JP2013106366A

JP2013106366A - 回転電機

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Publication number: JP2013106366A
Application number: JP2011246361A
Authority: JP
Inventors: Toshio Nagao; 敏男長尾; Mitsunori Nagao; 光格永尾
Original assignee: Yaskawa Electric Corp
Current assignee: Yaskawa Electric Corp
Priority date: 2011-11-10
Filing date: 2011-11-10
Publication date: 2013-05-30
Anticipated expiration: 2031-11-10
Also published as: RU2518431C1; CN103107629B; BR102012027354A2; CN103107629A; JP5594275B2; US9118227B2; US20130119832A1; EP2592724A2

Abstract

【課題】作業者の作業効率を向上させること。
【解決手段】フレーム１１と、ブラケット１３とを備えるように回転電機１０を構成する。フレーム１１は、回転子の回転軸２４と略直交する端面を有し、発熱部品を収容する第１収容部１１ｂ、および、回転子と固定子とを収容する第２収容部１１ｇを端面沿いに配設して一体成形される。ブラケット１３は、第１収容部１１ｂおよび第２収容部１１ｇと端面において連通する連通孔１３ｂ、１３ｃを有し、端面を覆って取り付けられる。
【選択図】図３

Description

開示の実施形態は、回転電機に関する。

従来、車両用の回転電機が知られている。たとえば、特許文献１には、空調維持などのために、インバータモジュールからの給電を受けてコンプレッサを駆動させる車両用モータ（すなわち、回転電機）が開示されている。

ここで、特許文献１の回転電機は、コンプレッサを収容する圧縮機ハウジングとモータを収容するモータハウジングとを軸方向で連結するとともに、モータハウジング上方にインバータモジュールなどの発熱部品を収容する外枠部をさらに連結した構造となっている。なお、以下では、かかる圧縮機ハウジング、モータハウジングおよび外枠部のように、各種の機構や部品などを収容する部材を「収容部」と記載する。

特開２００３−３２４９０３号公報

しかしながら、従来の回転電機には、製造や保守などに関わる作業者の作業効率を向上させる点でさらなる改善の余地がある。

これは、高い防水性の確保を目的に各収容部の連結部分の封止（以下、「シール」と記載する）を要する車両用としては、従来の回転電機は、構造的にシール箇所が多く、作業に手間がかかりやすかったためである。

実施形態の一態様は、上記に鑑みてなされたものであって、作業者の作業効率を向上させることができる回転電機を提供することを目的とする。

実施形態の一態様に係る回転電機は、フレームと、ブラケットとを備える。前記フレームは、回転子の回転軸と略直交する端面を有し、発熱部品を収容する第１収容部、および、前記回転子と固定子とを収容する第２収容部を前記端面沿いに配設して一体成形される。前記ブラケットは、前記第１収容部および前記第２収容部と前記端面において連通する連通孔を有し、前記端面を覆って取り付けられる。

実施形態の一態様によれば、作業者の作業効率を向上させることができる。

図１は、実施形態に係る回転電機の構成例を示す図である。図２は、図１のＡ−Ａ’線断面図である。図３は、図２のＢ−Ｂ’線断面図である。図４Ａは、従来の回転電機の内部構造の模式図である。図４Ｂは、実施形態に係る回転電機の内部構造の模式図である。図５Ａは、図３のＣ−Ｃ’線断面図である。図５Ｂは、図３のＤ−Ｄ’線断面図である。

以下、添付図面を参照して、本願の開示する回転電機の実施形態を詳細に説明する。なお、以下に示す実施形態によりこの発明が限定されるものではない。

また、以下では、回転電機が、車両用発電機であるものとして説明を行う。

まず、実施形態に係る回転電機の構成例について、図１を用いて説明する。図１は、実施形態に係る回転電機１０の構成例を示す図である。なお、図１には、回転電機１０を負荷側の斜め上方からみた場合を示している。

また、図１には、説明を分かりやすくするために、鉛直上向きを正方向とするＺ軸を含む３次元の直交座標系を図示している。かかる直交座標系は、以下の説明に用いる他の図面においても示す場合がある。

また、以下では、複数個で構成される構成要素については、複数個のうちの１つにのみ符号を付し、その他については符号を省略する場合がある。かかる場合、符号を付した１つとその他とは、同様の構成であるものとする。

図１に示すように、回転電機１０は、フレーム１１と、第１カバー１２と、ブラケット１３とを備える。フレーム１１は、有底の略筒状に形成されており、その内部に、固定子２１、回転子２２といった回転電機１０の駆動部や、発熱部品２３を収容する。

固定子２１は、環状の電磁鋼板を複数枚積層して筒状に形成されており、その外周面はフレーム１１の内周面に固着される。すなわち、フレーム１１は、内周面において固定子２１に外接する。

また、固定子２１の内周側には、所定の空隙ｉを介して回転子２２が対向配置される。回転子２２は、図中のＸ方向へ貫いて設けられる回転軸であるシャフト２４を有する。シャフト２４は、負荷側および反負荷側にそれぞれ設けられる軸受（後述）によって軸支される。これにより、回転子２２は、シャフト２４の軸心を示す図中の軸ＡＸまわりに自在に回転することができる。

発熱部品２３は、固定子２１の上方に配置される。なお、発熱部品２３は、フレーム１１の有する第１収容部（後述）に収容される。かかる第１収容部は、上方が開口されており、かかる開口部には第１カバー１２が取り付けられる。

また、ここでは図示していないが、フレーム１１の反負荷側もまた開口されており、かかる開口部を含むフレーム１１の反負荷側端面を覆ってブラケット１３が取り付けられる。かかるフレーム１１の反負荷側のさらなる構成については、図３を用いて後述する。

また、フレーム１１は、冷媒の注入口１５および排出口１６を有する。ここでは一例として、排出口１６は、注入口１５よりも高い位置に設けられている。

次に、図１のＡ−Ａ’線を含んだＹＺ平面による断面視を用いて、回転電機１０の構成例についてさらに詳細に説明する。図２は、図１のＡ−Ａ’線断面図である。

図２に示すように、フレーム１１は、外周面の一部を縮径（図中の矢印ｓｈ参照）して厚みを薄くした第１部位１１ａを側壁に含んで形成される。このように、薄肉化した第１部位１１ａをフレーム１１に設けることで、固定子２１の外径を保持しつつ、回転電機１０の所定幅を小さくすることができる。すなわち、回転電機１０の出力確保と小型化とを両立させることができる。

なお、図２に示すように、本実施形態では、フレーム１１は、固定子２１の側方それぞれに１つずつかかる第１部位１１ａを有するものとする。

また、フレーム１１は、第１収容部１１ｂと、第１冷媒通路１１ｃと、第２冷媒通路１１ｄとを有する。第１収容部１１ｂには、既に述べたように、発熱部品２３が収容される。

第１冷媒通路１１ｃは、かかる第１収容部１１ｂと固定子２１との間に、第１収容部１１ｂの底面に略平行な天井部を有して形成される。かかる天井部を有することにより、発熱部品２３を下方から効率的に冷却することができる。

第２冷媒通路１１ｄは、前述の第１部位１１ａよりも厚みのある第２部位１１ｈにそれぞれ独立して形成される。なお、図２に示すように、本実施形態では、第２冷媒通路１１ｄは、第１部位１１ａそれぞれの上方および下方の第２部位１１ｈに１つずつ形成されているものとする。

また、第２冷媒通路１１ｄは、固定子２１の外周に応じた形状の内壁面を有し、かつ、フレーム１１の内周の中心軸（すなわち、図１に示した軸ＡＸ）方向に延在するように形成される。第２冷媒通路１１ｄをかかる形状とすることにより、固定子２１を効率的に冷却することができる。

次に、図２のＢ−Ｂ’線断面図である図３を用いて、回転電機１０を側方（Ｙ軸の正方向）からみた場合の内部構造について説明する。

まず、上述したフレーム１１について補足しておく。図３に示すように、フレーム１１は、軸ＡＸと略直交する端面を有し、かかる端面沿いに第１収容部１１ｂおよび第２収容部１１ｇを配設した一体成形型フレームである。

また、図３に示すように、フレーム１１は、前述の第２冷媒通路１１ｄ（図２参照）同士を連結する連結路１１ｅをさらに備える。連結路１１ｅは、フレーム１１の軸ＡＸ方向の端面近傍に形成される。また、連結路１１ｅは、第２冷媒通路１１ｄと同様に、固定子２１の外周に応じた形状の内壁面を有する。

なお、図３には、フレーム１１の軸ＡＸ方向の反負荷側端面の近傍に形成された連結路１１ｅのみを示しているが、連結路１１ｅは、フレーム１１の負荷側端面の近傍にも形成される。かかる点は、図５Ａを用いて後述する。また、フレーム１１は、軸ＡＸ方向の負荷側端面に、環状の軸受１１ｆを保持する。

なお、図１を用いた説明と重複するが、図３に示すように、フレーム１１の反負荷側の開口部には、ブラケット１３が取り付けられる。かかるブラケット１３は、環状の軸受１３ｆを保持しており、かかる軸受１３ｆと前述の軸受１１ｆとでシャフト２４を軸支する。

また、かかるブラケット１３の開口部には第２カバー１４が取り付けられる。これにより、第３収容部１３ａが形成される。第３収容部１３ａは、シャフト２４の反負荷側端部に取り付けられるレゾルバ１７を収容する。なお、レゾルバ１７は、シャフト２４の回転角を検出する検出デバイスである。

また、ブラケット１３は、第１収容部１１ｂと第３収容部１３ａとを連通させる第１連通孔１３ｂを有する。あわせて、ブラケット１３は、回転電機１０の駆動部が収容された第２収容部１１ｇと第３収容部１３ａとを連通させる第２連通孔１３ｃを有する。

かかる第１連通孔１３ｂおよび第２連通孔１３ｃを介することにより、容易に各収容部間の配線を行うことができる。

たとえば、第１連通孔１３ｂを介することによって、レゾルバ１７に接続された配線（たとえば、信号線）を第１収容部１１ｂへ案内することができる。

また、第２連通孔１３ｃを介することによって、固定子２１に接続された配線（たとえば、強電線）を第２収容部１１ｇから第３収容部１３ａへ案内することができる。あわせて、かかる配線を、第１連通孔１３ｂを介することによって、第１収容部１１ｂへ案内することができる。

なお、第３収容部１３ａには、第３収容部１３ａへ案内される配線と第１収容部１１ｂへ案内される配線とを結線する結線部（図示せず）を設けてもよい。このとき、かかる結線部は、配設スペースに余裕のある、レゾルバ１７よりも第１収容部１１ｂ寄りに設けられることが好ましい。

また、これにより、レゾルバ１７や結線部といった各種部材やケーブル類をまとめて第３収容部１３ａへ収容できるので、メンテナンス性の向上にも寄与することができる。

また、ブラケット１３は、レゾルバ１７を囲む側壁１３ｄを有する。かかる側壁１３ｄによって、大電流によって生じる磁気の影響を少なくする（耐ノイズ性を向上させる）というメリットを得ることができる。さらに、側壁１３ｄにレゾルバ１７を覆う蓋部材を設けてもよい。これにより、耐ノイズ性をさらに向上させることができる。

ここで、図４Ａおよび図４Ｂを用いて、実施形態に係る回転電機１０の内部構造がもたらす効果についてさらに詳しく述べる。図４Ａは、従来の回転電機の内部構造を、図４Ｂは、実施形態に係る回転電機１０の内部構造を、それぞれごく模式化した図である。

なお、図４Ａには、実施形態に係る回転電機１０の第１収容部１１ｂに対応する第１収容部１１ｂ’と、第３収容部１３ａに対応する第３収容部１３ａ’と、第２収容部１１ｇに対応する第２収容部１１ｇ’とをそれぞれ示している。

そして、回転電機１０の場合と同様に、第１収容部１１ｂ’には発熱部品２３が、第３収容部１３ａ’にはレゾルバ１７や結線部が、第２収容部１１ｇ’には駆動部が、それぞれ収容されるものとする。かかる想定は説明の便宜上のものであり、たとえば、第２収容部１１ｇ’にはコンプレッサが、第３収容部１３ａ’には駆動部が、それぞれ収容されることでも構わない。

図４Ａに示すように、従来の回転電機の場合、第１収容部１１ｂ’、第２収容部１１ｇ’および第３収容部１３ａ’は、それぞれ別体で構成されていた。したがって、かかる場合、軸Ｐを含むＸＹ平面に面した部位、および、軸Ｑを含むＹＺ平面に面した部位が、主たるシール箇所となっていた。

そして、このような別体同士が連結およびシールされる場合、わずかながらも相対的な位置ずれが生じる可能性があった。

また、ケーブル類の配線については、たとえば、図４Ａの矢印１０１に示すような配線方向で配線されていた。具体的には、第２収容部１１ｇ’および第３収容部１３ａ’間（図中の閉曲線２０２に囲まれた部分参照）においては、Ｘ方向成分を主に含む配線方向で配線されていた。また、第１収容部１１ｂ’および第３収容部１３ａ’間（図中の閉曲線２０１に囲まれた部分参照）においては、Ｚ方向成分を主に含む配線方向で配線されていた。

したがって、作業者は、ケーブル類の配線を複数の異なる向きで行う必要があった。かかる場合、たとえば、第３収容部１３ａ’の容量や回転電機自体の配設位置などによっては、配線が非常に行いづらい可能性もあった。

そこで、図４Ｂに示すように、本実施形態に係る回転電機１０では、第１収容部１１ｂと第２収容部１１ｇとを含んでフレーム１１を一体成形することとした。また、かかる一体的なフレーム１１の反負荷側の端面全体を被覆することが可能な、すなわち、従来と比較して大きめの容量を有するブラケット１３を取り付けることとした。

そして、図３を用いて既に述べたように、ブラケット１３に対して第１連通孔１３ｂおよび第２連通孔１３ｃを設けることとした。

これにより、図４Ｂに示すように、実施形態に係る回転電機１０では、まず、別体の個数を減らすことができるので、別体同士が相対的な位置ずれを起こす機会を低減することができる。

また、図４Ｂに示すように、軸Ｑを含むＹＺ平面に面したフラットな部位を主たるシール箇所とすることができるので、容易に、かつ、信頼性の高いシールを施すことができる。すなわち、作業者の作業効率を向上させることができる。

また、図４Ｂに示すように、第２収容部１１ｇと第３収容部１３ａとの間、および、第３収容部１３ａと第１収容部１１ｂとの間のいずれについてもＸ方向成分を主に含む配線方向で配線を行うことができる（図中の閉曲線２０４、２０３に囲まれた部分参照）。

したがって、作業者は、つねに略同一向きに配線を行えるので、矢印１０２に示す従来と同じ経路の配線を、従来よりも容易に行うことができる。すなわち、作業者の作業効率を向上させることができる。

また、第３収容部１３ａを従来よりも大きめの容量とすることができるので、余裕をもってレゾルバ１７や上述の結線部などの配設スペースを確保することができる。そして、かかる配設スペースの確保により、レゾルバ１７などの機器が受けていたノイズの影響を従来よりも低減することができる。また、従来よりも第３収容部１３ａにこもる熱を拡散させることができるので、機器の保護にも資する。

次に、図３のＣ−Ｃ’線断面図である図５Ａと、同じく図３のＤ−Ｄ’線断面図である図５Ｂとを用いて、前述の連結路１１ｅについても説明しておく。

図５Ａに示すように、フレーム１１の負荷側端面の近傍についても、第２冷媒通路１１ｄ同士を図中のＺ軸に沿って連結する連結路１１ｅが設けられる。

ここで、図５Ａには、フレーム１１の外縁に沿って第２冷媒通路１１ｄ同士を連結する連結路１１ｅを示しているが、これに限らなくともよい。たとえば、図５Ａの連結路１１ｅの幅を軸受１１ｆの外周近傍までさらに広げることによって、固定子２１および回転子２２（いずれも図１参照）の端面の冷却効率を向上させてもよい。

また、図３を用いた説明と重複するが、図５Ｂに示すように、フレーム１１の反負荷側端面の近傍には、前述の第１部位１１ａ（図２参照）の下方に形成された第２冷媒通路１１ｄ同士を図中のＹ方向で連結する連結路１１ｅが設けられる。

なお、図５Ｂに示すように、第１部位１１ａ（図２参照）の上方に形成された第２冷媒通路１１ｄの一方は、第１冷媒通路１１ｃと連通して設けられる。また、他方の第２冷媒通路１１ｄは、冷媒の排出口１６と連通して設けられる。

また、第１冷媒通路１１ｃは、冷媒の注入口１５と連通して設けられる。以上の構成により、第１冷媒通路１１ｃおよび第２冷媒通路１１ｄは、注入口１５から排出口１６まで、所定の順序で一繋がりに連通されることとなる。そして、かかる一繋がりの冷媒通路へ冷媒を流通させることで、固定子２１の周囲をもれなく冷却することができる。

上述してきたように、実施形態に係る回転電機は、フレームと、ブラケットとを備える。フレームは、回転子の回転軸と略直交する端面を有し、発熱部品を収容する第１収容部、および、上記回転子と固定子とを収容する第２収容部を上記端面沿いに配設して一体成形される。ブラケットは、上記第１収容部および上記第２収容部と上記端面において連通する連通孔を有し、上記端面を覆って取り付けられる。

したがって、実施形態に係る回転電機によれば、作業者の作業効率を向上させることができる。

ところで、上述した実施形態では、フレームの形状が有底の略筒状である場合について説明したが、少なくとも軸方向に開口部を有すれば、特に形状は限定されない。

また、上述した実施形態では、発熱部品を固定子の上方に配置する場合について説明したが、発熱部品の配置位置を限定するものではない。

また、上述した実施形態では、固定子の側方にあたるフレームの側壁を薄肉化した場合を例示したが、これに限られるものではない。すなわち、回転電機自体の配置スペースの形状や、発熱部品の配置位置などに応じて、適宜薄肉化する部位およびその形状を定めればよい。

また、上述した実施形態では、回転電機が、車両用発電機である場合について説明したが、回転電機の用途を問わず適用できることは言うまでもない。たとえば、回転電機を電動機として用いる場合に適用してもよい。

さらなる効果や変形例は、当業者によって容易に導き出すことができる。このため、本発明のより広範な態様は、以上のように表しかつ記述した特定の詳細および代表的な実施形態に限定されるものではない。したがって、添付の特許請求の範囲およびその均等物によって定義される総括的な発明の概念の精神または範囲から逸脱することなく、様々な変更が可能である。

１０回転電機
１１フレーム
１１ａ第１部位
１１ｂ、１１ｂ’ 第１収容部
１１ｃ第１冷媒通路
１１ｄ第２冷媒通路
１１ｅ連結路
１１ｆ軸受
１１ｇ、１１ｇ’ 第２収容部
１１ｈ第２部位
１２第１カバー
１３ブラケット
１３ａ、１３ａ’ 第３収容部
１３ｂ第１連通孔
１３ｃ第２連通孔
１３ｄ側壁
１３ｆ軸受
１４第２カバー
１５注入口
１６排出口
１７レゾルバ
２１固定子
２２回転子
２３発熱部品
２４シャフト

Claims

回転子の回転軸と略直交する端面を有し、発熱部品を収容する第１収容部、および、前記回転子と固定子とを収容する第２収容部を前記端面沿いに配設して一体成形されるフレームと、
前記第１収容部および前記第２収容部と前記端面において連通する連通孔を有し、前記端面を覆って取り付けられるブラケットと
を備えることを特徴とする回転電機。
前記ブラケットは、
前記回転軸の回転角を検出する検出部を収容し、
前記第１収容部と連通する前記連通孔である第１連通孔は、
前記検出部に接続された配線を前記第１収容部へ案内することを特徴とする請求項１に記載の回転電機。
前記第２収容部と連通する前記連通孔である第２連通孔は、
前記固定子に接続された配線を前記第１収容部から前記ブラケットへ案内し、
前記第１連通孔は、
前記ブラケットへ案内された前記配線を前記第１収容部へ案内することを特徴とする請求項２に記載の回転電機。
前記ブラケットは、
前記検出部を囲む側壁を有することを特徴とする請求項２または３に記載の回転電機。
前記ブラケットは、
当該ブラケットへ案内される配線と前記第１収容部へ案内される配線とが結線される結線部を前記検出部よりも前記第１収容部寄りに有することを特徴とする請求項２、３または４に記載の回転電機。