JP2014225945A - 電動機及びその製造方法 - Google Patents
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Abstract
【課題】モールド樹脂層とエンドカバーの密着性を高めて放熱性能を向上させる。【解決手段】ハウジング２４の開口部２４ａを閉塞するエンドカバー２５を、開口部２４ａの外周側部分を閉塞する第１カバー３２と内周側部分を閉塞する第２カバー３３によって構成する。第１カバー３２に樹脂注入口３５を設け、樹脂モールド工程で、ハウジング２４及び第１カバー３２を型の一部として、合成樹脂材料を樹脂注入口３５からハウジング２４内に注入、充填してモールド樹脂層３０を形成する。【選択図】図１
Description
本発明はステータが合成樹脂で覆われる所謂樹脂モールド式の電動機とその製造方法に関するものである。
電動機は、図１０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、電動機軸方向の一端に開口部４ａを備えた箱状のハウジング４に収容され、このハウジング４の開口部４ａにエンドカバー５が装着されて構成される。
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の上端に開口部４ａを有し、この開口部４ａ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。
以下、これを前提として、図１０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。
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。
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。
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。
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。
樹脂モールド式の電動機においては、このコイル巻装後の樹脂モールド工程で、ステータ３がハウジング４内に挿入され、ステータ３の内空部に円柱状のモールド型が挿入されるとともに、ハウジング４の開口部４ａに上型が装着される。
こうしてハウジング４を下型とし、モールド型及び上型で密閉状態のキャビティを形成した後、上型に設けられた樹脂注入口からキャビティに、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が溶融状態で注入・充填される。
この合成樹脂材料の硬化により、ステータ３の一部または全体がモールド樹脂層１０で覆われてハウジング４内に封止固定され、かつ、モールド樹脂層１０によってステータ３からの放熱性が高められる。
そして、モールド型及び上型の取外し(離型)後、ロータ２及び電動機シャフト１が組み込まれるとともにエンドカバー５が装着されて電動機が完成する。
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。
以上の電動機の構成及び製造方法はたとえば特許文献１に示されている。
従来は、上記のように樹脂モールドの終了後、すなわちモールド樹脂層１０を形成した後にエンドカバー５を取付ける(後付けする)構成、製造方法をとっているため、どうしてもモールド樹脂層１０とエンドカバー５の間に隙間が発生し、両者の密着性、つまり伝熱性が悪くなるという問題があった。
そこで本発明は、モールド樹脂層とエンドカバーの密着性を高めて放熱性能を向上させることができる電動機及びその製造方法を提供するものである。
上記課題を解決する手段として、本発明の電動機(請求項１，２)においては、ステータと、このステータの内空部に配置されるロータが、一端に開口部を備えたハウジング内に収容され、上記ステータは伝熱性及び電気絶縁性を備えた合成樹脂材料から成るモールド樹脂層で覆われ、かつ、上記ステータの開口部にエンドカバーが装着される電動機において、上記エンドカバーを、上記ハウジングの開口部のうち外周側部分を閉塞する第１カバーと、内周側部分を閉塞する第２カバーによって構成するとともに、上記ハウジングと上記第１カバーの少なくとも一方に樹脂注入口を設け、上記ハウジング及び上記第１カバーを型の一部として、上記合成樹脂材料を上記樹脂注入口から上記ハウジング内に注入して、上記モールド樹脂層を形成してなるものである。
また、本発明の電動機の製造方法(請求項３，４)においては、ステータと、このステータの内空部に配置されるロータが、一端に開口部を備えたハウジング内に収容され、上記ステータは伝熱性及び電気絶縁性を備えた合成樹脂材料から成るモールド樹脂層で覆われ、かつ、上記ステータの開口部にエンドカバーが装着される電動機の製造方法であって、上記エンドカバーを、上記ハウジングの開口部のうち外周側部分を閉塞する第１カバーと、内周側部分を閉塞する第２カバーによって構成するとともに、上記ハウジングと上記第１カバーの少なくとも一方に樹脂注入口を設け、
(Ｉ) 上記ハウジングに上記第１カバーを装着するとともに、上記ステータの内空部にモールド型を挿入することにより、これら第１カバー及びモールド型で上記ハウジングの開口部を閉塞するとともに、上記ハウジング、上記第１カバー、上記モールド型の三者によってキャビティを形成し、
(ＩＩ) 上記樹脂注入口から上記キャビティに上記合成樹脂材料を注入し、硬化させて上記モールド樹脂層を形成し、
(ＩＩＩ) この後、上記モールド型を抜き取り、かつ、上記ステータの内空部に上記ロータを設置するとともに、上記ハウジングに上記第１カバー装着する
ものである。
(Ｉ) 上記ハウジングに上記第１カバーを装着するとともに、上記ステータの内空部にモールド型を挿入することにより、これら第１カバー及びモールド型で上記ハウジングの開口部を閉塞するとともに、上記ハウジング、上記第１カバー、上記モールド型の三者によってキャビティを形成し、
(ＩＩ) 上記樹脂注入口から上記キャビティに上記合成樹脂材料を注入し、硬化させて上記モールド樹脂層を形成し、
(ＩＩＩ) この後、上記モールド型を抜き取り、かつ、上記ステータの内空部に上記ロータを設置するとともに、上記ハウジングに上記第１カバー装着する
ものである。
この電動機及びその製造方法によれば、エンドカバーを第１カバーと第２カバーで構成し、樹脂モールド工程において、第１カバーをハウジングの開口部の外周側部分に装着した状態、つまり、ハウジングとともに第１カバーを型の一部とした状態で、ハウジング及び第１カバーの少なくとも一方に設けた樹脂注入口から合成樹脂材料を注入してモールド樹脂層を形成するため、いいかえれば第１カバーとモールド樹脂層を一体化するため、両者の密着性を高め、ステータからエンドカバーへの放熱性を飛躍的に向上させることができる。
本発明の電動機において、上記エンドカバーの第１及び第２両カバーを、第２カバーを外側にして互いの一部が重なり合う状態で設け、この重なり合う部分において上記第１カバーに樹脂注入口を設けるとともに、この樹脂注入口よりも外周側において上記第１及び第２両カバー間に水の侵入を防止するシール部材を設けるのが望ましい(請求項２)。
この構成によれば、樹脂注入口が第２カバーで覆われ、かつ、樹脂注入口よりも外周側で両カバー間がシールされているため、樹脂注入口を通して外部から水が浸入するおそれがないし、樹脂注入口そのものに別途シール構造を付加する必要がない。
本発明の製造方法において、上記モールド型を、上記ステータの内空部に挿入される円柱部と、上記第１カバーに重なる鍔部とから成る鍔付き円柱体として形成し、上記樹脂注入口を、上記第１カバーの内周側部分において第１カバーと上記モールド型の鍔部とに跨って形成するのが望ましい(請求項４)。
こうすれば、樹脂注入口をハウジング中心により近い位置に配置することができるため、樹脂モールド工程で合成樹脂材料をモールド域全体にスムーズに行き渡らせ易くなり、ひいては第１カバーとモールド樹脂層の密着性をより高めることができる。
本発明によると、樹脂モールド式の電動機において、モールド樹脂層とエンドカバーの密着性を高めて放熱性能を向上させることができる。
本発明の実施形態を図１〜図９によって説明する。
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。
実施形態に係る電動機において、次の点は図１０に示す従来技術と同じである。
(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、上端に開口部２４ａを有する箱状のハウジング２４に収容され、このハウジング２４の開口部２４ａにエンドカバー２５が装着されて構成される点。
(Ｂ) 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。
(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。
(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。
(Ｅ) コイル巻装後の樹脂モールド工程において、ステータ２３が、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によりモールドされてモールド樹脂層３０が形成される点。
(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。
実施形態に係る電動機において、エンドカバー２５は、ハウジング２４の開口部２４ａのうち外周側部分を閉塞するリング状の第１カバー３２と、内周側部分を閉塞する円板状の第２カバー３３によって構成される。
第１カバー３２は、ステータ外径とほぼ同じ外径寸法と、ステータ内径とほぼ同じ内径寸法を有するリング状に形成され、ハウジング２４の開口部２４ａの外周側部分を閉塞する状態でハウジング２４にボルト止め等によって取付けられる。
第２カバー３３は、第１カバー３２の外径と同等または少し小さい外径寸法を備えた円板状に形成され、外周部分が第１カバー３２に上から重なる状態で第１カバー３２にボルト止め等によって取付けられる。
ここで、第１カバー３２(または第２カバー３３)の外周部に、両カバー３２，３３の重なり部分からの水の侵入を防止するためのシール部材３４が設けられている。
また、第２カバー３３の内周側の下面に、第１カバー３２の内径部分に嵌まり込むリング状の突縁部３３ａが形成され、上部軸受２６がこの突縁部３３ａ内に装着される。
第１実施形態(図１〜図７参照)
第１実施形態においては、第１カバー３２における内周側部分(ハウジング中心に近い部分)の円周方向複数個所に樹脂注入口３５が上下方向に貫通して設けられ、樹脂モールド工程で合成樹脂材料がこの樹脂注入口３５からハウジング２４内に注入、充填される。
第１実施形態においては、第１カバー３２における内周側部分(ハウジング中心に近い部分)の円周方向複数個所に樹脂注入口３５が上下方向に貫通して設けられ、樹脂モールド工程で合成樹脂材料がこの樹脂注入口３５からハウジング２４内に注入、充填される。
この樹脂モールド工程を含めた電動機製造のための各工程、及び型構成を図２〜図７によって説明する。
なお、図２〜図７においては、図の複雑化を避けるために各部の符号のうち必要最小限のもののみを示しており、省略した符号については必要に応じて図１を引用するものとする。
(ｉ) ステータ挿入、第１カバー装着
図２〜図４に示すようにステータ２３をハウジング２４内に挿入するとともに、ハウジング開口部２４ａに第１カバー３２を装着する。
図２〜図４に示すようにステータ２３をハウジング２４内に挿入するとともに、ハウジング開口部２４ａに第１カバー３２を装着する。
(ｉｉ) モールド型挿入、樹脂モールド工程
図４，５に示すように、モールド型３６をハウジング２４内の中心部に挿入する。
図４，５に示すように、モールド型３６をハウジング２４内の中心部に挿入する。
モールド型３６は、ステータ２３の内径とほぼ同じ直径寸法を有する円柱部３７の上端に、第１カバー３２の上面に重なる直径寸法を有する鍔部３８を一体に設けた鍔付き円柱体として形成し、図４中の二点鎖線及び図５に示すように円柱部３７がステータ内空部に嵌まり込む状態で挿入する。
ここで、モールド型３６の鍔部３８には、第１カバー３２の樹脂注入口３５に対応する位置に樹脂注入口３９を設けており、モールド型挿入状態で、第１カバー３２の内周側部分において両樹脂注入口３９，３５が上下に重なって一つの貫通穴としての樹脂注入口４０(図５のみに符号を付している)が形成される。
また、このモールド型挿入状態で、ハウジング２４、ステータ２３、第１カバー３２、モールド型３６によってキャビティＣ(図４のみに符号を付している)が形成され、合成樹脂材料を樹脂注入口４０からこのキャビティＣに注入、充填し、硬化させる。
これにより、ステータ２３が、モールド樹脂層３０で覆われた状態でハウジング２４内に封止固定されるとともに、第１カバー３２もモールド樹脂層３０と一体となる。
(ｉｉｉ) 離型、ロータ等組み込み
図６に示すようにモールド型３６を抜き取り、その抜き取り跡に、予めサブ組みした、電動機シャフト２１、ロータ２２、第２カバー３３、上下の軸受２６，２７を挿入、固定して電動機が完成する。
図６に示すようにモールド型３６を抜き取り、その抜き取り跡に、予めサブ組みした、電動機シャフト２１、ロータ２２、第２カバー３３、上下の軸受２６，２７を挿入、固定して電動機が完成する。
この電動機においては、上記のように、エンドカバー２５を第１カバー３２と第２カバー３３で構成し、樹脂モールド工程において、第１カバー３２をハウジング開口部２４ａの外周側に装着した状態、つまり、ハウジング２４とともに第１カバーを型の一部とした状態で、第１カバー３２に設けた樹脂注入口３５(正確には第１カバー３２とモールド型３６の鍔部３８に跨って設けた樹脂注入口４０)から合成樹脂材料を注入してモールド樹脂層３０を形成するため、いいかえれば第１カバー３２とモールド樹脂層３０を一体化するため、樹脂モールド工程後にエンドカバー５を取付ける従来の電動機(図１０)と比較して、モールド樹脂層３０とエンドカバー(第１カバー３２)の間の隙間の発生を防止し、両者の密着性を格段に高めることができる。
これにより、ステータ２３からエンドカバー２５への放熱性を飛躍的に向上させることができる。
また、樹脂注入口３５が第２カバー３３で覆われ、かつ、樹脂注入口３５よりも外周側でシール部材３４によって両カバー３２，３３間がシールされているため、樹脂注入口３５を通して外部から水が浸入するおそれがないし、樹脂注入口３５そのものに別途シール構造を付加する必要がない。
さらに、モールド型３６を、ステータ２３の内空部に挿入される円柱部３７と、第１カバー３２に重なる鍔部３８とから成る鍔付き円柱体として形成し、第１カバー３２の内周側部分において第１カバー３２とモールド型３６の鍔部３８とに跨って樹脂注入口４０を形成したから、樹脂注入口４０をハウジング中心により近い位置に配置することができる。
このため、樹脂モールド工程で合成樹脂材料をモールド域(キャビティＣ)全体にスムーズに行き渡らせ易くなり、ひいては第１カバー３２とモールド樹脂層３０の密着性をより高めることができる。
他の実施形態
(１) 第１実施形態では、樹脂注入口３５をエンドカバー２５の第１カバー３２に設けたが、樹脂注入口３５を、第２実施形態として図８に示すようにハウジング２４の側壁(図では上部であるが下部でもよい)、または第３実施形態として図９に示すようにハウジング２４の底壁に設けてもよい。
(１) 第１実施形態では、樹脂注入口３５をエンドカバー２５の第１カバー３２に設けたが、樹脂注入口３５を、第２実施形態として図８に示すようにハウジング２４の側壁(図では上部であるが下部でもよい)、または第３実施形態として図９に示すようにハウジング２４の底壁に設けてもよい。
この第２、第３実施形態においても、第１カバー３２を型の一部とした状態で樹脂モールドを行う点は同じであるため、モールド樹脂層３０とエンドカバー(第１カバー３２)の密着性を高めることができる点の効果は第１実施形態と同様に得ることができる。
あるいは、樹脂注入口３５を第１カバー３２とハウジング２４の双方に設けてもよい。
(２) 第１実施形態では、第１カバー３２とモールド型３６にそれぞれ樹脂注入口３５，３８を設け、これらを重ね合わせて上下方向に貫通する樹脂注入口４０を形成したが、モールド型３６を、鍔部３８が無い円柱体として形成し、第１カバー３２のみに樹脂注入口３５を形成してもよい。
(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。
２１ 電動機シャフト
２２ ロータ
２３ ステータ
２４ ハウジング
２４ａ ハウジング開口部
２５ エンドカバー
２６ 上部軸受
３０ モールド樹脂層
３２ エンドカバーの第１カバー
３２ａ 凹部
３３ エンドカバーの第２カバー
３３ａ 突縁部
３４ シール部材
３５ 第１カバーの樹脂注入口
３６ モールド型
３７ モールド型の円柱部
３８ 同、鍔部
３９ モールド型の樹脂注入口
４０ 第１カバーとモールド型に跨る樹脂注入口
Ｃ キャビティ
２２ ロータ
２３ ステータ
２４ ハウジング
２４ａ ハウジング開口部
２５ エンドカバー
２６ 上部軸受
３０ モールド樹脂層
３２ エンドカバーの第１カバー
３２ａ 凹部
３３ エンドカバーの第２カバー
３３ａ 突縁部
３４ シール部材
３５ 第１カバーの樹脂注入口
３６ モールド型
３７ モールド型の円柱部
３８ 同、鍔部
３９ モールド型の樹脂注入口
４０ 第１カバーとモールド型に跨る樹脂注入口
Ｃ キャビティ
Claims (4)
- ステータと、このステータの内空部に配置されるロータが、一端に開口部を備えたハウジング内に収容され、上記ステータは伝熱性及び電気絶縁性を備えた合成樹脂材料から成るモールド樹脂層で覆われ、かつ、上記ステータの開口部にエンドカバーが装着される電動機において、上記エンドカバーを、上記ハウジングの開口部のうち外周側部分を閉塞する第１カバーと、内周側部分を閉塞する第２カバーによって構成するとともに、上記ハウジングと上記第１カバーの少なくとも一方に樹脂注入口を設け、上記ハウジング及び上記第１カバーを型の一部として、上記合成樹脂材料を上記樹脂注入口から上記ハウジング内に注入して、上記モールド樹脂層を形成してなることを特徴とする電動機。
- 上記エンドカバーの第１及び第２両カバーを、第２カバーを外側にして互いの一部が重なり合う状態で設け、この重なり合う部分において上記第１カバーに樹脂注入口を設けるとともに、この樹脂注入口よりも外周側において上記第１及び第２両カバー間に水の侵入を防止するシール部材を設けたことを特徴とする請求項１記載の電動機。
- ステータと、このステータの内空部に配置されるロータが、一端に開口部を備えたハウジング内に収容され、上記ステータは伝熱性及び電気絶縁性を備えた合成樹脂材料から成るモールド樹脂層で覆われ、かつ、上記ステータの開口部にエンドカバーが装着される電動機の製造方法であって、上記エンドカバーを、上記ハウジングの開口部のうち外周側部分を閉塞する第１カバーと、内周側部分を閉塞する第２カバーによって構成するとともに、上記ハウジングと上記第１カバーの少なくとも一方に樹脂注入口を設け、
(Ｉ) 上記ハウジングに上記第１カバーを装着するとともに、上記ステータの内空部にモールド型を挿入することにより、これら第１カバー及びモールド型で上記ハウジングの開口部を閉塞するとともに、上記ハウジング、上記第１カバー、上記モールド型の三者によってキャビティを形成し、
(ＩＩ) 上記樹脂注入口から上記キャビティに上記合成樹脂材料を注入し、硬化させて上記モールド樹脂層を形成し、
(ＩＩＩ) この後、上記モールド型を抜き取り、かつ、上記ステータの内空部に上記ロータを設置するとともに、上記ハウジングに上記第１カバー装着する
ことを特徴とする電動機の製造方法。 - 上記モールド型を、上記ステータの内空部に挿入される円柱部と、上記第１カバーに重なる鍔部とから成る鍔付き円柱体として形成し、上記樹脂注入口を、上記第１カバーの内周側部分において第１カバーと上記モールド型の鍔部とに跨って形成したことを特徴とする請求項３記載の電動機の製造方法。
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