JP2010068699A - 固定子鉄心およびエンドカバーを結合する嵌合部を具備する電動機 - Google Patents

Abstract

【課題】モールド樹脂の注入時にモールド樹脂が漏洩することなくエンドカバーを装着すると共に、エンドカバーにより外径が大きくならず、安価に電動機を提供することを目的とする。
【解決手段】本発明による電動機は、コイル１２と、コイル１２を支持する固定子鉄心１０と、固定子鉄心１０の軸線方向端面から突出するコイル１２のコイルエンド部分１３ａ、１３ｂを覆うように固定子鉄心１０に取り付けられるエンドカバー２２ａ、２２ｂと、コイル１２と固定子鉄心１０とエンドカバー２２ａ、２２ｂとの間の空間を充填する樹脂充填材１４とを具備する電動機において、固定子鉄心１０とエンドカバー２２ａ、２２ｂとに設けられ、相補的な嵌め合いにより固定子鉄心１０とエンドカバー２２ａ、２２ｂとを互いに結合する嵌合部２６ａ、２６ｂを具備する固定子１００ａを有することを特徴とする。
【選択図】図１

Description

本発明は、電動機に関する。特に、コイルから発生する熱を排熱する伝熱部材を有する電動機に関する。

電動機を大型化せずに高出力化させるためにはコイルから発生する熱の排熱効率を向上させる必要がある。そのため、コイルから発生する熱を外部へ効率よく排熱させる伝熱部材を有する電動機が多数考案されている。例えば、特許文献１に示された電動機は、伝熱部材としてモールド樹脂（樹脂充填材）により一体化されたコイルエンド部分と放熱板とを有し、コイルエンド部分から発生する熱はモールド樹脂および放熱板を介して外部に排熱されている。

特許文献２に示される電動機もまた、コイルエンド部分にカバーを有しており、カバー同士は固定子鉄心の外側からボルトにて締結されて、隙間を無くして組み付けられている。

特開２００８−１７８１９０号公報 特開平７−３３２２３７号公報

コイルから発生する熱を排熱するために、単一部材として製作された放熱板を固定子の外周面に装着する構造が、従来技術として考案されている。単一部材の放熱板を固定子に装着する場合、隙間が無いのでモールド樹脂の注入時に、モールド樹脂が外部に漏洩することはない。しかしながら、コイルエンド部分だけでなくコイルを支持する固定子鉄心の外周面にも放熱板を装着するので、放熱板の厚さの分だけ電動機の外径が大きくなるという課題があった。

その課題に対し、特許文献１に示された電動機のように、放熱板を分割してコイルの端部にのみに放熱板を装着する方法がある。しかしながら、単に放熱板の端面を固定子鉄心に接触させて接合、固定すると、放熱板と固定子鉄心との接合部分に隙間が発生する可能性がある。隙間が発生した場合、モールド樹脂の注入時にモールド樹脂が外部に漏洩する。発生した隙間からモールド樹脂が漏洩するのを防止するために、別途ケースを固定子に装着することが考えられるが、装着したケースにより電動機の外径が大きくなるという課題が残る。

また、特許文献２に示された電動機のように、隙間の発生を防止するために、放熱部材であるエンドカバーをボルトにより締結して固定する方法がある。しかしながら、ボルトによりエンドカバーを締結するための締結部をエンドカバーに備える必要があり、結局のところ電動機の外径が大きくなる。

そこで、本発明は上述の課題を解決するために鑑み、モールド樹脂の注入時にモールド樹脂が漏洩することなくエンドカバーが固定されると共に、エンドカバーにより外径が大きくならず、安価に電動機を提供することを目的とする。

上記目的を達成するために、請求項１に記載の発明は、コイルと、該コイルを支持する固定子鉄心と、該固定子鉄心の軸線方向端面から突出する該コイルのコイルエンド部分を覆うように該固定子鉄心に取り付けられるエンドカバーと、該コイルと該固定子鉄心と該エンドカバーとの間の空間を充填する樹脂充填材とを具備する電動機において、前記固定子鉄心と前記エンドカバーとに設けられ、相補的な嵌め合いにより前記固定子鉄心と前記エンドカバーとを互いに結合する嵌合部を具備する、電動機を提供する。

請求項２に記載の発明は、請求項１に記載の電動機において、前記エンドカバーは筒状部分を有し、前記嵌合部は、前記固定子鉄心の前記軸線方向端面に形成される環状凹部と、該環状凹部に嵌入される前記エンドカバーの該筒状部分の環状縁部とを含んで構成される、電動機を提供する。

請求項３に記載の発明は、請求項２に記載の電動機において、前記エンドカバーの前記筒状部分の外周面と、前記固定子鉄心の外周面とが、同一の仮想筒状面に沿って配置される、電動機を提供する。

請求項４に記載の発明は、請求項２または３に記載の電動機において前記エンドカバーは、前記環状縁部の反対側で前記筒状部分の内側に張り出す蓋部分を有する、電動機を提供する。

請求項５に記載の発明は、請求項１から４の何れか一項に記載の電動機において、前記嵌合部は、すきまばめの嵌め合い構造を有し、該嵌合部に接着剤が配置される、電動機を提供する。

請求項６に記載の発明は、請求項１から４の何れか一項に記載の電動機において、しまりばめの嵌め合い構造を有する、電動機を提供する。

請求項１の発明によれば、固定子鉄心とエンドカバーとに嵌合部を設けて、固定子鉄心とエンドカバーとを互いに結合しているので、結合部分に隙間が発生し難い。そのため、固定子鉄心とエンドカバーとの間の空間にモールド樹脂（樹脂充填材）を注入して充填した場合においても、モールド樹脂の漏洩を防止することができる。さらに、コイルエンド部分にのみエンドカバーを覆うので、固定子鉄心の外周面にエンドカバーを装着する必要が無い。そのため、エンドカバーの厚さにより電動機の外径が大きくなることがなく、電動機の小型化が可能となる。また、モールド樹脂の注入時にモールド樹脂の漏洩を防止する金型を必要としないので、金型製作に必要なコストを必要とせず安価に電動機を製造することが可能である。

請求項２の発明によれば、エンドカバーは筒状部分を有し、嵌合部は固定子鉄心の軸線方向端部に形成される環状凹部と、エンドカバーの環状縁部とを含んで構成される。そのため、嵌合部に隙間が発生し難いと共に、固定子鉄心とエンドカバーとを容易に結合して嵌合することが可能となる。

請求項３の発明によれば、固定子鉄心の外周面とエンドカバーの外周面とが、同一の仮想筒状面に沿って配置される。そのため、電動機を他の機械や冷却手段に設置または内蔵させた場合、電動機の外周面のうちより広い面積をその他の機器や冷却手段に密着させることができる。すなわち、隙間を発生させること無く、電動機の固定子鉄心の外周面およびエンドカバーの外周面の両方を他の機械や冷却手段に密着させることが可能となり、排熱効率を高めることができる。

請求項４の発明によれば、前記環状縁部の反対側で、前記筒状部分の内側に張り出す蓋部分を備えている。そのため、蓋部分を介しての伝熱経路が増え排熱効率がより高くなる。また、蓋部分を備えることにより、モールド樹脂の注入時に電動機の端部を封止する工程を必要とせず、製造工程を減少させることができる。すなわち電動機の製造コストを下げ、安価に電動機を提供可能となる。

請求項５の発明によれば、嵌合部はすきまばめの嵌め合い構造を有し、嵌合部に接着剤が配置されるので、エンドカバーの変形や膨張により発生した隙間を埋めることができる。そのため、モールド樹脂の注入時に、モールド樹脂が嵌合部から漏洩し難いという効果がある。

請求項６の発明によれば、嵌合部はしまりばめの嵌め合い構造を有する。そのため、例えば、エンドカバーが焼きばめにより固定子鉄心の嵌合部に固定される場合、エンドカバーが冷却して半径方向に収縮するので、隙間が発生することなく固定することができる。そのため、モールド樹脂の注入時に、モールド樹脂が嵌合部から漏洩し難いという効果がある。

以下、添付図面を参照して本発明の実施形態を説明する。以下の図面において同一の部材には同一の参照符号が付けられている。図１は、本発明に係る電動機の固定子の構成を示す断面図である。図２は、図１に示すＢ部の拡大図である。

まず、図１を用いて本実施形態の電動機の固定子１００ａの構成について説明する。本実施形態の電動機の固定子１００ａは、固定子鉄心１０、コイル１２、モールド樹脂１４、およびエンドカバー２２ａ、２２ｂを備えている。固定子１００ａは嵌合部２６ａ、２６ｂを備えており、嵌合部２６ａ、２６ｂはエンドカバー２２ａ、２２ｂと固定子鉄心１０とを互いに結合している。

固定子鉄心１０は、円筒の鉄心であり、輪状の磁性鋼板を積層することにより製造される。固定子鉄心１０の内部には中空孔１１が形成されており、この中空孔１１にはモールド樹脂１４（樹脂充填材）を注入する際に使用する治具または電動機の回転子（図示しない）が挿入される。

固定子鉄心１０はコイル１２を支持しており、コイル１２の端部であるコイルエンド部分１３ａ、１３ｂは、固定子鉄心１０の軸線方向の端面から外側に突出している。また、図１に示すようにコイルエンド部分１３ａの端部からは、コイル１２に電源を供給するためのリード線１８が外部に導出されている。

本実施形態のエンドカバー２２ａ、２２ｂは円筒の部材であり、伝熱性の高い金属または樹脂により形成されている。エンドカバー２２ａ、２２ｂの外径は、固定子鉄心１０の外径と略同じであり、エンドカバー２２ａ、２２ｂはコイルエンド部分１３ａ、１３ｂを覆うように固定子鉄心１０に取り付けられている。

モールド樹脂１４は、コイルエンド部分１３ａ、１３ｂとエンドカバー２２ａ、２２ｂとの間の空間に注入され充填され、固化したものである。モールド樹脂１４とエンドカバー２２ａ、２２ｂとは、モールド樹脂１４の外周面１６ａ、１６ｂにおいて密着している。そのため、コイルエンド部分１３ａ、１３ｂから発生した熱は、モールド樹脂１４およびエンドカバー２２ａ、２２ｂを介して外部に排熱される。モールド樹脂１４の注入方法については後述する。

次に、嵌合部２６ａについて図２を用いて説明する。嵌合部２６ｂの構造は嵌合部２６ａと同様であるため説明を省略する。嵌合部２６ａは、固定子鉄心１０の軸線方向端面に形成される環状凹部と、その環状凹部に嵌入されるエンドカバー２２ａの円筒の環状端部とを含んで構成されている。本実施形態の嵌合部２６ａの環状凹部は、固定子鉄心１０を切削することにより固定子鉄心１０の端部を半径方向Ｃに縮径して形成された段差部分である。固定子鉄心１０を半径方向Ｃに縮径する長さＤは、エンドカバー２２ａの厚さＥと略同じ寸法である。すなわち、縮径された固定子鉄心の端部の外径Ｗ２は、エンドカバー２２ａの内径Ｈ２と略同じ（図１参照）であり、エンドカバー２２ａの環状端部が環状凹部に嵌入されることにより相補的に嵌め合い、エンドカバー２２ａと固定子鉄心１０とが互いに結合して嵌合する。

固定子１００ａが嵌合部２６ａを備えることにより、モールド樹脂が漏洩し難くなることについて説明する。図２に示すように、嵌合部２６ａにおいて固定子鉄心１０とエンドカバー２２ａとが嵌合することにより、エンドカバー２２ａの端面２７ａとエンドカバー２２ａの端部の内周面２８ａとが固定子鉄心１０と接触して固定される。固定方法については後述する。

例えば、特許文献１に示された電動機のように、エンドカバーの端面のみ固定子鉄心に接触してエンドカバーが固定される場合は、一旦接合部分において隙間が発生すると、その隙間からモールド樹脂が外部に漏洩する。一方、本実施形態のエンドカバー２２ａは、嵌合することにより、エンドカバーの端面２７ａに加えてエンドカバー２２ａの端部の内周面２８ａにおいて、固定子鉄心１０に接触して固定される。エンドカバー２２ａと固定子鉄心１０とが接触する部分が広くなるので、エンドカバー２２ａはより強固に固定されること可能となる。さらに、嵌合部２６ａにおいて嵌合しているので、内周面２８ａおよび端面２７ａの何れか一方は接触し隙間のない状態である。すなわち、内周面２８ａおよび端面２７ａの何れか一方において隙間が発生した場合においても、他方によりモールド樹脂の漏洩を防止するので、モールド樹脂が漏洩し難くなる。

一方、本実施形態のように嵌合部２６ａを備えずに、エンドカバーを固定子鉄心の端面に接合する場合、モールド樹脂の漏洩を防ぐために電動機の外周面を覆う金型を利用する方法も考えられる。すなわち、金型の中において、固定子鉄心とエンドカバーとを同時に入れモールド樹脂を注入し、電動機を組み立てる。しかしながら、金型の作製には費用が掛かるので電動機を組み立てる際のコスト高につながる。本実施形態の電動機の固定子１００ａは、モールド樹脂１４を注入するときに金型を必要としないので、安価にモールド樹脂が充填された電動機を提供することが可能である。

また、電動機は他の機械や冷却手段に設置または内蔵されることも一般的である。そのため、電動機の外周面が他の機械や冷却手段に密着することにより、電動機から発せられる熱が他の機器や冷却手段に伝熱される。したがって、電動機が他の機器や冷却手段に密着する面積が広いほど電動機の排熱効率が高くなる。すなわち、電動機の外周面に段差がなく、他の機械や冷却手段との間に隙間が発生しない方がよい。従来のように嵌合部を有さず、エンドカバーが固定子鉄心に接合される場合、エンドカバーは例えば左右方向にずれて接合される可能性があった。そのため、エンドカバー２２ａの外径と固定子鉄心１０の外径とが同一であっても、接合部分において段差ができる場合があった。

本実施形態は嵌合部２６ａを備えているので、エンドカバー２２ａは、ずれること無くエンドカバー２２ａは固定子鉄心１０に固定される。また、前述のように、本実施形態において固定子鉄心１０を半径方向に縮径する長さＤはエンドカバー２２ａの厚さＥと略同一であるので、固定子鉄心１０の外周面３１とエンドカバー２２ａの外周面３２ａとが、実質的に段差の無い面を形成する。すなわち、固定子鉄心１０の外周面３１とエンドカバー２２ａの外周面３２ａとが同一の仮想筒状面に沿って配置される。そのため、他の機械や冷却手段に設置または内蔵した場合において、段差により隙間を発生させることなく、他の機械や冷却手段に電動機の外周面を密着させることができる。従って、より優れた排熱効率を有する電動機を提供することができる。

さらに、エンドカバー２２ａはエンドカバー２２ａの内周面２８ａにおいて固定子鉄心１０と接触しているので、半径方向Ｃに外力をかけられた場合においても、エンドカバー２２ａは変形し難い。そのため、エンドカバー２２ａと固定子鉄心１０が嵌合し固定された後でも、エンドカバー２２ａの外周面３２ａと固定子鉄心１０の外周面３１とに段差ができず仮想筒状面を維持することが可能である。

次に、エンドカバー２２ａ、２２ｂを嵌合部２６ａ、２６ｂに固定する方法について述べる。本実施形態の嵌合部２６ａ、２６ｂは、いわゆる、すきまばめの嵌め合い構造を有している。そのため、嵌合部２６ａ、２６ｂに接着剤を配置して接着することによりエンドカバー２２ａ、２２ｂを固定することが可能である。接着剤を用いることにより、例えば、エンドカバー２２ａ、２２ｂの変形や膨張により発生した隙間を埋めることができ、モールド樹脂の漏洩を防止することができる。

本実施形態の嵌合部２６ａ、２６ｂは、しまりばめの嵌め合い構造を有しているので、エンドカバー２２ａ、２２ｂが金属製である場合は、焼きばめにより固定することができる。熱せられたエンドカバー２２ａ、２２ｂが冷却して半径方向Ｃに収縮することにより固定されるので、嵌合部２６ａ、２６ｂに隙間が発生することなく、エンドカバー２２ａ、２２ｂを強固に固定することができる。

次に、モールド樹脂１４の注入方法について、図３を用いて説明する。図３は本実施の形態に係る電動機の固定子１００ａにモールド樹脂１４を注入する前の状態を示す断面図である。図３に示された固定子１００ａは、固定子鉄心１０にエンドカバー２２ａ、２２ｂが焼きばめまたは接着剤により固定された状態である。前述のように固定子鉄心１０の中心には中空孔１１が形成されており、モールド樹脂１４を注入する準備段階として、中空孔１１に治具４０が挿入されている。また、固定子１００ａの下側端部は封止部材４２が取付けられ封止されている。

この状態において、流動性のあるモールド樹脂１４が、固定子１０の上側端部からエンドカバー２２ａ、２２ｂとコイルエンド部分１３ａ、１３ｂとの間の空間に注入される。さらに、モールド樹脂１４は、固定子鉄心１０のコイル１２が支持されている溝（図示しない）を通じてコイルエンド部分１３ｂとエンドカバー２２ｂとの間の空間に注入される。モールド樹脂１４が充填され固化した後、治具４０および封止部材４２は取外され図１に示す固定子１００ａが完成する。

本実施形態に係る電動機の固定子の別の例について、図４を用いて説明する。図４は、固定子の別の構成例を示す断面図である。固定子１００ｂは、図１の固定子１００ａと略同じ構成であるが、さらに、固定子１００ｂの両端部であって、コイルエンド１０の環状凹部に嵌入されるエンドカバー２２ａ、２２ｂの環状端部と反対側に位置する端部（以下、遠位端２９ａ、２９ｂと呼ぶ）に蓋部分２３ａ、２３ｂを有する点が異なる。

蓋部分２３ａ、２３ｂは、エンドカバー２２ａ、２２ｂの遠位端２９ａ、２９ｂから、エンドカバー２２ａ、２２ｂの筒状部分の内側に向かって張り出している。また、蓋部分２３ａ、２３ｂは、遠位端２９ａ、２９ｂから半径方向内側に延在して設けられているとも言える。そのため、蓋部分２３ａ、２３ｂとエンドカバー２２ａ、２２ｂの筒状部分とをあわせた断面はＬ字形状となっている（図４参照）。

モールド樹脂１４は、図１の固定子１００ａと同様にコイルエンド部分１３ａ、１３ｂとエンドカバー２２ａ、２２ｂとの間の空間に充填されている。図４に示す固定子１００ｂのモールド樹脂１４は、さらに、蓋部分２３ａ、２３ｂの内面に密着するよう充填されている。蓋部分２３ａ、２３ｂの内面がモールド樹脂１４に密着しているので、固定子１００ｂはコイルエンド部分１３ａ、１３ｂから発生した熱を、モールド樹脂１４を介して蓋部分２３ａ、２３ｂから排熱させることが可能となる。すなわち、排熱する経路が増加するので、固定子１００ｂの排熱効率が向上することになる。

なお、リード線１８は蓋部分２３ａに形成されたリード線用孔１９を通じで外部に導出されている。また、モールド樹脂１４はリード線用孔１９を通じてエンドカバー２２ａ、２２ｂの内部に注入される。

また、図１の固定子１００ａにモールド樹脂１４を注入する際、図３に示すように固定子１００ａの下側端部に取付けた封止部材４２により封止していたが、蓋部分２３ｂを備えることにより、その必要が無い。すなわち、固定子の端部に封止部材４２を取付ける工程とモールド樹脂１４が固化した後に封止部材４２を取外す工程とを省略することができる。

以上、添付図面を参照して本発明の実施形態を説明した。なお、本発明は上記実施形態に限定されるものではなく、本発明の骨子を逸脱しない範囲で種々変形して実施することができる。例えば、本実施形態において、嵌合部は固定子鉄心を切削して縮径することにより環状凹部を形成して備えられていたが、嵌合部は小径に打ち抜かれた磁性鋼板を固定子鉄心の端部に配置することにより備えてもよい。また、嵌合部は固定子鉄心の軸線方向端面に環状の溝部を設けて、エンドカバーの環状縁部を嵌入する構成としてもよい。また、図４の固定子１００ｂにおいて蓋部分が固定子の両端部に設けられているが、封止部材の取付けおよび取外し工程を省略することを目的とする場合は、注入時に下側となる固定子の端部のみに蓋部分を設けてもよい。

本発明に係る電動機の固定子の構成例を示す断面図である。 図１に示すＢ部の拡大図である。 本発明に係る電動機の固定子の構成例であって、固定子にモールド樹脂を充填する前の状態を示す断面図である。 本発明に係る電動機の固定子の別の構成例を示す断面図である。

符号の説明

１００ａ、１００ｂ 固定子
１０ 固定子鉄心
１１ 中空孔
１２ コイル
１３ａ、１３ｂ コイルエンド部分
１４ モールド樹脂
１６ａ、１６ｂ モールド樹脂の外周面
１８ リード線
１９ リード線用孔
２２ａ、２２ｂ エンドカバー
２３ａ、２３ｂ 蓋部分
２６ａ、２６ｂ 嵌合部
２９ａ、２９ｂ 遠位端
３１ 固定子鉄心の外周面
３２ａ、３２ｂ エンドカバーの外周面
４０ 治具
４２ 封止部材
５０ 軸

Claims (6)

1. コイルと、該コイルを支持する固定子鉄心と、該固定子鉄心の軸線方向端面から突出する該コイルのコイルエンド部分を覆うように該固定子鉄心に取り付けられるエンドカバーと、該コイルと該固定子鉄心と該エンドカバーとの間の空間を充填する樹脂充填材とを具備する電動機において、
   前記固定子鉄心と前記エンドカバーとに設けられ、相補的な嵌め合いにより前記固定子鉄心と前記エンドカバーとを互いに結合する嵌合部を具備することを特徴とする電動機。
2. 前記エンドカバーは筒状部分を有し、前記嵌合部は、前記固定子鉄心の前記軸線方向端面に形成される環状凹部と、該環状凹部に嵌入される前記エンドカバーの該筒状部分の環状縁部とを含んで構成される、請求項１に記載の電動機。
3. 前記エンドカバーの前記筒状部分の外周面と、前記固定子鉄心の外周面とが、同一の仮想筒状面に沿って配置される、請求項２に記載の電動機。
4. 前記エンドカバーは、前記環状縁部の反対側で前記筒状部分の内側に張り出す蓋部分を有する、請求項２または３に記載の電動機。
5. 前記嵌合部は、すきまばめの嵌め合い構造を有し、該嵌合部に接着剤が配置される、請求項１から４の何れか一項に記載の電動機。
6. 前記嵌合部は、しまりばめの嵌め合い構造を有する、請求項１から４の何れか一項に記載の電動機。

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