JP2013223277A

JP2013223277A - 電動モータ

Info

Publication number: JP2013223277A
Application number: JP2012091707A
Authority: JP
Inventors: Daisuke Mitsuoka; 大輔光岡
Original assignee: Shimadzu Corp
Current assignee: Shimadzu Corp
Priority date: 2012-04-13
Filing date: 2012-04-13
Publication date: 2013-10-28

Abstract

【課題】効果的な冷却が可能で、かつ容易に製作できるステータを備えた電動モータを提供する。
【解決手段】ろうや低融点合金などから作られた冷却流路と同一形状の螺旋状の流路模型を、圧粉磁心材料の内部に封入してステータ２を加圧成形する。成形後流路模型を除去することで、ステータ２内部の発熱部であるティース２ａやコイル４の近傍に螺旋状の冷却流路２ｄを形成し、その冷却流路２ｄに水などの冷媒を流通する。
【選択図】図１

Description

本発明は、電動モータに係り、特に圧粉磁心材料を用いたステータの冷却流路構造に関する。

従来、電動モータはステータ部において発生する鉄損、及び巻線部において発生する銅損による発熱をいかに効果的に除去するかという問題を有しており、この熱を除去するための構造を備える。例えば特許文献１では、ステータが挿入されるケーシング外周部にフィンを具備し、フィン部材の外側を冷媒流路とすることで、ハウジングに具備されたフィンを介してステータを冷却する。

図６は、従来例として特許文献２に開示された電動モータ２１の概要を示した断面図である。電動モータ２１は、ステータ２２と、外周面を円周方向に着磁されたロータ２３と、上部ケーシング２６および下部ケーシング２７と、ロータ２３の中心軸をなす軸２５を支持する軸受２９より構成される。

ステータ２２は、ティース部（図示せず）にコイル２４が巻かれ、複数のティース部の巻線部に順次通電することにより回転磁界を発生させる。ステータ２２は、外周部に１本の螺旋状の溝２２ａを備えた圧粉磁心材料を用いた加圧成型品であり、下部ケーシング２７に挿入される。溝２２ａは、溝の始端と終端を下部ケーシング２７に設けられた注入パイプ３４と排出パイプ３５にそれぞれ連通するように配置されている。ステータ２２の冷却は、ステータ外周部の溝２２ａに直接冷媒を流すことで行われる。

特開２００３−２４７６２８号公報特開２００６−３２００５４号公報

上記特許文献１では、ステータとフィンを具備するケーシングが別部材であるため、両者の境界の表面性状または密着度に依存する熱伝導における熱抵抗が大きく、冷却効果は低い。

また、特許文献２では、ステータに直接冷媒流路を設けることで、別部材間の熱伝導による熱抵抗はないが、発熱部（ステータティース部及び巻線部）からの距離が離れており冷却効果は低い。

上記課題を解決するために、本発明は、中空円筒状のステータと、前記ステータに回転磁界を生ぜしめるために電流が供給されるコイルと、前記ステータの中空円筒部分に回転自在に挿入されるとともに円周方向に着磁されたロータと、前記ロータの回転支持機構と、前記回転支持機構を保持するハウジングと、からなる電動モータにおいて、前記ステータが、中実部に１本または複数の連続する冷却用流路を形成するとともに、前記冷却用流路の両端部に冷媒の注入口および排出口を備えた圧粉磁心材料による加圧成形品であることを特徴とする。

本発明は、前記冷却用流路が、流路模型を圧粉磁心材料の内部に封入して加圧成形されたステータから、流路模型材料を除去することによって形成された空間であることが好適である。

また本発明は、前記流路模型が、ろう、低融点合金、カルシウムや亜鉛などのイオン化傾向の高い金属、または塩化ナトリウムや岩塩等の水溶性の塩で作られていることが好適である。

さらに本発明は、前記冷却用流路が、１本または複数の連続する螺旋状流路であってもよい。

本発明は、前記冷却用流路が、複数個の独立したリング状流路と前記リング状流路同士を複数の軸方向流路で連通するカスケード形流路であってもよい。

ステータの内周部及び内部の発熱部近傍に冷却流路を具備することで、非常に効果的なステータの冷却を達成することができる。

圧粉磁心材料によるステータ成型時に、任意の３次元の冷却流路構造をした模型の封入および成形後の模型材料の除去による流路製造方法により、効果的な冷却流路を構成することが可能となる。

本発明における実施例の電動モータの概要を示した断面図である。本発明における実施例の電動モータのステータの側面図である。本発明の実施例における螺旋状流路模型を示す。本発明における変形例の２重螺旋状流路模型を示す。本発明における他の変形例のカスケード形流路模型を示す。従来の電動モータの概要を示した断面図である。

図１は、本発明における実施例の電動モータ１の概要を示した断面図である。また、図２は、本発明における実施例の電動モータ１のステータ２の側面図である。電動モータ１は、ステータ２と、外周面を円周方向に着磁されたロータ３と、ケーシング６およびプレート７、８と、ロータ３の中心軸をなす軸５を回転支持する軸受９より構成される。

ステータ２は、圧粉磁心材料により加圧成型されており、その軸心部はロータ３が挿入されるように中空形状となっている。ステータ２の内周部には等間隔にスロット２ｂおよびロータ３と磁路を構成するためのティース２ａが所定数だけ設けられており、ティース２ａにコイル４が所定数だけ巻きつけられる。

ステータ２内部の発熱部であるティース２ａ及びコイル４の近傍に、螺旋状の冷却流路２ｄが設けられている。冷却流路２ｄはステータ外周面左右に注入口１０および排出口１１を備える。注入口１０および排出口１１の位置に対応して、ケーシング６に冷媒を通すための注入パイプ１４および排出パイプ１５が設けられている。また、冷媒の漏れを防ぐために、ステータ２の外周部にＯリング用溝１２ｂ、１２ｃを、ケーシング６にＯリング用溝１３ｂを設け、それぞれＯリング１２および１３を取り付ける。

したがって、ステータ２の発熱部近傍に冷却流路２ｄが設けられていることから、注入パイプ１４および排出パイプ１５を介して冷却流路２ｄに水やエチレングリコールなどの冷媒を流通させることで、非常に効果的な冷却が可能となる。

ステータ２を形成する圧粉磁心材料は、微小鉄粉に電気絶縁性の被膜を施したものである。金型を用いてこの圧粉磁芯材料を加圧成型することでステータ２は成形される。図３に本発明の実施例における螺旋状流路模型３１を示す。加圧成型の際に、図３に示す螺旋状流路模型３１を金型内部に圧粉磁心材料と一緒に封入して加圧成形を行う。螺旋状流路模型３１は、螺旋状の冷却流路２ｄと同形状であり、冷却流路２ｄに模型材料を流し込んで固めたものと同一の形状である。

また、この模型の材料は、ろう、低融点合金、カルシウムや亜鉛などのイオン化傾向の高い金属、または塩化ナトリウムや岩塩等の水溶性の塩を用いる。さらに、ステータ２の成形後に模型材料を除去することで、発熱部であるティース２ａやコイル４近傍に螺旋状の冷却流路２ｄが形成される。ろうや低融点合金は加熱して溶解させて除去し、カルシウムや亜鉛などのイオン化傾向の高い金属は、イオン化傾向の低い金属イオンを含む水溶液に浸漬し溶解させて除去し、塩化ナトリウムや岩塩等の水溶性の塩は、水で溶解させて除去する。

図４に、本発明における変形例の２重螺旋状流路模型３２を示す。図４に示す２重螺旋状流路模型３２は、同一形状の螺旋状模型３３と螺旋状模型３６を互いに回転方向に１８０度ずらして配置した２重螺旋構造である。図４に示す通り、螺旋状模型３３の注入部３７と排出部３８および螺旋状模型３６の注入部３９と排出部４０が１８０度ずれて対抗した位置に配置されている。

なお、電動モータ１では、ステータ２とロータ３が、ケーシング６と、プレート７および８と、軸受９を介して適正な隙間を保って支持され、コイル４に電流を供給することで、回転界磁がステータ２に生じ、ロータ３と磁路を形成することで、ロータ３は回転する。

図５は、本発明の他の実施例を示す。図５は、冷却流路として、カスケード形の冷却流路を形成するために用いるカスケード形流路模型２０を示す。カスケード形流路模型２０は、３箇のリング状流路模型１６、１７、１８と、複数個の軸方向流路模型１９と、注入流路模型２８および排出流路模型３０を互いに接続することによって作られる。カスケード形流路を備えたステータは、ステータ２と同様に、カスケード形流路模型２０を圧粉磁心材料と一緒に封入して加圧成形され、加圧成型後カスケード形流路模型２０を除去することにより形成される。

１、２１電動モータ
２、２２ステータ
２ａティース
２ｂスロット
２ｄ冷却流路
３、２３ロータ
４、２４コイル
５、２５軸
６ケーシング
７、８プレート
９、２９軸受
１０注入口
１１排出口
１２、１３Ｏリング
１２ｂ、１２ｃ、１３ｂＯリング用溝
１４、３４注入パイプ
１５、３５排出パイプ
１６、１７、１８リング状流路模型
１９軸方向流路模型
２０カスケード形流路模型
２２ａ溝
２６上部ケーシング
２７下部ケーシング
２８注入流路模型
３０排出流路模型
３１螺旋状流路模型
３２２重螺旋状流路模型
３３、３６螺旋状模型
３７、３９注入部
３８、４０排出部

Claims

中空円筒状のステータと、前記ステータに回転磁界を生ぜしめるために電流が供給されるコイルと、前記ステータの中空円筒部分に回転自在に挿入されるとともに円周方向に着磁されたロータと、前記ロータの回転支持機構と、前記回転支持機構を保持するハウジングと、からなる電動モータにおいて、前記ステータが、中実部に１本または複数の連続する冷却用流路を形成するとともに、前記冷却用流路の両端部に冷媒の注入口および排出口を備えた圧粉磁心材料による加圧成形品であることを特徴とする電動モータ。
前記冷却用流路が、流路模型を圧粉磁心材料の内部に封入して加圧成形されたステータから、流路模型材料を除去することによって形成された空間であることを特徴とする請求項１に記載の電動モータ。
前記流路模型が、ろう、低融点合金、カルシウムや亜鉛などのイオン化傾向の高い金属、または塩化ナトリウムや岩塩等の水溶性の塩で作られていることを特徴とする請求項１および２のいずれか１項に記載の電動モータ。
前記冷却用流路が、１本または複数の連続する螺旋状流路であることを特徴とする請求項１から３のいずれか１項に記載の電動モータ。
前記冷却用流路が、複数個の独立したリング状流路と前記リング状流路同士を複数の軸方向流路で連通するカスケード形流路であることを特徴とする請求項１から３のいずれか１項に記載の電動モータ。