JP2006503535A - 電動機冷却用の電着塗装されたハウジング - Google Patents

Abstract

【課題】 鋳造によって形成され、不純物を含む冷却液を用いても、機械的侵食や化学的腐食のおそれなく冷却しうる、電動機冷却用ハウジングを提供する。
【解決手段】 同軸的に配置される、内側のロータ、ならびにコイル、およびコイルリールの端部を含むステータを収容するための、鋳造によって形成される電動機冷却用ハウジングであって、電動機の回転軸と同軸的に延び、かつ上下・左右にそれぞれ対称に配置された冷却チャネルを有するハウジングにおいて、冷却液の循環路を形成するよう、冷却チャネルと連通する１本または複数の冷却液の流路を設ける。ハウジングの内面と冷却チャネルの内壁には、カチオン電着塗装法によって、塗装が施されている。

Description

本発明は、鋳造によって形成された、電動機用の冷却可能なハウジングに関する。

電動機の回転軸の回りに上下・左右に対称に冷却チャネルが設けられている電動機用ハウジングには、内側のロータ、および外側のステータ（コイル、およびコイルリールの両端部を含む）が、同軸的に配置されて収納される。このハウジングにおいては、ハウジングを貫いて延びる１本または複数本の冷却チャネルに冷媒を循環させることにより、冷却が行われる（特許文献１〜８参照）。

冷却液によって冷却されるタイプの電動機は、本出願人に係るドイツ国特許出願DE 100 45 424号明細書に記載されている。この場合、電動機を収容するハウジングには、冷却液が流れる多数の冷却チャネルが、互いに分断された状態で設けられている。電動機の前壁側と後壁側における各軸受け台には、分断されている各冷却チャネルをつなぐための結合用チャネルが設けられている。軸受け台の内部空間には、この電動機が作用する駆動ポンプ用の軸受けと連結器が、冷却と同時に潤滑作用を受けうるよう、冷却液が満たされている。軸受け台は、単独の鋳造品として、ハウジングとは別個に製造される。

冷却液としては、油圧系統用のオイル、または水が用いられるが、これらの冷却液については、電動機用冷却チャネル内における流通の妨げとならないように、不純物質が、フィルタによって除去される。

しかし、アルミニウム製ハウジングの場合には、冷却水中の不純物質が、冷却チャネルを機械的に侵食して損傷するという問題がある。また、アルミニウムが、急速に酸化されて腐食するおそれもある。さらに、冷却チャネルの内壁が錆びつき、かつ錆びの粒子が分離して、冷却液に混じって流れ、冷却チャネルの経路が閉塞するおそれもある。

電動機をカチオン電着塗装することによる防食技術については、特許文献９に開示されている。この文献においては、電動機の冷却とは関係なく、ステータ自身に、カチオン電着塗装の最初の浸漬プロセスを介して、第１の層を形成することが提案されている。

しかし、この文献によれば、第１層の形成後、化学的な作用に対して安定な単一の成分、または多成分からなる塗料が塗布された封止層を形成するため、第２の浸漬を行わなければならない。この封止層を形成することによって、例えば第１の層の主として角部、またはステータを構成する銅の薄膜領域において残存する、微細な孔や亀裂が埋められ、これによって、耐酸化性が増し、ステータとロータの材料の腐食が防止されるからである。このようにして、ポンプの駆動装置として冷却水中で稼働する電動機、特に亀裂を有する電動機の防食が実現される。
ドイツ国特許出願公開DE 199 49 140 A1号明細書 ドイツ国特許出願公開DE 199 39 760 A1号明細書 ドイツ国特許出願公開DE 199 39 013 A1号明細書 ドイツ国特許出願公開DE 196 48 134 A1号明細書 ドイツ国特許出願公開DE 196 24 519 A1号明細書 ドイツ国特許出願公開DE 42 43 716 A1号明細書 ドイツ国特許出願公開DE 39 41 474 A1号明細書 米国特許第５０８４６４２号明細書 ドイツ国特許出願公開DE 43 06 897 A1号明細書

本発明は、冒頭に述べた技術分野に属する電動機冷却用ハウジングにおいて、冷却液の閉サイクル、および電動機の全体的な冷却システムの防食性、使用寿命、および信頼性を向上させることを目的とし、請求項１に記載のハウジングを提案する。本発明の詳細と、好ましい態様は、請求項１を引用する請求項の記載から明らかになると思う。

本発明によれば、ハウジングの少なくとも内面、とりわけハウジングに組み込まれている冷却チャネルの内壁に、防食のため、ディップ塗装、特にカチオン電着塗装が施される。このような塗装方法は、自動車業界ではよく知られている。

化学的な析出を利用する電着塗装のために、エポキシド−アミン−ウレタンを主成分とする塗料液が、特別な過程を経て用いられる。好ましくはアルミニウムによって鋳造されるハウジングは、電着塗装の過程においては、陰極として働く。塗膜の厚さは、好ましくは１０〜５０μｍ、より好ましくは１５〜４０μｍである。この塗膜の厚さは、塗装浴内における電圧と、この電圧の持続時間を通じて調整される。本発明に係る塗膜の硬度は、ＩＳＯ２８１５（ＤＩＮ（ドイツ連邦規格）５３１５３）に準拠したブフホルツ硬度において、８０以上が望ましい。

本発明の好ましい態様によれば、ハウジングは、複数の壁体、特に平行に延びる前壁と後壁を備え、冷却チャネルは、少なくとも前壁側において、自由にアクセスしうるよう、外部に向かって開放されている。冷却チャネルは、ハウジングの前壁側で開放されて終端しているが、電着塗装は、塗装液の満たされた塗装浴において、冷却チャネル系統の内壁に対して行われる。カチオン電着塗装が終了した後には、塗装液は、冷却チャネルの開放した端部を通じて、迅速、かつきわめて容易に、ハウジングから排出される。

塗装液は、冷却チャネルの開放された前壁側の端部とは反対側の、開放されていない後壁側の端部にも、１つまたは複数の孔が設けることによって、さらに迅速に排出させることができる。これらの孔には、対応する電動機または発電機が、通常の使用寿命を保ちうるよう、開放されていない後壁に、容易に取り付けうる封止手段、好ましくはプレッシャプレートを締着するためのねじが螺合されうるよう、雌ねじを設けるのが望ましい。

本発明によれば、不純物質を含む冷却液、または冷却水でも、少量で、鋳造により形成されるハウジングを冷却することができる。上述のカチオン電着塗装法によって形成される塗膜は、非常に硬質であり、不純物質を含む冷却水によって損傷を受けやすい、ハウジングの鋳造材料、とりわけアルミニウムが侵食されるのを防止することができる。カチオン電着塗装法によれば、腐食性の化学物質を含む冷却水に対しても、耐性を有する塗膜が得られる。

上記以外の本発明の特徴と効果は、添付の図面を参照して行う、以下の好ましい態様についての説明から、明らかになると思う。

図１は、鋳造によって形成されたアルミニウム製ハウジング１を示す。ハウジング１は、軸方向に平行な合計８本の冷却チャネル２を有するとともに、電動機の回転軸に関して上下左右に対称な内部空間３を有している。内部空間３の中には、内側のロータと外側のステータ（コイルとコイルリールの端部を含む）が、同軸的に配置される（図４にも示されている）。

冷却チャネル２は、内部空間３を区画する内壁３ａと、ハウジングの軸と平行に延びる外壁４の間で、電動機（図示していないが、ハウジングの軸と平行に配置される）と平行に延びている。各象限ごとに、２本の冷却チャネルが、隣り合って配置されている。互いに平行に延びるハウジングの前壁５ａと後壁５ｂのうち、前壁５ａ側の冷却チャネルの端部は、開放されており、外部から自由にアクセスすることができる。

図２に示すように、壁体６の後壁５ｂ側における冷却チャネル２の端部は、塞がれている。したがって、後壁５ｂ側には、冷却液の出口は、存在しない。冷却液は、最初の冷却チャネル２ａの後壁５ｂ側の端部において、取入れ口７を経由して送り込まれる。取入れ口７には、ハウジングの上面８の後壁５ｂに隣接する角部に位置し、冷却液の流れを９０°方向転換させる流路10とともに、軸方向と直交する方向に延びる流入チャネル９が形成されている。

ハウジング上面８の後壁５ｂ側における、取入れ口と対向する角部には、排出口11が設けられている。この排出口11には、後壁５ｂ側で終端する最後の冷却チャネル２ｈが、冷却液の流れを９０°方向転換するための流路10を介して、接続されている。排出口11には、取入れ口７における流入チャネル９と同様に、軸方向と直交する方向に延びて上面８を貫通する流出チャネル12が形成されている。

ハウジングの前壁５ａ側においては、冷却液の閉サイクルを構築するため、隣合う２本の冷却チャネル２ａおよび２ｂ、２ｃおよび２ｄ、２ｅおよび２ｆ、ならびに２ｇおよび２ｈの開放された各端部に跨って、それぞれ、冷却液の流れを１８０°方向転換させるための導管13が設置されている。

一方、壁体６（取入れ口７と排出口11の領域においては、上下方向を向く孔が設けられている）の後壁５ｂの内部には、冷却液の流れを９０°方向転換させるための流路10が設けられている。

壁体６の内部における、取入れ口７および排出口11と連通する領域以外の冷却液の方向転換領域には、冷却チャネルの方向と直交する方向に、複数の流路14が延びている。冷却液は、取入れ口７を通過した後、流路10を介して９０°方向転換され、流路14のうちの１つに至る。その後、後壁５ｂの内部を流れる冷却液は、それまでの象限から隣の象限へ進む。各流路14は、冷却チャネル２の後壁５ｂ側の一象限に位置する端部と、隣の象限に位置する冷却チャネル２の後壁５ｂ側の端部とをつなぎ合わせている。

図１と図２に示すように、ハウジングの後壁５ｂには、組立て用兼ドレン用の孔15が設けられている。この孔15の箇所で、冷却チャネル２ｂ〜２ｇ（冷却液の閉サイクルにおける最初の冷却チャネル２ａと最後の冷却チャネル２ｈを除く）の端部と、流路14とが突き合わされている。

ハウジングの鋳造の際、鋳型の支持具をハウジングの中空部に固定しうるよう、孔15には雌ねじを設けるのが好ましい。

ハウジング、とりわけその中空部に、防食のため電着塗装を施すときに、電着塗装用の浸漬に用いられた塗料液は、孔15を通して外部に排出される。孔15の雌ねじ（図示せず）は、エンジンを作動する際に、冷却液を外部から隔離しつつ循環させるため、プレッシャプレートを、ねじ16（図６参照）を用いて固着する際にも利用される。

最初の冷却チャネル２ａと最後の冷却チャネル２ｈは、組立て用兼ドレン用の孔15とではなく、取入れ口７および排出口11と通じている。取入れ口７および排出口11は、鋳造プロセスの後、電着塗装用の塗料液を流し出すのにも用いられる。

図３に示すように、冷却チャネル２の前壁５ａ側の開口は、別体として製造されたプレッシャプレート17（図９〜図１１参照）によって、外部から封止されている。プレッシャプレート17は、電動機の回転軸の回りに周方向に並んでいるねじ18を介して、隣接するハウジング１の壁体に固定されている。

ハウジング１の軸方向に延びる側壁19は、前壁５ａ側に、縦長矩形の切欠き20を有している。この切欠き20は、コイル等に接続されるケーブルのコネクタを装着するための空隙21を、プレッシャプレート17とともに区画している。

この空隙21は、冷却液の閉サイクルに対して液密に保たれていなければならない。そのため、フラットガスケット22（図１２と、この図１２についての説明を参照）が、プレッシャプレート17とハウジング１との間に、サンドイッチ状に配置されている。

図４に示すように、ハウジング１は、これに固定されたプレッシャプレート17とともに、積層シートからなるステータ23と、これに巻回されたコイルリールの端部24とを、同軸的に収容している。本発明に係るハウジングの詳細は、当業者であれば、図４〜図７から、説明なしに、また、同一の要素については、とりわけ符号を付さなくても、理解しうるであろう。

プレッシャプレート17を示す図８〜図１１の中で、図９は、プレッシャプレート（図１〜図３においては、斜め方向から示されている）の正面を示している。また、図１０は、図９の反対方向から視たものであり、組み付けたときに、ハウジングの前壁５ａに密着する側から、プレッシャプレートを示している。図１１に示すように、プレッシャプレート17の上面には、固定用の孔25が設けられており、この孔25を介して、プレッシャプレート固定用のボックス等が組み付けられる。

図１２に示すように、プレッシャプレート17と対向しているハウジング１の前壁には、切欠き26が設けられている。切欠き26の凹入の程度は、所定の厚さ２９のフラットガスケット22を嵌め込みうるように定められている。冷却液の方向転換領域28においては、２つの冷却チャネル２ｇ，２ｈの端部、および冷却液の流れを１８０°方向転換させるための導管13は、その周囲から液密に保たれている。

フラットガスケット22は、冷却液の方向転換領域28においては、あたかも壁体のような役割を果たしている。フラットガスケット22は、プレッシャプレート17と、これに対向するハウジング１の前壁との間で、挟み付けて押圧されている。また、フラットガスケット22は、冷却液の方向転換領域28から、プレッシャプレート17とハウジング１の縁部にまで拡がっている。

フラットガスケット22を押圧するためには、わずかな力を加えるだけでよい。なぜならば、横方向において切欠き26に続く突合せ部２７で、プレッシャプレート17とハウジング１の金属製の壁面同士が当接しているからである。突合せ部２７の領域においては、プレッシャプレート17とハウジング１が、ねじ18を介して強く押し付けられることにより、金属製の壁面同士が液密に当接することとなる。フラットガスケット22は、過度に押し付けられたり、機械的な損傷を受けることはない。なぜならば、切欠き26に、十分な空隙が存在するからである。

その一方で、プレッシャプレート17と、これと対向するハウジング１の壁体とをねじ止めすると、「ブロック対ブロック」の固定が生じ、安定度が増す。図２、図３、図５、および図１２から、フラットガスケット22を挟み込んでいる４つの切欠き26と、４つの突合せ部２７とは、電動機の回転軸の回りで、互いに位置を取り替えうることが分かる。

また、図１２から、２つの冷却チャネル２ｇ，２ｈの前壁５ａ側の端部は、共通の冷却液の方向転換領域28に位置しており、これらの冷却チャネルは、フラットガスケット22によって、境界を画定され、かつ封止されていることが分かる。

本発明の一実施形態に係る電動機冷却用ハウジングの斜視図である。 鋳造によって形成される図１のハウジングの後壁を、一部を切り欠いて示す斜視図である（ハウジングは、前壁にカバーがねじ止めされることによって完成される）。 図１のハウジングの前壁にカバーが取り付けられた状態を、一部を切り欠いて示す斜視図である。 電動機のステータが収容されている、本発明に係るハウジングの軸方向断面図である。 図４における矢印Ｖの方向から視た平面図である。 図４における矢印ＶＩの方向から視た背面図である。 図４における矢印ＶＩＩの方向から視た正面図である。 ハウジングの前壁にカバーとして取り付けられるプレッシャプレートを示す側面図である（ステータと、これに巻回されるコイルは省略してある）。 図８における矢印ＩＸの方向から視た正面図である。 図８における矢印Ｘの方向から視た背面図である。 図９における矢印ＸＩの方向から視た平面図である。 ハウジングの前壁と、プレッシャプレートとの間に配置されるフラットガスケットを含む領域を、一部切り欠いて示す拡大斜視図である。

符号の説明

１ ハウジング
２，２ａ〜２ｈ 冷却チャネル
３ 内部空間
３ａ 内壁
４ 外壁
５ａ 前壁
５ｂ 後壁
６ 壁体
７ 取入れ口
９ 流入チャネル
10 流路
11 排出口
12 流出チャネル
13 導管
14 流路
15 孔
16 ねじ
17 プレッシャプレート
18 ねじ
19 側壁
20 切欠き
21 空隙
22 フラットガスケット
23 ステータ
25 孔
26 切欠き

Claims (14)

1. 鋳造によって形成された、電動機冷却用ハウジング(１)であって、電動機の回転軸と同軸で、かつ上下左右に対称な内部空間(３)を有し、内側ロータ、ならびにコイル、およびコイルリールの端部(24)を含む積層シートからなるステータ(23)が同軸的に配置され、かつ冷媒を循環させるための１つまたは複数の冷却チャネル(２)(2a)(2h)が分散して配置されているハウジングにおいて、冷却チャネルの内壁を含むハウジングの内側表面に、カチオン電着塗装法による塗膜を形成したことを特徴とするハウジング。
2. 前記塗膜は、１０〜５０μｍの厚さを有することを特徴とする請求項１記載のハウジング。
3. エポキシド−アミン−ウレタンを主成分とする塗膜を、陰極のハウジングに析出させたことを特徴とする請求項１または２記載のハウジング。
4. 前記ハウジングがアルミニウム製であることを特徴とする請求項１〜３のいずれかに記載のハウジング。
5. ハウジングの前壁(5a)と後壁(5b)のうち、少なくとも前壁(5a)側の冷却チャネル(２)の端部は、外部からアクセスしうるように開放されていることを特徴とする請求項１〜４のいずれかに記載のハウジング。
6. ハウジングの前壁(5a)と後壁(5b)のうち、後壁(5b)側の冷却チャネル(２)の端部は、鋳造によって形成されたハウジングの壁体によって封止されていることを特徴とする請求項５記載のハウジング。
7. ハウジングの前壁(5a)と後壁(5b)は、互いに平行に延び、冷却チャネル(２)の前壁(5a)側の端部は、前壁(5a)において外部からアクセスすることができ、かつ冷却チャネル(２)の後壁(5b)側の端部は、鋳造によって形成された壁体によって封止されていることを特徴とする請求項５または６記載のハウジング。
8. 鋳造によって形成されるハウジングの壁体(６)の後壁(5b)は、他のハウジングの部分と連続していることを特徴とする請求項６または７記載のハウジング。
9. 鋳造によって形成されるハウジングの壁体(６)のうち、後壁(5b)は、内部に空隙を有し、この空隙は、冷却チャネル(２)と連通して、冷却液の流れる方向を、前記電動機の回転軸と直交する方向に転換させる流路(14)をなしていることを特徴とする請求項７または８記載のハウジング。
10. 鋳造によって形成され、冷却チャネル(２)を内部に有するハウジングの壁体(６)には、１または複数の孔(15)が設けられていることを特徴とする請求項１〜９のいずれかに記載のハウジング。
11. 前記孔(15)には、鋳型の保持装置の固定と、冷却チャネル端部の封止とに用いられるねじ(16)を締着するための雌ねじが設けられていることを特徴とする請求項１０記載のハウジング。
12. 前記ねじ(16)は、プレッシャプレートを締着するために用いられることを特徴とする請求項１１記載のハウジング。
13. 前記孔(15)は、前記流路(14)と冷却チャネルとを連通させていることを特徴とする請求項１０〜１２のいずれかに記載のハウジング。
14. 少なくともハウジングの前壁(5a)において、プレッシャプレートを含むカバー手段を固定するため、雌ねじが形成された孔を含む固定手段(18)が設けられていることを特徴とする請求項１〜１３のいずれかに記載のハウジング。

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