JP2019083633A - 回転電機 - Google Patents

Abstract

【課題】ハウジングにて冷媒流路を構成せず、ハウジング内部に冷媒流路を形成するとともに、他の機器との組み付け性が良好となる回転電機を得る。【解決手段】ステータ７を取り巻くフレーム４の外周に冷媒流路３を設け、その冷媒流路３に冷媒導入／排出の配管となるジョイント部１２を接続する。ジョイント部１２は、冷媒流路３から軸径方向外側に伸びる軸径方向配管部１２ａと、軸方向に沿って伸びる軸方向配管部１２ｂが連結された配管部材である。冷媒流路３を構成する流路形成部４０およびジョイント部１２は、ハウジング１とは別の部材で構成され、ハウジング１を構成する軸に交差する面部には、外部機器と結合される軸方向配管部１２ｂの端部を露出させる軸方向貫通孔８が設けられる。軸方向配管部１２ｂは配管固定部材１０を介してフレーム４に支持される。【選択図】図３

Description

本発明は、回転電機に関し、特にモータを冷却するための冷媒流路をハウジングの内部に設けた回転電機に関するものである。

従来のハイブリッド車用駆動装置では、水または油等の冷媒を用いて回転電機を冷却する構造が一般的であり、回転電機の高出力化に伴い、冷却性能の向上が要求されている。

そして、従来のハイブリッド車用駆動装置では、モータはハウジングの内部に組み付けられており、モータを冷却するための冷媒流路もモータの構造部材の一部であるため、ハウジングの内部に組み付けられた状態となっている。

また、ハウジングはアルミニウムで構成されることが一般的であるが、アルミニウム製のハウジングに冷媒流路の配管の一部を作り込んだ構成とする場合、ハウジングの製作コストが高くなるという課題があった。

さらに、回転電機と、冷媒流路を共有する外部機器との冷媒流路を結合させる場合、ハウジング外に連結部品を配設する構成であるため、組み付け性が悪く、また流路連結に必要となる部品点数も多くなるという問題があった(例えば、特許文献１参照)。

特許第5959741号公報

本発明は、上記のような問題を解決するためになされたものであり、ハウジングを構成要素としない冷媒流路を形成するとともに、その冷媒流路を共通とする外部機器との接続部をハウジングに設けて組み付け性を向上させることが可能な回転電機を得ることを目的とするものである。

この発明に係わる回転電機は、ハウジング、上記ハウジング内に配設され、シャフトに固定されたロータ、上記ロータの周囲に設けられたステータ、上記ステータの外周部を取り巻くフレーム、上記フレームの外周部を包囲し、上記フレームの外周部に接する冷媒流路を形成する流路形成部、上記流路形成部に接続され、冷媒を導入、排出する配管となるジョイント部を備え、上記ジョイント部は、上記流路形成部から上記シャフトの径方向に伸びる軸径方向配管部と、上記シャフトの軸方向に沿って伸びる軸方向配管部とを有し、上記流路形成部および上記ジョイント部は、上記ハウジングとは別の部材で構成され、上記ハウジングを構成する上記軸に交差する面部には、上記軸方向配管部の端部を露出させる外部機器連結用の軸方向貫通孔が設けられたことを特徴とするものである。

この発明の回転電機によれば、フレームの外周部に接する冷媒流路を形成したため、ステータの冷却性を向上させることができ、ハウジングの外部機器連結用の軸方向貫通孔を用いて、ジョイント部の軸方向配管部の端部に外部機器を連結させることができ、ジョイント部をハウジングとは別の部材で構成したため、製造コストを低減することができる。

本発明の実施の形態１による回転電機の要部断面図である。 図２（ａ）は、実施の形態１による回転電機の、インバータ装置を接続する前の状態の要部断面図であり、図２（ｂ）は、インバータ装置を接続した状態の要部断面図である。 本発明の実施の形態２による回転電機の要部断面図である。 図４（ａ）は、実施の形態２による回転電機の、インバータ装置を接続する前の状態の要部断面図であり、図４（ｂ）は、インバータ装置を接続した状態の要部断面図である。

実施の形態１．
図１および図２（ａ）、図２（ｂ）は、本発明の実施の形態１に係る回転電機１００を示す要部断面図である。図１において、ハウジング１は、モータ２およびモータ２の冷却に用いる冷媒流路３を包囲するアルミダイカスト製の部材であり、ハウジング１自体は冷媒流路３を構成しない構造であり、シャフト１５の軸方向に対して交差する（例えば直交する）面部に、冷媒流路３を共有する外部機器（他の機器）を取り付ける構成となっている。

さらに、この回転電機１００では、ステータ７を保持するフレーム４の外周部に周接させた冷媒流路３を、ジョイント部１２によって、軸に垂直なハウジング１の平面部近傍まで引き出し、面接合により組み付けられる他の機器の冷媒流路に接続できるよう構成しているため、冷却源を同一とし、直列に冷媒流路が接続される二つの機器の間には、冷媒流路の配管が露出しない構成となっている。

本発明の実施の形態１に係る回転電機１００について、より詳細に説明する。回転電機１００は、図１に示すように、回転軸となるシャフト１５に固定されたロータ１４と、そのロータ１４を囲繞するように配設されるステータ７と、ステータ７を内部に保持するフレーム４と、ロータ１４およびステータ７等のモータ２構成部材を内部に収容するハウジング１（ハウジングケース、アルミハウジング）とを備えている。
なお、ハウジング１内には、モータ２の構成要素である結線板９等が配設されているが、その他の構成要素は省略して記載するものとする。

ロータ１４は、例えば電磁鋼板を積層して構成されたロータコアと、ロータコアの外周面側に軸方向に延在するように埋め込まれて周方向に等角ピッチに配設された永久磁石と、ロータコアの軸心位置を挿通してロータコアに固着されたシャフト１５とを備えている。そして、ロータ１４の永久磁石は、Ｎ極とＳ極とが周方向に交互に並ぶように、ロータコアに装着される。
ステータ７は、例えば、電磁鋼板を積層して構成された円環状のステータコア５と、ステータコア５に絶縁部材を介して巻装されたステータコイル６とを備えている。

フレーム４は、例えば、鉄系材料を用いて鋳造や鍛造により作製され、ステータコア５の外周に接して設けられた円筒状のステータコア収納部４ａと、ステータコア収納部４ａの一端に連なって形成された厚肉のフレーム取付部４ｂとを備えている。図１において、フレーム４のステータコア収納部４ａは、ステータコア５の上部（外周部）に接して配置された部分であり、フレーム取付部４ｂは、ステータコア収納部４ａの端部から上方（径方向）に突き出す部分である。図１ではフレーム４のフレーム取付部４ｂの上部が、ハウジング１の内壁面から内側に突出する部分と接して係合した状態となっていることを例示している。
そして、ステータコア５がステータコア収納部４ａの内部に固定されることによって、ステータ７はフレーム４に保持された状態となっている。

冷媒流路３は、フレーム４のステータコア収納部４ａの外側を取り囲むように１周しており、一端から冷媒を導入し、他端から冷媒を排出する。図１に示すように、冷媒流路３の外側の壁面は、フレーム４とは別の部材（例えば金属材料よりなる）である流路形成部４０によって構成され、フレーム４と流路形成部４０との間にできる空間が冷媒流路３となる。

流路形成部４０には、冷媒を導入／排出するための配管部であるジョイント部１２が連結される。そして、図１に例示するように、流路形成部４０の軸径方向外側の部分に冷媒流路孔部３ａが開口され、この冷媒流路孔部３ａにてジョイント部１２の内部空間と冷媒流路３の内部空間とが導通状態となって一続きの流路が形成されている。

ジョイント部１２は、図１に例示するように、流路断面がＬ字形状となるように形成された配管部であり、冷媒の流れを軸径方向から軸方向に、またはその逆方向に変更する部品となっている。このジョイント部１２は、冷媒流路３から軸径方向外側に伸びる配管部が軸径方向配管部１２ａ、軸径方向配管部１２ａの外側に位置する端部から軸に垂直となるハウジング１の平面部に向かって伸びる配管部が軸方向配管部１２ｂとなっている。軸方向配管部１２ｂのハウジング１の壁面近傍の開口端は、冷媒流路３を共有する他の機器の流路が連結されるジョイント端部１２ｃである。

ここで、ジョイント部１２が連結されるモータ２側の部材、流路形成部４０の冷媒流路孔部３ａの内周部には、シール材として、例えばＯリングが装着されており、ジョイント部１２の軸径方向配管部１２ａがＯリングに圧入されて流路の連結がなされる。そして、軸方向配管部１２ｂの側も同様に、Ｏリング等のシール材を介して、他の機器の配管部との連結がなされる。

ハウジング１は、以上説明したモータ２や冷媒流路３を包囲し、この冷媒流路３を共有する他の機器との連結用の軸方向貫通孔８を、軸に交差する、例えば軸に直交する平面部に開口し、その軸方向貫通孔８からは、ジョイント端部１２ｃが露出している。さらに、ハウジング１の外側面側の軸方向貫通孔８の周囲には、他の機器との接続時に面シールを施すための平坦な面シール部１１が確保されている。

ここで、図１では、１本のジョイント部１２の断面構造を例示しているが、ジョイント部１２は、冷媒導入のための第一のジョイント部材、冷媒排出のための第二のジョイント部材の二本の配管を平行配置した形態とする場合があり、図１では、第一、第二のジョイント部材の一方を示した状態となっている。

ジョイント部１２を構成する第一、第二のジョイント部材は、流路形成部４０に開口された別々の開口部（冷媒流路孔部３ａ）に連結され、冷媒は、第一のジョイント部材を介して冷媒流路３に導入され、冷媒流路３を一周して、第一のジョイント部材に近接配置された第二のジョイント部材を介して排出される。
なお、ジョイント部１２は、１本の配管で冷媒の導入と排出の両方の役割を担えるような仕組みのものを用いる場合、１本の配管にて構成する場合もある。その場合、例えば、1本の配管の流路内に流路抵抗を配設し、流路を分割する方法を適用することができる。

また、ジョイント部１２は、Ｌ字形状の配管部材であることを例示したが、冷媒流路３から径方向への流路（軸径方向配管部１２ａの取り付け端部）と、ジョイント端部１２ｃに繋がる流路（軸方向配管部１２ｂのジョイント端部１２ｃ側の部分）を備えていれば、屈曲部を直角に折り曲げる形状とする以外に、冷媒の流れをスムーズにするためにカーブ形状とする、または、段階的に折り曲げる形状とするなど、流路中間部の形状を変形させて用いることも可能であることは言うまでもない。

次に、本発明の実施の形態１による回転電機１００と外部機器（他の機器、例えばインバータ装置２０）との組み付けについて説明する。図２（ａ）、図２（ｂ）は、本発明の実施の形態１の回転電機１００に、冷媒流路を共有するインバータ装置２０を接続する前の状態、接続した後の状態をそれぞれ示す要部断面図である。
インバータ装置２０を回転電機１００に組み付ける場合、車両に取り付けられた回転電機１００に対し、図２（ａ）に示すように、冷媒流路３を共有するインバータ装置２０を軸方向に沿って回転電機１００側に移動させ、図２（ｂ）に示すように、インバータ装置２０の連結部２０ａを、回転電機１００のハウジング１の外部機器連結用となる軸方向貫通孔８に挿通させ、連結部２０ａ（冷媒流路配管の端部）をジョイント端部１２ｃに嵌合させることで、インバータ装置２０を回転電機１００に、軸方向に結合することができる。
このとき、例えば、ジョイント端部１２ｃの内周部にＯリング等のシール材を介在させて、インバータ装置２０の連結部２０ａの外周部を圧入させることで封止することができる。

図２（ａ）、図２（ｂ）に示すように、インバータ装置２０の軸に垂直な平面（筐体平面）と、ハウジング１の軸方向貫通孔８が開口された軸に垂直な平面とが同一面となるように接合され、面シール部１１にて、軸方向貫通孔８を封止できるため、回転電機１００と他の機器との取り付け性を向上させることができる。
また、インバータ装置２０とモータ２側のハウジング１との間を面シールすることにより、装置間にホースなどの追加部品を使用することなく、また配管を筐体の外部に露出させることなく接続することができる。

さらに、ジョイント部１２を備えたことにより、ステータコア５を冷却するための冷媒流路３をハウジング１内部の軸方向端部近傍まで引き出すことができ、また、ジョイント部１２の流路中間位置にて冷媒の流れの方向を、径方向から軸方向へ変更することができる。

また、ジョイント部１２を配設した構成とすることにより、冷媒流路３を共有する他の機器、例えばインバータ装置２０の連結部２０ａの配置や寸法のバラツキ、流路形成部４０に開口した冷媒流路孔部３ａの配置や寸法のバラツキを吸収することができる。
その際、ジョイント部１２の構成部材自体を、可撓性を持つ樹脂製として、相手側の組み付け時の寸法バラツキ等を吸収することが可能であり、また、ジョイント部１２を金属製とし、他機器とのつなぎ部分を確保する（擦り合わせ部を大きくとる、シール材を介在させる等の手段を用いる）ことで寸法バラツキ等を吸収できる構造とする。

この発明の実施の形態１の回転電機１００によれば、アルミニウム製のハウジング１に冷媒流路３の配管の一部を作り込むことが不要となり、コスト低減が可能となる。また、冷媒流路３が、ステータコア５が保持されている鉄製のフレーム４側に設けられているので熱の伝導に有利であり、冷却効率が向上する。さらに、ハウジング１の軸端面の面シール部１１により、冷媒流路３を共有する他の機器を軸方向に接合させることができる。これにより、回転電機１００と他機器との筐体同士が同一平面でシール部を形成した状態となり、ホースなどの他機器との接続のための追加部品も不要となり、取り付け性を向上させることができる。
なお、ジョイント部１２の端部にてＯリング等のシール材（径シール）を介して他の機器との封止を行うことについて上述したが、そのシール材によって、軸径方向配管部１２ａの端部においては軸径方向の配置や寸法のバラツキを吸収し、軸方向配管部１２ｂにおいては軸方向の配置や寸法のバラツキを吸収することができる。

また、上述の例では、冷媒流路３をフレーム４と流路形成部４０によって形成する場合を示していたが、金属材料を用いて溶接等の手段で固定された流路を形成する以外に、例えば、耐性のある樹脂材料等により、流路形成部を形成し、フレーム４の外周に貼り付けて冷媒流路３として用いるというような外付けの構成とすることも可能である。
なお、ここで示す回転電機１００には、例えば、交流発電機、電動機等が含まれ、それらの機器に上述した本発明の構成を適用させることができる。

実施の形態２．
本発明の実施の形態２による回転電機１００について、図３、図４（ａ）、図４（ｂ）を用いて説明する。上述の実施の形態１においては、ジョイント部１２とフレーム４との支持構造について示していなかったが、この図３に示すように、ジョイント部１２の軸方向配管部１２ｂを、フレーム４に支持された配管固定部材１０（ジョイント固定板）に圧入固定させることで、ジョイント部１２の振動を抑制することが可能である。

この配管固定部材１０は、例えば、鉄板をプレス加工、鍛造または切削加工することによって作製し、フレーム４に固定して用いることができる。また、フレーム４のフレーム取付部４ｂを延在させてフレーム４と一体に設けることも可能である。
なお、図３では、フレーム４のフレーム取付部４ｂの直上に延在する位置に配管固定部材１０を設けた状態を示したが、配管固定部材１０が、フレーム４に固定されていれば、その配置に限定することなく、軸方向において、よりハウジング１に近い側に移動した位置に配設するなど、位置を調整して用いることが可能である。

さらに、図４（ａ）から図４（ｂ）の状態に遷移するように、回転電機１００にインバータ装置２０を連結させる際、インバータ装置２０側の冷媒流路端部となる連結部２０ａには、モータ２側のジョイント端部１２ｃと接する部分にＯリングが装着されている。そして、その連結部２０ａをジョイント端部１２ｃに圧入させるため、ジョイント部１２はＯリングの反力に耐えてポジションを維持する必要がある。この実施の形態２のジョイント部１２は、その軸方向配管部１２ｂの中間部分が配管固定部材１０により支持されているため、上記のような軸方向に加えられる反力に耐えることができる。
なお、配管固定部材１０により、ジョイント部１２の軸方向配管部１２ｂのフレーム４からの距離が規制されているため、軸径方向における配置も安定していることは言うまでもない。

また、図３に示す回転電機１００は、冷媒流路孔部３ａの周囲において、ジョイント部１２の軸径方向配管部１２ａと流路形成部４０とがＯリング等の径シールにより封止される構成である。そのＯリングが可撓性材料であるために、流路連結時の圧入やモータ２の振動等によってジョイント部１２自体が振動し騒音の原因となる場合があるが、配管固定部材１０により、このジョイント部１２をフレーム４側に固定することによって、ジョイント部１２の軸方向および軸径方向に生じる振動を抑制し騒音を防止することが可能となる。

ここで、配管固定部材１０は、平行に構成された冷媒の流入側、流出側の配管（第一、第二のジョイント部材）を個別に支持するように、独立した二つの部材（第一、第二の配管固定部材）をフレーム４に固定して用いることができる。これにより回転電機１００の製造時、配管固定部材１０をジョイント部１２のジョイント端部１２ｃに圧入し固定する際に、圧入荷重を別々に管理することができる。また、ジョイント部１２の高さ、Ｏリングの位置、冷媒流路孔の高さを流入側、流出側で適宜変更することが可能となる。
なお、配管固定部材１０へのジョイント部１２の固定は、圧入以外の方法によっても実施可能であり、また、一枚の配管固定部材１０によって、流入側、流出側の二つの配管を保持する構成とすることも可能であることは言うまでもない。

なお、本発明は、その発明の範囲内において、各実施の形態を自由に組み合わせたり、各実施の形態を適宜、変形、省略することが可能である。

１ ハウジング、 ２ モータ、 ３ 冷媒流路、 ３ａ 冷媒流路孔部、
４ フレーム、 ４ａ ステータコア収納部、 ４ｂ フレーム取付部、
５ ステータコア、 ６ ステータコイル、 ７ ステータ、 ８ 軸方向貫通孔、
９ 結線板、 １０ 配管固定部材、 １１ 面シール部、 １２ ジョイント部、
１２ａ 軸径方向配管部、 １２ｂ 軸方向配管部、 １２ｃ ジョイント端部、
１４ ロータ、 １５ シャフト、 ２０ インバータ装置、 ４０ 流路形成部、
２０ａ 連結部、 １００ 回転電機

ハウジング、上記ハウジング内に配設され、シャフトに固定されたロータ、上記ロータの周囲に設けられたステータ、上記ステータの外周部を取り巻くフレーム、上記フレームの外周部を包囲し、上記フレームの外周部に接する冷媒流路を形成する流路形成部、上記ハウジングの外部と上記流路形成部とを接続する配管であり、上記ハウジングの外部から上記冷媒流路に冷媒を供給するとともに上記冷媒流路を通過した冷媒を上記ハウジングの外部に排出するジョイント部を備え、上記ジョイント部は、上記流路形成部から上記シャフトの径方向外側に伸びる軸径方向配管部と、上記軸径方向配管部の外径側端部に連結され上記シャフトの軸方向に沿って伸びる軸方向配管部とを有し、上記流路形成部および上記ジョイント部は、上記ハウジングとは別の部材で構成され、上記ハウジングを構成する上記軸に交差する面部には、上記軸方向配管部の端部を露出させる外部機器連結用の軸方向貫通孔が設けられたことを特徴とするものである。

Claims (10)

1. ハウジング、上記ハウジング内に配設され、シャフトに固定されたロータ、上記ロータの周囲に設けられたステータ、上記ステータの外周部を取り巻くフレーム、上記フレームの外周部を包囲し、上記フレームの外周部に接する冷媒流路を形成する流路形成部、上記流路形成部に接続され、冷媒を導入、排出する配管となるジョイント部を備え、
   上記ジョイント部は、上記流路形成部から上記シャフトの径方向に伸びる軸径方向配管部と、上記シャフトの軸方向に沿って伸びる軸方向配管部とを有し、上記流路形成部および上記ジョイント部は、上記ハウジングとは別の部材で構成され、上記ハウジングを構成する上記軸に交差する面部には、上記軸方向配管部の端部を露出させる外部機器連結用の軸方向貫通孔が設けられたことを特徴とする回転電機。
2. 上記ジョイント部の上記軸方向配管部は、上記フレームに固定された配管固定部材に支持されたことを特徴とする請求項１記載の回転電機。
3. 上記配管固定部材は、上記フレームから延在する部材であり、上記フレームと一体であることを特徴とする請求項２記載の回転電機。
4. 上記ジョイント部は、冷媒導入のための第一のジョイント部材と、冷媒排出のための第二のジョイント部材により構成されたことを特徴とする請求項１記載の回転電機。
5. 上記第一、第二のジョイント部材の上記軸方向配管部は、上記フレームに固定された第一、第二の配管固定部材に個別に支持されたことを特徴とする請求項４記載の回転電機。
6. 上記ハウジングの上記軸方向貫通孔の周囲は、外部機器連結用の平坦な面シール部を構成することを特徴とする請求項１から５のいずれか一項記載の回転電機。
7. 上記ジョイント部は、樹脂製の配管であることを特徴とする請求項１から６のいずれか一項記載の回転電機。
8. 上記ジョイント部は、金属製の配管であることを特徴とする請求項１から６のいずれか一項記載の回転電機。
9. 上記ジョイント部は、上記軸径方向配管部と上記軸方向配管部が連結されたＬ字形状の配管であることを特徴とする請求項１から８のいずれか一項記載の回転電機。
10. 上記流路形成部は、上記ジョイント部との接続部に開口された冷媒流路孔部を有し、上記冷媒流路孔部に装着されたシール部材を介して、上記流路形成部に上記ジョイント部が接続されたことを特徴とする請求項１から９のいずれか一項記載の回転電機。

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