(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
回転軸を中心に回転するロータと、
前記ロータの円周面に対向して配置されたステータを備え、
前記ステータは、円筒状のコアバックと、前記コアバックから放射状に延伸した複数のティースとからなるステータコアと、前記ティースに絶縁材を介して集中巻に巻き回したステータコイルとを有する回転電機において、
隣接する前記ティースに巻き回された前記ステータコイルの間に、電気絶縁性のスペーサを取り付け、
前記スペーサの熱膨張率が、前記ステータコアの熱膨張率よりも大きく、
前記スペーサが、前記ステータコアの軸方向端部で周方向に互いに連結されている回転電機。
【請求項２】
回転軸を中心に回転するロータと、
前記ロータの円周面に対向して配置されたステータを備え、
前記ステータは、円筒状のコアバックと、前記コアバックから放射状に延伸した複数のティースとからなるステータコアと、前記ティースに絶縁材を介して集中巻に巻き回したステータコイルとを有する回転電機において、
隣接する前記ティースに巻き回された前記ステータコイルの間に、電気絶縁性のスペーサを取り付け、
前記スペーサの熱膨張率が、前記ステータコアの熱膨張率よりも大きく、
前記スペーサの周方向長さが、前記ステータコアの回転軸方向の位置により異なる回転電機。
【請求項３】
請求項２に記載の回転電機において、
前記スペーサが、前記ステータコアの軸方向端部で周方向に互いに連結されている回転
電機。
【請求項４】
請求項１乃至３のいずれかに記載の回転電機において、
前記スペーサの熱膨張率が、前記ステータコイルの熱膨張率よりも大きい回転電機。
【請求項５】
請求項１乃至４のいずれかに記載の回転電機において、
前記スペーサの前記ステータコイルに対向した面に、前記コイルの側面に密着させるための溝を形成した回転電機。
【請求項６】
請求項１乃至５のいずれかに記載の回転電機において、
前記スペーサの周方向長さが、前記ステータコアの回転軸方向の中央近傍で最大である回転電機。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は回転電機に関する。
【背景技術】
【０００２】
回転電機はステータとロータを有する。ステータはステータコアを有し、ステータコアにはステータコイルが巻き回されている。ロータはステータと空隙を介して対向し、回転軸を中心に回転する。回転電機をモータとして動作させる場合には、ステータコイルに交流電流を通電して回転磁界を発生させることにより、ロータに回転力を与え、機械的出力を得る。また、回転電機を発電機として動作させる場合には、ロータに外部から回転力を与えることによりロータを回転させ、ステータコイルに発生する電気的出力を得る。
【０００３】
このように回転電機をモータまたは発電機として動作させ、機械的出力または電気的出力を得る際には、ステータコイルとステータコアは回転電機の損失に起因して発熱する。そして、回転電機に用いられている絶縁材料には、絶縁性能を保つことができる上限温度があり、その温度を超えないようにするため、回転電機を動作させる際には、何らかの方法で回転電機を冷却する必要がある。
【０００４】
回転電機の冷却方法を冷却に用いる媒体で分類すると、冷却媒体として空気や水素などを用いる気冷方式と、冷却媒体として冷却水や冷却油などを用いる液冷方式とに分かれる。このうち液冷方式は、ステータコアの外径側や内径側に冷却液の流路を備えたハウジングを設け、ハウジングを介してステータコアおよびステータコイルを冷却する間接冷却方式と、油等の電気絶縁性の液体を冷却媒体として用い、発熱部位であるステータコアやステータコイルに直接接触させて冷却する直接冷却方式と、に分類できる。
【０００５】
ところで、回転電機は、ステータコイルの巻線方式により、分布巻と集中巻とに分類することができる。このうち集中巻方式の回転電機では、積層鋼板からなるステータコアのティースに、絶縁材を介してステータコイルを巻き回す構造となっている。
【０００６】
一般に、ステータコアのティースは長方形断面であるため、ティースにステータコイルを巻き回す際には、コイルの曲げ半径が大きくなり、ティースと絶縁材との間や、絶縁材とコイルとの間に隙間が生じる。この隙間は、コイルを固定するためのワニスや、空気層が占めることになるが、ワニスや空気は熱伝導率が低いため、隙間が生じることによりコイルとティースとの間の熱抵抗が大きくなり、冷却性能を悪化させる。
【０００７】
このような問題を解決する技術として、例えば特許文献１、２がある。特許文献１では、絶縁材の厚みを場所によって変えて、絶縁材の断面形状をコイルの曲げ半径に合わせることで、ステータコイルを絶縁材に密着させることを図っている。また、特許文献２では、絶縁材（特許文献２の文中における絶縁材）に肉厚の薄い部分を設け、隣り合うコイルの間のうち、絶縁材の肉厚が薄い箇所に別の絶縁部材を挟み込むことによって、コイルを絶縁材の肉厚が薄い部分に押し付けることを図っている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００８】
【特許文献１】特開２００６−２１１８２１号公報
【特許文献２】特開２００７−２２１９２５号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００９】
特許文献１では、絶縁材の厚みを位置によって変えているために、絶縁材の厚みが、電気的な絶縁性能から必要とされる厚みよりも厚くなる部分が生じる。一般的に絶縁材に使用される材料は、熱伝導率が低いため、絶縁材の厚みを電気的な絶縁性能から必要とされる厚みよりも厚くすることで、十分な冷却性能を得がたくなる可能性がある。
【００１０】
また、特許文献２でも同様に、絶縁材の厚みを位置によって変えており、絶縁材の肉厚が薄い部分に別の絶縁部材を挟み込んでいるが、絶縁材の肉厚が薄い部分でも電気絶縁性能を確保するためには、相対的に他の部分の肉厚が、電気的な絶縁性能から必要とされる厚みよりも厚くなり、十分な冷却性能を得がたくなる可能性がある。
【００１１】
本発明の目的は、冷却性能が向上するとともに、絶縁性も保持できる回転電機を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【００１２】
上記課題を解決するために、例えば特許請求の範囲に記載の構成を採用する。本願は上記課題を解決する手段を複数含んでいるが、その一例を挙げるならば、回転軸を中心に回転するロータと、前記ロータの円周面に対向して配置されたステータと、から構成され、前記ステータは、円筒状のコアバックと、前記コアバックから放射状に延伸した複数のティースとからなるステータコアと、前記ティースに電気絶縁のための絶縁材を介して巻き回したコイルと、を有する集中巻の回転電機で、互いに隣接する前記ティースに巻き回された前記コイルの間に、電気絶縁性のスペーサを取り付け、前記スペーサの熱膨張率が、前記ステータコアの熱膨張率よりも大きく、前記スペーサが、前記ステータコアの軸方向端部で周方向に互いに連結されていることを特徴とする。
【発明の効果】
【００１３】
本発明によれば、回転電機の冷却性能を向上することができ、従来と同等の大きさで、従来と比べて大きな出力の回転電機を提供することができる。
【図面の簡単な説明】
【００１４】
【図１】回転電機のステータ斜視図。
【図２】スペーサの斜視図。（実施例１）
【図３】ステータの回転軸垂直方向断面図。（実施例１）
【図４】回転電機の径方向断面図。（実施例１）
【図５】スペーサの斜視図。（実施例２）
【図６】ステータ斜視図。（実施例２）
【図７】スペーサの斜視図。（実施例３）
【図８】スペーサの斜視図。（実施例４）
【図９】スペーサの斜視図。（実施例５）
【図１０】スペーサの斜視図。（実施例６）
【図１１】回転電機の断面図。
【発明を実施するための形態】
【００１５】
以下、図面を用いて実施例を説明する。
【００１６】
〔実施例１〕
本実施例の回転電機について、図１〜図４、図１１を用いて説明する。
【００１７】
図１１は、本実施例の回転電機の断面を模式的に示した図である。本実施例の回転電機は、ステータ１１０と、軸受４に支持されたロータ２と、ステータ１１０を保持するためのハウジング３と、を有する。
【００１８】
図１に示すように、ステータ１１０は、薄板の電磁鋼板を積層することで形成されるステータコア１１１と、ステータコイル１１２と、ステータコア１１１とステータコイル１１２とを電気的に絶縁するための絶縁材１１３から構成されている。
【００１９】
図３に示すように、ステータコア１１１は、円筒状のコアバック１１４と、コアバック１１４から放射状に伸びるティース１１５と、から構成され、互いに隣接するティース１１５の間の隙間であるスロット１１６にステータコイル１１２を挿入し、ティース１１５に巻き回す構造となっている。
【００２０】
スロット１１６内の、隣接するステータコイル１１２同士の間には、スペーサ１４０を設置する。スペーサ１４０は、電気絶縁性があり、かつ、熱膨張率がステータコア１１１よりも大きい材料で製造する。また、スペーサの周方向の幅は、製造時の組立時には、隣接するステータコイル１１２同士の間の隙間よりもわずかに小さく、ステータコイル１１２表面の絶縁皮膜を傷つけることなく軸方向に挿入でき、かつ、回転電機を運転し、高温になった際に、熱膨張することによってステータコイル１１２を周方向（ティース１１５方向）に押し付けられる寸法とする。
【００２１】
本構造により、回転電機の製造時（組立時）には、スロット１１６の隙間にスペーサ１４０を容易に挿入することができ、かつ、回転電機１００を運転し、ステータコア１１１やステータコイル１１２が高温になったときには、スペーサ１４０が熱膨張し、ステータコイル１１２と絶縁材１１３との間の隙間や、絶縁材１１３とティース１１５との間の隙間を小さくし、冷却性能を向上させられる。
【００２２】
本構造は、回転電機の冷却方式に関わらず適用できる。すなわち、ハウジングに設けた流路に冷却液を流すことにより回転電機を冷却する間接冷却方式では、ステータコイルの発熱の大半は、ステータコアに伝わり、ハウジングに設けた流路内の冷却液に流れる。このとき、ステータコイルと絶縁材、絶縁材とステータコアとの間に隙間があると、熱伝導率の小さい空気やワニスなどが介在し、十分な冷却性能を得られない可能性がある。このため、本発明の構造により、ステータコイルと絶縁材、絶縁材とステータコアとの間の隙間を小さくすることにより冷却性能を向上させることができる。
【００２３】
また、油などの絶縁性の液体を回転電機の主な発熱源であるステータコアやステータコイルに接触させて回転電機を冷却する直接冷却方式では、ステータコアの発熱の一部は、ステータコイルに伝わり、ステータコイルの発熱とともに冷媒（油）に流れる。このとき、ステータコイルと絶縁材、絶縁材とステータコアとの間に隙間があると、同様に冷却性能の悪化を招く。本発明の構造により、ステータコイルと絶縁材、絶縁材とステータコアとの間の隙間を小さくすることにより冷却性能を向上させられる。
【００２４】
〔実施例２〕
本発明の別の実施例について、図５、図６を用いて説明する。
【００２５】
本実施例においては、実施例１におけるスペーサ１４０のステータコイル１１２と接する面に溝１４１を設けたことを特徴としている。スペーサ１４０の溝は、ステータコイル１１２の最外周の表面の凹凸と対になっている。これにより、スペーサ１４０をスロット１１６の隙間に挿入する際にステータコイル１１２の表面を傷つける恐れが小さくなり、かつ、回転電機を運転し、高温になった際に、より広い面積でステータコイル１１２とスペーサ１４０とが接触するため、ステータコイル１１２を均一の力で押し付けることができる。
【００２６】
〔実施例３〕
本発明の別の実施例について、図７を用いて説明する。
【００２７】
本実施例においては、回転電機１００の軸方向の位置によって実施例１または実施例２におけるスペーサ１４０の断面形状を変化させたことを特徴としている。すなわち、ステータコア１１１の軸方向中央部近傍のみでスペーサ１４０がステータコイル１１２に接触するようにし、それ以外の軸方向端部近傍ではスペーサ１４０の周方向長さや径方向長さを小さくすることを特徴としている。
【００２８】
これにより、回転電機１００を運転し、回転電機１００が高温になったとき、スペーサ１４０は、ステータコア１１１の軸方向中央部近傍でのみステータコイル１１２と接触し、ステータコイル１１２を周方向に押し付け、ステータコア１１１の軸方向端部近傍では、スペーサ１４０とステータコイル１１２との間には隙間が残ることになる。
【００２９】
本実施例は、特に油などの絶縁性の液体を冷媒とし、冷媒をステータコイルに直接接触させる直接冷却方式における適用を想定している。
【００３０】
直接冷却方式においては、冷却性能を向上させるためには、冷媒とコイルとが接触する面積をできるだけ大きくすることが必要である。そのため、上述のように、ステータコア１１１の軸方向中央部のみでスペーサ１４０とステータコイル１１２とを密着させ、その他の部分では、スペーサ１４０とステータコイル１１２との間に隙間を残し、その隙間に冷媒が流れるように構成する。
【００３１】
本構造により、従来、ステータコア１１１とステータコイル１１２との間に隙間が生じやすい軸方向中央部では、スペーサ１４０が熱膨張によりステータコイル１１２をティース１１５に押し付け、軸方向端部では、スペーサ１４０とステータコイル１１２との間の隙間に冷媒が流れるために、冷却性能の高い回転電機を得られる。
【００３２】
〔実施例４〕
実施例３の変形例として、図８に示すようにスペーサ１４０を、軸方向中央部のみでスロット１１６の外径側まで延ばし、それ以外の部分では、スロットの内径側のみに板状に軸方向に延伸した構造にしても良い。本構造によれば、スペーサ１４０の軸方向中央部では、ステータコイル１１２を熱膨張によりティース１１５に押し付け、それ以外の部分は、冷媒を軸方向端部から軸方向中央部に導く案内板として機能させられる。
【００３３】
また、図８に示したとおり、実施例２に示したような溝１４１をスペーサ１４０に設けても良い。
【００３４】
〔実施例５〕
実施例４の変形例として、図９に示すようにスペーサ１４０の、軸方向中央部以外の板状の部分に、径方向のリブ１４２を設けた構造にしてもよい。本構造によれば、スペーサ１４０の軸方向端部の板状部分の強度をリブ１４２により強化できるため、回転電機の組立時や、回転電機の運転時の振動などにより、スペーサ１４０が破損することを防げる。
【００３５】
〔実施例６〕
図１０は実施例１−５の変形例である。本実施例のように、実施例１−５で示した複数のスペーサ１４０を軸方向端部のリング１４３で一体化する構造にすることができる。本構造により、スペーサ１４０の個数を減らせるため、部品点数および組立工数を低減でき、回転電機のコストを低減できる。図１０においては、回転電機１００の全スロットのスペーサ１４０を１つのリング１４３と一体化し、スペーサ１４０を１つの部品としているが、２つ以上に分割してもよい。
【００３６】
なお、本発明は上記した実施例に限定されるものではなく、様々な変形例が含まれる。例えば、上記した実施例は本発明を分かりやすく説明するために詳細に説明したものであり、必ずしも説明した全ての構成を備えるものに限定されるものではない。また、ある実施例の構成の一部を他の実施例の構成に置き換えることが可能であり、また、ある実施例の構成に他の実施例の構成を加えることも可能である。また、各実施例の構成の一部について、他の構成の追加・削除・置換をすることが可能である。
【符号の説明】
【００３７】
１００  回転電機
１１０  ステータ
１１１  ステータコア
１１２  ステータコイル
１１３  絶縁材
１１４  コアバック
１１５  ティース
１１６  スロット
１２０  ロータ
１４０  スペーサ
１４１  溝
【図１】
0005904827.tif 000002
【図２】
0005904827.tif 000003
【図３】
0005904827.tif 000004
【図４】
0005904827.tif 000005
【図５】
0005904827.tif 000006
【図６】
0005904827.tif 000007
【図７】
0005904827.tif 000008
【図８】
0005904827.tif 000009
【図９】
0005904827.tif 000010
【図１０】
0005904827.tif 000011
【図１１】
0005904827.tif 000012