JP2823412B2 - 電動機の冷却装置 - Google Patents

電動機の冷却装置

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JP2823412B2
JP2823412B2 JP4035264A JP3526492A JP2823412B2 JP 2823412 B2 JP2823412 B2 JP 2823412B2 JP 4035264 A JP4035264 A JP 4035264A JP 3526492 A JP3526492 A JP 3526492A JP 2823412 B2 JP2823412 B2 JP 2823412B2
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    • H02K9/227Heat sinks

Description

【発明の詳細な説明】
【0001】
【産業上の利用分野】本発明は、電動機の冷却装置に関
し、特に、電動機のステータに巻設した励磁巻線の発熱
を吸収してステータを冷却する冷却手段を備えた電動機
の冷却装置に関する。
【0002】
【従来の技術】従来、電動機の冷却装置として、ステー
タの熱をステータコアから吸熱する構造や、ロータの熱
を回転軸を介して吸熱する構造が使用されている。ステ
ータの吸熱冷却構造としては、ロータの周囲に配置した
ステータコアの外周に外部ケーシングを密着固定し、こ
の外部ケーシングの内部に冷却媒体の流通路を設けて、
ステータコアの熱を冷却媒体によって吸収する冷却装置
が知られている。また、ステータコアの内部に直接に冷
却媒体通路を形成し、冷却効果をさらに向上させた冷却
装置が既に提案されている(例えば、特願平2−263
743号)。
【0003】
【発明が解決しようとする課題】上記の従来の冷却装置
によれば、電動機のステータを、主にステータコアから
の発熱を吸収することによって冷却することができる。
しかしながら、ステータの発熱は、鉄損によるステータ
コアからの発熱だけではなく、ステータコアに巻設した
励磁巻線の銅損に起因する発熱がある。この銅損による
発熱を抑制、又は効果的に吸収して励磁巻線を冷却する
ことは、巻線の抵抗値の変化による電動機出力の変動を
防止し、電動機の信頼性の向上に寄与する。しかしなが
ら、上記のような従来の冷却装置では、励磁巻線の熱を
直接に吸収することができない。したがって、励磁巻線
の熱は、一部がステータコアを介して伝達かつ吸収され
るが、大部分は、ステータコアの軸線方向両端面から突
出する励磁巻線のコイルエンド部から、その周囲の空気
中へ放散されることとなる。このように、従来の冷却装
置では、励磁巻線に対する実質的な冷却効果を得ること
が困難であった。
【0004】本発明は、このような課題を解決するため
に鋭意、工夫改善を施したものであり、その目的は、電
動機のステータコアの熱のみならず、ステータコアに巻
設された励磁巻線の銅損による熱を吸収することによ
り、ステータをさらに効果的に冷却でき、電動機の性能
を向上させることができる冷却装置を提供することにあ
る。
【0005】
【課題を解決するための手段】上記目的を達成するため
に、本発明は、モータハウジングと、内周部に複数のス
ロットを有してモータハウジングの内側に固定される略
円筒状のステータコア及びステータコアのスロットの各
々に巻設される複数の励磁巻線を有したステータと、ス
テータの内側に回転可能に配置されるロータとを備えた
電動機の、ステータの発熱を吸収するためのステータ冷
却手段を備えた電動機の冷却装置において、モータハウ
ジングは、ステータコアを軸線方向へ挟持する一対のハ
ウジング部材からなり、ステータ冷却手段は、ステータ
コアの軸線方向全長と、ステータコアの軸線方向両端面
から突出する励磁巻線のコイルエンド部の突出長との合
計長さ部分に亙って、ステータコアと一対のハウジング
部材との内部に連続して延設され、冷却媒体を通す冷却
媒体通路と、耐熱性樹脂材料に、熱伝導性に優れかつ電
気絶縁性を有する粒状材料を混入してなる熱伝導性複合
樹脂材料から形成され、複数の励磁巻線の実質的全体を
被覆する伝熱部材であって、ステータコアのスロットの
内壁面並びに一対のハウジング部材の周方向内壁面及び
軸方向内壁面に直接に接触し、励磁巻線の熱を、ステー
タコア及び一対のハウジング部材に伝達する伝熱部材、
とを具備し、冷却媒体通路を通る冷却媒体が、伝熱部
材、ステータコア及び一対のハウジング部材を介して、
複数の励磁巻線の熱を吸収するように構成されたことを
特徴とする電動機の冷却装置を提供する。
【0006】本発明の好適な実施態様によれば、上記伝
熱部材の熱伝導性複合樹脂材料に混入される上記粒状材
料が、酸化アルミニウムの粒子群からなる冷却装置が提
供される。
【0007】
【作用】ステータコアに巻設された励磁巻線の銅損によ
る熱は、励磁巻線を被覆する伝熱部材に伝導される。熱
伝導性に優れた複合樹脂材料からなる伝熱部材は、この
熱をさらにステータコア及びモータハウジングへ良好に
伝導する。そして、ステータコア及びモータハウジング
へ伝導された熱は、冷却媒体通路を通る冷却媒体によっ
て吸収される。同時にステータコアの鉄損による熱も、
冷却媒体通路を通る冷却媒体によって吸収される。この
ようにして、励磁巻線及びステータコアの熱が冷却媒体
に効率的に吸収され、ステータが効果的に冷却される。
【0008】
【実施例】以下、添付図面を参照して、本発明をその実
施例に基づきさらに詳細に説明する。図1を参照すれ
ば、本発明の実施例による冷却装置を備えた電動機が断
面で示される。この電動機は、電動機の中心側に配置さ
れ、回転軸12を一体に有するロータ10と、電動機の
外周側に配置され、所定間隔を有してロータ10を囲繞
するステータコア14、及びステータコア14に巻設さ
れる複数の励磁巻線16からなるステータ18とを備え
る。電動機の軸方向前後端には、ロータ10の回転軸1
2を支持するとともにステータコア14を挟持する前ハ
ウジング20及び後ハウジング22がそれぞれ配置され
る。前ハウジング20は、中心の開口部20aに軸受2
4を備え、ロータ10と一体化された回転軸12を回転
自在に支承する。後ハウジング22は、環状部材22a
と、環状部材22aに密に嵌合される蓋部材22bとを
備え、蓋部材22bの内側の中心開口部22cに軸受2
4を配置して、同様にロータ10の回転軸12を回転自
在に支承する。
【0009】ステータコア14は、図2に示したような
珪素鋼板の薄板26を電動機の軸線方向へ多数積層して
形成される。薄板26は、中心にロータ10を囲繞する
ための開口部26aを備え、開口部26aの周縁に複数
のスロット孔28aを備える。ステータコア14は、予
め熱硬化性の接着剤を両面に塗布した薄板26を積層す
るか、又は積層した多数の薄板26に熱硬化性樹脂を真
空含浸させ、適宜加熱することにより、各薄板26間の
微小な隙間を密封して形成される。そして、多数の薄板
26を積層してスロット孔28aの連続により形成され
る複数のスロット28(図3参照)に、それぞれ前述の
励磁巻線16が巻設される。
【0010】図2に示すように、ステータコア14を形
成する薄板26は、ステータ18を冷却する冷却液の流
通路を形成するために、四隅に複数の冷却液流路孔30
aを備える。多数の薄板26の積層によりこれら冷却液
流路孔30aが連続して、ステータコア14内部に軸線
方向へ延びる冷却液流路30(図1)が形成される。ま
た、図1に示すように、ステータコア14を挟持する前
ハウジング20は、上記の冷却液流路30に対応する位
置に冷却液連通路32を備え、同様に後ハウジング22
は冷却液連通路34を備える。さらに、ステータコア1
4、前ハウジング20、及び後ハウジング22は、図示
しない複数のタイボルトによって相互に固定される。図
2に、タイボルト用のボルト孔36を示す。
【0011】前ハウジング20及び後ハウジング22の
各冷却液連通路32及び34は、各ハウジング20,2
2の内部で、ステータコア14の四隅に配置される冷却
液流路30を相互に連通する。また、後ハウジング22
には、外部の冷却液供給源に接続される冷却液導入路及
び冷却液排出路(1つのみ図1に34aで示す)が設け
られ、これらを介してステータコア14の冷却液流路3
0内へ冷却液が導入され、かつ冷却液流路30から冷却
液が排出される。このようにして、冷却液導入路から複
数の冷却液流路30及び各冷却液連通路32,34を経
て冷却液排出路まで、連続する1つの冷却液通路が形成
される。さらに、図1に示すように、ステータコア14
の冷却液流路30と前ハウジング20の冷却液連通路3
2及び後ハウジング22の連通路34とのそれぞれの連
結部には、周知のOリング38が配設され、各連結部の
密封を確保している。
【0012】ステータコア14に巻設された励磁巻線1
6は、スロット28内に配置される部分、及びステータ
コア14の軸線方向両端面から突出する各コイルエンド
部40に亙って、実質的に全体が後述する熱伝導性複合
樹脂材料からなる伝熱部材42によって被覆される。熱
伝導性複合樹脂材料は、エポキシ樹脂等の耐熱性及び成
形性に優れた樹脂に、酸化アルミニウム等の熱伝導性の
高い電気絶縁性の粒状材料を充填材として混入、形成さ
れたものである。この熱伝導性複合樹脂材料を、励磁巻
線16と、ステータコア14のスロット28の内壁面、
並びに前ハウジング20及び後ハウジング22の各内壁
面、との間の各空間に溶融状態で注入し、適宜常温又は
加熱硬化させることにより、励磁巻線16を包囲して上
記の各空間を埋める円筒状の伝熱部材42が形成され
る。円筒状の伝熱部材42は、スロット28の内壁面、
並びに前ハウジング20及び後ハウジング22の各内壁
面と、励磁巻線16との間を熱的に連結する。したがっ
て、励磁巻線16に発生する熱は、熱伝導性複合樹脂材
料からなる円筒状の伝熱部材42を介して、ステータコ
ア14、前ハウジング20、及び後ハウジング22に良
好に伝達される。ステータコア14、前ハウジング2
0、及び後ハウジング22には、それぞれ冷却液流路3
0、冷却液連通路32、及び冷却液連通路34が励磁巻
線16の軸線方向全長に亙って設けられており、ステー
タコア14及び各ハウジング20,22に伝達された熱
が冷却液流路30及び各冷却液連通路32,34内を通
る冷却液により効率的に吸収される。
【0013】上記の熱伝導性複合樹脂材料による円筒状
の伝熱部材42の成型工程を、図3を参照して以下に説
明する。まず、多数の薄板26を積層して形成したステ
ータコア14に、その複数のスロット28へ励磁巻線1
6を巻設してステータ18を形成する。このようにして
形成したステータ18を、図3に示すような一対の金型
44,46の間に設置し、ステータ18の軸線を鉛直方
向へ向けて図示しない作業台上へ配置する。上側の金型
46には複数の湯口48が設けられる。また、ロータ1
0を配置するステータ18の中心空洞部分及びその軸線
方向前後部分の、樹脂を注入しない部分には、それぞれ
中子50,52,54を配置する(図3(a))。この
配置で、上側の金型46の湯口48から前述の充填材を
含んだ熱伝導性複合樹脂材料56を溶融状態で注入する
と、熱伝導性複合樹脂材料56は重力により下方へ移動
し、ステータコア14の各スロット28と励磁巻線16
との隙間を通って下側の金型44へ到達する。このとき
いくつかの湯口48は空気抜き穴として作用する。この
ようにして熱伝導性複合樹脂材料56は、下側の金型4
4と中子50との間の環状のキャビティへ注入され、さ
らに注入を続けることにより、スロット28及び中子5
2と励磁巻線16との隙間、及び上側の金型46と中子
54との間の環状のキャビティへ注入され、適宜常温又
は加熱硬化させることにより各隙間及びキャビティに亙
って円筒状の伝熱部材42が形成される(図3
(b))。
【0014】また、特に小型電動機の場合等、ステータ
コア14のスロット28と励磁巻線16との隙間が狭小
で、上記の方法では各隙間及びキャビティへ熱伝導性複
合樹脂材料56を充分に注入できない場合には、熱伝導
性複合樹脂材料56を樹脂材と充填材とに分離した状態
で別々に注入すればよい。すなわち、最初に下側のキャ
ビティ、スロット28と励磁巻線16との隙間、及び上
側のキャビティのそれぞれに、酸化アルミニウム等の粒
状の充填材のみを注入し、次いで、各部分にエポキシ樹
脂等の成形性に優れた樹脂を注入する。この方法によれ
ば、狭小な空間にも熱伝導性複合樹脂材料56を注入可
能となるだけでなく、充填材の充填率をさらに高めるこ
とができる。
【0015】このようにして、ステータコア14のスロ
ット28内及び軸線方向前後端に、励磁巻線16を包囲
する円筒状の伝熱部材42を形成したステータ18へ、
前述のようにロータ10を挿設するとともに前ハウジン
グ20及び後ハウジング22を取着、固定することによ
り、図1に示す電動機が形成される。このとき、伝熱部
材42と前ハウジング20及び後ハウジング22の内壁
面とが密着するように、伝熱部材42の成形精度を高め
る必要がある。そのためにも、実際上は上記の第2の成
形方法を採用することが好ましい。
【0016】また、このように励磁巻線16を伝熱部材
42によって被覆したので、外部から電動機内へ侵入し
た異物がコイルエンド部40等へ付着して、短絡等の障
害を誘因する危惧が排除される。上記の実施例では、ス
テータコア14及び励磁巻線16を冷却する冷却媒体を
冷却液として説明したが、冷却空気による空冷式電動機
にも、本発明を適用できることは言うまでもない。ま
た、ステータコアの外周に密着固定した外部ケーシング
内に冷却媒体の流通路を設けた冷却装置にも、本発明を
適用することができる。
【0017】
【発明の効果】以上の説明から明らかなように、本発明
は、電動機のステータコアの全長部分及び励磁巻線のコ
イルエンド部の突出長部分に亙って、少なくともモータ
ハウジング内部に冷却媒体を通す冷却媒体通路を延設
し、励磁巻線とスロット内壁面及びモータハウジング内
壁面との間の空間に、励磁巻線を被覆してステータコア
及びモータハウジングとの間を熱的に連結する伝熱部材
を配置し、この伝熱部材を熱伝導性複合樹脂材料から成
型して、複数の励磁巻線の熱を、伝熱部材、ステータコ
ア、及びモータハウジングを介して、冷却媒体通路を通
る冷却媒体によって吸収する構成としたから、励磁巻線
及びステータコアの熱が冷却媒体に効率的に吸収され、
ステータがさらに効果的に冷却されることとなり、電動
機の熱損失を低減してその性能を一層向上させることが
可能となる。
【図面の簡単な説明】
【図1】本発明の実施例による冷却装置を備えた電動機
の縦断面図で、図2の線I−Iに沿って示す図である。
【図2】図1の電動機のステータコアを形成する薄板部
材の平面図である。
【図3】図1の冷却装置の伝熱部材の成型工程を説明す
る図で、図1の電動機のステータコアを図2の線 III−
III に沿った断面図で示す。
【符号の説明】
10…ロータ 14…ステータコア 16…励磁巻線 18…ステータ 20…前ハウジング 22…後ハウジング 26…薄板 28…スロット 30…冷却液流路 32,34…冷却液連通路 40…コイルエンド部 42…伝熱部材 44,46…金型 50,52,54…中子 56…熱伝導性複合樹脂材料
フロントページの続き (56)参考文献 実開 平3−70056(JP,U) 実開 平3−40860(JP,U) (58)調査した分野(Int.Cl.6,DB名) H02K 9/00 - 9/28

Claims (2)

    (57)【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】 モータハウジングと、内周部に複数のス
    ロットを有して該モータハウジングの内側に固定される
    略円筒状のステータコア及び該ステータコアの該スロッ
    トの各々に巻設される複数の励磁巻線を有したステータ
    と、該ステータの内側に回転可能に配置されるロータと
    を備えた電動機の、前記ステータの発熱を吸収するため
    のステータ冷却手段を備えた電動機の冷却装置におい
    て、前記モータハウジングは、前記ステータコアを軸線方向
    へ挟持する一対のハウジング部材からなり、 前記ステータ冷却手段は、 前記ステータコアの軸線方向全長と、該ステータコアの
    軸線方向両端面から突出する前記励磁巻線のコイルエン
    ド部の突出長との合計長さ部分に亙って、該ステータコ
    アと前記一対のハウジング部材との内部に連続して延設
    され、冷却媒体を通す冷却媒体通路と、 耐熱性樹脂材料に、熱伝導性に優れかつ電気絶縁性を有
    する粒状材料を混入してなる熱伝導性複合樹脂材料から
    形成され、前記複数の励磁巻線の実質的全体を被覆する
    伝熱部材であって、前記ステータコアのスロットの内壁
    面並びに前記一対のハウジング部材の周方向内壁面及び
    軸方向内壁面に直接に接触し、該励磁巻線の熱を、該ス
    テータコア及び該一対のハウジング部材に伝達する伝熱
    部材、とを具備し、 前記冷却媒体通路を通る冷却媒体が、前記伝熱部材、前
    記ステータコア及び前記一対のハウジング部材を介し
    て、前記複数の励磁巻線の熱を吸収するように構成され
    たこと、 を特徴とする電動機の冷却装置。
  2. 【請求項2】 前記伝熱部材の熱伝導性複合樹脂材料に
    混入される前記粒状材料は、酸化アルミニウムの粒子群
    からなる請求項1記載の電動機の冷却装置。
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