JP3800982B2

JP3800982B2 - 回転電機

Info

Publication number: JP3800982B2
Application number: JP2001143119A
Authority: JP
Inventors: 裕二後藤; 俊雄菊池
Original assignee: Nissan Motor Co Ltd
Current assignee: Nissan Motor Co Ltd
Priority date: 2001-05-14
Filing date: 2001-05-14
Publication date: 2006-07-26
Anticipated expiration: 2021-05-14
Also published as: JP2002345181A

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は回転電機に関し、とくにステータの固定構造に関する。
【０００２】
【従来の技術】
回転電機、例えば電動機のステータは、従来、特開平９−８４２８２号公報にあるように、ステータコアをケースに焼き嵌めしたり、あるいはステータコアを貫通するボルトによりケースに固定したりしている。
【０００３】
【発明が解決しようとする課題】
しかし、ステータコアをケースに焼き嵌めする場合、ステータにかかるトルク反力を、ステータコアとケースとの摩擦力で支持することになり、ケースがアルミ合金など電磁鋼板よりなるステータコアに比べて線膨張係数が大きい部材では、高温になるほど摩擦力が低下するため、組み付け時に大きな締め付け力を必要とする。
【０００４】
このため、ケースには歪みが発生しやすく、ケースが単純な円筒形状では歪みの影響は小さいが、回転電機を自動車に用いる場合、変速機や減速機と組み合わされることが多く、ケース形状が単純な円筒形にはならず、焼き嵌めにより円周上に一様でない変形が生じる。ステータを固定したケース部材と他のケース部材（例えばケースカバーなど）とを組合せ、両方のケース部材で軸が支持されているような構造の場合、各ケース部材の軸支持部（軸受部など）の位置がずれてしまい、軸が傾き、軸受や歯車の作動が不安定となり、騒音が発生したりする。
【０００５】
これを回避するにはステータコアをケースに焼き嵌めしたのち、ケースを機械加工するなどの方法があるが、工程が複雑となりコストが増加したり、加工時の切削屑などがステータコイルに入ったりして信頼性を損なうこともある。
【０００６】
また、上記したボルトによりステータコアをケースに固定するものでは、ステータコイルを避けた部位にボルトの貫通穴を設ける必要があり、その分だけスータコアが大きくなり、回転電機も全体的に大型化してしまう。
【０００７】
本発明はこのような問題を解決することを目的とする。
【０００８】
【課題を解決するための手段】
第１の発明は、ケース内部にステータが固定され、ステータの内周側でロータが回転自由に支持されている回転電機において、円筒部材の内周にステータコアを圧入により固定し、前記円筒部材を非磁性材でかつ線膨張率が前記ステータコアに近い材料で形成し、前記ステータコアよりも軸方向に長く形成した前記円筒部材の軸方向の両側に一対のスプライン部を設け、これらスプライン部がケース内周のスプライン部とスプライン結合すると共に、前記一対のスプライン部はステータコアよりも軸方向の外側にそれぞれ配置される。
【０００９】
第２の発明は、第１の発明において、前記ケースは互いに結合される少なくとも２つのケース部材から構成され、前記ロータのロータ軸の一端が一方のケース部材、他端が他方のケース部材に支持されている。
【００１０】
第３の発明は、第１または第２の発明において、前記円筒部材の線膨張率はステータコア材料よりも大きく、かつケース材料よりも小さくした。
【００１１】
第４の発明は、第１から第３の発明において、前記スプライン結合は高温時の径方向隙間がほぼゼロとなるように組み付け時の嵌め合いを決定する。
【００１３】
第５の発明は、第１から第４の発明において、前記ケース内周のスプライン部と円筒部材外周のスプライン部との間に冷却通路を形成し、この冷却通路に冷却油を導くようにした。
【００１４】
第６の発明は、第５の発明において、前記ケースの内部にはステータの両端に位置して環状の冷媒室を区画形成し、これら冷媒室に導いた冷却油が前記冷却通路に流れるようにした。
【００１５】
【作用および効果】
本発明においては、ステータコアを線膨張率の近い円筒部材の内周に圧入し、円筒部材をケース内周に対してスプライン結合するので、ステータコアと円筒部材とは組み付け時と高温時の締め代変化が小さく、このため組み付け時の圧入力を大きくしなくても高温時に緩みが生じることがなく、したがって円筒部材の初期的変形量も小さくでき、また円筒部材の肉厚もそれだけ減少させられる。
【００１６】
また、円筒部材とケースとをスプライン結合することにより、ステータのトルク反力を摩擦力ではなく、歯面で支持するので、過大な締め代とすることなく、確実に支持でき、ケースの変形を可及的に小さくすることができる。そして、スプライン部をステータコアの軸方向の外側に配置したので、剛性の高いステータコアを含むことなく、円筒部材とケースとの関係のみで組み付け時の嵌め合いを決定でき、ケースの変形量を抑制できる。
【００１７】
また、第４の発明では、高温時においてもスプライン部に径方向の隙間が生じることがなく、ステータとロータとの間隙変動による出力特性の低下や振動の誘発も避けられる。
【００１９】
第５、第６の発明では、円筒部材とケースとの間を冷却油で冷却することにより、ステータコイルの発熱を効率よく放出でき、冷却性能を高め、出力性能の低下を阻止できる。
【００２０】
【発明の実施の形態】
以下、添付図面にしたがって本発明の実施の形態を説明する。
【００２１】
図１は本発明をモータユニットに適用した例であり、ケース内にはモータ部３と、減速機部７とが配置される。
【００２２】
ケースの一部となるケース部材１にはモータ部３が収装されるが、その側面には減速機部７を収装したケース部材２が取付けられ、また反対側の側面には別のケース部材８としてのカバーが取付けられる。
【００２３】
モータ部３はステータ５とロータ６とから構成され、ステータ５はケース部材１に固定され、ロータ軸６ａはケース部材１の軸受１ａとケース部材８の軸受８ａとの間で回転自由に支持される。
【００２４】
また、減速機部７は入力側ギヤ１１ａと出力側ギヤ１１ｂから構成され、入力側ギヤ１１ａはケース部材１の軸受１ｂとケース部材２の軸受２ａの間で、また、出力側ギヤ１１ｂはケース部材１の軸受１ｃとケース部材２の軸受２ｂとの間で、それぞれ回転自由に支持されている。
【００２５】
そしてモータ部３のロータ軸６ａは減速機部７の入力側ギヤ１１ａと連結し、これによりモータ部３の出力が減速機部７に伝達されるようになっている。
【００２６】
次に図２を参照して、ケース部材１に対するステータ５の固定構造について説明する。
【００２７】
ステータ５は薄板状の電磁鋼板を積層したステータコア５１にコイル５０を巻装して構成される。ステータコア５１は、ステータコア５１と線膨張率のあまり異なることのない非磁性材料で形成された、円筒部材５２の内周に焼き嵌めなどの圧入により固定される。好ましくは、円筒部材の５２は、その線膨張率がステータコア５１の線膨張率よりも大きく、かつケース部材１の線膨張率よりも小さい材料、例えばステンレスで形成される。
【００２８】
円筒部材５２はステータコア５１よりも軸方向に長く形成され、その外周の両側には軸方向に延びる一対のスプライン部５３ａと５３ｂが設けられ、同じくケース部材１の内周面にはこれらスプライン部５３ａ、５３ｂと係合するスプライン部５３が形成され、円筒部材５２はケース部材１に対してスプライン係合により固定される。
【００２９】
ステータコア５１の両端には、その内周面の延長上に延びる環状部材６１ａ、６１ｂを配置し、これら各環状部材６１ａ、６１ｂはケース部材１及び８との内周との間で、ステータ５の前後に、密閉された環状空間である冷媒室５８と５９とを画成する。冷媒室５８には冷却油が供給され、この冷却油はステータコア５１のステータコイル５０を収装するステータスロットを経由して軸方向に流れ、冷媒室５９へと導かれる。
【００３０】
また、円筒部材５２の外周部とケース部材１の内周部との間には、スプライン係合部分に位置して冷却通路５４が形成され、冷媒室５８の冷却油が冷却通路５４を通して円筒部材５２の右側端部に設けた切欠部５４ａから、冷媒室５９へと排出されるようになっている。この場合、冷却油は、スプライン部５３ａの内径側隙間５６から冷却通路５４に流れ、さらに反対側のスプライン部５３ｂの内径側隙間５７を通り、切欠部５４ａへと達する。
【００３１】
なお、スプライン部５３ａと５３ｂの外径側は、スプライン部５３の歯元面と隙間無く圧入され、これにより円筒部材５２の軸方向への移動を阻止している。また、前記切欠部５５は円筒部材５２の端部に形成されるが、冷却通路５４の空気抜きのために上方に設けることが望ましい。
【００３２】
このように構成したので、まずステータコア５１と円筒部材５２とが焼き嵌め部分については、互いの線膨張差が小さいため、ステータコイル５０の発熱によりステータコア５１が高温になっても、組み付け時と高温時での締め代の変化が小さくなり、従来に比較して組み付け時の圧入力を小さくできる。このため円筒部材５２の肉厚を薄くすることが可能で、ユニットの小型化ができる。
【００３３】
次に円筒部材５２とケース部材１とはスプライン係合により固定されるが、ステータ５のトルク反力を支持するためには、スプラインの噛み合い長さ（軸方向長さ）は、歯面の面圧、歯元の曲げ、剪断応力を満足すれば良いので、歯数を多くすることで必要最小限の長さでステータ５のトルク反力を支持できる。
【００３４】
また、スプラインによる係合は、隙間を設けて軸方向に滑動させたり、締まり嵌めにして固定したり、諸条件を選択することにより、嵌め合いを管理できる。ケース部材１をアルミ合金で形成するので、高温になるほど隙間が広がることになるが、このため、高温時に隙間がゼロとなるように組み付け時（室温）の諸元を決定することにより、高温時にも径方向、円周方向に隙間が生じないようにすることができ、ロータ６との径方向ギャップが偏りを生じたり、がたつきによる振動騒音の発生も防止できる。
【００３５】
さらに円筒部材５２の外周に設けたスプライン部５３ａ、５３ｂをステータコア５１の軸方向外側に配置したため、ケース部材１の歪み量を低減可能となる。
【００３６】
円筒部材５２とケース部材１とのスプライン結合部は、剛性の高いステータコア５１から外れた外側にあるため、スプライン結合したときのケース部材１の変形量にステータコア５１の剛性が直接関与しなくなる。なお、仮にステータコア５１にスプラインを設けた場合、円筒部材５２の肉厚にステータコア５１の肉厚が加算された鉄系の部品と、アルミ合金のケース部材１の圧入となり、同じ締め代を確保しようとすると、本発明に比較してケース部材１の変形が増加することが容易に理解できる。
【００３７】
両側のスプライン部５３ａ５３ｂのうち、片側をスプライン無しで圧入することも考えられるが、ステータ５のトルク反力を主としてスプライン側で受けるように設計しないと、スプライン無しの圧入部の締め代が大きくなり、結局はケース部材１の変形量が大きくなってしまう。また、上記したように、スプライン諸元については、所定のトルク反力を支持するのに、モジュールを小さく、歯数を多くすれば、円筒部材５２とケース部材１の肉厚を小さくできるので、ユニット全体の小型化にとって有利である。
【００３８】
さらにステータ５の発熱するステータコイル５０については、ステータコア５１の前後に設けた冷媒室５８と５９の間において、冷却油が円筒部材５２外周とケース部材１内周との間の冷却通路５４を流れ、またステータスロット内を軸方向に流れ、これらにより効果的に放熱冷却することができる。
【００３９】
この場合、円筒部材５２の外周とケース部材１の内周との間に冷却油を流すことにより、ステータコイル５０の熱を円筒部材５２から冷却油を経由してケース部材１へと放熱でき、単に空気層とするよりも放熱性が著しく向上する。
【００４０】
上記した実施形態では、本発明をモータユニットに適用したが、発電機ないし発電機ユニットに適用することももちろん可能である。
【００４１】
本発明は上記した実施の形態に限定されるものではなく、特許請求の範囲に記載された発明の技術的思想の範囲内において、さまざまな変更が可能であることは言うまでもない。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の実施の形態を示す断面図である。
【図２】その一部を示す拡大断面図である。
【符号の説明】
１ケース部材
２ケース部材
３モータ部
５ステータ
６ロータ
７減速機部
８ケース部材
５０ステータコイル
５１ステータコア
５２円筒部材
５３スプライン部
５３ａ、５３ｂスプライン部
５４冷却通路
５５切欠部
５８冷媒室
５９冷媒室

Claims

ケース内部にステータが固定され、
ステータの内周側でロータが回転自由に支持されている回転電機において、
円筒部材の内周にステータコアを圧入により固定し、
前記円筒部材を非磁性材でかつ線膨張率が前記ステータコアに近い材料で形成し、
前記ステータコアよりも軸方向に長く形成した前記円筒部材の軸方向の両側に一対のスプライン部を設け、
これらスプライン部がケース内周のスプライン部とスプライン結合すると共に、前記一対のスプライン部はステータコアよりも軸方向の外側にそれぞれ配置されることを特徴とする回転電機。
前記ケースは互いに結合される少なくとも２つのケース部材から構成され、前記ロータのロータ軸の一端が一方のケース部材、他端が他方のケース部材に支持されている請求項１に記載の回転電機。
前記円筒部材の線膨張率はステータコア材料よりも大きく、かつケース材料よりも小さい請求項１または２に記載の回転電機。
前記スプライン結合は高温時の径方向隙間がほぼゼロとなるように組み付け時の嵌め合いを決定する請求項１〜３のいずれか一つに記載の回転電機。
前記ケース内周のスプライン部と円筒部材外周のスプライン部との間に冷却通路を形成し、この冷却通路に冷却油を導くようにした請求項１〜４のいずれか一つに記載の回転電機。
前記ケースの内部にはステータの両端に位置して環状の冷媒室を区画形成し、これら冷媒室に導いた冷却油が前記冷却通路に流れるようにした請求項５に記載の回転電機。