(57)【要約】【課題】回転電機の製造時における組立が容易であり、ステータコアから冷却路への抜熱が良好である回転電機のステータ構造を提供する。【解決手段】本発明に係る回転電機のステータ構造は、ステータコア１にコイル２を巻装して当該ステータコア１を筐体に固定してなるステータ５と、ロータ６とを具える回転電機であって、前記ステータコア１の外周側部分に軸方向に延びる複数の貫通穴１０を設け、当該複数の貫通穴１０のうちいくつかを冷却路として使用し、残りの貫通穴を、前記ステータコアを前記筐体に固定する固定手段を挿通する挿通穴として使用することを特徴とする。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
ステータコアにコイルを巻装して当該ステータコアを筐体に固定してなるステータと、ロータとを具える回転電機であって、前記ステータコアの外周側部分に軸方向に延びる複数の貫通穴を設け、当該複数の貫通穴のうちいくつかを冷却路として使用し、残りの貫通穴を、前記ステータコアを前記筐体に固定する固定手段を挿通する挿通穴として使用することを特徴とする回転電機のステータ構造。
【請求項２】
前記冷却路を、前記貫通穴に冷却管を挿通して構成し、当該冷却管を前記貫通穴に挿入した後、当該冷却管を内部加圧して拡径することで、ステータコアを構成する複数の電磁鋼板を相互に締結することを特徴とする請求項１に記載の回転電機のステータ構造。
【請求項３】
前記冷却路と前記挿通穴とを周方向に交互に設けることを特徴とする請求項１もしくは２に記載の回転電機のステータ構造。
【請求項４】
ステータコアにコイルを巻装して当該ステータコアを筐体に固定してなるステータと、ロータとを具える回転電機であって、前記ステータコアの外周側部分に軸方向に延びる複数の貫通穴を設け、当該複数の貫通穴の全てを冷却路として使用し、前記冷却路を、前記貫通穴に冷却管を挿通して構成し、当該冷却管によりステータコアを筐体に固定することを特徴とする回転電機のステータ構造。
【請求項５】
前記冷却管を前記貫通穴に挿入した後、当該冷却管を内部加圧して拡径することで、ステータコアを構成する複数の電磁鋼板を相互に締結することを特徴とする請求項４に記載の回転電機のステータ構造。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、電気自動車やハイブリッド車、その他の産業用機器に用いられる回転電機のステータ構造に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
ロータに永久磁石を設けた回転電機は、損失が少なくかつ効率がよく、出力が大きい等の理由により電気自動車やハイブリッド車もしくは産業用機械に数多く使用されている。このような回転電機においては、ステータコアを冷却するために、例えば特許文献１、特許文献２に記載されているように、回転電機の筐体に冷却路を構成し、ステータコアを冷却することが行われている。ところがこのような構造の回転電機においては、ステータコアから筐体の冷却路への抜熱を確保するためには、ステータコアを筐体に密着させる必要があり、回転電機の製造にあたり具体的には、ステータコアを筐体へ圧入または焼嵌するなど、やや困難な組立方法を採用しなければならないと言う問題点があった。
【０００３】
一方、組立性を改善するために、特許文献３および４に記載されているように、ステータコアを筐体にボルト等で簡易に固定する構造も考えられるが、ステータコアを筐体へボルト等で固定する場合は、ステータコアをあらかじめ筐体にはめ込むにあたり、嵌合部に隙間を設ける必要があり、当該隙間の熱抵抗の高さに起因して、ステータコアから筐体の冷却路への抜熱が悪化してしまうと言う問題点があった。
【０００４】
また、冷却路によるステータコアの冷却効果を高めるために、特許文献５に記載されているように、ステータコアの外周側に軸方向に延びる凹部を設けて、当該凹部をサイドプレートで覆うことにより冷却路を構成し、ステータコアの両端を、冷却液を供給するエンドプレートで挟み込む構造が提案されているが、このような構造の回転電機では、ステータコアの外部に露出する部分について防錆処理を施さなくてならないなどの問題点があった。
【特許文献１】特開２００４−２２９４１８号公報
【特許文献２】特開平６−３２７１８０号公報
【特許文献３】特開平７−３１０８６号公報
【特許文献４】特開平６−２４５４１５号公報
【特許文献５】特開平９−５１６５６号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
本発明は上述したところの課題を解決することを目的とするものであり、その目的は、回転電機の製造時における組立が容易であり、ステータコアから冷却路への抜熱が良好である回転電機のステータ構造を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【０００６】
本発明に係る回転電機のステータ構造は、ステータコアにコイルを巻装して当該ステータコアを筐体に固定してなるステータと、ロータとを具える回転電機であって、前記ステータコアの外周側部分に軸方向に延びる複数の貫通穴を設け、当該複数の貫通穴のうちいくつかを冷却路として使用し、残りの貫通穴を、前記ステータコアを前記筐体に固定する固定手段を挿通する挿通穴として使用することを特徴とする。
【発明の効果】
【０００７】
これによれば、ステータコアの筐体への固定をボルト等の固定手段で行うことにより、回転電機の組立を容易なものとすることができ、ステータコアの外周側部分に冷却路を設けることにより、ステータコアから冷却路への抜熱を良好なものとすることができる。加えて、冷却路および挿通穴を、複数の貫通穴を振り分けて設けることにより、ステータコアを構成する電磁鋼板の転積を容易なものとすることができる。ここで、転積とは、電磁鋼板の製造時に圧延方向に生じる磁気特性の偏りを相殺するために、電磁鋼板を一定角度ずつ回転させて積層することを言う。さらに、特許文献５に記載の回転電機に比べて、ステータコアを外部に露出させることがないため、ステータコアの露出部分に防錆処理を施すことを省略することができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【０００８】
以下、本発明の実施の形態を図面に基づいて説明する。
図１は本発明に係る回転電機のステータ構造の一実施形態を中心軸線を含んで示す模式断面図である。
この回転電機は、ステータコア１にコイル２を巻装して、当該ステータコア２を、筐体を構成するケース３とカバー４のうち、ケース３に固定して構成されるステータ５と、ロータ６とを具える。ロータ６はロータコア７にシャフト８を嵌合して構成され、シャフト８は前記ケース３に軸受９を介して回転自在に支持される。
【０００９】
前記ステータコア１の外周側部分には、軸方向に延びる複数の貫通穴１０が設けられ、当該複数の貫通穴１０のうちいくつかを冷却路として使用し、残りの貫通穴１０を、前記ステータコアを前記筐体に固定する固定手段としてのボルト１１を挿通する挿通穴として使用する。（請求項１に相当）
図１中下半分では、冷却路として使用する貫通穴１０を含む断面を示し、上半分では挿通穴として使用する貫通穴１０を含む断面を示すものとする。
【００１０】
冷却路として使用される貫通穴１０には、冷却管１２がその外周面を貫通穴１０の内周面に密着させるよう挿入されるとともに、ケース３には、略円環状の流路１３と、当該流路１３と冷却管１２を連通する流入部１４とが設けられ、カバー４には、流路１２と冷却管１１を連通する流出部１５が設けられる。これらのことにより、冷却系統が構成され、流路１３内の冷媒は、流路１３、流入部１４、冷却管１２、流出部１５、流路１３の順番に循環され、ステータコア１から冷却管１１内の冷媒へと抜熱がなされる。
【００１１】
この冷却系統に用いられる冷媒としては、通常冷却水を用いることが一般的であるが、冷却油等を用いることも可能である。また、ボルト１１についても、リベット等の他の固定手段とすることも可能である。
なお、図１中１６はカバー４に対して、冷却管１２を挿入する冷却管挿入穴を示し、１７ａ、１７ｂは流路１３に冷媒を流出入する、流入路１７ａ、流出路１７ｂを示し、１８ａ、１８ｂは流路プラグを示す。
【００１２】
図１に示す回転電機において、コイル２を図示しないインバータにより励磁すると、ステータ５の周方向に回転磁界が形成され、周方向に交互に極性が異なる複数の図示しない永久磁石が埋設されたロータ６がステータ３の発生する回転磁界に吸引反発されてロータ６は回転磁界と同期速度で回転する。
【００１３】
図２は本発明に係る回転電機のステータ構造の一実施形態を示す模式斜視図である。
ここでは、コイルおよび、ステータコアの内周側に形成されるコイルを巻装するためのティースは図示を省略している。
図２に示すように、ステータコア７は電磁鋼板を積層して構成され、その外周側部分に、ここでは外周側に突出する部分を設けて当該部分に、四つの貫通穴１０を周方向に等間隔に設け、図２中左右一対の貫通穴１０については固定手段としてのボルト１１を挿通する挿通穴として使用し、上下一対の貫通穴１０については、冷却管１２を挿入する冷却路として使用する。
【００１４】
このように貫通穴１０を周方向に等間隔に設けることにより、ステータコア７を電磁鋼板を積層して構成する際に、電磁鋼板の製造時に圧延方向に生じる磁気特性の偏りを相殺するために、電磁鋼板を一定角度ずつ回転させて積層する、いわゆる転積を可能にすることができる。もちろんそれぞれの貫通穴１０の径を一致させることが必要であることは言うまでもない。
【００１５】
図３は本発明に係る回転電機のステータ構造の一実施形態を中心軸線方向から見て示す模式図である。
ここでも、コイルおよび、ステータコアの内周側に形成されるコイルを巻装するためのティースは図示を省略している。
【００１６】
図３（ａ）はステータコア７の外周側部分、ここでは外周側に突出する四つの耳状部分を周方向に等間隔に設けて、当該部分に、四つの貫通穴１０を周方向に等間隔に設け、左右一対の貫通穴１０ｘについては固定手段としてのボルト１１を相通する挿通穴として使用し、上下一対の貫通穴１０ｙについては、冷却管１２を挿入する冷却路として使用し、挿通穴と冷却路を周方向に交互に設けて、（請求項３に相当）冷却路を周方向に等間隔に設けたものである。これらのことにより、ステータコア７から冷却路への抜熱を周方向に均等に行い、ステータコア７を周方向に均等に冷却することができる。
【００１７】
図３（ｂ）はステータコア７の外周側部分、ここでは外周側に突出する六つの耳状部分を周方向に等間隔に設けて、当該部分に、六つの貫通穴１０を周方向に等間隔に設け、上下一対の貫通穴１０ｘについては固定手段としてのボルト１１を相通する挿通穴として使用し、それ以外の貫通穴１０ｙについては、冷却管１２を挿入する冷却路として使用して、冷却路を周期的に配置したものである。これによれば、ステータコア７から冷却路への抜熱する箇所を増やして、ステータコア７をより効果的に冷却することができる。
【００１８】
図３（ａ）および図３（ｂ）においては、ステータコア７に外周側に突出する耳状部分を設けてそこに貫通穴１０を設けたが、図３（ｃ）に示すように、ステータコア７の外周側部分に、つまりは外周円の内側に位置する部分に、六つの貫通穴１０を周方向に等間隔に設けてもよい。
【００１９】
表１は、前述した貫通穴１０を三個から十二個までとした場合の、挿通穴１０ｘと冷却路１０ｙの順列例を示したものである。表１中では便宜上、挿通穴はｘで、冷却路はｙで示す。
ボルトによるステータコアの筐体への固定と、冷却路によるステータコアの抜熱及び冷却の両立を図る上では、挿通穴と冷却路を周期的に配置することが好ましく、そのためには、貫通穴１０を偶数個設けることが好ましいが、ボルトによるステータコアの筐体への固定が担保されれば、奇数個設けてもかまわない。
【００２０】
【表１】
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図４は本発明に係る回転電機のステータ構造の一実施形態を冷却管を含む断面で示す模式断面図である。
冷却路を、貫通穴１０に冷却管１２を挿通して構成し、冷却管１２を貫通穴１０に挿入した後、冷却管１２を内部加圧して、冷却管１２のステータコア７の軸方向外側に位置する部分を、図４に示すように拡径することで、ステータコア７を構成する複数の電磁鋼板を相互に締結する。（請求項２に相当）
【００２１】
これにより、従来は電磁鋼板を、かしめ、溶接、接着等の手段により相互に締結していたのを、これらの固定専用の構造を用いずに、複数の電磁鋼板を相互に締結することができる。
これに加えて、冷却管のステータコア７に挿入された部分を拡径して、冷却管１２の外周面を貫通穴１０の内周面に密着させることができるので、ステータコア７から冷却管１２内の冷媒への抜熱をより効果的に行うことができ、ステータコア７をより効果的に冷却することができる。
【００２２】
冷却管１２の軸方向両端部１２ａおよび１２ｂはそれぞれ、図１に示したカバー４とケース３に挿入嵌合されるが、この嵌合をタイトにすることにより、前述したようなボルトを用いずに、冷却管１２によって、ステータコア７を筐体に固定することができる。
このように、冷却管１２によって、ステータコア７を筐体に固定する場合は、冷却管１２自体にモータトルク伝達に耐える強度が要求され、冷却管１２を肉厚に構成するなどの補強が必要となるが、以下に示すように、固定手段としてのボルトを廃止して、貫通穴１０の全てを冷却路とすることができることから、冷却性能を高め全周にわたって偏りのない冷却を実現することができる。
【００２３】
ここで、複数の貫通穴１０の全てを冷却路として使用し、冷却路を、貫通穴１０に冷却管１２を挿通して構成し、冷却管１２によりステータコアを筐体に固定することもでき、（請求項４に相当）これによれば、固定手段としてのボルトを廃止することができるとともに、冷却路の数を増やすことができるので、ステータコア７の冷却をより効果的に行うことができる。
【００２４】
なお、このように複数の貫通穴１０の全てを冷却路として使用する場合でも、貫通穴１０に冷却管１２を挿通して構成し、冷却管１２を貫通穴１０に挿入した後、冷却管１２を内部加圧して、冷却管１２のステータコア７の軸方向外側に位置する部分を、図４に示すように拡径することで、ステータコア７を構成する複数の電磁鋼板を相互に締結することができる。（請求項５に相当）
【００２５】
これによれば、従来は電磁鋼板を、かしめ、溶接、接着等の手段により相互に締結していたのを、これらの固定専用の構造を用いずに、複数の電磁鋼板を相互に締結することができる。
これに加えて、冷却管のステータコア７に挿入された部分を拡径して、冷却管１２の外周面を貫通穴１０の内周面に密着させることができるので、ステータコア７から冷却管１２内の冷媒への抜熱をより効果的に行うことができ、ステータコア７をより効果的に冷却することができる。
【００２６】
図５は、本発明に係る回転電機のステータ構造の冷媒の流れを軸方向から見て示す模式図である。
図５中の符号は図１に示したものと一致させており、図５中→は冷媒の流れを示す。
冷媒は、流入路１７ａからケース３に設けられた流路１３に流入され、流路１３と、ケース３にドリル加工や鋳抜きで形成された半径方向に延びる流入部１４とを介して、冷却管１２に供給され、さらにカバー３に半径方向に対して傾斜して設けられた流出部１５を通って、流入路１７ａとは反対側に位置する流路１３に供給され、さらに、第二の流入部１４、冷却管１２および流出部１５を通って、流路１３に供給され、流出路１７ｂから排出される。
【００２７】
なお、本発明は、上記実施の形態にのみ限定されるものではなく、幾多の変形または変更が可能である。また、発明の実施するための最良の形態においては、回転電機の動作説明を交流同期モータにおいて行っているが、本発明の回転電機のステータ構造は、直流ブラシレスモータや、誘導モータに適用することも可能である。
【産業上の利用可能性】
【００２８】
本発明は、回転電機のステータに用いて好適なものであり、回転電機の製造時における組立を容易とし、ステータコアから冷却路への抜熱を良好なものとすることができるものである。
【図面の簡単な説明】
【００２９】
【図１】本発明に係る回転電機のステータ構造の一実施形態を中心軸線を含んで示す模式断面図である。
【図２】本発明に係る回転電機のステータ構造の一実施形態を示す模式斜視図である。
【図３】本発明に係る回転電機のステータ構造の一実施形態を中心軸線方向から見て示す模式図である。
【図４】本発明に係る回転電機のステータ構造の一実施形態を冷却管を含む断面で示す模式断面図である。
【図５】本発明に係る回転電機のステータ構造の冷媒の流れを軸方向から見て示す模式図である。
【符号の説明】
【００３０】
１  ステータコア
２  コイル
３  ケース
４  カバー
５  ステータ
６  ロータ
７  ロータコア
８  シャフト
９  軸受
１０  貫通穴
１１  ボルト
１２  冷却管
１３  流路
１４  流入部
１５  流出部
１６  冷却管挿入穴
１７ａ  流入路
１７ｂ  流出路
１８ａ  流路プラグ
１８ｂ  流路プラグ
【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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