(57)【要約】【課題】ステータコアの歪を発生させることなく、ステータコアの熱をケースに放熱することができる回転電機を提供すること。【解決手段】ケースと、ケース内に設けられ、円環状のステータコアにコイルが巻き付けられたステータコアと、ステータコアの径方向内側に回転自在に設けられたロータと、を備えた回転電機であって、ステータコアとケースとの間に熱伝導性樹脂を設けた。【選択図】図１
2020120489.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
ケースと、
前記ケース内に設けられ、円環状のステータコアにコイルが巻き付けられたステータコアと、
前記ステータコアの径方向内側に回転自在に設けられたロータと、
を備えた回転電機であって、
前記ステータコアと前記ケースとの間に熱伝導性樹脂を設けたことを特徴とする回転電機。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、回転電機に関する。
【背景技術】
【０００２】
特許文献１には、回転電機において、ステータコアとケースとを焼き嵌めによってステータコアとケースとを密着させることにより、ステータコアの熱をケースに放熱しやすくすることが開示されている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００３】
【特許文献１】特開２０１７−０６６９９１号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
しかしながら、焼き嵌めによってステータコアが歪むと磁気特性が悪化して損失が増加するおそれがある。
【０００５】
本発明は、上記課題に鑑みてなされたものであって、その目的は、ステータコアの歪を発生させることなく、ステータコアの熱をケースに放熱することができる回転電機を提供することである。
【課題を解決するための手段】
【０００６】
上述した課題を解決し、目的を達成するために、本発明に係る回転電機は、ケースと、前記ケース内に設けられ、円環状のステータコアにコイルが巻き付けられたステータコアと、前記ステータコアの径方向内側に回転自在に設けられたロータと、を備えた回転電機であって、前記ステータコアと前記ケースとの間に熱伝導性樹脂を設けたことを特徴とするものである。
【発明の効果】
【０００７】
本発明に係る回転電機は、ステータコアの歪を発生させることなく、ステータコアの熱をケースに放熱することができるという効果を奏する。
【図面の簡単な説明】
【０００８】
【図１】図１は、実施形態１に係る回転電機の構造を簡略的に示した図である。
【図２】図２は、樹脂シートの構成を示した図である。
【図３】図３は、膨潤させる前の樹脂シートがステータコアとケースとの間に挿入された状態を示した図である。
【図４】図４は、ステータコアとケースとの間に樹脂シートを挿入して設ける手順の一例を示したフローチャートである。
【図５】図５は、ステータコアの外周面またはケースの内周面に吸油ポリマーを含有した熱伝導性樹脂を塗布して、ステータコアとケースとの間に熱伝導性樹脂を設ける手順の一例を示したフローチャートである。
【図６】図６は、硬化前の吸油ポリマーを含有した熱伝導性樹脂をステータコアとケースとの間に注入して、ステータコアとケースとの間に熱伝導性樹脂を設ける手順の一例を示したフローチャートである。
【図７】図７は、実施形態２に係る回転電機の構造を簡略的に示した断面図である。
【図８】図８は、複数の孔が設けられた熱伝導性ゴムシートの斜視図である。
【図９】図９は、熱伝導性ゴムシートが固定されたステータコアを簡略的に示した斜視図である。
【図１０】図１０は、熱伝導性ゴムシートが固定されたステータコアをケースに挿入している状態を示した図である。
【図１１】図１１は、厚さ方向に圧縮される前の熱伝導性ゴムシートの断面図である。
【図１２】図１２は、厚さ方向に圧縮された熱伝導性ゴムシートの断面図である。
【図１３】図１３は、熱伝導性ゴムシートが内周面に固定されたケースの断面図である。
【図１４】図１４は、先にケースに当たる側を薄くした熱伝導性ゴムシートが固定されたステータコアをケースに挿入している状態を示した図である。
【図１５】図１５は、複数の溝が設けられた熱伝導性ゴムシートの斜視図である。
【図１６】図１６は、複数の溝が設けられた熱伝導性ゴムシートが固定されたステータコアを簡略的に示した斜視図である。
【発明を実施するための形態】
【０００９】
［実施形態１］
以下に、本発明に係る回転電機の実施形態１について説明する。なお、本実施形態により本発明が限定されるものではない。
【００１０】
図１は、実施形態１に係る回転電機１の構造を簡略的に示した図である。図１に示すように、モータなどの回転電機１は、ステータコア２、ケース３、樹脂シート４、ロータ５、及び、ロータ軸６などによって構成されている。ステータコア２は、複数枚の円環状の電磁鋼板を積層して構成されており、不図示のコイルが巻き付けられている。そして、ステータコア２と前記コイルとによって、ケース３内に設けられた固定子であるステータを構成している。また、ケース３は、アルミニウム製であって、内筒３Ａと外筒３Ｂとの間に水路３Ｃが形成された水冷ジャケットとして機能する。回転子であるロータ５は、回転軸部材であるロータ軸６に固定されており、ステータコア２の径方向内側にロータ軸６を中心に回転自在に設けられている。
【００１１】
ステータコア２とケース３の内筒３Ａとの間には、トランスミッションオイルで膨潤（膨張）する樹脂シート４が複数設けられている。図２に示すように、樹脂シート４は、熱伝導性樹脂である基材４１に吸油ポリマー４２が分散された構造をしている。なお、基材４１の好適な材料としては、シリコーンゴムであり、このシリコーンゴムに吸油ポリマーを予め練り込んでおく。
【００１２】
ここで、一般に吸油ポリマーは強度が弱い。そのため、吸油ポリマーのみでは吸油した後にばらばらになってしまう。吸油ポリマーがばらばらになると、回転電機１内にばらばらになった吸油ポリマーが入り込んで故障の原因となる。これに対して、実施形態１に係る回転電機１では、吸油ポリマー４２が基材４１で守られているため、吸油ポリマー４２が吸油して強度が低下してもばらばらになるのを抑制することができる。
【００１３】
次に、実施形態１に係る回転電機１の製造方法について説明する。実施形態１に係る回転電機１の製造方法としては、第１工程と第２工程と第３工程との３つの工程を用いる。第１工程は、トランスミッションオイル（ＡＴＦ）を吸収して膨潤するシート状の熱伝導性樹脂である樹脂シート４を成形する工程である。第２工程は、図３に示すように、ステータコア２とケース３との間に樹脂シート４を挿入する工程である。第３工程は、樹脂シート４にトランスミッションオイルを吸収させて膨潤させる工程である。
【００１４】
第１工程について詳しく説明する。第１工程では、熱伝導性樹脂である二液性のシリコーンゴム（信越化学製ＫＥ−１２８５−Ａ／Ｂ）に吸油ポリマー４２（名東化製株式会社製アクアＮ−キャップ）を混練する。その後、シート状に成形し、加熱により硬化させる。なお、硬化させた後にシート状に切り出してもよい。本実施形態において、樹脂シート４の役割は、ステータコア２とケース３との間で熱を伝えることである。そのため、樹脂シート４に用いるシリコーンゴムとしては熱伝導性が高いものを選定している。なお、熱伝導性樹脂としては、二液性のシリコーンゴムでなくてもよいし、シリコーンゴム以外の材質でもよい。また、吸油ポリマー４２は、吸油により膨潤するポリマーであれば特に限定されない。前記アクアＮ−キャップの成分は開示されていないが、例えば、他にも特開２００６−８７５７号公報に記載のポリマー（アルキル（メタ）アクリレート、ビニルモノマー、架橋性モノマーの共重合体）が吸油ポリマー４２として使用できる。
【００１５】
第２工程について詳しく説明する。第２工程では、樹脂シート４を所望の寸法に切断した後、ステータコア２とケース３との間に挿入する。
【００１６】
第３工程について詳しく説明する。第３工程では、ステータコア２とケース３との間に挿入した樹脂シート４に、トランスミッションオイルをスプレーなどによって塗布する。その後、一定時間保持する。これにより、樹脂シート４が膨潤することによって膨張し、図１に示すように、ステータコア２の外周面２０とケース３の内周面３０Ａとに樹脂が密着する。なお、回転電機１の全体をトランスミッションオイル中に浸漬し、その後、一定時間保持するようにしてもよい。
【００１７】
図４は、ステータコア２とケース３との間に樹脂シート４を挿入して設ける手順の一例を示したフローチャートである。
【００１８】
まず、ステータコア２をケース３に挿入する（ステップＳ１）。次に、ステータコア２とケース３との間に樹脂シート４を挿入する（ステップＳ２）。次に、樹脂シート４にトランスミッションオイルを吸収させて膨潤（膨張）させ、ステータコア２の外周面２０とケース３の内周面３０Ａとに樹脂シート４を密着させる（ステップＳ３）。
【００１９】
なお、ステータコア２とケース３との間への熱伝導性樹脂の設け方としては、上述したような樹脂シート４をステータコア２とケース３との間に挿入するものに限定されない。例えば、熱伝導性樹脂が塗布できる形態であり、ステータコア２の外周面２０またはケース３の内周面３０Ａに吸油ポリマー４２を含有した熱伝導性樹脂を塗布する方法でもよい。その他には、硬化前の吸油ポリマー４２を含有した熱伝導性樹脂をステータコア２とケース３との間に注入し、その後、熱伝導性樹脂を硬化させる方法であってもよい。
【００２０】
図５は、ステータコア２の外周面２０またはケース３の内周面３０Ａに吸油ポリマー４２を含有した熱伝導性樹脂を塗布して、ステータコア２とケース３との間に熱伝導性樹脂を設ける手順の一例を示したフローチャートである。
【００２１】
まず、ステータコア２の外周面２０またはケース３の内周面３０Ａに吸油ポリマー４２を含有した熱伝導性樹脂を塗布する（ステップＳ１１）。次に、ステータコア２とケース３とを組み付ける（ステップＳ１２）。次に、吸油ポリマー４２を含有した熱伝導性樹脂にトランスミッションオイルを吸収させて膨潤（膨張）させ、ステータコア２の外周面２０とケース３の内周面３０Ａとに熱伝導性樹脂を密着させる（ステップＳ１３）。
【００２２】
図６は、硬化前の吸油ポリマー４２を含有した熱伝導性樹脂をステータコア２とケース３との間に注入して、ステータコア２とケース３との間に熱伝導性樹脂を設ける手順の一例を示したフローチャートである。
【００２３】
まず、ステータコア２をケース３に挿入する（ステップＳ２１）。次に、ステータコア２とケース３との間に硬化前の吸油ポリマー４２を含有した熱伝導性樹脂を注入する（ステップＳ２２）。次に、熱伝導性樹脂を硬化させる（ステップＳ２３）。次に、吸油ポリマー４２を含有した熱伝導性樹脂にトランスミッションオイルを吸収させて膨潤（膨張）させ、ステータコア２の外周面２０とケース３の内周面３０Ａとに熱伝導性樹脂を密着させる（ステップＳ２４）。
【００２４】
実施形態１に係る回転電機１においては、ステータコア２の外周面２０とケース３の内周面３０Ａとに熱伝導性樹脂を密着させる原理が、熱応力ではなく膨潤であるため、ステータコア２に過大な応力が生じ得ない。これにより、ステータコア２が歪むことを防止することができ、損失が増加しない。なお、回転電機１内に水などの異物が混入すると故障の原因となるが、回転電機１の使用時において回転電機１の内部に流通しているトランスミッションオイルを熱伝導性樹脂の膨潤に用いるため、回転電機１の故障の原因とはならない。
【００２５】
［実施形態２］
以下に、本発明に係る回転電機の実施形態２について説明する。なお、本実施形態により本発明が限定されるものではない。
【００２６】
図７は、実施形態２に係る回転電機１０１の構造を簡略的に示した断面図である。図７に示すように、モータなどの回転電機１０１は、ステータコア１０２、ケース１０３、熱伝導性ゴムシート１０４、不図示のロータ、及び、不図示のロータ軸などによって構成されている。ステータコア１０２は、複数枚の円環状の電磁鋼板が積層されて構成されており、不図示のコイルが巻き付けられている。そして、ステータコア１０２と前記コイルとによってケース１０３内に設けられた固定子であるステータを構成している。ケース３は、アルミニウム製である。熱伝導性ゴムシート１０４は、シート状の熱伝導性樹脂であって、ステータコア１０２とケース１０３との間に設けられている。熱伝導性ゴムシート１０４の好適な材料としては、シリコーンゴムである。本実施形態において熱伝導性ゴムシート１０４の役割は、ステータコア１０２からケース１０３に熱を伝えることである。そのため、例えば、熱伝導性ゴムシート１０４に用いるシリコーンゴムとしては、熱伝導率が高いものを選定している。なお、熱伝導性樹脂としては、シリコーンゴム以外の材質でもよい。回転子である前記ロータは、回転軸部材である前記ロータ軸に固定されており、ステータコア１０２の径方向内側に前記ロータ軸を中心に回転自在に設けられている。
【００２７】
実施形態２に係る回転電機１０１においては、図８に示すような複数の孔１４０の開いた熱伝導性ゴムシート１０４を用いる。なお、孔１４０は、熱伝導性ゴムシート１０４を厚さ方向で貫通しているが、貫通していない有底の穴であってもよい。また、本実施形態においては、回転電機１０１を製造する際の後工程で、熱伝導性ゴムシート１０４の先にケース１０３に当たる側（熱伝導性ゴムシート１０４の挿入方向先端側）の複数の孔１４０を密にしており、熱伝導性ゴムシート１０４を変形し易くしている。そして、図９に示すように、ステータコア１０２の外周面１２０に熱伝導性ゴムシート１０４を貼り付けて固定する。なお、熱伝導性ゴムシート１０４は、ステータコア１０２とケース１０３とのどちらに固定されていてもよいし、両方に固定されていてもよい。次に、トランスミッションオイル（ＡＴＦ）で潤滑しながら、図１０に示すように、熱伝導性ゴムシート１０４を潰しつつケース１０３にステータコア１０２を挿入する。
【００２８】
回転電機１０１の使用時においては、ステータコア１０２及びケース１０３の温度が上がる。ステータコア１０２（電磁鋼板）の熱膨張よりも、ケース１０３（アルミニウム）の熱膨張率が大きいため、ステータコア１０２とケース１０３との間の隙間が例えば５０［μｍ］程度広がる場合がある。そのため、ステータコア１０２とケース１０３との間を圧縮されたゴムで満たすことにより、ステータコア１０２とケース１０３との間の隙間が広がった場合も、ゴムの圧縮が回復することにより、ゴムがステーコタとケース１０３との両者に密着した状態を保つことができる。これにより、ステーコタコアの発する熱をケース１０３に伝えることができる。
【００２９】
なお、ゴムを圧縮して厚さを減じるためには、圧縮されたゴムの逃げ場が必要である。そのため、本実施形態のように、図１１に示すように複数の孔１４０をゴムに開けることによって、ゴムが厚さ方向に圧縮された際、図１２に示すようにゴムが孔１４０に逃げる。これにより、容易に軽い力でゴムを圧縮できるようになる。なお、ゴムに絶縁性が求められる場合、孔１４０を開けることによって絶縁性が保たれなくなってしまう（アーム放電が発生してしまう）が、本実施形態の目的ではゴムに絶縁性が不要のため、ゴムに孔１４０を開けることができる。
【００３０】
熱伝導性ゴムシート１０４をケース１０３に挿入するとき、挿入し始めが一番挿入し難い。しかしながら、熱伝導性ゴムシート１０４の先にケース１０３に当たる側がより柔らかいため、熱伝導性ゴムシート１０４がステータコア１０２の径方向へ容易につぶれて挿入しやすい。一旦挿入できれば、熱伝導性ゴムシート１０４の先にケース１０３に入った部分に案内されて、残りの部分は容易にケース１０３に挿入できる。なお、熱伝導性ゴムシート１０４に複数の孔１４０が密に設けられているほど孔１４０の数が多くなって空間が多くなり、熱伝導性ゴムシート１０４の熱を伝える能力が低下してしまう。そこで、特に柔らかくする必要のない箇所、すなわち、熱伝導性ゴムシート１０４の後にケース３に当たる側（熱伝導性ゴムシート１０４の挿入方向後端側）は、複数の孔１４０を疎に設けることによって、熱伝導性ゴムシート１０４の熱を伝える能力が低下するのを抑制することができる。
【００３１】
なお、ケース１０３にステータコア１０２を挿入する前に、熱伝導性ゴムシート１０４をステータコア１０２の外周面１２０に固定するのではなく、図１３に示すように、熱伝導性ゴムシート１０４をケース１０３の内周面１３０に固定してもよい。この場合は、熱伝導性ゴムシート１０４の先にステータコア１０２に当たる側の孔１４０を密にしておくことによって、熱伝導性ゴムシート１０４がステータコア１０２の径方向へ容易につぶれて挿入しやすくなる。
【００３２】
ここで、図１４に示すように、複数の孔１４０を設けずに、熱伝導性ゴムシート１０４Ａの先にケース１０３に当たる側にテーパー面１４１を設けて薄くしておくことでも、熱伝導性ゴムシート１０４Ａのケース１０３への挿入性を向上させることは可能である。しかしながら、一般に熱伝導性ゴムシートは厚さが一定であり、一部のみを薄くする加工が困難である。
【００３３】
熱伝導性ゴムシート１０４をケース１０３に挿入するときには、潤滑剤があると容易に挿入できる。この潤滑剤は、熱伝導性ゴムシート１０４とケース１０３との間に挟まれるため、組み付け後に完全に除去することはできない。そのため、回転電機１０１の使用時において、潤滑剤が回転電機１０１の内部に流出して問題となるおそれがある。例えば、水系の潤滑剤を用いると、使用時において流出し、回転電機１０１の内部のトランスミッションオイルを変質させる原因となる。そこで、本実施形態においては、熱伝導性ゴムシート１０４をケース１０３に挿入するときに、潤滑剤としてトランスミッションオイルを用いることにより、回転電機１０１の使用時において、回転電機１０１の内部にはトランスミッションオイルが循環されるため、回転電機１０１の内部への潤滑剤の流出が問題とならなくなる。
【００３４】
次に、実施形態２に係る回転電機１０１の製造方法について説明する。実施形態２に係る回転電機１０１の製造方法としては、第１工程と第２工程と第３工程との３つの工程を用いる。第１工程は、複数の孔１４０の開いた熱伝導性ゴムシート１０４であるシリコーンゴムシートを製造する工程である。第２工程は、シリコーンゴムシートをステータコア１０２に貼り付ける工程である。第３工程は、シリコーンゴムシートが貼り付けられたステータコタをケース１０３に挿入する工程である。
【００３５】
第１工程について詳しく説明する。第１工程では、熱伝導性ゴムシート１０４であるシリコーンゴムシート（信越化学製ＴＣ−ＴＡ−１、厚さ０．４５［ｍｍ］）を所望の寸法に切断した後、孔開けパンチを用いて直径８［ｍｍ］の孔１４０を複数開ける。このとき、後工程でシリコーンゴムシートの先にケース１０３に当たる側の複数の孔１４０を密にして変形し易くしておく。
【００３６】
第２工程について詳しく説明する。第２工程では、シリコーンゴムシートをステータコア１０２の外周面１２０に貼り付けて固定する。シリコーンゴムは、一般の接着剤では接着できないため、セメダイン製セメダインＰＰＸを用いた。
【００３７】
第３工程について詳しく説明する。第３工程では、ステータコア１０２に固定されたシリコーンゴムシートの表面とケース１０３の表面とにトランスミッションオイルをスプレー等によって塗布する。その後、シリコーンゴムシートが固定されたステータコア１０２を、シリコーンゴムシートを潰しつつケース１０３に挿入して、ステータコア１０２の外周面１２０とケース１０３の内周面１３０とにシリコーンゴムシートを密着させる。
【００３８】
なお、シリコーンゴムシートなどの熱伝導性ゴムシート１０４に複数の孔１４０を設けることに替えて、図１５に示すように、熱伝導性ゴムシート１０４Ｂに複数の溝１４２Ａ，１４２Ｂを設けても良い。なお、熱伝導性ゴムシート１０４Ｂの先にケース３に当たる側（熱伝導性ゴムシート１０４Ｂの挿入方向先端側）に位置する複数の溝１４２Ａの挿入方向の幅Ｗ１のほうが、熱伝導性ゴムシート１０４Ｂの後にケース３に当たる側（熱伝導性ゴムシート１０４Ｂの挿入方向後端側）に位置する複数の溝１４２Ｂの挿入方向の幅Ｗ２よりも広くなっている。そして、例えば、図１６に示すように、複数の溝１４２Ａ，１４２Ｂが設けられた熱伝導性ゴムシート１０４をステータコア１０２の外周面１２０に貼り付けて固定する。これにより、ケース１０３にステータコア１０２を挿入するときに熱伝導性ゴムシート１０４が厚さ方向に圧縮された際、ゴムが複数の溝１４２Ａ，１４２Ｂに逃げるため、容易に軽い力で熱伝導性ゴムシート１０４を圧縮することができる。
【００３９】
実施形態２に係る回転電機１０１においては、ステータコア１０２の外周面１２０とケース１０３の内周面１３０とに熱伝導性ゴムシート１０４などを密着させる原理が、熱応力ではなくゴムの反発であるため、ステータコア１０２に過大な応力が生じ得ない。これにより、ステータコア１０２が歪むことを防止することができ、損失が増加しない。なお、回転電機１０１内に水などの異物が混入すると故障の原因となるが、回転電機１０１の使用時において回転電機１０１の内部に流通しているトランスミッションオイル（ＡＴＦ）をシリコーンゴムシートの膨潤に用いるため、回転電機１０１の故障の原因とはならない。
【符号の説明】
【００４０】
１  回転電機
２  ステータコア
３  ケース
４  樹脂シート
２０，１２０  外周面
３０Ａ，１３０  内周面
１０１  回転電機
１０２  ステータコア
１０３  ケース
１０４，１０４Ａ，１０４Ｂ  熱伝導性ゴムシート
１４０  孔
１４１  テーパー面
１４２Ａ，１４２Ｂ  溝
【図１】
2020120489.tif 000003
【図２】
2020120489.tif 000004
【図３】
2020120489.tif 000005
【図４】
2020120489.tif 000006
【図５】
2020120489.tif 000007
【図６】
2020120489.tif 000008
【図７】
2020120489.tif 000009
【図８】
2020120489.tif 000010
【図９】
2020120489.tif 000011
【図１０】
2020120489.tif 000012
【図１１】
2020120489.tif 000013
【図１２】
2020120489.tif 000014
【図１３】
2020120489.tif 000015
【図１４】
2020120489.tif 000016
【図１５】
2020120489.tif 000017
【図１６】
2020120489.tif 000018