JP6182971B2 - 電動機の製造方法 - Google Patents
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Description
本発明はステータのコイルエンドが伝熱性及び電気絶縁性を備えた合成樹脂製の充填材で覆われる所謂樹脂モールド式の電動機の製造方法に関するものである。
電動機は、図５に示すように電動機シャフト１を中心として回転するロータ２と、このロータ２の外周に配置されたステータ３が、電動機軸方向の片面が開口した箱状のハウジング４に収容され、このハウジング４の開口した片面にエンドカバー５が装着されて構成される。
ここでは、ショベルの旋回電動機のように電動機シャフト１が鉛直となる縦置き姿勢で設置される電動機であって、ハウジング４の上面側が開口し、この上面開口部にエンドカバー５が装着された電動機を例にとっている。
以下、これを前提として、図５，６に示す従来技術、及び後述する本発明の実施形態において、電動機軸方向(電動機シャフト１の軸方向)を上下方向として説明する。また、図の上側、下側をそのまま電動機の「上」「下」として表記する。
さらに、この明細書において、「電動機」とは、電動機と同一原理の発電機及び発電電動機を含むものとする。
エンドカバー５は、ハウジング４の上端面に図示しないボルトによって取付けられ、電動機シャフト１の上部がこのエンドカバー５に、下部がハウジング４の下部にそれぞれ軸受６，７を介して回転自在に支持される。
ステータ３は、電磁鋼板を積層して成るステータコア８と、このステータコア８に上下方向に巻装されたステータコイル９とによって構成される。
ステータコイル９は、上下両側の折り返し部分であるコイルエンド９ａがステータコア８の上下両端面から突出する状態で巻装される。
樹脂モールド式の電動機においては、このコイル巻装後、ステータ３がハウジング４内に挿入され、上型から充填材(電気絶縁性と伝熱性を備えた不飽和ポリエステル等の合成樹脂材料)１０が注入・充填される。
これにより、ステータ３全体がハウジング４内に充填材１０で封止固定され、ステータ３からハウジング４及びエンドカバー５への伝熱性(放熱性)が高められる。
なお、ハウジング４には、水等の冷媒が通される冷却通路１１が外周側に設けられ、この冷却通路１１によってハウジング４が冷却される。冷却通路１１は、図示しないポンプによって冷媒がタンク経由で循環する循環流路として構成されている。
このような樹脂モールド式電動機において、図６に示すようにコイルエンド９ａにコイルエンドカバー１２を、互いの間に伝熱性を備えた樹脂層１３が形成される状態で装着したものが公知である(特許文献１参照)。
この公知技術においては、銅やアルミニウム製のリング状の薄いシート材をコイルエンド９ａに被せ、コイルエンド９ａの外形に沿うように断面Ｕ字形に折り曲げてコイルエンドカバー１２を形成している。
また、樹脂層１３は、予めシート材の片面に溶融樹脂材を０．２ｍｍ〜０．３ｍｍの厚みで塗布し、固化させることによってカバー内面に形成している。
なお、公知技術においては、コイルエンドカバー１２とエンドカバー５の間にさらに波型のスペースを装着しているが、本発明とは直接関係がないためここでは図示及び細かな説明を省略する。
このように、コイルエンド９ａにコイルエンドカバー１２を装着することにより、上下両側それぞれのコイルエンド群について、ステータ輸送時の振動による変形や位置ずれを抑えることができるとともに、ステータ３をハウジング４内に組み込むときのハウジング４との干渉を防止することができる。
上記のようにコイルエンド９ａにコイルエンドカバー１２を装着する構成をとる場合、両者間に空気の隙間(空隙)が生じると、この部分で伝熱抵抗が大きくなるため伝熱性が低下する。すなわち、コイルエンド群からハウジング４またはエンドカバー５への均等かつ高い放熱作用を確保できなくなる。
ここで、公知技術によると、シート材の片面に樹脂材を薄膜状に塗布しておくことによって樹脂層１３を形成するため、樹脂材の塗布ムラや、コイルエンド９ａへの装着時の樹脂層１３の剥離が不可避となる。
また、コイルエンド寸法は、製作過程での個々のばらつきが大きいため、樹脂層１３そのものを均一厚みに形成でき、かつ、剥離が無かったとしても、とくにコイルエンド寸法が小さい部分で樹脂層１３とコイルエンド９ａとの間に空隙(伝熱性が低い部分)が生じる可能性がある。
これらの点により、公知技術によると、樹脂層１３による均等な伝熱性の確保は実際には困難となり、部分的に伝熱性が低下してコイルエンド９ａからハウジング４またはエンドカバー５に対する放熱性が低くなるおそれがあった。
なお、上記空隙の防止策として、コイル巻装段階でコイルエンド寸法を厳密に管理すること、シート材への樹脂材の塗布精度を高めること、コイルエンドカバー装着段階で樹脂層１３の剥離防止を講じることが考えられるが、これでは生産性が著しく低下するため現実的でない。
そこで本発明は、高い生産性を維持しながら、コイルエンドからの均等かつ高い放熱性を確保することができる電動機を製造するための方法を提供するものである。
上記課題を解決する手段として、本発明においては、電動機シャフトを中心として回転するロータと、このロータの外周に配置されたステータと、当該ステータを収容するハウジングと、を備え、上記ステータは、ステータコアとステータコイルから成り、上記ステータコイルは、上記電動機シャフトの軸方向両側の折り返し部分であるコイルエンドが上記ステータコアの両端から軸方向に突出する状態でステータコアに巻装されている電動機を製造するための方法が提供される。当該方法は、上記ステータの上記両側コイルエンドに伝熱性を備えたコイルエンドカバーを装着する装着工程と、上記ハウジング内に上記ステータ及び上記コイルエンドカバーを組み込む組込み工程と、伝熱性及び電気絶縁性を備えた合成樹脂材料から成る充填材を当該充填材が上記コイルエンドを覆う状態で上記ハウジング内に注入してステータをハウジング内に封止する注入工程と、を含む。上記装着工程では、上記コイルエンドカバーが上記コイルエンドの表面を覆い、かつ、当該コイルエンドカバーと当該コイルエンドの表面との間に充填材が流通し得る隙間が形成される状態で、当該コイルエンドカバーが装着される。当該装着工程では、上記コイルエンドカバーとして、充填材通路を有していて当該充填材通路を通じて上記充填材が上記隙間に充填されることを可能にするものが、用いられる。上記注入工程では、上記充填材が上記充填材通路を通して上記隙間に充填されることによって当該隙間に樹脂層が形成される。
この方法によれば、充填材を注入する封止工程でコイルエンドカバーがコイルエンドごと充填材で覆われると同時に、この充填材が充填材通路からコイルエンドカバー内に導入されてコイルエンドとコイルエンドカバーの間（隙間）に充填される。
すなわち、コイルエンドとコイルエンドカバーの間に充填材が入り込む隙間さえあれば、すべてのコイルエンドについて、コイルエンドカバーとの間に樹脂層を確実に形成すること、いいかえれば空隙の発生を確実に防止することができる。
しかも、充填材が流通し得る隙間が確保されるようにコイルエンドカバー寸法を設定しさえすれば、多少の隙間の大小(コイルエンド寸法の多少のばらつき)に関係なく確実に樹脂層を形成できるため、コイルエンド寸法等の厳密な管理が不要となるとともに、公知技術のように樹脂層を塗布形成する別工程が不要となる。このため、高い生産性を維持することができる。
本発明において、上記コイルエンドカバーを、伝熱性及び電気絶縁性を備えた合成樹脂材によって形成するのが望ましい。
こうすれば、コイルエンドカバーを金属(導電体)で形成した公知技術のような、コイルエンドとコイルエンドカバーの間の電気絶縁性の問題(絶縁破壊等)がなくなる。
上記装着工程では、上記コイルエンドカバーとして、端面壁と両側壁から成る断面Ｕ字形のリング状に形成されたものが用いられ、当該エンドコイルカバーが上記ステータの電動機軸方向両側においてそれぞれコイルエンド群を一括して覆う状態で装着されるのが望ましい。
この方法によれば、両側コイルエンド群に対するコイルエンドカバーの装着が容易となり、組立性が良いとともに、コイルエンド個々の変形や位置ずれを防止する点の効果がさらに高くなる。
この方法では、上記充填材通路が、上記コイルエンドカバーの端面壁及び側壁の少なくとも一方に設けられた貫通穴であるのが望ましい。
このようにコイルエンドカバーそのものに充填材通路を形成することにより、たとえばコイルエンドカバーの両側壁端とステータコアとの間に全周に亘るリング状の隙間を残して充填材通路とする場合と比較して、充填材がコイルエンドとコイルエンドカバーの間全域に満遍なく行き渡り易くなり、充填ムラによる空隙が発生しにくい。
本発明によると、高い生産性を維持しながら、コイルエンドからの均等かつ高い放熱性を確保することができる。
本発明の実施形態を図１〜図４によって説明する。
実施形態は、背景技術の説明に合わせて、ショベルの旋回電動機のように電動機シャフトが鉛直となる縦置き姿勢で設置される樹脂モールド式の電動機を適用対象としている。
実施形態に係る電動機において、次の点は図５，６に示す従来技術と同じである。
(Ａ) 電動機シャフト２１を中心として回転するロータ２２と、このロータ２２の外周に配置されたステータ２３が、上面が開口した箱状のハウジング２４に収容され、このハウジング２４の上面にエンドカバー２５が装着されて構成される点。
(Ｂ) エンドカバー２５は、ハウジング２４の上端面に図示しないボルトによって取付けられ、電動機シャフト２１の上部がこのエンドカバー２５に、下部がハウジング２４の下部にそれぞれ軸受２６，２７を介して回転自在に支持される点。
(Ｃ) ステータ２３は、電磁鋼板を積層して成るステータコア２８と、このステータコア２８に上下方向に巻装されたステータコイル２９とによって構成される点。
(Ｄ) ステータコイル２９は、上下両側の折り返し部分であるコイルエンド２９ａがステータコア２８の上下両端面から電動機軸方向に突出する状態で巻装される点。
(Ｅ) コイル巻装後の封止工程において、ステータ２３がハウジング２４内に挿入され、上型から充填材(電気絶縁性と伝熱性を備えた不飽和ポリエステル等の合成樹脂材料)３０が注入・充填されることより、コイルエンド群を含めたステータ２３全体が充填材３０でハウジング２４内に封止固定され、ステータ２３からハウジング２４及びエンドカバー２５への伝熱性(放熱性)が高められる点。
(Ｆ) ハウジング２４の外周側部分に、水等の冷媒を循環させてハウジング２４を冷却する冷却通路３１が設けられる点。
この電動機においても、図６に示す公知技術と同様に、上下両側のコイルエンド群にコイルエンドカバー３２が、各コイルエンド表面を覆う状態で装着されている。
コイルエンドカバー３２は、電気絶縁性と伝熱性を備えた合成樹脂により、端面壁３２ａと左右両側壁３２ｂ，３２ｂとから成る断面Ｕ字形であって、一定の剛性と弾性を備えたリング状の枠として形成され、上下両側それぞれのコイルエンド群を一括して覆う状態で装着されている。
詳しくは、コイルエンドカバー３２は、図示のように装着状態で両側壁３２ｂ，３２ｂの先端がステータコア２８の電動機軸方向端面に当接し、かつ、この状態で端面壁３２ａ及び両側壁３２ｂ，３２ｂとコイルエンド２９ａとの間に、封止工程で充填材３０が流通するのに十分な隙間ｃが形成されるように断面サイズが設定され、封止工程に先立って両側コイルエンド群に装着される。
このコイルエンドカバー３２には、円周方向の複数個所(各コイルエンド２９ａに対応する位置)において、端面壁３２ａ及び両側壁３２ｂ，３２ｂのほぼ中央部に厚み方向に貫通する貫通穴３３が設けられている。
この貫通穴３３は、封止工程においてハウジング２４内に注入される充填材３０が通過するのに十分な直径寸法を持った丸穴(角穴でもよい)として設けられている。
いいかえれば、コイルエンドカバー３２をコイルエンド群に装着した状態で、貫通穴３３によって充填材通路が形成される。
なお、貫通穴３３は、一つのコイルエンド２９ａに対して各壁一つずつの割合で設けてもよいし複数ずつの割合で設けてもよい。
図２は封止工程のはじめの段階として、コイルエンド群にコイルエンドカバー３２を装着した状態でステータ２３をハウジング２４内に組み込む状況を示す。
このとき、上下両側のコイルエンド群は、コイルエンドカバー３２の保形作用によって真っ直ぐステータコア端面から電動機軸方向に突出する状態に保持されるため、コイルエンド２９ａがハウジング２４と干渉して損傷したりハウジング２４との間に挟まれたりするおそれがない。
このステータ組み込み後、ハウジング上方にセットされた図示しない上型から充填材３０がハウジング２４内に注入・充填される。
これにより、図１に示すようにコイルエンド群及びコイルエンドカバー３２を含めたステータ２３全体が充填材３０でハウジング２４内に封止固定され、ステータ２３からハウジング２４、及び封止工程後に装着されたエンドカバー２５への伝熱性(放熱性)が高められる。
図３は封止工程での充填材３０の充填状況を示し、充填材３０がコイルエンド２９ａをコイルエンドカバー３２ごと覆うとともに、図中矢印で示すように貫通穴３３を通ってコイルエンドカバー３２内に流入し、コイルエンド２９ａとコイルエンドカバー３２の間の隙間ｃにも充填される。
すなわち、貫通穴３３が充填材通路となり、同通路を通じて隙間ｃに充填材３０が充填される。
こうして、隙間ｃが充填材３０が埋められて樹脂層３０´が形成され、コイルエンド２９ａからの熱がこの樹脂層３０´、コイルエンドカバー３２、充填材３０、ハウジング２４またはエンドカバー２５の経路によって外部に放散され、あるいは冷却通路３１に伝達・吸収される。
この構成によれば、すべてのコイルエンド２９ａについて、コイルエンドカバー３２との間に良伝熱層としての樹脂層３０´を確実に形成することができる。いいかえれば、伝熱抵抗の大きい空隙の発生を確実に防止することができる。
このため、コイルエンド２９ａからハウジング２４及びエンドカバー２５、または冷却通路３１への放熱性を確実に高めることができる。
しかも、充填材３０が流通し得る隙間ｃが確保されるようにコイルエンドカバー３２の寸法を設定しさえすれば、多少の隙間ｃの大小(コイルエンド寸法の多少のばらつき)に関係なく樹脂層３０´を確保できるため、コイルエンド寸法等の厳密な管理が不要となるとともに、公知技術のように樹脂層を塗布形成する別工程が不要となる。このため、高い生産性を維持することができる。
また、コイルエンドカバー３２を、伝熱性及び電気絶縁性を備えた合成樹脂材によって形成しているため、図６に示す、コイルエンドカバー１２を金属(導電体)で形成した公知技術のような、コイルエンド９ａとコイルエンドカバー１２の間の電気絶縁性の問題(絶縁破壊等)がなくなる。
さらに、コイルエンドカバー３２を、端面壁３２ａと両側壁３２ｂ，３２ｂから成る断面Ｕ字形のリング状に形成し、ステータ２３の上下両側においてそれぞれコイルエンド群を一括して覆う状態で装着しているため、両側コイルエンド群に対するコイルエンドカバー３２の装着が容易となり、組立性が良いとともに、コイルエンド個々の変形や位置ずれを防止する点の効果がさらに高くなる。
加えて、充填材通路(貫通穴)３３を、コイルエンドカバー３２の端面壁３２ａ及び両側壁３２ｂ，３２ｂ、つまりコイルエンドカバー３２そのものにて設けているため、充填材がコイルエンドとコイルエンドカバーの間全域に満遍なく行き渡り易くなり、充填ムラによる空隙が発生しにくい。
他の実施形態
(１) 充填材通路(貫通穴)３３を端面壁３２ａ及び両側壁３２ｂ，３２ｂの一方のみに設けてもよい。
(１) 充填材通路(貫通穴)３３を端面壁３２ａ及び両側壁３２ｂ，３２ｂの一方のみに設けてもよい。
一方、図４に示すように、両側壁３２ｂ，３２ｂの上下方向寸法をコイルエンド２９ａの突出寸法よりも十分に短く設定しておくことにより、側壁先端とステータコア２８の端面との間に全周に亘るリング状の隙間として形成してもよい。
あるいは、両側壁３２ｂ，３２ｂの先端部に切り欠きを設け、この切り欠き部分でステータコア２８の端面との間に形成されるトンネル状部分を充填材通路としてもよい。
上記リング状の隙間またはトンネル状部分によって充填材通路３３を形成する場合、同通路３３(充填材入口)から遠いコイルエンド端面側にも充填材３０を確実に行き渡らせるために、隙間ｃを大きめに設定するのが望ましい。
(２) コイルエンドカバー３２を銅やアルミニウム等の導電性の金属によって形成してもよい。この場合でも、図６に示すように樹脂層１３を塗布形成する公知技術と比較して、格段に高い確率で樹脂層３０´を形成でき、かつ、公知技術のように装着時に剥離するおそれもないため、電気絶縁性の問題は生じない。
(３) 本発明は、縦置き配置される電動機に限らず、横置き配置される電動機にも、また前記のように同一原理の発電機及び発電電動機にも上記同様に適用することができる。
２１ 電動機シャフト
２２ ロータ
２３ ステータ
２４ ハウジング
２５ エンドカバー
２６ 軸受
２８ ステータコア
２９ ステータコイル
２９ａ コイルエンド
３０ 充填材
３０´ 樹脂層
３２ コイルエンドカバー
３２ａ コイルエンドカバーの端面壁
３２ｂ 同、左右両側壁
ｃ 隙間
３３ 充填材通路
２２ ロータ
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Claims (4)
- 電動機シャフトを中心として回転するロータと、このロータの外周に配置されたステータと、当該ステータを収容するハウジングと、を備え、上記ステータは、ステータコアとステータコイルから成り、上記ステータコイルは、上記電動機シャフトの軸方向両側の折り返し部分であるコイルエンドが上記ステータコアの両端から軸方向に突出する状態でステータコアに巻装されている電動機を製造するための方法であって、
上記ステータの上記両側コイルエンドに伝熱性を備えたコイルエンドカバーを装着する装着工程と、
上記ハウジング内に上記ステータ及び上記コイルエンドカバーを組み込む組込み工程と、
伝熱性及び電気絶縁性を備えた合成樹脂材料から成る充填材を当該充填材が上記コイルエンドを覆う状態で上記ハウジング内に注入してステータをハウジング内に封止する注入工程と、を含み、
上記装着工程では、上記コイルエンドカバーが上記コイルエンドの表面を覆い、かつ、当該コイルエンドカバーと当該コイルエンドの表面との間に充填材が流通し得る隙間が形成される状態で、当該コイルエンドカバーが装着され、
上記装着工程では、上記コイルエンドカバーとして、充填材通路を有していて当該充填材通路を通じて上記充填材が上記隙間に充填されることを可能にするものが、用いられ、
上記注入工程では、上記充填材が上記充填材通路を通して上記隙間に充填されることによって当該隙間に樹脂層が形成されることを特徴とする電動機の製造方法。 - 上記装着工程では、上記コイルエンドカバーとして、伝熱性及び電気絶縁性を備えた合成樹脂材によって形成されたものが用いられることを特徴とする請求項１記載の電動機の製造方法。
- 上記装着工程では、上記コイルエンドカバーとして、端面壁と両側壁から成る断面Ｕ字形のリング状に形成されたものが用いられ、当該コイルエンドカバーが上記ステータの電動機軸方向両側においてそれぞれコイルエンド群を一括して覆う状態で当該コイルエンドカバーが装着されることを特徴とする請求項１または２記載の電動機の製造方法。
- 上記充填材通路は、上記コイルエンドカバーの端面壁及び側壁の少なくとも一方に設けられた貫通穴であることを特徴とする請求項３記載の電動機の製造方法。
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