(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
ロータと回転空隙を介して配設されるステータのティース部に巻装したコイルをスロット内部に収容し、
前記スロットの開口部を閉塞してスロット内部に冷媒通路を形成した回転電機において、
前記ティース部の先端の両側面から前記スロット内に突出する突起部を備え、
前記突起部の先端に嵌合する凹部を両側に形成したプレートを、前記スロットの開口部を閉塞するように隣り合う前記突起部の間に配設し、
このプレートの前記ロータ側にシール部を形成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】
前記突起部の前記ロータ側の面を前記スロットの内部側に傾ける請求項１に記載の回転電機のステータ構造。
【請求項３】
前記プレートに、幅が前記コイル間の距離より狭い延長脚部を設け、前記延長脚部を前記コイル間に被接触状態で配置する請求項１または２に記載の回転電機のステータ構造。
【請求項４】
ロータと回転空隙を介して配設されるステータの環状のバックコア部に形成したティース部に巻装したコイルをスロット内部に収容し、
前記スロットの開口部を閉塞してスロット内部に冷媒通路を形成した回転電機において、
前記ティース部の先端の両側面から前記スロット内に突出する突起部を備え、
隣り合う前記突起部の間に前記スロットの開口部を閉塞するようにプレートを配置し、
前記プレートを前記突起部の前記ロータ側の面と接する本体部と、隣り合う前記コイル間に配設され、前記コイルに接触しない幅に形成された脚部と、前記バックコア部に形成した溝に保持される保持部とから形成し、前記プレートのロータ側にシール部を形成したことを特徴とする回転電機のステータ構造。
【請求項５】
前記プレートの前記ロータ側の面が前記ロータの外周面と平行になるように形成した請求項１から４のいずれか一つに記載の回転電機のステータ構造。
【請求項６】
前記プレートの前記ロータ側の面に溝を設け、その溝の内部を前記シール部の一部とする請求項１から５のいずれか一つに記載の回転電機のステータ構造。
【請求項７】
前記突起部の略周方向の面に軸方向に延びる溝を設け、前記プレートの周方向の先端をその溝に嵌合する請求項１から６のいずれか一つに記載の回転電機のステータ構造。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【産業上の利用分野】
本発明は、回転電機のステータ構造に関する。
【０００２】
【従来の技術】
従来の回転電機において、回転電機を効率よく冷却するために、ステータのスロット（巻線が収装される溝部）の内部を冷媒通路として利用して巻線を直接冷却できるようにしたものが、例えば、特開平4-364343号や、特願2000-379791号に提案されている。
【０００３】
特開平4-364343号の回転電機では、ステータ内周側とスロット内部に金型を配置し、ステータコアと金型によって画成された空間にエンジニアリングプラスチック材料を射出・充填して、これを強化することによりスロット開口部を閉塞する。
【０００４】
しかしながら、この特開平4-364343号の方法では充填したエンジニアリングプラスチック材料が硬化した後、ステータ内周側とスロット内部にそれぞれ配置した金型を抜き取る必要がある。このため、スロット内部に配置した金型を抜き取る際、ステータコアを構成する薄い電磁鋼板が金型に引きずられて捲くれ上がったり、ステータコアが傷ついたりする不具合を生じる可能性がある。
【０００５】
一方、特願2000-379791号の回転電機では、図１１に示すように、スロット３の開口部付近に配設されたプレート４の外側面上に樹脂の充填によりシール部５を形成する。プレート４はシール部５の形成後に取り除く必要がないため、電磁鋼板が捲くれ上がったり、ステータコア１が傷ついたりする不具合は無い。
【０００６】
このような構造においては、シール部５を形成する際に樹脂の漏れを防止するために、プレート４のスロット３側にストッパー部９を設ける必要がある。これにより確実なシールを施すことができ、またプレート４の移動制限ができるため寸法管理、製造工程が簡単になる。
【０００７】
【発明が解決しようとしている問題点】
しかしながら、この特願2000-379791号の方法では、プレート４の強度と、ストッパー部９の強度およびシール部５の材料の漏れ防止のために相応の大きさのストッパー部９が必要である。この大きなストッパー部９を通じて磁束の漏れが生じて、回転電機、例えば電動機の出力・トルクが減少するという問題点があった。
【０００８】
そこで本発明は、このようなストッパー部による磁束の漏れを抑制し、効率的な出力を行う回転電機のステータ構造を提供することを目的とする。
【０００９】
【問題点を解決するための手段】
第１の発明は、ロータと回転空隙を介して配設されるステータのティース部に巻装したコイルをスロット内部に収容し、前記スロットの開口部を閉塞してスロット内部に冷媒通路を形成した回転電機において、前記ティース部の先端の両側面から前記スロット内に突出する突起部を備え、前記突起部の先端に嵌合する凹部を両側に形成したプレートを、前記スロットの開口部を閉塞するように隣り合う前記突起部の間に配設し、このプレートの前記ロータ側にシール部を形成する。
【００１０】
第２の発明は、第１の発明において、前記突起部の前記ロータ側の面を前記スロットの内部側に傾ける。
【００１１】
第３の発明は、第１または２の発明において、前記プレートに、幅が前記コイル間の距離より狭い延長脚部を設け、前記延長脚部を前記コイル間に被接触状態で配置する。
【００１２】
第４の発明は、ロータと回転空隙を介して配設されるステータの環状のバックコア部に形成したティース部に巻装したコイルをスロット内部に収容し、前記スロットの開口部を閉塞してスロット内部に冷媒通路を形成した回転電機において、前記ティース部の先端の両側面から前記スロット内に突出する突起部を備え、隣り合う前記突起部の間に前記スロットの開口部を閉塞するようにプレートを配設し、このプレートを前記突起部の前記ロータ側の面と接する本体部と、隣り合う前記コイル間に配設され、前記コイルに接触しない幅に形成された脚部と、前記バックコア部に形成した溝に保持される保持部とから形成したプレートのロータ側にシール部を形成した。
【００１３】
第５の発明は、第１から４のいずれか一つの発明において、前記プレートの前記ロータ側の面が前記ロータの外周面と平行になるように形成した。
【００１４】
第６の発明は、第１から５のいずれか一つの発明において、前記プレートの前記ロータ側の面に溝を設け、その溝の内部を前記シール部の一部とする。
【００１５】
第７の発明は、第１から６のいずれか一つの発明において、前記突起部の略周方向の面に軸方向に延びる溝を設け、前記プレートの周方向の先端をその溝に嵌合する。
【００１６】
【作用及び効果】
第１の発明によれば、突起部の先端とそれに嵌合する凹部を両側に形成したプレートを、スロットの開口部を形成する隣り合う突起部の間に配設し、このプレートのロータ側にシール部を形成することで、ストッパー部を設けることなくプレートの保持が可能となり、回転電機の出力を増大することができる。
【００１７】
第２の発明によれば、突起部のロータ側の面をスロットの内部側に傾けることで、ステータとロータの回転空隙の幅を均一化することができ、回転電機の出力を増大するができる。
【００１８】
第３の発明によれば、プレートに幅がコイル間の距離より狭い延長脚部を設け、延長脚部を前記コイル間に被接触状態で配置することで、冷媒がコイルに接触する面積を変化させずにスロット内を通過する冷媒の流速を速めることができ冷却性能を向上することができる。
【００１９】
第４の発明によれば、プレートを、突起部のロータ側の面と接する本体部と、隣り合うコイル間に配設され、コイルに接触しない幅に形成された脚部と、バックコア部に形成した溝に保持される保持部とから形成することで、スロット内を通過する冷媒の流速を速めることができるとともに、高温となるティース部先端の冷却面積を増大するができる。また、プレート上下を支持する構成となっているため、プレートの位置決めが容易になる。
【００２０】
第５の発明によれば、プレートのロータ側の面がロータの外周面と平行になるように形成することで、シール部の厚さを均一にすることが可能となり、シール部の強度向上が可能となる。また、プレートも圧力を均一に受けることが可能となり、破損しにくくなる。
【００２１】
第６の発明によれば、プレートの前記ロータ側の面に溝を設け、溝にシール部が埋まることにより、シール部の強度向上、移動防止が可能となる。
【００２２】
第７の発明によれば、突起部に溝を設け、プレートをその溝に合う形状に形成することで、シール部のスロット内への漏れ防止が可能となり、またプレートの移動制限が可能となる。
【００２３】
【発明の実施の形態】
実施形態では、回転電機を永久磁石式同期電動機とし、そのような電動機の縦断面を図１に、横断面を図２に示す。
【００２４】
図１において、電動機のケース２６を、円筒板２６Ａとこの円筒板２６Ａの軸方向両端の開口を閉塞する側板２６Ｂ、２６Ｃから構成する。ケース２６内に円柱形状のロータ２２を収容する。ロータ２２の回転軸２３の両端をベアリング２５を介して側板２６Ｂ、２６Ｃにより支持し、回転軸２３を中心にロータ２２が回転自在となるように構成する。
【００２５】
円筒板２６Ａの内周面に、ロータ２２の外周を取り囲む円筒形のステータコア１１を配置する。ステータコア１１の内周面とロータ２２の外周面との間には、ロータ２２を回転自在とするために所定の間隙、エアギャップ２１を設ける。
【００２６】
ケース２６の内側でステータコア１１の軸方向の両端に、環状空間からなる冷却ジャケット３５、３６を形成する。冷却ジャケット３５には円筒板２６Ａを貫通するオイル供給口２７を介して、冷却オイルを供給する。この冷却オイルは、ステータコア11内に形成した冷却通路（スロット１３、図２参照）を流通して、反対側の冷却ジャケット３６へ導かれ、冷却ジャケット３６に形成した円筒板２６Ａを貫通するオイル排出口２９から外部へ排出される。
【００２７】
前記冷却ジャケット１０と１１を形成するために、ステータコア１１の両端からその内周面の延長上に樹脂成型による円筒形のシール部１５を設ける。このシール部１５は後述するように、ステータ内周面にもロータ２２の外周との間に均一なエアギャップ２１を形成するように形成されると共に、その両端がケース１の側板２６Ｂ，２６Ｃまで達するように形成し、ケース２６の円筒板２６Ａの内周とステータコア１１の両端との間に環状の空間を区画形成する。なお、シール部１５の軸方向の両端はゴムシール２８（図１参照）を介して側板２６Ｂ、２６Ｃにより支持する。
【００２８】
また図２に示すように、ステータコア１１を、リング状のバックコア部１７に、内周半径方向に向かって略Ｔ字形状のティース部１６を周方向について等間隔に配置して形成する。本実施の形態ではティース部１６を１２個としたがこの限りではない。また、ティース部１６の周囲にコイルを巻きつけることによりコイル部１２を形成する。このような横断面のステータコア１１は電磁鋼板からなり、回転軸２３方向に所定枚数積層して形成する。
【００２９】
隣接するティース部１６の間の凹部をスロット１３とする。各ティース部１６にコイルを集中巻きすることにより形成したコイル部１２は、スロット１３内部に収容された状態となっている。このようなスロット１３を冷却ジャケット１９からの冷却オイルを通す冷媒通路とするために、スロット１３の開口部にプレート１４を装着し開口部を閉塞する。そして、さらにその内周側にシール部１５を設け、冷媒がロータ２２側に漏れるのを防止する。
【００３０】
シール部１５は、スロット１３の開口部付近に設置したプレート１４とステータコア１１の内周側および外周側に金型を配置し、そこに例えば樹脂を充填することで略円筒形状に形成する。プレート１４が存在するために、金型をスロット１３の内部にまで配置する必要がなく、ステータコア１１を形成する電磁鋼板の捲くれ上がり等を回避することができる。
【００３１】
ステータコア１１の内周側には円柱形状のロータ２２を設置し、ロータ２２内には周方向に均等に８個の永久磁石２４を埋め込む。この永久磁石２４により形成される磁界と、ステータコア１１に設置した電流が流れているコイル部１２により生じた力を利用することで、電気エネルギーを機械エネルギーに変換する。ここで、永久磁石２４を８個としたが他の極数のものでもよい。
【００３２】
このような電動機において、磁束の漏れを抑制し、効率的な出力・トルクを生じる冷却通路を形成するための、スロット１３、ティース部１６及びプレート１４の詳細な形状を図３に示す。
【００３３】
ティース部１６は内周に向かって略Ｔ字形状であり、そのティース部１６の先端の周方向の両側に突出した部分を突起部１８とする。突起部１８の内周側の面１８ａは突起部１８の先端方向にゆくにつれスロット１３の内側に向けて傾くように形成する。つまり突起部１８の厚さは先端にゆくにつれ薄くなり、同時にロータ２２との隙間が広くなる。この広くなった部分にプレート１４が収まり、且つその下面にシール部１５を配置できるように前述の突起部１８のロータ２２側の面１８ａの傾きを決定する。このような突起部１８のうち、隣り合うティース部１６に設けられる一対の突起部１８の間にスロット１３の開口部が形成され、この開口部をプレート１４により閉塞する。プレート１４はステータ軸方向に延び、その両端中央部に溝（凹部）１４ａを形成し、突起部１８の先端がその溝１４ａに嵌め込まれるように形成する。
【００３４】
このように形成することで、突起部１８の先端に対しプレート１４の溝１４ａの位置が決まり、またその下面にシール部１５を形成する樹脂を充填する際に充填圧力でプレート１４が半径方向外向きに押され、突起部１８のロータ２２側の面とプレート１４が密着して樹脂漏れが防止できる。このとき、充填圧力による突起部１８とプレート１４の密着が確実に行われるように、突起部１８の先端より溝１４ａを多少大きく形成する。このように、ストッパー部９（図１１参照）を設けることなく樹脂の漏れを防止し、プレート１４の位置を決めて冷却通路（スロット１３）を形成することができるので、磁束の漏れを防止することができ電動機の出力及びトルクを向上することができる。また、突起部１８の先端のロータ２２側の面１８ａを電動機の外周側にスロット１３の開口部より内周側に突出しているプレート１４とシール部１５の厚み分だけ傾けることで、プレート１４およびシール部１５がロータ２２側に突出するのを防ぎエアギャップ２１の幅はほぼ一定に保つことができるので、出力の安定した電動機を製造することができる。
【００３５】
図４は、本発明と従来例の最大トルク及び最大出力の解析結果を示す図である。従来例を１とした時の第１の実施形態における回転電機の最大トルク及び最大出力を示している。これから明らかなように、プレート１４の周方向の両側面中央部に溝１４ａを形成し、ステータコアの突起部１８を回転電機外周側に傾けた場合、従来例より出力・トルクが増大することがわかる。
【００３６】
第２の実施形態におけるスロット１３、ティース部１６およびプレート１４の形状を図５に示す。
【００３７】
第１の実施形態と同様に周方向の両側面に溝１４ａを形成したプレート１４によりスロット１３の開口部を閉塞する。このとき、プレート１４のスロット１３側にバックコア部１７と接触する程度に半径方向に延びる脚部３２ａを形成する。脚部３２ａは隣り合うコイル部１２間の幅より狭くしてコイル部１２と被接触状態とし、コイル部１２の冷媒通路を確保する。これにより、スロット１３内を通過する冷媒は最も高温となるコイル部１２に対する接触面積は変わらずに、その流路のみが狭くなったので、流速を速めることが可能となり、冷却性能を向上することが可能となる。
【００３８】
第３の実施形態におけるスロット１３、ティース部１６およびプレート１４の形状を図６、図７に示す。
【００３９】
プレート１４を、図７に示したように内周側から本体部３１、脚部３２、保持部３３からなる略Ｈ字形状に形成する。
【００４０】
本体部３１は、スロット１３の開口部より周方向に幅が広く、開口部よりロータ側に設置し、突起部１８の先端のロータ２２側の面１８ａと接し、これによりスロット１３の開口部を閉塞する。
【００４１】
脚部３２は、スロット１３の開口部よりもやや狭い幅に形成し、コイル部１２間に配置される。このとき脚部３２はコイル部１２と接触させず、コイル部１２を冷却する冷媒の通路を確保できるように配置する。
【００４２】
また、プレート１４の外側の保持部３３は、脚部３２より周方向の幅を広く形成され、バックコア部１７に形成した溝に保持される。
【００４３】
このように、プレート１４の保持をバックコア部１７で行うことで突起部１８の内側の面と被接触にでき、突起部１８と冷媒との接触面積を増加できるので、コイル部１２に次いで高温となるティース部１６の突起部１８の冷却を向上することができる。また、第２の実施形態と同様に、スロット１３までプレート１４を延長することで、コイル部１２と冷媒の接触面積を変えずにその流路のみを狭くするので、冷媒の流速を速めることが可能となり、冷却性能を向上することができる。さらに、スロット１３内のプレート１４を上下方向で支える構造となるため、プレート１４の位置決め精度が向上する。
【００４４】
第４の実施形態におけるスロット１３、ティース部１６およびプレート１４の形状を図８に示す。
【００４５】
ここでは第１の実施形態に用いたプレート１４のロータ２２側の面１４ｂをロータ２２に平行な円弧形状とした。これによりロータ２２とプレート１４の距離、つまりエアギャップ２１の幅が一定になるので、プレート１４上のシール部１５の厚さを均一にすることができシール部１５の強度が向上する。また、プレート１４も圧力を均一に受けることができ、耐久性が向上する。
【００４６】
第５の実施形態におけるスロット１３、ティース部１６およびプレート１４の形状を図９に示す。
【００４７】
第１の実施形態におけるプレート１４のロータ２２側の面中央部にロータ軸方向に延びるプレート溝部１４ｃを設けて、このプレート溝部１４ｃをシール部１５に用いる樹脂により埋め込み、プレート溝部１４ｃの内部をシール部１５の一部とした。これにより、シール部１５の強度を向上でき、かつシール部１５の移動を防止できる。
【００４８】
さらに、第６の実施形態におけるスロット１３、ティース部１６およびプレート１４の形状を図１０に示す。
【００４９】
第１の実施形態において、突起部１８のロータ２２に対向する面の労端に軸方向に延びる溝部２０を設け、この溝部２０に嵌合するようにプレート１４のロータ２２側の面の先端１４ｄを鉤状に形成する。これによりプレート１４と突起部１８の結合性を高められる。
【００５０】
なお、本実施形態は、永久磁石式同期電動機に適用した例を示したが、誘導電動機でもＳＲモータでも、その他のモータにも適用できる。また、ステータコアが一体構造のものではなく、分割構造のステータコアでもよく、さらに、本実施形態では回転電機を電動機としたが発電機にも適用できる。
【００５１】
このように、本発明は、上記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以内で様々な変更が成し得ることは言うまでもない。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の実施形態で用いる電動機の縦断面図である。
【図２】本発明の実施形態で用いるステータコア及びロータの横断面図である。
【図３】第１の実施形態におけるスロット、ティース部及びプレートの構成図である。
【図４】第１の実施形態を用いた電動機と従来の電動機のトルク及び出力の比較である。
【図５】第２の実施形態におけるスロット、ティース部及びプレートの構成図である。
【図６】第３の実施形態におけるスロット、ティース部及びプレートの構成図である。
【図７】第３の実施形態におけるプレートの形状を示す図である。
【図８】第４の実施形態におけるスロット、ティース部及びプレートの構成図である。
【図９】第５の実施形態におけるスロット、ティース部及びプレートの構成図である。
【図１０】第６の実施形態におけるスロット、ティース部及びプレートの構成図である。
【図１１】従来のスロット、ティース部及びプレートの構成図である。
【符号の説明】
１１    ステータコア
１２    コイル部
１３    スロット
１４    プレート
１４ａ  プレート溝部
１４ｂ  溝（凹部）
１４ｃ  プレートのロータ側の面
１４ｄ  先端（プレートの周方向の先端）
１５    シール部
１６    ティース部
１７    バックコア部
１８    突起部
２０    溝部
２１    エアギャップ（回転空隙）
２２    ロータ
３１    本体部
３２    脚部
３３    保持部
【図１】
0004923374.tif 000002
【図２】
0004923374.tif 000003
【図３】
0004923374.tif 000004
【図４】
0004923374.tif 000005
【図５】
0004923374.tif 000006
【図６】
0004923374.tif 000007
【図７】
0004923374.tif 000008
【図８】
0004923374.tif 000009
【図９】
0004923374.tif 000010
【図１０】
0004923374.tif 000011
【図１１】
0004923374.tif 000012