JP2016163393A - Stator structure, electric motor, device, manufacturing method for stator structure and manufacturing method for electric motor - Google Patents
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Abstract
Description
本発明は、電動機に関し、特に固定子と固定子枠体等とから構成される固定子構成体に関する。 The present invention relates to an electric motor, and more particularly, to a stator structure including a stator and a stator frame.
家電分野、産業機器分野、電装分野などにおいて、電動機、変成器などの巻装体を具備するデバイスの小型化、薄型化及び高出力化は、恒常的に希求されるところである。 In the home appliance field, industrial equipment field, electrical equipment field, etc., there is a constant demand for downsizing, thinning, and high output of devices including winding bodies such as electric motors and transformers.
一例として、図1及び図2には電動機の固定子構成体を示す。図1において、電動機の固定子は、固定子磁心1にインシュレータ2を介して絶縁電線を巻装して、巻装体3を設けることにより構成される。この固定子を、金属等にて形成した固定子枠体4に挿入することによって、固定子構成体を形成している。巻装体3とコネクタ6は、印刷配線板5を介して電気的に接続されている。図2において、巻装体の末端3aは、はんだ7により印刷配線板5と電気的に接続されている。
As an example, FIGS. 1 and 2 show a stator structure of an electric motor. In FIG. 1, a stator of an electric motor is configured by winding an insulated wire around a stator
電動機及び固定子構成体の小型化、薄型化及び高出力化に際しては、固定子磁心に巻装された巻装体の発熱が課題なる。巻装体の発熱が過大であると、機器の電力効率の低下だけでなく、機器部材の安全性低下や、機器の寿命の短命化に影響し好ましくない。機器の小型化・薄型化の実現と、高い信頼性とを両立するために、電動機及び固定子構成体の放熱特性の向上が強く求められている。 When the motor and the stator structure are reduced in size, thickness, and output are increased, heat generation of the wound body wound around the stator core becomes a problem. Excessive heat generation of the wound body is not preferable because it affects not only the power efficiency of the device but also the safety of the device members and the life of the device. In order to achieve both miniaturization and thinning of the device and high reliability, there is a strong demand for improvement in heat dissipation characteristics of the electric motor and the stator structure.
このような要求に応えるために、以下のような従来技術が知られている。 In order to meet such a demand, the following conventional techniques are known.
例えば、特許文献1などには、固定子枠体と固定子巻線の間に放熱材料を真空状態で充填することにより、放熱性を高めた固定子構成体を得ることが記されている。
For example,
また、例えば、特許文献2などには、固定子枠体に樹脂充填に対する排気孔を設け、この固定子枠体及び固定子に樹脂を注形・充填・成形等を施すことにより、放熱性を高めた固定子構成体を得ることが記されている。
In addition, for example, in
また、例えば、特許文献3などには、電動機のエンドブラケットに設けられた樹脂注入口を通して、放熱材料を注入することにより放熱性を高めた固定子構成体を得ることが記されている。
Further, for example,
従来の固定子構成体では、固定子巻線と固定子枠体の間の空気層が存在し、この空気層による熱抵抗が生じていた。そのため、固定子構成体全体の熱抵抗の合成値は、空気層の熱抵抗の影響が支配的であり、このままの構成では、固定子構成体の放熱性を高めることに限界があった。 In the conventional stator structure, an air layer exists between the stator winding and the stator frame, and thermal resistance is generated by the air layer. For this reason, the combined value of the thermal resistance of the entire stator structure is dominated by the influence of the thermal resistance of the air layer, and with this configuration, there is a limit to improving the heat dissipation of the stator structure.
そこで、固定子構成体の放熱性を高めるために、固定子巻線と固定子枠体の間の空気層に放熱材料を充填することで、この部分の熱抵抗を低減することによって、放熱性を高めた固定子構成体が提案されてきた。 Therefore, in order to improve the heat dissipation of the stator structure, the heat resistance is reduced by filling the air layer between the stator winding and the stator frame with a heat dissipation material, thereby reducing the heat resistance of this part. Stator constructions with increased resistance have been proposed.
しかしながら、特許文献1などに記された技術のように、固定子と固定子枠体の間に放熱樹脂を充填する場合は、放熱樹脂への気泡の含入を防ぐため、固定子及び固定子枠体の周囲全体を真空状態に保つ真空設備を要し、製造設備は大型化する。この場合、設備投資の額は高騰し、経営的観点での課題を招く。また、製造工程の工数増加も招き、生産性の点でも、経営的観点の課題を招く。
However, as in the technique described in
また、特許文献2などに記された技術のように、注型金型の下方部に排気孔を設置し、金型上方部より樹脂を注型した場合は、樹脂の流動を制御することに高度な製造技術を要する。このため、固定子枠体内の空気が固定子枠体外に全て排出することを為し得ず、樹脂が硬化する際に樹脂の内部に空気溜まり(ボイド)が形成される。樹脂中の空気溜まりは、固定子巻線の絶縁性及び放熱性の妨げとなり、好ましくない。空気溜まり(ボイド)を除くために、真空設備による脱泡を施せば良いが、上述の特許文献1などに記された技術と同様のことであり、新たな経営的観点での課題を招く。
In addition, as in the technique described in
さらに、特許文献3などに記された技術のように、固定子巻線の全体を熱硬化性樹脂材料で覆う場合に、固定子巻線と駆動電源を結ぶ電気的接続部である活電部は放熱材料(樹脂)に覆われ、密閉構造になる。そのため、過負荷で機器が使用された場合や機器の使用環境が高温である場合などでは、熱硬化性樹脂材料を含む絶縁材料の分解ガス等により電気的接続部である活電部での劣化反応が加速度的に進行することも考察され、信頼性の確認検証などには多大なコストを要してしまう。
Furthermore, when the entire stator winding is covered with a thermosetting resin material as in the technique described in
本発明は、上記の課題を解決するものであり、固定子枠体と放熱材料(樹脂)を一体化することで、巻装体の発熱を効率良く放熱しながらも、放熱材料(樹脂)と電気的接続部との間に放熱材料(樹脂)の非充填空間部を有する構成とし、信頼性の高い固定子構成体を提供することを目的とする。 The present invention solves the above-mentioned problems, and by integrating the stator frame and the heat dissipation material (resin), while efficiently dissipating the heat generated by the wound body, the heat dissipation material (resin) An object of the present invention is to provide a highly reliable stator structure that has a non-filling space portion of a heat dissipation material (resin) between the electrical connection portion.
上記課題を解決するために、第一の発明は、固定子磁心と、この固定子磁心の複数のティース部の各々を覆うインシュレータと、前記インシュレータ毎に巻装される巻装体とを含む固定子と、この固定子の巻装体と電気的に接続される印刷配線板とを含む固定子中間組立体と、この固定子中間組立体と電気的に接続されるコネクタと、前記固定子中間組立体を収容しかつ前記コネクタを具備する固定子枠体と、前記固定子枠体の壁部の一部又は複数の箇所の各々に具備するセルフクローズ弁と、前記固定子枠体の内の底部と前記固定子中間組立体の下部との隙間の下部空間に充填される樹脂材料と、前記固定子枠体の内壁と前記固定子磁心との空隙に充填される樹脂材料と、隣り合う巻装体同士の隙間に充填される樹脂材料とを含む固定子構成体において、前記巻装体の引き出し接続線の活電部、前記印刷配線板の配線パターンの活電部及び前記コネクタの電気的接続箇所である活電部、これら活電部を含む空間であり且つ前記樹脂材料を非充填とする樹脂非充填空間部を具備する固定子構成体である。 In order to solve the above-mentioned problem, a first invention is a fixed including a stator magnetic core, an insulator covering each of a plurality of teeth portions of the stator magnetic core, and a wound body wound around each of the insulators. A stator intermediate assembly including a stator, a printed wiring board electrically connected to the winding body of the stator, a connector electrically connected to the stator intermediate assembly, and the stator intermediate A stator frame housing the assembly and including the connector; a self-close valve provided in each of a part or a plurality of locations of a wall portion of the stator frame; and A resin material filled in a lower space of a gap between a bottom and a lower portion of the stator intermediate assembly, a resin material filled in a gap between an inner wall of the stator frame and the stator magnetic core, and adjacent windings A stator structure including a resin material filled in a gap between the bodies In the body, a live part of the winding connection line of the wound body, a live part of the wiring pattern of the printed wiring board, a live part which is an electrical connection part of the connector, a space including these live parts And it is a stator structure which comprises the resin non-filling space part which is not filled with the said resin material.
また、第二の発明は、第一の発明の固定子構成体において、樹脂材料には熱硬化性樹脂を含む。 Moreover, 2nd invention is a stator structure of 1st invention, The thermosetting resin is included in the resin material.
また、第三の発明は、第一の発明の固定子構成体において、樹脂材料には熱硬化性樹脂のエポキシ樹脂、ポリエステル樹脂又はポリウレタン樹脂のいずれかを含む。 Moreover, 3rd invention is a stator structure of 1st invention, The resin material contains either the epoxy resin of a thermosetting resin, a polyester resin, or a polyurethane resin.
また、第四の発明は、第一の発明の固定子構成体において、樹脂材料には酸化アルミニウム又は窒化珪素のいずれかを含む。 According to a fourth invention, in the stator structure according to the first invention, the resin material contains either aluminum oxide or silicon nitride.
また、第五の発明は、第一の発明から第四の発明の固定子構成体を含む電動機である。 Moreover, 5th invention is an electric motor containing the stator structure of 1st invention to 4th invention.
また、第六の発明は、第一の発明から第四の発明の固定子構成体を含む電動機を搭載する装置である。 Moreover, 6th invention is an apparatus carrying the electric motor containing the stator structure of 1st invention to 4th invention.
また、第七の発明は、固定子磁心と、この固定子磁心の複数のティース部の各々を覆うインシュレータと、前記インシュレータ毎に巻装される巻装体とを含む固定子と、この固定子の巻装体と電気的に接続される印刷配線板とを含む固定子中間組立体と、この固定子中間組立体と電気的に接続されるコネクタと、前記固定子中間組立体を収容しかつ前記コネクタを具備する固定子枠体と、前記固定子枠体の壁部の一部又は複数の箇所の各々に具備するセルフクローズ弁と、前記固定子枠体の内の底部と前記固定子中間組立体の下部との隙間の下部空間に充填される樹脂材料と、前記固定子枠体の内壁と前記固定子磁心との空隙に充填される樹脂材料と、隣り合う巻装体同士の隙間に充填される樹脂材料とを含む固定子構成体の製造方法において、前記巻装体の引き出し接続線の活電部、前記印刷配線板の配線パターンの活電部及び前記コネクタの電気的接続箇所である活電部、これら活電部を含む空間であり且つ前記樹脂材料を非充填とする樹脂非充填空間部を具備する固定子構成体の製造方法であり、前記固定子磁心の中空部の内壁に、円柱状の中心治具を密着した状態で挿入する工程と、前記セルフクローズ弁の弁を開いて前記樹脂材料を前記固定子枠体の内部へ注入し且つ前記樹脂材料の注入量は前記樹脂非充填空間部を形成する程度に制御する工程と、前記樹脂材料の注入を終えた後に前記樹脂を硬化させる工程と、前記固定子磁心の中空部の内壁に挿入した前記中心治具を取り外す工程とを含む固定子構成体の製造方法である。 The seventh invention includes a stator including a stator core, an insulator that covers each of a plurality of teeth portions of the stator core, and a wound body wound around each of the insulators, and the stator. A stator intermediate assembly including a printed wiring board electrically connected to the winding body, a connector electrically connected to the stator intermediate assembly, and housing the stator intermediate assembly; A stator frame provided with the connector, a self-close valve provided in each of a part or a plurality of locations of the wall portion of the stator frame, a bottom portion of the stator frame, and the middle of the stator In the gap between adjacent winding bodies, the resin material filled in the lower space of the gap between the lower part of the assembly, the resin material filled in the gap between the inner wall of the stator frame and the stator magnetic core, and In a method of manufacturing a stator structure including a resin material to be filled A live part of the winding connecting line of the wound body, a live part of the wiring pattern of the printed wiring board, a live part which is an electrical connection part of the connector, a space including these live parts, and the A method of manufacturing a stator structure having a resin-unfilled space portion that is not filled with a resin material, the step of inserting a cylindrical center jig in close contact with the inner wall of the hollow portion of the stator core And opening the self-close valve to inject the resin material into the stator frame and controlling the injection amount of the resin material to the extent that the resin non-filling space is formed; It is a manufacturing method of a stator structure including a step of curing the resin after the injection of the resin material and a step of removing the central jig inserted into the inner wall of the hollow portion of the stator magnetic core.
また、第八の発明は、第七の発明の固定子構成体の製造方法において、樹脂材料には熱硬化性樹脂を含む。 Moreover, 8th invention is a manufacturing method of the stator structure of 7th invention. WHEREIN: A thermosetting resin is included in the resin material.
また、第九の発明は、第七の発明の固定子構成体の製造方法において、樹脂材料には熱硬化性樹脂のエポキシ樹脂、ポリエステル樹脂又はポリウレタン樹脂のいずれかを含む。 Moreover, 9th invention is a manufacturing method of the stator structure of 7th invention, The resin material contains either the epoxy resin of a thermosetting resin, a polyester resin, or a polyurethane resin.
また、第十の発明は、第七の発明の固定子構成体の製造方法において、樹脂材料には酸化アルミニウム又は窒化珪素のいずれかを含む。 According to a tenth aspect, in the method for manufacturing a stator structure according to the seventh aspect, the resin material contains either aluminum oxide or silicon nitride.
また、第十一の発明は、第一の発明から第四の発明の固定子構成体の製造方法を含む電動機の製造方法である。 The eleventh invention is a method for manufacturing an electric motor including the method for manufacturing a stator structure according to the first to fourth inventions.
本発明の固定子構成体は、固定子枠体の内側に巻装体が巻装された磁心からなる固定子巻線を内接した固定子構成体において、前記固定子巻線と前記フレームの空間層、前記固定子巻線の電線と固定子磁心の空間層、巻線の線間 電気的接続部と放熱材料との間に空気層または空間層を設けることにより、放熱材料が電気的接続部と接触することを防ぎ、固定子巻線から発生する通電時の発熱を効率的に放熱しながらも、信頼性の高い固定子構成体を提供する。 The stator structure of the present invention includes a stator structure in which a stator winding made of a magnetic core having a winding body wound inside a stator frame is provided, wherein the stator winding and the frame are connected to each other. Spatial layer, space layer of the stator winding wire and stator core, between the wires of the winding, by providing an air layer or space layer between the electrical connection and the heat dissipation material, the heat dissipation material is electrically connected A highly reliable stator structure is provided, while preventing contact with a portion and efficiently radiating heat generated during energization generated from a stator winding.
さらに、固定子フレームの下側の一部に前記放熱材料の注型口を有することにより、放熱材料の高圧注入装置や真空装置等の特別な装置を必要とすることなく、放熱材料の内部に空気溜まり(ボイド)を発生させずに、放熱材料を充填することが可能であり、設備投資
を抑えながらも信頼性及び生産性の高い固定子構成体を提供することが可能となる。
Furthermore, by having a casting port for the heat dissipation material on a part of the lower side of the stator frame, the heat dissipation material can be placed inside the heat dissipation material without requiring a special device such as a high pressure injection device or a vacuum device for the heat dissipation material. A heat dissipating material can be filled without generating air pockets (voids), and a highly reliable and productive stator structure can be provided while reducing capital investment.
このように、本発明の固定子構成体は、従来の固定子構成体と比べ、高い放熱性と信頼性を有することにより、温度上昇は抑制され、高温度の環境での使用も可能となり、産業的価値は高い。 Thus, the stator structure of the present invention has high heat dissipation and reliability compared to the conventional stator structure, thereby suppressing a temperature rise, and can be used in a high temperature environment. Industrial value is high.
以下、本発明について、図面を参照しながら説明する。なお、以下の実施の形態又は実施例によって本発明が限定されるものではない。 Hereinafter, the present invention will be described with reference to the drawings. In addition, this invention is not limited by the following embodiment or an Example.
固定子中間組立体は、固定子磁心1、インシュレータ2及び巻装体3を含む固定子と、印刷配線板5とから構成される。この固定子中間組立体においては、軸方向の片側に、印刷配線板5に配置され、巻装体3同士の結線部の接続線端部、コネクタ6と接続する巻装体3の接続線端部及び印刷配線板5と接続する巻装体3の接続線、いずれも印刷配線板5の配置側に配線される。
The stator intermediate assembly includes a stator including a stator
なお、印刷配線板5は、環状(ドーナツ型形状)、扇型形状(円弧状)、Cの字状の形状などであり、中央に中空部を有し、この中空部には回転子や電動機の出力軸が遊挿される。
The printed
そして、固定子枠体4の開口端を上方に設置し、一方、下方には固定子枠体4のシャフト孔を設置する。この状態の固定子枠体4の中に、固定子枠体4の開口端の側から固定子中間組立体を納置する。このとき、固定子中間組立体は、印刷配線板5の配置側を固定子枠体4の開口端の側に位置させる。また、固定子枠体4の開口端の近傍には、コネクタ6を配置するコネクタ窓部を設けている。このコネクタ窓部に配置されたコネクタ6と、固定子中間組立体とは電気的に接続される構成である。
And the opening end of the
そして、固定子磁心1の中空部の内壁には、円柱状の中心治具8を密着した状態で挿入する。次に、固定子枠体4の壁部の一部又は複数の箇所の各々に設けた樹脂注入口9にはセルフクローズ弁10を設け、ディスペンサーのノズルをセルフクローズ弁10に挿入し、液状の樹脂11を注入する。
Then, a
固定子枠体4の下部空間部へ樹脂11が供給され、さらに、樹脂11は、固定子磁心1と固定子枠体4との空隙及び巻装体3同士の隙間へ流入する。この際、固定子中間組立体の上部側から空隙内部の空気を排出しつつ、樹脂11が流動するため、樹脂11への気泡の含入は生じず、硬化した樹脂への空気溜まり(ボイド)も少なく、樹脂11の硬化後は安定した放熱特性を有し、かつ、信頼性の高い固定子構成体を、安価に提供することが可能である。
The
なお、固定子磁心1の中空部のに挿入した、円柱状の中心治具8は、樹脂11の硬化後に取り除く。
The
樹脂11の注入方法について、更に説明する。固定子枠体4のセルフクローズ弁10に、樹脂注入用ディスペンサーのニードルを挿入し、液状のエポキシ樹脂等の放熱性を有する樹脂11をニードル経由で注入する。樹脂11は、固定子が位置する箇所の下部空間内に供給され、この下部空間部から主に固定子磁心1の外周面と固定子枠体との空隙及び隣り合う巻装体3同士の空隙を流路とし、かつこれら空隙にも充填される。
The injection method of the
セルフクローズ弁10は,ゴム弾性等を利用した開閉機構を有するため、樹脂注入後に、ディスペンサーのニードルを抜いた際にニードル挿入時に空いたセルフクローズ弁10は自動的に閉じられ、固定子内部から固定子外部へ注入した樹脂11が逆流や漏れを起こすことがない。このため、生産ラインの設備や製品自体への飛散樹脂の付着などは生じず、清掃等の手間や製造設備の不具合動作も抑制されることから、生産ラインの生産能力は高いものとなる。当然、生産タクトの増加や、製造工程の工数の増加もなく、安価に信頼性の高い製品を提供することが可能であり、産業的価値は大いなるものである。
Since the self-closing
なお、セルフクローズ弁10であるが、樹脂注入の前後において、樹脂漏れを防ぐ機能を有するものであれば、他の構成物でもよい。例えば、簡便なものとしては、弾性体による栓体による打栓・開栓によって樹脂の注入口の開閉を行う構成でもよい。
In addition, although it is the self-
図4は、本発明の固定子構成体の断面図である。図4における樹脂11の主要な樹脂成分は、エポキシやポリエステル、ポリウレタン等の熱硬化性の樹脂材料である。固定子の放熱特性を向上させるため、樹脂11には、酸化アルミニウム(通称はアルミナ)や窒化珪素等の高熱伝導率を示す充填材を配合している。また、隣り合う巻装体3同士の空隙や、磁心と固定子枠体との微細な空隙等へ樹脂が入り込むことにより、固定子の放熱特性を阻害する固定子内部の空気の層を、熱抵抗の低い樹脂層にて置換する構成とすることによって、放熱性を高めている。
FIG. 4 is a cross-sectional view of the stator structure of the present invention. The main resin component of the
また、樹脂11の粘性が高い場合は、上述の空隙への樹脂11の浸透は困難性を伴う。このため、樹脂11は低粘度で流動性の高いことが好ましい。なお、高粘度の樹脂材料であっても、固定子及び樹脂11への予熱を施すことにより、樹脂11の流動性を高めることで、空隙への樹脂11の浸透は容易である。
Moreover, when the viscosity of the
図5は本発明の固定子構成体の断面図である。図4は電気的接続部の拡大図である。本発明の構成を製造する際には、本発明の構成に起因して、注入後に流動する樹脂11の液面を管理することが容易であるため、巻装体3同士の結線部である電気的接続部や、巻装体3と印刷配線板5の配線パターンとの接続部である電気的接続部や、巻装体3とコネクタ6との接続部である電気的接続部などには、樹脂11の付着は生じない。つまり、巻装体3同士の結線部や、巻装体3とコネクタ6との接続部等の電気的接続部の周囲には、樹脂11が充填されないままである樹脂非充填空間部を設ける。
FIG. 5 is a cross-sectional view of the stator structure of the present invention. FIG. 4 is an enlarged view of the electrical connection portion. When manufacturing the configuration of the present invention, it is easy to manage the liquid level of the
このように、これら、電気的接続部である活電部は、樹脂11と直接に接する構成ではなく、空気(大気)を介する構成である。仮に、樹脂11から何らかのガスが発生しても、活電部の周囲に滞留することはなく拡散消失し、不具合は生じない。これにより、電気的接続部の構成は、過酷な使用環境下にも適応したものとなり、信頼性をより高めた電動機及び固定子構成体を提供可能となる。
Thus, these live parts, which are electrical connection parts, are not in direct contact with the
表1は、本発明を用いた固定子構成体と従来技術の固定子構成体を比較したものである。表1の比較例Aは、樹脂を固定子上部より注型し、真空設備を用いて樹脂中の気泡を脱泡して、樹脂中の気泡を低減して作成した固定子構成体である。表1の比較例Bは、真空設備を用いることなく樹脂を固定子上部より注型したものであり、樹脂中には不可避的に含入した気泡を含むものである。比較例A及び比較例Bと比較し、本発明は高い放熱性を
有し、生産性、信頼性ともに高い。
Table 1 compares the stator structure using the present invention with the prior art stator structure. Comparative Example A in Table 1 is a stator structure prepared by casting resin from the upper part of the stator and defoaming bubbles in the resin using vacuum equipment to reduce bubbles in the resin. Comparative Example B in Table 1 is obtained by casting the resin from the top of the stator without using vacuum equipment, and includes bubbles inevitably included in the resin. Compared with Comparative Example A and Comparative Example B, the present invention has high heat dissipation and high productivity and reliability.
本発明の固定子構成体は、従来の固定子構成体と比べ、高い放熱性と信頼性を有するため、使用可能な用途や、機器の多様な仕様に適用可能であり、産業的価値は大いなるものである。 Since the stator structure of the present invention has higher heat dissipation and reliability than the conventional stator structure, it can be used for various uses and various specifications of equipment, and has a great industrial value. Is.
1 固定子磁心
2 インシュレータ
3 巻装体
4 固定子枠体
5 印刷配線板
6 コネクタ
7 はんだ
8 中心治具
9 樹脂注入口
10 セルフクローズ弁
11 樹脂
DESCRIPTION OF
本発明は、電動機に関し、特に固定子と固定子枠体等とから構成される固定子構成体に関する。 The present invention relates to an electric motor, and more particularly, to a stator structure including a stator and a stator frame.
家電分野、産業機器分野、電装分野などにおいて、電動機、変成器などの巻装体を具備するデバイスの小型化、薄型化及び高出力化は、恒常的に希求されるところである。 In the home appliance field, industrial equipment field, electrical equipment field, etc., there is a constant demand for downsizing, thinning, and high output of devices including winding bodies such as electric motors and transformers.
一例として、図1及び図2には電動機の固定子構成体を示す。図1において、電動機の固定子は、固定子磁心1にインシュレータ2を介して絶縁電線を巻装して、巻装体3を設けることにより構成される。この固定子を、金属等にて形成した固定子枠体4に挿入することによって、固定子構成体を形成している。巻装体3とコネクタ6は、印刷配線板5を介して電気的に接続されている。図2において、巻装体の末端3aは、はんだ7により印刷配線板5と電気的に接続されている。
As an example, FIGS. 1 and 2 show a stator structure of an electric motor. In FIG. 1, a stator of an electric motor is configured by winding an insulated wire around a stator
電動機及び固定子構成体の小型化、薄型化及び高出力化に際しては、固定子磁心に巻装された巻装体の発熱が課題なる。巻装体の発熱が過大であると、機器の電力効率の低下だけでなく、機器部材の安全性低下や、機器の寿命の短命化に影響し好ましくない。機器の小型化・薄型化の実現と、高い信頼性とを両立するために、電動機及び固定子構成体の放
熱特性の向上が強く求められている。
When the motor and the stator structure are reduced in size, thickness, and output are increased, heat generation of the wound body wound around the stator core becomes a problem. Excessive heat generation of the wound body is not preferable because it affects not only the power efficiency of the device but also the safety of the device members and the life of the device. In order to achieve both miniaturization and thinning of the device and high reliability, there is a strong demand for improvement in heat dissipation characteristics of the electric motor and the stator structure.
このような要求に応えるために、以下のような従来技術が知られている。 In order to meet such a demand, the following conventional techniques are known.
例えば、特許文献1などには、固定子枠体と固定子巻線の間に放熱材料を真空状態で充填することにより、放熱性を高めた固定子構成体を得ることが記されている。
For example,
また、例えば、特許文献2などには、固定子枠体に樹脂充填に対する排気孔を設け、この固定子枠体及び固定子に樹脂を注形・充填・成形等を施すことにより、放熱性を高めた固定子構成体を得ることが記されている。
In addition, for example, in
また、例えば、特許文献3などには、電動機のエンドブラケットに設けられた樹脂注入口を通して、放熱材料を注入することにより放熱性を高めた固定子構成体を得ることが記されている。
Further, for example,
従来の固定子構成体では、固定子巻線と固定子枠体の間の空気層が存在し、この空気層による熱抵抗が生じていた。そのため、固定子構成体全体の熱抵抗の合成値は、空気層の熱抵抗の影響が支配的であり、このままの構成では、固定子構成体の放熱性を高めることに限界があった。 In the conventional stator structure, an air layer exists between the stator winding and the stator frame, and thermal resistance is generated by the air layer. For this reason, the combined value of the thermal resistance of the entire stator structure is dominated by the influence of the thermal resistance of the air layer, and with this configuration, there is a limit to improving the heat dissipation of the stator structure.
そこで、固定子構成体の放熱性を高めるために、固定子巻線と固定子枠体の間の空気層に放熱材料を充填することで、この部分の熱抵抗を低減することによって、放熱性を高めた固定子構成体が提案されてきた。 Therefore, in order to improve the heat dissipation of the stator structure, the heat resistance is reduced by filling the air layer between the stator winding and the stator frame with a heat dissipation material, thereby reducing the heat resistance of this part. Stator constructions with increased resistance have been proposed.
しかしながら、特許文献1などに記された技術のように、固定子と固定子枠体の間に放熱樹脂を充填する場合は、放熱樹脂への気泡の含入を防ぐため、固定子及び固定子枠体の周囲全体を真空状態に保つ真空設備を要し、製造設備は大型化する。この場合、設備投資の額は高騰し、経営的観点での課題を招く。また、製造工程の工数増加も招き、生産性の点でも、経営的観点の課題を招く。
However, as in the technique described in
また、特許文献2などに記された技術のように、注型金型の下方部に排気孔を設置し、金型上方部より樹脂を注型した場合は、樹脂の流動を制御することに高度な製造技術を要する。このため、固定子枠体内の空気が固定子枠体外に全て排出することを為し得ず、樹脂が硬化する際に樹脂の内部に空気溜まり(ボイド)が形成される。樹脂中の空気溜まりは、固定子巻線の絶縁性及び放熱性の妨げとなり、好ましくない。空気溜まり(ボイド)を除くために、真空設備による脱泡を施せば良いが、上述の特許文献1などに記された技術と同様のことであり、新たな経営的観点での課題を招く。
In addition, as in the technique described in
さらに、特許文献3などに記された技術のように、固定子巻線の全体を熱硬化性樹脂材料で覆う場合に、固定子巻線と駆動電源を結ぶ電気的接続部である活電部は放熱材料(樹脂)に覆われ、密閉構造になる。そのため、過負荷で機器が使用された場合や機器の使用環境が高温である場合などでは、熱硬化性樹脂材料を含む絶縁材料の分解ガス等により電
気的接続部である活電部での劣化反応が加速度的に進行することも考察され、信頼性の確認検証などには多大なコストを要してしまう。
Furthermore, when the entire stator winding is covered with a thermosetting resin material as in the technique described in
本発明は、上記の課題を解決するものであり、固定子枠体と放熱材料(樹脂)を一体化することで、巻装体の発熱を効率良く放熱しながらも、放熱材料(樹脂)と電気的接続部との間に放熱材料(樹脂)の非充填空間部を有する構成とし、信頼性の高い固定子構成体を提供することを目的とする。 The present invention solves the above-mentioned problems, and by integrating the stator frame and the heat dissipation material (resin), while efficiently dissipating the heat generated by the wound body, the heat dissipation material (resin) An object of the present invention is to provide a highly reliable stator structure that has a non-filling space portion of a heat dissipation material (resin) between the electrical connection portion.
上記課題を解決するために、第一の発明は、固定子磁心と、この固定子磁心の複数のティース部の各々を覆うインシュレータと、前記インシュレータ毎に巻装される巻装体とを含む固定子と、この固定子の巻装体と電気的に接続される印刷配線板とを含む固定子中間組立体と、この固定子中間組立体と電気的に接続されるコネクタと、前記固定子中間組立体を収容しかつ前記コネクタを具備する固定子枠体と、前記固定子枠体の壁部の一部又は複数の箇所の各々に具備するセルフクローズ弁と、前記固定子枠体の内の底部と前記固定子中間組立体の下部との隙間の下部空間に充填される樹脂材料と、前記固定子枠体の内壁と前記固定子磁心との空隙に充填される樹脂材料と、隣り合う巻装体同士の隙間に充填される樹脂材料とを含む固定子構成体において、前記巻装体の引き出し接続線の活電部、前記印刷配線板の配線パターンの活電部及び前記コネクタの電気的接続箇所である活電部と、これら活電部を含む空間を前記樹脂材料によって非充填とする樹脂非充填空間部とを具備する固定子構成体である。 In order to solve the above-mentioned problem, a first invention is a fixed including a stator magnetic core, an insulator covering each of a plurality of teeth portions of the stator magnetic core, and a wound body wound around each of the insulators. A stator intermediate assembly including a stator, a printed wiring board electrically connected to the winding body of the stator, a connector electrically connected to the stator intermediate assembly, and the stator intermediate A stator frame housing the assembly and including the connector; a self-close valve provided in each of a part or a plurality of locations of a wall portion of the stator frame; and A resin material filled in a lower space of a gap between a bottom and a lower portion of the stator intermediate assembly, a resin material filled in a gap between an inner wall of the stator frame and the stator magnetic core, and adjacent windings A stator structure including a resin material filled in a gap between the bodies In the body, live parts of the drawer connecting line of the wound body, and live parts are electrical connection points of the live parts and the connector of the wiring pattern of the printed wiring board, the space including these electroactive portion a stator structure comprising a resin unfilled space to unfilled by the resin material.
また、第二の発明は、第一の発明の固定子構成体において、樹脂材料には熱硬化性樹脂を含む。 Moreover, 2nd invention is a stator structure of 1st invention, The thermosetting resin is included in the resin material.
また、第三の発明は、第一の発明の固定子構成体において、樹脂材料には熱硬化性樹脂のエポキシ樹脂、ポリエステル樹脂又はポリウレタン樹脂のいずれかを含む。 Moreover, 3rd invention is a stator structure of 1st invention, The resin material contains either the epoxy resin of a thermosetting resin, a polyester resin, or a polyurethane resin.
また、第四の発明は、第一の発明の固定子構成体において、樹脂材料には酸化アルミニウム又は窒化珪素のいずれかを含む。 According to a fourth invention, in the stator structure according to the first invention, the resin material contains either aluminum oxide or silicon nitride.
また、第五の発明は、第一の発明から第四の発明の固定子構成体を含む電動機である。 Moreover, 5th invention is an electric motor containing the stator structure of 1st invention to 4th invention.
また、第六の発明は、第一の発明から第四の発明の固定子構成体を含む電動機を搭載する装置である。 Moreover, 6th invention is an apparatus carrying the electric motor containing the stator structure of 1st invention to 4th invention.
また、第七の発明は、固定子磁心と、この固定子磁心の複数のティース部の各々を覆うインシュレータと、前記インシュレータ毎に巻装される巻装体とを含む固定子と、この固定子の巻装体と電気的に接続される印刷配線板とを含む固定子中間組立体と、この固定子中間組立体と電気的に接続されるコネクタと、前記固定子中間組立体を収容しかつ前記コネクタを具備する固定子枠体と、前記固定子枠体の壁部の一部又は複数の箇所の各々に具備するセルフクローズ弁と、前記固定子枠体の内の底部と前記固定子中間組立体の下部との隙間の下部空間に充填される樹脂材料と、前記固定子枠体の内壁と前記固定子磁心との空隙に充填される樹脂材料と、隣り合う巻装体同士の隙間に充填される樹脂材料とを含む固定子構成体の製造方法において、前記巻装体の引き出し接続線の活電部、前記印刷配線板の配線パターンの活電部及び前記コネクタの電気的接続箇所である活電部と、これら活電部を含む空間を前記樹脂材料によって非充填とする樹脂非充填空間部とを具備する固定子構成体の製造方法であり、前記固定子磁心の中空部の内壁に円柱状の中心治具を密着した状態で挿入する工程と、前記セルフクローズ弁の弁を開いて前記樹脂材料を前記固定子枠体の内部へ注入し且つ前記樹脂材料の注入量は前記樹脂非充填空間部を形成する程度に
制御する工程と、前記樹脂材料の注入を終えた後に前記樹脂を硬化させる工程と、前記固定子磁心の中空部の内壁に挿入した前記中心治具を取り外す工程と、を含む固定子構成体の製造方法である。
The seventh invention includes a stator including a stator core, an insulator that covers each of a plurality of teeth portions of the stator core, and a wound body wound around each of the insulators, and the stator. A stator intermediate assembly including a printed wiring board electrically connected to the winding body, a connector electrically connected to the stator intermediate assembly, and housing the stator intermediate assembly; A stator frame provided with the connector, a self-close valve provided in each of a part or a plurality of locations of the wall portion of the stator frame, a bottom portion of the stator frame, and the middle of the stator In the gap between adjacent winding bodies, the resin material filled in the lower space of the gap between the lower part of the assembly, the resin material filled in the gap between the inner wall of the stator frame and the stator magnetic core, and In a method of manufacturing a stator structure including a resin material to be filled The live parts of the drawer connection line wound body, and live parts are electrical connection points of the live parts and the connector of the wiring pattern of the printed wiring board, the resin space containing these electroactive portion a method for manufacturing a stator structure comprising a resin unfilled space to unfilled by the material, the step of inserting in close contact center jig circle columnar the inner wall of the hollow portion of the stator core Opening the self-close valve and injecting the resin material into the stator frame and controlling the injection amount of the resin material to the extent that the resin non-filling space is formed; and curing the resin after finishing the injection of material, a step of removing the center jig inserted to the inner wall of the hollow portion of the stator core, a manufacturing method of the stator structure comprising a.
また、第八の発明は、第七の発明の固定子構成体の製造方法において、樹脂材料には熱硬化性樹脂を含む。 Moreover, 8th invention is a manufacturing method of the stator structure of 7th invention. WHEREIN: A thermosetting resin is included in the resin material.
また、第九の発明は、第七の発明の固定子構成体の製造方法において、樹脂材料には熱硬化性樹脂のエポキシ樹脂、ポリエステル樹脂又はポリウレタン樹脂のいずれかを含む。 Moreover, 9th invention is a manufacturing method of the stator structure of 7th invention, The resin material contains either the epoxy resin of a thermosetting resin, a polyester resin, or a polyurethane resin.
また、第十の発明は、第七の発明の固定子構成体の製造方法において、樹脂材料には酸化アルミニウム又は窒化珪素のいずれかを含む。 According to a tenth aspect, in the method for manufacturing a stator structure according to the seventh aspect, the resin material contains either aluminum oxide or silicon nitride.
また、第十一の発明は、第一の発明から第四の発明の固定子構成体の製造方法を含む電動機の製造方法である。 The eleventh invention is a method for manufacturing an electric motor including the method for manufacturing a stator structure according to the first to fourth inventions.
本発明の固定子構成体は、固定子枠体の内側に巻装体が巻装された磁心からなる固定子巻線を内接した固定子構成体において、前記固定子巻線と前記固定子枠体との空間層、前記固定子巻線の電線と固定子磁心の空間層、巻線の線間の電気的接続部と放熱材料との間に空気層または空間層を設けることにより、放熱材料が電気的接続部と接触することを防ぎ、固定子巻線から発生する通電時の発熱を効率的に放熱しながらも、信頼性の高い固定子構成体を提供する。 The stator structure according to the present invention includes a stator structure in which a stator winding composed of a magnetic core having a winding body wound inside a stator frame is inscribed, and the stator winding and the stator Heat is dissipated by providing an air layer or a space layer between the space layer with the frame, the space layer between the wires of the stator winding and the stator core, and the electrical connection between the wires of the winding and the heat dissipation material. Provided is a highly reliable stator structure while preventing the material from coming into contact with the electrical connection portion and efficiently radiating heat generated during energization generated from the stator winding.
さらに、固定子フレームの下側の一部に前記放熱材料の注型口を有することにより、放熱材料の高圧注入装置や真空装置等の特別な装置を必要とすることなく、放熱材料の内部に空気溜まり(ボイド)を発生させずに、放熱材料を充填することが可能であり、設備投資を抑えながらも信頼性及び生産性の高い固定子構成体を提供することが可能となる。 Furthermore, by having a casting port for the heat dissipation material on a part of the lower side of the stator frame, the heat dissipation material can be placed inside the heat dissipation material without requiring a special device such as a high pressure injection device or a vacuum device for the heat dissipation material. A heat dissipating material can be filled without generating air pockets (voids), and a highly reliable and productive stator structure can be provided while reducing capital investment.
このように、本発明の固定子構成体は、従来の固定子構成体と比べ、高い放熱性と信頼性を有することにより、温度上昇は抑制され、高温度の環境での使用も可能となり、産業的価値は高い。 Thus, the stator structure of the present invention has high heat dissipation and reliability compared to the conventional stator structure, thereby suppressing a temperature rise, and can be used in a high temperature environment. Industrial value is high.
以下、本発明について、図面を参照しながら説明する。なお、以下の実施の形態又は実施例によって本発明が限定されるものではない。 Hereinafter, the present invention will be described with reference to the drawings. In addition, this invention is not limited by the following embodiment or an Example.
固定子中間組立体は、固定子磁心1、インシュレータ2及び巻装体3を含む固定子と、印刷配線板5とから構成される。この固定子中間組立体においては、軸方向の片側に、印刷配線板5に配置され、巻装体3同士の結線部の接続線端部、コネクタ6と接続する巻装体3の接続線端部及び印刷配線板5と接続する巻装体3の接続線、いずれも印刷配線板5の配置側に配線される。
The stator intermediate assembly includes a stator including a stator
なお、印刷配線板5は、環状(ドーナツ型形状)、扇型形状(円弧状)、Cの字状の形状などであり、中央に中空部を有し、この中空部には回転子や電動機の出力軸が遊挿される。
The printed
そして、固定子枠体4の開口端を上方に設置し、一方、下方には固定子枠体4のシャフト孔を設置する。この状態の固定子枠体4の中に、固定子枠体4の開口端の側から固定子中間組立体を納置する。このとき、固定子中間組立体は、印刷配線板5の配置側を固定子枠体4の開口端の側に位置させる。また、固定子枠体4の開口端の近傍には、コネクタ6を配置するコネクタ窓部を設けている。このコネクタ窓部に配置されたコネクタ6と、固定子中間組立体とは電気的に接続される構成である。
And the opening end of the
そして、固定子磁心1の中空部の内壁には、円柱状の中心治具8を密着した状態で挿入する。次に、固定子枠体4の壁部の一部又は複数の箇所の各々に設けた樹脂注入口9にはセルフクローズ弁10を設け、ディスペンサーのノズルをセルフクローズ弁10に挿入し、液状の樹脂11を注入する。
Then, a
固定子枠体4の下部空間部へ樹脂11が供給され、さらに、樹脂11は、固定子磁心1と固定子枠体4との空隙及び巻装体3同士の隙間へ流入する。この際、固定子中間組立体の上部側から空隙内部の空気を排出しつつ、樹脂11が流動するため、樹脂11への気泡の含入は生じず、硬化した樹脂への空気溜まり(ボイド)も少なく、樹脂11の硬化後は安定した放熱特性を有し、かつ、信頼性の高い固定子構成体を、安価に提供することが可能である。
The
なお、固定子磁心1の中空部に挿入した円柱状の中心治具8は、樹脂11の硬化後に取り除く。
Incidentally, the
樹脂11の注入方法について、更に説明する。固定子枠体4のセルフクローズ弁10に、樹脂注入用ディスペンサーのニードルを挿入し、液状のエポキシ樹脂等の放熱性を有する樹脂11をニードル経由で注入する。樹脂11は、固定子が位置する箇所の下部空間内に供給され、この下部空間部から主に固定子磁心1の外周面と固定子枠体との空隙及び隣り合う巻装体3同士の空隙を流路とし、かつこれら空隙にも充填される。
The injection method of the
セルフクローズ弁10は,ゴム弾性等を利用した開閉機構を有するため、樹脂注入後に、ディスペンサーのニードルを抜いた際にニードル挿入時に空いたセルフクローズ弁10は自動的に閉じられ、固定子内部から固定子外部へ注入した樹脂11が逆流や漏れを起こすことがない。このため、生産ラインの設備や製品自体への飛散樹脂の付着などは生じず、清掃等の手間や製造設備の不具合動作も抑制されることから、生産ラインの生産能力は高いものとなる。当然、生産タクトの増加や、製造工程の工数の増加もなく、安価に信頼性の高い製品を提供することが可能であり、産業的価値は大いなるものである。
Since the self-closing
なお、セルフクローズ弁10であるが、樹脂注入の前後において、樹脂漏れを防ぐ機能を有するものであれば、他の構成物でもよい。例えば、簡便なものとしては、弾性体による栓体による打栓・開栓によって樹脂の注入口の開閉を行う構成でもよい。
In addition, although it is the self-
図4は、本発明の固定子構成体の断面図である。図4における樹脂11の主要な樹脂成分は、エポキシやポリエステル、ポリウレタン等の熱硬化性の樹脂材料である。固定子の放熱特性を向上させるため、樹脂11には、酸化アルミニウム(通称はアルミナ)や窒化珪素等の高熱伝導率を示す充填材を配合している。また、隣り合う巻装体3同士の空隙や、磁心と固定子枠体との微細な空隙等へ樹脂が入り込むことにより、固定子の放熱特性を
阻害する固定子内部の空気の層を、熱抵抗の低い樹脂層にて置換する構成とすることによって、放熱性を高めている。
FIG. 4 is a cross-sectional view of the stator structure of the present invention. The main resin component of the
また、樹脂11の粘性が高い場合は、上述の空隙への樹脂11の浸透は困難性を伴う。このため、樹脂11は低粘度で流動性の高いことが好ましい。なお、高粘度の樹脂材料であっても、固定子及び樹脂11への予熱を施すことにより、樹脂11の流動性を高めることで、空隙への樹脂11の浸透は容易である。
Moreover, when the viscosity of the
図5は本発明の固定子構成体の断面図である。図4は電気的接続部の拡大図である。本発明の構成を製造する際には、本発明の構成に起因して、注入後に流動する樹脂11の液面を管理することが容易であるため、巻装体3同士の結線部である電気的接続部や、巻装体3と印刷配線板5の配線パターンとの接続部である電気的接続部や、巻装体3とコネクタ6との接続部である電気的接続部などには、樹脂11の付着は生じない。つまり、巻装体3同士の結線部や、巻装体3とコネクタ6との接続部等の電気的接続部の周囲には、樹脂11が充填されないままである樹脂非充填空間部を設ける。
FIG. 5 is a cross-sectional view of the stator structure of the present invention. FIG. 4 is an enlarged view of the electrical connection portion. When manufacturing the configuration of the present invention, it is easy to manage the liquid level of the
このように、これら、電気的接続部である活電部は、樹脂11と直接に接する構成ではなく、空気(大気)を介する構成である。仮に、樹脂11から何らかのガスが発生しても、活電部の周囲に滞留することはなく拡散消失し、不具合は生じない。これにより、電気的接続部の構成は、過酷な使用環境下にも適応したものとなり、信頼性をより高めた電動機及び固定子構成体を提供可能となる。
Thus, these live parts, which are electrical connection parts, are not in direct contact with the
表1は、本発明を用いた固定子構成体と従来技術の固定子構成体を比較したものである。表1の比較例Aは、樹脂を固定子上部より注型し、真空設備を用いて樹脂中の気泡を脱泡して、樹脂中の気泡を低減して作成した固定子構成体である。表1の比較例Bは、真空設備を用いることなく樹脂を固定子上部より注型したものであり、樹脂中には不可避的に含入した気泡を含むものである。比較例A及び比較例Bと比較し、本発明は高い放熱性を有し、生産性、信頼性ともに高い。 Table 1 compares the stator structure using the present invention with the prior art stator structure. Comparative Example A in Table 1 is a stator structure prepared by casting resin from the upper part of the stator and defoaming bubbles in the resin using vacuum equipment to reduce bubbles in the resin. Comparative Example B in Table 1 is obtained by casting the resin from the top of the stator without using vacuum equipment, and includes bubbles inevitably included in the resin. Compared with Comparative Example A and Comparative Example B, the present invention has high heat dissipation and high productivity and reliability.
本発明の固定子構成体は、従来の固定子構成体と比べ、高い放熱性と信頼性を有するため、使用可能な用途や、機器の多様な仕様に適用可能であり、産業的価値は大いなるものである。 Since the stator structure of the present invention has higher heat dissipation and reliability than the conventional stator structure, it can be used for various uses and various specifications of equipment, and has a great industrial value. Is.
1 固定子磁心
2 インシュレータ
3 巻装体
4 固定子枠体
5 印刷配線板
6 コネクタ
7 はんだ
8 中心治具
9 樹脂注入口
10 セルフクローズ弁
11 樹脂
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