JP6421619B2 - 回転電機 - Google Patents
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Description
本発明は上記事情に鑑みてなされたものであり、その目的は、ステーターの冷却性に優れ、構成の簡単な回転電機を提供することにある。
この構成によれば、ハウジングの底部は、ステーターコイルと回転軸方向に対向するよ
うに形成された溝部と、溝部に充填され、ステーターコイルが挿入された伝熱性を有する
ゲル材とを具備している。これにより、ステーターコイルに発生した熱を、ゲル材とコア
の双方を介してハウジングに伝達させることができる。したがって、ハウジングとコアと
の接触面積を増大させることなく、簡単な構造で、ハウジングを介したステーターコイル
の放熱性を向上させることができる。また、ステーターコイルから、ゲル材を介してハウ
ジングに伝達された熱を底部から放出することができる。このため、ステーターコイルか
らハウジングに伝達された熱を、筒状部と底部の双方から放出することができ、その放熱
性能を増大させることにより、ステーターの冷却性を向上させることができる。
また、回転電機は、上記のヒートシンクと制御基板と伝熱性部材とを備えている。これにより、制御基板に発生した熱を、接続ターミナルやコンダクター等の伝熱性部材を介して、ステーターコイルに伝達させることができるので、制御基板に発生した熱を、ヒートシンクとハウジングの双方から放出させることが可能になる。
また、回転電機は、ヒートシンクに対し回転軸方向の一端部に取り付けられ、制御基板を覆うカバー部材を備え、ターミナルとコンダクターとにより形成される伝熱性部材は、防水透湿性素材により形成されてカバー部材に装着され、互いに接続されたターミナルとコンダクターとの端部を覆うキャップ部材を備えている。これにより、接続ターミナルおよびコンダクターの防水性を維持しつつ、双方から外部への放熱性を向上させることができる。
(電動パワーステアリング装置の構成)
図1に基づき、本発明の一実施形態による電動モーター10(回転電機に該当する)が含まれた電動パワーステアリング装置50について説明する。図1に示したように、車両70に搭載された電動パワーステアリング装置50は、運転者が回転操作するステアリングホイール51を備えている。ステアリングホイール51には、ステアリングシャフト52を介してインターミディエイトシャフト53が接続されている。インターミディエイトシャフト53は、ラックアンドピニオン機構54によって、ラック軸55と連結されている。ラック軸55の両端部には、一対の操舵輪56R、56L(車両の車輪に該当する)が接続されている。
これにより、ステアリングホイール51が回転操作されると、ステアリングシャフト52およびインターミディエイトシャフト53によって伝達された回転運動が、ラックアンドピニオン機構54において、ラック軸55の軸方向の直進運動に変換される。ラック軸55の軸方向の移動により、操舵輪56R、56Lは、ステアリングホイール51に加えられた操作量に見合った角度だけ操舵される。
上述した構成により、電動モーター10が駆動されると、その回転が駆動ベルト572を介して減速されて、従動側プーリー571に伝達される。従動側プーリー571の回転は、ラック軸55を直進移動させるアシスト力となるため、電動モーター10により、動力伝達装置57を介して操舵輪56R、56Lへの操舵力が助勢される。
次に、図2に基づき、電動パワーステアリング装置50に含まれる電動モーター10の構成について説明する。図2において、回転軸φは、ローターシャフト16の回転中心を示しており、以下、説明中において、回転軸φが延びた方向を単に回転軸方向という。また、回転軸方向において、駆動側プーリー18が形成された側(図2において左方)を電動モーター10の後方とし、反対側(図2において右方)を電動モーター10の前方として説明する。電動モーター10の前方部は、回転軸方向の一端部に該当し、後方部は回転軸方向の他端部に該当する。また、電動モーター10の外周からローターシャフト16に近づく方向を半径方向内方といい、その逆の方向を半径方向外方という。
また、ローターシャフト16の後端部には、前述した駆動側プーリー18が固着されている。前述したように、駆動側プーリー18には、駆動ベルト572によって、動力伝達装置57の従動側プーリー571が接続されている。さらに、ローターシャフト16の前端部には、センサマグネット19が取り付けられている。
制御基板20の後端面には、前述したセンサマグネット19と対向するように、回転角センサ21が取り付けられている。回転角センサ21は、磁気抵抗素子あるいはホール素子によって形成されており、センサマグネット19によって発生された磁界の変化を検知することにより、ローター17の回転角度を検出している。
また、底部突出部11fの半径方向位置を、コイルエンド部123に近づけ、底部突出部11fとコイルエンド部123との間の半径方向の隙間Dも、電動モーター10の機能を損なわない範囲において、極力小さい値に設定されている。
以下、図4に基づいて、制御基板20に形成された制御部30について説明する。車両70に搭載された車載バッテリー71には、上述した制御部30のチョークコイル31およびコンデンサ32が接続されている。チョークコイル31およびコンデンサ32はフィルタを構成し、制御部30へのノイズの流入および制御部30からのノイズの流出を低減している。また、チョークコイル31は、車載バッテリー71からの電圧を平滑化し、その脈動を低減している。
図4に示したように、前述したステーターコイル122は、例えば、2組の三相巻線122a、122bから形成されている。三相巻線122a、122bには、三相交流電流を供給可能なように、インバーター33を形成する2系統のインバーター回路33a、33bが、それぞれ接続されている。
尚、図4に示した制御部30の構成において、省略される電子部品があってもよいし、図4に示されたもの以外の回路または電子要素が加えられていてもよい。
以下、図5A乃至図5Dに基づいて、電動モーター10の組付方法について簡単に説明する。電動モーター10が組み付けられる場合、下記の工程に従って行われる。
(i)フレーム11の円周溝11e内に、図示しない充填機を用いて、流動性を有した所定量の伝熱性ゲル27を充填する(伝熱性ゲル充填工程:図5A示)。円周溝11e内に充填された伝熱性ゲル27は、時間の経過によって固化する。
(ii)ローター17に圧入されたローターシャフト16を、後部軸受14および前部軸受15とともにフレーム11に取り付ける(ローター取付工程:図5B示)。
(iii)フレーム11に対し、ステーター12を固定する(ステーター取付工程:図5C示)。この時、伝熱性ゲル27が固化する前に、伝熱性ゲル27中にコイルエンド部123を挿入する。
(iv)フレーム11に対し、制御基板20が取り付けられたヒートシンク13を嵌合させる。その後、ヒートシンク13にモーターカバー22を当接させ、締付ボルト23によって、ヒートシンク13とモーターカバー22をフレーム11に取り付ける(ヒートシンク取付工程:図5D示)。
本実施形態によれば、フレーム11の底部11bに形成された円周溝11eに、伝熱性ゲル27が充填され、伝熱性ゲル27中には、ステーターコイル122のコイルエンド部123が挿入されている。これにより、ステーターコイル122に発生した熱を、伝熱性ゲル27とステーターコア121の双方を介してハウジングに伝達させることができる。したがって、フレーム11とステーターコア121との接触面積を増大させることなく、簡単な構造で、フレーム11を介したステーターコイル122の放熱性を向上させることができる。また、ステーターコイル122から、伝熱性ゲル27を介してフレーム11に伝達された熱を底部11bから放出することができる。このため、ステーターコイル122からフレーム11に伝達された熱を、筒状部11aと底部11bの双方から放出することができ、その放熱性能を増大させることにより、ステーター12の冷却性を向上させることができる。
また、伝熱性ゲル27は、絶縁性を有していることにより、例えば、セグメントコンダクタタイプのように、巻線溶接部が露出したコイルエンド部123を含んだステーターコイル122であっても、その絶縁性を向上させることができる。
また、底部突出部11fの半径方向位置を、コイルエンド部123に近づけ、底部突出部11fとコイルエンド部123との間の半径方向の隙間Dも、電動モーター10の機能を損なわない範囲において、極力小さい値に設定されている。これにより、フレーム11内のデッドスペースを低減し、電動モーター10を半径方向にも小型化することができる。また、底部突出部11fとコイルエンド部123との間の半径方向の隙間Dを小さく設定したため、ステーターコイル122から底部突出部11fへと熱が伝達され、フレーム11を介したステーターコイル122からの放熱性を、いっそう向上させることができる。
特に、フレーム11の加工工程において、内周面11cの形成工程と後部軸受14の嵌合部の形成工程とを、チャックを取り外すことなく連続して行うようにする。そして、ヒートシンク13の加工工程において、フレーム11との嵌合部の形成工程と前部軸受15の嵌合部の形成工程とを、チャックを取り外すことなく連続して行うようにする。このようにすれば、ステーター12に対するローター17の同心度の精度をさらに向上させることができる。また、フレーム11の内周面11cと後部軸受14の嵌合部とを、段付カッター等で同時に加工する。そして、ヒートシンク13のフレーム11との嵌合部と、前部軸受15の嵌合部とを同時に加工するようにする。このようにすれば、ステーター12に対するローター17の同心度の精度をいっそう向上させることができる。
さらに、ヒートシンク13の内周部に、前部軸受15が取り付けられていることにより、前部軸受15の取付部材を特別に設ける必要がなく、電動モーター10を回転軸方向に小型化することができるとともに、その部品点数を削減することができる。
また、フレーム11の底部11bは、電動パワーステアリング装置50に含まれた動力伝達機構57に取り付けられている。動力伝達機構57は、冷却用オイルを含んだ所定以上の大きさを有する構造物であるため、その放熱性能に優れている。これにより、フレーム11を介した、ステーターコイル122からの放熱性をいっそう向上させることができる。
本発明は、上述した実施形態に限定されるものではなく、次のように変形または拡張することができる。
本発明は、ローター17が回転されることにより、ステーター12において電力を発生させる発電機にも適用可能である。
また、本発明は、発電機と電動機の2つの機能を併せ持つ電動発電機にも適用可能である。
Claims (4)
- 少なくとも回転軸(φ)方向の一端部が開口した円筒状のハウジング(11)と、
該ハウジングの内周面(11c)に固定されたコア(121)および該コアに巻回されたステーターコイル(122)を含んだステーター(12)と、
該ステーターに対して半径方向に対向するように、前記ハウジングに回転可能に取り付けられたローター(17)と、
前記ハウジングの開口(11d)を閉塞するように配置されたヒートシンク(13)と、
前記ステーターに供給する電力を制御するために、前記ヒートシンクに対し当接するように取り付けられた制御基板(20)と、
該制御基板を、前記ステーターコイルに接続する伝熱性部材(24、25)と、
前記ヒートシンクに対し回転軸方向の一端部に取り付けられ、前記制御基板を覆うカバー部材(22)と、
を備えた回転電機(10)であって、
前記ハウジングは、
前記ステーターが取り付けられた筒状部(11a)と、
該筒状部における回転軸方向の他端部に連続し、半径方向内方に延びる底部(11b)と、
を有し、
前記底部は、
前記ステーターコイルと回転軸方向に対向するように形成された溝部(11e)を有し、 該溝部には、前記ステーターコイルが挿入された伝熱性を有するゲル材(27)が充填されており、
前記伝熱性部材は、
前記制御基板から回転軸方向に突出し、前記カバー部材を貫通したターミナル(24)と、
前記ステーターコイルから回転軸方向に延び、前記カバー部材を貫通し、前記カバー部材の外部において、前記ターミナルと接続されたコンダクター(25)と、
により形成され、
防水透湿性素材により形成されて前記カバー部材に装着され、互いに接続された前記ターミナルと前記コンダクターとの端部を覆うキャップ部材(26)
を具備している回転電機。 - 前記ゲル材は、絶縁性を有している請求項1記載の回転電機。
- 前記底部の内周端に取り付けられた第1軸受(14)と、
前記ヒートシンクの内周部に取り付けられた第2軸受(15)と、
前記第1軸受および前記第2軸受を介して、前記ハウジングおよび前記ヒートシンクに回転可能に取り付けられ、前記ローターが固定されたシャフト(16)と、
を備えた請求項1または2に記載の回転電機。 - 前記底部は、電動パワーステアリング装置(50)に含まれた減速機(57)に取り付けられており、該減速機を介して、車両(70)の車輪(56R、56L)への操舵力を助勢する請求項1乃至3のうちのいずれか一項に記載の回転電機。
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