JP5958029B2 - ステータの冷却構造 - Google Patents

Description

本発明は、ステータコアを軸方向に圧締して固定する回転電機用ステータの冷却構造に関する。

回転電機のステータのコイルは回転駆動時の通電に基づく銅損によって発熱し、コイルを卷回するステータコアも鉄損によって発熱する。発熱したステータコアを冷却する手段としては、例えば、特許文献１に開示された技術がある。

特許文献１の技術は、冷却手段として、ステータコアの外周面を内周面で接触保持するコアホルダと、コアホルダの内周面に設けられステータコアの外周面に冷媒を流通させる冷媒流路と、コアホルダの外周面と内周面とを連通してステータコアの外周面に冷媒を導入する複数の貫通孔とを有するというものである。

特開２０１１−３６０２４号公報

しかしながら、特許文献１に開示された技術によれば、コアホルダはステータコアを確実に締め付けるに足る強度を有せねばならないので、その断面積を所定以上のものとする必要がある。そのため、コアホルダの内周面に形成する冷媒流路の断面積は小さく制限されたものとなる。その結果、冷媒とステータコアとの接触面積が減少して冷却能力が低下し、最大出力時など発熱が大きい動作状態では冷却能力不足により回転電機の出力が制限されるのである。

本発明は、上述した問題に鑑みてなされたものであり、軸方向に圧締して固定するステータコアと保持筒又は押さえ部材との間に冷却通路を設けることで大きな流路面積が確保できるステータの冷却構造を提供することを目的とする。

上記目的を達成するためになされた請求項１に記載の発明は、円筒状のステータコア（３２）と、軸方向一端に底面をもつ円筒状を有し、前記底面の内面に前記ステータコア（３２）の軸方向一方側端面が当接するように前記ステータコア（３２）が内部に挿入される保持筒（２３）と、前記ステータコア（３２）の軸方向他方側端面が当接し、前記保持筒（２３）とともにハウジング（１）に締着され前記ステータコア（３２）を軸方向に圧締する押さえ部材（１３）と、前記保持筒（２３）の内周面と前記ステータコア（３２）の外周面との間に形成される冷却通路（４４）と、前記ステータコア（３２）の径方向の外周近傍で軸方向に貫通する複数の貫通路（４６）と、前記各貫通路（４６）に前記冷却通路（４４）から連通させる連通路（４５）と、を備えるものであって、前記ステータコア（３２）は、複数の分割コア（３３）を周方向に積層してなり、前記分割コア（３３）は、軸方向の前記分割コア（３３）同士の当接面に連通路（４５）を形成する溝（４９）を備えることを特徴とする。

この構成によれば、ステータコア（３２）は軸方向に挟持され圧締されるとともに、保持筒（２３）の内周面とステータコア（３２）の外周面との間に冷却通路（４４）が形成される。そのため、ステータコア（３２）の外周面に広い接触面積を有する冷却通路が形成され、冷媒の大きな流路面積が確保されるので、ステータコア（３２）の冷却が極めて効果的に行われるという優れた効果を奏する。

本発明のステータ冷却構造の第１参考例を示す正面図である。 図１におけるII―II断面図である。 本発明の第１参考例によるステータ冷却構造を分解して示す斜視図である。 本発明のステータ冷却構造の第２参考例を示す正面図である。 図４におけるＶ―Ｖ断面図である。 本発明の第２参考例によるステータ冷却構造を分解して示す斜視図である。 本発明のステータ冷却構造の第３参考例を示す正面図である。 図７におけるＶIII―ＶIII断面図である。 本発明の第３参考例によるステータ冷却構造を分解して示す斜視図である。 本発明のステータ冷却構造の第４参考例を示す正面図である。 図１０におけるＸI―ＸI断面図である。 本発明の第４参考例によるステータ冷却構造を分解して示す斜視図である。 本発明のステータ冷却構造の実施形態を示す正面図である。 図１３におけるＸIＶ―ＸIＶ断面図である。 本発明の実施形態によるステータ冷却構造を分解して示す斜視図である。 図１４のＸＶI―ＸＶI断面図である。 図１３，図１４及び図１５における分割コア３３の斜視図である。 図１７におけるＡ部（溝）の第１変形態様を示す部分拡大図である。 図１７におけるＡ部（溝）の第２変形態様を示す部分拡大図である。

以下、本発明の参考例及び本発明を具体化した一実施形態について、図面を参照しつつ説明する。但し、本明細書中の全図において相互に対応する部分には同一符号を付し、重複部分においては後述での説明を適時省略する。

参考例及び本実施形態の回転電機のステータは、電磁鋼板又は圧粉鉄心からなるステータコア３０〜３２のスロット６に図示しないコイルが卷回されてなる。円筒状のステータコア３０〜３２は保持筒２０〜２３に挿入され、その一方の端面は保持筒２０〜２３の底面の内面に当接する。ステータコア３０〜３２の他方の端面は、ステータコア３０〜３２を収容する保持筒２０〜２３に蓋をするような押さえ部材１０〜１３に当接する。

保持筒２０〜２３及び押さえ部材１０〜１３は、それぞれの取付孔５が連穿される状態でハウジング１（図２にのみ記載し、図５、８、１１，１４では記載を省略する。）にボルト７によって締着される。このとき、保持筒２０〜２３の鍔４と押さえ部材１０〜１３の鍔４との間には、僅かな間隙が生ずるようにステータコア３０〜３２の軸方向の寸法及び保持筒２０〜２３の深さ寸法が設定されているので、ボルト７の締着力によってステータコア３０〜３２には軸方向の圧締力が付与される。これにより、ステータコア３０〜３２はハウジング１に固定される。

ハウジング１は、ステータコア３０〜３２の中心孔内壁に接近して回転する円柱状の図示しないロータをステータコア３０〜３２の中心軸に軸支する。また、ハウジング１は、冷却通路４０〜４４の入口８及び出口９に液密で連結する冷媒通路を備える。

次に、第１参考例を図１，図２及び図３に基づいて説明する。

保持筒２０は、その一方端である底部分に開口部２４を有し、その他方端に、取付孔５が穿孔された複数の鍔４を有する筒状体である。保持筒２０の筒状部分には、軸方向の長孔である入口８及び出口９が筒状部分の直径位置にそれぞれ穿孔して設けられている。入口８及び出口９の開口部２４側の端部位置から鍔４までの保持筒２０の筒状部分内周面は、拡径された段部５０となっている。

ステータコア３０は、保持筒２０の段部５０を除く内周部分に挿入できるようにその直径が設定されているので、ステータコア３０の端面が保持筒２０の底面に当接可能となる。

押さえ部材１０は、ステータコア３０の直径とスロット６の谷径との中間寸法の内径と、保持筒２０の直径に略等しい外径とを有する円環板を備える。押さえ部材１０の円環板の外周には、複数の鍔４が径方向に突設されている。鍔４には、保持筒２０の取付孔５と連穿されるように取付孔５が穿孔されている。押さえ部材１０の円環板には、ステータコア３０の外径より僅かに大きい内径と、保持筒２０の段部５０の内径より僅かに小さい外径とを有する円筒部２が円環板と同芯に立設されている。円筒部２が段部５０とステータコア３０との間に嵌挿されたとき、円筒部２の先端が入口８及び出口９の長手方向の端面に位置するように、円筒部２の高さが設定されている。

このような保持筒２０、ステータコア３０及び押さえ部材１０が図２に示すように組み立てられたとき、保持筒２０の内周面である段部５０とステータコア３０の外周面との間には環状の冷却通路４０が形成される。そして、冷却通路４０の幅は、段部５０と円筒部２によって入口８及び出口９の長手方向の寸法に区画される。冷媒は、入口８から流入して半周の冷却通路４０に分流し、出口９で合流して流出する。この構成によれば、押さえ部材１０が円筒部２を備えるので剛性が向上することにより、ステータコア３０の圧締力を増強させることができ、ステータコア３０の固定を強固なものとすることができる。

次に、第２参考例を図４，図５及び図６に基づいて説明する。

保持筒２１は、その一方端である底部分に開口部２４を有し、その他方端に、取付孔５が穿孔された複数の鍔４を有する筒状体である。保持筒２１の筒状部分には、軸方向の長孔である入口８及び出口９が筒状部分の直径位置にそれぞれ穿孔して設けられている。

押さえ部材１１は、ステータコア３０の直径とスロット６の谷径との中間寸法の内径と、保持筒２１の直径に略等しい外径とを有する円環板を備える。押さえ部材１１の円環板の外周には、複数の鍔４が径方向に突設されている。鍔４には、保持筒２１の取付孔５と連穿されるように取付孔５が穿孔されている。押さえ部材１１の円環板には、ステータコア３０の外径より僅かに大きい内径と、保持筒２１の内径より僅かに小さい外径とを有する円筒部３が円環板と同芯に立設されている。円筒部３には、軸方向の長孔である入口８及び出口９が円筒部３の直径位置に保持筒２１の入口８及び出口９と連穿するようにそれぞれ穿孔して設けられている。円筒部３の内周面には、入口８及び出口９の長手方向と同一幅寸法の溝部５１が拡径して形成されている。円筒部３が保持筒２１に挿入されて、円筒部３と保持筒２１の鍔４同士を当接させたとき、円筒部３の先端が保持筒２１の底面に接触しないように、円筒部３の高さが設定されている。

ステータコア３０は、押さえ部材１１の円筒部３に挿入可能な直径寸法を有している。そして、円筒部３にステータコア３０を収納した押さえ部材１１は、保持筒２１に挿入され、ステータコア３０の端面が保持筒２１の底面に当接可能となる。

このような保持筒２１、ステータコア３０及び押さえ部材１１が図５に示すように組み立てられたとき、押さえ部材１１の内周面である溝部５１とステータコア３０の外周面との間には環状の冷却通路４１が形成される。そして、冷却通路４１の幅は、溝部５１によって入口８及び出口９の長手方向の寸法に区画される。冷媒は、入口８から流入して半周の冷却通路４１に分流し、出口９で合流して流出する。この構成によれば、押さえ部材１１が大きな円筒部３を備えるので剛性がより向上することにより、ステータコア３０の圧締力をさらに増強させることができ、ステータコア３０の固定をより強固なものとすることができる。

次に、第３参考例を図７、図８及び図９に基づいて説明する。

保持筒２２は、その一方端である底部分に開口部２４を有し、その他方端に、取付孔５が穿孔された複数の鍔４を有する筒状体である。保持筒２２の筒状部分には、軸方向の長孔である入口８及び出口９が筒状部分の直径位置にそれぞれ穿孔して設けられている。保持筒２２の筒状部の内周面には、入口８及び出口９の長手方向寸法と同一の幅寸法を有する拡径された溝部５２が形成されている。

ステータコア３０は、保持筒２２の溝部５２を除く内周部分に挿入できるようにその直径が設定されているので、ステータコア３０の端面が保持筒２２の底面に当接可能となる。

押さえ部材１２は、ステータコア３０の直径とスロット６谷径との中間寸法の内径と、保持筒２２の直径に略等しい外径とを有する円環板を備える。押さえ部材１２の円環板の外周には、複数の鍔４が径方向に突設されている。鍔４には、保持筒２２の取付孔５と連穿されるように取付孔５が穿孔されている。

このような保持筒２２、ステータコア３０及び押さえ部材１２が図８に示すように組み立てられたとき、保持筒２２の内周面である溝部５２とステータコア３０の外周面との間には環状の冷却通路４２が形成される。そして、冷却通路４２の幅は、溝部５２によって入口８及び出口９の長手方向の寸法に区画される。冷媒は、入口８から流入して半周の冷却通路４２に分流し、出口９で合流して流出する。この構成によれば、押さえ部材１２が円筒部を備えないので、低コストにステータの冷却構造を得ることができる。

次に、第４参考例を図１０，図１１及び図１２に基づいて説明する。

保持筒２１は、その一方端である底部分に開口部２４を有し、その他方端に、取付孔５が穿孔された複数の鍔４を有する筒状体である。保持筒２１の筒状部分には、軸方向の長孔である入口８及び出口９が筒状部分の直径位置にそれぞれ穿孔して設けられている。

ステータコア３１は、保持筒２１の内周部分に挿入できるようにその直径が設定されているので、ステータコア３１の端面が保持筒２１の底面に当接可能となる。ステータコア３１の外周面には、ステータコア３１の外径を縮径して形成した溝部５３が設けられている。溝部５３の幅寸法は、保持筒２１の入口８及び出口９の長手方向寸法と同一である。ステータコア３１が保持筒２１に挿入されステータコア３１の端面が保持筒２１の底面に当接したとき、入口８及び出口９と溝部５３とが両者の全幅で連通するように、両者の軸方向の位置が設定されている。

押さえ部材１２は、ステータコア３１の直径とスロット６谷径との中間寸法の内径と、保持筒２１の直径に略等しい外径とを有する円環板を備える。押さえ部材１２の円環板の外周には、複数の鍔４が径方向に突設されている。鍔４には、保持筒２１の取付孔５と連穿されるように取付孔５が穿孔されている。

このような保持筒２１、ステータコア３１及び押さえ部材１２が図１１に示すように組み立てられたとき、保持筒２１の内周面とステータコア３１の外周面である溝部５３との間には環状の冷却通路４３が形成される。そして、冷却通路４３の幅は、溝部５３によって入口８及び出口９の長手方向の寸法に区画される。冷媒は、入口８から流入して半周の冷却通路４３に分流し、出口９で合流して流出する。この構成によれば、押さえ部材１２が円筒部を備えないので、低コストにステータの冷却構造を得ることができる。

次に、本実施形態を図１３、図１４及び図１５に基づいて説明する。

保持筒２３は、その一方端である底部分に開口部２４を有し、その他方端に、取付孔５が穿孔された複数の鍔４を有する筒状体である。保持筒２３の筒状部分には、軸方向の長孔である入口８が穿孔して設けられている。入口８の開口部２４側の端部位置から鍔４までの保持筒２３の筒状部分内周面は、拡径された段部５４となっている。保持筒２３の底面には、複数の貫通孔４７が設けられている。貫通孔４７は、ステータコア３２径方向のスロット６の谷と外周との中間位置でステータコア３２軸方向に貫通する複数の貫通路４６に連通するように穿孔される。貫通孔４７の形状は、貫通路４６の断面形状と同じであることが好ましいが、冷媒が流通可能であれば、異なった形状であってもよい。

ステータコア３２は、保持筒２３の段部５４を除く内周部分に挿入できるようにその直径が設定されているので、ステータコア３２の端面が保持筒２３の底面に当接可能となる。

ステータコア３２は、複数の分割コア３３を円環状に積層したものを軸方向に連接させた構成を有する。分割コア３３は、図１７に示すように、スロット６と、スロット６の半割の一方と、貫通路４６の半割である溝４８と、連通路４５の四分割である溝４９とを有する。すなわち、ステータコア３２は、周方向に相互に当接する分割コア３３間に形成され径方向のスロット６の谷と外周との中間位置で軸方向に貫通する複数の貫通路４６を有する。貫通路４６は、図１６に示すように、ステータコア３２における磁路の断面積を確保するため、磁束方向である周方向に細長い断面形状を有することが好ましい。分割コア３３は、電磁鋼板を軸方向に積層して形成される。

また、ステータコア３２は連通路４５を有する。連通路４５は、周方向と軸方向に当接する四個の分割コア３３の溝４９で形成され、冷却通路４４と各貫通路４６とを連通させる。連通路４５は、図１７に示す溝４９によれば断面形状が円形となるが、図１８に示す溝５０によれば、断面形状が正方形となる。また、図１９に示す溝５１によれば、連通路４５の断面形状は正方形又は矩形となる。溝４９，５０を備えた分割コア３３は、溝４９，５０の形状と配設位置に起因して、電磁鋼板による製造が困難である。そのため、溝４９，５０を備えた分割コア３３は、プレス成型による圧粉鉄心からなることが好ましい。

押さえ部材１３は、ステータコア３２の直径とスロット６の谷径との中間寸法の内径と、保持筒２３の直径に略等しい外径とを有する円環板を備える。押さえ部材１３の円環板の外周には、複数の鍔４が径方向に突設されている。鍔４には、保持筒２３の取付孔５と連穿されるように取付孔５が穿孔されている。押さえ部材１３の円環板には、ステータコア３２の外径より僅かに大きい内径と、保持筒２３の段部５４の内径より僅かに小さい外径とを有する円筒部２が円環板と同芯に立設されている。円筒部２が段部５４とステータコア３２との間に嵌挿されたとき、円筒部２の先端が入口８の長手方向の端面に位置するように、円筒部２の高さが設定されている。押さえ部材１３の円環板の内周近傍には、ステータコア３２の外周近傍で軸方向に貫通する各貫通路４６に連通するように穿孔された複数の貫通孔４７が設けられている。貫通孔４７の形状は、貫通路４６の断面形状と同じであることが好ましいが、冷媒が流通可能であれば、異なった形状であってもよい。

このような保持筒２３、ステータコア３２及び押さえ部材１３が図１４に示すように組み立てられたとき、保持筒２３の内周面である段部５４とステータコア３２の外周面との間には環状の冷却通路４４が形成される。そして、冷却通路４４の幅は、段部５４と円筒部２によって入口８の長手方向の寸法に区画される。この構成によれば、押さえ部材１３が円筒部２を備えるので剛性が向上することにより、ステータコア３２の圧締力を増強させることができ、ステータコア３２の固定を強固なものとすることができる。さらに、入口８から流入した冷媒は、冷却通路４４、連通路４５、貫通路４６を順次に経由して、ステータコア３２の両側にある保持筒２３の底面及び押さえ部材１３の各貫通孔４７から吐出し、スロット６に卷回されたコイルのコイルエンドに雨飛するので、ステータコア３２とともにコイルも効果的に冷却することができるという優れた効果を奏する。

以上詳述したことから明らかなように、本実施形態のステータの冷却構造によれば、ステータコア３２は軸方向に挟持され圧締されるとともに、保持筒２３の内周面とステータコア３２の外周面との間に冷却通路４４が形成される。そのため、ステータコア３２の外周面に広い接触面積を有する冷却通路が形成され、冷媒の大きな流路面積が確保されるので、ステータコア３２の冷却が極めて効果的に行われるという優れた効果を奏する。

なお、本発明は、当業者の知識に基づいて様々な変更、修正、改良等を加えた態様において実施され得るものを含む。また、前記変更等を加えた実施態様が、本発明の趣旨を逸脱しない限りいずれも本発明の範囲内に含まれるものであることは言うまでもない。

１ ハウジング
１０，１１，１２，１３ 押さえ部材
２０，２１，２２，２３ 保持筒
３０，３１，３２， ステータコア
４０，４１，４２，４３，４４ 冷却通路

Claims (3)

1. 円筒状のステータコア（３２）と、
   軸方向一端に底面をもつ円筒状を有し、前記底面の内面に前記ステータコア（３２）の軸方向一方側端面が当接するように前記ステータコア（３２）が内部に挿入される保持筒（２３）と、
   前記ステータコア（３２）の軸方向他方側端面が当接し、前記保持筒（２３）とともにハウジング（１）に締着され前記ステータコア（３２）を軸方向に圧締する押さえ部材（１３）と、
   前記保持筒（２３）の内周面と前記ステータコア（３２）の外周面との間に形成される冷却通路（４４）と、
   前記ステータコア（３２）の径方向の外周近傍で軸方向に貫通する複数の貫通路（４６）と、
   前記各貫通路（４６）に前記冷却通路（４４）から連通させる連通路（４５）と、
   を備えるものであって、
   前記ステータコア（３２）は、複数の分割コア（３３）を周方向に積層してなり、
   前記分割コア（３３）は、軸方向の前記分割コア（３３）同士の当接面に連通路（４５）を形成する溝（４９）を備えることを特徴とするステータの冷却構造。
2. 前記貫通路（４６）は、前記ステータコア（３２）の周方向に細長い断面形状を有するものであることを特徴とする請求項１に記載のステータの冷却構造。
3. 前記貫通路（４６）は、前記分割コア（３３）の積層面に設けた溝（４８）により形成されることを特徴とする請求項２又は３に記載のステータの冷却構造。

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