JPWO2019220523A1 - 回転電機機械 - Google Patents

Abstract

回転電機機械は、ハウジングと、ハウジングの内部に設けられたステータと、ハウジングとステータの外周面との間においてステータの軸方向に異なる２か所以上に設けられた少なくとも２つの支持部材であって、ステータをハウジングに対して支持する少なくとも２つの支持部材とを備え、少なくとも２つの支持部材と、ハウジングと、ステータの外周面とによって空間が形成されている。

Description

本開示は、回転電機機械に関する。

エンジンの加速性能を高めるための装置として、ターボチャージャーが知られている。しかし、ターボチャージャーでは、加速時に過給が開始されるまでの時間差（ターボラグ）が生じるため、この対策として電動コンプレッサを使用することが行われている。

電動コンプレッサの課題の１つとして騒音が挙げられる。この騒音は、モータに起因してハウジングが振動することが要因であると考えられるため、ステータをハウジングに対してしっかりと固定するのではなく、ステータをハウジングに対して柔らかく支持することができれば、騒音を低減できると考えられる。

特許文献１には、ステータをハウジングに対して柔らかく支持したモータが開示されている。このモータでは、伸縮可能な部材によってステータを軸方向に支持するとともに、熱伝導性樹脂によってステータを半径方向に支持している。

特許第４０９２１９５号公報

しかしながら、特許文献１に記載のモータでは、支持箇所が多く、伸縮可能な部材の形状も複雑であるといった問題点があった。

上述の事情に鑑みて、本開示の少なくとも１つの実施形態は、簡単な構成で騒音を低減できる回転電機機械を提供することを目的とする。

（１）本発明の少なくとも１つの実施形態に係る回転電機機械は、
ハウジングと、
前記ハウジングの内部に設けられたステータと、
前記ハウジングと前記ステータの外周面との間において前記ステータの軸方向に異なる２か所以上に設けられた少なくとも２つの支持部材であって、前記ステータを前記ハウジングに対して支持する少なくとも２つの支持部材と
を備え、
前記少なくとも２つの支持部材と、前記ハウジングと、前記ステータの前記外周面とによって空間が形成されている。

上記（１）の構成によると、ハウジングとステータの外周面との間においてステータの軸方向に異なる２か所以上に少なくとも２つの支持部材を設けることによってステータをハウジングに対して支持しているので、簡単な構成でステータをハウジングに対して柔らかく支持することができる。これにより、ステータからハウジングへ伝わる振動が低減されるので、騒音を低減することができる。

（２）いくつかの実施形態では、上記（１）の構成において、
前記空間内を冷却流体が流通する。

上記（２）の構成によると、少なくとも２つの支持部材と、ハウジングと、ステータの外周面とによって形成された空間に冷却流体が流通することにより、ステータが冷却流体によって冷却されるので、回転電機機械の発熱による性能低下を抑制することができる。

（３）いくつかの実施形態では、上記（２）の構成において、
前記２つの支持部材は、前記ハウジング及び前記ステータとは別体の環状のシール部材である。

上記（３）の構成によると、シール部材によって空間からの冷却流体のリークを低減することができる。

（４）いくつかの実施形態では、上記（２）または（３）の構成において、
前記ステータは、
ステータコアと、
前記ステータコアの外周面を覆うように設けられた保護部材と
を備え、
前記保護部材の外周面が前記ステータの前記外周面を構成する。

ステータコアは複数の円環状の鋼板を積層して形成されているため、上記空間内を冷却流体が流通すると、鋼板間の隙間を介して冷却流体がリークする可能性がある。しかし、上記（４）の構成によると、ステータコアの外周面が保護部材によって覆われているので、鋼板間の隙間を介して冷却流体がリークするのを防止することができる。

（５）いくつかの実施形態では、上記（１）〜（４）のいずれかの構成において、
前記ステータの軸方向に前記少なくとも２つの支持部材のうちの少なくとも１つの移動を拘束するための移動拘束機構をさらに備える。

支持部材がステータの軸方向に自由に移動可能であると、ステータをハウジング内に取り付ける際に支持部材がずれてしまい支持部材を適所に設置するのに手間がかかったり、回転電機機械の稼働中の振動によって支持部材がステータの軸方向に移動してしまったりするおそれがある。しかし、上記（５）の構成によると、移動拘束機構によって支持部材をステータの軸方向に拘束することができるので、ステータをハウジング内に取り付けやすくしたり、回転電機機械の稼働中の振動による支持部材の移動を低減したりすることができる。

（６）いくつかの実施形態では、上記（１）の構成において、
前記少なくとも２つの支持部材のうちの少なくとも１つは、前記ハウジング又は前記ステータの外周面の一方から他方に向かって突出するように前記一方と一体的に形成された突起部である。

上記（６）の構成によると、支持部材がハウジング又はステータに一体的に形成されていることにより、ステータをハウジング内に取り付けるだけでステータをハウジングに対して柔らかく支持することができるので、回転電機機械の組み立て作業性を向上することができる。

（７）いくつかの実施形態では、上記（６）の構成において、
前記突起部は、前記ステータの前記外周面の周方向に互いに対して間隔をあけるように少なくとも３つの部材に分割されている。

上記（７）の構成によると、ステータの外周面の周方向に互いに対して間隔をあけるように突起部が少なくとも３つの部材に分割されて構成された支持部材がステータをハウジングに対して支持することにより、円環形状の突起部から構成された支持部材を用いた場合に比べてステータをより柔らかく支持することができる。

本開示の少なくとも１つの実施形態によれば、ハウジングとステータの外周面との間においてステータの軸方向に異なる２か所以上に少なくとも２つの支持部材を設けることによってステータをハウジングに対して支持しているので、簡単な構成でステータをハウジングに対して柔らかく支持することができる。これにより、ステータからハウジングへ伝わる振動が低減されるので、騒音を低減することができる。

本開示の実施形態１に係る回転電機機械の断面図である。 本開示の実施形態２に係る回転電機機械の断面図である。 本開示の実施形態２に係る回転電機機械のステータの変形例の部分断面図である。 本開示の実施形態３に係る回転電機機械の部分断面図である。 本開示の実施形態３に係る回転電機機械の変形例の部分断面図である。 本開示の実施形態４に係る回転電機機械の部分断面図である。 本開示の実施形態４に係る回転電機機械の変形例の部分断面図である。

以下、図面を参照して本発明のいくつかの実施形態について説明する。ただし、本発明の範囲は以下の実施形態に限定されるものではない。以下の実施形態に記載されている構成部品の寸法、材質、形状、その相対配置などは、本発明の範囲をそれにのみ限定する趣旨ではなく、単なる説明例に過ぎない。

（実施形態１）
図１に、本開示の実施形態１に係る回転電機機械であるモータ１０を備えた電動コンプレッサ１の断面を示している。モータ１０は、ハウジング１１と、ハウジング１１の内部において後述する構成でハウジング１１に対して支持されたステータ１２と、ハウジング１１の内部においてステータ１２に対して回転可能に設けられたロータ１３とを備えている。ロータ１３は、ハウジング１１に対して回転可能に支持された回転軸１４に固定されている。回転軸１４の一方の端部１４ａは、ハウジング１１の内部から外部に突出しており、端部１４ａにインペラ２が固定されている。

ハウジング１１とステータ１２の外周面１２ａとの間には、ステータ１２の軸方向に異なる２か所のそれぞれに、支持部材であるＯリング１５が設けられている。各Ｏリング１５がハウジング１１とステータ１２の外周面１２ａとのそれぞれに当接することにより、ステータ１２がハウジング１１に対して支持されている。２つのＯリング１５と、ハウジング１１と、ステータ１２の外周面１２ａとによって、ステータ１２の外周面１２ａの周方向に沿った円筒形状の空間１６が形成されている。

ステータ１２の外周面１２ａの全体又は大部分がハウジング１１に接することによりステータ１２がハウジング１１に対して支持される構成の場合（以下、比較構成という）、ステータ１２がハウジング１１に対してしっかりと固定されるように支持されているので、モータ１０が稼働することにより生じる振動がほとんど減衰せずにステータ１２からハウジング１１にそのまま伝わる傾向がある。ハウジング１１へのこのような振動の伝わりに起因して騒音が発生すると考えられる。

これに対し、実施形態１に係るモータ１０では、ステータ１２は、ステータ１２の軸方向に異なる２か所のそれぞれに設けられたＯリング１５によってハウジング１１に対して支持されている。この場合、ステータ１２はハウジング１１にしっかりと固定されていないので、上記比較構成に比べてステータ１２がハウジング１１に対して柔らかく支持されている。このため、モータ１０が稼働することにより生じる振動が減衰されながらステータ１２からハウジング１１へ伝わる。すなわち、モータ１０においてステータ１２からハウジング１１へ伝わる振動が、上記比較構成において伝わる振動に比べて低減されるので、実施形態１に係るモータ１０では上記比較構成に比べて騒音が低減する。

このように、ハウジング１１とステータ１２の外周面１２ａとの間においてステータ１２の軸方向に異なる２か所のそれぞれにＯリング１５を設けることによってステータ１２をハウジング１１に対して支持しているので、簡単な構成でステータ１２をハウジング１１に対して柔らかく支持することができる。これにより、ステータ１２からハウジング１１へ伝わる振動が低減されるので、騒音を低減することができる。

実施形態１では、Ｏリング１５は２つであったが、３つ以上であってもよい。１つだけのＯリング１５でステータ１２を支持しようとするとステータ１２がＯリング１５を支点として傾いてしまうが、ステータ１２の軸方向に異なる２か所以上において２つ以上のＯリング１５でステータ１２を支持することにより、ステータ１２を傾かせずにハウジング１１に対して柔らかく支持することができる。

また、実施形態１では、支持部材としてＯリング１５を用いていたが、これに限定するものではない。環状のＯリング１５を用いれば、空間１６をステータ１２の軸方向にシールすることができるが、空間１６のシールが必要ない場合には、ステータ１２の外周面１２ａの周方向に部分的に沿った部分を有する構成の支持部材、例えばＣリング等を用いることもできる。

（実施形態２）
次に、実施形態２に係る回転電機機械について説明する。実施形態２に係る回転電機機械は、実施形態１に対して、ステータ１２を冷却する機構を追加したものである。尚、実施形態２において、実施形態１の構成要件と同じものは同じ参照符号を付し、その詳細な説明は省略する。

図２に示されるように、空間１６は２つのＯリング１５によってステータ１２の軸方向にシールされている。ハウジング１１には、空間１６に連通するように、流入通路５及び流出通路６が設けられている。流入通路５を介して、空間１６内を水やオイル等のような冷却流体が流通し、流出通路６を介して空間１６から流出するように構成されている。その他の構成は実施形態１と同じである。

実施形態２でも、ステータ１２は２つのＯリング１５によってハウジング１１に対して柔らかく支持されているので、実施形態１と同様に騒音を低減する効果が得られる。これに加えて、実施形態２では、空間１６内を冷却流体が流通することにより、ステータ１２が冷却流体によって冷却されるので、モータ１０の発熱による性能低下を抑制することができる。さらに、実施形態２では、２つのＯリング１５とハウジング１１とステータ１２の外周面１２ａとによって形成された空間１６を冷却流体用の通路としているので、ハウジング１１に冷却流体用の通路を形成する必要がなく、ハウジング１１の構成を簡単にできるとともにハウジング１１の製造コストの増加を抑制することができる。

図３に示されるように、ステータ１２のステータコア１７は通常、複数の円環状の鋼板１８を積層して形成された円筒形状を有している。このため、空間１６（図２参照）内を冷却流体が流通すると、隣り合う鋼板１８間の隙間を介して冷却流体がロータ１３（図２参照）に向かってリークする可能性がある。そこで、ステータ１２を、ステータコア１７と、ステータコア１７の外周面１７ａを覆うように設けられた円筒形状の保護部材１９とから構成してもよい。保護部材１９により、空間１６内を流通する冷却流体が隣り合う鋼板１８間の隙間を介してロータ１３に向かってリークするのを防止することができる。尚、この場合、保護部材１９の外周面１９ａがステータ１２の外周面１２ａを構成する。

（実施形態３）
次に、実施形態３に係る回転電機機械について説明する。実施形態３に係る回転電機機械は、実施形態１及び２のそれぞれに対して、ステータ１２の軸方向にＯリング１５の移動を拘束するための移動拘束機構を追加したものである。以下では、実施形態１の構成に移動拘束機構を付加した構成で実施形態３を説明するが、実施形態２の構成に移動拘束機構を付加することによって実施形態３を構成してもよい。尚、実施形態２において、実施形態１の構成要件と同じものは同じ参照符号を付し、その詳細な説明は省略する。

図４に示されるように、モータ１０（図１参照）は、ステータ１２の軸方向にＯリング１５の移動を拘束するための移動拘束機構２０を備えている。移動拘束機構２０は、ステータ１２の外周面１２ａから突出するように形成された円環状の挿入部材２１と、挿入部材２１が挿入可能にＯリング１５に形成された挿入溝２２とから構成されている。挿入部材２１が挿入溝２２に挿入されることにより、Ｏリング１５がステータ１２の軸方向に拘束される。その他の構成は実施形態１と同じである。

Ｏリング１５がステータ１２の軸方向に自由に移動可能であると、ステータ１２をハウジング１１内に取り付ける際にＯリング１５がずれてしまいＯリング１５を適所に設置するのに手間がかかったり、モータ１０の稼働中の振動によってＯリング１５がステータ１２の軸方向に移動してしまったりするおそれがある。しかし、実施形態３では、移動拘束機構２０によってＯリング１５をステータ１２の軸方向に拘束することができるので、ステータ１２をハウジング１１内に取り付けやすくしたり、モータ１０の稼働中の振動によるＯリング１５の移動を低減したりすることができる。

図４では、一方のＯリング１５のみが移動拘束機構２０によってステータ１２の軸方向に拘束されるように描かれているが、２つのＯリング１５のそれぞれがステータ１２の軸方向に拘束されるように移動拘束機構２０を設けてもよい。また、３つ以上のＯリング１５が設けられている場合には、全てのＯリング１５をステータ１２の軸方向に拘束するように移動拘束機構２０を設けてもよいし、いくつかのＯリング１５をステータ１２の軸方向に拘束するように移動拘束機構２０を設けてもよい。

実施形態３では、移動拘束機構２０は、ステータ１２に形成された挿入部材２１と、Ｏリングに形成された挿入溝２２とから構成されていたが、この形態に限定するものではない。例えば、図５に示されるように、移動拘束機構２０は、ステータ１２の外周面１２ａの周方向に沿って形成されたＯリング１５を収容可能な収容溝２３から構成されてもよい。Ｏリング１５が収容溝２３内に収容されることにより、Ｏリング１５をステータ１２の軸方向に拘束することができる。この構成では、ステータ１２の外周面１２ａに収容溝２３を形成するだけで移動拘束機構２０を構成することができるので、図４に示される構成の移動拘束機構２０に比べて、構成が簡単になり、モータ１０の製造コストも低減することができる。尚、ステータ１２に保護部材１９が設けられている場合、移動拘束機構２０の挿入部材２１及び収容溝２３は、保護部材１９に形成される。

（実施形態４）
次に、実施形態４に係る回転電機機械について説明する。実施形態４に係る回転電機機械は、実施形態１に対して、支持部材の構成を変更したものである。尚、実施形態４において、実施形態１の構成要件と同じものは同じ参照符号を付し、その詳細な説明は省略する。

図６に示されるように、ステータ１２をハウジング１１に対して支持するための２つの支持部材（図６では一方の支持部材のみが図示されている）はそれぞれ、ハウジング１１からステータ１２の外周面１２ａに向かって突出するようにハウジング１１と一体的に形成された円環形状の突起部３０である。ステータ１２の外周面１２ａが突起部３０に当接することにより、ステータ１２がハウジング１１に対して支持されている。その他の構成は実施形態１と同じである。

ハウジング１１と一体的に形成された円環形状の２つの突起部３０によってステータ１２をハウジング１１に対して支持するようにしても、実施形態１で説明した比較構成に比べてステータ１２をハウジング１１に対してより柔らかく支持することができるので、ステータ１２からハウジング１１へ伝わる振動が低減され、騒音を低減することができる。

また、実施形態４では、突起部３０がハウジング１１に一体的に形成されていることにより、ステータ１２をハウジング１１内に取り付けるだけでステータ１２をハウジング１１に対して柔らかく支持することができるので、モータ１０の組み立て作業性を向上することができる。

実施形態４では、突起部３０はハウジング１１と一体的に形成されていたが、この形態に限定するものではない。突起部３０は、ステータ１２の外周面１２ａからハウジング１１に向かって突出するようにステータ１２と一体的に形成してもよい。

実施形態４では、２つの支持部材とも突起部３０であったが、いずれか一方が突起部３０であり、他方がＯリング１５（図１参照）のような、ハウジング１１及びステータとは別体の支持部材であってもよい。また、３つ以上の支持部材が設けられている場合には、少なくとも１つの支持部材を突起部３０にしてもよい。さらに、突起部３０が複数設けられている場合は、それらのいくつかがハウジング１１と一体的に形成され、その他がステータ１２と一体的に形成されてもよい。

実施形態４では、突起部３０は円環形状を有していたが、この形状に限定するものではない。図７に示されるように、突起部３０は、ステータ１２の外周面１２ａの周方向に互いに対して間隔をあけるように３つの部材３０ａ，３０ｂ，３０ｃに分割された構成であってもよい。この構成により、円環形状の突起部３０から構成された支持部材を用いた場合に比べてステータ１２をより柔らかく支持することができる。尚、突起部３０は、４つ以上の部材に分割された構成であってもよい。

実施形態１〜４ではそれぞれ、回転電機機械を、電動コンプレッサ１のモータ１０として説明したが、この形態に限定するものではない。回転電機機械は、ハウジングの内部でハウジングに対してステータが支持される構成であればどのようなものであってもよく、任意の用途に用いられるモータや、発電機であってもよい。

１ 電動コンプレッサ
２ インペラ
５ 流入通路
６ 流出通路
１０ モータ
１１ ハウジング
１２ ステータ
１２ａ （ステータの）外周面
１３ ロータ
１４ 回転軸
１４ａ （回転軸の）端部
１５ Ｏリング（支持部材）
１６ 空間
１７ ステータコア
１７ａ （ステータコアの）外周面
１８ 鋼板
１９ 保護部材
１９ａ （保護部材の）外周面
２０ 移動拘束機構
２１ 挿入部材
２２ 挿入溝
２３ 収容溝
３０ 突起部（支持部材）
３０ａ （突起部を構成する）部材
３０ｂ （突起部を構成する）部材
３０ｃ （突起部を構成する）部材

Claims (7)

1. ハウジングと、
   前記ハウジングの内部に設けられたステータと、
   前記ハウジングと前記ステータの外周面との間において前記ステータの軸方向に異なる２か所以上に設けられた少なくとも２つの支持部材であって、前記ステータを前記ハウジングに対して支持する少なくとも２つの支持部材と
   を備え、
   前記少なくとも２つの支持部材と、前記ハウジングと、前記ステータの前記外周面とによって空間が形成されている回転電機機械。
2. 前記空間内を冷却流体が流通する、請求項１に記載の回転電機機械。
3. 前記２つの支持部材は、前記ハウジング及び前記ステータとは別体の環状のシール部材である、請求項２に記載の回転電機機械。
4. 前記ステータは、
   ステータコアと、
   前記ステータコアの外周面を覆うように設けられた保護部材と
   を備え、
   前記保護部材の外周面が前記ステータの前記外周面を構成する、請求項２または３に記載の回転電機機械。
5. 前記ステータの軸方向に前記少なくとも２つの支持部材のうちの少なくとも１つの移動を拘束するための移動拘束機構をさらに備える、請求項１〜４のいずれか一項に記載の回転電機機械。
6. 前記少なくとも２つの支持部材のうちの少なくとも１つは、前記ハウジング又は前記ステータの外周面の一方から他方に向かって突出するように前記一方と一体的に形成された突起部である、請求項１に記載の回転電機機械。
7. 前記突起部は、前記ステータの前記外周面の周方向に互いに対して間隔をあけるように少なくとも３つの部材に分割されている、請求項６に記載の回転電機機械。

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