JP2021097431A - 回転電機の製造方法 - Google Patents

Abstract

【課題】低コストで、優れた冷却効率を有する回転電機の製造方法の提供。【解決手段】ステータと、該ステータを保持するモータケースとを含む回転電機の製造方法であって、モータケース内部のステータの外周面と対向する位置に、膨張部材を配置する工程と、前記ステータの外周面を、前記モータケースの内壁面に位置決めして組み込む工程と、前記ステータ内部に配置された膨張部材を膨張させて、該ステータの外周面と、前記モータケースの内壁面とを密着させる工程と、を含む回転電機の製造方法。【選択図】図４

Description

本発明は、回転電機の製造方法に関する。

車両等に用いられる回転電機（モータ）のステータは、モータケースに収納される。ここで、ステータは、回転電機の駆動時に、コイルとステータコアの発熱により高温となるため、通常、モータケースはその熱を外部へ逃す放熱機能を併せ持つ。しかしながら、アルミニウム等の金属の鋳造品を機械加工したモータケースと、プレス加工された電磁鋼板を積層されて製造されるステータコアとでは、精度の関係上、両者を密着させることが困難であった。このため、両者の間の隙間には、熱伝達性能に劣る空気が満たされ、結果的にステータコアに熱がこもってしまい、回転電機の冷却性能が低下してしまうことがあった。

回転電機の放熱特性を向上させることを目的として、特許文献１には、ステータ（具体的にはステータコア）とモータケースとの間の隙間を熱硬化性樹脂で充填した車両用回転電機が開示されている。

特開２００５−６３８８号公報

特許文献１に記載の回転電機では、熱硬化性樹脂を介してステータとモータケースとを接続しており、樹脂を介して熱伝達するため、冷却効率の点で改善の余地があった。
この他にも、ハウジングや、ステータコアとモータケースとの間の隙間に、冷媒を流すことにより、回転電機の冷却性能を向上させる方法が考えられるが、その場合、冷媒用流路の作製のために、コストが増加してしまう。

本発明は、このような課題を鑑みてなされたものであり、低コストで、優れた冷却効率を有する回転電機の製造方法を提供することを目的とする。

上記目的を達成するための一態様は、ステータと、該ステータを保持するモータケースとを含む回転電機の製造方法であって、
モータケース内部のステータの外周面と対向する位置に、膨張部材を配置する工程と、
前記ステータの外周面を、前記モータケースの内壁面に位置決めして組み込む工程と、
前記ステータ内部に配置された膨張部材を膨張させて、該ステータの外周面と、前記モータケースの内壁面とを密着させる工程と、を含む。

本発明に係る回転電機の製造方法では、モータケース内部に配置された膨張部材を例えば加熱して膨張させることにより、ステータの外周面と、モータケースの内壁面とを密着させる。このため、コイルやステータコアからの発熱を、モータケースを構成するアルミニウムなどの熱伝導率の優れた金属に直接放熱することができるため、冷却効率を一層向上することができる。さらに、冷媒用流路（例えば、冷却油路）を作製する必要がないため、低いコストで回転電機を製造することができる。また、ステータの寸法誤差によりモータケースとの間に隙間（クリアランス）が生じ、両者が密着していない場合であっても、膨張部材の膨張により、モータケースが変形し、ステータに密着する。このため、ステータの寸法精度に寄らずに、安定して優れた冷却効率を有する回転電機を低コストで製造することができる。

本発明によれば、低コストで、優れた冷却効率を有する回転電機の製造方法を提供することができる。

（ａ）は回転電機の構造を示す概略図であり、（ｂ）はモータケースによる放熱機能を説明するための概略図である。 （ａ）及び（ｂ）はそれぞれ、従来の回転電機を説明するための概略図である。 本実施形態より得られる回転電機の一例を示す概略図である。 本実施形態に係る回転電機の製造方法における各工程を説明するための図である。

以下、本発明を適用した具体的な実施形態について、図面を参照しながら詳細に説明する。ただし、本発明が以下の実施形態に限定される訳ではない。また、説明を明確にするため、以下の記載及び図面は、適宜、簡略化されている。

＜回転電機＞
本実施形態に係る回転電機の製造方法（以下、本製造方法）より製造される回転電機（モータ）は、図１に示すように、ロータ３と、ロータ３の周囲に配置されるステータ２と、モータケース４（Ｔ／Ａケース）とを含むことができる。モータケース４はステータ２を保持するものである。また、当該回転電機は、この他にも、カバー５（ハウジング）と、コイル１とを有することができる。なお、図１（ａ）は、カバー５を外した状態の回転電機の構造示す概略図である。また、図１（ｂ）は、図１（ａ）に示す回転電機をＡ−Ａ’線で切断した際の断面に相当する、回転電機の概略断面図である。

図１に示すように、回転電機のステータアッシーは、モータケース４に格納される。ここで、回転電機の駆動時にコイルやコアなどの発熱源からの熱により、ステータは発熱部となる。このため、放熱機能を有するモータケース４により、図１（ｂ）の矢印に示す方向に、ステータの熱が解放される仕組みとなっている。

ここで、従来の回転電機では、図２（ａ）に示すように、符号６ａで示す部分（密着部）では、モータケース４と、ステータ２とが密着している。しかし、ステータの寸法精度の公差によっては、モータケース４と、ステータ２との間に隙間６ｂが発生することがある。このように、隙間６ｂが発生した場合には、図２（ｂ）に示すように、両者の間に熱伝導率が低い空気が満たされた空気層７が形成される。これにより、ステータ２、より具体的にはステータコアからモータケース４への図２（ｂ）の矢印方向に示す熱伝達が阻害され、冷却効率が低下してしまうことがあった。なお、図２（ａ）は、従来の回転電機の概略部分平面図であり、図２（ｂ）は、従来の回転電機の概略部分断面図である。

一方、本実施形態では、図３及び図４に示すように、モータケース４の内部のステータ２の外周面２ａと対向する位置に膨張部材８が内蔵されている。なお、図３は、本実施形態より得られる回転電機の一例を示す概略図である。また、図４は、本実施形態に係る回転電機の製造方法における各工程を説明するための概略断面図である。
図４（ｂ）に示すように、後述する膨張工程において、膨張部材８が太い矢印に示す方向に膨張することにより、それに連動して変形したモータケース４の内壁面４ａが、ステータ２の外周面２ａに密着する（図３の密着部９参照）。このように、本実施形態では、結果的に、モータケースを構成する熱伝導に優れる金属により、ステータとの間の隙間を埋めることができ、ステータの外周面全面と、モータケースの内壁面とが接触することができる。これにより、回転電機駆動時に発熱部と化したステータ２の熱を、図４（ｂ）の細い矢印に示すように、モータケース４に直接放熱することができる。モータケース４は、通常、熱伝導率の高いアルミニウム等の金属で構成されているため、特許文献１のように樹脂を介した放熱よりも、高効率でステータの熱を放熱することができる。

なお、回転電機を構成するロータ３、ステータ２、モータケース本体は、例えば、車両用回転電機の分野で従来公知のものを適宜選択して使用することができる。ステータコアは、例えば、プレス加工された任意の厚み、例えば、ｔ０．２５ｍｍの鉄合金で構成される電磁鋼板を積層したものを用いることができる。モータケース本体を構成する材料は、適宜選択できるが、ステータの熱を放熱する役割を果たすため、熱伝導率の高い金属を用いることが好ましい。例えば、熱伝導率が２３６Ｗ／ｍ・Ｋであるアルミニウム（Ａｌ）などの合金の鋳造品を用いることができる。ちなみに、空気の熱伝導率は０．０２４１Ｗ／ｍ・Ｋであり、ＡＴＦ（Automatic transmission fluid）の熱伝導率は、０．１５Ｗ／ｍ・Ｋであり、鉄の熱伝導率は８３．５Ｗ／ｍ・Ｋであることから、アルミニウムの熱伝導率が優れていることが分かる。

ここで、モータケース４の形状も適宜設定することができるが、本実施形態では、図３及び図４に示すように、モータケース内部のステータの外周面２ａと対向する位置に、例えば環状の膨張部材８を有する。このため、モータケース４は、膨張部材８をこの定位置に配置できる形状とする。すなわち、モータケース４の内部に溝部１０を形成し、その溝部１０に膨張部材８を配置する構成とする。その際、あくまで、ステータの外周面２ａに接触するのは、モータケースの内壁面４ａであるため、膨張部材８は、モータケースの内部に配置し、モータケースの表面、具体的には、内壁面４ａに露出しないように配置する。このように、モータケース４は、溝部１０に膨張部材８が配置された、例えば、Ｌ字型のアルミニウム等の金属で構成されたケースとすることができる。なお、溝部の厚みやその形状は特に限定されず、本実施形態の効果が得られる範囲で適宜設定することができる。

膨張部材としては、膨張してモータケースを押し出すことができる材料であれば、特に限定されず、従来公知のものを適宜使用することができる。膨張部材としては、例えば、加熱により膨張する熱膨張部材を用いることができ、回転電機駆動時のステータ発熱温度よりも高い加熱膨張温度を有する熱膨張部材を用いることが好ましい。また、膨張部材としては、具体的には、発泡樹脂や膨張材等を用いることができる。膨張部材の膨張前の形状も特に限定されず、挿入する溝部の形状に応じて適宜選択することができる。しかし、例えば加熱等により膨張した際に、モータケースの内壁面をステータの外周面に密着できる容量の膨張部材がモータケース内部に配置されるようにする。さらに、膨張部材を膨張させる前のステータ外周面と、モータケース内壁面との間の隙間の幅は、適宜設定することができ、例えば、１ｍｍとすることができる。

このように本製造方法より得られる回転電機は、ステータと、該ステータを保持しかつ内部に膨張部材が配置されたモータケースとを備え、該ステータの外周面と、該モータケースの内壁面とが、該膨張部材の膨張により密着された構造を有するものである。従って、ステータからモータケースに直接熱伝達できるため、優れた冷却効率を有する。なお、ステータの放熱の際に、冷媒による冷却を併用してもよい。

＜回転電機の製造方法＞
本製造方法は、以下の工程を有する。
・モータケース内部のステータの外周面と対向する位置に、膨張部材を配置する工程（配置工程）。
・前記ステータの外周面を、前記モータケースの内壁面に位置決めして組み込む工程（ステータ組み込み工程）
・前記ステータ内部に配置された膨張部材を膨張させて、該ステータの外周面と、前記モータケースの内壁面とを密着させる工程（膨張工程）。

また、上記膨張工程は、以下の工程であることができる。
・前記ステータ内部に配置された熱膨張部材を加熱して膨張させて、該ステータの外周面と、前記モータケースの内壁面とを密着させる工程（加熱工程）。

また、本製造方法は、以下の工程を有することもできる。
・ロータを組み込む工程（ロータ組み込み工程）。
・カバーを取り付ける工程（カバー取り付け工程）。
・前記熱膨張部材を加熱する加熱手段を配置する工程（加熱手段配置工程）。
・前記加熱手段を除去する工程（加熱手段除去工程）。
これらの工程の順序は、本実施形態の効果が得られる範囲で、適宜設定することができる。以下にこれらの工程について詳しく説明する。なお、以下の例では、膨張部材８として、熱膨張部材を用いている。

まず、図４（ａ）に示すように、モータケース４の内部のステータの外周面２ａと対向する位置に形成された溝部１０に、膨張部材８として、例えば、発泡樹脂等の熱膨張部材を配置する（配置工程）。その際、熱膨張部材の溝部への挿入方法は特に限定されず、従来公知の方法を適宜使用できる。次いで、ステータ２の径方向の外周面２ａを、モータケース４の内壁面４ａの所定の位置に位置決めして、両者が隣り合うように組み込む（ステータ組み込み工程）。具体的には、モータケース本体の鉛直方向上側の開口部からステータを挿入し、モータケース本体のステータ保持部分に組み込む。その際、両者の少なくとも一部が当接していてもよい。

次に、熱膨張部材を加熱するためのヒータ等の加熱手段（不図示）を、例えば、ステータ２側に配置する（加熱手段配置工程）。加熱手段の配置場所は、モータケース内部に配置された熱膨張部材を加熱できる位置であれば特に限定されず、適宜選択することができる。例えば、モータケース本体の鉛直方向上側の開口部から加熱手段を挿入してステータ側に配置する。

続いて、上記加熱手段を用いて、例えば、ステータを介して、図４（ｂ）に示すように、熱膨張部材（膨張部材８）を加熱して膨張させ、モータケース４の内壁面４ａをステータ２の外周面に接触させ、密着させる（膨張工程（加熱工程））。その際、加熱温度は使用する熱膨張部材に応じて適宜設定することができ、特に限定されない。なお、当該熱膨張部材の加熱膨張温度は、回転電機駆動時のステータ発熱温度よりも高く設定することが好ましい。
続いて、加熱手段をモータケース本体内部から除去する（加熱手段除去工程）。なお、膨張部材の膨張方法は、上述した方法に限定されず、従来公知の他の方法を適宜使用することができる。

続いて、ロータ等の部品をモータケースに密着したステータに取り付ける（ロータ組み込み工程）。そして、図１（ｂ）に示すカバー５を取り付けて（カバー取り付け工程）、回転電機を得る。

このように、本実施形態では、モータケースを、膨張部材を膨張させることにより、ステータに押し付け、両者を密着させることで、熱伝導率の高い金属で構成されるモータケースにより熱伝導パスを形成する。従って、ステータとモータケースとの間の隙間について特に高精度の加工などを必要とせずに、放熱性を向上させることができる。このように、本実施形態では、回転電機を駆動させた際に、ステータに生じた熱をモータケースに直接放熱でき、コイルの温度上昇を抑制できる。そして、例えば、車両用回転電機の連続運転等の定常状態におけるコイル温度低減を図ることができる。

本実施形態より製造される回転電機は、上述したように、車両に用いることができるが、モータケースにステータが保持される構成の回転電機であれば、車両以外に用いられてもよく、その使用用途は特に限定されない。

以上、述べたように、本実施形態に係る発明は、低コストで、冷却効率が向上した回転電機を製造することができる。なお、本発明は上記実施形態に限られたものではなく、趣旨を逸脱しない範囲で適宜変更することが可能である。

１ コイル
２ ステータ
２ａ ステータの外周面
３ ロータ
４ モータケース
４ａ モータケースの内壁面
５ カバー
６ａ 密着部
６ｂ 隙間
７ 空気層
８ 膨張部材
９ 密着部
１０ 溝部

Claims (1)

1. ステータと、該ステータを保持するモータケースとを含む回転電機の製造方法であって、
   モータケース内部のステータの外周面と対向する位置に、膨張部材を配置する工程と、
   前記ステータの外周面を、前記モータケースの内壁面に位置決めして組み込む工程と、
   前記ステータ内部に配置された膨張部材を膨張させて、該ステータの外周面と、前記モータケースの内壁面とを密着させる工程と、
   を含むことを特徴とする回転電機の製造方法。

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