JP7541607B1

JP7541607B1 - 回転電機用インサート部材

Info

Publication number: JP7541607B1
Application number: JP2023159275A
Authority: JP
Inventors: 喬佐藤; 康智東海林; 一樹清野
Original assignee: Teipi Industry Co Ltd; TPR Co Ltd
Current assignee: TPR Co Ltd; TPR Industry Co Ltd
Priority date: 2023-09-22
Filing date: 2023-09-22
Publication date: 2024-08-28
Anticipated expiration: 2043-09-22

Abstract

【課題】モーターケースとの接合強度を向上可能な回転電機用インサート部材を提供する。【解決手段】略円筒形状のインサート部材の外周面には、複数の突起部が形成される。インサート部材を切断した一切断面において、インサート部材の内周面と平行な、所定の軸方向長さの線分を一切断面に重ねた際には、線分上で突起部が線分に重なる実体部領域と、線分上で突起部が線分に重ならない非実体部領域とが画定される。線分上において、実体部領域の割合を示す値を実体部比率とした場合、複数の実体部比率の値を順にプロットした図を実体部集計図とする。複数の断面から求められる平均実体部集計図において、平均実体部比率が０の位置を図上先端部として、平均実体部比率が０．９８を初めて超えた位置を図上基端部としたとき、図上先端部から図上基端部までの距離である突起部の平均最大高さはインサート部材の外径の０．０８％以上である。【選択図】図１

Description

本発明は、回転電機用インサート部材に関する。

従来、モーターケースにおける構造部材として、アルミニウム合金が多く用いられている。また、当該モーターケースにおいて、ステータを配置する部分には、強度を補うために、鉄系材料により略円筒形状に形成された高強度部材をインサート部材として使用する場合がある。これに関連して、インサート部材の外周面に凹凸を設けることによって、モーターケースに対するインサート部材の固定保持性を向上することが提案されている（例えば、特許文献１、２及び３参照）。

特開２００１－１６９５００号公報特開２０１１－１０１５１３号公報特許第６６５５５６０号公報

アルミニウム合金によりモーターケースを形成する場合、上述のインサート部材を鋳込んで成形することがある。インサート部材は、鋳込み後に、ステータの外周面に嵌合するようにその内周面が加工されることで、ステータホルダとして使用される。このとき、モーターケースとインサート部材との接合強度が不足していると、インサート部材がモーターケースに対して変位することで、モーター軸の振れが生じ、フリクション増加による出力低下や振動増加による耐久性の低下が生じる虞があった。

本発明の技術は、上記した実情に鑑みてなされたものであり、その目的は、モーターケースとの接合強度を向上可能な回転電機用インサート部材を提供することにある。

上記課題を解決するために、本発明の技術は以下の構成を採用した。本発明に係る技術の一側面としての回転電機用インサート部材は、回転電機のアルミニウム合金製モーターケースに鋳込まれる略円筒形状のインサート部材であって、前記インサート部材の外周面には、複数の突起部が形成され、前記インサート部材の中心軸を含む仮想平面により前記インサート部材を軸方向に沿って、２分割に切断したときに前記中心軸の両側に一つずつ現れる切断面のうちの一方である一切断面において、前記インサート部材は、所定の軸方向長さの範囲において、前記インサート部材の内周面と平行な線分を前記一切断面に重ねた際に、前記線分上で前記突起部が前記線分に重なる実体部領域と、前記線分上で前記突起部が前記線分に重ならない非実体部領域と、を画定し、前記線分上において、前記所定の軸方向の長さの範囲のうち、前記実体部領域の割合を示す値を実体部比率として、前記インサート部材における前記一切断面において、前記線分を、前記突起部の先端部から基端部側に向かって、前記突起部の高さ方向に沿って所定のピッチで移動させた各測定点の前記実体部比率の値を順にプロットし、横軸に前記実体部比率を表し、縦軸に前記高さ方向における前記先端部からの距離を測定高さとして表した図を実体部集計図として、複数の前記一切断面によって求められる前記各測定点における前記実体部比率の平均を平均実体部比率として、前記平均実体部比率をプロットした前記実体部集計図を平均実体部集計図として、前記平均実体部集計図において、前記平均実体部比率が０の位置を図上先端部
として、前記先端部側から前記基端部側に向かって順にプロットされた前記平均実体部比率が０．９８を初めて超えた位置を図上基端部として、前記図上先端部から前記図上基端部までの距離を前記突起部の平均最大高さとしたとき、前記突起部の平均最大高さが前記インサート部材の外径の０．０８％以上である。

また、前記インサート部材において、前記突起部の平均最大高さが、前記インサート部材の外径の０．０８％以上１％以下の範囲内で形成されていてもよい。

また、前記平均実体部集計図において、前記突起部の平均最大高さの中央位置から前記図上先端部までの範囲において前記図上先端部の位置を除いた前記平均実体部比率の合計値よりも、前記突起部の平均最大高さの中央位置から前記図上基端部までの範囲における前記図上基端部の位置を除いた前記平均実体部比率の合計値の方が大きく構成されていてもよい。

また、前記平均実体部集計図にプロットされる２点以上の測定点であって、前記２点以上の測定点の前記平均実体部比率の差が０．１０以下であり且つ前記２点以上の測定点の前記測定高さの差が０．０５ｍｍ以上となる範囲内に、前記２点以上の測定点を含んでいてもよい。

また、前記平均実体部集計図にプロットされる複数の前記平均実体部比率は、前記平均実体部比率の値が極大ピークと、前記平均実体部比率の値が極小ピークと、を有し、前記極大ピークの位置は前記極小ピークの位置よりも前記図上先端部側に現れるように構成されていてもよい。

また、前記平均実体部集計図において、前記極小ピークにおける前記平均実体部比率の値が０．０８以上であってもよい。

また、前記平均実体部集計図において、前記極大ピークにおける前記平均実体部比率の値と、前記極小ピークにおける前記平均実体部比率の値との差が、０．０２以上０．２０以下であってもよい。

また、前記平均実体部集計図において、前記極大ピークにおける前記平均実体部比率の値が０．５０以下であってもよい。

前記インサート部材の前記外周面において、前記突起部が、前記外周面の一部領域にのみ形成されていてもよい。

本発明によれば、モーターケースとの接合強度を向上可能な回転電機用インサート部材を提供することができる。

図１は、実施形態に係る回転電機用インサート部材の全体図、及びその外周面の一部を拡大した拡大図である。図２は、実施形態に係る回転電機用インサート部材の、所定の切断面の一例を示す断面図である。図３は、実施形態に係る一実施例における、回転電機用インサート部材の、測定高さと平均実体部比率との関係を説明するための、平均実体部集計図である。図４は、実施形態に係る一実施例における、回転電機用インサート部材の平均実体部集計図である。図５は、実施形態に係る一実施例における、回転電機用インサート部材の平均実体部集計図である。

以下に、本発明の実施形態について、図面を参照して説明する。以下の実施形態に記載されている構成は、特に記載がない限りは発明の技術的範囲をそれらのみに限定する趣旨のものではない。以下の実施形態における各構成及びそれらの組み合わせ等は、一例であって、本発明の主旨から逸脱しない範囲内で、適宜、構成の付加、省略、置換、及びその他の変更が可能である。

＜実施形態＞
［構造・製造方法］
図１は、実施形態に係る回転電機用インサート部材１（以下、「インサート部材１」と称する）の全体図、及びその外周面の一部を拡大した拡大図である。本実施形態では、インサート部材１の中心軸Ｃに沿う方向を軸方向とし、軸方向と直交し中心軸Ｃからインサート部材１の外周面側へ向かう方向を径方向とする。また、インサート部材１の外周面に沿う、中心軸Ｃ回りの方向を周方向とする。このような軸方向・径方向・周方向とは、インサート部材１において、各要素における相対的な位置関係を示すための方向に過ぎない。

本実施形態に係るインサート部材１は、例えば、中心軸Ｃを中心とした略円筒形状に形成される鋳鉄材であり、外周面（表面）に複数の突起部１０が形成されている。本発明の適用対象となる回転電機とは、例えば、電気自動車等に用いられるモーターである。但し、本発明の適用対象となる回転電機は、これに限定されない。本実施形態における、インサート部材１の外径ＯＤは１５０ｍｍ～３００ｍｍの範囲内で形成されているが、使途によって適宜変更してもよい。また、外径ＯＤは互いに平行な二つの平面間にインサート部材の中心軸Ｃが平行となるようにインサート部材１を置き、インサート部材１の外周面上にある突起部１０の先端部１１と平行な二つの平面とを夫々接触させたときの、平行な二つの平面間の距離に相当する値である。

回転電機は、例えば、回転軸、ローター、ステータ、モーターケース、ベアリング等の部品を含んで構成されている。モーターケースは、内部が円柱状にくり抜かれた筒部を有している。ステータは一般的には電磁鋼板等で形成され、当該筒部の内周部分に嵌合されることになる。ここで、インサート部材１は、アルミニウム合金製のモーターケースの内周部分に鋳込まれて用いられる。これにより、モーターケースとインサート部材１は、インサート部材１の外周面の少なくとも一部がアルミニウム合金で覆われる複合構造体となる。また、インサート部材１の内周部分にステータが嵌入される際、ステータは焼き嵌めされることになるが、ステータの材質の線膨張係数と、インサート部材１の線膨張係数とが近づくことから、モーター稼働時に発熱した際でも、ステータとインサート部材１との嵌合強度が保たれる。

一般的に、モーターの使用温度は－３０℃～１５０℃である。また、ステータに用いられる材質は、一般的には電磁鋼板であり、インサート部材１に１０．０×１０^－６／Ｋ以上１３．０×１０^－６／Ｋ以下の線膨張係数を有する材料を用いて形成すると、嵌合するステータとインサート部材１とで線膨張係数が類似となる。これにより、モーターケースに鋳込んだインサート部材１にステータを嵌合させた後でも、ステータの外周とインサート部材１の内周との嵌合強度を高く維持する一助となる。

先述の、インサート部材１の材質は、モーターケースに用いられるアルミニウム合金と比較し十分な強度を有し、線膨張係数が上記範囲内にあるものであれば特に限定されるも
のではない。典型的には、製造性及び加工性を考慮したＪＩＳＦＣ２５０相当材等の片状黒鉛鋳鉄を用いることができる。

インサート部材１の突起部１０の形成方法は特段限定されないが、例えば遠心鋳造法を用いることができる。また、鋳鉄製の円筒を機械加工して形成することもできる。

図２は、実施形態に係るインサート部材１の所定の切断面の一例を示す断面図である。本実施形態における所定の切断面とは、インサート部材１の中心軸Ｃを含む仮想平面によりインサート部材１を軸方向に沿って、２分割に切断したときに中心軸Ｃの両側に一つずつ現れる切断面のうちの一方である一切断面である。一切断面の軸方向における長さは、後述の長さｄ１以上である。図２では、所定の切断面の一例として、図１におけるＡ－Ａ’断面が図示されている。また、図２に示す符号４０は、インサート部材１の内周面を示している。以下、「内周面４０」と称する。以下では、図２を用いて、本実施形態に係るインサート部材１が備える複数の突起部１０について説明する。

突起部１０は、インサート部材１の一部であり、インサート部材１の外周面に形成されている。突起部１０は、軸方向及び周方向において、配置位置や配置密度が不連続且つ不規則（ランダム）に、複数配置されていてもよいし、配置位置や配置密度が連続的且つ規則的に、複数配置されていてもよい。また、突起部１０は、先端部１１と基端部１２とを有し、基端部１２から先端部１１へ、インサート部材１の径方向の外側に向かって突き出るように、形成されている。

さらに、インサート部材１の外周面において、複数の突起部１０が形成される箇所を一部に限定したり、複数の突起部１０のうち一部を削り落とす加工等を行ってもよい。これにより、複数の突起部１０は、インサート部材１の外周面の一部領域にのみ形成されている態様でもよい。

突起部１０は、遠心鋳造法によって遠心力を付与されながら鋳込まれることで形成される場合がある。この際、突起部１０の先端部１１は、金型の内周面を基準に形成されるため、金型の内周面が真円であれば、インサート部材１の中心軸Ｃからの距離はほぼ等しくなるのに対し、基端部１２は中心軸Ｃからの距離が不揃いになることがある。そのため、突起部１０の高さは、後述の実体部集計図を用いて突起部１０の高さを導く過程において、先端部１１を基準として測定している。但し、突起部１０の形成方法はこれに限らず、例えば、円筒部材の外周面に切削加工等の機械加工を施すことによって形成してもよい。

また、突起部１０の形状は特に限定されない。突起部１０は、例えば、らせん状に連続する形状を有してもよいし、周方向に沿って環状に連続する形状を有してもよい。例えば、インサート部材１の外周面に切削加工等の機械加工を直接施すことで、突起部１０をらせん状又は環状に形成することができる。突起部１０の形状は、後述の実体切断試験、引張シミュレーション、及びせん断シミュレーションにおいて効果を有するものであればよい。

［実体部比率］
インサート部材１の突起部１０によって、実体部領域２１と非実体部領域２２とが画定される。図２に示すように、実体部領域２１と非実体部領域２２は、長さｄ１（本発明における「所定の軸方向長さ」の一例）を有する線分２０を所定の切断面に重ねたときに当該線分２０が突起部１０と重なる領域か否かによって特定される。より詳しくは、長さｄ１の範囲において、線分２０が突起部１０と重なる領域が実体部領域２１として定義され、線分２０が突起部１０と重ならない領域が非実体部領域２２として定義される。なお、線分２０は、所定の切断面において内周面４０と平行（つまり、中心軸Ｃと平行）な仮想
の線分であり、実体部領域２１や非実体部領域２２を特定するために便宜上設けられる線分である。

実体部比率とは、長さｄ１の範囲のうち、実体部領域２１が形成されている割合を示す値である。線分２０を図２の矢印Ａ２０の方向（径方向における先端部１１側から基端部１２側）に沿って所定のピッチで移動することで、先端部１１からの径方向における距離である測定高さのうち、任意の測定点における測定高さでの実体部領域２１の長さを取得できる。その際、任意の測定高さにおいて、長さｄ１に対する、実体部領域２１の長さを合計したものの比率を、「実体部比率」と称する。同様の操作を複数の断面で行い、各切断面における突起部１０の実体部比率を集約し、各測定点の測定高さにおける実体部比率を平均化することによって、当該任意の測定高さにおける、複数の断面に基づいた実体部比率の平均値である平均実体部比率を求めることができる。

[実体部集計図]
図２に示すように、線分２０を基端部１２側に向かって（線分２０を矢印Ａ２０の方向に沿って）所定のピッチで移動し、実体部比率が１．００になるまで実体部比率の取得を繰り返し、グラフ上に取得した実体部比率をプロットすることで、所定の切断面に現れる複数の突起部１０の形状を集約した一つの形状としてグラフ化できる。これを「実体部集計図」と称する。実体部集計図は、縦軸に突起部１０の高さ方向における先端部１１からの距離である測定高さを表し、横軸に実体部比率を表したグラフである。また、実体部比率を求める作業を、複数の所定の切断面で行い、平均実体部集計図を作成することで、平均的に、インサート部材１における突起部１０の形成状態を把握することができる。この際、何れの所定の切断面においても、高さ方向の基準点は「長さｄ１（所定の軸方向長さ）の範囲内における複数の突起部１０のうち、最も突出している突起部１０の先端部１１」とし、線分２０を移動するピッチも同様のピッチとする。これにより、複数の所定の切断面においても測定高さが一義的に決定されうる。また、本実施形態では、平均実体部集計図に現れるグラフ形状により特定される突起部を、平均実体部集計図における「集約された突起部」と称する。図３は、本実施形態に係るインサート部材１の一例として、所定のピッチを０．０５ｍｍ、長さｄ１を１４．７ｍｍとし、あるサンプルの６つの所定の切断面から断続的に取得できる平均実体部比率を順にプロットした平均実体部集計図を示している。図３に示すように、平均実体部集計図に現れるグラフ形状により特定される突起部を、集約された突起部３０として示している。

［測定方法］
以下では、実体部領域２１と非実体部領域２２の測定方法について、図２を用いて説明する。はじめに、測定用試料の調整方法について説明する。中心軸Ｃを含み且つ軸方向に沿う方向に切断したインサート部材１を、さらに樹脂包埋と研磨が可能な大きさに切断し、実体部比率を測定する一切断面を下に向け樹脂包埋を行う。樹脂が固化した後、一切断面側を流水中にて耐水エメリー紙を用いて研磨する。このとき、耐水エメリー紙の番手は、＃２２０、＃４００、＃８００、＃１０００、＃１５００の順で交換する。研磨が終了したら、実体部比率の測定を行う。研磨が終了した後の観察面は、所定の切断面に相当する。

本実施形態において、実体部比率の測定には、株式会社ハイロックス社製デジタルマイクロスコープＲＸ－１００を使用した。また、測定時の対物レンズ倍率は２０倍又は５０倍を使用し、マイクロスコープ付属のソフトウェアによるグリッドと自動幅ツールを使用した。上述のように研磨した後の測定用試料をセットし、インサート部材１の内周面４０と観察用モニターに表示されるグリッドの横軸とが平行になるように測定用試料をセットする。その後、インサート部材１の外周面の観察が可能な位置に当該測定用試料を平行移動させる。次に、自動幅ツールを用いて、当該測定用試料の横軸方向における測定を行う
。自動幅ツールによる測定は、階調濃度を使用した自動測定のため、実体部領域２１に相当するインサート部材エリアと、非実体部領域２２に相当する樹脂エリアとの自動識別が妥当となるように都度階調濃度を調整し、所定のピッチ毎に移動し、任意の測定高さにおける実体部領域２１の長さを測定する。本実施形態における線分２０は、当該自動幅ツールの測定位置を示している。線分２０をインサート部材１の径方向に沿って、先端部１１側から基端部１２側に向かって移動することで、先端部１１からの任意の測定高さにおける、実体部領域２１の軸方向長さを測定することができる。この際、線分２０を、一切断面において、長さｄ１の範囲内で最も突出している突起部１０の先端部１１から、基端部１２側に向かって、所定のピッチである０．０５ｍｍ又は０．０２５ｍｍ毎に移動させ、測定を行う。

図２では、線分２０が位置２０ａにある場合と、位置２０ｂにある場合を示している。線分２０が位置２０ａに示す測定高さにある場合、線分２０は、長さｄ１のうち、最も突出している先端部１１と重なっている。これを基準とし、線分２０を矢印Ａ２０方向（基端部１２側）へ移動する。位置２０ｂは、線分２０を、所定のピッチで任意の回数、移動を繰り返した場合の測定高さの一例である。位置２０ｂが示す位置に線分２０がある場合には、インサート部材１は、線分２０のうち破線で示す実体部領域２１と、実線で示す非実体部領域２２とを形成していると言える。線分２０を矢印Ａ２０に沿って移動し、後述の実体部比率が０．９８を初めて超えた位置から、さらに線分２０を矢印Ａ２０に沿って移動し、線分２０における長さｄ１の範囲のうち、全てが実体部領域２１となった場合（つまり、実体部比率が１．００になった場合）に測定を終了する。

［平均実体部集計図のパラメータ］
図３には、あるサンプルに基づいた平均実体部比率を順にプロットした平均実体部集計図を示している。図２と図３に示すように、平均実体部集計図において「長さｄ１の範囲内における複数の突起部１０のうち、最も突出している突起部１０の先端部１１」に相当する位置を「図上先端部」と称する。図上先端部は、上述の集約された突起部３０の先端部と一致する位置である。図上先端部における測定高さは０ｍｍであり、平均実体部比率は０となる。また、「平均実体部集計図においてプロットされた点のうち、平均実体部比率が０．９８を初めて超えた位置」を「図上基端部」と称する。

図３に示す平均実体部集計図には、極大ピーク値と極小ピーク値を示している。極大ピーク値は、平均実体部集計図上にプロットされる各測定点を線でつないだものを「平均実体部曲線」と称し、平均実体部曲線におけるピークのうち、極大ピークにおける平均実体部比率を示し、極小ピーク値は、平均実体部集計図上にプロットされる平均実体部曲線におけるピークのうち、極小ピークにおける平均実体部比率を示している。図３に示す平均実体部集計図の一例では、図上先端部から極大ピークまでの測定高さの絶対値は０．２０ｍｍ、極大ピーク値は０．４５であり、図上先端部から極小ピークまでの測定高さの絶対値は０．４５ｍｍ、極小ピーク値は０．３０である。この際、極大ピークは極小ピークよりも、測定高さ方向において図上先端部側に現れている。

図３に示す集約された突起部３０の平均最大高さｈ１は、平均実体部集計図の縦軸における、図上先端部から図上基端部までの距離である。実体部集計図の各測定点における実体部比率は、上側に位置する突起部１０の先端部１１側から下側に位置する中心軸Ｃ側に向かって測定するため、各測定点における測定高さはマイナスの値で表示される。複数の実体部集計図から求めた平均実体部集計図においても同様であるが、実際の突起部１０の平均最大高さｈ１は平均実体部集計図上の縦軸の値の絶対値となる。

本実施形態における、突起部１０は、平均実体部集計図において、極大ピーク値≦０．５０となるように形成されている。これによって、突起部１０は、基端部１２側が先端部
１１側よりも幅広になるように形成される。これによると、アルミニウム合金でインサート部材１を鋳込む際に、鋳型内に流し込むアルミニウム合金を、突起部１０の基端部１２側へ流し込みやすくできるため、インサート部材１とモーターケースとの接合部分に空隙が生じることを防止できる。また、突起部１０に負荷が掛かった際に、突起部１０が折損しにくくなる。突起部１０の先端部１１の形状は特に限定されず、極大ピーク値≦０．５０となるように形成されていれば、例えば、先端部１１が丸形状や角形状やフラット形状に形成されていてもよい。

平均実体部集計図に集約された突起部３０において、極大ピークが極小ピークよりも図上先端部側に現れるように、複数の突起部１０を形成してもよい。また、平均実体部集計図において、集約された突起部３０の平均最大高さｈ１の中央位置から図上先端部までの範囲において図上先端部の位置を除いた平均実体部比率の合計値よりも、集約された突起部３０の平均最大高さｈ１の中央位置から図上基端部までの範囲において図上基端部の位置を除いた平均実体部比率の合計値の方が大きくてもよい。ここで、集約された突起部３０の平均最大高さｈ１の中央位置が、平均実体部比率の測定点と一致する場合は、集約された突起部３０の平均最大高さｈ１の中央位置は図上先端部側に含めるものとする。これらによると、集約された突起部３０において図上先端部側が図上基端部側よりも細いか否かを判定することができる。

集約された突起部３０において、極大ピークの位置は、測定高さが０ｍｍとなる図上先端部よりも、図上基端部側にあってもよい。これによると、集約された突起部３０において、図上先端部では極大ピークが形成されていないため、突起部１０の先端部１１の破損や折損を防ぐことができる。

平均実体部比率は、平均実体部集計図にプロットされる複数の測定点のうち、２点以上の測定点の平均実体部比率の差が０．１０以下であり且つ２点以上の測定点の測定高さの差が０．０５ｍｍ以上となる範囲内に、２点以上の測定点を含んでもよい。図３には、この一例として、点Ｎ１～点Ｎ３のプロットを例示している。点Ｎ１～点Ｎ３にプロットされる値は、平均実体部比率の差が最大で０．００７且つ測定高さの差が最大で０．１０ｍｍとなる範囲内にプロットされている。このように、２点以上の測定点において、平均実体部比率の差が０．１０以下であり、且つ２点以上の測定点の測定高さの差が０．０５ｍｍ以上となる場合等には、平均実体部集計図において、平均実体部曲線の傾きが急峻になる。このように、平均実体部集計図における、集約された突起部３０の一部において、平均実体部曲線の傾きが急峻な箇所においては、平均的にみて複数の突起部１０の一部が、インサート部材１の外周面に対して略垂直に形成されていることとなる。これによると、例えば、集約された突起部３０に極大ピークが現れないグラフ形状であった場合でも、集約された突起部３０の一部において、グラフの傾きが急峻な箇所を有することで、モーターケースとインサート部材１との接合強度を向上することができる。

平均実体部集計図において、極大ピーク値と、極小ピーク値との差が、０．０２以上０．２０以下であってもよい。極大ピーク値と、極小ピーク値との差が０．０２未満である場合、極大ピーク値と極小ピーク値との差が０．０２以上である場合と比較して、モーターケースとインサート部材１との接合強度が低下する虞がある。また、極大ピーク値と、極小ピーク値との差が０．２０を上回る場合、アルミニウム合金でインサート部材１を鋳込む際に、鋳型内に流し込むアルミニウム合金が突起部１０の基端部１２側に流れ込み難くなったり、形成される突起部１０の一部に折損や破損が起こる虞がある。これに対し、極大ピーク値と、極小ピーク値との差を、０．０２以上０．２０以下とすることで、突起部１０の破損を防止しつつ、高い接合強度を確保することができる。

平均実体部集計図において、極小ピーク値が０．０８以上であってもよい。極小ピーク
値が０．０８を下回る場合、インサート部材１の製造過程において突起部１０の形成が困難になる虞や、突起部１０が折損しやすくなる虞がある。これに対し、極小ピーク値の平均実体部比率を０．０８以上とすることで、突起部１０の数が過度に少なくなってしまうことを抑制できる。また、突起部１０が過度に細くなることに起因する強度不足を解消し、突起部１０が破損し難くなる。

平均実体部集計図において、極大ピーク値が０．５０以下であってもよく、より好ましくは０．４５以下であってもよい。極大ピーク値が０．５０よりも大きい場合、アルミニウム合金でインサート部材１を鋳込む際に、鋳型内に流し込むアルミニウム合金が複数の突起部１０間に行き渡りにくくなる虞がある。特に、基端部１２側へアルミニウム合金が行き渡りにくくなる虞がある。さらに、平均実体部比率の値が極大ピークとなる位置付近において突起部１０のエッジが欠損したり、平均実体部比率の値が極小ピークとなる位置付近において突起部１０が折損しやすくなる虞もある。これに対し、極大ピーク値が０．５０以下である場合、より好ましくは０．４５以下である場合には、これらの問題を防止することができる。

［試験・シミュレーション］
サンプルを用いた試験・シミュレーションにより、本発明の実施例１～１３のインサート部材１及び比較例に係るインサート部材を評価した。具体的には、実施例及び比較例のインサート部材（以下、実施例等という）について、各種パラメータの測定・評価、実体切断試験、引張シミュレーション、せん断シミュレーションを行った。

［各種パラメータの測定・評価］
各実施例等に係るインサート部材の各種パラメータの測定及び評価を行った。表１には、実施例等に係るインサート部材の各項目の結果を示す。また、実施例等に係るインサート部材は、所定のピッチを０．０５ｍｍ又は０．０２５ｍｍ、長さｄ１を１４．７ｍｍ又は５．５７ｍｍとして、突起部の平均最大高さｈ１が小さい場合は高い対物レンズ倍率を選択し、平均実体部集計図を作成した。なお、参考例として、突起部３０を有さないインサート部材の各種パラメータを表１に示す。

［１．外径ＯＤに対する突起部の平均最大高さｈ１の割合］
項目１では、各実施例等における平均実体部集計図において、インサート部材の外径ＯＤに対する集約された突起部３０の平均最大高さｈ１の割合を百分率で求めた。これにより、実施例等における集約された突起部３０が、インサート部材の外径ＯＤの０．０８％以上１％以下の範囲内で形成されているか否かを確認した。

［２．図上先端部側よりも図上基端部側の方が太いか否か］
項目２では、各実施例等における平均実体部集計図を基に、集約された突起部３０の平均最大高さｈ１の中央位置から図上先端部までの範囲において図上基端部の位置を除いた平均実体部比率の合計値よりも、図上先端部の位置を除いた平均実体部比率の合計値の方が大きいか否かの判定を行った。各実施例等における平均実体部集計図を基に、図上基端部側が図上先端部側よりも大きい場合（つまり、図上基端部側の方が太い場合）には「〇」とし、集約された突起部３０の図上基端部側が図上先端部側と同等又は図上先端部側よりも小さい場合には「×」とした。

［３．平均実体部比率の差が０．１０以下、且つ測定高さの差が０．０５ｍｍ以上となる２点以上の測定点を含むか否か］
項目３では、各実施例等における平均実体部集計図にプロットされる平均実体部比率において、平均実体部比率の差が０．１０以下、且つ測定高さの差が０．０５ｍｍ以上となる２点以上の測定点を含むか否かを判別した。当該条件に合致し得る点を含む場合には「
〇」とし、含まない場合には「×」とした。

［４．極大ピーク、極小ピークの有無］
項目４では、各実施例等における平均実体部集計図において、極大ピーク及び極小ピークが存在し、且つ極大ピークが突起部の平均最大高さｈ１の中央位置よりも図上先端部側に位置し、極小ピークよりも図上先端部側である場合には「〇」とし、極大ピークが突起部の平均最大高さｈ１の中央位置よりも図上先端部側に位置し、極小ピークよりも図上基端部側である場合又は平均実体部集計図上にピークが現れない場合には「×」とした。

［５．極小ピーク値］［６．極大ピーク値と極小ピーク値との差］
項目５では、各実施例等における平均実体部集計図を基に、極小ピーク値を求めた。項目６では、各実施例等における平均実体部集計図を基に、極大ピーク値と極小ピーク値との差を求めた。

［７．極大ピークの位置］
項目７では、各実施例等における平均実体部集計図を基に、極大ピークが図上先端部よりも図上基端部側に位置している場合には「〇」とし、平均実体部集計図上にピークが現れない場合には「×」とした。

表１のように測定された実施例等に係るインサート部材について、更に、実体切断試験、引張シミュレーション、せん断シミュレーションを行った。以下では試験・シミュレーションについて説明する。

［実体切断試験］
実体切断試験では、実施例等におけるインサート部材をモーターケースに相当するアルミニウム合金で鋳込んだ。また、インサート部材とアルミニウム合金とが接合した状態で、２０ｍｍ四方になるようにテストピースを切り出すことで接合強度を確認した。この際、インサート部材とアルミニウム合金との接合が、実体切断試験を行った６個全てのテストピースにおいて維持されている場合はＡ０とし、一部のテストピースにおいてインサート部材とアルミニウム合金とが剥離した場合にはＢ０とし、実体切断試験を行った６個全てのテストピースにおいてインサート部材とアルミニウム合金とが剥離した場合にはＣ０
とした。その結果を表４に示し、詳細については後述する。

［引張シミュレーション］
通常、アルミニウム合金で鋳込まれたインサート部材を、鋳込まれた状態から切り出した場合、インサート部材の外部に位置するアルミニウム合金がダイキャスト後の冷却過程で凝固収縮及び熱収縮することで、インサート部材の外周面に形成されている突起部を締め付け、インサート部材とアルミニウム合金とが接合していた状態から、締め付け力の一部が解放されてしまう。そのため、実際の接合強度を測定することは困難である。これに対し、本シミュレーションでは、平均実体部集計図を基に複数の突起部を１つに集約した形状の突起を形成し、アルミニウム合金と鋳鉄製のインサート部材との線膨張係数差により膨張量に差が生じた時の、突起部の径方向における変位差をＣＡＥ解析によるシミュレーションにて評価した。この際、温度条件として、高温時：１５０℃、中温時：８５℃の条件で評価を行った。代表例として、図３を参照しながら説明する。

上述のように、図３には、平均実体部集計図を基に複数の突起部１０を１つに集約した形状である、集約された突起部３０を示している。集約された突起部３０は、平均実体部集計図において、縦軸方向をインサート部材１における径方向として、横軸方向をインサート部材１における軸方向として、みなすことができる領域で画定されている。集約された突起部３０を、縦軸方向の長さは保持しつつ、且つ集約された突起部３０の平均実体部集計図における横軸方向の長さが１／２となるように縮小し（「縮小集約突起部」と称する）、さらに平均実体部集計図の縦軸を対称軸として回転させることで、インサート部材１の突起形状を一つにまとめた突起部のモデル（「モデル突起部」と称する）を求めることができる。ここで、集約された突起部３０の横軸方向の長さを１／２に縮小する理由は、長さｄ１の範囲に存在する突起形状を一つにまとめたモデル突起部を定義し、モデル突起部を用いてシミュレーションを行うためである。縮小集約突起部の横軸方向の長さを長さｄ１に換算することで、縮小集約突起部の太さが求められる。本シミュレーションでは、２つのモデル突起部が互いに１８０°対向して外周面に形成されたインサート部材をアルミニウム合金で鋳込んだモデルを作成し、当該モデルに上記温度条件の温度変化を与えた際の径方向における変位をＣＡＥ解析によりシミュレーションすることで、熱膨張を模擬した引張評価を行う。この際、アルミニウム合金とインサート部材の径方向の変位差と、その変位差の突起部の平均最大高さｈ１に対する割合に基づき、表２のように判定を行った。

［せん断シミュレーション］
せん断シミュレーションでは、１つのモデル突起部が外周面に形成されたインサート部材をアルミニウム合金で鋳込んだモデルを作成しインサート部材に掛かる軸トルクを想定したせん断評価を行った。本シミュレーションでは、軸方向及び周方向に発生するせん断を想定した荷重を、アルミニウム合金で鋳込んだ当該モデル突起部に加えた。この際、せん断荷重はモーター軸トルク相当の荷重がインサート外周面に作用したと仮定して、アルミニウム合金とインサート部材の径方向の変位差について、その変位差の突起部の平均最大高さｈ１に対する割合に基づき、表３のように判定を行った。

上述のように測定した実体切断試験、引張シミュレーション、せん断シミュレーションの結果と、これらの結果を踏まえた総合判定を表４に示す。

総合判定では、実体切断試験、引張シミュレーション、せん断シミュレーションの何れもがＡ判定である場合に総合判定Ａとし、実体切断試験、引張シミュレーション、せん断シミュレーションの何れかにＣ判定がある場合に総合判定Ｃとし、これら以外の結果の場合には総合判定Ｂとした。

以上の結果より、実施例等を参照すると、集約された突起部３０の平均最大高さｈ１は、外径ＯＤの０．０８％以上１％以下の範囲内で形成されていることが好ましく、集約された突起部３０の平均最大高さｈ１が、外径ＯＤの０．２６％以上で形成されていることがより好ましいことが確認できた。また、集約された突起部３０の平均最大高さｈ１が０．２６％未満であるとインサート部材とモーターケースとの接合強度が低下することが確認できた。

以上の結果より、実施例１～５、８と実施例６、７、９～１３及び比較例とを比較することで、極小ピーク値が０．０８以上であれば、高温条件でも引張シミュレーション及びせん断シミュレーションの結果に優れることが確認できた。同様に、極大ピーク値と極小ピーク値との差が０．０２以上であることが好ましいことが確認できた。

これらの結果に鑑みると、本実施形態に係るインサート部材１は、モーターケースとの接合強度が不足することを防止できると言える。

次に、上述の試験・シミュレーションのうち、実施例１３、実施例１１、実施例２を例示して、夫々の実施例における平均実体部集計図、及びインサート部材１の態様について夫々説明する。図４は、本実施形態に係る実施例１３における、インサート部材１の平均実体部集計図である。図５は、本実施形態に係る実施例１１における、インサート部材１の平均実体部集計図である。図３は、本実施形態に係る実施例２における、インサート部材１の平均実体部集計図である。以下では、実施例１３には図４を参照し、実施例１１には図５を参照し、実施例２には図３を参照して、本実施形態に係る各実施例における平均実体部集計図、及びインサート部材１について夫々説明する。

図４には、実施例１３の集約された突起部３０が、平均実体部集計図の横軸方向の長さにおいて１／２となるように縮小した縮小集約突起部３０１を示している。縮小集約突起部３０１を基にしたモデル突起部に鑑みると、図４に示す平均実体部集計図に係るインサート部材１においては、集約された突起部３０は、断面形状が径方向に突出した略三角形状の形を成し、先端部１１から基端部１２へ広がる形状となっていることが確認できた。また、インサート部材１に形成される突起部１０は、一つ一つが単独で存在していてもよく、また、周方向に沿うように連続して形成されていてもよい。さらに、周方向に沿うように連続して形成されている場合は、インサート部材１の外周面において、らせん状に配置されていてもよく、環状に且つ周方向に連続して形成されてもよい。実施例１３では、集約された突起部３０の最大高さが、インサート部材１の外径ＯＤの０．０８％以上に形成されており、インサート部材１とその外周面側のモーターケースが実用的な接合強度であることを確認できた。

図５には、実施例１１の集約された突起部３０が、平均実体部集計図の横軸方向の長さにおいて１／２となるように縮小した縮小集約突起部３０２を示している。縮小集約突起部３０２を基にしたモデル突起部に鑑みると、図５に示す平均実体部集計図に係るインサート部材１において、平均実体部曲線が切り立った部分を有していることが確認できた。平均実体部曲線の傾きが急峻な部分を有するように形成されていると、周方向に生じたアルミニウム合金の凝固収縮及び熱収縮による力が周方向に生じやすく、実体切断試験においても剥離が生じず優れた結果が得られたことからインサート部材１とその外周面側のモーターケースとの接合強度が向上する一助となることが確認できた。

図３には、実施例２の集約された突起部３０が、平均実体部集計図の横軸方向の長さにおいて１／２となるように縮小した縮小集約突起部３０３を示している。これによると、図３に示す平均実体部集計図に係るインサート部材１において、集約された突起部３０は、例えば、図２に示すような、先端部１１と基端部１２との中途部分に極大ピークと極小ピークとが形成された、フック形状を有している。また、この場合、平均実体部集計図において、極大ピークは極小ピークよりも図上先端部側に現れることが確認できた。

上述のように、実施例２の態様では、統計的に見てインサート部材１の外周面に形成される突起部１０が、フック形状を有していることとなる。これによると、突起部１０のフック形状が外周面側のモーターケースと強固に噛み合い、インサート部材１とその外周面側のモーターケースとの接合強度が大幅に向上する。

［作用効果］
インサート部材１の外周面に突起部１０を形成することで、インサート部材１とその外周面側のモーターケースとの接合強度を向上させることができる。また、モーターケース
に対するインサート部材１の軸方向、周方向及び径方向における変位やずれを防止することができる。

複数の突起部１０は、インサート部材１の外周面において、互いに隣り合う突起部１０が適度に間隔を有するように配置されていれば、鋳型内に流し込まれるアルミニウム合金が複数の突起部１０間に好適に行き渡る。その結果、モーターケースとインサート部材１との間に生じる空隙を抑制することが可能となり、モーターケースとインサート部材１との間の接合強度を改善できる。特に、アルミニウム合金が隅々まで行き渡り難いとされる重力鋳造法により製造されたモーターケースであっても、アルミニウム合金がインサート部材１の外周面の突起間にも行き渡り易い。

また、インサート部材１は、モーターケースに対して、軸方向、周方向及び径方向において強固に固定される。これにより、インサート部材１の内周を加工しステータホルダとして内周面４０にステータを嵌合させ、モーターを稼働した時にも、ステータの各方向への変位を抑制することができる。その結果、モーターの信頼性、耐久性や連続使用時間の向上、フリクション低減による損失低減及び性能向上を期待できる。

本発明のインサート部材１は、モーターケースとインサート部材１との接合強度を保つことができるため、インサート部材１とモーターケースとの間のずれや、わずかなすき間が生じることを防止できる。また、モーター稼働時においては、当該ずれやすき間を防止することで、当該すき間の面同士が、微振動によりたたかれ摩耗が生じ、モーター自体の耐久性が低下することを防止できる。

以上、本発明に係る実施形態について説明したが、本明細書に開示された各々の態様は、本明細書に開示された他のいかなる特徴とも組み合わせることができる。

１：回転電機用インサート部材
１０：突起部
２０：線分
３０：集約された突起部
Ｃ：インサート部材の中心軸

Claims

回転電機のアルミニウム合金製モーターケースに鋳込まれる略円筒形状のインサート部材であって、
前記インサート部材の外周面には、複数の突起部が形成され、
前記インサート部材の中心軸を含む仮想平面により前記インサート部材を軸方向に沿って、２分割に切断したときに前記中心軸の両側に一つずつ現れる切断面のうちの一方である一切断面において、前記インサート部材は、所定の軸方向長さの範囲において、前記インサート部材の内周面と平行な線分を前記一切断面に重ねた際に、前記線分上で前記突起部が前記線分に重なる実体部領域と、前記線分上で前記突起部が前記線分に重ならない非実体部領域と、を画定し、
前記線分上において、前記所定の軸方向の長さの範囲のうち、前記実体部領域の割合を示す値を実体部比率として、
前記インサート部材における前記一切断面において、前記線分を、前記突起部の先端部から基端部側に向かって、前記突起部の高さ方向に沿って所定のピッチで移動させた各測定点の前記実体部比率の値を順にプロットし、横軸に前記実体部比率を表し、縦軸に前記高さ方向における前記先端部からの距離を測定高さとして表した図を実体部集計図として、
複数の前記一切断面によって求められる前記各測定点における前記実体部比率の平均を平均実体部比率として、前記平均実体部比率をプロットした前記実体部集計図を平均実体部集計図として、
前記平均実体部集計図において、前記平均実体部比率が０の位置を図上先端部として、前記先端部側から前記基端部側に向かって順にプロットされた前記平均実体部比率が０．９８を初めて超えた位置を図上基端部として、
前記図上先端部から前記図上基端部までの距離を前記突起部の平均最大高さとしたとき、前記突起部の平均最大高さが前記インサート部材の外径の０．０８％以上であり、
前記平均実体部集計図において、
前記突起部の平均最大高さの中央位置から前記図上先端部までの範囲において、前記図上先端部の位置を除いた前記平均実体部比率の合計値よりも、
前記突起部の平均最大高さの前記中央位置から前記図上基端部までの範囲において、前記図上基端部の位置を除いた前記平均実体部比率の合計値の方が大きい、
回転電機用インサート部材。
前記突起部の平均最大高さが、前記インサート部材の外径の０．０８％以上１％以下の範囲内で形成される、
請求項１に記載の回転電機用インサート部材。
前記平均実体部集計図にプロットされる２点以上の測定点であって、
前記２点以上の測定点の前記平均実体部比率の差が０．１０以下であり且つ前記２点以上の測定点の前記測定高さの差が０．０５ｍｍ以上となる範囲内に、前記２点以上の測
定点を含む、
請求項１又は２に記載の回転電機用インサート部材。
前記平均実体部集計図にプロットされる複数の前記平均実体部比率は、
前記平均実体部比率の値が極大ピークと、前記平均実体部比率の値が極小ピークと、を有し、
前記極大ピークの位置は前記極小ピークの位置よりも前記図上先端部側に現れる、
請求項１から３の何れか一項に記載の回転電機用インサート部材。
前記平均実体部集計図において、
前記極小ピークにおける前記平均実体部比率の値が０．０８以上である、
請求項４に記載の回転電機用インサート部材。
前記平均実体部集計図において、
前記極大ピークにおける前記平均実体部比率の値と、前記極小ピークにおける前記平均実体部比率の値との差が、０．０２以上０．２０以下である、
請求項４に記載の回転電機用インサート部材。
前記平均実体部集計図において、
前記極大ピークにおける前記平均実体部比率の値が０．５０以下である、
請求項４に記載の回転電機用インサート部材。
前記インサート部材の前記外周面において、
前記突起部が、前記外周面の一部領域にのみ形成されている、
請求項１に記載の回転電機用インサート部材。