JP5824019B2 - 回転電機 - Google Patents

Description

この発明は、ハウジング内に固定された内部フレームによりステータが保持されている回転電機に関するものである。

従来の回転電機では、カップ状のハウジングの開口側端部に、開口を塞ぐ円板状のカバーが固定されている。ハウジング内の開口側端部近傍には、カバーに対向する固定部が形成されている。ハウジング内には、ステータを保持する円筒状のフレームが固定されている。フレーム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、複数本のボルトにより固定部に締結されている。これにより、フレームがハウジングに固定されている（例えば、特許文献１参照）。

国際公開第２０１１／０８０８１７号

上記のような従来の回転電機では、フレームをハウジングに固定するために、ハウジングの軸方向に直交する固定部をハウジング内に形成しているため、ハウジングの外径が大きくなっている。また、ハウジングには、ボルトを螺着するための十分な肉厚が必要となり、ハウジングの重量が増大している。さらに、ねじ等を用いてハウジングにカバーを固定する場合、フレームのフランジ部を避けてねじ止め部を配置する必要があり、ハウジングの外径がさらに大きくなるとともに、構造が複雑化する。

また、ハウジングの底面側（開口とは反対側）にバスバーを配置する場合、通常バスバーには必要な電流を流すことができるように所定の断面積が必要となるため、ハウジングの内径を拡大する必要が生じる。

ハウジングの内径を拡大するために、単にハウジングの底面側の径を拡大すると、ハウジングを製作するための抜きテーパを確保する必要があるため（ハウジングをアルミダイカストで製作する場合、通常２°以上の抜きテーパが必要）、ハウジングの開口側の外径がさらに大きくなる。

また、ハウジングの内径を拡大するために、バスバーの収納スペースをケース内に切削加工すると、ハウジングの加工費が増大する。

さらに、ハウジングの軸方向のバスバーの寸法を大きくしてバスバーの断面積を確保する方法もあるが、この場合、ハウジングの軸方向寸法を拡大する必要が生じる。

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、ハウジングのコンパクト化を図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、円筒部と、筒部の軸方向一端部に設けられた底面部とを有するカップ状のハウジング、円筒部の軸方向他端部に設けられている円板状のカバー、ハウジング内に固定されている円筒状の内部フレーム、内部フレーム内に保持されている円筒状のステータ、及びステータの内側に配置されている回転可能なロータを備え、内部フレームは、その軸方向一端部をフレーム締結具により底面部に締結することによって、ハウジングに固定されている。

この発明の回転電機は、内部フレームの軸方向一端部をハウジングの底面部に締結することによって、内部フレームをハウジングに固定したので、内部フレームの固定部を設けるためにハウジングの外径や肉厚を大きくする必要がなくなり、ハウジングのコンパクト化を図ることができる。

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による回転電機の要部拡大断面図である。 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による回転電機の断面図であり、この例ではモータを示している。また、この回転電機の断面は軸線に対して対称であるため、図１では軸線から半分を省略している。

図において、モータの外殻をなすカップ状のハウジング１は、円筒部１ａと、円筒部１ａの軸方向一端部に設けられた円板状の底面部１ｂとを有している。また、ハウジング１は、例えばアルミダイカストで製作される。

円筒部１ａの断面は、軸方向一端部（底面部１ｂ側端部）から他端部（開口側端部）へ向けてテーパ状に拡がっている。即ち、円筒部１ａの径は、軸方向一端部から他端部へ向けて徐々に大きくなっている。また、円筒部１ａの肉厚は、全体で均等である。

円筒部１ａの軸方向他端部には、円板状のカバー（リアブラケット）２が設けられている。カバー２は、ハウジング１の開口（前方側）を塞いでいる。即ち、カバー２は、ハウジング１の蓋の役割を果たしている。

ハウジング１内には、鉄からなる円筒状の内部フレーム（リング）３が固定されている。内部フレーム３は、円筒状の内部フレーム本体３ａと、内部フレーム本体３ａの軸方向一端部に形成され、内部フレーム本体３ａの径方向内側へ突出した突出部である厚肉部３ｂとを有している。厚肉部３ｂの外径は、内部フレーム本体３ａの外径と同様である。これに対して、厚肉部３ｂの内径は、内部フレーム本体３ａの内径よりも小さい。

内部フレーム３の軸方向の底面部１ｂ側の端面である第１の端面３ｃは、底面部１ｂに当接している。また、第１の端面３ｃには、周方向に互いに間隔をおいて複数（図１では１つのみ示す）のねじ穴３ｄが設けられている。

各ねじ穴３ｄには、フレーム締結具であるフレーム固定ボルト４が螺着されている。底面部１ｂには、フレーム固定ボルト４を通す複数の挿通孔１ｃが設けられている。即ち、フレーム固定ボルト４は、底面部１ｂをハウジング１の軸方向に貫通して内部フレーム３の厚肉部３ｂに螺着されている。これにより、厚肉部３ｂは底面部１ｂに締結されている。

このように、内部フレーム３は、フレーム固定ボルト４により厚肉部３ｂを底面部１ｂに締結することによって、ハウジング１に固定されている。

ハウジング１のカバー２に当接する端面には、周方向に互いに間隔をおいて複数（図１では１つのみ示す）のねじ穴１ｄが設けられている。各ねじ穴１ｄには、カバー締結具であるカバー固定ボルト５が螺着されている。カバー２には、カバー固定ボルト５を通す複数の挿通孔２ａが設けられている。即ち、カバー固定ボルト５は、カバー２を貫通してハウジング１の開口側端部に螺着されている。

内部フレーム３内には、円筒状のステータ６が保持されている。ステータ６は、複数の分割ステータを組み合わせて構成されている。内部フレーム３は、ステータ６の外周を保持し、分割ステータを一体化させている。また、ステータ６は、ステータコア７及びステータコイル８を有している。円環状に配置されたステータコア７は、内部フレーム３に焼き嵌め又は圧入により保持されている。

底面部１ｂの中央には、第１のベアリング９が保持されている。カバー２の中央には、第２のベアリング１０が保持されている。回転軸１１は、第１及び第２のベアリング９，１０を介してハウジング１及びカバー２に回転可能に支持されている。

回転軸１１には、ロータ１２が固定されている。ロータ１２は、ステータ６の内側に配置されており、ステータ６に対して回転軸１１と一体に回転可能である。

ハウジング１内の内部フレーム３とカバー２との間には、ステータコイル８間の結線及び入力電流の整流を行うバスバー１３が配置されている。バスバー１３は、内部フレーム３のカバー２に対向する端面に当接している。バスバー１３には、モータ駆動電流が流れる。

このような回転電機では、内部フレーム３の軸方向一端部をハウジング１の底面部１ｂに締結することによって、内部フレーム３をハウジング１に固定したので、内部フレーム３の固定部を設けるためにハウジング１の外径や肉厚を大きくする必要がなくなり、ハウジング１のコンパクト化を図ることができる。これにより、回転電機の外径を縮小化することができる。

また、内部フレーム３を固定するためにハウジング１の円筒部１ａの肉厚を厚くする必要がないため、ハウジング１の軽量化を図ることができる。

さらに、フレーム固定ボルト４及びカバー固定ボルト５が、ハウジング１の軸方向両側（モータ前後）に分散して配置されているので、ハウジング１の径が軸方向の片側で極端に大きくなるのを回避し、径の平均化を実現することができる。

さらにまた、ハウジング１に一体に形成されている底面部１ｂがメカ取付面となっているため、剛性を向上させることができ、ハウジング１の肉厚を低減してハウジング１の小型化を図ることができる。逆に、ハウジング１の開口側に内部フレーム３を固定した場合、開口側にモータ重量及び応力が集中し、ボルトサイズを大きくしたり、ボルト本数を多くしたり、ハウジング１の肉厚を大きくしたりする必要がある。

また、内部フレーム３に厚肉部３ｂを設けたので、内部フレーム３の外径を拡大することなく、フレーム固定ボルト４を強固に螺着することができる。

さらに、ハウジング１内の内部フレーム３とカバー２との間にバスバー１３を配置したので、抜きテーパを確保するために底面部１ｂ側よりも径が大きい開口側のスペースを効率的に利用することができ、バスバー１３を配置するためにハウジング１が大型化したり加工費が増大したりするのを防止することができる。

なお、実施の形態１では、厚肉部３ｂにフレーム固定ボルト４を螺着したが、フレーム固定ボルト４を十分に螺着できる肉厚があれば、内部フレーム３に厚肉部３ｂを設けなくてもよい。
また、厚肉部３ｂは、内部フレーム本体３ａの径方向外側へ突出させてもよい。
さらに、ハウジング１に対するカバー２の固定方法は、上記の例に限定されない。

実施の形態２．
次に、図２はこの発明の実施の形態２による回転電機の断面図である。内部フレーム２１は、円筒状の内部フレーム本体２１ａと、内部フレーム本体２１ａの軸方向一端部（フレーム固定ボルト４が締結されている部分）に形成され、内部フレーム本体２１ａの径方向内側へ突出した突出部であるフランジ部２１ｂとを有している。

フランジ部２１ｂには、バーリング加工により複数のバーリング部２１ｃが設けられている。バーリング部２１ｃの内周には、タップ加工が施されている。図２では、カバー固定ボルト５を省略している。他の構成は、実施の形態１と同様である。

このような回転電機では、内部フレーム２１に厚肉部を設けることなく、カバー固定ボルト５を内部フレーム２１に締結することができるので、内部フレーム２１を板金加工（絞り加工）で製作することができ、コストを低減することができる。

なお、フランジ部２１ｂは、内部フレーム本体２１ａの径方向外側へ突出させてもよい。

実施の形態３．
次に、図３はこの発明の実施の形態３による回転電機の要部拡大断面図である。実施の形態３では、フランジ部２１ｂにバーリング部２１ｃが設けられておらず、フレーム固定ボルト４が螺着されるねじ穴が設けられたねじ穴部材２２がフランジ部２１ｂに結合されている。ねじ穴部材２２としては、例えば、フランジ部２１ｂに設けられた孔に圧入される圧入部を有する圧入ナットが用いられている。

実施の形態３のフレーム締結具は、底面部１ｂ及びフランジ部２１ｂを貫通するフレーム固定ボルト４と、ねじ穴部材２２とを有している。他の構成は、実施の形態２と同様である。

このような回転電機では、内部フレーム２１とは別部品のねじ穴部材２２にフレーム固定ボルト４を螺着することにより、内部フレーム２１を底面部１ｂに締結しているので、内部フレーム２１への加工が少なくて済み、コストを低減することができる。

実施の形態４．
次に、図４はこの発明の実施の形態４による回転電機の断面図である。実施の形態４では、内部フレーム本体３ａの外周面に、周方向へ連続した環状の第１及び第２の溝３ｅ，３ｆが設けられている。第１及び第２の溝３ｅ，３ｆは、内部フレーム本体３ａの軸方向に互いに間隔をおいて設けられている。

第１の溝３ｅには、リング状の第１のシール部材２３が収容され保持されている。第２の溝３ｆには、リング状の第２のシール部材２４が収容され保持されている。第１及び第２のシール部材２３，２４としては、例えば樹脂製のＯリングが用いられている。

第１及び第２のシール部材２３，２４は、ハウジング１の円筒部１ａの内周面と内部フレーム本体３ａの外周面とにそれぞれ押し付けられている。これにより、円筒部１ａの内周面と内部フレーム本体３ａの外周面との間で、第１のシール部材２３と第２のシール部材２４との間には、冷媒流路となる空間２５が形成されている。他の構成は、実施の形態１と同様である。

このような回転電機では、空間２５に冷媒（例えば冷却水）を流通させることにより、内部フレーム３、及び発熱体であるステータコア７を効率的に冷却することができる。また、別の冷却構造（例えば、ハウジング内部冷却水通路等）を設けることなく、ステータコア７の冷却が可能になるため、ハウジング１の外径（モータ外径）を小さくすることができる。さらに、油冷や空冷の要求に対しては、第１及び第２のシール部材２３，２４の有無で対応可能である。

なお、実施の形態４では、第１及び第２の溝３ｅ，３ｆを内部フレーム本体３ａの外周面に設けたが、ハウジング１の内周面に設けてもよく、内部フレーム本体３ａの外周面及びハウジング１の内周面の両方に設けてもよい。
また、溝及びシール部材は、内部フレームの軸方向の３箇所以上に設けてもよい。
さらに、実施の形態２又は３の回転電機に実施の形態４と同様の溝及びシール部材を設けてもよい。
さらにまた、内部フレーム本体と円筒部との間隔に応じて、異なる径のシール部材を組み合わせて用いてもよい。
また、上記の例ではモータを示したが、この発明は発電機にも適用できる。

１ ハウジング、１ａ 円筒部、１ｂ 底面部、２ カバー、３，２１ 内部フレーム、３ａ，２１ａ 内部フレーム本体、３ｂ 厚肉部（突出部）、３ｅ 第１の溝、３ｆ 第２の溝、４ フレーム固定ボルト（締結具）、６ ステータ、１２ ロータ、１３ バスバー、２１ｂ フランジ部（突出部）、２２ ねじ穴部材、２３ 第１のシール部材、２４ 第２のシール部材。

Claims (4)

1. 円筒部と、前記円筒部の軸方向一端部に設けられた底面部とを有するカップ状のハウジング、
   前記円筒部の軸方向他端部に設けられている円板状のカバー、
   前記ハウジング内に固定されている円筒状の内部フレーム、
   前記内部フレーム内に保持されている円筒状のステータ、及び
   前記ステータの内側に配置されている回転可能なロータ
   を備え、
   前記円筒部の断面は、前記軸方向一端部から前記軸方向他端部へ向けてテーパ状に拡がっており、
   前記内部フレームは、その軸方向一端部をフレーム締結具により前記底面部に締結することによって、前記ハウジングに固定されており、
   前記ハウジング内の前記内部フレームと前記カバーとの間に、バスバーが配置されており、
   前記内部フレームは、円筒状の内部フレーム本体と、前記内部フレーム本体の軸方向一端部に形成され、前記内部フレーム本体の径方向内側へ突出した突出部とを有しており、
   前記フレーム締結具は、前記突出部に締結されている回転電機。
2. 前記内部フレームの前記フレーム締結具が締結されている部分には、フランジ部が形成されている請求項１記載の回転電機。
3. 前記フレーム締結具は、前記底面部及び前記フランジ部を貫通するボルトと、前記ボルトが螺着されるねじ穴が設けられたねじ穴部材とを有している請求項２記載の回転電機。
4. 前記内部フレームの外周面及び前記ハウジングの内周面の少なくともいずれか一方には、周方向へ連続した複数の環状の溝が設けられており、
   各前記溝内には、シール部材が保持されている請求項１から請求項３までのいずれか１項に記載の回転電機。

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