(57)【要約】【課題】モータ冷却用オイルの引き摺り損失を低減し湯流れ領域を確保したモータ及びモータの製造方法の提供。【解決手段】ステータ２０とロータ３０とを有するモータ１０において、ステータ２０が有するロータ３０と対面するステータ側対向面に、ステータ２０の両端面に貫通する溝部２６を有し、溝部２６に、ステータ２０を冷却する為のオイルを流す。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
ステータとロータとを備えるモータにおいて、
前記ステータが有する前記ロータと対面するステータ側対向面に、前記ステータの両端面に貫通する溝部を有し、
前記溝部に、前記ステータを冷却する為のオイルが流されること、
を特徴とするモータ。
【請求項２】
請求項１に記載のモータにおいて、
前記ステータは、ステータコアが有するスロットに挿入されたコイルを備え、前記スロット内には前記ステータが前記スロットに前記コイルが挿入された後に樹脂でモールドされることで形成された樹脂モールド部を有し、
前記溝部は、前記樹脂モールド部の有する前記ステータ側対向面に、前記スロット内側に凹むように形成されていること、
を特徴とするモータ。
【請求項３】
ステータとロータとを備えるモータにおいて、
前記ロータが有する前記ステータと対面するロータ側対向面に、前記ロータの両端面に貫通する溝部を有し、
前記溝部に、前記ステータを冷却する為のオイルが流されること、
を特徴とするモータ。
【請求項４】
ステータコアが有するスロットにコイルを挿入した後に、前記スロットに樹脂を流入させることで前記コイルを前記ステータコアに固定し、ステータを形成するモータ製造方法において、
前記ステータコアの内周面に当接するセンターポストを有し、前記ステータコアの端面の一端に接して第１キャビティを形成する第１型と、前記ステータコアの端面の他端に接して第２キャビティを形成する第２型と、で、前記コイルが前記スロットに装着された前記ステータコアを挟み、
前記第１キャビティ及び前記第２キャビティに樹脂材を流入させて前記樹脂モールド部を形成し、
前記第１型の前記センターポストは、前記センターポストの外周側に突出し、前記ステータコアの前記スロットに対応して備えられる溝形成用凸部と、前記溝形成用凸部に対応して備えられるエジェクタピンとを備え、前記エジェクタピンを用いながら前記第１型と前記第２型とを引き離して型開きをし、前記ステータを形成すること、
を特徴とするモータ製造方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、自動車などに用いられる高出力のモータ及びモータ製造方法に関し、詳細にはモータの有するステータとロータの間に冷却用のオイルを流してステータを冷却する際の引き摺り損失の改善を図る技術に関する。
【背景技術】
【０００２】
近年、ハイブリッド車や電気自動車など、駆動力にモータを用いる自動車が開発されている。モータを自動車の駆動力に用いる為には、高効率化及び小型化が望まれるが、特にハイブリッド車はエンジンルームにエンジンとモータ及びモータの補機類を納める必要があるため、小型化の要請が強い。一方で、電池性能の問題もあって、より一層のモータの効率化が求められている。
【０００３】
特許文献１には、同期電動機及び密閉型圧縮機及びファンモータに関する技術が開示されている。その内容には、コギングトルクの低減及び固定子鉄心の寸法精度の確保を目的として、固定子鉄心のティース内周面で、回転子と対向する面の直交方向の断面形状を、中央部を固定子鉄心の内周面より回転子側に張り出した幅広の張り出し部とし、この張り出し部両側は、固定子鉄心の内周面の円弧部分で構成し、張り出し部と円弧部との接続部に溝を設けた構成としている。張り出し部分を設けることで、磁束を集中させてコギングトルクと逆位相のコギングトルクを発生させることで、コギングトルクを打ち消しあい、振幅を小さくさせる効果がある。一方、溝部を設けることで寸法バラツキを吸収する効果がある。
【０００４】
上述の特許文献１では、回転子の外形面或いは固定子の内径面に工夫をすることで、磁束に変化を付けてコギングトルクなどの発生を抑制し、モータの動きを滑らかにしようとする試みが成されている。コギングトルクを抑えることで、モータの出力のロスを低減することが期待出来る。しかしながら、自動車の駆動用モータともなると、大電流をコイルに流して高出力を得ることとなるので、モータの冷却にも気を遣う必要がある。
【０００５】
特許文献２に、モータの冷却装置に関する技術が開示されている。その内容には、モータのコイルエンド部分を冷却オイルによって冷却し、その冷却オイルからケースへの熱伝達率を向上させる目的で、巻回部同士の間に各素線を被覆するように充填された樹脂モールド部と、この樹脂モールド部の外周であってステータコアの内周側、即ちスロットの底部に位置する部分に、樹脂モールド部とステータコアによって区画して形成された流路とを備え、流路に冷却オイルを供給するように構成されている。冷却オイルを用いることでモータの冷却に貢献することが可能である。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００６】
【特許文献１】特開２００５―２４５１４６号公報
【特許文献２】特開２０１２−０９５４８９号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００７】
しかしながら、特許文献１及び特許文献２に開示される技術を用いた、自動車の駆動用に車載するような高出力なモータには、以下に説明する課題があると考えられる。
【０００８】
特許文献１に開示される技術には、モータの冷却に関する記載が無く、高出力化された車載用のモータに適用するには冷却方法を検討する必要がある。しかし、特許文献２に開示されるようなステータを用いた場合、スロット内に流路を設ける代償としてステータの占積率を落とすこととなる。この結果、モータの出力を犠牲にする結果となると考えられ、高出力化や高効率化の要請に反することとなって望ましくない。
【０００９】
モータの冷却は、ステータの外側に冷却オイルを流して冷却することは考えられるが、モータの内部に熱が籠もり易いことを考えると、出来る限りステータの内側にも冷却オイルを流すことが望ましい。そこで、ステータとロータとの間のギャップに冷却用のオイルを流し、冷却する方法も考えられる。しかし、ステータとロータとの間に設けられるギャップはモータの性能を左右するために可能な限り狭く設計されるケースが多く。このギャップに冷却オイルを流入すると、特許文献２で言及されるように攪拌損失或いは引き摺り抵抗を生じる可能性があり、好ましくない。
【００１０】
そこで、本発明はこのような課題を解決するために、モータ冷却用オイルの引き摺り損失を低減し湯流れ領域を確保したモータ及びモータの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】
【００１１】
前記目的を達成するために、本発明の一態様によるモータは、以下のような特徴を有する。
【００１２】
（１）ステータとロータとを備えるモータにおいて、前記ステータが有する前記ロータと対面するステータ側対向面に、前記ステータの両端面に貫通する溝部を有し、前記溝部に、前記ステータを冷却する為のオイルが流されること、を特徴とする。
【００１３】
上記（１）に記載の態様により、ステータ側対向面に溝部を設け、モータのステータとロータとの間に冷却用のオイルを流すことでモータの冷却をすることが可能となり、溝部を設けてあることで湯流れ領域が確保される。こうすることで、ステータとロータとの間のギャップを狭くすることと、ステータとロータとの間に冷却用のオイルを流すことを両立させることが可能となる。この結果、ロータとステータとの間にオイルが流されることで発生する引き摺り抵抗が緩和される。この為、モータの冷却と引き摺り抵抗の緩和を両立させることが可能となる。
【００１４】
（２）（１）に記載のモータにおいて、前記ステータは、ステータコアが有するスロットに挿入されたコイルを備え、前記スロット内には前記ステータが前記スロットに前記コイルが挿入された後に樹脂でモールドされることで形成された樹脂モールド部を有し、前記溝部は、前記樹脂モールド部の有する前記ステータ側対向面に、前記スロット内側に凹むように形成されていること、を特徴とする。
【００１５】
上記（２）に記載の態様により、モータの冷却性能を改善することが可能となる。通常、樹脂モールド部を形成する場合には、ボイドやクラックの発生を防ぐために樹脂モールド部の形状は極力単純な形状になるよう設計される。しかし（２）の構成ではこの樹脂モールド部のステータ側対向面にスロット内側に向けて凹むように形成された溝部を設けた。この溝部にモータを冷却するためのオイルを流すので、モータの内側からも冷却が可能となる。また、ステータとロータとの間のギャップに冷却用のオイルを流す場合には、課題に示したような引き摺り損失が生ずると考えられるが、溝部を設けることでギャップを部分的に大きくできるので、引き摺り損失の改善が可能となる。
【００１６】
（３）ステータとロータとを備えるモータにおいて、前記ロータが有する前記ステータと対面するロータ側対向面に、前記ロータの両端面に貫通する溝部を有し、前記溝部に、前記ステータを冷却する為のオイルが流されること、を特徴とする。
【００１７】
上記（３）に記載の態様により、ステータとロータとの間に冷却オイルを流すための溝部を確保することが可能となるため、引き摺り損失の改善が期待出来る。
【００１８】
また、前記目的を達成するために、本発明の一態様によるモータ製造方法は、以下のような特徴を有する。
【００１９】
（４）ステータコアが有するスロットにコイルを挿入した後に、前記スロットに樹脂を流入させることで前記コイルを前記ステータコアに固定し、ステータを形成するモータ製造方法において、前記ステータコアの内周面に当接するセンターポストを有し、前記ステータコアの端面の一端に接して第１キャビティを形成する第１型と、前記ステータコアの端面の他端に接して第２キャビティを形成する第２型と、で、前記コイルが前記スロットに装着された前記ステータコアを挟み、前記第１キャビティ及び前記第２キャビティに樹脂材を流入させて前記樹脂モールド部を形成し、前記第１型の前記センターポストは、前記センターポストの外周側に突出し、前記ステータコアの前記スロットに対応して備えられる溝形成用凸部と、前記溝形成用凸部に対応して備えられるエジェクタピンとを備え、前記エジェクタピンを用いながら前記第１型と前記第２型とを引き離して型開きをし、前記ステータを形成すること、を特徴とする。
【００２０】
上記（４）に記載の態様により、ステータが有する樹脂モールド部のステータ側対向面に溝部を形成することが可能となる。ステータのスロットに溝部を形成することで、この溝部に冷却用のオイルを流通させ、モータの冷却をすることが可能となる。また、エジェクタピンを溝形成用凸部に設けることで、ステータの離型性を向上させることが可能となる。これにより、冷却性能を高めたモータの製造方法を提供することが可能となる。
【図面の簡単な説明】
【００２１】
【図１】第１実施形態の、モータの平面断面図である。
【図２】第１実施形態の、モータの側面断面図である。
【図３】第１実施形態の、モータの部分拡大平面図である。
【図４】第１実施形態の、モータの部分側面断面図である。
【図５】第１実施形態の、ステータコアにコイルを挿入した状態のステータユニットの断面図である。
【図６】第１実施形態の、ステータユニットを固定型及び移動型で挟んだ状態の断面図である。
【図７】第１実施形態の、キャビティに樹脂を充填した状態の断面図である。
【図８】第１実施形態の、ステータユニットを離型させた状態の断面図である。
【図９】第１実施形態の、樹脂モールド部を形成したステータの断面図である。
【図１０】第１実施形態の、固定型が有するセンターポストの斜視図である。
【図１１】第１実施形態の、センターポストの拡大図である。
【図１２】第２実施形態の、モータの部分平面断面図である。
【発明を実施するための形態】
【００２２】
まず、本発明の第１の実施形態について、図面を用いて説明する。
【００２３】
図１に、第１実施形態の、モータ１０の模式平面断面図を示す。図２に、モータ１０の模式側断面図を示す。図１は、モータ１０の軸と直交する面で切り取った断面平面図であり、詳細については省略して描かれている。図２は、モータ１０の軸で結ぶ２枚の平面でモータ１０を切り取った側断面図であり、図１に示すＡＡ断面である。モータ１０はステータ２０とロータ３０を有し、自動車の動力として用いられる高出力のモータ１０である。ステータ２０はステータコア２１とコイル４０とを有し、ステータコア２１は円環状の電磁鋼板を積層してなる。ステータコア２１の内周側には突出するティース２３を備えている。隣り合うティース２３の間にはスロット２２が形成され、そのスロット２２には導線を巻回して形成されたコイル４０がティース２３に挿入されて納められている。なお、コイル４０とステータコア２１とは図示されないインシュレータによって隔てられ絶縁されている。
【００２４】
コイル４０は平角導体が環状に巻回されて形成されている。コイル４０がスロット２２に挿入された状態で樹脂によってモールドされ、樹脂モールド部２５が形成される。スロット２２内に樹脂モールド部２５が形成されることで、ステータ２０に備えられたコイル４０がステータ２０に固定される。ロータ３０は図示しない永久磁石が外周側に配置され、シャフト３１を中心に回動可能な構成となっている。ロータ３０はシャフト３１に固定され、図示しないハウジングに回動可能に保持され、外部に駆動力を伝達する。ステータ２０とロータ３０との間に形成される隙間Ｓは、本実施形態では１ｍｍ以下に設定されている。
【００２５】
図３に、モータ１０の部分拡大平面図を示す。ステータコア２１のスロット２２には、前述した通りコイル４０が挿入された後に樹脂モールド部２５を形成する。樹脂モールド部２５にはロータ３０と対面する部分に、モータ１０の軸方向に沿って溝部２６が形成されている。従って、ステータ２０の内周、即ちロータ３０に対向するステータ側対向面２７にモータ１０の軸方向に沿って複数の溝部２６が形成されている。溝部２６は図３に示すようにスロット２２の底部に向かって窪むように略Ｕ字状に形成されている。
【００２６】
この様な構成を有するモータ１０は、図示しない車両に取り付けられて使用される。モータ１０はハイブリッド車に搭載されるケースではエンジンの隣に配置され、モータ１０の冷却にはオイルが用いられる。オイルはモータ１０の内部において樹脂モールド部２５に形成される溝部２６にも冷却用のオイルは通過する。図４に、モータの側面断面図を部分的に示す。図３のＢＢ断面に相当するが、シャフト３１等説明に不要な部分は省略してある。冷却用のオイルは矢印の方向に流されるので、溝部２６を通過して樹脂モールド部２５に直接触れながら冷却を行う。隙間Ｓにも冷却用のオイルが入り込む。
【００２７】
次に、溝部２６の形成過程について説明を行う。図５に、ステータコア２１にコイル４０を挿入した状態のステータユニット５０の断面図を示す。図６に、ステータユニット５０を固定型及び移動型で挟んだ状態の断面図を示す。図７に、キャビティ１３０に樹脂を充填した状態の断面図を示す。図８に、ステータユニット５０を離型させた状態の断面図を示す。図９に、樹脂モールド部を形成したステータ２０の断面図を示す。図５乃至図８は説明のため模式的に示した断面図である。図１０に、センターポスト１１１の斜視図を示す。図１１に、センターポスト１１１の拡大図を示す。ステータコア２１に図示しないインシュレータを介してコイル４０を挿入したものを便宜上、ステータユニット５０とする。
【００２８】
このステータユニット５０を図６に示すように、固定型１１０にセンターポスト１１１がステータユニット５０の内径側に当接するように配置する。ステータユニット５０が固定型１１０に配置される際には、ステータコア２１の一方の端面が、固定型側シール面１１５に当接するように配置される。ここでセンターポスト１１１は図１０に示される様に円筒状に形成されており、その外周面には溝形成用凸部１１３が設けられている。又、溝形成用凸部１１３に対応して、溝形成用凸部１１３の近くにエジェクタピン孔１１４が配置され、図示しないエジェクタピン１１６が挿通される構成となっている。また、溝形成用凸部１１３の形状は、溝部２６に対応する形状となっており、図１１に示すように、センターポスト１１１の先端に向かって角度θが付けられており、先端に向かうにつれて細くなるように設計されている。
【００２９】
このような固定型１１０に、移動型１２０を近接させることで、移動型側シール面１２１をステータコア２１の他方の端面に当接させる。移動型１２０は固定型１１０に対して加圧して型締めを行う。このように、ステータユニット５０の両端面にキャビティ１３０が形成される。キャビティ１３０は、固定型１１０側と移動型１２０側が、ステータユニット５０のスロット２２を通じて連通している。移動型１２０には、材料供給路１２２を備えており、図７に示すように材料供給路１２２より樹脂材料が注入される。
【００３０】
キャビティ１３０に樹脂材料が充填されたことで、図７に示すようにステータユニット５０の両端面に樹脂モールド部２５が形成される。所定時間後に移動型１２０を移動させると共に、センターポスト１１１からエジェクタピン１１６を突出させる。さらに、ステータ２０を固定型１１０からも離型することで、図９に示すように、ステータユニット５０の両端に樹脂モールド部２５が形成されたステータ２０が形成される。
【００３１】
第１実施形態のモータ１０は上記構成であるので、以下に説明するような作用及び効果を奏する。
【００３２】
まず、モータの冷却流路が確保できる点が効果として挙げられる。第１実施形態のモータ１０は、ステータ２０とロータ３０とを備え、ステータ２０が有するロータ３０と対面するステータ側対向面に、ステータ２０の両端面に貫通する溝部２６を有し、溝部２６に、ステータ２０を冷却する為のオイルが流される構成となっている。このため、モータ１０のコイルエンドよりモータ冷却用のオイルを流して、ステータ２０を油冷することが可能となる。溝部２６を冷却用のオイルの流路としており、溝部２６は樹脂モールド部２５がスロット２２側に窪むように形成されている。即ち、発熱の要因となるコイル４０に近い場所に冷却のための流路が設けられている。この為、効率の良いモータ１０の冷却が可能となる。
【００３３】
また、モータ１０の引き摺り損失を低減する効果が期待出来る。モータ１０を冷却するにあたり、ステータ２０とロータ３０との間に形成される狭い隙間Ｓに冷却用のオイルを流すと、オイルの粘度によってロータ３０の回転が妨げられる。これを引き摺り損失と呼び、隙間Ｓにオイルを流すことは好ましくない。しかしながら、第１実施形態のモータ１０では、樹脂モールド部２５に溝部２６を設けている。このため、図３に示すように隙間Ｓの幅ｘ２に対して、隙間Ｓを含む溝部２６の深さの幅ｘ１だけ流路を確保することが可能となる。なお、図面では簡略化して描かれているが、幅ｘ２は１ｍｍ以下に設定されるのに対して、幅ｘ２は４〜５ｍｍ程度に設定されている。ステータ２０におけるスロット２２の数にも左右されるが、溝部２６の設けられる範囲での引き摺り損失を抑えることができるので、モータ１０全体での引き摺り損失も低減することが可能となる。また、同様の理由で冷却用のオイルの流れ効率も改善することが可能となる。
【００３４】
また、樹脂モールド部２５に溝部２６を設けることで、樹脂モールド部２５に用いる樹脂の量を低減することが可能となる。低減比率は重量比で数％程度であるが、材料費の削減に貢献することが可能となる。同時にステータ２０の重量の軽量化にも貢献することができる。
【００３５】
また、図１０及び図１１に示すようにセンターポスト１１１にエジェクタピン孔１１４を設け、図８に示すようにエジェクタピン１１６を押し出す構成としている。エジェクタピン孔１１４は、可能な限り溝形成用凸部１１３の付近に配置される。これによって樹脂モールド部２５を形成する際に、バリの発生を抑制することができる。樹脂モールド部２５を形成するにあたって、図７及び図８に示すように、材料供給路１２２よりセンターポスト１１１の先端側にかけて略円形状にゲート１２３が形成される。ゲート１２３の形状が複雑である場合、このゲート１２３が一部切れて、製品側、即ち樹脂モールド部２５にバリとして残ることが懸念される。
【００３６】
ゲート１２３はセンターポスト１１１の先端形状と同じ形状に略円形に形成され、溝部２６に相当する部分は突出する形状となる。エジェクタピン１１６を用意して溝形成用凸部１１３の近傍に配置することで、このゲート１２３の周囲をノックアウト時に均一に力をかけることが出来るので、切り離しがスムーズに行え、樹脂モールド部２５側にバリとして残ることを防ぐことが可能となる。
【００３７】
なお、樹脂モールド部２５に形成する溝部２６の形状であるが、図３においては溝部２６の底部（溝部２６のうち、ロータ３０の表面より最も距離が離れている部分）がほぼ中央に位置するように形成されているが、これを中央部からロータ３０の回転方向に合わせて図面左側（矢印Ｂの方向）、或いは右側に偏らせて形成されても良い。溝部２６の形状を変形させることで、引き摺り抵抗の緩和を図ることが期待出来るからである。
【００３８】
次に、本発明の第２の実施形態について、素面を用いて説明する。なお、第２実施形態は、第１実施形態の構成と類似しているが、溝部２６に相当する機能を有する溝部をロータ３０側に設けている点で異なる。
【００３９】
図１２に、第２実施形態の、モータ１０の部分平面断面図を示す。第１実施形態の図１に対応する。第２実施形態では、ステータ２０に溝部２６を設けている第１実施形態とは異なり、ロータ３０にロータ側溝部３３を設けている。ロータ３０は電磁鋼板を積層することで形成されており、図示しない永久磁石が保持されている。このため、ロータ３０の電磁鋼板の外周に凹部を設けておくことで、ロータ側溝部３３を形成することが出来る。このようにロータ３０側にロータ側溝部３３を設けることでも、冷却用のオイルの流路を確保することが可能となり、引き摺り抵抗を低減させることが期待出来る。また、ロータ３０の重量低減効果も期待出来るので、モータ１０全体の軽量化に貢献出来る。
【００４０】
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、第１実施形態の溝部２６と第２実施形態のロータ側溝部３３を両方設けることを妨げない。また、ステータコア２１は一体型のコアとして例示しているが、分割型のコアにも適用が可能である。更に、例示したステータコア２１の有するスロット２２の数や形状等はあくまで説明のために省略して描かれているため、これを増減したり変更したりすることを妨げない。また、例示した数字や材質などに関しても、変更することを妨げない。
【符号の説明】
【００４１】
１０      モータ
２０      ステータ
２１      ステータコア
２２      スロット
２３      ティース
２５      樹脂モールド部
２６      溝部
３０      ロータ
３１      シャフト
４０      コイル
５０      ステータユニット
１１０      固定型
１１１      センターポスト
１１３      溝形成用凸部
１１４      エジェクタピン孔
１１５      固定型側シール面
１１６      エジェクタピン
１２０      移動型
１２１      移動型側シール面
１２２      材料供給路
１２３      ゲート
１３０      キャビティ
【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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【図７】
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【図８】
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【図９】
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【図１０】
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【図１１】
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【図１２】
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