JP6677626B2

JP6677626B2 - 電動機

Info

Publication number: JP6677626B2
Application number: JP2016221488A
Authority: JP
Inventors: 山田　泰生; 泰生山田
Original assignee: FANUC Corp
Current assignee: FANUC Corp
Priority date: 2016-11-14
Filing date: 2016-11-14
Publication date: 2020-04-08
Anticipated expiration: 2036-11-14
Also published as: JP2018082517A

Description

本発明は電動機に関し、特に、ステータ巻線とその径方向外側に配置された冷却用部材との間に樹脂が充填された電動機に関する。

この種の電動機として、ロータと、ロータの径方向外側に配置された円筒状のステータコアと、互いに周方向に間隔をおいてステータコアに取付けられた複数のステータ巻線と、ステータコアの外周面を覆うように設けられた円筒状の冷却用部材とを備え、熱伝導性を向上するための樹脂等の充填材をステータコアの外周面と冷却用部材の内周面との間に充填するために冷却用部材の内周面に溝が形成されると共に、各ステータ巻線の一部がステータコアの軸方向端部から軸方向に突出しているものが知られている（例えば、特許文献１参照。）。

特開２００１−４５７０１号公報

前記電動機のように各ステータ巻線の一部がステータコアの軸方向端部から突出している構成では、当該巻線突出部分と冷却用部材との間にステータ巻線を固定するためのモールド樹脂が充填される場合がある。この場合、巻線突出部分の冷却は主にモールド樹脂を介した巻線突出部分と冷却用部材との間の熱伝導により行われ、モールド樹脂から空気への放熱量は比較的少ない。

ここで、樹脂の線膨張係数と冷却用部材を形成する金属の線膨張係数とが大きく異なる。このため、巻線突出部分と冷却用部材との間にモールド樹脂を充填して硬化すると共にモールド樹脂を徐冷する際に、金属に比べて収縮が大きいモールド樹脂が径方向内側に向かって反り、図９に示すように巻線突出部分１１０と冷却用部材１２０との間のモールド樹脂１３０が冷却用部材１２０から剥離する傾向がある。剥離が生ずるとモールド樹脂１３０と冷却用部材１２０との間に空気層が介在することとなり、モールド樹脂１３０を介した巻線突出部分１１０の放熱効率が低下し、電動機の性能を向上する上で好ましくない。

本発明は、このような事情に鑑みてなされたものであって、ステータ巻線においてステータコアの軸方向の端部から突出している巻線突出部分の放熱効率を向上することができる電動機の提供を目的とする。

上記課題を解決するために、本発明は以下の手段を採用する。
本発明の第１の態様の電動機は、ロータと、該ロータの径方向外側に配置されたステータコアと、互いに周方向に間隔をおいて前記ステータコアに取付けられた複数のステータ巻線と、前記ステータコアの外周面を覆う円筒状部を有する冷却用部材と、前記各ステータ巻線において前記ステータコアに対し前記ロータの軸方向に突出している巻線突出部分を覆い、該巻線突出部分と前記冷却用部材の前記円筒状部との間に充填されたモールド樹脂とを備え、前記円筒状部の内周面において前記ステータコアに対し前記軸方向の外側に配置された部分のみに周方向に延びる溝が形成され、該溝内に前記モールド樹脂が入り込み、少なくとも１つの前記溝が、前記巻線突出部分に対し前記軸方向の外側に形成され、かつ、前記巻線突出部分に対して前記軸方向の内側には前記溝が形成されていない。

当該態様では、冷却用部材の円筒状部の内周面と巻線突出部分との間にモールド樹脂が充填され、モールド樹脂が円筒状部の内周面に周方向に延びるように設けられた溝にも入り込んでいる。このため、モールド樹脂を充填して硬化させると共にモールド樹脂を徐冷する際に、溝内に入り込んだモールド樹脂が抵抗となり、円筒状部とモールド樹脂との接触面積の低下を防止又は抑制することができる。

上記態様において、前記溝が前記ロータの軸方向に間隔をおいて複数本設けられていてもよい。
この構成では、モールド樹脂の円筒状部からの剥がれを防止する抵抗力が溝を増やした分だけ増加し、円筒状部とモールド樹脂との接触面積の低下をより効果的に防止又は抑制することができる。

また、上記態様において、好ましくは、前記溝の底部が凹曲面となっている。このように構成すると、溝の底部とモールド樹脂との密着性が向上し、円筒状部とモールド樹脂との接触面積の低下をより効果的に防止又は抑制することができる。
また、上記態様において、好ましくは、前記溝が底部に向かって徐々に幅が小さくなる形状を有する。このように構成すると、冷却用部材の円筒状部の内周面にステータコアを軸方向に挿入する際、ステータコアが溝に引っ掛かり難くなり、製造を容易にする上で有利である。

本発明によれば、巻線突出部分のモールド樹脂を介した放熱効率を向上することができる。

本発明の一実施形態に係る電動機の概略断面図である。本実施形態の電動機のモールド樹脂を充填する前の要部斜視図である。本実施形態の電動機の要部斜視図である。本実施形態の電動機の熱によるモールド樹脂の挙動を示す図である。本実施形態の電動機の熱によるモールド樹脂の挙動を示す図である。本実施形態の第１の変形例に係る電動機の要部断面図である。本実施形態の第２の変形例に係る電動機の要部断面図である。本実施形態の第３の変形例に係る電動機の要部断面図である。従来の電動機の熱によるモールド樹脂の挙動を示す図である。

本発明の一実施形態に係る電動機を図面を参照して以下に説明する。
この電動機は、図１に示すように、ロータ１０と、ロータ１０の径方向外側に配置されたステータ２０と、ステータ２０を構成するステータコア２１の外周面に固定された冷却用部材３０とを備えている。
ロータ１０の軸方向の一端および他端はそれぞれ冷却用部材３０にベアリング１１を介して回転可能に支持されている。ロータ１０はベアリング１１を介して冷却用部材３０以外の部材に回転可能に支持されていてもよい。

図２に示すように、ステータコア２１は互いにロータ１０の回転軸線周りに並ぶように配置された複数の凸部２１ａを有し、各凸部２１ａはステータコア２１の内周面から径方向内側に向かって突出するように形成されている。各凸部２１ａはロータ１０の軸方向に長手を有し、各凸部２１ａにはステータ巻線２２が径方向に延びる軸線周りに巻回されている。ステータコア２１は複数の金属製のコア部材が周方向に並ぶことにより円筒状に形成されていてもよく、円筒状に形成された金属製の部材であってもよい。

各凸部２１ａの周りに導線を複数回に亘って巻いて各ステータ巻線２２を形成することも可能であり、導線を複数回に亘って巻くことにより予め形成された各ステータ巻線２２を各凸部２１ａに装着することも可能である。
本実施形態では、例えばロータ１０内に周方向に間隔をおいて複数の永久磁石が備えられ、各ステータ巻線２２に供給される電力が制御されることによりロータ１０が回転するように構成されている。

冷却用部材３０は、ステータコア２１の外周面を覆う円筒状部３１と、円筒状部３１の軸方向の一端および他端からそれぞれ径方向内側に向かって延びる一対の端部３２とを有する。円筒状部３１は、内筒部材３１ａと、内筒部材３１ａの外周面を覆うように内筒部材３１ａの外周面に固定された外筒部材３１ｂとを有し、内筒部材３１ａの外周面又は外筒部材３１ｂの内周面に周方向に延びる溝を形成することにより、円筒状部３１内に水等の冷却媒体が流通する冷媒流路３１ｃが形成されている。

冷媒流路３１ｃは図示しない冷媒供給装置に接続されており、冷媒供給装置から冷媒流路３１ｃ内に冷媒が供給される。これにより円筒状部３１が冷却され、円筒状部３１に接触しているステータコア２１も冷却される。
各ステータ巻線２２は、ステータコア２１の軸方向の一端面および他端面に対して軸方向に突出しており、この巻線突出部分２２ａと凸部２１ａとの間に隙間２２ｂを有する。

本実施形態では、図１および図３に示すように、円筒状部３１の内筒部材３１ａの内周面にステータコア２１およびステータ巻線２２を覆うようにモールド樹脂４０が成形され、モールド樹脂４０により各ステータ巻線２２がステータコア２１に固定されている。モールド樹脂４０は、例えばステータ巻線２２が装着されたステータコア２１と内筒部材３１ａを型内に配置し、型内に樹脂を注入することにより成形される。

本実施形態では、モールド樹脂４０は各ステータ巻線２２と内筒部材３１ａとの間に充填されていればよく、各ステータ巻線２２やステータコア２１がモールド樹脂４０によって完全に覆われていなくてもよい。

内筒部材３１ａの内周面において、ステータコア２１に対しロータ１０の軸方向における外側に配置された部分には周方向に延びる溝３１ｄが設けられている。溝３１ｄは内筒部材３１ａの内周面の全周に亘って延びていてもよく、内筒部材３１ａの内周面の周方向の一部に設けられていてもよい。また、溝３１ｄが周方向に間隔をおいて複数設けられていてもよい。溝３１ｄ内にもモールド樹脂４０が入り込んでいる。
溝３１ｄの深さ寸法が幅寸法（ロータ１０の軸方向の寸法）よりも大きいことが好ましいが、溝３１ｄの深さ寸法が幅寸法よりも小さくても同等の機能を奏し得る。

本実施形態では、冷却用部材３０の円筒状部３１の内周面と巻線突出部分２２ａとの間にモールド樹脂４０が充填され、モールド樹脂４０が円筒状部３１の内周面に設けられた溝３１ｄにも入り込む。このため、モールド樹脂４０を充填して硬化させると共にモールド樹脂４０を徐冷する際に、溝３１ｄ内に入り込んだモールド樹脂４０が抵抗となり、円筒状部３１とモールド樹脂４０との接触面積の低下を防止又は抑制することができる。

図４に示すようにモールド樹脂４０が高温である状態から、図５に示すようにモールド樹脂４０が徐冷される際にモールド樹脂４０が収縮するが、モールド樹脂４０が溝３１ｄ内に入り込んでいるので、溝３１ｄよりも軸方向内側の部分でモールド樹脂４０と円筒状部３１とが離れることが防止又は抑制される。仮にモールド樹脂４０と円筒状部３１の内周面とが若干離れる場合でも、溝３１ｄ内にモールド樹脂４０が入り込んでいれば、溝３１ｄ内でモールド樹脂４０と円筒状部３１との接触が維持される。

このように、モールド樹脂４０と円筒状部３１との接触が維持されるので、巻線突出部分２２ａからモールド樹脂４０を介して冷却用部材３０の円筒状部３１に熱が伝わりやすく、巻線突出部分２２ａの放熱効率を向上することができる。

なお、図１、図３等では、円筒状部３１の軸方向一方および他方の内周面に各々１本の溝３１ｄが設けられたものを示した。これに対し、図６に示すように、円筒状部３１の軸方向一方および他方の内周面の各々に、軸方向に間隔をおいて複数本の溝３１ｄを設けてもよい。このように構成すると、溝３１ｄを増やした分だけモールド樹脂４０の円筒状部３１からの剥がれを防止する抵抗力が増加し、円筒状部３１とモールド樹脂４０との接触面積の低下をより効果的に防止又は抑制することができる。

また、図７に示すように、溝３１ｄの底部を凹曲面としてもよい。図７では、溝３１ｄをその延設方向と直交する方向に切断した断面において、溝３１ｄの底部が半円形状又は半楕円形状を有する。このように構成すると、溝３１ｄの底部とモールド樹脂４０との密着性が向上し、円筒状部３１とモールド樹脂４０との接触面積の低下をより効果的に防止又は抑制することができる。

または、図８に示すように、溝３１ｄが底部に向かって徐々に幅が小さくなる形状を有していてもよい。図８では、溝３１ｄをその延設方向と直交する方向に切断した断面において、溝３１ｄの底部が略Ｖ字形状を有する。このように構成すると、円筒状部３１の内周面にステータコア２１を軸方向に挿入する際、ステータコア２１が溝３１ｄに引っ掛かり難くなり、製造を容易にする上で有利である。

１０ロータ
２０ステータ
２１ステータコア
２２ステータ巻線
２２ａ巻線突出部分
３０冷却用部材
３１円筒状部
３１ｄ溝
４０モールド樹脂

Claims

ロータと、
該ロータの径方向外側に配置されたステータコアと、
互いに周方向に間隔をおいて前記ステータコアに取付けられた複数のステータ巻線と、
前記ステータコアの外周面を覆う円筒状部を有する冷却用部材と、
前記各ステータ巻線において前記ステータコアに対し前記ロータの軸方向に突出している巻線突出部分を覆い、該巻線突出部分と前記冷却用部材の前記円筒状部との間に充填されたモールド樹脂とを備え、
前記円筒状部の内周面において前記ステータコアに対し前記軸方向の外側に配置された部分のみに周方向に延びる溝が形成され、該溝内に前記モールド樹脂が入り込み、
少なくとも１つの前記溝が前記巻線突出部分に対し前記軸方向の外側に形成され、かつ、前記巻線突出部分に対して前記軸方向の内側には前記溝が形成されていない電動機。
前記溝が前記ロータの軸方向に間隔をおいて複数本設けられている請求項１に記載の電動機。
前記溝の底部が凹曲面となっている請求項１又は２に記載の電動機。
前記溝が底部に向かって徐々に幅が小さくなる形状を有する請求項１又は２に記載の電動機。