(57)【要約】【課題】ステータコア、コイルをなるべく均等に、効率よく冷却する。【解決手段】ステータコア５のヨーク部１１から内周面側に突出するティース部１２の周囲に絶縁材１５を配置し、その外側から巻装されるコイル１６をティース部間のスロット１３内に収容し、スロット１３のステータコア内周面側の開口を閉塞してスロット内を冷媒が流通可能な冷却通路とする。さらにステータコア５を軸方向に多数の磁性鋼板を積層して構成し、軸方向の両端部位と、これらの間の中央部位とで、ヨーク部１１とティース部１２の高さの配分が異なるステータコア５を配置し、中央部位において、ティース部１１に巻き回したコイル１６の上面とヨーク部の下面の間に位置して冷却通路６と連通する隙間２１を形成する。【選択図】    図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
ステータコアのヨーク部から内周面側に突出するティース部の周囲に絶縁材を配置し、その外側から巻装されるコイルをティース部間のスロット内に収容し、前記スロットのステータコア内周面側の開口を閉塞してスロット内を冷媒が流通可能な冷却通路とする回転電機の冷却構造において、
前記ステータコアを軸方向に多数の磁性鋼板を積層して構成し、軸方向の両端部位と、これらの間の中央部位とで、ヨーク部とティース部の高さの配分が異なるステータコアを配置し、前記中央部位において、ティース部に巻き回したコイルの上面とヨーク部の下面の間に位置して前記冷却通路と連通する隙間を形成したことを特徴とする回転電機の冷却構造。
【請求項２】
前記隙間は、ティース部の側面にまで到達するように形成される請求項１に記載の回転電機の冷却構造。
【請求項３】
前記両端部位では、前記中央部位に比較してティース部の高さが低く形成される請求項１または２に記載の回転電機の冷却構造。
【請求項４】
前記隙間は、前記コイルの最上層と接触する前記絶縁材の上面と、前記ヨーク部の下面との間に形成される請求項１〜３のいずれか一つに記載の回転電機の冷却構造。
【請求項５】
前記隙間は、前記ヨーク部の下面に接触する前記絶縁材の下面と、前記コイルの最上層との間に形成される請求項１〜３のいずれか一つに記載の回転電機の冷却構造。
【請求項６】
前記隙間は、前記ヨーク部の下面と前記絶縁材の上面との間、及び前記絶縁材の下面と前記コイルの最上層との間にそれぞれ形成される請求項１〜３のいずれか一つに記載の回転電機の冷却構造。
【請求項７】
前記絶縁材は、前記ティース部の両側に配置され、前記ティース部に沿った側面部位と、ヨーク部の下面に沿った上面部位とからなる、断面がＬ字状の部材である請求項１〜６のいずれか一つに記載の回転電機の冷却構造。
【請求項８】
前記絶縁材は、前記ステータコアの前記両端部位と、中央部位に対応して、側面部位の長さが異なって形成される請求項７に記載の回転電機の冷却構造。
【請求項９】
前記両端部位に位置する絶縁材は、その側面部位の高さが、前記中央部位に位置する絶縁材の側面部位の高さよりも、低くなっている請求項８に記載の回転電機の冷却構造。
【請求項１０】
前記コイルは、前記両端部位に位置する絶縁材を基準にして、その最上層コイルが上面部位に接触するように多層に巻き回される請求項９に記載の回転電機の冷却構造。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
この発明はステータ内部に冷媒を流してステータ、コイルの冷却を行う回転電機の冷却構造に関する。
【０００２】
【従来の技術】
回転電機にあって発熱するステータ、コイルの冷却を行うために、ステータのコイルが収容されるスロット開口部にアンダープレート挿入して閉塞し、コイルエンド部をオイルジャケットで覆い、スロット内部を冷媒が流通する冷却通路とすることで、発熱部位を冷媒により直接冷却するものが、特許文献１によって提案されている。
【０００３】
【特許文献１】
特開２００１−１４５３０２号公報
【０００４】
【発明の解決すべき課題】
しかし、コイルが巻装されるステータコアのティース部の周囲には絶縁材が配置され、その上からコイルが巻き回され、これらの熱抵抗が大きいことから、コイルのステータコアに近い部位や、コイルに近接するステータ部位については冷却が必ずしも十分ではなく、局部的な温度上昇があり、温度分布にバラツキが生じるという問題があった。
【０００５】
本発明は、ステータコア、コイルをなるべく均等に、効率よく冷却することを目的とする。
【０００６】
【課題を解決するための手段】
本発明の回転電機は、ステータコアのヨーク部から内周面側に突出するティース部の周囲に絶縁材を配置し、その外側から巻装されるコイルをティース部間のスロット内に収容し、前記スロットのステータコア内周面側の開口を閉塞してスロット内を冷媒が流通可能な冷却通路とする。さらに回転電機は、前記ステータコアを軸方向に多数の磁性鋼板を積層して構成し、軸方向の両端部位と、これらの間の中央部位とで、ヨーク部とティース部の高さの配分が異なるステータコアを配置し、前記中央部位において、ティース部に巻き回したコイルの上面とヨーク部の下面の間に位置して前記冷却通路と連通する隙間を形成する。
【０００７】
【作用・効果】
したがって、ティース部に巻き回したコイルの上面とティース部の下面の間に位置して前記冷却通路と連通する隙間を形成し、ここに冷却水を導くことにより、コイルだけでなく、ヨーク部の下面を直接的に冷却したり、あるいは熱の抜けにくいヨーク部とティース部との隅部まで直接的に冷媒で冷却でき、ステータコアの温度のバラツキを抑えた均一的、効果的な冷却が可能となる。
【０００８】
【実施の形態】
以下、本発明の実施形態を図面を参照しながら詳細に説明する。
【０００９】
図１、図２は回転電機の全体構造を示し、図１は回転電機の回転軸を含む断面、図２は回転軸と直交する断面を示す。回転電機は、電動機または発電機などであり、この実施形態では、永久磁石式動機電動機に本発明を適用した場合について説明する。
【００１０】
図１において、回転電機のケース１は、円筒部１Ａとこの円筒部１Ａの軸方向の両端の開口を閉じる側板１Ｂ、１Ｃとから構成される。ケース１Ａ内には、回転軸２Ａに取付けられたロータ２が収容される。ロータ２は、ケース１の側板１Ｂ、１Ｃに軸受３により支持された回転軸２Ａと一体に回転する。ロータ２は図２にも示すように、その回転軸心回りに等間隔に配置された複数の永久磁石４を備え、隣り合う永久磁石４は互いに異なる磁極となるように設定される。
【００１１】
ケース１の円筒部１Ａの内周には、円筒型のステータコア５が、ロータ２の回りを取り囲むように配置され、このときステータコア５とロータ２の外周には所定の間隙が形成される。
【００１２】
ステータコア５は、図２に示すように、複数（この実施形態では１２個）に分割された分割コア１０を円環状に連ねて構成される。各分割コア１０は、ヨーク部１１とティース部１２とを備えた略Ｔ字状に形成されている。ティース部１２はヨーク部１１の中央からステータコア５の内周側に突出させて形成される。
【００１３】
各分割コア１０は、略Ｔ字状の所定の厚さの磁性鋼板を回転軸２Ａの軸方向に多数を積層して、ステータコア５が所定の長さとなるように構成される。
【００１４】
各分割コア１０を円環状に配列したときに、各ティース部１２の間にはスロット（溝部）１３が形成される。各ティース部１２には、その周囲に絶縁材１５を配置した後、その外側からコイル１６を巻装する。コイル１６は、各ティース部１２の間にスロット１３に収容されるが、コイル１６の巻層は必要に応じて複数層に設定される。
【００１５】
各ティース部１２の先端間には、スロット１３の開口部を閉塞するプレート１７を配置し、プレート１７とティース部１２とは樹脂のシール部１８により一体にモールドして開口部を完全に密閉する。このようにして、スロット１３の内部に冷却液の流通が可能な冷却通路６を構成する。
【００１６】
前記シール部１８の一部は、図１に示すように、ステータコア５の両端から延び出す筒部１８Ａを構成し、この筒部１８Ａの先端がケース１Ｂ、１Ｃの内面に液密に嵌合し、これらによりケース１の内側には、ステータコア５の両端に位置して環状の冷却ジャケット７Ａ、７Ｂを形成する。冷却ジャケット７Ａ、７Ｂはコイル１６のエンド部分を収容し、かつ各スロット１３内を軸方向に延びる冷却通路６の両端と連通する。冷却ジャケット７Ａには円筒部１Ａを貫通して設けた冷媒入口８Ａが、また冷却ジャケット７Ｂには円筒部１Ａを貫通して設けた冷媒出口８Ｂが接続し、これらより冷却ジャケット７Ａから導入した冷媒を、各冷却通路６をロータ回転軸方向に流し、この間にステータコア５とコイル１６等の冷却を行い、反対側の冷却ジャケット７Ｂから外部へと循環させる。
【００１７】
冷媒よるステータコア５、コイル１６の冷却をできるだけ均等、かつ効率的に行うために、第１の実施形態にあっては、図３、図４に示すように、ティース部１２に巻き回すコイル１６と、ヨーク部１１との間に隙間２１を設け、この隙間２１に冷媒を導くようにしている。
【００１８】
図３はスロット１３に沿っての分割コア１０の側面であり、図４はスロット１３と直交する方向から見た分割コア１０の端面、及び異なる断面を示している。
【００１９】
分割コア１０はロータ回転軸方向に多数が積層されてステータコア５を構成するが、軸方向の両端部位と、これら挟まれた中央部位とでは、分割コア１０の形状が異なり、両端部位の分割コア１０Ａに対して中央部位の分割コア１０Ｂは、図４に示すように、ステータコア内周側へのティース部１２Ｂの高さが長く、かつヨーク部１１Ｂの高さは短く設定されている。
【００２０】
すなわち、分割コア１０Ａと１０Ｂは、ステータコア外周面から内周面までの高さ、すなわち半径方向の全長は、互いに等しいが、ヨーク部１１Ａとティース部１２Ａの半径方向の高さの比率が、ヨーク部１１Ｂとティース部１２Ｂの半径方向の高さの比率と異なっている。
【００２１】
分割コア１０Ａ、１０Ｂのティース部１２Ａと１２Ｂの回りには、絶縁材１５を介在させた状態でコイル１６が集中巻きされるが、絶縁材１５は、所定の厚みをもった板状の部材で形成され、ステータコア５の軸方向において、各ティース部に対して、ティース部１２Ａ、１２Ｂの両側面に沿った側面部位１９Ａと、ヨーク部１１Ａ、１１Ｂの下面に沿った上面部位１９ＢとからなるＬ字状に形成された、一対を一組として構成される。
【００２２】
なお、コイルエンド部位は、左右の絶縁材１５を連結する部材１９Ｃによってティース部１２の端面が覆われる。
【００２３】
絶縁材１５は、左右一対として、分割コア１０のティース部１２の両側に配置されるが、両端部位の分割コア１０Ａのヨーク部１１Ａの下面に、絶縁材１５の上面部位１９Ｂを密着させた状態で、コイル１６をその外側から巻き回すことで、中央部位の分割コア１０Ｂについては、ヨーク部１１Ｂの下面と絶縁材１５の上面部位１９Ｂとの間に隙間２１が形成される。
【００２４】
この隙間２１はスロット１３に面して開口し、したがって、スロット内の冷却通路６に冷媒を流通させると、この冷媒が隙間２１にも侵入するようになっている。
【００２５】
このように構成したので、ステータコア５の軸方向に延びるスロット内の冷却通路６に冷媒を流通させると、冷媒は冷却通路６に面したコイル１６を直接的に冷却し、また、ステータコア軸方向について、大部分を占める、中央部位にある分割コア１０Ｂのヨーク部１１Ｂと、絶縁材１５の上面部位１９Ｂとの間に形成される隙間２１にはも冷媒が流入し、このため、ヨーク部１１Ｂの下面と、コイル１６の上面とが直接的に冷媒よる冷却作用を受ける。とくに、ヨーク部１１Ｂの下面と、ティース部１２Ｂとがつながる隅部は、複数層に巻き回れるコイル１６により覆われ、最も熱の逃げにくい部分となっているが、このようにティース部１２Ｂに達する隙間２１に冷媒が侵入することで、局部的に温度上昇しやすい部位を効果的に冷却することが可能となるのである。
【００２６】
したがって、本実施形態によれば、ステータコア５の軸方向について、両端部位と中央部位との分割コア１０Ａ、１０Ｂのヨーク部１１Ａ、１１Ｂと、ティース部１２Ａ、１２Ｂとの高さの比率（高さの配分）を異なって設定し、両端部位を基準にして巻き回したコイル１６の最上層と、ヨーク部１１Ｂの下面との間に隙間２１を形成し、ここに冷媒が侵入するようにしたので、熱の抜けにくいヨーク部１１Ｂとティース部１２Ｂとの隅部まで直接的に冷媒で冷却でき、温度のバラツキを抑えた効果的な冷却が可能となる。
【００２７】
また、両端部位の分割コア１０Ａのティース部１２Ａの高さ低く設定し、ここを基準にしてコイル１６を巻き回すことで、中央部位の分割コア１０Ｂのヨーク部１１Ｂの下面に自動的に隙間２１を形成することができ、コイル１６の巻き線動作の作業効率を低下させずに、しっかりとコイル１６の巻装することが可能となる。
【００２８】
また、コイル１６は絶縁材１５の側面部位１９Ａと上面部位１９Ｂに密着しているので、コイル１６の巻き崩れが無く、安定して巻き線することができる。
【００２９】
絶縁材１５は同一形状のものを用いるので、部品点数が少なく、生産性も向上する。
【００３０】
次に、図５、図６に示す第２の実施形態について説明する。
【００３１】
主として第１実施形態と相違する部分を中心に説明すると、この実施形態では、両端部位の分割コア１０Ａと、中央部位の分割コア１０Ｂは、第１実施形態と同じように構成、つまり中央部位の分割コア１０Ｂの方が、半径方向にティース部１２Ｂの長さが長く、ヨーク部１１Ｂの長さが短く構成されることは同じであるが、絶縁材１５が、これら分割コア１０Ａ、１０Ｂに対応して、ステータコア５の軸方向に異なった形状に形成されている。
【００３２】
すなわち、絶縁材１５は、それぞれ両端部位に対応した絶縁材１５Ａと、中央部位に対応した絶縁材１５Ｂとから構成され、絶縁材１５Ｂはティース部１２Ｂの長さに対応して側面部位１９Ａの長さが、絶縁材１５Ａよりも長く設定されている。
【００３３】
コイル１６は両端部位の分割コア１０Ａを基準にして巻き回され、このためコイル１６の最も上層を絶縁材１５Ａの上面部位１９Ａと密着させても、中央部位の分割コア１０Ｂについては、コイル１６の最上層は、絶縁材１５Ｂの上面部位１９Ｂに達することがなく、これらの間に隙間２１Ａが形成される。
【００３４】
コイル１６は巻線機などにより線材が、ステータコア５の軸方向の両端と、スロット１３を通って巻き回されるが、コイル１６の巻層が両端部の形状に応じて規制されることから、スロット軸方向の中央部分では、絶縁材１５Ｂの上面部位１９Ｂに密着することができず、隙間２１Ａができるのである。
【００３５】
このようにして、本実施形態によれば、中央部位の分割コア１０Ｂのヨーク部１１Ｂの下面には絶縁材１５Ｂの上面部位１９Ｂが接触するが、その上面部位１９Ｂとコイル１６の最上層との間には隙間２１Ａが形成されるので、冷媒がこの隙間２１Ａにも入り込み、これによりヨーク部１１Ｂの下面と、コイル１６の最上層を直接的に冷却するので、最も熱の抜けにくい部位を効果的に冷却することができ、温度の局部的な過上昇を抑制できる。
【００３６】
次に、図７、図８に示す第３の実施形態について説明する。
【００３７】
この実施形態は、絶縁材１５Ｂの位置が、第１の実施形態と第２の実施形態の中間にあり、これにより絶縁材１５Ｂの上面部位１９Ｂとヨーク部１１Ｂとの間、及び上面部位１９Ｂとコイル１６の最上層との間にそれぞれ隙間２１Ａと２１Ｂが形成される。
【００３８】
前記第２実施形態と同じように、両端部位の分割コア１０Ａと、中央部位の分割コア１０Ｂは、中央部位の分割コア１０Ｂの方が、半径方向にティース部１２Ｂの長さが長く、ヨーク部１１Ｂの長さが短く構成され、また、絶縁材１５が、これら分割コア１０Ａ、１０Ｂに対応して、ステータコア５の軸方向に異なった形状、すなわち、それぞれ両端部位に対応した絶縁材１５Ａと、中央部位に対応した絶縁材１５Ｂとから構成される。
【００３９】
ただし、中央部位の絶縁材１５Ｂについては、その上面部位１９Ｂが、分割コア１０Ｂのヨーク部１１Ｂの下面に密着させず、かつコイル１６の最上層とも密着しないような位置に配置することで、両端部位の分割コア１０Ａを基準にコイル１６を巻き線したときに、隙間２１Ａと２１Ｂが形成されるようにする。
【００４０】
このようにして、本実施形態では、絶縁材１５Ｂの上面部位１９Ｂと、ヨーク部１１Ｂの下面、またコイル１６の最上層との間に隙間２１Ａ、２１Ｂが形成されるので、コイル１６の上面と、ヨーク部１１Ｂの下面とを冷媒により直接的に冷却することができ、熱の逃げにくい部位を効果的に冷却し、温度の局部的な上昇を抑制できる。
【００４１】
本発明は上記した実施形態に限定されるわけではなく、特許請求の範囲に記載した技術的思想の範囲内で、当業者がなしうるさまざまな変更、改良が含まれることは明白である。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の第１実施形態を示し、回転電機の軸方向に沿った断面図である。
【図２】同じく回転電機の軸に直交するステータ、ロータの断面図である。
【図３】ステータコアのスロット方向に沿った側面図である。
【図４】ステータコアのスロットと直交する面を示し、（ａ）はＡ−Ａ矢示図、（ｂ）はＢ−Ｂ矢示図、（ｃ）はＣ−Ｃ矢示図である。
【図５】第２実施形態を示し、ステータコアのスロット方向に沿った側面図である。
【図６】同じくステータコアのスロットと直交する面を示し、（ａ）はＡ−Ａ矢示図、（ｂ）はＢ−Ｂ矢示図、（ｃ）はＣ−Ｃ矢示図である。
【図７】第３実施形態を示し、ステータコアのスロット方向に沿った側面図である。
【図８】同じくステータコアのスロットと直交する面を示し、（ａ）はＡ−Ａ矢示図、（ｂ）はＢ−Ｂ矢示図、（ｃ）はＣ−Ｃ矢示図である。
【符号の説明】
１  ケース
２  ロータ
５  ステータコア
６  冷却通路
１０，１０Ａ，１０Ｂ  分割コア
１１，１１Ａ，１１Ｂ  ヨーク部
１２，１２Ａ，１２Ｂ  ティース部
１３  スロット
１５，１５Ａ，１５Ｂ  絶縁材
１６  コイル
１９Ａ  側面部位
１９Ｂ  上面部位
２１，２１Ａ，２１Ｂ  隙間
【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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