JP2009118572A

JP2009118572A - 電動機

Info

Publication number: JP2009118572A
Application number: JP2007286320A
Authority: JP
Inventors: Hiroshi Nakahara; 洋中原
Original assignee: Nissan Motor Co Ltd
Current assignee: Nissan Motor Co Ltd
Priority date: 2007-11-02
Filing date: 2007-11-02
Publication date: 2009-05-28

Abstract

【課題】放熱性能を良好にする。
【解決手段】固定子１の固定子鉄心２のティース部に絶縁ボビン３を取り付け、絶縁ボビン３に巻線４を巻回し、隣接する巻線４間の隙間に弾性を有する高熱伝導絶縁材料である挿入体５を挿入し、挿入体５の寸法を隣接する巻線４間の隙間の寸法よりも大きくした。
【選択図】図１

Description

本発明は電動機、特に永久磁石式電動機の固定子の放熱構造に関するものである。

従来の永久磁石式電動機においては、特許文献１に示されるように、固定子の巻線とブラケットとの間に弾性を有するドーナツ型の高熱伝導性絶縁体を設けることにより、巻線の発熱をブラケットへ放熱している。
特開２０００−１１６０６３号公報

しかし、このような電動機においては、巻線、絶縁ボビンおよび固定子鉄心を密着させることができないから、巻線と固定子鉄心との間の熱抵抗が増大するので、放熱性能が良好ではない。

本発明は上述の課題を解決するためになされたもので、放熱性能が良好である電動機を提供することを目的とする。

この目的を達成するため、本発明においては、隣接する巻線間の隙間に弾性を有する絶縁材料からなりかつ上記隙間の寸法よりも大きい挿入体を挿入する。

本発明に係る電動機においては、巻線と固定子鉄心との間の熱抵抗が減少するから、放熱性能が良好となる。

（第１の実施の形態）
図１は本発明に係る電動機の固定子の一部を示す概略断面図である。本実施の形態においては、固定子１の固定子鉄心２のティース部に絶縁ボビン３を取り付け、絶縁ボビン３に巻線４を巻回している。そして、隣接する巻線４間の隙間に弾性を有する高熱伝導絶縁材料からなる挿入体５を挿入している。この挿入体５の高熱伝導絶縁材料としてはアスカーＣ硬さが３０のシリコンゴムを用いており、また挿入体５の寸法を隣接する巻線４間の隙間の寸法よりも若干大きくしている。また、固定子１と回転子（図示せず）との間の空間の空間体積を、隣接する巻線４間の隙間に挿入体５を挿入したときに固定子１が圧縮される圧縮体積以上としている。

このような電動機においては、隣接する巻線４間の隙間に挿入体５を挿入しない状態では、固定子鉄心２のティース部と絶縁ボビン３との間、絶縁ボビン３と巻線４との間に隙間があったとしても、隣接する巻線４間の隙間に挿入体５を挿入すると、巻線４、絶縁ボビン３が挿入体５に押されて、絶縁ボビン３が固定子鉄心２のティース部に押し付けられ、巻線４が絶縁ボビン３に押し付けられて、固定子鉄心２のティース部と絶縁ボビン３との間の隙間、絶縁ボビン３と巻線４との間の隙間がなくなり、絶縁ボビン３が固定子鉄心２のティース部に密着し、巻線４が絶縁ボビン３に密着する。このため、巻線４と固定子鉄心２との間の熱抵抗が減少するから、放熱性能が良好となる。たとえば、従来技術における巻線と冷却水との間の熱抵抗が約１２０Ｋ／ｋＷであったのに対して、本実施の形態における巻線４と冷却水との間の熱抵抗は約１００Ｋ／ｋＷであって、熱抵抗が約１６％減少する。また、限界まで巻線４間の距離を小さくした場合でも、振動等により隣接する巻線４同士が接触することがなく、絶縁層破壊が生じない。また、隙間部において空気中の放電が生ずることもないから、絶縁信頼性が向上する。また、空間体積を圧縮体積以上としているから、隣接する巻線４間の隙間に挿入体５を挿入することによって、固定子１が固定子１の半径方向内側に伸びたとしても、固定子１が回転子と接触するのを防止することができる。

（第２の実施の形態）
図２は本発明に係る他の電動機の固定子を示す概略図、図３は図２に示した固定子の挿入体集合体を示す図で、図３(ａ)は正面図、図３(ｂ)は側面図ある。図に示すように、弾性を有する高熱伝導絶縁材料からなる挿入体集合体１１の円環状の基部１２に固定子１の巻線４間の隙間の数と同数の挿入体１３を設け、隣接する巻線４間の隙間に挿入体１３を挿入している。そして、この挿入体集合体１１の高熱伝導絶縁材料としてはアスカーＣ硬さが３０のシリコンゴムを用いており、また挿入体１３の寸法を隣接する巻線４間の隙間の寸法よりも若干大きくしている。

このような電動機においては、隣接する巻線４間の隙間に挿入体１３を挿入するから、絶縁ボビン３が固定子鉄心２のティース部に密着し、巻線４が絶縁ボビン３に密着する。このため、巻線４と固定子鉄心２との間の熱抵抗が減少するから、放熱性能が良好となる。また、限界まで巻線４間の距離を小さくした場合でも、振動等により隣接する巻線４同士が接触することがなく、また隙間部において空気中の放電が生ずることもない。また、基部１２に挿入体１３を設けているから、仮組み時の位置決めが容易である。さらに、振動が発生したとしても、挿入体１３の位置を保持することができるから、運転時の挿入体１３のずれが生じにくい。

（第３の実施の形態）
図４は本発明に係る他の電動機に使用する挿入体集合体の一部を示す図で、図４(ｂ)は図４(ａ)のＡ−Ａ断面図、図４(ｃ)は図４(ａ)のＢ−Ｂ断面図であり、図５は図４に示した挿入体集合体を使用した電動機の一部を示す断面図である。本実施の形態においては、弾性を有する高熱伝導絶縁材料からなる挿入体集合体２１の基部２２に固定子１の巻線４間の隙間の数と同数の挿入体２３を設け、隣接する巻線４間の隙間に挿入体２３を挿入している。そして、挿入体２３の固定子１の軸方向の中央部の固定子１の周方向の寸法を挿入体２３の固定子１の軸方向の外方部の固定子１の周方向寸法よりも大きくしている。すなわち、巻線４間の隙間の固定子１の周方向の寸法に対する挿入体２３の固定子１の周方向の寸法の比を、固定子１の軸方向の中央部に向かって大きくしている。

このような電動機においては、固定子１の軸方向の中央部において絶縁ボビン３と巻線４との間の隙間が大きいときにも、固定子１の軸方向の中央部において絶縁ボビン３と巻線４とを密着させることができる。このため、巻線４と固定子鉄心２との間の熱抵抗が減少するから、放熱性能が良好となる。

（第４の実施の形態）
図６は本発明に係る他の電動機に使用する挿入体集合体を示す図である。本実施の形態においては、弾性を有する高熱伝導絶縁材料からなる挿入体集合体３１を２つの分割挿入体集合体３１ａ、３１ｂに分割し、分割挿入体集合体３１ａ、３１ｂの分割境界に隙間を設けている。また、分割挿入体集合体３１ａ、３１ｂの基部３２ａ、３２ｂに固定子１の巻線４間の隙間の数と同数の挿入体３３を設けている。そして、隣接する巻線４間の隙間に挿入体３３を挿入している。

このような電動機においては、挿入体集合体３１を２つの分割挿入体集合体３１ａ、３１ｂに分割しているから、挿入体集合体３１を製造するための成型型を小型化することができるので、成型型を製造するための費用を減少することができる。また、分割挿入体集合体３１ａ、３１ｂの分割境界に隙間を設けているから、挿入体３３が巻線４、絶縁ボビン３を押す際の基部３２ａ、３２ｂの変位を分割境界の隙間により吸収することができるので、基部３２ａ、３２ｂが変形するのを防止することができる。

（第５の実施の形態）
図７は本発明に係る他の電動機の一部を示す図で、図７(ａ)は挿入体を挿入しない状態の巻線部を示す断面図、図７(ｂ)は挿入体を示す断面図である。本実施の形態においては、弾性を有する高熱伝導絶縁材料からなる挿入体４１を隣接する巻線４間の隙間に挿入している。そして、巻線４間の隙間の固定子１の周方向の寸法に対する挿入体４１の固定子１の周方向の寸法の比を、固定子１の半径方向に同一にしている。すなわち、巻線４間の隙間の固定子１の周方向の寸法をＬ１Ｃ、Ｌ２Ｃ、Ｌ３Ｃとし、挿入体４１の対応する部分の固定子１の周方向の寸法をＬ１Ｉ、Ｌ２Ｉ、Ｌ３Ｉとすると、寸法Ｌ１Ｃ、Ｌ２Ｃ、Ｌ３Ｃと寸法Ｌ１Ｉ、Ｌ２Ｉ、Ｌ３Ｉとの比を次式のようにしている。

Ｌ１Ｃ／Ｌ１Ｉ＝Ｌ２Ｃ／Ｌ２Ｉ＝Ｌ３Ｃ／Ｌ３Ｉ
このような電動機においては、各部の寸法の違いや巻線４の巻回数の違い等により、巻線４間の隙間の固定子１の周方向の寸法が変化したとしても、挿入体４１の固定子１の半径方向の圧縮率を均一にすることができるから、圧力不足による密着不良を防止することができる。このため、巻線４と固定子鉄心２との間の熱抵抗が減少するから、放熱性能が良好となる。

（その他の実施の形態）
図８はシリコンゴムの圧縮応力と変位量との関係を示すグラフであり、直線ａ〜ｃはそれぞれシリコンゴムのアスカーＣ硬さが３０、６０、９０の場合を示す。そして、固定子鉄心２、絶縁ボビン３、巻線４を密着させるためには、挿入体５等を隣接する巻線４間の隙間に挿入体５等を挿入したときの挿入体５等の圧縮応力が０．２ＭＰａ以上であることが望ましく、しかも部品公差を考慮した挿入体５等の圧縮量は１〜１．５ｍｍであることが望ましい。そして、挿入体５等の材料としてアスカーＣ硬さが３０未満のシリコンゴムを用いたときには、挿入体５等の圧縮量を１〜１．５ｍｍとしたときに、挿入体５等の圧縮応力が０．２ＭＰａ未満になることがある。また、挿入体５等の材料としてアスカーＣ硬さが６０を超えたシリコンゴムを用いたときには、挿入体５等の圧縮量を１〜１．５ｍｍとすると、圧縮応力がかなり高くなり、隣接する巻線４間の隙間に挿入体５等を挿入する作業を行なうことが困難となる。したがって、挿入体５等の材料としてはアスカーＣ硬さが３０〜６０のシリコンゴムを用いるのが望ましい。

なお、本発明は以上の実施の形態に限定されるものではなく、以上の実施の形態のいずれかを組み合わせてもよい。

また、上述実施の形態においては、挿入体５等の材料としてシリコンゴムを用いたが、挿入体の材料として他の弾性を有する絶縁材料を用いてもよい。また、上述実施の形態においては、挿入体集合体を２つの挿入体集合体分割３１ａ、３１ｂに分割したが、挿入体集合体を３つ以上の挿入体集合体分割に分割してもよい。

本発明に係る電動機の固定子の一部を示す概略断面図である。本発明に係る他の電動機の固定子を示す概略図である。図２に示した固定子の挿入体集合体を示す図である。本発明に係る他の電動機に使用する挿入体集合体の一部を示す図である。図４に示した挿入体集合体を使用した電動機の一部を示す断面図である。本発明に係る他の電動機に使用する挿入体集合体を示す図である。本発明に係る他の電動機の一部を示す図である。シリコンゴムの圧縮応力と変位量との関係を示すグラフである。

符号の説明

１…固定子２…固定子鉄心
３…絶縁ボビン４…巻線
５…挿入体
１１…挿入体集合体１２…基部
１３…挿入体
２１…挿入体集合体２２…基部
２３…挿入体
３１…挿入体集合体３１ａ…分割挿入体集合体
３１ｂ…分割挿入体集合体３２ａ…基部
３２ｂ…基部３３…挿入体
４１…挿入体

Claims

固定子鉄心に絶縁ボビンを取り付け、上記絶縁ボビンに巻線を巻回した電動機において、隣接する上記巻線間の隙間に弾性を有する絶縁材料からなりかつ上記隙間の寸法よりも大きい挿入体を挿入したことを特徴とする電動機。
挿入体集合体の環状の基部に複数の上記挿入体を設けたことを特徴とする請求項１に記載の電動機。
上記挿入体の上記固定子の軸方向の中央部の上記固定子の周方向の寸法を上記挿入体の上記固定子の軸方向の外方部の上記固定子の周方向の寸法より大きくしたことを特徴とする請求項１または２に記載の電動機。
上記挿入体集合体を複数の分割挿入体集合体に分割したことを特徴とする請求項２に記載の電動機。
上記分割挿入体集合体の分割境界に隙間を設けたことを特徴とする請求項４に記載の電動機。
上記固定子と回転子との間の空間の空間体積を、隣接する上記巻線間の隙間に上記挿入体を挿入したときに上記固定子が圧縮される圧縮体積以上としたことを特徴とする請求項１乃至５のいずれかに記載の電動機。
上記隙間の上記固定子の周方向の寸法に対する上記挿入体の上記固定子の周方向の寸法の比を、上記固定子の半径方向に同一にしたことを特徴とする請求項１乃至６のいずれかに記載の電動機。
上記挿入体の材料としてアスカーＣ硬さが３０以上の絶縁材料を用いたことを特徴とする請求項１乃至７のいずれかに記載の電動機。
上記挿入体の材料としてシリコンゴムを用いたことを特徴とする請求項８に記載の電動機。