JP2023162882A - 電気モータ - Google Patents

Abstract

【課題】ステータで発生する熱を効果的に逃がすことができる電気モータを提供する。【解決手段】電気モータ１０は、ステータコア２１と、ステータコア２１を覆うインシュレータ２２，２３と、インシュレータ２２，２３を介してステータコア２１に巻回される巻線２４と、を有するステータ２０と、ステータ２０で発生する回転磁界を受けて回転するロータ３０と、ステータ２０を収容する筒状壁４２を有するハウジング４０と、筒状壁４２の開口を塞ぐカバー５０と、を備える。カバー５０は、ロータ３０の軸方向において、インシュレータ２２に密着している。【選択図】図４

Description

本発明は、電気モータに関する。

特許文献１には、ロータがステータの内側に配置されるインナーロータ型の電気モータが記載されている。このような電気モータを駆動するときにステータで発生する熱は、ステータとロータとを収容するハウジングを介して放熱される。

特開２０１３－１０６４０９号公報

こうした電気モータは、ステータで発生する熱を効果的に逃がす点において、改善の余地が残されていた。

以下、上記課題を解決するための手段及びその作用効果について記載する。
上記課題を解決する電気モータは、ステータコアと、前記ステータコアを覆うインシュレータと、前記インシュレータを介して前記ステータコアに巻回されるコイルと、を有するステータと、前記ステータで発生する回転磁界を受けて回転するロータと、前記ステータを収容する筒状壁を有するハウジングと、前記筒状壁の開口を塞ぐカバーと、を備え、前記カバーは、前記ロータの軸方向において、前記インシュレータに密着している。

電気モータにおいて、カバーとインシュレータとは密着しているため、ステータで発生する熱は、ハウジングだけでなく、インシュレータを介してカバーにも伝達される。よって、電気モータは、ステータで発生する熱を効果的に逃がすことができる。

電気モータにおいて、前記インシュレータと前記カバーとは、樹脂材料によって構成されるものであり、前記インシュレータと前記カバーとの間に第１溶着部を備えることが好ましい。

電気モータにおいて、インシュレータとカバーとは第１溶着部によって溶着されている。このため、電気モータは、インシュレータとカバーとの密着性を高めることができる。つまり、電気モータは、インシュレータからカバーに熱を伝わりやすくできる。

電気モータにおいて、前記ハウジングと前記カバーとは、樹脂材料によって構成されるものであり、前記ハウジングと前記カバーとの間に第２溶着部を備えることが好ましい。
電気モータにおいて、ハウジングとカバーとは溶着されている。このため、電気モータは、ハウジングにカバーを接着したり締結したりしなくても、ハウジングとカバーとを一体化できる。

電気モータにおいて、前記インシュレータと前記カバーとは、樹脂材料によって構成されるものであり、前記カバーの熱伝導率は、前記インシュレータの熱伝導率よりも高いことが好ましい。

電気モータは、カバーの熱伝導率をインシュレータの熱伝導率以下とする比較例に比べ、インシュレータからカバーに伝わる熱量を増加できる。つまり、電気モータは、カバーにおける放熱効果を高めることができる。

電気モータにおいて、前記カバーは、前記ロータの軸方向を板厚方向とする板状をなし、前記カバーにおいて、前記ステータを向く面を第１面とし、前記第１面の反対側の面を第２面としたとき、前記カバーは、前記第２面から突出する放熱部を有することが好ましい。

電気モータは、放熱部を有しない比較例に比べ、カバーにおける放熱効果をさらに高めることができる。

電気モータは、ステータで発生する熱を効果的に逃がすことができる。

図１は、電気モータの端面図である。 図２は、電気モータの分解斜視図である。 図３は、電気モータのステータの分解斜視図である。 図４は、電気モータの拡大端面図である。

以下、電気モータの一実施形態について説明する。
図１及び図２に示すように、電気モータ１０は、ステータ２０と、ロータ３０と、ハウジング４０と、カバー５０と、複数の軸受６１，６２と、ケース７０と、温度センサ８０と、を備える。

電気モータ１０は、例えば、車両の構成要素を駆動するアクチュエータの駆動源として採用される。詳しくは、電気モータ１０は、スライドドア又はバックドアを駆動するアクチュエータ、窓ガラスを駆動するアクチュエータ、シートを駆動するアクチュエータ及びサンルーフを駆動するアクチュエータなどの駆動源として採用される。また、本実施形態の電気モータ１０は、ブラシレスモータである。

図２及び図３に示すように、ステータ２０は、円環状をなしている。ステータ２０は、ステータコア２１と、ステータコア２１を覆う２つのインシュレータ２２，２３と、２つのインシュレータ２２，２３を介してステータコア２１に巻回される巻線２４と、を有する。また、ステータ２０は、巻線２４が接続される複数のバスバー２５と、巻線２４が接続される中性点端子２６と、を有する。

図３に示すように、ステータコア２１は、環状をなしている。ステータコア２１は、例えば、複数の電磁鋼板を積層することで構成されている。ステータコア２１は、中心部に向かって延びる複数のティース２１１，２１２を有する。

２つのインシュレータ２２，２３は、ステータコア２１と巻線２４とを電気的に絶縁する。２つのインシュレータ２２，２３は、絶縁性を有するとともに光吸収性を有する樹脂材料によって構成されている。２つのインシュレータ２２，２３は、ステータコア２１を軸方向における一方側から覆う第１インシュレータ２２と、ステータコア２１を軸方向における他方側から覆う第２インシュレータ２３と、を有する。

図３に示すように、第１インシュレータ２２は、ステータコア２１の外径に応じた大きさの環状部２２１と、環状部２２１から環状部２２１の中心に向かって延びる複数の被覆部２２２と、を有する。また、第１インシュレータ２２は、環状部２２１から被覆部２２２とは逆方向に延びる第１支持部２２３及び第２支持部２２４と、環状部２２１から軸方向に延びる複数の突出部２２５と、を有する。

複数の被覆部２２２は、ステータコア２１のティース２１１と同じ数だけ設けられている。被覆部２２２の形状は、ティース２１１に対応する形状をなしている。第１支持部２２３は、３つのバスバー２５を支持している。３つのバスバー２５は、電気モータ１０を駆動するインバータ回路に接続される。第２支持部２２４は、中性点端子２６を支持している。３つのバスバー２５及び中性点端子２６は導電体である。

複数の突出部２２５は、環状部２２１の周方向に間隔をあけた状態で配置されている。複数の突出部２２５は、軸方向から見たときに環状部２２１に沿う円弧状をなしている。複数の突出部２２５の形状は、異なっている。例えば、複数の突出部２２５において、周方向における長さが異なっていたり、軽方向における幅が異なっていたりする。ただし、複数の突出部２２５の先端面は、軸方向に対して垂直な平面となっている。複数の突出部２２５の先端面の高さは一定となっている。

第２インシュレータ２３は、第１インシュレータ２２の環状部２２１に相当する環状部２３１と、第１インシュレータ２２の複数の被覆部２２２に相当する複数の被覆部２３２と、を備える。第２インシュレータ２３は、第１インシュレータ２２と同等の構成であるため、説明を省略する。

巻線２４は、Ｕ層巻線、Ｖ層巻線及びＷ層巻線を有する。Ｕ層巻線、Ｖ層巻線及びＷ層巻線は、インシュレータ２２，２３によって被覆されたステータコア２１のティース２１１に巻回されている。詳しくは、ステータコア２１の６つのティース２１１のうちの２つのティース２１１にはＵ層巻線が巻回されている。残る４つのティース２１１のうちの２つのティース２１１にはＶ層巻線が巻回されている。残る２つのティース２１１にはＷ層巻線が巻回されている。こうして、Ｕ層巻線のうちステータコア２１のティース２１１に巻回された部分はＵ層コイルとなり、Ｖ層巻線のうちステータコア２１のティース２１１に巻回された部分はＶ層コイルとなり、Ｗ層巻線のうちステータコア２１のティース２１１に巻回された部分はＷ層コイルとなる。以降の説明では、こうしたコイルを「コイル２４１」という。

Ｕ層巻線、Ｖ層巻線及びＷ層巻線の一端はそれぞれ３つのバスバー２５に接続され、Ｕ層巻線、Ｖ層巻線及びＷ層巻線の他端は中性点端子２６に接続されている。この点で、本実施形態のコイル２４１の結線方法はスター結線である。他の実施形態においてコイル２４１の結線方法はデルタ結線であってもよい。なお、Ｕ層巻線、Ｖ層巻線及びＷ層巻線のうち、ステータコア２１のティース２１１に巻回されない部分は、インシュレータ２２，２３の環状部２２１，２３１に沿って配索される。

図１及び図２に示すように、ロータ３０は、円柱状をなす回転軸３１と、円筒状をなすホルダ３２と、円筒状をなす永久磁石３３と、を有する。回転軸３１は、駆動対象に動力を伝達する駆動ギヤ３１１を有する。つまり、電気モータ１０は、駆動ギヤ３１１を介して駆動対象に動力を伝達する。ホルダ３２は、例えば、樹脂材料によって構成されている。ホルダ３２は、永久磁石３３を保持した状態で、回転軸３１に固定されている。つまり、ロータ３０において、回転軸３１とホルダ３２と永久磁石３３とは、一体に回転する。ロータ３０は、ステータ２０の内側に配置されている。この点で、本実施形態の電気モータ１０は、インナーロータ型の電気モータである。回転軸３１の軸方向における両端部は、それぞれ２つの軸受６１，６２に支持されている。２つの軸受６１，６２は、電気モータ１０のケース７０に支持されている。そして、ロータ３０は、ステータ２０で発生する回転磁界を受けて回転する。

ハウジング４０は、光吸収性を有する樹脂材料によって構成されている。ハウジング４０は、円板状をなす底壁４１と、筒状をなす筒状壁４２と、を有する。底壁４１の中央部には、円形の丸孔４３が設けられている。筒状壁４２は、底壁４１の外周縁から軸方向に延びている。つまり、筒状壁４２は、軸方向における一方が開口し、軸方向における他方が底壁４１によって閉じている。筒状壁４２の先端面は、軸方向に対して垂直な平面となっている。筒状壁４２は、第１インシュレータ２２の第１支持部２２３が収まる第１凹部４２１と、第１インシュレータ２２の第２支持部２２４を収容する第２凹部４２２と、を有する。ハウジング４０は、ステータ２０とロータ３０とを収容する。このとき、ステータ２０は、ハウジング４０に固定されている。

カバー５０は、光透過性を有する樹脂材料によって構成されている。カバー５０の熱伝導率は、インシュレータ２２，２３の熱伝導率及びハウジング４０の熱伝導率よりも高くなっている。例えば、カバー５０を構成する樹脂材料は、金属などの熱伝導率の高い充填剤を含む樹脂材料とすればよい。カバー５０は、軸方向を板厚方向とする円板状をなしている。カバー５０の中央部には、円形の丸孔５１が設けられている。カバー５０の丸孔５１は、ハウジング４０の丸孔４３よりも大きくなっている。以降の説明では、カバー５０の板厚方向における一方の面を第１面５０Ｂとし、第１面５０Ｂの反対側の面を第２面５０Ｔとする。カバー５０は、第２面５０Ｔから突出する複数の放熱フィン５２を有する。複数の放熱フィン５２は、カバー５０を軸方向から見たとき環状をなしている。複数の放熱フィン５２は、丸孔５１の周囲において、カバー５０の径方向に並んでいる。放熱フィン５２は「放熱部」の一例に相当している。

カバー５０は、ハウジング４０の開口を覆うようにハウジング４０に固定されている。このとき、カバー５０は、第１インシュレータ２２とハウジング４０とに密着している。言い換えれば、図４に示すように、電気モータ１０は、第１インシュレータ２２とカバー５０との間に第１溶着部９１を有するとともに、ハウジング４０とカバー５０との間に第２溶着部９２を有している。第１溶着部９１は、ハウジング４０の筒状壁４２の先端面の全体にわたって設けられている。一方、第２溶着部９２は、第１インシュレータ２２の突出部２２５の先端面の全体にわたって設けられている。

温度センサ８０は、例えば、抵抗温度計である。温度センサ８０は、コイル２４１の温度を把握するための構成である。温度センサ８０は、ロータ３０の軸方向において、カバー５０と対向する位置に配置されている。本実施形態では、温度センサ８０は、カバー５０の放熱フィン５２と対向する位置に配置されている。つまり、温度センサ８０は、電気モータ１０の発熱源であるコイル２４１を測定対象とするのではなく、カバー５０を測定対象としている。温度センサ８０は、不図示の制御基板に実装されている。

＜電気モータ１０の製造方法＞
電気モータ１０の製造方法は、固定工程と、第１溶着工程と、第２溶着工程と、組立工程と、を備える。

固定工程は、ハウジング４０に対してステータ２０を固定する工程である。固定工程では、ハウジング４０の筒状壁４２の先端面とステータ２０の第１インシュレータ２２の突出部２２５の先端面とが同じ高さに位置するように、ハウジング４０に対してステータ２０が位置決めされる。本実施形態では、筒状壁４２の高さとステータ２０の高さとが等しくなっているため、ハウジング４０にステータ２０を収容することにより、筒状壁４２の先端面と第１インシュレータ２２の突出部２２５の先端面とが同じ高さに位置する。ステータ２０は、ハウジング４０に嵌合させることで固定してもよいし、接着材を用いてハウジング４０に固定してもよい。

第１溶着工程は、ハウジング４０の筒状壁４２の先端面とカバー５０の第１面５０Ｂとを溶着する工程である。第１溶着工程は、固定工程の後工程である。第１溶着工程では、ハウジング４０に対してカバー５０を押し付けた状態で、ハウジング４０とカバー５０とを溶着したい部分にレーザが走査される。すると、カバー５０を透過したレーザ光がハウジング４０の筒状壁４２の先端面で吸収されることにより、ハウジング４０とカバー５０との境界の温度が上昇する。こうして、図４に示すように、第１溶着部９１が生成されることにより、カバー５０がハウジング４０に溶着される。

第２溶着工程は、第１インシュレータ２２の突出部２２５の先端面とカバー５０の第１面５０Ｂとを溶着する工程である。第２溶着工程は、固定工程の後工程である。第２溶着工程は、第１溶着工程の前工程であってもよいし、後工程であってもよいし、同時に実施される工程であってもよい。第２溶着工程では、第１インシュレータ２２に対してカバー５０を押し付けた状態で、第１インシュレータ２２とカバー５０とを溶着したい部分にレーザが走査される。すると、カバー５０を透過したレーザ光が第１インシュレータ２２の突出部２２５の先端面で吸収されることにより、第１インシュレータ２２とカバー５０との境界の温度が上昇する。こうして、図４に示すように、第２溶着部９２が生成されることにより、カバー５０が第１インシュレータ２２に溶着される。

組立工程は、ステータ２０の内側にロータ３０を配置したり、ロータ３０を軸受６１，６２に通したり、電気モータ１０の構成部品をケース７０内に配置したりする工程である。組立工程は、第１溶着工程及び第２溶着工程の後工程である。組立工程を実施することにより、電気モータ１０が完成する。

＜本実施形態の作用＞
電気モータ１０の駆動時における伝熱態様について説明する。
図４に実線矢印で示すように、コイル２４１で発生する熱の一部は、コイル２４１に接する第１インシュレータ２２に伝達される。そして、第１インシュレータ２２に伝達される熱は、第１インシュレータ２２に密着するカバー５０に伝達される。このように、コイル２４１で発生する熱の一部は、空気層を介さずに、カバー５０まで伝達される。そして、カバー５０に伝達される熱は、カバー５０の第２面５０Ｔから放熱される。

実線矢印での図示を省略しているが、コイル２４１で発生する熱の一部は、ステータコア２１にも第２インシュレータ２３にも伝達される。ステータコア２１に伝達される熱は、ハウジング４０との間の空気層を介してハウジング４０に伝達された後、ハウジング４０から放熱される。第２インシュレータ２３に伝達される熱の一部は、底壁４１と接する部分からハウジング４０に伝達された後、ハウジング４０から放熱される。コイル２４１で発生する熱の一部は、コイル２４１とハウジング４０又はカバー５０との間の空気層を介して、ハウジング４０又はカバー５０に伝達される。そして、こうした熱は、ハウジング４０又はカバー５０から放熱される。

＜本実施形態の効果＞
本実施形態の作用及び効果について説明する。
（１）電気モータ１０において、カバー５０と第１インシュレータ２２とは密着しているため、ステータ２０で発生する熱は、ハウジング４０だけでなく、第１インシュレータ２２を介してカバー５０にも伝達される。よって、電気モータ１０は、ステータ２０で発生する熱を効果的に逃がすことができる。

（２）電気モータ１０において、第１インシュレータ２２とカバー５０とは溶着されている。言い換えれば、電気モータ１０は、第１インシュレータ２２とカバー５０との境界に第１溶着部９１を有する。このため、電気モータ１０は、第１インシュレータ２２とカバー５０との密着性を高めることができる。つまり、電気モータ１０は、第１インシュレータ２２からカバー５０に熱を伝わりやすくできる。

（３）電気モータ１０において、ハウジング４０とカバー５０とは溶着されている。言い換えれば、電気モータ１０は、ハウジング４０とカバー５０との境界に第２溶着部９２を有する。このため、電気モータ１０は、ハウジング４０にカバー５０を接着したり締結したりしなくても、ハウジング４０とカバー５０とを一体化できる。

（４）カバー５０の熱伝導率は、第１インシュレータ２２の熱伝導率よりも高くなっている。このため、電気モータ１０は、カバー５０の熱伝導率を第１インシュレータ２２の熱伝導率以下とする比較例に比べ、第１インシュレータ２２からカバー５０に伝わる熱量を増加できる。つまり、電気モータ１０は、カバー５０における放熱効果を高めることができる。

（５）電気モータ１０は、第２面５０Ｔに放熱フィン５２を有する。このため、電気モータ１０は、放熱フィン５２を有しない比較例に比べ、カバー５０における放熱効果をさらに高めることができる。

（６）電気モータ１０の発熱源であるコイル２４１を測定対象とする比較例の場合、巻線２４の巻回態様によって、温度センサ８０からコイル２４１までの距離が変動しうる。この点で、比較例は、温度センサ８０の測定精度に影響が生じるおそれがある。これに対し、本実施形態の電気モータ１０は、成形精度の高いカバー５０を測定対象とするため、上記事態を回避できる。つまり、本実施形態は、コイル２４１の温度を精度良く推定できる。

（７）ステータ２０を囲うハウジング４０とカバー５０とはともに樹脂材料によって構成されている。このため、ハウジング４０とカバー５０とを金属材料によって構成する場合に比較して、電気モータ１０の軽量化を図ることができる。

＜変更例＞
本実施形態は、以下のように変更して実施することができる。本実施形態及び以下の変更例は、技術的に矛盾しない範囲で互いに組み合わせて実施することができる。

・ハウジング４０に対するカバー５０の固定方法は、レーザ溶着でなくてもよい。例えば、カバー５０は、ねじなどの締結部材を用いてハウジング４０に固定してもよい。
・カバー５０を第１インシュレータ２２に密着できるのであれば、カバー５０と第１インシュレータ２２とは接合されていなくてもよい。この場合、第１インシュレータ２２とカバー５０との間に熱伝導性の良いグリスを介在させることが好ましい。なお、カバー５０と第１インシュレータ２２が密着しているとは、第１インシュレータ２２からカバー５０に効率よく熱が伝わるための条件である。このため、カバー５０と第１インシュレータ２２とが密着していることには、カバー５０と第１インシュレータ２２との間に熱伝導性の良いグリスが介在していることを含むものとする。

・第１インシュレータ２２において、突出部２２５は、巻線２４の配索経路を確保できるのであれば、円筒状をなしていてもよい。言い換えれば、上記実施形態における複数の突出部２２５は、環状部２２１の周方向につながっていてもよい。

・ハウジング４０の材質及びカバー５０の材質は、アルミニウムなどの金属材料であってもよい。
・カバー５０の熱伝導率は、インシュレータ２２，２３の熱伝導率よりも高くなくてもよい。同様に、ハウジング４０の熱伝導率は、インシュレータ２２，２３の熱伝導率よりも高くなくてもよい。

・放熱フィン５２の形状は、適宜に変更可能である。例えば、カバー５０の第２面５０Ｔを粗面とすることで、カバー５０の第２面５０Ｔを平滑面とする場合よりも、第２面５０Ｔの表面積を広くしてもよい。この場合、カバー５０の第２面５０Ｔに設けられた粗面が「放熱部」に相当する。

・ハウジング４０と第１インシュレータ２２とに対するカバー５０の接合方法がレーザ溶着でない場合、放熱フィン５２は、カバー５０の第２面５０Ｔの全域にわたって設けてもよい。

・電気モータ１０において、ハウジング４０は底壁４１を有しなくてもよい。この場合、電気モータ１０は、ハウジング４０の底壁４１に相当する第２カバーを備えることが好ましい。第２カバーは、カバー５０と同様にハウジング４０の筒状壁４２に接合されることが好ましい。

・電気モータ１０は、ステータ２０の外側にロータ３０が配置されるアウターロータ型の電気モータであってもよい。
・電気モータ１０は、コイル２４１が回転しない電気モータであれば、ブラシレスモータでなくてもよい。例えば、電気モータ１０は、ステッピングモータであってもよい。

・電気モータ１０は、ケース７０と温度センサ８０とを備えなくてもよい。この場合、軸受６１，６２はハウジング４０に支持されることが好ましく、軸受６１，６２はカバー５０に支持されることが好ましい。

上記実施形態及び変更例から把握できる技術的思想について記載する。
電気モータは、前記ロータの軸方向に対して前記カバーと対向する位置に設置され、前記カバーの温度を測定する温度センサを有することが好ましい。

１０…電気モータ
２０…ステータ
２１…ステータコア
２２…第１インシュレータ（インシュレータ）
２２１…環状部
２２２…被覆部
２２３…第１支持部
２２４…第２支持部
２２５…突出部
２３…第２インシュレータ
２３１…環状部
２３２…被覆部
２４…巻線
２４１…コイル
３０…ロータ
３１…回転軸
３２…ホルダ
３３…永久磁石
４０…ハウジング
４１…底壁
４２…筒状壁
５０…カバー
５０Ｂ…第１面
５０Ｔ…第２面
５２…放熱フィン
８０…温度センサ
９１…第１溶着部
９２…第２溶着部

Claims (5)

1. ステータコアと、前記ステータコアを覆うインシュレータと、前記インシュレータを介して前記ステータコアに巻回されるコイルと、を有するステータと、
   前記ステータで発生する回転磁界を受けて回転するロータと、
   前記ステータを収容する筒状壁を有するハウジングと、
   前記筒状壁の開口を塞ぐカバーと、を備え、
   前記カバーは、前記ロータの軸方向において、前記インシュレータに密着している
   電気モータ。
2. 前記インシュレータと前記カバーとは、樹脂材料によって構成されるものであり、
   前記インシュレータと前記カバーとの間に第１溶着部を備える
   請求項１に記載の電気モータ。
3. 前記ハウジングと前記カバーとは、樹脂材料によって構成されるものであり、
   前記ハウジングと前記カバーとの間に第２溶着部を備える
   請求項１又は請求項２に記載の電気モータ。
4. 前記インシュレータと前記カバーとは、樹脂材料によって構成されるものであり、
   前記カバーの熱伝導率は、前記インシュレータの熱伝導率よりも高い
   請求項１又は請求項２に記載の電気モータ。
5. 前記カバーは、前記ロータの軸方向を板厚方向とする板状をなし、
   前記カバーにおいて、前記ステータを向く面を第１面とし、前記第１面の反対側の面を第２面としたとき、
   前記カバーは、前記第２面から突出する放熱部を有する
   請求項４に記載の電気モータ。

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