JP2012223030A

JP2012223030A - 電動モータおよびステータ

Info

Publication number: JP2012223030A
Application number: JP2011088820A
Authority: JP
Inventors: Kazuyuki Kawamura; 一幸川村
Original assignee: JTEKT Corp
Current assignee: JTEKT Corp
Priority date: 2011-04-13
Filing date: 2011-04-13
Publication date: 2012-11-12

Abstract

【課題】ステータを冷却して、ステータの昇温を防止できる電動モータのステータを提供する。
【解決手段】ステータ27は、ステータコア28を覆う合成樹脂製インシュレータ29にステータコイル30が巻かれ、ステータコイル30に接続されるバスバー39,40が組み込まれたものである。バスバー39,40に設けられた放熱部39dが、ステータコア28の外周面を覆うインシュレータ29の外側に配置されている。
【選択図】図１

Description

この発明は、たとえば自動車のトランスミッション（変速機）に油圧を供給する油圧ポンプとして使用される電動ポンプユニットなどにおける電動モータおよびステータに関する。

自動車のトランスミッションには油圧ポンプにより油圧が供給されるが、省エネルギなどの観点から停車時にエンジンを停止するいわゆるアイドルストップ（アイドリングストップ）を行う自動車では、アイドルストップ時にもトランスミッションへの油圧供給を確保するために、電動油圧ポンプが使用されるようになっている。

自動車のトランスミッション用電動油圧ポンプは、車体の限られたスペースに搭載されるため、コンパクト化が要求され、また、軽量化およびコスト低減も要求される。このような要求に応えるため、ポンプ、ポンプ駆動用電動モータおよび電動モータのコントローラが共通のユニットハウジング内に組み込まれた電動ポンプユニットが提案されている（たとえば特許文献１参照）。

このような従来の電動ポンプユニットでは、ポンプを構成するポンプ本体にモータハウジングが連結され、モータハウジング内に形成された密閉状のモータ室に電動モータおよびコントローラが内蔵されている。電動モータはモータ室内のポンプ本体側に配置され、ポンプ本体と反対側の電動モータの端面にコントローラの基板が固定されている。そして、基板には、コントローラを構成するコンデンサ、ＦＥＴなどの複数の電装部品（電気部品および電子部品）が取り付けられている。

特開２００８−２１５０８８号公報

自動車用電動ポンプユニットは自動車のエンジンルーム内に配置され、電動モータのステータコイルの発熱などにより、ステータの温度が上昇し、コントローラの部品の温度が上昇する。とくに、電解コンデンサやＦＥＴなどの部品は、自身の発熱もあって、限界温度を超えるおそれがある。これを防止するため、放熱フィンや放熱シートを用いて部品の放熱を行っているが、放熱フィンや放熱シートの設置スペースが必要で、コストも増大する。

この発明の目的は、上記の問題を解決し、ステータを冷却して、ステータの昇温を防止できる電動モータおよびステータを提供することにある。

この発明によるステータは、ステータコアを覆う合成樹脂製インシュレータにステータコイルが巻かれ、ステータコイルに接続されるバスバーが組み込まれるステータであって、バスバーに設けられた放熱部が、ステータコアの外周面を覆うインシュレータの外側に配置されていることを特徴とするものである。

ステータコイルで発生した熱は、バスバーを通してその放熱部に伝えられ、放熱部から外部に放熱される。それにより、モータステータが冷却され、その温度上昇が防止される。

放熱部は、バスバーに一体に形成されてもよいし、バスバーと別に作られてバスバーに固定されてもよい。

たとえば、円環状のステータコアの外周が切り欠かれ、この切り欠き部の外周面を覆うインシュレータの外側にバスバーの放熱部が配置されている。

この場合、ステータコアの外周に配置されるバスバーの放熱部によってステータの外形寸法が大きくなることがない。

たとえば、インシュレータが合成樹脂製モータケースに一体に成形され、バスバーの放熱部が、ステータコアの径方向外側に位置するモータケースの部分によって覆われている。

この場合、ステータコイルからバスバーの放熱部に伝わった熱が、それを覆うモータケースの部分を通して外部に放熱され、ステータコイルが冷却される。モータケース内に電動モータのコントローラも内蔵されている場合、モータステータが冷却されてその温度上昇が防止されることにより、コントローラの部品の温度上昇も防止される。

この発明による電動モータは、この発明によるステータを備えていることを特徴とするものである。

図１は、この発明の実施形態を示す電動ポンプユニットの主要部の縦断面図である。図２は、図１の電動ポンプユニットの主要部の横断面図である。図３は、図１の電動ポンプユニットの主要部の斜視図である。図４は、電動モータのステータの主要部を示す分解斜視図である。図５は、電動モータの第１バスバーを示す斜視図である。図６は、電動モータの第２バスバーを示す斜視図である。

以下、図面を参照して、この発明を自動車のトランスミッション用電動ポンプユニットに適用した実施形態について説明する。

図１は、電動ポンプユニットの主要部の縦断面図である。以下の説明において、図１の左側を前、右側を後とする。

図１に示すように、電動ポンプユニットは、ユニットハウジング(1)内に、油の吸入および吐出を行うポンプ(2)、ポンプ駆動用電動モータ(3)ならびに電動モータ(3)のコントローラ(4)が一体に組み込まれたものである。この例では、ポンプ(2)は内接歯車ポンプ、モータ(3)は３相巻線を有するセンサレス制御ＤＣブラシレスモータである。

ユニットハウジング(1)は、ポンプ(2)のポンプ本体(5)ならびに電動モータ(3)およびコントローラ(4)を内蔵したモータハウジング(6)よりなる。

ポンプ本体(5)は、後側のポンプハウジング(7)と前側のポンププレート(8)よりなる。ポンプハウジング(7)は、前後方向と直交する方向に広がりを持つ厚肉板状のものであり、その中心に、前部が開口したポンプ室(9)が形成されている。ポンプハウジング(7)の前面に、ポンププレート(8)がＯリング(10)を介して固定され、ポンプ室(9)の前面が塞がれている。ポンプ室(9)内に、アウタギヤ(11)が回転自在に収容され、アウタギヤ(11)の内側に、これとかみ合うインナギヤ(12)が配置されている。図示は省略したが、ポンプハウジング(7)およびポンププレート(8)には、油吸入ポートおよび油吐出ポートが形成され、ポンププレート(8)には、油吸入ポートに連通する油吸入穴および油吐出ポートに連通する油吐出穴が形成されている。ポンプハウジング(7)およびポンププレート(8)は、たとえば、アルミニウム合金製である。

モータハウジング(6)は、円筒状の合成樹脂製モータケース(13)と、モータケース(13)の後端に固定された円板状の蓋(14)とからなる。モータケース(13)の前端が、Ｏリング(15)を介してポンプハウジング(7)の後面に固定されている。ポンププレート(8)、ポンプハウジング(7)およびモータケース(13)は、それらの外周から径方向外側に突出するように一体に形成された複数の連結部(8a)(7a)(13a)の部分において、ボルト(16)により互いに固定されている。モータケース(13)の後端開口が、蓋(14)により塞がれている。

ポンプハウジング(7)の後端面の中心に、モータケース(13)より小径の円筒部(7b)が一体に形成され、円筒部(7b)内の後部に設けられた軸受装置(17)により、前後方向にのびるモータ軸(18)が支持されている。この例では、軸受装置(17)は、前後に隣接する２個の転がり軸受である単列深みぞ玉軸受(19)よりなり、各軸受(19)の内輪(19a)がモータ軸(18)に固定され、外輪(19b)が円筒部(7b)に固定されている。この例では、軸受(19)はグリース潤滑の密封型軸受である。モータ軸(18)の前部は、ポンプハウジング(7)の後壁に形成された穴(21)の部分を貫通してポンプ室(9)内に進入し、その前端部にインナギヤ(12)が嵌合固定されている。円筒部(7b)内の軸受装置(17)より前側の部分とモータ軸(18)の間に、オイルシール(22)が設けられている。

円筒部(7b)より後方に突出したモータ軸(18)の後端部に、モータ(3)を構成するモータロータ(23)が固定されている。ロータ(23)は、モータ軸(18)の後端から半径方向にのびかつ軸受装置(17)の外周を囲む円筒状のロータ本体(24)の外周部に合成樹脂製の永久磁石保持部材(25)が固定状に設けられ、保持部材(25)を周方向に等分する複数箇所にセグメント形状の永久磁石(26)が保持されたものである。モータ軸(18)、ロータ(23)およびポンプ(2)のインナギヤ(12)を含む回転部分の重心の軸方向位置が、軸受装置(17)の軸方向範囲内にある。この例では、上記重心の軸方向位置が、軸受装置(17)を構成する２個の玉軸受(19)の間にある。

ロータ(23)に対向するモータケース(13)の内周に、モータ(3)を構成するモータステータ(27)が固定状に設けられている。ステータ(27)は、積層鋼板よりなるステータコア(28)にインシュレータ（合成樹脂製絶縁体）(29)が組み込まれ、インシュレータ(29)の部分にステータコイル(30)が巻きつけられたものである。この例では、ステータ(27)は、モータケース(13)の内周部に一体にモールドされている。

インシュレータ(29)の後端に、コントローラ(4)の基板(31)が固定され、基板(31)に、コントローラ(4)を構成する部品(32)が取り付けられている。図１には基板(31)の前面に取り付けられた部品(32)が１個だけ示されているが、部品は基板(31)の前面および後面の少なくとも一方の所定位置に配置される。図１に示された部品(32)は、たとえば電解コンデンサである。

図２はモータケース(13)とステータ(27)の成型体を示す横断面図（後から見た横断面図）、図３は同成型体を後から見た斜視図、図４はステータ(27)の主要部の分解斜視図である。

図２〜図４に詳細に示すように、コア(28)は、環状部(28a)の内周を周方向に等分する複数箇所（この例では６箇所）に径方向内側に突出した極部(歯部）(28b)が一体に形成されたものである。各極部(28b)の先端部は周方向両側にのび、その内周面は１つの円筒面を形成している。環状部(28a)内周の隣接する極部(28b)相互間に、インシュレータ組込用空間(33)が形成されている。詳細な図示は省略したが、コア(28)を構成する複数の鋼板は、積層された状態で、各極部(28b)の径方向外側の環状部(28a)にあるかしめ部(34)において固定されている。コア(28)の環状部(28a)の外周は、円筒面が極部(28b)に対応する複数箇所で切り欠かれた形状を有する。環状部(28a)の外周の切り欠き部が、図面に符号(35)で示されている。切り欠き部(35)は平坦で、環状部(28a)の外周は多角形状をなす。

インシュレータ(29)は、前後１対の半体(36)(37)よりなる。各半体(36)(37)は、たとえばＰＰＳ（ポリフェニレンサルファイド樹脂）などの合成樹脂により成形されている。各半体(36)(37)は、コア(28)に対応する環状をなし、コア(28)に前後両側から組み込まれている。前側半体(36)の内周側に、コア(28)のインシュレータ組込用空間(33)の前側半分にはまるとともにコア(28)の極部(28b)の内周面を除く前側部分を覆うコイル装着部(36a)が一体に形成されている。前側半体(36)の外周側に、コア(28)の切り欠き部(35)の前側半分に密着してこれを覆う平板状の後方突出部(36b)が一体に形成されている。後側半体(37)の内周側に、コア(28)のインシュレータ組込用空間(33)の後側半分にはまるとともにコア(28)の極部(28b)の内周面を除く後側部分を覆うコイル装着部(37a)が一体に形成されている。後側半体(37)の外周側に、コア(28)の切り欠き部(35)の後側半分に密着してこれを覆う平板状の前方突出部(37b)が一体に形成されている。後側半体(37)のコイル装着部(37a)の径方向外側の部分に、後方にのびた基板用突起部(37c)が一体に形成されている。各基板用突起部(37c)の後端部の内側に、内周にめねじが形成された金属製のめねじ部材(38)が埋め込まれている。後側半体(37)には、３つの第１バスバー(39)および１つの第２バスバー(40)がインサート成形により一体に成形されている。

第１バスバー(39)の詳細が図５に、第２バスバー(40)の詳細が図６にそれぞれ示されている。

第１バスバー(39)は、３相のコイル(30)の一端と基板(31)を接続するＵＶＷ用バスバーである。第２バスバー(40)は、３相のコイル(30)の他端同士を接続する中性点用バスバーである。第１バスバー(39)および第２バスバー(40)は、導電性を有する金属たとえば無酸化銅、リン青銅製である。

第１バスバー(39)は、Ｌ字状に屈曲した比較的短い第１バスバー本体(39a)の両端にコイル接続端部(39b)と円環状の基板接続端部(39c)が一体に形成されているものである。第１バスバー本体(39a)には、方形板状の放熱部(39d)が一体に形成されている。第１バスバー本体(39a)は、後側半体(37)に埋まっている。コイル接続端部(39b)は、後側半体(37)の基板用突起部(37d)のない部分の後端面に露出している。基板接続端部(39c)は、基板用突起部(37d)の後端面においてめねじ部材(38)の周囲に露出している。放熱部(39d)は、後側半体(37)の前方突出部(37b)の外側の面に密着して露出し、放熱部(39d)の前部は前方突出部(37b)から前方に突出している。

第２バスバー(40)は、後側半体(37)の外周に沿うように屈曲した比較的長い第２バスバー本体(40a)の３箇所にコイル接続端部(40b)が一体に形成されているものである。第２バスバー本体(40a)には、３つの方形板状の放熱部(40c)が一体に形成されている。第２バスバー本体(40a)は、後側半体(37)に埋まっている。コイル接続端部(40b)は、後側半体(37)の基板用突起部(37d)のない部分の後端面に露出している。放熱部(40c)は、後側半体(37)の前方突出部(37b)の外側の面に密着して露出し、放熱部(40c)の前部は前方突出部(37b)から前方に突出している。

両半体(36)(37)がコア(28)に組み込まれた状態で、各バスバー(39)(40)の放熱部(39d)(40c)の前部が、前側半体(36)の後方突出部(36b)の外側の面に密着する。また、コア(28)の極部(28b)を覆うインシュレータ(29)のコイル装着部(36a)(37a)にコイル(30)が巻かれ、両バスバー(39)(40)のコイル接続端部(39b)(40b)に対応するコイル(30)の一端がヒュージングにより接続される。

モータケース(13)は、型を用いてたとえばＰＡ６６（ポリアミド６６）などの合成樹脂をステータ(27)の外周側の部分にモールドすることにより、ステータ(27)と一体化されている。コア(28)の極部(28b)の内周面、インシュレータ(29)のコイル装着部(36a)(37a)の内周面および突起部(37c)の後端面を除いて、ステータ(27)の表面がモータケース(13)で覆われている。第１バスバー(39)のコイル接続端部(39b)および第２バスバー(40)のコイル接続端部(40b)は、モータケース(13)に埋まっている。また、インシュレータ(29)の突出部(36b)(37b)の外側に位置するバスバー(39)(40)の放熱部(39d)(40c)も、コア(28)の径方向外側に位置するモータケース(13)の部分で覆われている。コア(28)の切り欠き部(35)の外側に位置するバスバー(39)(40)の放熱部(39d)(40c)は、切り欠き部(35)が形成されていない部分のコア(28)の外周面をつなぐ円筒面より径方向内側に位置している。モータケース(13)の外周に、複数のピン(41)を備えたコネクタ(42)が一体に形成されている。

蓋(14)は、合成樹脂製で、熱溶着などの適宜な手段により、モータケース(13)の後端に固定されている。

コントローラ(4)の基板(31)は、インシュレータ(29)の突起部(37c)のめねじ部材(38)にねじはめられたねじ(43)によりインシュレータ(29)に固定されている。これにより、コイル(30)が第１バスバー(39)の基板接続端部(39c)を介して基板(31)に電気的に接続される。コネクタ(42)のピン(41)も、基板(31)に電気的に接続されている。

上記の電動ポンプユニットにおいて、コイル(30)で発生した熱は、バスバー(39)(40)を通してその放熱部(39d)(40c)に伝えられ、放熱部(39d)(40c)からモータケース(13)を通して外部に放熱される。それにより、コイル(30)およびステータ(27)が冷却され、その温度上昇が防止される。コイル(30)およびステータ(27)の温度上昇が防止されることにより、モータ特性の低下が抑えられ、コントローラ(4)の基板(31)上の部品(32)の温度上昇も防止される。

バスバー(39)(40)の放熱部(39d)(40c)がコア(28)の外周の切り欠き部(35)に配置されているので、放熱部(39d)(40c)によってコア(28)の外形寸法が大きくなることがない。とくに、バスバー(39)(40)の放熱部(39d)(40c)が、切り欠き部(35)が形成されていない部分のコア(28)の外周面をつなぐ円筒面より径方向内側に位置しているので、コア(28)の外形寸法を放熱部(39d)(40c)が設けられていない従来の場合と同じにすることができる。コア(28)のかしめ部(34)より径方向外側の部分は、磁束密度の流れに寄与しない。このため、この部分に切り欠き部(35)が形成されても、モータ特性に影響がない。なお、コアの外周に切り欠き部を形成せずに、円筒状のコアの外周面の少なくとも一部を覆うインシュレータの外側にバスバーの放熱部を配置するようにしてもよい。

上記の例では、放熱部(39d)(40c)がバスバー(39)(40)に一体に形成されているが、バスバー(39)(40)と別に作られた放熱部がバスバー(39)(40)に固定されてもよい。放熱部の数が多いほど、放熱効果は高い。しかし、放熱部は、第１バスバー(39)と第２バスバー(40)の一方だけに設けられてもよい。第１バスバー(39)の全てに放熱部(39d)が設けられもよいし、一部に設けられてもよい。第２バスバー(40)に設けられる放熱部(40c)は、２つ以下でもよい。

電動ポンプユニットの全体構成および各部の構成は、上記実施形態のものに限らず、適宜変更可能である。

また、この発明は、自動車用電動ポンプユニット以外の電動モータにも適用できる。

(3) 電動モータ
(13) モータケース
(27) ステータ
(28) コア
(29) インシュレータ
(30) ステータコイル
(35) 切り欠き部
(39) 第１バスバー
(39d) 放熱部
(40) 第２バスバー
(40c) 放熱部

Claims

ステータコアを覆う合成樹脂製インシュレータにステータコイルが巻かれ、ステータコイルに接続されるバスバーが組み込まれるステータであって、
バスバーに設けられた放熱部が、ステータコアの外周面を覆うインシュレータの外側に配置されていることを特徴とするステータ。
円環状のステータコアの外周が切り欠かれ、この切り欠き部の外周面を覆うインシュレータの外側にバスバーの放熱部が配置されていることを特徴とする請求項１のステータ。
インシュレータが合成樹脂製モータケースに一体に成形され、バスバーの放熱部が、ステータコアの径方向外側に位置するモータケースの部分によって覆われていることを特徴とする請求項１または２のステータ。
請求項１〜３のいずれか１項のステータを備えていることを特徴とする電動モータ。