JP2008167609A - 電動機 - Google Patents

Abstract

【課題】界磁コイルで生じた熱を効率よく放熱する電動機を提供する。
【解決手段】回転子１１と、回転子１１を回転させる回転磁界を発生する界磁コイル４が巻き付けられた固定子１０と、回転子１１及び固定子１０を内側に収容する筒状のケース２とを具備する電動機であって、モールド１７が固定子１０の外面と界磁コイル４とを一体的に被覆する一方、ケース２には、その内周面に凹部２ｄを設け、凹部２ｄの内面とモールド１７の表面とで冷却水の流路となる冷媒流路２０が形成されるようケース２に固定子１０を固定する。
【選択図】図２

Description

本発明は、主に界磁コイルで生じた熱を効率よく放熱する電動機に関する。

従来、電動機の発熱対策としては様々な方式が採用されており、その一つに水冷方式を採用した電動機がある（例えば、特許文献１参照）。例えば、電動機を収容する円筒状ケースの円筒部の内部に冷媒流路を設け、この内面に電動機を当接させて固定することで、電動機で生じた熱が冷媒流路を流れる冷却水により吸収される。

このような冷却構造を有する電動機を例示する。図４及び図５は、従来技術に係る電動機の断面図である。図４に示すように、円筒状のケース１０２の内側には固定子１１０が固定されており、ケース１０２の開口にはカバー１０３が取付けられている。固定子１１０には回転子１１１が内挿されている。固定子１１０は、ケース１０２に焼き嵌めされて固定されている一方、回転子１１１にはその軸心に沿って回転軸１１２が挿通されている。この回転軸１１２は、ケース１０２及びカバー１０３に設けられた軸受け１１６により回動自在に支持されており、その一端がケース１０２外部に突出している。また、回転子１１１の外周面には、永久磁石１１５が設けられている。

かかる構成の電動機１０１において、固定子１１０に巻き付けられた界磁コイル１０４に電流が流れると、回転子１１１が回動し、それに伴い回転軸１１２も回動する。このとき、主に界磁コイル１０４で熱が発生するため、この熱を吸収する冷却水の流路となる冷媒流路１２０がケース１０２の円筒部の内部に形成されている。したがって、界磁コイル１０４で生じた熱は、固定子１１０、及びケース１０２の円筒部を介して冷媒流路１２０に伝達して、吸収される。

また、図５に示すように、他の従来技術として、樹脂からなるモールド２１７がケース２０２と固定子２１０との間に設けられると共に、界磁コイル２０４を覆っている電動機２０１もある。この場合においても、界磁コイル２０４で生じた熱は、モールド２１７、ケース２０２の円筒部を介して冷媒流路２２０に伝達し、吸収される。なお、図５の各符号は、２０３はカバー、２１１は回転子、２１２は回転軸、２１５は永久磁石、２１６は軸受けである。

しかしながら、図４に示した電動機１０１の場合、固定子１１０とケース１０２との間には、寸法公差上、完全に密着させて気密性を確保することができないため空気層ができる。したがって、界磁コイル１０４で生じる熱の放熱性は、この空気層により著しく劣化することになる。一方、図５に示した電動機２０１の場合においても、ケース２０２とモールド２１７との間には空気層が生じることがある。これは、固定子２１０との間にモールド２１７を充填するためにある程度の隙間を確保する必要があるからである。更に、ケース２０２とモールド２１７との気密性を保持する機械的構造を有していないため、モールド２１７を設けた後の肉細りや電動機使用中の熱サイクルによって上述したような空気層が生じる。

いずれにしても、界磁コイルで生じた熱が冷媒流路１２０、２２０に達するに至る経路上に空気層があるため、十分な放熱性を確保できず、この結果、電動機１０１、２０１の出力を制限しなければならないという問題があった。

特開２００５−３５４８２１号公報

本発明は、かかる事情に鑑み、界磁コイルで生じた熱を効率よく放熱する電動機を提供することを目的とする。

上記目的を達成するための第１の態様は、回転子と、該回転子を回転させる回転磁界を発生する界磁コイルが巻き付けられた固定子と、当該回転子及び当該固定子を内側に収容する筒状のケースとを具備する電動機であって、前記固定子の外面を被覆すると共に前記界磁コイルを被覆するモールドを具備し、前記ケースの内面と前記モールドの表面との間に冷却水の流路となる冷媒流路を形成して、前記ケースに前記固定子が固定されていることを特徴とする電動機にある。

かかる第１の態様では、冷却水の流路となる冷媒流路の一面は、固定子を被覆するモールドにより形成される。これにより、界磁コイルで生じた熱はモールドを介して直接冷媒流路に伝達されて効率的に放熱される。また、従来技術のようにかかる経路上に空気層が生じる虞もなく、放熱性が良好に維持される。

本発明の第２の態様は、第１の態様に記載する電動機において、前記固定子は、前記ケースと同軸の円筒状の鉄心であり、前記固定子の内周には、軸心側に向かい突出する巻付け部が設けられ、前記界磁コイルは、前記巻付け部の側面に沿って巻付けられ、前記ケースの円筒部の内周面には、凹部が設けられ、前記モールドは、前記固定子の外周面と前記界磁コイルとを被覆し、前記凹部の内面と前記モールドの表面とが冷却水の流路となる冷媒流路を形成して、前記固定子が前記ケース内に固定されていることを特徴とする電動機にある。

かかる第２の態様では、ケースの円筒部の内側に設けられた凹部の内面と、モールドの表面とにより冷媒流路が形成され、界磁コイルで生じた熱は、モールドを介して冷媒流路に伝達し放熱される。

本発明の第３の態様は、第１の態様に記載する電動機において、前記固定子は、前記ケースと同軸の円筒状の鉄心であり、前記固定子の内周には、軸心側に向かい突出する巻付け部が設けられ、前記界磁コイルは、前記巻付け部の側面に沿って巻付けられ、前記ケースの軸方向の一端面の内側には、凹部が設けられ、前記モールドは、前記ケースの凹部を臨む前記固定子の端面と前記界磁コイルとを被覆し、前記凹部の内面と前記モールドの表面とが冷却水の流路となる冷媒流路を形成して、前記固定子が前記ケース内に固定されていることを特徴とする電動機にある。

かかる第３の態様では、ケースの軸方向の一端面の内側に設けられた凹部の内面と、モールドの表面とにより冷媒流路が形成され、界磁コイルで生じた熱はモールドを介して冷媒流路に伝達し放熱される。

本発明の第４の態様は、第２又は第３の態様に記載する電動機において、前記固定子は、その軸方向の一端面が、前記ケースの軸方向の一端面と第１シール部材を介して対向するよう前記ケースに固定されていることを特徴とする電動機にある。

かかる第４の態様では、ケースと固定子との間に第１シール部材が設けられるため、冷媒流路に流れる冷却水が回転子側に浸水することを防止することができる。

本発明の第５の態様は、第２乃至第４の何れか一つの態様に記載する電動機において、前記ケースには、その軸方向の一端側の開口を塞ぐカバーが取付けられ、前記モールドは、前記固定子の前記カバーを臨む側の端面と前記カバーとの間を充填し、前記モールドと前記カバーとの間に第２シール部材が設けられていることを特徴とする電動機にある。

かかる第５の態様では、固定子とカバーとの間にモールドが充填されると共に第２シール部材が設けられるため、冷媒流路に流れる冷却水が回転子側に浸水することを防止すると共に、カバー外部からの異物の侵入を防止することができる。

本発明の第６の態様は、第４の態様に記載する電動機において、前記第１シール部材は、ガスケットであることを特徴とする電動機にある。

かかる第６の態様では、ケースと固定子との間のシール部材としてガスケットを用いることができ、冷媒流路からの浸水をより確実に防止することができる。

本発明の第７の態様は、第５の態様に記載する電動機において、前記第２シール部材は、Ｏリングであることを特徴とする電動機にある。

かかる第７の態様では、モールドとカバーとの間の第２シール部材としてＯリングを用いることができ、冷媒流路からの浸水やカバー外部からの異物の侵入をより確実に防止することができる。

本発明の第８の態様は、第１乃至第７の態様の何れか一項に記載する電動機において、前記モールドは、熱伝導率がよい樹脂からなることを特徴とする電動機にある。

かかる第８の態様では、モールドの熱伝達性を向上させて、界磁コイルで生じた熱をより効率的に放熱することができる
なお、本発明の他の態様として、上記第１乃至第８の態様に記載する電動機の回転子が車両の動力伝達系に接続された車両を挙げることができる。

本発明によれば、冷却水の流路となる冷媒流路の一面は、固定子を被覆するモールドにより形成される。これにより、界磁コイルで生じた熱がモールドを介して直接冷媒流路に伝達して効率的に放熱される。また、従来技術のようにかかる経路上に空気層が生じる虞もなく、放熱性が良好に維持される。

さらに、ケースの内周面とモールドの外表面との間で冷媒流路が形成されることから、ケース内部に冷媒流路を形成する必要がない。すなわち、ケースの製造工程上、容易にケースを成型することができる。そして、この結果、本発明に係る電動機の製造コストを低減することができ、コストの面でも有利である。

以下、本発明を実施するための最良の形態について説明する。なお、本実施形態の説明は例示であり、本発明は以下の説明に限定されない。

〈実施形態１〉
図１は、実施形態１に係る電動機の分解斜視図、図２はこの電動機の断面図である。本実施形態に係る電動機１は、例えば電気自動車の駆動源として用いられるブラシレスDCモータであり、図１乃至図２に示すように、ケース２と、カバー３と、固定子１０と、回転子１１とを備えて構成されている。

ケース２は、例えばアルミからなる円筒状の部材であり、その内側に固定子１０と回転子１１とを収容して固定する。詳言すると、ケース２の軸方向の一端面（図２中、左側）には、その中心部に挿通孔２ａが穿設されていると共に、他端側（図２中、右側）に突出する円環状の取付部２ｂが設けられている。またケース２の他端は開口２ｃとなっている。また、ケース２の内周面には、凹部２ｄが周方向に沿って設けられており、更にケース２には、凹部２ｄに連通する取水口２ｅと排水口２ｆとが設けられている。

固定子１０は、略円筒状の部材である。固定子１０の軸方向の一端面と、ケース２の取付部２ｂとがメタルガスケット１３を介して対向し、その状態で固定子１０はボルト１４により固定されている。また、固定子１０の内周面には、中心方向に向かい突出すると共に固定子１０の軸方向に伸びる巻付け部１０ａが複数設けられている。各巻付け部１０ａには、その側面に沿って界磁コイル４が巻き付けられている。

なお、メタルガスケット１３の固定子１０と当接する面は、ビード構造を有しており、ケース２と固定子１０との間の密着性を向上させている。

また、固定子１０には、樹脂からなるモールド１７がその外周面に沿って被覆されている。詳言すると、モールド１７は、ケース２の凹部２ｄとの間に冷却水の流路となる冷媒流路２０が形成されるように固定子１０の外周面とケース２の内周面との間に充填されている。

これにより、モールド１７の外周面と凹部２ｄの内面とにより冷却水の流路となる冷媒流路２０が形成されている。この冷媒流路２０は、取水口２ｅと排水口２ｆとを介してラジエータ（図示せず）と接続されており、冷却水はラジエータで冷却される。

更に、モールド１７は固定子１０の軸方向の端面と巻付け部１０ａの側面とを被覆しており、巻付け部１０ａに巻き付けられた界磁コイル４をも覆っている。このとき、モールド１７の固定子１０の軸方向の厚さＬは、モールド１７とカバー３との間に隙間が生じないような厚みとなっている。具体的には、モールド１７を固定子１０に設けて硬化させる際に、モールド１７の軸方向の厚さを、モールドの軸方向の厚さＬよりも厚くしておく。そして、カバー３がケース２に取り付けられると、モールド１７は軸方向に圧縮され、カバー３と隙間なく当接する。

なお、カバー３でモールド１７を圧縮させた際の収縮量は、常温と電動機の稼動が保証される温度の下限との温度差で生じるモールド１７の収縮量以上となるようにする。これにより、最低温度においても、モールド１７とカバー３との間の気密性は確保される。一方、電動機１の温度上昇時においても、例えば厚さＬが１５０ｍｍ程度であるならば温度差が２５０Ｋであってもモールド１７は座屈することなく気密性は確保される。

なお、モールド１７の材質としては、エポキシ樹脂を用いている。その他、熱伝導率の高い樹脂を用いることもでき、例えば、アルミや銀を混ぜた樹脂を用いることも可能である。また、モールドとしては樹脂に限定されず、絶縁性を有し、水に侵されず、熱膨張による破壊を生じず、且つ熱伝導率が高いという性質を具備するものであればよい。

回転子１１は、円柱状の部材であり、円周面上に軸心に沿って複数の永久磁石１５が配設されている。更に、当該軸心と同軸の回転軸１２を備えている。回転子１１は、固定子１０に内挿される一方、回転軸１２は軸受け１６に回動自在に支持されている。そして、回転軸１２の一端はケース２の挿通孔２ａから外部へ突出しており、トランスミッション（図示せず）に接続されている。

カバー３はケース２の開口２ｃを塞ぐようにケース２に取付られている。このカバー３のケース２側に臨む面には、固定子１０のカバー３を臨む側の面に対向して環状の凹部３ａが設けられており、この凹部３ａには、Ｏリング１８が嵌合しており、モールド１７とカバー３との間の隙間を埋めている。

かかる構成の電動機１によれば、冷媒流路２０の一面は、モールド１７の外周面により構成されている。この結果、界磁コイル４で生じた熱が冷媒流路２０に伝達しやすくなっている。なぜならば、従来技術に係る電動機では、冷媒流路はケースの円筒部の内部に設けられていたため、熱は固定子、モールド、及びケースの円筒部を介して冷媒流路に達していたのに対して、本実施形態に係る電動機では、モールド１７を介して直接冷媒流路２０に達するからである。また、モールド１７が冷媒流路２０の一面となっているため、従来技術に係る電動機のように、ケース２０２とモールド２１７（共に図５参照）との間に空気層が生じる虞もないから、熱伝達性の劣化もない。

さらに、かかる構造の冷媒流路２０を採用することにより、ケース２の製造工程上有利な効果を奏する。すなわち、従来技術においては、ケースの外周部の内部に空間を設けて冷媒流路を形成する必要があるのに対し、本実施形態に係るケース２では、その内周面に凹部２ｄを設ければよいので、製造工程を簡略化することができる。

なお、冷媒流路２０に流れる冷却水が回転子１１側へ浸水することが懸念される。しかしながら、上述したように、モールド１７がカバー３により圧縮されて隙間なくカバー３に当接していること、ケース２と固定子１０との間にはメタルガスケット１３が設けられていること、モールド１７とカバー３との間にはＯリング１８が設けられていることにより、かかる懸念は解消されている。

本実施形態では、浸水防止のためにケース２と固定子１０との間にメタルガスケット１３が設けられ、モールド１７とカバー３との間にＯリング１８が設けられているが、これに限定されない。すなわち、ケース２と固定子１０との間にＯリングを設けてもよいし、モールド１７とカバー３との間にメタルガスケットを設けてもよい。またケース２と固定子１０との間、及びモールド１７とカバー３との間共にそれぞれひとつずつ計二つのメタルガスケットを設けてもよいし、同様に計２つのＯリングを設けてもよい。

〈実施形態２〉
実施形態１では、冷媒流路２０はケース２の円筒部側に設けられたが、これに限定されない。例えば冷媒流路がケースの軸方向の端面の内側に設けられてもよい。界磁コイル４で生じた熱がモールドを介して冷媒流路に伝達する構造であればよいからである。

図３は、本実施形態に係る電動機の断面図である。なお、実施形態１と同一の部分については同一の符号を付し、重複する説明は省略する。

本実施形態に係る電動機１Ａと、実施形態１に係る電動機１（図１、図２参照）との相違点は、ケースに設けられた凹部の位置と、それに伴う冷媒流路の位置である。図３に示すように、ケース２Ａは、軸方向の一端面の内側に、固定子１０の軸方向の端面に対向する凹部２Ｄが設けられている。そして、実施形態１と同様に、固定子１０の凹部２Ｄを臨む端面にはモールド１７Ａが被覆されており、ケース２Ａの凹部２Ｄとの間に冷却水の流路となる冷媒流路２０Ａが形成されるように固定子１０の外周面とケース２Ａの内周面との間に充填されている。これにより、凹部２Ｄの内面とモールド１７Ａの表面とによって冷媒流路２０Ａが形成されている。

かかる構成の電動機１Ａによれば、界磁コイル４で生じた熱はモールド１７Ａを介して冷媒流路２０Ａに伝達される。このように、本実施形態においても、実施形態１と同様に、界磁コイル４で生じた熱がモールド１７Ａを介して直接冷媒流路２０Ａに伝達して良好に放熱されると共に、冷媒流路２０Ａとモールド１７Ａとの間に空気層が形成されることを回避して、放熱性が良好に維持される。

なお、実施形態１及び実施形態２では、いわゆるインナー回転子型の電動機について説明したが、これに限定されず、アウター回転子型の電動機についても適用することができる。更に、実施形態１及び実施形態２に係る電動機では、ケースに凹部を設け、当該凹部とモールドとにより囲まれた冷媒流路を形成したが、これに限定されない。すなわち、モールドに凹部を形成し、当該凹部とケースの内面との間に冷媒流路を形成してもよい。また、本発明は、電気自動車のみに用いられるものではなく、冷却構造を要する電動機全般に広く適用可能なものである。

実施形態１に係る電動機の分解斜視図である。 実施形態１に係る電動機の断面図である。 実施形態２に係る電動機の断面図である。 従来技術に係る電動機の断面図である。 従来技術に係る電動機の断面図である。

符号の説明

１、１Ａ、１０１、２０１ 電動機
２、２Ａ、１０２、２０２ ケース
２ａ 挿通孔
２ｂ 取付部
２ｃ 開口
２ｄ、２Ｄ 凹部
２ｅ 取水口
２ｆ 排水口
３、１０３、２０３ カバー
３ａ 凹部
４、１０４、２０４ 界磁コイル
１０、１１０、２１０ 固定子
１０ａ 巻付け部
１１、１１１、２１１ 回転子
１２、１１２、２１２ 回転軸
１３ メタルガスケット
１４ ボルト
１５、１１５、２１５ 永久磁石
１６、１１６、２１６ 軸受け
１７、１７Ａ、２１７ モールド
１８ Ｏリング
２０、２０Ａ、１２０、２２０ 冷媒流路

Claims (8)

1. 回転子と、該回転子を回転させる回転磁界を発生する界磁コイルが巻き付けられた固定子と、当該回転子及び当該固定子を内側に収容する筒状のケースとを具備する電動機であって、
   前記固定子の外面を被覆すると共に前記界磁コイルを被覆するモールドを具備し、
   前記ケースの内面と前記モールドの表面との間に冷却水の流路となる冷媒流路を形成して、前記ケースに前記固定子が固定されていることを特徴とする電動機。
2. 請求項１に記載する電動機において、
   前記固定子は、前記ケースと同軸の円筒状の鉄心であり、
   前記固定子の内周には、軸心側に向かい突出する巻付け部が設けられ、
   前記界磁コイルは、前記巻付け部の側面に沿って巻付けられ、
   前記ケースの円筒部の内周面には、凹部が設けられ、
   前記モールドは、前記固定子の外周面と前記界磁コイルとを被覆し、
   前記凹部の内面と前記モールドの表面とが冷却水の流路となる冷媒流路を形成して、前記固定子が前記ケース内に固定されていることを特徴とする電動機。
3. 請求項１に記載する電動機において、
   前記固定子は、前記ケースと同軸の円筒状の鉄心であり、
   前記固定子の内周には、軸心側に向かい突出する巻付け部が設けられ、
   前記界磁コイルは、前記巻付け部の側面に沿って巻付けられ、
   前記ケースの軸方向の一端面の内側には、凹部が設けられ、
   前記モールドは、前記ケースの凹部を臨む前記固定子の端面と前記界磁コイルとを被覆し、
   前記凹部の内面と前記モールドの表面とが冷却水の流路となる冷媒流路を形成して、前記固定子が前記ケース内に固定されていることを特徴とする電動機。
4. 請求項２又は請求項３に記載する電動機において、
   前記固定子は、その軸方向の一端面が、前記ケースの軸方向の一端面と第１シール部材を介して対向するよう前記ケースに固定されていることを特徴とする電動機。
5. 請求項２乃至請求項４の何れか一項に記載する電動機において、
   前記ケースには、その軸方向の一端側の開口を塞ぐカバーが取付けられ、
   前記モールドは、前記固定子の前記カバーを臨む側の端面と前記カバーとの間を充填し、
   前記モールドと前記カバーとの間に第２シール部材が設けられていることを特徴とする電動機。
6. 請求項４に記載する電動機において、
   前記第１シール部材は、ガスケットであることを特徴とする電動機。
7. 請求項５に記載する電動機において、
   前記第２シール部材は、Ｏリングであることを特徴とする電動機。
8. 請求項１乃至請求項７の何れか一項に記載する電動機において、
   前記モールドは、熱伝導率がよい樹脂からなることを特徴とする電動機。

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