(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
ステータコアのティース部の周囲に絶縁体を配置し、その外側にコイルを巻装した回転電機のステータ構造において、
前記絶縁体のうちティース部の軸方向の両側面に沿って配置した絶縁体側板と、前記ティース部側面と、の間に設けた隙間に冷却液を導く冷却通路を形成し、
前記隙間のステータコア軸方向両端を冷却液を導くように開口したことを特徴とする回転電機のステータ。
【請求項２】
前記絶縁体側板の前記ティース部との対峙面に前記ティース部と当接する突起部を複数形成した請求項１に記載の回転電機のステータ。
【請求項３】
前記絶縁体のうち前記ティース部の軸方向端面に配置した絶縁体端板と、前記絶縁体側板との外側にコイルを集中巻きしてコイル部を形成し、かつこのコイル部の先端を前記ティース部の先端よりも短く設定し、前記ティース部端面側に前記冷却通路と連通する開口を形成する請求項１または２に記載の回転電機のステータ。
【請求項４】
前記絶縁体側板と前記絶縁体端板とを組み合わせて一体に形成する請求項３に記載の回転電機のステータ。
【請求項５】
コイルを巻装したステータコアのティース部の周囲の少なくとも一部に、前記コイルと前記ステータコアが非接触となるように絶縁体を配置した回転電機のステータ構造において、
前記ステータコアと前記コイルとの間に隙間を設け、この隙間に冷却液を導く冷却通路を形成し、
前記隙間のステータコア軸方向両端を冷却液を導くように開口したことを特徴とする回転電機のステータ。
【請求項６】
前記絶縁体のうち前記ティース部の軸方向端面に配置した絶縁体端板が前記ティース部の周方向幅よりも大きくなるように形成した請求項５に記載の回転電機のステータ。
【請求項７】
前記絶縁体端板の両側に折曲部を形成し、前記ティース部の端面に前記絶縁体端板を嵌合した請求項６に記載の回転電機のステータ。
【請求項８】
前記絶縁体端板に前記ステータコアと前記コイルの間に形成した隙間に連通する開口を設け、冷却液を導く冷却通路を形成した請求項６または７に記載の回転電機のステータ。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【産業上の利用分野】
本発明は、回転電機のステータ、特にステータコアの冷却構造に関する。
【０００２】
【従来の技術】
回転電機の冷却で最も重要となるのは、稼動時に発熱量の多いステータコイルの冷却であり、次いで重要となるのは、例えば永久磁石式同期電動機の場合には磁石、誘導電動機の場合にはかご型導体の冷却である。
【０００３】
このうち、ステータコイルを冷却する技術には、特開平４−３６４３４３号に示される手法、すなわち、ステータスロットの開口部を樹脂層で閉塞し、スロット内部の空間を冷却通路として利用する手法がある。この技術によれば、冷却液（例えばオイル）でステータコイルを直接冷却することが可能であり、しかも、液体の冷却液がステータ〜ロータ間のギャップに入り込まないので、ロータ回転時のフリクション増加が避けられる。
【０００４】
一方、ロータに配設した磁石あるいはかご型導体等を冷却する場合、例えばロータ軸を中空構造としてロータ内部に冷却液を供給することが考えられる。しかしながらこの場合、ロータの外周部に配設される磁石あるいはかご型導体の近くまで冷却液を導く通路をロータコア内部に形成する必要が生じ、ロータの構造が複雑になるという問題のほか、広い回転速度範囲で使用される電動機の場合、ロータ回転に伴う遠心力の影響が大きく変化するので、冷却液の流量を常に所望の流量とするのが非常に困難になるという問題が生じる。
【０００５】
このような問題により、ロータに配設した磁石あるいはかご型導体を十分に冷却できないときには、ステータコアの特にロータと近接するティース部先端の温度を下げることが有効となる。ステータコアの温度が十分に低ければ、磁石あるいはかご型導体等で発生した熱がステータコアへ逃げ、磁石あるいはかご型導体等の加熱が防止できる。
【０００６】
【発明が解決しようとしている問題点】
しかしながら、特開平４−３６４３４３号に示される冷却構造においても、冷却液とステータコアとの接触面積は極く僅かであり、ステータコアの温度を十分に低下させることは困難である。
【０００７】
そこで、本発明は、ステータコアの温度を十分に低下することのできる回転電機のステータ構造を提供することを目的とする。
【０００８】
【問題点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部の周囲に絶縁体を配置し、その外側にコイルを巻装した回転電機のステータ構造において、前記絶縁体のうちティース部の軸方向の両側面に沿って配置した絶縁体側板と、前記ティース部側面と、の間に設けた隙間に冷却液を導く冷却通路を形成し、前記隙間のステータコア軸方向両端を冷却液を導くように開口した。
【０００９】
第２の発明は、第１の発明において、前記絶縁体側板の前記ティース部との対峙面に前記ティース部と当接する突起部を複数形成した。
【００１０】
第３の発明は、第１または２の発明において、前記絶縁体のうち前記ティース部の軸方向端面に配置した絶縁体端板と、前記絶縁体側板との外側にコイルを集中巻きしてコイル部を形成し、かつこのコイル部の先端を前記ティース部の先端よりも短く設定し、前記ティース部端面側に前記冷却通路と連通する開口を形成する。
【００１１】
第４の発明は、第３の発明において、前記絶縁体側板と前記絶縁体端板とを組み合わせて一体に形成する。
【００１２】
第５の発明は、コイルを巻装したステータコアのティース部の周囲の少なくとも一部に、前記コイルと前記ステータコアが非接触となるように絶縁体を配置した回転電機のステータ構造において、前記ステータコアと前記コイルとの間に隙間を設け、この隙間に冷却液を導く冷却通路を形成し、前記隙間のステータコア軸方向両端を冷却液を導くように開口した。
【００１３】
第６の発明は、第５の発明において、前記絶縁体のうち前記ティース部の軸方向端面に配置した絶縁体端板が前記ティース部の周方向幅よりも大きくなるように形成した。
【００１４】
第７の発明は、第６の発明において、前記絶縁体端板の両側に折曲部を形成し、前記ティース部の端面に前記絶縁体端板を嵌合した。
【００１５】
第８の発明は、第６または７の発明において、前記絶縁体端板に前記ステータコアと前記コイルの間に形成した隙間に連通する開口を設け、冷却液を導く冷却通路を形成した。
【００１６】
【作用及び効果】
第１の発明によれば、絶縁体のうちティース部の軸方向の両側面に沿って配置した絶縁体側板と、ティース部側面と、の間に設けた隙間に冷却液を導く冷却通路を形成し、隙間のステータコア軸方向両端を冷却液を導くように開口したので、ステータコアを直接冷却することができ、ステータの冷却効率を向上することができる。
【００１７】
第２の発明によれば、絶縁体側板のティース部との対峙面にティース部と当接する突起部を複数形成することで、コイルを巻くことにより絶縁体側板とステータコアの間に形成した隙間がつぶされるのを防ぎ、その結果、冷却通路がつぶれるのを防止することができる。
【００１８】
第３の発明によれば、集中巻により形成したコイル部の先端がティース部の先端よりも短く設定され、ティース部端面側で冷却通路と連通する開口を形成することで、積極的に冷却通路内へ冷却水を流すことができるので、冷却効率が向上する。
【００１９】
第４の発明によれば、前記絶縁体側板と前記絶縁体端板とを組み合わせて一体に形成することで、絶縁体を設置する作業効率が向上する。
【００２０】
第５の発明によれば、コイルとステータコアが非接触となるように絶縁体を配置した回転電機のステータ構造において、前記ステータコアとコイルとの間に隙間を設け、この隙間のステータコア軸方向両端を冷却液を導くように開口することで、ステータコアを直接冷却することができるので、ステータコアの冷却効率が向上しステータの温度を十分に低下させることができる。
【００２１】
第６の発明によれば、ティース部の軸方向端面に配置した絶縁体端板がティース部の周方向幅よりも大きくなるように形成することで、ティース部側面とコイル間に隙間を形成し冷却液を導くことができるので、直接ティース部の効率のよい冷却を行うことができる。
【００２２】
第７の発明によれば、絶縁体端板の両側に折曲部を形成し、ティース部の端面に前記絶縁体端板を嵌合することで、ティース部両側面に形成した冷却通路を確保することができる。
【００２３】
第８の発明によれば、前記絶縁体端板に開口を設け、前記ティース部と前記コイルの隙間に冷却液を導く冷却通路を形成することで、積極的に冷却液を冷却通路に導くことができるので、冷却効率を向上することができる。
【００２４】
【発明の実施の形態】
以下、添付図面に従って本発明の第一の実施形態を説明する。ここでは、回転電機を永久磁石式同期電動機とし、電動機の縦断面を図１に、横断面を図２に示す。
【００２５】
図１において、回転電機のケース１は、円筒板１Ａとこの円筒板１Ａの軸方向両端の開口を閉塞する側板１Ｂ、１Ｃから形成する。
【００２６】
ケース１内に周方向に均等に永久磁石６が配置された円柱形のロータ２を収容する。ロータ２は、その回転軸２Ａの両端をそれぞれベアリング３を介して側板１Ｂ、１Ｃに支持することにより、回転軸２Ａを中心に回転自在となっている。
【００２７】
円筒板１Ａの内周面には、円筒形のステータ５を、ロータ２の外周を取り囲むように配置する。ステータ５の内周面とロータ２の外周面との間には、ロータ２が回転するための所定の隙間を設ける。
【００２８】
ステータ５の軸方向の両端とケース１の内側には、環状空間からなる冷却ジャケット１０、１１を形成する。冷却ジャケット１０には円筒板１Ａを貫通するオイル供給口１６を介して、冷却用オイルを供給する。この冷却オイルは、ステータ５内に形成された冷却通路２９（図２参照）を流通して、反対側の冷却ジャケット１１へ導かれ、冷却ジャケット１１に形成した円筒板１Ａを貫通するオイル排出口１７から外部へ排出される。前記冷却ジャケット１０と１１を形成するために、ステータ５の両端からその内周面の延長上にシール部１４を設ける。このシール部１４は、ステータ内周面にもロータ２の外周との間に均一なエアギャップ２１を形成するように形成されると共に、その両端がケース１の側板１Ｂ，１Ｃまで達するように形成し、ケース１の円筒板１Ａの内周とステータ５の両端との間に環状の空間を区画形成する。
【００２９】
また、図２に示すように、ステータ５をステータコア２０と、このステータコア２０の周囲に巻装されるコイル３０とから構成する。
【００３０】
ステータコア２０は、所定個数（本実施の形態では１２個）の分割コア２１を円環状に連ねる分割コア構造にて形成する。ここで、本実施形態では、ステータコアを分割コアとしたが分割されていない環状のステータコアを用いてもよい。各分割コア２１は略Ｔ字型の電磁鋼板をロータ２の回転軸２Ａ方向（図２の紙面に垂直方向）に所定枚数積層して形成する。
【００３１】
ステータコア２０（分割コア２１）を、ケース１の円筒板１Ａの内周面に沿うリング状のバックコア部２２と、このバックコア部２２からステータコア２０の内周半径方向に突出するティース部２３とから形成する。
【００３２】
バックコア部２２の周方向に均等に設けられたティース部２３の間の凹部（溝部）をスロット２５とする。コイル３０は各ティース部２３に集中巻きされることにより、スロット２５内部に収容された状態となっている。このスロット２５を前記冷却ジャケット１０からの冷却用のオイルを通す冷却通路２９とするために、スロット２５のロータ２の外周に面した開口部に、開口部を閉塞するプレート４０を装着する。このプレート４０の内周側を前述したシール部１４で覆い、冷却通路２９のシール性を確保する。
【００３３】
このように冷却用のオイルを冷却通路２９に流す際にステータコア２０を直接冷却するために、ステータコア２０の周囲に設置される絶縁体側板２７および絶縁体端板２８を図３のように形成する。
【００３４】
絶縁体側板２７および絶縁体端板２８は、コイル３０が直接ステータコア２０に接触しないようコイル３０が巻き回されるステータコア２０の周囲に設置する。ここで、絶縁体側板２７はステータコア２０の回転軸方向の両側面を、絶縁体端板２８は回転面に平行なステータコア２０の両端面を覆うように配置され、コイル３０とステータコア２０の直接的な接触を防いでいる。通常、このような絶縁体側板２７および絶縁体端板２８としては紙（絶縁紙）が使われることが多いが、本発明では所定の断面形状を持たせるため、樹脂等で成形した板状部材を使用する。絶縁体側板２７の回転軸方向の長さはステータコア２０の軸方向の長さ、あるいはこれにエンドプレート３１の厚み分を加えた長さと等しくなっている。
【００３５】
絶縁体側板２７は、ロータ回転の径方向に沿って延びる縦部３２と回転の周方向に沿って延びる横部３３とからなる略Ｌ字状の断面形状を有している。縦部３２のステータコア２０に接触する面の上下端にステータコア２０に向かって突起４ａ、４ｂを形成することにより、ティース部２３と対峙する面に凹部（隙間）３４ａを形成する。この凹部３４ａをステータ冷却通路３５とし、ティース部２３の側面と絶縁体側板２７との間に冷却液を流すことでティース部２３を直接冷却する。なお、絶縁体側板２７はティース部２３の左右に一対づつ配置され、ステータ冷却通路３５はティース部２３の両側に形成される。ティース部２３を軸方向から見た時に、絶縁体端板２８はティース部２３の端面と同一形状とすることで、絶縁体端板２８の両側と絶縁体側板２７との間に開口ができ冷却ジャケット１０からの冷却液の一部がステータ冷却通路３５に流入する。
【００３６】
図３では、コイル３０を巻装した状態での絶縁体側板２７の配置を分かりやすく示すために間隔をあけてコイル３０の線材を図示しているが、コイル３０の巻装方式を集中巻きとする場合、コイル線材間にこの隙間はほとんど存在しない。よって、冷却液がコイル３０の線材の間を通ってステータ冷却通路３５へ流入または流出することはほとんどない。
【００３７】
このため、本実施形態では、絶縁体側板２７の縦部３２の寸法よりもティース部２３のコイル巻装範囲の寸法を短くし、縦部３２のティース部２３の先端側の端部が、コイル３０よりもティース部２３先端側へ突出するように形成する。これにより、ステータ冷却通路３５の開口部全体がコイル３０によって覆われることがないので、ステータ冷却通路３５内の冷却液の流れが確保でき、ステータコア２０を直接冷却液で冷却することができる。特にティース部２３の先端の温度を十分に下げることができるので、永久磁石６で発生した熱をステータコア２０に逃すことができ、永久磁石６の過熱を防止することができる。
【００３８】
第２の実施形態の主としてティース部２３、コイル３０および絶縁体側板２７の詳細を図４に示す。第１の実施形態では、冷却液のステータ冷却通路３５を絶縁体側板２７の縦部３２に形成したが、第２の実施形態では横部３３に形成する。
【００３９】
横部３３の縦部３２と接続していない方の端にバックコア部２２側に向かって突起４ｃを形成し、縦部３２はティース部２３の側面に密着させる。このように突起４ｃを形成することにより、絶縁体側板２７のバックコア部２２側の面に凹部３４ｂを形成し、この凹部３４ｂよりバックコア部２２と絶縁体側板２７の間に隙間を設けてステータ冷却通路３６を形成する。この絶縁体側板２７の下方からコイル３０の巻装範囲とする。これにより、ステータコア２０を冷却液で直接冷却することのできるステータ冷却通路３６を簡単な構造で形成することができる。
【００４０】
第３の実施形態のティース部２３、コイル３０および絶縁体側板２７の詳細を図５に示す。ここでは、絶縁体側板２７の縦部３２及び横部３３の双方にステータ冷却通路３７を形成する。
【００４１】
絶縁体側板２７の縦部３２及び横部３３のそれぞれお互いに接続していない方の端に、ティース部２３に向けて突起４ａ、４ｃを形成する。これにより、縦部３２及び横部３３に沿った凹部３４ｃが形成され、この凹部３４ｃとステータコア２０のティース部２３及びバックコア部２２との隙間をステータ冷却通路３７とすることで、ステータコア２０と冷却液の接触面積が広くすることが可能となり、その分だけ冷却効率を向上できる。
【００４２】
第４の実施形態のティース部２３、コイル３０および絶縁体側板２７の詳細を図６に示す。
【００４３】
第４の実施形態では、第１の実施形態の絶縁体側板２７において、ティース部２３の側面に対峙する縦部３２の一面に、一定間隔に複数の突起部１８を設けた。突起部１８の高さは、突起部４ａ、４ｂと同じであり、本実施形態では突起部１８を上下二段に形成し、上段と下段の隣り合う突起部１８の間隔が同じであり、かつその間隔の半分の長さだけ水平方向にずらして形成した。また、突起部１８の上下方向の幅は、上段・下段を合わせても絶縁体側板２７の上下方向の幅より小さくした。このように、突起部１８を径方向に関して連続させずに所定間隔をあけて設置するので、ティース部２３側面と絶縁体側板２７の間をステータコア２０の軸方向に冷却液が流れを妨げることがない。
【００４４】
このように突起部１８を設けることで、コイル３０を巻いた時に絶縁体側板２７に設けた隙間がつぶれるのを防止することができ、冷却液を確実に流すことができる。突起部１８は回転軸方向に沿ってジグザグに、接触することなく設置する。これにより冷却液の流れが留まることなく、直接ステータコア２０を冷却できる。
【００４５】
第５の実施形態のティース部２３、コイル３０および絶縁体端板２８の詳細を図７に示す。
【００４６】
第５の実施形態では、ステータ５両端に設けた回転端面に平行なステータコア２０の面を覆う絶縁体端板２８の周方向の幅を、ティース部２３の周方向の幅よりも大きくする。これにより、コイル３０を巻いた時に、コイル３０とティース部２３の間に隙間を確保し、ステータコア２０が冷却液に直接漬かりステータコア２０を冷やすことができる。このように形成するとコイル３０の巻圧はティース部２３の両端の絶縁体端板２８で支持することができるので、絶縁体側板２７の縦部３２を用いず、横部３３と絶縁体端板２８のみで所定のステータ冷却通路３５を形成できる。
【００４７】
また、絶縁体端板２８の両側の断面を直角に折曲し、両折曲部２８ａをステータコア２０のティース部２３の端部に嵌合するように形成し、絶縁体端板２８をステータコア２０に固定する。これにより、コイル３０とステータコア２０との間に設けたステータ冷却通路３５を所定の形状に維持することができ、冷却液を確実にコイル３０とステータコア２０の間に流し込むことができる。
【００４８】
さらに、ステータコア２０とコイル３０の隙間に冷却液を流し込む一対の冷却孔１９を、周方向の幅をティース部２３よりも大きくした絶縁体端板２８に設ける。冷却孔１９は冷却通路３５に連通させ、ここでは、ステータコア２０とコイル３０の間に流れ込みやすいように絶縁体端板２８の周方向両端に形成する。これにより、コイル３０とステータコア２０の間に形成した両方の隙間（ステータ冷却通路３５）に連通した冷却孔１９を冷却液の入出口とすることができ、積極的に冷却液をステータ冷却通路３５に流して、ステータコア２０の冷却性能を向上させることができる。
【００４９】
第６の実施形態のティース部２３とコイル３０の詳細を図８に示す。
【００５０】
第６の実施形態では、図６の絶縁体側板２７と図７の絶縁体端板２８を組み合わせて、２つの絶縁体４２ａ、４２ｂにより形成する。つまり、ティース部２３の軸方向の側面の全体に突起を有した絶縁体側板２７と、ティース部２３の軸方向両端のティース部２３よりも周方向に幅が広く、またステータコア２０に対する位置決めを設けた絶縁体端板２８を一体化する。これにより、絶縁体側板２７、絶縁体端板２８を設置するための作業効率を向上させると共にステータコア２０を直接冷却液で冷やすことができる。ここで、本実施形態では絶縁体４２ａ、４２ｂを軸方向中央部で分割したコの字形状にしたが、絶縁体側板２７と絶縁体端板２８をそれぞれ１つずつ組み合わせたＬ字形状に形成してもよい。
【００５１】
なお、本実施形態では、永久磁石式同期電動機に適用した例を示したが、誘導電動機でもＳＲモータでも、その他のモータにも適用できる。また、ステータコアを分割構造のものとしたが、一体構造のものでもよく、さらに、回転電機を電動機としたが発電機にも適用できる。
【００５２】
このように、本発明は上記実施の形態に限定されるわけではなく、特許請求の範囲に記載の技術的思想の範囲以内で様々な変更が成し得ることは言うまでもない。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の実施形態に用いる同電機の縦断面図であり。
【図２】本発明の実施形態に用いるステータとロータの横断面図である。
【図３】第１の実施形態におけるステータコアの詳細図である。（ａ）はティース部を端部から
見た図である。（ｂ）はティース部を側面からみた図である。（ｃ）はティース部の周方
向の断面図である。
【図４】第２の実施形態におけるステータコアの詳細図である。（ａ）はティース部を端部から
見た図である。（ｂ）はティース部を側面からみた図である。（ｃ）はティース部の周方
向の断面図である。
【図５】第３の実施形態におけるステータコアの詳細図である。（ａ）はティース部を端部から
見た図である。（ｂ）はティース部を側面からみた図である。（ｃ）はティース部の周方
向の断面図である。
【図６】第４の実施形態における絶縁体側板の詳細図である。（ａ）は絶縁体側板を端部からみ
た図である。（ｂ）は絶縁体側板を側面からみた図である。
【図７】第５の実施形態におけるステータコアの詳細図である。（ａ）はティース部を端部から
見た図である。（ｂ）はティース部を側面からみた図である。（ｃ）はティース部の周方
向の断面図である。
【図８】第６の実施形態におけるステータコアの詳細図である。（ａ）はティース部を端部から
見た図である。（ｂ）はティース部を側面からみた図である。（ｃ）はティース部の周方
向の断面図である。
【符号の説明】
５    ステータ
１８  突起部
１９  冷却液孔
２０  ステータコア
２２  バックコア部
２３  ティース部
２７  絶縁体側板
２８  絶縁体端板
３０  コイル
３５  ステータ冷却通路
３６  ステータ冷却通路
３７  ステータ冷却通路
４２ａ  絶縁体
４２ｂ  絶縁体
【図１】
0003596510.tif 000002
【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】
0003596510.tif 000007
【図７】
0003596510.tif 000008
【図８】
0003596510.tif 000009