JP2002262503A - 回転電機 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】冷却性能が向上し、かつ、小型軽量化で、堅固
な回転電機を提供することにある。 【解決手段】円筒形状のハウジング１と、ハウジング１
の両端に組み付けられたエンドブラケット２ａ，２ｂ
と、ハウジング１の内周側に取り付けられた固定子３
と、固定子３の内周側に位置すると共に、エンドブラケ
ットに回転可能に支持された回転子４とから回転電機が
構成される。ハウジング１は、純アルミニウム部分１ｂ
とアルミニウム合金部分１ｃ，１ｃ’とを摩擦攪拌接合
により一体接合して形成される。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、誘導電動機や同期
電動機などの回転電機に係り、特に、回転電機の温度上
昇を抑制し、小型軽量化を促進するのに好適な構造を有
する回転電機に関する。

【０００２】

【従来の技術】汎用の誘導電動機などの回転電機として
は、例えば、特開昭６１−２５１４４０号公報に記載さ
れているように、回転電機の外殻を構成するハウジング
（筐体）の材料として、アルミニウム合金を用いたもの
が知られている。回転電機のハウジングの材料として、
軽く熱伝導率の良いアルミニウム合金を用いることによ
り、その比重は鋼の約１／３と小さいので、軽量化さ
れ、また、熱伝導率は約３倍にもなるので、回転電機の
内部で発生した熱はハウジングによく伝えられるように
なって冷却作用が高まり、この結果、ハウジング自体の
軽量化と共に、回転電機全体として、小型軽量化が図ら
れる。

【０００３】

【発明が解決しようとする課題】しかしながら、ハウジ
ングの材料として、アルミニウム合金を用いる回転電機
においては、固定子が発生した熱を効果的にハウジング
に伝えるという点で充分な配慮がなされているとは言え
ず、以下に説明するように、回転電機の温度上昇を抑え
ることが困難になっており、回転電機の小型化を促進す
る上で問題があった。すなわち、ハウジングの材料をア
ルミニウム合金にすることで、熱伝導率は鋼の約３倍と
なり、回転電機内部で発生した熱はハウジングに良く伝
えられるようになって冷却作用は高まるが、一般に、合
金は純金属に対し熱伝導率は低下する。

【０００４】そこで、純アルミニウムに注目すると、純
アルミニウムの熱伝導率はアルミニウム合金の約２倍で
あり、ハウジングの材料を純アルミニウムにした方が、
回転電機内部の熱を効果的にハウジングに伝えることが
でき、冷却作用は更に高まるので、回転電機の温度上昇
を抑え、更なる小型化を促進することができる。

【０００５】ところが、引張強度に関しては、純アルミ
ニウムはアルミニウム合金の約１／２以下であるので、
回転電機の外枠となるハウジングを純アルミニウムで形
成すると、従来のように堅固な回転電機を構成すること
が困難となる。

【０００６】本発明の目的は、冷却性能が向上し、か
つ、小型軽量化で、堅固な回転電機を提供することにあ
る。

【０００７】

【課題を解決するための手段】（１）上記目的を達成す
るために、本発明は、円筒形状のハウジングと、このハ
ウジングの両端に組み付けられたエンドブラケットと、
上記ハウジングの内周側に取り付けられた固定子と、こ
の固定子の内周側に位置すると共に、上記エンドブラケ
ットに回転可能に支持された回転子とを有する回転電機
において、上記ハウジングは、純アルミニウム部分とア
ルミニウム合金部分とを摩擦攪拌接合により一体接合し
て形成されるようにしたものである。かかる構成によ
り、冷却性能が向上し、かつ、小型軽量化で、堅固なも
のとし得るものとなる。

【０００８】（２）上記（１）において、好ましくは、
上記固定子は、上記ハウジングの純アルミニウム部分の
内周に取り付けられており、この純アルミニウム部分の
両端にアルミニウム合金部分が摩擦攪拌接合により一体
接合して形成されるようにしたものである。

【０００９】

【発明の実施の形態】以下、図１〜図５を用いて、本発
明の一実施形態による回転電機の構成について説明す
る。最初に、図１を用いて、本実施形態による回転電機
の全体構成について説明する。なお、本実施形態におい
ては、回転電機として、誘導電動機を例にして説明す
る。図１は、本発明の一実施形態による回転電機の全体
構成を示す部分断面図である。

【００１０】ハウジング（筐体）１は、円筒形状を有す
る純アルミニウム部分１ｂと、同じく円筒形状を有する
アルミニウム合金部分１ｃ，１ｃ’を摩擦攪拌接合によ
り一体接合して形成されている。純アルミニウム部分１
ｂは、中央に配置され、その両端部にアルミニウム合金
部分１ｃ，１ｃ’が摩擦攪拌接合により一体接合されて
いる。ハウジング１（１ｂ，１ｃ，１ｃ’）の外周面に
は、それぞれ、放射状に放熱フィン１ａがハウジング１
と一体に、鋳造により形成されている。エンドブラケッ
ト（端蓋）２ａ，２ｂは、それぞれ、ハウジング１のア
ルミニウム合金部分１ｃ，１ｃ’の両端に、インロー嵌
合して取付けられている。

【００１１】固定子（電機子）３は、珪素鋼板の積層体
でつくられた固定子鉄心３ａと、この固定子鉄心３ａの
内周部に多数個設けられている図示していないスロット
部に巻装された固定子コイル３ｂとで構成されている。
固定子３は、ハウジング１の純アルミニウム部分１ｂの
内周壁に取付けてられている。

【００１２】回転子６は、回転軸５を有している。回転
子６の回転軸５は、エンドブラケット２ａ，２ｂの軸受
４ａ、４ｂにより、回転自在に保持され、これにより固
定子３内に位置した回転子６が回転するように構成され
ている。

【００１３】そして、このような回転電機では、あらか
じめ固定子３をハウジング１の内側に挿入し、その内周
壁に取付けておき、その後、この固定子３内に回転子６
を挿入し、回転軸５に軸受４ａ、４ｂが嵌合するように
して、ハウジング１の両側にそれぞれエンドブラケット
２ａ、２ｂをインロー嵌合させ、図示していない複数本
のボルトにより、ハウジング１に固着して取付けるよう
になっている。

【００１４】回転軸５の一端側（図では右側）は、エン
ドブラケット２ｂの軸受４ｂを挿通して外部に突出し、
出力軸を形成している。回転軸５の他端側（図では左
側）は、エンドブラケット２ａの軸受４ａから突出した
部分に、外ファン（外部冷却扇）９が取付けられてい
る。

【００１５】エンドカバー１０は、外ファン９を覆うカ
バーを形成している。エンドカバー１０の一方の端部
（図では左側）には、外気を外ファン９で取込むための
通風入口となる開孔１０ａが設けられている。そして、
エンドカバー１０の開孔１０ａが設けられている端部と
は反対側の端部は、開放した円筒形若しくは異形の円筒
形に形成され、これによりエンドブラケット２ａ及びハ
ウジング１の外径部との間に径方向の隙間部１０ｂから
なる通風出口が形成されている。従って、回転軸５によ
り外ファン９が回転すると、エンドカバー１０の開孔部
１０ａから外気が吸い込まれ、隙間部１０ｂから吹き出
されるようになり、これによりエンドブラケット２ａ
と、ハウジング１及びエンドブラケット２ｂの外部表面
に外気を通風し、冷却作用が得られる。

【００１６】また、ハウジング１内には、固定子３と対
向する位置に回転子６が取付けられている。回転子６に
は、図示していない二次導体バーと、エンドリング７が
設けられている。さらに、エンドリング７の両端面に
は、軸方向に沿って突設された複数の羽根ブレードから
なる内ファン（内部冷却扇）８が、エンドリング７と一
体に形成してある。内ファン８により、回転電機内部で
の冷却用空気の循環を図り、冷却作用が得られるように
なっている。すなわち、回転子６が回転すると、それに
伴い内ファン８及び外ファン９も回転し、外ファン９の
回転により、外気がエンドカバー１０の開孔部１０ａか
ら矢印イに示すように吸い込まれ、エンドブラケット２
ａ、ハウジング１及びエンドブラケット２ｂの外部表面
に外気が通風され、冷却が得られる。また、回転電機の
内部では、内ファン８により空気の流れが起こされ、こ
れが回転子６，エンドリング７，固定子コイル３ａ及び
固定子鉄心３ｂの両端を冷却しながら通過した後、ハウ
ジング１と比べ、比較的温度上昇の低いエンドブラケッ
ト２ａ，２ｂの部分を通過するときに冷却されることに
なっている。

【００１７】次に、図２を用いて、本実施形態による回
転電機に用いるハウジングの構成について説明する。図
２は、本発明の一実施形態による回転電機に用いるハウ
ジングの構成を示す斜視図である。

【００１８】ハウジング１は、固定子３が装着される純
アルミニウム部分１ｂと、それ以外のアルミニウム合金
部分１ｃ，１ｃ’を、それぞれ個別に、鋳造により形成
されている。ハウジング１ｂ，１ｃ，１ｃ’の外周面に
は、それぞれ、放射状に放熱フィン１ａが一体に形成さ
れている。

【００１９】次に、図３を用いて、本実施形態による回
転電機に用いるハウジングの形成方法について説明す
る。図３は、本発明の一実施形態による回転電機に用い
るハウジングの形成方法を示す斜視図である。

【００２０】図２に示したように、個別に作成した純ア
ルミニウム部分１ｂとアルミニウム合金部分１ｃ，１
ｃ’は、図３に示すように、摩擦攪拌接合により一体接
合され、ハウジング１を形成する。本実施形態による摩
擦攪拌接合では、加工物である純アルミニウム部分１ｂ
の端面と、アルミニウム合金部分１ｃの端面を突き合わ
せた上で治具等で固定し、その加工物（純アルミニウ
ム，アルミニウム合金）より実質的に硬い材質、例えば
合金工具鋼などからなる棒状の回転ツール１１を、純ア
ルミニウム部分１ｂとアルミニウム合金部分１ｃの突き
合わせ部分に押し当てて、回転ツール１１を回転させな
がらハウジング１の周方向に移動し、この時発生する摩
擦熱による塑性流動により、純アルミニウム部分１ｂと
アルミニウム合金部分１ｃを一体接合し、ハウジング１
を形成する。同様にして、純アルミニウム部分１ｂとア
ルミニウム合金部分１ｃ’とも、摩擦攪拌接合により一
体接合される。

【００２１】以上のようにして、異種非金属である純ア
ルミニウム部分１ｂと、アルミニウム合金部分１ｃを一
体接合することで、熱伝導率に優れ、堅固なハウジング
１を形成することができる。

【００２２】このとき、純アルミニウム部分１ｂとアル
ミニウム合金部分１ｃ，１ｃ’の突き合わせ部にインロ
ー部を形成しておき、インロー嵌合させた状態で摩擦攪
拌接合してもよいものである。

【００２３】ここで、ハウジング１の両端には、エンド
ブラケット２ａ，２ｂを嵌合させるためのインロー部を
形成する必要があるが、ハウジング１の両端でその中心
軸がずれないようにするため、摩擦攪拌接合により一体
接合し、ハウジング１を形成した後、インロー部を作成
するようにする。

【００２４】次に、図４及び図５を用いて、本実施形態
による回転電機に用いるハウジングの機能について説明
する。図４は、本発明の一実施形態による回転電機に用
いるハウジングの構成を示す部分断面図であり、図５
は、本発明の一実施形態による回転電機に用いるエンド
ブラケットの取り付けられたハウジングの構成を示す部
分断面図である。

【００２５】図４に示すように、上述したように、摩擦
攪拌接合により、純アルミニウム部分１ｂとアルミニウ
ム合金部分１ｃ，１ｃ’を一体接合してハウジング１を
形成する。ハウジング１の両端には、エンドブラケット
２ａ、２ｂを嵌合させるためのインロー部を形成する。
ハウジング１の純アルミニウム部分１ｂの内側に、固定
子コイル３ｂが巻装された固定子鉄心３ａが装着されて
いる。

【００２６】一般に、純アルミニウムの熱伝導率は２２
０（Ｗ／ｍ・Ｋ at ２９３Ｋ）であり、引張強度は８８
〜１６７（ＭＰａ）である。一方、通常、ハウジング材
料として用いられているアルミニウム合金は、例えば、
ＪＩＳ規格でＡＤＣ１２と称されているものなどがある
が、これの熱伝導率は１００（Ｗ／ｍ・Ｋ at ２９３
Ｋ）であり、引張強度は２９６（ＭＰａ）である。つま
り、純アルミニウムはＡＤＣ１２に比して、熱伝導率は
約２倍も良好なので、ハウジングにおいて、固定子が装
着される部位を純アルミニウムで形成して、固定子を純
アルミニウムに接触させた方が、固定子からの熱が効果
的に伝わり、冷却性能を向上することができる。また、
それ以外の部位においては、ＡＤＣ１２などのアルミニ
ウム合金で形成することで、回転電機の外枠として必要
な強度を確保することができる。そして、それら異種非
金属同士を摩擦攪拌接合により一体接合してハウジング
を形成することによって、冷却性能向上と堅固さを兼ね
備えたハウジングを形成することができる。

【００２７】固定子鉄心３ａは、ハウジング１の純アル
ミニウム部分１ｂ内の所定の位置に装着されるが、その
装着方法は、回転電機運転時での回転子６のトルクによ
る反作用で、固定子３がハウジング１に対して空転しな
いようにするため、ハウジング１の内径寸法を、固定子
鉄心３ａの外径寸法よりも所定値だけ小さくしておき、
例えば、焼嵌めなどの方法により装着される。その結
果、固定子鉄心３ａの外径は、アルミニウム合金に対し
熱伝導率が約２倍も良好な、純アルミニウム部分１ｂの
内径に密着されるので、固定子３が発生した熱は、固定
子鉄心３ａからハウジング１に良く伝えられるようにな
り、その熱は、ハウジング１の外周及び放熱フィン１ａ
から大気中に放熱されるので、充分な冷却性能を得るこ
とができる。

【００２８】また、ハウジング１の純アルミニウム部分
１ｂの軸方向長さは、内側に装着する固定子鉄心３ａの
軸方向長さと同じにしても良いが、純アルミニウム部分
１ｂの軸方向長さを固定子鉄心３ａの軸方向長さより長
くした方が、回転電機内部の熱もハウジング１に良く伝
えられるようになって、回転電機の冷却性能を更に向上
させることができる。

【００２９】次に、図５に示すように、内側に固定子３
を装着したハウジング１の両端に、エンドブラケット２
ａ，２ｂがインロー嵌合される。ハウジング１におい
て、固定子３が装着される部分は、上述したように熱伝
導率の優れた純アルミニウムで形成した方が良いが、そ
れ以外のエンドブラケット２ａ，２ｂが装着される部分
などは、回転電機の外枠として必要な強度を確保するた
め、純アルミニウムに対し強度が２倍以上であるアルミ
ニウム合金で形成した方が良いものである。

【００３０】図５に示すように、ハウジング１の固定子
３が装着される部分以外は、アルミニウム合金部分１
ｃ，１ｃ’で形成しており、その部分にエンドブラケッ
ト２ａ、２ｂがインロー嵌合されるので、回転電機の外
枠として必要な強度を確保することができ、従来と同様
に堅固な回転電機を構成することができる。

【００３１】以上説明したように、本実施形態によれ
ば、純アルミニウムとアルミニウム合金を摩擦攪拌接合
により一体接合することでハウジングを形成し、純アル
ミニウムの利点とアルミニウム合金の利点をそれぞれ充
分に活かし、固定子は熱伝導率の優れた純アルミニウム
部分に装着することで、冷却性能は更に向上し、回転電
機の温度上昇を抑え、更なる小型化を促進することがで
きると共に、それ以外の部分は強度が良好なアルミニウ
ム合金で形成することで、堅固な回転電機を構成するこ
とができる。

【００３２】また、ハウジング１は、純アルミニウム部
分１ｂと、アルミニウム合金部分１ｃ，１ｃ’の３分割
構成として予め鋳造により形成されている。したがっ
て、従来のハウジングよりも、１個辺りの容積を小さく
できるので、鋳造時の型やゲート位置などより最適な設
計が可能であり、従来よりも鋳巣の発生を低減すること
ができる。したがって、回転電機としての性能劣化が生
じにくく、また、アンバランスが発生しにくいものであ
る。その結果、品質を向上でき、また、鋳巣発生による
歩留まり低下を防止して、安価に形成することができ
る。

【００３３】

【発明の効果】本発明によれば、回転電機の冷却性能が
向上し、かつ、小型軽量化で、堅固なものとすることが
できる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の一実施形態による回転電機の全体構成
を示す部分断面図である。

【図２】本発明の一実施形態による回転電機に用いるハ
ウジングの構成を示す斜視図である。

【図３】本発明の一実施形態による回転電機に用いるハ
ウジングの形成方法を示す斜視図である。

【図４】本発明の一実施形態による回転電機に用いるハ
ウジングの構成を示す部分断面図である。

【図５】本発明の一実施形態による回転電機に用いるエ
ンドブラケットの取り付けられたハウジングの構成を示
す部分断面図である。

【符号の説明】

１…ハウジング １ａ…放熱フィン １ｂ…純アルミニウム部分 １ｃ，１ｃ’…アルミニウム合金部分 ２ａ，２ｂ…エンドブラケット ３…固定子 ３ａ…固定子鉄心 ３ｂ…固定子コイル ４ａ，４ｂ…軸受 ５…回転軸 ６…回転子 ７…エンドリング ８…内ファン ９…外ファン １０…エンドカバー １０ａ…開孔部 １０ｂ…隙間部 １１…回転ツール

フロントページの続き (72)発明者 安原 隆 茨城県ひたちなか市大字高場2520番地 株 式会社日立製作所自動車機器グループ内 (72)発明者 小原 三四郎 茨城県ひたちなか市高場2477番地 株式会 社佐和サービス (72)発明者 斉藤 和広 茨城県ひたちなか市高場2477番地 株式会 社日立カーエンジニアリング内 Ｆターム(参考） 5H605 AA01 BB05 BB10 CC01 CC02 DD12 FF03 GG00 GG02

Claims (2)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】円筒形状のハウジングと、このハウジング
   の両端に組み付けられたエンドブラケットと、上記ハウ
   ジングの内周側に取り付けられた固定子と、この固定子
   の内周側に位置すると共に、上記エンドブラケットに回
   転可能に支持された回転子とを有する回転電機におい
   て、 上記ハウジングは、純アルミニウム部分とアルミニウム
   合金部分とを摩擦攪拌接合により一体接合して形成され
   ることを特徴とする回転電機。
2. 【請求項２】請求項１記載の回転電機において、 上記固定子は、上記ハウジングの純アルミニウム部分の
   内周に取り付けられており、この純アルミニウム部分の
   両端にアルミニウム合金部分が摩擦攪拌接合により一体
   接合して形成されることを特徴とする回転電機。