JP2016073008A - 回転電機 - Google Patents

Abstract

【課題】ダイカストの型の強度を確保することができる回転電機を提供する。
【解決手段】ダイカストにより円筒状に形成され、端面において周方向に沿って開口する冷媒流路２０を有するハウジング１２と、ハウジング１２における冷媒流路２０の開口部２０ｅを塞ぐフロントプレート１３と、ハウジング１２内において回転可能に支持されたロータ１７と、ハウジング１２内において固定されたステータ１６と、を備える。ハウジング１２は、周方向に沿って形成される冷媒流路２０の径方向の幅が狭くなっている部位の底部にリブ４１〜４６が形成されている。
【選択図】図１

Description

本発明は、回転電機に関するものである。

車両駆動用モータの冷却構造として、内方にロータやステータを配置している円筒形のハウジングに冷媒流路を有し、鋳物によりハウジングに冷媒流路が形成されたものが提案されている。ハウジングに形成される冷媒流路は、モータの主発熱部であるステータ外周を囲うように配置されており、これにより適切な冷却が行われる。このような冷媒流路を有するハウジングは、通常、鋳物の中子を用いて成形されるため、量産性に劣り、コスト高の要因となる。これに対しダイカストによりハウジングを形成することが行われている（例えば、特許文献１）。

特開２００８−２５３０２４号公報

ところで、ダイカストによりハウジングを形成する場合において、ハウジングの端面にはガスケットを介してプレートがボルトで締結されて冷媒流路の開口部が塞がれる。ここで、冷媒流路はハウジングの軸方向において型抜きのための勾配がある。そのため、ハウジングの径方向での小型化を図るべくハウジングにおけるボルト締結用のボス部が冷媒流路側に張り出して冷媒流路の径方向を狭めるように形成されていると当該部位においては型も薄肉となり、型強度が低下して金型寿命の低下が懸念される。

本発明の目的は、ダイカストの型の強度を確保することができる回転電機を提供することにある。

請求項１に記載の発明では、ダイカストにより円筒状に形成され、少なくとも軸方向の一方の端面において周方向に沿って開口する冷媒流路を有するハウジングと、前記ハウジングにおける冷媒流路の開口部を塞ぐ蓋部材と、前記ハウジング内において回転可能に支持されたロータと、前記ハウジング内において固定されたステータと、を備え、前記ハウジングは、周方向に沿って形成される前記冷媒流路の径方向の幅が狭くなっている部位の底部にリブが形成されていることを要旨とする。

請求項１に記載の発明によれば、ハウジングは、周方向に沿って形成される冷媒流路の径方向の幅が狭くなっている部位の底部にリブを形成することにより、ダイカストによりハウジングを形成する際において、周方向に沿って形成される冷媒流路の径方向の幅が狭くなっている部位でダイカストの型の最薄肉部の肉厚を確保することができるため、ダイカストの型の強度を確保することができる。

請求項２に記載のように、請求項１に記載の回転電機において、前記冷媒流路における外径側の内壁面のボルト対応部が冷媒流路に張り出して径方向の幅が狭くなっているとよい。

請求項３に記載のように、請求項１または２に記載の回転電機において、前記リブは、周方向側面が傾斜する傾斜面を有するとよい。
請求項４に記載のように、請求項３に記載の回転電機において、前記冷媒流路のうちの冷媒入口と冷媒出口との中間部に近いリブが前記傾斜面を有するとよい。

本発明によれば、ダイカストの型の強度を確保することができる。

実施形態におけるモータを示す側断面図。 図１のＡ−Ａ線での断面図。 冷媒流路の展開図。 （ａ）はリブの正面図、（ｂ）は（ａ）のＢ−Ｂ線での断面図。 （ａ）はリブの正面図、（ｂ）は（ａ）のＣ−Ｃ線での断面図。 （ａ）は別例のリブの正面図、（ｂ）は（ａ）のＤ−Ｄ線での断面図。 （ａ）は別例のリブの正面図、（ｂ）は（ａ）のＥ−Ｅ線での断面図。

以下、本発明を回転電機としてのモータ（回転電動機）に具体化した一実施形態を説明する。なお、本実施形態のモータは、駆動軸の回転駆動力を減速機を介して駆動輪に伝達するために車両に搭載されるものである。

図１に示すように、モータ１１は、円筒状のハウジング１２と、ハウジング１２の一端開口部１２ａを閉塞する円板状のフロントプレート１３と、ハウジング１２の他端開口部１２ｂを閉塞する円板状のリヤプレート１４を備えている。ハウジング１２、フロントプレート１３およびリヤプレート１４は金属材料（例えばアルミニウム）により形成されるとともに、ダイカスト成形で製造されている。よって、低コストでハウジング１２、フロントプレート１３およびリヤプレート１４を生産できる。

ハウジング１２内には駆動軸１５が収容されている。駆動軸１５の出力端側（一端側）は、第１軸受Ｂｅ１を介してフロントプレート１３に突設された円筒状の第１軸支部１３１に回転可能に支持されている。また、駆動軸１５の反出力端側（他端側）は、第２軸受Ｂｅ２を介してリヤプレート１４に突設された円筒状の第２軸支部１４１に回転可能に支持されている。駆動軸１５の出力端は、フロントプレート１３を貫通して外へ突出している。駆動軸１５の出力端には、図示しない変速機が取り付けられている。また、駆動軸１５の出力端側には、変速機を駆動させる際に、変速機側から駆動軸１５に作用するラジアル荷重が駆動軸１５の反出力端側に比べて大きいため、このラジアル荷重に耐え得ることができるように、第１軸受Ｂｅ１が第２軸受Ｂｅ２に比べて大きくなっている。また、フロントプレート１３の外周部には、モータ１１を変速機側へ取り付けるための環状のフランジ１３ａが形成されている。

ハウジング１２内においてステータ（固定子）１６が固定されている。ステータ１６は、ハウジング１２の他端開口部１２ｂを介してハウジング１２内に挿入されるとともに、ステータコア１６ａが焼き嵌めによってハウジング１２の内周面に固定されている。ステータコア１６ａはハウジング１２における軸方向の中央部分に配置されている。また、ステータ１６は、ハウジング１２の内周面に固定された環状のステータコア１６ａのティース（図示せず）にコイル１６ｂが捲回されて構成されている。ステータコア１６ａにおける駆動軸１５の軸方向の両端面からはコイルエンド１６ｃが突出している。ステータコア１６ａは、磁性体（電磁鋼板）を複数枚積層することで構成されている。

ハウジング１２内においてロータ（回転子）１７が回転可能に支持されている。詳しくは、ステータ１６の内側には駆動軸１５と一体回転するロータ１７が配設されている。ロータ１７は、駆動軸１５に止着されたロータコア１７ａと、ロータコア１７ａに埋設された複数の永久磁石１７ｂとから構成されている。ロータコア１７ａは、磁性体（電磁鋼板）を複数枚積層することで構成されている。

駆動軸１５の反出力端側には、駆動軸１５の外周面から駆動軸１５の径方向外側に突出する円環状のフランジ部１５ａが形成されている。そして、ロータコア１７ａにおける駆動軸１５の反出力端側の端面は、フランジ部１５ａに接触している。さらに、駆動軸１５の外周面において、ロータコア１７ａにおける駆動軸１５の出力端側の端面と第１軸受Ｂｅ１との間には、固定部材１８（例えばナット）が配設されている。固定部材１８は、駆動軸１５の出力端側から駆動軸１５の外周面に取り付けられている。そして、ロータコア１７ａは、固定部材１８とフランジ部１５ａとの間で挟み込まれており、駆動軸１５の軸方向への移動が規制されている。

駆動軸１５の外周面とフロントプレート１３との間には環状のオイルシール１９が配設されている。オイルシール１９は、第１軸受Ｂｅ１よりも駆動軸１５の出力端側に位置している。そして、このオイルシール１９により、駆動軸１５の外周面とフロントプレート１３との間を介した外部からモータ内部への異物の侵入が防止されている。

ハウジング１２には、駆動軸１５の軸方向に延びるとともにステータ１６およびロータ１７を取り囲む環状の冷媒流路（ウォータジャケット）２０が形成されている。冷媒流路２０は、内径側の内壁面２０ａと外径側の内壁面２０ｂを有する。また、図３の冷媒流路２０の展開図で示すように冷媒流路２０は冷媒入口２０ｃと冷媒出口２０ｄを有する。さらに、図１に示すように冷媒流路２０は駆動軸１５の出力端側に開口部２０ｅを有する。

冷媒流路２０内にはモータ１１を冷却する冷媒が流れる。冷媒として冷却水を用いている。冷媒流路２０は、駆動軸１５の軸方向において、駆動軸１５の出力端側に開口するとともに、駆動軸１５の反出力端側で閉塞している。ここで、ハウジング１２はダイカスト成形で製造されるので、冷媒流路２０は、金型内に金属材料（アルミニウム）の溶湯を注入し、金属材料の溶湯が固化した後に、金型を容易に引き抜くことができるように、開口側に向かうにつれて拡径している。つまり、型抜きのために冷媒流路２０には勾配がついている。

このようにして、ハウジング１２は、ダイカストにより円筒状に形成され、片側の端面において周方向に沿って開口する冷媒流路２０を有する。そして、冷媒流路２０の開口部２０ｅはメタルガスケット３４を介してフロントプレート１３により塞がれ、メタルガスケット３４により冷媒流路２０の冷媒は封止されている。よって、本実施形態では、フロントプレート１３は、ハウジング１２における冷媒流路２０の開口部２０ｅを塞ぐ蓋部材に相当する。

図１，２に示すように、フロントプレート１３は、冷媒流路２０よりも内径側に複数（７つ）配置される締結部材としての内径側ボルト３１および冷媒流路２０よりも外径側に複数（７つ）配置される締結部材としての外径側ボルト３２によりハウジング１２に取り付けられている。各内径側ボルト３１および各外径側ボルト３２は、駆動軸１５の周方向において等間隔をおいて配置されている。

図１に示すように、リヤプレート１４は、ボルト３３によりハウジング１２に取り付けられている。
図１に示すように、リヤプレート１４には冷媒流路２０に連通する冷媒入口管２１が設けられ、冷媒入口管２１から冷媒が冷媒流路２０に供給される。また、リヤプレート１４には冷媒流路２０に連通する冷媒出口管２２が設けられ、冷媒流路２０を通過した後の冷媒が冷媒出口管２２に排出される。

図３に示すように、冷媒流路２０は周方向に延びており、周方向における一部に軸方向に延びる仕切部２３が設けられている。冷媒流路２０には軸方向における反出力端側の一側面２４において冷媒入口２０ｃと冷媒出口２０ｄが離間した位置に設けられている。冷媒流路２０における冷媒入口２０ｃでの冷媒の主流の流れ成分として、冷媒流路２０における他側面２５に向かう軸方向成分と、冷媒出口２０ｄに向かう周方向成分を有する。そして、冷媒入口２０ｃから入った冷媒は、冷媒流路２０における他側面２５に向かって流れるとともに周方向に沿って流れ、冷媒出口２０ｄから出ていく。ここで、冷媒流路２０は、駆動軸１５の出力端側が開口部２０ｅとなっているとともにダイカストの型の抜け勾配がついているが、ステータコア１６ａが配置されるハウジング１２の軸方向の中央部分に支配的に冷媒の流れをもっていくことが肝要であるわけだが、冷媒入口２０ｃから流入される冷媒の慣性の影響に加え、冷媒の流路が広い駆動軸１５の出力端側に冷媒が支配的に流れようとする。これを踏まえ、なるべく駆動軸１５の反出力端側の抵抗を低減するのが望ましい。

図１，２に示すように、ダイカストにより成形されたハウジング１２における冷媒流路２０において、外径側の内壁面２０ｂの外径側ボルト３２の対応部が冷媒流路２０に張り出して径方向の幅が狭くなっている。つまり、７つの外径側ボルト３２について、ハウジング１２でのねじ穴を形成するためのボス部（４０ａ〜４０ｇ）が、小型化のために冷媒流路２０の内部に突出するように形成されている。このように、ハウジング１２は、周方向に沿って形成される冷媒流路２０の径方向の幅が狭くなっている部位４０ａ〜４０ｇを有する。冷媒流路２０における径方向の幅が狭くなっている部位４０ａ〜４０ｆの底部に、ダイカストの型の強度を確保するためのリブ４１，４２，４３，４４，４５，４６が、内径側の内壁面２０ａと外径側の内壁面２０ｂとを繋ぎ、かつ、軸方向に延びるように形成されている。これにより鋳物のハウジングと同等の強度・冷却性能を有する構造となっている。

リブ４１〜４６のうちのリブ４１，４２，４５，４６を図４（ａ），（ｂ）に示すとともに、リブ４３，４４を図５（ａ），（ｂ）に示す。リブ４１，４２，４５，４６は、図４（ｂ）に示すように断面が四角形をなし、周方向側面が、図３に示すように軸方向に延びている。また、冷媒の流れの抵抗を低減すべくリブ４３，４４は、図５（ｂ）に示すように断面が三角形をなし、周方向側面が傾斜する傾斜面４７を有している。よって、図３に示すように、リブ４３，４４は冷媒の流れ方向に対し傾斜する面を有する（テーパ状をなしている）。

つまり、図２において符号Ｐｃにて周方向に延びる冷媒流路２０における冷媒入口２０ｃと冷媒出口２０ｄとの中間点を示す。この中間点Ｐｃ付近では図３に示す冷媒流線と冷媒流路側面２４との間で円を描くような冷媒の渦が発生しやすく、冷媒流路２０のうちの冷媒入口２０ｃと冷媒出口２０ｄとの中間部に近いリブ４３，４４は、図５に示すように傾斜面４７を有することで渦の熱伝達を向上させモータの冷却性能を向上できる。また、各リブ４１〜４６は軸方向における長さ（ｔ２，ｔ３）は同一である。

また、図２に示すように、上述した仕切部２３もボルト対応部が冷媒流路２０に張り出して径方向の幅が狭くなった部位４０ｇに形成されている。
次に、本実施形態の作用について説明する。

ハウジング１２における冷媒流路２０は型抜きのため勾配がつけられている。そのため冷媒流路２０の軸方向での底部に対応する型が薄肉となる。特に、外径側ボルト３２の配置用のボス部では薄肉となり、型強度の低下を招く。

本実施形態では、ハウジング１２は、周方向に沿って形成される冷媒流路２０の径方向の幅が狭くなっている部位４０ａ〜４０ｆの底部にリブ４１，４２，４３，４４，４５，４６が形成されている。これにより、ダイカストによりハウジング１２を形成する際において、次のようになる。

ハウジング１２において冷媒流路２０は駆動軸１５の出力端側が開口し、型抜きのために反出力端側ほど狭くなっているのでダイカストの型も薄くなる。周方向に沿って形成される冷媒流路２０の径方向の幅が狭くなっている部位４０ａ〜４０ｆでダイカストの型が薄くなってもリブ４１，４２，４３，４４，４５，４６によりダイカストの型の薄肉部肉厚を確保することにより型強度を確保することができる。

また、リブ４１〜４６は冷媒の流れを乱す原因となり、冷媒流路２０内に局所的な渦を発生させる。この渦の作用により、冷媒流路２０のモータ冷却効果が低減される。
しかし、ここで本実施形態では、リブ４３，４４をテーパ状とすることにより、冷媒の流れについて局所的な渦の発生を抑制し、冷媒の最大温度を低くしてモータの冷却性能を向上させることができる。また、断面が三角形をなすリブ４３，４４は、冷媒の入口と出口の間の中央付近のみとし、他のリブ４１，４２，４５，４６は断面が四角形をなしている。そして、図５に示すように、三角形のリブ４３，４４では断面積が底辺ｔ４×高さｔ３×１／２である。一方、図４に示すように、四角形のリブ４１，４２，４５，４６では断面積が底辺ｔ１×高さｔ２である。よって、リブを全て断面が三角形をなすものとする場合に比べ、肉の量（＝ｔ１×ｔ２）を少なくでき軽量化を図ることができるとともに偏肉が減り肉の厚さ（ｔ１）が均一なので巣ができにくい。即ち、偏肉部があると、そこで形成時の収縮により空洞ができ強度低下を招くがそれを防止することができる。

上記実施形態によれば、以下のような効果を得ることができる。
（１）モータ１１の構成として、ハウジング１２とフロントプレート１３とロータ１７とステータ１６とを備え、ハウジング１２は、周方向に沿って形成される冷媒流路２０の径方向の幅が狭くなっている部位の底部にリブ４１〜４６が形成されている。よって、ダイカストによりハウジングを形成する際において、周方向に沿って形成される冷媒流路２０の径方向の幅が狭くなっている部位でダイカストの型の最薄肉部の肉厚を確保することができるため、ダイカストの型の強度を確保することができる。

（２）冷媒流路２０における外径側の内壁面２０ｂのボルト対応部が冷媒流路２０に張り出して径方向の幅が狭くなっている。よって、小型化を図ることができる。
（３）リブ４３，４４は、周方向側面が傾斜する傾斜面４７を有する。よって、渦流を低減することができる。

（４）特に、冷媒流路２０のうちの冷媒入口２０ｃと冷媒出口２０ｄとの中間部に近いリブ４３，４４が傾斜面４７を有する。よって、特定の位置のリブ４３，４４のみが傾斜面４７を有するので、軽量化を図ることができるとともに肉厚の均一化により巣（空洞）の発生を抑制することができる。

実施形態は前記に限定されるものではなく、例えば、次のように具体化してもよい。
・上記実施例ではリブ４３，４４は三角形のテーパ構造としているが、冷媒の流れをさまたげない形状であれば、特に制約はない。

具体的には、例えば、図５に代わり図６に示すように、リブ４８は、断面が台形をなし、左右の斜辺が傾斜面４９となっていてもよい。他にも、図５に代わり図７に示すように、リブ５０は、断面が台形かつ角が緩やかに変化する形状をなし、左右の斜辺が傾斜面５１となっていてもよい。

・ハウジング１２の冷媒流路２０は、軸方向の一方の端面、即ち、片面に開口していたが、両面に開口していてもよい。要は、ハウジング１２は、少なくとも軸方向の一方の端面において周方向に沿って開口する冷媒流路（２０）を有する構成であればよい。

１１…モータ、１２…ハウジング、１３…フロントプレート、１６…ステータ、１７…ロータ、２０…冷媒流路、２０ｅ…開口部、３２…外径側ボルト、４１…リブ、４２…リブ、４３…リブ、４４…リブ、４５…リブ、４６…リブ、４７…傾斜面。

Claims (4)

1. ダイカストにより円筒状に形成され、少なくとも軸方向の一方の端面において周方向に沿って開口する冷媒流路を有するハウジングと、
   前記ハウジングにおける冷媒流路の開口部を塞ぐ蓋部材と、
   前記ハウジング内において回転可能に支持されたロータと、
   前記ハウジング内において固定されたステータと、
   を備え、
   前記ハウジングは、周方向に沿って形成される前記冷媒流路の径方向の幅が狭くなっている部位の底部にリブが形成されていることを特徴とする回転電機。
2. 前記冷媒流路における外径側の内壁面のボルト対応部が冷媒流路に張り出して径方向の幅が狭くなっていることを特徴とする請求項１に記載の回転電機。
3. 前記リブは、周方向側面が傾斜する傾斜面を有することを特徴とする請求項１または２に記載の回転電機。
4. 前記冷媒流路のうちの冷媒入口と冷媒出口との中間部に近いリブが前記傾斜面を有することを特徴とする請求項３に記載の回転電機。