JP2005094846A - モータ - Google Patents

Abstract

【課題】 モータ各部、特にステータコイルの温度上昇を抑える。
【解決手段】 モータ１は、モータフレーム２内に配置されたステータ３及びロータ４を備えて構成されている。モータフレーム２を、中空状の環状ケース１０及びケース１０の軸方向両端部に設けられた側版１１，１２とから構成する。前記ロータ４は前記ケース１０の内周部に配置されている。ケース１０の開口は側板１１により水密に閉鎖され、その閉鎖空間としてのステータ収容部１７にステータ３が収容されている。そして、前記ステータ収容部１７には、炭素繊維２１が混入されたパラフィン２０を封入する。前記パラフィンは、モータ１の非駆動時は固体であり前記モータ１の駆動によるステータ３の温度上昇により融解する。
【選択図】 図１

Description

本発明は、駆動時に温度上昇しやすい例えば高出力で小形のモータに関し、特にはハイブリッド車用駆動装置に好適なモータに関する。

ハイブリッド車の駆動用モータなど小形で高出力を要求されるモータでは、温度上昇により受ける影響が大きい。このため、鉄損や銅損が少なく効率が良い領域に動作領域を設定して発熱を抑える他、ロータにファンを設けたりモータフレームに水冷ジャケットや油冷ジャケットを設けたりして発生した熱を効率よく放熱することが行われている（特許文献１参照）。

ところが、ロータにファンを設けた場合、起動時等の大きなトルクが必要で損失が大きくなるときはロータの回転数が小さいため、十分な冷却効果を得ることができない。また、十分な冷却効果を得るためには大きなファンが必要となり、モータを小形化できない。
一方、モータフレームに水冷ジャケット等を設けた場合、主な発熱源であるステータコイルから水冷ジャケットまで十分に熱を伝達することができず、効率よく放熱できないという問題がある。これは、以下の理由による。

即ち、ステータコイルで発生した熱は絶縁物を介してステータコアに伝達され、ステータコアに伝達された熱はモータフレームを介して水冷ジャケットに伝達される。しかし、絶縁物は一般に熱伝導率が小さく、また、ステータコイルと絶縁物、絶縁物とステータコアとの間にはギャップが存在する。更に、微視的に捉えるとステータコアとモータフレームとの間にもギャップが存在する。このため、ステータコイルとステータコア、ステータコアとモータフレームの間はいずれも熱抵抗が大きく、ステータコイルで発生した熱はフレームまで伝わり難い。
特開平１０−５２００２号公報

解決しようとする問題点は、ステータコイルやステータコアで発生した熱をフレームまで効率よく伝達して放熱することができない点である。

本発明のモータは、モータ各部、特にステータコイルの発熱を抑えることを目的としており、そのために、ステータの全体を収容する閉鎖空間を有するフレームを設け、前記閉鎖空間に、少なくとも前記ステータコイルの非通電時は固体であり前記ステータコイルの通電時におけるステータの温度上昇により融解する融解体を封入したことを特徴とする。
この場合、前記融解体の融解温度は、定格運転状態におけるステータの温度範囲にあることが好ましい。

本発明のモータでは、駆動時にステータコイルやステータコアで発生した熱は融解体に伝達される。融解体に伝達された熱により融解体が温度上昇し、融点に達すると、前記融解体は固体から液体に変化する。このとき、ステータコイルやステータコアから融解潜熱を奪うため、前記ステータコイル及びステータコアの温度上昇が抑えられる。

以下、本発明の第１の実施例について図１を参照しながら説明する。本実施例に係るモータの全体構成を示す図１において、モータ１は、モータフレーム２内に配置されたステータ３及びロータ４を備えて構成されている。前記ステータ３は、ステータコア５、このステータコア５のスロットにスロット絶縁物及び相間絶縁物並びに楔（いずれも図示せず）などを介して巻装されたステータコイル６から構成されている。前記ロータ４は、前記ステータ３の内周部に配置されたロータコア７及びロータシャフト８から構成されている。

前記モータフレーム２は、中空状の環状ケース１０と、前記ケース１０の軸方向両端部に設けられた側版１１，１２とから構成されている。前記ロータ４は前記ケース１０の内周部に配置されている。以下、ケース１０の内周部をロータ収容部１３とする。
前記ケース１０の軸方向一端部（図１において右端部）は開口し、他端部（図１において左端部）は閉塞されている。前記ステータ３は前記開口からケース１０内に圧入されている。尚、ケース１０の内面には段部１４が設けられており、前記段部１４によりステータコア５が軸方向に位置決めされている。

一方の側板１１は、前記ケース１０の開口及び前記ロータ収容部１３の一端部に嵌合され前記ケース１０の開口及びロータ収容部１３の一端部を塞いでいる。前記側板１１のケース１０の開口と対応する部分には環状凸部１５が設けられており、前記環状凸部１５の内周面及び外周面にはそれぞれＯリング１６が装着されている。これにより、ケース１０の開口は側板１１により水密に閉鎖され、ケース１０内に閉鎖空間としてのステータ収容部１７が形成される。また、他方の側板１２はロータ収容部１３の他端部に嵌合され当該他端部を塞いでいる。

前記側板１１，１２の中心部には、それぞれ軸受１８が設けられている。前記軸受１８には、前記ロータシャフト８が回転可能に支持されている。
さて、前記ステータ収容部１７には、融解体としてのパラフィン２０が封入されている。前記パラフィン２０には、伝熱促進部材としての炭素繊維２１（図１においてパラフィン２０内の「点」で示す）が一様に混入されている。パラフィン２０は、融点（融解温度）が約７０℃であり、熱伝導率が０．２Ｗ／ｍＫであるものが用いられている。パラフィン２０の融点である７０℃は本実施例に係るモータ１の定格運転状態におけるステータ３の温度範囲にある。

また、炭素繊維２１は、熱伝導率が数十〜５００Ｗ／ｍＫであり、パラフィン２０の熱伝導率を上げるために混入されている。
前記パラフィン２０及び炭素繊維２１は、次のようにステータ収容部１７に封入される。即ち、ケース１０内にステータ３を圧入した後、ケース１０及びステータ３の全体を７０℃以上に加温すると共に前記ケース１０の開口が上になるようにケース１０を配置する。そして、パラフィン２０を７０℃以上に加温して液体状にし、前記開口からケース１０内に流し込む。ケース１０に流し込まれたパラフィン２０は、スロットとステータコイル６の間の間隙を通りステータコア５よりも他端部側のケース１０内にも封入される。また、前記パラフィン２０は、ステータコア５とモータフレーム２とのギャップにも進入する。

パラフィン２０を流し込んだ後、ケース１０の開口は側板１１により閉塞され、以ってパラフィン２０及び炭素繊維２１はステータ収容部１７に封入される。このとき、ステータ収容部１７はステータ３及びパラフィン２０で完全に満たされるのではなく、若干の空隙１７ａが残るようにパラフィン２０の量は調整される。また、このようにステータ収容部１７に封入されたパラフィン２０は、その後、ケース１０及びステータ３の温度が低下することにより固体に変化する。

上記構成において、モータ１の駆動が開始されてステータコイル６が発熱すると、その熱はステータコア５に伝達されると共にパラフィン２０を介してフレーム２に伝達される。また、ステータコア５で発生した熱及びステータコイル６からステータコア５に伝達された熱は直接的に或いはパラフィン２０を介してフレーム２に伝達される。
上述したように、パラフィン２０の熱伝導率は０．２Ｗ／ｍＫであり、また、パラフィン２０に混入されている炭素繊維２１の熱伝導率は数十〜５００Ｗ／ｍＫである。これに対して空気の熱伝導率は０．０２Ｗ／ｍＫである。従って、本実施例のモータ１は、ステータコイルやステータコアの熱が空気を介してフレームに伝達される構成の従来のモータに比べて、ステータコイル６及びステータコア５の熱を効率良くフレーム２に伝達して放熱することができる。

また、ステータコア５及びステータコイル６の発熱によりパラフィン２０の温度が７０℃付近まで上昇すると、パラフィン２０は融解して固体から液体に変化する。この際、融解に必要な熱エネルギー（融解潜熱）がステータコイル６やステータコア５から奪われる。このため、ステータコイル６やステータコア５の温度上昇が抑えられる。
さらに、パラフィン２０には炭素繊維２１が混入されており、ステータコイル６やステータコア５から奪った熱は比較的早くパラフィン２０のほぼ全体に伝達される。このため、パラフィン２０のほぼ全体を効率よく融解させることができる。

特に本実施例では、融点がモータ１の定格運転状態におけるステータ３の温度範囲にあるようなパラフィン２０を採用した。このため、定格運転時の温度上昇を抑えることができ、例えば短時間定格のモータでは、その定格時間を延ばすことができる。
また、本実施例では、ステータ収容部１７内にパラフィン２０を封入しても空隙１７ａが残るようにした。従って、パラフィン２０が固体から液体に変化することに伴う体積の増大分が吸収されるので、パラフィン２０の漏れを防ぐことができる。

図２は本発明の第２の実施例を示しており、第１の実施例と異なるところを説明する。なお、第１の実施例と同一部分には同一符号を付している。この第２の実施例では、モータフレームの外周部に水冷ジャケット３１を設けている。
前記水冷ジャケット３１は、モータフレーム２の外周面に嵌合された筒状のケーシング３２と、ケーシング３２とモータフレームとの間に介装されたＯリング３３，３４とを備えて構成されている。前記ケーシング３２は、モータフレーム２の外周面との間に一定の距離をおいて対向する周壁部３２ａと、前記周壁部３２ａの軸方向両端部からモータフレーム２の外周面に向かって延びる環状の側板３２ｂ，３２ｃとを一体成形することにより構成されている。

前記Ｏリング３３，３４は、側板３２ｂ，３２ｃの端部に設けられている。また、ケーシング３２の側板３２ｃとモータフレーム２との間はシール剤３８が塗られている。以上により、ケーシング３２とモータフレーム２との間の水密性が確保されている。
更に、ケーシング３２の周壁部３２ａには入水部３５及び出水部３６が設けられている。上記構成により、ケーシング３２とモータフレームとの間に通水路３７が形成される。

上記構成においては、入水部３５から通水路３７に供給された冷却水は、フレーム２の熱を奪いつつ出水部３６から排出される。このため、モータフレーム２の放熱量を増やすことができる。従って、ステータコアから伝達された熱を一層効率よく放熱することができる。
尚、本発明は上記した実施例に限定されるものではなく、例えば次のような変形が可能である。

パラフィンの融点は、分子量や構造によって変化する。従って、モータの定格運転状態における温度範囲に応じて、適宜の融点のパラフィンを用いると良い。また、モータの定格運転状態における温度範囲を超えた融点のパラフィンをステータ収容部に封入するようにしても良い。この場合は、モータの異常な温度上昇を抑えることができる。
融解体はパラフィンのような天然ワックスの他、合成ワックスでもよく、また、複数種のワックスを混合して用いても良い。

通水路は、モータフレームの外周面の他、モータフレームの軸方向端部に設けても良い。また、水冷ジャケットとモータフレームとの間には、通水路の他、融解体を封入するスペースを設けても良い。例えば、水冷ジャケットとモータフレームの間を複数に区画することにより、その一部に融解体を封入し、残りに冷却水を流通させるようにすることができる。

本発明の第１の実施例を示すモータの全体構成図 第２の実施例を示す図１相当図

符号の説明

図面中、１はモータ、２はモータフレーム、３はステータ、４はロータ、５はステータコア、６はステータコイル、１７はステータ収容部（閉鎖空間）、２０はパラフィン（融解体）、２１は炭素繊維（伝熱促進部材）、３１は水冷ジャケット、３７は通水路を示す。

Claims (5)

1. ステータコア及び前記ステータコアに巻装されたステータコイルからなるステータと、
   前記ステータコイルを通電することにより回転されるロータと、
   前記ステータの全体を収容する閉鎖空間を有するフレームと、
   前記閉鎖空間に封入され、少なくとも前記ステータコイルの非通電時は固体であり前記ステータコイルの通電による前記ステータの温度上昇により融解する融解体とを備えたモータ。
2. 融解体の融解温度は、定格運転状態におけるステータの温度範囲にあることを特徴とする請求項１記載のモータ。
3. 融解体には、前記融解体よりも熱伝導率が高い伝熱促進部材が混入されていることを特徴とする請求項１記載のモータ。
4. 閉鎖空間には、前記閉鎖空間に空隙が存在する量の融解体が封入されていることを特徴とする請求項１記載のモータ。
5. フレームには、通水路が設けられていることを特徴とする請求項１記載のモータ。
   
   

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