JP4173430B2 - 回転電機の電機子、及び回転電機 - Google Patents

Description

本発明は回転電機を冷却するための冷却構造を備えた電機子、及び該電機子を備えた回転電機に関するものである。

モータには、モータ内部、特に巻線及びコアを冷却するための冷却構造を備えているものがある（例えば、特許文献１参照）。
特許文献１にて開示されているモータは、モータハウジングの内部において、巻線が巻回されるコアと整流子との間の回転軸に冷却ファンが装着されている。そして、モータが回転すると、冷却ファンが回転してモータ外部の空気が通気孔（風窓）からモータ内部に導かれ、該モータ内部が冷却される。
特開２００１−９５２０３号公報

しかしながら、特許文献１にて開示されているモータは、回転軸に冷却ファンを装着する構成のため、冷却のための部品を別途必要とする。従って、特許文献１にて開示されているモータは、部品数が増加する上、部品数の増加に伴って組み付け工数が増加するという問題があった。

本発明は、こうした実情に鑑みてなされたものであって、その目的は、部品数及び組み付け工数の増加を抑えながら、回転電機内部の冷却を行うことができる回転電機の電機子、及び該電機子を備えた回転電機を提供することにある。

上記課題を解決するため、請求項１に記載の発明は、巻線を巻回させるための複数のティースと、周方向に配設された各ティースの径方向内側端を連結する環状の連結部と、該連結部の内側に設けられてコアを回転軸に固定するための固定部とを備えたコアを有し、該コアにコアと巻線とを絶縁するための絶縁部材を装着した回転電機の電機子であって、前記絶縁部材は、前記電機子の回転時に前記回転電機内部の冷却を行うための空気流を生じさせる羽根部が一体形成され、前記コアは、軸方向において軸方向端部に位置する第１の部分と、該第１の部分と隣接する第２の部分とから構成されるとともに、前記連結部よりも径方向内側において軸方向に貫通するコア貫通孔が形成され、前記第１の部分は、前記ティースを構成する第１のティース部と、前記連結部を構成する第１の連結部とを備え、該第１の連結部の径方向内側が軸方向端部から該軸方向に沿って形成される第１の孔とされ、該第１の孔の内部に前記羽根部の少なくとも一部が収容配置されるよう構成され、前記第２の部分は、前記ティースを構成する第２のティース部と、前記連結部を構成する第２の連結部と、前記固定部とを備え、該固定部は、前記第２の連結部から径方向内側に向かって設けられるステー部と、前記回転軸が挿通されて固定される挿通部とから構成され、前記第２の部分には、前記連結部、前記ステー部、及び前記挿通部によって囲まれる第２の孔が形成され、該第２の孔は、前記第１の孔と連通して該第１の孔とともに前記コア貫通孔を構成する。

請求項２に記載の発明は、請求項１に記載の前記回転電機の電機子と、所定部位に内外を連通する連通孔を有するモータハウジングとを備え、該モータハウジング内に前記電機子が収容されている。

（作用）
請求項１，２に記載の発明によれば、巻線と絶縁を図るためにコアに装着される絶縁部材には、電機子の回転時に回転電機内部の冷却を行うための空気流を生じさせる羽根部が一体形成される。従って、冷却のための部品を別途必要とすることがなくなり、部品数及び組み付け工数の増加が抑えられる。

また、コアには軸方向に貫通するコア貫通孔が形成され、羽根部の少なくとも一部がコア貫通孔を構成する第１の孔の内部に収容配置される。従って、羽根部を設けることによる電機子の軸方向への大型化が極力抑えられるとともに、羽根部はコア貫通孔内に空気流を生じさせることから、軸方向に沿って大きな空気流が生じ、効果的にモータ内部、特に電機子が冷却される。

本発明によれば、部品数及び組み付け工数の増加を抑えながら、回転電機内部の冷却を行うことができる回転電機の電機子、及び該電機子を備えた回転電機を提供することができる。

以下、本発明を具体化した一実施形態を図面に従って説明する。
図１に示すように、本実施形態の回転電機としてのモータ１は、有底円筒状のヨーク２と、該ヨーク２の開口部を閉塞するエンドフレーム３とから構成されるモータハウジング４を備えている。ヨーク２の底部にはモータ１（モータハウジング４）の内部と外部とを連通させる連通孔２ａが複数形成されている。さらに、ヨーク２の底部中央には軸受凹部２ｂが形成されており、該軸受凹部２ｂには軸受５ａが収容されている。また、エンドフレーム３にはモータ１（モータハウジング４）の内部と外部とを連通させる連通孔３ａが複数形成されている。そして、エンドフレーム３の中央には軸受凹部３ｂが形成されており、該軸受凹部３ｂには軸受５ｂが収容されている。

ヨーク２の内周面には複数のマグネット６が固着されており、該マグネット６の内側には電機子７が回転可能に収容されている。電機子７は、回転軸８、巻線９が巻回されるコア１０、及び巻線９の巻端が接続される整流子１１を有している。回転軸８は、前記軸受５ａ，５ｂによって回転可能に支持されている。そして、回転軸８には、軸受５ａと軸受５ｂとの間において、軸受５ａ側にコア１０が、軸受５ｂ側に整流子１１が固定されている。整流子１１には、前記エンドフレーム３に固定されたブラシホルダ１２にて保持されるブラシ１３が接触（摺接）し、該整流子１１は、そのブラシ１３を介して外部から供給される駆動電源を巻線９に供給する。

コア１０は、複数枚のコアシート１７，１８を積層させて形成される積層型のコアよりなる。因みに、該コア１０には、巻線９との絶縁を図るための絶縁部材としての２つのインシュレータ１５，１６が装着され、該インシュレータ１５，１６の上から巻線９が巻回される。

コア１０は、図２（ａ）（ｂ）に示すように２種類の板状のコアシート１７，１８を積層させて形成される。図２（ａ）に示すコアシート１７は、巻線９を巻回させるための１６個のティース部１７ａを備えている。この１６個のティース部１７ａは、周方向に等角度間隔に配設されるとともに、該ティース部１７ａの径方向外側端部には周方向両側に突出する凸部１７ｂを備え、ティース部１７ａの径方向内側端部は円環状をなす連結部１７ｃによって隣接するティース部１７ａ同士が周方向に連結されている。そして、連結部１７ｃの内側からは、３つのステー部１７ｄが周方向に等角度間隔に径方向内側に向かって延設されており、該ステー部１７ｄの径方向内側端部は、前記回転軸８を嵌挿させてコア１０を回転軸８に固定するための挿通孔１７ｅを形成する円環状の挿通部１７ｆによって周方向に連結されている。ステー部１７ｄと挿通部１７ｆとは、コア１０を回転軸８に固定するための固定部を構成している。また、連結部１７ｃ、３つのステー部１７ｄ、及び挿通部１７ｆによって囲まれる部分に空孔１７ｇが形成されている。

図２（ｂ）に示すコアシート１８は、コアシート１７と同様に、巻線９を巻回させるための１６個のティース部１８ａを備えている。この１６個のティース部１８ａは、周方向に等角度間隔に配設されると共に、該ティース部１８ａの径方向外側端部には周方向両側に突出する凸部１８ｂを備え、ティース部１８ａの径方向内側端部は円環状をなす連結部１８ｃによって隣接するティース部１８ａ同士が周方向に連結されている。そして、連結部１８ｃの内側は、インシュレータ１５，１６が嵌め込まれる挿入孔１８ｄとなっている。因みに、挿入孔１８ｄは第１の孔であり、前記空孔１７ｇは第２の孔であって、挿入孔１８ｄ及び空孔１７ｇは、コア１０を軸方向に貫通するコア貫通孔を構成している。

上記のようなコアシート１７，１８は、まず、複数枚のコアシート１７が軸方向に積層される。この時、コアシート１７は、ステー部１７ｄが軸方向に重なるように積層される。次いで、積層後のコアシート１７の両端に、コアシート１８が複数枚積層される。コアシート１８は、積層後のコアシート１７の軸方向長さの半分程度の長さとなる枚数分だけそれぞれ積層後のコアシート１７の両端に積層される。そして、積層されたコアシート１７，１８が軸方向にかしめられる、若しくは溶接により固定されることによってコア１０が一体的に構成される。尚、コア１０は、コアシート１８で構成される部分を第１の部分とし、コアシート１７で構成される部分を第２の部分としている。また、コアシート１７，１８のティース部１７ａ，１８ａは、コア１０が形成された際に、図１及び図５に示すティース１９を構成する。

図３及び図４に示すように、インシュレータ１５は合成樹脂よりなる。インシュレータ１５は、前記ティース１９の軸方向片側端部と、軸方向に沿った両側面とをコア１０の軸方向中間部まで覆うコの字状の１６個のティースカバー部１５ａを備えている。ティースカバー部１５ａの径方向内側端部は、隣接するティースカバー部１５ａの対面する側壁同士を連結するとともに前記ティース部１７ａ，１８ａ間における前記連結部１７ｃ，１８ｃの外周面を覆う連結壁１５ｂが形成されている。ティースカバー部１５ａの径方向内側端部には、連結部１８ｃの軸方向片側端面を覆う円環状の連結カバー部１５ｃが形成されている。連結カバー部１５ｃの径方向内側端部には、コアシート１８の挿入孔１８ｄに嵌合すべく軸方向に延びる筒状の挿入壁１５ｄが形成されている。挿入壁１５ｄの軸方向の長さは、コア１０において、コア１０の片側端部に積層されたコアシート１８の軸方向の長さと等しく形成されている。また、インシュレータ１５の中央部には、回転軸８を嵌挿させて該インシュレータ１５を回転軸８に固定するための筒状の固定筒部１５ｅが形成されている。

固定筒部１５ｅの外周面と挿入壁１５ｄの内周面との間には、６つの羽根部１５ｆが周方向に等角度間隔にインシュレータ１５と一体に形成されている。各羽根部１５ｆは、インシュレータ１５（回転軸８）の軸方向に対して一方向に傾斜、具体的には、前記連結カバー部１５ｃ側から見て該羽根部１５ｆの上端から下端に向かうに連れて時計回り方向に次第にずれるように傾斜している。このようなインシュレータ１５は、その挿入壁１５ｄがコア１０の軸方向一方に設けられる挿入孔１８ｄに嵌挿され、該コア１０に対して軸方向一方から装着される。そして、モータ１が駆動されることにより、電機子７が回転してコア１０とともにインシュレータ１５が回転すると、羽根部１５ｆによって軸方向に沿った空気流が生じるようになっている。

インシュレータ１６もインシュレータ１５と同様にティースカバー部、連結壁、連結カバー部、挿入壁、固定筒部、及び６つの羽根部を備えている（図示略）。ただし、インシュレータ１６は、その挿入壁１５ｄがコア１０の軸方向他方に設けられる挿入孔１８ｄに嵌挿され、該コア１０に対して軸方向他方から装着される。また、インシュレータ１６の羽根部１５ｆは、インシュレータ１５の羽根部１５ｆとは軸方向に対する傾斜方向が逆となるように形成されている。つまり、インシュレータ１６をコア１０に装着させた場合に、該インシュレータ１６の羽根部１５ｆが前記インシュレータ１５の羽根部１５ｆの傾斜方向が等しくなるように構成されており、電機子７が回転した際に両インシュレータ１５，１６の羽根部１５ｆにより発生される風の流れの方向が一方向となるようになっている。

そして、このように構成されたインシュレータ１５，１６を用いた電機子７が例えば正転すると、各インシュレータ１５，１６に設けた羽根部１５ｆにより、図１の矢印にて示すような空気流が生じる。つまり、エンドフレーム３に設けた連通孔３ａからモータ１の外部の空気が吸入され、その空気の大部分は巻線９付近を通過してインシュレータ１６の羽根部１５ｆからコア１０の中心部（空孔１７ｇ）に到達し、さらにインシュレータ１５の羽根部１５ｆから再び巻線９付近を通過して、ヨーク２に設けた連通孔２ａからモータ１の外部へ排出される。尚、電機子７が逆転する場合は、この空気流とは逆方向の空気流が生じる。こうして、電機子７の回転とともにこのような空気流を生じさせることにより、モータ１において発熱が大きい部分である巻線９やコア１０を中心に冷却するようになっている。

上記したように、本実施形態によれば、以下の効果を有する。
（１）モータ１内部、特に発熱の大きい電機子７の冷却を行うための羽根部１５ｆは、合成樹脂製のインシュレータ１５，１６と一体形成されている。従って、冷却のための部品を別途必要とすることがないために、部品数及び組み付け工数の増加を抑えることができる。また、モータ１の冷却構造としては、ステー部１７ｄが螺旋状となるように積層させて羽根部のように形成されるものも考えられるが、コア１０の製造が難しくなる。しかし、本実施形態の羽根部１５ｆはインシュレータ１５，１６と一体形成されるため、その製造が容易である上、コア１０に組み付ける際にも、インシュレータ１５，１６をコア１０に装着すると同時に羽根部１５ｆもコア１０に組み付けられるため、容易に組み付けを行うことができる。

さらに、羽根部１５ｆも重量の少ない合成樹脂で形成されるため、羽根部１５ｆを備えたことによる重量増加を抑えることができるとともに、電機子７の電機子バランスへの影響も抑えることができる。

（２）コア１０には、空孔１７ｇと挿入孔１８ｄとから構成されるコア貫通孔が形成されている。そして、羽根部１５ｆは、コア貫通孔（空孔１７ｇ及び挿入孔１８ｄ）内に空気流を生じさせるべく、挿入孔１８ｄの内部に位置するようインシュレータ１５，１６と一体形成されている。従って、電機子７の回転によりコア１０（インシュレータ１５，１６）が回転されると、羽根部１５ｆが生じさせる空気流が空孔１７ｇ及び挿入孔１８ｄを通るために、軸方向に沿って大きな空気流が生じ、巻線９及びコア１０を効果的に冷却することができる。

（３）羽根部１５ｆは、コア１０に形成されたコア貫通孔を構成する挿入孔１８ｄに挿入されて収容される。従って、羽根部１５ｆを設けたことによる電機子７の軸方向への大型化を極力抑えることができる。

（４）モータ１（電機子７）が回転されると、インシュレータ１５，１６と一体形成される羽根部１５ｆは、一方向に空気の流れを形成する。そして、モータ１（電機子７）が逆回転されると、逆方向に空気の流れを形成する。よって、インシュレータ１５，１６の装着方向を変更することにより、回転に対する空気の流れを逆向きに変更することができる。

尚、本発明の実施形態は、以下のように変更してもよい。
○上記実施形態において、羽根部１５ｆが生じさせる空気流は、正転時に連通孔３ａからモータハウジング４の内部に吸入され、コア貫通孔（空孔１７ｇ及挿入孔１８ｄ）を通って連通孔２ａからモータハウジング４の外部に排気されるがこの限りでない。インシュレータ１５，１６とを入れ替えてコア１０に装着（又はインシュレータ１５，１６装着後のコア１０の向きを逆向きにして回転軸８に固定）し、逆転時に羽根部１５ｆが生じさせる空気流が、連通孔３ａからモータハウジング４の内部に吸入され、コア貫通孔を通って連通孔２ａからモータハウジング４の外部に排気されるようにしてもよい。

○上記実施形態では、コア１０の軸方向両端部に羽根部１５ｆが備えられる構成となっているが、コア１０のいずれか一方の軸方向端部に羽根部１５ｆが備えられる構成としてもよい。

○上記実施形態では、ティース１９は１６個であり、羽根部１５ｆの数は６つであるが、これに限らず適宜変更してもよい。
○上記実施形態では、複数枚のコアシート１７，１８を用いた積層型のコア１０を用いたが、これ以外のコア、例えば磁性粉体を成形（焼結）するコアを用いてもよい。

モータの正断面図。 （ａ）はステー部を備えたコアシートの正面図、（ｂ）はステー部を備えないコアシートの正面図。 インシュレータの正面図。 インシュレータの斜視図。 インシュレータ装着後のコアを示す図。

符号の説明

２ａ，３ａ…連通孔、４…モータハウジング、７…電機子、８…回転軸、９…巻線、１０…コア、１５，１６…絶縁部材としてのインシュレータ、１５ｆ…羽根部、１７…第２の部分を構成するコアシート、１７ｄ…固定部を構成するステー部、１７ｆ…固定部を構成する挿通部、１７ｇ…コア貫通孔を構成する第２の孔としての空孔、１８…第１の部分を構成するコアシート、１８ｄ…コア貫通孔を構成する第１の孔としての挿入孔。

Claims (2)

1. 巻線を巻回させるための複数のティースと、周方向に配設された各ティースの径方向内側端を連結する環状の連結部と、該連結部の内側に設けられてコアを回転軸に固定するための固定部とを備えたコアを有し、該コアにコアと巻線とを絶縁するための絶縁部材を装着した回転電機の電機子であって、
   前記絶縁部材は、前記電機子の回転時に前記回転電機内部の冷却を行うための空気流を生じさせる羽根部が一体形成され、
   前記コアは、軸方向において軸方向端部に位置する第１の部分と、該第１の部分と隣接する第２の部分とから構成されるとともに、前記連結部よりも径方向内側において軸方向に貫通するコア貫通孔が形成され、
   前記第１の部分は、前記ティースを構成する第１のティース部と、前記連結部を構成する第１の連結部とを備え、該第１の連結部の径方向内側が軸方向端部から該軸方向に沿って形成される第１の孔とされ、該第１の孔の内部に前記羽根部の少なくとも一部が収容配置されるよう構成され、
   前記第２の部分は、前記ティースを構成する第２のティース部と、前記連結部を構成する第２の連結部と、前記固定部とを備え、該固定部は、前記第２の連結部から径方向内側に向かって設けられるステー部と、前記回転軸が挿通されて固定される挿通部とから構成され、前記第２の部分には、前記連結部、前記ステー部、及び前記挿通部によって囲まれる第２の孔が形成され、該第２の孔は、前記第１の孔と連通して該第１の孔とともに前記コア貫通孔を構成することを特徴とする回転電機の電機子。
2. 請求項１に記載の前記回転電機の電機子と、所定部位に内外を連通する連通孔を有するモータハウジングとを備え、該モータハウジング内に前記電機子が収容されていることを特徴とする回転電機。

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