WO2013164889A1

WO2013164889A1 - 回転電機

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Publication number: WO2013164889A1
Application number: PCT/JP2012/061599
Authority: WO
Inventors: 大橋　直樹; 井上　正哉; 宏一尾島; 岩本　和幸
Original assignee: 三菱電機株式会社
Priority date: 2012-05-02
Filing date: 2012-05-02
Publication date: 2013-11-07
Also published as: US10749402B2; CN104321955A; JPWO2013164889A1; US20150076940A1; CN104321955B; JP5762630B2

Abstract

　この発明は、リング部材およびハウジングケースの一端側を、締着方向を軸方向として、ハウジングケースの開口を閉塞するカバーに締着固定するようにし、径方向寸法の増大を抑え、小型の回転電機を得る。　この発明による回転電機は、ステータコア、および上記ステータコアに巻装されたステータコイルを有するステータと、上記ステータコアを内嵌状態に保持して、上記ステータを収容するリング部材と、一端側を開口とする有底筒状に作製され、上記リング部材および上記ステータを収容するハウジングケースと、上記ハウジングケースの開口を閉塞するように該ハウジングケースの一端側に取り付けられるカバーと、を備え、上記リング部材および上記ハウジングケースの一端側が、それぞれ、締着方向を軸方向として、上記カバーに締着固定され、上記リング部材の他端側が、嵌合部材を介して上記ハウジングケースに保持されている。

Description

回転電機

　この発明は、リング部材がステータコアを保持して有底円筒状のハウジングケースに収容され、円盤状のカバーがハウジングケースの開口を閉塞する回転電機に関し、特にリング部材の固定構造に関するものである。

　従来の回転電機では、ステータコアを保持するリング部材が、他端側を嵌合されてケースに収容され、一端に半径方向に延びるフランジ部をケースの一端面にボルトにより締着・固定されて、ケースに保持され、カバーがケースの一端側開口を閉塞するようにケースに嵌着され、ロータがケースの底部およびカバーに軸支されてステータコアの内部に収容されている（例えば、特許文献１参照）。

国際公開第２０１１／０８０８１７号パンフレット

　従来の回転電機では、リング部材が、半径方向に延びるフランジ部をリング部材の外周側に配置されるケースに締着固定されて、ケースに取り付けられているので、径方向寸法が大きくなってしまうという課題があった。

　この発明は、上記課題を解決するためになされたもので、リング部材およびハウジングケースの一端側を、締着方向を軸方向として、ハウジングケースの開口を閉塞するカバーに締着固定するようにし、径方向寸法の増大を抑え、小型の回転電機を得ることを目的とする。

　この発明に係る回転電機は、ステータコア、および上記ステータコアに巻装されたステータコイルを有するステータと、上記ステータコアを内嵌状態に保持して、上記ステータを収容するリング部材と、一端側を開口とする有底筒状に作製され、上記リング部材および上記ステータを収容するハウジングケースと、上記ハウジングケースの開口を閉塞するように該ハウジングケースの一端側に取り付けられるカバーと、上記ハウジングケースの底部、および上記カバーに軸支されたシャフトに固着され、上記ステータの内周側に回転可能に配設されるロータと、を備えている。そして、上記リング部材および上記ハウジングケースの一端側が、それぞれ、締着方向を軸方向として、上記カバーに締着固定され、上記リング部材の他端側が、嵌合部材を介して上記ハウジングケースに嵌着保持されている。

　この発明によれば、リング部材およびハウジングケースの一端側が、それぞれ、締着方向を軸方向として、ハウジングケースの開口を閉塞するカバーに締着固定されている。そこで、リング部材をその外周に配置されるハウジングケースに締着固定する場合に比べ、締着位置を径方向内側にすることができ、径方向寸法の増大が抑えられ、回転電機の小型化が実現される。

この発明の実施の形態１に係る回転電機を示す断面図である。この発明の実施の形態１に係る回転電機におけるリング部材の固定部周りを示す要部断面図である。リング部材とカバーとの締着部周りを示す要部断面図である。リング部材とカバーとの締着部周りを示す要部断面図である。リング部材とカバーとの締着部周りを示す要部断面図である。この発明の実施の形態２に係る回転電機におけるリング部材の嵌合構造を説明する要部断面図である。この発明の実施の形態２に係る回転電機における嵌合部材を示す一部切り欠き斜視図である。この発明の実施の形態３に係る回転電機におけるリング部材の嵌合構造を説明する要部断面図である。この発明の実施の形態４に係る回転電機を示す要部断面図である。

　以下、本発明の回転電機の好適な実施の形態につき図面を用いて説明する。

　実施の形態１．
　図１はこの発明の実施の形態１に係る回転電機を示す断面図、図２はこの発明の実施の形態１に係る回転電機におけるリング部材の固定部周りを示す要部断面図である。

　図１および図２において、回転電機１は、ロータ２と、ロータ２を囲繞するように配設されるステータ６と、ロータ２およびステータ６を内部に収容するハウジングケース１５と、を備えている。

　ロータ２は、例えば電磁鋼板を積層して構成されたロータコア３と、ロータコア３の外周面側に軸方向に延在するように埋め込まれて周方向に等角ピッチに配設された永久磁石４と、ロータコア３の軸心位置を挿通してロータコア３に固着されたシャフト５と、を備えている。なお、永久磁石４は、Ｎ極とＳ極とが周方向に交互に並ぶように、ロータコア３に装着される。

　ステータ６は、例えば電磁鋼板を積層して構成されたステータコア７と、ステータコア７に巻装されたステータコイル８と、を備えている。ステータコア７は、円環状に作製され、内周側に開口するスロットが溝方向を軸方向として周方向に等角ピッチで配列されている。ステータコイル８の巻き付け方法は、分布巻きおよび集中巻きのいずれでもよい。また、ステータコイルを構成する導体線には、丸線、平角線などの絶縁被覆された銅線が用いられる。

　リング部材１０は、鉄系材料、例えばステンレスを用いて、円筒状に作製されて、その一端側外周を膨出させて円環状の肉厚部１０ａを形成している。雌ねじ部１１が、ねじ穴方向を軸方向として、リング部材１０の肉厚部１０ａの一端面に等角ピッチで複数形成されている。リング部材１０は、肉厚部１０ａの他端側（以下、ステータコア収容部１０ｂという）の軸方向長さがステータコア７の軸方向長さより僅かに長くなっている。そして、ステータコア７が、リング部材１０のステータコア収容部１０ｂに内嵌状態に保持される。

　ハウジングケース１５は、例えばアルミニウムやアルミ合金を材料としてダイカストにより有底円筒状に作製され、ベアリングボックス２４が底部の内面の軸心位置に形成されている。ハウジングケース１５の内周面は、一端側（開口端）がリング部材１０の肉厚部１０ａの外径より僅かに大径の内径を有する第１円筒面１５ａ、リング部材１０のステータコア収容部１０ｂの外径より僅かに大径の内径を有する第２円筒面１５ｂ、および第２円筒面１５ｂの内径より小径の内径を有する第３円筒面１５ｃからなるステップ状に形成されている。取付部１６が、それぞれハウジングケース１５の開口端部から径方向外方に突設されて、周方向に等角ピッチで複数配設されている。雌ねじ部１７が、ねじ穴方向を軸方向として、各取付部１６の一端面に形成されている。位置決めピン１８がハウジングケース１５の一端面に複数立設されている。

　嵌合部材１９は、リング部材１０と同じ材料で、リング部材１０のステータコア収容部１０ｂの外径より僅かに小径の内径を有する円環状に作製され、第２円筒面１５ｂの第３円筒面１５ｃ側に露出するようにハウジングケース１５に鋳込まれている。
　カバー２０は、例えばアルミニウムを材料としてダイカストにより円盤状に作製され、ベアリングボックス２５が軸心位置に形成されている。貫通穴２１，２２が雌ねじ部１１，１７に対応するように穿設されている。位置決め穴２３が、位置決めピン１８に対応するように形成されている。

　このように構成された回転電機１を組み立てるには、まずステータコイル８が巻装されたステータコア７を、圧入や焼き嵌めなどにより、リング部材１０のステータコア収容部１０ｂに内嵌状態に保持させ、ステータ６をリング部材１０に組み付ける。ベアリング２６をベアリングボックス２４に組み付ける。ついで、ベアリング２７をベアリングボックス２５に組み付け、ロータコア３から軸方向一端側に延出するシャフト５の部位をベアリング２７に圧入し、ロータ２をカバー２０に組み付ける。

　ついで、ステータ６が組み付けられたリング部材１０を、ハウジングケース１５の開口側から挿入する。これにより、リング部材１０は、その他端側が嵌合部材１９に嵌合されて、ハウジングケース１５に保持される。肉厚部１０ａは第１円筒部１５ａに収容され、ステータコア収容部１０ｂは第２円筒部１５ｂに収容される。

　ついで、ワッシャ２８をリング部材１０の端面の雌ねじ部１１の部位に装着し、カバー２０に組み付けられたロータ２を、ハウジングケース１５の開口側から挿入する。そして、シャフト５の他端側がベアリング２６に圧入され、位置決めピン１８が位置決め穴２３に差し込まれる。ついで、締着部材としてのねじ３０を貫通穴２２に差し込んで雌ねじ部１７に締着して、カバー２０をハウジングケース１５に取り付ける。これにより、ハウジングケース１５の開口が閉塞される。さらに、ワッシャ２９を貫通穴２１の部位に装着し、締着部材としてのねじ３１を貫通穴２１に差し込んで雌ねじ部１１に締着して、リング部材１０をカバー２０に取り付け、回転電機１が組み立てられる。

　このように組み立てられた回転電機１は、例えばハイブリッド自動車や電気自動車などの車両のトランスミッションのモータやジェネレータに適用される。ロータ２は、シャフト５がベアリング２６，２７に支持されて、ハウジングケース１５内に回転可能に配設されている。リング部材１０は、一端をカバー２０に締着固定され、他端側を嵌合部材１９に嵌合され、両持ち支持されている。ステータ６は、リング部材１０に保持されて、ロータコア３を囲繞するように配設されている。

　この実施の形態１では、円筒状のリング部材１０が、軸方向一側に配置されるカバー２０に締着固定されているので、リング部材１０をその外周側に配置されるハウジングケース１５に締着固定する場合に比べ、締着位置を径方向内方に位置させることができる。そこで、雌ねじ部１７が形成される肉厚部１０ａの外径を小さくでき、回転電機１の小型化を図ることができる。

　リング部材１０は、一端をカバー２０に締着固定され、他端側を嵌合部材１９に嵌合され、両持ち支持されているので、リング部材１０に保持されたステータ６の振動が抑制される。そこで、ステータ６の振動に起因する回転電機１の振動および騒音が低減される。また、嵌合部材１９がステータコア収容部１０ｂの外径より僅かに小径の内径を有しているので、ステータコア収容部１０ｂは嵌合部材１９に軽く圧入され、両者の嵌合部に発生する応力が低減される。

　嵌合部材１９がハウジングケース１５に鋳込まれているので、部品点数が削減され、回転電機１の組立性が向上する。

　リング部材１０が鉄系材料で作製され、ハウジングケース１５はアルミニウムで作製されている。そこで、リング部材１０の他端側をハウジングケース１５の第２円筒部１５ｂに直接嵌合させると、ハウジングケース１５の嵌合部に削れなどが発生し、リング部材１０の同軸度が悪化する。ここでは、リング部材１０と同じ材料で作製された嵌合部材１９が第２円筒部１５ｂの他端側に配設されているので、リング部材１０がハウジングケース１５と接することがない。そこで、ハウジングケース１５の削れなどに起因するリング部材１０の同軸度の悪化がない。すなわち、リング部材１０を高い同軸度でハウジングケース１５に組み付けることができる。

　ハウジングケース１５は、ダイカスト後、切削加工が施され、雌ねじ部１１、位置決めピン１８のピン挿入穴などが形成される。嵌合部材１９はハウジングケース１５に鋳込まれているので、嵌合部材１９の同軸度が高められる。

　ベアリング２６がハウジングケース１５のベアリングボックス２４に保持され、ベアリング２７がカバー２０のベアリングボックス２５に保持されている。そして、ハウジングケース１５とカバー２０とが、位置決めピン１８と位置決め穴２３との嵌合により、位置決めされて組み立てられる。そこで、ベアリング２６，２７の同軸度が高められ、ロータ２のシャフト５の軸中心が安定し、回転電機１の振動および騒音が低減される。

　リング部材１０およびハウジングケース１５がカバー２０に締着固定されるようになっているので、カバー２０を組み付けた後、カバー２０の軸方向一端側から、カバー２０とリング部材１０およびハウジングケース１５とを締着固定することができる。そこで、組立設備や組立工程が簡略化され、設備や組立の低コスト化が図られる。

　つぎに、締着部にワッシャを介装することによる効果について説明する。
　図３～図５はリング部材とカバーとの締着部周りを示す要部断面図であり、図３はワッシャが未装着状態を示し、図４はねじ頭部とカバーとの間にワッシャが装着されている状態を示し、図５はリング部材とカバーとの間にワッシャが装着されている状態を示している。なお、図３～図５では、説明の便宜上、リング部材の傾斜を大きくしている。ここで、ワッシャ２８，２９は、リング部材１０およびねじ３１より軟らかい材料、例えば銅により作製され、応力緩和部材を構成する。

　リング部材１０は、カバー２０に締着固定される前は、嵌合部材１９との嵌合いよる片持ち支持となっている。そこで、ロータ２の永久磁石４による磁力が作用し、リング部材１０はハウジングケース１５の軸心に対して傾斜する。この状態で、ねじ３１を雌ねじ部１１に締着すると、図３に示されるように、ねじ３１の頭部の角部およびリング部材１０の開口の内周縁部がカバー２０に当たる。これにより、局所的な応力がカバー２０およびねじ３１に作用し、剪断力が発生し、カバー２０およびねじ３１が損傷する虞がある。

　そこで、ねじ３１の頭部とカバー３０との間にワッシャ２９が装着されている場合には、図４に示されるように、ねじ３１の頭部の角部が当たるワッシャ２９の部位が塑性変形する。そこで、ねじ３１に作用する局所的な応力が緩和され、ねじ３１の損傷の発生が抑制される。ねじ３１の締着力はワッシャ２９を介してカバー２０に作用し、カバー２０に作用する局所的な応力が緩和され、カバー２０の損傷の発生が抑制される。

　また、リング部材１０とカバー３０との間にワッシャ２８が装着されている場合には、図５に示されるように、リング部材１０の開口の内周縁部が当たるワッシャ２８の部位が塑性変形する。そこで、カバー２０に作用する局所的な応力が緩和され、カバー２０の損傷の発生が抑制される。

　この実施の形態１では、ワッシャ２８がリング部材１０とカバー２０との間に介装され、ワッシャ２９をねじ３１の頭部とカバー２０との間に介装されているので、リング部材１０の片持ち支持に起因するカバー２０およびねじ３１の損傷の発生が抑制される。

　なお、上記実施の形態１では、リング部材１０の肉厚部１０ａおよびハウジングケース１５の取付部１６に形成された雌ねじ部１１，１７に、ねじ３０，３１を締着して、リング部材１０およびハウジングケース１５をリング部材１０に固定するものとしているが、埋込ボルトを肉厚部および取付部に取り付け、埋込ボルトとナットにより、リング部材おおびハウジングケースをカバーに締着固定してもよい。この場合、埋込ボルトおよびナットが締着部材となる。

　実施の形態２．
　図６はこの発明の実施の形態２に係る回転電機におけるリング部材の嵌合構造を説明する要部断面図、図７はこの発明の実施の形態２に係る回転電機における嵌合部材を示す一部切り欠き斜視図である。

　図６および図７において、嵌合部材収容溝３２は、断面コ字状の溝形状を有し、ハウジングケース１５Ａの第２円筒部１５ｂの他端側に同軸に環状に凹設されている。嵌合部材３３は、バネ鋼材を用いて、断面Ｖ字状で、断面Ｖ字状の底部を径方向内方に向けた環状体に作製され、断面Ｖ字状の底部を第２円筒部１５ｂの内周面から突出させて嵌合部材収容溝３２に収容されている。嵌合部材収容溝３２に収容された嵌合部材３３の内径は、リング部材１０の外径より小径となっている。
　なお、他の構成は上記実施の形態１と同様に構成されている。

　この実施の形態２では、ステータ６が組み付けられたリング部材１０は、ハウジングケース１５の開口側から挿入され、リング部材１０の他端側が嵌合部材３３に圧入される。このとき、嵌合部材３３は、断面Ｖ字形の底部が径方向外方に押し上げられ、開口側が広がるように弾性変形する。そこで、リング部材１０は、その他端側が嵌合部材３３を介してハウジングケース１５に弾性支持される。

　この実施の形態２によれば、リング部材１０の他端側が弾性支持されているので、リング部材１０とハウジングケース１５Ａとの嵌合に起因してリング部材１０およびハウジングケース１５Ａに作用する応力を著しく低減できる。

　実施の形態３．
　図８はこの発明の実施の形態３に係る回転電機におけるリング部材の嵌合構造を説明する要部断面図である。

　図８において、ハウジングケース１５Ｂは、第１円筒部１５ａの内径より小径、かつ第２円筒部１５ｂの内径より大径の第４円筒部１５ｄが第１円筒部１５ａと第２円筒部１５ｂとの間に設けられている。嵌合部材収容溝３４は、断面コ字状の溝形状を有し、リング部材１０Ａの外周面の他端側に同軸に環状に凹設されている。嵌合部材３５は、バネ鋼材を用いて、断面Ｖ字状で、断面Ｖ字状の底部を径方向外方に向けた環状体に作製され、断面Ｖ字状の底部をリング部材１０Ａの外周面から突出させて嵌合部材収容溝３４に収容されている。嵌合部材収容溝３４に収容された嵌合部材３５の外径は、ハウジングケース１５Ｂの第２円筒部１５ｂの内径より大径、かつ第４円筒部１５ｄの内径より小径となっている。
　なお、他の構成は上記実施の形態２と同様に構成されている。

　この実施の形態３では、嵌合部材３５が、リング部材１０Ａの嵌合部材収容溝３４に収容される。そして、嵌合部材３５が装着されたリング部材１０Ａは、ハウジングケース１５の開口側から挿入され、リング部材１０Ａの他端側が第２円筒面１５ｂの他端側に圧入される。このとき、嵌合部材３５は、断面Ｖ字形の底部が径方向内方に押し下げられ、開口側が広がるように弾性変形する。そこで、リング部材１０Ａは、その他端側が嵌合部材３５を介してハウジングケース１５に弾性支持される。

　したがって、この実施の形態３においても、上記実施の形態２と同様に、リング部材１０Ａとハウジングケース１５との嵌合に起因してリング部材１０Ａおよびハウジングケース１５に作用する応力を著しく低減できる。

　このハウジングケース１５Ｂは、第２円筒部１５ｂの一端側に形成された第４円筒部１５ｄの内径が嵌合部材収容溝３４に収容された嵌合部材３５の外径より大径に形成されているので、第２円筒部１５ｂの軸方向長さを短くすることができる。そこで、リング部材１０Ａの挿入時に、嵌合部材３５が接するハウジングケース１５Ｂの内周壁面の軸方向長さが短くなり、リング部材１０Ａのハウジングケース１５Ｂへの組立性が高められるとともに、ハウジングケース１５Ｂの内周壁面の削れの発生が抑制される。

　なお、上記実施の形態２，３では、嵌合部材３３，３５がバネ鋼板を用いて作製されているものとしているが、嵌合部材の材料はバネ鋼板に限定されず、弾性を有していればよく、例えばトレランスリングや合成樹脂からなるＯリングでもよい。

　実施の形態４．
　図９はこの発明の実施の形態４に係る回転電機を示す要部断面図である。

　図９において、ハウジングケース１５Ｃは、第１円筒部１５ａの内径より小径、かつ第２円筒部１５ｂの内径より大径の第５円筒部１５ｅが第１円筒部１５ａと第２円筒部１５ｂとの間に設けられている。一対のシール部材収容溝３６が、リング部材１０Ｂの外周面に軸方向に離間して環状に凹設されている。一対のシール部材収容溝３６は、リング部材１０Ｂがハウジングケース１５Ｃに保持されているとき、第２円筒部１５ｂの第５円筒面１５ｅ側、および第５円筒面１５ｅの第１円筒面１５ａ側に面する。そして、シール部材としての環状のパッキン３７が、一対のシール部材収容溝３６内に収容され、第５円筒面１５ｅとリング部材１０Ｂの外周面とからなる冷媒流路３８を構成している。さらに、図示していない、冷媒供給ポートおよび冷媒排出ポートが冷媒流路３８に連結されるようにハウジングケース１５Ｃに設けられる。
　なお、他の構成は上記実施の形態１と同様に構成されている。

　この実施の形態４によれば、ステータ６を囲繞するリング部材１０Ｂの外周に冷媒流路３８が形成されているので、発熱部品であるステータコイル８での発熱がステータコア７およびリング部材１０Ｂに伝達され、冷媒流路３８を流通する冷媒に放熱される。そこで、冷媒流路をハウジングケース１５Ｃの内部に形成することなく、ステータ６を冷却でき、回転電機の小型化が図られる。

　なお、上記実施の形態４では、シール部材としてパッキン３７を用いるものとしているが、シール部材はパッキンに限定されず、冷媒をシールできればよく、例えばＯリングでもよい。

Claims

　ステータコア、および上記ステータコアに巻装されたステータコイルを有するステータと、
　上記ステータコアを内嵌状態に保持して、上記ステータを収容するリング部材と、
　一端側を開口とする有底筒状に作製され、上記リング部材および上記ステータを収容するハウジングケースと、
　上記ハウジングケースの開口を閉塞するように該ハウジングケースの一端側に取り付けられるカバーと、
　上記ハウジングケースの底部、および上記カバーに軸支されたシャフトに固着され、上記ステータの内周側に回転可能に配設されるロータと、を備え、
　上記リング部材および上記ハウジングケースの一端側が、それぞれ、締着方向を軸方向として、上記カバーに締着固定され、
　上記リング部材の他端側が、嵌合部材を介して上記ハウジングケースに嵌着保持されている
ことを特徴とする回転電機。
　上記カバーと上記リング部材との締着部において、上記リング部材より軟らかい金属材料で作製された応力緩和部材が、上記カバーと上記リング部材との間に介装されていることを特徴とする請求項１記載の回転電機。
　上記カバーと上記リング部材との締着部において、上記カバーと上記リング部材とを締着する締着部材より軟らかい金属材料で作製された応力緩和部材が、上記締着部材と上記カバーとの間に介装されていることを特徴とする請求項１記載の回転電機。
　上記リング部材は、鉄系材料で作製され、
　上記ハウジングケースは、アルミ系材料の鋳物であり、
　上記嵌合部材は、上記リング部材と同じ鉄系材料で作製され、上記ハウジングケースに鋳込まれていることを特徴とする請求項１乃至請求項３のいずれか１項に記載の回転電機。
　上記嵌合部材は、弾性部材で作製され、
　上記リング部材の他端側が上記嵌合部材を介して上記ハウジングケースに弾性保持されていることを特徴とする請求項１乃至請求項３のいずれか１項に記載の回転電機。
　シール部材が、上記ハウジングケースの内周壁面と上記リング部材の外周壁面との間に、軸方向に離間して、介装され、上記ハウジングケースの内周壁面、上記リング部材の外周壁面、および上記シール部材により囲まれた冷媒流路が構成されていることを特徴とする請求項１乃至請求項５のいずれか１項に記載の回転電機。