JP2014225944A - Motor - Google Patents
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Abstract
Description
本発明はステータのコイルエンドが伝熱性及び電気絶縁性を備えた合成樹脂製の充填材で覆われる所謂樹脂モールド式の電動機に関するものである。 The present invention relates to a so-called resin mold type electric motor in which a coil end of a stator is covered with a filler made of synthetic resin having heat conductivity and electrical insulation.
電動機は、図5に示すように電動機シャフト1を中心として回転するロータ2と、このロータ2の外周に配置されたステータ3が、電動機軸方向の片面が開口した箱状のハウジング4に収容され、このハウジング4の開口した片面にエンドカバー5が装着されて構成される。
As shown in FIG. 5, the electric motor includes a rotor 2 that rotates about the
ここでは、ショベルの旋回電動機のように電動機シャフト1が鉛直となる縦置き姿勢で設置される電動機であって、ハウジング4の上面側が開口し、この上面開口部にエンドカバー5が装着された電動機を例にとっている。
Here, an electric motor installed in a vertical orientation in which the
以下、これを前提として、図5,6に示す従来技術、及び後述する本発明の実施形態において、電動機軸方向(電動機シャフト1の軸方向)を上下方向として説明する。また、図の上側、下側をそのまま電動機の「上」「下」として表記する。 Hereinafter, on the premise of this, in the prior art shown in FIGS. 5 and 6 and an embodiment of the present invention described later, the motor shaft direction (the shaft direction of the motor shaft 1) will be described as the vertical direction. In addition, the upper side and the lower side of the figure are expressed as “upper” and “lower” of the electric motor as they are.
さらに、この明細書において、「電動機」とは、電動機と同一原理の発電機及び発電電動機を含むものとする。 Further, in this specification, the “motor” includes a generator and a generator motor based on the same principle as the motor.
エンドカバー5は、ハウジング4の上端面に図示しないボルトによって取付けられ、電動機シャフト1の上部がこのエンドカバー5に、下部がハウジング4の下部にそれぞれ軸受6,7を介して回転自在に支持される。
The
ステータ3は、電磁鋼板を積層して成るステータコア8と、このステータコア8に上下方向に巻装されたステータコイル9とによって構成される。
The
ステータコイル9は、上下両側の折り返し部分であるコイルエンド9aがステータコア8の上下両端面から突出する状態で巻装される。
The stator coil 9 is wound in a state where coil ends 9 a that are folded portions on both upper and lower sides protrude from both upper and lower end surfaces of the
樹脂モールド式の電動機においては、このコイル巻装後、ステータ3がハウジング4内に挿入され、上型から充填材(電気絶縁性と伝熱性を備えた不飽和ポリエステル等の合成樹脂材料)10が注入・充填される。
In the resin mold type electric motor, after the coil is wound, the
これにより、ステータ3全体がハウジング4内に充填材10で封止固定され、ステータ3からハウジング4及びエンドカバー5への伝熱性(放熱性)が高められる。
As a result, the
なお、ハウジング4には、水等の冷媒が通される冷却通路11が外周側に設けられ、この冷却通路11によってハウジング4が冷却される。冷却通路11は、図示しないポンプによって冷媒がタンク経由で循環する循環流路として構成されている。
The housing 4 is provided with a
このような樹脂モールド式電動機において、図6に示すようにコイルエンド9aにコイルエンドカバー12を、互いの間に伝熱性を備えた樹脂層13が形成される状態で装着したものが公知である(特許文献1参照)。
In such a resin mold type electric motor, as shown in FIG. 6, a
この公知技術においては、銅やアルミニウム製のリング状の薄いシート材をコイルエンド9aに被せ、コイルエンド9aの外形に沿うように断面U字形に折り曲げてコイルエンドカバー12を形成している。
In this known technique, a coil-shaped thin sheet material made of copper or aluminum is placed on the
また、樹脂層13は、予めシート材の片面に溶融樹脂材を0.2mm〜0.3mmの厚みで塗布し、固化させることによってカバー内面に形成している。
In addition, the
なお、公知技術においては、コイルエンドカバー12とエンドカバー5の間にさらに波型のスペースを装着しているが、本発明とは直接関係がないためここでは図示及び細かな説明を省略する。
In the known technique, a corrugated space is further provided between the
このように、コイルエンド9aにコイルエンドカバー12を装着することにより、上下両側それぞれのコイルエンド群について、ステータ輸送時の振動による変形や位置ずれを抑えることができるとともに、ステータ3をハウジング4内に組み込むときのハウジング4との干渉を防止することができる。
As described above, by attaching the
上記のようにコイルエンド9aにコイルエンドカバー12を装着する構成をとる場合、両者間に空気の隙間(空隙)が生じると、この部分で伝熱抵抗が大きくなるため伝熱性が低下する。すなわち、コイルエンド群からハウジング4またはエンドカバー5への均等かつ高い放熱作用を確保できなくなる。
In the case where the
ここで、公知技術によると、シート材の片面に樹脂材を薄膜状に塗布しておくことによって樹脂層13を形成するため、樹脂材の塗布ムラや、コイルエンド9aへの装着時の樹脂層13の剥離が不可避となる。
Here, according to a known technique, since the
また、コイルエンド寸法は、製作過程での個々のばらつきが大きいため、樹脂層13そのものを均一厚みに形成でき、かつ、剥離が無かったとしても、とくにコイルエンド寸法が小さい部分で樹脂層13とコイルエンド9aとの間に空隙(伝熱性が低い部分)が生じる可能性がある。
In addition, since the coil end dimension varies greatly in the manufacturing process, the
これらの点により、公知技術によると、樹脂層13による均等な伝熱性の確保は実際には困難となり、部分的に伝熱性が低下してコイルエンド9aからハウジング4またはエンドカバー5に対する放熱性が低くなるおそれがあった。
Due to these points, according to the known technology, it is actually difficult to ensure uniform heat transfer by the
なお、上記空隙の防止策として、コイル巻装段階でコイルエンド寸法を厳密に管理すること、シート材への樹脂材の塗布精度を高めること、コイルエンドカバー装着段階で樹脂層13の剥離防止を講じることが考えられるが、これでは生産性が著しく低下するため現実的でない。
In addition, as a measure for preventing the gap, the coil end dimension is strictly controlled at the coil winding stage, the accuracy of applying the resin material to the sheet material is increased, and the
そこで本発明は、高い生産性を維持しながら、コイルエンドからの均等かつ高い放熱性を確保することができる電動機を提供するものである。 Therefore, the present invention provides an electric motor capable of ensuring uniform and high heat dissipation from a coil end while maintaining high productivity.
上記課題を解決する手段として、本発明においては、電動機シャフトを中心として回転するロータと、このロータの外周に配置されたステータがハウジング内に収容され、上記ステータは、ステータコアとステータコイルから成り、上記ステータコイルは、上記電動機シャフトの軸方向両側の折り返し部分であるコイルエンドが上記ステータコアの両端から軸方向に突出する状態でステータコアに巻装され、かつ、封止工程で、伝熱性及び電気絶縁性を備えた合成樹脂材料から成る充填材が、上記コイルエンドを覆う状態で上記ハウジング内に注入されてステータがハウジング内に封止される電動機において、上記両側コイルエンドに伝熱性を備えたコイルエンドカバーを、
(I) コイルエンド表面を覆い、
(II) 上記封止工程で上記充填材が流入し得る充填材通路と、上記コイルエンドカバーとの間に充填材が流通し得る隙間が形成される状態で
装着し、上記充填材を上記充填材通路を通して上記隙間に充填することによって樹脂層を形成したものである。
As means for solving the above-described problems, in the present invention, a rotor that rotates about an electric motor shaft and a stator disposed on the outer periphery of the rotor are accommodated in a housing, and the stator includes a stator core and a stator coil. The stator coil is wound around the stator core with coil ends, which are folded portions on both axial sides of the motor shaft, protruding axially from both ends of the stator core, and in the sealing process, heat transfer and electrical insulation are performed. In an electric motor in which a filler made of a synthetic resin material having the properties is injected into the housing in a state of covering the coil ends, and the stator is sealed in the housing, the coils having heat conductivity at both the coil ends End cover,
(I) Cover the coil end surface,
(II) It is mounted in a state where a gap through which the filler can flow is formed between the filler passage through which the filler can flow in the sealing step and the coil end cover, and the filler is filled with the filler. The resin layer is formed by filling the gap through the material passage.
この構成によれば、充填材を注入する封止工程でコイルエンドカバーがコイルエンドごと充填材で覆われると同時に、この充填材が充填材通路からコイルエンドカバー内に導入されてコイルエンドとコイルエンドカバーの間(隙間)に充填される。 According to this configuration, the coil end cover is covered with the filler together with the filler in the sealing step of injecting the filler, and at the same time, the filler is introduced into the coil end cover from the filler passage so that the coil end and the coil are covered. It is filled between the end covers (gap).
すなわち、コイルエンドとコイルエンドカバーの間に充填材が入り込む隙間さえあれば、すべてのコイルエンドについて、コイルエンドカバーとの間に樹脂層を確実に形成すること、いいかえれば空隙の発生を確実に防止することができる。 In other words, as long as there is a gap for the filler to enter between the coil end and the coil end cover, a resin layer should be reliably formed between the coil end cover and the coil end cover for all coil ends. Can be prevented.
しかも、充填材が流通し得る隙間が確保されるようにコイルエンドカバー寸法を設定しさえすれば、多少の隙間の大小(コイルエンド寸法の多少のばらつき)に関係なく確実に樹脂層を形成できるため、コイルエンド寸法等の厳密な管理が不要となるとともに、公知技術のように樹脂層を塗布形成する別工程が不要となる。このため、高い生産性を維持することができる。 Moreover, as long as the coil end cover dimensions are set so as to ensure a gap through which the filler can circulate, the resin layer can be reliably formed regardless of the size of some gaps (some variations in coil end dimensions). This eliminates the need for strict management of coil end dimensions and the like, and eliminates the need for a separate process for coating and forming a resin layer as in the known art. For this reason, high productivity can be maintained.
本発明において、上記コイルエンドカバーを、伝熱性及び電気絶縁性を備えた合成樹脂材によって形成するのが望ましい(請求項2)。 In the present invention, it is desirable that the coil end cover is formed of a synthetic resin material having heat conductivity and electrical insulation (Claim 2).
こうすれば、コイルエンドカバーを金属(導電体)で形成した公知技術のような、コイルエンドとコイルエンドカバーの間の電気絶縁性の問題(絶縁破壊等)がなくなる。 This eliminates the problem of electrical insulation (insulation breakdown or the like) between the coil end and the coil end cover, as in the known technique in which the coil end cover is made of metal (conductor).
また本発明においては、上記コイルエンドカバーを、端面壁と両側壁から成る断面U字形のリング状に形成し、上記ステータの電動機軸方向両側においてそれぞれコイルエンド群を一括して覆う状態で装着するのが望ましい(請求項3,4)。
In the present invention, the coil end cover is formed in a ring shape with a U-shaped cross section composed of an end wall and both side walls, and is mounted so as to collectively cover the coil end groups on both sides of the stator in the motor axial direction. (
この構成によれば、両側コイルエンド群に対するコイルエンドカバーの装着が容易となり、組立性が良いとともに、コイルエンド個々の変形や位置ずれを防止する点の効果がさらに高くなる。 According to this configuration, it is easy to attach the coil end cover to the coil end groups on both sides, the assemblability is good, and the effect of preventing deformation and displacement of each coil end is further enhanced.
この構成をとる場合、上記コイルエンドカバーの端面壁及び側壁の少なくとも一方に貫通穴を設けることによって上記充填材通路を形成するのが望ましい(請求項4)。 When this configuration is adopted, it is desirable to form the filler passage by providing a through hole in at least one of the end wall and the side wall of the coil end cover.
このようにコイルエンドカバーそのものに充填材通路を形成することにより、たとえばコイルエンドカバーの両側壁端とステータコアとの間に全周に亘るリング状の隙間を残して充填材通路とする場合と比較して、充填材がコイルエンドとコイルエンドカバーの間全域に満遍なく行き渡り易くなり、充填ムラによる空隙が発生しにくい。 In this way, by forming filler passages in the coil end cover itself, for example, compared to the case where the filler end passage is left leaving a ring-shaped gap over the entire circumference between the side wall ends of the coil end cover and the stator core. Thus, the filling material easily spreads over the entire area between the coil end and the coil end cover, and voids due to filling unevenness are less likely to occur.
本発明によると、高い生産性を維持しながら、コイルエンドからの均等かつ高い放熱性を確保することができる。 According to the present invention, uniform and high heat dissipation from the coil end can be ensured while maintaining high productivity.
本発明の実施形態を図1〜図4によって説明する。 An embodiment of the present invention will be described with reference to FIGS.
実施形態は、背景技術の説明に合わせて、ショベルの旋回電動機のように電動機シャフトが鉛直となる縦置き姿勢で設置される樹脂モールド式の電動機を適用対象としている。 The embodiment is applied to a resin-molded electric motor that is installed in a vertical orientation in which the electric motor shaft is vertical, such as an excavator turning electric motor, in accordance with the description of the background art.
実施形態に係る電動機において、次の点は図5,6に示す従来技術と同じである。 In the electric motor according to the embodiment, the following points are the same as the prior art shown in FIGS.
(A) 電動機シャフト21を中心として回転するロータ22と、このロータ22の外周に配置されたステータ23が、上面が開口した箱状のハウジング24に収容され、このハウジング24の上面にエンドカバー25が装着されて構成される点。
(A) A
(B) エンドカバー25は、ハウジング24の上端面に図示しないボルトによって取付けられ、電動機シャフト21の上部がこのエンドカバー25に、下部がハウジング24の下部にそれぞれ軸受26,27を介して回転自在に支持される点。
(B) The
(C) ステータ23は、電磁鋼板を積層して成るステータコア28と、このステータコア28に上下方向に巻装されたステータコイル29とによって構成される点。
(C) The
(D) ステータコイル29は、上下両側の折り返し部分であるコイルエンド29aがステータコア28の上下両端面から電動機軸方向に突出する状態で巻装される点。
(D) The
(E) コイル巻装後の封止工程において、ステータ23がハウジング24内に挿入され、上型から充填材(電気絶縁性と伝熱性を備えた不飽和ポリエステル等の合成樹脂材料)30が注入・充填されることより、コイルエンド群を含めたステータ23全体が充填材30でハウジング24内に封止固定され、ステータ23からハウジング24及びエンドカバー25への伝熱性(放熱性)が高められる点。
(E) In the sealing step after coil winding, the
(F) ハウジング24の外周側部分に、水等の冷媒を循環させてハウジング24を冷却する冷却通路31が設けられる点。
(F) A
この電動機においても、図6に示す公知技術と同様に、上下両側のコイルエンド群にコイルエンドカバー32が、各コイルエンド表面を覆う状態で装着されている。
Also in this electric motor, the
コイルエンドカバー32は、電気絶縁性と伝熱性を備えた合成樹脂により、端面壁32aと左右両側壁32b,32bとから成る断面U字形であって、一定の剛性と弾性を備えたリング状の枠として形成され、上下両側それぞれのコイルエンド群を一括して覆う状態で装着されている。
The
詳しくは、コイルエンドカバー32は、図示のように装着状態で両側壁32b,32bの先端がステータコア28の電動機軸方向端面に当接し、かつ、この状態で端面壁32a及び両側壁32b,32bとコイルエンド29aとの間に、封止工程で充填材30が流通するのに十分な隙間cが形成されるように断面サイズが設定され、封止工程に先立って両側コイルエンド群に装着される。
Specifically, the
このコイルエンドカバー32には、円周方向の複数個所(各コイルエンド29aに対応する位置)において、端面壁32a及び両側壁32b,32bのほぼ中央部に厚み方向に貫通する貫通穴33が設けられている。
The
この貫通穴33は、封止工程においてハウジング24内に注入される充填材30が通過するのに十分な直径寸法を持った丸穴(角穴でもよい)として設けられている。
The through
いいかえれば、コイルエンドカバー32をコイルエンド群に装着した状態で、貫通穴33によって充填材通路が形成される。
In other words, the filler passage is formed by the through-
なお、貫通穴33は、一つのコイルエンド29aに対して各壁一つずつの割合で設けてもよいし複数ずつの割合で設けてもよい。
The through holes 33 may be provided at a rate of one wall per one
図2は封止工程のはじめの段階として、コイルエンド群にコイルエンドカバー32を装着した状態でステータ23をハウジング24内に組み込む状況を示す。
FIG. 2 shows a state where the
このとき、上下両側のコイルエンド群は、コイルエンドカバー32の保形作用によって真っ直ぐステータコア端面から電動機軸方向に突出する状態に保持されるため、コイルエンド29aがハウジング24と干渉して損傷したりハウジング24との間に挟まれたりするおそれがない。
At this time, the coil end groups on both the upper and lower sides are held in a state of protruding straight from the stator core end surface in the motor shaft direction by the shape retaining action of the
このステータ組み込み後、ハウジング上方にセットされた図示しない上型から充填材30がハウジング24内に注入・充填される。
After the incorporation of the stator, the
これにより、図1に示すようにコイルエンド群及びコイルエンドカバー32を含めたステータ23全体が充填材30でハウジング24内に封止固定され、ステータ23からハウジング24、及び封止工程後に装着されたエンドカバー25への伝熱性(放熱性)が高められる。
As a result, as shown in FIG. 1, the
図3は封止工程での充填材30の充填状況を示し、充填材30がコイルエンド29aをコイルエンドカバー32ごと覆うとともに、図中矢印で示すように貫通穴33を通ってコイルエンドカバー32内に流入し、コイルエンド29aとコイルエンドカバー32の間の隙間cにも充填される。
FIG. 3 shows a filling state of the
すなわち、貫通穴33が充填材通路となり、同通路を通じて隙間cに充填材30が充填される。
That is, the through
こうして、隙間cが充填材30が埋められて樹脂層30´が形成され、コイルエンド29aからの熱がこの樹脂層30´、コイルエンドカバー32、充填材30、ハウジング24またはエンドカバー25の経路によって外部に放散され、あるいは冷却通路31に伝達・吸収される。
Thus, the
この構成によれば、すべてのコイルエンド29aについて、コイルエンドカバー32との間に良伝熱層としての樹脂層30´を確実に形成することができる。いいかえれば、伝熱抵抗の大きい空隙の発生を確実に防止することができる。
According to this configuration, the
このため、コイルエンド29aからハウジング24及びエンドカバー25、または冷却通路31への放熱性を確実に高めることができる。
For this reason, the heat dissipation from the
しかも、充填材30が流通し得る隙間cが確保されるようにコイルエンドカバー32の寸法を設定しさえすれば、多少の隙間cの大小(コイルエンド寸法の多少のばらつき)に関係なく樹脂層30´を確保できるため、コイルエンド寸法等の厳密な管理が不要となるとともに、公知技術のように樹脂層を塗布形成する別工程が不要となる。このため、高い生産性を維持することができる。
In addition, as long as the dimension of the
また、コイルエンドカバー32を、伝熱性及び電気絶縁性を備えた合成樹脂材によって形成しているため、図6に示す、コイルエンドカバー12を金属(導電体)で形成した公知技術のような、コイルエンド9aとコイルエンドカバー12の間の電気絶縁性の問題(絶縁破壊等)がなくなる。
In addition, since the
さらに、コイルエンドカバー32を、端面壁32aと両側壁32b,32bから成る断面U字形のリング状に形成し、ステータ23の上下両側においてそれぞれコイルエンド群を一括して覆う状態で装着しているため、両側コイルエンド群に対するコイルエンドカバー32の装着が容易となり、組立性が良いとともに、コイルエンド個々の変形や位置ずれを防止する点の効果がさらに高くなる。
Further, the
加えて、充填材通路(貫通穴)33を、コイルエンドカバー32の端面壁32a及び両側壁32b,32b、つまりコイルエンドカバー32そのものにて設けているため、充填材がコイルエンドとコイルエンドカバーの間全域に満遍なく行き渡り易くなり、充填ムラによる空隙が発生しにくい。
In addition, since the filler passage (through hole) 33 is provided in the
他の実施形態
(1) 充填材通路(貫通穴)33を端面壁32a及び両側壁32b,32bの一方のみに設けてもよい。
Other embodiments
(1) The filler passage (through hole) 33 may be provided only in one of the
一方、図4に示すように、両側壁32b,32bの上下方向寸法をコイルエンド29aの突出寸法よりも十分に短く設定しておくことにより、側壁先端とステータコア28の端面との間に全周に亘るリング状の隙間として形成してもよい。
On the other hand, as shown in FIG. 4, by setting the vertical dimension of both
あるいは、両側壁32b,32bの先端部に切り欠きを設け、この切り欠き部分でステータコア28の端面との間に形成されるトンネル状部分を充填材通路としてもよい。
Alternatively, a notch may be provided at the front ends of the
上記リング状の隙間またはトンネル状部分によって充填材通路33を形成する場合、同通路33(充填材入口)から遠いコイルエンド端面側にも充填材30を確実に行き渡らせるために、隙間cを大きめに設定するのが望ましい。
When the
(2) コイルエンドカバー32を銅やアルミニウム等の導電性の金属によって形成してもよい。この場合でも、図6に示すように樹脂層13を塗布形成する公知技術と比較して、格段に高い確率で樹脂層30´を形成でき、かつ、公知技術のように装着時に剥離するおそれもないため、電気絶縁性の問題は生じない。
(2) The coil end cover 32 may be formed of a conductive metal such as copper or aluminum. Even in this case, as shown in FIG. 6, the resin layer 30 'can be formed with a much higher probability than the known technique of applying and forming the
(3) 本発明は、縦置き配置される電動機に限らず、横置き配置される電動機にも、また前記のように同一原理の発電機及び発電電動機にも上記同様に適用することができる。 (3) The present invention can be applied not only to the vertically arranged electric motor but also to the horizontally arranged electric motor, and also to the generator and the generator electric motor of the same principle as described above.
21 電動機シャフト
22 ロータ
23 ステータ
24 ハウジング
25 エンドカバー
26 軸受
28 ステータコア
29 ステータコイル
29a コイルエンド
30 充填材
30´ 樹脂層
32 コイルエンドカバー
32a コイルエンドカバーの端面壁
32b 同、左右両側壁
c 隙間
33 充填材通路
21
Claims (4)
(I) コイルエンド表面を覆い、
(II) 上記封止工程で上記充填材が流入し得る充填材通路と、上記コイルエンドカバーとの間に充填材が流通し得る隙間が形成される状態で
装着し、上記充填材を上記充填材通路を通して上記隙間に充填することによって樹脂層を形成したことを特徴とする電動機。 A rotor that rotates about the motor shaft and a stator disposed on the outer periphery of the rotor are housed in a housing. The stator includes a stator core and a stator coil, and the stator coils are arranged on both sides in the axial direction of the motor shaft. A coil end that is a folded portion is wound around the stator core in a state of protruding in the axial direction from both ends of the stator core, and in the sealing step, a filler made of a synthetic resin material having heat conductivity and electrical insulation is provided. In the electric motor in which the stator is sealed in the housing by being injected into the housing in a state of covering the coil ends, a coil end cover having heat conductivity on the coil ends on both sides,
(I) Cover the coil end surface,
(II) It is mounted in a state where a gap through which the filler can flow is formed between the filler passage through which the filler can flow in the sealing step and the coil end cover, and the filler is filled with the filler. An electric motor comprising a resin layer formed by filling the gap through a material passage.
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