(57)【要約】【課題】外形が多角形状のステータコアを備える電動機において、ステータコア全体に亘って冷却能力を均等にすることを目的とする。【解決手段】ロータ収納孔１５、およびロータ収納孔１５の外周側に複数の冷却通路２０を有したステータコア１４と、ロータ収納孔１５内で回転自在に設けられたロータ１８と、を有した電動機１０であって、ステータコア１４は、複数の角部Ｃ１〜Ｃ８を有する多角形状の横断面をなし、各々の角部Ｃ１〜Ｃ８に属する複数の冷却通路２０（２０−１〜２０−６）の間に設けられるリブは、当該角部Ｃ１から離れるのにつれて、当該角部Ｃ１に向けた傾きが大きくなるように形成されている。【選択図】図３
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
一方向に沿って連続するロータ収納孔、および前記ロータ収納孔の外周側に前記一方向に沿って連続する複数の冷却通路を有したステータコアと、
前記ロータ収納孔内で、前記一方向に沿った軸線を中心として回転自在に設けられたロータと、を有した電動機であって、
前記ステータコアは、
複数の角部を有する多角形状の横断面をなし、
各々の前記角部に属する複数の前記冷却通路の間に設けられるリブは、当該角部から離れるのにつれて、当該角部に向けた傾きが大きくなるように形成されている、
ことを特徴とする電動機。
【請求項２】
各々の前記角部に属する複数の前記冷却通路は、各々の内縁の長さが均等に形成されている、
請求項１に記載の電動機。
【請求項３】
各々の前記角部に属する複数の前記冷却通路は、各々の断面積が均等に形成されている、
請求項１または２に記載の電動機。
【請求項４】
各々の前記角部に属する複数の前記冷却通路は、各々の周長が均等に形成されている、
請求項１〜３のいずれか一項に記載の電動機。
【請求項５】
各々の前記角部に属する複数の前記冷却通路の間に設けられるリブは、各々の長さが均等に形成されている、
請求項１〜４のいずれか一項に記載の電動機。
【請求項６】
各々の前記角部に属する複数の前記冷却通路の間に設けられるリブは、
長さに応じてその幅を広くする、
請求項１〜４のいずれか一項に記載の電動機。
【請求項７】
各々の前記角部に属する複数の前記冷却通路は、径方向に分割して形成されている、
請求項１〜６のいずれか一項に記載の電動機。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、例えばステータコアに軸方向へ延びる冷却通路を設けた電動機に関する。
【背景技術】
【０００２】
電動機はステータ（固定子）とロータ（回転子）とからなる。ステータにはその中心軸線に沿って断面円形のロータ収納孔が形成され、ロータがこのロータ収納孔内に回転自在に設けられている。
このような電動機において、薄肉の電磁鋼板を多数積層して構成されるステータがよく知られている。このステータにおいて、ロータ収納孔の外周側には、ロータ収納孔の中心軸線に平行に連続するスロットが周方向に間隔を隔てて複数形成され、これらのスロットに巻線が多数回巻き付けられてコイルが構成されている。この巻線に通電することによって生じた磁界と、ロータに内蔵した永久磁石との磁界との相互作用により、ロータがステータ内で回転駆動される。
【０００３】
電動機は作動時に、巻線の銅損やステータコアの鉄損などにより発熱するので、温度上昇を抑制するための冷却構造を備えている。ステータコアの外側を覆うケーシングがない電動機（ケーシングレス、又は、フレームレス）の場合、ステータコアの外周部に軸方向へ延びる冷却通路を設け、軸方向の一端（入口）から空気を流して他端（出口）から排出することで冷却を行うようにしたものがある。
【０００４】
ステータコアは電磁鋼板を積層した構造のため、冷却通路は決まった形状の孔となる。この冷却通路の形状、個数、位置などの仕様を工夫することで、冷却能力を向上している。
例えば、特許文献１では、図７に示すように、ステータコア４００において、隣接する冷却通路４０１の間のリブ４０２を巻線用溝であるスロット４０３と１対１に対応させるとともに、両者の半径方向の中心線を一致させており、各スロット４０３の発生熱を全て対応するリブ４０２に伝達させて冷却空気と熱交換するため、冷却能力が向上することが知られている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００５】
【特許文献１】開昭５９−５９０３４号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
しかしながら、図７に示す例のように、電動機におけるステータコア４００の外形が多角形の場合、冷却通路４０１の断面積（開口面積）は、角部Ｃに近いほど大きく、そこから離れると小さくなる。これは、スロット４０３より外側の面積に応じて冷却通路４０１の断面積を最大限確保するためである。したがって、冷却空気は角部に近い冷却通路４０１を多く流れることになる。各スロット４０３での発熱量（銅損）、および、その付近のステータコアの鉄損はほぼ等しいので、各冷却通路４０１が受け持つ冷却熱量もまたほぼ等しくなる。したがって、角部Ｃより離れた冷却通路４０１においては、角部Ｃに近い冷却通路４０１よりも風量が少ないために、冷却通路４０１の出口付近で冷却空気の温度上昇が大きくなり冷却能力が低い。
また、角部Ｃから離れた冷却通路４０１では、伝熱面積(冷却通路４０１の周長)も小さいために、伝熱面温度(リブ４０２の温度)と冷却空気の温度差が大きくなり冷却能力が低い。
以上のように、外形が多角形（図７は八角形）のステータコアを備える電動機は、周方向における冷却能力に差異があり、特に角部から離れた領域の冷却能力が低くなるために、当該領域を必要な温度に冷却するのが容易ではない。
本発明は、このような技術的課題に基づいてなされたもので、外形が多角形状のステータコアを備える電動機において、ステータコア全体に亘って均等に冷却させることで冷却能力を向上することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
本発明の電動機は、一方向に沿って連続するロータ収納孔、およびロータ収納孔の外周側に一方向に沿って連続する複数の冷却通路を有したステータコアと、ロータ収納孔内で、一方向に沿った軸線を中心として回転自在に設けられたロータと、を有している。
そして本発明の電動機は、ステータコアが、複数の角部を有する多角形状の横断面をなし、各々の角部に属する複数の冷却通路の間に設けられるリブは、当該角部から離れるのにつれて、当該角部に向けた傾きが大きくなるように形成されていることを特徴とする。
詳しくは後述するが、冷却通路の間に設けられるリブを以上のように傾きを設ける構成にすることにより、多角形状のステータコアを備える電動機において、周方向における冷却能力を均等にすることができる。
本発明の電動機は、各々の角部に属する複数の冷却通路の内縁の長さが均等に形成されていることが好ましい。そうすることで、各冷却通路が受け持つ冷却熱量を均等にできるからである。
【０００８】
本発明の電動機は、上記特徴を備えることを前提として、以下の３つの形態の少なくとも一つを採用することで、周方向における冷却能力を均等にすることを具体的に実現することができる。
第１の形態：各々の角部に属する複数の冷却通路は、各々の断面積が均等に形成されている。
第２の形態：各々の角部に属する複数の冷却通路は、各々の周長が均等に形成されている。
第３の形態：各々の角部に属する複数の冷却通路の間に設けられるリブは、各々の長さが均等に形成されている。
【０００９】
本発明の電動機において、各々の角部に属する複数の冷却通路の間に設けられるリブは、長さに応じてその幅を広くすることが好ましい。
また、本発明の電動機において、各々の角部に属する複数の冷却通路は、径方向に分割して形成することができる。
【発明の効果】
【００１０】
本発明によれば、多角形状のステータコアを備える電動機において、周方向における冷却能力を均等にすることができる。
【図面の簡単な説明】
【００１１】
【図１】本実施の形態における電動機の外観を示す斜視図である。
【図２】ステータコアの平面図である。
【図３】図２の部分拡大図である。
【図４】ステータコアの他の例の平面図である。
【図５】ステータコアの他の例の平面図である。
【図６】ステータコアの他の例の平面図である。
【図７】従来のステータコア（特許文献１）の平面図である。
【発明を実施するための形態】
【００１２】
以下、添付する図１〜図３に示す実施の形態に基づいてこの発明を詳細に説明する。
図１に示すように、電動機１０は、互いに平行に位置する一対のプレート状のブラケット板１１、１２間に、複数枚の電磁鋼板３０を積層してなるステータコア１４を有している。
図２、図３に示すように、ステータコア１４は、その内部に、一方のブラケット板１１と他方のブラケット板１２とを結ぶ方向に中心軸線を有した円筒状のロータ収納孔１５が形成されている。ステータコア１４は、外形が概略正方形をなしているが、角部が矩形状に切り取られている。
ステータコア１４の両端部には、一方のブラケット板１１との間に端板１６が設けられ、他方のブラケット板１２との間には端板１７が設けられている。
ロータ収納孔１５内には、端板１６，１７によって両端部が回転自在に支持された回転軸（図示省略）が、ロータ収納孔１５の中心軸線上に設けられている。そして、この回転軸に、円環状断面を有したロータ１８が設けられている。このロータ１８は、その外周面がステータコア１４のロータ収納孔１５の内周面に対向する。また、このロータ１８は、図示しない永久磁石を内蔵している。
【００１３】
ステータコア１４に形成されたロータ収納孔１５の外周側には、ロータ収納孔１５の中心軸線に平行に連続するスロット１３が、周方向に間隔を隔てて複数形成されている。各スロット１３は、径方向に沿って形成されている。そして、これらのスロット１３に巻線が多数回巻き回されることで、ロータ収納孔１５の外周側にコイル（図示無し）が形成されている。外部からこのコイル（図示無し）の巻線に通電されることによって生じた磁界と、ロータ１８の永久磁石の磁界との相互作用により、ロータ１８が回転駆動される。
ステータコア１４には、ブラケット板１１，１２および端板１６，１７間に複数枚の電磁鋼板３０を挟み込んで締結するためのボルトを挿通させるボルト挿通孔２２が形成されている。
【００１４】
また、ステータコア１４において、ロータ収納孔１５および複数のスロット１３よりも外周側の冷却構成部２３には、複数の冷却通路２０が形成されている。
この冷却通路２０は、ブラケット板１１，１２および端板１６，１７にも連続して形成されている。そして、一方のブラケット板１１にファン１９が取り付けられ、このファン１９から送り出される空気が、冷却通路２０内を流れることで、ステータコア１４の冷却がなされるようになっている。
【００１５】
各冷却通路２０は、図３に示すように、ステータコア１４の中心側に配置される内縁２０ｉと、内縁２０ｉに対向し、ステータコア１４の外周側に配置される外縁２０ｏと、内縁２０ｉと外縁２０ｏを繋ぐ一対の側縁２０ｓと、で周囲が区画されている。
ここで、角部Ｃ１に近い側から冷却通路２０を２０−１〜２０−６と識別する。なお、ステータコア１４は、横断面の形状が基本的には四角形をなしているが、その角部が四角形に切り取られているために、図２に示すようにＣ１〜Ｃ８と８つの角部を備える。以下では、図３に示す角部Ｃ１を例にして説明する。
【００１６】
角部Ｃ１に最も近い冷却通路２０−１と冷却通路２０−２の間のリブ２１は、ステータコア１４の径方向（図３の符号ｄ）に沿って形成されている。
次に、冷却通路２０−３と冷却通路２０−４の間のリブ２１は径方向に対して傾いていることが容易に理解できる。このリブ２１は、ステータコア１４の外周側が角部Ｃ１に向けて傾いている。
さらに、冷却通路２０−５と冷却通路２０−６の間のリブ２１もまた角部Ｃ１に向けて傾いており、その傾きは冷却通路２０−３と冷却通路２０−４の間のリブ２１よりも大きい。
以上の通り、本実施形態のステータコア１４は、隣接する冷却通路２０−１〜２０−６の間のリブ２１が、角部Ｃ１から離れるのにつれて、角部Ｃ１に向けた傾きが大きくなる。なお、リブ２１の長さについて言えば、角部Ｃ１から離れるのにつれて短くなる。
以上のことは、他の角部Ｃ２〜Ｃ８についても同様である。
【００１７】
ここで、図３に示す冷却通路２０−１〜２０−６は角部Ｃ１に属している。つまり、冷却通路２０−１〜２０−６のいずれも、他の角部Ｃ２〜Ｃ８よりも、角部Ｃ１までの距離が近い。このように、角部Ｃ１〜Ｃ８までの距離に基づいて、冷却通路２０がいずれの角部Ｃに属するかを本発明では特定されるものとする。なお、図２には、冷却通路２０が何れの角部Ｃ２〜Ｃ８に属するのかを参考までに付記している。
【００１８】
冷却通路２０−１〜２０−６は、各々の内縁２０ｉの長さが均等に形成されている。したがって、各冷却通路２０−１〜２０−６が受け持つ冷却熱量を均等にできる。
また、冷却通路２０−１〜２０−６は、各々の内縁２０ｉからスロット１３の外周縁までの距離が均等に設定されている。さらに、冷却通路２０−１〜２０−６は、外縁２０ｏからステータコア１４の外周縁までの距離が均等に設定されている。
【００１９】
ところで、本実施形態において、ステータコア１４を全体として均一に冷却するには、以下の３つの形態を採用しうる。
［第１の形態］
冷却通路２０−１〜２０−６の各々の断面積（流路断面積）を均等にする。
流路断面積が均等になると、各冷却通路２０−１〜２０−６を流れる冷却空気の流量をほぼ同じにできる。そうすれば、冷却空気の温度上昇が、いずれの冷却通路２０−１〜２０−６でもほぼ同じになるため、局所的な温度上昇が生ずるのを抑制でき、ステータコア１４を全体として均一に冷却することができる。
なおここで、本実施形態において、「均等」、あるいは「ほぼ同じ」とは、流路断面積、冷却空気の流量のバラツキを±２０％程度の範囲に収まることをいい、好ましくは±１０％の範囲に収める。上述の内縁２０ｉの長さ、あるいは以下の冷却通路の周長等も同様である。
【００２０】
［第２の形態］
冷却通路２０−１〜２０−６の各々の周長(伝熱面積)を均等にする。
冷却通路２０−１〜２０−６の周長（伝熱面積）が均等になると、各冷却通路の壁面温度(伝熱面の温度)、すなわち各々のリブ２１の温度がほぼ同じになる。そうすれば、局所的にリブ２１が温度上昇してしまい、これにつられて巻線の温度が上昇するという現象を抑制できるので、ステータコア１４を全体として均一に冷却することができる。
【００２１】
［第３の形態］
冷却通路２０−１〜２０−６の冷却通路２０−１〜２０−６の間のリブ２１の各々長さを、均等にする。
リブ２１の長さが均等なので、各冷却通路の周長(伝熱面積)もほぼ同じにすることができる。熱はリブ２１を伝わってステータコア１４の外周縁に向けて伝わるが、リブ２１の長さがほぼ同じなのでいずれのリブ２１においても熱の移動量がほぼ同じとなり、冷却通路の外周側の伝熱面(壁面)温度を均一にでき、効率よく熱交換できる。
【００２２】
以上の３つの形態のいずれかを採用できるが、その前提として、本実施形態は、隣接する冷却通路２０−１〜２０−６の間のリブ２１を、角部Ｃから離れるのにつれて、角部Ｃに向けた傾きを大きくしている。これは、以下の理由による。
例えば、従来（例えば特許文献１）のように、いずれのリブも径方向に沿って形成したとする。
この場合でも、上述した第１の形態〜第３の形態を採用できる。ところが、例えば第１の形態、つまり冷却通路の各々の断面積を均等にしようとすると、図７から明らかなように、角部Ｃに近い冷却通路４０１の断面積が大きく、角部Ｃから離れたところの冷却通路４０１の断面積は小さい。したがって、リブが径方向に沿ったままで、冷却通路の断面積を等しくするには、角部Ｃから最も離れた冷却通路４０１の断面積を基準にする必要がある。そうすれば、各冷却通路４０１における冷却空気の絶対的な流量が少なくなってしまうので、絶対的な冷却能力が低くなる。このことは、角部Ｃに近い冷却通路４０１よりも外周側には冷却通路４０１が形成されない余剰部分が残ることになることからも伺い知れる。ここでは、第１の形態についてのみ言及したが、第２の形態、及び、第３の形態についても同様である。
以上説明したように、冷却通路を径方向に沿って形成する場合、第１〜第３の形態を採用しうるが、冷却通路４０１の断面積が小さいので、それに見合った冷却能力しか得ることができない。
【００２３】
これに対して、本実施形態によると、図２、図３から明らかなように、冷却通路２０−１〜２０−６をステータコア１４の外周近傍まで延設して形成できるので、各々の断面積を最大限に大きくできる。したがって、図７に示す従来のステータコア４００に比べて、絶対的な冷却能力が高くなる。このように高い冷却能力が得られるのは、リブ２１を、角部Ｃから離れるのにつれて、角部Ｃに向けた傾きを大きくしているためであり、このことが本発明の趣旨である。
なお、リブ２１の傾きを具体的にどの程度にするかは、ステータコア１４の寸法、形状などの仕様に基づいて設定されるべきである。
【００２４】
なお、ステータコア１４は同じ形状の電磁鋼板３０を積層して得られるものであることは上述の通りであり、電磁鋼板３０には、スロット１３、ロータ収納孔１５及び冷却通路２０に対応する孔、又は、溝が形成されている。
【００２５】
以上説明したように、本実施形態による電動機１０は、リブ２１を、角部Ｃから離れるのにつれて、角部Ｃに向けた傾きを大きくすることにより、上述した第１〜第３の形態を採用し、かつ冷却構成部２３の広い領域に亘って冷却通路２０−１〜２０−６を形成できる。しかも、冷却通路２０−１〜２０−６の内縁２０ｉの長さを均等に形成しているので、各冷却通路２０−１〜２０−６が受け持つ冷却熱量を均等にできる。したがって、電動機１０によれば、ステータコア１４について全体的に均一にかつ高い冷却能力を得ることができる。
【００２６】
［変形例］
以下、電動機１０（ステータコア１４）のいくつかの変形例について、図４〜図６に基づいて説明する。
以上説明したステータコア１４は、角部Ｃが矩形状に切り取られているが、図４に示すように、切り取りを設けることなく、角部Ｃまでステータコア１１４で満たされていてもよい。このステータコア１１４においても、冷却通路１２０（１２０−１〜１２０−５）は角部Ｃから離れるのにつれて角部Ｃに向けた傾きを大きくされている。
図４に示すステータコア１１４の場合、冷却通路１２０−１と冷却通路１２０−２の間のリブ１２１は長さが長い。このように長いリブ１２１は、他のリブ１２１よりも幅を広くするのが好ましい。リブ幅が広いと、熱がより外周側まで伝わりやすくなる。そのため，ステータコア１１４の外周側も内周側と同程度の温度となるため、冷却効率が向上する。つまり、冷却通路１２０内を流れる冷却空気と、リブ１２１（ステータコア１１４）との温度差を小さくすることができるので、巻線(コイル)の温度上昇を抑制することができる。
なお、ボルト挿通孔２２の記載は省略している。
【００２７】
次に、図５に示すように、ステータコア２１４の冷却通路２２０を径方向に分割することができる。分割することにより、冷却通路２２０の伝熱面積が増大し、冷却能力を高めることができる。
以上のように、冷却通路２２０を径方向に分割する場合、周方向に沿ったリブ２２１のうちで外側に位置するものについては、内側に位置するものよりも幅を広くすることが好ましい。上述した長いリブ１２１の場合に幅を広くするのと同様に、ステータコアの外周側に位置する冷却通路２２０に熱をより伝達しやすくするためである。
【００２８】
ステータコアの外形を図６に示すステータコア３１４のように八角形にすることができる。
八角形のステータコア３１４の場合、８つの角部Ｃが形成されるが、各々の角部Ｃに属する冷却通路３２０が角部Ｃから離れるのにつれて、角部Ｃに向けた傾きを大きく形成されている。
【００２９】
これ以外にも、本発明の主旨を逸脱しない限り、上記実施の形態で挙げた構成を取捨選択したり、他の構成に適宜変更することが可能である。
例えば、本実施形態では直線状のリブ２１を示したが、これに限定されず、湾曲したリブにすることもできる。この場合、リブで区画される冷却通路も湾曲することになる。
【符号の説明】
【００３０】
１０    電動機
１１，１２  ブラケット板
１３    スロット
１４，１１４，２１４，３１４  ステータコア
１５    ロータ収納孔
１６，１７  端板
１８    ロータ
１９    ファン
２０，１２０，２２０，３２０  冷却通路
２０ｉ  内縁
２０ｏ  外縁
２０ｓ  側縁
２１，１２１，２２１  リブ
２２    ボルト挿通孔
２３    冷却構成部
３０    電磁鋼板
Ｃ，Ｃ１，Ｃ２，Ｃ３，Ｃ４，Ｃ５，Ｃ６，Ｃ７，Ｃ８  角部
【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】
2013179732.tif 000009