JP2016086611A - 回転電機のステータコア冷却構造 - Google Patents

Abstract

【課題】高価な材料、高度な技術を必要とせずに、回転電機の機能も向上させる、冷媒流路に気密性を持たせた、回転電機のステータコア冷却構造等を提供する。【解決手段】回転電機の回転軸(ＡＸ)に固定されたロータの外周に沿って配置されたステータコア(１ｂ)と、前記ステータコア(１ｂ)の外周面に沿って延び、前記ステータコアをその外周面側から固定支持するステータフレーム(２)と、前記ステータフレームの外周面との間に冷媒流路(ＣＣ)となる空間を形成するように、前記回転軸(ＡＸ)の軸方向に関して、径の小さい両側の端部が、前記ステータフレームの外周面上に気密性を持たせて溶接されたモータケース(７)と、を備えた回転電機のステータコア冷却構造にある。【選択図】図１

Description

この発明は、回転電機、特に固定子であるステータのステータコア冷却構造およびその製造方法に関する。

従来、ステータコアを冷却する方法として、ステータを保持する筒部材(以降ステータフレーム)外周と、更にそのステータフレーム外側との間に所定の空間を有した内径を持つ筒形状の部材(以降モータケース)との間に冷却水、油等を流す方法がある。また一般的には冷却水の漏れを防ぐためのシールは、外周部材と内周部材の間にＯリングなどの弾性部材挟み込んで行う(例えば、下記特許文献１，２参照)。

特許第５１３６０６９号明細書 特開２００９−２４７０８５号公報

従来、例えば上記特許文献１のように、ステータコアを保持するステータフレームと、更にステータフレームを内包するモータケースとの間に空間を設け、その間に冷却水を流すことでステータフレームの冷却を行う構造がある。また、冷却通路の気密確保は、回転電機の回転軸方向に所定の距離をとって設けられた弾性部材(Ｏリング)によって、ステータフレーム外周とモータケース内周を全周にわたってシールしている。弾性部材であるＯリングは、回転電機の周囲全周に亘って延びている。

この構造において気密確保するためには、Ｏリングの潰し代を適正に管理する必要があるため、ステータフレーム外周とモータケース内周の加工、およびそれらの組付けに高い精度が要求されるため、製造上、高コストな構造となる。また、一般的に金型成形にて製造されるＯリングはサイズが大きくなると、生産効率が低下し価格が上がる。すなわちＯリングのサイズが大きくなると、大きい金型が必要であり、なおかつ１回に１つのＯリングしか製造できない。特に自動車用モータなど大型モータに上述の方法を適用すると、Ｏリング価格が飛躍的に上昇してしまう。

さらに、Ｏリングを設置するためには、ステータフレーム外周、またはモータケース内周にＯリング設置用の溝加工を施す必要がある。Ｏリング設置用の溝に関しては、Ｏリングを保持、気密確保するため高精度、低面粗度が要求され、一般的には機械加工を施す。そのため、加工難易度が高く、価格向上につながっている。

更に、Ｏリング設置用の溝が必要になることから、ステータフレームまたはモータケースに加工が施せるだけの肉厚が必要になる。結果として重量増、さらに加工方法が限定される。また、通常金属部品成型で安価かつ高精度に製造可能な薄板の板金成形等の工法を用いることができなくなる。一般的には、精度確保が困難な鍛造や鋳造にてブランクを作り、大部分を切削加工する。
またステータコアはステータフレームに圧入されるが、ステータフレームが高剛性であるため、圧入力過大によりステータ鉄損が増加し、ひいてはモータ性能低下も引き起こす。

この発明は、上記の課題を解決するためになされたものであり、高価な材料、高度な技術を必要とせずに、回転電機の機能も向上させる、冷媒流路に気密性を持たせた、回転電機のステータコア冷却構造等を提供することを目的とする。

この発明は、回転電機の回転軸に固定されたロータの外周に沿って配置されたステータコアと、前記ステータコアの外周面に沿って延び、前記ステータコアをその外周面側から固定支持するステータフレームと、前記ステータフレームの外周面との間に冷媒流路となる空間を形成するように、前記回転軸の軸方向に関して、径の小さい両側の端部が、前記ステータフレームの外周面上に気密性を持たせて溶接されたモータケースと、を備えた回転電機のステータコア冷却構造等にある。

この発明では、高価な材料、高度な技術を必要とせずに、回転電機の機能も向上させる、冷媒流路に気密性を持たせた、回転電機のステータコア冷却構造等を提供できる。

この発明の実施の形態１による回転電機のステータコア冷却構造の回転電機の回転軸方向に沿った断面図である。 この発明の実施の形態２による回転電機のステータコア冷却構造の回転電機の回転軸方向に沿った上半分の断面図である。 この発明の実施の形態３による回転電機のステータコア冷却構造の回転電機の回転軸方向に沿った上半分の断面図である。 この発明の実施の形態４による回転電機のステータコア冷却構造の回転電機の回転軸方向に沿った上半分の断面図である。 この発明の実施の形態５による回転電機のステータコア冷却構造の回転電機の回転軸方向に沿った上半分の断面図である。 この発明の実施の形態３，４による回転電機のステータコア冷却構造の変形例の回転電機の回転軸方向に沿った上半分の断面図である。 この発明の実施の形態４による回転電機のステータコア冷却構造の変形例の回転電機の回転軸方向に沿った上半分の断面図である。

以下、この発明による回転電機のステータコア冷却構造を各実施の形態に従って図面を用いて説明する。なお、各実施の形態において、同一もしくは相当部分は同一符号で示し、重複する説明は省略する。

実施の形態１．
図１は、この発明の実施の形態１による回転電機のステータコア冷却構造の回転電機の回転軸方向に沿った断面図である。
ロータ５は回転電機の回転軸ＡＸに固定されている。回転軸ＡＸは軸方向の両端側で軸受け(図示省略)により回転自在に支持されている。
ステータ１は、ロータ５の外周に沿って配置され、外周の全周に亘って配置されたステータコア１ｂと、ステータコア１ｂに巻回されたステータコイル１ａと、からなる。

ステータフレーム２は、ステータコア１ｂの外周面に沿って全周に亘って延び、ステータコア１ｂを外周面側から固定支持する。ステータフレーム２は、例えば薄板成型により作られた鉄製の円筒状のフレームであり、回転電機の径方向の外側に延びるフランジ部２ａを有する。

モータケース７は、ステータフレーム２の外周の全周に亘って配置されている。モータケース７は、ステータフレーム２を内包する例えば薄板成型により作られた鉄製の円筒状のケースである。モータケース７は、ステータフレーム２の外周面との間に冷却用の冷媒流路ＣＣとなる空間を形成する。モータケース７は、回転軸ＡＸの軸方向に関して、両端側は中央部分よりも小径になっており、ステータフレーム２の外周面と近接または密着している。モータケース７は一例として図１に示すように、回転軸ＡＸの軸方向に関し、中央部分にステータフレーム２の外周面との間に、ステータフレーム２の外周に沿って延びる冷媒流路ＣＣを形成する凸形状の流路部７ｂと、流路部７ｂの両側に、ステータフレーム２に近接または密着するフランジ部７ａと、を有する。またモータケース７は、冷却水、油、冷却材等からなる冷媒を冷媒流路ＣＣに供給、排出する供給／排出口Ｈ１，Ｈ２を有する。そして冷媒流路ＣＣに冷媒を通すことでステータコア１ｂの冷却を行う。

そしてステータコア１ｂはステータフレーム２内に、例えば圧入または焼嵌めにより保持される。
モータケース７は、ステータフレーム２の外周面との間に気密確保された冷媒流路ＣＣを形成するように、回転軸ＡＸの軸方向に関する、両端側の例えばフランジ部７ａの部分がそれぞれ全周に亘ってステータフレーム２の外周面上に気密性を持たせて溶接３される。

なお、モータケース７は必ずしも図１に例示した凸形状の流路部７ｂとその両側のフランジ部７ａからなる構成である必要はなく、冷媒流路ＣＣを形成する部分と、冷媒流路ＣＣの気密を確保するためのその両側のそれぞれ全周に亘ってステータフレーム２の外周面上に溶接される径の小さい両端部とからなるものであればよい。またモータケース７は、外周に沿って複数の冷媒流路ＣＣが形成された形状のものであってもよい。
また、ステータフレーム２、モータケース７は製造方法は薄板成型に限らず、また鉄材からなるものでなくてもよい。

上記のように構成されたステータコア冷却構造では、以下のような効果が得られる。
Ｏリング等の追加シール部材が不要になるため、材料費のコストダウンが図れる。
Ｏリングを保持する溝の加工が不要になるため、気密性を確保するため高精度の加工が必要な溝成型加工費が不要となりコストダウンが図れる。
薄い材質のステータフレーム２、モータケース７を採用することができるため、薄板成型が可能であり、部品加工費が削減でき、また軽量化が図れる。
薄い材質のステータフレーム２により高剛性が弱まり、圧入力が減少するので、ステータフレーム２がステータコア１ｂを締め付ける力を減少させることができ、ひいてはステータ鉄損を減少させられる。

実施の形態２．
図２は、この発明の実施の形態２による回転電機のステータコア冷却構造の回転電機の回転軸方向に沿った上半分の断面図である。なお下半分の断面図は基本的に上半分を回転軸ＡＸで線対称にしたものであり、実施の形態２以降では上半分の断面図を示す。また、供給／排出口Ｈ１，Ｈ２の図示は省略されている。

図２のステータコア冷却構造は、図１の変形例であり、図１のステータフレーム２の一方の端をフランジ形状にしておき、フランジ形状部分をモータケース７のフランジ部分と溶接シール(全周に亘って溶接)する構造である。

すなわち、ステータフレーム２は、回転軸ＡＸの軸方向に関して、両側の一方の側の端部に、回転電機の径方向の外側に突出したフランジ部２ａを有する。モータケース７は、回転軸ＡＸの軸方向に関して、フランジ部２ａと同じ側の端部に、径方向の外側に突出したフランジ部７ａ(図２の左側のフランジ部)を有する。そしてフランジ部２ａとフランジ部７ａは接合面が回転軸ＡＸの軸方向を向くようにして全周に亘り溶接３される。

上記のように構成されたステータコア冷却構造では、以下のような効果が得られる。
図１のようなモータケース７両端が中央部より小径な場合に比べて、プレス加工等により製造が可能であり、製造が容易になり、コストダウンが可能となる。
図１の構造では、２箇所の溶接部(例えばフランジ部７ａ)の回転電機の径方向の精度、それぞれの回転軸ＡＸの軸方向の同軸度が必要になるが、図２の構造では、一方の径方向の精度があればよく、製造が容易になる。すなわち、径方向の外側に突出したフランジ７ａとフランジ部２ａは、フランジ部同士を押し付けるだけで密着性が確保でき、その後に溶接を行えばよい。
図１の構造に比べて、ステータフレーム２の周面上の溶接部分が一方でよいため、冷媒流路ＣＣを拡大することができ、ひいては冷却効果が向上できる。

実施の形態３．
図３は、この発明の実施の形態３による回転電機のステータコア冷却構造の回転電機の回転軸方向に沿った上半分の断面図である。図３のステータコア冷却構造は、図１、２の変形例であり、実施の形態１，２におけるモータケース７の一方の端部を、径方向内側に延出させた延出部７ｃとし、延出部７ｃでベアリング８を保持する構造とする。なお、保持する部品はベアリングに限らず、たとえば回転検出器等でもよい。

すなわち、図１のステータコア冷却構造の場合、図３に示すように、モータケース７が、回転軸ＡＸの軸方向に関して、両側の一方の端部(フランジ部７ａ)に、径方向の内側に延びる延出部７ｃと、延出部７ｃの端に設けられた回転軸ＡＸのためのベアリング部または回転検出器８と、有する。

また、図２のステータコア冷却構造の場合、例えば図６のように、モータケース７が、径方向の外側に延びたフランジ部７ａと反対側の端部(フランジ部７ａ)の先に、径方向の内側に延びる延出部７ｃと、延出部７ｃの端に設けられた回転軸ＡＸのためのベアリング部または回転検出器８と、を有する。

これにより、モータケース７の機能が冷却だけでなく、回転体の支持や回転検出器の固定を兼ねることができ、機能集約(部品統一化)によるコストダウンや軽量化が可能になる。

実施の形態４．
図４は、この発明の実施の形態４による回転電機のステータコア冷却構造の回転電機の回転軸方向に沿った上半分の断面図である。図４のステータコア冷却構造は、図３の変形例であり、図３のモータケース７の延出部７ｃを使用して、延出部７ｃを回転電機保持部材９に固定部材である例えばネジ１０で固定する。
また、図２のステータコア冷却構造の場合には、図６のように、モータケース７の径方向の外側に延びたフランジ部７ａと反対側の端部の延出部７ｃが、回転電機保持部材９にネジ１０で固定される。

なお、延出部７ｃは径方向内側に限らず、例えば図７に示すように径方向外側に延出したものでもよい。この場合には、延出部７ｃは回転電機保持部材９にネジ１０で固定されているが、ベアリング部または回転検出器８は設けていない。また図４，６のステータコア冷却構造の場合でも、ベアリング部または回転検出器８は設けなくてもよい。
また、回転電機保持部材９への固定はネジ固定に限らず、釘等の別のアンカー、接着剤等でもよい。

これにより、モータケース７の機能にさらに回転電機の固定機能を付加することができ、機能集約(部品統一化)によるコストダウンや軽量化が可能になる。

実施の形態５．
図５は、この発明の実施の形態５による回転電機のステータコア冷却構造の回転電機の回転軸方向に沿った上半分の断面図である。上記各実施の形態では、モータケース７をステータフレーム２に全周溶接等の気密性を持たせた溶接により固定していた。図５のステータコア冷却構造では、モータケース７をステータフレーム２に圧入または焼嵌めにより固定し、気密性の確保は嵌合部の外端部に樹脂部材１１を塗布することで行う。
または、モータケース７をステータフレーム２に抵抗溶接等の気密性のない溶接により溶接し、気密性の確保は接合部の外端部に樹脂部材１１を塗布することで行う。
なおこの場合、モータケース７のステータフレーム２への固定は圧入または焼嵌めに限らず、それぞれ全周溶接等による気密性を持たせた溶接と併用してもよい。

上記のように構成されたステータコア冷却構造では、以下のような効果が得られる。
高精度な気密性を持たせた溶接が不要になる。気密性を確保しようとすると一般的にはレーザ溶接など、高価な溶接設備を用いる必要があるが、上記構造であれば抵抗溶接や、圧入、焼嵌めによりモータケース７をステータフレーム２に固定することができるのでコストダウンにつながる。
また気密性を持たせた溶接と併用することで気密性を持たせた溶接のバックアップにもなり、信頼性向上する。

なおこの発明は上記各実施の形態に限定されるものではなく、これらの可能な組み合わせを全て含む。

１ ステータ、１ａ ステータコイル、１ｂ ステータコア、２ ステータフレーム、
２ａ フランジ部、３ 溶接、５ ロータ、７ モータケース、７ａ フランジ部、
７ｂ 流路部、７ｃ 延出部、８ ベアリング／回転検出器、９ 回転電機保持部材、
１０ ネジ(固定部材)、１１ 樹脂部材、ＡＸ 回転軸、ＣＣ 冷媒流路、
Ｈ１，Ｈ２ 供給／排出口。

この発明は、回転電機、特に固定子であるステータのステータコア冷却構造に関する。

この発明は、上記の課題を解決するためになされたものであり、高価な材料、高度な技術を必要とせずに、回転電機の機能も向上させる、冷媒流路に気密性を持たせた、回転電機のステータコア冷却構造を提供することを目的とする。

この発明は、回転電機の回転軸に固定されたロータの外周に沿って配置されたステータコアと、前記ステータコアの外周面に沿って延び、前記ステータコアをその外周面側から固定支持するステータフレームと、前記ステータフレームの外周面との間に冷媒流路となる空間を形成するように、前記回転軸の軸方向に関して、両側の端部に、前記ステータフレームに気密性を持たせて固定された溶接部を設けたモータケースと、を備え、前記ステータフレームが、前記回転軸の軸方向に関して、両側の一方の端部に、前記回転電機の径方向の外側に突出したフランジ部を有し、前記モータケースが、前記回転軸の軸方向に関して、前記一方の側の端部に、前記径方向の外側に突出したフランジ部を有し、前記フランジ部同士の前記溶接部の接合面が前記回転軸の軸方向を向いている、回転電機のステータコア冷却構造にある。

Claims (11)

1. 回転電機の回転軸に固定されたロータの外周に沿って配置されたステータコアと、
   前記ステータコアの外周面に沿って延び、前記ステータコアをその外周面側から固定支持するステータフレームと、
   前記ステータフレームの外周面との間に冷媒流路となる空間を形成するように、前記回転軸の軸方向に関して、径の小さい両側の端部が、前記ステータフレームの外周面上に気密性を持たせて溶接されたモータケースと、
   を備えた回転電機のステータコア冷却構造。
2. 前記モータケースが、前記ステータフレームの外周に沿って延び前記ステータフレームの外周面との間に前記冷媒流路を形成する流路部と、前記流路部の前記回転軸の軸方向に関して、両端の前記ステータフレームに溶接されたフランジ部と、を有する請求項１に記載の回転電機のステータコア冷却構造。
3. 前記ステータフレームが、前記回転軸の軸方向に関して、両側の一方の端部に、前記回転電機の径方向の外側に突出したフランジ部を有し、
   前記モータケースが、前記回転軸の軸方向に関して、前記一方の側の端部に、前記径方向の外側に突出したフランジ部を有し、
   前記フランジ部同士が接合面が前記回転軸の軸方向を向くようにして気密性を持たせて溶接されている請求項１または２に記載の回転電機のステータコア冷却構造。
4. 前記モータケースが、前記回転軸の軸方向に関して、両側の一方の端部に、前記回転電機の径方向の内側に延びる延出部と、前記延出部の端に設けられた前記回転軸のためのベアリング部または回転検出器と、有する請求項１または２に記載の回転電機のステータコア冷却構造。
5. 前記モータケースが、前記回転軸の軸方向に関して、両側の他方の側の端部に、径方向の内側に延びる延出部と、前記延出部の端に設けられた前記回転軸のためのベアリング部または回転検出器と、を有する請求項３に記載の回転電機のステータコア冷却構造。
6. 前記延出部が回転電機支持部材に固定部材により固定されている請求項４または５に記載の回転電機のステータコア冷却構造。
7. 前記モータケースが、前記回転軸の軸方向に関して、両側の一方の端部に、前記回転電機の径方向の内側または外側に延びる延出部を有し、前記延出部が回転電機支持部材に固定部材により固定されている請求項１または２に記載の回転電機のステータコア冷却構造。
8. 前記モータケースが、前記回転軸の軸方向に関して、両側の他方の側の端部に、前記回転電機の径方向の内側または外側に延びる延出部を有し、前記延出部が回転電機支持部材に固定部材により固定されている請求項３に記載の回転電機のステータコア冷却構造。
9. 前記モータケースが前記ステータフレームに、気密性を持たせて溶接される代わりに、前記モータケースが前記ステータフレームに圧入または焼嵌めされ、嵌合部外端に前記冷媒流路の気密確保のための樹脂部材を設けた請求項１に記載の回転電機のステータコア冷却構造。
10. 前記モータケースが前記ステータフレームに、気密性を持たせて溶接される代わりに、前記モータケースが前記ステータフレームに気密性のない溶接により固定され、接合部外端に前記冷媒流路の気密確保のための樹脂部材を設けた請求項１に記載の回転電機のステータコア冷却構造。
11. 回転電機の回転軸に固定されたロータの外周に沿って配置されたステータコアの外周面に沿って延び、前記ステータコアを外周面側から固定支持するステータフレームと、前記ステータフレームの外周面との間に冷却用の冷媒流路となる空間を形成するように、前記回転軸の軸方向に関して、両側の端部が径の小さい、前記ステータフレームの外周面上に設けられるモータケースと、を準備する行程と、
    前記モータケースを前記ステータフレームの外周面上に気密性を持たせて溶接する、
    前記モータケースを前記ステータフレームに圧入し、嵌合部外端に前記冷媒流路の気密確保のための樹脂部材を塗布する、
    前記モータケースを前記ステータフレームに焼嵌めし、嵌合部外端に前記冷媒通路の気密確保のための樹脂部材を塗布する、および
    前記モータケースを前記ステータフレームの外周面上に気密性のない溶接により溶接し、接合部外端に前記冷媒通路の気密確保のための樹脂部材を塗布する、
    のいずれか１つにより、前記ステータフレームに前記モータケースを気密性を持たせて固定する行程と、
    を備えた回転電機のステータコア冷却構造の製造方法。

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