を流動させる樹脂流動工程と、流動した熱硬化性樹脂を固化させ、ステータの外周とモータケースの内壁とを密着させる樹脂固化工程と、を含み、モータケースに密着したステータにロータを組み付けることを特徴とする。
【００１４】
上記構成により、半硬化状態の熱硬化性樹脂を加熱するためのヒータは、ステータ側に配置される。モータケース側にヒータを配置する場合には、加熱の対象がモータケース及びステータとなり、加熱すべき対象の熱容量がより大きい物となる。すなわち、ステータ側にヒータを配置することで、モータケース側にヒータを配置する場合に比べ、ヒータを小型化でき、また、流動化及び固化に必要な時間も短くできる。
【００１５】
【発明の実施の形態】
以下に図面を用い、本発明に係る実施の形態につき詳細に説明する。以下において、電動機は、車両に用いられる電動機とするが、モータケースにステータが保持される構成の電動機であれば、車両以外に用いられる電動機であってもよい。図１は、車両用電動機１０の部分断面図である。車両用電動機１０は、一方側に開口部を有する概略円筒状のモータケース本体１２と、モータケース本体１２の開口部をふさぐモータケース蓋１４と、モータケース本体１２の内部に収容されるステータ１６と、ステータ１６の内周側に配置されるロータ１８と、モータケース本体１２の内壁とステータ１６の外周との間の樹脂層２０を含む。ステータ１６にはコイルが配設され、その一部はコイルエンド２２となる。
【００１６】
樹脂層２０を除く他の要素は、車両用電動機として一般的なものを用いることができる。例えば、モータケース本体１２及びモータケース蓋１４は、アルミ合金等の鋳造品を用いることができ、ステータ１６は、電磁鋼板を積層したものを用いることができる。
【００１７】
樹脂層２０は、熱硬化性の樹脂であり、この樹脂をステータ１６の外周とモータケース本体１２との間の隙間に充填するに当たっては次のようにする。すなわち、半硬化状態状態の熱硬化性樹脂を含漬させたシートを用い、このシートをステータ１６の外周とモータケース本体１２の内壁との間に挟み、これを加熱して軟化流動させ、その流動により隙間を埋め、そして固化する。
【００１８】
樹脂層２０の厚さは、モータケース本体１２の内壁とステータ１６の外周との隙間であるが、例えば約１ｍｍとすることができる。すなわち、モータケース本体１２におけるステータ保持部分の内径は、ステータ外径＋１ｍｍ程度に設定すればよい。樹脂層２０の元となる樹脂含漬シートの厚みは、モータケース本体１２の内壁とステータ１６の外周との隙間より若干薄いものを用いる。上記の例で、約０．９−０．７ｍｍ程度が好ましい。
【００１９】
樹脂層２０の元となる樹脂含漬シートは、常温で半硬化状態の熱硬化性樹脂を含漬し、加熱により半硬化状態から軟化して流動性を得、さらに加熱を続けることで不可逆的な硬化を行うものであればよい。一般に、織物、紙、マット等の連続した基材に熱硬化性樹脂を含漬させた積層成形材料をプリプレグ材と称するが、その中で、例えば、シート基材としてポリエステルフィルムやアラミド紙あるいはポリエステルフィルムとアラミド紙の貼り合わせ材等の絶縁シートを用い、これにエポキシ樹脂、ポリエステル樹脂、フェノール樹脂、メラミン系樹脂等の熱硬化性樹脂を含漬させたものを用いることができる。これ以外でも、上記条件を満たすものであれば、他の材料構成のプリプレグ材を用いることができる。
【００２０】
プリプレグ材の製造は、樹脂の種類により異なる。ポリエステル樹脂を用いる場合は、縮合材を用いる特殊な処方により製造され、エポキシ樹脂及びジアリルフタレート樹脂を用いる場合は、常温で固形の樹脂を溶剤に溶かしこれに硬化剤を混入したものを基材に含漬させて製造される。また、フェノール樹脂やメラミン樹脂を用いる場合は、初期縮合物を基材に含漬させ、通常の成形材料の製造と同様に加熱乾燥室内で水分や溶剤を除去するとともに縮合反応も進める。
【００２１】
いずれの場合でもプリプレグ材は常温ではべたつかないため、例えば所定の形状、大きさに裁断する等の取り扱いが容易に行え、加熱加圧により流動し、やがて硬化する。
【００２２】
図２は、樹脂層２０の形成を中心とした車両用電動機の製造方法のフローチャートである。最初にモータケース本体１２を準備し、その内壁のステータ保持部分３０に、樹脂含漬シート３２を配設する（Ｓ１０）。ステータ保持部分３０は、円筒状であるので、樹脂含漬シート３２も円筒状に内壁に沿って配設する。次に、ステータ１６をモータケース本体１２の開口部から挿入して組み込む（Ｓ１２）。その様子を図３に示す。図３の例では、モータケース本体１２に、ステータ組み込み用の段差３４が設けられているので、ステータ１６の外周とステータ保持部分３０との間に樹脂含漬シート３２が挟まるように、この段差３４に突き当たるまでステータ１６をモータケース本体１２の内部に挿入する。
【００２３】
ステータ１６が、段差３４に突き当たってモータケース本体１２内に組込まれると、モータケース本体１２の開口部からヒータ３６を挿入してステータ１６側に配置する（Ｓ１４）。その様子を図４に示す。このように、ヒータ３６は、ステータ１６の内周に接触するようにして配置される。ヒータ３６は数個に分割してそれぞれをステータ１６の内周に押し当てるものとしてもよく、あるいは、ステータ１６の内径とほぼ同じ寸法の外径を有する円筒状ヒータを用いてもよい。
【００２４】
次にヒータ３６に通電し、ステータ１６を介して樹脂含漬シート３２を加熱し、半硬化状態の樹脂を軟化流動状態にする（Ｓ１６）。軟化流動状態は、ステータ１６の外周とステータ保持部分３０との隙間を流れるほどの流動性までは必要なく、ステータ１６の外周とステータ保持部分３０との隙間の形状に倣って塑性変形し、その隙間を充填する程度でも足りる。さらに加熱を続けることで、熱硬化性樹脂は硬化し、隙間の中で固化する（Ｓ１８）。樹脂の軟化流動及び固化を適正なものとするため、温度検出器を用いてヒータ３６の温度上昇及び冷却の動作を制御することができる。この動作設定は、樹脂含漬シート３２に含漬される樹脂の特性と、ステータ１６等の熱容量に基づいて行うことができる。
【００２５】
熱硬化性樹脂が固化し、隙間を充填した樹脂層２０となるのに応じて、ヒータ３６の動作を停止し、ヒータ３６をモータケース本体１２内部から除去する。そして、ロータ１８等の部品を組込み（Ｓ２０）、モータケース蓋１４を取り付けて、図１に示す車両用電動機１０が出来上がる。
【００２６】
このようにして、ステータとモータケース本体とは樹脂層により密着され、また、心材としてシート基材を含むことにより、ステータとモータケース本体との間の結合の機械強度も確保できる。つまり、機械強度をシート基材に、硬化及び伝熱性を樹脂にそれぞれ分担させることができるため、ステータとモータケース本体との間の隙間を広げ、隙間部分に対する高精度の加工を要せずに放熱性を向上することが可能となる。このことで、車両用電動機を駆動させたとき、ステータに生じた熱について樹脂層を介して速やかにモータケース側に伝達でき、放熱性が向上する。したがって、コイルの温度上昇を抑制でき、特に車両用電動機の連続運転等の定常状態におけるコイル温度低減を図ることができる。
【００２７】
なお、上記において、モータケース本体内部にステータ保持部及びステータ組み込み用の段差が設けられるものとして説明したが、樹脂層の強度によっては、これらを設けないこともできる。例えば位置決め治具等を用いて、ステータとモータケース本体とを位置決めし、その状態で樹脂を流動固化して、ステータとモータケース本体とを密着固定することもできる。
【００２８】
【発明の効果】
本発明に係る電動機及び電動機の製造方法によれば、放熱特性を向上することができる。本発明に係る電動機及び電動機の製造方法によれば、ステータとモータケースの組み付け部分に高精度の加工を要せずに放熱性を向上することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明に係る実施の形態における車両用電動機の部分断面図である。
【図２】本発明に係る実施の形態における車両用電動機製造方法のフローチャートである。
【図３】本発明に係る実施の形態において、樹脂含漬シートを配設したモータケースにステータを組み込む様子を示す図である。
【図４】本発明に係る実施の形態において、ステータ側にヒータを配置する様子を示す図である。
【符号の説明】
１０車両用電動機、１２モータケース本体、１４モータケース蓋、１６ステータ、１８ロータ、２０樹脂層、３０ステータ保持部分、３２樹脂含漬シート、３６ヒータ。

Claims

ロータと、
ロータの周囲に配置されるステータと、
ステータを保持するモータケースと、
ステータとモータケースとの間の隙間を充填する樹脂層であって、シートに含浸された熱硬化性樹脂が加熱により流動し固化した樹脂層と、
を含むことを特徴とする電動機。
ロータと、
ロータの周囲に配置されるステータと、
ステータを保持し車両に取り付けられるモータケースと、
ステータとモータケースとの間の隙間を充填する樹脂層であって、シートに含浸された熱硬化性樹脂が加熱により流動し固化した樹脂層と、
を含むことを特徴とする車両用電動機。
請求項２に記載の車両用電動機において、
モータケースは、ステータの外周を保持する保持内壁を備え、
樹脂層は、ステータの外周とモータケースの保持内壁との間の隙間を充填する樹脂層であることを特徴とする車両用電動機。
モータケースの内壁に、半硬化状態の熱硬化性樹脂を含浸させたシートを配設するシート配設工程と、
シートを挟んでステータの外周をモータケースの保持内壁に位置決めして組み込む組込工程と、
ステータ側にヒータを配置するヒータ配置工程と、
ヒータを稼動させ、ステータを介して熱硬化性樹脂を含浸させたシートを加熱し、ステータとモータケースの内壁との間の隙間に熱硬化性樹脂を流動させる樹脂流動工程と、
流動した熱硬化性樹脂を固化させ、ステータの外周とモータケースの内壁とを密着させる樹脂固化工程と、
を含み、モータケースに密着したステータにロータを組み付けることを特徴とする車両用電動機の製造方法。