(57)【要約】【課題】冷却通路を確実に形成できる回転電機を供給する。【解決手段】ロータ２１に回転空隙を介してステータ２３を配置したモータ２２において、ステータ２３が、ロータ２１方向に突出したティース１ａを周方向に複数備えたステータコア１と、ティース１ａに巻装したコイル２と、ティース１ａ間に形成されたコイル２を収容する空間であり、ロータ２１方向に開口したスロット３と、を備える。さらに、スロット３の開口部を閉塞するようにティース１ａに溶接することにより冷却水流路１４を形成する金属の板状部材４と、を備える。【選択図】　　　図２
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
ロータに回転空隙を介してステータを配置した回転電機において、
前記ステータが、前記ロータ方向に突出したティースを周方向に複数備えたステータコアと、
前記ティースに巻装したコイルと、
前記ティース間に形成された前記コイルを収容する空間であり、前記ロータ方向に開口したスロットと、
前記スロットの開口部を閉塞するように前記ティースに溶接することにより、冷却流体の流通路を形成する金属の板状部材と、を備えたことを特徴とする回転電機。
【請求項２】
前記ステータの軸方向端部の少なくとも一方に、前記ステータと同心で、前記ティースおよび前記板状部材に溶接により接合させる略円筒形状の円筒部材を備える請求項１に記載の回転電機。
【請求項３】
前記ステータの軸方向両端部に前記円筒部材を備え、
前記円筒部材の一方と前記板状部材とを一体に形成し、
前記板状部材を一体に形成した前記円筒部材と、他方の前記円筒部材と、を前記ステータの軸方向端部にそれぞれ溶接するとともに、前記スロットの軸方向端部で、前記板状部材と前記他方の円筒部材とを溶接により接合させる請求項２に記載の回転電機。
【請求項４】
前記ステータの軸方向両端部に前記円筒部材を備え、
前記円筒部材それぞれに前記板状部材の一部を一体化させて形成し、
前記円筒部材を前記ステータの軸方向端部にそれぞれ溶接するとともに、二つの前記円筒部材を組み合わせることにより前記板状部材を構成し、前記スロットの軸方向中間部で前記板状部材どうしを溶接により接合させる請求項２に記載の回転電機。
【請求項５】
前記ティースの先端から周方向へ突出する突出部を設け、この突出部の先端に前記板状部材を溶接により接合させる請求項１に記載の回転電機。
【請求項６】
前記ティースの先端から周方向へ突出する突出部を設け、前記突出部の前記コイル側の基端部に前記板状部材を溶接により接合させる請求項１に記載の回転電機。
【請求項７】
前記ティースの先端の周方向の幅を前記コイルの巻装部の幅より小さくし、前記ティースの先端部と前記コイルの巻装部との間の段差部に前記板状部材を溶接により接合させる請求項１に記載の回転電機。
【請求項８】
前記ステータコアを、軸方向に鋼板を積層することにより構成し、
軸方向両端部に前記鋼板より板厚が大きい端部板材を備えた請求項１に記載の回転電機。
【請求項９】
前記端部板材を非磁性の金属により形成する請求項８に記載の回転電機。
【請求項１０】
前記板状部材を非磁性の金属により形成する請求項１に記載の回転電機。
【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構造に関係し、詳しくはコイル周辺部に冷却液路を設け、コイルを冷却する機能を有するコイル直冷式の回転電機の構造に関する。
【０００２】
【従来の技術】
近年、回転電機、例えば交流モータの高トルク化、高出力化が顕著である。一方で小型化に対する要求もより高くなってきている。
【０００３】
また、最近では永久磁石をロータコア内部に埋没し、なおかつ、コイルを集中巻きとした永久磁石埋め込み同期モータの開発が進んでいる。このようなモータとしては、例えば特開２０００−６９７１７号公報に開示されているようなものが知られている。
【０００４】
【発明が解決しようとしている問題点】
しかしながら、高トルク、高出力を得ながら小型化するためには、空冷、液冷を問わず何らかの冷却機能が必要となる。特に、ステータのコイル周辺ではコイルに流れる電流による発熱が大きいことから、冷却液を用いて冷却するのが不可欠となる。そのための手段として、例えばステータの突極間を樹脂モールドで塞ぎ、コイル周辺部を冷却液路とする方法がある。しかしこの方法では、特に小型化を狙ったモータでは樹脂を成形するための型を入れられる空間を十分にとるのが難しい。また、樹脂とステータコアとの接合部のシール性が十分に確保できず冷却液が漏れてしまうという問題があった。
【０００５】
そこで、本発明は、冷却通路を確実に形成できるステータ構造をもつ回転電機を供給することを目的とする。
【０００６】
【問題点を解決するための手段】
ロータに回転空隙を介してステータを配置した回転電機において、前記ステータが、前記ロータ方向に突出したティースを周方向に複数備えたステータコアと、前記ティースに巻装したコイルと、前記ティース間に形成された前記コイルを収容する空間であり、前記ロータ方向に開口したスロットと、を備える。さらに、前記スロットの開口部を閉塞するように前記ティースに溶接することにより冷却流体の流通路を形成する金属の板状部材と、を備える。
【０００７】
【作用及び効果】
スロットの開口部を閉塞するようにティースに溶接することにより冷却流体の流通路を形成する板状部材を備えることで、冷却流体を漏らさない流通路を形成することができる。このとき、樹脂を形成するための型を用いることなく流通路を形成することができ、小型の回転電機に対しても漏れを防いだ冷却流体の流通路を形成することができる。
【０００８】
【発明の実施の形態】
第１の実施形態では回転電機として、例えばロータ２１と、ロータ２１の外側に配置したステータ２３と、それらを収容するケース７により構成したモータ２２を用いる。図１にモータ２２の縦断面の構成を示す。
【０００９】
ロータ２１には、軸方向に貫通して埋め込まれた永久磁石１３を備える。ロータ２１の外周側には、回転空隙を介してステータ２３を配置することによりロータ２１が回転可能な構成とする。ステータ２３を円筒形状とし、同一形状で打ち抜かれた磁性体の薄板鋼板を軸方向に複数枚積層することにより構成する。
【００１０】
ステータ２３の軸方向両端部には、ステータ２３の内周面１ｃと同径の内面を持つ円筒形状の部材６を配置する。ステータ２３、ここでは後述するステータコア１および板状部材４と、円筒形状部材６とを、それらの接触部分である接合部６ａで溶接により接合させて、円筒形状部材６とケース７との間に閉空間８を構成する。この閉空間８をステータ２３の両端部にそれぞれ形成し、一方を供給側の閉空間８ａとして他方を排出側の閉空間８ｂとする。供給側の閉空間８ａにはケース７を貫通する冷却水取入れ口９を設け、同様に排出側の閉空間８ｂには冷却水取り出し口１０を設ける。ここで、冷却水取り入れ口９と冷却水取り出し口１０はモータ２２の中心から見て対称となる位置に形成する。
【００１１】
このように構成することで、冷却水は冷却水取り入れ口９からモータ２２に供給され、供給側の閉空間８ａを介して後述するようにステータ２３に形成した冷却水流路１４を軸方向に流れる。冷却水は、この冷却水流路１４を流れる際にステータ２３、特にコイル２の冷却を行う。その後、冷却水は排出側の閉空間８ｂに流れ出し、冷却水取り出し口１０からモータ２２の外部に排出される。
【００１２】
このようなモータ２２のステータ２３の構成を図２に示す。
【００１３】
ステータ２３は、周方向に均等に分割した分割コアを並べることにより円筒形状をなすステータコア１と、ステータコア１の一部で、ロータ２１に向かって突出するティース１ａに巻回したコイル２とから構成する。一つの分割コアに対して一つのティース１ａを形成し、周方向に隣り合うティース１ａ間には、軸方向にのびる空間からなるスロット３が形成される。ティース１ａに集中巻きにより巻装したコイル２はこのスロット３に収容される。
【００１４】
また、周方向に隣り合うティース１ａの先端を連結する板状部材４を備え、その板状部材４を用いてスロット３を径方向について密閉することで冷却水流路１４を形成する。ここでは、ティース１ａの先端部に周方向に突出する突出部１ｂを設け、この突出部１ｂ間を板状部材４により連結する。また、板状部材４を金属から構成し、突出部１ｂと板状部材４とを溶接することで、冷却水漏れを防いだ冷却水流路１４を形成することができる。
【００１５】
このとき、分割コアを組み合わせることにより構成したステータコア１の内周面１ｃを円形状に構成するので、ティース１ａの先端の断面は円弧を描くように構成する。そのため、板状部材４の周方向の幅が比較的大きい場合には、板状部材４はティース１ａの先端が構成する内周面１ｃと同心、同径となる円弧状になっているのが好ましい。ただし、ティース１ａ間距離が十分に小さい場合などは直線状であってもよい。
【００１６】
次に本実施形態のように回転電機、ここではモータ２２を構成した際の効果を説明する。
【００１７】
ステータ２３が、ティース１ａを周方向に複数備えたステータコア１と、ティース１ａに巻装したコイル２と、ティース１ａ間に形成されたコイル２を収容する空間であり、ロータ２１方向に開口したスロット３とを備える。さらに、スロット３の開口部を閉塞するようにティース１ａに溶接することにより冷却水流路１４を形成する金属からなる板状部材４を備える。これにより、冷却水漏れを防いだ冷却水流路１４を形成することができ、また構成する際に樹脂充填用の型などを用いないので小型の回転電機２２に対しても容易に冷却水流路１４を形成することができる。
【００１８】
また、ステータ２３の軸方向端部の少なくとも一方に、ここでは両端にステータ２３と同心で、ティース１ａおよび板状部材４に溶接により接合させた円筒状の円筒形状部材６を備える。これにより、閉空間８から冷却水流路１４に冷却水が流れる際の冷却水漏れを防ぐことができる。
【００１９】
さらに、ティース１ａの先端から周方向へ突出する突出部１ｂを設け、この突出部１ｂの先端に板状部材４を溶接する。これにより、溶接の作業を容易にすることができるとともに、板状部材４を正確な位置に溶接することができるので、冷却水流路１４を冷却に必要な冷却水量を流すことができる流路断面に形成することができる。
【００２０】
次に第２の実施形態について説明する。本実施形態のモータ２２の全体構造、およびステータ２３の構造を第１の実施形態と同様とする。ただし、円筒形状部材６と板状部材４とを一体化した冷却路構成部材１１を用いる。
【００２１】
図３に、ステータ２３の軸方向両端部に配置する円筒形状部材６とスロット３を塞ぐ板状部材４の一部とを、予め一体に構成した冷却路構成部材１１の形状を示す。冷却路構成部材１１は、前述の円筒形状部材６に当たる部位１１ａと、同じく板状部材４に当たる部位１１ｂとからなる。本実施形態では、二つの同一形状の冷却路構成部材１１をステータ２３の軸方向両端からそれぞれ挿入し、軸方向中央付近で部位１１ｂの先端どうしを溶接する。また、ティース１ａの先端の突出部１ｂと部位１１ｂを軸方向に、および、ステータコア１の軸方向端部と部位１１ａとを周方向に、それぞれ溶接することにより接合させる。
【００２２】
ここでは同一形状の二つの冷却液路構成部材１１をステータ２３の軸方向両端から突き当てる構成を説明したが、部材１１は同一形状でなくてもよい。例えば、スロットを塞ぐ板状部材４に相当する部位１１ｂが一方のみにあり、もう一方は円筒形状部材６にあたる部位１１ａのみというように構成してもよい。このときには、ステータ２３の軸方向端部のうち一方で部位１１ｂと１１ａ（円筒形状部材６）を溶接により接合することで冷却水流路１４を構成する。
【００２３】
次に、本実施形態の効果を説明する。ここでは第１の実施形態の効果に加えて以下のような効果を得ることができる。
【００２４】
ステータ２３の軸方向両端部に円筒形状部材６を備え、円筒形状部材６と板状部材４の一部を一体化させて冷却液路構成部材１１を形成する。二つの冷却液路構成部材１１の部材１１ｂを組み合わせることにより板状部材４を構成する。これにより、第１の実施形態と同様の効果を得ることができる構成をより少ない構成部品数で簡素に実現することができる。また、スロット３の軸方向中間部で接触する部材１１ｂを溶接により固定することで、板状部材４の断面形状と円筒形状部材６の形状を整合させる必要がなく、より確実に冷却水流路１４のシール性を確保することができる。
【００２５】
また、板状部材４を円筒形状部材６の一方と一体に形成し、板状部材４と一体に形成した円筒形状部材６と、他方の円筒形状部材６と、をステータ２３の軸方向端部にそれぞれ溶接する。そして、スロット３の軸方向端部で、板状部材４と、板状部材４を一体に形成していない円筒形状部材６とを溶接することによっても、上述したような効果を得ることができる。ただしこのときには、部位１１ｂ（板状部材４）の断面形状と部位１１ａ（円筒形状部材６）の形状を整合させる必要がある。
【００２６】
第３の実施形態について説明する。ここで用いるステータ２３の構成を図４に示す。また、その他の部分は、第１または第２の実施形態と同様の構成とする。
【００２７】
スロット３を塞ぐ板状部材４を、ティース１ａの内周面１ｃよりもコイル２側、ここでは突出部１ｂのコイル２側の基端に設置する。このとき、板状部材４をコイル２側に凸となるように婉曲させて配置する。このときも、第１、２の実施形態と同様に、ティース１ａと板状部材４の接触部分を溶接することにより接合する。
【００２８】
以下に、本実施形態に特有の効果を説明する。
【００２９】
ティース１ａの先端から周方向へ突出する突出部１ｂを設け、突出部１ｂの基端部のコイル２側に板状部材４を溶接することで、板状部材４と回転する永久磁石１３との距離が離れる。その結果、永久磁石１３を含むロータ２１が高速で回転したときに永久磁石１３により発生する磁束が板状部材４を通ることによって生じる渦電流損失を抑制し、モータ２２の効率の低減を抑制することができる。
【００３０】
次に、第４の実施形態について説明する。ここで用いるモータ２２のステータ２３の構成を図５に示す。また、その他の部分は、第１または第２の構成と同様とする。
【００３１】
ティース１ａの先端を、先端部以外の部分より周方向の幅が狭くなるように構成する。つまり、第１、第２の実施形態において突出部１ｂとして形成した周方向の凸部を反対に凹部となるように構成し、この凹部を引込み部１ｄとする。ここでは、ティース１ａの先端でコイル２の巻装部の幅より一段階狭くした部分を引込み部１ｄとし、隣り合うティース１ａの引込み部１ｄ間を板状部材４により連結する。このときも、第１、２の実施形態と同様に、ティース１ａと板状部材４を溶接により接合する。
【００３２】
このように、ティース１ａの先端の周方向の幅をコイル２の巻装部の幅より小さくし、ティース１ａの先端部とコイル２の巻装部との間の段差部に板状部材４を溶接することで、板状部材４をより外周側に溶接する作業性を容易にすることができる。
【００３３】
次に、第５の実施形態について図６を用いて説明する。ここでは、モータ２２の構成を第１〜４の実施形態のいずれか一つと同様とする。
【００３４】
ここでは、ステータコア１の軸方向両端部に、ステータコア１を構成する薄板鋼板より厚い溶接用部材１２を設ける。ここで、一般に、積層コアを構成するための薄板鋼板は、渦電流損失を効果的に抑制するため、０．０５〜０．５ｍｍ程度の厚さのものが使用されていることが多い。このような積層コアの軸方向端部にある一枚の鋼板に、先の実施形態で示したような円筒部材６または冷却液路構成部材１１を溶接にて固定すると、端部の一枚の鋼板が変形し、隣の鋼板と隙間を生じる恐れがある。
【００３５】
そこで、積層されたステータコア１の軸方向端部に、溶接用の厚い溶接用部材１２を設け、円筒部材６または冷却液路構成部材１１をこの溶接用部材１２に溶接する。また、ここでは、溶接用部材１２をステンレス等の非磁性金属により形成する。
【００３６】
以下、本実施形態特有の効果を説明する。
【００３７】
ステータ２３を、軸方向に鋼板を積層することにより構成し、軸方向両端部に鋼板より板厚が大きい溶接用部材１２を備える。これにより軸方向端部に円筒部材６または冷却路構成部材１１を溶接する際に、積層した鋼板が変形するのを防止し、溶接時の固定を確実なものとすることができる。
【００３８】
また、溶接用部材１２を非磁性の金属により形成することで、溶接用部材１２を通る漏れ磁束を極力抑制し、モータの出力低下、効率悪化を抑制することができる。
【００３９】
次に、第６の実施形態について説明する。ここでは、第１〜７のいずれか一つのモータ２２の構成と同様とする。ただし、スロット３を塞ぐ板状部材４および円筒形状部材６、またはこれらの機能を一体で実現する冷却液路構成部材１１を、ステンレス等の非磁性金属により形成する。板状部材４を非磁性の金属により形成することで、漏れ磁束を抑制し、モータ２２の出力低下、効率悪化を抑制することができる。
【００４０】
なお、上記実施の形態では回転電機をモータ２２としたが、本発明は回転電機としてジェネレータを用いてもよい。
【００４１】
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思想の範囲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】第１の実施形態に用いるモータの縦断面図である。
【図２】第１の実施形態に用いるモータのステータの構成図である。
【図３】第２の実施形態に用いる冷却液路構成部材の構成図である。
【図４】第３の実施形態に用いるモータのステータの構成図である。
【図５】第４の実施形態に用いるモータのステータの構成図である。
【図６】第５の実施形態に用いるステータ端部の構成図である。
【符号の説明】
１　　ステータコア
１ａ　ティース
１ｂ　突出部
２　　コイル
３　　スロット
４　　板状部材
６　　円筒形状部材（円筒部材）
１２　溶接用部材（端部板材）
１４　冷却水流路（流通路）
２１　ロータ
２２　モータ（回転電機）
２３　ステータ
【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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