JP4275482B2 - モータ - Google Patents

Description

本発明は、ステータコアとステータ巻線との間に絶縁ボビンを介装したモータに関するものである。

従来、モータの通電時に発生する熱を放熱するために、冷却機構を備えたモータが提案されている。例えば、モータのロータにファンを装着して、該ファンをロータと一体的に回転させることで、モータ内の空気を前記ファンにより撹拌してモータのステータやロータを冷却する技術が提案されている（特許文献１参照）。

また、ロータの端部にフィンを設けて、冷却通路に空気を案内するガイドプレートを備えるモータについての技術も提案されている（特許文献２参照）。
更に、他の技術として、ステータに冷却空気を流通させる穴を形成して、ステータを冷却するものがある。また、モータを密閉構造に形成してその内部に冷却液を適量充填しておき、ロータにより冷却液を撹拌させることで、冷却液を飛散させてステータに巻回された固定子巻線を冷却する技術も提案されている。
特開平１０−３３６９６１号公報 特開平１０−３４１５５６号公報

ところで、モータを冷却するに際しては、通電時に発熱する固定子巻線や、該固定子巻線が装着されるステータコアの冷却が特に重要となる。しかしながら、従来の技術においては、図８に示すように、冷却風や冷却液等の冷却媒体３４により固定子巻線３３から絶縁部材３２を介してステータコア３１を冷却する。このため、絶縁部材３２の熱伝導性が十分に高くないと、ステータコア３１の熱３５を外部に十分放出できず、冷却効果が低いという問題がある。

また、従来の技術においては、固定子巻線３３の外側は冷却媒体３４により冷却されるものの、固定子巻線３３の内側には冷却媒体３４が接触しないため、固定子巻線３３の内側の熱３６を外部に十分に放出できず、その分固定子巻線３３の寿命が短くなってしまうという問題がある。
従って本発明は、ステータコアやこれに巻回されるステータ巻線の冷却効果を高めることができ、ステータ巻線の寿命を長期化することができるモータを提供することを目的とする。

請求項１に係る発明は、フィン（例えば、実施の形態におけるフィン１４）を設けたロータ（例えば、実施の形態におけるロータ１３）と、該ロータに対向配置されるステータを備えたモータにおいて、ステータコア（例えば、実施の形態におけるステータコア１）と該ステータコアに巻回されるステータ巻線（例えば、実施の形態における固定子巻線５）との間に介装されてこれらを絶縁する絶縁ボビン（例えば、実施の形態における絶縁ボビン６）に、径方向の内周側から外周側に連通する複数の冷却通路（例えば、実施の形態における冷却溝１５）と、ステータ内周側でステータの軸方向及び周方向に延出する内側延出部（例えば、実施の形態におけるティース側延出部９）および、ステータ外周側でステータの軸方向及び周方向に延出する延出する外周側延出部（例えば、実施の形態におけるヨーク側延出部１０）とを形成し、前記内周側延出部には前記冷却通路の吸込口（例えば、実施の形態における吸込口１７）を形成し、前記外周側延出部には前記冷却通路の排出口（例えば、実施の形態における排出口１８）を形成し、前記絶縁ボビンの軸方向側面に、前記冷却通路を開口形成（例えば、実施の形態における開口部１６）したことを特徴とする。

この発明によれば、前記ロータが回転駆動されると、前記フィンにより前記ロータから前記ステータに向かう冷却風を発生させることができ、該冷却風を前記絶縁ボビンの冷却通路を介して径方向の内周側から外周側に送通させることができる。従って、前記冷却風により、放熱の困難な前記ステータコアや前記ステータ巻線の内周側を冷却することができるので、ステータ巻線やステータコアの冷却効果を高めることができ、ステータ巻線の寿命を長期化することができる。
また、前記絶縁ボビンの材質を必ずしも放熱性の高い材料を用いる必要が無いので、その分コスト負担を低減することができ、材料の選択自由度を大きくすることができる。
また、前記ロータの回転に伴って冷却風を発生できるので、冷却装置を特別に設ける必要がなく、この点でもコストを低くすることができる。

さらに、前記冷却通路の吸込口や排出口を、それぞれ軸方向内周側および外周側に延出する外周側延出部や内周側延出部に形成することで、前記吸込口や前記排出口を前記冷却通路に対して拡げて形成することができる。これにより、前記冷却風をより多量に前記冷却通路に導入することができるので、前記ステータコアや前記ステータ巻線に対する冷却効果を高めることができる。また、前記拡げて形成された吸込口に相通する冷却風は、前記冷却通路を通る際の流速が速まるため、上述の冷却効果をさらに高めることも可能となる。

また、前記冷却通路を通る冷却風が前記絶縁ボビンの開口形成された部位を介してステータ巻線やステータコアを直接冷却することができるため、ステータコアや前記ステータ巻線の冷却効果をさらに高めることができる。
請求項２に係る発明は、請求項１に記載の発明において、前記吸込口の開口面積を冷却溝の断面積よりも大きく形成したことを特徴とする。

請求項１に記載した発明によれば、ステータ巻線やステータコアの冷却効果を高めることができるので、ステータ巻線の寿命を長期化することやモータの性能を向上させることができる。
さらに、前記冷却風をより多量に前記冷却通路に導入することができるので、前記ステータコアや前記ステータ巻線に対する冷却効果を高めることができる。
また、ステータ巻線やステータコアを直接冷却することができるため、ステータコアや前記ステータ巻線の冷却効果をさらに高めることができる。

以下、本発明の実施の形態におけるステータを図面と共に説明する。図１は本発明の実施の形態におけるモータのステータコアの平面図である。同図に示したように、ステータコア１は、ステータ片２を周方向に複数配列することにより、円環状に構成されている。各ステータ片２には、ステータコア１の半径方向内方に向けて突出する複数の磁極ティース３Ａと、ステータコア１の周方向に延出するヨーク部３Ｂとを形成され、この磁極ティース３Ａには固定子巻線（コイル）５が巻装される。

また、磁極ティース３Ａの内周側の端部に周方向外側に突出する係止部４が設けられ、後述する固定子巻線５が径方向内方へ抜け落ちることを防止している。前記ステータ片２は、珪素鋼板等の方向性を有する電磁鋼板が積層されてなり、例えば磁極ティース３Ａは磁化容易方向がステータコア１の径方向に設定され、ヨーク部３Ｂは磁化容易方向がステータコア１の周方向に設定されている。
また、前記円環状に配列された磁極ティース３Ａの側面には、筒状の絶縁ボビン６が装着される。本実施形態では、絶縁ボビン６として２つの絶縁ピース片７，７を組み合わせて筒状に構成している。

絶縁ピース片７は、磁極ティース３Ａ側面を覆う断面略コ字状の本体部８と、該本体部８の両端からステータの内周側と外周側の軸方向にそれぞれ張り出したティース側延出部９とヨーク側延出部１０とを備えている。ティース側延出部９は磁極ティース３Ａの係止部４に沿って延出する部位であり、ヨーク側延出部１０はヨーク部３Ｂの内周面に沿って延出する部位である。

このように形成した一対の絶縁ピース片７、７が、円環状に配列した磁極ティース３Ａに装着されている。具体的には、磁極ティース３Ａの側面は絶縁ピース片７の本体部８に、ヨーク部３Ｂの内周面は絶縁ピース片７のヨーク側延出部１０に、磁極ティース３Ａの係止部４は絶縁ピース片７のティース側延出部９に、それぞれ覆われる。

また、図２に示すように、前記絶縁ピース片７には、径方向Ｒの内周側から外周側に連通する複数の冷却溝１５が形成されている。この冷却溝１５を介して、ロータ１３内の空気をステータコア１の外部に送り出すことが可能となる。また、冷却溝１５は、同図に示すように、その軸方向側面に開口された開口部１６が形成されている。

そして、前記絶縁ボビン６は、前記ティース側延出部９に前記冷却溝１５の吸込口１７が形成されるとともに、前記ヨーク側延出部１０に前記冷却溝１５の排出口１８が形成されている。上述のように、ティース側延出部９やヨーク側延出部１０は本体部８に比べて周方向に延出しているので、ティース側延出部９に形成される吸込口１７やヨーク側延出部１０に形成される排出口１８は、本体部８に形成される冷却溝１５に対して拡げて形成することができる。

そして、この状態で各磁極ティース３Ａの側面には、銅などの導電性線材からなる固定子巻線５が集中巻で巻装される。絶縁ボビン６の本体部８、ティース側延出部９、ヨーク側延出部１０により、固定子巻線５と磁極ティース３Ａ側面、係止部４、ヨーク部３Ｂ内周面とが絶縁される。

一方、ステータコア１の内周側には、図３に示すように、その径方向に対向する位置にロータ１３が設けられている。そして、同図に示すように、ロータ１３の端面には、略円環状のフィン１４がロータ１３と一体的に装着されている。これにより、前記ロータ１３が回転駆動されると、前記フィン１４もロータ１３と一体的に回転してロータ１３内の空気を撹拌し、冷却風１９を発生させることができる。

上述のように構成したモータの冷却工程について図４〜図７を用いて説明する。図４、図５はステータ片２の径方向内側から視た冷却風１９の流れを示す説明図である。図６、図７はステータ片２の径方向外側から視た冷却風１９の流れを示す説明図である。なお、これらの図においては、ステータを構成するステータ片２の一つを例にとって示しているが、他のステータ片においても冷却風１９の流れは同様である。

まず、ロータ１３のフィン１４の回転により発生した冷却風１９が、図４に示すように、吸込口１７から冷却溝１５に供給される。ここで、吸込口１７の開口面積を冷却溝１５の断面積よりも大きく形成することで、前記冷却風１９をより多量に前記冷却溝１５に導入することができる。また、冷却風１９が冷却溝１５を通る際の流速を速めることができる。

そして、図５に示すように、冷却溝１５を通る冷却風１９によって、固定子巻線５やステータ片２を内周側から冷却していく。上述のように、前記冷却溝１５は絶縁ボビン６の軸方向側面に開口形成された開口部１６を有しているので、前記冷却溝１５を通る冷却風１９が開口部１６を介して固定子巻線５やステータコア１を直接冷却することができ、ステータコア１や固定子巻線５の冷却効果をさらに高めることができる。

そして、図６、図７に示すように、冷却溝１５を通過した冷却風１９は、ヨーク側延出部１０に形成された排出口１８から、ステータコア１の外部に排出される。
なお、図６では、冷却風１９の流れを明確にするために、ステータ片２の図示を省略している。

このように、放熱の困難なステータコア１や固定子巻線５の内周側を冷却することができるので、固定子巻線５やステータコア１の冷却効果を高めることができ、固定子巻線５の寿命を長期化することができる。また、前記絶縁ボビン６の材質を必ずしも放熱性の高い材料を用いる必要が無いので、その分コスト負担を低減することができ、材料の選択自由度を大きくすることができる。

本発明の第１の実施の形態におけるモータのステータの平面図である。 ステータの磁極ティースに装着される絶縁ピース片の斜視図である。 モータの冷却構造を示す要部説明図である。 ステータ片の径方向内側から視た冷却風の流れを示す説明図である。 ステータ片の径方向内側から視た冷却風の流れを示す説明図である。 ステータ片の径方向外側から視た冷却風の流れを示す説明図である。 ステータ片の径方向外側から視た冷却風の流れを示す説明図である。 従来における巻線の熱伝導の様子とステータ片の径方向内側から視た冷却風の流れを示す説明図である。

符号の説明

１ ステータコア
２ ステータ片
３Ａ 磁極ティース
３Ｂ ヨーク部
５ 固定子巻線
６ 絶縁ボビン
９ ティース側延出部
１０ ヨーク側延出部
１３ ロータ
１４ フィン
１５ 冷却溝
１６ 開口部
１７ 吸込口
１８ 排出口

Claims (2)

1. フィンを設けたロータと、該ロータに対向配置されるステータを備えたモータにおいて、
   ステータコアと該ステータコアに巻回されるステータ巻線との間に介装されてこれらを絶縁する絶縁ボビンに、径方向の内周側から外周側に連通する複数の冷却通路と、ステータ内周側でステータの軸方向及び周方向に延出する内側延出部および、ステータ外周側でステータの軸方向及び周方向に延出する外周側延出部とを形成し、
   前記内周側延出部には前記冷却通路の吸込口を形成し、前記外周側延出部には前記冷却通路の排出口を形成し、
   前記絶縁ボビンの軸方向側面に、前記冷却通路を開口形成したことを特徴とするモータ。
2. 前記吸込口の開口面積を冷却溝の断面積よりも大きく形成したことを特徴とする請求項１に記載のモータ。

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