JP2015133807A

JP2015133807A - 電動機

Info

Publication number: JP2015133807A
Application number: JP2014003490A
Authority: JP
Inventors: 学櫻田; Manabu Sakurada; 立川　純也; Junya Tachikawa; 純也立川
Original assignee: Honda Motor Co Ltd
Current assignee: Honda Motor Co Ltd
Priority date: 2014-01-10
Filing date: 2014-01-10
Publication date: 2015-07-23
Anticipated expiration: 2034-01-10
Also published as: JP6205274B2

Abstract

【課題】ステータの軸方向両端部に負荷される応力を低減し、且つ、騒音発生を抑制可能な電動機を提供する。【解決手段】電動機１０は、シャフト１１と、シャフト１１に外嵌されるロータ１２と、ロータ１２の外周側に配置されるステータ１３と、ステータ１３を内周面２０ａで保持するハウジング２０と、を備える。ハウジング２０の線膨張係数は、ステータ１３の線膨張係数よりも大きい。ハウジング２０の内周面２０ａの径方向厚さは、軸方向中間部よりも軸方向両端部において薄い。【選択図】図２

Description

本発明は、電動機に関する。

従来の電動機としては、図７に示すように、ロータ１０１とステータ２０１とを備え、ロータ１０１及びステータ２０１がケース３０１（ハウジング）に収容されたものが知られている（例えば、特許文献１参照）。ロータ１０１は、ロータシャフト１１１と、ロータシャフト１１１に取り付けられたロータコア１２１と、一対のエンドプレート１３１，１３１と、を備えている。ステータ２０１は、ステータコア２１１とコイル２２１とを備え、全体として円環状に形成されている。

ここで、ステータ２０１のケース３０１への固定は、外筒リング４０１が用いられている。この外筒リング４０１は、その内周面がステータ２０１の外周面に圧接して、ステータ２０１に対して内周側に向かう締付荷重を与える一方、その外周面がケース３０１の内周面に圧接する。外筒リング４０１は、径方向寸法がステータ２０１の軸方向両端部４０１ａ，４０１ｃと、軸方向中間部４０１ｂとで異なり、ステータ２０１に対し、両端部４０１ａ，４０１ｃにおいて中間部４０１ｂよりも大きな締付荷重を与える。これにより、ステータ２０１の抜けに対して必要な締付荷重を、軸方向両端部４０１ａ、４０１ｃによって確保することを図っている。

特開２０１０−２４６２５９号公報

ところで、一般的な電動機において、ステータ（上述のステータ２０１に相当する。）をハウジング（上述の外筒リング４０１やケース３０１に相当する。）の内周面に嵌合させる際には焼き嵌めが用いられることが多い。

ここで、ステータは相対的に線膨張係数の小さい鉄のような部材で構成され、ハウジングは相対的に線膨張係数の大きいアルミのような部材で構成されるため、焼き嵌めによってステータ及びハウジングを組立てた場合、低温時にハウジングは、軸方向両端部においては内周側（ステータに近づく方向）に変形し、軸方向中間部においては外周側（ステータから遠ざかる方向）に変形する。すなわち、低温時にハウジングは樽型に変形する。

この場合、ステータの軸方向両端部には、ハウジングとの接触により非常に大きな応力が負荷され、鉄損の増加してしまう。また、ステータの軸方向両端部と接触するハウジングにも、大きな応力が負荷されるため、損傷が発生してしまう可能性がある。さらに、ステータの軸方向中間部は、ハウジングと離間することになるため、ハウジングの保持力が低下し、騒音が大きくなってしまう。

特に、特許文献１に記載の技術を適用した場合には、外筒リング４０１が、ステータ２０１に対し、両端部４０１ａ，４０１ｃにおいて中間部４０１ｂよりも大きな締付荷重を与えるので、上述した問題がさらに顕著となってしまう虞がある。

本発明は、前述した事情に鑑みてなされたものであり、その目的は、ステータの軸方向両端部に負荷される応力を低減し、且つ、騒音発生を抑制可能な電動機を提供することにある。

上記目的を達成するために、請求項１に係る発明は、
シャフト（例えば後述の実施形態におけるシャフト１１）と、
前記シャフトに外嵌されるロータ（例えば後述の実施形態におけるロータ１２）と、
前記ロータの外周側に配置されるステータ（例えば後述の実施形態におけるステータ１３）と、
前記ステータを、内周面（例えば後述の実施形態における内周面２０ａ）で保持するハウジング（例えば後述の実施形態におけるハウジング２０）と、
を備える電動機（例えば後述の実施形態における電動機１０）において、
前記ハウジングの線膨張係数は、前記ステータの線膨張係数よりも大きく、
前記ハウジングの内周面の径方向厚さは、軸方向中間部よりも軸方向両端部において薄い
ことを特徴とする。

請求項２に係る発明は、請求項１に記載の構成に加えて、
前記ハウジングの内部には、周方向に延びて冷媒を流す冷媒流路（例えば後述の実施形態における冷媒流路３０）が形成され、
前記内周面から前記冷媒流路までの径方向距離（例えば後述の実施形態における径方向距離Ａ、Ｂ）は、軸方向中間部よりも軸方向両端部において短い
ことを特徴とする。

請求項１の発明によれば、ステータを保持するハウジングの内周面の径方向厚さが、軸方向中間部よりも軸方向両端部において薄いので、ハウジングの剛性は、軸方向中間部よりも軸方向両端部において低下する。
したがって、ハウジングの軸方向両端部における剛性が低下することにより、ステータの軸方向両端部に負荷される応力が緩和され、鉄損の増加を抑制できる。また、ハウジングに負荷される応力も低減するので、当該ハウジングに損傷が発生してしまうことを防止できる。
また、ハウジングの軸方向中間部における剛性が増加することにより、低温時の樽型変形を防止でき、ステータの軸方向中間部におけるハウジングとの離間距離も低減するので、ハウジングによるステータの保持が強固なものとなり、騒音発生を抑制することが可能である。

請求項２の発明によれば、冷媒流路の形状や、冷媒流路が設けられる位置を変更することによって、ハウジングの外形を変化させることなく、ハウジングの内周面の径方向厚さを軸方向で変化させ、ハウジングの軸方向における剛性を変化させることが可能である。

本発明に係る電動機の一実施形態を示す一部断面図である。電動機の要部断面図である。内筒の径方向厚さを固定して、外筒の径方向厚さを変化させた場合の、ハウジングのボス部における騒音の大きさを示すグラフである。内筒の径方向厚さを固定して、外筒の径方向厚さを変化させた場合の、カバーにおける騒音の大きさを示すグラフである。外筒の径方向厚さを固定して、内筒の径方向厚さを変化させた場合の、ハウジングのボス部における騒音の大きさを示すグラフである。外筒の径方向厚さを固定して、内筒の径方向厚さを変化させた場合の、カバーにおける騒音の大きさを示すグラフである。従来の電動機を示す断面図である。

以下、本発明に係る電動機の一実施形態について、添付の図面に基づいて詳細に説明する。

本実施形態の電動機１０は、図１に示すように、シャフト１１と、シャフト１１に外嵌されるロータ１２と、ロータ１２の外周側に配置されるステータ１３と、ステータ１３を内周面２０ａで保持するハウジング２０と、を備える。また、ステータ１３は、ハウジング２０の内周面２０ａに保持されるステータコア１３ａと、ステータコア１３ａの軸方向両側に設けられるコイル１３ｂと、を有する。ステータ１３は鉄等のような材料からなり、ハウジング２０はアルミのような材料からなる。したがって、ハウジング２０の線膨張係数は、ステータ１３の線膨張係数よりも大きい。

ハウジング２０は、円筒形状であり、その内周面（ハウジング２０の内周面２０ａ）にステータ１３が焼き嵌めによって固定される内筒２１と、内筒２１の外周側に配置される外筒２２と、を有する。内筒２１及び外筒２２の軸方向両端部は、周方向及び径方向に延びる一対の柱部２３、２４によって連結される。ハウジング２０の内部、より具体的には、内筒２１と外筒２２と一対の柱部２３、２４と間には、周方向に延びて冷媒（例えば、冷却水）を流す冷媒流路３０が形成される。

冷媒流路３０は、円環形状に形成されており、その軸方向幅は、ステータコア１３ａの軸方向幅より僅かに小さくなるように設定されている。また、冷媒流路３０内には、内筒２１と外筒２２を径方向に連結し、周方向に延びる第１〜第３内側リブ４１〜４３が軸方向に並んで設けられる。そして、冷媒流路３０は、これら第１〜第３内側リブ４１〜４３により第１〜第４冷媒流路片３１〜３４に分割される。

また、ハウジング２０の外筒２２の外周面（ハウジング２０の外周面２０ｂ）には、第１〜第４冷媒流路片３１〜３４と軸方向にオーバーラップする位置に、径方向外側に突出し周方向に延びる外側リブ４５がそれぞれ設けられる。

ここで、図２に示すように、複数の第１〜第４冷媒流路片３１〜３４のうち、軸方向両端部に位置する第１、第４冷媒流路片３１、３４から内周面２０ａまでの径方向距離Ａ（第１、第４冷媒流路片３１、３４と軸方向にオーバーラップする位置における内筒２１の径方向厚さ）は、軸方向中間部に位置する第２、第３冷媒流路片３２、３３から内周面２０ａまでの径方向距離Ｂ（第２、第３冷媒流路片３２、３３と軸方向にオーバーラップする位置における内筒２１の径方向厚さ）よりも短く設定される（Ａ＜Ｂ）。

上述したように、ハウジング２０の線膨張係数は、ステータ１３の線膨張係数よりも大きいため、焼き嵌めによってステータ１３及びハウジング２０を組立てた場合、低温時にハウジング２０は、軸方向両端部においては内周側（ステータ１３に近づく方向）に変形し、軸方向中間部においては外周側（ステータ１３から遠ざかる方向）に変形する傾向にある。

しかしながら、本実施形態では、軸方向両端部に位置する第１、第４冷媒流路片３１、３４から内周面２０ａまでの径方向距離Ａが、軸方向中間部に位置する第２、第３冷媒流路片３２、３３から内周面２０ａまでの径方向距離Ｂよりも短く設定される（Ａ＜Ｂ）ので、ハウジング２０の軸方向両端部における剛性が低下し、ステータ１３の軸方向両端部に負荷される応力が緩和され、鉄損の増加を抑制できる。また、ハウジング２０に負荷される応力も低減するので、当該ハウジング２０に損傷が発生してしまうことを防止できる。さらに、ハウジング２０の軸方向中間部における剛性が増加することにより、低温時の樽型変形を防止でき、ステータ１３の軸方向中間部におけるハウジング２０との離間距離も低減するので、ハウジング２０によるステータ１３の保持が強固なものとなり、騒音発生を抑制することが可能である。

また、冷媒流路３０（第１〜第４冷媒流路片３１〜３４）の形状や、冷媒流路３０が設けられる位置を変更することによって、ハウジング２０の外形を変化させることなく、内筒２１の径方向厚さＡ、Ｂを軸方向で変化させ、ハウジング２０の軸方向における剛性を変化させることが可能である。

また、ステータ１３は、軸方向中間部における第２、第３冷媒流路片３２、３３との径方向距離Ｂに比べて、軸方向両端部における第１、第４冷媒流路片３１、３４との径方向距離Ａの方が近く設定されているので、ハウジング２０からの応力を受け易く、鉄損が発生し易い、ステータ１３の軸方向両端部の冷却能力を向上させて、電動機１０の効率を向上させることが可能である。

（実施例）
上述の実施形態では、第１〜第４冷媒流路片３１〜３４からハウジング２０の内周面２０ａまでの径方向距離Ａ、Ｂ（内筒２１の径方向厚さ）を軸方向において変更することによって、ハウジング２０の軸方向における剛性を変化させたが、第１〜第４冷媒流路片３１〜３４からハウジング２０の外周面２０ｂまでの径方向距離（外筒２２の径方向厚さ）を軸方向において変更することによって、ハウジング２０の軸方向における剛性を変化させることも考えられる。そこで、内筒２１及び外筒２２の径方向厚さのどちらが、ハウジング２０の騒音低減に寄与するかについて、以下の解析を行った。

図３及び図４には、内筒２１の径方向厚さを固定して、外筒２２の径方向厚さを変化させた場合の、ハウジング２０のボス部（不図示）における騒音（振動）の大きさ、及びハウジング２０に軸方向から連結されて電動機１０を外部環境から保護するカバー（不図示）における騒音の大きさが表されている。また、図５及び図６には、外筒２２の径方向厚さを固定して、内筒２１の径方向厚さを変化させた場合の、ハウジング２０のボス部における騒音の大きさ、及びカバーにおける騒音の大きさが表されている。

図３及び図４によると、外筒２２の径方向厚さを５ｍｍから６ｍｍに変化させた場合であっても、騒音低減効果は低く、騒音に対する感度が低いことがわかる。これに対し、図５及び図６によると、内筒２１の径方向厚さを、４ｍｍ、５ｍｍ、６ｍｍと変化させると、騒音低減効果は大きく、騒音に対する感度が高いことがわかる。

このように、ハウジング２０の軸方向における剛性を変化させる際に、外筒２２の径方向厚さを変化させるよりも、内筒２１の径方向厚さを変化させる方が、騒音低減効果が大きく、効率が良いことが明らかとなった。そのため、ハウジング２０の軸方向における剛性を変化させる際には、上述の実施形態のように、第１〜第４冷媒流路片３１〜３４からハウジング２０の内周面２０ａまでの径方向距離Ａ、Ｂ（内筒２１の径方向厚さ）を軸方向において変更することが望ましい。

なお、本発明は上記実施形態に例示したものに限定されるものではなく、本発明の要旨を逸脱しない範囲において適宜変更することができる。

例えば、ハウジング２０の内周面２０ａから冷媒流路３０までの径方向距離が、軸方向中間部よりも軸方向両端部において短い構成であれば、必ずしも、冷媒流路３０を第１〜第３内側リブ４１〜４３により第１〜第４冷媒流路片３１〜３４に分割する必要はない。

また、ハウジング２０の内部に冷媒流路３０を形成しなくてもよく、この場合、ステータ１３と軸方向にオーバーラップする位置におけるハウジング２０の内周面２０ａの径方向厚さを、軸方向中間部よりも軸方向両端部において薄くなるように設定すればよい。

１０電動機
１１シャフト
１２ロータ
１３ステータ
１３ａステータコア
１３ｂコイル
２０ハウジング
２０ａ内周面
２０ｂ外周面
２１内筒
２２外筒
２３、２４柱部
３０冷媒流路
３１〜３４冷媒流路片
４１〜４３内側リブ（リブ）
４５外側リブ
Ａ、Ｂ径方向距離

Claims

シャフトと、
前記シャフトに外嵌されるロータと、
前記ロータの外周側に配置されるステータと、
前記ステータを、内周面で保持するハウジングと、
を備える電動機において、
前記ハウジングの線膨張係数は、前記ステータの線膨張係数よりも大きく、
前記ハウジングの内周面の径方向厚さは、軸方向中間部よりも軸方向両端部において薄い
ことを特徴とする電動機。
前記ハウジングの内部には、周方向に延びて冷媒を流す冷媒流路が形成され、
前記内周面から前記冷媒流路までの径方向距離は、軸方向中間部よりも軸方向両端部において短いことを特徴とする請求項１に記載の電動機。