JPH1051983A - 電動機の積層ステータ - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】 電動機の積層ステータにおいて、簡易な構成
によって放熱面積を拡大して放熱効率を向上する。 【解決手段】 電磁鋼板のコアを積層して形成するステ
ータであって、積層ステータの表面あるいは積層ステー
タの内部に形成した冷却媒体流路の表面に凹凸を形成す
ることによって、積層ステータの放熱面積を拡大して放
熱効率を向上する。積層ステータを形成するための複数
枚の積層コアにおいて、形状を異にする少なくとも２種
のコア２，３を含ませ、この形状が異なるコアを積層す
ることによって、形成された積層ステータの形状に凹凸
を形成する。形状を異ならせるコア部分として、コアの
外形形状、または積層ステータ内に冷却媒体流路を形成
する開口部、または両者とすることができる。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、電動機のステータ
構造に関し、特に電磁鋼板のコアを積層して形成する積
層ステータに関する。

【０００２】

【従来の技術】一般に、電動機は抵抗損や鉄損等の種々
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、放熱
効率を向上させることによって、電動機の出力を増大す
ることができる。

【０００３】電動機のステータとして積層ステータが知
られており、この積層ステータは電磁鋼板からなるコア
を積層して形成している。図９は、従来の電動機の積層
ステータの一構成例を説明するための図である。図９
（ａ）は積層する前の各コア２２を示しており、このコ
アを積層することによって図９（ｂ）に示す積層ステー
タ２１を形成している。積層ステータ２１を構成する各
コア２２は、電磁鋼板を金型による打ち抜き等によって
形成することができ、中心部分にロータ（図示していな
い）を挿入する穴３３、該穴３３の内周辺にコイル（図
示していない）を巻回する溝３４、コア２２の周方向に
配列した複数の孔３２、およびコア２２を連結するため
のロッド（図示していない）を通す孔３１を備えてい
る。この孔３２は、コア２２の積層によって積層ステー
タ２１の両端をつなぐ連通孔を構成して冷却媒体通路と
し、この連通孔内に空気やオイル等の冷却媒体を通すこ
とによって、積層ステータ２１の冷却を行っている。

【０００４】

【発明が解決しようとする課題】従来の積層ステータで
は、放熱面積が小さく、放熱効率が低いという問題点が
ある。この小さな放熱面積および低い放熱効率は、電動
機の連続出力を制限することにもある。従来の積層ステ
ータでは、例えば上記した構成の積層ステータ２２で
は、同一形状で同一寸法のコア２２を積層して形成して
いるため、積層ステータの外周表面や冷却媒体通路の表
面は、図９（ｃ）の断面に示すように平面状となる。な
お、該図９（ｃ）の断面は、図９（ｂ）中の矢印で示す
部分の断面を示している。そのため、積層ステータ２２
の放熱面積は限定されたものとなり、充分な放熱効率を
得ることができない。

【０００５】上記した構成の積層ステータの放熱面積を
拡大し放熱効率を向上させるために、コアの外周表面の
面積を拡大する構成の積層ステータが提案されている。
図１０は、積層ステータの他の一構成例を示す図であ
る。図１０において、積層ステータ４１を構成する各コ
ア４２には、前記図９に示した積層ステータ２１のコア
と同様に、ロッド用の孔５１，冷却媒体通路用の孔５
２，ロータ用の穴５３，コイル巻回用の溝５４が形成さ
れる。積層ステータ４１は、この構成に加えて、さらに
各コア４２の外周の周方向に凹凸５５が形成されてい
る。このコア４２に形成した凹凸５５は積層ステータ４
２の表面積を拡大するものであり、図１０（ｂ）に示す
ように、積層ステータ４２の外周面を凹凸形状とするこ
とによって、表面積を拡大している。なお、図９（ｃ）
は、図９（ｂ）中の矢印で示す部分の断面を示してい
る。

【０００６】しかしながら、図１０に示す構成の積層ス
テータは、ステータの表面積は拡大するものの、各コア
４２の外周形状が複雑となり、該コアを打ち抜くための
金型の形状も複雑となるという問題点があり、さらに、
コア４２の表面に形成した突起部分の強度は低くなるた
め、コア単体では該突起部分が折れ曲がる可能性がある
といった問題点もある。

【０００７】さらに、積層ステータの放熱面積を拡大し
放熱効率を向上させるための別の構成の積層ステータが
提案されている。図１１は、積層ステータの別の一構成
例を示す図である。この積層ステータ６１は、図１１
（ａ），（ｂ）に示すように、前記図９に示したと同様
に、同形状で同寸法のコア６２によって積層ステータ６
１を形成し、ジャケット８１を該積層ステータ６１に被
せる構成とする。このジャケット８１はＡｌ等の熱伝導
率の良い部材によって形成し、周囲に放熱用のフィン８
２を備え、これによって、積層ステータ６１の発熱を外
気に放熱するものである。なお、積層ステータ６１を構
成する各コア６２には、前記した積層ステータ２１，４
１のコアと同様に、ロッド用の孔７１，冷却媒体通路用
の孔７２，ロータ用の穴７３，コイル巻回用の溝７４が
形成される。

【０００８】しかしながら、上記したジャケットを用い
る構成では、ジャケットを別途用意する必要があり、ま
た、ジャケットの製造する工程や、ジャケットを積層ス
テータ本体に被せる工程等の工程が増えるという問題点
がある。

【０００９】そこで、本発明は前記した従来の電動機の
積層ステータの持つ問題点を解決して、電動機の積層ス
テータにおいて、簡易な構成によって放熱面積を拡大し
て放熱効率を向上することを目的とする。

【００１０】

【課題を解決するための手段】本発明の電動機の積層ス
テータは、電磁鋼板のコアを積層して形成するステータ
であって、積層ステータの表面あるいは積層ステータの
内部に形成した冷却媒体流路の表面に凹凸を形成するこ
とによって、積層ステータの放熱面積を拡大して放熱効
率を向上するものである。

【００１１】積層ステータの表面に凹凸を形成する手段
として、本発明の電動機の積層ステータは、積層ステー
タを形成するための複数枚の積層コアにおいて、形状を
異にする少なくとも２種のコアを含ませるものである。
この形状が異なるコアを積層することによって、形成さ
れた積層ステータの形状には凹凸が形成され、放熱面積
が拡大する（請求項１対応）。

【００１２】また、異ならせる形状は、コアの外形形
状、または積層ステータ内に冷却媒体流路を形成する開
口部、または外形形状および開口部の両者とするもので
ある。コアの外形形状を異なる形状とすることによっ
て、積層ステータの外周表面には凹凸形状が形状され、
外気と接触する面積が増え、放熱面積が拡大する（請求
項２対応）。また、積層ステータ内に冷却媒体流路を形
成する開口部の形状を異なる形状とすることによって、
積層ステータの冷却媒体流路の表面に凹凸形状が形状さ
れ、冷却媒体と接触する面積が増え、放熱面積が拡大す
る（請求項３対応）。

【００１３】積層ステータの表面に凹凸を形成する他の
手段として、本発明の電動機の積層ステータは、少なく
とも一の径方向の長さが異なる１種のコアを、周方向の
位置を異ならせて積層するものである。これによって、
形成された積層ステータの形状には凹凸が形成され、放
熱面積が拡大する（請求項４対応）。

【００１４】また、積層ステータ内に冷却媒体流路を形
成する開口部の形状を少なくとも２種の異なる形状とす
ることによって、積層ステータの冷却媒体流路の表面に
凹凸形状が形状され、冷却媒体と接触する面積が増え、
放熱面積が拡大する（請求項５対応）。

【００１５】

【発明の実施の形態】以下、本発明の実施の形態を図を
参照しながら詳細に説明する。図１は、本発明の電動機
の積層ステータの第１の実施形態を説明するためのブロ
ック図である。図１（ａ）は積層する前の各コア２，３
を示しており、このコア２，３を積層することによって
図１（ｂ）に示す積層ステータ１を形成する。積層ステ
ータ１を構成するコア２，３は、電磁鋼板を金型による
打ち抜き等によって形成することができ、中心部分にロ
ータ（図示していない）を挿入する穴１３、該穴１３の
内周辺にコイル（図示していない）を巻回する溝１４、
コア２，３の周方向に配列した複数の孔１２、およびコ
ア２，３を連結するためのロッド（図示していない）を
通す孔１１を備える。この孔１２は、コア２，３の積層
によって積層ステータ１の両端をつなぐ連通孔を構成し
て冷却媒体通路とし、この連通孔内に空気やオイル等の
冷却媒体を通すことによって、積層ステータ１の冷却を
行う。

【００１６】積層ステータ１が備えるコア２，３は、そ
の外形形状を異にしている。図１に示す形状は、その外
形寸法を異ならせる構成例を示しており、コア２は外周
の形状が小さく、コア３は外周の形状を大きく形成して
いる。なお、コア２，３の外形形状以外のその他の孔１
１，穴１３，および溝１４は、その形状および寸法を共
通とし、図示しないロータ，連結用ロッド，コイル等の
設置を可能とする。また、孔１２については、少なくと
も冷却媒体の流路の確保ができる共通部分を備える。

【００１７】図１（ｂ）は外形形状の異なるコア２，３
を交互に積層して形成した積層ステータの例を示してい
る。これによって、積層ステータの外周表面には凹凸が
形成れる。図１（ｃ）は、図１（ｂ）中に示す矢印部分
の断面を示しており、外形寸方の異なるコア２，３を交
互に積層することによって、その断面形状に凹凸が形状
され、外気と接触する放熱面積が拡大する。なお、図１
では、コア２，３を交互に配置した例を示しているが、
両コアの配置順は交互に限らず任意の順とすることがで
きる。同一形状のコアを連続して配置した場合には、そ
の分放熱面積が減少するため、広い放熱面積を確保する
には両コアの交互の配置が望ましい。また、図１に示し
た例では、外形形状の異なるコアを２種としているが、
２種に限らず２種以上の外形形状の異なるコアを用いる
こともできる。

【００１８】次に、図２を用いて、本発明の電動機の積
層ステータの第２の実施形態を説明する。図２（ａ）は
積層する前の各コア４を示しており、このコア２，３を
積層することによって図２（ｂ）に示す積層ステータ１
を形成する。積層ステータ１を構成するコア４は、電磁
鋼板を金型による打ち抜き等によって形成することがで
き、前記図１に示した実施形態と同様に、ロータ用穴１
３、コイル用溝１４、冷却媒体流路用孔１２、およびロ
ッド用孔１１を備える。

【００１９】積層ステータ１が備えるコア４は、少なく
とも一つの径方向の長さが異なる１種のコアであり、周
方向の位置を異ならせて積層する。図２に示すコアの形
状は、９０度の角度を成して隣接する２つの径の長さを
異ならせ、１８０度の角度を成す２つの径の長さは共通
とする例を示している。なお、コア２，３の外形形状以
外のその他の孔１１，穴１３，および溝１４は、その形
状および寸法を共通とし、図示しないロータ，連結用ロ
ッド，コイル等の設置を可能とする。また、孔１２につ
いては、少なくとも冷却媒体の流路の確保ができる共通
部分を備える。

【００２０】コア４の周方向の位置を異ならせた積層に
よる積層ステータ１の形成は、図２（ａ），（ｂ）で
は、例えば、図中０度で示される位置の１枚のコアを配
置した後、次に図中９０度で示される位置の２枚の積層
コアと、図中０度で示される位置の３枚の積層コアを、
順に配置する構成例を示している。これによって、積層
ステータの外周表面には凹凸が形成れる。図２（ｃ）
は、図２（ｂ）中に示す矢印部分の断面を示しており、
外形寸方の異なるコア４の配置位置を周方向に異ならせ
て積層することによって、その断面形状に凹凸が形状さ
れ、外気と接触する放熱面積が拡大する。なお、図２で
は、コア４の配置を一方向に配置した２枚の積層コア
と、他の方向に配置した３枚の積層コアの例を示してい
るが、両積層コアの枚数および配置順は任意とすること
ができる。多数枚の同一方向の積層コアを用いる場合に
は、その分放熱面積が減少するため、広い放熱面積を確
保するには、積層枚数を減らした構成が望ましい。ま
た、図２に示した例では、９０度毎に径方向の長さを異
ならせる構成例を示しているが、該角度は９０度に限ら
ず任意の角度とすることができる。

【００２１】次に、本発明の積層ステータに用いるコア
の形成について、図３〜図６を用いて説明する。図３，
図４は前記第１の実施形態に示すコアを形成する工程を
説明するための図である。図３において、Ｓ１はコアの
内周部分に形成する孔１１，１２，穴１３，および溝１
４等の内形部分１５を打ち抜き形成するための金型等を
備えたステーションであり、Ｓ２は外周の形状の小さい
コア２を打ち抜き形成するための金型等を備えたステー
ションであり、Ｓ３は外周の形状の大きなコア３を打ち
抜き形成するための金型等を備えたステーションであ
る。また、ステーション２とステーション３との下方に
は、打ち抜いたコア２，３を受け取るための受取皿を備
えたステージＳ４を設け、両ステーションＳ２，Ｓ３の
間で移動可能としている。

【００２２】コア２，３の形成は、コアを打ち抜くため
の電磁鋼板１０をステーションＳ１，Ｓ２，Ｓ３とステ
ージＳ４との間で移動し、各ステーションを駆動して金
型で打ち抜き、ステージＳ４上に積層することによって
行うことができる。

【００２３】図４は、コアを形成する工程の概略を示し
ている。図４（ａ）は、電磁鋼板１０をステーションＳ
１に移動した状態を示し、このステーションＳ１によっ
て、コアの内形部分１５の打ち抜きを行う。図中のα
は、内形部分１５の打ち抜き部分を示し、ここではコア
２の打ち抜き部分となる。

【００２４】内形部分１５を打ち抜いた後、電磁鋼板１
０をαの部分をステーションＳ２の位置に移動し、ステ
ーションＳ２によって外周の形状の小さいコア２の打ち
抜きを行う。打ち抜いたコア２は、ステージＳ４の受取
皿上に配置する。図４（ｂ）では、打ち抜いたコア２を
Ａで示している。このとき、ステーションＳ１では、次
のコア３の内形部分１５の打ち抜きを行う。図中のβ
は、コア３の打ち抜き部分となる。

【００２５】次に、電磁鋼板１０をβの部分をステーシ
ョンＳ３の位置に移動するとともに、ステージＳ４をス
テーションＳ３の下方に移動し、ステーションＳ３によ
って外周の形状の大きいコア３の打ち抜きを行う。打ち
抜いたコア３は、ステージＳ４の受取皿上に積層する。
図４（ｃ）では、打ち抜いたコア３をＢで示している。
ステーションＳ１では、次のコア２，３の内形部分１５
の打ち抜きを行う。

【００２６】次に、電磁鋼板１０をαの部分をステーシ
ョンＳ２の位置に移動するとともに、ステージＳ４をス
テーションＳ２の下方に移動し、ステーションＳ２によ
って外周の形状の小さいコア２の打ち抜きを行う。打ち
抜いたコア２は、ステージＳ４の受取皿上に積層し、コ
ア２，コア３，コア２の積層コアが形成される（図中の
Ａ，Ｂ，Ａ）する。図４（ｄ）では、打ち抜いたコア２
をＡで示している。このとき、ステーションＳ１では、
次のコア３の内形部分１５の打ち抜きを行う。

【００２７】以下、同様の工程を行うことによって、異
なる形状のコアの積層を行うことができる。なお、積層
するコアの種類および積層順の変更は、ステーションＳ
の配置等を変更することにより行うことができる。

【００２８】次に、図５，図６を用いて、第２の実施形
態に示すコアを形成する工程を説明する。図５におい
て、Ｓ１はコアの内周部分に形成する孔１１，１２，穴
１３，および溝１４等の内形部分１５を打ち抜き形成す
るための金型等を備えたステーションであり、Ｓ２はコ
ア４を打ち抜き形成するための金型等を備えたステーシ
ョンである。また、ステーション２の下方には、打ち抜
いたコア４を受け取るための受取皿を備えたステージＳ
４を設ける。ステージＳ４は軸回転可能とし、コアの周
方向の位置を異ならせて積層することができる。

【００２９】コア４の形成は、コアを打ち抜くための電
磁鋼板１０をステーションＳ１，Ｓ２とステージＳ４と
の間で移動し、各ステーションを駆動して金型で打ち抜
き、ステージＳ４上に積層することによって行うことが
できる。

【００３０】図６は、コアを形成する工程の概略を示し
ている。図５（ａ）は、電磁鋼板１０をステーションＳ
１に移動した状態を示し、このステーションＳ１によっ
て、コアの内形部分１５の打ち抜きを行う。図中のα
は、第１番目の内形部分１５の打ち抜き部分を示してい
る。

【００３１】内形部分１５を打ち抜いた後、電磁鋼板１
０をαの部分をステーションＳ２の位置に移動し、ステ
ーションＳ２によってコア４の打ち抜きを行う。打ち抜
いたコア４は、ステージＳ４の受取皿上に配置する。図
５（ｂ）では、打ち抜いたコア２をＡで示している。こ
のとき、ステーションＳ１では、次のコア４の内形部分
１５の打ち抜きを行う。図中のβは、第２番目のコア３
の内形部分１５の打ち抜き部分を示している。

【００３２】次に、電磁鋼板１０をβの部分をステーシ
ョンＳ２の位置に移動し、ステーションＳ２によって次
のコア４の打ち抜きを行う。打ち抜いたコア４は、ステ
ージＳ４の受取皿上に積層する。このとき、ステージ４
を回転させ、積層したコア４の周方向の位置を異ならせ
る。図５（ｃ）では、打ち抜いたコア３をＢで示してい
る。ステーションＳ１では、次のコア４の内形部分１５
の打ち抜きを行う。図中のγは、第３番目のコア３の内
形部分１５の打ち抜き部分を示している。

【００３３】次に、電磁鋼板１０をγの部分をステーシ
ョンＳ２の位置に移動し、ステーションＳ２によって第
３番目のコア４の打ち抜きを行う。打ち抜いたコア４
は、ステージＳ４の受取皿上に積層し、図中のＡ，Ｂ，
Ｃで示されるコア４の積層コアが形成される。このと
き、ステージ４を回転させ、積層したコア４の周方向の
位置を異ならせる。図４（ｄ）では、打ち抜いたコア４
をＣで示している。このとき、ステーションＳ１では、
次の第４番目のコア４の内形部分１５の打ち抜きを行
う。図中のδは、第４番目のコア３の内形部分１５の打
ち抜き部分を示している。従って、ステージ４上に積層
したコアの周方向の位置は順次変更されることになる。
以下、同様の工程を行うことによって、同形の形状コア
の周方向の位置を異ならせた積層を行うことができる。

【００３４】次に、前記第１，第２の実施形態におい
て、冷却媒体流路を形状する孔１２の径をコアによって
異ならせ、冷却媒体流路の表面に凹凸形状を形状する場
合を説明する。図７は第１の実施形態に適用した例を説
明するための図である。図７において、コア２に形成す
る冷却媒体用孔１２−１とコア３に形成する冷却媒体用
孔１２−２との径を異ならせて形成する。ここで、各孔
１２−１と１２−２とは、連通した冷却媒体流路が形成
されるよう、積層状態で、少なくとも共通の開口部分が
形成されるように構成する。図７に示す例では、孔１２
−１の径を小径とし、孔１２−２の径を大径とし、その
中心点が同軸上となるよう形成する。

【００３５】なお、図７では、小さなコア２に形成する
孔１２−１の径を小径とし、大きなコア３に形成する孔
１２−２の径を大径としているが、径の大きさは任意で
あり、コアの形成上あるいは強度上で支障がない場合に
は、逆の関係とすることもできる。

【００３６】図８は第２の実施形態に適用した例を説明
するための図である。図８において、コア４に形成する
冷却媒体用孔１２−１と１２−２との径を異ならせて形
成する。ここで、各孔１２−１と１２−２とは、連通し
た冷却媒体流路が形成されるよう、積層状態で、少なく
とも共通の開口部分が形成されるように構成する。図８
に示す例では、孔１２−１の径を小径とし、孔１２−２
の径を大径とし、その中心点が同軸上となるよう形成す
る。

【００３７】なお、コアに形成する孔の位置および径は
任意に設定することができる。

【００３８】

【発明の効果】以上説明したように、本発明によれば、
電動機の積層ステータにおいて、簡易な構成によって放
熱面積を拡大して放熱効率を向上することができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の電動機の積層ステータの第１の実施形
態を説明するためのブロック図である。

【図２】本発明の電動機の積層ステータの第２の実施形
態を説明するための図である。

【図３】本発明の第１の実施形態に示すコアを形成する
工程を説明するための図である。

【図４】本発明の第１の実施形態に示すコアを形成する
工程を説明するための図である。

【図５】本発明の第２の実施形態に示すコアを形成する
工程を説明するための図である。

【図６】本発明の第２の実施形態に示すコアを形成する
工程を説明するための図である。

【図７】異なる形状の冷却媒体流路を第１の実施形態に
適用した例を説明するための図である。

【図８】異なる形状の冷却媒体流路を第２の実施形態に
適用した例を説明するための図である。

【図９】従来の電動機の積層ステータの一構成例を説明
するための図である。

【図１０】従来の電動機の積層ステータの他の一構成例
を説明するための図である。

【図１１】従来の電動機の積層ステータの別の一構成例
を説明するための図である。

【符号の説明】

１ 積層ステータ ２，３，４ コア １０ 電磁鋼板 １１ ロッド用孔 １２，１２−１，１２−２ 冷却媒体流路用孔 １３ ロータ用穴 １４ コイル用溝 １５ 内形部分 Ｓ１，Ｓ２，Ｓ３ ステーション Ｓ４ ステージ

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 山中 克行 山梨県南都留郡忍野村忍草字古馬場3580番 地 ファナック株式会社内 (72)発明者 古屋 剛 山梨県南都留郡忍野村忍草字古馬場3580番 地 ファナック株式会社内

Claims (5)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 複数枚のコアを積層して形成される電動
   機の積層ステータにおいて、前記コアは、形状を異にす
   る少なくとも２種のコアを含むことを特徴とする電動機
   の積層ステータ。
2. 【請求項２】 前記形状は、コアの外形形状であること
   を特徴とする請求項１記載の電動機の積層ステータ。
3. 【請求項３】 前記コアは、積層ステータ内に冷却媒体
   流路を形成する共通部分を有する開口部を備え、前記形
   状は、開口部の形状であることを特徴とする請求項１記
   載の電動機の積層ステータ。
4. 【請求項４】 複数枚のコアを積層して形成される電動
   機の積層ステータにおいて、少なくとも一の径方向の長
   さが異なる１種のコアを、周方向の位置を異ならせて積
   層することを特徴とする電動機の積層ステータ。
5. 【請求項５】 前記コアは、積層ステータ内に冷却媒体
   流路を形成する共通部分を有する開口部を備え、該開口
   部は、少なくとも２種の異なる形状を備えたことを特徴
   とする請求項４記載の電動機の積層ステータ。