JP5532673B2

JP5532673B2 - 回転電機及び回転電機の製造方法

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Publication number: JP5532673B2
Application number: JP2009115574A
Authority: JP
Inventors: 将小西
Original assignee: Nissan Motor Co Ltd
Current assignee: Nissan Motor Co Ltd
Priority date: 2009-05-12
Filing date: 2009-05-12
Publication date: 2014-06-25
Anticipated expiration: 2029-05-12
Also published as: JP2010268537A

Description

本発明は、ハウジング内に冷却媒体通路を備えた回転電機及び回転電機の製造方法に関する。

モータの高温化を抑えるために、ハウジング内に冷却媒体通路を設けた技術が知られている（例えば下記特許文献１参照）。

特開２００６−９０２７４号公報

ところで、上記したハウジング内の冷却媒体通路は、ハウジングを例えばアルミ合金などで鋳造成形する際には、鋳物砂からなる中子を利用して形成する。ところが、この場合、鋳造後の冷却媒体通路内に砂が一部残存する恐れがあることから、この残存する砂の影響を受けて冷却媒体の流速が低下して冷却性能の低下を招く。

そこで、本発明は、冷却性能を向上させることを目的としている。

本発明は、ステータ及びロータの外周側を覆うようにして設けたハウジング内部に冷却媒体通路を備える中空部材を設け、この中空部材を前記ハウジング内周側であって、前記ステータの外周側に配置し、前記中空部材の内周面が前記ハウジングの内周面の少なくとも一部を形成するとともに、前記中空部材の弾性係数を前記ハウジングの弾性係数より大きくしたことを特徴とする。

本発明によれば、冷却媒体通路を備える中空部材をハウジング内に設けているので、鋳物砂からなる中子を利用して冷却媒体通路を形成する場合のような、冷却媒体通路内での砂の残存を回避でき、冷却媒体通路内での冷却媒体の流速を所望に維持して、冷却性能を向上させることができる。

本発明の第１の実施形態に係わるモータのロータ中心軸線を境として半分を示す断面図である。（ａ）は図１のモータに使用する中空部材を半分に切断した斜視図、（ｂ）は中空部材内の冷却水通路の寸法を示す説明図である。本発明の第２の実施形態に係わるモータのロータ中心軸線を境として半分を示す断面図である。第２の実施形態の変形例を示す断面図である。第２の実施形態の他の変形例を示す断面図である。本発明の第３の実施形態に係わるモータのロータ中心軸線を境として半分を示す断面図である。

以下、本発明の実施の形態を図面に基づき説明する。

［第１の実施形態］
図１に示す回転電機としてのモータは、回転軸１の外周側の一部に形成したボス部３の外周側に永久磁石５を取り付けてロータ７としてあり、このロータ７の外周側に、鉄心に巻かれたコイルを備えるステータ９を配置している。これらロータ７及びステータ９の外周側を覆うようにして収容するハウジング１１の内周面１１ａに、ステータ９の外周面９ａを、圧入や焼き嵌めなどにより固定している。

ハウジング１１は、ほぼカップ形状のハウジング本体１３と、ハウジング本体１３の図１中で左側の開口部を塞ぐカバー板１５とを備えている。ハウジング本体１３は、ほぼ円筒形状の外壁部１７と、この外壁部１７に一体成形されて外壁部１７の図１中で右側の開口を閉塞する端壁部１９とを備えている。

また、カバー板１５及び端壁部１９の中心には、回転軸１を挿入配置する回転軸挿入孔１５ａ及び１９ａをそれぞれ設け、これら回転軸挿入孔１５ａ及び１９ａと、回転軸１（ロータ７）との間には、軸受２１，２３をそれぞれ設けて回転軸１（ロータ７）をステータ９（ハウジング１１）に対して回転可能としている。

そして、ステータ９の外周側に位置するハウジング１１の外壁部１７内には、内部に冷却媒体通路である冷却水通路２５を備える環状の中空部材２７を設けている。

ここで、上記したハウジング１１は、アルミ合金などで鋳造成形する鋳造品であり、そのハウジング本体１３を鋳造成形する際には、上記した中空部材２７を一体成形する。すなわち、ハウジング１１を構成する外壁部１７内のステータ９の外周側に、内部に冷却水通路２５を備える中空部材２７をインサート材として配置した状態でハウジング（ハウジング本体１３）を鋳造成形する。

中空部材２７は、半分に切断した状態の斜視図である図２（ａ）に示すように、環状に形成してあり、ステータ９の外周側を囲むようにして配置する。また、図２（ｂ）に示すように、冷却水通路２５は、幅方向（回転軸１の軸方向）長さＬを、厚さ方向（回転軸１の径方向）の長さＨより長くしているが、幅方向長さＬが、厚さ方向の長さＨ以上であればよい。すなわち、冷却水通路２５は、ロータ７の軸方向に対応する長さＬが同半径方向に対応する長さＨ以上である。

上記した冷却水通路２５は、特に図示していないが、冷却水を供給するための冷却水供給口及び、冷却水を排出するための冷却水排出口をそれぞれ備えている。これら冷却水供給口及び冷却水排出口は、例えばハウジング本体１３の外壁部１７及び中空部材２７に貫通孔をそれぞれ設けることにより形成する。

すなわち、中空部材２７の外周側の壁部に貫通孔を設けた状態で、この貫通孔に整合する中子として鋳抜きピンを配置した状態で、ハウジング本体１３を鋳造成形することで、上記した冷却水供給口及び冷却水排出口を、冷却水通路２５とハウジング本体１３の外部とを連通するものとして形成することができる。

図１に示す第１の実施形態のモータによれば、冷却水通路２５を、ハウジング本体１３内にインサート成形する中空部材２７の内部空間によって形成している。このため、鋳物砂からなる中子を利用して冷却水通路を形成する場合のような、冷却水通路内での砂の残存を回避でき、冷却水通路内での冷却水の流速を所望に維持して、冷却性能を向上させることができる。また、残存する砂を除去するための煩雑な作業も不要となるので、製造コストの上昇を抑えることができる。

また、図２（ｂ）に示す冷却水通路２５の幅方向長さＬを厚さ方向の長さＨ以上とすることで、幅方向長さＬを厚さ方向の長さＨより短くした場合に比較して、冷却水通路２５内の容積を同等とした場合に、ハウジング本体１３の外壁部１７の肉厚をより薄くしてハウジング１１の外径を小さく抑えることができる。これにより、モータをよりコンパクト化でき、例えばモータを自動車に搭載する際のレイアウト性向上に寄与することができる。

［第２の実施形態］
図３に示す第２の実施形態は、内部に冷却水通路２５Ａを備える中空部材２７Ａの軸方向長さを、ステータ９の軸方向長さとほぼ同等とした上で、中空部材２７Ａの内周面２７Ａａが、ハウジング１１の内周面１１ａとなるようにしている。この際、中空部材２７Ａの内周面２７Ａａをステータ９の外周面９ａに接触させた状態で、ステータ９をハウジング１１（中空部材２７Ａ）に固定している。

なお、ここでのステータ９のハウジング１１（中空部材２７Ａ）への固定方法としては、キーとキー溝で固定、ステータ９の軸方向端部にフランジを設けてのボルト締結、接着剤による固定などがある。

また、第２の実施形態の中空部材２７Ａは、その弾性係数をハウジング１１の弾性係数より大きくした材料で構成している。さらに、この中空部材２７Ａは、その熱膨張係数（線膨張係数）をステータ９の熱膨張係数（線膨張係数）と同等としている。なお、ここでのステータ９は、中空部材２７Ａの内周面２７Ａａに固定されてハウジング１１と一体となる部材を構成している。

その他の構成は、前記図１に示した第１の実施形態と同様であり、第１の実施形態と同一構成要素には同一符号を付してある。

上記した第２の実施形態では、中空部材２７Ａの内周面２７Ａａがハウジング１１の内周面１１ａを形成するようにして該内周面２７Ａａにステータ９の外周面９ａを接触させ、かつ、中空部材２７Ａの弾性係数をハウジング１１の弾性係数より大きくした材料で構成している。

これにより、ハウジング１１の内周面１１ａ（中空部材２７Ａの内周面２７Ａａ）とステータ９の外周面９ａとを常時接触させることで冷却性能や信頼性向上を図りつつ、弾性係数の大きい中空部材２７Ａの内周側の壁部の厚さＴ（図２（ｂ）参照）をより薄肉として、該壁部を含む外壁部１７全体の厚さを薄くできる。この結果、ハウジング外径を小さく抑えることができ、モータのコンパクト化を達成して、例えば該モータを自動車に搭載する際のレイアウト性向上に寄与することができる。

この際、前記図２（ｂ）に示したように、冷却水通路２５の幅方向長さＬを、厚さ方向の長さＨ以上とすることで、外壁部１７全体の厚さをより一層薄くすることができる。

さらに、第２の実施形態では、中空部材２７Ａの熱膨張係数（線膨張係数）をステータ９の熱膨張係数（線膨張係数）と同等としている。このため、ステータ９の外周面９ａを中空部材２７Ａの内周面２７Ａａに接触させた状態で取り付けても、これら両者は温度変化があっても常時接触した状態を確保できる。これにより、ステータ９をハウジング１１に対して圧入する必要がなく、したがって中空部材２７Ａ側のハウジング１１の変形を抑えることができる。

すなわち、本実施形態では、組立時に強締め代を設定する必要がないので、ステータ９をハウジング１１に圧入したり、あるいは、焼嵌めを行うという、組立作業の煩雑さを解消できるとともに、ハウジング１１の変形に起因するシール面やロケート孔など、ハウジング１１の各種寸法精度の悪化も抑制することができる。

図４，図５は、前記図３に示した第２の実施形態の変形例を示している。図４の例は、中空部材２７Ｂを、その軸方向長さをステータ９の同方向長さより短く形成して、ステータ９の軸方向のほぼ中央に配置している。これにより、中空部材２７Ｂの軸方向両側に、中空部材２７Ｂの内周面２７Ｂａとほぼ同一面となる外壁部１７の内周面１７ａを備えることになり、これら中空部材２７Ｂの内周面２７Ｂａと外壁部１７の内周面１７ａとで、ハウジング１１の内周面１１ａを形成している。その他の構成は、図３に示した第２の実施形態と同様である。

この図４の例では、中空部材２７Ｂをステータ９に対して軸方向の例えば温度の高くなると予想される位置に対応して配置することで、より効率よく冷却することができる。

一方、図５の例は、内部に冷却水通路２５Ｃを備える中空部材２７Ｃの内周面２７Ｃａが、図３の中空部材２７Ｂと同様にハウジング１１の内周面１１ａを形成しているが、その軸方向長さを図４の中空部材２７Ｂよりも短くした中空部材２７Ｃを２つ設けている。

すなわち、上記２つの中空部材２７Ｃを、ステータ９の軸方向両側に対応して位置させ、これら各中空部材２７Ｃ相互間に、中空部材２７Ｃの内周面２７Ｃａと同一面を形成する外壁部１７の内周面１７ｂを備え、これら中空部材２７Ｃの内周面２７Ｃａと外壁部１７の内周面１７ｂとで、ハウジング１１の内周面１１ａを形成している。その他の構成は、図３に示した第２の実施形態と同様である。

この図５の例では、２つの中空部材２７Ｃ相互間で、図示しない冷却水供給口を直径方向の相対向する位置に設定するとともに、冷却水排出口を直径方向の相対向する位置に設定することで、冷却水の流れが２つの中空部材２７Ｃ相互間で互いに逆方向となり、モータ全体をより均一に冷却することができる。

［第３の実施形態］
前述した各実施形態では、ロータ７の永久磁石５をステータ９の内周側に配置したインナロータ型のモータを例にとって説明したが、図６に示す第３の実施形態は、ロータ２９の永久磁石３１をステータ３３の外周側に配置したアウタロータ型のモータに本発明を適用している。

ステータ３３は、軸方向一方の端部を、環状に形成してあるインナハウジング３５の側面に固定している。このインナハウジング３５に対し、その内周部に設けてある軸受３７を介してロータ２９の回転軸３９が回転可能に支持されている。なお、この回転軸３９は、上記した軸受３７のほかに図示しない位置にて別の軸受によってもインナハウジング３５側（インナハウジング３５が取り付けられる例えば車体側）に回転支持されているものとする。

ロータ２９は、中心に位置する回転軸３９の前記インナハウジング３５と反対側の軸方向の端部に、ハウジングとしてのアウタハウジング４１を一体化して設けてある。アウタハウジング４１は、回転軸３９の端部に内周側の端部を取り付けてある端壁部４３と、端壁部４３の外周側に連続して永久磁石３１の外周側を覆うようにして設けてある外壁部４５とを備えている。

そして、この外壁部４５の内周側の内部に、内部に冷却媒体通路である冷却水通路２５Ｄを備える環状の中空部材２７Ｄを、インサート材としてアルミ合金などの鋳造品であるアウタハウジング４１と一体成形している。この中空部材２７Ｄの内周面２７Ｄａには、前記した永久磁石３１を取り付けている。

この永久磁石３１の中空部材２７Ｄへの取り付け構造は、前記図３に示したステータ９の中空部材２７Ａへの取り付け構造と同様としている。すなわち、中空部材２７Ｄは、その弾性係数をアウタハウジング４１の弾性係数より大きくした材料で構成している。さらに、この中空部材２７Ｄは、その熱膨張係数（線膨張係数）を永久磁石３１の熱膨張係数（線膨張係数）と同等としている。なお、ここでの永久磁石３１は、中空部材２７Ｄの内周面２７Ｄａに固定されてアウタハウジング４１と一体となる部材を構成している。

本実施形態においても、前記した各実施形態と同様に、冷却水通路２５Ｄを、アウタハウジング４１内にインサート成形する中空部材２７Ｄの内部空間によって形成しているため、鋳物砂からなる中子を利用して冷却水通路を形成する場合のような、冷却水通路内での砂の残存を回避でき、冷却水通路内での冷却水の流速を所望に維持して、冷却性能を向上させることができる。また、残存する砂を除去するための煩雑な作業も不要となるので、製造コストの上昇を抑えることができる。

また、上記した第３の実施形態では、中空部材２７Ｄの内周面２７Ｄａがインナハウジング４１の内周面４１ａを形成するようにして該内周面２７Ｄａに永久磁石３１の外周面３１ａを接触させ、かつ、中空部材２７Ｄの弾性係数をインナハウジング４１の弾性係数より大きくした材料で構成している。

これにより、インナハウジング４１の内周面４１ａ（中空部材２７Ｄの内周面２７Ｄａ）と永久磁石３１の外周面３１ａとを常時接触させることで冷却性能や信頼性向上を図りつつ、弾性係数の大きい中空部材２７Ｄの内周側の壁部の厚さＴ（図２（ｂ）参照）をより薄肉として、該壁部を含む外壁部４５全体の厚さを薄くできる。この結果、ハウジング外径を小さく抑えることができ、モータのコンパクト化を達成して、例えば該モータを自動車に搭載する際のレイアウト性向上に寄与することができる。

さらに、第３の実施形態では、中空部材２７Ｄの熱膨張係数（線膨張係数）を永久磁石３１の熱膨張係数（線膨張係数）と同等としている。このため、永久磁石３１の外周面３１ａを中空部材２７Ｄの内周面２７Ｄａに接触させた状態で取り付けても、これら両者は温度変化があっても常時接触した状態を確保でき、インナハウジング４１や永久磁石３１の変形を抑えることができる。

なお、上記した各実施形態では、回転電機として電動機であるモータを例にとって説明したが、発電機としてもこの発明を適用することができる。

７，２９ロータ
９，３３ステータ
１１ハウジング
１１ａ，４１ａハウジングの内周面
２５，２５Ａ，２５Ｂ，２５Ｃ，２５Ｄ冷却水通路（冷却媒体通路）
２７，２７Ａ，２７Ｂ，２７Ｃ，２７Ｄ中空部材
２７Ａａ，２７Ｂａ，２７Ｃａ，２７Ｄａ中空部材の内周面
４１アウタハウジング（ハウジング）

Claims

ステータと、このステータに対して回転するロータと、これらステータ及びロータの外周側を覆うようにして設けたハウジングとを備え、このハウジング内部に冷却媒体通路を備える中空部材を設け、前記中空部材を前記ハウジング内周側であって、前記ステータの外周側に配置し、
前記中空部材の内周面が前記ハウジングの内周面の少なくとも一部を形成するとともに、前記中空部材の弾性係数を前記ハウジングの弾性係数より大きくしたことを特徴とする回転電機。
前記中空部材内の冷却媒体通路は、前記ロータの軸方向に対応する長さが径方向に対応する長さ以上であることを特徴とする請求項１に記載の回転電機。
前記中空部材の内周面に固定されて前記ハウジングと一体となる部材の熱膨張係数と、前記中空部材の熱膨張係数とを同等としたことを特徴とする請求項１に記載の回転電機。
ステータと、このステータに対して回転するロータと、これらステータ及びロータの外周側を覆うようにして設けたハウジングとを備える回転電機の製造方法であって、前記ハウジング内に、内部に冷却媒体通路を備え、かつ、弾性係数がハウジングより大きい中空部材をインサート材として配置した状態で、前記ハウジングを鋳造成形し、
前記中空部材を、その内周面が前記ハウジングの内周面の少なくとも一部となるようハウジングにインサート成形することを特徴とする回転電機の製造方法。
中空部材を、その内周面が前記ハウジングの内周面の少なくとも一部となるようハウジングにインサート成形した後、前記中空部材の内周面に固定されて前記ハウジングと一体となる部材の熱膨張係数と、前記中空部材の熱膨張係数とを同等とした状態で、前記ハウジングと一体となる部材を、その外周面が前記中空部材の内周面に接触した状態で取り付けることを特徴とする請求項４に記載の回転電機の製造方法。