(57)【要約】【課題】放熱性の高いクローポール型モータ、及びクローポール型モータ製造方法の提供。【解決手段】円周上に複数の爪部を有する第１コア１２と、第１コア１２と対向して配置される第２コア１６と、第１コア１２及び第２コア１６に挟持されるリング状コイル１４を有するクローポール型モータ２００において、第１コア１２とリング状コイル１４との間に配置される第１インシュレータ１３と、第２コア１６とリング状コイル１４との間に配置される第２インシュレータ１５と、を備え、リング状コイル１４は、平角導体を長手方向が軸方向と一致するように巻回され、リング状コイル１４の厚みＸ１は、第１コア１２及び第２コア１６が形成するリング状コイル１４が収納される収納凹部の厚みＸ２より、第１インシュレータ１３の厚みｔ１及び第２インシュレータ１５の厚みｔ２を引いた厚みより、所定の厚み分ｔ３だけ厚く設定される。【選択図】図３
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
円周上に複数の爪部を有する第１コアと、前記第１コアと対向して配置される第２コアと、前記第１コア及び前記第２コアに挟持されるリング状コイルを有するクローポール型モータにおいて、
前記第１コアと前記リング状コイルとの間に配置される第１インシュレータと、
前記第２コアと前記リング状コイルとの間に配置される第２インシュレータと、を備え、
前記リング状コイルは、平角導体を長手方向が軸方向と一致するように巻回され、
前記リング状コイルの厚みは、
前記第１コア及び前記第２コアが形成する前記リング状コイルが収納される収納凹部の窪みの深さから、前記第１インシュレータの厚み及び前記第２インシュレータの厚みを引いた値よりも、所定の厚み分だけ厚く設定されていることを特徴とするクローポール型モータ。
【請求項２】
請求項１に記載のクローポール型モータにおいて、
前記所定の厚みは、
前記第１インシュレータが前記リング状コイルと前記第１コアとの絶縁を確保可能な距離を前記第１インシュレータの厚みより引いた第１ツブシ代厚みと、
前記第２インシュレータが前記リング状コイルと前記第２コアとの絶縁を確保可能な距離を前記第２インシュレータの厚みより引いた第２ツブシ代厚みと、を足した厚みであることを特徴とするクローポール型モータ。
【請求項３】
請求項１又は請求項２に記載のクローポール型モータにおいて、
前記第１インシュレータと前記第２インシュレータとが当接し合う面が、テーパ状に形成されていることを特徴とするクローポール型モータ。
【請求項４】
請求項１乃至請求項３のいずれか１つに記載のクローポール型モータにおいて、
前記第１インシュレータ及び前記第２インシュレータの材質を弾性率が大きく耐熱性に優れる素材としたことを特徴とするクローポール型モータ。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、クローポール型モータに用いるコイルを工夫することで、固定子の放熱性を改善する技術に関する。
【背景技術】
【０００２】
近年、車の駆動力を得る為のモータの開発が盛んに行われている。ハイブリット自動車や電気自動車など、モータの駆動力によって車を走らせたいというニーズが高まっている為である。
しかし、車の駆動力をモータで得る為にはモータに高出力化が求められる。そして、車載する為にはモータの小型化は必須である。特にハイブリッド自動車はエンジンと共にモータもエンジンルーム内に配置する必要がある為、小型化が切望されている。
したがって、小型でハイパワーのモータが切望されるが、モータの小型化及び高出力化を図る場合、コイルに流す電流を高める必要がある。
【０００３】
しかし、モータのコイルに流す電流量を増やすと発熱量が多くなるという問題がある。このためコイルの断面積を増やして発熱量を低減したり、コイルの冷却方法を工夫したりすることで、固定子の冷却を行っている。
特許文献１には、モータに関する技術が開示されている。
高熱伝導性絶縁体を固定子のコイルエンドに配置し、固定子の外側を覆うブラケットに密着させる。この様な構成とすることで固定子からの発熱はコイルエンドの高熱伝導性絶縁体及びブラケットを介して外部に放出することが可能となる。
【０００４】
特許文献２には、クローポール型モータのステータに関する技術が開示されている。
固定子に用意されたステータリングの内部に冷却水路を設けて、冷却水路内に冷却用の流体を流す。ステータリングに挟まれたコイルは、電流が流されたときに抵抗発熱するが、ステータリングに冷却用の流体を流すことで、クローポール型モータの効率的な冷却を可能とする。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００５】
【特許文献１】特開２０００−１１６０６３号公報
【特許文献２】特開２００５−２０９８１号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
しかしながら、特許文献１又は特許文献２の技術には以下に説明する課題があると考えられる。
特許文献１のモータでは、高熱伝導性絶縁体を用いて熱伝達及びブラケットからの熱放出を行っている。しかしながら、絶縁体の熱伝導性を高めようとする場合には、絶縁体にフィラー等を混合しなければならないなど、コストが高くなる傾向にある。また、絶縁性を確保したまま熱伝導性を高めることには限界があり、必要な熱伝導性を確保することは難しいという問題点も挙げられる。
この結果、固体同士で熱を伝達する固定子コア部分よりも、固定子のコイルエンド側に熱が溜まりやすくなる。
【０００７】
一方、特許文献２のクローポール型モータでは、固定子の外周部分にステータリングの内部に冷却水路を設けて固定子の冷却を行っている。しかしながら、巻線をして形成されるコイルや圧粉材で形成されるステータリングの製品精度を高めることは困難であり、公差により隙間が生じれば熱伝達が阻害されてしまうという問題がある。
また、ステータリングは圧粉材を用いているため、内部に複雑な水路を形成することは困難であるし、コストが嵩むという点も問題となる。
【０００８】
そこで、本発明はこのような課題を解決するために、放熱性の高いクローポール型モータ、及びクローポール型モータ製造方法を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００９】
前記目的を達成するために、本発明によるクローポール型モータは以下のような特徴を有する。
（１）円周上に複数の爪部を有する第１コアと、前記第１コアと対向して配置される第２コアと、前記第１コア及び前記第２コアに挟持されるリング状コイルを有するクローポール型モータにおいて、
前記第１コアと前記リング状コイルとの間に配置される第１インシュレータと、前記第２コアと前記リング状コイルとの間に配置される第２インシュレータと、を備え、前記リング状コイルは、平角導体を長手方向が軸方向と一致するように巻回され、前記リング状コイルの厚みは、前記第１コア及び前記第２コアが形成する前記リング状コイルが収納される収納凹部の窪みの深さから、前記第１インシュレータの厚み及び前記第２インシュレータの厚みを引いた値よりも、所定の厚み分だけ厚く設定されていることを特徴とする。
【００１０】
（２）（１）に記載のクローポール型モータにおいて、
前記所定の厚みは、前記第１インシュレータが前記リング状コイルと前記第１コアとの絶縁を確保可能な距離を前記第１インシュレータの厚みより引いた第１ツブシ代厚みと、前記第２インシュレータが前記リング状コイルと前記第２コアとの絶縁を確保可能な距離を前記第２インシュレータの厚みより引いた第２ツブシ代厚みと、を足した厚みであることを特徴とする。
【００１１】
（３）（１）又は（２）に記載のクローポール型モータにおいて、
前記第１インシュレータと前記第２インシュレータとが当接し合う面が、テーパ状に形成されていることを特徴とする。
【００１２】
（４）（１）乃至（３）のいずれか１つに記載のクローポール型モータにおいて、
前記第１インシュレータ及び前記第２インシュレータの材質を弾性率が大きく耐熱性に優れる素材としたことを特徴とする。
【発明の効果】
【００１３】
このような特徴を有する本発明によるクローポール型モータにより、以下のような作用、効果が得られる。
上記（１）に記載される発明は、円周上に複数の爪部を有する第１コアと、第１コアと対向して配置される第２コアと、第１コア及び第２コアに挟持されるリング状コイルを有するクローポール型モータにおいて、第１コアとリング状コイルとの間に配置される第１インシュレータと、第２コアとリング状コイルとの間に配置される第２インシュレータと、を備え、リング状コイルは、平角導体を長手方向が軸方向と一致するように巻回され、リング状コイルの厚みは、第１コア及び第２コアが形成するリング状コイルが収納される収納凹部の窪みの深さから、第１インシュレータの厚み及び第２インシュレータの厚みを引いた値よりも、所定の厚み分だけ厚く設定されているものである。
【００１４】
リング状コイルの厚みを所定の厚みだけ厚く設定していることで、第１コアと第２コアとで挟持された際に、第１インシュレータと第２インシュレータとを押し潰すようにして密着することになる。よって、固体同士の接触によってリング状コイルと第１インシュレータ及び第２インシュレータを介して第１コアと第２コアに熱伝達を行うことが可能となり、効率的に熱を放出することが可能となる。
リング状コイルの両端面から熱を効率的に放出することが可能となることで、クローポール型モータの効率的な冷却を実現できる。
【００１５】
また、上記（２）に記載の、（１）に記載のクローポール型モータにおいて、所定の厚みは、第１インシュレータがリング状コイルと第１コアとの絶縁を確保可能な距離を第１インシュレータの厚みより引いた第１ツブシ代厚みと、第２インシュレータがリング状コイルと第２コアとの絶縁を確保可能な距離を第２インシュレータの厚みより引いた第２ツブシ代厚みと、を足した厚みとされている。
第１インシュレータ及び第２インシュレータによって、リング状コイルと第１コア及び第２コアとの絶縁を確保したまま、リング状コイルの冷却を確保することができる。
【００１６】
また、上記（３）に記載の、（１）又は（２）に記載のクローポール型モータにおいて、第１インシュレータと第２インシュレータとが当接し合う面が、テーパ状に形成されている。
第１インシュレータと第２インシュレータとの当接面をテーパ状に形成することで、リング状コイルと第１コア及び第２コアとの絶縁沿面距離を確保することが可能となる。このため、リング状コイルと第１コア及び第２コアとの絶縁を確保するために配置された第１インシュレータ及び第２インシュレータの厚みを薄くしても、接続部分での短絡を防ぐことが可能である。
【００１７】
また、上記（４）に記載の、（１）乃至（３）のいずれか１つに記載のクローポール型モータにおいて、第１インシュレータ及び第２インシュレータの材質を弾性率が大きく耐熱性に優れる素材としているものである。
第１インシュレータ及び第２インシュレータの材質を弾性率が大きく耐熱性に優れる素材としていることで、リング状コイルと第１インシュレータ及び第２インシュレータとの密着性を高めることが可能となり、放熱性を高めることに寄与する。
【図面の簡単な説明】
【００１８】
【図１】本実施形態の、Ｕ相スタックの分解斜視図である。
【図２】本実施形態の、Ｕ相スタックの斜視図である。
【図３】本実施形態の、Ｕ相スタックの断面図であり、図２のＡＡ断面である。
【図４】本実施形態の、クローポール型モータの分解斜視図である。
【図５】本実施形態の、Ｕ相スタックの第１インシュレータと第２インシュレータとの接合部の拡大断面図である。
【図６】本実施形態の、Ｕ相スタックのリング状コイルと第１インシュレータとの関係を示す拡大断面図である。
【発明を実施するための形態】
【００１９】
まず、本発明の実施形態について説明する。
図１に、Ｕ相スタックの分解斜視図を示す。図２に、Ｕ相スタックの斜視図を示す。また、図３に、Ｕ相スタックの断面図を示す。図３は、図２のＡＡ断面である。
Ｕ相スタック１０は、第１コア１２と第１インシュレータ１３とリング状コイル１４と第２インシュレータ１５と第２コア１６よりなる。
第１コア１２は外周環１２Ａと円周上に爪状の突起である爪部１２Ｂが１２カ所に、外周環１２Ａの内周側に突出して設けられている。爪部１２Ｂは外周環１２Ａの軸方向に突出して形成される。具体的には爪部底面１２Ｂａと直交するように設けられる内周壁面１２Ｂｂとテーパ面１２Ｂｃとが交わることで、爪部底面１２Ｂａの反対側に交辺が形成され外周環１２Ａに設けられる。爪部１２Ｂは凹部１２Ｃと交互に外周環１２Ａに設けられている。
第１コア１２には、鉄粉やパーマロイなどの磁性材料を細かく砕いたものと樹脂とを材料とする圧粉磁心が用いられている。このような圧粉磁心を用いることで、Ｕ相スタック１０を固定子１００に組み付けてモータとして使用した際に発生する鉄損を軽減することができる。
【００２０】
外周環１２Ａの爪部１２Ｂが突出する側の面には第１切欠部１２ａ及び第２切欠部１２ｂが設けられている。
第２コア１６は、第１コア１２とほぼ同じ形状であり、第１コア１２と対向するように配置される。
第２コア１６にも、外周環１６Ａの内周側に爪部１６Ｂと凹部１６Ｃとが設けられ、第１切欠部１６ａ及び第２切欠部１６ｂが設けられている。外周環１６Ａは外周環１２Ａに、爪部１６Ｂは爪部１２Ｂに、凹部１６Ｃは凹部１２Ｃに、第１切欠部１６ａ及び第２切欠部１６ｂは第１切欠部１２ａ及び第２切欠部１２ｂに対応する。
第１インシュレータ１３は、絶縁性を有する樹脂で環状に形成されている。断面はコの字状になっており、図３に示すようにリング状コイル１４が収まる溝となる溝部１３Ａが形成されている。
【００２１】
第２インシュレータ１５は、第１インシュレータ１３とほぼ同一形状に形成され、溝部１５Ａを備えている。なお、第１インシュレータ１３及び第２インシュレータ１５が対向して当接する面は斜に切った形状に形成されており、第２インシュレータ１５と第１インシュレータ１３は斜に切った面が当接するように設計されている。この様に構成されることで、第１インシュレータ１３と第１コア１２又は第２コア１６との絶縁沿面距離を稼ぐのに貢献している。
第１インシュレータ１３及び第２インシュレータ１５は絶縁性が高く弾性力が高く耐熱性に優れる材質が用いられている。第１インシュレータ１３の厚みｔ１と第２インシュレータ１５の厚みｔ２は０．３ｍｍ程度に設定されているが、この厚みは、第１インシュレータ１３及び第２インシュレータ１５が固定子１００に組み付けられた状態で、第１コア１２及び第２コア１６とリング状コイル１４の絶縁が確保できる程度の厚みとして設定されている。
【００２２】
リング状コイル１４は、エナメルなどの絶縁被覆を表面に施された平角導体を巻回して形成される。リング状コイル１４は図１に示すように平角導体の長手方向が軸方向と一致するように巻回されている。したがって、平角導体の一端がリング状コイル１４の両端面に面する状態となっている。平角導体の端部である第１コイル端部１４Ａと第２コイル端部１４Ｂは、リング状コイル１４の外周側に向かって突出する形状となっている。リング状コイル１４に用いる導体は銅やアルミニウムなどの導電性の高い物質が望ましい。
【００２３】
第１コア１２、第１インシュレータ１３、リング状コイル１４、第２インシュレータ１５、及び第２コア１６を図１の順に組み合わせることで、図２に示すようなＵ相スタック１０が形成される。
Ｖ相スタック２０、Ｗ相スタック３０についてもＵ相スタック１０と同様の構成であるので、此処では説明を省略する。
【００２４】
図４に、クローポール型モータの分解斜視図を示す。
この様にＵ相スタック１０、Ｖ相スタック２０、Ｗ相スタック３０を図４に示すように重ね、第１ブラケット６１及び第２ブラケット６２で挟み、第１固定ボルト６３Ａ乃至第３固定ボルト６３Ｃで固定することで固定子１００を形成する。
第１ブラケット６１及び第２ブラケット６２は環状のプレートであり、外周部に第１固定ボルト６３Ａ、第２固定ボルト６３Ｂ及び第３固定ボルト６３Ｃを貫通する穴、及び締結する穴を備える。第１固定ボルト６３Ａは第２ブラケット６２に形成される第１締結穴６２Ａに、第２固定ボルト６３Ｂは第２締結穴６２Ｂに、第３固定ボルト６３Ｃは第３締結穴６２Ｃにそれぞれ締結される。こうして固定子１００として構成される。
固定子１００の内周側にはロータ５０及びそれに接続される出力軸４０が備えられており、クローポール型モータ２００として機能する。
【００２５】
本実施形態のクローポール型モータ２００は上記の通り構成されるので、以下に説明する作用、効果を奏する。
まず、本実施形態のクローポール型モータ２００の放熱性の向上を図ることができる。
本実施形態のクローポール型モータ２００は、円周上に複数の爪部を有する第１コア１２と、第１コア１２と対向して配置される第２コア１６と、第１コア１２及び第２コア１６に挟持されるリング状コイル１４を有するクローポール型モータ２００において、第１コア１２とリング状コイル１４との間に配置される第１インシュレータ１３と、第２コア１６とリング状コイル１４との間に配置される第２インシュレータ１５と、を備え、リング状コイル１４は、平角導体を長手方向が軸方向と一致するように巻回され、リング状コイル１４の厚みＸ１は、第１コア１２及び第２コア１６が形成するリング状コイル１４が収納される収納凹部の厚みＸ２より、第１インシュレータ１３の厚みｔ１及び第２インシュレータ１５の厚みｔ２を引いた厚みより、所定の厚み分ｔ３だけ厚く設定されている。
【００２６】
図６に、Ｕ相スタックのリング状コイルと第１インシュレータとの関係を示す拡大断面図を示す。
この為、第１コア１２、第１インシュレータ１３、リング状コイル１４、第２インシュレータ１５及び第２コア１６を組み付けると、樹脂材料を用いている第１インシュレータ１３及び第２インシュレータ１５が押し潰される状態となる。これは、図３に示すリング状コイル１４のコイル厚さＸ１が、第１コア１２及び第２コア１６によって形成されるコア凹部深さＸ２に対して、コア凹部深さＸ２から第１インシュレータ１３の厚みｔ１及び第２インシュレータ１５の厚みｔ２を引いた値よりも厚く設定されている為である。
所定の厚みｔ３は第１インシュレータ１３に設定された第１ツブシ代厚みと、第２インシュレータ１５に設定された第２ツブシ代厚みの和であり、それぞれの第１インシュレータ１３及び第２インシュレータ１５には、ｔ３／２だけツブシ代が設定されている。
【００２７】
この為、第１コア１２と第１インシュレータ１３及びリング状コイル１４は潰されることで密着することになり、リング状コイル１４と第２インシュレータ１５及び第２コア１６とも密着することになる。
このため、クローポール型モータ２００に通電することで発生するリング状コイル１４からの発熱を第１コア１２及び第２コア１６を介して外部に放熱する。
リング状コイル１４は、長手方向が軸方向と一致するように巻回されている。すなわち、平角導体の端部が第１インシュレータ１３及び第２インシュレータ１５に接しているため、効率的に熱放出することが可能となる。
【００２８】
クローポール型モータ２００の高出力化が求められているため、今後、放熱性の確保は重要な問題となる。第１コア１２及び第２コア１６に熱伝達を素早く行うことで、リング状コイル１４よりも熱容量の大きい第１コア１２及び第２コア１６に熱を奪われて、リング状コイル１４は冷却される。
また、本実施形態のクローポール型モータ２００の絶縁性を確保することができる。
図５に、Ｕ相スタックの拡大断面図を示す。
第１インシュレータ１３と第２インシュレータ１５の接続部分は、テーパ面が形成されている。第１コア１２及び第２コア１６が組み合わされる際に、図５に示すように第１ブラケット６１及び第２ブラケット６２を第１固定ボルト６３Ａ、第２固定ボルト６３Ｂ、及び第３固定ボルト６３Ｃを用いて締結する。
【００２９】
すなわち第１コア１２と第２コア１６に力を加えることでリング状コイル１４側に力が加えられ、第１インシュレータ１３と第２インシュレータ１５とが重なって絶縁沿面距離Ｈが得られる。第１コア１２及び第２コア１６のテーパ面距離Ｔで絶縁沿面距離が確保できるように設定されているため、第１インシュレータ１３と第２インシュレータ１５との重なりが大きくなることで絶縁沿面距離Ｈの長さが長くなる。したがって、第１コア１２及び第２コア１６とリング状コイル１４との絶縁を確保することができる。
第１インシュレータ１３及び第２インシュレータ１５の厚みｔ１は、絶縁可能な程度に約０．３ｍｍに設定されているが、第１インシュレータ１３と第２インシュレータ１５の接合部分ではその隙間から短絡する虞がある。しかし、テーパ面距離Ｔが絶縁沿面距離を確保可能な距離に設定してあることで、第１インシュレータ１３及び第２インシュレータ１５の端面が重なり合うことによって絶縁沿面距離Ｈを得ることができる。このため、短絡を防ぐことが可能である。
【００３０】
また、所定の厚みｔ３は、第１インシュレータ１３がリング状コイル１４と第１コア１２との絶縁を確保可能な距離Ａ１を第１インシュレータ１３の厚みｔ１より引いたツブシ代厚みＡ２と、第２インシュレータ１５がリング状コイル１４と第２コア１６との絶縁を確保可能な距離Ｂ１を第２インシュレータ１５の厚みｔ２より引いたツブシ代厚みＢ２と、を足した厚みとされている。
第１インシュレータ１３及び第２インシュレータ１５によって、リング状コイル１４と第１コア１２及び第２コア１６との絶縁を確保したまま、リング状コイル１４の冷却を確保することができる。
第１インシュレータ１３の厚みｔ１、及び第２インシュレータ１５の厚みｔ２は当初０．３ｍｍであり、図５に示すように、第１インシュレータ１３及び第２インシュレータ１５をリング状コイル１４当接して潰されることで０．２ｍｍ程度まで厚みが減少する。
【００３１】
しかし、第１インシュレータ１３及び第２インシュレータ１５は０．２ｍｍの厚みになったときにも第１コア１２及び第２コア１６とリング状コイル１４との絶縁を確保できる材質を用いている。
クローポール型モータ２００において、第１インシュレータ１３及び第２インシュレータ１５の材質を弾性率が大きい素材としていることで、リング状コイル１４と第１インシュレータ１３及び第２インシュレータ１５との密着性を高めることが可能となる。また、耐熱性に優れる素材を用いることはクローポール型モータ２００として使用する際に発生する温度下であっても適正に絶縁を確保することができる。
【００３２】
以上、本実施形態に則して発明を説明したが、この発明は前記実施形態に限定されるものではなく、発明の趣旨を逸脱することのない範囲で構成の一部を適宜変更することにより実施することもできる。
例えば、例示した材質は変更可能であるし、構造に関しても設計変更の範囲内で変更可能である。また、リング状コイル１４は本実施形態では２条巻回しているが、１条巻とする事を妨げない。
【符号の説明】
【００３３】
１０      Ｕ相スタック
１２      第１コア
１２Ａ      外周環
１２Ｂ      爪部
１２Ｃ      凹部
１３      第１インシュレータ
１３Ａ      溝部
１３Ｂ      外周壁面
１４      リング状コイル
１４Ａ      第１コイル端部
１４Ｂ      第２コイル端部
１５      第２インシュレータ
１５Ａ      溝部
１５Ｂ      外周壁面
１６      第２コア
１６Ａ      外周環
１６Ｂ      爪部
１６Ｃ      凹部
２０      Ｖ相スタック
３０      Ｗ相スタック
４０      出力軸
５０      ロータ
６１      第１ブラケット
６２      第２ブラケット
７０      把持手段
１００      固定子
２００      クローポール型モータ
【図１】
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【図２】
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【図３】
2010172083.tif 000005
【図４】
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【図５】
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【図６】
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