特開 2024-129180 電動機

(19)【発行国】日本国特許庁(JP)

(12)【公報種別】公開特許公報(A)

(11)【公開番号】P2024129180

(43)【公開日】2024-09-27

(54)【発明の名称】電動機

(51)【国際特許分類】

   H02K 5/20 20060101AFI20240919BHJP

   H02K 5/08 20060101ALI20240919BHJP

【ＦＩ】

H02K5/20

H02K5/08 A

【審査請求】未請求

【請求項の数】10

【出願形態】ＯＬ

(21)【出願番号】P 2023038206

(22)【出願日】2023-03-13

(71)【出願人】

【識別番号】000005326

【氏名又は名称】本田技研工業株式会社

(74)【代理人】

【識別番号】110001379

【氏名又は名称】弁理士法人大島特許事務所

(72)【発明者】

【氏名】矢▲崎▼ 学

【テーマコード（参考）】

5H605

【Ｆターム（参考）】

5H605AA01

5H605BB05

5H605BB17

5H605CC01

5H605CC02

5H605DD13

5H605EB10

5H605GG18

(57)【要約】

【課題】 電動機において、モールド樹脂の膨張を許容すると共に、製造作業を容易にする。
【解決手段】 電動機１は、周壁６、及び周壁の両端に設けられた一対の端壁７、８を有する円筒形のケーシング２と、周壁の内周面に沿って設けられる円筒形のステータ３と、ステータの内側に配置され、ケーシングに回転可能に支持されたロータ４とを有する。ステータは、ステータコア１５と、ステータコアに巻き回されたステータ巻線１６と、ステータコア及びステータ巻線をモールドするモールド樹脂１７とを有する。ステータと、端壁の一方との間に、可撓性を有するスペーサ２０が介装されている。スペーサは、モールド樹脂よりも低い弾性率を有するとよい。
【選択図】 図１

【特許請求の範囲】

【請求項1】

電動機であって、
周壁と、前記周壁の両端に設けられた一対の端壁とを有する円筒形のケーシングと、
前記周壁の内周面に沿って設けられる円筒形のステータと、
前記ステータの内側に配置され、前記ケーシングに回転可能に支持されたロータとを有し、
前記ステータは、ステータコアと、前記ステータコアに巻き回されたステータ巻線と、前記ステータコア及び前記ステータ巻線をモールドするモールド樹脂とを有し、
前記ステータと、前記端壁の一方との間に、可撓性を有するスペーサが介装されている電動機。

【請求項2】

前記スペーサは、前記モールド樹脂よりも低い弾性率を有する請求項１に記載の電動機。

【請求項3】

前記スペーサの単位体積当たりの質量は、前記モールド樹脂の単位体積当たりの質量よりも小さい請求項２に記載の電動機。

【請求項4】

前記スペーサは、環状の板状部と、前記板状部に突設された可撓性を有する複数の凸部とを有し、
前記板状部及び前記凸部の一方が、前記ステータに当接し、
前記板状部及び前記凸部の他方が、前記端壁に当接している請求項１に記載の電動機。

【請求項5】

複数の前記凸部は、前記ステータの軸線を中心とした放射方向に配列されている請求項４に記載の電動機。

【請求項6】

複数の前記凸部のそれぞれは、柱状に形成され、前記板状部から前記ステータの軸線と平行に直線状に延びている請求項５に記載の電動機。

【請求項7】

前記板状部は、前記ステータに当接すると共に、その外周部において前記周壁に当接している請求項５に記載の電動機。

【請求項8】

前記端壁には、冷却液が流れる第１冷却液通路が形成されている請求項１～請求項７のいずれか１つの項に記載の電動機。

【請求項9】

前記第１冷却液通路は、前記ステータの軸線を中心とした周方向に延びている請求項８に記載の電動機。

【請求項10】

前記第１冷却液通路は、前記周壁に形成された第２冷却液通路に接続している請求項８に記載の電動機。

【発明の詳細な説明】

【技術分野】

【0001】

本発明は、電動機に関する。

【背景技術】

【0002】

特許文献１は、ステータコアと、ステータコアに巻き回されたステータ巻線と、ステータコアの周方向外周部に設けられたケーシングと、ステータコア、ステータ巻線、及びケーシングの隙間に充填された熱伝導を有するモールド樹脂とを有するステータを開示している。モールド樹脂は、ステータ巻線において発生した熱をケーシングに放熱する。

【0003】

モールド樹脂は、ステータ巻線の昇温によって膨張する。モールド樹脂の膨張を許容するために、特許文献２は、ケーシングの端壁とモールド樹脂の端部との間に隙間を設けた電動機を開示している。

【先行技術文献】

【特許文献】

【0004】

【特許文献1】特開２０２１－６９２２６号公報

【特許文献2】特開２００４－１２０９２３号公報

【発明の概要】

【発明が解決しようとする課題】

【0005】

しかし、ケーシングの端壁との間に微小な隙間を残して、モールド樹脂をモールドするためには、隙間を形成するための成形型が必要になる等、製造工程が複雑になるという問題がある。また、微小な隙間を精度良く形成することが難しいという問題がある。

【0006】

本発明は、以上の背景を鑑み、電動機において、モールド樹脂の膨張を許容すると共に、製造作業を容易にすることを課題とする。

【課題を解決するための手段】

【0007】

上記課題を解決するために本発明のある態様は、電動機（１）であって、周壁（６）と、前記周壁の両端に設けられた一対の端壁（７、８）とを有する円筒形のケーシング（２）と、前記周壁の内周面に沿って設けられる円筒形のステータ（３）と、前記ステータの内側に配置され、前記ケーシングに回転可能に支持されたロータ（４）とを有し、前記ステータは、ステータコア（１５）と、前記ステータコアに巻き回されたステータ巻線（１６）と、前記ステータコア及び前記ステータ巻線をモールドするモールド樹脂（１７）とを有し、前記ステータと、前記端壁の一方との間に、可撓性を有するスペーサ（２０）が介装されている。

【0008】

この態様によれば、スペーサが弾性変形することによって、モールド樹脂の膨張が許容される。電動機の製造時には、スペーサをケーシング内に配置した状態で、モールド樹脂をモールドすることによって、ステータをケーシング内に配置することができる。これにより、電動機の製造作業を容易にすることができる。

【0009】

上記の態様において、前記スペーサは、前記モールド樹脂よりも低い弾性率を有してもよい。

【0010】

この態様によれば、モールド樹脂の伸縮に応じてスペーサが弾性変形することができる。

【0011】

上記の態様において、前記スペーサの単位体積当たりの質量は、前記モールド樹脂の単位体積当たりの質量よりも小さくてもよい。

【0012】

この態様によれば、スペーサを用いることによって、電動機を軽量化することができる。

【0013】

上記の態様において、前記スペーサは、環状の板状部（２１）と、前記板状部に突設された可撓性を有する複数の凸部（２２）とを有し、前記板状部及び前記凸部の一方が、前記ステータに当接し、前記板状部及び前記凸部の他方が、前記端壁に当接してもよい。

【0014】

この態様によれば、複数の凸部が弾性変形することによって、スペーサは伸縮することができる。また、複数の凸部によって、スペーサの表面積が増加し、放熱性が向上する。

【0015】

上記の態様において、複数の前記凸部は、前記ステータの軸線を中心とした放射方向に配列されてもよい。

【0016】

この態様によれば、スペーサは、複数の凸部においてステータ又はケーシングの端壁に安定性良く当接することができる。

【0017】

上記の態様において、複数の前記凸部のそれぞれは、柱状に形成され、前記板状部から前記ステータの軸線と平行に直線状に延びてもよい。

【0018】

この態様によれば、各凸部の剛性を高くすることができるため、各凸部の断面積を小さくすることができる。その結果、スペーサを軽量化することができる。

【0019】

上記の態様において、前記板状部は、前記ステータに当接すると共に、その外周部において前記周壁に当接してもよい。

【0020】

この態様によれば、スペーサを介してステータからケーシングの周壁に放熱することができる。また、スペーサのケーシングに対する位置が安定する。

【0021】

上記の態様において、前記端壁には、冷却液が流れる第１冷却液通路（３５）が形成されてもよい。

【0022】

この態様によれば、ステータで発生した熱は、スペーサを介して端壁に放熱される。端壁は冷却液によって冷却されているため、ステータが効率良く冷却される。

【0023】

上記の態様において、前記第１冷却液通路は、前記ステータの軸線を中心とした周方向に延びてもよい。

【0024】

この態様によれば、第１冷却液通路とスペーサとを近づけることができ、ステータを効率良く冷却することができる。

【0025】

上記の態様において、前記第１冷却液通路は、前記周壁に形成された第２冷却液通路（４１）に接続してもよい。

【0026】

この態様によれば、ステータで発生した熱は周壁に伝達され、周壁内を流れる冷却液に伝達される。これにより、ステータが効率良く冷却される。

【発明の効果】

【0027】

以上の構成によれば、電動機において、モールド樹脂の膨張を許容すると共に、生産性を向上させることができる。

【図面の簡単な説明】

【0028】

【図1】実施形態に係る電動機の断面図

【図2】スペーサの斜視図

【図3】電動機及び減速機の断面図

【図4】電動機及び減速機の要部を拡大した断面図

【図5】電動機及び減速機の要部を拡大した断面図

【図6】電動機の冷却系を示す説明図

【図7】成形型をケーシングにセットした状態を示す説明図

【図8】変形実施形態に係る電動機の断面図

【発明を実施するための形態】

【0029】

以下、図面を参照して、本発明の実施形態に係る電動機について説明する。電動機は、例えば回転翼機の推力発生装置に使用される。

【0030】

図１に示すように、電動機１は、ケーシング２と、ステータ３と、ロータ４とを有する。ケーシング２、ステータ３、及びロータ４のそれぞれは、軸線Ａに沿って配置されている。ケーシング２は、円筒形に形成され、周壁６と、周壁６の両端に設けられた一対の端壁７、８とを有する。周壁６は、軸線Ａを中心として配置されている。一方の端壁７と周壁６とは、一体に成形されている。他方の端壁８は、周壁６にボルトによって締結されているとよい。

【0031】

ステータ３は、円筒形に形成されている。ステータ３は、周壁６の内周面に沿って設けられている。

【0032】

ロータ４は、ステータ３の内側に配置され、ケーシング２に回転可能に支持されている。ロータ４は、シャフト１１に結合されている。シャフト１１は軸受１２、１３を介して端壁７、８に回転可能に支持されている。ロータ４は、永久磁石型ロータや、かご型ロータ等の公知のロータであってよい。

【0033】

ステータ３は、ステータコア１５と、ステータコア１５に巻き回されたステータ巻線１６と、ステータコア１５及びステータ巻線１６をモールドするモールド樹脂１７とを有する。

【0034】

ステータコア１５は、導電性を有する。ステータコア１５は、複数の電磁鋼板を軸方向に積層することによって形成されてもよく、粉体の焼成や鋳造によって単一部品として形成されてもよい。ステータコア１５は、円筒形のコアバック１５Ａと、コアバック１５Ａの内周面から径方向内方に突出した複数のティース１５Ｂと、隣り合うティース１５Ｂ間に形成された複数のスロット１５Ｃとを有する。各ティース１５Ｂ及び各スロット１５Ｃは、周方向に等間隔に配置されている。各ティース１５Ｂ及び各スロット１５Ｃは、軸線Ａに沿った方向に延びている。複数のティース１５Ｂの先端部は、互いに協動して軸線Ａ方向に延びる円孔状のロータ収容空間を形成する。各ティース１５Ｂは、微小な隙間を介してロータ４の外周面に対向する。各ティース１５Ｂの表面には、各ティース１５Ｂとステータ巻線１６とを絶縁するために電気絶縁材からなるインシュレータが設けられている。

【0035】

ステータ巻線１６は、銅やアルミニウム等の導線と、導線を被覆する電気絶縁皮膜とを有する。ステータ巻線１６は、インシュレータを介して各ティース１５Ｂに巻き回されている。ステータ巻線１６は、各スロット１５Ｃ内に配置された部分と、軸線Ａ方向におけるステータコア１５の端面から外方に突出したコイルエンド部とを有する。ステータ巻線１６は、各ティース１５Ｂの先端部（径方向内端）の所定の領域を避けて配置されている。

【0036】

モールド樹脂１７は、ステータコア１５及びステータ巻線１６の隙間に充填される。モールド樹脂１７によって、ステータ３の外径が円筒形に形成される。モールド樹脂１７は、スロット１５Ｃ内の隙間を埋めると共に、コイルエンド部を覆う。モールド樹脂１７は、マトリクス樹脂と、マトリクス樹脂中に含まれる熱伝導フィラーとを有するとよい。熱伝導フィラーは、金属系のフィラーであるとよい。熱伝導フィラーは、例えば、窒化アルミニウム、酸化マグネシウム、窒化ホウ素、アルミナ、無水炭酸マグネシウム、酸化ケイ素、酸化亜鉛等であるとよい。マトリクス樹脂は、非導電性であり、例えば、エポキシ樹脂、ポリブチレンテレフタレート（ＰＢＴ）、不飽和ポリエステル樹脂等であるとよい。

【0037】

後述するように、モールド樹脂１７は、ステータ巻線１６が巻かれたステータコア１５がケーシング２内に配置された状態で、ステータコア１５及びステータ巻線１６をモールドする。モールド樹脂１７は、ステータコア１５の外周面とケーシング２の周壁６の内周面との隙間も埋めるとよい。

【0038】

ステータ３と端壁７との間には、可動性を有するスペーサ２０が介装されている。図２に示すように、スペーサ２０は、環状の板状部２１と、板状部２１に突設された可撓性を有する複数の凸部２２とを有する。板状部２１及び凸部２２の一方が、ステータ３に当接し、板状部２１及び凸部２２の他方が、端壁７、８に当接しているとよい。本実施形態では、板状部２１がステータ３に当接し、複数の凸部２２が端壁７に当接している。板状部２１の中央には、厚み方向に貫通する断面円形の透孔２３が形成されている。

【0039】

複数の凸部２２は、ステータ３の軸線（軸線Ａ）を中心とした放射方向に配列されている。複数の凸部２２のそれぞれは、柱状に形成され、板状部２１からステータ３の軸線（軸線Ａ）と平行に直線状に延びている。板状部２１は、その外周部において周壁６に当接している。

【0040】

スペーサ２０は樹脂又は金属によって形成されているとよい。板状部２１と複数の凸部２２とは、単一の材料によって一体に成形されているとよい。スペーサ２０は、例えば、ポリフェニレンサルファイド（ＰＰＳ）によって形成されているとよい。また、スペーサ２０は、例えば、アルミニウムによって形成されてもよい。

【0041】

スペーサ２０は、モールド樹脂１７よりも低い弾性率を有する。これにより、モールド樹脂１７とスペーサ２０とが互いに押し合うときには、スペーサ２０がモールド樹脂１７よりも大きく変形する。例えば、スペーサ２０を構成する樹脂の弾性率は、モールド樹脂１７を構成するマトリクス樹脂の弾性率より低いとよい。また、スペーサ２０の軸線Ａ方向における剛性は、ステータ３の軸線Ａ方向における剛性よりも低いとよい。

【0042】

スペーサ２０の単位体積当たりの質量は、モールド樹脂１７の単位体積当たりの質量よりも小さいとよい。

【0043】

図３～図６に示すように、端壁７には、冷却液が流れる第１冷却液通路３５が形成されている。第１冷却液通路３５は、ステータ３の軸線Ａを中心とした周方向に延びている。図３に示すように、第１冷却液通路３５は、端壁７の外面に凹設された溝である。端壁７の外面には、減速機３７のケーシングである減速機ケーシング３８が結合されている。減速機ケーシング３８によって第１冷却液通路３５は閉じられている。シャフト１１は、減速機３７の入力軸３９に接続されている。

【0044】

周壁６には、第２冷却液通路４１が形成されている。周壁６の外周面には円筒形のカバー４２が装着され、周壁６とカバー４２との間に第２冷却液通路４１が形成されている。周壁６の外周面には、径方向外方に突出し、カバー４２の内周面に当接する隔壁４３が形成されている。隔壁４３は、周壁６とカバー４２との間の空間を区間し、入口４１Ａから出口４１Ｂに延びる第２冷却液通路４１を形成している。隔壁４３は、軸線Ａを中心とした螺旋状に延びている。隔壁４３によって、第２冷却液通路４１は、軸線Ａを中心とした螺旋状に延びている。

【0045】

第２冷却液通路４１の入口４１Ａは、端壁８側に設けられていればよく、端壁８又はカバー４２に設けられているとよい。第２冷却液通路４１の入口４１Ａは、管を介して冷却液ポンプに接続されているとよい。第２冷却液通路４１の出口４１Ｂは、端壁７の外面に開口している。図４及び図６に示すように、第２冷却液通路４１の出口４１Ｂは、減速機ケーシング３８に形成された第１接続通路４５の一端と接続している。第１接続通路４５の他端は、第１冷却液通路３５の入口３５Ａに接続している。図５及び図６に示すように、第１冷却液通路３５の出口３５Ｂは、減速機ケーシング３８に形成された第２接続通路４７の一端に接続している。第２接続通路４７の他端は管を介して冷却液ポンプに接続されているとよい。図６に示すように、冷却液は、冷却液ポンプから第２冷却液通路４１、第１接続通路４５、第１冷却液通路３５、第２接続通路４７を通過して冷却液ポンプに戻る。

【0046】

ケーシング２にステータ３を配置する手順は以下の通りである。ケーシング２は、端壁８が周壁６から取り外されており、一端が開口している。最初に、周壁６の内側にスペーサ２０が配置される。このとき、複数の凸部２２の先端が端壁７に当接し、かつ板状部２１の外周部が周壁６の内周面に当接するように、ケーシング２内にスペーサ２０が配置される。次に、ステータ巻線１６が巻き回されたステータコア１５がケーシング２内に挿入される。ステータコア１５は、ケーシング２に、圧入されるとよい。また、ステータコア１５は、焼き嵌めによってケーシング２内に固定されてもよい。また、ステータコア１５は、ボルト等の締結具によってケーシング２内に固定されてもよい。

【0047】

次に、図７に示すように、ケーシング２内に成形型５０が挿入される。成形型５０は、ロータ４に対応した円柱部５１を有する。円柱部５１は、ステータ３の内部及びスペーサ２０の透孔２３を通過する。円柱部５１の外周部は透孔２３の縁部と全周にわたって接触する。これにより、ケーシング２の周壁６、スペーサ２０の板状部２１、及び成形型５０の柱状部が、モールド樹脂１７が充填されるモールド空間を画定する。

【0048】

次に、モールド空間にモールド樹脂１７が注入される。これにより、モールド樹脂１７は、コアバック１５Ａと周壁６との隙間、ステータ巻線１６間の隙間、ステータ巻線１６とステータコア１５との隙間、隣り合うティース１５Ｂの先端間の隙間に充填される。モールド樹脂１７は、板状部２１と端壁７との間には進入しない。

【0049】

ステータ３が周壁６内に取り付けられた後に、ロータ４がステータ３内に配置される。その後に、端壁８が周壁６に取り付けられ、ケーシング２が閉じられる。

【0050】

以下に、電動機１の作用及び効果について説明する。電動機１では、スペーサ２０が弾性変形することによって、モールド樹脂１７の膨張が許容される。電動機１の製造時には、スペーサ２０をケーシング２内に配置した状態で、モールド樹脂１７をモールドすることによって、ステータ３をケーシング２内に配置することができる。これにより、電動機１の製造作業を容易にすることができる。

【0051】

スペーサ２０がモールド樹脂１７よりも低い弾性率を有するため、モールド樹脂１７の伸縮に応じてスペーサ２０が弾性変形することができる。スペーサ２０の単位体積当たりの質量が、モールド樹脂１７の単位体積当たりの質量よりも小さいため、スペーサ２０を用いることによって、電動機１を軽量化することができる。

【0052】

スペーサ２０の複数の凸部２２が弾性変形することによって、スペーサ２０は伸縮することができる。また、複数の凸部２２によって、スペーサ２０の表面積が増加し、放熱性が向上する。複数の凸部２２が軸線Ａを中心とした放射方向に配列されているため、スペーサ２０は、複数の凸部２２において端壁７に安定性良く当接することができる。各凸部２２が、柱状に形成され、板状部２１から軸線Ａと平行に直線状に延びているため、軸線Ａ方向における荷重に対して各凸部２２の剛性が向上する。これにより、各凸部２２の断面積を小さくすることができ、スペーサ２０を軽量化することができる。

【0053】

ステータ３は周壁６に接しているため、熱を周壁６に放熱することができる。周壁６は第２冷却液通路４１によって冷却されているため、ステータ３を効率良く冷却することができる。また、スペーサ２０の板状部２１の外周部が周壁６に当接しているため、スペーサ２０を介してステータ３からケーシング２の周壁６に放熱することができる。また、ステータ３で発生した熱は、スペーサ２０を介して端壁７、８に放熱される。端壁７は、冷却液によって冷却されているため、ステータ３が効率良く冷却される。端壁７の第１冷却液通路３５が軸線Ａを中心とした周方向に延びているため、第１冷却液通路３５とスペーサ２０とを近づけることができ、ステータ３を効率良く冷却することができる。

【0054】

以上で具体的実施形態の説明を終えるが、本発明は上記実施形態に限定されることなく幅広く変形実施することができる。例えば、スペーサ２０は、様々な構造を適用することができる。図８に示すように、凸部２２が省略され、板状部２１のみによってスペーサ２０が構成されてもよい。また、板状部２１の表面に複数の肉抜き部が形成されてもよい。また、板状部２１は、厚み方向に貫通する複数の貫通孔を有してもよい。

【符号の説明】

【0055】

１ ：電動機
２ ：ケーシング
３ ：ステータ
４ ：ロータ
６ ：周壁
７ ：端壁
８ ：端壁
１５ ：ステータコア
１６ ：ステータ巻線
１７ ：モールド樹脂
２０ ：スペーサ
２１ ：板状部
２２ ：凸部
３５ ：第１冷却液通路
３７ ：減速機
３８ ：減速機ケーシング
４１ ：第２冷却液通路
４３ ：隔壁
４５ ：第１接続通路
４７ ：第２接続通路

【図1】

【図2】

【図3】

【図4】

【図5】

【図6】

【図7】

【図8】