(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
複数枚のコアを積層して形成された積層ステータ内に冷却媒体流路を形成する共通部分を有する開口部を備えた電動機であって、
前記複数のコアは前記開口部の形状を異にする少なくとも２種類のコアを含むことを特徴とする電動機。
【請求項２】
前記複数のコアは前記開口部の径を異にする少なくとも２種類のコアを含むことを特徴とする請求項１に記載の電動機。
【請求項３】
前記積層ステータは、外形形状を異にする少なくとも２種類のコアを所定枚数毎に交互に積層させて形成されていることを特徴とする請求項１又は２に記載の電動機。
【請求項４】
前記積層ステータは、少なくとも一つの径方向の長さが異なる１種のコアを、周方向に位置を異ならせて積層することを特徴とする請求項１又は２に記載の電動機。
【請求項５】
コアを積層してなる積層スタータを備える電動機の製造方法であって、
金型を備えた第１のステーションでコアの内周部分を打ち抜く工程と、
当該内周打ち抜き部分を金型を備えた第２のステーションに移動する工程と、
当該第２のステーションで外周の小さいコアを打ち抜く工程と、
当該打ち抜いた外周の小さなコアを受取皿に配置する工程と、
前記第１のステーションにて他のコアの内周部分を打ち抜く工程と、
当該内周打ち抜き部分を金型を備えた第３のステーションに移動する工程と、
当該第３ステーションで外周の大きいコアを打ち抜く工程と、
前記受取皿を前記第３ステーションに移動させた後に、前記打ち抜いた外周の大きいコアを前記受取皿に載置する工程と、
前記工程を所定回数繰り返すことで所定量の複数の外周の相違するコアを積層する電動機の製造方法。
【請求項６】
コアを積層してなる積層スタータを備える電動機の製造方法であって、
金型を備えた第１のステーションでコアの内周部分を打ち抜く工程と、
当該内周打ち抜き部分を金型を備えた第２のステーションに移動する工程と、
当該第２のステーションでコアを打ち抜く工程と、
当該打ち抜いたコアを受取皿に配置する工程と、
前記第１のステーションにて他のコアの内周部分を打ち抜く工程と、
当該内周打ち抜き部分を前記第２のステーションに移動する工程と、
当該第２のステーションでコアを打ち抜く工程と、
前記受取皿を所定量だけ回転させて前記打ち抜いたコアを載置する工程と、
前記工程を所定回数繰り返すことで複数の同一種のコアを回転させて積層する電動機の製造方法。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、電動機のステータ構造に関し、特に電磁鋼板のコアを積層して形成する積層ステータに関する。
【０００２】
【従来の技術】
一般に、電動機は抵抗損や鉄損等の種々のエネルギー損によって発熱する。この発熱は電動機の能力を決定する要因の１つであり、電動機の連続出力は発熱と放熱能力とのバランスによって決定される。従って、ステータ表面等の電動機の放熱面積を拡大し、放熱効率を向上させることによって、電動機の出力を増大することができる。
【０００３】
電動機のステータとして積層ステータが知られており、この積層ステータは電磁鋼板からなるコアを積層して形成している。図９は、従来の電動機の積層ステータの一構成例を説明するための図である。図９（ａ）は積層する前の各コア２２を示しており、このコアを積層することによって図９（ｂ）に示す積層ステータ２１を形成している。積層ステータ２１を構成する各コア２２は、電磁鋼板を金型による打ち抜き等によって形成することができ、中心部分にロータ（図示していない）を挿入する穴３３、該穴３３の内周辺にコイル（図示していない）を巻回する溝３４、コア２２の周方向に配列した複数の孔３２、およびコア２２を連結するためのロッド（図示していない）を通す孔３１を備えている。この孔３２は、コア２２の積層によって積層ステータ２１の両端をつなぐ連通孔を構成して冷却媒体通路とし、この連通孔内に空気やオイル等の冷却媒体を通すことによって、積層ステータ２１の冷却を行っている。
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】
従来の積層ステータでは、放熱面積が小さく、放熱効率が低いという問題点がある。この小さな放熱面積および低い放熱効率は、電動機の連続出力を制限することにもある。
従来の積層ステータでは、例えば上記した構成の積層ステータ２２では、同一形状で同一寸法のコア２２を積層して形成しているため、積層ステータの外周表面や冷却媒体通路の表面は、図９（ｃ）の断面に示すように平面状となる。なお、該図９（ｃ）の断面は、図９（ｂ）中の矢印で示す部分の断面を示している。そのため、積層ステータ２２の放熱面積は限定されたものとなり、充分な放熱効率を得ることができない。
【０００５】
上記した構成の積層ステータの放熱面積を拡大し放熱効率を向上させるために、コアの外周表面の面積を拡大する構成の積層ステータが提案されている。図１０は、積層ステータの他の一構成例を示す図である。図１０において、積層ステータ４１を構成する各コア４２には、前記図９に示した積層ステータ２１のコアと同様に、ロッド用の孔５１，冷却媒体通路用の孔５２，ロータ用の穴５３，コイル巻回用の溝５４が形成される。積層ステータ４１は、この構成に加えて、さらに各コア４２の外周の周方向に凹凸５５が形成されている。このコア４２に形成した凹凸５５は積層ステータ４２の表面積を拡大するものであり、図１０（ｂ）に示すように、積層ステータ４２の外周面を凹凸形状とすることによって、表面積を拡大している。なお、図９（ｃ）は、図９（ｂ）中の矢印で示す部分の断面を示している。
【０００６】
しかしながら、図１０に示す構成の積層ステータは、ステータの表面積は拡大するものの、各コア４２の外周形状が複雑となり、該コアを打ち抜くための金型の形状も複雑となるという問題点があり、さらに、コア４２の表面に形成した突起部分の強度は低くなるため、コア単体では該突起部分が折れ曲がる可能性があるといった問題点もある。
【０００７】
さらに、積層ステータの放熱面積を拡大し放熱効率を向上させるための別の構成の積層ステータが提案されている。図１１は、積層ステータの別の一構成例を示す図である。この積層ステータ６１は、図１１（ａ），（ｂ）に示すように、前記図９に示したと同様に、同形状で同寸法のコア６２によって積層ステータ６１を形成し、ジャケット８１を該積層ステータ６１に被せる構成とする。このジャケット８１はＡｌ等の熱伝導率の良い部材によって形成し、周囲に放熱用のフィン８２を備え、これによって、積層ステータ６１の発熱を外気に放熱するものである。なお、積層ステータ６１を構成する各コア６２には、前記した積層ステータ２１，４１のコアと同様に、ロッド用の孔７１，冷却媒体通路用の孔７２，ロータ用の穴７３，コイル巻回用の溝７４が形成される。
【０００８】
しかしながら、上記したジャケットを用いる構成では、ジャケットを別途用意する必要があり、また、ジャケットの製造する工程や、ジャケットを積層ステータ本体に被せる工程等の工程が増えるという問題点がある。
【０００９】
そこで、本発明は前記した従来の電動機の積層ステータの持つ問題点を解決して、電動機の積層ステータにおいて、簡易な構成によって放熱面積を拡大して放熱効率を向上することを目的とする。
【００１０】
【課題を解決するための手段】
本発明の電動機の積層ステータは、電磁鋼板のコアを積層して形成するステータであって、積層ステータの表面あるいは積層ステータの内部に形成した冷却媒体流路の表面に凹凸を形成することによって、積層ステータの放熱面積を拡大して放熱効率を向上するものである。
【００１１】
積層ステータの表面に凹凸を形成する手段として、本発明の電動機の積層ステータは、積層ステータを形成するための複数枚の積層コアにおいて、形状を異にする少なくとも２種のコアを含ませるものである。この形状が異なるコアを積層することによって、形成された積層ステータの形状には凹凸が形成され、放熱面積が拡大する。
【００１２】
また、異ならせる形状は、コアの外形形状、または積層ステータ内に冷却媒体流路を形成する開口部、または外形形状および開口部の両者とするものである。コアの外形形状を異なる形状とすることによって、積層ステータの外周表面には凹凸形状が形成され、外気と接触する面積が増え、放熱面積が拡大する。また、積層ステータ内に冷却媒体流路を形成する開口部の形状を異なる形状とすることによって、積層ステータの冷却媒体流路の表面に凹凸形状が形成され、冷却媒体と接触する面積が増え、放熱面積が拡大する。
【００１３】
積層ステータの表面に凹凸を形成する他の手段として、本発明の電動機の積層ステータは、少なくとも一つの径方向の長さが異なる１種のコアを、周方向の位置を異ならせて積層するものである。これによって、形成された積層ステータの形状には凹凸が形成され、放熱面積が拡大する。
【００１４】
また、積層ステータ内に冷却媒体流路を形成する開口部の形状を少なくとも２種の異なる形状とすることによって、積層ステータの冷却媒体流路の表面に凹凸形状が形成され、冷却媒体と接触する面積が増え、放熱面積が拡大する。
【００１５】
【発明の実施の形態】
以下、本発明の実施の形態を図を参照しながら詳細に説明する。
図１は、本発明の電動機の積層ステータの第１の実施形態を説明するためのブロック図である。図１（ａ）は積層する前の各コア２，３を示しており、このコア２，３を積層することによって図１（ｂ）に示す積層ステータ１を形成する。積層ステータ１を構成するコア２，３は、電磁鋼板を金型による打ち抜き等によって形成することができ、中心部分にロータ（図示していない）を挿入する穴１３、該穴１３の内周辺にコイル（図示していない）を巻回する溝１４、コア２，３の周方向に配列した複数の孔１２、およびコア２，３を連結するためのロッド（図示していない）を通す孔１１を備える。この孔１２は、コア２，３の積層によって積層ステータ１の両端をつなぐ連通孔を構成して冷却媒体通路とし、この連通孔内に空気やオイル等の冷却媒体を通すことによって、積層ステータ１の冷却を行う。
【００１６】
積層ステータ１が備えるコア２，３は、その外形形状を異にしている。図１に示す形状は、その外形寸法を異ならせる構成例を示しており、コア２は外周の形状が小さく、コア３は外周の形状を大きく形成している。なお、コア２，３の外形形状以外のその他の孔１１，穴１３，および溝１４は、その形状および寸法を共通とし、図示しないロータ，連結用ロッド，コイル等の設置を可能とする。また、孔１２については、少なくとも冷却媒体の流路の確保ができる共通部分を備える。
【００１７】
図１（ｂ）は外形形状の異なるコア２，３を交互に積層して形成した積層ステータの例を示している。これによって、積層ステータの外周表面には凹凸が形成れる。図１（ｃ）は、図１（ｂ）中に示す矢印部分の断面を示しており、外形寸方の異なるコア２，３を交互に積層することによって、その断面形状に凹凸が形状され、外気と接触する放熱面積が拡大する。なお、図１では、コア２，３を交互に配置した例を示しているが、両コアの配置順は交互に限らず任意の順とすることができる。同一形状のコアを連続して配置した場合には、その分放熱面積が減少するため、広い放熱面積を確保するには両コアの交互の配置が望ましい。  また、図１に示した例では、外形形状の異なるコアを２種としているが、２種に限らず２種以上の外形形状の異なるコアを用いることもできる。
【００１８】
次に、図２を用いて、本発明の電動機の積層ステータの第２の実施形態を説明する。図２（ａ）は積層する前の各コア４を示しており、このコア２，３を積層することによって図２（ｂ）に示す積層ステータ１を形成する。積層ステータ１を構成するコア４は、電磁鋼板を金型による打ち抜き等によって形成することができ、前記図１に示した実施形態と同様に、ロータ用穴１３、コイル用溝１４、冷却媒体流路用孔１２、およびロッド用孔１１を備える。
【００１９】
積層ステータ１が備えるコア４は、少なくとも一つの径方向の長さが異なる１種のコアであり、周方向の位置を異ならせて積層する。図２に示すコアの形状は、９０度の角度を成して隣接する２つの径の長さを異ならせ、１８０度の角度を成す２つの径の長さは共通とする例を示している。なお、コア２，３の外形形状以外のその他の孔１１，穴１３，および溝１４は、その形状および寸法を共通とし、図示しないロータ，連結用ロッド，コイル等の設置を可能とする。また、孔１２については、少なくとも冷却媒体の流路の確保ができる共通部分を備える。
【００２０】
コア４の周方向の位置を異ならせた積層による積層ステータ１の形成は、図２（ａ），（ｂ）では、例えば、図中０度で示される位置の１枚のコアを配置した後、次に図中９０度で示される位置の２枚の積層コアと、図中０度で示される位置の３枚の積層コアを、順に配置する構成例を示している。これによって、積層ステータの外周表面には凹凸が形成れる。図２（ｃ）は、図２（ｂ）中に示す矢印部分の断面を示しており、外形寸方の異なるコア４の配置位置を周方向に異ならせて積層することによって、その断面形状に凹凸が形状され、外気と接触する放熱面積が拡大する。なお、図２では、コア４の配置を一方向に配置した２枚の積層コアと、他の方向に配置した３枚の積層コアの例を示しているが、両積層コアの枚数および配置順は任意とすることができる。多数枚の同一方向の積層コアを用いる場合には、その分放熱面積が減少するため、広い放熱面積を確保するには、積層枚数を減らした構成が望ましい。
また、図２に示した例では、９０度毎に径方向の長さを異ならせる構成例を示しているが、該角度は９０度に限らず任意の角度とすることができる。
【００２１】
次に、本発明の積層ステータに用いるコアの形成について、図３〜図６を用いて説明する。図３，図４は前記第１の実施形態に示すコアを形成する工程を説明するための図である。図３において、Ｓ１はコアの内周部分に形成する孔１１，１２，穴１３，および溝１４等の内形部分１５を打ち抜き形成するための金型等を備えたステーションであり、Ｓ２は外周の形状の小さいコア２を打ち抜き形成するための金型等を備えたステーションであり、Ｓ３は外周の形状の大きなコア３を打ち抜き形成するための金型等を備えたステーションである。また、ステーション２とステーション３との下方には、打ち抜いたコア２，３を受け取るための受取皿を備えたステージＳ４を設け、両ステーションＳ２，Ｓ３の間で移動可能としている。
【００２２】
コア２，３の形成は、コアを打ち抜くための電磁鋼板１０をステーションＳ１，Ｓ２，Ｓ３とステージＳ４との間で移動し、各ステーションを駆動して金型で打ち抜き、ステージＳ４上に積層することによって行うことができる。
【００２３】
図４は、コアを形成する工程の概略を示している。図４（ａ）は、電磁鋼板１０をステーションＳ１に移動した状態を示し、このステーションＳ１によって、コアの内形部分１５の打ち抜きを行う。図中のαは、内形部分１５の打ち抜き部分を示し、ここではコア２の打ち抜き部分となる。
【００２４】
内形部分１５を打ち抜いた後、電磁鋼板１０をαの部分をステーションＳ２の位置に移動し、ステーションＳ２によって外周の形状の小さいコア２の打ち抜きを行う。打ち抜いたコア２は、ステージＳ４の受取皿上に配置する。図４（ｂ）では、打ち抜いたコア２をＡで示している。このとき、ステーションＳ１では、次のコア３の内形部分１５の打ち抜きを行う。図中のβは、コア３の打ち抜き部分となる。
【００２５】
次に、電磁鋼板１０をβの部分をステーションＳ３の位置に移動するとともに、ステージＳ４をステーションＳ３の下方に移動し、ステーションＳ３によって外周の形状の大きいコア３の打ち抜きを行う。打ち抜いたコア３は、ステージＳ４の受取皿上に積層する。図４（ｃ）では、打ち抜いたコア３をＢで示している。ステーションＳ１では、次のコア２，３の内形部分１５の打ち抜きを行う。
【００２６】
次に、電磁鋼板１０をαの部分をステーションＳ２の位置に移動するとともに、ステージＳ４をステーションＳ２の下方に移動し、ステーションＳ２によって外周の形状の小さいコア２の打ち抜きを行う。打ち抜いたコア２は、ステージＳ４の受取皿上に積層し、コア２，コア３，コア２の積層コアが形成される（図中のＡ，Ｂ，Ａ）する。図４（ｄ）では、打ち抜いたコア２をＡで示している。このとき、ステーションＳ１では、次のコア３の内形部分１５の打ち抜きを行う。
【００２７】
以下、同様の工程を行うことによって、異なる形状のコアの積層を行うことができる。なお、積層するコアの種類および積層順の変更は、ステーションＳの配置等を変更することにより行うことができる。
【００２８】
次に、図５，図６を用いて、第２の実施形態に示すコアを形成する工程を説明する。
図５において、Ｓ１はコアの内周部分に形成する孔１１，１２，穴１３，および溝１４等の内形部分１５を打ち抜き形成するための金型等を備えたステーションであり、Ｓ２はコア４を打ち抜き形成するための金型等を備えたステーションである。また、ステーション２の下方には、打ち抜いたコア４を受け取るための受取皿を備えたステージＳ４を設ける。ステージＳ４は軸回転可能とし、コアの周方向の位置を異ならせて積層することができる。
【００２９】
コア４の形成は、コアを打ち抜くための電磁鋼板１０をステーションＳ１，Ｓ２とステージＳ４との間で移動し、各ステーションを駆動して金型で打ち抜き、ステージＳ４上に積層することによって行うことができる。
【００３０】
図６は、コアを形成する工程の概略を示している。図５（ａ）は、電磁鋼板１０をステーションＳ１に移動した状態を示し、このステーションＳ１によって、コアの内形部分１５の打ち抜きを行う。図中のαは、第１番目の内形部分１５の打ち抜き部分を示している。
【００３１】
内形部分１５を打ち抜いた後、電磁鋼板１０をαの部分をステーションＳ２の位置に移動し、ステーションＳ２によってコア４の打ち抜きを行う。打ち抜いたコア４は、ステージＳ４の受取皿上に配置する。図５（ｂ）では、打ち抜いたコア２をＡで示している。このとき、ステーションＳ１では、次のコア４の内形部分１５の打ち抜きを行う。図中のβは、第２番目のコア３の内形部分１５の打ち抜き部分を示している。
【００３２】
次に、電磁鋼板１０をβの部分をステーションＳ２の位置に移動し、ステーションＳ２によって次のコア４の打ち抜きを行う。打ち抜いたコア４は、ステージＳ４の受取皿上に積層する。このとき、ステージ４を回転させ、積層したコア４の周方向の位置を異ならせる。図５（ｃ）では、打ち抜いたコア３をＢで示している。ステーションＳ１では、次のコア４の内形部分１５の打ち抜きを行う。図中のγは、第３番目のコア３の内形部分１５の打ち抜き部分を示している。
【００３３】
次に、電磁鋼板１０をγの部分をステーションＳ２の位置に移動し、ステーションＳ２によって第３番目のコア４の打ち抜きを行う。打ち抜いたコア４は、ステージＳ４の受取皿上に積層し、図中のＡ，Ｂ，Ｃで示されるコア４の積層コアが形成される。このとき、ステージ４を回転させ、積層したコア４の周方向の位置を異ならせる。図４（ｄ）では、打ち抜いたコア４をＣで示している。このとき、ステーションＳ１では、次の第４番目のコア４の内形部分１５の打ち抜きを行う。図中のδは、第４番目のコア３の内形部分１５の打ち抜き部分を示している。従って、ステージ４上に積層したコアの周方向の位置は順次変更されることになる。
以下、同様の工程を行うことによって、同形の形状コアの周方向の位置を異ならせた積層を行うことができる。
【００３４】
次に、前記第１，第２の実施形態において、冷却媒体流路を形状する孔１２の径をコアによって異ならせ、冷却媒体流路の表面に凹凸形状を形状する場合を説明する。
図７は第１の実施形態に適用した例を説明するための図である。図７において、コア２に形成する冷却媒体用孔１２−１とコア３に形成する冷却媒体用孔１２−２との径を異ならせて形成する。ここで、各孔１２−１と１２−２とは、連通した冷却媒体流路が形成されるよう、積層状態で、少なくとも共通の開口部分が形成されるように構成する。図７に示す例では、孔１２−１の径を小径とし、孔１２−２の径を大径とし、その中心点が同軸上となるよう形成する。
【００３５】
なお、図７では、小さなコア２に形成する孔１２−１の径を小径とし、大きなコア３に形成する孔１２−２の径を大径としているが、径の大きさは任意であり、コアの形成上あるいは強度上で支障がない場合には、逆の関係とすることもできる。
【００３６】
図８は第２の実施形態に適用した例を説明するための図である。図８において、コア４に形成する冷却媒体用孔１２−１と１２−２との径を異ならせて形成する。ここで、各孔１２−１と１２−２とは、連通した冷却媒体流路が形成されるよう、積層状態で、少なくとも共通の開口部分が形成されるように構成する。図８に示す例では、孔１２−１の径を小径とし、孔１２−２の径を大径とし、その中心点が同軸上となるよう形成する。
【００３７】
なお、コアに形成する孔の位置および径は任意に設定することができる。
【００３８】
【発明の効果】
以上説明したように、本発明によれば、電動機の積層ステータにおいて、簡易な構成によって放熱面積を拡大して放熱効率を向上することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の電動機の積層ステータの第１の実施形態を説明するためのブロック図である。
【図２】本発明の電動機の積層ステータの第２の実施形態を説明するための図である。
【図３】本発明の第１の実施形態に示すコアを形成する工程を説明するための図である。
【図４】本発明の第１の実施形態に示すコアを形成する工程を説明するための図である。
【図５】本発明の第２の実施形態に示すコアを形成する工程を説明するための図である。
【図６】本発明の第２の実施形態に示すコアを形成する工程を説明するための図である。
【図７】異なる形状の冷却媒体流路を第１の実施形態に適用した例を説明するための図である。
【図８】異なる形状の冷却媒体流路を第２の実施形態に適用した例を説明するための図である。
【図９】従来の電動機の積層ステータの一構成例を説明するための図である。
【図１０】従来の電動機の積層ステータの他の一構成例を説明するための図である。
【図１１】従来の電動機の積層ステータの別の一構成例を説明するための図である。
【符号の説明】
１  積層ステータ
２，３，４  コア
１０  電磁鋼板
１１  ロッド用孔
１２，１２−１，１２−２  冷却媒体流路用孔
１３  ロータ用穴
１４  コイル用溝
１５  内形部分
Ｓ１，Ｓ２，Ｓ３  ステーション
Ｓ４  ステージ
【図１】
0003583234.tif 000002
【図２】
0003583234.tif 000003
【図３】
0003583234.tif 000004
【図４】
0003583234.tif 000005
【図５】
0003583234.tif 000006
【図６】
0003583234.tif 000007
【図７】
0003583234.tif 000008
【図８】
0003583234.tif 000009
【図９】
0003583234.tif 000010
【図１０】
0003583234.tif 000011
【図１１】
0003583234.tif 000012