(57)【要約】【課題】回転電機のケースの冷却性能向上を図る。【解決手段】内転型回転電機のステータの外周側に配置された回転電機のケース１において、内部に冷却流体が流通可能な冷却通路２が周方向に沿って設けられ、冷却通路２の内周側の内壁面１５には径方向に突出する複数のフィン１６が設けられ、複数のフィン１６は、軸方向中央部に配置されているフィン１６の径方向長さが、軸方向端部に配置されているフィン１６の径方向長さよりも長く、ケース１の外周面１２ａは、最大外径フィン１６ａに対応する軸方向位置で、径方向寸法が最も大きい最大外径部１４とされていて、ケース１の軸方向端部から最大外径部１４に向かうにしたがって、ケース１の外周面１２ａの径方向寸法を大きくする。【選択図】図３
2012100521.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
内転型回転電機のステータの外周側に配置された回転電機のケースにおいて、
内部に冷却流体が流通可能な冷却通路が周方向に沿って設けられ、前記冷却通路には径方向に突出する複数のフィンが設けられ、前記複数のフィンは、軸方向中央部に配置されているフィンの径方向長さが、軸方向端部に配置されているフィンの径方向長さよりも長いことを特徴とする回転電機のケース。
【請求項２】
前記ステータのステータコアの外周面と前記ケースの内周面とが面接触していることを特徴とする請求項１に記載の回転電機のケース。
【請求項３】
前記複数のフィンは、前記冷却通路の内周側の内壁面に形成されていることを特徴とする請求項１または請求項２に記載の回転電機のケース。
【請求項４】
前記複数のフィンは、前記軸方向端部に配置されているフィンから、前記軸方向中央部に配置されているフィンの内で最も径方向長さの長い最大外径フィンに向かうにしたがって、フィンの径方向長さが長くなることを特徴とする請求項１から請求項３のいずれか１項に記載の回転電機のケース。
【請求項５】
前記ケースの外周面と前記冷却通路の外周側の内壁面との間の肉厚が軸方向に沿って略一定とされており、
前記ケースの外周面は、前記最大外径フィンに対応する軸方向位置で、径方向寸法が最も大きい最大外径部とされていて、前記ケースの軸方向端部から前記最大外径部に向かうにしたがって、ケースの外周面の径方向寸法が大きくなることを特徴とする請求項４に記載の回転電機のケース。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
この発明は、内転型回転電機のケースに関するものである。
【背景技術】
【０００２】
ケースの内側に円環状のステータが固定され、このステータの内側においてロータが回転する内転型モータが知られている。ステータは、ステータコアの複数のスロットにコイルが巻回されて構成されており、前記コイルに例えば三相の電流を流すことで発生させた回転磁界によって、永久磁石を備えたロータを回転させる。
【０００３】
ところで、ステータのコイルに電流を流すとコイルおよびステータコアが発熱し、ステータコアの温度が上昇するので、外気への自然放熱だけに頼らず、前記ケースの内部に冷却通路を設け、この冷却通路に冷却流体を流通させることによって、ステータコアの熱をケースを介して冷却流体に放熱し、ステータの温度上昇を積極的に抑制するように構成したものがある。さらに、冷却通路の内面に、周方向に沿ってフィンを設けて、冷却性能を向上させたものもある（例えば、特許文献１参照）。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００４】
【特許文献１】特開２００７−７４８５２号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
冷却通路を備えた従来の回転電機のケースは、空気あるいは潤滑油などの流体との接触面積が、ステータコアの軸方向端部に比べてステータコアの軸方向中央部の方が小さい。そのため、ステータコアの軸方向中央部におけるステータコアの熱やスロット内のコイルの熱を放熱し難く、ステータコアの軸方向中央部が冷却され難く、ケース全体としての冷却性能が低くなるという課題がある。
【０００６】
そこで、この発明は、冷却性能の高い回転電機のケースを提供するものである。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
この発明に係る回転電機のケースでは、上記課題を解決するために以下の手段を採用した。
請求項１に係る発明は、内転型回転電機のステータ（例えば、後述する実施例におけるステータ５０）の外周側に配置された回転電機のケース（例えば、後述する実施例におけるケース１）において、内部に冷却流体が流通可能な冷却通路（例えば、後述する実施例における冷却通路２）が周方向に沿って設けられ、前記冷却通路には径方向に突出する複数のフィン（例えば、後述する実施例におけるフィン１６）が設けられ、前記複数のフィンは、軸方向中央部に配置されているフィンの径方向長さが、軸方向端部に配置されているフィンの径方向長さよりも長いことを特徴とする回転電機のケースである。
【０００８】
請求項２に係る発明は、請求項１に記載の発明において、前記ステータのステータコアの外周面と前記ケースの内周面（例えば、後述する実施例におけるステータ取付部１０の内周面１０ａ）とが面接触していることを特徴とする。
【０００９】
請求項３に係る発明は、請求項１または請求項２に記載の発明において、前記複数のフィンは、前記冷却通路の内周側の内壁面（例えば、後述する実施例における内壁面１５）に形成されていることを特徴とする。
【００１０】
請求項４に係る発明は、請求項１から請求項３のいずれか１項に記載の発明において、前記複数のフィンは、前記軸方向端部に配置されているフィンから、前記軸方向中央部に配置されているフィンの内で最も径方向長さの長い最大外径フィン（例えば、後述する実施例における最大外径フィン１６ａ）に向かうにしたがって、フィンの径方向長さが長くなることを特徴とする。
【００１１】
請求項５に係る発明は、請求項４に記載の発明において、前記ケースの外周面（例えば、後述する実施例における外周面１２ａ）と前記冷却通路の外周側の内壁面（例えば、後述する実施例における外壁部の内周面１２ｂ）との間の肉厚が軸方向に沿って略一定とされており、前記ケースの外周面は、前記最大外径フィンに対応する軸方向位置で、径方向寸法が最も大きい最大外径部（例えば、後述する実施例における最大外径部１４）とされていて、前記ケースの軸方向端部から前記最大外径部に向かうにしたがって、ケースの外周面の径方向寸法が大きくなることを特徴とする。
【発明の効果】
【００１２】
請求項１に係る発明によれば、軸方向中央部に配置されているフィンの径方向長さが、軸方向端部に配置されているフィンの径方向長さよりも長いので、全てのフィンの径方向長さを同一にした場合と比較して、軸方向中央部においてフィンと冷却流体との接触面積が大きくなり、軸方向中央部におけるケースから冷却流体への放熱量を大きくすることができる。したがって、従来は放熱し難かった軸方向中央部におけるステータコアの熱およびスロット内のコイルの熱を放熱し易くなり、ケースの冷却性能を向上させることができる。
【００１３】
請求項２に係る発明によれば、ケースの内周面とステータコアの外周面とが面接触しているので、ステータコアとケースとの間の熱伝導性が向上し、ステータコアの熱をケースを介して冷却流体あるいは空気に放熱し易くなり、冷却性能をさらに向上させることができる。
【００１４】
請求項３に係る発明によれば、ステータコアに近い冷却通路の内周側の内壁面にフィンが形成されているので、ステータコアの熱およびスロット内のコイルの熱を冷却流体に放熱し易くなり、ケースの冷却性能をさらに向上させることができる。
【００１５】
請求項４に係る発明によれば、軸方向端部に配置されているフィンから最大外径フィンに向かうにしたがってフィンの径方向長さが長くされているので、ケースの軸方向端部から軸方向中央部に接近するにしたがって、よりケースから冷却流体へ放熱し易くすることができ、ケースの冷却性能をより向上させることができる。
【００１６】
請求項５に係る発明によれば、軸方向端部に配置されているフィンから最大外径フィンに向かうにしたがってフィンの径方向長さを長くしても、各フィンの径方向先端と冷却通路の外周側の内壁面との離間寸法をほぼ同一寸法にすることができ、その結果、冷却流体を各フィンの間に均一に流れ易くすることができ、冷却通路における圧力損失を低減することができて、冷却性能がさらに向上する。
【図面の簡単な説明】
【００１７】
【図１】この発明の実施例における回転電機のステータおよびケースの外観斜視図である。
【図２】前記ステータおよびケースの断面図である。
【図３】前記ケースの断面図である。
【図４】前記ケースの一部を拡大して示す断面図である。
【図５】前記実施例の変形例におけるケースの一部を拡大して示す断面図である。
【発明を実施するための形態】
【００１８】
以下、この発明に係る回転電機のケースの実施例を図１から図４の図面を参照して説明する。なお、この実施例における回転電機はモータとしての態様である。
図１において符号１は、内転型モータ（回転電機）のケースであり、符号５０は前記モータのステータであって、ステータ５０はケース１の内側に固定されている。つまり、ケース１はステータ５０の外側に配置されている。
【００１９】
ステータ５０は、円環状のステータコア５１において径方向内側に突出するようにして形成された複数のティース５４と、隣接するティース５４，５４間に形成された複数のスロット５２と、複数のスロット５２に巻回される複数のコイル５３とから構成されている。このステータ５０の内側には、図示しないロータが配置され、コイル５３に三相の電流を流すことで回転磁界を発生させて、前記ロータを回転するようになっている。
【００２０】
ケース１は、アルミニウム製で、アルミダイキャスト加工により製造される。ケース１は、ステータ５０の外周を包囲するようにリング状をなし、ケース１の軸方向長さはステータコア５１の軸方向長さよりも長い。
【００２１】
ケース１の内部には、冷却水（冷却流体）が流通可能な冷却通路２が形成されており、ケース１の軸方向一端側の端面４には冷却水を導入するための冷却水入口孔５が設けられ、ケース１の外周面１２ａの軸方向他端側であって冷却水入口孔５から周方向に約１８０度離間した部位に、冷却水を排出するための冷却水出口孔７が設けられている。冷却水入口孔５と冷却水出口孔７は冷却通路２に連通している。
【００２２】
冷却通路２は、ケース１を鋳造する際に金型内にセットされた砂型中子を取り除くことによって形成されるが、ケース１の軸方向両側には、鋳造時に前記中子を前記金型内にて軸方向に位置決め支持するための複数の中子支え孔８が、周方向に所定の間隔で設けられている。また、ケース１の外周面１２ａには、前記中子を前記金型内にて径方向に位置決め支持するための２つの中子支え孔９が、互いに周方向に約１８０度離間して設けられている。図１では、中子支え孔９が１つだけ図示されている。これら中子支え孔８，９は、鋳造後に中子の砂を排出するための砂排出孔を兼ねている。これら中子支え孔８，９は冷却通路２に連通している。
【００２３】
図３，図４を参照して、冷却通路２について詳述する。図３は、ケース１を軸方向に沿って切った径方向一方の側の縦断面図であり、図４はその一部を拡大して示す断面図である。
ケース１は、軸方向中央部にステータ取付部１０が形成され、ステータ取付部１０よりも軸方向両側に連結端部１１が設けられていて、ステータ取付部１０は軸方向いずれにおいても同一内径、同一肉厚に形成されている。また、ステータ取付部１０の内径は連結端部１１の内径よりも若干小径とされている。このステータ取付部１０にステータ５０が焼き嵌め等の方法によって嵌合固定され、ステータ取付部１０の内周面１０ａとステータコア５１の外周面とが面接触するように形成されている。
【００２４】
冷却通路２はステータ取付部１０の外周を一周するように形成されている。冷却通路２は、ステータ取付部１０と、ステータ取付部１０の径方向外側に対向して設けられた外壁部１２と、ステータ取付部１０の軸方向端部と外壁部１２の軸方向端部と連結端部１１とを連結する側壁部１３とに囲まれて形成されている。
【００２５】
外壁部１２の外周面１２ａの外径は、外壁部１２の軸方向中央において最大外径となっていて、この最大外径部１４から軸方向端部に向かうにしたがって徐々に外径が小さくなっている。換言すると、外壁部１２の軸方向端部から最大外径部１４に向かうにしたがって、外壁部１２の外周面１２ａの径方向寸法が徐々に大きくなっている。つまり、外壁部１２の外周面１２ａは軸方向に対して傾斜しており、その傾斜角度は鋳造時における金型の抜き勾配となる。外壁部１２の外周面１２ａに抜き勾配を付けたことにより、軸方向に沿って金型を抜く際にケース１の損傷を抑制することができる。
【００２６】
また、外壁部１２の肉厚は、軸方向いずれの位置においても同一厚みに形成されている。換言すると、外壁部１２の外周面１２ａと冷却通路２の外周側の内壁面１２ｂ（すなわち、外壁部１２の内周面１２ｂ）との間の寸法（肉厚）は、軸方向に沿って一定とされている。
【００２７】
そして、ステータ取付部１０において冷却通路２に面する壁面、つまり冷却通路２の内周側の内壁面１５には、径方向外側に突出する多数のフィン１６が設けられている。フィン１６は、軸方向等間隔に配置されており、各フィン１６は内壁面１５の周方向に沿って延び、ステータ取付部１０を一周するリング状に形成されている。
【００２８】
フィン１６の幅（すなわち、軸方向寸法）はどのフィン１６も同一寸法となっている。また、フィン１６の高さ（すなわち、径方向長さ）は、同一フィン１６においては周方向に亘っていずれの位置においても同一高さとなっているが、フィン１６が異なると高さも異なっている。詳述すると、ステータ取付部１０の軸方向中央に配置されたフィン１６ａの高さが最も高く、この最大外径フィン１６ａから軸方向で最も端部に配置されたフィン１６（径方向長さｈ）までその高さがそれぞれ異なっており、最大外径フィン１６ａから軸方向端部に配置されたフィン１６（径方向長さｈ）に向かうにしたがって徐々に高さが低くなっている。換言すると、軸方向端部に配置されているフィン１６（径方向長さｈ）から最大外径フィン１６ａに向かうにしたがって、フィン１６の径方向長さが長くなっている。この実施例では、最大外径フィン１６ａと最大外径部１４は軸方向位置を一致させている。
【００２９】
各フィン１６の径方向先端と外壁部１２の内周面１２ｂとの離間寸法はほぼ同一になっている。但し、各フィン１６は周方向において部分的にブリッジ部１７が径方向外側に延び外壁部１２の内周面１２ｂにつながっている。つまり、各フィン１６と外壁部１２は周方向部分的にブリッジ部１７によって連結されている。ブリッジ１７を設けたことにより、ケース１の強度を向上することができる。図３では３つのフィン１６にのみブリッジ部１７が記載されているが、他のフィン１６も周方向の別の位置にブリッジ部１７を有している。
【００３０】
このように構成されたケース１にステータ５０を組み込んだ場合には、フィン１６の高さが、軸方向端部に配置されているフィン１６よりも軸方向中央部に配置されているフィン１６の方が高いので、全てのフィン１６の高さを同一とした場合に比較して、軸方向中央部においてフィン１６と冷却水との接触面積が大きくなり、軸方向中央部におけるケース１から冷却水への放熱量を大きくすることができる。したがって、従来は放熱し難かった軸方向中央部におけるステータコア５１の熱およびスロット５２内のコイル５３の熱を放熱し易くなり、ケース１の冷却性能を向上させることができる。
特に、軸方向端部に配置されているフィン１６から最大外径フィン１６ａに向かうにしたがって、フィン１６の高さを徐々に高くしているので、ケース１の軸方向端部から軸方向中央に接近するにしたがって、よりケース１から冷却水へ放熱し易くすることができ、ケース１の冷却性能をより向上させることができる。
【００３１】
また、外壁部１２の肉厚を軸方向いずれの位置においても同一とし、且つ、外壁部１２の軸方向端部から最大外径部１４に向かうにしたがって、外壁部１２の外周面１２ａの径方向寸法を徐々に大きくしているので、軸方向端部に配置されているフィン１６から最大外径フィン１６ａに向かうにしたがってフィン１６の高さを徐々に高くしても、各フィン１６の径方向先端と外壁部１２の内周面１２ｂとの離間寸法をほぼ同一寸法にすることができる。その結果、冷却水を各フィン１６の間に均一に流れ易くすることができ、冷却通路２における圧力損失を低減することができ、冷却性能がさらに向上する。
さらに、各フィン１６の径方向先端と外壁部１２の内周面１２ｂとの離間寸法をほぼ同一寸法にすることができるため、中子の径方向の厚みを確保することができる。したがって、中子の強度を上げることができ、中子を割れにくくすることができる。
【００３２】
また、ケース１のステータ取付部１０の内周面１０ａとステータコア５１の外周面とが面接触しているので、ステータコア５１とケース１との間の熱伝導性が向上し、ステータコア５１の熱をケース１を介して冷却水あるいは空気に放熱し易くなり、冷却性能をさらに向上させることができる。
【００３３】
さらに、ステータコア５１に近い冷却通路２の内周側の内壁面１５にフィン１６が形成されているので、ステータコア５１の熱およびスロット５２内のコイル５３の熱を冷却水に放熱し易くなり、ケース１の冷却性能をさらに向上させることができる。
【００３４】
なお、図５に示すように、ケースの外壁部１２の内周面１２ｂに外周側フィン１８を設けてもよい。外周側フィン１８を設けることにより、ケース１と冷却水の接触面積をさらに大きくすることができ、冷却性能をさらに向上させることができる。外周側フィン１８は、冷却通路２の内周側の内壁面１５に設けられた隣り合うフィン１６，１６の軸方向の中間に配置するのが好ましい。フィン１６と外周側フィン１８を軸方向同一位置に配置すると、冷却水が軸方向に流通するための隙間が狭くなり、流れにくくなるからである。
【００３５】
〔他の実施例〕
なお、この発明は前述した実施例に限られるものではない。
例えば、前述した実施例では、最大外径フィン１６ａから軸方向で最も端部に配置されたフィン１６までのフィン１６の高さがそれぞれ異なっており、最大外径フィン１６ａから軸方向端部に配置されたフィン１６に向かうにしたがって徐々に高さが低くなるようにしているが、例えば、軸方向の両方の端部側に配置されている複数個のフィン１６を端部フィン群とし、軸方向一端側の端部フィン群と他端側の端部フィン群との間に配置されている複数のフィン１６を中央フィン群とし、各フィン群内ではフィン１６の高さを同一高さとし、中央フィン群のフィン１６の高さを、端部フィン群のフィン１６の高さよりも高くするようにしてもよい。
また、回転電機はモータに限るものではなく、発電機（ジェネレータ）であってもよいし、モータジェネレータであってもよい。
また、冷却流体は冷却水に限るものではなく、冷却液あるいは冷却ガスであってもよい。
【符号の説明】
【００３６】
１  ケース
２  冷却通路
１０ａ  ステータ取付部の内周面（ケースの内周面）
１２  外壁部
１２ａ  外壁部の外周面（ケースの外周面）
１２ｂ  外壁部の内周面（冷却通路の外周側の内壁面）
１４  最大外径部
１５  冷却通路の内周側の内壁面
１６  フィン
１６ａ  最大外径フィン
【図１】
2012100521.tif 000003
【図２】
2012100521.tif 000004
【図３】
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【図４】
2012100521.tif 000006
【図５】
2012100521.tif 000007