WO2021079858A1

WO2021079858A1 - 回転電機及び回転電機の製造方法

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Publication number: WO2021079858A1
Application number: PCT/JP2020/039321
Authority: WO
Inventors: 勇人藤田; 馬場　雄一郎; 良司小林; 中山　賢治
Original assignee: 日立Astemo株式会社
Priority date: 2019-10-25
Filing date: 2020-10-20
Publication date: 2021-04-29
Also published as: JPWO2021079858A1; JP7238153B2; CN114586264A

Abstract

冷却液流路においてシール性が高く、組立性が良いシール部材を提供する。　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、前記シール部材は、前記ハウジング及び前記固定子フレームと接触するベース部と、前記ベース部から突出し、前記ハウジングの装着部に挿着される凸部とを有し、前記凸部は、突起部が形成された第１凸部と、前記突起部が形成されていない第２凸部とを有し、前記装着部は、前記突起部を収容する第１凹部と、前記凸部を収容する第２凹部とによって構成される。

Description

回転電機及び回転電機の製造方法

　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）。

　特許文献２（特開２００９－２４７０８５号）には、円筒形のモータ用ハウジング本体の内部に環状の冷却流路を有し、この環状の冷却流路に、モータ用ハウジング本体の外周部に開口する開口部を設け、この開口部を塞ぐ蓋部材をモータ用ハウジング本体に固定し、この蓋部材の内面に、環状の冷却流路を分断する境界部を設け、この境界部を挟んで環状の冷却流路に連通する冷却液の給水口と排水口を設けているモータ用ハウジングが記載されている（要約参照）。

特開２００９－２４７０８５号公報特開２０１７－１１８６６８号公報

　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。また、特許文献２に記載されたモータ用ハウジングでは、組立時に境界部が脱落し易い構造であるので、組立性が悪い問題がある。

　このため、本発明は、冷却液流路においてシール性が高く、かつ、組立性が良い境界壁（シール部材）の提供を目的とする。

　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、前記シール部材は、前記ハウジング及び前記固定子フレームと接触するベース部と、前記ベース部から突出し、前記ハウジングの装着部に挿着される凸部とを有し、前記凸部は、突起部が形成された第１凸部と、前記突起部が形成されていない第２凸部とを有し、前記装着部は、前記突起部を収容する第１凹部と、前記凸部を収容する第２凹部とによって構成される。

　本発明によれば、冷却液流路において高いシール性を有し、かつ、組立性が良い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。

本発明の一実施例の回転電機の斜視図である。回転電機の全体構成を示す分解斜視図である。リアハウジングを取り外した状態の回転電機の正面図である。図３のＡ部の拡大図である。シール部材の形状を示す図である。シール部材の正面図である。シール部材が装着されるフロントハウジングの斜視図である。シール部材の装着手順を示す図である。

　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。

　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はシール部材１３１の正面図であり、図７はフロントハウジング１２のシール部材１３１が装着される部分の斜視図である。

　実施例１のシール部材１３１は、フロントハウジング１２の第２凹部１２３Ｂ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とを有する。

　凸部１３２の両側面（左側面及び右側面）の各々には突起部１３６Ａ、１３６Ｂが設けられる。突起部１３６Ａ、１３６Ｂは、周方向においてシール部材１３１の一部に設けられており、突起部１３６Ａ、１３６Ｂが設けられている部分（第１凸部１３２Ａ）と設けられていない部分（第２凸部１３２Ｂ）との間で突起部１３６Ａ、１３６Ｂによる段差を形成する。突起部１３６Ａ、１３６Ｂの軸方向の長さは、５ｍｍ程度であるとよい。突起部１３６Ａ、１３６Ｂは、図７に示すフロントハウジング１２の第１凹部１２３Ａに挿入されて、シール部材１３１の軸方向の移動を規制する。

　図７に示すように、フロントハウジング１２には、シール部材１３１の凸部１３２が挿着される第２凹部１２３Ｂと、突起部１３６Ａ、１３６Ｂが挿着される第１凹部１２３Ａが設けられる。第２凹部１２３Ｂは、フロントハウジング１２を切削して第２凹部１２３Ｂを形成するためのエンドミルの破損や摩耗を抑制するために、深さ５０ｍｍ、半径７ｍｍ程度が望ましい。また、第１凹部１２３Ａは、フロントハウジング１２を切削して第１凹部１２３Ａを形成するためのエンドミルの破損や摩耗を抑制するために、深さ５ｍｍ、半径１．５ｍｍ程度が望ましい。

　凸部１３２と突起部１３６Ａ、１３６Ｂは、図５、図６に示すように、曲面で形成されるとよい。凸部１３２と突起部１３６Ａ、１３６Ｂを曲面で形成することによって、応力が角へ集中することなく、シール部材１３１をフロントハウジング１２へ取り付けた際に均等に変形させることができ、応力の集中による変形や破損を抑制できる。例えば、突起部１３６Ａ、１３６Ｂの断面が辺の長さが異なる長方形である場合、各角部に応力が集中し、辺にかかる面圧が辺の長さに応じて異なり、弾性シールが歪みシール性が低下する恐れがある。このような変形を抑制するため、凸部１３２及び突起部１３６Ａ、１３６Ｂを曲面で形成する。このため、シール部材１３１が圧縮された時に凸部１３２がフロントハウジング１２を押圧する面圧が均等になるので、シール性に優れるシール部材１３１を提供できる。

　ベース部１３３は、正面視で凸部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に沿って、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とが形成される。なお、第１空間部１３５Ａ及び第２空間部１３５Ｂは任意的な構成であり、第１空間部１３５Ａ及び第２空間部１３５Ｂの両方又は一方を設けなくてもよい。

　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。

　図８は、シール部材１３１の装着手順を示す図である。

　第１工程では、まず、突起部１３６Ａ、１３６Ｂを軸方向から第１凹部１２３Ａに挿入し、凸部１３２の上部（第１凸部１３２Ａ）をフロントハウジング１２に装着する。これによって、突起部１３６Ａ、１３６Ｂの端面と第１凹部１２３Ａの端面が接して、フロントハウジング１２に対するシール部材１３１の軸方向の位置が定められる。

　次に、第２工程では、凸部１３２の下部（第２凸部１３２Ｂ）を径方向から第２凹部１２３Ｂに挿入する。

　以上に説明したように、本発明の実施例のシール部材１３１は、フロントハウジング１２及び固定子フレーム３４と接触するベース部１３３と、ベース部１３３から突出し、フロントハウジング１２の装着部（凹部１２３）に挿着される凸部１３２とを有し、凸部１３２は、突起部１３６Ａ、１３６Ｂが形成された第１凸部１３２Ａと、突起部１３６Ａ、１３６Ｂが形成されていない第２凸部１３２Ｂとを有し、装着部（凹部１２３）は、突起部１３６Ａ、１３６Ｂを収容する第１凹部１２３Ａと、凸部１３２を収容する第２凹部１２３Ｂとによって構成されるので、回転電機の組立時のシール部材１３１の変形を抑制でき、冷却液流路においてシール性の低下を抑制できる。すなわち、シール部材１３１が突起部１３６Ａ、１３６Ｂによって第１凹部１２３Ａと係合しているので、固定子フレーム３４をフロントハウジング１２に挿入する際に、シール部材１３１の脱落や変形を抑制できる。

　本実施例では、突起部１３６Ａ、１３６Ｂを凸部１３２の両側に設けることで、固定子フレーム３４をフロントハウジング１２に挿入する際のシール部材１３１の脱落や変形を抑制している。しかし、突起部１３６Ａ、１３６Ｂを両側に設けない片側１ヶ所でも、固定子フレーム３４をフロントハウジング１２に挿入する際のシール部材１３１の脱落や変形を抑制できる。

　また、凸部１３２は、互いに略平行な左側面と右側面と、前記左側面と右側面を上部で連結する曲面によって構成され、突起部１３６Ａ、１３６Ｂは、前記略平行の面の各々から外側に突出するので、鋭角の角部が存在せず、シール部材１３１の表面圧が局所的に低い箇所ができないことから、シール性を向上できる。

　また、本発明の実施例の回転電機の製造方法は、突起部１３６Ａ、１３６Ｂを第１凹部１２３Ａに軸方向から挿入して、第１凸部１３２Ａを装着部（凹部１２３）に収容する第１工程と、第２凸部１３２Ｂを第２凹部１２３Ｂに径方向から挿入する第２工程とを有するので、第１工程において、シール部材１３１が突起部１３６Ａ、１３６Ｂによって第１凹部１２３Ａと係合させることによって、シール部材１３１の軸方向の移動を規制し、第２工程において、シール部材１３１をフロントハウジング１２取り付ける際に、シール部材１３１が軸方向に移動せず、シール部材１３１の取付位置が定まる。さらに、固定子フレーム３４をフロントハウジング１２に挿入する際に、シール部材１３１が軸方向に移動することなく、シール部材１３１の脱落や変形を抑制できる。

　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。

　＜本明細書に開示された発明の他の態様＞　本明細書に開示された発明のうち、特許請求の範囲に記載した以外の本発明の観点の代表的なものとして、以下のものがある。

　（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、　前記ハウジング及び前記固定子フレームと接触するベース部と、　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する回転電機。

　（２）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下面形状を変形可能な空間形成部を有する（１）に記載の回転電機。

　（３）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を形成する（２）に記載の回転電機。

　（４）前記ベース部は、前記取付部の左側に設けられるベース第１部と右側に設けられるベース第２部とを有する（３）に記載の回転電機。

　（５）前記空間形成部は、前記ベース第１部と前記ベース第２部との中間に設けられる第１空間部を形成する（４）に記載の回転電機。

　（６）前記空間形成部は、　その下面側に第１空間部を形成し、　前記第１空間部から前記取付部の方向に突出する第２空間部を形成する（５）に記載の回転電機。

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、１２３Ａ　第１凹部、１２３Ｂ　第２凹部、１３１　シール部材、１３２　凸部、１３２Ａ　第１凸部、１３２Ｂ　第２凸部、１３３　ベース部、１３３Ａ　ベース第１部、１３３Ｂ　ベース第２部、１３３Ｃ　突出部、１３４　空間形成部、１３５Ａ　第１空間部、１３５Ｂ　第２空間部、１３６Ａ及び１３６Ｂ　突起部

Claims

　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、
　前記シール部材は、前記ハウジング及び前記固定子フレームと接触するベース部と、前記ベース部から突出し、前記ハウジングの装着部に挿着される凸部とを有し、
　前記凸部は、突起部が形成された第１凸部と、前記突起部が形成されていない第２凸部とを有し、
　前記装着部は、前記突起部を収容する第１凹部と、前記凸部を収容する第２凹部とによって構成される回転電機。
　請求項１に記載の回転電機であって、
　前記突起部は、前記凸部の両側の各々に設けられ、
　前記第１凹部は、前記第２凹部の内面の両側の各々に設けられる回転電機。
　請求項１に記載の回転電機であって、
　前記凸部は、互いに略平行な左側面と右側面と、前記左側面と右側面を上部で連結する曲面によって構成され、
　前記突起部は、前記略平行な面の各々から外側に突出する回転電機。
　回転電機の製造方法であって、
　前記回転電機は、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有し、
　前記シール部材は、前記ハウジング及び前記固定子フレームと接触するベース部と、前記ベース部から突出し、前記ハウジングの装着部に挿着される凸部とを有し、
　前記凸部は、突起部が形成された第１凸部と、前記突起部が形成されていない第２凸部とを有し、
　前記装着部は、前記突起部を収容する第１凹部と、前記凸部を収容する第２凹部とによって構成されており、
　前記突起部を前記第１凹部に軸方向から挿入して、前記第１凸部を前記装着部に収容する第１工程と、
　前記第２凸部を前記第２凹部に径方向から挿入する第２工程とを有する回転電機の製造方法。