(57)【要約】【課題】多数のコア板を積層した状態での機械加工が不要であり、磁束の飽和を抑制又は防止し、スムーズな回転動作が可能なステータコアを提供する。【解決手段】対向する部位に扁平部分３１ａを有する第１コア板３１と、第１コア板３１のうち中心を通って扁平部分３１ａ同士を結ぶ最短距離３１ｘと同一又はほぼ同一の直径３２ｘを有する円形の第２コア板３２とを備え、第１コア板３１の束３１Ｔと第２コア板３２の束とをケーシング２の軸方向に沿って交互に積層し、各第１コア板３１を、周方向に一定の回転角度ずつずらして軸方向に並べ、各第１コア板３１の扁平部分３１ａによって形成される平面領域３Ａを、ケーシング２の軸方向に対して所定角度傾斜させたスキュー形状にした。【選択図】図２
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
発電機における円筒状のケーシング内に配置されるステータコアであって、
ほぼ円盤形状をなし中心を挟んで対向する外周部にそれぞれ扁平部分を形成した第１コア板と、
第１コア板の中心を通って扁平部分同士を結ぶ最短距離と同一又はほぼ同一の直径に設定した円盤形状の第２コア板とを具備し、
複数枚の前記第１コア板の束と複数枚の前記第２コア板の束とを前記ケーシングの軸方向に沿って交互に配置し、軸方向に並ぶ各第１コア板の扁平部分によって、前記ケーシングの内周面との間に冷媒流路を形成する流路形成領域を形成するものであり、
前記ケーシングの軸方向に前記第２のコア板の束を挟んで隣り合う少なくとも前記第１コア板の束を周方向に一定の回転角度ずつずらして軸方向に並べることにより前記流路形成領域を、前記ケーシングの軸方向に対して所定角度傾斜させていることを特徴とするステータコア。
【請求項２】
最も前記ケーシングの軸方向端部側に配置される第１のコア板の束に隣り合う位置に、前記冷媒流路を塞ぐ封止部を配置している請求項１に記載のステータコア。
【請求項３】
前記第１コア板の直径と同一又はほぼ同一の直径を有する第３コア板を具備してなり、一枚または複数枚の前記第３コア板により前記封止部を構成している請求項２に記載のステータコア。
【請求項４】
円筒状のケーシングと、
ケーシング内に配置される請求項１乃至３の何れかに記載のステータコアとを具備してなることを特徴とする発電機。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、ステータコア及び発電機に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
円筒状のケーシングと、ケーシング内に配置されるステータコアとを備えた発電機として、過剰な発熱を防止すべくステータコアの外面に軸方向に沿って延びる平面領域を形成し、この平面領域とケーシングの外面との間に形成される隙間を、冷媒が流通可能な冷媒流路として機能させる態様が考えられている（特許文献１参照）。
【０００３】
同文献には、ほぼ円盤形状をなし中心を挟んで対向する外周部に扁平部分を形成したコア板（鋼板）を、各扁平部分が面一となるように軸方向に積層することによって、ステータコアの外面に、軸方向に平行な平面領域を形成した構成が開示されている。
【特許文献１】特開２００７−２０９１３４号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
ところで、第１コア板の中心から扁平部分までの距離は、中心から円弧状の外周部までの距離よりも当然のことながら短く、その分、磁束の通り道（磁路）も狭くなる。
【０００５】
しかしながら、上述した態様のように、平面領域を軸方向に対して平行に形成し、ステータコアの軸方向に直交する何れの断面においても扁平部分が同じ方向を向く態様であれば、磁路の狭い部分が軸方向に沿って同一箇所に連続することになり、磁束が飽和し易くなるという問題があった。また、磁束が飽和した部位では鉄損も増大することが知られており、このような点においても上述した態様には改善の余地があった。
【０００６】
さらに、扁平部分を有さない円盤形状のコア板を軸方向に積層してなる周知のステータコアは、作動時にコギング現象が発生しないように、コア板を周方向に一定の回転角度ずつずらして積層し、各コア板の中心部に形成したスロットが、ステータコアの軸方向に沿って捻れた形状（スキュー形状）に設定されている。このようにスロットをスキュー形状にした態様と、上述した平面領域を軸方向に対して平行に形成した態様とを組み合わせた場合、スロットがスキュー形状であるのに対して、平面領域によって形成される冷媒流路が軸方向に平行であるため、この冷媒流路によってコギングトルクが増大し、スムーズな回転動作を妨げるという問題があった。
【０００７】
一方で、扁平部分を有さない円盤形状のコア板を軸方向に積層した後に、機械加工（切除加工）により軸方向に対して所定角度傾斜させた平面領域を成形する態様も考えられる。しかしながら、このような態様は、高度な加工技術が要求されるのみならず、機械加工によって生じる屑がステータコアの外面に形成された周方向に延びる溝に詰まる等の問題が発生する。
【０００８】
本発明は、このような課題に着目してなされたものであって、主たる目的は、多数のコア板を積層した状態での機械加工が不要であり、磁束の飽和を抑制又は防止し、スムーズに回転動作し得るステータコア、及びこのようなステータコアを備えた発電機を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【０００９】
すなわち本発明のステータコアは、発電機における円筒状のケーシング内に配置されるステータコアであって、ほぼ円盤形状をなし中心を挟んで対向する外周部にそれぞれ扁平部分を形成した第１コア板と、第１コア板の中心を通って扁平部分同士を結ぶ最短距離と同一又はほぼ同一の直径に設定した円盤形状の第２コア板とを備えたものである。そして、本発明のステータコアは、複数枚の第１コア板の束と複数枚の第２コア板の束とをケーシングの軸方向に沿って交互に配置し、軸方向に並ぶ各第１コア板の扁平部分によって、ケーシングの内周面との間に冷媒流路を形成する流路形成領域を形成するものであり、ケーシングの軸方向に第２のコア板の束を挟んで隣り合う少なくとも第１コア板の束を周方向に一定の回転角度ずつずらして軸方向に並べることにより流路形成領域を、ケーシングの軸方向に対して所定角度傾斜させていることを特徴とする。
【００１０】
ここで、「扁平部分」とは、直線的で平坦な部分はもちろんのこと、湾曲した部分又は若干湾曲した部分、これら何れをも包含する概念である。また、「ケーシングの軸方向に第２のコア板の束を挟んで少なくとも隣り合う第１コア板の束を周方向に一定の回転角度ずつずらす」とは、「第１コア板の束単位における各第１コア板を周方向に一定の回転角度ずつずらすとともに、ケーシングの軸方向に第２のコア板の束を挟んで隣り合う第１コア板の束を周方向に一定の回転角度ずつずらす」態様及び、「第１コア板の束単位における各第１コア板は周方向に同一回転角度であるが、ケーシングの軸方向に第２のコア板の束を挟んで隣り合う第１コア板の束を周方向に一定の回転角度ずつずらす」態様、これら何れも含む概念である。
【００１１】
このようなものであれば、ステータコアの軸方向に沿って並ぶ第１コア板の各扁平部分が少なくとも第１のコア板の束単位でそれぞれ異なる方向を向くことになり、磁路の狭い部分がステータコアの軸方向に沿って同一箇所に連続することはなく、磁束が飽和し難く、鉄損の軽減を図ることができる。
【００１２】
さらに、本発明のステータコアは、中央部にスロットを有するコア板を周方向に一定の角度位相をずらして軸方向に積層することにより、軸方向に沿って連続するスロット及び平面領域が共に捻り形状（スキュー形状）になり、スロットのみが捻り形状であって平面領域がケーシングの軸方向に平行なものであれば増大するコギングトルクを軽減することができ、スムーズな回転動作を確保することができる。
【００１３】
加えて、本発明のステータコアは、流路形成領域を軸方向に対して所定角度傾斜させるにあたって、多数のコア板を積層した後に機械加工を必要としないため、機械加工によって生じる屑が、軸方向に隣り合う第１コア板の束同士の間に存在する第２コア板の束により形成される溝に詰まるおそれもなく、また、コア板を積層した後におけるステータコアの外面形状の変形や損傷を回避することができる。
【００１４】
さらに、本発明のステータコアにおいては、最もケーシングの軸方向端部側に配置される第１のコア板の束に隣り合う位置に、冷媒流路を塞ぐ封止部を配置することで、冷媒が冷媒流路外へ流出することを防止又は抑制することができる。
【００１５】
特に、本発明のステータコアは、第１コア板の直径と同一又はほぼ同一の直径を有する第３コア板をさらに備え、一枚または複数枚の第３コア板により封止部を構成することができるため、封止部を簡単な構成によって実現できる。
【００１６】
また、本発明の発電機は、円筒状のケーシングと、上述した構成を有するステータコアとを備えたものである。このようなものであれば、上述した種々の作用効果、つまり、磁束の飽和を回避し、鉄損の軽減を図ることが可能な発電機となる。
【発明の効果】
【００１７】
本発明によれば、多数のコア板を積層した状態における機械加工を必要とせず、磁束の飽和を抑制又は防止し、スムーズな回転動作が可能なステータコア、及びこのようなステータコアを備えた発電機を提供することができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１８】
以下、本発明の一実施形態を、図面を参照して説明する。
【００１９】
本実施形態に係る発電機１は、例えば自動車試験装置の１つであるエンジンを模したダイナモ装置（ダイナモメータ）として適用可能なものであり、図１に示すように、円筒状のケーシング２と、ケーシング２内に配置されるステータコア３とを備え、ケーシング２とステータコア３との間に冷媒を流通させる構造に特徴を有するものである。
【００２０】
ケーシング２は、図９及び図１０（図９及び図１０はそれぞれ図３のａ−ａ線端面、ｂ−ｂ線端面の模式図である）に示すように、軸芯を挟んで対向する位置に、冷媒を供給するための供給口２１と、冷媒を排出するための排出口２２とを設けたものである。本実施形態では、冷媒として油を用いている。供給口２１及び排出口２２は、それぞれケーシング２の厚み方向に貫通するものである。図９及び図１０では供給口２１及び排出口２２をそれぞれ１つずつ設けた態様を例示しているが、供給口２１及び排出口２２をそれぞれ周方向に所定間隔離間させて複数設けてもよい。なお、供給口２１及び排出口２２は、ケーシング２の軸方向に沿った全域に連続して設けられるものではなく、ケーシング２の軸方向に沿って所定ピッチで設けた例えば筒状の開口である。
【００２１】
ステータコア３は、図２図５に示すように、ほぼ円盤形状をなし中心を挟んで対向する部位に扁平部分３１ａを有する第１コア板３１と、第１コア板３１よりも直径を小さく設定した円盤形状をなす第２コア板３２とを備えたものである。そして、複数枚の第１コア板３１の束と、複数毎の第２コア板３２の束とを、ケーシング２の軸方向に沿って交互に積層したものである。
【００２２】
第１コア板３１は、図６に示すように、中央部に複数のスロット３１ｓを放射状に形成したいわゆる珪素鋼板と呼ばれるものであり、ケーシング２の内周面と対向する外周部に一対の扁平部分３１ａを有するものである。つまり、第１コア板３１は、その外縁部に、対向する一対の扁平部分３１ａと、扁平部分３１ａの端部同士をつなぐ一対の円弧部分３１ｂとを有するものである。中心を通って円弧部分３１ｂ同士を結ぶ距離、換言すれば円弧部分３１ｂの直径３１ｘを、ケーシング２の内法径よりも若干小さく設定している。このような第１コア板３１は、例えば所定厚さの珪素鋼板を機械的に打ち抜く加工により、予め作製される。
【００２３】
第２コア板３２は、図７に示すように、中央部に第１コア板３１と同一形状のスロット３２ｓを有するいわゆる珪素鋼板と呼ばれる円板状のものである。第２コア板３２の直径３２ｘを、第１コア板３１のうち中心を通って扁平部分３１ａ同士を結ぶ最短距離３１ｙと同一又はほぼ同一に設定している。第２コア板３２も、第１コア板３１と同様に予め作製される。
【００２４】
このような第１コア板３１を複数枚重ねた第１コア板３１の束３１Ｔと、第２コア板３２を複数枚重ねた第２コア板３２の束３２Ｔとを、中心を一致させて交互に積層してなるステータコア３は、ケーシング２の内周面と対向する外面に、各第１コア板３１の扁平部分３１ａによって形成される一対の平面領域３Ａと、各第１コア板３１の円弧部分３１ｂによって形成される一対の曲面領域３Ｂとを有するものである。なお、図２乃至図５に示すように、ステータコア３を軸方向に３分割し得る位置に配置する第１コア板３１の束３１Ｔは、他の第１コア板３１の束３１Ｔよりも第１コア板３１の枚数を多くしている。
【００２５】
そして、本実施形態では、隣り合う第１コア板３１、ひいては第２コア板３２の束３２Ｔを介して隣り合う第１コア板３１の束３１Ｔを、ステータコア３の周方向に一定の割合で角度位相を順次変えながら積層することにより、ほぼフラットな各平面領域３Ａは、ステータコア３の軸方向に対して所定角度傾斜した形状（スキュー形状）となる。なお、本実施形態のステータコア３は、第１コア板３１の束３１Ｔ単位において、軸方向に隣り合う第１コア板３１をステータコア３の周方向に一定の割合で角度位相を順次変えて積層しており、第２コア板３２の束３２Ｔを挟んで隣り合うこのような第１コア板３１の束３１Ｔをさらにステータコア３の周方向に一定の割合で角度位相を順次変えながら積層している。
【００２６】
このようなステータコア３をケーシング２内に配置した状態において、各平面領域３Ａは、対向するケーシング２の内周面との間に断面視部分円形状の空間を形成し、各空間が、冷媒をケーシング２の軸方向に流通させ得るための冷媒流路（第１冷媒流路４Ａ、第２冷媒流路４Ｂ）として機能する。すなわち、平面領域３Ａが、ケーシング２の内周面との間に冷媒流路４Ａ、４Ｂを形成する本発明の「流路形成領域」に相当するものである。各冷媒流路（第１冷媒流路４Ａ、第２冷媒流路４Ｂ）は、それぞれケーシング２に形成した供給口２１及び排出口２２に連通し得るものである。以下の説明において、供給口２１に連通し得る冷媒流路を第１冷媒流路４Ａと称するとともに、排出口２２に連通し得る冷媒流路を第２冷媒流路４Ｂと称するものとする。
【００２７】
ステータコア３における各曲面領域３Ｂも、平面領域３Ａと同様に、ステータコア３の軸方向に対して所定角度傾斜した形状となる。ステータコア３をケーシング２内に配置した状態において、各曲面領域３Ｂは、対向するケーシング２の内周面と若干離間している。つまり、ステータコア３は、全体として外面が捻り形状（スキュー形状）をなすものである。本実施形態では、多数のコア板３１、３２を積層する際に、ケーシング２の内周面に軸方向に対して所定角度傾斜させて設けた図示しないケーシング側キー係合部に、第１コア板３１の外周面に設けたステータコア側キー係合部３１ｋ（図４参照）を順次係合させることによって、ステータコア３の外面が適切な捻り形状となるようにしている。なお、ステータコア３の軸方向に隣り合うコア板３１、３２は接着剤により相互に分離不能に接合している。
【００２８】
また、本実施形態に係るステータコア３は、各曲面領域３Ｂに、隣り合う第１コア板３１の束３１Ｔ同士間に配される第２コア板３２の束３２Ｔによって周方向に延びる溝３Ｍを形成している。ステータコア３の軸方向に沿って同一ピッチ又はほぼ同一ピッチで形成される各溝３Ｍは、曲面領域３Ｂと平面領域３Ａとの境界又は境界近傍で各冷媒流路（第１冷媒流路４Ａ、第２冷媒流路４Ｂ）に連続し、冷媒流路（第１冷媒流路４Ａ、第２冷媒流路４Ｂ）との間で冷媒の流通を許容する冷媒サブ流路５として機能する。
【００２９】
ステータコア３は、全体として概略筒状をなし、内周面にロータ７を設けている。なお、図９及び図１０ではロータ７を想像線で示している。
【００３０】
また、本実施形態のステータコア３は、ケーシング２の軸方向両端部に、それぞれ冷媒の流出を防止又は抑制する封止部３Ｃとして機能する第３コア板３３を配置している。第３コア板３３は、図８に示すように、第１コア板３１の直径３１ｘと同一又は第１コア板３１の直径３１ｘよりも若干大きい直径３３ｘを有するものである。本実施形態では、第３コア板３３として、ほぼ円盤形状をなし、外周部に、第１コア板３１と同一形状の扁平部分３３ａを１つだけ形成したものを適用している。なお、通常は、複数枚の第３のコア板３３の束３３Ｔによって封止部３Ｃを構成しているが、単数の第３のコア板３３のみで封止部３Ｃを構成してもよい。このような第３コア板３３も、第１コア板３１や第２コア板３２と同様に予め作製される。
【００３１】
次に、このような構成を有する発電機１の動作及び作用について、冷媒の流れに沿って説明する。
【００３２】
先ず、冷媒が図示しない冷媒供給装置からケーシング２の供給口２１を経由して、供給口２１に連通する第１冷媒流路４Ａに流れ込み、この第１冷媒流路４Ａを満たす。なお、第１冷媒流路４Ａの両端部を封止部３Ｃで封止することにより、第１冷媒流路４Ａの両端部から冷媒が外部へ流出することを防止又は抑制している。第１冷媒流路４Ａを満たした冷媒は、ステータコア３の曲面領域３Ｂに形成した各冷媒サブ流路５に流れ込み、第２冷媒流路４Ｂに向かってステータコア３の周方向に沿って流れる。本実施形態では、各冷媒サブ流路５の高さ、換言すれば円形領域における第１コア板３１の外周部（円弧部分３１ｂ）と第２コア板３２の外周部との高さ寸法の差を、数ｍｍに設定するとともに、各冷媒サブ流路５の幅、換言すれば第２コア板３２の束３２Ｔの厚み寸法を、冷媒サブ流路５の高さの４分の１から５分の１に相当する寸法に設定している。このような冷媒サブ流路５をステータコア３の軸方向に沿って多数設けているため、ステータコア３の外面に対する冷媒の接触面積が大きく、冷媒による冷却効果を高めることができる。
【００３３】
各冷媒サブ流路５を流れる冷媒は第２冷媒流路４Ｂに到達し、最終的にケーシング２の排出口２２から排出される。
【００３４】
ところで、各第１コア板３１において中心から扁平部分３１ａまでの最短距離３１ｙは、中心から円弧部分３１ｂまでの距離よりも当然のことながら短く、その分、磁束の通り道（磁路）も狭くなるが、本実施形態に係るステータコア３は、ケーシング２の軸方向に隣り合う各第１コア板３１を所定角度ずつ周方向にずらして軸方向に並べているため、各扁平部分３１ａがそれぞれ異なる方向を向くことになる。したがって、磁路の狭い部分がステータコア３の軸方向に沿って同一箇所に連続することはなく、磁束が飽和し難く、鉄損の軽減を図ることができる。さらに、本実施形態に係るステータコア３は、ケーシング２の内周面との間で冷媒流路４Ａ、４Ｂを形成し得る流路形成領域たる平面領域３Ａを、軸方向に対して所定角度傾斜させている。これにより、軸方向に沿って連続する各スロット３１ｓ、３２ｓと共に冷媒流路４Ａ、４Ｂも軸方向に対して所定角度傾斜させたスキュー形状になり、スロットのみがスキュー形状であって冷媒流路が軸方向に平行な態様であれば増大するコギングトルクを効果的に軽減することができ、スムーズな回転動作を確保することができる。
【００３５】
加えて、ステータコア３の平面領域３Ａを軸方向に対して所定角度傾斜させるにあたって、本実施形態に係るステータコア３は、予め作製しておいた多数のコア板（第１コア板３１、第２コア板３２、第３コア板３３）を積層することで形成されるものであるので、多数のコア板（第１コア板３１、第２コア板３２、第３コア板３３）を積層した後に機械加工を必要とするものでなく、機械加工によって生じる屑が溝３Ｍ（冷媒サブ流路５）に詰まるおそれもなく、また、多数のコア板３１、３２を積層した後におけるステータコア３の外面形状の変形や損傷を回避することができる。
【００３６】
また、本実施形態のステータコア３は、最もケーシング２の軸方向端部側に配置される第１のコア板３１の束に隣り合う位置に、冷媒流路を塞ぐ封止部３Ｃを配置して、冷媒が冷媒流路外へ流出することを防止又は抑制するようにしている。
【００３７】
特に、本発明のステータコアは、第１コア板の直径と同一又はほぼ同一の直径を有する第３コア板を備え、複数枚の第３コア板により封止部３Ｃを構成しているため、封止部３Ｃを簡単な構成によって実現できる。
【００３８】
なお、本発明は上述した実施形態に限定されるものではない。例えば、第１コア板に形成される扁平部分は、平坦な直線状をなす部分であることが好ましいが、第１コア板の中心に向かって湾曲又は若干湾曲した部分であってもよい。このように第１コア板の「扁平部分」が湾曲又は若干湾曲した部分であれば、ケーシングの軸方向に並ぶ各第１コア板の「湾曲又は若干湾曲した扁平部分」によって形成される冷媒形成領域は、ステータコアの中心側に窪んだ窪み領域（溝領域）となる。
【００３９】
また、ステータコアの軸方向に対する平面領域の傾斜角度（スキュー角度）は、発電機又はステータコアの用途や仕様に応じて適宜変更してもよく、冷媒流路や冷媒サブ流路の流路面積も、第１コア板や第２コア板の形状を適宜変更することにより調整すればよい。
【００４０】
また、第１コア板の束単位における各第１コア板は周方向に一定の回転角度ずつずらすことなく、周方向に同一角度で軸方向に並べる一方、第２コア板の束を挟んで隣り合う第１コア板の束を周方向に一定の回転角度ずつずらして軸方向に並べることにより流路形成領域を、ケーシングの軸方向に対して所定角度傾斜させた態様であってもよい。
【００４１】
複数のコア板を接続する態様として、溶接、かしめ等を適用しても構わない。
【００４２】
また、ケーシングの内周面に、周方向又は軸方向に延びる溝を形成し、これらの溝を冷媒流路として機能させても構わない。
【００４３】
ステータコアにおける封止部を、第１コア板の直径と同一又はほぼ同一の直径を有する一枚の第３コア板によって構成してもよい。
【００４４】
また、第１コア板の束単位における各第１コア板または第２コア板の何れか一方或いは両方のコア板を一定ではない回転角度ずつずらして積層してもよい。例えば各コア板のスロット（前述の実施形態におけるスロット３１ｓ、３２ｓに相当する部分）の位置に応じて第１コア板または第２コア板の何れか一方或いは両方のコア板をずらして積層しても構わない。この場合、各スロットの位置が機械加工精度の誤差だけずれている場合でも、スロット同士の位置決めを優先しつつ第１コア板または第２コア板の何れか一方或いは両方のコア板をずらして積層することができるため、発電機の能力を損ねることなく、ステータコアの冷却が可能となる。
【００４５】
その他、各部の具体的構成についても上記実施形態に限られるものではなく、本発明の趣旨を逸脱しない範囲で種々変形が可能である。
【図面の簡単な説明】
【００４６】
【図１】本発明の一実施形態に係る発電機の全体斜視図。
【図２】同実施形態に係るステータコアの全体斜視図。
【図３】図２におけるＸ方向矢視図。
【図４】図２におけるＹ方向矢視図。
【図５】図２におけるＺ方向矢視図。
【図６】同実施形態における第１コア板の全体図。
【図７】同実施形態における第２コア板の全体図。
【図８】同実施形態における第３コア板の全体図。
【図９】同実施形態に係る発電機を図２におけるａ−ａ線端面を模式的に示す図。
【図１０】同実施形態に係る発電機を図２におけるｂ−ｂ線端面を模式的に示す図。
【符号の説明】
【００４７】
１…発電機
２…ケーシング
３…ステータコア
３１…第１コア板
３１ａ…扁平部分
３１Ｔ…第１コア板の束
３２…第２コア板
３２Ｔ…第２コア板の束
３３…第３コア板
３Ａ…流路形成領域（平面領域）
３Ｃ…封止部
３Ｍ…溝
４Ａ、４Ｂ…冷媒流路（第１冷媒流路、第２冷媒流路）
５…冷媒サブ流路
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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【図８】
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【図９】
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【図１０】
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