TWI595729B - 電動機 - Google Patents

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TWI595729B
TWI595729B TW105106272A TW105106272A TWI595729B TW I595729 B TWI595729 B TW I595729B TW 105106272 A TW105106272 A TW 105106272A TW 105106272 A TW105106272 A TW 105106272A TW I595729 B TWI595729 B TW I595729B
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山口俊也
髙島由晴
近藤純基
岡田佳樹
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三菱電機股份有限公司
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Description

電動機
本發明係關於一種具備定子以及配置於定子之內側的轉子之電動機。
近年來，為了對應機械加工之週期時間(cycle time)縮短而對工業用途之電動機提高了高輸出化及高轉矩(torque)化之要求。伴隨電動機之高輸出化及高轉矩化，配置於定子的線圈(coil)之發熱量會變大。為此，有必要將線圈所產生的熱有效率地排出至電動機之外部。
專利文獻1係揭示將線圈所產生的熱效率佳地排出至外部的電動機之構造。專利文獻1所揭示的電動機之定子係具備：環狀之定子鐵心；複數個線圈，朝定子鐵心之周方向隔開而配置；筒狀之蓋體(cover)，用以包圍複數個線圈之各自的線圈端部(coil end)；熱傳導性樹脂，填充於線圈端部與蓋體之間；以及外殼(housing)，配置於定子鐵心及蓋體之外周側。
專利文獻1所揭示之電動機中，係使用熱傳導性樹脂作為傳熱構件。然後，從線圈端部產生之熱係以熱傳導性樹脂、蓋體及外殼之順序傳播，或是以熱傳導性 樹脂、蓋體、定子鐵心及外殼之順序傳播。然後，傳播至外殼之熱係排出至外部。
[先前技術文獻] [專利文獻〕]
專利文獻1：日本特開2010-68699號公報
專利文獻1所揭示之電動機中，起因於電動機運轉中的熱傳導性樹脂與蓋體之線膨脹係數的差異，使得蓋體朝向軸向移動。
專利文獻1中，因並未進行防止如此的蓋體之移動的對策，故而通過蓋體朝向軸向移動，會使熱傳導性樹脂與蓋體之接觸面積降低，亦會在蓋體與定子鐵心之端面之間產生間隙。因而，從熱傳導性樹脂朝向蓋體傳播的熱量會降低，進而從蓋體朝向定子鐵心傳播的熱量亦會降低。為此，有散熱性能降低的課題。
本發明係有鑑於上述課題而開發完成者，其目的在於獲得一種能夠抑制散熱性能降低的電動機。
為了解決上述課題，達成目的，本發明之電動機係具備：環狀之定子鐵心；以及排列於前述定子鐵心之周方向的複數個線圈。本發明之電動機係具備：筒狀之蓋體，配置於前述定子鐵心之軸向的端面，包圍從前述 定子鐵心之軸向之端面突出的前述複數個線圈之線圈端部；以及熱傳導性樹脂部，配置於前述複數個線圈之線圈端部之各者與前述蓋體之間。本發明之電動機的蓋體係具有第1內周部，該第1內周部係設置於與定子鐵心相對向的第1端面側，具有第1內徑。本發明之電動機的蓋體係具有：第2內周部，該第2內周部係設置於前述第1端面之相反側的第2端面側，具有比前述第1內徑還大的第2內徑；以及段差部，設置於前述第1內周部與前述第2內周部之境界部。
本發明之電動機係能達成可抑制散熱性能降低的功效。
1‧‧‧定子鐵心
1a‧‧‧一端面
1b‧‧‧另一端面
2‧‧‧線圈
2a、2b‧‧‧線圈端部
3a、3a-1、3a-2、3b、3b-1、3b-2‧‧‧蓋體
3a1‧‧‧第1端面
3a2‧‧‧第2端面
3a3‧‧‧第1內周部
3a4‧‧‧第2內周部
3a5‧‧‧段差部
4、4a、4b‧‧‧模造樹脂部
5‧‧‧轉子鐵心
6‧‧‧鋁導體
7、8‧‧‧突起
10‧‧‧外殼
11‧‧‧中空孔
12‧‧‧凹槽
20‧‧‧導線
100、100-1、100-2‧‧‧定子
200‧‧‧轉子
300‧‧‧電動機
C‧‧‧旋轉中心軸線
第1圖係本發明之實施形態1的電動機之縱剖視圖。
第2圖係本發明之實施形態1的電動機之定子的縱剖視圖。
第3圖係第2圖所示的III-III箭視剖視圖。
第4圖係第2圖所示的IV-IV箭視剖視圖。
第5圖係第2圖所示的V-V箭視剖視圖。
第6圖係第2圖所示的定子之一端側的放大圖。
第7圖係第6圖所示的蓋體之立體圖。
第8圖係本發明之實施形態2的電動機之定子的剖視圖。
第9圖係第8圖所示的IX-IX箭視剖視圖。
第10圖係第8圖所示的X-X箭視剖視圖。
第11圖係第8圖所示的XI-XI箭視剖視圖。
第12圖係第8圖所示的定子之一端側的放大圖。
第13圖係本發明之實施形態3的電動機之定子的剖視圖。
第14圖係第13圖所示的XIV-XIV箭視剖視圖。
第15圖係第13圖所示的XV-XV箭視剖視圖。
第16圖係第13圖所示的XVI-XVI箭視剖視圖。
第17圖係第13圖所示的定子之一端側的放大圖。
以下，基於圖式詳細地說明本發明之實施形態的電動機。另外，本發明並非受到該實施形態的限定。
[實施形態1]
第1圖係本發明之實施形態1的電動機之縱剖視圖。第2圖係本發明之實施形態1的電動機之定子的縱剖視圖。第3圖係第2圖所示的III-III箭視剖視圖。第4圖係第2圖所示的IV-IV箭視剖視圖。第5圖係第2圖所示的V-V箭視剖視圖。在第2圖及第3圖中省略了第1圖所示的轉子200之圖示。第6圖係第2圖所示的定子之一端側的放大圖。第7圖係第6圖所示的蓋體之立體圖。
以下，參照第1圖至第7圖說明實施形態1的電動機300之構成。
電動機300係具備：定子100；轉子200，配置於構成定子100的定子鐵心1之內側；以及筒狀之外殼10，配置於定子鐵心1之徑向外側。
定子鐵心1係將由電磁鋼板衝裁後的複數個環狀之薄板予以積層所成。定子鐵心1係在其內部具有中空孔11。
如第3圖所示，定子鐵心1係在周方向具有複數個凹槽(slot)12。複數個凹槽12中係分別配置有線圈2。
在配置於複數個凹槽12之各個線圈2、與複數個凹槽12之各內周面之間，係設置有作為熱傳導性樹脂部的模造樹脂(resin)部4。模造樹脂部4之材料係環氧(epoxy)樹脂或是不飽和聚酯(polyester)樹脂。模造樹脂部4係被填充於複數個凹槽12之各個中的此等材料經硬化後所得者。
複數個線圈2之各自的一端側之線圈端部2a，係從定子鐵心1之一端面1a朝軸向突出。軸向係表示旋轉中心軸線C延伸的方向。
在定子鐵心1之一端面1a係配置有包圍複數個線圈端部2a的筒狀之蓋體3a。
蓋體3a係由具有比模造樹脂部4之線膨脹係數還小之線膨脹係數的材料所構成。
蓋體3a之材料係鋁(aluminum)合金、沃斯田(austenite)系不鏽鋼(stainless)合金、銅合金、鑄鐵、鋼、或是鐵合金。
就鋁合金而言，係可採用供擠型用途所用的A6063、或棒材所用的A5066作為蓋體3a之材料。
就沃斯田系不鏽鋼合金而言，係可採用SUS303、或SUS304作為蓋體3a之材料。
就銅合金而言，係可採用鉻(chrome)銅或鈹(beryllium)銅作為蓋體3a之材料。
就鑄鐵而言，係可採用以FC200為代表的灰鑄鐵(gray cast iron)、或以FCD400為代表的球狀石墨鑄鐵(spheroidal graphite cast iron)作為蓋體3a之材料。
就鋼而言，係可採用以SC450為代表的碳鋼、或以STKM為代表的機械構造用碳鋼管材作為蓋體3a之材料。
就鐵合金而言，係可採用以SCM為代表的鉻鉬(chrome molybdenum)鋼作為蓋體3a之材料。
蓋體3a係安裝於定子鐵心1之一端面1a。
在實施形態1中，係在定子鐵心1之一端面1a事先形成凹部，且在蓋體3a之端面形成突起。然後，藉由將蓋體3a之突起嵌合於定子鐵心1之凹部而安裝蓋體3a。已安裝於定子鐵心1之一端面1a的蓋體3a，係以其外徑與定子鐵心1之外徑成為相等的方式進行加工。
在定子鐵心1之一端側係形成有用以覆蓋複數個線圈端部2a之各個之作為熱傳導性樹脂部的模造樹脂部4a。模造樹脂部4a之材料係不飽和聚酯樹脂。模造樹脂部4a係被填充於線圈端部2a與蓋體3a之間的不飽 和聚酯樹脂經硬化後所得者。
模造樹脂部4a係形成於線圈端部2a之徑向外側與蓋體3a之間。又，模造樹脂部4a係形成於線圈端部2a之徑向內側。再者，模造樹脂部4a係形成於線圈端部2a之軸向前端側。
模造樹脂部4a係密接於複數個線圈端部2a之各個外周面全體，又密接於蓋體3a之內周面全體。模造樹脂部4a之定子鐵心1側的表面，係與定子鐵心1之一端面1a接觸。
複數個線圈2之各另一端側之線圈端部2b係從定子鐵心1之另一端面1b朝軸向突出。
在定子鐵心1之另一端面1b，係配置有包圍複數個線圈端部2b的筒狀之蓋體3b。
由與蓋體3a同樣之材料所構成的蓋體3b，係安裝於定子鐵心1之另一端面1b。
實施形態1中，在定子鐵心1之另一端面1b事先形成凹部，且在蓋體3b之端面形成突起。然後，藉由將蓋體3b之突起嵌合於定子鐵心1之凹部而安裝蓋體3b。已安裝於定子鐵心1之另一端面1b的蓋體3b，係以其外徑與定子鐵心1之外徑成為相等的方式進行加工。
在定子鐵心1之另一端側，係形成有用以覆蓋複數個線圈端部2b之各個之作為熱傳導性樹脂部的模造樹脂部4b。模造樹脂部4b之材料係不飽和聚酯樹脂。模造樹脂部4b係被填充於線圈端部2b與蓋體3b之間的此 等不飽和聚酯樹脂經硬化後所得者。
模造樹脂部4b係形成於線圈端部2b之徑向外側與蓋體3b之間。又，模造樹脂部4b係形成於線圈端部2b之徑向內側。又，模造樹脂部4b係形成於線圈端部2b之軸向前端側。
模造樹脂部4b係密接於複數個線圈端部2b之各個外周面全體，又密接於蓋體3b之內周面全體。模造樹脂部4b之定子鐵心1側的表面，係與定子鐵心1之另一端面1b接觸。
線圈2上係施予絕緣處理，且連接於導線20。線圈2係經由導線20供給電力。
轉子200係具備：轉子鐵心5，將由電磁鋼板衝裁後的複數個環狀之薄板予以積層所成；以及鋁導體6，環狀地配置於轉子鐵心5之凹槽內及軸向前端側。
轉子200係與定子鐵心1之軸心同軸地配置於定子鐵心1之中空孔11內。
筒狀之外殼10係配置於二個蓋體3a、3b之各自的徑向外側，並且配置於定子鐵心1之徑向外側。
外殼10之內徑係與定子鐵心1之外徑相等。蓋體3a、3b之各外徑係與外殼10之內徑相等。
定子鐵心1係藉由熱嵌合或冷嵌合而配置於外殼10之內側。
其次，具體說明蓋體3a之構造。
第6圖及第7圖中，蓋體3a係具有：第1 內周部3a3，設置於與定子鐵心1對向的第1端面3a1側，具有第1內徑；以及第2內周部3a4，設置於第1端面3a1之相反側的第2端面3a2側，具有比第1內徑還大的第2內徑。
又，蓋體3a係具有設置於第1內周部3a3與第2內周部3a4之境界部的段差部3a5。在實施形態1中，段差部3a5之表面係與定子鐵心1之一端面1a呈平行的平面狀。
第1圖所示之蓋體3b亦與蓋體3a同樣地構成。
以下，說明電動機300動作時的熱之傳遞路徑。
電動機300運轉時，在線圈端部2a產生的熱係傳播至模造樹脂部4a，已傳播至模造樹脂部4a的熱係傳播至蓋體3a。
已傳播至蓋體3a的熱之一部分，係經由蓋體3a與定子鐵心1之接觸面而傳播至定子鐵心1。已傳播至定子鐵心1的熱係從定子鐵心1之外周面傳播至外殼10，而從外殼10之表面散熱。
又，已傳播至蓋體3a的熱之一部分，係經由蓋體3a與外殼10之接觸面而傳播至外殼10。已傳播至外殼10的熱係從外殼10之表面散熱。
在電動機300運轉時，蓋體3a與模造樹脂部4a之雙方會由於線圈端部2a產生的熱而膨脹。
可是，因蓋體3a及模造樹脂部4a之各自的線膨脹係數不同，故而會在蓋體3a與模造樹脂部4a之間產生熱膨脹差。因模造樹脂部4a係比蓋體3a更加膨脹，故朝向定子鐵心1側之相反側移動之力會作用於與模造樹脂模4a密接的蓋體3a。
依據實施形態1之電動機300，即便產生該熱膨脹差，仍能藉由段差部3a5來限制蓋體3a之移動。亦即，因在與段差部3a5對向之位置存在有模造樹脂部4a，故而能限制蓋體3a之軸向的移動。
藉此可抑制模造樹脂部4a與蓋體3a之接觸面積降低。並且可抑制在蓋體3a之第1端面3a1與定子鐵心1之一端面1a之間產生的間隙。
因而，能抑制從模造樹脂部4a朝向蓋體3a傳播的熱量之降低。更且，能抑制從蓋體3a朝向定子鐵心1傳播的熱量之降低。藉此可抑制散熱性能之降低。
另外，第1圖及第2圖所示的蓋體3b亦可與蓋體3a同樣地構成。藉此能限制蓋體3b之軸向的移動，與僅在蓋體3a具備段差部3a5的情況相較，能謀求定子100之品質的更進一步提高。
又，在實施形態1中，段差部3a5，雖然為與定子鐵心1之一端面1a呈平行的平面狀，然而，段差部3a5之表面亦可傾斜於定子鐵心1之一端面1a。惟，比起傾斜狀之平面，藉由形成為與定子鐵心1之一端面1a呈平行的平面狀，還可獲得使蓋體3a與模造樹脂部4a確實卡 合的功效。
[實施形態2]
第8圖係本發明之實施形態2的電動機之定子的剖視圖。第9圖係第8圖所示的IX-IX箭視剖視圖。第10圖係第8圖所示的X-X箭視剖視圖。第11圖係第8圖所示的XI-XI箭視剖視圖。第12圖係第8圖所示的定子之一端側的放大圖。
實施形態2之定子100-1係具備蓋體3a-1、3b-1來取代實施形態1之蓋體3a、3b。以下，在與實施形態1相同的部分係附記同一符號並省略其說明，在此係針對不同的部分加以敘述。因蓋體3a-1與蓋體3b-1係同樣地構成，故而以下係說明蓋體3a-1之構成，而省略蓋體3b-1之構成的說明。
蓋體3a-1係與實施形態1之蓋體3a同樣地具有第1內周部3a3、第2內周部3a4及段差部3a5。
更且，蓋體3a-1係具有突起7。突起7係配置於段差部3a5與第2內周部3a4之間，從第2內周部3a4朝蓋體3a-1之徑向內側突出。突起7之數目可為一個，亦可為複數個。
第11圖係顯示具有四個突起7的蓋體3a-1之構成例。四個突起7係分別相互地隔開而排列於定子鐵心1之周方向，且從第2內周部3a4朝蓋體3a-1之徑向內側突出。
藉由如此地構成蓋體3a-1，被填充於蓋體3a-1之內側的模造樹脂部4a係密接於蓋體3a-1之第1內周部3a3、第2內周部3a4、段差部3a5及突起7。
藉由密接於段差部3a5及突起7的模造樹脂部4a，能限制蓋體3a-1之軸向的移動。
更且，能藉由突起7來防止因電動機300運轉中產生之震動所引起的蓋體3a-1之朝向周方向的旋轉。
藉由設置二個以上的突起7，比突起7為一個的情況，可更確實地預防蓋體3a-1朝向周方向的旋轉。
另外，第1圖及第2圖所示之蓋體3b，亦可與實施形態2之蓋體3a-1同樣地構成。藉此，能限制蓋體3b之軸向的移動，並且能防止蓋體3b之朝向周方向的旋轉。因而，比起僅在蓋體3a-1具備段差部3a5及突起7的情況，還能謀求定子100-1之品質的更進一步提高。
[實施形態3]
第13圖係本發明之實施形態3的電動機之定子的剖視圖。第14圖係第13圖所示的XIV-XIV箭視剖視圖。第15圖係第13圖所示的XV-XV箭視剖視圖。第16圖係第13圖所示的XVI-XVI箭視剖視圖。第17圖係第13圖所示的定子之一端側的放大圖。
實施形態3之定子100-2係具備蓋體3a-2來取代實施形態1之蓋體3a。以下，在與實施形態1相同 的部分係附記同一符號並省略其說明，在此係針對不同的部分加以敘述。因蓋體3a-2與蓋體3b-2係同樣地構成，故而以下係說明蓋體3a-2之構成，而省略蓋體3b-2之構成的說明。
蓋體3a-2係與實施形態1之蓋體3a同樣地具有第1內周部3a3、第2內周部3a4及段差部3a5。
更且，蓋體3a-2係具有突起8。突起8係配置於第2內周部3a4，從第2內周部3a4朝蓋體3a-2之徑向內側突出。突起8之數目可為一個，亦可為複數個。
第16、17圖係顯示具有四個突起8的蓋體3a-2之構成例。四個突起8係分別相互地隔開而排列於定子鐵心1之周方向，從第2內周部3a4朝蓋體3a-2之徑向內側突出。
藉由如此地構成蓋體3a-2，被填充於蓋體3a-2之內側的模造樹脂部4a，係密接於蓋體3a-2之第1內周部3a3、第2內周部3a4、段差部3a5及突起8。
藉由密接於段差部3a5及突起8的模造樹脂部4a，能限制蓋體3a-2之軸向的移動。
更且，能藉由突起8來防止因電動機300運轉中產生之震動所引起的蓋體3a-2之朝向周方向的旋轉。
藉由設置二個以上的突起8，比突起8為一個的情況，可更確實地預防蓋體3a-2朝向周方向的旋轉。
另外，在以連續於周方向之環狀構件取代 複數個突起8而設置於第2內周部3a4的情況下，會發生如下的問題。
(1)在環狀構件與段差部3a5之間會形成環狀之溝槽部。當在該溝槽部填充模造樹脂部4a時，會因電動機300運轉時產生的蓋體3a-2與模造樹脂部4a之間的熱膨脹差，使剪應力作用於已填充於溝槽部的模造樹脂部4a。由於該剪應力，會在模造樹脂部4a發生裂痕。
(2)當裂痕發生時，熱就不易傳播至模造樹脂部4a內，使得散熱性降低。
(3)又，當裂痕發生時，模造樹脂部4a之一部分就會出缺口並脫落在電動機300之內部，而有運轉出現故障的情況。
因在實施形態3之定子100-2中採用突起8，故而電動機300運轉中，膨脹後的模造樹脂部4a之軸向的移動不受到限制，而可以朝向蓋體3a-2之第2端面3a2側釋放。因而，能減輕起因於熱膨脹差的剪應力，不在模造樹脂部4a發生裂痕，而能提高電動機300之品質。
另外，第1圖及第2圖所示的蓋體3b亦可與實施形態3之蓋體3a-2同樣地構成。藉此，能限制蓋體3b之軸向的移動，並且能防止蓋體3b之朝向周方向的旋轉。因而，比起僅在蓋體3a-2具備段差部3a5及突起8的情況，能謀求定子100-2之品質的更進一步提高。
又，實施形態1至實施形態3的定子鐵心係未限定於積層複數片之電磁鋼板所成者。定子鐵心亦可為 將鋼材加工成圓筒狀後所得的一體型鐵心、將混有樹脂及鐵粉者凝固後所得的樹脂鐵心、或是將磁性粉加壓成形後所成的壓粉鐵心。定子鐵心之種類係能依目的及用途而靈活運用。
又，實施形態1至實施形態3的轉子200既可為感應電動機用的轉子，又可為同步電動機用的轉子。
又，實施形態2、3的突起7、8之形狀，並非被限定於圖示例，只要是從第2內周部3a4朝向蓋體3a-1、3a-2之徑向內側突出的形狀即可。突起7、8之形狀，亦可為其前端彎曲的突起形狀。又，亦可為其前端寬度隨著從第2內周部3a4朝向蓋體3a-1、3a-2之徑向內側而擴大或縮小的楔子形狀。有關突起7、8之徑向的寬幅，只要調整成不與線圈端部2a接觸的長度即可。有關突起7、8之軸向的寬幅，可與段差部3a5至第2端面3a2的長度相等，亦可為未滿段差部3a5至第2端面3a2的長度。
以上之實施形態所示的構成係顯示本發明之內容的一例，其能夠與其他公知的技術組合，亦能夠在未脫離本發明之要旨的範圍內省略、變更構成之一部分。
1‧‧‧定子鐵心
1a‧‧‧一端面
2a‧‧‧線圈端部
3a‧‧‧蓋體
3a1‧‧‧第1端面
3a2‧‧‧第2端面
3a3‧‧‧第1內周部
3a4‧‧‧第2內周部
3a5‧‧‧段差部
4a‧‧‧模造樹脂部
100‧‧‧定子

Claims (6)

  1. 一種電動機，具備：環狀之定子鐵心；複數個線圈，排列於前述定子鐵心之周方向；筒狀之蓋體，配置於前述定子鐵心之軸向的端面，包圍從前述定子鐵心之軸向之端面突出的前述複數個線圈之線圈端部；以及熱傳導性樹脂部，配置於前述複數個線圈之線圈端部之各者與前述蓋體之間；前述蓋體係具有：第1內周部，設置於與前述定子鐵心相對向的第1端面側，具有第1內徑；第2內周部，設置於前述第1端面之相反側的第2端面側，具有比前述第1內徑還大的第2內徑；以及段差部，設置於前述第1內周部與前述第2內周部之境界部。
  2. 如申請專利範圍第1項所述之電動機，其中，前述蓋體係具有突起，該突起係配置於前述段差部與前述第2內周部之間，從前述第2內周部朝向前述蓋體之徑向內側突出。
  3. 如申請專利範圍第1項所述之電動機，其中，前述蓋體係具有複數個突起，該複數個突起係配置於前述段差部與前述第2內周部之間，並朝前述定子鐵心之周方向相互地隔開而排列，且從前述第2內周部朝向前述蓋體之 徑向內側突出。
  4. 如申請專利範圍第1項所述之電動機，其中，前述蓋體係具有突起，該突起係配置於前述第2內周部，從前述第2內周部朝向前述蓋體之徑向內側突出。
  5. 如申請專利範圍第1項所述之電動機，其具有突起，該突起係配置於前述第2內周部，並朝前述定子鐵心之周方向相互地隔開而排列，且從前述第2內周部朝向前述蓋體之徑向內側突出。
  6. 如申請專利範圍第1項至第5項中任一項所述之電動機，其中，前述段差部係與前述定子鐵心之軸向之端面呈平行的平面狀。
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