JP5706630B2 - 積層ステータ - Google Patents

Description

本発明は、電動機の固定子を構成する積層ステータに係り、特に外周部に放熱フィンと通風路が形成される積層ステータに関するものである。

一般に、電動機は銅損や鉄損等の種々のエネルギー損によって発熱する。この発熱は電動機の能力を決定する要因の１つであり、電動機の連続出力は発熱と放熱能力とのバランスによって決定される。従って、ステータ表面等の電動機の放熱面積を拡大して放熱効率を向上させること、また、電動機を自力通風形あるいは他力通風形のファンで冷却することによって、電動機の連続出力を増大させることができる。

従来の軸方向に冷却風を送る電動機の積層ステータの冷却構造として、特許文献１を挙げることができる。これは電磁鋼板の同一形状に成形されたコアを同じ姿勢で積層して積層ステータを構成するものであり、各コアに形成された通風孔で構成される連続した通風路にファンにより風を流すことにより冷却を行う、図８に従来の積層ステータを説明した図を示す。図８（ａ）は電磁鋼板のコアを積層する工程を説明した図、図８（ｂ）は積層ステータの図である。図９は図８の積層ステータを積層方向より見た正面図である。図８において、外周に放熱フィン２７を備えた同一形状に整形された電磁鋼板のコア２１を積層して積層ステータ２２を構成し、通風カバー２６によって積層ステータ２２の外側を覆い、この通風カバー２６と放熱フィン２７によって軸方向の通風路が構成される。

図９において、積層ステータ２２の内部で発生した熱は、ステータ外周部に形成された放熱フィン２７と、積層ステータ２２を覆う通風カバー２６によって形成される通風路２５を通る冷却風との間で、熱交換が行なわれることにより冷却される。

また、他の従来例として特許文献２には、熱伝導性の良好な複数枚の板材を積層して構成した積層体の側面に、各板材の周縁の位置ずれにより生じる隙間を利用して自然冷却する構成が示されている。

特開平７−１７７６８９号公報 特開平１０−１６３０２２号公報

しかしながら、従来の軸方向に冷却風を送る自力通風形あるいは他力通風形のファンを有する電動機の積層ステータは、特許文献１や図８、図９では、通風路内に配置される放熱フィンが、通風方向と同方向に一様に重ねられているため、放熱フィンの放熱面積を大きく取ることが難しかった。また、特許文献２では各板材の周縁の位置ずれにより生じる隙間を利用して自然冷却するものであり、放熱面積を大きく取ることが難しいと共に周縁からのみの放熱であるため、発熱部からの距離があり放熱効率の点で問題があった。

本発明は、上記従来技術の問題点に鑑み、放熱面積を大きく取ることができる通風路を備えた積層ステータを提供する。

本発明は、上記課題を解決するため、電磁鋼板のコアを転積して積層形成する積層ステータであって、前記電動機鋼板のコアに、放熱フィン付き通風孔で構成された放熱フィン部と、放熱フィン無し通風孔で構成された通風部とが、電動機の回転軸を中心として点対称の位置に夫々２つ形成され、上記放熱フィン部と、通風部とが交互に隣接して重なるように、所定枚数ずつのコアを順次転籍して積層することにより、上記放熱フィン部と通風部によって前記回転軸方向の流れを分岐する分岐路を有する通風路が形成されたことを特徴とする。

また、上記に記載の積層ステータにおいて、放熱フィン付き通風孔及び放熱フィン無し通風孔の少なくとも一方の外側に枠体が形成され、コアを積層することにより前記枠体で前記通風路と外部を仕切るカバーを構成することを特徴とする。

また、上記に記載の積層ステータにおいて、前記放熱フィン無し通風孔は前記電磁鋼板のコアの一部を切欠いて構成され、コアを積層することにより外部に開放した通風路を構成することを特徴とする。

また、上記に記載の積層ステータにおいて、前記電磁鋼板のコアに形成された放熱フィンはコアの積層面に沿った放熱面とコアの積層方向に沿った放熱面を有することを特徴とする。

本発明によれば、コアを積層形成する積層ステータにおいて、通風路の放熱フィンの放熱面積を大きく取ることができる。

本発明実施例１のコアの転積工程と積層ステータの説明図である。 同じく積層ステータを積層方向より見た正面図である。 同じく積層ステータを用いた電動機と冷却風の流れ説明図である。 本発明実施例２のコアの転積工程の説明図である。 本発明実施例３のコアの転積工程の説明図である。 本発明実施例２の積層ステータを用いた電動機と冷却風の流れ説明図である。 本発明実施例２の積層ステータの通風路の詳細と冷却風の流れ説明図である。 従来技術を示す積層ステータと通風カバーを示した説明図である。 図８の積層ステータを積層方向より見た正面図である。

以下、本発明の実施例を図に基づいて説明する。図１は本発明の実施例１示す積層ステータを説明した図で、（ａ）は電磁鋼板のコアを転積する工程を説明した図、（ｂ）はコアが積層された状態の積層ステータの斜視図である。図２は図１の積層ステータを積層方向より見た正面図である。図１において、本実施例の電磁鋼板の各１枚のコア１は、外周の対角部に放熱フィン７と放熱フィン７を覆う通風孔５（放熱フィンつき通風孔）で構成される放熱フィン部３が形成されている。この通風孔５の外側には枠体１０がコアと一体に形成されている。また他の対角部には、放熱フィンが無い通風部４が設けられ、具体的には外部に開放された通風孔９（放熱フィン無し通風孔）で形成されている。

積層ステータの組立に際しては、図１（ａ）に示すように、前記電磁鋼板のコア１を積層方向軸を中心にして、９０度ずつ回転させながら１枚ずつ（又は所定枚数を束ねた状態で）積層（転積）することによって、図１（ｂ）に示すような積層ステータ２が構成される。転積は板厚偏差による積層誤差を少なくするため、回転させながら板材を積層することにより、積層ステータの板厚に影響を与えないようにするためである。上記の積層によって、前記放熱フィン７は１枚（又は所定枚数）おきに前記開放された通風孔９が介在するので、前記放熱フィン７の表裏面と端面は前記開放された通風孔９（通風部４）に晒される。従って、この表裏面と端面は放熱面として機能し、積層方向に対して垂直な表裏の放熱面（積層面に沿った放熱面）と、積層方向に沿った端面が放熱面となる。

また、前記放熱フィンつき通風孔５は、積層方向にコアの１枚（又は所定枚数）おきに積層ステータ内に積層方向（電動機の軸方向）の通風路８を形成し、この通風孔５の間に前記開放された通風孔９（通風部４）が介在するので、この開放された通風孔９が通風路８の分岐路６を構成する。

図３は本実施例の積層ステータ２を用いた電動機と冷却風の流れ説明図である。１１はと１３はそれぞれ上記積層ステータ２の前後を支えるとともに回転軸１２を支える前フランジと後フランジ、１４は上記後フランジの後方に設けられたファンカバーである。前フランジ１１と積層体２の間には、積層体２内に形成された通風路８に連通する通風路（８）が形成される。上記構成において、ファンカバー１４内のファンが駆動されると、上記通風路８を矢印方向の冷却風が流れる。このとき、分岐路６が通風路８と連通して外部に開放しているので、通風路８の風の流れによって外部から冷却風を吸込む。この外部から分岐路６と通風路８を通じて吸込んだ冷却風によって、前記放熱フィン７の表裏面と積層方向に沿った端面が冷され、積層ステータ５の冷却を行う。

本実施例による電磁鋼板のコア１による積層体２は、通風カバーが不要であり、板厚偏差による積層誤差を少なくするための転積技術を利用することにより、コア１を９０度ずつ回転することにより、放熱面積を大きく取れる積層ステータを構成することができる。

図４は本発明実施例２のコアの転積工程の説明図である。電磁鋼板の各コア１の外周の一対の対角部に放熱フィン７と放熱フィン７を覆う通風孔５（放熱フィンつき通風孔）で構成される放熱フィン部３が形成されている。もう一対の対角部に、放熱フィンが無い通風部４が設けられ、具体的には放熱フィン無し通風孔９で形成されている。前記の通風孔５と９の外側にはそれぞれ枠体１０がコアと一体に形成されている。実施例１と異なり本実施例２の特徴点は、放熱フィン無し通風孔９の外側に枠体１０がコアと一体に形成されていることである。

積層ステータの組立に際しては、図４に示すように、前記電磁鋼板のコア１を積層方向軸を中心にして、９０度ずつ回転させながら１枚ずつ（又は所定枚数を束ねた状態で）積層（転積）することによって、図６に示すような積層ステータ２が構成される。図６は実施例２の積層ステータを用いた電動機と冷却風の流れ説明図で、図７は実施例２の積層ステータの通風路の詳細と冷却風の流れ説明図である。

図７で、上記の積層によって、前記放熱フィン７は１枚（又は所定枚数）おきに前記通風孔９が介在するので、前記放熱フィン７の表裏面７ａと端面７ｂは前記通風孔９（通風部４）に晒される。従って、この表裏面７ａと端面７ｂは放熱面として機能し、表裏面７ａは積層方向に対して垂直な（積層面に沿った）表裏の放熱面であり、端面７ｂは積層方向に沿った放熱面となる。また、前記通風孔５は、積層方向にコアの１枚（又は所定枚数）おきに積層方向（電動機の軸方向）の通風路８を形成し、通風孔５の間に通風孔９（通風部４）が介在するので、この通風孔９で通風路８の分岐路６を構成する。この分岐路６は、通風路８に連通して左右方向、上方向のいずれの方向にも、千鳥状、ジグザグ状に分かれて風を流すように構成されている。

本実施例２による電磁鋼板のコア１による積層体２は、通風孔５、９の外側にそれぞれ枠体１０が形成されているので、枠体１０同士の積層によって通風カバーが構成され、図８、図９に示すような従来のカバー２６は不要である。

図６において電動機と冷却風の流れを説明すると、前フランジ１１と積層体２の前面の間には、積層体２内に形成された通風路８に連通する通風路（８）が形成される。上記構成において、ファンカバー１４内のファンが駆動されると、上記通風路８を矢印方向の冷却風が流れる。このとき、通風路８を流れる冷却風は分岐路６に分かれて流れ、これらの通風路、分岐路に面している前記放熱フィン７の表裏面および積層方向に沿った端面の広い冷却面を冷しながら再び通風路に８に合流し、積層ステータ５全体の冷却を行う。

図５は本発明実施例３のコアの転積工程の説明図である。本実施例では、電磁鋼板の各コア１の外周の角部の２辺に、放熱フィン７として板状のフィン７が形成されている。各コア１の外周の他の角部の２辺に、放熱フィンが無い通風部４である通風孔９が形成され、この通風孔９の外側には枠体１０がコアと一体に形成されている。実施例２と異なり本実施例３の特徴点は、放熱フィン７として板状のフィン７が形成されていることである。

積層ステータの組立に際しては、図５に示すように、前記電磁鋼板のコア１を積層方向軸を中心にして、９０度ずつ回転させながら１枚ずつ（又は所定枚数を束ねた状態で）積層（転積）することによって、図６に示すような積層ステータ２が構成され、実施例２と同様に通風路８を冷却風が流れて積層ステータ全体が冷却される。本実施例３では、電磁鋼板のコア１による積層体２は、通風孔５の外側に枠体１０が形成され、また、放熱フィン７として板状のフィン７が形成されているので、枠体１０と板状のフィン７の積層によって通風カバーが構成され、図８、図９に示すような従来のカバー２６は不要である。

また、通風孔９は電磁鋼板の各コア１の外周の角部の２辺に設けられているので、９０度ずつ回転させながら１枚ずつ（又は所定枚数を束ねた状態で）積層（転積）することによって、通風孔９と板状のフィン７によって螺旋状の通風路８が形成される。図６（ｂ）に示される通風路８が積層ステータの外周を螺旋状に回転するように形成される。渦巻状の通風路８は通風距離が長くなり、大きな冷却面積となっている板状の各フィン７の両面に接触して冷却風が流れることで熱交換効率が良くなり、積層ステータ２全体を効果的に冷却することができる。

１…電磁鋼板のコア、２…積層ステータ、３…放熱フィン部、４…通風部、５…放熱フィン付き通風孔、６…分岐路、７…放熱フィン、７ａ…コアの積層面に沿った放熱面、７ｂ…コアの積層方向に沿った放熱面、８…通風路、９…放熱フィン無し通風孔、１０…枠体、１１…前フランジ、１２…回転軸、１３……後フランジ、１４…ファンカバー。

Claims (4)

1. 電磁鋼板のコアを転積して積層形成する積層ステータであって、
   前記電動機鋼板のコアに、放熱フィン付き通風孔で構成された放熱フィン部と、放熱フィン無し通風孔で構成された通風部とが、電動機の回転軸を中心として点対称の位置に夫々２つ形成され、
   上記放熱フィン部と、通風部とが交互に隣接して重なるように、所定枚数ずつのコアを順次転積して積層することにより、上記放熱フィン部と通風部によって前記回転軸方向の流れを分岐する分岐路を有する通風路が形成されたことを特徴とする積層ステータ。
2. 請求項１に記載の積層ステータにおいて、
   前記電磁鋼板のコアは前記放熱フィン付き通風孔及び放熱フィン無し通風孔の少なくとも一方の外側に枠体が形成され、コアを積層することにより前記枠体で前記通風路と外部を仕切るカバーを構成することを特徴とする積層ステータ。
3. 請求項１に記載の積層ステータにおいて、
   前記放熱フィン無し通風孔は前記電磁鋼板のコアの一部を切欠いて構成され、コアを積層することにより外部に開放した通風路を構成することを特徴とする積層ステータ。
4. 請求項１〜３のいずれか一項に記載の積層ステータにおいて、
   前記電磁鋼板のコアに形成された放熱フィンはコアの積層面に沿った放熱面とコアの積層方向に沿った放熱面を有することを特徴とする積層ステータ。

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