JP6758359B2 - 回転電機 - Google Patents

Description

本願は、回転電機に関するものである。

車両用の回転電機としては、固定子と、固定子の径方向内側に僅かな隙間を介して対向配置される回転子と、固定子及び回転子を収容するハウジングと、を備えて構成されるものが知られている。固定子は、コイルが巻回される環状の固定子鉄心と、固定子鉄心の外周に嵌め込まれる円筒状の保持部材と、を備えており、保持部材の軸方向一端側に形成されるフランジ部をハウジングにボルトで締結することにより、ハウジングに固定される。

このような回転電機の固定子において、保持部材に固定子鉄心を圧入するに際し、圧入荷重が大きくなるのを抑制するため、保持部材のフランジ部に切欠き部を形成することが考えられる。このように切欠き部を設けることで、保持部材の変形を利用して、保持部材に固定子鉄心を圧入する際の圧入荷重を低減するとともに固定子鉄心の変形を抑制する構造が考案されている。しかし、切欠きを形成することで保持部材の剛性は下がるものの、保持部材の真円度が悪化してしまうという問題がある。

これに対し、特許文献１には、切欠き方向を９０度ずらした２つの切欠き部をフランジ部に設けることで切欠き部に発生する応力の偏りを２方向に分散して真円度を向上させることが開示されている。

特開２０１６−０３２３５５号公報

しかしながら、特許文献１の構造切欠き部を有する回転電機では、円筒状保持部材の円筒部の剛性は変わらず、保持部材に圧入された固定子鉄心の変形抑制が十分とは言えない。また、９０度方向をずらしているものの２つの切欠き部をフランジ部に設けているので真円度の維持も難しいという課題があった。

本願は、上記のような課題を解決するための技術を開示するものであり、その目的は、
保持部材の剛性を下げるとともに保持部材の真円度も維持可能な回転電機を提供することである。

本願に開示される回転電機は、回転可能に保持された回転子、コイルが巻回され前記回転子に対向して配置された固定子鉄心を有する固定子、及び前記固定子鉄心を保持する円環状のフレームを備えた回転電機であって、前記フレームは前記固定子鉄心を保持する筒状の胴部と複数のフランジ部とを有し、前記胴部は薄肉部および前記フランジ部と接続された接続部付近において当該薄肉部より厚く形成される厚肉部を有し、前記胴部の端部に前記胴部を切欠き軸方向に形成された複数の溝を前記胴部の周囲に亘って等ピッチに設け、前記フランジ部と前記溝とは前記胴部の同じ側の端部に設けられたものである。

本願に開示される回転電機によれば、フレームの胴部に複数の溝を設けることで、胴部の剛性を低下させ、真円度を維持した状態でフレームに固定子鉄心を圧入し保持可能となる。

実施の形態１に係る回転電機の構成を示す斜視図である。 実施の形態１に係る回転電機の固定子の構成を示す斜視図である。 実施の形態１に係る回転電機の固定子を示す上面図である。 実施の形態１に係る回転電機の固定子を示す断面図である。 実施の形態２に係る回転電機の固定子を示す断面図である。 実施の形態３に係る回転電機の固定子を示す断面図である。 実施の形態３に係る回転電機の固定子を示す斜視図である。 実施の形態４に係る回転電機の固定子及びフレームを示す側面図である。 実施の形態５に係る回転電機の固定子及びフレームを示す側面図である。 実施の形態６に係る回転電機の固定子及びフレームを示す側面図である。

以下、本願で開示される回転電機の実施の形態について図を参照して説明する。なお、各図中、同一符号は、同一または相当部分を示すものとする。

実施の形態１．
以下に、実施の形態１に係る回転電機について図１から図４を用いて説明する。図１は実施の形態１に係る回転電機の構成を示す斜視図である。図２は、固定子６の構成を示す斜視図で、図３は上面図であり、固定子鉄心２がフレーム５に圧入され保持されている状態を示している。
図１において、回転可能に保持された回転子１の円周方向に対向して、複数のスロットにコイル４が巻回された固定子６が、円筒状のケース７に収納されている。図２で示されるフレーム５のフランジ部１１とケース７とは、溶接または例えばボルトのような締結部材１５により固定されて組み立てられている。例えばボルトで締結すると、フレーム５とケース７の材料によらず安定した固定力を得ることができる。

まず、固定子６の構成について説明する。固定子鉄心２は、薄い電磁鋼板が積層され、かしめあるいは溶接により電磁鋼板がばらばらにならないように組み立てられる。固定子鉄心２は、一体あるいは分割鉄心であり、円環状に構成されている。固定子鉄心２は複数のスロットを形成するティース部３を有し、ティース部３の側面には絶縁部材が組み付けられ、絶縁被膜で覆われたコイル４が絶縁部材を介してティース部に巻き回され、コイル４からは結線部材と接続するための端末線が引き出される。結線部材には電力供給部８が設けられ、インバータ（図示せず）と接続される。固定子６には温度センサ及び回転センサなどのセンサが取り付けられ（図示せず）、センサの信号を外部に取り出すための配線９が引き出される。

図２、３において、フレーム５は円筒状の胴部１０及び胴部１０の端部の円周部に形成されたフランジ部１１を有する。隣接するフランジ部１１の間にはフレーム５の胴部１０の厚み分切欠きされ、円筒軸方向の溝１２が形成されている。図では、溝１２はフレーム５の胴部１０端部の円周にほぼ等ピッチで６つ形成されている。また、フランジ部１１にはケース７と締結するためにボルトのような締結部材１５の挿入される穴１１ａが形成されている。配線９はフレーム５の溝１２の部分で外部に引き出されている。

図４は、図３の断面図に相当する。固定子鉄心２の外周は、円環状のフレーム５により圧入、焼嵌め、溶接などで保持される。フレーム５に設けられた溝１２により、フレームの剛性が低くなり、フレーム５の胴部１０が固定子鉄心２に倣いやすい構造になっている。
フレーム５は、例えば鉄板をプレス加工で製作されており、平板の状態で溝１２に相当する穴を打ち抜いた後に胴部１０を形成するか、胴部１０を成形した後に溝１２を打ち抜く、あるいは切削加工により形成する。胴部１０を形成した時の残留応力により、溝１２を基点に胴部１０が変形する。例えば、溝１２を１か所あるいは不等ピッチで形成した場合、溝１２間の剛性が不均一になり、それぞれの変形量が不均一になるため真円度の悪化を招いてしまう。そのため、溝１２をフレーム５の端部に複数個、さらにほぼ等ピッチで配置することが望ましい。本実施の形態では、溝１２をフレーム５の端部にほぼ等ピッチで配置することで、溝１２間の剛性が均一になるようにし、フレーム５の変形が小さくなる構造としている。
また、固定子鉄心２がフレーム５により圧入保持されると、焼嵌めなど、炉が不要で簡単に組立することができる。

本実施の形態に係る回転電機が車両用に適用される場合、例えば車両のエンジンとトランスミッションに挟み込んで組み付けられる扁平の回転電機においては、ケース７両端のスペースが狭い。そのため、本実施の形態ではセンサの信号用の配線９を引き出すスペースを確保するために、フレーム５の胴部１０に溝１２を設け、その溝１２部において配線９を引き出すようにしている。

また、上述では、６つの溝１２の間にそれぞれフランジ部１１を設ける構成としたが、これに限るものではなく、溝１２の間に複数のフランジ部１１を設けて締結部材１５で締結するようにしてもよい。溝１２間に１つ以上のフランジ部１１を設けて締結部材１５で締結することで、振動が抑制される構造となる。溝１２の数も６に限るものではない。

上述では、溝１２とフランジ部１１を胴部１０の同じ側の端部に設けたが、これに限るものではない。しかし、同じ側に設けると以下のような効果がある。すなわち、ケース７は例えばアルミ製からなるが、ケース７と鉄製のフレーム５をボルト等の締結部材１５で締結した場合、高温時に材料の線膨張差で変形が生じてしまい、ケース７にフレーム５が引っ張られる。これにより、胴部１０とフランジ部１１の接続部あるいはボルト締結部が変形し破損すると、固定子鉄心２の保持力が低下する恐れがある。溝１２をフランジ部１１付近、すなわちフランジ部１１の設けられた側のフレーム５の胴部１０の端部に溝１２を設けることで、フランジ部１１の設けられた側の胴部１０の端部及びその周辺部が変形しやすくなる。このように、ケース７とフレーム５の線膨張差の変形により発生するフランジ部１１及び締結部材１５の応力を胴部１０側に分散させることで、フランジ部１１及び締結部材１５の応力を抑制することができるので、破損が抑制される。また、フランジ部１１のない他端側には溝１２もないので他端側では胴部１０は円環形状を維持しやすい構造となる。

以上のように、実施の形態１によれば、フレーム５の胴部１０に複数の溝１２を設けることで、胴部１０の剛性を低下させ、真円度を維持した状態でフレームに固定子鉄心２を圧入し保持可能となる。溝１２とフランジ部１１を胴部１０の同じ端部に設けると、熱変形の抑制と円環形状の維持の両立が可能となる。また、溝１２を介して配線９の引き出しも可能となる。溝１２を等ピッチで形成することで、フレーム５の剛性を均一にすることができる。さらに、溝１２間に１つ以上のフランジ部１１を設け、フランジ部１１でケース７に固定することにより、振動抑制の効果も奏する。

実施の形態２．
以下に、実施の形態２に係る回転電機について図５を用いて説明する。
図５は、実施の形態２に係る回転電機の固定子の断面図である。実施の形態１の図４と比較して、フレーム５の胴部１０の端部である、胴部１０とフランジ部１１との接続部付近の厚みが他の部分より厚く形成されている。このように胴部１０とフランジ部１１の接続部付近を厚肉にすることにより、フランジ部１１付近の剛性を下げたことによる振動振幅の増加を抑制することができる。

また、胴部１０を厚肉部１３で構成し、固定子鉄心２を保持すると、固定子鉄心２が面外変形を発生しやすくなる。そのため、胴部１０とフランジ部１１との接続部付近のみ厚肉部１３とし、固定子鉄心２は厚肉部１３に対し薄肉部１４で保持するようにすればよい。例えば、厚肉部１３は、すきまばめあるいは中間ばめとし、薄肉部１４はしまりばめにし、固定子鉄心２の変形を抑える構造とする。厚肉部１３の全部に亘ってすきまばめあるいは中間ばめにする必要は無く、厚肉部１３の一部がしまりばめになっていても良い。

以上のように、本実施の形態２ではフレーム５の胴部１０とフランジ部１１との接続部付近を厚肉部１３とし、固定子鉄心２をフレーム５の胴部１０の薄肉部１４で保持するようにしたので、実施の形態１の効果に加え、振動振幅の増加を抑制することができ、固定子鉄心２の変形を抑制可能な構造にすることができる。

実施の形態３．
以下に、実施の形態３に係る回転電機について図６及び図７を用いて説明する。
図６は、実施の形態３に係る回転電機の固定子の断面図、図７は固定子の斜視図である。実施の形態１の図４と比較して、フレーム５の胴部１０の長さが固定子鉄心２よりも長くなっている。この構造により、溝１２は固定子鉄心２の側面に形成されることがなくなり、固定子鉄心２の保持される面積が増加し、安定した保持力を得ることができる。

また、図７はフランジ部１１と反対側にインバータと接続される電力供給部８が配置されているが、フランジ部１１側に設け、センサの信号線用の配線９と同様に電力供給部８も溝１２の近くに設けて配線を取り出すようにしてもよい。すなわち、センサの信号線用の配線９だけでなくコイルに電力を供給する電力供給部８及び電力供給部に接続される結線部材も溝１２を配線部材取り出し口として用いればよい。ここで配線部材は、配線９、電力供給部８、電力供給部に接続される結線部材を含む。

以上のように、本実施の形態３ではフレーム５の胴部１０の長さを固定子鉄心２よりも長くしたので、安定した保持力を得ることができる。溝１２を介した配線の取り出しも容易になる。また、電力供給部８もあるいは電力供給部に接続される結線部材もフランジ部１１を跨いで取り出す必要がなくなり、固定子６の全長を小さくすることができる。

実施の形態４．
以下に、実施の形態４に係る回転電機について図８を用いて説明する。
図８は、実施の形態４に係る回転電機の固定子及びフレームの側面図である。実施の形態１の図２で示された溝１２と比較して、図８ではフレーム５の胴部１０に形成された溝１２の側面と底面をつなぐ隅部が円形状になっている。すなわち、溝１２はＵ字形状である。
このような溝１２の形状とすることで、フレーム５のフランジ部１１付近が変形した時に、溝１２の隅部に発生する応力を小さくすることができる。

実施の形態５．
以下に、実施の形態５に係る回転電機について図９を用いて説明する。
図９は、実施の形態５に係る回転電機の固定子及びフレームの側面図である。実施の形態１の図２で示された溝１２と比較して、図９ではフレーム５の胴部１０に形成された溝１２の底面が凸形状になっている。この形状は図９のように、なだらかな凸である必要はなく、部分的な凸になってもよい。また、上述したが、溝１２をプレス加工で形成する場合溝１２付近に発生する材料の逃げによる凸形状であってもよい。
このような溝１２の形状にすることで、溝１２による開口面積を減少させることができ、フレーム５のフランジ部１１付近の剛性を変えずに、固定子鉄心２の保持面積を大きくすることができる。

実施の形態６．
以下に、実施の形態６に係る回転電機について図１０を用いて説明する。
図１０は、実施の形態６に係る回転電機の固定子及びフレームの側面図である。実施の形態１の図２で示された溝１２と比較して、図１０ではフレーム５の胴部１０に形成された溝１２の側面がテーパ状に傾斜して、底面に繋がっている。図１０では溝１２の幅がフランジ部１１から胴部１０軸方向にかけて小さくなるように傾斜しているが、フランジ部１１から胴部１０にかけて大きくなるように傾斜しても良い。この傾斜形状は、上述した溝１２をプレス加工で形成する場合の溝１２付近に発生する材料の逃げによる傾斜であってもよい。

図１０のように、フレーム５のフランジ部１１から胴部１０にかけて溝１２の幅が小さくなる傾斜の場合、フランジ部１１付近の剛性を上げずに固定子鉄心２の保持面積を大きくすることができる。
一方、フレーム５のフランジ部１１から胴部１０にかけて溝の幅が大きくなる傾斜の場合、固定子鉄心２の保持面積を減少させずにフランジ部１１付近の剛性を上げることができる。

本願は、様々な例示的な実施の形態及び実施例が記載されているが、１つ、または複数の実施の形態に記載された様々な特徴、態様、及び機能は特定の実施の形態の適用に限られるのではなく、単独で、または様々な組み合わせで実施の形態に適用可能である。
従って、例示されていない無数の変形例が、本願明細書に開示される技術の範囲内において想定される。例えば、少なくとも１つの構成要素を変形する場合、追加する場合または省略する場合、さらには、少なくとも１つの構成要素を抽出し、他の実施の形態の構成要素と組み合わせる場合が含まれるものとする。

１：回転子、 ２：固定子鉄心、 ３：ティース部、 ４：コイル、
５：フレーム、 ６：固定子、 ７：ケース、 ８：電力供給部、 ９：配線、
１０：胴部、 １１：フランジ部、１１ａ：穴、 １２：溝、
１３：厚肉部、 １４：薄肉部、 １５：締結部材。

Claims (13)

1. 回転可能に保持された回転子、コイルが巻回され前記回転子に対向して配置された固定子鉄心を有する固定子、及び前記固定子鉄心を保持する円環状のフレームを備えた回転電機であって、前記フレームは前記固定子鉄心を保持する筒状の胴部と複数のフランジ部とを有し、前記胴部は薄肉部および前記フランジ部と接続された接続部付近において当該薄肉部より厚く形成される厚肉部を有し、前記胴部の端部に前記胴部を切欠き軸方向に形成された複数の溝を前記胴部の周囲に亘って等ピッチに設け、前記フランジ部と前記溝とは前記胴部の同じ側の端部に設けられた回転電機。
2. 前記固定子鉄心は、前記薄肉部で保持されている請求項１に記載の回転電機。
3. 前記フレームは、前記薄肉部においては、しまりばめ部分を有し、前記厚肉部においては、すきまばめ部分を有することにより、前記薄肉部により前記固定子鉄心を保持する請求項２に記載の回転電機。
4. 前記固定子は、前記フレームにより圧入保持されている請求項１から３のいずれか１項に記載の回転電機。
5. 回転可能に保持された回転子、コイルが巻回され前記回転子に対向して配置された固定子鉄心を有する固定子、及び前記固定子鉄心を保持する円環状のフレームを備えた回転電機であって、前記固定子は、前記フレームにより圧入保持されており、前記フレームは前記固定子鉄心を保持する筒状の胴部と複数のフランジ部とを有し、前記胴部の端部に前記胴部を切欠き軸方向に形成された複数の溝を前記胴部の周囲に亘って等ピッチに設け、前記フランジ部と前記溝とは前記胴部の同じ側の端部に設けられた回転電機。
6. 前記溝のピッチ間に、少なくとも１つのフランジ部が設けられた請求項１から５のいずれか１項に記載の回転電機。
7. 前記フレームの前記胴部は、前記固定子鉄心よりも長い請求項１から６のいずれか１項に記載の回転電機。
8. 前記固定子に接続される配線部材は、前記フレームの前記溝を介して引き出される請求項１から７のいずれか１項に記載の回転電機。
9. 前記配線部材は、前記固定子に取り付けられたセンサ用の配線、前記コイルに電力を供給する結線部材及び前記結線部材に接続される電力供給部の少なくともいずれか１つである請求項８に記載の回転電機。
10. 前記溝はＵ字状または前記溝の側面と底面をつなぐ隅部が円弧状である請求項１から９のいずれか１項に記載の回転電機。
11. 前記溝の底面は凸形状である請求項１から９のいずれか１項に記載の回転電機。
12. 前記溝の側面が傾斜している請求項１から９のいずれか１項に記載の回転電機。
13. 前記フレームはケースに収納され、前記フランジ部が前記ケースと締結部材で固定された請求項１から１２のいずれか１項に記載の回転電機。

Images