JP6877596B2 - 制御装置一体型回転電機 - Google Patents

Description

本願は、回転電機と回転電機を制御するための制御装置とを一体化した制御装置一体型回転電機に関するものである。

従来から、回転電機を制御するための制御装置と回転電機とが一体化され、車両に搭載される制御装置一体型回転電機は知られている。例えば特許文献１には、回転電機のフレームの内周面に回転電機の固定子が保持され、固定子の内側に回転子が設置されていることが開示されている。

国際公開２０１４／１８８８０３号公報

車両に搭載される制御装置一体型回転電機には燃費向上のため軽量化の要求がある。また、エンジンルーム内に設置されて使用されることも多く、温度変化及び振動等に対する耐久性が要求されている。さらに、エンジンルーム内では設置できる空間に限りがあるため、回転電機の径方向の寸法の小型化も要求されている。回転電機の固定子はフレームの内周面に固定されるが、所定の保持力を得るためにフレームの内径よりも外径を大きくしてフレームで締付ける必要がある。フレームをアルミニウム系材料等で構成すれば安価に軽量化を図れるが、固定子は電磁鋼板等を積層して形成されるため、フレームとの接触面には積層による段差があり、固定子を固定する際にフレームに直接圧入すると硬度の低いアルミニウム系材料が削れてフレームを損傷させる問題があった。固定子を直接圧入せず焼嵌めを用いることが可能であるが、設備費等により製造コストが増加する問題があった。また、強度の低いアルミニウム系材料で保持力を高めようとするとフレームを肉厚にする必要があり径方向の寸法が増大する問題があった。

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、フレームを損傷することなく固定子をフレームに圧入可能な制御装置一体型回転電機を提供することを目的とする。

本願に開示される制御装置一体型回転電機は、回転子軸に固定された回転子と、電磁鋼板を積層して形成され前記回転子と離間してかつ囲むように配置された固定子と、前記固定子に巻装された固定子巻線と、前記固定子に接して配置された円筒形状部材と、前記円筒形状部材に接して配置され前記固定子を保持するフレームと、前記フレームに内接するヒートシンクを有し前記固定子巻線に電力を供給する制御装置とを備え、前記円筒形状部材は一端にフランジ部を有し、前記フレームの内部において前記フランジ部が前記フレームの内部の段差部と前記ヒートシンクとに挟持され、軸方向に固定されているものである。

以上のように構成されたので、フレームを損傷することなく固定子をフレームに圧入可能な制御装置一体型回転電機を提供することができる。

実施の形態１に係る制御装置一体型回転電機の構成を示す断面図である。 実施の形態１に係る制御装置一体型回転電機の円筒形状部材を示す斜視図である。 実施の形態２に係る制御装置一体型回転電機の構造を示す断面図である。 実施の形態２に係る制御装置一体型回転電機の組立工程の一部を示す断面図である。 実施の形態３に係る制御装置一体型回転電機の別の円筒形状部材を示す斜視図である。 実施の形態４に係る制御装置一体型回転電機の円筒形状部材を示す斜視図である。 実施の形態４に係る制御装置一体型回転電機の円筒形状部材の製造工程の一部を示す図である。 実施の形態４に係る制御装置一体型回転電機の円筒形状部材の製造工程の一部を示す図である。 実施の形態４に係る制御装置一体型回転電機の円筒形状部材の製造工程の一部を示す図である。 実施の形態４に係る制御装置一体型回転電機の円筒形状部材の製造工程の一部を示す図である。 実施の形態４に係る制御装置一体型回転電機の別の円筒形状部材を示す斜視図である。

以下、本願で開示される制御装置一体型回転電機の好適な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。以下に示す図面においては、理解の容易のため、各部材の縮尺が実際とは異なる場合があり、また、本開示の特徴に関係しない構成の図示は省略する。

実施の形態１．
以下に、本実施の形態１に係る制御装置一体型回転電機を図１および図２に基づいて説明する。本実施の形態では、制御装置一体型回転電機を車両に搭載する電動パワーステアリングに適用した例を示しており、車両のステアリングの操舵力をアシストする回転電機本体と回転電機を制御するための制御装置から構成される。

図１は実施の形態１に係る制御装置一体型回転電機１００の断面図である。
図において、制御装置一体型回転電機１００は、フレーム２の内部に回転電機１本体と制御装置４０とを備える。フレーム２の内周部に接するように円筒形状部材３が設置され、円筒形状部材３の内周面に接して固定子４が設置されている。フレーム２は安価で軽量なアルミニウム合金で形成されており、円筒形状部材３は炭素鋼で形成されており、固定子４は電磁鋼板を積層して形成されている。円筒形状部材３および固定子４はともにフレーム２に圧入されて固定されている。
円筒形状部材３の全体構造については後述するが、円筒形状部材３のリア方向の端部にフランジ部１８が形成されている。図中円Ａ内で示されるように、フランジ部１８がフレーム２の段差部に載り、フレーム２と軸受ホルダ１４および制御装置４０の構成部材であるヒートシンク４１とに挟み込まれて軸方向に固定されている。ヒートシンク４１もフレーム２に圧入され、フレーム２に内接し設置されている。

固定子４には絶縁体であるインシュレータ５を介して固定子巻線６が巻装され、制御装置４０からの電流を固定子巻線６に供給するためのターミナル７とターミナル７を固定するためのホルダ８が設置されている。

回転子軸９には回転子１０が固定されており、回転子１０には磁石１１が設置されている。回転子軸９は軸受１２および軸受１３によって回転可能に支持されている。回転子軸９のリア方向には回転子１０の回転状態を検出する回転角度検出センサ（図示せず）が設置されている。また、回転電機１のフロント方向の端部には車両側と組付けるためのボス１６等が設置されている。なお、固定子４は回転子１０と離間してかつ回転子１０を囲むように配置されている。

なお、制御装置４０の構成は簡略に示しているが、固定子巻線６と外部の直流電力との間の電力変換を行い固定子巻線６に電力を供給する電力変換回路４２と、この電力変換回路４２を制御するための制御回路（図示せず）とを具備する。電力変換回路４２はパワー半導体素子等を有しており、冷却のためにヒートシンク４１に接して配置されている。

図２は図１の円筒形状部材３示した斜視図である。円筒形状部材３は胴体部１７とフランジ部１８とを備えている。フランジ部１８は円筒形状部材３の端部の全周に亘って形成されている。固定子４の外周面と円筒形状部材３の胴体部１７の内周面が接し、円筒形状部材３の胴体部１７の外周面とフレーム２の内周面とが接して、固定子４、円筒形状部材３の胴体部１７がフレーム２に対して圧入された関係となる。
また、円筒形状部材３のフランジ部１８は軸受ホルダ１４とともに、フレーム２とフレーム２に圧入されたヒートシンク４１とに挟み込まれて軸方向に固定される（図１中円Ａ内参照）。本実施の形態では、まず、炭素鋼の鋼板を深絞り加工によりフランジ部１８が形成されたカップ状の部材を作成し、フランジ部１８とは反対側の底部を削除して円筒形状部材３を形成した。

以上のとおり、実施の形態１によれば、固定子４の積層による段差部は硬度の高い炭素鋼で形成した円筒形状部材３の内周面と接触し、フレーム２の内周面は表面が平滑な円筒形状部材３の外周面と接触するため、固定子４および円筒形状部材３を、直接アルミニウム合金のフレーム２に圧入してもフレーム２の損傷を防止できる。また、焼嵌めを行うことがないため、焼嵌め費用を不要にできる。
また、円筒形状部材３のフランジ部１８がフレーム２とヒートシンク４１とで挟持されて軸方向に固定されているため、固定子４をフレーム２による径方向（図１中円Ｂ内参照）からの保持する力に軸方向（図１中円Ａ内参照）の保持力も加わり、全体として保持力が向上するため、フレーム２を薄肉化でき回転電機の径方向寸法の小型化が可能となる。

実施の形態２．
以下に、本実施の形態２に係る制御装置一体型回転電機を図３および図４に基づいて説明する。本実施の形態２も実施の形態１と同様、車両に搭載する電動パワーステアリングに適用した例を示しており、回転電機本体と制御装置とを備えている制御装置一体型回転電機である。

図３は実施の形態２に係る制御装置一体型回転電機の構造を示した断面図である。円筒形状部材３０には、胴体部１７の内径より内径の大きい固定子導入部１９がフランジ部１８側に形成されている。円筒形状部材３０の固定子導入部１９は、胴体部１７が固定子４と接している部位よりリア方向に延在して、胴体部１７とフランジ部１８との間に形成される。すなわち、固定子導入部１９を形成することで、フランジ部１８の形成された円筒形状部材３０の端部における内径は、胴体部１７の内径より大きくなっている。その他の構成は実施の形態１と同様である。

図４は、図３の制御装置一体型回転電機において円筒形状部材３０に固定子４を圧入する工程を示した断面図である。組み立て後の固定子４と円筒形状部材３０とが圧入関係となるように、組み立て前の固定子４の外径は円筒形状部材３の胴体部１７の内径よりも大きい。そのため、固定子４を円筒形状部材３０のフランジ部側から圧入する際、固定子４の外周端部の底面及び角部と円筒形状部材３０のフランジ部１８と接触し、フランジ部１８を変形等損傷させる虞がある。円筒形状部材３０の固定子４と接する胴体部１７よりリア方向側に固定子４の外径よりも内径の大きい固定子導入部１９を形成しておくことで、固定子４を円筒形状部材３０に圧入する際のフランジ部１８の損傷を防止できる。
フランジ部の損傷を防止することで、円筒形状部材３のフランジ部１８をフレーム２とヒートシンク４１で挟み込んだ固定部が堅実となる。
図４では矢印方向に示すように、保持された円筒形状部材３０に固定子４を圧入したが、固定子４を保持し、固定子４に円筒形状部材３０を圧入してもよい。また、フレーム２に円筒形状部材３を圧入した後、固定子４を円筒形状部材３に圧入することもできる。いずれの場合も、円筒形状部材３０に固定子導入部１９が形成されている方が、圧入工程でのフランジ部１８の損傷を防止できる。

以上のとおり、実施の形態２では、実施の形態１と同様の効果を有する。さらに、制御装置一体型回転電機の製造時の圧入工程において、円筒形状部材３０のフランジ部の損傷を防止でき、円筒形状部材３のフランジ部１８をフレーム２とヒートシンク４１で挟み込んだ固定部が堅固となるという効果を有する。

実施の形態３．
実施の形態１および２に係る制御装置一体型回転電機の円筒形状部材は切れ目のない筒状であったが、本実施の形態３では、軸方向に切欠き部を有する円筒形状部材の例について説明する。

図５は、本実施の形態３に係る円筒形状部材３１の構造を示した斜視図で、例えば、実施の形態１および２で例示した制御装置一体型回転電機に用いられる。
円筒形状部材３１は、軸方向に貫通する切欠き部２０を有する。すなわち、切欠き部２０は円筒形状部材３１の両端に亘って軸方向に形成されている。制御装置一体型回転電機の製造時に、フレーム２に円筒形状部材３１を圧入するが、円筒形状部材３１の径を縮小する方向に荷重をかけながら圧入することで、圧入力を下げることが可能となり組立が容易となる効果が得られる。

なお、図５は実施の形態１の図２で示した円筒形状部材３に切欠き部２０を設けたものを例示したが、実施の形態２の図４で示される、固定子導入部１９の形成された円筒形状部材３０に軸方向に切欠き部を設けてもよい。

以上のように、本実施の形態３によれば、実施の形態１および２と同様の効果を奏するとともに、組立が容易になるという効果が得られる。

実施の形態４．
実施の形態１から３に係る制御装置一体型回転電機の円筒形状部材はフランジ部が円筒形状部材の端部の周囲に亘って形成されていた。本実施の形態４では、端部の周囲の一部にフランジ部を有する円筒形状部材の例について説明する。

図６は、本実施の形態４に係る円筒形状部材３２の構造を示した斜視図で、例えば、実施の形態１および２で例示した制御装置一体型回転電機に用いられる。
円筒形状部材３２は、炭素鋼の鋼板を加工して形成されており、リア方向側の端部に設けられるフランジ部１８ａが複数の箇所に分割して形成されている。
また、円筒形状部材３２は、後述する工程により、炭素鋼板を加工して形成されるため、溶接部２１を有する。

図７Ａから図７Ｄは、図６の円筒形状部材３２の製造工程の一例を示すものである。
図７Ａにおいて、円筒形状部材３２を形成する炭素鋼板２２を準備する。図７Ｂにおいて、胴体部１７を形成する部位２２ａの一辺に、打ち抜き加工あるいは切断加工によりフランジ部１８ａとなる部位２２ｂを複数形成する。図７Ｃに示すように、部位２２ａを円筒状に加工して部位２２ａの二つの短辺を溶接する。図７Ｄに示すように、部位２２ｂを折り曲げてフランジ部１８ａを形成する。

以上の構成によれば、円筒形状部材３２の端部の周囲の一部にフランジ部１８ａを形成しているので、実施の形態１と同様の効果を有する。すなわち、固定子４および円筒形状部材３２を、直接アルミニウム合金のフレーム２に圧入してもフレーム２の損傷を防止できる。また、焼嵌めを行うことがないため、焼嵌め費用を不要にできる。
また、円筒形状部材３２のフランジ部１８ａをフレーム２とヒートシンク４１で挟み込んで軸方向に固定し、固定子４をフレーム２による径方向からの保持に加えて、軸方向でも保持するので、全体として保持力が向上するため、フレーム２を薄肉化でき回転電機の径方向寸法の小型化が可能となる。

図８は本実施の形態４に係る円筒形状部材の別の例を示す斜視図である。図において、円筒形状部材３３はリア方向側の端部に胴体部１７の内径よりも内径の大きい固定子導入部１９ａが複数の箇所に分割して形成され、それぞれの固定子導入部１９ａの先端にフランジ部１８ａが形成されている。
この円筒形状部材３３は、先に説明した図７Ａから図７Ｄと同様な製造工程にて製造することができる。図７Ｂで、部位２２ｂの形状は固定子導入部１９ａを考慮して加工される。また、図７Ｄで、固定子導入部１９ａとフランジ部１８ａの形状は部位２２ｂを二段階に折り曲げて形成する。

以上の構成によれば、実施の形態１および実施の形態２と同様の効果を有する。さらに円筒形状部材３を形成する鋼板の面積が低減して、軽量化が可能となる。

本実施の形態では、円筒形状部材３２、３３に固定子４を圧入することを前提に説明したが、固定子４に円筒形状部材３２、３３を圧入してもよい。また、フレーム２に円筒形状部材３２、３３を圧入した後に固定子４を円筒形状部材３２、３３に圧入することもできる。
フレーム２に円筒形状部材３２、３３を圧入する場合には、図７Ｃにおいて、円筒形状部材３２、３３を炭素鋼の鋼板から形成する際、部位２２ａの二つの短辺を溶接しないでおくとよい。円筒形状部材３２、３３の径を縮小する方向に荷重をかけながら圧入することができ、圧入力を下げて組立を容易とする効果が得られる。

以上のとおり、実施の形態４で示した円筒形状部材を実施の形態１または２に例示した制御装置一体型回転電機に適用すれば、実施の形態１から３と同様の効果を有する。すなわち、制御装置一体型回転電機の製造工程で、フレームと固定子との間に円筒形状部材を介して圧入するため、圧入時にはフレームの内周面は表面が平滑な円筒形状部材の胴体部の外周面と接触することになる。これにより、フレーム２が軽量なアルミニウム系材料であっても損傷することなく、焼嵌めによる圧入が不要となり設備費用を削減できる。さらに、円筒形状部材のフランジ部をフレームとヒートシンクで挟み込んで固定しているため、保持力が向上してフレームの薄肉化が可能となり、回転電機の径方向寸法を小型化できる。
さらに、実施の形態４では、実施の形態１から３の円筒形状部材より軽量化できる。

なお、各実施の形態を組み合わせたり、各実施の形態を適宜、変形、省略したりすることが可能である。

１：回転電機、 ２：フレーム、 ３、３０、３１、３２、３３：円筒形状部材、 ４：固定子、 ５：インシュレータ、 ６：固定子巻線、 ７：ターミナル、 ８：ホルダ、 ９：回転子軸、 １０：回転子、 １１：磁石、 １２：軸受、 １３：軸受、 １４：軸受ホルダ、 １６：ボス、 １７：胴体部、 １８、１８ａ：フランジ部、 １９、１９ａ：固定子導入部、 ２０：切欠き部、 ２１：溶接部、 ２２：鋼板、 ２２ａ：胴体部形成部位、 ２２ｂ：フランジ部形成部位、 ４０：制御装置、 ４１：ヒートシンク、 ４２：電力変換回路、 １００：制御装置一体型回転電機。

Claims (7)

1. 回転子軸に固定された回転子と、電磁鋼板を積層して形成され前記回転子と離間してかつ囲むように配置された固定子と、前記固定子に巻装された固定子巻線と、前記固定子に接して配置された円筒形状部材と、前記円筒形状部材に接して配置され前記固定子を保持するフレームと、前記フレームに内接するヒートシンクを有し前記固定子巻線に電力を供給する制御装置とを備え、前記円筒形状部材は一端にフランジ部を有し、前記フレームの内部において前記フランジ部が前記フレームの内部の段差部と前記ヒートシンクとに挟持され、軸方向に固定されていることを特徴とする制御装置一体型回転電機。
2. 前記フランジ部は前記円筒形状部材の端部の全周に亘って形成されていることを特徴とする請求項１に記載の制御装置一体型回転電機。
3. 前記フランジ部は前記円筒形状部材の端部に複数箇所に分割して形成されていることを特徴とする請求項１に記載の制御装置一体型回転電機。
4. 前記円筒形状部材の胴体部の内径よりも前記フランジ部を形成する端部の内径の方が大であ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制御装置一体型回転電機。
5. 前記円筒形状部材の両端に亘って軸方向に切欠き部を有することを特徴とする請求項１から４のいずれか一項に記載の制御装置一体型回転電機。
6. 前記ヒートシンク及び前記円筒形状部材は前記フレームに圧入されて固定されている請求項１から５のいずれか一項に記載の制御装置一体型回転電機。
7. 前記回転子軸を回転可能に支持する軸受を固定する軸受ホルダを有し、前記フレームの内部において前記軸受ホルダは前記フランジ部とともに前記フレームの内部の段差部と前記ヒートシンクとに挟持され、軸方向に固定されていることを特徴とする請求項１から６のいずれか一項に記載の制御装置一体型回転電機。

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