JP5751693B2 - エンジン冷却システム及びそのモータ - Google Patents
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Description
本発明は、エンジン冷却システムに係り、より詳細には、そのようなシステムのための電気モータに係る。本発明は、自動車のエンジンに特に適している。
内燃機関、特に、自動車のエンジンは、走行時に多量の熱を発生する。熱を放出して、エンジン部品の熱による損傷を防止する上で助けとなるように、エンジン冷却システムが使用される。エンジン冷却システムは、通常、冷却材タンク、冷却パイプ及びファンユニットを備えている。エンジン内の冷却チャンネルを通過する冷却材によって熱が吸収される。熱を吸収した後、冷却材は、冷却パイプを経て冷却材タンクへと循環する。冷却パイプは、ファンユニットにより冷却される。ファンユニットは、主に、モータ及びモータにより駆動されるファンブレードを含む。モータは、永久磁石固定子及び巻線型回転子を含む。
モータの巻線は、通常、銅線で巻かれる。というのは、銅線は、良好な導電率、良好な強度、及び受け容れられる化学的安定性を有するからである。銅線を巻くことにより形成された巻線を、以下、銅巻線と称する。銅線は、高い硬度を有し、そして回転子コアのようなラミネーションが、時々、アッセンブル中に銅巻線によって変形される。図６は、銅巻線が巻かれる回転子のコアを示す。巻き付けプロセス中に銅線により回転子の歯に対して生じる歪を示すために巻線が取り去られており、歯が長いときには変形が特に顕著である。特に、銅線により回転子の歯に加えられる力は、外側のラミネーションを曲げて、歯の中心の有効位置を歪ませ、整流角度、ひいては、モータの寿命及び効率に影響を及ぼすことになる。
更に、銅は、アルミニウムよりコストがかかる。過去の経済的に困難な時代には、アルミニウム線で巻線を形成することが知られていた。アルミニウム線で形成された巻線を、以下、アルミニウム巻線と称する。
しかしながら、アルミニウム巻線の使用は、多くの困難に遭遇する。通常銅で作られた整流子セグメントにアルミニウム線を半田付けすることは困難である。又、アルミニウム線の柔軟な性質のために、通常の溶接又は溶融技術でアルミニウム巻線を整流子フックに取り付けることも困難である。それ故、アルミニウム巻線は、ブラシレスＤＣモータにおいては、モータの回転子ではなく、モータの固定子の一部分として使用されている。これは、アルミニウム巻線の使用を制限する。
第２に、アルミニウムは、化学的アクティビティが強く、腐食や酸化を受け易い。アルミニウム線のリード線は、酸化し易く、高い抵抗率を招く。それ故、モータが動作されているときにリード線が非常に高温になり、モータの故障や、モータ部品への損傷を招くことがある。
更に、アルミニウムは、銅より抵抗率が高く、アルミニウム線は、銅線より抵抗が大きい。従って、同じ端子電圧のもとで、アルミニウム巻線の電流は、銅巻線の電流より小さくなる。それ故、アルミニウム巻線を使用するモータの性能が影響を受ける。換言すれば、アルミニウム巻線の電流を銅巻線の電流と等しくするためには、アルミニウム線の直径を増加する必要がある。これは、より多くのアルミニウム材料を使用し、モータのサイズを増大させる。
それ故、ほとんどのモータ、特に、自動車エンジン冷却用途に使用されるモータには、銅巻線が装備されている。自動車エンジン冷却システムの場合、時々、例えば、モータが低い周囲温度によって凍結されるか、又はそのファンブレードが障害物により閉塞されたときに、モータがストール状態となる。これらの状況では、モータが電源オンされたときに巻線の電流が著しく大きくなり、６０秒のような非常に短い時間に多量の熱を発生し、おそらく、モータを損傷させ、冷却システムの欠陥を招くことになる。
そこで、改良されたエンジン冷却システム及びそのためのモータが要望される。
従って、本発明は、その１つの態様において、ファンユニットと、冷却パイプと、エンジンの冷却チャンネルと、冷却材タンクとを備え、冷却材タンク、冷却パイプ及びエンジンの冷却チャンネルは、一緒に接続されて冷却回路を形成し、ファンユニットは、冷却パイプ及びその中の冷却材を冷却するように使用され、ファンユニットは、モータ及びモータにより駆動されるファンブレードを備え、モータは、固定子及び固定子に直面して回転可能に装着された回転子を備え、回転子は、シャフト、シャフトに取り付けられた整流子、整流子に隣接してシャフトに取り付けられた回転子コア、回転子コアの歯の周りに巻き付けられて整流子のセグメントに電気的に接続された巻線を備え、この巻線は、周囲面に電気絶縁フィルムを有するアルミニウムコア線から形成される、エンジン冷却システムを提供する。
好ましくは、各々のセグメントは、一端にフックを含み、このフックは、巻線のリード線に電気的に接続されるスズ被覆を有する。
好ましくは、フックの表面は、凹状であり、巻線のリード線を受け入れるための増加スペースを形成する。
好ましくは、巻線は、複数のコイルを含み、各コイルは、回転子コアの歯の周りに巻き付けられる。
好ましくは、巻線は、複数のコイルを含み、各コイルは、回転子コアの２つ以上の歯の周りに巻き付けられる。
好ましくは、電気絶縁フィルムは、２つの絶縁層を含む。
本発明は、第２の態様によれば、エンジン冷却システムに使用される電気モータにおいて、エンジン冷却システムは、エンジンを冷却するためにモータにより駆動されるファンブレードを備え、モータは、固定子及び固定子に直面して回転可能に装着された回転子を備え、回転子は、シャフト、シャフトに取り付けられた整流子、整流子に隣接してシャフトに取り付けられた回転子コア、回転子コアの歯の周りに巻き付けられて整流子のセグメントに電気的に接続された巻線を備え、この巻線は、その周囲面に電気絶縁フィルムを有するアルミニウムコア線から形成される、電気モータを提供する。
好ましくは、各々のセグメントは、一端にフックを含み、このフックは、巻線のリード線に電気的に接続されるスズ被覆を有する。
好ましくは、巻線の各リード線は、それに対応するフックに半田付けされる。
好ましくは、半田付けされたリード線及びフックは、保護フィルムによりカプセル化される。
好ましくは、電気絶縁フィルムは、２つの絶縁層を含む。
好ましくは、アルミニウムコア線は、銅クラッドのアルミニウム線である。
以下、添付図面を参照し、本発明の好ましい実施形態を一例として説明する。２つ以上の図に現れる同じ構造物、要素又は部品は、一般的に、それらが現れる全ての図において同じ参照番号で示す。図示されたコンポーネント及び特徴部の寸法は、一般的に、表現の便宜上及び明瞭化のために選択されたものであって、必ずしも正しいスケールで示されていない。
図１は、本発明の一実施形態によるエンジン冷却システムを示す。このシステムは、冷却材タンク１１、冷却パイプ１３、及びファンユニット１４を備えている。冷却材タンク１１には、水のような冷却材が充填される。冷却材タンク１１から流れ出す冷却材は、エンジン１２の冷却チャンネルへ入り、エンジン１２により発生された熱を吸収し、次いで、冷却パイプ１３を経て冷却材タンク１１へ戻り、冷却サイクルを形成する。ファンユニット１４は、冷却パイプ１３及びその冷却材の熱を消散するのに使用される。一般的に、冷却材タンク及び冷却パイプは、ラジエータとして一緒に形成される。
ファンユニット１４は、モータ、及びモータにより駆動されるファンブレードを含む。図２を参照すれば、モータは、固定子１９、及びこの固定子１９に直面して回転可能に装着された回転子２０を備えている。固定子１９は、ハウジング、及びハウジング内に受け入れられる磁石を含む。図３を参照すれば、回転子２０は、シャフト２１、このシャフトに取り付けられた整流子２２、この整流子の一端に隣接してシャフトに固定された回転子コア２３、及びこの回転子コア２３の歯２５の周りに巻かれて整流子２２へ電気的に接続された巻線２４を備えている。巻線２４は、周囲面に電気絶縁フィルムを有するアルミニウムコア線を使用して巻かれる。例えば、アルミニウムコア線は、エナメル絶縁のアルミニウム線、銅クラッドのアルミニウム線、等である。巻線２４の各端子部分又はリード線は、整流子２２の対応セグメント２７に接続される。絶縁破壊に対して良好な保護を与えるために、電気絶縁フィルムは、１つ又は２つの絶縁層を有することができる。図３において、リード線は、図面を見易くするために整流子に接続されて示されていないが、リード線は、整流子のフックに接続されることを理解されたい。リード線を整流子のフックに接合する好ましい方法として半田付けを取り上げたが、リード線を把持するためにフックを曲げたときにフック及びリード線を加熱するホットステーキング、融着又は溶接の通常プロセスも好ましい。
図４を参照すれば、整流子２２は、プラスチック材料又は他の絶縁材料で形成されたシリンダーベース２６と、このシリンダーベースの周囲面に分散された複数のセグメント２７とを含む。これらセグメントは、主として、銅で作られる。各セグメントは、一端にフック２８を含む。フック２８は、巻線への良好な電気的接続を得るためにスズ被覆を有するのが好ましい。スズ被覆では、アルミニウムコア線のリード線をフック２８に容易に半田付けして、信頼性のある電気的接続を形成することができる。
更に、半田付けの後、アルミニウムコア線のリード線が酸素及び／又は水分で腐食するのを防止するため、半田付けされたリード線及びフックを保護フィルムでカプセル化するのが好ましい。例えば、保護フィルムは、絶縁樹脂で形成することができる。
図４に戻ると、フック２８の表面は、対応セグメントの接触面に対して凹状であり、従って、リード線（１つ又は複数）を受け入れるための増加スペースを形成する。
第１の実施形態では、巻線２４は、１つの歯２５の周りに各々巻かれた複数のコイルを含む。別の実施形態では、各コイルは、２つ以上の歯の周りに巻き付けられる。図５は、巻線２４の各コイルが２つ以上の回転子歯２５に及ぶような第２の実施形態に基づく回転子コアの斜視図である。
本発明の実施形態では、好ましくはエンジン冷却システムに使用されてファンブレードを駆動するモータ、特に、ＰＭＤＣモータの巻線を形成するのに、アルミニウムコア線が使用される。アルミニウムコア線は、銅線よりも低廉であり、コストを低くする。他方、アルミニウムコア線は、銅線より抵抗が大きい。同じ端子電圧に対して、アルミニウム巻線の電流は、銅巻線より小さくなる。それ故、ストール状態のときに、アルミニウム巻線が装備されたモータは、銅巻線が装備されたモータほど容易に焼損しない。
更に、アルミニウムコア線は、銅線よりも硬度が低い。それ故、回転子の歯は、アルミニウムコア線を使用するときは、巻線を巻く間に容易に変形しない。
本発明の説明及び特許請求の範囲において、動詞「備える(comprise)」、「含む(include)」、「収容する(contain)」及び「有する(have)」並びにその変化は、各々、ここに述べたアイテムの存在を特定するために包括的な意味で使用され、付加的なアイテムの存在を除外するものではない。
本発明は、１つ以上の好ましい実施形態を参照して説明したが、当業者であれば、種々の変更がなされ得ることが明らかであろう。それ故、本発明の範囲は、特許請求の範囲によって決定されるものとする。
１１：冷却材タンク
１２：エンジン
１３：冷却パイプ
１４：ファンユニット
１９：固定子
２０：回転子
２１：シャフト
２２：整流子
２３：回転子コア
２４：巻線
２５：歯
２６：シリンダーベース
２７：整流子のセグメント
２８：フック
１２：エンジン
１３：冷却パイプ
１４：ファンユニット
１９：固定子
２０：回転子
２１：シャフト
２２：整流子
２３：回転子コア
２４：巻線
２５：歯
２６：シリンダーベース
２７：整流子のセグメント
２８：フック
Claims (11)
- ファンユニットと、冷却パイプと、エンジンの冷却チャンネルと、冷却材タンクとを備え、冷却材タンク、冷却パイプ及びエンジンの冷却チャンネルは、一緒に接続されて冷却回路を形成し、ファンユニットは、冷却パイプ及びその中の冷却材を冷却するように使用され、ファンユニットは、モータ及びモータにより駆動されるファンブレードを備え、モータは、固定子、及び固定子に直面して回転可能に装着された回転子を備え、回転子は、シャフト、シャフトに取り付けられた整流子、整流子に隣接してシャフトに取り付けられた回転子コア、回転子コアの歯の周りに巻き付けられて整流子のセグメントに電気的に接続された巻線を備え、この巻線は、その周囲面に電気絶縁フィルムを有するアルミニウムコア線から形成され、各々のセグメントは、一端にフックを含み、そのフックに巻線のリード線が半田付けされ、各フックは、リード線とフックとの半田付け後にリード線及びフックをカプセル化する保護フィルムを有し、それにより、アルミニウムコア線のリード線が酸素及び／又は水分で腐食するのを防止する、エンジン冷却システム。
- 各フックは、リード線をフックに容易に半田付けして、信頼性のある電気的接続を形成することができるスズ被覆を有する、請求項１に記載のシステム。
- フックの表面は、凹状であり、巻線のリード線を受け入れるための増加スペースを形成する、請求項１又は２に記載のシステム。
- 巻線は、複数のコイルを含み、各コイルは、回転子コアの歯の周りに巻き付けられる、請求項１、２又は３に記載のシステム。
- 巻線は、複数のコイルを含み、各コイルは、回転子コアの２つ以上の歯の周りに巻き付けられる、請求項１、２又は３に記載のシステム。
- 電気絶縁フィルムは２つの絶縁層を含む、請求項１、２、３、４又は５に記載のシステム。
- エンジン冷却システムに使用するモータにおいて、エンジン冷却システムは、エンジンを冷却するためにモータにより駆動されるファンブレードを備え、モータは、固定子及び固定子に直面して回転可能に装着された回転子を備え、回転子は、シャフト、シャフトに取り付けられた整流子、整流子に隣接してシャフトに取り付けられた回転子コア、回転子コアの歯の周りに巻き付けられて整流子のセグメントに電気的に接続された巻線を備え、この巻線は、その周囲面に電気絶縁フィルムを有するアルミニウムコア線から形成され、各々のセグメントは、一端にフックを含み、そのフックに巻線のリード線が半田付けされ、各フックは、リード線とフックとの半田付け後にリード線及びフックをカプセル化する保護フィルムを有し、それにより、アルミニウムコア線のリード線が酸素及び／又は水分で腐食するのを防止する、モータ。
- 各フックは、対応するセグメントに隣接する位置において、対応するセグメントの接触面に対して整流子の半径方向に沿って内方に凹状であり、それにより、巻線のリード線を受け入れるための増加スペースを形成する、請求項７に記載のモータ。
- 各フックは、リード線をフックに容易に半田付けして、信頼性のある電気的接続を形成することができるスズ被覆を有する、請求項７又は８に記載のモータ。
- 電気絶縁フィルムは２つの絶縁層を含む、請求項７、８又は９に記載のモータ。
- アルミニウムコア線は、銅クラッドのアルミニウム線である、請求項７、８、９又は１０に記載のモータ。
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