JP5718391B2

JP5718391B2 - 回転電機

Info

Publication number: JP5718391B2
Application number: JP2013033373A
Authority: JP
Inventors: 学義則; 聡一佐藤; 善彦大西; 勝成高木; 啓介下村
Original assignee: Mitsubishi Electric Corp
Current assignee: Mitsubishi Electric Corp
Priority date: 2013-02-22
Filing date: 2013-02-22
Publication date: 2015-05-13
Anticipated expiration: 2033-02-22
Also published as: JP2014165986A; US9444293B2; CN104009561B; US20140239754A1; CN104009561A

Description

この発明は、ステータコアを保持するステータコア保持フレームがハウジングに片持ち支持されている回転電機に関するものである。

従来のハイブリッド車両駆動装置では、ステータ片をリング状に配列してなるステータが、ステータ保持リングの内側に圧入されて固定されている。ステータ保持リングの軸方向の一端部には、フランジ部が形成されている。フランジ部は、ボルトによりハウジングに固定されている（例えば、特許文献１参照）。

また、従来の回転電機の固定子では、ステータコアの外周に外筒が嵌合されて固定されている。外筒の軸方向の一端部には、径方向外側へ突出した複数のフランジ部が周方向に互いに間隔をおいて形成されている。各フランジ部には、外筒をハウジングに固定するための貫通孔が設けられている（例えば、特許文献２参照）。

特開２００１−２５１８７号公報特開２０１０−２５９３１５号公報

上記のような従来の回転電機では、ステータコア保持フレーム（ステータ保持リング又は外筒）がハウジングに片持ち支持される構造であるため、ステータコア保持フレームのハウジングへの固定が容易である。しかし、ステータコア保持フレームは、鋼板を絞り加工することで製作された１ピース構造であり、ハウジングに固定するためのフランジ部も軸方向の一端部に一体に形成されているため、絞り加工の制約から、フランジ部の肉厚寸法を大きく取ることができず、強度面の設計自由度が低いという問題があった。

この発明は、上記のような課題を解決するためになされたものであり、ステータコア保持フレームをハウジングに片持ち支持しつつ、強度面の設計自由度を高くすることができる回転電機を得ることを目的とする。

この発明に係る回転電機は、ハウジング、ハウジングに片持ち支持されている円筒状のステータコア保持フレーム、円環状に配置された複数個の分割コアを有しており、ステータコア保持フレーム内に嵌合されて保持されている円筒状のステータコア、及びステータコア内に回転可能に設けられているロータを備え、ステータコア保持フレームは、ハウジングに固定されているフランジ部と、フランジ部に結合されており、ステータコアを保持しているフレーム円筒部とを有しており、フランジ部の肉厚は、フレーム円筒部の肉厚よりも厚くなっている。

この発明の回転電機は、ハウジングに固定されたフランジ部と、ステータコアを保持するフレーム円筒部とを結合して、ステータコア保持フレームを構成し、フランジ部の肉厚をフレーム円筒部の肉厚よりも厚くしたので、ステータコア保持フレームをハウジングに片持ち支持しつつ、フランジ部の強度を高め、強度面の設計自由度を高くすることができる。

この発明の実施の形態１による回転電機の軸線に沿う断面図である。図１のステータコアの軸線に直角な断面図である。この発明の実施の形態２による回転電機の軸線に沿う断面図である。この発明の実施の形態３による回転電機の軸線に沿う断面図である。この発明の実施の形態４による回転電機の軸線に沿う断面図である。

以下、この発明を実施するための形態について、図面を参照して説明する。
実施の形態１．
図１はこの発明の実施の形態１による回転電機の軸線に沿う断面図である。図１において、ハウジング１は、第１のハウジング部材２と、第２のハウジング部材３とを有している。第１のハウジング部材２は、第１のハウジング円筒部２ａと、第１のハウジング円板部２ｂとを有している。第１のハウジング円板部２ｂは、第１のハウジング円筒部２ａの第２のハウジング部材３とは反対側の軸方向端部に設けられている。

第１のハウジング円板部２ｂの中央には、第１の軸受孔２ｃが設けられている。第１の軸受孔２ｃには、第１の軸受４が装着されている。

第２のハウジング部材３は、第２のハウジング円筒部３ａと、第２のハウジング円板部３ｂとを有している。第２のハウジング円板部３ｂは、第２のハウジング円筒部３ａの第１のハウジング部材２とは反対側の軸方向端部に設けられている。

第２のハウジング円板部３ｂの中央には、第２の軸受孔３ｃが設けられている。第２の軸受孔３ｃには、第２の軸受５が装着されている。

第１のハウジング円筒部２ａの開口側（第１のハウジング円板部２ｂとは反対側）の端面は、第２のハウジング円筒部３ａの開口側（第２のハウジング円板部３ｂとは反対側）の端面に突き合わされて固定されている。

ハウジング１には、第１及び第２の軸受４，５を介してシャフト６が回転可能に保持されている。シャフト６の中間部には、ロータ７が固定されている。ロータ７は、シャフト６と一体にハウジング１に対して回転可能である。また、ロータ７は、電磁鋼板を積層して構成されているロータコアと、ロータコアに埋設されている複数個の磁石とを有している。

第２のハウジング部材３には、ステータ８が固定されている。ロータ７及びステータ８は、ハウジング１内に収容されている。ステータ８は、円筒状のステータコア保持フレーム９と、ステータコア保持フレーム９に保持されている円筒状のステータコア１０と、ステータコア１０に巻かれた複数のコイル１１とを有している。

ステータコア１０は、ロータ７を囲繞している。即ち、ステータコア１０の内周面は、ロータ７の外周面に隙間を介して対向している。

ステータコア１０は、図２に示すように、複数個（この例では１２個）の分割コア１２を円環状に配置し互いに連結して構成されている。各分割コア１２は、複数枚の電磁鋼板をステータコア１０の軸方向に積層して構成されている。

また、ステータコア１０の外周面は、ステータコア保持フレーム９内に所定の締め代で嵌合されている。締め代の範囲は、発生トルク１００Ｎ・ｍ程度の回転電機では、ステータコア保持フレーム９及びステータコア１０の加工公差の影響もあり、０．０２〜０．２２ｍｍとなる。

ステータコア保持フレーム９は、第２のハウジング部材３に固定されているフランジ部１３と、フランジ部１３に結合されており、ステータコア１０を保持しているフレーム円筒部１４とを有している。フランジ部１３の肉厚は、フレーム円筒部１４の肉厚よりも厚くなっている。

フランジ部１３は、複数本のボルト１５により、第２のハウジング部材３の第１のハウジング部材２側の端面に固定されている。これにより、ステータコア保持フレーム９は、その軸方向の一端部でハウジング１に片持ち支持されている。

ボルト１５は、フランジ部１３の周方向に互いに間隔をおいて配置されている。フランジ部１３には、ボルト１５を通す複数の孔１３ａが設けられている。第２のハウジング部材３には、ボルト１５が螺着される複数のねじ穴３ｄが設けられている。ボルト１５は、その軸線がステータコア保持フレーム９の軸方向に平行となるように配置されている。

フレーム円筒部１４は、ステータコア１０を保持するフレーム円筒部本体１４ａと、軸方向のフランジ部１３側端部に設けられ、フランジ部１３が嵌合されている嵌合部１４ｂとを有している。

嵌合部１４ｂの内径Ｅは、フレーム円筒部本体１４ａの内径Ｆよりも大きい。また、フレーム円筒部１４の肉厚は、全体で均一又はほぼ均一である。これにより、フレーム円筒部本体１４ａと嵌合部１４ｂとの間には、段差部１４ｃが形成されている。

フランジ部１３のフレーム円筒部１４側端部は、嵌合部１４ｂ内に嵌合されている。また、フランジ部１３とフレーム円筒部１４とは、溶接によって一体化されている。なお、フランジ部１３とフレーム円筒部１４とは、フランジ部１３の端部を嵌合部１４ｂに圧入することによって一体化してもよい。また、溶接と圧入とを併用して、フランジ部１３とフレーム円筒部１４とを一体化してもよい。

また、フランジ部１３は、インローにより、第２のハウジング部材３に対して径方向に位置決めされている。これにより、ステータ８が、ハウジング１に対して径方向に位置決めされている。

フレーム円筒部１４は、その全体が第２のハウジング部材３内に収容されている。フランジ部１３と第２のハウジング部材３との間には、第１のシール部１６が設けられている。第１のシール部１６は、フランジ部１３と第２のハウジング部材３との軸方向に直交する接合面間に設けられている。また、第１のシール部１６は、第２のハウジング部材３の端面の全周に渡って連続して設けられている。

フレーム円筒部本体１４ａの外周面と第２のハウジング部材３の内周面との間には、第２のシール部１７が設けられている。第２のシール部１７は、第２のハウジング部材３の内周面の全周に渡って連続して設けられている。第１及び第２のシール部１６，１７としては、例えばＯリング等のシール部材が用いられている。

第１のシール部１６と第２のシール部１７との間で、フレーム円筒部１４の外周面と第２のハウジング部材３の内周面との間には、冷媒を流すための冷媒流路である冷却液回路部１８が形成されている。

フランジ部１３とフレーム円筒部１４とは、フランジ部１３のフレーム円筒部１４とは反対側の端面から、ステータコア１０のフランジ部１３側の軸方向端面までの軸方向範囲Ａ内で結合されている。

第１のシール部１６は、ステータコア１０のフランジ部１３側の軸方向端面から、フランジ部１３と第２のハウジング部材３との軸方向に直交する接合面までの軸方向範囲Ｂ内で、フランジ部１３とフレーム円筒部１４との結合部Ｄを避けた位置に配置されている。

第２のシール部１７は、ステータコア１０のフランジ部１３側の軸方向端面から、フレーム円筒部１４のフランジ部１３とは反対側の軸方向端部までの軸方向範囲Ｃ内に配置されている。

なお、ステータコア保持フレーム９は、分割コア１２を円環状に保持するため、ステータコア１０の外周面に所定の締め代で嵌合固定されなければならない。また、ステータコア保持フレーム９によるステータコア１０の固定力は、回転電機の発生トルク及び振動等による入力荷重に十分に耐えられる大きさとする必要がある。

一方、ステータコア１０には、ステータコア保持フレーム９が嵌合固定されることによる圧縮応力が発生する。そして、この圧縮応力が増加すると、ステータコア１０の鉄損も増加し、回転電機の効率が低下する。

このため、ステータコア保持フレーム９のステータコア１０への固定力は、必要最小限とするのが望ましい。締め代が下限値のときにステータコア１０を保持できるように設定すると、締め代が上限値のときにはステータコア１０の圧縮応力が増加する。

上記のように構成された実施の形態１の回転電機では、ステータコア保持フレーム９が、第２のハウジング部材３に固定されたフランジ部１３と、ステータコア１０を保持するフレーム円筒部１４とを結合して構成（２ピース構造）されているので、フランジ部１３とフレーム円筒部１４を別々に製作し、フランジ部１３の肉厚をフレーム円筒部１４の肉厚よりも厚くすることができる。これにより、ステータコア保持フレーム９をハウジング１に片持ち支持し、ステータコア保持フレーム９のハウジング１への固定を容易にしつつ、フランジ部１３の強度を高め、強度面の設計自由度を高くすることができる。

また、フレーム円筒部１４の肉厚が厚くなると、ステータコア１０の圧縮応力も大きくなるため、フレーム円筒部１４は薄肉であることが求められる。これに対して、実施の形態１では、ステータコア保持フレーム９を２ピース構造としたので、フランジ部１３の肉厚を厚くしつつ、フレーム円筒部１４の肉厚を薄くすることができる。このため、ステータコア保持フレーム９の支持強度を向上させつつ、回転電機の効率低下を防止することができる。

従って、従来の産業機と異なり、振動対策が必要なＥＶ（電気自動車）やＨＥＶ（ハイブリッド電気自動車）など、特に走行中にエンジン振動等が加わるような車両への搭載に適した回転電機を得ることができる。

さらに、鋼板から絞り加工で製作された１ピース構造のステータコア保持フレームでは、回転電機の軸長が長いと、軸方向端部に設けるフランジ部にしわが発生しやすく、フランジ部の平面度及び円筒部との直角度の精度が低下するという問題があった。これに対して、２ピース構造のステータコア保持フレーム９では、切削などの加工精度の高い方法でフランジ部１３を加工することができるため、問題を解消することができる。

さらにまた、ステータコア保持フレーム９と第２のハウジング１との間に冷却液回路部１８が形成されるため、ハウジング１の肉厚内に冷却液回路を内蔵する必要がない。このため、ハウジング１の肉厚を薄くすることができ、回転電機の外径を縮小することができる。

また、フランジ部１３とフレーム円筒部１４とが、範囲Ａ内にて溶接や圧入によって一体化されているため、フランジ部１３とフレーム円筒部１４とが一体化されることで発生する歪みがステータコア１０に影響を与えないようにすることができる。よって、ステータコア１０の鉄損増加や円筒度の悪化による回転電機の効率低下を防ぐことができる。また、ボルト締結と比較し、継ぎ手の構造を簡素化することができ、回転電機の外径を縮小することができる。

さらに、ステータコア１０は分割コア１２を円環状に配置して構成されるため、同心度の精度が低く、真円度が悪化する問題があった。しかし、実施の形態１のステータコア保持フレーム９は、ステータコア１０を保持するフレーム円筒部１４を回避し、フランジ部１３でハウジング１との径方向の位置決めを行うため、ステータコア１０を保持することによるフレーム円筒部１４の変形によらず、同心度の精度を高くすることができる。このため、電動車両のＮＶＨ（ノイズ・バイブレーション・ハーシュネス）の性能を向上させることができる。

さらにまた、電動車両に搭載される回転電機では、搭載される車両ごとにハウジング１の形状が異なるため、ステータ８をハウジング１に圧入や焼き嵌めにより固定する場合、生産工程の長時間化や設備の大型化という問題が生じる。これに対して、実施の形態１では、ステータコア保持フレーム９がボルト１５によりハウジング１に固定されるため、生産工程の短縮及び設備の簡易化を図ることができる。また、リベット締結又はスポット締結等に比べて、ステータ８のハウジング１への固定作業を容易にでき、かつ取り外しも容易にすることができる。

また、範囲Ｂに設置される第１のシール部１６は、円筒度が悪化する部位Ｄを避けた位置に設置されるため、シール面を確保することができる。また、第１のシール部１６は、ステータコア保持フレーム９がボルト１５によりハウジング１に固定される部位に近い位置に配置されているため、振動に対して強く、冷却液が漏れにくいシール構造とすることができる。

さらに、フランジ部１３とフレーム円筒部１４とを溶接により一体化した場合、フランジ部１３とフレーム円筒部１４との間のシール性を高くすることができる。

さらにまた、フランジ部１３とフレーム円筒部１４とを圧入により一体化した場合、接合部が歪みにくい構造にすることができる。

また、フレーム円筒部１４には、少なくとも１ヶ所の段差部１４ｃが設けられているため、段差部１４ｃと第２のシール部１７との間に冷却液回路部１８を形成することができる。また、嵌合部１４ｂの内径Ｅは、フレーム円筒部本体１４ａの内径Ｆよりも大きいため、嵌合部１４ｂの内周面にフランジ部１３を挿入することができる。このため、フランジ部１３とフレーム円筒部１４とが一体化される部位Ｄの継ぎ目を外周側に設けることができ、溶接作業性を向上させることができる。

実施の形態２．
次に、図３はこの発明の実施の形態２による回転電機の軸線に沿う断面図である。この例では、フランジ部１３は、複数の位置決めピン１９を用いて、ハウジング１に対して径方向に位置決めされている。位置決めピン１９は、フランジ部１３の周方向に互いに間隔をおいて配置されている。第２のハウジング部材３とフランジ部１３との軸方向に直交する接合面には、位置決めピン１９が嵌合される複数の凹部がそれぞれ設けられている。

また、第１のシール部１６は、第２のハウジング部材３の内周面とフランジ部１３の外周面との間に設けられている。他の構成及び動作は、実施の形態１と同様である。

このようなステータコア保持フレーム９の構成及び固定構造によっても、実施の形態１と同様の効果を得ることができる。

実施の形態３．
次に、図４はこの発明の実施の形態３による回転電機の軸線に沿う断面図である。実施の形態２では、第１のシール部１６がフランジ部１３側に設けられているが、実施の形態３では、第２のハウジング部材３側に第１のシール部１６が設けられている。

また、実施の形態２では、第２のシール部１７を収容する部分が冷却液回路部１８に連続して形成されているが、実施の形態３では、第２のシール部１７用の溝が冷却液回路部１８から独立して形成されている。他の構成及び動作は、実施の形態２と同様である。

実施の形態４．
次に、図５はこの発明の実施の形態４による回転電機の軸線に沿う断面図である。この例では、フレーム円筒部１４に段差部１４ｃが設けられておらず、フレーム円筒部１４の径が軸方向の全体で同一である。また、フレーム円筒部１４と第２のハウジング部材３との間にはシール部１６，１７が設けられておらず、冷却液回路部１８が省略されている。他の構成及び動作は、実施の形態１と同様である。

このような構成とすることにより、全体の構成を簡素化し、低コスト化を図ることができる。

なお、実施の形態４のフランジ部１３の径方向への位置決めを実施の形態２に示した位置決めピン１９を用いて行ってもよい。
また、冷媒流路を形成する場合、冷媒は必ずしも冷却液に限定されるものではない。
さらに、実施の形態１〜３では、フレーム円筒部１４の軸方向の１ヶ所に段差部１４ｃを形成したが、２ヶ所以上に形成してもよい。
さらにまた、実施の形態１〜４では、フレーム円筒部１４の端部内にフランジ部１３の端部を挿入したが、逆であってもよい。
また、この発明の回転電機は、ＥＶ及びＨＥＶに搭載されるものに限定されない。

１ハウジング、７ロータ、９ステータコア保持フレーム、１０ステータコア、１２分割コア、１３フランジ部、１４フレーム円筒部、１４ａフレーム円筒部本体、１４ｂ嵌合部、１６第１のシール部、１７第２のシール部、１８冷却液回路部（冷媒流路）、１９位置決めピン。

Claims

ハウジング、
前記ハウジングに片持ち支持されている円筒状のステータコア保持フレーム、
円環状に配置された複数個の分割コアを有しており、前記ステータコア保持フレーム内に嵌合されて保持されている円筒状のステータコア、及び
前記ステータコア内に回転可能に設けられているロータ
を備え、
前記ステータコア保持フレームは、前記ハウジングに固定されているフランジ部と、前記フランジ部に結合されており、前記ステータコアを保持しているフレーム円筒部とを有しており、
前記フランジ部の肉厚は、前記フレーム円筒部の肉厚よりも厚くなっており、
前記フランジ部と前記ハウジングとの間に第１のシール部が設けられており、
前記フレーム円筒部と前記ハウジングとの間に第２のシール部が設けられており、
前記第１のシール部と前記第２のシール部との間で、前記フレーム円筒部の外周面と前記ハウジングの内周面との間に、冷媒を流すための冷媒流路が形成されており、
前記フレーム円筒部は、前記ステータコアを保持するフレーム円筒部本体と、軸方向の前記フランジ部側端部に設けられ、前記フランジ部が嵌合されている嵌合部とを有しており、
前記嵌合部の内径は、前記フレーム円筒部本体の内径よりも大きい回転電機。
前記第１のシール部は、前記ステータコアの前記フランジ部側の軸方向端面から、前記フランジ部と前記ハウジングとの軸方向に直交する接合面までの軸方向範囲内で、前記フランジ部と前記フレーム円筒部との結合部を避けた位置に配置されている請求項１記載の回転電機。
前記フランジ部と前記フレーム円筒部とは、前記フランジ部のフレーム円筒部とは反対側の端面から、前記ステータコアの前記フランジ部側の軸方向端面までの軸方向範囲内で結合されている請求項１又は請求項２に記載の回転電機。
前記フランジ部と前記フレーム円筒部とは、溶接によって一体化されている請求項１から請求項３までのいずれか１項に記載の回転電機。
前記フランジ部と前記フレーム円筒部とは、いずれか一方を他方に圧入することによって一体化されている請求項１から請求項４までのいずれか１項に記載の回転電機。