(57)【要約】【課題】加工コストの増加等を抑えつつ、ステータでの冷却能力を増大させる。【解決手段】複数枚の電磁鋼板３０Ａ間で、一方の辺３０ａに沿って配列される流路開口部３３Ａと、他方の辺３０ｂに沿って配列される流路開口部３３Ｂとで、その配列ピッチを、互いにオフセットさせておく。そして、これらの電磁鋼板３０Ａの角度を互いに異ならせて積層する。これにより、互いに上下に位置する電磁鋼板３０Ａ、３０Ａにおいて一方の電磁鋼板３０Ａの流路開口部３３内に、他方の電磁鋼板３０Ａのブリッジ３５が位置するようにした。これにより、ステータコア１４を断面視すると、各流路開口部３３がブリッジ３５により細分化され、それぞれ二つの冷却通路２０が形成されたようになる。【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冷却流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、前記冷却流路を形成する流路開口部および前記ロータ収納孔を形成するロータ開口部を有する電磁鋼板を前記一方向に複数枚積層することで形成され、
複数枚積層された前記電磁鋼板は、第一の流路開口部を有した前記電磁鋼板と、前記第一の前記流路開口部に対してオフセットして配置された第二の前記流路開口部を有した前記電磁鋼板とが積層され、複数枚積層された前記電磁鋼板間において、前記第一の流路開口部に、互いに隣接する２以上の前記第二の流路開口部が臨むよう配置されていることを特徴とする電動機。
【請求項２】
一枚の前記電磁鋼板のそれぞれに、前記第一の流路開口部と前記第二の流路開口部とが形成され、
前記電磁鋼板を、前記ロータの軸線周りに角度を異ならせて配置して積層することで、複数枚積層された前記電磁鋼板間において、前記第一の流路開口部に、互いに隣接する２以上の前記第二の流路開口部が臨むよう配置されていることを特徴とする請求項１に記載の電動機。
【請求項３】
前記電磁鋼板において、一辺に沿って配列された前記第一の流路開口部の配列ピッチと、前記一辺に隣接する他辺に沿って配列された前記第二の流路開口部の配列ピッチとが、互いにオフセットして形成され、
前記ステータコアは、複数枚の前記電磁鋼板を、９０°ずつ回転させて積層することで形成されていることを特徴とする請求項２に記載の電動機。
【請求項４】
前記電磁鋼板を、複数枚毎に同じ角度で積層することで、互いに隣接する流路開口部間のブリッジにより、前記一方向に連続する壁体を形成することを特徴とする請求項１から３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、薄肉の電磁鋼板を多数積層して形成されるステータを用いる電動機に関する。
【背景技術】
【０００２】
電動機はステータとロータとからなる。ステータは、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たステータを用いる構成が存在する。このようなステータにおいて、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、ステータの鉄損や巻線の銅損によって、作動時に発熱する。このように発熱するステータや巻線の温度上昇を抑えるため、電動機は、様々なステータ冷却構造を備える。
このうち、ステータを包囲するケーシングを排除した小型電動機では、ステータに、中心軸方向へ延びる冷却媒体通路を貫通形成し、この冷却媒体通路内を、空気や油等の冷却媒体が流れることで、この冷却媒体によりステータから熱を直接に奪い取るようにしたものがある（たとえば、特許文献１、２参照。）。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００４】
【特許文献１】特開平７−８７７１１号公報
【特許文献２】特開２００６−６７７７７号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
このようなステータでの冷却は、常に、より効果的に行うことが望まれている。たとえば、冷却媒体通路の入口付近では、冷却媒体の流れの境界層が発達していく過程にあるため熱伝達率が高いのに対し、入口からある程度奥に入ると、境界層が完全に発達して熱伝達率が低くなる。また、冷却媒体通路の後半部では、前半部における熱交換により冷却媒体の温度も高くなっているため、冷却能力が前半部に比較して低くなる。したがって、冷却媒体通路の後半部において、ステータでの冷却能力の向上には、十分に改善の余地がある。
【０００６】
ステータでの冷却能力の効率を高めるには、冷却媒体通路の断面積や数を大きくすればよいが、スペース上の制約から限界がある。
また、各冷却媒体通路の断面積を小さくしつつ、その設置数を増やすことによって、全体として冷却媒体通路の表面積を増大させることも有効であるが、これには加工の手間がかかり、コスト増につながる。
【０００７】
電磁鋼板を積層したステータにおいては、各電磁鋼板に冷却媒体通路を形成するための開口部をプレス加工により形成する。この場合、冷却媒体通路の断面積や数を大きくしたり、冷却媒体通路の表面積を増大させると、プレスによる切断線が長くなる。すると、プレス加工時に必要な荷重が増え、より大容量のプレス機が必要となってコスト増に繋がる。また、切断線が増えると、プレス時にバリやカエリが出やすくなって、所望の寸法精度が得られないおそれがあり、加工性や組み立て性に悪影響が出る。
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、加工コストの増加等を抑えつつ、ステータでの冷却能力を増大させることのできる電動機を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００８】
かかる目的のもとになされた本発明は、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前記一方向に沿って連続する冷却流路を有したステータコアと、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、ステータコアは、冷却流路を形成する流路開口部およびロータ収納孔を形成するロータ開口部を有する電磁鋼板を前記一方向に複数枚積層することで形成され、複数枚積層された電磁鋼板は、第一の流路開口部を有した電磁鋼板と、第一の流路開口部に対してオフセットして配置された第二の流路開口部を有した電磁鋼板とが積層され、複数枚積層された電磁鋼板間において、第一の流路開口部に、互いに隣接する２以上の第二の流路開口部が臨むよう配置されていることを特徴とする。
複数枚積層された電磁鋼板間において、第一の流路開口部に、互いに隣接する２以上の第二の流路開口部が臨むよう配置することで、冷却流路を細分化することができる。このようにすると、第一の流路開口部、第二の流路開口部は、微細に形成する必要がなく、加工を容易かつ低コストで行える。
【０００９】
これには、第一の流路開口部が形成された電磁鋼板と、第二の流路開口部が形成された電磁鋼板とを個別に用意し、これらを積層しても良いが、これでは、電磁鋼板の種類が増えてコストが増加する。
そこで、一枚の電磁鋼板に、第一の流路開口部と第二の流路開口部とが形成され、電磁鋼板をロータの軸線周りに角度を異ならせて配置して積層することで、複数枚積層された電磁鋼板間において、第一の流路開口部に、互いに隣接する２以上の第二の流路開口部が臨むよう配置するのが好ましい。これにより、一種類の電磁鋼板の角度を変えるのみで、上記構成が実現でき、低コスト化が図れる。
【００１０】
具体的には、例えば、電磁鋼板において、一辺に沿って配列された第一の流路開口部の配列ピッチと、一辺に隣接する他辺に沿って配列された第二の流路開口部の配列ピッチとが、互いにオフセットして形成され、ステータコアは、複数枚の電磁鋼板を、９０°ずつ回転させて積層することで形成することができる。
【００１１】
また、電磁鋼板を、複数枚毎に同じ角度で積層することで、互いに隣接する流路開口部間のブリッジにより、一方向に連続する壁体を形成するのが好ましい。
【発明の効果】
【００１２】
本発明によれば、冷却流路を細分化することによって、ステータでの冷却能力を増大させることができる。このとき、第一の流路開口部、第二の流路開口部は、微細に形成する必要がなく、加工コスト、メンテナンスコスト等が増加するのを抑えることができる。
【図面の簡単な説明】
【００１３】
【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】ステータコアの断面図である。
【図３】（ａ）ステータコアを構成する電磁鋼板の例を示す図であり、（ｂ）は（ａ）の電磁鋼板を９０°回転させて（ａ）とは角度を異ならせた状態を示す図である。
【図４】（ａ）ステータコアを構成する電磁鋼板の他の例を示す図であり、（ｂ）は（ａ）の電磁鋼板を９０°回転させて（ａ）とは角度を異ならせた状態を示す図である。
【図５】（ａ）ステータコアを構成する電磁鋼板のさらに他の例を示す図であり、（ｂ）は（ａ）の電磁鋼板を９０°回転させて（ａ）とは角度を異ならせた状態を示す図である。
【図６】（ａ）ステータコアを構成する電磁鋼板のさらに他の例を示す図であり、（ｂ）は（ａ）の電磁鋼板を９０°回転させて（ａ）とは角度を異ならせた状態を示す図である。
【図７】同じ向きの電磁鋼板を複数毎積層した状態におけるステータコアの断面図である。
【発明を実施するための形態】
【００１４】
以下、添付図面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は、本実施の形態における電動機の全体構成を説明するための図である。
この図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３０Ａを積層してなるステータコア１４を有している。
図２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１８ａ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１８ａ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。
【００１５】
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。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。
【００１６】
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の側にファン１９が取り付けられ、このファン１９から送り出される風が、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。
【００１７】
図３に示すように、ステータコア１４を形成する各電磁鋼板３０Ａは、中央部に配置されてロータ収納孔１５を形成する開口部３１と、その外周側に配置されてスロット１３を形成する凹部３２と、さらにその外周側に配置されて冷却通路２０を形成する流路開口部３３と、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３０Ａ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３４と、が形成されている。
【００１８】
ここで、流路開口部３３は、矩形状をなした各電磁鋼板３０Ａの４辺に沿って、それぞれ複数個が配置されており、互いに隣接する流路開口部３３，３３間は、ブリッジ３５が形成されている。
そして、複数枚の電磁鋼板３０Ａを積層した状態では、複数枚の電磁鋼板３０Ａ間で、流路開口部３３が、その幅方向（電磁鋼板３０Ａの各辺に沿った方向の長さ）の開口寸法以下の寸法で、互いにオフセットして位置し、これによって、互いに上下に位置する電磁鋼板３０Ａ、３０Ａにおいて一方の電磁鋼板３０Ａの流路開口部３３内に、他方の電磁鋼板３０Ａのブリッジ３５が位置するようになっている。これには、互いに上下に位置する電磁鋼板３０Ａにおいて、流路開口部３３の位置を互いにオフセットして設けても良いが、部品の種類の数を抑えるには、同じ種類の電磁鋼板３０Ａの向きを互いに異ならせて積層することによって、上記構成を実現するのが好ましい。
具体的には、図３に示すように、電磁鋼板３０Ａにおいて、互いに隣接する二つの辺３０ａ、３０ｂに沿って配列される流路開口部３３を、一方の辺３０ａに沿って配列される流路開口部３３Ａと、他方の辺３０ｂに沿って配列される流路開口部３３Ｂとで、その配列ピッチを、互いにオフセットさせておく。残る二つの辺３０ｃ、３０ｄは、辺３０ｃにおいては、辺３０ａと同様に流路開口部３３Ａを配列し、辺３０ｄにおいては、辺３０ｂと同様に流路開口部３３Ｂを配列する。
つまり、電磁鋼板３０Ａは、辺３０ａおよび辺３０ｃの中点に直交する線Ｐを中心に、線対称に形成されている。
【００１９】
そして、このような電磁鋼板３０Ａを、図３（ａ）、（ｂ）に示すように、互いに上下に位置する電磁鋼板３０Ａどうしで、９０°ずつ回転させて積層するのである。
【００２０】
上述したような構成によれば、複数枚の電磁鋼板３０Ａ間で、流路開口部３３Ａ、３３Ｂが、互いにオフセットして位置し、これによって、互いに上下に位置する電磁鋼板３０Ａ、３０Ａにおいて一方の電磁鋼板３０Ａの流路開口部３３Ａ、３３Ｂ内に、他方の電磁鋼板３０Ａのブリッジ３５が位置するようになっている。これにより、各流路開口部３３Ａ、３３Ｂがブリッジ３５により細分化され、それぞれ二つの冷却通路２０が形成されたようになり、冷却能力が増大する。
また、流路開口部３３Ａ、３３Ｂ内に位置する、他の電磁鋼板３０Ａのブリッジ３５により、空気の流れが乱れて内壁面から剥離しやすくなり、伝熱性が向上する。
さらに、ブリッジ３５において、流れの方向に直交する面においても空気の流れと接触するため、これによって伝熱面積が増える。
このようにして、ステータコア１４での冷却能力を増大させることができる。
【００２１】
しかも、各電磁鋼板３０Ａに形成されたそれぞれの流路開口部３３を小さくする必要がないことから、プレス時の必要荷重も減り、プレス型のメンテナンスコストも抑えることができる。さらに、一つの流路開口部３３Ａ，３３Ｂをブリッジ３５により分断することで形成される冷却通路２０は、プレス加工では形成できないような微細なものとすることもでき、低コストでありながらも、従来以上に冷却能力を増大させることができる。
【００２２】
加えて、このような構成は、同一の種類の電磁鋼板３０Ａを、その向きを９０°異ならせて積層することで構成できるので、電磁鋼板３０Ａの種類を増やす必要がなく、低コストで上記効果を得ることができる。
【００２３】
また、電磁鋼板３０Ａの向きを異ならせて積層することで、各電磁鋼板３０Ａの厚さのばらつきに起因するステータコア１４の厚さの偏差を減らすことができる。
【００２４】
（変形例）
なお、上記のような構成は、以下のような電磁鋼板３０Ｂ〜３０Ｄを用いることでも実現できる。
例えば、図４に示すように、電磁鋼板３０Ｂに形成される流路開口部３３を、二つの辺３０ａ、３０ｂの交点と、辺３０ｃ、３０ｄの交点とを結ぶ線Ｑを中心に線対称に形成してもよい。この場合、それぞれの辺３０ａ、３０ｂ、３０ｃ、３０ｄにおいて、その中点を挟んだ一方の側と他方の側とで、辺３０ａ、３０ｄに形成された流路開口部３３Ｃと、辺３０ｂ、３０ｃに形成された流路開口部３３Ｄの配列ピッチが、互いにオフセットしている。
このような電磁鋼板３０Ｂにおいても、互いに上下に位置する電磁鋼板３０Ｂどうしで、９０°ずつ回転させて積層することで、上記実施形態と同様の作用効果を得ることができる。
【００２５】
また、図５に示すように、電磁鋼板３０Ｃの４つの辺３０ａ、３０ｂ、３０ｃ、３０ｄにおいて、辺３０ａに形成された流路開口部３３Ｅ、辺３０ｂに形成された流路開口部３３Ｆ、辺３０ｃに形成された流路開口部３３Ｇ、辺３０ｄに形成された流路開口部３３Ｈ、の配列ピッチを、互いにオフセットさせることもできる。
このような電磁鋼板３０Ｃにおいては、４枚の電磁鋼板３０Ｃを、９０°ずつ回転させて積層していく。これにより、４枚一組の電磁鋼板３０Ｃを積層することで、図２に示したような、細分化された冷却通路２０を形成することができる。
これによっても、上記実施形態と同様の作用効果を得ることができる。
【００２６】
また、例えば、図６に示すように、電磁鋼板３０Ｄにおいて互いに隣接する辺３０ａ、３０ｂにおいて、一方の辺３０ａには、周方向に沿って有する流路開口部３３Ｇを形成し、他方の辺３０ｂには、径方向に沿って有する流路開口部３３Ｋを形成するようにしても良い。
このような電磁鋼板においても、互いに上下に位置する電磁鋼板３０Ｄどうしで、９０°ずつ回転させて積層することで、上記実施形態と同様の作用効果を得ることができる。
【００２７】
さらに、上記実施形態では、複数枚の電磁鋼板３０Ａ〜３０Ｄを、一枚ずつ向きを変えて積層するようにしたが、複数枚毎に、向きを変えるようにしても良い。具体例をあげれば、図７（ａ）に示すように、例えば１００枚の電磁鋼板３０Ａ〜３０Ｄを同じ向きで積層し、次の１００枚の電磁鋼板３０Ａ〜３０Ｄを、９０°向きを変えて積層するのである。
このようにすると、ブリッジ３５が複数枚積層されて、流れ方向に連続する壁体５０が形成される。
【００２８】
図７（ｂ）に示すように、流れ内に平板を置いたとき、平板の前縁では境界層の厚さが薄く、下流に行くにしたがって厚くなることから、平板の前縁部分において熱伝達率が良好であるという性質がある。この性質を利用して、流れ内に分断した壁体５０を設置することで、この壁体５０の前縁部５０ａが、高い熱伝達率を有した伝熱部として用いることができ、冷却能力を一層高めることができる。
ここで、冷却通路２０における風速が５〜１０ｍ／ｓである場合、前縁効果を有効利用するには、壁体５０を、流れ方向に沿って、おおよそ５０ｍｍ以下のピッチで形成するのが好ましい。
【００２９】
なお、上記実施の形態では、ステータコア１４を構成する電磁鋼板３０Ａおよびその変形例を示したが、ステータコア１４以外の部分の構成については何ら限定するものではなく、適宜他の構成に変更することができる。
また、冷却通路２０に流す冷却流体は、空気に限らず、水や油等の液体を用いることもできる。
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したり、適宜組み合わせることが可能である。
【符号の説明】
【００３０】
１０  電動機
１１、１２  ブラケット板
１３  スロット
１４  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  冷却通路
３０Ａ-３０Ｄ  電磁鋼板
３０ａ、３０ｂ、３０ｃ、３０ｄ  辺
３１  開口部
３２  凹部
３３、３３Ａ、３３Ｂ、３３Ｃ、３３Ｄ、３３Ｅ、３３Ｆ、３３Ｇ、３３Ｋ  流路開口部
３５  ブリッジ
５０  壁体
５０ａ  前縁部
【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】
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