JP7413384B2 - 回転電機 - Google Patents
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Description
本発明は、回転電機に関する。
自動車に使用される機器は小型化及び高出力化が求められており、回転電機においては電流量の増加による固定子導体で発生した熱を冷却するため、冷却液によって冷却されている。
本技術分野の背景技術として、以下の先行技術がある。特許文献１（特開２００９－２４７０８５号）には、固定子と、固定子の内部に所定のギャップを介して回転可能に保持された回転子とを有し、冷却液通路は、固定子の外周に位置し、ブラケットによって周方向に帯状に形成されており、冷却液通路は、境界壁と、境界壁を挟んで一方に設けられた冷却液導入口と、その他方に設けられた冷却液排出口とを有し、境界壁と冷却液導入口との距離よりも、境界壁と冷却液排出口との距離の方が小さくなるように、境界壁を形成する回転電機が記載されている（要約参照）。
しかし、特許文献１に記載された回転電機では、境界壁をダイカスト等の鋳造によりセンターブラケットに一体成型しているので、センターブラケットとリアブラケットに挟まれて形成される冷却液流路においてシール性が低い問題がある。
このため、本発明は、冷却液流路においてシール性を提供する境界壁（シール部材）の提供が求められている。
本願において開示される発明の代表的な一例を示せば以下の通りである。すなわち、巻線が巻回される固定子コアと、前記固定子コアを支持する固定子フレームと、前記固定子フレームの外側に配設され、前記固定子フレームとの間で流路空間を形成するハウジングと、前記固定子フレームと前記ハウジングとの間に配置されるシール部材とを備える回転電機であって、前記ハウジングは、前記シール部材が装着される凹部を有し、前記シール部材は、前記固定子フレームと接触する接触面に沿って周方向に広がる形状に形成されるベース部と、前記ベース部から突出し、前記ハウジングの前記装着部に挿着される取付部とを有し、前記ベース部は、前記固定子フレームと相対する位置に、前記固定子フレーム及び前記ハウジングによる押圧によって前記接触面の形状を変形可能な空間形成部とを有し、前記空間形成部は、前記固定子フレーム及び前記ハウジングによる押圧により縮小可能な空間として、前記ベース部の前記接触面側に径方向に広がる第１空間部を形成し、前記第１空間部の中央部で前記取付部の方向に突出する第２空間部を形成する。
本発明によれば、冷却液流路において高いシール性を有するシール部材を提供できる前述した以外の課題、構成及び効果は、以下の実施例の説明によって明らかにされる。
以下、図面を参照して本発明の実施例を説明する。
図１は、本発明の一実施例の回転電機１００の斜視図であり、図２は、回転電機１００の全体構成を示す分解斜視図であり、図３は、リアハウジング１１と回転子４を取り外した状態の回転電機１００の正面図であり、図４は、図３のＡ部の拡大図である。
回転電機１００は、軸方向の一端が開口した器型のフロントハウジング１２と、その開口部を塞ぐリアハウジング１１を有する。フロントハウジング１２の軸方向後部には冷却液導入口１１１と冷却液排出口１１２が距離を隔てて設けられている。フロントハウジング１２とリアハウジング１１とは、複数本のボルトによって固定される。冷却液流路１５は、固定子３（最外周の固定子フレーム３４）とフロントハウジング１２との間で、回転電機１００の周方向に帯状に形成される。
図２、図３に示すように、フロントハウジング１２と固定子フレーム３４は円筒形状をしている。フロントハウジング１２に、Ｏリング１６やシール部材１３１等の漏水防止部品を介して、固定子フレーム３４が軸方向から組み付けられることで、冷却液流路１５が形成される。フロントハウジング１２は、シール部材１３１を装着するための凹部１２３を有し、冷却液導入口１１１と冷却液排出口１１２との間の冷却液流路１５に位置するようにシール部材１３１を固定する。
図３、図４に示すように、冷却液流路１５は、フロントハウジング１２と固定子フレーム３４との間に設けられ、Ｏリング１６によって外界と離隔され、シール部材１３１によって導入側と排出側とが仕切られている。シール部材１３１は、変形が容易なように弾性材料（例えば、ＥＰＤＭ）で形成されており、フロントハウジング１２と固定子フレーム３４との間において圧縮されて配置されている。
フロントハウジング１２の内側には、固定子３が装着される。固定子３の内側には、回転子４が回転可能に保持される。
固定子３は、電磁鋼板を積層してなる固定子コアに設けられた複数のティースにボビンで隔てられて固定子コイルを巻装して構成され、固定子コアの外側に固定子フレーム３４が取り付けられている。回転電機１００が動作して、固定子コイルに電流が流れると、固定子コイルは銅損によって発熱する。固定子コイルは、固定子３内で密集しているため、銅損による熱がこもり、温度が高くなりやすい。このため、固定子フレーム３４の外周に設けられた冷却液流路１５を流れる冷却液によって、固定子３を冷却する。
回転子４は、電磁鋼板を積層してなる回転子コアに設けられた複数のスロットに挿入された複数本の磁石を有する。回転子コアは軸（図示省略）と焼き嵌め又は圧入によって締結される。軸は、リアハウジング１１及びフロントハウジング１２に設けられた軸受を介して回転可能に軸支され、フロントハウジング１２より突出した部分から動力を出力する。
このような構成の回転電機１００は、例えば、車両（図示省略）のエンジンルーム内に設置され、ベルト又は歯車を介して駆動力を伝達する。また、３相の電源ケーブルでインバータ等の制御装置と接続され、その動作（駆動、発電）が制御される。
以下、各実施例のシール部材１３１の形状について詳しく説明する。
＜実施例１＞ 図５は実施例１のシール部材１３１の形状を示す図であり、図６は装着前のシール部材１３１の形状を示す正面図であり、図７はフロントハウジング１２と固定子フレーム３４との間に取り付けられたシール部材１３１の形状を示す正面図である。
実施例１のシール部材１３１は、フロントハウジング１２の凹部１２３に挿入される凸部１３２と、固定子フレーム３４の外側面と接触するベース部１３３と、ベース部１３３の下面（凸部１３２と逆側の面）に空間形成部１３４とを有する。
ベース部１３３は、凸部１３２の左側に設けられるベース第１部１３３Ａと右側に設けられるベース第２部１３３Ｂとを有し、左右に広がるような形状に形成される。ベース第１部１３３Ａとベース第２部１３３Ｂは、ベース部１３３から固定子フレーム３４側へ突出する突出部１３３Ｃを有する。突出部１３３Ｃの高さは、ベース部１３３の高さに対して小さく、本実施例では約１０分の１である。また、ベース部１３３は、突出部１３３Ｃとベース第１部１３３Ａとベース第２部１３３Ｂで構成する空間形成部１３４を有する。空間形成部１３４は、固定子フレーム３４に沿ってシール部材１３１との間に空間を形成する第１空間部１３５Ａと、シール部材１３１の中央部で凸部１３２の方向に突出する空間を形成する第２空間部１３５Ｂとを有する。
図７に示すように、フロントハウジング１２に固定子フレーム３４を組み込む際に、シール部材１３１の突出部１３３Ｃは、固定子フレーム３４と接触して、フロントハウジング１２と固定子フレーム３４によって圧縮される。固定子フレーム３４によって圧縮された突出部１３３Ｃの体積の一部がベース第１部１３３Ａとベース第２部１３３Ｂを圧縮して、空間形成部１３４の体積の一部が固定子フレーム３４側に押し出される。押し出された空間形成部１３４は、固定子フレーム３４と接触する。
本構造では、固定子フレーム３４がシール部材１３１を圧縮する面積が、固定子フレーム３４に面しているシール部材１３１の一部であるため、シール部材１３１を圧縮する荷重を抑制しつつ、シール部材１３１と固定子フレーム３４が接触する面積は固定子フレーム３４に面しているシール部材１３１のほぼ全面となり、固定子フレーム３４とシール部材１３１との間のシール性を確保できる。したがって、冷却液導入口１１１からの流路と冷却液排出口１１２への流路とを分離するシール性を確保しつつ、シール部材１３１を圧縮しながら固定子フレーム３４をフロントハウジング１２に軸方向から組み込む際の摩擦力が小さくて済むため、組立作業性が良好である。
フロントハウジング１２と固定子フレーム３４は製作上の公差を有している。したがって、シール部材１３１の圧縮代はフロントハウジング１２と固定子フレーム３４との組合せによって異なる。圧縮代が大きい場合には、突出部１３３Ｃのみならず空間形成部１３４も圧縮される。空間形成部１３４が圧縮されると、空間形成部１３４の体積の一部は第２空間部１３５Ｂ方向に広がり、第２空間部１３５Ｂの空間体積が小さくなる。したがって、フロントハウジング１２と固定子フレーム３４との間でシール部材１３１の空間形成部１３４が圧縮されたことによる反力が緩和されるので、冷却液導入口１１１からの流路と冷却液排出口１１２への流路との間のシール性に関わるシール部材１３１と固定子フレーム３４との接触面積を確保しつつ、固定子フレーム３４をフロントハウジング１２に組み込む際の摩擦力を低減することができる。
本実施例では、フロントハウジング１２に固定子フレーム３４を挿入する際の摩擦力が低減するだけでなく、シール部材１３１の圧縮反力による固定子フレーム３４の径方向への荷重も抑制できるため、フロントハウジング１２と固定子フレーム３４の組み付け時の同軸精度を確保しやすい。フロントハウジング１２は回転子４を支持しているため、本構成は固定子３と回転子４の同軸精度の向上にも寄与する。
ベース部１３３は、凸部１３２の右側に設けられるベース第１部１３３Ａと左側に設けられるベース第２部１３３Ｂとを有するので、シール部材１３１が３点で支持されることから、シール部材１３１に加わる圧縮荷重を均等にできてシール性が確保しやすい。また、圧縮荷重が均等化することによって、シール部材１３１の圧縮反力がフロントハウジング１２の中心軸から径方向と同一線上に合わせやすくなり、固定子フレーム３４をフロントハウジング１２に組み込む際に、フロントハウジング１２と固定子フレーム３４の同軸を合わせやすく組立作業性に優れる。
＜実施例２＞ 図８は、実施例２のシール部材１３１の形状を示す図である。
実施例２のシール部材１３１は、第２空間部１３５Ｂを有さない点で前述した実施例１のシール部材１３１と異なるが、実施例１の一部と同様の機能と効果を有する。なお、実施例１と同じ機能を有する構成の説明は省略し、主に異なる構成について説明する。
実施例２において、ベース部１３３は、突出部１３３Ｃと、ベース第１部１３３Ａ及びベース第２部１３３Ｂで構成する空間形成部１３４とを有する。空間形成部１３４は、固定子フレーム３４に沿ってシール部材１３１との間に空間を形成する第１空間部１３５Ａを有する。突出部１３３Ｃの高さは、ベース部１３３の高さに対して小さく、本実施例では約１０分の１である。
フロントハウジング１２に固定子フレーム３４を組み込む際に、シール部材１３１の突出部１３３Ｃは、固定子フレーム３４と接触して、フロントハウジング１２と固定子フレーム３４によって圧縮される。固定子フレーム３４によって圧縮された突出部１３３Ｃの体積の一部がベース第１部１３３Ａとベース第２部１３３Ｂを圧縮して、空間形成部１３４の体積の一部が固定子フレーム３４側に押し出される。押し出された空間形成部１３４は、固定子フレーム３４と接触する。
本構造では、固定子フレーム３４がシール部材１３１を圧縮する面積が、固定子フレーム３４に面しているシール部材１３１の一部であるため、シール部材１３１を圧縮する荷重を抑制しつつ、シール部材１３１と固定子フレーム３４が接触する面積は固定子フレーム３４に面しているシール部材１３１のほぼ全面となり、固定子フレーム３４とシール部材１３１との間のシール性を確保できる。したがって、冷却液導入口１１１からの流路と冷却液排出口１１２への流路とを分離するシール性を確保しつつ、シール部材１３１を圧縮しながら固定子フレーム３４をフロントハウジング１２に軸方向から組み込む際の摩擦力が小さくて済むため、組立作業性が良好である。
本実施例では、フロントハウジング１２に固定子フレーム３４を挿入する際の摩擦力が低減するだけでなく、シール部材１３１の圧縮反力による固定子フレーム３４の径方向への荷重も抑制できるため、フロントハウジング１２と固定子フレーム３４の組み付け時の同軸精度を確保しやすい。フロントハウジング１２は回転子４を支持しているため、本構成は固定子３と回転子４の同軸精度の向上にも寄与する。
ベース部１３３は、凸部１３２の右側に設けられるベース第１部１３３Ａと左側に設けられるベース第２部１３３Ｂとを有するので、シール部材１３１が３点で支持されることから、シール部材１３１に加わる圧縮荷重を均等にできてシール性が確保しやすい。また、圧縮荷重が均等化することによって、シール部材１３１の圧縮反力がフロントハウジング１２中心軸から径方向と同一線上に合わせやすくなり、固定子フレーム３４をフロントハウジング１２に組み込む際に、フロントハウジング１２と固定子フレーム３４の同軸を合わせやすく組立作業性に優れる。
＜実施例３＞ 図９は、実施例３のシール部材１３１の形状を示す図である。
実施例３のシール部材１３１は、明確な突出部１３３Ｃが形成されていない点で前述した実施例２のシール部材１３１と異なるものの、ベース第１部１３３Ａとベース第２部１３３Ｂの一部がベース部１３３の中において最も厚さを有しており、実施例２の突出部１３３Ｃと同様の機能を有している。したがって、実施例３は、実施例１の一部と同様の機能と効果を有する。なお、実施例１、２と同じ機能を有する構成の説明は省略し、主に異なる構成について説明する。
実施例３において、ベース部１３３は、ベース第１部１３３Ａ及びベース第２部１３３Ｂで構成する空間形成部１３４を有する。空間形成部１３４は、固定子フレーム３４に沿ってシール部材１３１との間に空間を形成する第１空間部１３５Ａを有する。
フロントハウジング１２に固定子フレーム３４を組み込む際に、固定子フレーム３４によってベース第１部１３３Ａとベース第２部１３３Ｂを圧縮して、空間形成部１３４の体積の一部が固定子フレーム３４側に押し出される。押し出された空間形成部１３４は、固定子フレーム３４と接触する。
本構造では、固定子フレーム３４がシール部材１３１を圧縮する面積が、固定子フレーム３４に面しているシール部材１３１の一部であるため、シール部材１３１を圧縮する荷重を抑制しつつ、シール部材１３１と固定子フレーム３４が接触する面積は固定子フレーム３４に面しているシール部材１３１のほぼ全面となり、固定子フレーム３４とシール部材１３１との間のシール性を確保できる。したがって、冷却液導入口１１１からの流路と冷却液排出口１１２への流路とを分離するシール性を確保しつつ、シール部材１３１を圧縮しながら固定子フレーム３４をフロントハウジング１２に軸方向から組み込む際の摩擦力が小さくて済むため組立作業性が良好である。
本実施例では、フロントハウジング１２に固定子フレーム３４を挿入する際の摩擦力が低減するだけでなく、シール部材１３１の圧縮反力による固定子フレーム３４の径方向への荷重も抑制できるため、フロントハウジング１２と固定子フレーム３４の組み付け時の同軸精度を確保しやすい。フロントハウジング１２は回転子４を支持しているため、本構成は固定子３と回転子４の同軸精度の向上にも寄与する。
ベース部１３３は、凸部１３２の右側に設けられるベース第１部１３３Ａと左側に設けられるベース第２部１３３Ｂとを有するので、シール部材１３１が３点で支持されることから、シール部材１３１に加わる圧縮荷重を均等にできてシール性が確保しやすい。また、圧縮荷重が均等化することによって、シール部材１３１の圧縮反力がフロントハウジング１２中心軸から径方向と同一線上に合わせやすくなり、固定子フレーム３４をフロントハウジング１２に組み込む際に、フロントハウジング１２と固定子フレーム３４の同軸を合わせやすく組立作業性に優れる。
＜実施例４＞ 図１０は、実施例４のシール部材１３１の形状を示す図である。
実施例４のシール部材１３１は、第１空間部１３５Ａ及び第２空間部１３５Ｂのいずれも有さない、すなわち、空間形成部１３４を有さない点で前述した実施例のシール部材１３１と異なるものの、ベース第１部１３３Ａとベース第２部１３３Ｂの一部がベース部１３３の中において最も厚さを有しており、ベース部１３３の弾性変形によって実施例３の突出部１３３Ｃと同様の機能を有している。したがって、実施例４は、実施例３と同様の機能と効果を有する。なお、実施例１、２、３と同じ機能を有する構成の説明は省略し、主に異なる構成について説明する。
実施例４において、ベース部１３３は、ベース第１部１３３Ａ及びベース第２部１３３Ｂで構成される。
フロントハウジング１２に固定子フレーム３４を組み込む際に、固定子フレーム３４によってベース第１部１３３Ａとベース第２部１３３Ｂを圧縮して、ベース部１３３を固定子フレーム３４に押しつける。
本構造では、シール部材１３１と固定子フレーム３４が接触する面積は固定子フレーム３４に面しているシール部材１３１のほぼ全面となり、固定子フレーム３４とシール部材１３１との間のシール性を確保できる。したがって、冷却液導入口１１１からの流路と冷却液排出口１１２への流路とを分離するシール性を確保できる。
ベース部１３３は、凸部１３２の右側に設けられるベース第１部１３３Ａと左側に設けられるベース第２部１３３Ｂとを有するので、シール部材１３１が上下から確実に支持されることから、シール部材１３１に加わる圧縮荷重を均等にできてシール性が確保しやすい。また、圧縮荷重が均等化することによって、シール部材１３１の圧縮反力がフロントハウジング１２中心軸から径方向と同一線上に合わせやすくなり、固定子フレーム３４をフロントハウジング１２に組み込む際に、フロントハウジング１２と固定子フレーム３４の同軸を合わせやすく組立作業性に優れる。
なお、本発明は前述した実施例に限定されるものではなく、添付した特許請求の範囲の趣旨内における様々な変形例及び同等の構成が含まれる。例えば、前述した実施例は本発明を分かりやすく説明するために詳細に説明したものであり、必ずしも説明した全ての構成を備えるものに本発明は限定されない。また、ある実施例の構成の一部を他の実施例の構成に置き換えてもよい。また、ある実施例の構成に他の実施例の構成を加えてもよい。また、各実施例の構成の一部について、他の構成の追加・削除・置換をしてもよい。
たとえば、固定子フレーム３４とリアハウジング１１は一体化されていても構わないし、固定子３は巻線構造（例えば集中巻か分布巻きか）に依存しない。
３…固定子、４…回転子、１１…リアハウジング、１２…フロントハウジング、１５…冷却液流路、１６…Ｏ－リング、３４…固定子フレーム、１００…回転電機、１１１…冷却液導入口、１１２…冷却液排出口、１２３…凹部、１３１…シール部材、１３２…凸部、１３３…ベース部、１３３Ａ…ベース第１部、１３３Ｂ…ベース第２部、１３３Ｃ…接触部、１３４…空間形成部、１３５Ａ…第１空間部、１３５Ｂ…第２空間部
Claims (1)
- 巻線が巻回される固定子コアと、
前記固定子コアを支持する固定子フレームと、
前記固定子フレームの外側に配設され、前記固定子フレームとの間で流路空間を形成するハウジングと、
前記固定子フレームと前記ハウジングとの間に配置されるシール部材とを備える回転電機であって、
前記ハウジングは、前記シール部材が装着される装着部を有し、
前記シール部材は、前記固定子フレームと接触する接触面に沿って周方向に広がる形状に形成されるベース部と、前記ベース部から突出し、前記ハウジングの前記装着部に挿着される取付部とを有し、
前記ベース部は、前記固定子フレームと相対する位置に、前記固定子フレーム及び前記ハウジングによる押圧によって前記接触面の形状を変形可能な空間形成部とを有し、
前記空間形成部は、前記固定子フレーム及び前記ハウジングによる押圧により縮小可能な空間として、前記ベース部の前記接触面側に径方向に広がる第１空間部を形成し、前記第１空間部の中央部で前記取付部の方向に突出する第２空間部を形成する回転電機。
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