JPWO2016047310A1 - 回転電機 - Google Patents

Abstract

冷却液の流路を容易に形成でき、気密性と生産性とに優れたハウジングを備えた回転電機を提供する。冷却液の流路１３の一部が形成されたハウジング２と、ハウジングの内周側に配置され、固定子巻線７を備えた固定子５と、固定子の内周側に隙間を介して回転可能に支持された回転子８とを有し、冷却液の流路１３は、ハウジングの少なくとも軸方向一方側に開放面を有する環状の溝と、開放面を覆うように設けられたプレート１４からなるように回転電機１を構成する。好ましくは、ハウジングとプレートとが、溶接または接着剤により接合されるように構成する。また、ハウジングとプレートの一部に粗化処理または化学処理が施され、樹脂１５によりハウジングとプレートとが接合されるように構成してもよい。

Description

本発明は、回転電機、特に冷却液の流路が設けられたハウジングを備えた回転電機に関するものである。

近年、車両内での電子機器の需要の増加およびＨＥＶやＥＶの大型車への適用等が進み、発電機やモータ等の回転電機における高出力化のニーズが高く、固定子巻線や回転子の発熱量が増大し、温度上昇による寿命低下等の対策が課題となっている。

回転電機の冷却方法として、固定子を覆うハウジングに冷却流路を設ける方法（液冷式）が知られており、特に固定子を効果的に冷却できる。

冷却流路が設けられたハウジングは、低圧鋳造等の製造方法により製作された鋳物品が多い。この製造方法では、予め造形された中子（鋳造品内部鋳型）を金型にセットし、鋳造後に中子を粉砕するなどして取り出すことにより、ハウジング内に空洞、すなわち流路を作る。この方法は、生産性が悪く、高価であるという課題がある。

この課題に対し、特許文献１には、安価で構造の簡易化を目的とし、軸方向の一方向側が開放された環状流路を有するハウジングを備え、開放端をブラケットで塞ぎ、冷却液が循環する冷却流路を形成させる２分割構造が開示されている。製法はダイカストで製作可能となるため安価で低圧鋳造より生産性の良いハウジングが製作できる。

また、特許文献２には、ケーシングに軸方向に貫通された穴が設けられ、両端部からブラケットでケーシングを挟むことで内部に冷却水の流路が形成される構造が開示されている。

特願２００４−３６４４２９号公報 特開２０１０−０９３９８４号公報

特許文献１や特許文献２に開示されるような従来の流路付ハウジングは、構造が単純で安価である。しかし、パッキンとボルト締結によるシール構造により気密性を確保する必要がある。このため、冷却液の流路形成時における部品点数および生産工数の増加およびシールの品質が課題となる。

そこで、本発明は、冷却液の流路を容易に形成でき、気密性と生産性とに優れたハウジングを備えた回転電機を提供することを目的とする。

上記課題を解決するために、例えば請求の範囲に記載の構成を採用する。

本願は上記課題を解決する手段を複数含んでいるが、その一例を挙げるならば、回転電機が、冷却液の流路の一部が形成されたハウジングと、前記ハウジングの内周側に配置され、固定子巻線を備えた固定子と、前記固定子の内周側に隙間を介して回転可能に支持された回転子とを有し、前記冷却液の流路は、前記ハウジングの少なくとも軸方向一方側に開放面を有する環状の溝と、前記開放面を覆うように設けられたプレートからなることを特徴とする。

本発明によれば、冷却液の流路を容易に形成でき、気密性と生産性とに優れたハウジングを備えた回転電機を提供することができる。

上記した以外の課題、構成及び効果は、以下の実施形態の説明により明らかにされる。

実施例１による回転電機の全体構成を示す断面図。 実施例１によるハウジング内の流路部の斜視図。 実施例１によるセンターハウジングによる流路構成図。 実施例１によるセンターハウジングの断面図 図４のＡ部拡大図。 図４のＡ部拡大図。 実施例２によるセンターハウジング斜視図。 実施例２によるセンターハウジングの断面図。 実施例２によるセンターハウジングの断面図。 図９のセンターハウジングのＢ部の拡大図。 実施例３によるセンターハウジングの断面図。 実施例３によるセンターハウジングの樹脂接合における断面図。

以下、図面を用いて本発明の実施例を説明する。

なお、以下の説明では、回転電機の一例として、自動車の駆動用モータを用いる。また、以下の説明において、「軸方向」は回転電機の回転軸に沿った方向を指す。周方向は回転電機の回転方向に沿った方向を指す。「径方向」は回転電機の回転軸を中心としたときの動径方向（半径方向）を指す。「内周側」は径方向内側（内径側）を指し、「外周側」はその逆方向、すなわち径方向外側（外径側）を指す。

最初に、図１と図２とを用いて本実施例による回転電機について説明する。

回転電機である駆動用モータは、回転子８と固定子５とを備えている。回転子８は、シャフト１０の中心部に回転子鉄心９を備え、回転子鉄心９には複数の磁石（図示無し）が配置されている。回転子鉄心９は、厚さ０．２〜０．５ｍｍ程度の電磁鋼板を打ち抜き加工により成形し、成形された電磁鋼板を積層して構成された積層鋼板からなる。

回転子８は固定子５の内周側に、僅かなギャップを介して対向配置されている。回転子８はフロントベアリング１１およびリアベアリング１２の内輪にシャフト１０が挿通され、回転自在に支持されている。

固定子５は、固定子鉄心６と固定子巻線７から構成される。固定子鉄心６は、環状に形成された薄板鋼板が複数枚積層され、内周側には突出した歯部（ティース）とからなり、各歯部の間にスロットが形成されている。各々のスロットに各相の固定子巻線７が巻回され、装着される。

固定子５の外周側には、センターハウジング２が配置され、焼嵌め等で固定子５を固定している。センターハウジング２の両端部には、固定子８および回転子５を覆うようにフロントブラケット３とリアブラケット４で狭持されている。

フロントブラケットは、フロントベアリングがリアブラケットにはリアベアリングが装着され、その内周面をシャフトが挿通し、回転子を回転自在に支持している。

次に、本実施例に用いるセンターハウジング２について図３〜図６で説明する。

図３に記載されているように、センターハウジング２には、冷却液の流路１３の一部となる軸方向の一方向が開放面となる環状の溝が形成されている。開放面を覆うようにプレート１４を配置させることで、センターハウジング２の溝が密閉された空間となり、冷却液の流路１３となる。

センターハウジング２とプレート１４で形成された冷却液の流路１３は、図２に示すように円筒形状であり、流路の入り口部１３０１と出口部１３０２の間で仕切られ、一方通行となるような帯状のＣ型形状に形成されている。冷却液は流路入り口１３０１から入り、固定子５の外周を周回するように冷却液が流れ、固定子を冷却し、出口１３０２より排出される。

プレート１４は、薄板でリング状の形状であり、センターハウジング２の開放面を塞ぐことが可能な径方向幅をもつ。本実施例では、プレート１４の径方向幅はセンターハウジング２の開放面を完全に塞ぐように設定されている。

プレート１４の材質については、センターハウジング２と同等の材質が望ましく、特に線膨張係数が同等の材料が良い。本実施例のセンターハウジング２はアルミダイカストで材質はＡＤＣ１２であるため、プレート１４の材質についてもアルミニウム、特に、同じ材質であるＡＤＣ１２が好ましい。プレート１４とセンターハウジング２の材質を同等にすることで、車両の使用環境温度、駆動条件等による温度変化による応力を軽減でき、接合部の強度が保たれる。

従来技術では、プレート１４もしくはフロントブラケットとセンターハウジングの間の冷却流路との境界部の位置にパッキンを配置し、ボルトにより軸方向からパッキンに面圧を生じさせるように固定することにより、プレート１４とセンターハウジング２との間の気密性を確保していた。

本実施例では、冷却液の流路の気密性を確保するため、プレート１４とセンターハウジング２とを、溶接、または、接着剤を用いて接合する。これにより、パッキンやボルト等を用いることなくプレート１４とセンターハウジング２の気密性を確保でき、部品点数の削減および生産性向上を実現できる。

溶接により接合する場合、図５に示すように、プレート１４の外周側１６と内周側１７とのそれぞれと、センターハウジング２の壁部とを、周方向に一周するように溶接することで気密性を確保できる。溶接方法としては、レーザ溶接や電子ビーム溶接等を用いる。また、プレート１４の設置面が平面であり、かつ、軸方向一方側（フロント側、センターハウジング２の溝の開放面）にのみ存在するため、溶接部が軸方向両面側にある場合と比較して溶接時の作業効率が向上する。

接着剤により接合する場合、図６に示すようにセンターハウジング２とプレート１４の外周側境界部１８と内周側境界部１９とに接着剤を塗布し、硬化させる。これにより、センターハウジング２とプレート１４との気密性を確保し、冷却液の流路を形成できる。接着剤としては、エポキシ接着剤等の比較的耐熱性が高い接着剤が好ましい。

従来技術では、冷却流路を密閉する蓋の役割をブラケットが果たしていた。このブラケットは、回転電機自体を回転電機外部（車両等）に固定する機能を持ち、また、その他部品の取り付け部としての機能も持つことから、密閉する蓋の役割の他に、強度部材としての役割も果たしていた。

本実施例では、プレート１４の役割は冷却流路の密閉のみとしている。回転電機外部への取り付けは、センターハウジング２と締結されたフロントブラケット３により行なわれる。このため、プレート１４、およびプレート１４とセンターブラケット２の接合面には、振動等の応力が直接掛からない構造となる。この構造により、高品質な冷却液の流路を確保できる。

本実施例では、センターハウジング２の冷却液の流路部１３の開放面をフロント側に形成したが、リア側に形成しても同様の効果を得られる。

以上説明したように、本実施例によれば、ハウジングの冷却液の流路を容易に形成できる。さらに、冷却液の流路の気密性を、パッキン等を使用せずに確保できるため、部品点数を低減できる。これらのことから、安価で生産性に優れ高品質な液冷式回転電機が実現可能となる。

図７から図１０を用いて、本発明の別の実施例を説明する。なお、実施例１で説明した構成と同様の部分については説明を省略する。

図７は本実施例のセンターハウジング２の斜視図、図８はその断面図である。センターハウジング２には、冷却液の流路１３の一部となる軸方向の一方向が開放面となる環状の溝が形成され、開放面を覆うようにプレート１４が配置される。これにより、センターハウジング２の溝が密閉された空間となり、冷却液の流路１３となる。

プレート１４とセンターハウジング２との境界部は樹脂１５で覆われる。このように構成することで、プレート１４とセンターハウジング２とを樹脂１５により接合する。樹脂１５はプレート１４とセンターハウジング２との境界部を覆うように設けられていればよいが、接合強度を高めるために、図８に示すように、プレート１４の軸方向端面の一部とセンターハウジング２の軸方向端面の一部と架橋するように樹脂１５を形成してもよい。

樹脂１５は、プレート１４の一部およびセンターハウジング２の一部を覆うように、インサート成形により一度に成形している。センターハウジング２の開放面にプレート１４をセットし、流路部が密閉された状態でプレート１４を包括し、センターハウジング２とプレート１４との境界を塞ぎ、樹脂１５とプレート１４およびセンターハウジング２との接合面を確保した形状で樹脂成形することで容易に製作できる。

なお、樹脂１５を予め成形し、成形した樹脂１５にプレート１４とセンターハウジング２とを接合するようにしてもよい。

樹脂１５と、プレート１４およびセンターハウジング２との接合面については、一定の面積を確保している。これは、接合面の面積と接合強度とが比例関係にあるためである。

樹脂１５の材質については、ＰＰＳやＰＥＥＫ等の高耐熱性の樹脂が好ましい。

一般的に樹脂と金属とは付きづらい傾向にあり、接合力が弱いことが知られている。本実施例では、樹脂１５とセンターハウジング２およびプレート１４とを接合させるため、センターハウジング２とプレート１４の表面（樹脂１５との接合面）に粗化処理を施している。粗化処理とは、対象物の表面に微細な溝を付けることなどにより、微細な凹凸を形成する処理である。

図９、図１０を用いて粗化処理について説明する。図９はセンターハウジング２の断面図、図１０は図９のＢ部（センターハウジング２と樹脂１５との接合面）の拡大図である。図１０に示すように、粗化処理されたセンターハウジング２の表面（樹脂１５との接合面）には、複数の微細な凹凸が形成されている。図示はしないが、プレート１４の表面（樹脂１５との接合面）についても、図１０に示すセンターハウジング２と同様、複数の微細な凹凸が形成されている。

センターハウジング２とプレート１４とを粗化処理した後に、樹脂１５をインサート成形することで、樹脂１５が粗化処理により設けられた溝部に流れ込み、アンカー効果により樹脂１５とプレート１４およびセンターハウジング２との接合強度を飛躍的に向上させることができる。これにより、冷却液の流路１３の気密性を向上させることができる。

粗化処理の方法については、機械加工による方法、レーザ加工による方法、エッチング等の化学薬品による方法などがある。

粗化処理を用いる場合、樹脂１５がセンターハウジング２とプレート１４の表面に施した粗化処理による微細な溝に流れこむことが重要となる。このため、樹脂１５の材質は流動性の高いグレードが望ましい。

接合強度を向上させる別の表面処理の方法としては、化学的接合方法で接合する方法がある。化学的接合方法では、センターハウジング２とプレート１４の表面（樹脂１５との接合面）に化学処理を施し、インサート成形時の熱エネルギーを利用して樹脂分子と化学処理した部分とを反応させる。これにより、樹脂１５と、センターハウジング２およびプレート１４とが分子レベルで化学的に接合される。本方法では、樹脂１５とセンターハウジング２およびプレート１４とが、境界部で化学的に接合されているため、高気密性の冷却液の流路が実現できる。

さらに、センターハウジング２とプレート１４の粗化処理後に化学処理を施し、インサート成形することで樹脂が粗化処理の溝部に流れ込むと同時に、化学的に接合されるためより、高気密性の冷却液の流路が形成することも可能である。

本実施例では、インサート成形を用いているが、トランスファーモールド成形においても同様である。また、樹脂１５として熱硬化性樹脂を用いてもよい。樹脂１５の材質としては、高耐熱性のエポキシ樹脂が好ましい。

本実施例では、樹脂成形により、センターハウジング２とプレート１４との境界部を容易に塞ぎ、気密性を確保できる。また、樹脂１５の自由度が大きく、樹脂の厚み等で気密性の能力を容易に調整および向上できる。

本実施例では、センターハウジング２の冷却液の流路部１３の開放面としてフロント側に形成しているが、リア側に設けても同様の効果が得られる。

以上説明したように、本実施例によれば、冷却液の流路形成が樹脂成形により容易に可能であり、生産性が高く、低コストの冷却流路を備えたセンターハウジング２を実現することができる。さらに、粗化処理や化学処理をセンターハウジング２とプレート１４に施すことで、高気密性の冷却液の流路を形成することができ、高品質の液冷式回転電機を実現することが可能となる。

図１１および図１２を用いて本発明の別の実施例について説明する。なお、実施例１，２で説明した構成と同様の部分については説明を省略する。

実施例１，２では、センターハウジング２の冷却液の流路１３の一部となる、軸方向の一方向側が開放面となる環状の溝が形成され、開放面を覆うようにプレート１４を配置することで、センターハウジング２の溝が密閉された空間となり、冷却液の流路１３となる構造（片側開放構造）について説明した。

しかし、片側開放構造では、アルミダイカストの生産上、センターハウジング２の流路部の溝深さの制約が発生する。そこで、本実施例では、両端貫通させた構造（両端開放構造）とすることで、片側開放構造に対して溝の深さが約２倍に伸び、軸長の長い回転電機にも対応可能となる。

図１１、図１２に示すように、冷却液の流路１３は、センターハウジング２の両端面からプレート１４で挟むことで構成可能である。プレート１４とセンターハウジング２との接合には、図１１に示す如く、実施例１で説明した溶接または接着剤による方法を用いてもよいし、図１２に示す如く、実施例２で説明したセンターハウジング２とプレート１４の表面（樹脂１５との接合面）に粗化処理を施し、樹脂１５をインサート成形する方法を用いてもよい。これにより、プレート１４とセンターハウジング２との気密性について、実施例１，２と同様、容易にでき、生産性も高く、低コストの冷却流路を供えたセンターハウジング２が実現できる。

なお、冷却液の流路１３の抜き勾配を、軸方向中央部が狭く、軸方向両端部が広くなるようにすることで、流路の表面積を実施例１，２に比べて大きく形成でき、冷却効率を向上させることもできる。

以上説明したように、本実施例によれば、効率的に冷却が可能となり、また、軸方向に長い回転電機にも対応することが可能となる。

上述の各実施例については、駆動用モータを例に説明してきたが、発電機においても同様の効果が得られる。たとえば車両用交流発電機の液冷式構造も同様であり、車両用交流発電機の場合では、固定子の冷却とともに整流器およびＩＣレギュレータ等の制御基盤についても液冷で冷却される。

また、インバータとモータの一体化においても同様に適用でき、冷却水の水路構成の簡易化、自由度の向上が図れ、固定子の冷却とともにインバータの冷却も同時にできる。

なお、本発明は上記した実施例に限定されるものではなく、様々な変形例が含まれる。例えば、上記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限定されるものではない。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ることが可能であり、また、ある実施例の構成に他の実施例の構成を加えることも可能である。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・置換をすることが可能である。

１ 回転電機
２ センターハウジング
３ フロントブラケット
４ リアブラケット
５ 固定子
６ 固定子鉄心
７ 固定子巻線
８ 回転子
９ 回転子鉄心
１０ シャフト
１１ フロントベアリング
１２ リアベアリング
１３ 冷却液の流路
１４ プレート
１５ 樹脂
１６ プレートとセンターハウジングの外周側の溶接部
１７ プレートとセンターハウジングの内周側の溶接部
１８ プレートとセンターハウジングの外周側の接合面
１９ プレートとセンターハウジングの内周側の接合面

Claims (8)

1. 冷却液の流路の一部が形成されたハウジングと、
   前記ハウジングの内周側に配置され、固定子巻線を備えた固定子と、
   前記固定子の内周側に隙間を介して回転可能に支持された回転子とを有し、
   前記冷却液の流路は、
   前記ハウジングの少なくとも軸方向一方側に開放面を有する環状の溝と、
   前記開放面を覆うように設けられたプレートからなる回転電機。
2. 請求項１に記載の回転電機であって、
   前記冷却液の流路は、
   前記ハウジングの軸方向両端に開放面を有する環状の溝と、
   前記開放面をそれぞれ覆うように設けられたプレートからなる回転電機。
3. 請求項１または２に記載の回転電機であって、
   前記ハウジングと前記プレートとが、溶接または接着剤により接合されている回転電機。
4. 請求項１または２に記載の回転電機であって、
   前記ハウジングと前記プレートとが、樹脂により接合されている回転電機。
5. 請求項４に記載の回転電機であって、
   前記ハウジングと前記プレートとの境界部が、前記樹脂により覆われている回転電機。
6. 請求項５に記載の回転電機であって、
   前記プレートの軸方向端面の一部が樹脂で覆われている回転電機。
7. 請求項６に記載の回転電機であって、
   前記ハウジングと前記プレートの、前記樹脂と接する面に粗化処理または化学処理が施された回転電機。
8. 請求項７記載の回転電機であって
   前記ハウジングと前記プレートの、前記樹脂と接する面に粗化処理が施され、
   前記粗化処理が施された面に化学処理が施された回転電機。

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