(57)【要約】【課題】ステータコアからケースへの熱伝導を向上させ、熱減磁を抑制可能な回転電機及びこの回転電機の製造方法を提供すること。【解決手段】本発明の一形態に係る回転電機は、ステータコアと、筐体と、熱伝導部とを有する。上記筐体は、上記ステータコアを収容する収容部を有する。上記熱伝導部は、上記ステータコアの外周面に設けられ、上記ステータコアから上記筐体に熱を伝導させる。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
ステータコアと、
前記ステータコアを収容する収容部を有する筐体と、
前記ステータコアの外周面に設けられ、前記ステータコアから前記筐体に熱を伝導させる熱伝導部と
を具備する回転電機。
【請求項２】
請求項１に記載の回転電機であって、
前記熱伝導部は、前記筐体よりも熱伝導率が高い材料からなる
回転電機。
【請求項３】
請求項１又は２に記載の回転電機であって、
前記筐体は、前記ステータコアの少なくとも一部の外周面に対向する開口部を有し、
前記熱伝導部は、前記開口部に設けられる
回転電機。
【請求項４】
請求項３に記載の回転電機であって、
前記熱伝導部は、前記筐体の外周面側の表面の少なくとも一部に凹凸を有する
回転電機。
【請求項５】
ステータコアの外周面に熱伝導材料からなる熱伝導層を形成し、
筐体の収容部の内周面に、前記ステータコアの外周面に形成された前記熱伝導層の表面が密着するように、前記筐体に前記ステータコアを収容する
回転電機の製造方法。
【請求項６】
請求項５に記載の回転電機の製造方法であって、
前記熱伝導層を形成する工程は、
前記ステータコアの外周面の少なくとも一部を前記熱伝導材料で覆い、
前記熱伝導材料の表面を切削により平滑にすることを含む
回転電機の製造方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、例えば電動モータ等の回転電機及びこの回転電機の製造方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
電動モータ等の回転電機は、ステータコアと、ステータコアを収容するケースと、ロータコアと、ロータコアを支持するシャフトと、コイルとを有する。電動モータでは、コイルに流れる電流を制御し、ステータコア及びロータコアに作用する磁束を変化させることにより、ロータコアを回転させる。
【０００３】
ここで、特許文献１には、ケースにステータコアを圧入することにより、ケースに対してステータコアを固定することが記載されている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００４】
【特許文献１】特開平１０−３０９０６８号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
ところで、電動モータ等の回転電機では、モータの温度が高温になることで永久磁石の磁気特性が低下する熱減磁を抑制するために、高い放熱性が求められる。しかしながら、ステータコアをケースに圧入する場合、例えば、ケースに対してステータコアが係止する箇所の製造精度のバラツキ等により、ステータコアの外周面とステータコアに圧入されたケースの内周面との間で、十分な密着性が得られずに隙間が発生する場合がある。そして、この隙間がステータコアからケースへの熱伝導を不十分にし、熱減磁の要因となるおそれがある。
【０００６】
以上のような事情に鑑み、本発明の目的は、ステータコアからケースへの熱伝導を向上させ、熱減磁を抑制可能な回転電機及びこの回転電機の製造方法を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
上記目的を達成するため、本発明の一形態に係る回転電機は、ステータコアと、筐体と、熱伝導部とを有する。
上記筐体は、上記ステータコアを収容する収容部を有する。
上記熱伝導部は、上記ステータコアの外周面に設けられ、上記ステータコアから上記筐体に熱を伝導させる。
【０００８】
この構成によれば、筐体とステータコアとの間に隙間があったとしても、熱伝導部を介してステータコアと筐体との熱的な接続が確保される。従って、ステータコアから筐体への熱伝導性が向上するため、永久磁石の熱減磁が起こりにくくなる。即ち、本発明によれば、ステータコアからケースへの熱伝導を向上させ、熱減磁を抑制可能な回転電機を提供することができる。
【０００９】
上記熱伝導部は、上記筐体よりも熱伝導率が高い材料からなるものであってもよい。
これにより、ステータコアの熱が筐体よりも熱伝導部に伝わりやすくなるため、当該熱が熱伝導部を介して筐体に伝わりやすくなる。従って、ステータコアの熱を筐体に伝導させる上での伝熱経路が確保されるだけではなく、ステータコアから筐体へ熱を伝導させる上での伝熱効率が向上する。
【００１０】
上記筐体は、上記ステータコアの少なくとも一部の外周面に対向する開口部を有し、
上記熱伝導部は、上記開口部に設けられてもよい。
【００１１】
上記熱伝導部は、上記筐体の外周面側の表面の少なくとも一部に凹凸を有してもよい。
これにより、熱伝導部の表面積が増え、熱伝導部の放熱性が向上する。
【００１２】
上記目的を達成するため、本発明の一形態に係る回転電機の製造方法は、ステータコアの外周面に熱伝導材料からなる熱伝導層が形成される。
筐体の収容部の内周面に、上記ステータコアの外周面に形成された上記熱伝導層の表面が密着するように、上記筐体に上記ステータコアが収容される。
【００１３】
上記熱伝導層が形成される工程は、
上記ステータコアの外周面の少なくとも一部が上記熱伝導材料で覆われ、
上記熱伝導材料の表面が切削により平滑にされることが含まれてもよい。
これにより、筐体にステータコアを圧入する際の摺動性が向上する。
【発明の効果】
【００１４】
以上のように、本発明によれば、ステータコアからケースへの熱伝導を向上させ、熱減磁を抑制可能な回転電機及びこの回転電機の製造方法を提供することができる。
【図面の簡単な説明】
【００１５】
【図１】本発明の第１の実施形態に係る回転電機としての電動モータの構成例を示す断面図である。
【図２】上記電動モータのモーターハウジングの側面を模式的に示す図である。
【図３】上記電動モータの製造プロセスを示す模式図である。
【図４】上記電動モータの製造プロセスを示す模式図である。
【図５】上記電動モータの製造プロセスを示す模式図である。
【図６】上記電動モータの製造プロセスを示す模式図である。
【図７】本発明の第２の実施形態に係る回転電機としての電動モータの構成例を示す断面図である。
【図８】上記電動モータの製造プロセスを示す模式図である。
【図９】上記電動モータの製造プロセスを示す模式図である。
【図１０】上記電動モータの製造プロセスを示す模式図である。
【発明を実施するための形態】
【００１６】
以下、図面を参照しながら、本発明の実施形態を説明する。
【００１７】
＜第１の実施形態＞
図１は、本発明の第１の実施形態に係る回転電機としての電動モータ１００の構成例を示す断面図である。なお、図１のＸ軸、Ｙ軸及びＺ軸は相互に直交する３軸方向を示し、本明細書の全図において共通である。
【００１８】
[電動モータの構成]
電動モータ１００は、筐体１０と、ステータコア２０と、熱伝導部３０とを有する。
【００１９】
（筐体）
筐体１０は円筒状のケースであり、ステータコア２０とロータコア８２とを収容する収容部１１を有する。筐体１０（収容部１１）の内周面には、ステータコア２０が固定される。
【００２０】
筐体１０は、その一端側の開口が第１カバー部４０に閉塞され、他端側の開口が第２カバー部５０に閉塞される。本実施形態では、筐体１０、第１カバー部４０及び第２カバー部５０によって電動モータ１００のモーターハウジング９０が構成される。
【００２１】
第１カバー部４０には、シャフト８１の一端側を支持するボールベアリング６０が取り付けられる。ボールベアリング６０は、第１カバー部４０のＸ軸方向中央部に形成された凹部４０ａに収容され、保持される。なお、このような方法に限られず、ボールベアリング６０を凹部４０ａに保持できればかしめ固定等、その固定方法は問わない。
【００２２】
第２カバー部５０には、シャフト８１の他端側を支持するボールベアリング７０が取り付けられる。ボールベアリング７０は、第２カバー部５０のＸ軸方向中央部に形成された凹部５０ａに収容され、保持される。ボールベアリング７０は、Ｚ軸方向に並ぶ２つのボールベアリング７０ａ，７０ｂによって構成される。
【００２３】
筐体１０は、典型的にはアルミニウム又は鉄から構成されるが、これに限られず、アルミニウム及び鉄以外の金属材料や合成樹脂等から構成されてもよい。
【００２４】
（開口部について）
図２は、電動モータ１００のモーターハウジング９０の側面を模式的に示す図である。本実施形態の筐体１０は、ステータコア２０を露出させる開口部１０ａを有する。
【００２５】
開口部１０ａは、図１に示すように、ステータコア２０の少なくとも一部の外周面と対向する。開口部１０ａの横幅Ｌ３は数十ｃｍ程度である。開口部１０ａの縦幅Ｌ４は、開口部１０ａがステータコア２０の外周面と対向する範囲において、ステータコア２０の高さＬ１よりも短く、数ｃｍ〜数十ｃｍ程度である。
【００２６】
開口部１０ａは典型的には筐体１０に１つ形成されるが、これに限られず、筐体１０に複数形成されてもよい。開口部１０ａの形状は、典型的には矩形状であるがこれに限られず、円形状、楕円形状又は三角状等その形状は問わない。また、開口部１０ａの大きさも特に限定されないが、ステータコア２０の放熱性を向上させる観点から、できるだけ大きいほうが好ましい。
【００２７】
（ステータコア）
ステータコア２０は収容部１１に収容され、筐体１０（収容部１１）の内周面に固定される。ステータコア２０は、インシュレーター２１（絶縁部）を介してステータコア２０に巻回するコイル２２を有する。ステータコア２０の内径Ｌ２及び高さＬ１は特に限定されないが、例えば内径Ｌ２は１０ｃｍであり、高さＬ１は１５ｃｍである。
【００２８】
ステータコア２０の内側には、ステータコア２０と径方向に僅かに離間する円柱状のロータ８０が設けられる。ロータ８０は、シャフト８１と、シャフト８１に支持されたロータコア８２と、ロータコア８２の外周に取り付けられた永久磁石（図示略）とを有する。シャフト８１は、一端が第１カバー部４０を貫通し、他端が第２カバー部５０を貫通する、電動モータ１００の回転軸である。シャフト８１の一端は、例えば、ウォームギア（図示略）を介してステアリングシャフト等に連結される。
【００２９】
シャフト８１は、第１及び第２カバー部４０，５０に取り付けられたボールベアリング６０，７０によって回転自在に支持される。これにより、ロータ８０は、筐体１０の内部に収容され、保持される。
【００３０】
本実施形態のステータコア２０の構成は特に限定されないが、ステータコア２０は、例えばケイ素鋼板（電磁鋼板）がＺ軸方向に多数積層された積層ステータコアである。この場合、ケイ素鋼板一枚の厚みは、例えば０．３ｍｍ以上０．５ｍｍ以下である。
【００３１】
（熱伝導部）
熱伝導部３０は、図１に示すように、開口部１０ａに設けられる。具体的には、熱伝導部３０は開口部１０ａに充填し、開口部１０ａに露出するステータコア２０の外周面と、筐体１０とに隙間なく密着する。ここで、熱伝導部３０は、開口部１０ａを封止することが好ましい。これにより、収容部１１に塵埃や水等の異物が入りにくくなる。
【００３２】
熱伝導部３０は、筐体１０とステータコア２０とを熱的に接続させ、ステータコア２０の熱を筐体１０に伝える機能を有する。即ち、熱伝導部３０は、ステータコア２０から筐体１０に熱を伝導させる。
【００３３】
本実施形態の熱伝導部３０は、図１に示すように、筐体１０の外周面側の表面３０ａの少なくとも一部に凹凸３０ｂを有する。これにより、熱伝導部３０の表面積が増え、ステータコア２０から伝わった熱を放熱する、熱伝導部３０の放熱性が向上する。凹凸３０ｂを構成する凹部はＺ軸周りに形成された溝である。この溝は、熱伝導部３０にＺ軸方向に複数設けられる。
【００３４】
熱伝導部３０は、熱伝導材料から構成される。この熱伝導材料としては、例えば、金、銀、銅、白金、アルミニウム又は鉄等の熱伝導性の高い金属材料が採用可能であり、典型的には銅が採用される。
【００３５】
熱伝導材料として、金属以外の材料を採用する場合は、例えば熱伝導性の高い合成樹脂等が採用可能である。この場合、合成樹脂にダイヤモンド粒子やカーボンナノチューブ等のフィラーが添加された複合樹脂材料が採用されてもよい。
【００３６】
なお、本実施形態では、電動モータ１００の放熱性を向上させる観点から、熱伝導材料として、筐体１０を構成する材料よりも熱伝導率が高い材料が採用される。
【００３７】
[電動モータの製造方法]
次に、本発明の第１の実施形態に係る電動モータ１００の製造方法を説明する。図３〜図６は電動モータ１００の製造プロセスを示す模式図である。ここでは、筐体１０にステータコア２０を収容する方法について説明する。
【００３８】
先ず、図３に示すように、開口部１０ａを有する筒状の筐体１０を準備する。開口部１０ａを有する筐体１０は、例えば、アルミニウムを金型内に入れることによって鋳造品をつくるアルミダイキャスト法により作製されたものであってもよく、あるいは、開口部１０ａが形成された鉄板をカールして溶接することにより作製されたものであってもよい。
【００３９】
また、開口部１０ａは、アルミニウム又は鉄等からなる筒状体に任意の加工処理を施すことによって後から形成されてもよい。この場合、開口部１０ａを形成する方法は特に限定されず、ドリル加工やレーザー加工等その方法は問わない。
【００４０】
続いて、図４に示すように、開口部１０ａを有する筐体１０にステータコア２０を収容する。この際、開口部１０ａとステータコア２０の少なくとも一部の外周面とが対向するように、筐体１０にステータコア２０を圧入する。
【００４１】
次いで、コールドスプレー法により熱伝導材料を筐体１０の外周面に溶射する。この際、筐体１０がアルミニウム又は鉄からなる場合は、例えば銅（銅粒子）を溶射する。これにより、図５に示すように、熱伝導材料Ｍで開口部１０ａが覆われる。
【００４２】
開口部１０ａを覆う熱伝導材料Ｍは、開口部１０ａに充填し、開口部１０ａに露出するステータコア２０の外周面と筐体１０とに密着している。これにより、筐体１０に対してステータコア２０が固定される。従って、本実施形態では、筐体１０にステータコア２０を固定するための接着材等が不要となる。
【００４３】
次に、熱伝導材料Ｍの表面Ｓの少なくとも一部を切削する。これにより、図６に示すように、Ｚ軸周りに形成された凹部（溝）を含む凹凸Ａが熱伝導材料Ｍに形成される。なお、表面Ｓは表面３０ａに相当し、凹凸Ａは凹凸３０ｂに相当する。また、凹凸Ａが形成された熱伝導材料Ｍは、熱伝導部３０に相当する。
【００４４】
[作用]
本実施形態では、熱伝導材料を筐体１０に溶射することによって、開口部１０ａに露出するステータコア２０の外周面と筐体１０の両方に密着する熱伝導部３０が形成される。
【００４５】
これにより、例えば筐体１０に対してステータコア２０が係止する箇所の製造精度にバラツキ等により、ステータコア２０の外周面とステータコア２０に圧入された筐体１０の内周面との間で十分な密着性が確保されずに、両者の間で隙間が発生している場合であっても、熱伝導部３０を介してステータコア２０と筐体１０との熱的な接続が確保される。従って、ステータコア２０から筐体１０への熱伝導性が向上することで電動モータ１００の放熱性が向上し、永久磁石の熱減磁が抑制される。
【００４６】
特に、本実施形態の熱伝導部３０は筐体１０を構成する材料よりも熱伝導率が高い材料から構成される。これにより、ステータコア２０が発する熱が筐体１０よりも熱伝導部３０に伝わりやすくなるため、当該熱が熱伝導部３０を介して筐体１０に伝わりやすくなる。従って、ステータコア２０の熱を筐体１０に伝導させる上での伝熱経路が確保されるだけではなく、ステータコア２０から筐体１０へ熱を伝導させる上での伝熱効率が向上する。
【００４７】
＜第２の実施形態＞
図７は、本発明の第２の実施形態に係る回転電機としての電動モータ２００の構成例を示す断面図である。以下、第１の実施形態と同様の構成については同様の符号を付し、その詳細な説明を省略する。
【００４８】
第２の実施形態の電動モータ２００では、筐体１０に開口部１０ａが形成されず、筐体１０とステータコア２０との間に熱伝導部３０が設けられる点で第１の実施形態と異なる。
【００４９】
電動モータ２００の熱伝導部３０は、筐体１０の内周面とステータコア２０の外周面に密着している。これにより、熱伝導部３０は、ステータコア２０の外周面と筐体１０の内周面とを熱的に接続する。なお、第２の実施形態では、筐体１０とステータコア２０との間に熱伝導部３０が設けられることにより形成された隙間に、必要に応じて接着材Ｂが設けられてもよい。
【００５０】
[回転電機の製造方法]
図８〜図１０は電動モータ２００の製造プロセスを示す模式図である。ここでは、筐体１０にステータコア２０を収容する方法について説明する。
【００５１】
先ず、コールドスプレー法により、熱伝導材料をステータコア２０のＺ軸周りの外周面全周に溶射する。この時、コイル２２は溶射された熱伝導材料と触れないようにマスク（図示略）により保護される。ここで、筐体１０がアルミニウム又は鉄からなる場合は、例えば銅粒子を溶射する。これにより、図８に示すように、ステータコア２０の外周面の少なくとも一部が熱伝導材料Ｍに覆われる。
【００５２】
次に、ステータコア２０の外周面に形成された熱伝導材料Ｍの表面に切削加工を施す。これにより、図９に示すように、ステータコア２０の外周面に熱伝導材料からなる熱伝導層Ｌが形成される。熱伝導層Ｌは熱伝導材料Ｍの表面を切削加工することにより形成されるため、熱伝導層Ｌの表面は平滑である。熱伝導材料Ｍに対する切削加工は、熱伝導層Ｌを含むステータコア２０の外径Ｌ５が筐体１０の内径と略一致するように熱伝導材料Ｍを切削する。
【００５３】
次いで、図１０に示すように、熱伝導層Ｌが形成されたステータコア２０を筐体１０に収容する。この際、筐体１０（収容部１１）の内周面に熱伝導層Ｌの表面が密着するように、筐体１０にステータコア２０を圧入する。
【００５４】
ここで、熱伝導層Ｌの表面は平滑であるため、筐体１０にステータコア２０を圧入する際に熱伝導層Ｌが筐体１０の内周面に応じて変形し、筐体１０に対するステータコア２０の摺動性が向上する。なお、熱伝導層Ｌは、熱伝導部３０に相当する。
【００５５】
以上、本発明の実施形態について説明したが、本発明は上述の実施形態に限定されるものではなく種々変更を加え得ることは勿論である。
【００５６】
例えば、本発明の回転電機の構成は上記実施形態の構成例に限定されず、例えば筐体１０にフィンが設けられてもよい。あるいは、ロータ８０にファンが設けられてもよく、ステータコア２０を収容する収容部１１に外部から空気が送り込まれる構造が採用されてもよい。
【００５７】
また、上記実施形態では、熱伝導材料がコールドスプレー法により溶射されるがこれに限られず、フレーム溶射法、高速フレーム溶射法、爆発溶射法、アーク溶射法、プラズマ溶射法、ＲＦプラズマ溶射法、電磁加速プラズマ溶射法、線爆溶射法、電熱爆発紛体溶射法、レーザー溶射法、レーザー・プラズマ複合溶射法、ウォームスプレー法等、種々の溶射方式が採用されてもよい。
【００５８】
さらに、上記実施形態では、熱伝導部３０が熱伝導材料を溶射することにより形成されるがこれに限られず、例えば塗布等の溶射以外の方法で熱伝導部３０が形成されてもよい。
【００５９】
加えて、上記実施形態では、電動モータ１００，２００がＩＰＭ（Interior Permanent Magnet）同期モータである例を説明したがこれに限られない。電動モータ１００，２００は、例えば、ＡＣモータ、ＤＣモータ、単相モータ、三相モータ、同期モータ又は誘導モータ等であってもよく、その種類は問わない。
【００６０】
また、上記実施形態では、回転電機として、電動モータを例に挙げて説明したがこれに限られず、発電機等の他の回転電機にも適用可能である。
【符号の説明】
【００６１】
１０・・・筐体
１０ａ・・開口部
１１・・・収容部
２０・・・ステータコア
３０・・・熱伝導部
１００，２００・・・電動モータ（回転電機）
【図１】
2019103175.tif 000003
【図２】
2019103175.tif 000004
【図３】
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【図４】
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【図５】
2019103175.tif 000007
【図６】
2019103175.tif 000008
【図７】
2019103175.tif 000009
【図８】
2019103175.tif 000010
【図９】
2019103175.tif 000011
【図１０】
2019103175.tif 000012