JP2018207691A - 固定子枠、固定子及び回転電機 - Google Patents

Abstract

【課題】製造が容易で且つ固定子の冷却効率に優れた固定子枠を提供すること。【解決手段】固定子枠２２は、内周面と外周面との間に、固定子枠２２の周方向に沿って旋回しつつ、固定子枠２２の軸方向の一端側から他端側に向かって螺旋状に形成され、内部に冷媒が流通する流路２３を備え、流路２３において、隣り合う流路２３との間を隔離する側壁部２３１、固定子枠２２の内周面との間を隔離する内壁部２３２及び固定子枠２２の外周面との間を隔離する外壁部３３は、一体に構成される。【選択図】図３

Description

本発明は、固定子枠、固定子及び回転電機に関する。

回転子及び固定子を備える電動機等の回転電機において、固定子は、巻線が配置される鉄心と、その外周面に装着される固定子枠とから構成される。回転電機を駆動すると、鉄損等の熱損失により固定子等が発熱する。そこで、固定子を冷却するために、固定子枠と、その外側に嵌合されるハウジングとの間に冷媒の流通する流路を設けた構造が採用されている（例えば、特許文献１参照）。

特開２０１１−１５５７８号公報

上記特許文献１の固定子において、固定子枠の外周面には螺旋状の溝が設けられている。その固定子枠の外側に略筒形状のハウジングを嵌合させると、固定子枠の外周面に設けられた溝の開口部分がハウジングの内周面により塞がれ、固定子（固定子枠）の外周面とハウジングの内周面との間に、冷媒の流通可能な流路が形成される。

上記特許文献１の固定子においては、固定子枠の外側にハウジングを嵌合させる工程が必要となる。この工程では、固定子枠とハウジングとの嵌合不良が生じないようにするため、研磨、調整等の作業が必要となる。また、固定子枠とハウジングとの嵌合不良により、固定子枠の外周面とハウジングの内周面との間に隙間が生じた場合、流路を流通する冷媒がその隙間から漏れ出し、固定子の冷却効率が低下する。

本発明の目的は、製造が容易で且つ固定子の冷却効率に優れた固定子枠、固定子及び回転電機を提供することである。

（１）本発明は、回転電機の固定子（例えば、後述する固定子２０）を冷却する機能を備える略筒形状の固定子枠（例えば、後述する固定子枠２２）であって、前記固定子枠は、内周面と外周面との間に、前記固定子枠の周方向に沿って旋回しつつ、前記固定子枠の軸方向の一端側から他端側に向かって螺旋状に形成され、内部に冷媒が流通する流路（例えば、後述する流路２３）を備え、前記流路において、隣り合う前記流路との間を隔離する側壁部（例えば、後述する側壁部２３１）、前記固定子枠の内周面との間を隔離する内壁部（例えば、後述する内壁部２３２）及び前記固定子枠の外周面との間を隔離する外壁部（例えば、後述する外壁部２３３）は、一体に構成される固定子枠（例えば、後述する固定子枠２２）に関する。

（２） （１）の固定子枠において、前記側壁部は、前記内壁部又は前記外壁部よりも熱伝導性の高い材料により構成されてもよい。

（３） （１）又は（２）の固定子枠において、前記流路は、前記固定子枠の外周側に設けられてもよい。

（４） （１）〜（３）までのいずれかの固定子枠において、前記流路は、前記固定子枠の径方向に多層に設けられてもよい。

（５） （１）〜（４）までのいずれかの固定子枠において、前記流路は、前記固定子枠の軸方向と平行な断面が多角形でもよい。

（６） （１）〜（４）までのいずれかの固定子枠において、前記流路は、内部に放熱部材（例えば、後述するフィン２３４）を備えてもよい。

（７）また、本発明は、（１）〜（６）までのいずれかの固定子枠と、前記固定子枠の内周側に設けられる略筒形状の鉄心（例えば、後述する２１）と、を備える固定子（例えば、後述する固定子２０）に関する。

（８）また、本発明は、（７）の固定子と、回転軸に支持され、前記固定子の内周側に設けられる回転子（例えば、後述する回転子３０）と、を備える回転電機（例えば、後述する電動機１）に関する。

本発明によれば、製造が容易で且つ固定子の冷却効率に優れた固定子枠、固定子及び回転電機を提供することができる。

第１実施形態の電動機１の構成を説明する断面図である。 流路２３を一条の螺旋溝に置き換えた場合の概念図である。 流路２３を多条の螺旋溝に置き換えた場合の概念図である。 流路２３を多条の平行溝に置き換えた場合の概念図である。 第１実施形態の固定子枠２２に形成された流路２３の形状を示す断面図である。 第２実施形態の固定子枠２２Ａに形成された流路２３の形状を示す断面図である。 第３実施形態の固定子枠２２Ｂに形成された流路２３の形状を示す断面図である。 第４実施形態の固定子枠２２Ｃに形成された流路２３の形状を示す断面図である。 第５実施形態の固定子枠２２Ｄに形成された流路２３の形状を示す断面図である。 第６実施形態の固定子枠２２Ｅに形成された流路２３の第１の形態を示す断面図である。 第６実施形態の固定子枠２２Ｅに形成された流路２３の第２の形態を示す断面図である。

［第１実施形態］
まず、第１実施形態の固定子枠を備える回転電機としての電動機１について説明する。
図１は、第１実施形態の電動機１の構成を説明する断面図である。なお、図１に示す電動機１の構成は一例であり、本発明に係る固定子枠を適用可能であれば、どのような構成であってもよい。
また、図１等には、Ｘ、Ｙの互いに直交する座標系を記載した。この座標系においては、電動機１の軸方向をＸ方向とし、径方向をＹ方向とする。なお、電動機１の軸方向及び径方向は、後述する固定子２０、鉄心２１及び固定子枠２２の軸方向及び径方向と一致する。

図１に示すように、電動機１は、フレーム１０と、固定子２０と、回転子３０と、を備える。
フレーム１０は、電動機１の外装部材であり、フレーム本体１１と、軸穴１２と、軸受１３と、を備える。
フレーム本体１１は、固定子２０を包囲すると共に保持する筐体である。フレーム本体１１は、軸受１３を介して回転子３０を保持する。フレーム本体１１は、供給口１４、排出口１５及び孔部１６を備える。

供給口１４は、固定子枠２２の流路２３（後述）に冷媒を供給するための開口であり、冷媒の供給配管（不図示）に接続されている。排出口１５は、流路２３を流通した冷媒を排出させるための開口であり、冷媒の排出配管（不図示）に接続されている。なお、導入部２３ａ及び排出部２３ｂは、図１に示すように、開口方向（冷媒の出入りする方向）を固定子枠２２の径方向（Ｙ方向）とする形態に限定されない。導入部２３ａ及び排出部２３ｂの開口方向は、軸方向（Ｘ方向）でもよい。

孔部１６は、鉄心２１から引き出された動力線２７を貫通させるための開口である。
軸穴１２は、回転軸３２（後述）が貫通する穴である。軸受１３は、回転軸３２を回転自在に支持する部材である。

固定子２０は、回転子３０を回転させるための回転磁界を形成する複合部材である。固定子２０は、全体として円筒形に形成され、フレーム１０の内部に固定されている。固定子２０は、鉄心２１と、固定子枠２２と、を備える。

鉄心２１は、内側に巻線２６を配置可能な部材である。鉄心２１は、円筒形に形成され、固定子２０の内側に配置されている。鉄心２１は、内側面に複数の溝（不図示）が形成され、この溝に巻線２６が配置される。なお、巻線２６の一部は、鉄心２１の軸方向（Ｘ方向）において、鉄心２１の両端部から突出している。鉄心２１は、例えば、電磁鋼板等の薄板を複数枚重ねて積層体とし、この積層体を接着、かしめ等で一体化することにより作製される。鉄心２１は、回転子３０のトルクにより生じる反力を受け止めるために、固定子枠２２（後述）と強固に接合されている。

固定子枠２２は、その内側に、鉄心２１を保持する部材であり、円筒形状に形成されている。固定子枠２２は、固定子２０において、径方向（Ｙ方向）の外側に配置されている。固定子枠２２は、内周面と外周面との間に流路２３が形成されている。流路２３は、鉄心２１から伝わる熱を冷却するための冷媒（不図示）が流通するトンネル状の閉空間である。流路２３は、固定子枠２２の周方向に沿って旋回しつつ、軸方向（Ｘ方向）の一端側から他端側に向かって螺旋状に形成されている。後述するように、流路２３は、一条又は多条の螺旋状に形成されている。固定子枠２２を構成する材料としては、例えば、炭素鋼、電磁鋼板用の鋼材、ステンレス鋼、アルミニウム等が挙げられる。後述するように、固定子枠２２は、これら材料を鉄心２１の外周面に積層造形することにより形成される。

ここで、固定子枠２２に形成された流路２３の螺旋状の形態について説明する。
図２Ａは、流路２３を一条の螺旋溝に置き換えた場合の概念図である。図２Ｂは、流路２３を多条の螺旋溝に置き換えた場合の概念図である。図２Ｃは、流路２３を多条の平行溝に置き換えた場合の概念図である。
なお、本実施形態の流路２３は、図２Ａ〜図２Ｃに示すような溝形状ではなく、トンネル状の閉空間である。ここでは、流路２３が螺旋状であることを理解し易くするために、断面が凹形状の螺旋溝に置き換えて説明する。

図２Ａに示す流路２３は、固定子枠２２の外周面に一条の螺旋溝として形成されている。この一条の螺旋溝は、一つの導入部２３ａと一つの排出部２３ｂを備える。図２Ａに示す流路２３において、導入部２３ａから導入された冷媒（不図示）は、固定子枠２２の外周面を螺旋状に沿うように流路２３内を流通した後、排出部２３ｂから外部に排出される。

図２Ｂに示す流路２３は、固定子枠２２の外周面に多条の螺旋溝として形成されている。この多条の螺旋溝は、複数の導入部２３ａと複数の排出部２３ｂを備える。図２Ｂに示す流路２３において、各導入部２３ａから導入された冷媒は、固定子枠２２の外周面を螺旋状に沿うように、それぞれの流路２３内を流通した後、対応する各排出部２３ｂから外部に排出される。
図２Ｃは、流路２３を平行溝とした場合の実施形態を示している。図２Ｃに示すように、本実施形態の流路２３は、固定子枠２２の外周面に多条の平行溝として形成されている。この多条の平行溝においても、導入された冷媒は、固定子枠２２の外周面を平行溝に沿うように、それぞれの流路２３内を流通した後、外部に排出される。
なお、本実施形態を含む各実施形態の説明において、流路２３は、一条（図２Ａ）又は多条（図２Ｂ）のいずれの形態であってもよい。本実施形態における流路２３の構成については、後に図面を参照しながらより具体的に説明する。

再び、図１に戻って電動機１の他の構成について説明する。
図１に示すように、固定子２０の鉄心２１からは、巻線２６と電気的に接続された動力線２７が引き出されている。この動力線２７は、電動機１の外部に設置された電源装置に接続される（不図示）。電動機１の動作時に、例えば、鉄心２１に三相交流電流が供給されることにより、回転子３０を回転させるための回転磁界が形成される。

回転子３０は、固定子２０により形成された回転磁界との磁気的相互作用により回転する部品である。回転子３０は、固定子２０の内周側に設けられる。回転子３０は、回転子本体３１と、回転軸３２と、を備える。回転子本体３１は、固定子２０に形成される回転磁界により回転力を発生する部分であり、複数の永久磁石（不図示）により構成される。

回転軸３２は、回転子本体３１を支持する部材である。回転軸３２は、回転子本体３１の軸中心を貫通するように挿入され、回転子本体３１に固定されている。回転軸３２は、フレーム１０に設けられた軸受１３に回転自在に支持されている。また、回転軸３２は、軸穴１２を貫通し、外部に設置された動力伝達機構、減速機構等（不図示）に接続されている。

図１に示す電動機１において、固定子２０（鉄心２１）に三相交流電流を供給すると、回転磁界が形成された固定子２０と回転子３０との間の磁気的相互作用により、回転子本体３１に回転力が発生し、その回転力が回転軸３２を介して外部に出力される。

次に、第１実施形態の固定子枠２２について説明する。
図３は、第１実施形態の固定子枠２２に形成された流路２３の形状を示す断面図である。図３は、図１に示す固定子枠２２の軸方向（Ｘ方向）と平行な断面の一部を示している。

図３に示すように、流路２３は、側壁部２３１、内壁部２３２及び外壁部２３３により構成される。側壁部２３１は、隣り合う流路２３との間を隔離する部分である。内壁部２３２は、固定子枠２２の内周面２２ａとの間を隔離する部分である。外壁部２３３は、固定子枠２２の外周面２２ｂとの間を隔離する部分である。本実施形態において、固定子枠２２の軸方向における内壁部２３２の厚さｔｈ１及び外壁部２３３の厚さｔｈ２は、ｔｈ１≒ｔｈ２となるように設定されている。また、各流路２３の幅Ｗは、いずれも均等である。
なお、図３において、上記各部の領域は、概念的に二点鎖線で区切って示されているが、隣接する各部は互いに一体化されている。そのため、上記各部の領域は、機能的には必ずしも図３に示す領域に区分されない。

図３に示すように、固定子枠２２の径方向（Ｙ方向）において、内壁部２３２と外壁部２３３とは、側壁部２３１の形成された位置で一体化し、流路２３の形成された位置では分かれている。このように、本実施形態の流路２３は、鉄心２１（図１参照）側の内壁部２３２とフレーム本体１１（図１参照）側の外壁部２３３とが一体化している領域と、分かれている領域とが、固定子枠２２の軸方向（Ｘ方向）において交互に形成されている。

なお、図１に示すように、固定子枠２２には、フレーム本体１１の供給口１４と対向する位置に、第１開口２２１が設けられている。また、固定子枠２２には、フレーム本体１１の排出口１５と対向する位置に、第２開口２２２が設けられている。固定子枠２２をフレーム１０に装着すると、第１開口２２１は、供給口１４と連通する。また、第２開口２２２は、排出口１５と連通する。

本実施形態の固定子枠２２は、固定子枠２２を構成する材料を鉄心２１の外周面に積層造形することにより形成される。固定子枠２２を積層造形するには、例えば、ＳＬＭ（Ｓｅｌｅｉｃｔｉｖｅ Ｌａｓｅｒ Ｍｅｌｔｉｎｇ）、ＥＢＭ（Ｅｌｅｃｔｏｒｏｎ Ｂｅａｍ Ｍｅｌｔｉｎｇ）、ＤＥＤ（Ｄｉｒｅｃｔｅｄ Ｅｎｅｒｇｙ Ｄｅｐｏｓｉｔｉｏｎ）等に対応した金属３Ｄプリンタを用いることができる。

金属３Ｄプリンタによる積層造形は、例えば、以下のように行われる。鉄心２１を造形テーブルに設置し、その造形テーブル上に固定子枠２２を構成する材料（例えば、炭素鋼）の粉体を敷き詰める。その上からレーザ光を照射することにより、レーザを照射した部分を溶融、凝固させて、数１０μｍの金属層を形成する。このプロセスを鉄心２１の軸方向（Ｘ方向、造形時には鉛直方向となる）に沿って繰り返し行い、鉄心２１の外周面に沿って略円環状の金属層を積層する。これにより、鉄心２１の外周面と連続的に接合された固定子枠２２を造形することができる。固定子枠２２を造形する際に、上述した流路２３のほか、固定子枠２２として必要な形状部分等を、同時に形成することができる。

ここで、流路２３の形状によっては、固定子枠２２を造形した後、流路２３内に紛体が残留する場合がある。そのため、例えば、図３に示すように、固定子枠２２の外壁部２３３を造形する際に、固定子枠２２の径方向（Ｙ方向）に延在する貫通孔２３３ａを形成する。このような構成とすることにより、固定子枠２２を造形した後、流路２３内に残留している紛体（不図示）を、貫通孔２３３ａから除去できる。流路２３から紛体を除去した後、貫通孔２３３ａを、例えば、溶接、付加造形等で塞ぐことにより、トンネル状の流路２３を完成させることができる。

また、図示していないが、外壁部２３３において、貫通孔２３３ａを流路２３に沿うように螺旋状に形成してもよい。この場合、流路２３から紛体を除去した後、貫通孔２３３ａを、例えば、溶接、付加造形等で塞ぐことにより、トンネル状の流路２３を完成させることができる。
なお、本明細書中においては、微細な固定粒子の集合体である「粉体」だけでなく、比較的粗い固定粒子の集合体である「粒体」をも合わせて「粉体」と呼称する。

この積層造形のプロセスにおいて、テーブル上に敷き詰められた粉体にレーザ光を照射する際に、鉄心２１が粉体と接する部分にもレーザ光を照射すると、その部分の粉体と鉄心２１を構成する材料とが互いに溶融し、凝固する。これにより、鉄心２１を構成する材料と固定子枠２２を構成する材料とが混在した接合領域を、上記の金属層と一体に形成することができる。なお、固定子枠２２において、上記接合領域を除く部分は、固定子枠２２を構成する材料のみが溶融、凝固することにより形成された金属層である。

金属３Ｄプリンタにより固定子枠２２をより正確に造形するには、鉄心２１の形状を３Ｄスキャナ（３次元測定機）等により計測して、３Ｄデータ（ＣＡＤ、ＣＧ等）として取得しておくことが好ましい。このような３Ｄデータを用いて、固定子枠２２の径方向の厚さを一層ごとに調整することにより、鉄心２１の表面形状（凹凸等）に影響されることなしに、より正確な形状の固定子枠２２を造形することができる。

上述した第１実施形態の固定子枠２２によれば、例えば、以下のような効果が得られる。
第１実施形態の固定子枠２２によれば、内周面２２ａと外周面２２ｂとの間に流路２３が形成されているため、前述した特許文献１のように、固定子枠の外側に別部品のハウジングを嵌合させる工程が不要となる。そのため、製造が容易となり、製造時間も短縮できる。また、第１実施形態の固定子枠２２において、流路２３は、トンネル状の閉空間であるため、内部を流通する冷媒の漏れを抑制できる。そのため、前述した特許文献１のように、固定子枠とハウジングとの嵌合不良により、流路を流通する冷媒が隙間から漏れ出し、固定子の冷却効率が低下することがない。従って、第１実施形態の固定子枠２２によれば、製造が容易で且つ固定子２０の冷却効率に優れている。

また、第１実施形態の構成によれば、更に以下のような効果が得られる。
第１実施形態の構成によれば、固定子枠２２の外側に嵌合させるハウジングが不要となるため、部品点数を削減できる。また、第１実施形態の構成によれば、固定子枠２２の外周面に切削加工で螺旋状の溝を形成する場合に比べて、流路２３の側壁部２３１（図３参照）を薄く且つピッチを狭くできるため、冷却効率をより一層向上させることができる。第１実施形態の構成によれば、固定子枠２２とハウジングとの間の気密性を保持するためのシール材（例えば、オーリング等）が不要となるため、部品点数の削減及び取り付け作業を省略できる。また、シール材が不要となることにより、シール材が配置されていた部分を冷却範囲にできるため、冷却効率をより向上させることができる。更に、第１実施形態の構成によれば、嵌合の工程が不要となるため、嵌合ミス等に起因する不良品の発生率を低減できる。

また、鉄心２１を構成する電磁鋼板等の薄板は、プレス加工（打ち抜き）により製造されるため、外側面に凹凸（バリ）が生じやすい。鉄心の外側面に凹凸が生じると、その凹凸により鉄心の外周面の寸法精度が低下したり、鉄心と固定子枠との間に未接触部分が形成されたりする。そのため、従来は、鉄心と固定子枠との間の寸法精度、熱伝導性を高めるために、鉄心の外側面を研磨する必要があった。鉄心の外側面を研磨する工程では、公差を数十μｍの範囲に収める必要がある。しかし、製品によっては公差の範囲内に収めることが難しく、歩留まりを低下させる要因にもなっていた。これに対し、第１実施形態の固定子枠２２においては、鉄心２１の外側面を研磨する必要がないため、製造時間をより短縮できるだけでなく、歩留まりを向上させることができる。
なお、上述した第１実施形態の構成により得られる効果は、後述する第２〜第６実施形態の構成においても共通する。

［第２実施形態］
次に、第２実施形態の固定子枠２２Ａについて説明する。
図４は、第２実施形態の固定子枠２２Ａに形成された流路２３の形状を示す断面図である。図４は、固定子枠２２Ａの軸方向（Ｘ方向）と平行な断面の一部を示している。

第２実施形態の固定子枠２２Ａは、流路２３を構成する側壁部２３１、内壁部２３２及び外壁部２３３の材料が異なる点が第１実施形態と相違する。第２実施形態の固定子枠２２Ａにおいて、その他の構成は、第１実施形態と同じである。そのため、第２実施形態の説明及び図面において、第１実施形態と同等の部材等には、第１実施形態と同一の符号を付し、重複する説明を省略する。

第２実施形態の固定子枠２２Ａにおいて、内壁部２３２及び外壁部２３３は、機械的な強度を保つため、例えば、炭素鋼、電磁鋼板用の鋼材、ステンレス鋼、アルミニウム等の材料により構成される。一方、側壁部２３１は、内壁部２３２及び外壁部２３３よりも熱伝導性の高い材料により構成される。内壁部２３２及び外壁部２３３よりも熱伝導性の高い材料としては、例えば、アルミ、銅等が挙げられる。

第２実施形態の固定子枠２２Ａによれば、流路の側壁部２３１は、内壁部２３２及び外壁部２３３よりも熱伝導性の高い材料で構成されるため、内壁部２３２及び外壁部２３３の機械的な強度を保ちつつ、冷却効率をより向上させることができる。また、冷却効率がより向上することにより、固定子の温度を下げることができるため、同じ定格容量の電動機と比べて、出力定格を上げることができる。また、同じ定格出力であっても、電動機をより低い温度で運転できるため、各部品の寿命をより向上させることができる。更に、固定子枠２２をすべて同じ材料、例えば、炭素鋼で構成した場合に比べて、重量を軽くできる。

［第３実施形態］
次に、第３実施形態の固定子枠２２Ｂについて説明する。
図５は、第３実施形態の固定子枠２２Ｂに形成された流路２３の形状を示す断面図である。図５は、固定子枠２２Ｂの軸方向（Ｘ方向）と平行な断面の一部を示している。

第３実施形態は、固定子枠２２Ｂにおいて、流路２３を外周側に設けた点が第１実施形態と相違する。第３実施形態の固定子枠２２Ｂにおいて、その他の構成は、第１実施形態と同じである。そのため、第３実施形態の説明及び図面において、第１実施形態と同等の部材等には、第１実施形態と同一の符号を付し、重複する説明を省略する。

図５に示すように、第３実施形態の固定子枠２２Ｂにおいて、流路２３は、固定子枠２２の外周側（外周寄り）に設けられている。即ち、固定子枠２２の径方向（Ｙ方向）における内壁部２３２の厚さｔｈ１と、固定子枠２２の径方向における外壁部２３３の厚さｔｈ２は、ｔｈ１＞＞ｔｈ２となるように設定されている。
第３実施形態の固定子枠２２Ｂによれば、流路２３を外周側に設けることにより、内壁部２３２の厚さｔｈ１をより厚くできるため、外壁部２３３に比べて強度が必要な内壁部２３２の強度をより向上させることができる。また、第３実施形態の固定子枠２２Ｂは、内壁部２３２の厚さｔｈ１を厚くしても、固定子枠２２の径方向の厚さが増えないため、固定子枠２２Ｂが大型化することを抑制できる。

［第４実施形態］
次に、第４実施形態の固定子枠２２Ｃについて説明する。
図６は、第４実施形態の固定子枠２２Ｃに形成された流路２３の形状を示す断面図である。図６は、固定子枠２２Ｃの軸方向（Ｘ方向）と平行な断面の一部を示している。

図６に示すように、第４実施形態の固定子枠２２Ｃにおいて、固定子枠２２の径方向（Ｙ方向）における内壁部２３２の厚さｔｈ１ａと、固定子枠２２の径方向における外壁部２３３の厚さｔｈ２ａは、第１実施形態のｔｈ１、ｔｈ２よりもそれぞれ小さく設定されている。即ち、第４実施形態の固定子枠２２Ｃにおいては、ｔｈ１ａ＜ｔｈ１、ｔｈ２ａ＜ｔｈ２の関係となるように内壁部２３２及び外壁部２３３の厚さが設定されている。
第４実施形態の構成によれば、固定子枠２２Ｃの径方向における全体的な厚さが第１実施形態の固定子枠２２よりも薄くなるため、回転子３０（図１参照）のトルクにより生じる反力が小さい小型の回転電機に好適に用いることができる。

［第５実施形態］
次に、第５実施形態の固定子枠２２Ｄについて説明する。
図７は、第５実施形態の固定子枠２２Ｄに形成された流路２３の形状を示す断面図である。図７は、固定子枠２２Ｄの軸方向（Ｘ方向）と平行な断面の一部を示している。

図７に示すように、第５実施形態の固定子枠２２Ｄにおいて、流路２３は、固定子枠２２の径方向（Ｙ方向）に２層に設けられている。その他の構成は、第１実施形態と同じである。そのため、第５実施形態の説明及び図面において、第１実施形態と同等の部材等には、第１実施形態と同一の符号又は末尾（下２桁）に同一の符号を付し、重複する説明を省略する。

図７に示すように、第５実施形態の固定子枠２２Ｄにおいて、流路２３は、第１流路１２３と、第２流路２２３と、を備える。第１流路１２３は、固定子枠２２Ｄの径方向（Ｙ方向）において、内周面２２ａ側に設けられた流路である。第２流路２２３は、固定子枠２２Ｄの径方向において、外周面２２ｂ側に設けられた流路である。固定子枠２２Ｄの径方向において、第１流路１２３側の側壁部２３１と第２流路２２３側の側壁部２３１との間は、中間部３２３により一体に形成されている。
なお、図７に示すように、本実施形態の第１流路１２３及び第２流路２２３は、固定子枠２２Ｄの軸方向（Ｘ方向）において、交互に配置（ジグザグ配置）されているが、これに限らず、固定子枠２２Ｄの軸方向において、同じ位置に配置されていてもよい。

図７に示す流路２３において、例えば、第１流路１２３では、固定子枠２２Ｄの軸方向（Ｘ方向）の右側から左側に向かって冷媒が流通し、第２流路２２３では、固定子枠２２Ｄの軸方向の左側から右側に向かって冷媒が流通する。なお、冷媒の流通する方向は、上記の方向と逆であってもよいし、両流路において同じであってもよい。

第５実施形態の構成によれば、固定子枠２２Ｄの径方向に第１流路１２３及び第２流路２２３が２層に設けられているため、冷却効率をより向上させることができる。また、流路２３となる空間の大きさ、数を適宜に設定することにより、冷却する部位に適した冷却性能が得られる。例えば、固定子枠２２Ｄにおいて、鉄心２１の軸方向の両端部に対応する領域では、流路２３の断面積が全体として大きくなるように設定することで、鉄心２１の軸方向の両端部を、より効果的に冷却できる。また、固定子枠２２Ｄにおいて、鉄心２１の軸方向の中央付近に対応する領域では、流路２３の断面積が全体として小さくなるように設定することで、中央付近を冷却し過ぎないようにできる。このように、鉄心２１の中央付近を冷却し過ぎないようにすることにより、鉄心２１が冷却により径方向（Ｙ方向）に圧縮（小径化）されることを抑制できる。

［第６実施形態］
次に、第６実施形態の固定子枠２２Ｅについて説明する。
図８Ａは、第６実施形態の固定子枠２２Ｅに形成された流路２３の第１の形態を示す断面図である。図８Ｂは、第６実施形態の固定子枠２２Ｅに形成された流路２３の第２の形態を示す断面図である。図８Ａ及び図８Ｂは、いずれも固定子枠２２Ｅの軸方向（Ｘ方向）と平行な断面の一部を示している。第６実施形態の説明及び図面において、第１実施形態と同等の部材等には、第１実施形態と同一の符号を付し、重複する説明を省略する。

図８Ａに示すように、第６実施形態の固定子枠２２Ｅの流路２３（第１の形態）は、複数の三角形から構成されている。具体的には、各流路２３の側壁部２３１、内壁部２３２及び外壁部２３３は、全体としてトラス構造となるように配置されている。
第６実施形態の固定子枠２２Ｅの第１の形態によれば、流路２３の全体がトラス構造となるため、固定子枠２２Ｅの強度を確保しつつ、側壁部２３１、内壁部２３２及び外壁部２３３の厚さを薄くできる。従って、第６実施形態の固定子枠２２Ｅの第１の形態によれば、固定子枠２２Ｅを構成する材料を削減できるため、重量をより軽くできる。

図８Ｂに示すように、第６実施形態の固定子枠２２Ｅの流路２３（第２の形態）は、各流路２３の内部に放熱部材としてのフィン２３４が設けられている。図８Ｂに示す例では、流路２３を構成する三角形において、各辺の２箇所にフィン２３４が設けられている。なお、フィン２３４の数、形状、配置箇所等は、図８Ｂに示す例に限らず、適宜に設定できる。例えば、各辺の３箇所以上にフィン２３４を設けてもよいし、フィン２３４を枝葉のような形状としてもよい。
第６実施形態の固定子枠２２Ｅの第２の形態によれば、各流路２３の内部に設けられたフィン２３４により、冷媒との接触面を増やすことができるため、冷却効果をより向上させることができる。

以上、本発明の実施形態について説明したが、本発明は、前述した実施形態に限定されるものではなく、後述する変形形態のように種々の変形や変更が可能であって、それらも本発明の技術的範囲内である。実施形態に記載した効果は、本発明から生じる最も好適な効果を列挙したに過ぎず、実施形態に記載したものに限定されない。なお、上述の実施形態及び後述する変形形態は、適宜組み合わせて用いることもできるが、詳細な説明は省略する。また、各実施形態に共通な構成もあるため、部材名の符号を省略して説明する。

（変形形態）
実施形態では、固定子枠を構成する材料として、炭素鋼等の金属の粉体を用いる例について説明したが、これに限定されない。固定子枠を構成する材料は、樹脂でもよいし、樹脂と金属を混合したものであってもよい。固定子枠を構成する材料として使用可能な樹脂としては、例えば、エポキシ樹脂等が挙げられる。

実施形態では、固定子枠を円筒形とした例について説明したが、これに限定されない。積層造形で固定子枠を造形する場合、固定子枠の形状は、鉄心の形状に依存しないため、例えば、断面が楕円形、四角形等の非円筒形の筒形とすることもできる。
本実施形態では、鉄心を、電磁鋼板等の薄板を複数枚重ねた積層体とした例について説明したが、これに限定されない。鉄心は、どのような構造、製造方法で得られたものであってもよい。

実施形態では、固定子枠を積層造形するための手法として３Ｄ金属プリンタを用いた例について説明したが、これに限定されない。固定子枠を積層造形するための手法としては、例えば、材料粉末とレーザ光を同時に照射して任意の部分を溶融させ積層させるレーザ直接積層法（ＬＥＮＳ：Ｌａｓｅｒ Ｅｎｇｉｎｅｅｒｅｄ Ｎｅｔ Ｓｈａｐｉｎｇ）による金属積層装置等を用いることができる。

実施形態では、固定子枠の軸方向（Ｙ方向）において、流路の幅Ｗ（図３参照）を均等にした例について説明したが、これに限定されない。流路の幅Ｗを、冷媒の導入部側のみ広くしてもよい。冷媒は、固定子枠の導入部側では温度が低い（粘度が高い）ため、流動抵抗が大きく、流路内を流通しにくい。そのため、冷媒を供給するポンプの出力を大きくする必要がある。しかし、流路の幅Ｗを、冷媒の導入部側のみ広くすると、導入部側における冷媒の流動抵抗を実質的に下げることができる。これによれば、固定子枠の軸方向における温度勾配をより小さくできるため、鉄心２１を、その軸方向においてより均等に冷却できる。また、冷媒を供給するポンプの出力を小さくできる。

実施形態では、流路の断面を円形、三角形とする例について説明したが、これに限定されない。例えば、流路の断面は、楕円形でもよいし、四角形でもよい。流路の断面を三角形、四角形のような多角形とする場合、その形状は、必ずしも正三角形、正四角形でなくてもよい。更に、流路の断面は、異なる形状の断面を組み合わせた形態であってもよい。
実施形態では、本発明に係る固定子枠及び固定子を適用可能な回転電機として電動機を例に説明したが、これに限定されない。回転電機は、発電機であってもよい。

１：電動機、１０：フレーム、２０：固定子、２１：鉄心、２２（２２Ａ〜２２Ｅ）：固定子枠、２３：流路、３０：回転子、３２：回転軸、２３１：側壁部、２３２：内壁部、２３３：外壁部、２３４：フィン

Claims (8)

1. 回転電機の固定子を冷却する機能を備える略筒形状の固定子枠であって、
   前記固定子枠は、内周面と外周面との間に、前記固定子枠の周方向に沿って形成され、内部に冷媒が流通する流路を備え、
   前記流路において、隣り合う前記流路との間を隔離する側壁部、前記固定子枠の内周面との間を隔離する内壁部及び前記固定子枠の外周面との間を隔離する外壁部は、一体に構成される、固定子枠。
2. 前記側壁部は、前記内壁部又は前記外壁部よりも熱伝導性の高い材料により構成される、請求項１に記載の固定子枠。
3. 前記流路は、前記固定子枠の外周側に設けられる、請求項１又は請求項２に記載の固定子枠。
4. 前記流路は、前記固定子枠の径方向に多層に設けられる、請求項１から請求項３までのいずれか１項に記載の固定子枠。
5. 前記流路は、前記固定子枠の軸方向と平行な断面が多角形である、請求項１から請求項４までのいずれか１項に記載の固定子枠。
6. 前記流路は、内部に放熱部材を備える、請求項１から請求項４までのいずれか１項に記載の固定子枠。
7. 請求項１から請求項６までのいずれか１項に記載の固定子枠と、
   前記固定子枠の内周側に設けられる略筒形状の鉄心と、
   を備える固定子。
8. 請求項７に記載の固定子と、
   回転軸に支持され、前記固定子の内周側に設けられる回転子と、
   を備える回転電機。

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