JP2003061285A - 電動機の冷却構造 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】 スロット開口部をプレートで閉塞して冷媒通
路とする電動機の出力を向上する電動機の冷却構造を提
供する。 【解決手段】 ステータコア２のティース１１間に位置
してコイル１２を収容するスロット１０の開口部付近に
スロット１０を閉塞してプレート１５を配設し、スロッ
ト１０開口部をプレート１５と共に樹脂充填してスロッ
ト１０内を冷媒通路１９とし、前記プレート１５をスロ
ット１０内方側から支持するようステータコア２のティ
ース部１１から突出形成したストッパ部１６の根元に穴
２８からなる非磁性体部を形成するようにした。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、ステータ巻線を直
接液体冷却する電動機の冷却構造に関するものである。

【０００２】

【従来の技術】電動機（モータ、または発電機、または
モータ兼発電機）において、ステータコアを効率良く冷
却するために、ステータコアのスロット（ステータコイ
ルが収装される溝部）の内部を冷媒通路とすることでス
テータコイルを直接冷却できるようにしたものが、例え
ば、特開平４−３６４３４３号公報により提案されてい
る。

【０００３】この電動機は、ステータコアの内周側とス
ロットの内部に金型を配置し、ステ一夕コアと金型によ
って画成された空間にエンジニアリングプラスチック
（以下、樹脂という）を射出・充填して、これを硬化さ
せることで（ステータコア内周側の）スロット開口部を
閉塞して冷媒通路を構成している。この冷媒通路は、ス
ロット開口部の幅の大きさに関係なく採用することが可
能であり、比較的安価に形成することができる。

【０００４】しかし、この方法では、充填した樹脂が硬
化した後に、ステータコア内周側とスロット内部から金
型を抜き取る必要がある。この金型を抜き取る際に、ス
テータコアを構成している薄い電磁鋼板が金型に引きず
られて捲れあがったりステータコアが傷ついたりする不
具合を生じる可能性がある。

【０００５】この電磁鋼板の捲れ上がりや傷つきを防止
するものとして、本出願人は特願２０００−３７９７９
１号を提案している。この提案では、図８に示すよう
に、スロット１０の開口部付近に樹脂の充填後に取除く
必要のないプレート１５を配設し、このプレート１５の
外側面（ステータコア２の内周部）に樹脂を充填するよ
うにしたものである。

【０００６】前記プレート１５は、その両端部をスロッ
ト１０の開口部の両側の壁に設けた溝１８に係合させて
配置され、樹脂充填時における充填圧力により係合部が
密着されて樹脂のスロット１０内への漏れ出しを防止す
る。このプレート１５は樹脂層の形成後に取除く必要が
ないため、ステータコア２を構成する電磁鋼板が捲れあ
がったり傷ついたりする不具合を生じない。

【０００７】

【発明が解決しようとする課題】ところで、樹脂充填時
に密着されるプレート１５と溝１８の係合部の密着面
（係合面）は、充填される樹脂がこの係合面を超えてス
ロット１０内部に漏れ出すのを防ぐべくその面積をある
程度確保しなければならず、また、樹脂充填時の圧力に
より変形しないようプレート１５の幅寸法も制約され
る。

【０００８】このため、ステータコア２のスロット１０
を挟んだ両側のティース部１１からスロット１０を狭め
るように突出させ、その先端に係合用の溝１８を構成し
ている。

【０００９】しかしながら、上記のごとく、スロット幅
を狭める構造においては、ティース部１１から図示しな
いロータコアへ向かう磁束に漏れを発生させ、モータの
有効トルクを低下させる虞がある。

【００１０】そこで本発明は、上記問題点に鑑みてなさ
れたもので、スロット開口部をプレートで閉塞して冷媒
通路とする電動機の出力を向上する電動機の冷却構造を
提供することを目的とする。

【００１１】

【課題を解決するための手段】第１の発明は、ステータ
コアのティース間に位置してコイルを収容するスロット
を備え、スロットの開口部付近にスロットを閉塞してプ
レートを配設し、スロット開口部をプレートと共に樹脂
充填してスロット内を冷媒通路とした電動機の冷却構造
において、前記プレートをスロット内方側から支持する
ようティース部から突出形成したストッパ部の根元に非
磁性体部を成形したことを特徴とする。

【００１２】第２の発明は、第１の発明において、前記
非磁性体部が、ステータコアを貫通する穴により構成さ
れていることを特徴とする。

【００１３】第３の発明は、第１の発明において、前記
非磁性体部が、スロット内に開放して形成された溝によ
り構成されていることを特徴とする。

【００１４】第４の発明は、第１の発明において、前記
非磁性体部が、ステータコアの内周側に開放して形成さ
れた溝により構成されていることを特徴とする。

【００１５】第５の発明は、第４の発明において、前記
プレートは、前記ストッパに支持された部分から前記溝
に挿入されて延長部が形成されていることを特徴とす
る。

【００１６】第６の発明は、第２ないし第４の発明にお
いて、前記穴および前記溝は、非磁性体によりなる棒材
が挿入されていることを特徴とする。

【００１７】

【発明の効果】したがって、第１の発明では、ステータ
コアのティース部からプレートを支持するよう突出形成
したストッパ部の根元に非磁性体部を設けたため、スト
ッパ部を通じて漏れていた磁束を低減してティース部か
らロータコアに向かう磁束を増加でき、電動機の出力、
トルクを増大することができる。

【００１８】第２の発明では、第１の発明の効果に加え
て、ストッパ部の根元の非磁性体部をステータコアを貫
通する穴としたため、ステータコアを構成する電磁鋼板
のプレス成形により簡易に製造できる。

【００１９】第３の発明では、第１の発明の効果に加え
て、ストッパ部の根元の非磁性体部をスロット内に開放
して形成された溝としたため、ステータコアを構成する
電磁鋼板をプレス成形することや積層した電磁鋼板をワ
イヤーカットによる成形により簡易に製造できる。

【００２０】また、スロット内に開放した溝であるた
め、ステータコイルの収容断面寸法を大きくすることが
可能となり、コイルの線径を増加させて銅損を低減で
き、電流密度が大きい電動機に構成でき、より一層出力
・トルク増大の効果が大きい。巻線の巻く部位を拡大す
ることができる。

【００２１】第４の発明では、第１の発明の効果に加え
て、ストッパ部の根元の非磁性体部をステータコアの内
周側に開放して形成された溝により構成したため、ステ
ータコアを構成する電磁鋼板をプレス成形することや積
層した電磁鋼板をワイヤーカットによる成形により簡易
に製造できる。

【００２２】また、非磁性体部はステータコア内周部に
連なる溝であるため、永久磁石の磁力が大きい電動機に
構成することができ、より一層最高出力・最高トルクの
増大化への効果が大きい。

【００２３】第５の発明では、第４の発明の効果に加え
て、プレートにストッパに支持された部分から溝に挿入
されて延長部が形成されているため、スロット外方から
充填される樹脂のスロット内への漏れ防止の性能が向上
する。

【００２４】また、ステータコアに対するプレートの位
置決め精度を向上でき、プレートの位置決めのために形
状精度を考慮する必要がないため、製造工程をより簡易
とできる。

【００２５】第６の発明では、非磁性体部を構成する穴
および溝に非磁性体によりなる棒材を挿入するため、ス
トッパ部の強度を向上することが可能となる。そのた
め、穴や溝を大きくすることに強度的な制約がなくな
り、大きい穴や溝と棒材とでより一層の磁束漏れを低減
でき、より一層に電動機の最高出力・最高トルクの増大
が可能となる。

【００２６】

【発明の実施の形態】以下、本発明の一実施形態を添付
図面に基づいて説明する。

【００２７】図１〜３は、本発明を適用可能な電動機の
冷却構造の一例であり、図１は電動機の前後方向の断面
図、図２は電動機の横方向の断面図、図３は電動機のス
テータコアの拡大断面図を夫々示す。なお、図１はケー
スを取除いて示している。

【００２８】図１〜３において、ケース１内にステータ
コア２、ロータコア３を備える電動機が示されており、
ロータコア３は、ステータコア２内周に対してエアギャ
ップと呼ばれる隙間Ｓを介して配置され、ケース１に軸
受４で支持された出力軸５に一体化されて回転可能とな
っている。また、ロータコア３には、複数の永久磁石６
を等角度間隔に内蔵され、これら永久磁石６は、隣接す
る永久磁石６とは互に磁極を相違させて配置され、ステ
ータコア２より与えられる回転磁束に対して反力を生じ
てロータコア３を回転させる。

【００２９】前記ステータコア２は、前記ケース１の円
筒状部分の内面に配置保持されて全体として筒状をな
し、内周側に開口して複数のスロット１０を備え、この
スロット１０間はティース部１１がありロータコア３側
に突出し、このティース部１１に巻付けてステータコイ
ル１２が前記スロット１０の片側（ティース部１１の両
側）とステータコア２の前端と後端から突出されてエン
ドコイル１３、１４となるよう配置される。前記ステー
タコイル１２に駆動電流が印加されるとティース部１１
から回転磁束を発生させる。

【００３０】前記スロット１０の開口端側には、この開
口端を閉塞するプレート１５の端部と係合するストッパ
部１６（スロット内方側）および突起部１７（スロット
開口端側）がスロット１０を挟んで位置するティース部
１１から突出形成され、スロット１０を挟んで位置する
ストッパ部１６および突起部１７で形成したスロット１
０両側の溝１８にその両端が係合してプレート１５が嵌
合される。このプレート１５は樹脂で形成され、ステー
タコア２内方に充填される樹脂と一体となって残余のス
ロット１０内をステータコイル１２に沿ってステータコ
ア２の前端と後端を連通させる冷媒通路１９を形成す
る。前記樹脂充填時に、プレート１５とストッパ部１６
が密着するため、冷媒通路１９に樹脂が漏れることがな
い。

【００３１】ステータコア２の前後端にはエンドコイル
１３、１４を夫々取囲んでケース１内において独立した
フロントエンド室２１、および、リヤエンド室２２を、
環状の樹脂製隔壁２３、２４およびケース１へのゴムシ
ール２５により形成し、これらの室２１、２２には夫々
冷媒の入口２６および出口２７を形成する。

【００３２】冷却用の冷媒は前記入口２６を通り、フロ
ントエンド室２１でフロントエンドコイル１３を冷却
し、ステータコア２内のステータコイル１２の側面の冷
媒通路１９を通過して冷却し、リヤエンド室２２でリア
エンドコイル１４を冷却して出口２７に至り、冷媒自体
を冷却する熱交換器（図示せず）へと流される。なお、
冷媒は出口２７から入り入口２６から排出するよう逆方
向に流してもよい。フロントエンド室２１、リヤエンド
室２２内の冷媒は隔壁２３、２４およびゴムシール２５
により、ロータコア３側に漏れることはない。

【００３３】前記隔壁２３、２４は、スロット１０開口
部付近に配設した前記プレート１５とステータコア２内
周側およびステータコア２外周側に金型を配置し、そこ
に、例えば樹脂を充填することで前記プレート１５の内
周側の樹脂モールドと同時に形成できる。この時にプレ
ート１５が存在するために、金型をスロット１０の内部
まで配置する必要が無く、電磁鋼板の捲れあがり等の問
題を生じることもない。

【００３４】上記成形工程において、前記ストッパ部１
６は、プレート１５の外側に充填される樹脂の冷媒通路
１９への漏れを防止すること、プレート１５自体が充填
圧力による割れを防止すること、ストッパ部１６自身の
変形を防止し、プレート１５を正確に位置決めする等の
機能を果たすよう形成される。

【００３５】そして、前記ストッパ部１６の根元には、
穴２８が貫通して形成される。前記穴２８の形状は、図
示例では楕円穴に形成されているが、丸穴でも角穴でも
よく、ストッパ部１６の機械的強度を確保する意味から
は、丸穴、楕円穴が望ましい。そして、ここに形成され
た穴２８は空間を形成して非磁性部に構成される。この
穴２８は、電磁鋼板のプレス成形時に同時に成形するこ
とができることは勿論である。

【００３６】従って、ストッパ部１６を通過して漏れる
磁束の流れを遮ることとなり、磁束の漏れを減らし、ロ
ータコア３へ向かう磁束を増加させる。このため、電動
機としての最大出力・最大トルクを増大させることがで
きる。

【００３７】図４は、ストッパ部１６の根元に穴２８を
形成していない電動機と穴２８を形成した電動機との最
大トルク・最大出力の解析結果を示す図である。この図
でわかるように、ストッパ部１６の根元に穴２８を形成
した電動機では、穴２８のない電動機に対し、最大出
力、最大トルクとも増大することが確認できる。

【００３８】そして、穴２８を単なる非磁性の空間とす
ることなく、穴２８に非磁性体よりなる棒材（図示せ
ず）を挿入配置すると、ストッパ部１６の強度をより向
上でき、穴２８を大きくすることに制約がなくなり、大
きく形成してより一層に磁束の漏れを低減でき、より電
動機の出力・トルクの増大が可能とできる。

【００３９】この実施の態様においては、ステータコア
２のティース部１１からプレート１５を支持するよう突
出形成したストッパ部１６の根元に穴２８よりなる非磁
性体部を設けたため、ストッパ部１６を通じて漏れてい
た磁束を低減してティース部１１からロータコア３に向
かう磁束を増加でき、電動機の出力、トルクを増大する
ことができる。

【００４０】また、非磁性体部を構成する穴２８に非磁
性体によりなる棒材を挿入する場合には、ストッパ部１
６の強度を向上することが可能となる。そのため、穴２
８を大きくすることに強度的な制約がなくなり、大きい
穴２８と棒材とでより一層の磁束漏れを低減でき、より
一層に電動機の最高出力・最高トルクの増大が可能とな
る。

【００４１】図５は、本発明の第２の実施の形態に係る
電動機の冷却構造におけるステータの拡大断面図であ
り、ストッパ部１６の根元に穴を設ける代わりにストッ
パ部１６の根元を細くして磁束の漏れを抑制しようとす
るものである。

【００４２】図５において、ストッパ部１６の根元は、
一方でスロット１０を構成していることに着目して、ス
ロット１０内部に開放した溝２９を形成することでスト
ッパ部１６の根元を細く形成する。もちろん、ストッパ
部１６は、プレート１５の外側へ充填される樹脂の冷媒
通路１９への漏れを防止すること、プレート１５自体の
割れを防止すること、ストッパ部１６自身の変形を防止
し、プレート１５を正確に位置決めする等のために、必
要な形状寸法を備えるように形成する。

【００４３】この実施の態様においては、溝２９の形成
を、ステータコア２を構成する電磁鋼板のプレス成形時
に同時に成形することができることは勿論であるが、前
記溝２９はスロット１０内に連なっているため、積層し
た電磁鋼板をワイヤーカット等により切断して成形する
ことも可能である。

【００４４】また、ストッパ部１６への漏れ磁束をスロ
ット１０内部に開放した溝２９により阻止できるため、
第１の実施の態様と同様に、電動機の出力・トルクを増
大させることができる。

【００４５】また、溝２９はスロット１０内に解放して
いるため、ステータコイル１２の収容断面寸法を大きく
することが可能となり、コイル１２の線径を増加させて
銅損を低減でき、電流密度が大きい電動機に構成でき、
より一層出力・トルク増大の効果が大きい。

【００４６】この電動機の冷却構造においても、溝２９
内に非磁性体より構成した棒材（図示せず）を配置する
ことで、棒材がストッパ部１６と一体となって、その強
度を向上でき、溝２９を大きくすることに強度的な制約
がなくなり、溝２９を大きく形成してより磁束の漏れを
低減し、より電動機の出力・トルクを増大させることが
可能となる。

【００４７】図６は、本発明の第３の実施の態様に係る
電動機の冷却構造におけるステータの拡大断面図であ
り、ストッパ部１６の根元をステータコア２の内周側に
開口する溝３０により細く形成して磁束の漏れを抑制す
るようにしたものである。

【００４８】図６において、ストッパ部１６の根元はス
テータコア２の内周側に開口した溝３０を形成すること
で細く形成される。もちろん、ストッパ部１６は、プレ
ート１５の外へ充填される樹脂の冷媒通路１９への漏れ
を防止すること、プレート１５自体の割れを防止するこ
と、ストッパ部１６自身の変形を防止し、プレート１５
を正確に位置決めする等のために、必要な形状寸法を具
備するように形成する。

【００４９】前記溝は、ステータコア２を構成する電磁
鋼板のプレス成形時に同時に成形することができること
は勿論であるが、ステータコア２の内周側に解放してい
るので、積層した電磁鋼板をワイヤーカット等により切
断することでも成形可能である。

【００５０】図６に示す実施の態様においても、ストッ
パ部１６への漏れ磁束をステータコア２の内周部に開放
した溝３０により阻止できるため、第１の実施の態様と
同様に、電動機の出力・トルクを増大させることができ
る。

【００５１】また、溝３０の内部に非磁性体により構成
された棒材（図示せず）を配置することで、ストッパ部
１６の強度を向上することが可能となる。そのため、溝
３０を大きくすることに強度的な制約がなくなり、大き
い溝３０と棒材とでより一層の磁束漏れを低減でき、よ
り一層に電動機の最高出力・最高トルクの増大が可能と
なる。

【００５２】図７は図６の変形例であり、図６では、溝
３０内を空間に構成するか、非磁性体の棒を挿入するも
のであったが、図７では、溝３０内にプレート１５の延
長部１５Ａを挿入して構成している。このためには、プ
レート１５の延長部１５Ａの形状を溝３０の形状に合わ
せて形成する。

【００５３】図７に示す実施の態様においては、プレー
ト１５の形状を溝３０の形状に合わせて形成しているの
で、両者の接触面積が大きくなり、ステータコア２内周
部からの充填樹脂が冷媒通路１９に漏れる可能性をより
一層低減できる。

【００５４】また、ステータコア２に対するプレート１
５の位置決め精度を向上でき、プレート１５の位置決め
のために形状精度を考慮する必要がないため、製造工程
をより簡易とできる。

【００５５】なお、上記した各実施の態様において、電
動機として、永久磁石式同期電動機について説明した
が、図示しないが、誘導電動機であっても、ＳＲモータ
であっても、さらに、その他のモータであってもよい。

【００５６】また、上記した各実施の態様において、ス
テータコア２として一体構造のものについて説明した
が、図示しないが、ステータコアを円周方向複数個に分
割した分割構造のステータコアであってもよい。

【００５７】また、上記した各実施の態様において、極
数が８極のものについて図示しているが、図示しない
が、他の極数の電動機にも適用可能である。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の一実施形態を示す電動機の冷却構造の
前後方向の断面図。

【図２】同じく電動機の横方向の断面図。

【図３】同じく電動機のステータコアの拡大断面図。

【図４】電動機の冷却構造の効果を従来技術と比較して
示す図。

【図５】本発明の第２の実施の形態を示す電動機のステ
ータコアの拡大断面図。

【図６】本発明の第３の実施の形態を示す電動機のステ
ータコアの拡大断面図。

【図７】図６の変形例を示す電動機のステータコアの拡
大断面図。

【図８】従来技術の電動機の冷却構造を示すステータコ
アの拡大断面図。

【符号の説明】

１ ケース ２ ステータコア ３ ロータコア ６ 永久磁石 １０ スロット １１ ティース部 １２ ステータコイル １５ プレート １６ ストッパ部 １７ 突起部 １９ 冷媒通路 ２６ 入口 ２７ 出口 ２８ 穴（非磁性体部） ２９、３０ 溝（非磁性体部）

フロントページの続き (72)発明者 菊池 俊雄 神奈川県横浜市神奈川区宝町２番地 日産 自動車株式会社内 (72)発明者 恒吉 孝 神奈川県横浜市神奈川区宝町２番地 日産 自動車株式会社内 Ｆターム(参考） 5H002 AA10 AB04 AC07 AD02 AD06 AD08 5H603 AA00 AA11 BB01 BB12 CA01 CA05 CB02 CC05 CC11 CC17 EE10 EE29 FA16 5H609 BB03 BB19 PP02 PP06 PP08 PP16 QQ04 QQ05 QQ08 QQ10 QQ12 RR44 RR70 SS07

Claims (6)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 ステータコアのティース間に位置してコ
   イルを収容するスロットを備え、スロットの開口部付近
   にスロットを閉塞してプレートを配設し、スロット開口
   部をプレートと共に樹脂充填してスロット内を冷媒通路
   とした電動機の冷却構造において、 前記プレートをスロット内方側から支持するようティー
   ス部から突出形成したストッパ部の根元に非磁性体部を
   成形したことを特徴とする電動機の冷却構造。
2. 【請求項２】 前記非磁性体部が、ステータコアを貫通
   する穴により構成されていることを特徴とする請求項１
   に記載の電動機の冷却構造。
3. 【請求項３】 前記非磁性体部が、スロット内に開放し
   て形成された溝により構成されていることを特徴とする
   請求項１に記載の電動機の冷却構造。
4. 【請求項４】 前記非磁性体部が、ステータコアの内周
   側に開放して形成された溝により構成されていることを
   特徴とする請求項１に記載の電動機の冷却構造。
5. 【請求項５】 前記プレートは、前記ストッパに支持さ
   れた部分から前記溝に挿入されて延長部が形成されてい
   ることを特徴とする請求項４に記載の電動機の冷却構
   造。
6. 【請求項６】 前記穴および前記溝は、非磁性体により
   なる棒材が挿入されていることを特徴とする請求項２な
   いし請求項４のいずれか一つに記載の電動機の冷却構
   造。