JP6227091B1 - 回転電機 - Google Patents

Abstract

【課題】ステータを冷却する冷媒を流す冷媒流路の密閉が確実にできるとともに、組み付けが容易な回転電機を提供する。【解決手段】軸方向の両端部がそれぞれブラケット９，１０により回転可能に保持されたロータと、ロータの外周に所定の空隙を開けて設置されコイル５が巻装されたステータコア４と、ステータコア４を収納保持するフレーム６と、フレーム６の外周面との間に冷媒流路を構成し軸方向の両端部がフレーム６に密閉接合されたカバー７と、ブラケット９，１０をステータコア４またはフレーム６の軸方向両端に締結固定させる通しボルトを備え、カバー７の軸方向の両端部とブラケット９，１０とが離隔されているものである。【選択図】図２

Description

この発明は、例えば冷却水や冷却油などの冷媒によりステータを冷却する液体冷却式の回転電機に関するものである。

従来の液体冷却式の回転電機においては、フレームの外周と所定の空間を開けて囲むモータケースの内径の間にできる空隙に冷却水や冷却油を流して冷媒流路とし、ステータの冷却を行うもので、フレーム又はモータケースに設けられた溝に保持されたＯリングなどのシール部材がフレームとモータケースの間に介在し、冷媒流路とその外側の空間を隔てて密閉する構造が知られている。（例えば、特許文献１）
また、鋳造で製作されたモータケースの内部に冷媒流路を設け、冷媒流路の開口部をブラケットで塞ぐ構造のものもある。（例えば、特許文献２）
さらに、断面が凸形状を持つ薄肉のカバーの軸方向の両端をフレームの両端の曲げ加工により固定して冷媒流路を設けた構造のものもある。（例えば、特許文献３）

特開２００９−２４７０８５号公報 特開２００４−３６４４２９号公報 米国特許７９４８１２６号

特許文献１の構造では、冷媒流路の密閉性を確保するためＯリングが介在する箇所のフレーム内径およびモータケース外径の精度の確保が必要であり、ステータ挿入時の組付け精度が必要となるうえ、Ｏリングを所定の位置で保持するために、フレームの外径側の表面またはモータケース内径側の表面にＯリング保持溝が必要であり、部品の形状が複雑になり、回転電機の価格が上昇してしまうという課題があった。
また、特許文献２の構造では、モータケースに深い冷媒流路を鋳造により形成する必要があり、薄くて長いテーパ形状の型を抜く必要があるため、冷媒流路の開口部ではモータケースの外径寸法が大きくなってしまうという課題があった。
さらに、特許文献３の構造では、凸形状を持つ薄肉のカバーの両端を曲げ加工されたフレームにより固定して冷媒流路が設けられており、フレームの両端にブラケットが当接されて組み付けられているため、冷媒流路の固定箇所にブラケットの組み付けによる力が加わり、冷媒流路の密閉性を落とす恐れがあるうえ、ブラケットとステータの軸方向の寸法関係を確保するために、フレームの曲げ加工の精度が求められことから、回転電機の価格が上昇してしまうという課題があった。

この発明は以上のような課題を解決するためになされたもので、ステータを冷却する冷媒を流す冷媒流路の密閉が確実にできるとともに、組み付けが容易な回転電機を提供することを目的とする。

この発明に係る回転電機は、軸方向の両端部がそれぞれブラケットにより回転可能に保持されたロータと、前記ロータの外周に所定の空隙を開けて設置されコイルが巻装されたステータコアと、前記ステータコアを収納保持するフレームと、前記フレームの外周面との間に冷媒流路を構成し軸方向の両端部が前記フレームに密閉接合されたカバーと、前記
ブラケットを前記ステータコアまたは前記フレームの軸方向両端に締結固定させる通しボルトを備え、前記カバーの軸方向の両端部と前記ブラケットとが離隔されていることを特徴とするものである。

この発明によれば、軸方向の両端部がそれぞれブラケットにより回転可能に保持されたロータと、前記ロータの外周に所定の空隙を開けて設置されコイルが巻装されたステータコアと、前記ステータコアを収納保持するフレームと、前記フレームの外周面との間に冷媒流路を構成し軸方向の両端部が前記フレームに密閉接合されたカバーと、前記ブラケットを前記ステータコアまたは前記フレームの軸方向両端に締結固定させる通しボルトを備え、前記カバーの軸方向の両端部と前記ブラケットとが離隔されているため、フレームとカバーの接合部にブラケット組み付けによる力が加わることがないので、冷媒流路の密閉が確実にできるとともに、組み付けが容易な回転電機を得ることができる効果がある。

この発明の実施の形態１における回転電機の外観構成を示す斜視図である。 この発明の実施の形態１における回転電機を上半分断面で示す片側断面図である。 この発明の実施の形態２における回転電機のステータの外観構成を示す斜視図である。 この発明の実施の形態２における回転電機の第一のブラケットを示す斜視図である。 この発明の実施の形態３における回転電機を上半分断面で示す片側断面図である。 この発明の実施の形態４における回転電機を上半分断面で示す片側断面図である。 この発明の実施の形態５における回転電機のステータの外観構成を示す斜視図である。 この発明の実施の形態５における回転電機の第一のブラケットを示す斜視図である。 この発明の実施の形態６における回転電機を上半分断面で示す片側断面図である。

以下、この発明の実施の形態について説明するが、各図において同一、または相当部分については同一符号を付して説明する。
実施の形態１．
図１はこの発明の実施の形態１における回転電機の外観構成を示す斜視図、図２はこの発明の実施の形態１における回転電機を上半分断面で示す片側断面図である。
回転電機は、回転可能に設けられたロータ（回転子）と、ロータの外周に所定の間隔を設けて配設されるステータ（固定子）を備えている。
図１および図２において、ロータは、例えば電磁鋼板を積層して構成された円環形状のロータコア１と、ロータコア１に組付けられた永久磁石２と、ロータコア１の中心の穴に挿通してロータコア１を保持するシャフト３を具備している。

ステータは、例えば電磁鋼板を積層して構成された円環形状のステータコア４と、ステータコア４に巻装されたコイル５と、ステータコア４を内周面で収納保持する円筒形状のフレーム６と、フレーム６の外周側に凸形状断面に形成され軸方向の両端部がフレーム６に接して例えばロウ付けまたは溶接などの接合手段によりシール性を持たせた接合部７ａにより密閉接合されたカバー７とを具備している。
ステータコア４は、焼嵌めや圧入などの方法でフレーム６の内周面に内嵌状態に保持されている。

カバー７は軸方向の中央部の内周面がフレーム６の外周面と離間してフレーム６の外周に取り付けられており、カバー７の軸方向両端の接合部７ａおよびカバー７の中央部内周面ならびにフレーム６の外周面で囲まれた円環形状の空隙を冷媒流路として、例えばＬＬＣ（Ｌｏｎｇ−Ｌｉｆｅ Ｃｏｏｌａｎｔ：不凍液）水溶液等の冷媒を流すことによってステータを冷却することができる。冷媒はカバー７に設けられたニップル１２から流入あるいは流出する。

ロータは、シャフト３の軸方向両端部で軸受８を介して第一のブラケット９と第二のブラケット１０に回転可能に保持されている。
フレーム６の軸方向寸法はステータコア４の軸方向寸法より短く、フレーム６の軸方向端面よりもステータコア４の軸方向端面の方が突出している。ステータコア４の軸方向の両端面が、第一のブラケット９と第二のブラケット１０にそれぞれ当接して挟持されることにより、ステータコア４の軸方向の位置とロータコア１の軸方向の位置が所定の関係になるように保持される。

第一のブラケット９と第二のブラケット１０は、カバー７のさらに外周に配置された通しボルト１１によって互いに締結され固定される。これにより、ステータコア４は軸方向の両端から第一のブラケット９および第二のブラケット１０によって加圧されて保持されており、ステータコア４の端部外周面に嵌合するインロー部が第一のブラケット９と第二のブラケット１０に形成されている。

ブラケットに形成されたインロー部により、ステータコア４の外径とロータを保持するブラケットの径方向の位置決めに他部品を介さないため、ステータコア４の内径とロータコア１の外径の空隙であるエアギャップのバラツキが小さくなる。このため、エアギャップのバラツキによって回転電機の運転中にステータとロータが干渉してしまうことを防ぐための組み付け余裕を削減でき、エアギャップの寸法をより小さくできるため、同じ大きさの回転電機であっても、より大きなトルクを発生できる利点がある。

また、第一のブラケット９と第二のブラケット１０は、フレーム６およびカバー７と離隔した状態で当接しない位置関係になっている。このため、通しボルト１１を使用しての締結による加圧によって第一のブラケット９と第二のブラケット１０からステータのステータコア４に対して軸方向に圧力がかかっても、フレーム６とカバー７の接合部７ａには圧力がかからないため、接合部７ａに負荷が発生せず冷媒流路の密閉性を確保しやすい利点がある。このため、接合部７ａの密閉接合に必要な接合強度が小さくて済み、安価に回転電機を製作することができる利点もある。

さらに、ステータコア４によって第一のブラケット９と第二のブラケット１０の軸方向の位置決めがされるため、ステータコア４の軸方向端面とブラケットの位置の組み付けバラツキを小さくすることができる。このため、コイル５と例えばアルミダイカスト等で構成されるブラケットとの必要絶縁距離を確保するための軸方向寸法の余裕を小さくすることができ、回転電機をより小型にすることができるという利点がある。

また、カバー７は薄肉構造で構成され、フレーム６よりも径方向の厚さが小さくなっているうえ、カバー７は湾曲形状を有するために軸方向に一定な厚さの円筒形状のフレーム６よりも軸方向に変形しやすい。このため、例えば回転電機の運転時にステータコア４が発熱してフレーム６が高温となり、カバー７が冷媒と外部雰囲気によって比較的低温となっている場合など、温度差によってカバー７とフレーム６の熱膨張による変形に差がある場合に、カバー７が変形してカバー７とフレーム６間の接合部７ａにかかる負荷を軽減することができる。このため、カバー７とフレーム６間の接合部７ａの必要な接合強度を小さくすることができ、安価に回転電機を製作することができる利点がある。

実施の形態２．
図３はこの発明の実施の形態２における回転電機のステータの外観構成を示す斜視図、図４はこの発明の実施の形態２における回転電機の第一のブラケットを示す斜視図である。上記実施の形態１では、ステータコア４によって第一のブラケット９と第二のブラケット１０の軸方向の位置決めがされる場合について説明したが、実施の形態２では、ステータコア４によって第一のブラケット９と第二のブラケット１０の周方向の位置決めがされる場合について説明する。

図３に示すように、ステータコア４が分割コアで構成されるときは、分割コアの外周面に巻線時や組立時に分割コアを把持するための軸方向に沿った溝４ａが設けられている。
図４に示すように、第一のブラケット９には、ステータコア４の外周面の溝４ａの一つに嵌合するような凸部９ａを設けている。この凸部９ａと溝４ａを嵌合させることにより第一のブラケット９の周方向の位置決めを容易に行うことができる。
また、図示していないが、第二のブラケット１０についても同様に周方向の位置決めが行われる。
このようにブラケットの周方向の位置決めを行うことで、周方向の位置決めに別途ピン等の位置決め用部品を用いる必要がないため、安価に回転電機を製作することができる利点がある。
なお、他の部分については上記実施の形態１と同様であるため説明を省略する。

実施の形態３．
図５はこの発明の実施の形態３における回転電機を上半分断面で示す片側断面図である。上記実施の形態１では、第一のブラケット９および第二のブラケット１０をステータコア４の軸方向の両端面に締結固定する場合について説明したが、実施の形態３では、第一のブラケット９および第二のブラケット１０をフレーム６の軸方向の両端面に締結固定する場合について説明する。

図５において、フレーム６の軸方向寸法はステータコア４の軸方向寸法より長く、ステータコア４の軸方向端面よりもフレーム６の軸方向端面の方が突出している。このため、第一のブラケット９と第二のブラケット１０は、カバー７のさらに外周に配置された通しボルト１１によって互いに締結され、フレーム６の軸方向の両端面にそれぞれ当接して挟持され固定されており、フレーム６の端部外周面に嵌合するインロー部が第一のブラケット９と第二のブラケット１０に形成されている。フレーム６の軸方向の両端面は、例えば切削加工等で平坦になっており、第一のブラケット９と第二のブラケット１０にそれぞれの端面が当接して挟持されることにより、ステータコア４の軸方向の位置とロータコア１の軸方向の位置が所定の関係になるように固定される。
なお、図５においては、フレーム６の端部外周面に嵌合するインロー部が第一のブラケット９と第二のブラケット１０に形成されているが、フレーム６の端部内周面に嵌合するインロー部が第一のブラケット９と第二のブラケット１０に形成されていてもよい。
また、カバー７の軸方向の両端面とブラケットの間は接合部７ａに通しボルト１１による締結力が加わらないように離隔している。

上記実施の形態１では、電磁鋼板を積層して構成されたステータコア４の軸方向の両端面にブラケットを締結固定しており、ステータコア４の積層による軸方向の寸法のバラツキにより、回転電機の固定部分（ステータおよびブラケット）の軸方向寸法にバラツキが発生し易いものであったが、実施の形態３では、フレーム６の両端面が切削加工等で平坦
であり寸法誤差が少ないため、回転電機の固定部分の軸方向寸法のバラツキを軽減することができる。
また、回転電機が高電圧を使用する場合などは、コンタミネーション（外部から侵入した水やホコリなどによる汚染）による絶縁性の低下を防ぐため、回転電機内部をシールして外部環境からのコンタミ（汚染物質）の侵入を防ぐ必要がある。この時、実施の形態３では、フレーム６の軸方向の両端面とブラケットとの当接部にシール用接着剤を介在させることにより回転電機内部のシール性を確保することができるため、安価に回転電機を製作することができる利点がある。
なお、他の部分については上記実施の形態１と同様であるため説明を省略する。

実施の形態４．
図６はこの発明の実施の形態４における回転電機を上半分断面で示す片側断面図である。上記実施の形態３では、フレーム６の軸方向の両端面とブラケットとの当接部にシール用接着剤を介在させて回転電機内部のシール性を確保する場合について説明したが、実施の形態４では、Ｏリングを使用して回転電機内部のシール性を確保する場合について説明する。

図６において、フレーム６の端部外周面に嵌合するインロー部が形成された第一のブラケット９と第二のブラケット１０のインロー部の内周面に溝が形成され、そこにＯリング１３が保持されている。このように、フレーム６の端部外周面とブラケットのインロー部の内周面との間にＯリング１３を介在させることによって、回転電機内部をシールしている。回転電機内部のシールにＯリング１３を用いる場合であっても、図６に示すようにブラケット側に溝を形成することにより、フレーム６を円筒形状で構成できるため、フレーム６を例えばパイプ材の切削加工によって製作することが可能となり、フレーム６を安価に製作できるという利点がある。
なお、他の部分については上記実施の形態３と同様であるため説明を省略する。

実施の形態５．
図７はこの発明の実施の形態５における回転電機のステータの外観構成を示す斜視図、図８はこの発明の実施の形態５における回転電機の第一のブラケットを示す斜視図である。上記実施の形態３では、フレーム６によって第一のブラケット９と第二のブラケット１０の軸方向の位置決めがされる場合について説明したが、実施の形態５では、フレーム６によって第一のブラケット９と第二のブラケット１０の周方向の位置決めがされる場合について説明する。

図７において、フレーム６の軸方向の端面の一箇所に凸部６ａが形成されており、この凸部６ａが図８に示す第一のブラケット９に形成された凹部９ｂに嵌合して周方向の位置決めを行うことができる。
また、図示していないが、第二のブラケット１０についても同様に周方向の位置決めが行われる。
このようにブラケットの周方向の位置決めを行うことで、周方向の位置決めに別途ピン等の位置決め用部品を用いる必要がないため、安価に回転電機を製作することができる利点がある。
なお、他の部分については上記実施の形態３と同様であるため説明を省略する。

実施の形態６．
図９はこの発明の実施の形態６における回転電機を上半分断面で示す片側断面図である。上記実施の形態１から５では、円筒形状のフレーム６の外周側に凸形状断面に形成されたカバー７の両端部が接合されて冷媒流路が形成されている場合について説明したが、実施の形態６では、フレーム６とカバー７のそれぞれに設けた段部の組み合わせによって冷媒流路を形成する場合について説明する。

図９において、フレーム６は第一のブラケット９側の軸方向の一端部の外径が中央部から他端部の外径よりも大きい段付き形状に形成されており、カバー７は第一のブラケット９側の軸方向の一端部から中央部の内径が他端部の内径よりも大きい段付き形状に形成されている。フレーム６の大きい方の外径とカバー７の大きい方の内径はおおよそ一致し、フレーム６の小さい方の外径とカバー７の小さい方の内径はおおよそ一致する寸法になっている。
フレーム６とカバー７は、それぞれの段部が軸方向にずれて間に空隙ができるように組み付けられ、フレーム６とカバー７の両端部が接合部７ａによりシール性を持たせて密閉接合されて前記空隙が冷媒流路を構成している。

この構成では、フレーム６もカバー７も軸方向片側からパイプ材の絞り加工により形成することができる。このため、例えばカバー７を板材から曲げ加工を施すためにロールした後に周方向の端部どうしを接合する場合などに比べて、接合によるフレーム６の固定へのひずみや接合面と他の箇所との強度のバラツキがなく、カバー７を薄い板厚で構成することができる利点がある。
また、例えばステータのコイル５が集中巻であって、集中巻コイルの接続を行うのに集電部材を用いる場合には、軸方向の一端部でフレーム６の内径をステータコア４より大きくすることによって集電部材を回転電機内部のコイル外径側に配置することができることにより、ステータの軸方向寸法を短くすることができる利点がある。
なお、他の部分については上記実施の形態１から５と同様であるため説明を省略する。

なお、この発明は、その発明の範囲内において実施の形態を自由に組み合わせたり、実施の形態を適宜、変形、省略することが可能であり、上記実施の形態によりこの発明が限定されるものではない。

１ ロータコア、２ 永久磁石、３ シャフト、４ ステータコア、５ コイル、６ フレーム、７ カバー、７ａ 接合部、８ 軸受、９ 第一のブラケット、１０ 第二のブラケット、１１ 通しボルト、１２ ニップル、１３ Ｏリング

Claims (13)

1. 軸方向の両端部がそれぞれブラケットにより回転可能に保持されたロータと、前記ロータの外周に所定の空隙を開けて設置されコイルが巻装されたステータコアと、前記ステータコアを収納保持するフレームと、前記フレームの外周面との間に冷媒流路を構成し軸方向の両端部が前記フレームに密閉接合されたカバーと、前記ブラケットを前記ステータコアまたは前記フレームの軸方向両端に締結固定させる通しボルトを備え、前記カバーの軸方向の両端部と前記ブラケットとが離隔されていることを特徴とする回転電機。
2. 前記カバーは、前記フレームにロウ付けまたは溶接により接合されていることを特徴とする請求項１に記載の回転電機。
3. 前記カバーは、前記フレームの外周面との間に冷媒流路を形成する屈曲形状を有するとともに、前記フレームよりも薄肉であることを特徴とする請求項１または２に記載の回転電機。
4. 前記カバーは、軸方向両端部よりも中央部の径が大きい凸形状断面に形成されており、前記カバーの中央部の内周面と前記フレームの外周面の空隙に冷媒流路が構成されていることを特徴とする請求項１から３のいずれか一項に記載の回転電機。
5. 前記カバーは、軸方向の一端部から中央部の径が他端部の径よりも大きい段付き形状に形成され、前記フレームは、軸方向の一端部の径が中央部から他端部の径よりも大きい段付き形状に形成され、前記カバーの中央部の内周面と前記フレームの中央部の外周面の空隙に冷媒流路が構成されていることを特徴とする請求項１から３のいずれか一項に記載の回転電機。
6. 前記ブラケットは、前記ステータコアの軸方向両端面にそれぞれ当接していることを特徴とする請求項１から５のいずれか一項に記載の回転電機。
7. 前記ブラケットは、前記ステータコアの外周面に嵌合するインロー部が形成されていることを特徴とする請求項６に記載の回転電機。
8. 前記ステータコアは、扇形のヨーク部が複数配置されて円環状に形成された分割コアであり、それぞれのヨーク部の外周に軸方向に設けられた溝部の少なくとも一つに嵌合する凸部が前記ブラケットに設けられていることを特徴とする請求項６または７に記載の回転電機。
9. 前記ブラケットは、前記フレームの軸方向両端面にそれぞれ当接していることを特徴とする請求項１から５のいずれか一項に記載の回転電機。
10. 前記ブラケットは、前記フレームの内周面または外周面に嵌合するインロー部が形成されていることを特徴とする請求項９に記載の回転電機。
11. 前記ブラケットと前記フレームの当接面をシールする接着剤を備えていることを特徴とする請求項９または請求項１０に記載の回転電機。
12. 前記ブラケットと前記フレームのインロー部をシールするＯリングを備えていることを特徴とする請求項１０に記載の回転電機。
13. 前記ブラケットと前記フレームの当接面の円周上の少なくとも一箇所に、凹凸による嵌
    合部が設けられていることを特徴とする請求項９から１２のいずれか一項に記載の回転電機。