JP2006174550A - ディスク型回転電機のステータ構造 - Google Patents

Abstract

【課題】 抜熱性能の向上により大容量にも対応可能であると共に、ステータ強度の向上により大トルクにも対応可能であるディスク型回転電機のステータ構造を提供すること。
【解決手段】 永久磁石２２を配置したロータ２と、ステータコア３１，４１とコイル３２，４２を有するステータ３，４と、を備え、前記ロータ２と前記ステータ３，４が軸方向に配設されたディスク型回転電機Ｍ１において、前記ステータ３，４は、回転電機ケースと一体化したステータ内周壁３３，４３とステータ外周壁３４，４４を有し、該内外周壁３３，３４及び内外周壁４３，４４との間に形成される空間を樹脂モールド３６，４６により埋め込み、かつ、前記ステータ内周壁３３，４３とステータ外周壁３４，４４とのそれぞれに内周壁冷媒路６１，７１と外周壁冷媒路６２．７２を設けた。
【選択図】 図１

Description

本発明は、ステータとロータが軸方向に対向配置されるディスク型回転電機のステータ構造の技術分野に属する。

永久磁石をロータ内部に埋め込んだ埋込磁石同期モータ（IPMSM：Interior Permanent Magnet Synchronus Motor）や永久磁石をロータ表面に張り付けた表面磁石同期モータ（SPMSM：Surface Permanent Magnet Synchronus Motor）は、損失が少なく、効率が良く、出力が大きい（マグネットトルクのほかにリラクタンストルクも利用できる）等の理由により、電気自動車用モータやハイブリッド車用モータ等の用途にその応用範囲を拡大している。

このような永久磁石同期モータであって、ステータとロータが軸方向に対向配置されるディスク型モータは、薄型化が可能であり、レイアウトに制限がある用途に使用されている（例えば、特許文献１参照）。
特開平１１−１８７６３５号公報

しかしながら、従来のディスク型モータにおいて、例えば、ステータを固定するモータケースに冷媒路を設ける場合には、ステータ外周側のみに配設された冷媒路となり、冷却面積が狭くなり、大容量の回転電機には対応できない。また、ステータの外周部のみをモータケースに固定支持する場合は、ステータ強度を十分に高くすることができず、大トルクの回転電機に適用することができない、という問題があった。

本発明は、上記問題に着目してなされたもので、抜熱性能の向上により大容量にも対応可能であると共に、ステータ強度の向上により大トルクにも対応可能であるディスク型回転電機のステータ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、本発明では、永久磁石を配置したロータと、ステータコアとコイルを有するステータと、を備え、前記ロータと前記ステータが軸方向に配設されたディスク型回転電機において、
前記ステータは、回転電機ケースと一体化したステータ内周壁とステータ外周壁を有し、該内外周壁との間に形成される空間を樹脂モールドにより埋め込み、かつ、前記ステータ内周壁とステータ外周壁とのそれぞれに内周壁冷媒路と外周壁冷媒路を設けたことを特徴とする。

よって、本発明のディスク型回転電機のステータ構造にあっては、ステータ外周部のみに冷媒路を設ける場合に比べ、内周壁冷媒路と外周壁冷媒路によりステータの冷却面積を広く確保することが可能であるため、樹脂モールドを介してステータから熱を抜く抜熱性能が向上し、大容量の回転電機にも対応可能な冷却能力を得ることができる。それに加えて、ステータは、回転電機ケースを構成するステータ内周壁とステータ外周壁により、樹脂モールドを介して複数の面で支持されるため、ステータ支持強度が向上し、大トルクの回転電機にも適用可能となる。

以下、本発明のディスク型回転電機のステータ構造を実施するための最良の形態を、図面に示す実施例１〜実施例５に基づいて説明する。

まず、構成を説明する。
図１は実施例１のステータ構造が適用された１ロータ・２ステータ構造のディスク型回転電機を示す全体断面図である。
実施例１のディスク型回転電機Ｍ１は、回転軸１と、ロータ２と、第１ステータ３と、第２ステータ４と、シム５と、第１冷媒路閉塞部材６と、第２冷媒路閉塞部材７と、第１ボルト８と、第２ボルト９と、を備えている。

前記回転軸１は、第１冷媒路閉塞部材６に設けられた第１軸受け１０と第２冷媒路閉塞部材７に設けられた第２軸受け１１によって回転自在に支持されている。

前記ロータ２は、ロータベース２１と永久磁石２２により構成され、前記回転軸１に対し、第１ステータ３と第２ステータ４により軸方向に挟まれた位置に固定されている。前記ロータベース２１は、回転軸１に固定された電磁鋼鈑（強磁性体）により構成され、両ステータ３，４から与えられる回転磁束に対し、永久磁石２２，２２に反力を発生させ、回転軸１と共に回転する。前記永久磁石２２は、前記ロータベース２１の両ステータ３，４との対向面位置に複数埋め込まれていて、周方向に隣接する表面磁極（Ｎ極，Ｓ極）は、互いに相違するよう配置されている。ここで、ロータ２と両ステータ３，４との間には、エアギャップ２３，２３と呼ばれる隙間が存在し、互いに接触することはない。

前記第１ステータ３と第２ステータ４は、前記ロータ２に対し軸方向に配設され、複数のステータコア３１，４１と、各ステータコア３１，４１に巻き回されたコイル３２，４２と、を有する。

前記第１ステータ３は、回転電機ケースと一体化したステータ内周壁３３とステータ外周壁３４を有し、該内外周壁３３，３４との間に形成される空間を樹脂モールド３６により埋め込み、かつ、前記ステータ内周壁３３とステータ外周壁３４とのそれぞれに内周壁冷媒路６１と外周壁冷媒路６２を設けている。

前記ステータ内周壁３３とステータ外周壁３４とをステータ側壁３５にて一体に連結することで、回転電機ケースの一部を構成している。なお、前記ステータコア３１には、絶縁体３７を介してコイル３２が巻き回されている。そして、ステータコア３１の一端面には、バックコア３８が設けられ、該バックコア３８は、ステータ側壁３５に固定されている。また、ステータコア３１とバックコア３８とを合わせた軸方向長さは、ステータ内周壁３３とステータ外周壁３４の軸方向突出長と一致し、ステータコア３１の他端面は、エアギャップ２３を介してロータ２と対向している。すなわち、第１ステータ３は、図２に示すように、ドーナツ状ブロックとして構成される。

前記第２ステータ４は、回転電機ケースと一体化したステータ内周壁４３とステータ外周壁４４を有し、該内外周壁４３，４４との間に形成される空間を樹脂モールド４６により埋め込み、かつ、前記ステータ内周壁４３とステータ外周壁４４とのそれぞれに内周壁冷媒路７１と外周壁冷媒路７２を設けている。

前記ステータ内周壁４３とステータ外周壁４４とをステータ側壁４５にて一体に連結することで、回転電機ケースの一部を構成している。なお、前記ステータコア４１には、絶縁体４７を介してコイル４２が巻き回されている。そして、ステータコア４１の一端面には、バックコア４８が設けられ、該バックコア４８は、ステータ側壁４５に固定されている。また、ステータコア４１とバックコア４８とを合わせた軸方向長さは、ステータ内周壁４３とステータ外周壁４４の軸方向突出長と一致し、ステータコア４１の他端面は、エアギャップ２３を介してロータ２と対向している。すなわち、第２ステータ４は、ドーナツ状ブロックとして構成される。

前記内周壁冷媒路６１，７１と外周壁冷媒路６２，７２は、図３に示すように、ステータ端部から軸方向に２つの有底環状溝を形成し、該有底環状溝の形成により開口したステータ端部にＯ−リング１２，１３によりシール性を保ちながら第１冷媒路閉塞部材６と第２冷媒路閉塞部材７を固定することで構成している。なお、内周壁冷媒路６１と外周壁冷媒路６２は、図２に示すように、それぞれ冷媒供給口６１ａ，６２ａと、冷媒排出口６１ｂ，６２ｂとを有する。なお、内周壁冷媒路７１と外周壁冷媒路７２も同様である。

前記シム５は、前記ステータ外周壁３４，４４と同じ内径と外径を持つ環状部材であり、軸方向長さは、前記エアギャップ２３，２３を最適に管理するように設定される。そして、電動機ケースは、ステータ内周壁３３，４３と、ステータ外周壁３４，４４と、ステータ側壁３５，４５と、シム５と、第１冷媒路閉塞部材６及び第２冷媒路閉塞部材７により、全体として一体的に構成されている。

次に、作用を説明する。

実施例１のディスク型回転電機Ｍ１のステータ構造にあっては、ステータ外周部のみに冷媒路を設ける場合に比べ、第１内周壁冷媒路６１と第１外周壁冷媒路６２により第１ステータ３の冷却面積を広く確保することが可能であるし、第２内周壁冷媒路７１と第２外周壁冷媒路７２により第２ステータ４の冷却面積を広く確保することが可能である。このため、樹脂モールド３６，４６を介して両ステータ３，４から熱を抜く抜熱性能が向上し、大容量の回転電機にも対応可能な冷却能力を得ることができる。

それに加えて、両ステータ３，４は、回転電機ケースを構成するステータ内周壁３３，４３とステータ外周壁３４，４４により、樹脂モールド３６，３７を介し、少なくとも内外周の複数の面で支持される。このため、ステータ支持強度が向上し、大トルクの回転電機にも適用可能となる。

さらに、回転電機ケースの一部を、ステータ内周壁３３，４３とステータ外周壁３４，４４とをステータ側壁３５，４５にて一体に連結することで構成した。このため、両ステータ３，４は、内周と外周と軸方向端面との３方向の面にて支持されることで、内外周支持に比べ、ステータ支持強度はさらに高いものとなる。

また、第１内周壁冷媒路６１と第１外周壁冷媒路６２は、ステータ端部から軸方向に２つの有底環状溝を形成し、該有底環状溝の形成により開口したステータ端部にシール性を保ちながら第１冷媒路閉塞部材６を固定することで構成し、第２内周壁冷媒路７１と第２外周壁冷媒路７２は、ステータ端部から軸方向に２つの有底環状溝を形成し、該有底環状溝の形成により開口したステータ端部にシール性を保ちながら第２冷媒路閉塞部材７を固定することで構成した。このため、これら冷媒路６１，６２，７１，７２を有底環状溝を形成するだけの簡単な加工にて得ることができる。加えて、両冷媒路閉塞部材６，７は、回転電機ケースの一部を構成することで、両冷媒路閉塞部材６，７を有さないものと比べ、ステータ支持強度はさらに高いものとなる。

次に、効果を説明する。
実施例１のディスク型回転電機Ｍ１のステータ構造にあっては、下記に列挙する効果を得ることができる。

(1) 永久磁石２２を配置したロータ２と、ステータコア３１，４１とコイル３２，４２を有するステータ３，４と、を備え、前記ロータ２と前記ステータ３，４が軸方向に配設されたディスク型回転電機Ｍ１において、前記ステータ３，４は、回転電機ケースと一体化したステータ内周壁３３，４３とステータ外周壁３４，４４を有し、該内外周壁３３，３４及び内外周壁４３，４４との間に形成される空間を樹脂モールド３６，４６により埋め込み、かつ、前記ステータ内周壁３３，４３とステータ外周壁３４，４４とのそれぞれに内周壁冷媒路６１，７１と外周壁冷媒路６２．７２を設けたため、抜熱性能の向上により大容量にも対応することができると共に、ステータ強度の向上により大トルクにも対応することができる。

(2) 前記回転電機ケースは、ステータ内周壁３３，４３とステータ外周壁３４，４４とをステータ側壁３５，４５にて一体に連結することで構成したため、両ステータ３，４は、内周と外周と軸方向端面との３方向の面にて支持されることで、内外周支持に比べ、ステータ支持強度をさらに高いものとすることができる。

(3) 前記内周壁冷媒路６１，７１と外周壁冷媒路６２，７２は、ステータ端部から軸方向に２つの有底環状溝を形成し、該有底環状溝の形成により開口したステータ端部にシール性を保ちながら冷媒路閉塞部材６，７を固定することで構成したため、簡単な加工にて冷媒路を構成することができると共に、両冷媒路閉塞部材６，７を有さないものと比べ、ステータ支持強度をさらに高いものとすることができる。

実施例２は、外周壁冷媒路の流路断面積を、内周壁冷媒路の流路断面積より小さく設定した例である。

すなわち、実施例２のディスク型回転電機Ｍ２のステータ構造は、図４に示すように、第２外周壁冷媒路７２’は、第２内周壁冷媒路７１の流路断面積に比べ、流路断面積を小さく設定している。なお、他の構成は実施例１と同様であるので、対応する構成に同一符号を付して説明を省略する。

次に、作用を説明すると、ステータ外周壁４４に設けられた第２外周壁冷媒路７２’は、ステータ内周壁４３に設けられた第２内周壁冷媒路７１の流路断面積に比べ、流路断面積を小さく設定しているため、同じ流量の冷媒を第２外周壁冷媒路７２’と第２内周壁冷媒路７１に供給した場合、冷媒の流速は第２内周壁冷媒路７１より第２外周壁冷媒路７２’の方が増加する。この結果として、第２外周壁冷媒路７２’側での冷媒への熱伝達率が向上するので、ステータ内周壁４３に比べて発熱量の大きいステータ外周壁４４の抜熱性能が向上し、第２ステータ４をより均一に冷却することができる。なお、第１ステータ３についても同様の作用を示す。また、他の作用は、実施例１と同様であるため説明を省略する。

次に、効果を説明すると、実施例２のディスク型回転電機Ｍ２のステータ構造にあっては、実施例１の(1),(2),(3)の効果に加え、下記の効果を得ることができる。

(4) 第２外周壁冷媒路７２’は、第２内周壁冷媒路７１の流路断面積に比べ、流路断面積を小さく設定したため、ステータ内周壁４３に比べて発熱量の大きいステータ外周壁４４の抜熱性能が向上し、第２ステータ４をより均一に冷却することができる。

実施例３は、ステータ内周壁の径方向壁厚を、ステータ外周壁の径方向壁厚に比べて薄く設定した例である。

すなわち、実施例３のディスク型回転電機Ｍ３のステータ構造は、図５に示すように、ステータ内周壁４３は、ステータ外周壁４４の径方向壁厚t1に比べ、径方向壁厚t2（<t1）を薄く設定している。なお、他の構成は実施例１と同様であるので、対応する構成に同一符号を付して説明を省略する。

次に、作用を説明すると、ステータ内周壁４３は、ステータ外周壁４４の径方向壁厚t1に比べ、径方向壁厚t2を薄く設定しているため、第２ステータ４の内側のスペースを有効に利用することができ、スペース効率が向上する。なお、第１ステータ３についても同様の作用を示す。また、他の作用は、実施例１と同様であるため説明を省略する。

次に、効果を説明すると、実施例３のディスク型回転電機Ｍ３のステータ構造にあっては、実施例１の(1),(2),(3)の効果に加え、下記の効果を得ることができる。

(5) ステータ内周壁４３は、ステータ外周壁４４の径方向壁厚t1に比べ、径方向壁厚t2を薄く設定したため、ステータの内側のスペースを有効に利用することができ、スペース効率を向上させることができる。

実施例４は、内周壁冷媒路と外周壁冷媒路に加え、ステータ側壁にステータ側壁冷媒路を設けた例である。

実施例４のディスク型回転電機Ｍ４のステータ構造は、図６に示すように、内周壁冷媒路７１と外周壁冷媒路７２に加え、ステータ側壁４５にステータ側壁冷媒路７３を設けている。そして、前記ステータ側壁冷媒路７３は、前記内周壁冷媒路７１と外周壁冷媒路７２の両方の冷媒路と連通し、１つの冷媒路を構成している。なお、他の構成は実施例１と同様であるので、対応する構成に同一符号を付して説明を省略する。

次に、作用を説明すると、内周壁冷媒路７１と外周壁冷媒路７２に加え、ステータ側壁４５にステータ側壁冷媒路７３を設けているため、コイル４２のみならず、ステータコア４１やバックコア４８も併せて冷却することができる。さらに、ステータ側壁冷媒路７３は、内周壁冷媒路７１と外周壁冷媒路７２の両方の冷媒路と連通し、１つの冷媒路を構成しているため、冷却系統を１つだけに減らすことができ、構造が単純化されるので、工数やコストの削減が可能となる。なお、第１ステータ３についても同様の作用を示す。また、他の作用は、実施例１と同様であるため説明を省略する。

次に、効果を説明すると、実施例４のディスク型回転電機Ｍ３のステータ構造にあっては、実施例１の(2),(3)の効果に加え、下記の効果を得ることができる。

(6) 内周壁冷媒路７１と外周壁冷媒路７２に加え、ステータ側壁４５にステータ側壁冷媒路７３を設けたため、コイル４２のみならず、ステータコア４１やバックコア４８も併せて冷却することができる。

(7) 前記ステータ側壁冷媒路７３は、前記内周壁冷媒路７１と外周壁冷媒路７２の両方の冷媒路と連通し、１つの冷媒路を構成しているため、冷却系統を１つだけに減らすことができ、構造が単純化されるので、工数やコストの削減を図ることができる。

実施例５は、ステータ内周壁の回転軸に対向する部分に凹凸部を設け、該凹凸部と回転軸との間に軸受けを介装した例である。

すなわち、実施例５のディスク型回転電機Ｍ３のステータ構造は、図７に示すように、前記ステータ内周壁４３は、回転軸１に対向する内側部分に凹凸部４３ａを設け、該凹凸部４３ａと回転軸１との間に第２軸受け１１を介装している。なお、他の構成は実施例１と同様であるので、対応する構成に同一符号を付して説明を省略する。

次に、作用を説明すると、ステータ内周壁４３には、回転軸１に対向する内側部分に凹凸部４３ａを設け、該凹凸部４３ａと回転軸１との間に第２軸受け１１を介装したため、第２軸受け１１により軸方向の荷重を受けることができる。また、ステータ内周壁４３の内側部分に第２軸受け１１を介装するようにしたため、ステータ内周部分のスペースを有効に利用することができ、スペース効率が向上する。なお、第１ステータ３についても同様の作用を示す。また、他の作用は、実施例１と同様であるため説明を省略する。

次に、効果を説明すると、実施例５のディスク型回転電機Ｍ５のステータ構造にあっては、実施例４の効果に加え、下記の効果を得ることができる。

(8) 前記ステータ内周壁４３は、回転軸１に対向する内側部分に凹凸部４３ａを設け、該凹凸部４３ａと回転軸１との間に第２軸受け１１を介装したため、軸方向の荷重を受けることができると共に、ステータ内周部分のスペース有効利用により、スペース効率を向上させることができる。

以上、本発明のディスク型回転電機のステータ構造を実施例１〜実施例５に基づき説明してきたが、具体的な構成については、これらの実施例に限られるものではなく、特許請求の範囲の各請求項に係る発明の要旨を逸脱しない限り、設計の変更や追加等は許容される。

例えば、実施例１〜５では、ディスク型回転電機として、ロータとステータとの間に軸方向のエアギャップを有する例を示したが、ロータとステータとの間には、例えば、油膜が存在するだけで、実質的にエアギャップが存在しないようなディスク型回転電機に対しても適用することができる。

実施例１〜５では、ディスク型回転電機と述べているが、それはディスク型モータとして適用しても良いし、また、ディスク型ジェネレータとして適用しても良い。また、実施例１〜５では、１ロータ・２ステータのディスク型回転電機への適用例を示したが、２ロータ・１ステータのディスク型回転電機や１ロータ・１ステータのディスク型回転電機等、ステータとロータの数が実施例とは異なるディスク型回転電機にも勿論適用することができる。

実施例１のステータ構造が適用されたディスク型回転電機を示す全体断面図である。 実施例１のディスク型回転電機のステータ構造を示す図１のＡ−Ａ線断面図である。 実施例１のディスク型回転電機のステータ構造を示す図１のＢ部拡大断面図である。 実施例２のディスク型回転電機の第２ステータ構造を示す拡大断面図である。 実施例３のディスク型回転電機の第２ステータ構造を示す拡大断面図である。 実施例４のディスク型回転電機の第２ステータ構造を示す拡大断面図である。 実施例５のディスク型回転電機の第２ステータ構造を示す拡大断面図である。

符号の説明

Ｍ１ ディスク型回転電機
１ 回転軸
２ ロータ
２１ ロータベース
２２ 永久磁石
２３ エアギャップ
３ 第１ステータ（ステータ）
３１ ステータコア
３２ コイル
３３ ステータ内周壁
３４ ステータ外周壁
３５ ステータ側壁
３６ 樹脂モールド
３７ 絶縁体
３８ バックコア
４ 第２ステータ（ステータ）
４１ ステータコア
４２ コイル
４３ ステータ内周壁
４４ ステータ外周壁
４５ ステータ側壁
４６ 樹脂モールド
４７ 絶縁体
４８ バックコア
５ シム
６ 第１冷媒路閉塞部材（冷媒路閉塞部材）
６１ 内周壁冷媒路
６２ 外周壁冷媒路
６３ ステータ側壁冷媒路
７ 第２冷媒路閉塞部材（冷媒路閉塞部材）
７１ 内周壁冷媒路
７２ 外周壁冷媒路
７３ ステータ側壁冷媒路
８ 第１ボルト
９ 第２ボルト
１０ 第１軸受け
１１ 第２軸受け
１２，１３ Ｏ−リング

Claims (8)

1. 永久磁石を配置したロータと、ステータコアとコイルを有するステータと、を備え、前記ロータと前記ステータが軸方向に配設されたディスク型回転電機において、
   前記ステータは、回転電機ケースと一体化したステータ内周壁とステータ外周壁を有し、該内外周壁との間に形成される空間を樹脂モールドにより埋め込み、かつ、前記ステータ内周壁とステータ外周壁とのそれぞれに内周壁冷媒路と外周壁冷媒路を設けたことを特徴とするディスク型回転電機のステータ構造。
2. 請求項１に記載のディスク型回転電機のステータ構造において、
   前記回転電機ケースは、ステータ内周壁とステータ外周壁とをステータ側壁にて一体に連結することで構成したことを特徴とするディスク型回転電機のステータ構造。
3. 請求項１または２に記載のディスク型回転電機のステータ構造において、
   前記内周壁冷媒路と外周壁冷媒路は、ステータ端部から軸方向に２つの有底環状溝を形成し、該有底環状溝の形成により開口したステータ端部にシール性を保ちながら冷媒路閉塞部材を固定することで構成したことを特徴とするディスク型回転電機のステータ構造。
4. 請求項１乃至３の何れか１項に記載のディスク型回転電機のステータ構造において、
   前記外周壁冷媒路は、内周壁冷媒路の流路断面積に比べ、流路断面積を小さく設定したことを特徴とするディスク型回転電機のステータ構造。
5. 請求項１乃至４の何れか１項に記載のディスク型回転電機のステータ構造において、
   前記ステータ内周壁は、ステータ外周壁の径方向壁厚に比べ、径方向壁厚を薄く設定したことを特徴とするディスク型回転電機のステータ構造。
6. 請求項２乃至５の何れか１項に記載のディスク型回転電機のステータ構造において、
   前記内周壁冷媒路と外周壁冷媒路に加え、前記ステータ側壁にステータ側壁冷媒路を設けたことを特徴とするディスク型回転電機のステータ構造。
7. 請求項６に記載のディスク型回転電機のステータ構造において、
   前記ステータ側壁冷媒路は、前記内周壁冷媒路と外周壁冷媒路のうち、少なくとも一方の冷媒路と連通し、１つの冷媒路を構成していることを特徴とするディスク型回転電機のステータ構造。
8. 請求項１乃至７の何れか１項に記載のディスク型回転電機のステータ構造において、
   前記ステータ内周壁は、回転軸に対向する内側部分に凹凸部を設け、該凹凸部と回転軸との間に軸受けを介装したことを特徴とするディスク型回転電機のステータ構造。

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