JP2006166554A - 回転電機および回転電機の製造方法 - Google Patents

Abstract

【課題】 振動や騒音が低減された回転電機とその製造方法を提供する。
【解決手段】 回転電機１は、ロータ８と、ロータ８の周囲に配置されるステータ６と、ステータ６を収容するハウジング２と、ハウジング２に取付けられた蓋４とを含む。制振部材４０は、ステータ６とハウジング２との間に介在し潤滑および冷却用のオイルが通過可能な流体通路を確保しつつ、ステータ６の振動のハウジング２への伝達を減衰させる。好ましくは、ロータの回転軸とステータの中心軸とを合わせる、いわゆる芯出しを、制振部材４０の厚みを予め用意した幾つかの厚みの制振部材から選択することで、容易にすることができる。
【選択図】 図１

Description

この発明は、回転電機および回転電機の製造方法に関する。

近年、電気自動車、ハイブリッド自動車および燃料電池自動車等のように、車両推進用の駆動源としてモータを採用する自動車が登場している。

ところで、モータは周囲温度の変化に応じて出力特性も変化する。たとえば、コイル巻線は、温度が上昇すると抵抗値が増加する。また、特に自動車用モータはロータに永久磁石を使用する場合があるが、永久磁石の残留磁束密度は温度上昇とともに値が低下する。その結果磁束低下や電流の低下が起こり、モータの発生トルクは温度上昇するほど小さくなってしまう。したがって、モータは冷却を行なって熱を放出させるほうがよい。

特開平７−２６４８０２号公報（特許文献１）には、ステータのヨーク部背面とハウジングの隙間にリブを設け、空気流を通過させて冷却を図ったモータが開示されている。
特開平７−２６４８０２号公報 特許第２９４２３８１号明細書 特開平１０−２８３６６号公報

車両駆動用モータの場合、モータから発生する騒音や振動を低減させることが乗員にとっての快適性の向上につながる。

また、可変速のモータであるので使用回転域は低速域から高速域までにわたる。高速域では、ステータが振動してハウジングに接触することによる騒音が問題となる。

従来は、ステータは、ハウジングに対して焼ばめ又はボルトによって固定されていた。焼ばめは、はめ合わせする２つの部品の外側の部品（ハウジング）のみを加熱して膨張させて穴を大きくして組み立てやすくし、加熱していない内側の部品（ステータ）を挿入し、その後で外側の部品を冷却し収縮させて固定する方法である。

この方法は、ハウジングとステータの間がしっかり固定されるので振動に対しては有効であるが、設備面では加熱用の炉が必要であり組立て面では熱せられた部品に作業者が注意しなければならないという欠点がある。また、ハウジングとステータの間の隙間が無いといっても点接触をしているに過ぎないので放熱効果が悪いという欠点もある。

振動や騒音に対する他の対策としてハウジングの外部に防振材や吸音材を貼り付けたりハウジングを車体に取付ける部分に制振材を介在させたりしていたがさらに快適性を高めることが望ましい。

特にハイブリッド自動車は、ガソリンエンジンに加えてモータやインバータを搭載しているのでエンジンルームの空間に余裕がなく、モータ外部にさらに制振材や防音材を搭載するのは困難である。すなわち、ハイブリッド自動車用モータから発生する騒音は、従来技術では対策しきれないという問題点があった。

この発明の目的は、振動や騒音が低減された回転電機とその製造方法を提供することである。

この発明は、回転電機であって、ロータと、ロータの周囲に配置されるステータと、ステータを収容するハウジングと、ステータとハウジングとの間に介在し流体通路を確保しつつステータの振動のハウジングへの伝達を減衰させる制振部材とを備える。

好ましくは、ステータには回転軸と平行な方向に貫通する孔が設けられる。回転電機は、孔の一方の開口からステータに挿入され他方の開口から突出した先端においてハウジングに締結される締結部材をさらに備える。制振部材は、ステータとハウジングとの隙間の一部分に回転軸と平行な方向に挿入されている。

好ましくは、回転電機は、ハウジングに取付けられた蓋と、ハウジングと蓋で囲まれた空間の内部に流体を循環させるポンプとをさらに備える。

好ましくは、制振部材は、棒状形状を有し、ロータの回転軸に平行に挿入される。

より好ましくは、ハウジング内部とステータの外周部のいずれか一方または両方には、制振部材を挿入するためのキー溝が設けられる。

好ましくは、回転軸は、鉛直線に対して直角を成すように設置される。

この発明の他の局面に従うと、回転電機の製造方法であって、ハウジングにステータを挿入するステップと、ハウジングとステータとの間の隙間を測定するステップと、予め用意された複数の寸法の異なる制振部材のうちから測定するステップで測定した隙間に適合する寸法の制振部材を選択するステップと、選択するステップで選択した制振部材をハウジングとステータとの間の隙間に挿入し、ステータ位置を固定するステップとを備える。

好ましくは、制振部材は、ステータとハウジングとの間に介在し流体通路を確保しつつステータの振動のハウジングへの伝達を減衰させる。

好ましくは、ステータ位置を固定するステップは、ステータをボルトでハウジングに締結するステップを含む。

本発明によれば、回転電機の振動と騒音が低減されかつ放熱が良好となるとともに、軸合わせも容易となる。

以下、本発明の実施の形態について図面を参照しながら詳しく説明する。なお、図中同一または相当部分には同一符号を付してその説明は繰返さない。

図１は、本願発明の回転電機１の断面図である。

図１を参照して、回転電機１は、ロータ８と、ロータ８の周囲に配置されるステータ６と、ステータ６を収容するハウジング２と、ハウジング２に取付けられた蓋４とを含む。

ロータ８は、回転軸である中空のシャフト２４と、シャフト２４の周囲に取付けられたロータコア２２と、ロータコア２２に設けられた孔に挿入されている永久磁石２０とを含む。ロータコア２２は、積層された複数の電磁鋼板を含み両側から抑え板で抑えられている。

ステータ６は、ステータコア１６と、ステータコア１６に巻回されたコイル１２，１４とを含む。ステータコア１６は、積層された複数の電磁鋼板を含む。

回転電機１は、さらに、シャフト２４を回転自在に支持するボールベアリング２６，２８と、シャフト２４の回転数を検知する回転センサ３４と、回転センサ３４を蓋４に固定するボルト３６およびナット３８とを含む。ボールベアリング２６は、ハウジング２とシャフト２４との間に配置される。ボールベアリング２８は、蓋４とシャフト２４との間に配置される。

回転電機１は、さらに、ステータ６をハウジング２に固定するボルト１８と、ステータ６とハウジング２の隙間に挿入されボルト１８と共にステータを支持する制振部材４０と、ハウジング２と蓋４とを締結するボルト３２と、ハウジング２と蓋４で囲まれた空間の内部に潤滑および冷却用の流体であるオイルを循環させるオイルポンプ３０とを含む。オイルは、ＡＴＦ（Automatic Transmission Fluid）等が使用される。

オイルポンプ３０は、中空のシャフト２４内部を貫通する軸に接続され軸の回転に応じてオイルを汲み上げて軸中心のオイル通路に供給する。

制振部材４０は、ステータ６とハウジング２との間に介在し潤滑および冷却用のオイルが通過可能な流体通路を確保しつつ、ステータ６の振動のハウジング２への伝達を減衰させる。

図２は、ステータ６のハウジング２に対する組付けを説明するための模式図である。

図１、図２を参照して、ステータ６には回転軸と平行な方向に貫通する孔５０，５２，５４が設けられ、ボルト１８は、孔の一方の開口からステータ６に挿入され他方の開口から突出した先端においてハウジング２に締結される。

制振部材４０、４２，４４は、ステータ６とハウジング２との隙間の一部分に回転軸と平行な方向に挿入されている。すなわち、ステータ６とハウジング２との隙間が制振材で完全に充填されてしまうと、循環するオイルによる冷却効果が得られずモータに熱がこもりやすくなってしまう。そこで、制振部材４０，４２，４４を棒状形状として、ロータ８の回転軸に平行に挿入するようにして、オイルが通過可能な流体通路を確保している。

ハウジング２の内部とステータ６の外周部の両方には、制振部材４０，４２，４４を挿入するためのキー溝が設けられている。制振部材４０，４２，４４は、キー溝によって好ましい位置に固定され、横ずれを起こさない。

図３は、図１の制振部材４０付近を拡大して示した図である。

図４は、制振部材４０付近を回転軸に垂直な面で切ったときの断面図である。

図３、図４を参照して、積層された各電磁鋼板に切欠きが設けられステータ６には、キー溝が形成されている。ハウジング２にもキー溝が設けられている。

もちろん図２に示すようにハウジング２の側壁の奥までキー溝を設けても良いが、好ましくは図３に示すように途中までの深さで止めておく。ハウジング２のキー溝は制振部材４０の長さより幾分長めであるが、制振部材４０の頭がステータの面よりも入り込まない程度の長さとしてある。

制振部材の長さは、モータ形状と共振周波数とに関係するので、モータ機種ごとにチューニングされる。制振部材は、あまりやわらかすぎるとステータが振動してハウジングに接触し騒音を発生してしまうし、硬すぎると振動が吸収できずハウジングへの振動伝達の減衰ができない。したがって適度な硬さに調整されたエラストマー、すなわち樹脂やゴムのように弾性を有する材料で形成する。

制振部材としては、たとえば、ゴムであれば、好ましくは耐油性に優れたアクリルゴムなど、また樹脂であれば、好ましくはポリフェニレンスルフィド（polyphenylene sulfide）樹脂、ポリアミド（polyamide）樹脂などを用いることができる。

図５は、キー溝の第１の変形例を示した図である。

図５では、ステータ６Ａ側には制振部材４０Ａのずれを防止するためのキー溝が設けられているが、ハウジング２Ａ側には特にキー溝を設けていない。

図６は、キー溝の第２の変形例を示した図である。

図６では、ハウジング２Ｂ側には制振部材４０Ｂのずれを防止するためのキー溝が設けられているが、ステータ６Ｂ側には特にキー溝を設けていない。

図４〜図６のいずれの形状としても、制振部材の挿入時のずれは防止される。つまり、ハウジング内部とステータの外周部のいずれか一方または両方に、制振部材を挿入するためのキー溝が設けられていればよい。

図７は、図２の組立て後のステータとハウジングをステータの挿入方向から見た図である。

図８は、図２の組立て後のステータとハウジングを回転軸を通る面で切った断面図である。

図７に示すように、ハウジング２とステータ６との間の隙間には、キー溝部分に制振部材４０，４２，４４が挿入されている。制振部材は、振動を吸収するだけでなくハウジング２とステータ６との間の隙間Ｇ１〜Ｇ６をほぼ同じに保つのに有効である。

図７、図８では、理解の容易のため隙間を強調して示しているが、自動車用の駆動モータでは実際には隙間は０．１ｍｍ程度である。この隙間は、モータのハウジングの内径の製造公差とステータの外径の製造公差との兼ね合いから０にはできず、必要なものである。

隙間を０．１ｍｍにほぼ均一に保った状態で、孔５０，５２，５４に挿入するボルトのみでステータ６をハウジング２に固定しようとしても、自動車用の駆動モータの場合はステータの重量が重いので調整が困難でステータ外周とハウジング内壁がどこかで当接してしまう。

または、かろうじて当接していなくても近接しすぎていると、モータ運転時にステータ６に生ずる振動によって運転時には間欠的にステータ６とハウジング内壁が当接する場合がある。このように偏ってステータ６が固定されると、振動時に騒音が発生するおそれがある。

図８を見ればわかるように、ステータ６は図８の右側部分はハウジング２に当接しボルト１８で締結されているので位置がしっかり固定される。しかし制振部材４０が無ければ、ステータ６の左側部分はボルト１８に垂直な向きに働く力Ｆに弱い。つまり、片持ち梁のような構造となっている。Ｆ方向の振動に弱い構造であるだけでなく、回転軸は車両搭載時には鉛直線に対して直角を成すように設置されるので、重力もボルト１８に垂直な向きに働く。

本実施の形態では、制振部材４０によってステータ６の左側部分をハウジング２に対する位置が固定されることにより振動自体も小さくすることができる。また、ステータ６の重量もボルト１８のみでなく制振部材４０によっても支えられる。

したがって、制振部材４０，４２，４４により、隙間Ｇ１〜Ｇ６を均一に確保でき振動の低減と騒音の低減とが図られる。また、オイルの流路が確保されるので、放熱性も改善される。

なお、キー溝の数および制振部材の数は、図２や図７では３つであったが、任意の数に増やしても良い。

また、ハウジング２とステータ６との間の隙間は、モータのハウジングの内径の製造公差とステータの外径の製造公差との兼ね合いから製品ごとにばらつきが生ずる。

この場合は、幾種類かの厚みの制振部材を用意しておき、そのなかから適切なものを使用することによりステータ６の位置を調整することができる。このステータ６の位置決めは、図１に示したロータ８との関係においても重要である。

図１を見ればわかるように、ロータ８とステータ６との隙間は非常に小さい。そして、ロータ８とステータ６との隙間が均一でないとステータ６からロータ８に働くトルクが微妙に変動し、振動の原因となる。したがって、ロータの回転軸とステータの中心軸とを合わせる、いわゆる芯出しが重要である。

本実施の形態では、図７の制振部材４０，４２，４４の厚みを予め用意した幾つかの厚みの制振部材から各々選択することで、従来よりも芯出しを容易にすることができる。

図９は、本願発明に係る回転電機の製造方法の工程を示したフローチャートである。

図９を参照して、まずステップＳ１において、ハウジング２にステータ６を挿入する。そして、ステップＳ２において、制振部材をガイドするキー溝部分のクリアランスを測定する。

そして、ステップＳ３において制振部材４０に予め用意しておいた幾種類かの厚みの部材のうちどの部材を用いるかを選定する。その再に、芯出しを考慮して各制振部材の厚みを異なる厚みにしても良い。

次にステップＳ４において、選定した制振部材４０を挿入する。その後ステップＳ５においてボルト１８の締結を行なう。なお、予めボルト１８を少し挿入しておいてから制振部材を挿入し、その後ボルトを完全に締結しても良い。

続いて、ステップＳ６においてロータ８をステータ６の内部に挿入し、ステップＳ７で蓋４を取付けて組立ては終了する。

以上説明したように、本願発明によれば、振動と騒音が低減されかつ放熱が良好な回転電機およびその製造方法を提供することができる。

今回開示された実施の形態はすべての点で例示であって制限的なものではないと考えられるべきである。本発明の範囲は上記した説明ではなくて特許請求の範囲によって示され、特許請求の範囲と均等の意味および範囲内でのすべての変更が含まれることが意図される。

本願発明の回転電機１の断面図である。 ステータ６のハウジング２対する組付けを説明するための模式図である。 図１の制振部材４０付近を拡大して示した図である。 制振部材４０付近を回転軸に垂直な面で切ったときの断面図である。 キー溝の第１の変形例を示した図である。 キー溝の第２の変形例を示した図である。 図２の組立て後のステータとハウジングをステータの挿入方向から見た図である。 図２の組立て後のステータとハウジングを回転軸を通る面で切った断面図である。 本願発明に係る回転電機の製造方法の工程を示したフローチャートである。

符号の説明

１ 回転電機、２，２Ａ，２Ｂ ハウジング、４ 蓋、６，６Ａ，６Ｂ ステータ、８ ロータ、１２，１４ コイル、１６ ステータコア、１８，３２，３６ ボルト、２０ 永久磁石、２２ ロータコア、２４ シャフト、２６，２８ ボールベアリング、３０ オイルポンプ、３４ 回転センサ、３８ ナット、４０，４０Ａ，４０Ｂ，４２，４４ 制振部材、５０，５２，５４ 孔。

Claims (9)

1. ロータと、
   前記ロータの周囲に配置されるステータと、
   前記ステータを収容するハウジングと、
   前記ステータと前記ハウジングとの間に介在し流体通路を確保しつつ前記ステータの振動の前記ハウジングへの伝達を減衰させる制振部材とを備える、回転電機。
2. 前記ステータには回転軸と平行な方向に貫通する孔が設けられ、
   前記回転電機は、
   前記孔の一方の開口から前記ステータに挿入され他方の開口から突出した先端において前記ハウジングに締結される締結部材をさらに備え、
   前記制振部材は、
   前記ステータと前記ハウジングとの隙間の一部分に前記回転軸と平行な方向に挿入されている、請求項１に記載の回転電機。
3. 前記ハウジングに取付けられた蓋と、
   前記ハウジングと前記蓋で囲まれた空間の内部に流体を循環させるポンプとをさらに備える、請求項１または２に記載の回転電機。
4. 前記制振部材は、棒状形状を有し、前記ロータの回転軸に平行に挿入される、請求項１〜３のいずれか１項に記載の回転電機。
5. 前記ハウジング内部と前記ステータの外周部のいずれか一方または両方には、前記制振部材を挿入するためのキー溝が設けられる、請求項４に記載の回転電機。
6. 前記回転軸は、鉛直線に対して直角を成すように設置される、請求項１〜５のいずれか１項に記載の回転電機。
7. ハウジングにステータを挿入するステップと、
   前記ハウジングと前記ステータとの間の隙間を測定するステップと、
   予め用意された複数の寸法の異なる制振部材のうちから前記測定するステップで測定した隙間に適合する寸法の前記制振部材を選択するステップと、
   前記選択するステップで選択した前記制振部材を前記ハウジングと前記ステータとの間の隙間に挿入し、ステータ位置を固定するステップとを備える、回転電機の製造方法。
8. 前記制振部材は、前記ステータと前記ハウジングとの間に介在し流体通路を確保しつつ前記ステータの振動の前記ハウジングへの伝達を減衰させる、請求項７に記載の回転電機の製造方法。
9. 前記ステータ位置を固定するステップは、
   前記ステータをボルトで前記ハウジングに締結するステップを含む、請求項７または８に記載の回転電機の製造方法。

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