(57)【要約】      （修正有）【課題】コイルエンド相互間の絶縁性悪化や製造工程数の増加を招くことなく、通電に伴うコイルの温度上昇を可及的に抑制することができる回転電機用ステータを提供する。【解決手段】ステータコア１と、ステータコアに巻装されるコイル２とを備える本発明の回転電機用ステータＳは、ステータコアの外方に張り出すコイルの部分であるコイルエンド２１の外表面に仕上げ用塗料を塗布して塗布膜３が形成され、前記仕上げ用塗料に前記塗布膜の膜厚ｔと同等以上で膜厚の２００％以下の平均粒径ｄを持つ熱伝導性フィラー３０を含有させて前記塗布膜の表面に凹凸形状３１を付与した。【選択図】図１
2019022391.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
ステータコアと、ステータコアに巻装されるコイルとを備える回転電機用ステータであって、
ステータコアの外方に張り出すコイルの部分であるコイルエンドの外表面に仕上げ用塗料を塗布して塗布膜が形成されるものにおいて、
前記仕上げ用塗料に前記塗布膜の膜厚と同等以上で膜厚の２００％以下の平均粒径を持つ熱伝導性フィラーを含有させて前記塗布膜の表面に凹凸形状を付与したことを特徴とする回転電機用ステータ。
【請求項２】
前記仕上げ用塗料は前記熱伝導性フィラーを２０〜６０ｗｔ％の範囲で含有することを特徴とする請求項１記載の回転電機用ステータ。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、ステータコアと、ステータコアに巻装されるコイルとを備える回転電機用ステータに関する。
【背景技術】
【０００２】
この種の回転電機用ステータは、例えば、特許文献１で知られている。このようなステータでは、ステータコアの外方に張り出すコイルの部分であるコイルエンドの見た目を良くするために、コイルエンドの外表面に仕上げ用塗料を塗布して塗布膜を形成することが一般的である。
【０００３】
ところで、回転電機のコイルに通電すると、コイルを構成する導体の抵抗値に応じたジュール熱が発生するため、コイルの温度が上昇する。特に、ハイブリッド自動車や電気自動車向けに小型化された回転電機では、導体の断面積が小さく設計されるため、コイルの温度が上昇し易い。コイルの温度が上昇すると、回転電機の効率が低下するため、通電に伴うコイルの温度上昇を可及的に抑制する必要がある。
【０００４】
コイルの温度上昇を抑制する方法として、コイルエンド相互間の隙間に充填される絶縁材に熱伝導性フィラーを含有させるものが例えば特許文献２で提案されている。これによれば、コイルで発生した熱を、熱伝導性の高い絶縁材を介して放熱することができる。然し、絶縁材に熱伝導性フィラーを含有させると、絶縁材の粘度が上昇し、コイルエンド相互間の隙間に十分に絶縁材が充填されず、コイルエンド相互間の絶縁性が悪化する。
【０００５】
また、他の方法として、コイルエンドを樹脂でモールドする方法が例えば特許文献３で提案されている。これによれば、ステータが収容されるフレームとコイルエンドとの間にモールド樹脂による伝熱経路が形成され、この伝熱経路を介してコイルの熱をフレームに逃がすことができるものの、製造工程数が増加する。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００６】
【特許文献１】特開平６−３０３７４１号公報
【特許文献２】特開２０１４−２２２９７３号公報
【特許文献３】特開２００９−１７７８６４号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００７】
本発明は、以上の点に鑑み、コイルエンド相互間の絶縁性悪化や製造工程数の増加を招くことなく、通電に伴うコイルの温度上昇を可及的に抑制することができる回転電機用ステータを提供することをその課題とするものである。
【課題を解決するための手段】
【０００８】
上記の課題を解決するために、ステータコアと、ステータコアに巻装されるコイルとを備える本発明の回転電機用ステータは、ステータコアの外方に張り出すコイルの部分であるコイルエンドの外表面に仕上げ用塗料を塗布して塗布膜が形成され、前記仕上げ用塗料に前記塗布膜の膜厚と同等以上で膜厚の２００％以下の平均粒径を持つ熱伝導性フィラーを含有させて前記塗布膜の表面に凹凸形状を付与したことを特徴とする。尚、本発明において、塗布膜の膜厚とは、熱伝導性フィラーにより隆起した部分以外の膜厚をいうものとする。
【０００９】
本発明によれば、仕上げ用塗料に含有させた熱伝導性フィラーにより塗布膜の表面が隆起するため、塗布膜の表面に凹凸形状を付与することができる。これにより、塗布膜の表面積を増大させることができ、コイルエンドの熱を効率よく放熱できる。その結果として、通電によるコイルの温度上昇を可及的に抑制することができる。しかも、一般的に塗布される仕上げ用塗料に熱伝導性フィラーを含有させるだけでよいため、製造工程数が増加しない。また、上記従来例のようにコイルエンド相互間に充填される絶縁材にはフィラーを含有させずに済むため、コイルエンド相互間の絶縁性が悪化することもない。
【００１０】
本発明において、前記仕上げ用塗料に前記熱伝導性フィラーを２０〜６０ｗｔ％の範囲で含有することが好ましい。２０ｗｔ％より少ないと、塗布膜表面に付与される凹凸形状が少なくなって所望の放熱効果が得られない場合がある。一方で、６０ｗｔ％より多いと、所望の膜厚を得るのが困難になる場合があり、また、塗布膜から熱伝導性フィラーが脱落する虞もある。この場合、熱伝導性フィラーとしては、熱伝導率が２０Ｗ／ｍ・Ｋ以上のものを用いることができ、例えば、酸化アルミニウム、窒化アルミニウム、窒化ホウ素及び溶融シリカから選択される少なくとも１つを好適に用いることができる。
【図面の簡単な説明】
【００１１】
【図１】本発明の実施形態の回転電機用ステータの構成を示す模式図。
【図２】本発明の効果を確認する実験結果を示すグラフ。
【発明を実施するための形態】
【００１２】
以下、図面を参照して、本発明の回転電機用ステータ（以下「ステータ」という）の実施形態を説明する。図１を参照して、Ｓは、ステータであり、ステータＳは、回転電機のフレームＦｒの内部に設けられている。ステータＳは、図示省略の回転軸に外挿される回転子Ｒに対向して配置されるステータコア１と、ステータコア１に巻装されるコイル２とを備える。
【００１３】
ステータコア１の外方に張り出すコイル２の部分であるコイルエンド２１の相互間には、図示省略する絶縁材が充填（含浸）されている。絶縁材としては、例えば、絶縁ワニスを用いることができる。このような絶縁材を用いるコイルエンド２１相互間の絶縁方法については公知であるため、ここでは詳細な説明を省略する。
【００１４】
コイルエンド２１の外表面には塗布膜３が形成されている。この塗布膜３は、スプレーガン等の塗布装置を用いて仕上げ用塗料を塗布することによって形成される。仕上げ用塗料としては、例えば、シリコーン系の耐熱塗料を用いることができる。
【００１５】
ところで、回転電機の運転時、通電に伴いコイル２の温度が上昇すると、回転電機の効率が低下するため、通電に伴うコイル２の温度上昇を可及的に抑制する必要がある。
【００１６】
そこで、本実施形態では、仕上げ用塗料に塗布膜３の膜厚ｔと同等以上で膜厚ｔの２００％以下の平均粒径ｄを持つ熱伝導性フィラー３０を含有させることで、塗布膜３の表面に凹凸形状３１を付与した。これにより、塗布膜３の表面積を増大させることができ、コイルエンド２１の熱を効率よく放熱することができる。その結果として、通電によるコイル２の温度上昇を可及的に抑制することができる。しかも、仕上げ用塗料に熱伝導性フィラー３０を含有させるだけでよいため、製造工程数が増加しない。また、コイルエンド２１相互間に充填する絶縁材に熱導電性フィラーを含有させずに済むため、上述したようなコイルエンド相互間の絶縁性の悪化を招くこともない。尚、熱伝導性フィラー３０の平均粒径ｄが膜厚ｔよりも小さいと、塗布膜３表面に付与される凹凸形状３１が小さくなって所望の放熱効果が得られなくなる。一方で、平均粒径ｄが膜厚ｔの２００％よりも大きいと、ステータＳが熱や振動に長時間曝される過酷な環境下では、塗布膜３にて熱伝導性フィラー３０を保持することができず、熱伝導性フィラー３０が脱落する虞がある。塗布膜３から熱伝導性フィラー３０が脱落すると、塗布膜３表面に凹凸形状３１を付与することができない。
【００１７】
熱伝導性フィラー３０としては、熱伝導率が２０Ｗ／ｍ・Ｋ以上である比較的安価なものを用いることができ、例えば、酸化アルミニウム、窒化アルミニウム、窒化ホウ素及び溶融シリカから選択される少なくとも１つを単独でもしくは組み合わせて好適に用いることができる。熱伝導性フィラー３０の含有量は２０〜６０ｗｔ％の範囲に設定することが好ましい。２０ｗｔ％より少ないと、塗布膜３表面に付与される凹凸形状３１が少なくなって所望の放熱効果が得られない場合がある一方で、６０ｗｔ％より多いと、所望の膜厚ｔを得るのが困難になる場合があり、また、塗布膜３から熱伝導性フィラー３０が脱落する虞もある。尚、仕上げ用塗料に熱伝導性フィラー３０を含有させると、仕上げ用塗料の粘度が上昇するが、仕上げ用塗料はコイルエンド２１の外表面に塗布するだけでよいため、スプレーガンの調整により塗布可能である。
【００１８】
上記効果を確認するために、次の実験を行った。即ち、仕上げ用塗料を塗布する前のコイルエンド２１の表面をアルミニウム製の放熱板の表面で模擬し、この放熱板の表面に後述する仕上げ用塗料を塗布して塗布膜を形成した。放熱板の裏面には発熱源としてのセラミックヒータを貼付し、このセラミックヒータに一定電力（約１０Ｗ）を継続して投入して加熱することで、通電時のコイル２の発熱を模擬し、２０分間継続して電力投入して加熱する間、セラミックヒータ表面の温度を熱電対で測定した。ここで、仕上げ用塗料としては、シリコーン系の耐熱塗料（例えば、ガンマーケミカル社製の商品名「ＡＧＬ−５００」）に熱伝導性フィラーとしての平均粒径約５０μｍの球状酸化アルミニウム（例えば、昭和電工社製の商品名「球状アルミナＣＢ」）を５０ｗｔ％含有させたものを用い、この仕上げ用塗料をスプレーガンにより膜厚が３０μｍとなるように塗布して形成した塗布膜を「発明品」とした。尚、塗布膜の膜厚（３０μｍ）は、塗布膜のうち熱伝導性フィラーにより隆起していない部分の膜厚である。この発明品に対する比較のために、仕上げ用塗料に熱伝導性フィラーを含有させない点を除いて上記発明品と同様に形成した塗布膜を「比較品１」とした。また、仕上げ用塗料に含有させた酸化アルミニウムの平均粒径を約７０μｍ、約５μｍとした点を除いて上記発明品と同様に形成した塗布膜を夫々「比較品２」、「比較品３」とした。これらの発明品及び比較品１〜３の温度測定結果を図２に示す。これによれば、発明品の最高到達温度は１８３．７℃であり、比較品１の最高到達温度（１９１．８℃）よりも８．１℃低下させる放熱効果が確認された。比較品２の最高到達温度は１８１．２℃であり、比較品１の最高到達温度（１９１．８℃）よりも１０．６℃低下させるという発明品よりも優れた放熱効果が確認された。但し、比較品２の熱伝導性フィラーの平均粒径は塗布膜の膜厚の２００％よりも大きいため（約２３３％）、本実験では特に示していないが、熱や振動に長期間曝される過酷な環境下では塗布膜から熱伝導性フィラーが脱落する虞がある。また、比較品３の最高到達温度は１８７．９℃であり、塗布膜表面に多少の凹凸が付与されることで最高到達温度を低下させる放熱効果が得られるものの、放熱効果が３．９℃と小さいことが確認された。以上の実験により、仕上げ用塗料に塗布膜の膜厚と同等以上の平均粒径を持つ熱伝導性フィラーを含有させることで、所望の放電効果が得られることが判った。
【００１９】
以上、本発明の実施形態について説明したが、本発明は上記に限定されるものではなく、本発明の思想を逸脱しない範囲で適宜変更することができる。
【符号の説明】
【００２０】
Ｓ…回転電機用ステータ、１…ステータコア、２…コイル、２１…コイルエンド、３…塗布膜、ｔ…塗布膜の膜厚、３０…熱伝導性フィラー、ｄ…熱伝導性フィラーの平均粒径、３１…凹凸形状。
【図１】
2019022391.tif 000003
【図２】
2019022391.tif 000004