JP7331580B2

JP7331580B2 - ステータ部材

Info

Publication number: JP7331580B2
Application number: JP2019172628A
Authority: JP
Inventors: 謙太後藤; 賢司可児
Original assignee: Denso Corp
Current assignee: Denso Corp
Priority date: 2019-09-24
Filing date: 2019-09-24
Publication date: 2023-08-23
Anticipated expiration: 2039-09-24
Also published as: JP2021052454A

Description

本発明は、ステータ部材に関するものである。

従来、回転電機としては、例えば、回転軸にプロペラファンが固定される換気扇やラジエータ用の送風機等、軸方向一方側から軸方向他方側に向かう風を受けるものがあり、その風にて自身を冷却すべく、モータハウジングの外周面から径方向外側に突出する放熱フィンを備えたものがある（例えば、特許文献１参照）。

特開２０１９－２２２５０号公報

ところで、上記したモータハウジングは、内周面にステータコアが焼き嵌めによって固定されるものであるが、モータハウジングの材料については詳細に触れられておらず、小型軽量化を図る上で最適な材料が望まれていた。

本発明は、上記問題点を解決するためになされたものであって、その目的は、小型軽量化を可能としたステータ部材を提供することにある。

上記課題を解決するモータハウジング（１２）は、内周面にステータコア（１７）が固定される円筒部（１２ａ）と、該円筒部の外周面から径方向外側に突出する放熱フィン（１２ｂ）とを有するモータハウジング（１２）であって、炭化ケイ素を含むアルミ基複合材からなる。

同構成によれば、モータハウジングは炭化ケイ素を含むアルミ基複合材からなるため、単なるアルミニウムからなるものに比べて、線膨張率を低くすることができ、線膨張率をステータコアの主成分である鉄の線膨張率に近づけることができる。よって、単なるアルミニウムからなるものに比べて、円筒部の径方向の厚さを薄くすることが可能となる。すなわち、モータハウジングの線膨張率とステータコアの主成分である鉄の線膨張率との差が大きいと、例えば焼き嵌めの加工時等に必要となる円筒部の径方向の厚さが厚くなるといった問題が生じるが、これを抑えて、円筒部の径方向の厚さを薄くすることができる。その結果、例えば、モータハウジングの径方向の小型化や軽量化を図ることが可能となる。

上記課題を解決するステータ部材（３１）は、前記モータハウジング（１２）と、前記ステータコア（１７）とを備える。
同構成によれば、ステータ部材において、径方向の小型化や軽量化を図ることが可能となる。

一実施形態における回転電機の断面図。一実施形態におけるステータ部材を軸方向から見た一部拡大図。一実施形態におけるモータハウジングを径方向外側から見た一部拡大図。フィラー量－線膨張率特性図。フィラー量－重量特性図。別例におけるモータハウジングを径方向外側から見た一部拡大図。

以下、回転電機の一実施形態を図１～図５に従って説明する。
図１に示すように、回転電機１１は、筒状のモータハウジング１２と、該モータハウジング１２の両開口を閉塞する一対のエンドハウジング１３，１４とを備える。また、回転電機１１は、モータハウジング１２の内周面に固定された略円筒状のステータ１５を備える。

図２に示すように、ステータ１５は、ステータコア１７とステータコア１７に巻装された巻線１８とを備える。詳しくは、ステータコア１７は、筒部１７ａと該筒部１７ａの内周面から径方向内側に延びる周方向に複数のティース部１７ｂとを有し、それらティース部１７ｂの間に巻線１８が巻装されている。

また、図１に示すように、回転電機１１は、ステータ１５の内側で両エンドハウジング１３，１４に軸受１９を介して回転可能に支持されたロータ２０を備える。
ロータ２０は、軸受１９に支持された回転軸２１と、該回転軸２１に外嵌されて固定されたロータコア２２と、該ロータコア２２の外周面に固定された永久磁石２３とを備える。また、回転軸２１には、軸方向から出力部材２４が内嵌されて固定されている。本実施形態の出力部材２４は、その回転時に軸方向に風を発生させるものであって、例えば換気扇やラジエータなどの送風ファンが採用されている。

モータハウジング１２は、押出成形によって成形された押出成形品である。モータハウジング１２は、内周面にステータコア１７が固定される円筒部１２ａと、該円筒部１２ａの外周面から径方向外側に突出する放熱フィン１２ｂとを有する。放熱フィン１２ｂは、円筒部１２ａの軸方向一端から軸方向他端まで設けられるとともに、周方向に多数設けられている。モータハウジング１２とステータコア１７とは焼き嵌めによって固定されている。そして、本実施形態では、モータハウジング１２とステータコア１７を含むステータ１５とがステータ部材３１を構成している。

また、図２に示すように、モータハウジング１２の円筒部１２ａにおける内周面には、径方向外側に凹むハウジング側キー溝１２ｃが設けられ、ステータコア１７の筒部１７ａにおける外周面には、径方向内側に凹むコア側キー溝１７ｃが設けられている。そして、ステータ部材３１は、ハウジング側キー溝１２ｃ内とコア側キー溝１７ｃ内とに亘って嵌入されモータハウジング１２とステータコア１７との互いの相対回動を規制するキー部材３２を備えている。

また、図１及び図３に示すように、放熱フィン１２ｂの軸方向端部には、第１面取り部１２ｄ及び第２面取り部１２ｅが設けられている。図１に示すように、第１面取り部１２ｄは、放熱フィン１２ｂの軸方向端部における径方向外側端部の角がなくなるように、Ｒ形状に形成されている。また、図３に示すように、第２面取り部１２ｅは、放熱フィン１２ｂの軸方向端部における周方向端部の角がなくなるように、Ｒ形状に形成されている。本実施形態の第１面取り部１２ｄ及び第２面取り部１２ｅは、放熱フィン１２ｂに一体成形されている。すなわち、第１面取り部１２ｄ及び第２面取り部１２ｅは、押出成形されたモータハウジング１２の放熱フィン１２ｂの角を切削等によって除去することで成形されている。

ここで、ステータコア１７は、鉄を主成分とする線膨張率が１．１７×１０^－５／℃の電磁鋼板が積層されてなる。
そして、モータハウジング１２は、炭化ケイ素（ＳｉＣ）を含むアルミ基複合材からなる。

詳しくは、図４に示すように、本実施形態のモータハウジング１２は、アルミニウムに対する炭化ケイ素の含まれる割合であるフィラー量が２５％で線膨張率が１．４×１０^－５／℃のアルミ基複合材からなる。なお、炭化ケイ素を含有していない単なるアルミニウムの線膨張率は、約２．４×１０^－５／℃である。また、炭化ケイ素のフィラー量が４４％のアルミ基複合材は線膨張率が１．１７×１０^－５／℃となり、ステータコア１７の線膨張率と同一となるが、この場合では押出成形によってモータハウジング１２を成形すると割れが生じて製造に適さないことから、本実施形態では炭化ケイ素のフィラー量が２５％のアルミ基複合材を材料としている。

また、キー部材３２は、ステータコア１７の線膨張率と同一の線膨張率の材料よりなり、本実施形態では炭素鋼よりなる。なお、ここで言う同一とは、完全な同一だけでなく、実用範囲で温度が変化してもステータコア１７とのがたつきが生じない範囲を含む。

次に、上記のように構成された回転電機１１の作用について説明する。
ステータ１５の巻線１８に駆動電流が供給されると、ステータ１５にて回転磁界が発生されてロータ２０が回転駆動され、出力部材２４が回転する。すると、送風ファンである出力部材２４によって発生される風Ｋが回転電機１１の軸方向に流れ、風Ｋが放熱フィン１２ｂに沿って流れることで回転電機１１が冷却される。

次に、上記実施形態の効果を以下に記載する。
（１）モータハウジング１２は炭化ケイ素を含むアルミ基複合材からなるため、単なるアルミニウムからなるものに比べて、線膨張率を低くすることができ、線膨張率をステータコア１７の主成分である鉄の線膨張率に近づけることができる。よって、単なるアルミニウムからなるものに比べて、円筒部１２ａの径方向の厚さを薄くすることが可能となる。すなわち、モータハウジング１２の線膨張率とステータコア１７の主成分である鉄の線膨張率との差が大きいと、例えば焼き嵌めの加工時等に必要となる円筒部１２ａの径方向の厚さが厚くなるといった問題が生じるが、これを抑えて、円筒部１２ａの径方向の厚さを薄くすることができる。その結果、例えば、モータハウジング１２の径方向の小型化や軽量化を図ることが可能となる。

具体的には、図５に示すように、アルミ基複合材における炭化ケイ素のフィラー量を４４％に向けて多くするほど円筒部１２ａの径方向の厚さを薄くすることが可能となって重量を軽くすることが可能となり、本実施形態のようにフィラー量を２５％とするとモータハウジング１２の重量を０．７ｋｇとすることが可能となった。

（２）モータハウジング１２は、押出成形品であるため、例えば鋳造品とした場合のような抜き勾配が不要となり、例えば、放熱フィン１２ｂの厚さを最低限の薄さで一定とすることができる。その結果、例えば、鋳造品とした場合に比べて軽量化を図ることができる。また、放熱フィン１２ｂの数を鋳造品とした場合に比べて多くすることができ、冷却効果を高くすることが可能となる。

（３）放熱フィン１２ｂの軸方向端部には、第１面取り部１２ｄ及び第２面取り部１２ｅが設けられるため、例えば、面取り部が設けられずに角がある場合に比べて、軸方向に流れる風Ｋが放熱フィン１２ｂに沿って流れ易くなり、冷却効果を高くすることができる。

（４）第１面取り部１２ｄ及び第２面取り部１２ｅは、放熱フィン１２ｂに一体成形されるため、例えば、別体で設けた場合に比べて、部品点数や組み付け工数が少なくなる。
（５）キー部材３２は、ステータコア１７の線膨張率と同一の線膨張率の材料よりなるため、温度が変化してもステータコア１７とのがたつきが生じ難い。

上記実施形態は以下のように変更して実施することができる。また、本実施形態及び以下の変更例は、技術的に矛盾しない範囲で互いに組み合わせて実施することができる。
・上記実施形態では、第１面取り部１２ｄ及び第２面取り部１２ｅは、放熱フィン１２ｂに一体成形されるとしたが、これに限定されず、別体で設けてもよい。

例えば、図６に示すように、面取り部が形成されていない放熱フィン１２ｂの軸方向端部に、第１面取り部１２ｄ及び第２面取り部１２ｅが形成された固定部材４１を固定して実施してもよい。このようにすると、押出成形された放熱フィン１２ｂにおける角を切削等によって除去するといった加工が不要となる。

・上記実施形態では、モータハウジング１２は、押出成形品であるとしたが、これに限定されず、例えば鋳造品としてもよい。
・上記実施形態では、放熱フィン１２ｂの軸方向端部には、第１面取り部１２ｄ及び第２面取り部１２ｅが設けられるとしたが、これに限定されず、例えば、第１面取り部１２ｄ及び第２面取り部１２ｅの内のいずれか一方のみを設けてもよいし、共に設けなくてもよい。

・上記実施形態では、キー部材３２は、ステータコア１７の線膨張率と同一の線膨張率の材料よりなるとしたが、これに限定されず、異なる線膨張率の材料よりなるものとしてもよい。また、ハウジング側キー溝１２ｃ、コア側キー溝１７ｃ、及びキー部材３２を備えずに異なる構成でモータハウジング１２とステータコア１７との相対回動が規制されたステータ部材３１としてもよい。

・上記実施形態では、モータハウジング１２は、炭化ケイ素のフィラー量が２５％で線膨張率が１．４×１０－５／℃のアルミ基複合材からなるとしたが、炭化ケイ素のフィラー量は変更してもよい。なお、炭化ケイ素のフィラー量は、押出成形時に割れが生じ難く製造に適する範囲でステータコア１７の線膨張率と同一の線膨張率となる４４％に近付けることが好ましい。

１２…モータハウジング、１２ａ…円筒部、１２ｂ…放熱フィン、１２ｃ…ハウジング側キー溝、１２ｄ…第１面取り部（面取り部）、１２ｅ…第２面取り部（面取り部）、１７…ステータコア、１７ｃ…コア側キー溝、３１…ステータ部材、３２…キー部材、４１…固定部材。

Claims

鉄を主成分とするステータコアと、
内周面に前記ステータコア（１７）が固定される円筒部（１２ａ）と、該円筒部の外周面から径方向外側に突出する放熱フィン（１２ｂ）とを有するモータハウジング（１２）とを備え、
前記モータハウジングと前記ステータコアとが焼き嵌めによって固定されているステータ部材であって、
前記モータハウジングは、炭化ケイ素を含むアルミ基複合材からなるステータ部材。
押出成形品である請求項１に記載のステータ部材。
前記放熱フィンの軸方向端部には、面取り部（１２ｄ，１２ｅ）が設けられた請求項１又は請求項２に記載のステータ部材。
前記面取り部は、前記放熱フィンに一体成形された請求項３に記載のステータ部材。
前記面取り部は、前記放熱フィンに固定された固定部材（４１）に形成された請求項３に記載のステータ部材。
前記モータハウジングの前記円筒部における内周面には、径方向外側に凹むハウジング側キー溝（１２ｃ）が設けられ、
前記ステータコアにおける外周面には、径方向内側に凹むコア側キー溝（１７ｃ）が設けられ、
前記ハウジング側キー溝内と前記コア側キー溝内とに亘って嵌入され互いの相対回動を規制するキー部材（３２）を備え、
前記キー部材は、前記ステータコアの線膨張率と同一の線膨張率の材料よりなる請求項１から請求項５のいずれか１項に記載のステータ部材。