(57)【要約】【課題】  コイルエンド部およびステータスロット内のコイルからの発熱を効果的にハウジングに伝達して冷却可能な電動機を提供する。【解決手段】  ステータコア６と、ステータスロット６に挿入されたステータコイル８と、ステータコア６からシャフト１延伸方向の両側に突出したコイルエンド部８Ａと、回転力が付与されるロータ２と、ステータコア６を固定するハウジング９と、ハウジング９外周に形成されるフィン１５と、コイルエンド８Ａ部間を繋ぐ様にステータコア６外周に形成されたスキューが施された溝１４と、溝１４とコイルエンド部８Ａを包囲する様に充填された放熱性物質１７とを備えることにより、冷却性向上が可能となる。【選択図】  図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
ハウジングの内周面に固定されたステータコアと、
前記ステータコアの内周側に形成されるスロットに巻き回されるコイルと、
前記ステータコアの内周面に対向し、前記コイルを流れる駆動電流によって回転軸を中心に回転するロータと、
前記ハウジングの外周面から前記回転軸の径方向に突出し、軸方向に渡って延在する放熱フィンと、
前記ステータコアの外周面に軸方向に渡って形成された溝と、
前記溝によって前記ハウジング内周面と前記ステータコアとの間に形成される空間に充填される放熱性物質と、を備えた電動機。
【請求項２】
前記コイルは、前記ステータコアの端面から軸方向両側に突出したコイルエンド部と前記スロット内に挿入されてなるコイル部とから構成され、前記放熱性物質が両側のコイルエンド部を覆うことを特徴とする請求項１に記載の電動機。
【請求項３】
前記溝は、前記放熱フィンを跨ぐようにスキューが設けられて形成されることを特徴とする請求項１または２に記載の電動機。
【請求項４】
前記溝は、前記ステータコア内の磁路を妨害しないように前記スロットと径方向に距離を隔てて形成されることを特徴とする請求項１〜３のいずれかに記載の電動機。
【請求項５】
前記放熱性物質は、前記ステータコアの軸方向の熱伝導率よりも高い熱伝導率を有することを特徴とする請求項１〜３のいずれかに記載の電動機。
【請求項６】
前記放熱性物質は、前記コイルが巻き回されるスロット内にも充填されることを特徴とする請求項１〜３のいずれかに記載の電動機。
【請求項７】
前記コイルエンド部を覆う放熱性物質と前記ハウジングの内周面との間に放熱性シートを備えたことを特徴とする請求項２に記載の電動機。
【請求項８】
前記放熱性シートは、前記ステータコアに用いられる素材よりも高い熱伝導率を有することを特徴とする請求項７に記載の電動機。
【請求項９】
請求項１〜８に記載の電動機がかご形誘導電動機であることを特徴とするかご形誘導電動機。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は電動機に関する。
【背景技術】
【０００２】
本技術分野の背景技術として、特許文献１がある。この公報には、ロータ及びステータを収めるハウジング内に「衝熱撃耐性を有する熱伝導性の高いプラスチック材を充填してステータコイルを包囲する」と記載され、この構成により「プラスチック材の熱伝導率が高いため、良好な放熱が達成される」と記載されている（要約参照）。
また、特許文献２がある。この公報には、「コイルエンド外周面に環状溝部２４が形成して、該環状溝部２４に冷却媒体を流すことにより、コイルエンド表面に均一に冷却媒体が流れるようにして冷却効果を向上させた電動機の冷却装置を提供する。」と記載されている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００３】
【特許文献１】特開２００１−１６９５０１号公報
【特許文献２】特開２００６−３３９１５号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
電動機の冷却は、電動機の高効率化や耐久性向上等に寄与するため、冷却性向上が種々の方法で図られてきた。特許文献１に記載の例ではハウジング内にプラスチック材を充填しており、充填材が存在しない場合と比較して冷却性の向上が見込まれる。しかし、コイルエンド部の放熱は、極数や出力に依存し、コイルエンド部の放熱量が増えると、プラスチック材を充填した構造だけでは満足に放熱できなくなることが懸念される。
コイルエンド部に着目すると、従来の構造では、当該部分における発熱の放熱ルートは、コイルエンド部からスロット内絶縁物を介してステータコアへと至り、このステータコアが取り付けられるハウジングを介して外部へ放熱される経路となっている。また、コイルエンド部から周囲の空間への放熱も存在する。
【０００５】
このコイルエンド部の周囲の空間はステータコアを挟んで軸方向の両側に存在し、各空間においてコイルエンド部から放熱が行なわれる。しかし、両空間の相互間の熱の移動はほぼ行われず、ハウジング内における均温化は困難であるため、両空間で熱の移動が行われる構造が必要となる。特許文献１では両空間がプラスチック材で充填されて放熱性向上を図っているが、この点について考慮されたものでは無い。
【０００６】
一方、特許文献２のような冷却媒体の流通は構造の複雑化を招きやすく、簡素な構造で冷却を実現するには課題があった。
【０００７】
本発明は上記課題に鑑みてなされたものであり、コイルエンド部、ステータスロット内のコイルなどの発熱体からの発熱を効果的にハウジングに伝達して冷却可能な電動機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】
【０００８】
上記目的を達成するため、本発明は、ハウジングの内周面に固定されたステータコアと、前記ステータコアの内周側に形成されるスロットに巻き回されるコイルと、前記ステータコアの内周面に対向し、前記コイルを流れる駆動電流によって回転軸を中心に回転するロータと、前記ハウジングの外周面から前記回転軸の径方向に突出し、軸方向に渡って延在する放熱フィンと、前記ステータコアの外周面に軸方向に渡って形成された溝と、前記溝によって前記ハウジング内周面と前記ステータコアとの間に形成される空間に充填される放熱性物質と、を有する。
【発明の効果】
【０００９】
本発明によれば、コイルエンド部やステータスロット内コイルなどの発熱体からの発熱を効果的にハウジングに伝達して冷却可能な電動機を提供することができる。
【００１０】
上記した以外の課題、構成及び効果は、以下の実施形態の説明により明らかにされる。
【図面の簡単な説明】
【００１１】
【図１】かご形誘導電動機の部分断面図である。
【図２】スキューが施された溝１４が設けられたステータコア６の斜視図である。
【図３】図２のＡ−Ａ断面図である。
【図４】図２のＢ−Ｂ断面図である。
【図５】放熱経路を模式的に示す図である。
【図６】放熱経路を模式的に示す図である。
【発明を実施するための形態】
【００１２】
以下、かご形誘導電動機を本発明の実施例とし、図面を適宜参照しながら説明する。
【００１３】
図１は本発明の実施例に係るかご形誘導電動機の部分断面図である。図１の上半分は断面図となっており、下半分は外観図となっている。
【００１４】
本実施例のかご形誘導電動機は、大別して回転部と固定部とで構成されている。まず回転部について述べる。回転部はかご形誘導電動機の回転軸となるシャフト１、このシャフトに回転力を付与するロータ２、シャフト１を支持するベアリング３、及びシャフト１の回転に伴って回転してかご形誘導電動機を冷却するためのファン４で構成される。ロータ２は電磁鋼板を積層させて形成した積層鋼板で構成されている。ベアリング３はシャフト１の延伸方向の両側においてシャフト１を支持しており、後述する固定部の一部材であるエンドブラケット５に取り付けられている。ファン４は、エンドブラケット５の外側において、シャフト１の軸端部に固定されている。
【００１５】
次に固定部について述べる。固定部は、電磁鋼板が積層されて形成された積層鉄板で構成されるステータコア６、後述するスロット内絶縁物７、ステータコア６内を巻き回されるコイル８、かご形誘導電動機の周方向の外壁を構成するハウジング９、かご形誘導電動機の軸方向の外壁を構成するファン側エンドブラケット５Ａと反ファン側エンドブラケット５Ｂ、及び、ファン４を覆うエンドカバー１０で構成されている。これら外壁を構成するハウジング９及びファン側エンドブラケット５Ａ、反ファン側エンドブラケット５Ｂは放熱性に優れた金属材料が用いられる。
【００１６】
かご形誘導電動機全体の放熱性を高めるため、アルミニウム合金や鋳鉄の鋼体材料の薄板をハウジング９周囲に羽根状に突出させ、放熱フィン１５を形成している。このハウジング９の内部にはステータコア６が挿入され、発熱体であるステータコア６からの熱はハウジング９及び放熱フィン１５を介して放熱される構造となっている。
【００１７】
ステータコアスロット１１（図２参照）には図１で示すスロット内絶縁物７が挿入される。このスロット内絶縁物７はステータコア６とコイル８との間やコイル８間を電気的に絶縁するために設けられている。
【００１８】
なお、コイルにおいて、ステータコア６端面から突出している部分をコイルエンド部８Ａと称し、ステータコアスロット１１内に挿入されるコイルの部分を符号８Ｂを用いてスロット内コイル８Ｂと呼ぶ（図６参照）。すなわち、スロット内コイル８Ｂはステータコアスロット１１に挿入されており、コイルエンド部８Ａがステータコア６の端面から軸方向両側に突出していることになる。
【００１９】
また、エンドカバー１０はファン側エンドブラケット５Ａに固定される。エンドカバー１０には図示を省略した開口部が設けられており、ファン４が回転することによってこの開口部から外気を吸込み、ハウジング９の外周側に向かって冷却風が供給されることになる。上述のように、ハウジング９には放熱フィン１５がシャフト１の長手方向（軸方向）に延伸するように設けられており、冷却風が図１中の左から右へと流れることで放熱性が高められている。
【００２０】
これにより、ハウジング９とファン側エンドブラケット５Ａ及び反ファン側エンドブラケット５Ｂによって形成された密閉空間内の熱を外部へと逃がし、冷却性を確保している。なお、ステータコア６、絶縁物７、コイル８（コイルエンド部８Ａ）を合わせてステータと呼ぶ場合がある。
【００２１】
ステータのファン側エンドブラケット５Ａ近傍にあるコイルエンド部８Ａにはリード線１２が接続されている。このリード線１２は、ハウジング９に設けられた穴から端子箱１３に収納される。該リード線１２は外部の電源と接続されており、電流がスロット内コイル８Ｂ内を流れることで、ステータコア６内で磁界が発生する。ロータ２の外周面はステータコア６の内周面に対向して設けられているため、ステータコア６によって発生した磁界は電磁誘導により、ロータ２内で誘導電流が流れ、この電磁作用によってロータ２及びこれに固定されたシャフト１が回転することで、本実施例のかご形誘導電動機は回転運動を行なう。
【００２２】
従来、コイルエンド部８Ａで発生する熱は、熱伝導率の違いから、空気を通りハウジング９に伝達されるわけではなく、主に、スロット内コイル８Ｂ、スロット内絶縁物７、ステータコア６を通り放熱される。この様に、コイルエンド部８Ａは、熱伝導性の高い物質と接しておらず、スムーズな放熱がされていないため、対策が必要とされていた。
【００２３】
そこで、本実施例では放熱性物質１７を、ハウジング９とファン側エンドブラケット５Ａ及び反ファン側エンドブラケット５Ｂで構成された密閉空間内において、コイルエンド部を包囲する様に充填されている。また、本実施例では、コイルエンド部８Ａを包囲する様に放熱性物質１７が充填されているが、ファン側エンドブラケット５Ａ及び反ファン側エンドブラケット５Ｂに接触するまで充填してもよい。
【００２４】
本実施例に用いる放熱性物質１７は、コイルエンド部８Ａないしリード線１２に傷が付くことを防止するため、ジェル状とし、運転中、振動により飛散することを防ぐため、充填後凝固するものを用いる。放熱性物質１７は、例えばシリコンを主体とする化合物等であり、コイルエンド部８Ａを覆うようにし、また、ステータコアスロット１１内部に充填されていてもよい。また、放熱性物質１７はステータコア６の軸方向の熱伝導率よりも高い熱伝導性を有する材質であることが望ましい。
【００２５】
また、ステータコア６の外周面には軸方向に渡って形成された溝１４が設けられており、この溝１４によってハウジング９の内周面とステータコア６との間に空間が形成されていることになる。
【００２６】
さらに、放熱性物質１７は、ステータコア６外周に施されたスキュー(「斜め」または「捻り」がかかった溝)が施された溝１４にも充填されている。本実施例では放熱効果をさらに高めるため、溝１４にスキューをかけているが、スキューがかけられていない場合でも、放熱効果それ自体は得られるものとなっている。放熱性物質１７によって、空気層に位置するコイルエンド部８Ａ、スロット内コイル８Ｂで発生する熱を伝達させるために、コイルエンド部８Ａ、スロット内コイル８Ｂを密閉し、且つ外部への熱伝達を効率良く行なうために、放熱性物質１７はハウジング内周に接触されている。
【００２７】
また、スキューが施された溝１４を用いても放熱が追いつかず、機内の熱が増加する場合も想定されるため、内部の熱を効果的にハウジング９へと伝達させるために放熱性シート１６を設けることが有効である。この放熱性シート１６は、グラファイトシートの様な、ステータコア６に用いる素材よりも、高い熱伝導性の物質を用いる。放熱性シート１６は、ステータをハウジング９に挿入後、ステータ端面からハウジング内周にかけて貼り付けられている。したがって、コイルエンド部８Ａの外周側への放熱を促す作用が得られることになる。これにより、コイルエンド部８Ａ、スロット内コイル８Ｂで発生する熱が、スキューが施された溝１４内に伝達する量を減らすことが出来、機内の熱の増加を抑制できる。以上が、機内の放熱効果を高める構成としての放熱性シート１６に関する説明である。
【００２８】
次に、図１の溝についてさらに詳細に述べる。図２はスキューが施された溝１４が設けられたステータコア６の斜視図である。スキューが施された溝１４はステータコア６の外周面に軸方向に渡って設けられており、電磁誘導により発生する磁束の通り道（磁路）を妨害しないように構成されている。このように溝１４をステータコア６の外周に設けることにより、放熱経路における伝熱性を高めるとともに磁束への影響の低減を図ることができる。
【００２９】
本実施例におけるより好適な態様を説明するため、図３及び図４を参照する。図３は図２のＡ−Ａ断面図であり、図４は図２のＢ−Ｂ断面図である。ただし、図２ではステータコア６のみを示したが、図３〜図４ではハウジング９（及びこれに設けられる放熱フィン１５）も併せて示している。
【００３０】
これらの図から確認可能なように、溝１４にはスキューが設けられていることから、一の溝が存在する箇所が各断面において異なっている。例えば、ある一の溝は、図３で示す断面にあっては符号１４ａで示す位置にあり、断面Ｂ−Ｂでは符号１４ｂの位置にあることになる。すなわち、スキューが施された溝１４はハウジング９の内周全体に渡って斜めに横切ることになる。このとき、ファン４からの冷却風に対しても溝１４が斜めに横切る形態となり、放熱性を高めることに寄与している。
【００３１】
なお、溝１４の数は、コイルエンド部８Ａ全体の放熱を行い、且つハウジング９内周の周方向全体に放熱を行なうため、少なくとも１箇所以上であり、本実施例では８個としている。溝１４の数は限定されないが、各断面（Ａ−Ａ断面、Ｂ−Ｂ断面を含む任意の断面）において、溝１４の占める断面積が同等となるように構成されることが望ましい。
【００３２】
溝１４に関し、更に説明を加える。図３に示す溝１４ａと図４に示す溝１４ｂが同一の溝であることは既に述べた通りであるが、上述のように、溝１４の一端部から他端部までの間に少なくとも一つの放熱フィン１５を跨ぐように設けることが望ましい。
【００３３】
放熱フィン１５は放熱性を高める目的でハウジング９の外周側に複数設けられており、ファン４が回転することにより、放熱フィン１５の延伸方向に冷却風が流れる構造となっている。したがって、この放熱フィン１５を跨ぐように溝１４が設けられることにより、溝１４内に充填される放熱性物質１７によって効果的に熱が外部へ伝えられ、放熱が行いやすくなる。
【００３４】
すなわち、溝１４が放熱フィン１５間を跨ぐことによって、放熱量を増やすことができ、更なる冷却が可能となる。なお、溝１４の断面形状は、図２〜図４において円形で示されているが、これに限られるものではなく、ステータコア６内部の磁路に影響を与えなければ、例えば多角形の溝でもよい。
【００３５】
図５及び図６は、本実施例の電動機において放熱経路を模式的に示す図である。図１と同様、図５の上半分は断面図となっており、下半分は外観図となっている。図６は、ステータをハウジングに挿入した状態の断面拡大図である。ステータコア６にスロット内絶縁物７、スロット内コイル８Ｂが挿入され、ハウジング９に挿入されている部分を拡大したものである。
【００３６】
従来の放熱ルートについて説明する。従来の放熱ルートでは放熱性物質１７が存在しないため、図５および図６の白抜き矢印１８に示すように、コイルエンド部８Ａからスロット内絶縁物７を通り、ステータコア６内からハウジング９へと熱が伝達する。この間、スロット内絶縁物７とステータコア６を経由するルートとなっている。
【００３７】
他方、本実施例の放熱ルートは、図５の矢印１９に示すように、コイルエンド部８Ａから放熱性物質１７を通り、放熱性シート１６が設けられていれば放熱性シート１６も通り、ハウジング９へと放熱することが可能となる。このため、放熱ルートを短縮することができる。さらに、ステータコア６にある溝１４は、外周に面しているだけではなくスキューが施されているため、ハウジング９に設けられている放熱フィン１５は、放熱フィン１５が無い場合と比較して、熱放出性を高めている。これにより、放熱フィン１５間をスキューが施された溝１４が跨ぐことにより、放熱量を増やすことができ、冷却性向上が可能となる。
【００３８】
本実施例による効果について更に述べる。図１に示すように密閉空間を構成している機内では、ステータコア６を挟んで軸方向の両側に空間が存在し、各空間においてコイルエンド部から放熱が行なわれる。そして、ファン４はファン側エンドブラケット５Ａの外側において、シャフト１の片側軸端部に固定されている。そのため、ファン４近傍が冷えやすく、軸取り付け側が冷めにくい傾向が認められる。このとき、両空間の熱の移動はほぼ行われず、ハウジング９内における均温化は困難となり、機内の冷却性向上の障害になりえるため、両空間で熱の移動が行われる構造が必要となる。
【００３９】
本実施例では、ステータコア６外周にスキューが施された溝１４が設けられ、放熱性物質１７が、スキューが施された溝１４とコイルエンド部８Ａを包囲する様に充填されることにより、放熱性の向上をもたらすだけでなく、密閉空間内での均温化が可能となる。
【００４０】
なお、本実施例は、ステータコア６を積層鉄心としているが、圧粉鉄心の様なブロック体の場合でも冷却効果は同様である。
【００４１】
以上の本実施例の放熱のための構成を纏めると、次の通りである。
【００４２】
ステータコア６はハウジング９の内周面に固定されており、ステータコア６からハウジング９への放熱が想定されている。また、ステータコア６の内周側にはコイル８が巻き回されるスロット１１が設けられ、このコイル８が発熱体の１つとして存在している。したがって、この熱源たるコイル８からの放熱が問題となる。
【００４３】
ハウジング９の外周面には回転軸の径方向に突出し、軸方向に渡って延在する放熱フィン１５が設けられている。この放熱フィン１５は、ファン４からの冷却風によってハウジング９からの放熱を促進させる作用を意図している。
【００４４】
さらに、本実施例では、ステータコア６の外周面に軸方向に渡って形成された溝１４が設けられるため、この溝１４によってハウジング９の内周面とステータコア６との間に空間が形成される。この空間に放熱性物質１７を充填することにより、放熱経路の充実化を図ったといえる。この放熱経路の充実化により、ファン側の空間と反ファン側の空間との間に伝熱経路が構成される。また、例えば、コイルエンド部８Ａからの発熱を効果的にハウジング９に伝達することができる。
【００４５】
溝１４にスキューが設けられ、また、この溝１４が軸方向に延伸する放熱フィン１４を跨ぐように形成されることで、放熱効果がさらに促進されることは上述の通りである。これらの構成を採用することにより本実施例は冷却性向上を図ったかご形誘導電動機を提供することができる。
【００４６】
なお、この実施例は、本発明を実施するための態様としての一形態を示したものであり、これに限られるものではない。例えば、上述の説明では、コイルエンド部８Ａの発熱を例にして放熱ルートを記載して作用を説明したが、本発明はコイルエンド部８Ａからの発熱に限られるものではなく、ステータやスロット内コイル等、他の発熱体の放熱にも寄与しており、冷却性向上のための様々な態様も含み得るものである。
【符号の説明】
【００４７】
１  シャフト、２  ロータ、３  ベアリング、４  ファン、
５Ａ  ファン側エンドブラケット、５Ｂ  反ファン側エンドブラケット、
６  ステータコア、７  スロット内絶縁物、８  コイル、８Ａ  コイルエンド部、
８Ｂ  スロット内コイル、９  ハウジング、１０  エンドカバー、
１１  ステータコアスロット、１２  リード線、１３  端子箱、１４  溝、
１４ａ  断面Ａ−Ａでの溝の位置、１４ｂ  断面Ｂ−Ｂでの溝の位置、
１５  放熱フィン、１６  放熱性シート、１７  放熱性物質、１８  矢印、１９  矢印
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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