JP2016119764A - 回転電機 - Google Patents

Abstract

【課題】回転電機において、モータケースとステータコイルの間に挟持される放熱用部材を用いて良好な放熱性を発揮するようにすることである。【解決手段】回転電機１０は、ステータコア２０とステータコア２０に巻回されるコイルを含むステータ１２と、ステータ１２の内周側に配置されロータ回転軸３２を有するロータ１４と、ステータコア２０の外周側を固定しロータ回転軸３２を回転自在に支持するモータケース１６と、ステータコア２０の軸方向に突出するコイルエンド２２の外周面とモータケース１６の内壁面１８との間に挟持される放熱用部材４０と、を備え、放熱用部材４０は、電気絶縁性が高く耐油性が高い材料で構成される外側樹脂部材４２と、熱伝導性が高く伸縮性が高い材料で構成される内側樹脂部材４４と、を含み、内側樹脂部材４４の外周面の全面が外側樹脂部材４２で覆われる。【選択図】図１

Description

本発明は、回転電機に係り、特に、ステータコイルの放熱構造を有する回転電機に関する。

回転電機のステータに巻回されるコイルは動作によって発熱するので、その放熱構造が必要である。

特許文献１には、電動機として、電動機フレームの内側においてコイルエンドの外周とフレーム内周面に対向する位置に伝熱板を配置し、伝熱板とコイルエンドの外周の間に、コイルエンド側の低硬度のシリコーン樹脂と伝熱板側の高硬度のシリコーン樹脂の積層樹脂で構成される熱伝導シートを設けることが開示されている。

特許文献２には、ブラシレスモータとして、ステータケースに取り付けられるフロントブラケットに開口窓を設け、ステータコイルをこの開口窓に面するように配置した構成が開示され、さらに、この開口窓を熱伝導部材で閉塞する例が述べられている。熱伝導部材としては、熱伝導性が高く伸縮性のある樹脂を高温下でゲル状として開口窓を充填し、その後硬化させている。

特開２０１３−１２６２９２号公報 特開２００８−２５９３８３号公報

モータケースとステータコイルの間に放熱用部材を設けるものとして、特許文献１では、モータケースとステータコイルの間に隙間を作らないように低硬度と高硬度のシリコーン樹脂を組み合わせて用い、特許文献２ではゲル化状態で隙間を充填してその後硬化させる熱硬化性樹脂を用いる。回転電機の冷却媒体としては、空気、水の他、油を用いることが多い。これらを考えると、ステータコイルとモータケースの間に設ける放熱用部材としては、電気絶縁性、耐油性、熱伝導性、伸縮性等が高いことが要求される。

シリコーン樹脂は、伸縮性、熱伝導性、電気絶縁性が高いが、耐油性がなく、冷却油を用いると劣化等の恐れがある。熱硬化性樹脂は、熱伝導性、耐油性、電気絶縁性が高いが伸縮性に乏しく、例えば、動作時におけるモータケースとステータコイルの熱膨張の差を吸収できない。このように、モータケースとステータコイルの間に挟持される放熱用部材に要求される特性をすべて満たす材料は現在のところ存在しない。

本発明の目的は、モータケースとステータコイルの間に挟持されて良好な放熱性を発揮する放熱用部材を備える回転電機を提供することである。

本発明に係る回転電機は、ステータコアとステータコアに巻回されるコイルを含むステータと、ステータの内周側に配置されロータ回転軸を有するロータと、ステータコアの外周側を固定しロータ回転軸を回転自在に支持するモータケースと、ステータコアの軸方向に突出するコイルエンドの外周面とモータケースの内壁面との間に挟持される放熱用部材と、を備え、放熱用部材は、電気絶縁性が高く耐油性が高い材料で構成される外側樹脂部材と、外側樹脂部材で外周面の全面が覆われ、熱伝導性が高く伸縮性が高い材料で構成される内側樹脂部材と、を含むことを特徴とする。

本発明に係る回転電機において、外側樹脂部材は、フッ素またはポリイミドを基材とする樹脂部材であり、内側樹脂部材は、シリコーン樹脂であることが好ましい。

本発明に係る回転電機において、放熱用部材は、モータケースのロータ回転軸を支持するカバー部分の内壁面とこれに対向するコイルエンドの外周面との間に挟持されることが好ましい。

本発明に係る回転電機において、放熱用部材は、モータケースの内壁面の周方向に沿った全周と、これに対向するコイルエンドの外周面との間に挟持されることが好ましい。

本発明に係る回転電機において、放熱用部材は、コイルエンドのコイルの引出リードが配置されるリード側とは反対側である反リード側に配置されることが好ましい。

本発明に係る回転電機は、コイルエンドの外周面とモータケースの内壁面との間に挟持される放熱用部材として、電気絶縁性が高く耐油性が高い材料で構成される外側樹脂部材と、熱伝導性が高く伸縮性が高い材料で構成される内側樹脂部材とを含み、内側樹脂部材の外周面の全面が外側樹脂部材で覆われる。この放熱用部材は、電気絶縁性、耐油性、熱伝導性、伸縮性のいずれも高い特性を有するので、モータケースとステータコイルの間に挟持されて良好な放熱性を発揮することができる。

本発明に係る回転電機において、外側樹脂部材は、フッ素またはポリイミドを基材とする樹脂部材であり、内側樹脂部材は、シリコーン樹脂であるので、この組合せによって、放熱用部材は、電気絶縁性、耐油性、熱伝導性、伸縮性のいずれも高い特性を有することができる。

本発明に係る回転電機において、放熱用部材は、モータケースのロータ回転軸を支持するカバー部分の内壁面とこれに対向するコイルエンドの外周面との間に挟持される。回転電機の軸方向端部で放熱用部材が挟持されるので、接着や熱硬化性樹脂で固定される場合に比較して、ステータの脱着を容易に行うことができる。

本発明に係る回転電機において、放熱用部材は、モータケースの内壁面の周方向に沿った全周と、これに対向するコイルエンドの外周面との間に挟持される。これにより、部分的に配置される場合に比較し、放熱性が向上する。

本発明に係る回転電機において、放熱用部材は、コイルエンドのリード側とは反対側である反リード側に配置される。リード側は、コイル間の接合やコイルとリードの接合、リードと外部配線との接合等、複雑な構造を有する。これに比較して、反リード側には放熱用部材を容易に配置できる。したがって、簡単な作業等で放熱用部材を挟持して放熱性を発揮することができる。

本発明に係る実施の形態の回転電機の断面図である。 図１におけるＡ部の詳細図である。

以下に図面を用いて本発明に係る実施の形態につき、詳細に説明する。以下では、車両に搭載される回転電機を述べるが、これは説明のための例示であって、これ以外の用途の回転電機であっても構わない。以下で述べる材質等は、説明のための例示であって、回転電機の仕様に合わせ、適宜変更が可能である。以下では、全ての図面において同様の要素には同一の符号を付し、重複する説明を省略する。

図１は、回転電機１０の断面図である。回転電機１０は、車両に搭載される三相同期型のモータ・ジェネレータである。回転電機１０は、ステータ１２と、ロータ１４と、モータケース１６と、ステータ１２に巻回されるコイルのステータ軸方向端部に突出するコイルエンド２２の外周面とモータケース１６の内壁面との間に挟持される放熱用部材４０を含んで構成される。

ステータ１２は、円環状のステータコア２０と、ステータコア２０に巻回されるコイルを含む。ステータコア２０は、所定の形状に成形された複数の積層鋼板を積層して形成される円環状の磁性体部品である。積層鋼板に代えて、磁性粉末を一体化成形したものを用いてもよい。図１では、ステータコア２０に巻回されたコイルとして、ステータコア２０の軸方向の両端部に突き出る部分でコイルエンド２２，２４を示した。なお、図１に、回転電機１０における軸方向、径方向、周方向を示した。

コイルエンド２２，２４のうちの１つは、コイルからリードが引き出される。以下で２つのコイルエンド２２，２４を区別するときは、ステータコア２０の軸方向両端面のうちの一方側に配置される方を反リード側のコイルエンド２２と呼び、他方側に配置される方をリード側のコイルエンド２４と呼ぶ。

ロータ１４は、ロータコア３０と、ロータ回転軸３２を含む。ロータコア３０は、所定の形状に成形された複数の積層鋼板を積層して形成される円環状の磁性体部品である。積層鋼板に代えて、磁性粉末を一体化成形したものを用いてもよい。ロータ１４の磁極は、ロータコア３０の外周側に所定の配置で配置される複数の永久磁石によって形成されるが、図１では永久磁石の図示を省略した。永久磁石は、ステータ１２に巻回されるコイルに所定の通電を行うことで発生する回転磁界と協働してトルクを発生し、これによってロータ回転軸３２を回転させる。

モータケース１６は、ステータコア２０の外周側を固定しロータ回転軸３２を軸受３４で回転自在に支持し、ケース内部空間にステータ１２と、ロータ１４を収納する。モータケース１６の内部には冷却油が循環し、回転電機１０の動作によって発熱するステータ１２のコイル等を冷却する。かかるモータケース１６としては、適当な強度と耐熱性と耐油性を有する金属材料を所定の形状に成形したものが用いられる。金属材料としては、鋳鉄等の鉄材が用いられる。

放熱用部材４０は、回転電機１０が動作するときに発熱するステータ１２のコイルを金属製のモータケース１６側に放熱するための部材である。放熱用部材４０は、モータケース１６においてロータ回転軸３２を支持するカバー部分の内壁面と、これに対向するコイルエンドの外周面との間に挟持される。図１の例では、モータケース１６のロータ回転軸３２を支持するカバー部分の内壁面１８の周方向に沿った全周と、これに対向するコイルエンド２２の外周面との間に放熱用部材４０が挟持される。放熱用部材４０は、全体として円環状の形状を有し、円環状の軸方向の一方側外周面がモータケース１６の内壁面１８に向かい合い、他方側外周面が反リード側のコイルエンド２２の外周面に向かい合う。

挟持されるとは、接着等で固定されるのではなく、モータケース１６の内壁面１８とコイルエンド２２の間に円環状の放熱用部材４０が挟み込まれて保持されていることである。モータケース１６とステータ１２とは接着等で固定されていないので、回転電機１０において、ステータ１２の脱着を容易に行うことが可能である。

放熱用部材４０は、外側樹脂部材４２と、内側樹脂部材４４を含んで構成され、内側樹脂部材４４の外周面の全面が外側樹脂部材４２で覆われる。図２は、図１のＡ部の拡大図である。内側樹脂部材４４の外周面の全面が外側樹脂部材４２で覆われるとは、内側樹脂部材４４の外周面が完全に外側樹脂部材４２によって覆われ、内側樹脂部材４４が露出しないことである。例えば、外側樹脂部材４２が中空部を有し、その中空部に内側樹脂部材４４が封入される構造を取ることができる。あるいは、内側樹脂部材４４の外周面が露出することのない十分な厚さの外側樹脂部材４２によって内側樹脂部材４４の外周面をコーティングする構造を取ってもよい。内側樹脂部材４４を完全に覆っていれば、外側樹脂部材４２の厚さは薄いほど好ましい。

外側樹脂部材４２は、電気絶縁性が高く耐油性が高い材料で構成される。これによって、内側樹脂部材４４を冷却油から保護し、モータケース１６とコイルエンド２２の間を電気的に絶縁する。これにより、油中環境における放熱用部材４０の形状変化、特性劣化、脆性化を防止し、異物等の発生等を抑制することができる。かかる外側樹脂部材４２としては、フッ素またはポリイミドを基材とする樹脂部材を用いることができる。

内側樹脂部材４４は、放熱用部材４０のコアとなる部分で、熱伝導性が高く伸縮性が高い材料で構成される。これによって、コイルエンド２２の熱を金属製のモータケース１６側に伝導して外気側に放熱させ、コイルエンド２２を含むステータ１２を冷却することができる。また、モータケース１６の寸法ばらつきやコイルエンド２２の外形ばらつきを吸収して、モータケース１６の内壁面１８とコイルエンド２２の外周面との間に生じ得る隙間を少なくできる。また、ステータ１２をモータケース１６に組付けるときに緩衝材として働くので、組付け時にコイルが受ける荷重を軽減することができる。また、回転電機１０の動作時の雰囲気温度によるモータケース１６の熱膨張と、コイルエンド２２を含むステータ１２の熱膨張との差を吸収し、動作時の熱膨張差によってコイルが損傷を受けることを抑制できる。かかる内側樹脂部材４４としては、シリコーン樹脂を用いることができる。

上記では、放熱用部材４０を反リード側コイルエンド２２とモータケース１６との間に挟持するものとしたが、さらにリード側コイルエンド２４とモータケース１６との間に挟持するようにしてもよい。また、放熱用部材４０を円環状形状として、モータケース１６とコイルエンド２２との間に周方向に沿った全周に渡って挟持するものとしたが、全周に渡らなくても、効果的に放熱できる箇所に限定して挟持するようにしてもよい。

上記構成によれば、回転電機１０として以下の効果を発揮する。放熱用部材４０が伸縮性を有するので、コイルとモータケースとの間で挟持でき、かつコイルに損傷を与えずに組付けを行うことができる。コイルおよびモータケースに対し隙間をなくして密着して組付けを行うことができるため、コイルとモータケースとの間の熱伝導性が向上する。伸縮性を有するので、放熱性能等において材料の熱膨張差による影響を受けにくい。接着が不要であるので、ステータの脱着が可能となる。放熱用部材４０の加熱成形が不要なため、ステータ等の組付けが容易で、安価となる。また、主に放熱用部材４０の外側樹脂部材４２の特性によって電気的絶縁性と耐油性が確保できる。これにより、コイルの油冷との併用が可能となり、コイル冷却性能が向上し、また、放熱用部材４０の経時劣化を抑制できる。また、主として放熱用部材４０の内側樹脂部材４４の特性によって高い熱伝導性が実現でき、コイルの冷却性が向上し、回転電機１０の動作範囲が拡大する。

１０ 回転電機、１２ ステータ、１４ ロータ、１６ モータケース、１８ 内壁面、２０ ステータコア、２２，２４ コイルエンド、３０ ロータコア、３２ ロータ回転軸、３４ 軸受、４０ 放熱用部材、４２ 外側樹脂部材、４４ 内側樹脂部材。

Claims (5)

1. ステータコアとステータコアに巻回されるコイルを含むステータと、
   ステータの内周側に配置されロータ回転軸を有するロータと、
   ステータコアの外周側を固定しロータ回転軸を回転自在に支持するモータケースと、
   ステータコアの軸方向に突出するコイルエンドの外周面とモータケースの内壁面との間に挟持される放熱用部材と、
   を備え、
   放熱用部材は、
   電気絶縁性が高く耐油性が高い材料で構成される外側樹脂部材と、
   外側樹脂部材で外周面の全面が覆われ、熱伝導性が高く伸縮性が高い材料で構成される内側樹脂部材と、
   を含むことを特徴とする回転電機。
2. 請求項１に記載の回転電機において、
   外側樹脂部材は、フッ素またはポリイミドを基材とする樹脂部材であり、
   内側樹脂部材は、シリコーン樹脂であることを特徴とする回転電機。
3. 請求項１に記載の回転電機において、
   放熱用部材は、
   モータケースのロータ回転軸を支持するカバー部分の内壁面とこれに対向するコイルエンドの外周面との間に挟持されることを特徴とする回転電機。
4. 請求項３に記載の回転電機において、
   放熱用部材は、
   モータケースの内壁面の周方向に沿った全周と、これに対向するコイルエンドの外周面との間に挟持されることを特徴とする回転電機。
5. 請求項３に記載の回転電機において、
   放熱用部材は、
   コイルエンドのコイルの引出リードが配置されるリード側とは反対側である反リード側に配置されることを特徴とする回転電機。

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