(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
スロットにコイルを収容してなるステータと、
前記ステータの軸方向両端に配設されたリング状の冷媒室と、
前記ステータの軸方向両端に配設された前記冷媒室を連通するスロット内部に形成されれた冷媒通路と、
前記スロットの開口部を閉塞してスロット内部に冷媒通路を画成する閉塞部材と、
を備えた回転電機において、
前記スロット内部に前記冷媒通路の通路断面積を狭めるための通路断面積調整部材を、前記スロットの略中央部に配設したことを特徴とする回転電機。
【請求項２】
前記閉塞部材と前記通路断面積調整部材は一体であることを特徴とする請求項１に記載の回転電機。
【請求項３】
前記通路断面積調整部材は、前記閉塞部材の本体部から前記スロット内部に延び出す脚部であることを特徴とする請求項２に記載の回転電機。
【請求項４】
複数のティース部を備え隣接する前記ティース間に形成されたスロットにコイルを集中巻してなるステータと、
前記スロットの開口部を閉塞してスロット内部に冷媒通路を画成する閉塞部材と、
を備えた回転電機において、
前記コイルを前記スロットの底部側の限定された範囲にのみ配設するとともに、前記コイルよりも前記スロットの開口部側の領域全体を前記閉塞部材で閉塞し、
前記ティースの先端部に突起部を突設するとともに、前記ティースの側面に前記コイルを集中巻する際の巻線範囲を規定するストッパー部を突設し、前記突起部と前記ストッパー部の間に前記閉塞部材を保持する保持溝を形成したことを特徴とする回転電機。
【請求項５】
前記閉塞部材を、前記スロット開口部に材料の充填により形成される第１部材と、この第１部材の形成のために前記スロット内側において使用された型部材の取り外し後に嵌め込まれる第２部材とから構成したことを特徴とする請求項４に記載の回転電機。
【請求項６】
前記ステータは、ティース部にコイルが巻装された複数の分割コアを環状に組み合わせて構成されることを特徴とする請求項１から請求項５のいずれか一つに記載の回転電機。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、回転電機に関する。
【０００２】
【従来の技術】
回転電機（モータ、または発電機、またはモータ兼発電機）において、ステータを効率良く冷却するために、ステータのスロット（ステータコイルが収装される溝部）の内部を冷媒通路として利用したものが、例えば特開昭５３−９５２０７号公報や特開平４−３６４３４３号公報に提案されている。このような構成により、発熱体であるステータコイルやステータは、冷媒通路を流通する冷媒と直接接触して冷却されるので、高い冷却性能が得られる。
【０００３】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、このような従来の回転電機は、スロット内部の空間をそのまま冷媒通路として利用するものであったので、冷媒通路の通路断面積が大きくなりすぎ、発熱体であるステータコイルやステータから離れた部分に無駄な冷媒が流通してしまう問題点があった。
【０００４】
本発明は、このような問題点に着目してなされたもので、ステータのスロット内部を冷媒通路として利用する回転電機において、少ない冷媒流量で高い冷却効率を得ることができるものを提供することを目的とする。
【０００５】
第１の発明では、スロットにコイルを収容してなるステータと、前記ステータの軸方向両端に配設されたリング状の冷媒室と、前記ステータの軸方向両端に配設された冷媒室を連通するスロット内部に形成された冷媒通路と、前記スロットの開口部を閉塞してスロット内部に冷媒通路を画成する閉塞部材とを備えた回転電機において、前記スロット内部に前記冷媒通路の通路断面積を狭めるための通路断面積調整部材を、前記スロットの略中央部に配設した。
【０００６】
第２の発明では、前記閉塞部材と前記通路断面積調整部材は一体である。
【０００７】
第３の発明では、前記通路断面積調整部材は、前記閉塞部材の本体部から前記スロット内部に延び出す脚部である。
【０００９】
第４の発明では、複数のティース部を備え隣接するティース間に形成されたスロットにコイルを集中巻きしてなるステータと、前記スロットの開口部を閉塞してスロット内部に冷媒通路を画成する閉塞部材と、を備えた回転電機において、前記コイルを前記スロットの底部側の限定された範囲にのみ配設するとともに、前記コイルよりも前記スロットの開口部側の領域全体を前記閉塞部材で閉塞し、前記ティースの先端部に突起部を突設するとともに、ティースの側面に前記コイルを集中巻きする際の巻線範囲を規定するストッパー部を突設し、前記突起部とストッパー部の間に前記閉塞部材を保持する保持溝を形成する。
【００１１】
第５の発明では、前記閉塞部材を、前記スロット開口部に材料の充填により形成される第１部材と、この第１部材の形成のために前記スロット内側において使用された型部材の取り外し後に嵌め込まれる第２部材とから構成した。
【００１２】
第６の発明では、前記ステータは、ティース部にコイルが巻装された複数の分割コアを環状に組み合わせて構成される。
【００１３】
【発明の作用および効果】
第１の発明では、冷媒通路の通路断面積は通路断面積調整部材の断面積分だけ小さくなるので、通路断面積調整部材を備えない場合と比較して、同じ冷媒流量を流通させた場合に、冷媒の流速が大きくなり、冷却効率が向上する（熱伝導率が向上する）。したがって、同じ冷却効果を得るために必要となる冷媒循環用ポンプの容量を小さくすることができる。また、通路断面積調整部材の断面積を変えることによって、冷媒通路の通路断面積は任意に設定できるので、ステータの冷却構造の設計を合理的に行える。また、通路断面積調整部材は、スロットの略中央部に配設されるので、冷媒流路はコイルの近傍に形成される。したがって、冷媒はコイル近傍の狭い領域のみを流通し、コイルから離れた部分を流通する無駄な流量を無くすことができ、冷却に必要な冷媒量を少なくできる。
【００１４】
第２、第３の発明では、閉塞部材と通路断面積調整部材は一体であるので、部品点数を削減できる。また、ステータの組立時には、閉塞部材と別に通路断面積調整部材を組み込む必要がないので、組立工程が少なくなる。したがって、回転電機の製造コストを削減できる。
【００１６】
第４の発明では、コイルはスロット底部側の狭い範囲（実施の形態における巻線領域）内にのみ配設され、これによりスロット開口部側にできた空間は、全体が閉塞部材で閉塞される。したがって、スロット内部の空間のコイルと閉塞部材に占められていない部分からなる冷媒流路の流路断面積は狭いものとなり、冷却効率が向上する。また、このために、閉塞部材以外に通路断面積調整部材を備える必要がないので、部品点数が増大することはなく、また組立が複雑化することもない。また、コイルが配設される範囲の端部にはストッパー部が設けられるので、スロットへのコイルの巻線はストッパー部により範囲が規定され、またストッパー部の外側にコイルがずれ出すことが防止される。したがって、コイルが配設（巻線）される範囲が限定された場合でも、コイルを正しく整列巻きすることができる。
【００１８】
第５の発明では、第１部材の形成のために用いられた型部材（例えば金型）を取り外した後の空間に第２部材が装着されるので、この空間が冷媒通路の一部となる場合と比較して、冷媒通路の通路断面積が減少し、冷却効率が高められる。
【００１９】
【発明の実施の形態】
以下、添付図面に基づいて、本発明の実施の形態について説明する。
【００２０】
図１には、以下の各実施の形態に共通の回転電機（モータ、または発電機、またはモータ兼発電機）の側断面図を示す。
【００２１】
図示されるように、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からなる。
【００２２】
ケース１内には、円柱形のロータ２が収容される。ロータ２は、その回転軸２Ａの両端がそれぞれベアリング３を介して側板１Ａ、１Ｂに支持され、回転軸２Ａを中心に回転自在となっている。また、ロータ２の外周面近傍には、磁石４が設けられている。
【００２３】
円筒板１Ａの内周面には、円筒形のステータ５が、ロータ２を取り囲むように挿着される。ステータ５の内周面とロータ２の外周面との間には、所定の間隙が設けられている。
【００２４】
ステータ５の軸方向両端には、断面コの字型のリング状のオイルジャケット１０、１１が、それぞれ取り付けられている。これらのオイルジャケット１０、１１の内側とステ一タ５の端面との間には、オイル室１２、１３が形成される。オイル室１２には、オイルジャケット１０に形成されて円筒板１Ａを貫通するオイル供給口１６を介して、冷却用オイルが供給される。この冷却オイルは、ステータ５内に形成された冷媒通路２９（図２参照）を流通してオイル室１３へ導かれる。オイル室１３に導かれた冷却オイルは、オイルジャケット１１に形成されて円筒板１Ａを貫通するオイル排出口１７から外部へ排出される。
【００２５】
図２には、本発明の第１の実施の形態において、通路断面積調整部材を装着していない状態のステータ５の断面（図１のＸ−Ｘ断面）の一部を示す。
【００２６】
図示されるように、ステータ５は、ステータコア２０と、このステータコア２０に巻装されるコイル３０とから構成される。
【００２７】
スタータコア２０は、所定個数（本実施の形態では１２個）の分割コア２１を、円環状に連ねて構成される（分割コア構造）。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される。なお、図２には、ステータコア２０を構成する１２個の分割コア２１のうち、３個を示している。
【００２８】
ステータコア２０は、ケース１の円筒板１Ａ内周面（図２には図示を省略する）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の内周側半径方向に突出する複数のティース部２３とを備える。なお、本実施の形態のような分割コア構造では、各分割コア２１のバックコア部が環状に組み合わされてステータコア２０のバックコア部２２となり、また各分割コア２１のティース部がステータコア２０のティース部２３となる。
【００２９】
隣接するティース部２３の間の凹部（溝部）は、スロット２５となる。ティース部２３の長さ（半径方向への突出量）や幅（周方向の厚み）、隣接するティース部２３の間隔（スロット２５の大きさ）等は、回転電機に求められる性能（出力、トルク、効率等）に応じて最適値に設定されている。
【００３０】
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。このコイル３０のティース部２３への巻線は、分割コア２１の状態でなされる。つまり、ステータ５の製造においては、まず、各分割コア２１のティース部２３に、線材を所定の巻数（ターン数）で所定層にわたって巻回し、このように巻線がなされた状態の分割コア２１を組み合わせてステータ５を形成する。
【００３１】
詳しくは、本実施の形態では、まず、第１層の６ターンの巻線が、ティース部２３の基端から先端に向けて隙間無く行われる。続いて、この第１層目の巻き終わりから折り返して、この第１層目の線材の上に、ティース部２３の先端側から基端側へ向かう第２層目の５ターンを巻き回す。以下、同様にして、第３層目の６ターンの巻線、第４層目の３ターンの巻線が順次実行される。これにより、分割コア２１のティース部２３には、合計２０ターンの巻線がなされる。分割コア構造であれば、このようなコイル巻装作業を容易に行なうことができる。なお、この２０ターン数は単なる例示であり、巻線は、回転電機に求められる性能に応じて、最適ターン数で行われる。
【００３２】
このようにコイル３０が巻回された状態の分割コア２１を、所定個数（本実施の形態では１２個）、ケース１の円筒板１Ａ内に環状に配置し、例えば焼き嵌めにより円筒板１Ａ内周面に挿着する。これにより、分割コア２１が組み合わされたステータ５が形成される。
【００３３】
ティース部２３先端部の両側面（スロット２５の開口部の内周面）には、突起部２６が突設されている。この突起部２６の内側部分には、アンダープレート４０が装着されている。アンダープレート４０は、スロット２５開口部を閉塞する閉塞部材であり、ロータ２の回転軸２Ａ方向（図２の紙面に垂直方向）に延びて、スロット２５の開口部を全体に閉塞している。このアンダープレート４０によりスロット２５の内部に画成された空間（コイル３０の容積を除く部分）が、回転軸２Ａ方向に延びる冷媒通路２９となる。この冷媒通路２９の通路断面積（回転軸２Ａと直交する断面の面積）をＳ１とする。
【００３４】
このように形成された冷媒通路２９内に、図３に示すように、通路断面積調整部材であるプレート４１を配設する。このプレート４１は、スロット２５の略中央部に置かれ、ロータ２の回転軸２Ａ方向（図３の紙面に垂直方向）に延びる部材であり、スロット２５の底部（バックコア部２２）とアンダープレート４０の内側面（スロット２５の内部側を向く面）との間に挟み込まれて固定されている。
【００３５】
このプレート４１が占める領域を、図２の冷媒通路２９から除いた残りの部分が、冷媒通路２９Ａとなる。したがって、冷媒通路２９Ａの通路断面積Ｓ２は、冷媒通路２９の通路断面積Ｓ１からプレート４１の断面積を差し引いたものとなり、Ｓ１＞Ｓ２となる。
【００３６】
このように冷媒流路２９Ａの通路断面積Ｓ２を小さくすることにより、同じ冷媒流量（例えば冷却オイル流量）で比較した場合、通路断面積が小さくなった分、冷媒の流速が大きくなり、冷却効率が向上する（熱伝導率が向上する）。したがって、同じ冷却効果を得るために必要となる冷媒循環用ポンプの容量を小さくすることが可能となる。
【００３７】
また、プレート４１はスロット２５の略中央部に配設され、冷媒通路２９Ａはコイル３０の近傍部分に形成されるので、冷媒はコイル３０近傍の狭い領域のみを流通し、コイル３０から離れた部分を流通する無駄な流量を無くすことができ、冷却に必要な冷媒量を少なくできる。
【００３８】
なお、冷媒通路２９Ａの通路断面積をどの程度小さくするかは、プレート４１の断面積を変えることによって調整できる。したがって、回転電機における冷却構造の設計は合理的に行える。
【００３９】
図４には、本発明の第２の実施の形態におけるステータ５の断面（図１のＸ−Ｘ断面）の一部を示す。
【００４０】
図示されるように、本実施の形態では、スロット２５開口部の閉塞部材であるアンダープレート４２を、スロット２５開口部に沿って配設される本体部４２Ａと、スロット２５内側の略中央部に延びる脚部４２Ｂとからなるものとする。この脚部４２Ｂが、通路断面積調整部材となる。したがって、本実施の形態では、スロット２５開口部の閉塞部材と通路断面積調整部材が一体となっている。
【００４１】
このような構成によっても、冷媒通路２９Ｂの通路断面積Ｓ３は、脚部４２Ｂの断面積分、図２の冷媒通路２９の通路断面積Ｓ１よりも小さくなる。したがって、上記第１の実施の形態と同様に、冷却効率が向上し、少ない冷媒量で効果的なステータ５の冷却を行うことができる。
【００４２】
さらに本実施の形態では、閉塞部材である本体部４２Ａと通路断面積調整部材である脚部４２Ｂが、アンダープレート４２として一体となっているので、部品点数が削減され、その分、コスト削減を図り得る。また、ステータ５の組立時に、アンダープレート４２と別に通路断面積調整部材の取り付けを行う必要がないので、組立作業を容易化・簡略化でき、製造コストを削減できる。
【００４３】
図５には、本発明の第３の実施の形態におけるステータ５の断面（図１のＸ−Ｘ断面）の一部を示す。
【００４４】
本実施の形態では、コイル３０は、スロット２５底部側の限定された巻線領域（スロット２５底部からティース部２３の高さ方向の所定の範囲）内にのみ、巻線される。
【００４５】
具体的には、まず、第１層目の５ターンの巻線が、ティース部２３の基端部から先端方向に向けて、巻線領域の端まで隙間なくなされる。この第１層目の巻線に重ねて、順次、第２層目の４ターンの巻線、第３層目の５ターンの巻線、第４層目の４ターンの巻線、第５層目の２ターンの巻線がなされる。これにより、各ティース部２３には、上記第１、第２実施の形態と同様に、合計２０ターンの巻線がなされることになるが、巻線幅（ティース部２３の長さ方向の幅）は、上記第１の実施の形態等の６ターン分から５ターン分へ狭くなり、その分、スロット２５の開口部側には、上記第１の実施の形態等の場合よりも広い空間ができる。また、隣接するティース部２３に巻回されたコイル３０間の隙間は、各ティース部２３に巻回されたコイル３０の層数が４層から５層となった分、狭くなっている。
【００４６】
このように上記第１の実施の形態等と比較して広くなったスロット２５開口部側の空間を全体に閉塞するように、上記第１の実施の形態のアンダープレート４０よりも厚みのある（断面積の大きい）アンダープレート４３が装着される。このアンダープレート４３の内側面（スロット２５内側方向を向く面）は、コイル３０の端部に隙間なく当接した状態となる。
【００４７】
冷媒通路２９Ｃは、このアンダープレート４３により、スロット２５内部に画成される。したがって、冷媒通路２９Ｃは、スロット２５の内側の狭い巻線領域からコイル３０が占める容積を除いた部分からなり、その通路断面積Ｓ４は、アンダープレート４３の断面積がアンダープレート４０の断面積よりも増大分だけ、図２の冷媒通路２９の通路断面積Ｓ１よりも小さくなる。この通路断面積の減少により、冷却効率が向上し、少ない冷媒量で効果的なステータ５の冷却を行うことができることになる。
【００４８】
また、本実施の形態では、冷媒通路２９Ｃの通路断面積を狭めるためにアンダープレート４３と別に通路断面積調整部材の装着が必要となることはないので、部品点数を削減でき、またステータ５の組立作業は簡略化でき、コスト削減を図り得る。
【００４９】
図６には、本発明の第４の実施の形態におけるステータ５の断面（図１のＸ−Ｘ断面）の一部を示す。
【００５０】
本実施の形態では、上記第３の実施の形態（図５）と同様に、スロット２５底部側の限定された巻線領域にコイル３０が巻線されるが、この巻線領域のスロット２５開口部側の端部に位置するように、ティース部２３の両側面にはストッパー部２７が突設されている。
【００５１】
このストッパー部２７により、巻線の範囲が規定され、巻線は、ティース部２３の基端部からストッパー部２７までの範囲になされる。また、巻線されたコイル３０は、所定の領域内からスロット２５開口部側に外れないように、ストッパー部２７により支持される。本実施の形態では、コイル３０の巻回される領域がスロット２５底部側の巻線領域に限定された結果、巻線される領域が限定されない場合と比較して、同じターン数の巻線を行った場合に巻線の層数が増大するが、このような場合でも、このストッパー部２７の機能により、正確な整列巻きを行うことができる。
【００５２】
この実施の形態でも、アンダープレート４４は、スロット２５開口部側に形成された広い空間全体を閉塞する。これにより、冷媒通路２９Ｄの通路断面積Ｓ５は、図２の冷媒通路２９の通路断面積Ｓ１よりも小さくなり、その分、少ない冷媒流量で効率的なステータ５の冷却を行うことができる。
【００５３】
また、突起部２６とストッパー部２７間の部分は保持溝２８となり、アンダープレート４４は、その両端の係合部４４Ａにおいて保持溝２８に係合せられて、固定される。これにより、アンダープレート４４の装着時には、正確な位置決めを容易に行え、効率的な装着作業を行うことができる。
【００５４】
図７、図８には、本発明の第５の実施の形態におけるステータ５の断面（図１のＸ−Ｘ断面）の一部を示す。ここで、図７はステータ５の製造途中の状態を示し、図８は完成したステータ５を示すものである。
【００５５】
本実施の形態は、上記第３、第４の実施の形態（図５、図６）と同様に、コイル３０の巻線される領域をスロット２５底部側の限定された巻線領域とすることにより、冷媒通路２９Ｅの通路断面積Ｓ６を小さくするものである。そして、この冷媒通路２９Ｅを画成する閉鎖部材を、樹脂モールドプレート４５（第１部材）と、アンダープレート４６（第２部材）の２つの部材から構成した点に特徴を持っている。
【００５６】
図７に示すように、樹脂モールドプレート４５を形成するには、ステータ５の内周面に沿って金型５１をセットするとともに、ステータ５の各スロット２５内には板状の金型５２をセットする。金型５２は、アンダープレート４６と略同形のもので、スロット３０内に収容されたコイル３０と接するようにセットされる。
【００５７】
このように金型５１、５２をセットしたならば、これらの金型５１、５２の間に画成された空間５３に樹脂を射出・充填する。この樹脂の硬化により、スロット２５の開口部に、樹脂モールドプレート４５が形成される。
【００５８】
このように樹脂モールドプレート４５が形成されたら、金型５１、５２を取り外す。そして、図８に示すように、金型５２を取り外したことにより樹脂モールドプレート４５とコイル３０との間にできた空間に、アンダープレート４６を挿着する。これにより、アンダープレート４６の内側に、冷媒通路２９Ｅが形成される。
【００５９】
このように、スロット２５の開口部を樹脂モールドプレート４５で閉塞するために、樹脂モールドプレート４５の形成用の金型５２をスロット２５内部に用いた場合には、金型５２を取り外した後の空間に、アンダープレート４６を装着することにより、スロット２５内に画成される冷媒流路２９Ｅの通路断面積を狭めることができる。これにより、上記各実施の形態の場合と同様に、冷却性能の向上を図ることができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の各実施の形態に共通の回転電機の断面図である。
【図２】通路断面積調整部材を配設する前のステータの一部を示す断面図である。
【図３】本発明の第１の実施の形態におけるステータの一部を示す断面図である。
【図４】本発明の第２の実施の形態におけるステータの一部を示す断面図である。
【図５】本発明の第３の実施の形態におけるステータの一部を示す断面図である。
【図６】本発明の第４の実施の形態におけるステータの一部を示す断面図である。
【図７】本発明の第５の実施の形態における樹脂モールドプレートの形成を示す断面図である。
【図８】本発明の第５の実施の形態におけるステータの一部を示す断面図である。
【符号の説明】
５  ステータ
２０  ステータコア
２１  分割コア
２２  バックコア部
２３  ティース部
２５  スロット
２６  突起部
２８  ストッパー部
２９、２９Ａ〜２９Ｅ  冷媒通路
３０  コイル
４０  アンダープレート
４１  プレート
４２  アンダープレート
４２Ａ  本体部
４２Ｂ  脚部
４３  アンダープレート
４４  アンダープレート
４５  樹脂モールドプレート
４６  アンダープレート
【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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