JPH05236705A - 電動機の冷却装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【目的】 電動機のステータコア、及びステータコアに
巻設された励磁巻線の熱を吸収してステータを効果的に
冷却する電動機の冷却装置を提供する。 【構成】 ステータコア１４内部に軸線方向へ冷却液流
路３０を延設し、ステータコア１４を挟持する前ハウジ
ング２０及び後ハウジング２２に冷却液連通路３２及び
３４を形成して、電動機に１つの連続する冷却液通路を
設ける。さらに、ステータコア１４に巻設された励磁巻
線１６を、熱伝導性複合樹脂材料からなる伝熱部材４２
によって被覆する。熱伝導性複合樹脂材料は、耐熱性及
び成形性に優れた樹脂に、酸化アルミニウム等の熱伝導
性の高い電気絶縁性の粒状材料を充填材として混入、形
成される。伝熱部材４２は、励磁巻線１６と、ステータ
コア１４のスロットの内壁面、並びに前ハウジング２０
及び後ハウジング２２の各内壁面、との間を熱的に連結
する。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は、電動機の冷却装置に関
し、特に、電動機のステータに巻設した励磁巻線の発熱
を吸収してステータを冷却する冷却手段を備えた電動機
の冷却装置に関する。

【０００２】

【従来の技術】従来、電動機の冷却装置として、ステー
タの熱をステータコアから吸熱する構造や、ロータの熱
を回転軸を介して吸熱する構造が使用されている。ステ
ータの吸熱冷却構造としては、ロータの周囲に配置した
ステータコアの外周に外部ケーシングを密着固定し、こ
の外部ケーシングの内部に冷却媒体の流通路を設けて、
ステータコアの熱を冷却媒体によって吸収する冷却装置
が知られている。また、ステータコアの内部に直接に冷
却媒体通路を形成し、冷却効果をさらに向上させた冷却
装置が既に提案されている（例えば、特願平２−２６３
７４３号）。

【０００３】

【発明が解決しようとする課題】上記の従来の冷却装置
によれば、電動機のステータを、主にステータコアから
の発熱を吸収することによって冷却することができる。
しかしながら、ステータの発熱は、鉄損によるステータ
コアからの発熱だけではなく、ステータコアに巻設した
励磁巻線の銅損に起因する発熱がある。この銅損による
発熱を抑制、又は効果的に吸収して励磁巻線を冷却する
ことは、巻線の抵抗値の変化による電動機出力の変動を
防止し、電動機の信頼性の向上に寄与する。しかしなが
ら、上記のような従来の冷却装置では、励磁巻線の熱を
直接に吸収することができない。したがって、励磁巻線
の熱は、一部がステータコアを介して伝達かつ吸収され
るが、大部分は、ステータコアの軸線方向両端面から突
出する励磁巻線のコイルエンド部から、その周囲の空気
中へ放散されることとなる。このように、従来の冷却装
置では、励磁巻線に対する実質的な冷却効果を得ること
が困難であった。

【０００４】本発明は、このような課題を解決するため
に鋭意、工夫改善を施したものであり、その目的は、電
動機のステータコアの熱のみならず、ステータコアに巻
設された励磁巻線の銅損による熱を吸収することによ
り、ステータをさらに効果的に冷却でき、電動機の性能
を向上させることができる冷却装置を提供することにあ
る。

【０００５】

【課題を解決するための手段】上記目的を達成するため
に、本発明は、モータハウジングと、モータハウジング
の内側に固定され、内周部に複数のスロットを有した略
円筒状のステータコア、及びステータコアのスロットの
各々に巻設される複数の励磁巻線からなるステータと、
ステータの内側に回転可能に配置されるロータとを備え
た電動機の、ステータの発熱を吸収するための冷却手段
を備えた電動機の冷却装置において、上記冷却手段が、
ステータコアの軸線方向全長部分、及びステータコアの
軸線方向両端面から突出する励磁巻線のコイルエンド部
の突出長部分に亙って、少なくともモータハウジング内
部に延設され、冷却媒体を通す冷却媒体通路と、複数の
励磁巻線を被覆して、励磁巻線と上記ステータコアのス
ロットの内壁面及び上記モータハウジングの内壁面との
間の各空間を埋め、励磁巻線とステータコア及びモータ
ハウジングとを熱的に連結する伝熱部材とを具備し、上
記伝熱部材が、耐熱性樹脂材料に、熱伝導性に優れかつ
電気絶縁性を有する粒状材料の粒子群を混入してなる熱
伝導性複合樹脂材料から成型され、上記複数の励磁巻線
の熱を、上記伝熱部材、上記ステータコア、及び上記モ
ータハウジングを介して上記冷却媒体通路を通る冷却媒
体によって吸収することを特徴とする電動機の冷却装置
を提供する。

【０００６】本発明の好適な実施態様によれば、上記伝
熱部材の熱伝導性複合樹脂材料に混入される上記粒状材
料が、酸化アルミニウムの粒子群からなる冷却装置が提
供される。また、上記モータハウジングが、上記ステー
タコアを軸線方向へ挟持する一対のハウジング部材から
なり、上記冷却媒体通路が、上記ステータコアと上記一
対のハウジング部材との内部に、上記ステータコアの軸
線方向全長部分及び上記励磁巻線の各コイルエンド部の
突出長部分に亙って連続して延設される構成としてもよ
い。

【０００７】

【作用】ステータコアに巻設された励磁巻線の銅損によ
る熱は、励磁巻線を被覆する伝熱部材に伝導される。熱
伝導性に優れた複合樹脂材料からなる伝熱部材は、この
熱をさらにステータコア及びモータハウジングへ良好に
伝導する。そして、ステータコア及びモータハウジング
へ伝導された熱は、冷却媒体通路を通る冷却媒体によっ
て吸収される。同時にステータコアの鉄損による熱も、
冷却媒体通路を通る冷却媒体によって吸収される。この
ようにして、励磁巻線及びステータコアの熱が冷却媒体
に効率的に吸収され、ステータが効果的に冷却される。

【０００８】

【実施例】以下、添付図面を参照して、本発明をその実
施例に基づきさらに詳細に説明する。図１を参照すれ
ば、本発明の実施例による冷却装置を備えた電動機が断
面で示される。この電動機は、電動機の中心側に配置さ
れ、回転軸１２を一体に有するロータ１０と、電動機の
外周側に配置され、所定間隔を有してロータ１０を囲繞
するステータコア１４、及びステータコア１４に巻設さ
れる複数の励磁巻線１６からなるステータ１８とを備え
る。電動機の軸方向前後端には、ロータ１０の回転軸１
２を支持するとともにステータコア１４を挟持する前ハ
ウジング２０及び後ハウジング２２がそれぞれ配置され
る。前ハウジング２０は、中心の開口部２０ａに軸受２
４を備え、ロータ１０と一体化された回転軸１２を回転
自在に支承する。後ハウジング２２は、環状部材２２ａ
と、環状部材２２ａに密に嵌合される蓋部材２２ｂとを
備え、蓋部材２２ｂの内側の中心開口部２２ｃに軸受２
４を配置して、同様にロータ１０の回転軸１２を回転自
在に支承する。

【０００９】ステータコア１４は、図２に示したような
珪素鋼板の薄板２６を電動機の軸線方向へ多数積層して
形成される。薄板２６は、中心にロータ１０を囲繞する
ための開口部２６ａを備え、開口部２６ａの周縁に複数
のスロット孔２８ａを備える。ステータコア１４は、予
め熱硬化性の接着剤を両面に塗布した薄板２６を積層す
るか、又は積層した多数の薄板２６に熱硬化性樹脂を真
空含浸させ、適宜加熱することにより、各薄板２６間の
微小な隙間を密封して形成される。そして、多数の薄板
２６を積層してスロット孔２８ａの連続により形成され
る複数のスロット２８（図３参照）に、それぞれ前述の
励磁巻線１６が巻設される。

【００１０】図２に示すように、ステータコア１４を形
成する薄板２６は、ステータ１８を冷却する冷却液の流
通路を形成するために、四隅に複数の冷却液流路孔３０
ａを備える。多数の薄板２６の積層によりこれら冷却液
流路孔３０ａが連続して、ステータコア１４内部に軸線
方向へ延びる冷却液流路３０（図１）が形成される。ま
た、図１に示すように、ステータコア１４を挟持する前
ハウジング２０は、上記の冷却液流路３０に対応する位
置に冷却液連通路３２を備え、同様に後ハウジング２２
は冷却液連通路３４を備える。さらに、ステータコア１
４、前ハウジング２０、及び後ハウジング２２は、図示
しない複数のタイボルトによって相互に固定される。図
２に、タイボルト用のボルト孔３６を示す。

【００１１】前ハウジング２０及び後ハウジング２２の
各冷却液連通路３２及び３４は、各ハウジング２０，２
２の内部で、ステータコア１４の四隅に配置される冷却
液流路３０を相互に連通する。また、後ハウジング２２
には、外部の冷却液供給源に接続される冷却液導入路及
び冷却液排出路（１つのみ図１に３４ａで示す）が設け
られ、これらを介してステータコア１４の冷却液流路３
０内へ冷却液が導入され、かつ冷却液流路３０から冷却
液が排出される。このようにして、冷却液導入路から複
数の冷却液流路３０及び各冷却液連通路３２，３４を経
て冷却液排出路まで、連続する１つの冷却液通路が形成
される。さらに、図１に示すように、ステータコア１４
の冷却液流路３０と前ハウジング２０の冷却液連通路３
２及び後ハウジング２２の連通路３４とのそれぞれの連
結部には、周知のＯリング３８が配設され、各連結部の
密封を確保している。

【００１２】ステータコア１４に巻設された励磁巻線１
６は、スロット２８内に配置される部分、及びステータ
コア１４の軸線方向両端面から突出する各コイルエンド
部４０に亙って、実質的に全体が後述する熱伝導性複合
樹脂材料からなる伝熱部材４２によって被覆される。熱
伝導性複合樹脂材料は、エポキシ樹脂等の耐熱性及び成
形性に優れた樹脂に、酸化アルミニウム等の熱伝導性の
高い電気絶縁性の粒状材料を充填材として混入、形成さ
れたものである。この熱伝導性複合樹脂材料を、励磁巻
線１６と、ステータコア１４のスロット２８の内壁面、
並びに前ハウジング２０及び後ハウジング２２の各内壁
面、との間の各空間に溶融状態で注入し、適宜常温又は
加熱硬化させることにより、励磁巻線１６を包囲して上
記の各空間を埋める円筒状の伝熱部材４２が形成され
る。円筒状の伝熱部材４２は、スロット２８の内壁面、
並びに前ハウジング２０及び後ハウジング２２の各内壁
面と、励磁巻線１６との間を熱的に連結する。したがっ
て、励磁巻線１６に発生する熱は、熱伝導性複合樹脂材
料からなる円筒状の伝熱部材４２を介して、ステータコ
ア１４、前ハウジング２０、及び後ハウジング２２に良
好に伝達される。ステータコア１４、前ハウジング２
０、及び後ハウジング２２には、それぞれ冷却液流路３
０、冷却液連通路３２、及び冷却液連通路３４が励磁巻
線１６の軸線方向全長に亙って設けられており、ステー
タコア１４及び各ハウジング２０，２２に伝達された熱
が冷却液流路３０及び各冷却液連通路３２，３４内を通
る冷却液により効率的に吸収される。

【００１３】上記の熱伝導性複合樹脂材料による円筒状
の伝熱部材４２の成型工程を、図３を参照して以下に説
明する。まず、多数の薄板２６を積層して形成したステ
ータコア１４に、その複数のスロット２８へ励磁巻線１
６を巻設してステータ１８を形成する。このようにして
形成したステータ１８を、図３に示すような一対の金型
４４，４６の間に設置し、ステータ１８の軸線を鉛直方
向へ向けて図示しない作業台上へ配置する。上側の金型
４６には複数の湯口４８が設けられる。また、ロータ１
０を配置するステータ１８の中心空洞部分及びその軸線
方向前後部分の、樹脂を注入しない部分には、それぞれ
中子５０，５２，５４を配置する（図３（ａ））。この
配置で、上側の金型４６の湯口４８から前述の充填材を
含んだ熱伝導性複合樹脂材料５６を溶融状態で注入する
と、熱伝導性複合樹脂材料５６は重力により下方へ移動
し、ステータコア１４の各スロット２８と励磁巻線１６
との隙間を通って下側の金型４４へ到達する。このとき
いくつかの湯口４８は空気抜き穴として作用する。この
ようにして熱伝導性複合樹脂材料５６は、下側の金型４
４と中子５０との間の環状のキャビティへ注入され、さ
らに注入を続けることにより、スロット２８及び中子５
２と励磁巻線１６との隙間、及び上側の金型４６と中子
５４との間の環状のキャビティへ注入され、適宜常温又
は加熱硬化させることにより各隙間及びキャビティに亙
って円筒状の伝熱部材４２が形成される（図３
（ｂ））。

【００１４】また、特に小型電動機の場合等、ステータ
コア１４のスロット２８と励磁巻線１６との隙間が狭小
で、上記の方法では各隙間及びキャビティへ熱伝導性複
合樹脂材料５６を充分に注入できない場合には、熱伝導
性複合樹脂材料５６を樹脂材と充填材とに分離した状態
で別々に注入すればよい。すなわち、最初に下側のキャ
ビティ、スロット２８と励磁巻線１６との隙間、及び上
側のキャビティのそれぞれに、酸化アルミニウム等の粒
状の充填材のみを注入し、次いで、各部分にエポキシ樹
脂等の成形性に優れた樹脂を注入する。この方法によれ
ば、狭小な空間にも熱伝導性複合樹脂材料５６を注入可
能となるだけでなく、充填材の充填率をさらに高めるこ
とができる。

【００１５】このようにして、ステータコア１４のスロ
ット２８内及び軸線方向前後端に、励磁巻線１６を包囲
する円筒状の伝熱部材４２を形成したステータ１８へ、
前述のようにロータ１０を挿設するとともに前ハウジン
グ２０及び後ハウジング２２を取着、固定することによ
り、図１に示す電動機が形成される。このとき、伝熱部
材４２と前ハウジング２０及び後ハウジング２２の内壁
面とが密着するように、伝熱部材４２の成形精度を高め
る必要がある。そのためにも、実際上は上記の第２の成
形方法を採用することが好ましい。

【００１６】また、このように励磁巻線１６を伝熱部材
４２によって被覆したので、外部から電動機内へ侵入し
た異物がコイルエンド部４０等へ付着して、短絡等の障
害を誘因する危惧が排除される。上記の実施例では、ス
テータコア１４及び励磁巻線１６を冷却する冷却媒体を
冷却液として説明したが、冷却空気による空冷式電動機
にも、本発明を適用できることは言うまでもない。ま
た、ステータコアの外周に密着固定した外部ケーシング
内に冷却媒体の流通路を設けた冷却装置にも、本発明を
適用することができる。

【００１７】

【発明の効果】以上の説明から明らかなように、本発明
は、電動機のステータコアの全長部分及び励磁巻線のコ
イルエンド部の突出長部分に亙って、少なくともモータ
ハウジング内部に冷却媒体を通す冷却媒体通路を延設
し、励磁巻線とスロット内壁面及びモータハウジング内
壁面との間の空間に、励磁巻線を被覆してステータコア
及びモータハウジングとの間を熱的に連結する伝熱部材
を配置し、この伝熱部材を熱伝導性複合樹脂材料から成
型して、複数の励磁巻線の熱を、伝熱部材、ステータコ
ア、及びモータハウジングを介して、冷却媒体通路を通
る冷却媒体によって吸収する構成としたから、励磁巻線
及びステータコアの熱が冷却媒体に効率的に吸収され、
ステータがさらに効果的に冷却されることとなり、電動
機の熱損失を低減してその性能を一層向上させることが
可能となる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の実施例による冷却装置を備えた電動機
の縦断面図で、図２の線Ｉ−Ｉに沿って示す図である。

【図２】図１の電動機のステータコアを形成する薄板部
材の平面図である。

【図３】図１の冷却装置の伝熱部材の成型工程を説明す
る図で、図１の電動機のステータコアを図２の線 III−
III に沿った断面図で示す。

【符号の説明】

１０…ロータ １４…ステータコア １６…励磁巻線 １８…ステータ ２０…前ハウジング ２２…後ハウジング ２６…薄板 ２８…スロット ３０…冷却液流路 ３２，３４…冷却液連通路 ４０…コイルエンド部 ４２…伝熱部材 ４４，４６…金型 ５０，５２，５４…中子 ５６…熱伝導性複合樹脂材料

Claims (3)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 モータハウジングと、該モータハウジン
   グの内側に固定され、内周部に複数のスロットを有した
   略円筒状のステータコア、及び該ステータコアの該スロ
   ットの各々に巻設される複数の励磁巻線からなるステー
   タと、該ステータの内側に回転可能に配置されるロータ
   とを備えた電動機の、前記ステータの発熱を吸収するた
   めの冷却手段を備えた電動機の冷却装置において、 前記冷却手段は、 前記ステータコアの軸線方向全長部分、及び該ステータ
   コアの軸線方向両端面から突出する前記励磁巻線のコイ
   ルエンド部の突出長部分に亙って、少なくとも前記モー
   タハウジング内部に延設され、冷却媒体を通す冷却媒体
   通路と、 前記複数の励磁巻線を被覆して、該励磁巻線と前記ステ
   ータコアのスロットの内壁面及び前記モータハウジング
   の内壁面との間の各空間を埋め、該励磁巻線と該ステー
   タコア及び該モータハウジングとを熱的に連結する伝熱
   部材、とを具備し、 前記伝熱部材は、耐熱性樹脂材料に、熱伝導性に優れか
   つ電気絶縁性を有する粒状材料の粒子群を混入してなる
   熱伝導性複合樹脂材料から成型され、 前記複数の励磁巻線の熱を、前記伝熱部材、前記ステー
   タコア、及び前記モータハウジングを介して前記冷却媒
   体通路を通る冷却媒体によって吸収することを特徴とす
   る電動機の冷却装置。
2. 【請求項２】 前記伝熱部材の熱伝導性複合樹脂材料に
   混入される前記粒状材料は、酸化アルミニウムの粒子群
   からなる請求項１記載の電動機の冷却装置。
3. 【請求項３】 前記モータハウジングは、前記ステータ
   コアを軸線方向へ挟持する一対のハウジング部材からな
   り、前記冷却媒体通路が、前記ステータコアと前記一対
   のハウジング部材との内部に、該ステータコアの軸線方
   向全長部分及び前記励磁巻線の各コイルエンド部の突出
   長部分に亙って連続して延設される請求項１又は２記載
   の電動機の冷却装置。