WO2013171961A1

WO2013171961A1 - 電動機アセンブリ及びその製造方法

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Publication number: WO2013171961A1
Application number: PCT/JP2013/002350
Authority: WO
Inventors: 晃中住; 誠司佐伯; 一茂小岩井; 良輝唐田; 山▲崎▼　洋一郎
Original assignee: コベルコ建機株式会社
Priority date: 2012-05-16
Filing date: 2013-04-04
Publication date: 2013-11-21
Also published as: CN104285359A; CN104285359B; EP2852033A1; EP2852033B1; EP2852033A4; JP2013240215A; KR20150014968A; US20150108859A1; US9973053B2; JP5942585B2

Abstract

　リード線取り出し部分からの封止剤の漏洩を防止することが可能な電動機アセンブリ及びこれを用いた電動機の製造方法が提供される。電動機アセンブリは、ロータ（１２）と、ステータ（１３）と、ケーシング（１４）と、貫通穴（２２）を有する隔壁（２１）と、弾力性に富む材料により形成されてテーパー状外周面を有し、前記貫通穴（２２）に嵌め込まれるプラグ（２３）と、ステータ（１３）に接続されるリード線（２５）と、を備える。プラグ（２３）はリード線通し穴（２４）を囲み、このリード線通し穴（２４）にリード線（２５）が通された状態でケーシング（１４）に封止剤（２０）が注入される。その注入圧力がプラグ（２３）を外向きに押圧してその外周面と貫通穴（２２）を囲む内周面とを密着させるとともにプラグ（２３）を縮径方向に弾性変形させてリード線通し穴（２４）を閉塞させる。

Description

電動機アセンブリ及びその製造方法

　本発明はコイルエンドを含むステータを備えて当該ステータの全体または一部を封止するように封止剤がモールドされることが可能な電動機アセンブリ、及びこの電動機アセンブリを用いて電動機を製造する方法に関するものである。

　図６は、従来の電動機を示す。この電動機は、電動機シャフト１と、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と、前記ロータ２及び前記ステータ３を収容するケーシング４と、このケーシング４の軸方向の一端に装着されるカバー５と、を備える。この電動機は、例えば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。以下、この姿勢を前提として、図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、この電動機の軸方向を上下方向として説明する。また、この明細書において「電動機」とは、狭義の電動機に加え、電動機と同一原理に基づく発電機及び発電電動機を含むものとする。

　前記カバー５は、前記ケーシング４の上端面に図示しないボルトによって取付けられる。電動機シャフト１の上部及び下部はそれぞれ軸受６，７を介して前記カバー５及び前記ケーシング４の下部に回転可能に支持される。

　前記ステータ３は、互いに積層された電磁鋼板からなるステータコア８と、このステータコア８に上下方向（電動機シャフトの軸方向。以下、電動機軸方向という場合がある）に巻装されたステータコイル９と、を有する。ステータコイル９は、上下両側の折り返し部分である一対のコイルエンド９ａを有し、これらコイルエンド９ａがステータコア８の軸方向両端面から電動機軸方向に突出する状態で巻装される。

　前記ステータ３は、前記コイルの巻装後に前記ケーシング４内に挿入される。このケーシング４を受け型（下型）として用いるように当該ケーシング４に上型が被せられる。この上型から封止剤１０が注入されてケーシング４内に充填され、この封止剤１０は例えば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により構成される。このようにして封止剤１０はステータ３全体またはコイルエンド９ａを含むステータの一部を覆うように配設され、ステータ３からケーシング４への伝熱性を高める（特許文献１参照）。この封止剤１０は、例えばステータコイル同士の間のように封止が必要な部分に確実に浸透するように、一定の圧力をかけて注入される。

　この電動機において、前記コイルエンド９ａには、外部配線とステータコイル９とをつなぐための図示しないリード線が接続され、このリード線が、ケーシング周壁に設けられた貫通穴を通って外部に取り出され、ケーシング外周壁に設けられた端子台に接続される。このリード線の取り出しのための構造として、特許文献２に示されているものが一般に知られている。この構造は、前記貫通穴に詰められるシール部材（グロメット）を含む。このシール部材はその中心部にあるリード線通し穴を囲み、このリード通し穴にリード線が通される。

　ところが、この構造では、前記のようにケーシング４内に注入される封止剤１０が、その注入圧力（流動圧力）によって前記シール部材のリード線通し穴、またはシール部材と貫通穴周面の間から外部に漏れ出す可能性がある。この封止剤の漏洩は、その注入圧力を低下させてステータ封止効果を低くする。また、漏洩した封止剤は端子台に入り込んで電気絶縁性を低下させるおそれがある。

特開２００２－１２５３３７号公報特開２００２－１６５４０５号公報

　本発明は、電動機を製造するために注入される封止剤がリード線取り出し部分から漏洩するのを防止することが可能な電動機アセンブリ及び当該電動機アセンブリを用いて電動機を製造する方法を提供することを目的とする。

　本発明に係る電動機アセンブリは、電動機シャフトと、この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、前記電動機シャフトの軸方向についての両端である一対のコイルエンドを有するステータと、前記ロータ及び前記ステータを収容するとともに、その内部に伝熱性及び電気絶縁性を有する合成樹脂材料からなる封止剤が前記少なくとも前記コイルエンドを覆う状態で注入されることが可能なケーシングと、前記ステータのコイルエンドの少なくとも一方に接続されるとともに前記ケーシングの外部に導出される部分を有するリード線と、前記封止剤が注入される封止空間と前記封止剤が注入されない非封止空間とを隔離する隔壁であって前記封止空間と前記非封止空間とを連通するように当該隔壁を貫通する貫通穴が形成されたものと、前記貫通穴を塞ぐように前記隔壁に装着されるプラグと、を備える。前記プラグは、前記ケーシングを構成する材料よりも高い弾性を有する材料により形成され、前記封止空間側から非封止空間側に向かって縮径するテーパー状の外周面を有するとともにその中心に位置するリード線通し穴を囲む筒状をなし、前記リード線が前記リード線通し穴に通されかつ前記プラグの両端部のうちその外周面の径が大きい側の端部が前記封止空間側に位置する状態で当該プラグの外周面と前記貫通穴を囲む前記隔壁の内周面とが接触するように前記貫通穴に嵌め込まれる。

　また、本発明が提供する電動機の製造方法は、電動機アセンブリであって、電動機シャフトと、この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、前記電動機シャフトの軸方向についての両端である一対のコイルエンドを有するステータと、前記ロータ及び前記ステータを収容するケーシングと、前記ステータのコイルエンドの少なくとも一方に接続されるとともに前記ケーシングの外部に導出される部分を有するリード線と、前記封止剤が注入される封止空間と前記封止剤が注入されない非封止空間とを隔離する隔壁であって前記封止空間と前記非封止空間とを連通するように当該隔壁を貫通する貫通穴が形成されたものと、前記貫通穴を塞ぐように前記隔壁に装着されるプラグと、を備え、前記プラグは、前記ケーシングを構成する材料よりも高い弾性を有する材料により形成され、前記封止空間側から非封止空間側に向かって縮径するテーパー状の外周面を有するとともにその中心に位置するリード線通し穴を囲む筒状をなし、前記リード線が前記リード線通し穴に通されかつ前記プラグの両端部のうちその外周面の径が大きい側の端部が前記封止空間側に位置する状態で当該プラグの外周面と前記貫通穴を囲む前記隔壁の内周面とが接触するように前記貫通穴に嵌め込まれるものを用意する工程と、この電動機アセンブリのケーシングの内部に伝熱性及び電気絶縁性を有する合成樹脂材料からなる封止剤をこの封止剤が少なくとも前記コイルエンドを覆う状態で注入するとともにその注入圧力により前記プラグを外向きに押圧して当該プラグのテーパー状の外周面を前記貫通穴を囲む前記隔壁の内周面に押付ける工程と、を含む。

本発明の第１実施形態に係る電動機の断面図である。図１のＩＩ－ＩＩ線断面図である。（ａ）は図１において円ＩＩＩにより囲まれた部分を拡大した図であって封止剤が注入される前の状態を示す断面図、（ｂ）は当該部分を拡大した図であって封止剤が注入された後の状態を示す断面図である。前記電動機の隔壁とプラグを示す斜視図である。本発明の第２実施形態に係る電動機の断面図である。従来の電動機の断面図である。

　本発明の実施形態を、図１～図５を参照しながら説明する。これらの実施形態は、図６に示した電動機と同じく縦置き姿勢で設置される電動機を適用対象としている。

　具体的に、各実施形態に係る電動機は、電動機アセンブリに封止剤１０を注入することにより製造され、当該電動機アセンブリは、電動機シャフト１１と、この電動機シャフト１１を中心として回転するロータ１２と、このロータ１２の外周に配置されたステータ１３と、前記ロータ１２及び前記ステータ１３を収容するケーシング１４と、このケーシング１４の軸方向の一端に装着されるカバー１５と、を備える。前記ケーシング１４は、底壁１４ａと、その上側に位置して当該底壁１４ａの周縁につながる周壁１４ｂと、を有する。カバー１５は、ケーシング１４の上端面に図示しないボルトによって取付けられる。電動機シャフト１１の上部及び下部は、カバー１５及びケーシング１４の下部にそれぞれ軸受１６，１７を介して回転可能に支持される。ステータ１３は、互いに積層された電磁鋼板からなるステータコア１８と、このステータコア１８に上下方向に巻装されたステータコイル１９とを有する。ステータコイル１９は、上下両側の折り返し部分、つまり電動機シャフト１１の軸方向についての両端、である一対のコイルエンド１９ａを有し、これらのコイルエンド１９ａがステータコア１８の軸方向両端面から電動機軸方向に突出する状態で巻装され、ステータ１３の全体または両側コイルエンド１９ａを含むステータ１３の一部が、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からなる封止剤２０で覆われている。

　次に、第１実施形態の特徴について、図１～図４を参照しながら説明する。

　第１実施形態に係る電動機アセンブリは、隔壁２１と、複数のプラグ２３と、複数のリード線２５と、端子台２７と、をさらに備える。

　前記隔壁２１は、シリコンゴム等のように高い弾性、少なくともケーシング１４を構成する材料よりも高い弾性を有する材料によって厚肉の四角板状に形成され、前記ケーシング１４の周壁１４ｂの上部に設けられる。具体的に、当該周壁１４ｂの上部は一部切り欠かれ、その切欠かれた部分を埋めるように、かつ、封止剤２０が注入される封止空間Ｓ１すなわちケーシング１４内の空間を封止剤２０が注入されない非封止空間すなわちケーシング１４の外の空間に対して区画するように、前記隔壁２１が設けられている。

　前記隔壁２１には、単数または複数の貫通穴２２が設けられている。図２及び図４に示す例では、３つの貫通穴２２が隔壁２１の上下方向の中心部に互いに水平方向に間隔を置いて設けられている。各貫通穴２２は、封止空間Ｓ１側から非封止空間側に向かって縮径するテーパ穴であり、各貫通穴２２がそれぞれ前記プラグ２３によって閉塞される。各プラグ２３は、隔壁２１と同様にシリコンゴム等の高い弾性を有する材料、少なくともにより、封止空間Ｓ１側から非封止空間側に向かって貫通穴２２と同じ角度で先すぼまりとなるテーパー状（円錐台形）で、かつ、その中心の位置にあるリード線通し穴２４を囲む筒状に形成されている。前記各リード線２５は、上側のコイルエンド１９ａに接続されるとともに、前記各プラグ２３のリード線通し穴２４を通じて当該プラグ２３の外部に導出される。

　前記端子台２７は、前記各リード線２５と外部配線２８とを接続するものであって、前記ケーシング１４の上部に設けられた端子台支持部２６に支持される。前記端子台支持部２６は、前記隔壁２１の外側に配置され、非封止空間である空胴部Ｓ２を囲む形状を有する。この実施の形態に係る端子台支持部２６は、前記空洞部Ｓ２の下側、外側、及び左右両側にそれぞれ位置する底壁２６ａ、外側壁２６ｂ、及び左右側壁２６ｃ，２６ｄを有し、前記端子台２７は、前記端子台支持部２６の底壁２６ａに取付けられる。すなわち、端子台支持部２６は、前記隔壁２１と前記端子台２７との間に前記空胴部Ｓ２を形成するように当該端子台２７を支持する。

　この実施形態に係る電動機は例えば次のようにして製造される。

　（１）ステータコア１８にステータコイル１９が巻装され、これによりステータ１３が構成される。このステータ１３が、予め隔壁２１が取付けられたケーシング１４内の所定位置に挿入される。

　（２）図３（ａ）に示すように、リード線２５がプラグ２３のリード線通し穴２４に通された状態でプラグ２３が隔壁２１の貫通穴２２に嵌め込まれる。

　（３）ケーシング１４の上面に上型すなわち注入型がセットされ、図３（ｂ）に示すように封止剤２０が前記上型から下型としてのケーシング１４内に注入される。このとき、封止剤２０の注入（流動）圧力によってプラグ２３のテーパー状の外周面がケーシング１４の内側から外側に向かって貫通穴２２を囲むテーパー状の内周面（隔壁２１の内周面）に押付けられる。これにより、当該外周面が当該内周面に密着するととともに、プラグ２３は前記内周面から受ける反力により縮径方向に弾性変形してリード線通し穴２４を塞ぐ。詳しくは、貫通穴２２を囲む隔壁２１の内周面とリード線２５との隙間を塞ぐ。これにより、当該隙間を通じてのケーシング１４の外部への封止剤２０の漏れ出しが防止される。この場合において、Ａ）プラグ２３と隔壁２１の双方の弾性復帰力が当該プラグ２３の外周面と前記リード線通し穴２４を囲む隔壁２１の内周面とを密着させる力及びリード線通し穴２４の内側の隙間を閉塞する力として作用すること、及び、Ｂ）前記外周面及び前記内周面が互いに対応するテーパ面として形成されていて当該テーパ面同士の密着力とプラグ２３の縮径方向の力がプラグ２３の全長にわたって働くこと、により、封止剤の漏れ防止効果をさらに高めることができる。

　一方、リード線２５がケーシング１４の外側に導出される部分であるリード線取り出し部分と端子台２７の間に空洞部Ｓ２、すなわち電気絶縁性の高い空気層が確保されるため、万一、封止剤注入初期等に封止剤２０が漏れ出た場合でも、漏れ出た封止剤が端子台２７に到達して電気絶縁性を低下させることがより確実に抑止される。

　次に、図５を参照して本発明の第２実施形態の特徴を説明する。すなわち、第２実施形態と第１実施形態との相違点について説明する。

　第２実施形態では、ケーシング１４の周壁１４ｂではなく底壁１４ａの一部が切り欠かれてその切り欠かれた部分に、貫通穴２２をもつ隔壁２１が設けられ、この貫通穴２２にプラグ２３が嵌め込まれるとともに、下側のコイルエンド１９ａに接続されたリード線２５がプラグ２３のリード線通し穴２４を通ってケーシング１４の外部に導出され、図５では示されていない端子台に接続されている。ここで、前記隔壁２１及びプラグ２３がシリコンゴム等の弾力性に富む材料にて形成される点、貫通穴２２及びプラグ２３が封止空間Ｓ１から非封止空間すなわちケーシング１４の外側の空間に向かって縮径するテーパー状に形成されている点は、第１実施形態と同じである。

　この第２実施形態によっても、第１実施形態と同じく、基本的効果、すなわち、封止剤２０の注入圧力がプラグ２３を外向きに押圧してその外周面を貫通穴２２を囲む隔壁２１の内周面に密着させるとともにリード線通し穴２４の内側の隙間を閉塞させ、これによりケーシング１４からリード線取り出し部分での封止剤２０の漏れ出しを防ぐ、という効果が得られる。

　本発明は、前記第１及び第２実施形態に限定されず例えば次のような実施形態も含む。

　（ｉ）本発明では、前記隔壁２１の貫通穴２２がその全長にわたって均一な径をもつ直穴であって、これにテーパー状の外周面を持つプラグ２３が嵌め込まれてもよい。

　（ｉｉ）前記隔壁２１が実質的に弾性を有さずあるいは低い弾性しか有しない材料、例えば金属、により形成され、プラグ２３がそれ自身の弾性のみによって封止剤注入圧力により縮径方向に弾性変形するものでもよい。例えば、ケーシング１４の周壁の一部がそのまま隔壁を構成してこれに貫通穴２２が設けられてもよい。

　（ｉｉｉ）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の製造にも、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同様に適用することができる。

　以上のように、本発明によれば、電動機を製造するために注入される封止剤がリード線取り出し部分から漏洩するのを防止することが可能な電動機アセンブリ及び当該電動機アセンブリを用いて電動機を製造する方法が提供される。

　前記電動機アセンブリ及びこれを用いた電動機の製造方法によれば、隔壁の貫通穴に嵌め込まれたプラグが封止剤の注入圧力によって外向きに押圧されることにより、そのテーパー状の外周面が貫通穴を囲む内周面に密着するとともに、このとき当該プラグが当該内周面から受ける反力が当該プラグを縮径方向に弾性変形させて前記リード線通し穴の内側の隙間、すなわち当該リード線通し穴を囲むプラグの内周面とリード線との間の隙間、を閉塞させる。これにより、リード線取り出し部分からの封止剤の漏れ出しを防止することができる。

　本発明に係る電動機アセンブリにおいて、前記隔壁は、前記ケーシングを形成する材料よりも高い弾性を有する材料によって形成されるのが望ましい。この隔壁を構成する材料の高い弾性は、プラグを構成する材料の弾性と相俟って、当該プラグの外周面と貫通穴を囲む隔壁の内周面とを密着させる密着力を高めるとともにプラグがリード線通し穴を閉塞する力を高め、これにより、封止剤漏れ防止効果を一層高いものにする。

　本発明に係る電動機アセンブリにおいて、前記貫通穴を囲む前記隔壁の内周面は、前記封止空間側から前記非封止空間側に向かって縮径するテーパー状であって前記プラグの内周面に対応するテーパー状であるのが望ましい。このような内周面の形状は、前記密着力及び前記プラグを縮径方向に圧縮させる力がプラグの全長にわたって作用することを可能にし、これにより、封止剤の漏れ防止効果をさらに高めることができる。

　本発明に係る電動機アセンブリにおいて、前記ケーシングが底壁とその上側に位置して当該底壁の周縁部につながる周壁とを有する場合、前記隔壁は前記底壁に設けられてもよいし前記周壁に設けられてもよい。後者の場合、当該電動機アセンブリは、前記リード線と外部配線とを接続する端子台と、前記隔壁の外側に設けられる端子台支持部と、をさらに備え、この端子台支持部は前記非封止空間である空洞部を前記隔壁と前記端子台との間に形成するように当該端子台を支持するのが、望ましい。このように、リード線の取り出し部分である隔壁と端子台の間に空洞部、すなわち電気絶縁性の高い空気層が介在することは、万一、封止剤注入初期等に封止剤がリード線取り出し部分から漏れ出た場合でも、漏れ出た封止剤が端子台に到達して電気絶縁性を低下させることを、より確実に抑止する。

Claims

　電動機を構成するための電動機アセンブリであって、
　電動機シャフトと、
　この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、前記電動機シャフトの軸方向についての両端である一対のコイルエンドを有するステータと、
　前記ロータ及び前記ステータを収容するとともに、その内部に伝熱性及び電気絶縁性を有する合成樹脂材料からなる封止剤が前記少なくとも前記コイルエンドを覆う状態で注入されることが可能なケーシングと、
　前記ステータのコイルエンドの少なくとも一方に接続されるとともに前記ケーシングの外部に導出される部分を有するリード線と、
　前記封止剤が注入される封止空間と前記封止剤が注入されない非封止空間とを隔離する隔壁であって前記封止空間と前記非封止空間とを連通するように当該隔壁を貫通する貫通穴が形成されたものと、
　前記貫通穴を塞ぐように前記隔壁に装着されるプラグと、を備え、前記プラグは、前記ケーシングを構成する材料よりも高い弾性を有する材料により形成され、前記封止空間側から非封止空間側に向かって縮径するテーパー状の外周面を有するとともにその中心に位置するリード線通し穴を囲む筒状をなし、前記リード線が前記リード線通し穴に通されかつ前記プラグの両端部のうちその外周面の径が大きい側の端部が前記封止空間側に位置する状態で当該プラグの外周面と前記貫通穴を囲む前記隔壁の内周面とが接触するように、前記貫通穴に嵌め込まれる、電動機アセンブリ。
　請求項１記載の電動機アセンブリであって、前記隔壁は、前記ケーシングを形成する材料よりも高い弾性を有する材料によって形成される、電動機アセンブリ。
　請求項１または２記載の電動機アセンブリであって、前記貫通穴を囲む前記隔壁の内周面は、前記封止空間側から前記非封止空間側に向かって縮径するテーパー状であって前記プラグの内周面に対応するテーパー状である、電動機アセンブリ。
　請求項１～３のいずれかに記載の電動機アセンブリであって、前記ケーシングが底壁とその上側に位置して当該底壁の周縁部につながる周壁とを有し、前記隔壁が前記周壁に設けられ、前記電動機アセンブリは、前記リード線と外部配線とを接続する端子台と、前記隔壁の外側に設けられる端子台支持部と、をさらに備え、この端子台支持部は前記非封止空間である空洞部を前記隔壁と前記端子台との間に形成するように当該端子台を支持する、電動機アセンブリ。
　電動機を製造するための方法であって、
　電動機アセンブリであって、電動機シャフトと、この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、前記電動機シャフトの軸方向についての両端である一対のコイルエンドを有するステータと、前記ロータ及び前記ステータを収容するケーシングと、前記ステータのコイルエンドの少なくとも一方に接続されるとともに前記ケーシングの外部に導出される部分を有するリード線と、前記封止剤が注入される封止空間と前記封止剤が注入されない非封止空間とを隔離する隔壁であって前記封止空間と前記非封止空間とを連通するように当該隔壁を貫通する貫通穴が形成されたものと、前記貫通穴を塞ぐように前記隔壁に装着されるプラグと、を備え、前記プラグは、前記ケーシングを構成する材料よりも高い弾性を有する材料により形成され、前記封止空間側から非封止空間側に向かって縮径するテーパー状の外周面を有するとともにその中心に位置するリード線通し穴を囲む筒状をなし、前記リード線が前記リード線通し穴に通されかつ前記プラグの両端部のうちその外周面の径が大きい側の端部が前記封止空間側に位置する状態で当該プラグの外周面と前記貫通穴を囲む前記隔壁の内周面とが接触するように前記貫通穴に嵌め込まれるもの、を用意する工程と、
　この電動機アセンブリのケーシングの内部に伝熱性及び電気絶縁性を有する合成樹脂材料からなる封止剤をこの封止剤が少なくとも前記コイルエンドを覆う状態で注入するとともにその注入圧力により前記プラグを外向きに押圧して当該プラグのテーパー状の外周面を前記貫通穴を囲む前記隔壁の内周面に押付ける工程と、を含む、電動機の製造方法。