JP2009131083A - 回転電機および燃料電池システム - Google Patents

Abstract

【課題】ステータの軸長方向および周方向への相対変位を効果的に抑制することができる回転電機および燃料電池システムを提供する。
【解決手段】回転電機１は、作動室２９をもつケース２と、ケース２の作動室２９に設けられたステータ３と、ステータ３に巻回された巻線と、ケース２の作動室２９に回転可能に設けられたロータ５と、ステータ３を覆う樹脂モールド部６とを備えている。ケース２は、ロータ５の軸長方向に沿った方向においてステータ３に係合する第１係合部８と、ロータ５の周方向に沿った方向において樹脂モールド部６と係合する第２係合部８６とを備えている。
【選択図】図１

Description

本発明はモータや発電機などの回転電機、および、回転電機を有する燃料電池システムに関する。

従来、回転電機は、作動室をもつケースと、ケースの作動室に設けられたステータと、ステータに巻線が巻回されて形成された巻線部と、ケースの前記作動室に回転可能に設けられたロータと、ステータを覆う樹脂モールド部とを備えている。かかる回転電機によれば、ステータの巻線部を樹脂モールド部で被覆したステータ構造が知られている（特許文献１〜３）。このものによれば、樹脂モールド部によりステータの巻線の放熱性を高めることができる。
特開２００５−２２３９８７号公報 特開２００３−６１２９４号公報 特開２００３−６１２７８号公報

上記した回転電機によれば、ステータの軸長方向および周方向への相対変位を簡単な構造で効果的に抑制することは、必ずしも充分ではなかった。本発明は上記した実情に鑑みてなされたものであり、ステータの軸長方向および周方向への相対変位を簡単な構造で効果的に抑制することができる回転電機および燃料電池システムを提供することを課題とする。

様相１に係る回転電機は、作動室をもつケースと、ケースの作動室に設けられたステータと、ステータに巻線が巻回されて形成された巻線部と、ケースの作動室に回転可能に設けられたロータと、ステータを覆う樹脂モールド部とを具備しており、ケースは、ロータの軸長方向に沿った方向においてステータに係合する第１係合部と、ロータの周方向に沿った方向において樹脂モールド部と係合する第２係合部とを備えていることを特徴とする。

第１係合部は、ロータの軸長方向に沿った方向においてステータに係合する。これによりステータはケースにおいて位置決めされる。このため、ステータが、ロータの軸長方向に沿った方向において移動することが抑えられる。第２係合部は、ロータの周方向（ロータの回転方向）に沿った方向において樹脂モールド部と係合する。このためステータが、ロータの周方向に沿った方向において移動することが抑えられる。第１係合部は好ましくは凸部で形成されている。凸部はロータの周方向に沿って連続的にまたは断続的に１周していることが好ましい。第１係合部としては、ケースと一体成形されていてもよいし、別体のものをケースに取り付けて構成してもよい。樹脂モールド部は少なくともステータを覆うモールド部であり、巻線部も覆うことが好ましい。樹脂としては熱硬化性樹脂、熱可塑性樹脂が例示されるが、熱硬化性樹脂が好ましい。

ケースの内面の合計表面積（ステータの外周壁面に対面する領域を除く）を１００と相対表示すると、７０以上を占める領域が樹脂モールド部で覆われていることが好ましい。この場合、樹脂モールド部からケースへの放熱性が高く設定される。ひいては回転電機の放熱性を高めることができる。回転電機としてはモータ、発電機が例示される。

様相２に係る回転電機によれば、上記した様相において、第１係合部はケースの内周壁面に径内方向に向けて突出するように設けられており、第２係合部は第１係合部に設けられていることを特徴とする。

第１係合部は、ケースの内周壁面に径内方向に向けて突出するように設けられているため、ロータの軸長方向に沿った方向においてステータに効果的に係合することができる。第２係合部は、ロータの周方向に沿った方向において樹脂モールド部と係合する。

様相３に係る回転電機によれば、上記した様相において、ステータは、ロータの回りを包囲するリング状または筒形状のステータ本体と、ステータ本体においてロータに向けて径内方向に突出すると共に巻線部が巻回される複数個のティース部と、隣設するティース部間に形成されていると共に巻線部が配置されるスロットル溝とを備えており、樹脂モールド部は各ティース部のうち少なくとも径内方向の先端部を被覆するティース先端モールド部を備えていることを特徴とする。各ティース部のうち少なくとも径内方向の先端部は、磁束の変化に基づく熱を発生させ易い。本様相によれば、樹脂モールド部のティース先端モールド部は、ティース部のうち少なくとも径内方向の先端部を覆う。このためティース部の径内方向の先端部の放熱性を高めることができる。

様相４に係る回転電機によれば、上記した様相において、ティース先端モールド部は、各ティース部のうち少なくとも径内方向の先端部のうちロータに対面する内面を被覆している内面被覆モールド部を備えていることを特徴とする。ティース部の少なくとも径内方向の先端部のうち、ロータに対面する内面は、磁束の変化に基づく熱を発生させ易い。この点について本様相によれば、樹脂モールド部のティース先端モールド部は、ティース部の径内方向の先端部のうちロータに対面する内面を被覆している。このためティース部の径内方向の先端部のうちロータに対面する内面からの放熱性を高めることができる。

様相５に係る回転電機によれば、上記した様相において、ケースは、冷媒が流れる冷媒室を有しており、樹脂モールド部は、ケースの壁部を介して冷媒室に対向する位置に形成されている対向モールド部を備えていることを特徴とする。本様相によれば、樹脂モールド部の対向モールド部は、ケースの壁部を介して冷媒室に対向する位置に形成されている。このため対向モールド部から冷媒室への放熱が期待される。

様相６に係る回転電機によれば、上記した様相において、樹脂モールド部は、樹脂基材と、樹脂基材に配合された伝熱フィラーとを含むことを特徴とする。本様相によれば、伝熱フィラーにより樹脂モールド部の放熱性を一層高めることができる。

様相７に係る燃料電池システムは、カソード流体が供給されるカソードとアノード流体が供給されるアノード流体とをもつ燃料電池と、カソード流体およびアノード流体のうちの一方を燃料電池に供給する流体供給装置とを具備する燃料電池システムにおいて、流体供給装置は、上記した様相に係る回転電機を備えていることを特徴とする。この場合には上記した様相と同様の作用効果が得られる。回転電機が回転駆動すれば、カソード流体およびアノード流体のうちの一方を燃料電池に供給することができる。

本発明によれば、第１係合部および第２係合部がケースに設けられているため、ステータの軸長方向および周方向への相対変位を簡単な構造で効果的に抑制することができる回転電機および燃料電池システムを提供することができる。

（実施形態１）
図１に示すように、本実施形態に係る回転電機１は、モータとして使用されるものであり、ケース２と、ステータ３と、巻線部４と、軸芯Ｐ１をもつロータ５と、樹脂モールド部６とを有する。ロータ５の軸長方向はロータ５の軸芯Ｐ１が延びる方向を意味する。ロータ５およびステータ３は同軸的に配置されている。ロータ５の軸芯Ｐ１はステータ３の軸芯に相当する。ロータ５の軸長方向に沿った方向を矢印Ｘ方向とする。ロータ５の軸直角方向に沿った方向を矢印Ｙ方向とする。ケース２は、互いに連結される第１ケース２１と第２ケース２４とで形成されており、作動室２９を有する。ケース２の材質は金属または硬質樹脂が採用できる。金属としてはアルミニウム合金、鉄合金（ステンレス鋼等）が例示されるが、透磁率が低い非磁性材料（常磁性材料を含む）が例示される。

図１に示すように、第１ケース２１は、円筒形状をなす第１筒部２２と、第１筒部２２の端面開口を覆う第１蓋部２３とを有する。第２ケース２４は、円筒形状をなす第２筒部２５と、第２筒部２５の端面開口を覆う第２蓋部２６とを有する。第１筒部２２および第２筒部２５は、同軸的に配置されている。第１蓋部２３および第２蓋部２６は、作動室２９を介して互いに対向する。

ケース２の第１筒部２２と第２ケース２４の第２筒部２５との間には、冷媒室２７がロータ５の軸芯Ｐ１（ステータ３の軸芯に相当）を１周するようにリング形状に形成されている。冷媒室２７は、第１ケース２１の第１筒部２２の壁部を介してステータ３およびロータ５の径方向（矢印Ｙ方向）において外周側に配置されている。冷却液（冷却水を含む）、冷却気体（冷却空気を含む）等の冷媒がポンプなどの図略の搬送源により冷媒室２７に供給されて排出される。このため冷媒室２７は高い冷却機能を果たす。

図１に示すように、第１ケース２１の第１筒部２２は、互いに背向する円筒形状をなす内周壁面と外周壁面とをもち、更に、外周壁面から径外方向に突出する複数の伝熱フィン２８をもつ。伝熱フィン２８は、冷媒室２７の放熱面積を高めるべく冷媒室２７に配置されており、ロータ５の軸芯Ｐ１まわりで周方向に沿って連続的にまたは断続的に突設されている。

図１に示すように、第２ケース２４は、第２蓋部２６の中央域に形成されたボス部２４ａを有する。ボス部２４ａは、作動室２９に連通する中央孔２４ｃを形成する。ボス部２４ａの中央孔２４ｃには、軸芯Ｐ１が延びる方向において、第１軸受７１および第２軸受７２が直列に配置されている。第１軸受７１は、外輪および内輪と、複数個の転動体とをもつ。第２軸受７２も同様に外輪および内輪と、複数個の転動体とをもつ。

図１に示すように、第１ケース２１の第１筒部２２と第２ケース２４の第２筒部２５との間には、リング状のシール部７３ａ，７３ｃが配置されて、シールされている。そして、第１ケース２１の挿入孔２１ｍと第２ケース２４の螺孔２４ｍとを対面させた状態で、第１取付具７４（螺子部材）を螺孔２４ｍに締結する。これにより第１ケース２１および第２ケース２４はほぼ同軸的に連結され、ケース２が形成されている。

図１に示すように、固定子とも呼ばれるステータ３は、ケース２の第１ケース２１の作動室２９に固定されている。ステータ３は、透磁率が高い軟磁性材料で形成された複数の積層板３０を、これの厚み方向、すなわち矢印Ｘ方向に沿って積層させることにより形成されている。

図６に示すように、ステータ３は、リング状または筒形状のステータ本体３０と、ステータ本体３０においてロータ５に向けて径内方向に突出する複数個のティース部３２と、隣設するティース部３２間に形成されている複数個のスロットル溝３３とを備えている。ステータ本体３１の外周壁面３１ｐは、軸芯Ｐ１を中心とする円弧状をなす。図２において、Ｗ１は各ティース部３２の中心線を示す。中心線Ｗ１は、軸芯Ｐ１から放射方向に沿って延設されている。

図２に示すように、ティース部３２の中心線Ｗ１を包囲するように、各ティース部３２には励磁用の巻線が巻回され、巻線部４が形成されている。巻線部４はスロットル溝３３に配置されている。巻線は、導線と、導線を被覆する電気絶縁性をもつ被覆部とを備えている。なお図１に示すように、巻線部４は、矢印Ｘ方向においてステータ３から露出する巻線部分４ａと巻線部分４ｃとを備えている。

図１に示すように、ロータ５は、シャフト部５０と、シャフト部の一端部に同軸的に設けられたロータ本体５１とを備えている。ロータ本体５１は複数個の永久磁石を有する。ロータ５のロータ本体５１は、ケース２の第１ケース２１の作動室２９においてステータ３に包囲されつつ、回転可能に設けられている。

図１に示すように、ロータ５のシャフト部５０の長さ方向の他端部（ロータ本体５１と反対側）には、羽根部５３が取付具５３ｘにより取り付けられている。シャフト部５０は、第２ケース２４のボス部２４ａに第１軸受７１および第２軸受７２を介して回転可能に設けられている。第１軸受７１は羽根部５３側に設けられており、第２軸受７２はロータ本体５１側に設けられている。羽根部５３と第１軸受７１との間にはリング状のシール部７６が設けられている。シール部７６は、第１軸受７１および第２軸受７２の潤滑剤等が羽根部５３側に移動することを抑制する。なお、図１に示すように、ロータ５のシャフト部５０は第１軸受７１および第２軸受７２により片持ち支持されている。従ってロータ５は、ロータ本体５１の片側を支持する片持ち支持構造であり、ロータ本体５１の両側を支持する両持ち支持構造ではない。

図３は、組付前の第１ケース２１の断面を示す。図３に示すように、ケース２を構成する第１ケース２１においては、第１係合部８が一体的に突起状に形成されている。第１係合部８は、ロータ５の軸長方向に沿った方向においてステータ３の端面に係合するためのものであり、従って、第１ケース２１の第１筒部２２の内周壁面２２ｉから径内方向（矢印Ｄ方向）に向けて突設されている。ここで、第１係合部８は、ロータ５の軸芯Ｐ１の回りを１周するように連続的にリブ突起状に設けられている。

図３に示すように、第１係合部８は、互いに逆向きとなる第１係合リング面８１および第２係合リング面８２と、第１係合リング面８１の内端および第２係合リング面８２の内端を繋ぐ内周係合面８３とを備えている。

図３に示すように、第１係合リング面８１および第２係合リング面８２は、ロータ５の軸芯Ｐ１に対してほぼ軸直角方向（矢印Ｙ方向）に沿ってリング状に延設されている。第１係合部８の第１係合リング面８１は、ステータ３の端面３ｓ（積層方向の端面）に当接して係合する。これにより樹脂が注入される前の状態で、ロータ５の軸長方向に沿った方向（矢印Ｘ方向）においてステータ３が位置決めされる。なお、図５に示すように、樹脂が注入される前の状態では、第１係合部８の内周係合面８３と巻線部４との間には、隙間幅ΔＷの対面隙間４３がロータ５の軸芯Ｐ１の回りを１周するようにリング状に形成されている。

図４に示すように、第２係合部８６は、リング形状をなす第１係合部８の内周係合面８３を径外方向に円弧凹み状に窪ませることにより設けられている。従って第２係合部８６は、第１係合部８と一体的に形成されている。

換言すると、第２係合部８６は、第１係合部８の内周係合面８３において露出されている。具体的には、第２係合部８６は、第１係合部８の内周係合面８３において径内方向に露出するように、且つ、ロータ５の軸芯Ｐ１の回りで周方向に間隔を隔てて第１係合部８において複数個設けられている。従って第２係合部８６は、円弧凹形状をなす樹脂係合面８７を有する。必要に応じて、樹脂係合面８７に微小凹凸等（例えばローレット化工等）の凹凸を形成しても良い。このように樹脂係合面８７は、真円または疑似真円に近い円弧Ｍ１で規定された凹形状をなすため、樹脂係合面８７に作用する装填圧Ｆ１（図４参照）の均衡を図り易い。このため成形圧力でステータ３が矢印Ｙ方向においてずれ変位することが抑制される。

なお、第２係合部８６は第１係合部８を形成するときに一体成形して形成してもよい。あるいは、図４に示すように、円弧Ｍ１で規定される切削ドリル８８をロータ５の軸長方向に沿った方向（図４の紙面の厚み方向）に沿って相対移動させることにより、切削ドリル８８の一部を第１係合部８の内周係合面８３にあてがって切削加工で第２係合部８６を形成してもよい。なお、図４に示すように、複数個（偶数個）の第２係合部８６は、ロータ５の軸芯Ｐ１を介して互いに対面するように設けられている。

図１および図５に示すように、ステータ３は、ロータ５の軸長方向（矢印Ｘ方向）と平行な方向において第１係合部８の第１係合リング面８１により位置決めされている。このように第１係合部８の第１係合リング面８１により位置決めされたステータ３を、樹脂モールド部６は包囲している。このようにして樹脂モールド部６は、ステータ３および巻線部４を包囲している。

樹脂モールド部６について更に説明を加える。即ち、図１に示すように、樹脂モールド部６は、第１ケース２１の第１蓋部２３の内面２３ｉに密着しつつ対面するように巻線部４の一方の端面側（巻線部分４ａ側）に配置された第１端面モールド部６１と、第２ケース２４の第２蓋部２６に隙間２６ｋを介して対面するように巻線部４の他方の端面側（巻線部分４ｃ側）に配置された第２端面モールド部６２と、巻線部４のうち矢印Ｘ方向の一方側の内周部を被覆する第１内周モールド部６３と、巻線部４のうち矢印Ｘ方向の他方側の内周部側を被覆する第２内周モールド部６４とを備えている。樹脂モールド部６の内周壁面とロータ５の外周壁面との間には、ロータ５の回転を許容するエアギャップ５５（図１参照）が形成されている。エアギャップ５５は、ロータ５の軸芯Ｐ１の回りで１周するようにリング状に形成されている。

なお、本実施形態によれば、図１に示すように、第１ケース２１の第１筒部２２の内周壁面および第１蓋部２３の内面の合計表面積（ステータ３の外周壁面に対面する領域を除く）を第１ケース２１の内面とし、これを１００と相対表示するとき、１００のうち９０以上を占める領域、あるいは、９５以上（または９８以上，殊に１００）を占める領域が樹脂モールド部６で覆われている。このため樹脂モールド部６から第１ケース２１への放熱性が高く設定されている。

上記した樹脂モールド部６は、樹脂基材と、樹脂基材に配合された伝熱フィラーとで形成されている。樹脂基材としては熱硬化性樹脂が好ましい。ここでエポキシ樹脂、シリコーン樹脂、フェノール樹脂、不飽和ポリエステル樹脂、ポリウレタン樹脂、ポリイミド樹脂が例示されるが、成形性、ステータ３および巻線部４の固定性、コスト等を考慮すると、エポキシ樹脂（例えば二液性熱硬化型エポキシ樹脂）を採用できる。伝熱フィラーにより樹脂モールド部６の放熱性を更に高めることができる。

伝熱フィラーとしては樹脂基材よりも熱伝導性が高いものが好ましい。更に高い電気絶縁性を有するものが好ましい。このような伝熱フィラーとして、アルミナ、窒化アルミニウム、炭化珪素等が例示される。伝熱フィラーとして、粉末粒子状、短繊維状等が例示される。伝熱フィラーの最大長は５００マイクロメートル以下、１００マイクロメートル以下、５０マイクロメートル以下が好ましく、更には、２０マイクロメートル以下、１０マイクロメートル以下が例示できる。なお、巻線間等の微小隙間に樹脂モールド部６を浸透させる場合には、伝熱フィラーのサイズの大きさは制限される。

伝熱フィラーの配合割合としては、要請される放熱性、使用する伝熱フィラー等によって相違するものの、樹脂モールド部６を１００％とするとき、伝熱フィラーは５〜９０質量％、３０〜８５質量％、または５０〜８５質量％にできる。更に７０〜８０質量％にできる。なお、樹脂モールド部６に要請される放熱性等に応じて、伝熱フィラーの下限値は１０質量％、３０質量％、４０質量％が例示される。伝熱フィラーの上限値は９５質量％、９０質量％、８０質量％が例示される。

次に製造過程について説明を加える。まず、図３に示すように、第１係合部８を第１筒部２２の内周壁面２２ｉに有する第１ケース２１を用意する。この場合、図４に示すように、第１係合部８の内周係合面８３に形成されている前記した第２係合部８６は、径内方向に臨んでいる。次に、図５に示すように、巻線をティース部３２に巻いて巻線部４を形成した状態のステータ３を、第１ケース２１に対して軸芯Ｐ１に沿って相対的に移動させる。これによりステータ３を第１ケース２１の作動室２９に挿入して配置させる。

この場合、第１ケース２１を固定した状態でステータ３を移動させてもよい。あるいは、ステータ３を固定した状態で第１ケース２１を軸芯Ｐ１に沿って移動させてよい。ここで、第１ケース２１の第１筒部２２の内周壁面とステータ３の外周壁面との間には、微小隙間３９（図５参照）が存在している。このため、特に焼き嵌め、冷やし嵌め、圧入等といった工程は必要がなく、挿入操作が用意である。

ここで、焼き嵌めとは、第１ケース２１を加熱して熱膨張により拡径させた状態で、第１ケース２１とステータ３とを嵌合し、その後、第１ケース２１を常温に戻すことにより縮径し、第１ケース２１およびステータ３を一体的に取り付けることをいう。また、冷やし嵌めとは、ステータ３を冷やして熱収縮により縮径させた状態で、第１ケース２１とステータ３とを嵌合し、その後、ステータ３を常温に戻すことにより拡径させ、拡径により第１ケース２１およびステータ３を一体に取り付けることをいう。

上記したステータ３を挿入操作させる際に、必要に応じて、第１ケース２１の第１筒部２２の内周壁面とステータ３の外周壁面との間に接着剤を塗布させることも好ましい。この場合、第１ケース２１の第１筒部２２とステータ３との連結性を更に高めることができる。なお、接着剤が放熱性を有する場合には、ステータ３および巻線部４で発生する熱を第１ケース２１側に放熱させるのに有利となる。

上記した挿入操作により、図５に示すように、ステータ３の積層方向の端面３ｓを第１ケース２１の第１係合部８の第１係合リング面８１に当てて係合させる。これにより、ロータ５の軸長方向（矢印Ｘ方向）と平行な方向において、ステータ３の位置決めを行う。その後、図５に示すように、成形型９０の凸型部９１を第１ケース２１の内部に挿入させる。この状態では、ステータ３の径内方向（矢印Ｄ方向）に延びるティース部３２の先端部の内面と凸型部９１の型面との間には、隙間９２がリング状に形成されている（図５参照）。更に、第１係合部８と巻線部４との間には、対面隙間４３がリング状に形成されている（図５参照）。このように対面隙間４３が形成されているため、巻線部４を有するステータ３を第１係合部８に係合させるときにおいて、巻線部４を構成する巻線の被覆層と第１係合部８との機械的な擦れ損傷などが対面隙間４３により抑えられる。故に、巻線の被覆層の保護性を高めることができる。

そして、伝熱フィラーを含む高い流動性をもつ液状をなす樹脂基材を成形型９０の注入孔９０ｃからキャビティに充填（例えば射出成形等）し、時間経過により樹脂基材を固化（硬化）させる。これによりステータ３および巻線部４を包囲する固体状の樹脂モールド部６が第１ケース２１内に形成される（図７参照）。樹脂モールド部６は、第１係合部８の第２係合リング面８２に対面して係合するモールド部６ｈ（図８参照）を有する。このような本実施形態によれば、回転電機１の使用時において、矢印Ｘ方向および矢印Ｙ方向にステータ３が移動することが抑制される。樹脂基材を注入の際には、第１ケース２１内を減圧吸引または真空吸引することが好ましい。

上記した樹脂モールド部６は複数の第２係合部８６に係合する。このため、ロータ５の周方向に沿った方向においてステータ３は回り止めされる。注入される樹脂基材は、固化（硬化）前の状態では、高い流動性をもつ。このため、樹脂基材が巻線間およびスロットル溝３３内にも浸透して固化することができる。従って、樹脂モールド部６は、樹脂基材がスロットル溝３３内で固化した溝モールド部６５を有する（図２参照）。このため、樹脂モールド部６による巻線保持性を高めことができる。更に、流動性をもつ樹脂基材が巻線間およびスロットル溝３３内にも浸透する。このため、回転電機１の使用時において発熱量（ジュール熱）が大きい巻線部４の熱を樹脂モールド部６の溝モールド部６５を介して効率よく第１ケース２１に放熱させることができる。

更に、第１ケース２１の第１筒部２１とステータ３との間の微小隙間３９にも、流動性をもつ樹脂基材が浸透する。このため、第１ケース２１の第１筒部２２の内周壁面とステータ３の外周壁面との結合がより強固となる、そればかりか、ステータ３および巻線部４の熱を第１ケース２１に効率よく放熱させることができる。

ここで、図４に示すように、前記した第２係合部８６は、仮想円の円弧Ｍ１を規定できる円弧凹状面である樹脂係合面８７で形成されている。このため、第２係合部８６が断面四角形状である場合に比較して、ステータ３の外周壁面と第２係合部８６の樹脂係合面８７とで形成される係合空間８７ｃ（ほぼ三日月状またはほぼ半月状の空間）に、樹脂基材が効率よく充填される。従ってボイド（樹脂未充填空孔）などの発生が抑制される。従って樹脂モールド部６は、当該係合空間８７ｃを装填した複数の係合空間モールド部６６（図２参照）を有する。

故に、樹脂基材と第１ケース２１の第２係合部８６との密着性および係合性が良好に確保される。更に第１係合部８と巻線部４との間の対面隙間４３（図５参照）においても、流動性をもつ樹脂基材が装填されて固化され、対面隙間モールド部６８（図７，図８参照）が形成されている。このため、第１係合部８と巻線部４の巻線部４とが直接接触することが抑制され、巻線部４の保護性を高めることができる。

上記した本実施形態によれば、樹脂モールド部６は、高い流動性をもつ樹脂基材が装填された後に固化して形成されている。このため、図１から理解できるように、樹脂モールド部６を構成する第１端面モールド部６１，第２端面モールド部６２，第１内周モールド部６３，第２内周モールド部６４，溝モールド部６５（図２参照），係合空間モールド部６６（図２参照），対面隙間モールド部６８（図８参照）は、一体的に連接状態で形成されている。従って、樹脂モールド部６における放熱性が確保されている。

図１から理解できるように、本実施形態によれば、ステータ３および巻線部４の全体は、樹脂モールド部６および第１ケース２１の第１筒部２２で被覆されている。従って図７から理解できるように、ステータ３および巻線部４は外方に露出されておらず、樹脂モールド部６の内部に隠蔽状態に埋設されている。殊に、ステータ３および巻線部４の全部は外方に露出されておらず、樹脂モールド部６の内部に隠蔽状態に埋設されている。ステータ３等の耐食性の向上も図り得る。

ところで、回転電機１が使用される際には、励磁電流が巻線部４に通電される。これによりロータ５（ステータ３）の軸芯Ｐ１の回りを磁極が回転する回転磁界が形成される。この結果、ロータ本体５１の永久磁石の磁極が吸引、反発されてロータ５がこれの軸芯Ｐ１の回りで回転する。よってロータ５のシャフト部５０が回転し、更に羽根部５３が回転して羽根部５３が送風作用を果たす。なお、回転数としては適宜設定できるものの、２０００ｒｐｍ〜２０万ｒｐｍ、５０００ｒｐｍ〜１０万ｒｐｍが例示される。

回転電機１が使用される際には、ケース２の冷媒室２７には冷媒が供給され、回転電機１の過熱が抑制されている。冷媒室２７に冷媒が流れないときには、ステータ３および巻線は１００〜１７０℃、あるいは、それ以上になることがある。なお第１ケース２１の第１蓋部２３および樹脂モールド部６を貫通して作動室２９に連通する連通孔２９ｃ（図１参照）が形成されている。例えば、連通孔２９ｃは、樹脂モールド部６を形成した後で、且つ、第２ケース２４と第１ケース２１とを連結する前の段階において、ドリルによる切削、レーザビーム照射などで形成できる。更に別の工程で連通孔を形成しても良い。

なお、作動室２９の空気は連通孔２９ｃを介して外気に連通できる。このため回転電機１の使用の際に、作動室２９の空気が過剰に熱膨張することが抑制される。仮に、熱膨張等で作動室２９の内圧が過剰に高くなると、第１軸受７１および第２軸受７２の潤滑剤が羽根部５３側に移行するおそれがある。羽根部５３の回転によりガスが燃料電池等のガス使用装置に供給される場合、潤滑剤が燃料電池等のガス使用装置に供給されることは好ましくない。

以上説明したように本実施形態によれば、軸長方向のストッパ機能を果たす第１係合部８がケース２の第１ケース２１に設けられていると共に、周方向のストッパ機能を果たす第２係合部８６が第１ケース２１に設けられている。このため、巻線部４を保持するステータ３をロータ５の軸長方向においても、ロータ５の周方向においても、ケース２の作動室２９内に強固に保持することができる。

更に本実施形態によれば、図４に示すように、軸長方向（矢印Ｘ方向）のストッパ機能を果たす凸状の第１係合部８それ自体の内周係合面８３に、周方向のストッパ機能を果たす凹み状の第２係合部８６が形成されている。即ち、第１係合部８および第２係合部８６は共通の突起において形成されており、係合構造の簡素化を図り得る。

更に、図２に示すように、樹脂モールド部６は、ステータ３の各ティース部３２のうち径内方向の先端部を被覆するティース先端モールド部６７を備えている。ここで、回転電機１が回転駆動するとき、各ティース部３２の径内方向の先端部は、殊に、熱を発生させ易い。磁束が変化すると、それを妨げるように渦電流がティース部３２に発生するためである。従って熱は、磁束の変化に起因する渦電流に基づく。ここで、図２に示すように、放熱性が高い樹脂モールド部６の一部をなすティース先端モールド部６７は、ティース部３２の径内方向の先端部を覆う。このためティース部３２の径内方向の先端部の放熱性を更に高めることができる。この場合、各ティース部３２の先端部の過熱が抑制される。

殊に、ティース先端モールド部６７は内面被覆モールド部６７ｍ（図２参照）を備えている。内面被覆モールド部６７ｍは、各ティース部３２のうち径内方向の先端部のうちロータ５に対面する内面３２ｉを厚み寸法ｔｃで膜状に被覆している。この内面被覆モールド部６７ｍは、ロータ５の周方向（回転方向）に沿って膜状に連続している（図２参照）と共に、ロータ５の軸芯Ｐ１と平行な方向に沿って軸長方向に沿って膜状に連続している（図１参照）。従って内面被覆モールド部６７ｍは、大きな表出面積をもち、伝熱性および放熱性が向上している。

ここで、ティース部３２の径内方向の先端部のうち、ロータ５に対面する内面は、殊に、熱を発生させ易い。この点について本実施形態によれば、前述したように、樹脂モールド部６の一部である内面被覆モールド部６７ｍは、ティース部３２の径内方向の先端部の内面３２ｉを被覆している。このためティース部３２の径内方向の先端部の内面３２ｉからの放熱性を高めることができる。故に、ティース部３２の径内方向の先端部における過熱を抑えるのに有利である。

なお、図７に示すように、内面被覆モールド部６７ｍの厚みｔｃは、回転電機１の種類に応じて適宜設定されるものの、例えば０．１〜１．０ミリメートル、殊に０．２〜０．５ミリメートルに設定することができる。但しこれに限定されるものではない。この厚みｔｃは、第１内周モールド部６３の厚みｔ１、第２内周モールド部６４の厚みｔ２、第１端面モールド部６１の厚みｔ３、第２端面モールド部６２の厚みｔ４のいずれよりも薄く設定されている。このため、ティース部３２の先端部の内面３２ｉにおける放熱性を確保しつつ、内面３２ｉ付近における透磁率を過剰に低下させることが抑制される。よって回転電機１の回転性能が良好に維持される。なお、内面被覆モールド部６７ｍは樹脂を基材とするため、万一、ロータ本体５１が当たったとしても、衝撃が緩和され、永久磁石を有するロータ本体５１の保護性を高めることができる。

更に本実施形態によれば、図７に示すように、樹脂モールド部６は、冷媒室２７に対向する対向モールド部６９を備えている。対向モールド部６９は、ステータ３が配置されている領域以外の領域において、第１ケース２１の第１筒部２２の壁部を介して冷媒室２７に対向する。このため対向モールド部６９から冷媒室２７への放熱性向上効果が期待される。従って、樹脂モールド部６の過熱が抑制されると共に、ステータ３および巻線部４で発生した熱を冷媒室２７側に放熱させるのに一層有利となる。故に、回転電機１が長時間駆動するときであっても、ステータ３および巻線部４の過熱が良好に抑制される。

殊に、樹脂基材が固化（硬化）するときに膨張する材質である場合には、第１ケース２１の第１筒部２２の内周壁面と樹脂モールド部６との密着性を一層高めることができ、ケース２への放熱性を一層高めることができる。なお、対向モールド部６９は、第１端面モールド部６１および第２端面モールド部６２等に一体的に連続している。これらの間における放熱性が良好に確保されている。

更に本実施形態によれば、図１に示すように、ロータ５のシャフト部５０は片持ち支持構造とされているため、ロータ５のうちシャフト部５０の反対側には、シャフト部５０を回転支持する軸受を設けずともよい。このため、図１に示すように、第１ケース２１の第１蓋部２３の内面２３ｉに対面するように、蓋対面モールド部６ｘを樹脂モールド部６と一体的に設けることができる。この蓋対面モールド部６ｘは、対向モールド部６９および第１端面モールド部６１等に一体的に連続している。このため、ステータ３および巻線部４の熱を、蓋対面モールド部６ｘおよび第１ケース２１の第１蓋部２３に放熱させる放熱性を更に高めることができる。

なお図１に示すように、第２ケース２４の第２蓋部２６の内面と樹脂モールド部６の軸端面６２ｃとの間には、隙間２６ｋが形成されている。これにより第１ケース２１と第２ケース２４とを締結させるとき、第２ケース２４の第２蓋部２６と樹脂モールド部６とが干渉することが抑制される。このため第１ケース２１と第２ケース２４とを第１取付具７４により良好に取り付けることができる。

上記した特許文献３（特開２００３−６１２７８号公報）によれば、ステータの外周壁面と第１ケースの第１筒部の内周壁面との間には、厚肉の樹脂モールド部が設けられているため、回転電機の径方向のサイズが大きくなる。この点について本実施形態によれば、図１に示すように、ステータ３の外周壁面と第１ケース２１の第１筒部２２の内周壁面との間の微小隙間３９には、樹脂基材が浸透可能であるものの、厚肉の樹脂モールド部分が設けられていない。このため、回転電機１の径方向のサイズの小型化に有利となる。更に、金属製のステータ３の外周壁面から金属製の第１ケース２１の第１筒部２２に速やかに放熱できるため、ステータ３および巻線部４の熱を第１ケース２１に放熱させるのに有利となる。

（実施形態２）
本実施形態は実施形態１と基本的には同様の構成、作用効果を有するため、図１〜図８を準用することができる。本実施形態によれば、樹脂モールド部６は樹脂基材で形成されており、伝熱フィラーを含まない。

（実施形態３）
本実施形態は実施形態１と基本的には同様の構成、作用効果を有する。但し、本実施形態によれば、回転電機１はモータとして機能するものであり、ロータ５のシャフト部５０には、羽根部ではなく、ギヤ等の動力伝達要素が同軸的に固定されている（図示せず）。

（実施形態４）
本実施形態は実施形態１と基本的には同様の構成、作用効果を有する。但し本実施形態によれば、ケース２には冷媒室２７が設けられていない（図示せず）。

（実施形態５）
図９は実施形態５を示す。本実施形態は実施形態１と基本的には同様の構成、作用効果を有する。本実施形態によれば、図９に示すように、樹脂モールド部６の第１端面モールド部６１は軸長方向（矢印Ｘ方向）の一方側に配置されており、第１ケース２１の第１蓋部２３の内面２３ｉに熱伝達可能に直接接触している。

更に図９に示すように、樹脂モールド部６の第２端面モールド部６２の軸端面６２ｃは軸長方向（矢印Ｘ方向）の他方側に配置されており、第２ケース２４の第２蓋部２６の内面に熱伝達可能に直接接触している。これによりロータ５の軸長方向における樹脂モールド部６の放熱均衡化を図るのに有利となる。よってロータ５の軸長方向（矢印Ｘ方向）において、巻線部４の巻線部分４ａの温度と巻線部分４ｃの温度との一層の均衡化を図るのに有利となる。よって巻線部４における熱ムラの低減に貢献できる。

（実施形態６）
図１０は実施形態６を示す。本実施形態は実施形態１と基本的には同様の構成、作用効果を有する。本実施形態によれば、図１０に示すように、樹脂モールド部６は、第１ケース２１の第１蓋部２３の内面２３ｉには被覆されていない。内面２３ｉは作動室２９に露出している。

（実施形態７）
図１１は燃料電池システムに適用した形態を示す。燃料電池システムは、カソード流体としてのカソードガス（例えば、空気等の酸素含有ガスまたは酸素ガス）が供給されるカソード１０１とアノード流体（例えば水素ガス、水素含有ガス、メタノール等の燃料）が供給されるアノード１０２とをもつ固体高分子形の燃料電池のスタック１００と、カソードガスを燃料電池のスタック１００のカソード１０１に供給するカソード往路２０１と、カソードオフガスを燃料電池のスタック１００のカソード１０１から排出するカソード復路２０２と、アノード流体を燃料電池のスタック１００のアノード１０２に供給するアノード往路２０４と、アノードオフ流体（燃料オフ流体）を燃料電池のスタック１００のアノード１０２から排出するアノード復路２０５とを備えている。カソード１０１およびアノード１０２は、固体高分子形の電解質膜（例えば炭化フッ素系または炭化水素系等、具体的にはパーフルオロ酸系のイオン交換樹脂）を挟んでいる。

カソード往路２０１は第１開閉弁３０１をもつ。カソード復路２０２は第２開閉弁３０２をもつ。アノード往路２０４は第３開閉弁３０３をもつ。アノード復路２０５は第４開閉弁３０４をもつ。カソード往路２０１は第１開閉弁３０１の上流に流体供給装置をもつ。流体供給装置は上記した各実施形態に係る回転電機１を備えている。

燃料電池の発電時には、第１開閉弁３０１、第２開閉弁３０２、第３開閉弁３０３、第４開閉弁３０４が開放される。これによりスタック１００にアノード流体およびカソード流体が供給され、スタック１００が発電する。ここで、回転電機１のステータ３の巻線部４に励磁電流が流れると、回転磁界が発生し、回転磁界によりロータ５が回転駆動する。すると、羽根部５３がロータ５の軸芯回りで回転駆動し、カソードガスが燃料電池のスタック１００のカソード１０１に向けて供給される。

図１１に示すように、燃料電池のスタック１００には、スタック１００を冷却させる冷却通路１０５が形成されている。スタック１００の冷却通路１０５に連通する冷媒往路１０７および冷媒復路１０８が設けられている。冷媒往路１０７にはポンプ３０７および第５開閉弁３０５が設けられている。図１１に示すように、冷媒復路１０８には第６開閉弁３０６が設けられている。冷媒復路１０８は回転電機１の冷媒室２７に連通している。従って、燃料電池のスタック１００を冷却した冷媒は冷媒復路１０８を介して回転電機１の冷媒室２７に供給され、回転電機１の放熱性を高めることができる。このようにスタック１００を冷却することにより暖められた冷媒（例えば冷却水等の冷却液，例えば温度４０〜９０℃）が回転電機１の冷媒室２７に供給される。このため、回転電機１の冷媒室２７における急冷が抑制される。ひいては、樹脂モールド部６に対する熱衝撃が緩和される。なお、燃料電池のスタック１００を冷却する前の冷媒を回転電機１の冷媒室２７に供給することにしても良い。

（その他）
上記した実施形態によれば、次の形態としても良い。
・冷媒室２７は第１ケース２１と第２ケース２４との間に形成されているが、これに限らず、第１ケース２１および第２ケース２４のうちの少なくとも一方の肉厚の内部に、冷媒室２７を形成するパイプを埋設することにしてもよい。
・冷媒が流れる冷媒室２７が設けられていない回転電機でも良い。
・第２係合部８６は第１係合部８それ自体に形成されているが、これに限らず、第２係合部８６および第１係合部８を物理的に間隔を隔てて分離させても良い。・第１係合部８は軸芯Ｐ１の回りで１周するように連続的にリング状に形成されているが、これに限らず、第１係合部８は軸芯Ｐ１の回りで１周するように断続的にリング状に形成されていても良い。
・第１係合部８の第１係合リング面８１は軸芯Ｐ１に対して軸直角方向に沿っているが、これに限らず、軸芯Ｐ１を仮想的な頂角の位置とする円錐台面状でも良い。
・第１係合部８は第１ケース２１に一体的に形成されているが、第１ケース２１と別体のものを螺子等の取付具または溶接等の接合手段で取り付けることにしても良い。
・第１係合部８は第１ケース２１に一体的に形成されているが、第２ケース２４に形成することにしても良い。
・第２係合部８６の樹脂係合面８７は円弧状面とされているが、角形状面でも良い。
・ロータ５はケース２に片持ち構造で支持されているが、ロータ５はケース２に両持ち構造で支持されていても良い。
・回転電機１はモータとして使用されているが、発電機として使用しても良い。・回転電機１は燃料電池システムに適用できるが、これに限らず、過給装置のターボファンとして利用しても良い。
・ロータ５のシャフト部５０は水平方向に沿っているが、これに限らず、鉛直方向に沿っていても良い。または斜め方向に沿っていても良い。
・巻線部はステータ３の軸長方向に沿った巻線部分４ａおよび巻線部分４ｃを有するが、巻線部分４ａおよび巻線部分４ｃのうちの一方のみでも良い。
・ロータ５は第１軸受７１および第２軸受７２で支持されているが、これに限らず、第１軸受７１および第２軸受７２のうちの一方のみで支持されていても良い。・第１軸受７１および第２軸受７２は、ロータ５のシャフト部５０を接触しつつ機械的に支持しているが、空気軸受などのような非接触型の軸受としても良い。
・第１ケース２１および第２ケース２４の双方は、同軸型の筒部を有するが、第１ケース２１および第２ケース２４のうちの一方のみが筒部を有しており、他方は蓋部として機能する形状でも良い。

本発明は上記し且つ図面に示した実施形態のみに限定されるものではなく、要旨を逸脱しない範囲内で適宜変更して実施できる。上記した記載から次の技術的思想も把握できる。
（付記項１）作動室と第１係合部と第２係合部とをもつ筒形状をなすケースを用意する工程と、ステータをケースに対して相対的に移動させることによりケースの作動室に挿入すると共に、ステータを第１係合部に当てて作動室内においてステータを位置決めする工程と、樹脂基材を作動室に装填して固化させることにより、少なくともステータを覆うと共に第２係合部に係合する樹脂モールド部を形成する工程とを順に実施することを特徴とする回転電機のステータ組付方法。
（付記項２）作動室と作動室に対面する第１係合部および第２係合部とをもつ第１ケースを用意する工程と、巻線部を設けたステータを第１ケースに対して相対移動させることにより第１ケースの作動室内に挿入すると共に、ステータを第１係合部に当てて作動室内において位置決めする工程と、流動性をもつ樹脂基材を作動室に装填して固化させることにより、ステータおよび巻線部を覆うと共に第２係合部に係合する樹脂モールド部を形成する工程と、ロータが取り付けられた第２ケースと、樹脂モールド部が設けられた第１ケースとを取付具で連結する連結工程とを順に実施することを特徴とする回転電機の製造方法。

本発明はモータ、発電機などの回転電機に利用することができる。

実施形態１に係り、軸芯に沿った方向に切断した回転電機の断面図である。 実施形態１に係り、軸直角方向に沿って切断した回転電機の要部の断面図である。 実施形態１に係り、軸芯に沿った方向に切断した組付前の第１ケースの断面図である。 実施形態１に係り、軸直角方向に沿って切断した組付前の第１ケースの第１係合部付近の断面図である。 実施形態１に係り、製造過程を示し、樹脂基材を注入する前の状態を示す断面図である。 実施形態１に係り、製造過程を示し、第１ケースの第１筒部にステータを嵌合した状態を示す断面図である。 実施形態１に係り、製造過程を示し、第１ケースに配置したステータに樹脂モールド部を被覆した状態を示す断面図である。 実施形態１に係り、製造過程を示し、第１ケースに配置したステータに樹脂モールド部を被覆した状態の主要部を示す断面図である。 実施形態５に係り、軸芯に沿った方向に切断した回転電機の断面図である。 実施形態６に係り、軸芯に沿った方向に切断した回転電機の断面図である。 実施形態７に係り、回転電機を燃料電池システムにおいてカソード流体搬送源として適用したシステム図である。

符号の説明

１は回転電機、２はケース、２７は冷媒室、２９は作動室、３はステータ、３１はステータ本体、３２はティース部、３３はスロットル溝、４は巻線部、４３は対面隙間、５はロータ、５０はシャフト部、５１はロータ本体、５３は羽根部、６は樹脂モールド部、６１は第１端面モールド部、６２は第２端面モールド部、６３は第１内周モールド部、６４は第２内周モールド部、６５は溝モールド部、６６は係合空間モールド部、６７はティース先端モールド部、６７ｍは内面被覆モールド部、６８は対面隙間モールド部、６９は対向モールド部をを示す。

Claims (7)

1. 作動室をもつケースと、前記ケースの前記作動室に設けられたステータと、前記ステータに巻線が巻回されて形成された巻線部と、前記ケースの前記作動室に回転可能に設けられたロータと、前記ステータを覆う樹脂モールド部とを具備しており、
   前記ケースは、前記ロータの軸長方向に沿った方向において前記ステータに係合する第１係合部と、前記ロータの周方向に沿った方向において前記樹脂モールド部と係合する第２係合部とを備えていることを特徴とする回転電機。
2. 請求項１において、前記第１係合部は前記ケースの内周壁面からに径内方向に向けて突出するように設けられており、前記第２係合部は前記第１係合部に設けられていることを特徴とする回転電機。
3. 請求項１または２において、前記ステータは、前記ロータの回りを包囲するリング状または筒形状のステータ本体と、前記ステータ本体において前記ロータに向けて径内方向に突出すると共に前記巻線部が巻回される複数個のティース部と、隣設する前記ティース部間に形成されていると共に前記巻線部が配置されるスロットル溝とを備えており、
   前記樹脂モールド部は、各前記ティース部のうち少なくとも前記径内方向の先端部を被覆するティース先端モールド部を備えていることを特徴とする回転電機。
4. 請求項３において、前記樹脂モールド部は、各前記ティース部のうち少なくとも前記径内方向の先端部のうち前記ロータに対面する内面を被覆している内面被覆モールド部を備えていることを特徴とする回転電機。
5. 請求項１〜４のうちの一項において、前記ケースは、冷媒が流れる冷媒室を有しており、前記樹脂モールド部は、前記ケースの壁部を介して前記冷媒室に対向する位置に形成されている対向モールド部を備えていることを特徴とする回転電機。
6. 請求項１〜５のうちの一項において、前記樹脂モールド部は、樹脂基材と、前記樹脂基材に配合された伝熱フィラーとを含むことを特徴とする回転電機。
7. カソード流体が供給されるカソードとアノード流体が供給されるアノードとをもつ燃料電池と、前記カソード流体および前記アノード流体のうちの一方を前記燃料電池に供給する流体供給装置とを具備する燃料電池システムにおいて、
   前記流体供給装置は、請求項１〜６のうちの一項に係る回転電機を備えていることを特徴とする燃料電池システム。

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