JP2021069196A - Stator structure and electric motor - Google Patents
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Abstract
Description
本発明は、電動機に関し、固定子と固定子枠体とを含む固定子構成体に関する。 The present invention relates to an electric motor and relates to a stator structure including a stator and a stator frame.
家庭用電気機器の分野、産業用電気機器の分野、あるいは、車載用電気機器の分野などにおいては、電動機や変成器などのようにコイルを有するデバイスが用いられる。近年、これらのデバイスには、より一層の、小型化、薄型化および高出力化が求められる。 In the fields of household electric appliances, industrial electric devices, in-vehicle electric devices, and the like, devices having coils such as electric motors and transformers are used. In recent years, these devices are required to be further miniaturized, thinned, and have high output.
従来の技術を示す一例として、図12から図14に、電動機及び電動機に含まれる固定子構成体を示す。 As an example showing the conventional technique, FIGS. 12 to 14 show an electric motor and a stator structure included in the electric motor.
図12は、従来の電動機に含まれる固定子構成体の概要を示す概念図である。図13は、従来の電動機の主要部を示す概念図である。図14は、図13に示す従来の電動機の要部拡大図である。 FIG. 12 is a conceptual diagram showing an outline of a stator structure included in a conventional electric motor. FIG. 13 is a conceptual diagram showing a main part of a conventional electric motor. FIG. 14 is an enlarged view of a main part of the conventional electric motor shown in FIG.
図12に示すように、電動機の固定子構成体1001は、固定子枠体114の内部に、固定子117を含む固定子中間組立体120を収容する構成である。なお、図面を見易くするために、図12には、回転子を描画していない。
As shown in FIG. 12, the
図13に示すように、固定子117は、固定子鉄心110と、インシュレータ111と、固定子巻線112と、を備える。そして、固定子中間組立体120は、固定子117と、印刷配線板113と、を含む構成体である。
As shown in FIG. 13, the
固定子鉄心110には、インシュレータ111を介して絶縁電線116が巻装される。巻装された絶縁電線116は、コイルである固定子巻線112を形成する。固定子巻線112と印刷配線板113とは、後述するように、電気的に接続される。図12に示すように、固定子巻線112が巻装された固定子鉄心110は、固定子枠体114に挿入される。固定子枠体114は、金属等で形成される。
An insulating electric wire 116 is wound around the
固定子巻線112とコネクタ115とは、印刷配線板113を介して、電気的に接続される。
The stator winding 112 and the
図14に示すように、固定子巻線112の端部112aは、はんだ113aにより、印刷配線板113と電気的に接続される。
As shown in FIG. 14, the
図12に示すように、固定子117は、一組の固定用ピン118により、固定子枠体114の内部に固定される。固定子117と固定子枠体114が含む壁面114aとの間には、隙間119が存在する。換言すれば、固定子117は、一組の固定用ピン118により、壁面114aと離れて、固定子枠体114と接することなく固定される。
As shown in FIG. 12, the
電動機の構成要素としては、図12に示す構成要素以外に、回転子、回転軸である出力軸、一対の軸受、ブラケット等が用いられる。 As the components of the electric motor, in addition to the components shown in FIG. 12, a rotor, an output shaft which is a rotating shaft, a pair of bearings, a bracket, and the like are used.
回転子は、固定子鉄心110の内部に形成された空間に位置する。回転子は、固定子117と向かい合って、位置する。回転子は、回転軸を回転中心として、回転自在に支持される。
The rotor is located in the space formed inside the
一対の軸受は、回転軸の両端を回転自在に支持する。一方の軸受は、軸受を構成する外輪がブラケットに形成された収容部に固定される。他方の軸受は、軸受を構成する外輪が固定子枠体の底面に形成された収容部に固定される。 The pair of bearings rotatably support both ends of the rotating shaft. One bearing is fixed to an accommodating portion in which an outer ring constituting the bearing is formed in a bracket. In the other bearing, the outer ring constituting the bearing is fixed to the accommodating portion formed on the bottom surface of the stator frame.
上述した、回転子、回転軸である出力軸、一対の軸受、ブラケット等は、広く知られたものが使用できる。 As the rotor, the output shaft which is the rotating shaft, the pair of bearings, the bracket, and the like described above, widely known ones can be used.
ところで、図12に示す固定子構成体1001において、各構成要素の間に生じる隙間には、特に、充填材は用いられていない。換言すれば、固定子構成体1001において、各構成要素の間に生じる隙間には、空気層が形成される。
By the way, in the
この空気層は、空気層の厚み寸法や空気層の容積が過大になれば、熱抵抗が大きくなる。熱抵抗が大きくなった空気層は、放熱を阻害する要因となる。 The thermal resistance of this air layer increases when the thickness dimension of the air layer and the volume of the air layer become excessive. The air layer with increased thermal resistance becomes a factor that hinders heat dissipation.
また、電動機を小型化、薄型化および高出力化するには、つぎの点に関する考察が必要となる。 Further, in order to reduce the size, thickness and output of the electric motor, it is necessary to consider the following points.
すなわち、そのひとつは、固定子鉄心に巻装された固定子巻線が抵抗成分を有することである。固定子巻線が有する抵抗成分は、固定子巻線に電流が流されるとき、熱を発生する。この固定子巻線が有する抵抗成分による発熱は、銅損ともいう。 That is, one of them is that the stator winding wound around the stator core has a resistance component. The resistance component of the stator winding generates heat when an electric current is passed through the stator winding. The heat generated by the resistance component of the stator winding is also called copper loss.
他のひとつは、固定子鉄心に生じる、渦電損とヒステリシス損による発熱である。この渦電損とヒステリシス損による発熱は、鉄損ともいう。 The other is heat generation due to eddy current loss and hysteresis loss that occurs in the stator core. The heat generated by the eddy current loss and the hysteresis loss is also called iron loss.
固定子巻線に生じる熱が過大であれば、電動機が取り付けられる電気機器は、電力効率が低下する。また、固定子巻線に生じる熱が過大であれば、電動機が取り付けられる電気機器は、安全性の低下や短寿命化を招く。 If the heat generated in the stator windings is excessive, the electrical equipment to which the motor is attached will be less power efficient. Further, if the heat generated in the stator winding is excessive, the electrical equipment to which the electric motor is attached causes a decrease in safety and a shortened life.
つまり、電動機には、小型化や薄型化と高い信頼性とを併せ持つため、放熱特性の向上が強く求められる。 That is, since the electric motor has both miniaturization and thinness and high reliability, improvement of heat dissipation characteristics is strongly required.
このような要求を満たすために、例えば、特許文献1及び特許文献6等における電動機では、固定子巻線と固定子枠体との間に、充填された樹脂が存在する。 In order to satisfy such a requirement, for example, in the electric motors in Patent Document 1 and Patent Document 6, a filled resin exists between the stator winding and the stator frame.
また、例えば、特許文献2から特許文献5等においては、電動機における固定子巻線のコイルエンドとブラケットとの間の隙間部分に、高熱伝導性の樹脂を配置し、固定子巻線からの発熱を高熱伝導性の樹脂を介してブラケットからの放熱を促す技術思想が記されている。 Further, for example, in Patent Documents 2 to 5, a highly thermally conductive resin is arranged in the gap between the coil end of the stator winding and the bracket in the electric motor, and heat is generated from the stator winding. The technical idea of promoting heat dissipation from the bracket via a highly thermally conductive resin is described.
電動機全体の放熱性を高めるために、従来の電動機においては、空気層が位置する固定子巻線と固定子枠体との間に、樹脂を充填する方法が提案されている。この構成によって、固定子巻線と固定子枠体との間に生じる熱抵抗を低減できるため、放熱性は良好なものとなる。 In order to improve the heat dissipation of the entire electric motor, a method of filling a resin between the stator winding where the air layer is located and the stator frame body has been proposed in the conventional electric motor. With this configuration, the thermal resistance generated between the stator winding and the stator frame can be reduced, so that the heat dissipation is good.
一方、特許文献1等に記された技術には、つぎの検討事項が存在する。すなわち、固定子と固定子枠体との間に樹脂を充填する場合、特許文献1等に示す電動機においては、充填される樹脂に、周囲の空気が気泡として混入し易い。 On the other hand, the technique described in Patent Document 1 and the like has the following items to be examined. That is, when the resin is filled between the stator and the stator frame, in the electric motor shown in Patent Document 1 and the like, the surrounding air is likely to be mixed as bubbles in the filled resin.
特に、充填される樹脂にフィラーが含まれる場合は、フィラーの含有率が高くなるほど、樹脂の粘度は高くなる。粘度が高い樹脂を用いれば、樹脂に気泡が混入する量が多くなる。つまり、熱伝導率のみを重要視した場合は、フィラーの含有率が高く、粘度も高い樹脂が採用されることが考えられる。 In particular, when the resin to be filled contains a filler, the higher the filler content, the higher the viscosity of the resin. If a resin having a high viscosity is used, the amount of air bubbles mixed in the resin increases. That is, when only the thermal conductivity is emphasized, it is conceivable that a resin having a high filler content and a high viscosity is used.
充填される樹脂に気泡が混入することを防止するには、関連する製造工程を真空状態で行うための設備が必要となる。つまり、特許文献1等に記された電動機の効果を期待するには、大規模な設備が必要となる。 In order to prevent air bubbles from being mixed into the resin to be filled, equipment for performing the related manufacturing process in a vacuum state is required. That is, in order to expect the effect of the electric motor described in Patent Document 1 and the like, a large-scale equipment is required.
従って、特許文献1等に記された電動機を製造するには、製造設備に対して多額の投資が必要となる。また、特許文献1等に記された電動機を製造するには、製造工程における工数が増加することも懸念される。 Therefore, in order to manufacture the electric motor described in Patent Document 1 and the like, a large amount of investment is required for the manufacturing equipment. Further, in order to manufacture the electric motor described in Patent Document 1 and the like, there is a concern that the man-hours in the manufacturing process will increase.
換言すれば、特許文献1等に記された電動機は、設備投資によるコスト上昇や、工数増加に伴う経営的課題を内包している。 In other words, the electric motor described in Patent Document 1 and the like includes management problems due to cost increase due to capital investment and increase in man-hours.
また、特許文献2から特許文献5等に記された技術においては、電動機の固定子巻線におけるコイルエンドの不均質な形状に起因する隙間が生じることについて、この隙間を抑制する具体的な態様を示すことは無く、不詳であった。 Further, in the techniques described in Patent Documents 2 to 5 and the like, a specific mode for suppressing the gap caused by the inhomogeneous shape of the coil end in the stator winding of the electric motor is specified. Was not shown and was unknown.
本発明は、上記の課題を解決するものであり、固定子構成体の熱抵抗を低減する新規な構成を具備する固定子構成体及び電動機を提供することを目的とする。 The present invention solves the above-mentioned problems, and an object of the present invention is to provide a stator structure and an electric motor having a novel structure for reducing the thermal resistance of the stator structure.
上記課題を解決するために、第1の発明は、固定子磁心と、前記固定子磁心が有するティース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絶縁電線を巻装す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、前記固定子中間組立体を収容する固定子枠体と、前記固定子枠体の内の底部と前記底部と相対する前記固定子中間組立体の対向部との間に位置し且つ前記巻装体における前記固定子枠体の内の底部側に位置するコイルエンド部の各々と前記固定子枠体の底部とを熱結合する熱伝導体と、を含み、前記熱伝導体が含む複数の放熱結合部の各々が前記コイルエンドの各々のうち相対する一つ毎に当接し、前記巻装体における前記固定子枠体の開口側に位置するコイルエンドの各々に充填樹脂が接し、前記充填樹脂と前記熱伝導体とが接する、固定子構成体である。 In order to solve the above problems, the first invention includes a stator core, an insulator covering each of the teeth of the stator core, and a winding body for winding an insulated wire for each insulator. A stator intermediate assembly including a child, a winding body of the stator and a printed wiring board electrically connected to the stator, a stator frame body accommodating the stator intermediate assembly, and the stator frame body. With each of the coil end portions located between the bottom portion of the stator and the facing portion of the stator intermediate assembly facing the bottom portion and located on the bottom side of the stator frame body in the winding body. Each of the plurality of heat-dissipating coupling portions included in the stator frame includes a heat conductor that thermally couples with the bottom of the stator frame, and each of the plurality of heat-dissipating coupling portions included in the heat conductor comes into contact with each of the coil ends. It is a stator structure in which the filler resin is in contact with each of the coil ends located on the opening side of the stator frame in the wound body, and the filler resin and the heat conductor are in contact with each other.
また、第2の発明は、第1の発明において、前記コイルエンド部と前記熱伝導体とが衝合する衝合部における隙間の一部又は全部に前記充填樹脂が含む固定子構成体である。 The second invention is a stator structure in which the filler resin is contained in a part or all of the gaps in the abutting portion where the coil end portion and the heat conductor abut each other in the first invention. ..
また、第3の発明は、第1の発明において、前記固定子枠体が、前記固定子枠体の底部部分の中央部に位置する軸受収容部を含む固定子構成体である。 Further, the third invention is the stator structure in which the stator frame body includes a bearing accommodating portion located at the center of the bottom portion of the stator frame body in the first invention.
また、第4の発明は、第1の発明において、前記固定子枠体が、前記固定子枠体の底部部分と前記底部部分の中央部に位置する軸受収容部とを含む底部と、前記固定子枠体から前記底部を除く枠部分を含む枠部とを含む固定子構成体である。 Further, in the fourth invention, in the first invention, the stator frame body has a bottom portion including a bottom portion of the stator frame body and a bearing accommodating portion located at the center of the bottom portion, and the fixing portion thereof. It is a stator structure including a frame portion including a frame portion excluding the bottom portion from the child frame body.
また、第5の発明は、第1の発明において、前記固定子枠体が、前記固定子枠体の底部部分の中央部に位置する軸受収容部とを含み、更に、前記底部部分における前記孔部及び前記軸受収容部を除く部分に前記熱伝導体が配置され、前記底部部分の一部分に前記熱伝導体の配置位置を規制する位置規制部と、前記熱伝導体の一部分に前記位置規制部に対応する被位置規制部と、を含む固定子構成体である。 Further, in the fifth invention, in the first invention, the stator frame includes a bearing accommodating portion located at the center of a bottom portion of the stator frame, and further, the hole in the bottom portion. The heat conductor is arranged in a portion other than the portion and the bearing accommodating portion, a position regulating portion that regulates the arrangement position of the heat conductor is arranged in a part of the bottom portion, and the position regulating portion is arranged in a part of the heat conductor. It is a stator structure including a position-restricting part corresponding to the above.
また、第6の発明は、第1の発明において、前記固定子枠体が、前記固定子枠体の底部部分と前記底部部分の中央部に位置する軸受収容部とを含む底部と、前記固定子枠体から前記底部を除く枠部分を含む枠部とを含み、更に、前記底部の底部部分の前記孔部及び前記軸受収容部を除く部分に前記熱伝導体が配置され、前記底部部分の一部分に前記熱伝導体の配置の位置を規制する位置規制部と、前記熱伝導体の一部分に前記位置規制部に対応する被位置規制部と、を含む固定子構成体である。 Further, in the sixth invention, in the first invention, the stator frame body has a bottom portion including a bottom portion of the stator frame body and a bearing accommodating portion located at the center of the bottom portion, and the fixing portion thereof. The heat conductor is arranged in a portion of the bottom portion of the bottom portion excluding the hole portion and the bearing accommodating portion, and includes the frame portion including the frame portion excluding the bottom portion from the child frame body. It is a stator structure including a position regulating unit that regulates the position of arrangement of the heat conductor in a part thereof and a position regulating portion corresponding to the position regulating portion in a part of the heat conductor.
また、第7の発明は、第1の発明において、前記固定子枠体が、前記固定子枠体の底部部分の中央部に位置する孔部と前記孔部の縁部に位置する軸受収容部とを含み、更に、前記固定子枠体の底部部分の前記孔部及び前記軸受収容部を除く部分に前記熱伝導体が配置され、前記底部部分における前記熱伝導体と当接する底部部分被当接面が平坦面を有し、前記熱伝導体における前記底部部分と当接する熱伝導体被当接面に平坦面を有する構成と、を含む固定子構成体である。 Further, in the seventh invention, in the first invention, the stator frame body has a hole located at the center of the bottom portion of the stator frame and a bearing accommodating portion located at the edge of the hole. Further, the heat conductor is arranged in a portion other than the hole portion and the bearing accommodating portion in the bottom portion of the stator frame, and the bottom portion hits in contact with the heat conductor in the bottom portion. It is a stator structure including a structure in which a contact surface has a flat surface and a surface in contact with the heat conductor in contact with the bottom portion of the heat conductor has a flat surface.
また、第8の発明は、第1の発明において、前記固定子枠体が、前記固定子枠体の底部部分と前記底部部分の中央部に位置する孔部と前記孔部の縁部に位置する軸受収容部とを含む底部と、前記固定子枠体から前記底部を除く枠部分を含む枠部とを含み、更に、前記底部の底部部分の前記孔部及び前記軸受収容部を除く部分に前記熱伝導体が配置され、前記底部部分における前記熱伝導体と当接する底部部分被当接面が平坦面を有し、前記熱伝導体における前記底部部分と当接する熱伝導体被当接面に平坦面を有する構成と、を含む固定子構成体である。 Further, in the eighth aspect of the invention, in the first invention, the stator frame is located at a bottom portion of the stator frame body, a hole located at the center of the bottom portion, and an edge portion of the hole portion. A bottom portion including a bearing accommodating portion and a frame portion including a frame portion excluding the bottom portion from the stator frame body, and further, a portion excluding the hole portion and the bearing accommodating portion of the bottom portion of the bottom portion. The heat conductor is arranged, the bottom portion contact surface in contact with the heat conductor in the bottom portion has a flat surface, and the heat conductor contact surface in contact with the bottom portion in the heat conductor. It is a stator structure including a structure having a flat surface.
また、第9の発明は、第1の発明において、前記放熱結合部の構成において、前記コイルエンドの各々の凸状コイルエンド形状に対応する凹状形状を含む固定子構成体である。 Further, the ninth invention is a stator structure including a concave shape corresponding to each convex coil end shape of the coil end in the configuration of the heat radiation coupling portion in the first invention.
また、第10の発明は、第1の発明において、前記放熱結合部の構成において、前記コイルエンドと前記熱結合部とが押圧当接する箇所における前記熱伝導体の表層部分に変形し易い弾性当接部を含む固定子構成体である。 Further, in the tenth invention, in the first invention, in the configuration of the heat dissipation coupling portion, an elastic contact that is easily deformed to a surface layer portion of the thermal conductor at a position where the coil end and the thermal coupling portion are in pressure contact with each other. It is a stator structure including a tangent part.
また、第11の発明は、第1の発明において、前記弾性当接部の構成において、複数の溝状凹部を列設する構成を含む固定子構成体である。 Further, the eleventh invention is a stator structure including a structure in which a plurality of groove-shaped recesses are arranged in a row in the structure of the elastic contact portion in the first invention.
また、第12の発明は、第1の発明において、前記弾性当接部の構成において、複数の畝状凸部を列設する構成を含む固定子構成体である。 Further, the twelfth invention is a stator structure including a structure in which a plurality of ridge-shaped convex portions are arranged in a row in the structure of the elastic contact portion in the first invention.
また、第13の発明は、第1の発明において、前記弾性当接部の構成において、複数の四角錘を市松模様状に配置する構成を含む固定子構成体である。 Further, the thirteenth invention is a stator structure including a structure in which a plurality of square weights are arranged in a checkered pattern in the structure of the elastic contact portion in the first invention.
また、第14の発明は、第1の発明において、前記弾性当接部の構成において、複数の台形錘を市松模様状に配置する構成を含む固定子構成体である。 Further, the fourteenth invention is a stator structure including a structure in which a plurality of trapezoidal weights are arranged in a checkered pattern in the structure of the elastic contact portion in the first invention.
また、第15の発明は、第1の発明の固定子構成体を含む電動機である。 Further, the fifteenth invention is an electric motor including the stator component of the first invention.
本発明によれば、固定子の巻装体の放熱構成について、固定子構成体を低コスト及び低工数で実現可能であり、産業的価値の大いなるものである。 According to the present invention, with respect to the heat dissipation configuration of the wound body of the stator, the stator structure can be realized at low cost and low man-hours, and has great industrial value.
以下、本発明の実施の形態について、図面を参照して説明する。なお、以下に記す実施の形態によって本発明が限定されるものではない。 Hereinafter, embodiments of the present invention will be described with reference to the drawings. The present invention is not limited to the embodiments described below.
(実施の形態1)
図1には、本実施の形態における固定子構成体100の概要を示す。電動機に含む固定子構成体100の構成は、固定子枠体40の内部に、固定子80を含む固定子中間組立体90と、熱伝導体60と、充填樹脂95とを含む。固定子中間組立体90の構成は、固定子80と、印刷配線板70と、を含む。固定子80の構成は、固定子磁心10と、インシュレータ20と、巻装体30と、を含む。固定子枠体40の構成は、底部40aと、回転軸挿通孔40bと、軸受収容部40cと、枠部50と、を含む。
(Embodiment 1)
FIG. 1 shows an outline of the
図1において、固定子枠体40の開口端を上方に図示し、一方、下方には固定子枠体40の底部40aを図示する。この図示した状態の固定子枠体40の中に、固定子枠体40の開口端の側から固定子中間組立体90を納置する。このとき、固定子中間組立体90は、印刷配線板70の配置側を固定子枠体40の開口端の側に位置させる。
In FIG. 1, the open end of the
なお、図1では図示していないが、固定子枠体40の開口端の近傍には、コネクタ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と、固定子中間組立体90とは電気的に接続される構成である。
Although not shown in FIG. 1, a connector window portion for arranging the connector is provided in the vicinity of the opening end of the
固定子磁心10は、回転軸に沿う方向に鋼板を積層して構成される。固定子磁心10は、積層された鋼板と同様の作用効果を得ることができれば、他の構成を採用しても良い。固定子磁心10には、インシュレータ20を介して、巻装体30が巻き回される。インシュレータ20は、固定子磁心10と巻装体30とを電気的に絶縁するために設置されている。また、上記のインシュレータ20の材料には、ポリフェニレンスルフィド、ポリイミド、ポリエーテルケトン、液晶ポリマーなどで高強度とする他、これらの材料の剛性を上げるために、ガラス繊維や無機充填剤などのフィラーを加えた樹脂を用いる。
The
固定子磁心10は、枠部50に円形に固定される。この固定には、圧入や焼きバメ、接着剤の硬化による固定など、種々の方法を採用可能である。
The
固定子枠体40は、枠部50と、底部40aと、回転軸挿通孔40bと、軸受収容部40cとを含む。なお、本実施の形態においては、軸受収容部40cの構造は円筒状であるが、固定子枠体40等の仕様に応じて適宜に好適な構造が選択可能である。
The
固定子枠体40に含む底部40aは、固定子磁心10と巻装体30の回転軸に沿う方向を覆うように、枠部50に固定されている。なお、図1においては、固定子枠体40の底部40aと枠部50を別体の部材として図示しているが、固定子枠体40の底部40aと枠部50とを一体に構成しても良い。固定子枠体40の底部40aは、一般的にアルミや炭素鋼といった金属部材で構成されている。底部40aの中央部には、図示していない回転軸を挿通するための回転軸挿通孔40bを具備している。そして、回転軸挿通孔40bの縁部には、図示していない軸受を収容し且つ保持を安定化する軸受収容部40cを具備している。図示していない軸受によって回転自在に支承された回転軸の一方端であり、この回転軸の一方端は、軸受の軸方向端面から僅かながら突出する場合もある。そして、その回転軸の一方端の一部分は、回転軸挿通孔40bを挿通する。なお、軸受の軸方向端面から回転軸の一方端が突出しない構成などを採用する場合おいては、回転軸挿通孔40bは、特に設けなくとも良い。
The
巻装体30と固定子枠体40の底部40aとの間は、絶縁性を考慮し、数mmから数cmの距離を設ける。固定子枠体40の底部40aの形状は、設置される軸受けの大きさや種類に合わせて、設計される。また、必要最低限の剛性が保てればよいため、軽量化と材料費削減のために、肉抜き構造やリブ構造を設けてもよい。以上のような形状を有するため、シート状の物体では、巻装体30と固定子枠体40の底部40aとの隙間を埋めることは困難である。
A distance of several mm to several cm is provided between the winding body 30 and the
熱伝導体60は、巻装体30と固定子枠体40の底部40aとの間に配置される。巻装体30と固定子枠体40の底部40aの間の空間に収まるように、あらかじめ成型されているため、固定子枠体40の底部の設計自由度を損なうことなく、配置が可能となる。また、材質は、ゴム弾性を有し、空気の熱伝導率(0.025W/m・K)よりも大きな値の熱伝導率を有するもので構成される。そしてこの熱伝導体60は、ゴム弾性を有するため、形状が不安定なコイルエンド31にも、熱伝導体60が変形することで、良好に接触できる。また、空気以上の熱伝導率を有するため、巻装体30で発生する発熱(銅損)を固定子枠体40の底部40aに良好に伝導することが可能となり、巻装体30の放熱効果を高めることができる。
The
樹脂材料の硬化物である充填樹脂95は、固定子磁心10、インシュレータ20、巻装体30の少なくとも一部を埋設させている。この充填樹脂95に採用する樹脂材料は一般的に、エポキシ樹脂、BMC、PPT等である。樹脂材料の硬化物である充填樹脂95は、電動機の動作時に固定子磁心10および巻装体30から発生する熱を、外部に伝導する役割を有している。また、電動機の動作時に発生する巻装体30の巻き線の振動を防止する効果も有する。
The
樹脂材料の硬化物である充填樹脂95を設けるに際に採用される工法は、主に2つの方法に大別される。
The construction method adopted when providing the filling
一例としては、ポッティングと呼称される方法である。充填樹脂95が形成される前の固定子構成体100の内部に液状の樹脂を流し込んだ後に、固定子構成体100と伴に液状の樹脂を加熱することで硬化させ、充填樹脂95を形成する手法である。
One example is a method called potting. After the liquid resin is poured into the
他の例としては、インサート成型と呼称される方法である。充填樹脂95が形成される前の固定子構成体100を金型にセッティングし、液状、もしくは半液状化した樹脂を流し込み樹脂を硬化させた後、冷却して金型から取り出す方法である。本発明の電動機の固定子構成体100では、上記いずれの手法を用いて、充填樹脂95を形成しても良い。
Another example is a method called insert molding. This is a method in which the
熱伝導体60は、充填樹脂95が形成される前に、コイルエンド31と底部40aとの間に設置されるため、熱伝導体60の少なくとも一部は、充填樹脂95に埋没する構造になる。熱伝導体60が充填樹脂95に埋没することで、電動機の振動等に起因する熱伝導体60の脱落を防止することができる。
Since the
熱伝導体60は、例えば、エポキシ樹脂、PET(ポリエチレンテレフタレート)、PBT(ポリブチレンテレフタレート)、PPT(ポリプロピレンテレフタレート)、BMC(不飽和ポリエステル樹脂)といった樹脂材料で構成され、充填樹脂95と比較して、熱伝導率が高い、強度が低いという特徴を持つ。
The
例えば、コイルエンド31と底部40aとの間に生じ易い、比較的容積の大きい隙間空間において、流動状態の樹脂を硬化させて充填樹脂95を構成すると、樹脂の硬化に伴う樹脂自体の容積の収縮のため、充填樹脂95にひび割れ等の不具合が生じ易い。そこで、充填樹脂95よりも強度が低い熱伝導体60を配置することで、コイルエンド31と底部40aとの空間を埋め、さらに充填樹脂95の硬化収縮によって発生する応力を強度が低い熱伝導体60の外形変形で吸収することで緩和し、充填樹脂95のひび割れを抑制可能である。
For example, when the filled
また、例えば、熱伝導体60は、底部40aに形成されている軸受を収容するための軸受収容部40cの外周部と接触していることが好ましい。本構成を採用することで、充填樹脂95の硬化収縮によって発生する応力を強度が低い熱伝導体60の外形変形で吸収することで緩和し、充填樹脂95の硬化収縮による軸受収容部40cの変形を抑制可能である。
Further, for example, it is preferable that the
また、充填樹脂95を形成するために採用する流動状態の樹脂は、低粘度である方が好ましい。その理由は、巻装体30の巻き線間の隙間部分までも充填樹脂95にて満たしたい為である。そして、巻装体30の巻き線間の隙間部分の寸法は、凡そ巻装体30を構成する導線の直径程度の僅かな隙間である。従って、この隙間に流動状態の樹脂を満たすためには、流動状態の樹脂は、低粘度である方が好ましい。一方、充填樹脂95の熱伝導率を高めるためには、充填樹脂95に無機フィラーを含有させることで可能である。しかし、無機フィラーの含有量を増すと流動状態における樹脂の粘度も高まり、流動状態の樹脂
が低粘度であることが好ましいことと相反する。
Further, the fluid resin used for forming the filling
なお、熱伝導体60を形成する場合は、射出成型、トランスファ成型、圧縮成型等といった高粘性の樹脂にも適応可能な一般的な成型方法を採用可能である。そのため、充填樹脂95に比べて、熱伝導体60の熱伝導率を高めることが可能である。この場合においては、熱伝導体60を配置することで、熱伝導体60を配置しない場合よりも、コイルエンド31と底部40a間の熱伝導性が高められ、巻装体30の放熱性を向上することが可能である。
When forming the
なお、熱伝導体60は、充填樹脂95と接着性を有する材質であることが好ましい。本構成を有することで、熱伝導体60が充填樹脂95に接着され、熱伝導体60の脱落の可能性が低減可能である。また、熱伝導体60と充填樹脂95との間の密着性も高まり、コイルエンド31と底部40a間の熱伝導性を高めることが可能である。
The
なお、熱伝導体60の表面に、樹脂硬化前の流動状態である充填樹脂95の充填時に充填樹脂95を流動させるための樹脂流動溝(図示なし)を配置しても良い。樹脂流動溝(図示なし)を配置することで、充填樹脂95の充填時に、熱伝導体60による充填樹脂95の流動の阻害、未埋没領域の発生といった現象が抑制可能となる。
A resin flow groove (not shown) for flowing the filling
なお、熱伝導体60の内部に、充填樹脂95の形成時に充填樹脂95が流れ込む樹脂流動孔(図示なし)を配置しても良い。樹脂流動孔(図示なし)を配置することで、充填樹脂95形成時に、熱伝導体60による充填樹脂95の流動の阻害、未埋没領域の発生といった現象が抑制可能となる。そして、樹脂流動孔(図示なし)に硬化した充填樹脂95が入り込む構造となるため、充填樹脂95によって熱伝導体60が固定され、熱伝導体60の脱落を抑止する効果が期待される。
A resin flow hole (not shown) into which the filling
印刷配線板70と巻装体30とは電気的に接続され、この接続によって各々のインシュレータ20に巻装された巻装体30に含む固定子巻線は、三相回路におけるY結線又はΔ結線を構成する。
The printed
図2A及び図2Bは、熱伝導体60の形状の一例について概要を示す断面図及び平面図である。コイルエンド31は、インシュレータ20などの周辺の構造物に対して、凹構造となっている。そのため、熱伝導体60は、インシュレータ20などを避け、コイルエンド31と接近するため、凸構造の放熱結合部61を有することが好ましい。放熱結合部61を有することで、コイルエンド31と熱伝導体60をより近接することが可能となり、巻装体の放熱効果を高めることができる。一方、コイルエンド31が周辺の構造物に対して凸構造となっている電動機の場合には、放熱結合部61は凹構造とする。
2A and 2B are a cross-sectional view and a plan view showing an outline of an example of the shape of the
また、熱伝導体60は、放熱結合部61を環状に配列し且つ放熱結合部61同士の間を連結する連結部62を有することが好ましい。連結部62を有することで、熱伝導体60は環状の一体化構造となるため、熱伝導体60の配置に際しての工数を削減可能である。
Further, it is preferable that the
なお、熱伝導体60の内部に、熱伝導体60よりも熱伝導性の高い金属板によるドーナツ状の金属環(図示なし)を埋設してもよい。本構成を有することで、熱伝導体60の熱伝導性能を高め、巻装体30と固定子枠体40の底部40aとの間の熱伝導性を高めることが可能である。
A donut-shaped metal ring (not shown) made of a metal plate having a higher thermal conductivity than that of the
図3A及び図3Bは、熱伝導体60に含む凹構造部63及び凸構造部64の概要を示す正面図及び断面図である。図3A及び図3Bに示すように、熱伝導体60は、固定子枠体40の底部40aに設けられた肉抜き構造(図示なし)やリブ構造(図示なし)と嵌め合
うように成型された凹構造部63及び凸構造部64を有することが好ましい。凹構造部63及び凸構造部64を有することで、熱伝導体60と固定子枠体40に含む底部40aとの当接状態が良好なものとなり、巻装体30と固定子枠体40に含む底部40aとの間の熱伝導性を高めることが可能である。
3A and 3B are a front view and a cross-sectional view showing an outline of the
図4には、本発明の実施の形態1におけるコイルエンド31のR形状に沿う形状をしている放熱結合部61とコイルエンド31との接触状態の概要を示す。図4に示すように、コイルエンド31と熱伝導体60とが衝合する衝合部32が構成される。なお、放熱結合部61の表面形状は、コイルエンド31のR形状であり且つ凸状コイルエンド形状31aに沿う形状である凹状形状61dを有していることが好ましい。この表面形状を有することで、コイルエンド31と熱伝導体60との接触面積が増加し、巻装体30と固定子枠体40の底部40aとの間の熱伝導性を高めることが可能である。また、コイルエンド31と放熱結合部61とが衝合する衝合部32には、隙間33とこの隙間33の一部分又は全部を埋める充填樹脂95が流れ込んで、硬化していることが好ましい。本構成を有することで、コイルエンド31とコイルエンド嵌合部72との間の熱伝導が促進され、コイルエンド31の熱を底部40aに効率よく伝導することが可能となり、放熱性が向上する。
FIG. 4 shows an outline of the contact state between the heat
図5には、放熱結合部61の表面に規則的な凹凸状の成型体によって構成する弾性当接部61aを有する場合について、放熱結合部61とコイルエンド31との接触状態を示す。図5に示すように、放熱結合部61の表面に規則的な凹凸状の成型体による弾性当接部61aが構成されていることが好ましい。このような規則的な凹凸状の成型体による弾性当接部61aが構成されていることで、コイルエンド31の有する凹凸状の外形形状に対しても、互いに嵌め合う構造を形成して、コイルエンド31と放熱結合部61との接触面積が増加し、巻装体30と固定子枠体40の底部40aとの間の熱伝導性を高めることが可能である。
FIG. 5 shows a contact state between the heat radiating
図9Aには、本実施の形態における熱伝導体60の被位置規制部65の概要を示す。図9Bには、固定子枠体40の底部部分に配置する熱伝導体60の配置を規制する位置規制部40dの概要を示す。図9A及び図9Bに示すように、熱伝導体60には、放熱結合部61とコイルエンド31とが当接するように熱伝導体60の配置の方向性を規制する被位置規制部65を備える。被位置規制部65は、固定子枠体40の底部40aの一部分に配置する特定の形状部分である位置規制部40dと互いに嵌め合い、位置及び配置方向を規制する構造であれば良く、その構造は、特に限定しない。図9Bの例においては、固定子枠体40の底部40aの一部分に配置する特定の形状部分である位置規制部40dを配置し、この位置規制部40dと嵌め合うように、熱伝導体60一部に被位置規制部65を構成している。被位置規制部65を有することで、熱伝導体60を設置する際に、熱伝導体60の位置及び配置方向について、微調整などの煩雑な工程の簡易化が可能となり、製造工程における工数の削減及び誤配置の防止が可能である。
FIG. 9A shows an outline of the position-regulating
なお、コイルエンド31の端部における絶縁導線の外形を包絡する仮想包絡面は、ほぼ平面であることが好ましい。本構成とすることで、熱伝導体60とコイルエンド31との当接部分における隙間が生じることが無く、巻装体30と固定子枠体40の底部40aとの間の熱伝導性を高めることが可能である。
The virtual envelope surface that wraps the outer shape of the insulated conductor at the end of the
また、巻装体30を構成する銅線が自己融着線であることが好ましい。本構成とすることで、コイルエンド31表面の平坦度が向上するため、熱伝導体60とコイルエンド31との接触面積を増加させ、巻装体30と固定子枠体40の底部40aとの間の熱伝導性を高めることが可能である。
Further, it is preferable that the copper wire constituting the wound body 30 is a self-bonding wire. With this configuration, the flatness of the surface of the
また、放熱結合部61とコイルエンド31との間に、熱伝導体60とは異なる樹脂が充
填されていることが好ましい。本構成とすれば、ゴム弾性では追従できない細かな凸凹形状がコイルエンド31に存在する場合においても、放熱結合部61とコイルエンド31との間に、充填樹脂95が充填されるため、コイルエンド31と熱伝導体60との間の熱伝導性を高めることが可能である。
Further, it is preferable that the heat
また、放熱結合部61の表面とコイルエンド31の少なくとも片方の表面に、放射率を向上する塗料が塗布されていることが好ましい。本構成とすれば、ゴム弾性では追従できない細かな凸凹形状がコイルエンド31に存在しても、熱放射によりコイルエンド31と熱伝導体60との間の熱伝導性を高めることが可能である。
Further, it is preferable that a paint for improving emissivity is applied to the surface of the heat
図10A、図10Bに示すように、固定子鉄心110は、複数のセグメントコア22aが円環状に連結されて形成される。なお、図10Aにおいては、セグメントコア22aにインシュレータ20を装着した後に、インシュレータ20の巻装部に絶縁導線を巻装して、巻装体30を具備した複数のセグメントコア22aを円環状に連結して、固定子枠体40の内部空間へ収容する。
As shown in FIGS. 10A and 10B, the
図10Bに示すように、セグメントコア22aは、ヨーク22と、ティース23と、鍔部23aと、を含む。セグメントコア22aは、電磁鋼板などの磁性体を積層して形成される。
As shown in FIG. 10B, the
図10Aに示すように、ティース23には、インシュレータ20を介して、固定子巻線112が巻装される。固定子巻線112を成す絶縁電線には、絶縁被膜が施されている。よって、セグメントコア22aと絶縁電線の導体部とは、絶縁被膜とインシュレータ20とにより、高い絶縁性を有する。
As shown in FIG. 10A, the stator winding 112 is wound around the
なお、それぞれのセグメントコアは、図10A及び図10Bに示した構成以外に、他の連結構成でも実現できる。 In addition to the configurations shown in FIGS. 10A and 10B, each segment core can also be realized in other connected configurations.
図11Aは、本発明の固定子構成体を含む電動機の外観を示す正面図である。図11Bは、本発明の固定子構成体を含む電動機の外観を示す側面図である。図11A、図11Bに示すように、本発明の固定子構成体を含む電動機101は、固定子枠体40の内部に軸受のほか各構成要素を有する。固定子枠体40の外部には、回転子が有する回転軸24と、コネクタ115と、が図示される。
FIG. 11A is a front view showing the appearance of the electric motor including the stator configuration of the present invention. FIG. 11B is a side view showing the appearance of the electric motor including the stator configuration of the present invention. As shown in FIGS. 11A and 11B, the
(実施の形態2)
図1には、本実施の形態における固定子構成体100の概要を示す。なお、本実施の形態における固定子構成体100は、上述の実施の形態1における固定子構成体100と同一の構造である。なお、実施の形態1における固定子構成体100と同様の構成については、同じ符号を付して、説明を援用する。
(Embodiment 2)
FIG. 1 shows an outline of the
本実施の形態における電動機に含む固定子構成体100の構成は、実施の形態1における固定子構成体100と同様である。固定子枠体40の内部に、固定子80を含む固定子中間組立体90と、熱伝導体60と、充填樹脂95とを含む。固定子中間組立体90の構成は、固定子80と、印刷配線板70と、を含む。固定子80の構成は、固定子磁心10と、インシュレータ20と、巻装体30と、を含む。固定子枠体40の構成は、底部40aと、回転軸挿通孔40bと、軸受収容部40cと、枠部50と、を含む。
The configuration of the
実施の形態1においては、熱伝導体60は、例えば、エポキシ樹脂、PET(ポリエチレンテレフタレート)、PBT(ポリブチレンテレフタレート)、PPT(ポリプロピレンテレフタレート)、BMC(不飽和ポリエステル樹脂)といった樹脂材料で構成した。
In the first embodiment, the
本実施の形態2においては、熱伝導体60は、例えば、ニトリルゴム、シリコーンゴム、ウレタンゴム、アクリルゴム、フッ素ゴムといったゴム材料を採用する。この、ゴム材料は、実施の形態1における熱伝導体60の構成と比べて、熱伝導率が高く、強度が低い、という特性を有する。また、ゴム弾性を有するため、実施の形態1における構成と比較して、充填樹脂95の硬化収縮によって発生する応力を熱伝導体60で緩和する作用が向上し、充填樹脂95の割れをさらに抑制可能である。
In the second embodiment, the
実施の形態2においても、実施の形態1の場合と同様に、図4に示すように、コイルエンド31と熱伝導体60とが衝合する衝合部32が構成される。なお、放熱結合部61の表面形状は、コイルエンド31のR形状に沿う形状を有していることが好ましい。この表面形状を有することで、コイルエンド31と熱伝導体60との接触面積が増加し、巻装体30と固定子枠体40の底部40aとの間の熱伝導性を高めることが可能である。そして、熱伝導体60に採用する樹脂は、ゴム弾性を有するため、コイルエンド31と接触しても、巻き線の被膜層を損なうことも抑制される。コイルエンド31と放熱結合部61とが衝合する衝合部32には、隙間33とこの隙間33の一部分又は全部を埋める充填樹脂95が流れ込んで、硬化していることが好ましい。本構成を有することで、コイルエンド31とコイルエンド嵌合部72との間の熱伝導が促進され、コイルエンド31の熱を底部40aに効率よく伝導することが可能となり、放熱性が向上する。
In the second embodiment as well, as in the case of the first embodiment, as shown in FIG. 4, the abutting
そして、図6A、図6B、図7A、図7B、図8A及び図8Bには、実施の形態1における放熱結合部61の表面に配置する弾性当接部の構成の概要を示す。図6A及び図6Bには、弾性当接部61aとして複数の凹部を列設する構成を示す。図7A及び図7Bには、弾性当接部61bとして複数の四角錘又は複数の台形錘を市松模様状に配置する構成を示す。図8A及び図8Bには、弾性当接部61cとして複数の畝状凸部を列設する構成を示す。この弾性当接部の構成によって、巻装体30と固定子枠体40の底部40aとの間の熱伝導性を高めることが可能である。
6A, 6B, 7A, 7B, 8A and 8B show an outline of the configuration of the elastic contact portion arranged on the surface of the heat
本発明は、家庭用機器、産業用機器などに搭載される電動機に適用可能である。 The present invention can be applied to an electric motor mounted on a household device, an industrial device, or the like.
10 固定子磁心
20 インシュレータ
22 ヨーク
22a セグメントコア
23 ティース
24 回転軸
30 巻装体
31 コイルエンド
31a 凸状コイルエンド形状
32 衝合部
33 隙間
40 固定子枠体
40a 底部
40b 回転軸挿通孔
40c 軸受収容部
40d 位置規制部
50 枠部
60 熱伝導体
61 放熱結合部
61a 弾性当接部
61b 弾性当接部
61c 弾性当接部
61d 凹状形状
62 連結部
63 凹構造部
64 凸構造部
65 被位置規制部
70 印刷配線板
80 固定子
90 固定子中間組立体
95 充填樹脂
100 固定子構成体
101 電動機
110 固定子鉄心
111 インシュレータ
112 固定子巻線
112a 端部
113 印刷配線板
113a はんだ
114 固定子枠体
114a 壁面
115 コネクタ
116 絶縁電線
117 固定子
118 固定用ピン
119 隙間
120 固定子中間組立体
1001 固定子構成体
10 Stator
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