WO2021199399A1

WO2021199399A1 - 回転電機

Info

Publication number: WO2021199399A1
Application number: PCT/JP2020/015169
Authority: WO
Inventors: 矢部　実透; 貴行中尾; 俊宏松永; 山本　孝
Original assignee: 三菱電機株式会社
Priority date: 2020-04-02
Filing date: 2020-04-02
Publication date: 2021-10-07
Also published as: JPWO2021199399A1; EP4131738A4; US20230099339A1; JP7466628B2; EP4131738A1; CN115336145A

Abstract

軸受（９）、（１１）によって支承された回転子軸（１２）、回転子軸（１２）に取り付けられ回転子軸（１２）と共に回転する回転子（１４）、回転子（１４）の前記回転ができるように回転子（１４）を空隙（３１４ｇ）を介して囲繞する固定子（３）、回転子（１４）および固定子（３）を囲繞し内周に固定子（３）の外周が取り付けられたフレーム（２）、および前記フレーム（２）の内周に沿って設けられ前記フレーム（２）と前記固定子（３）との境界部分に存在する異物が前記境界部分とは異なる領域へ移動するのを防ぐ環状部材を備えた回転電機であり、フレームの削り屑などの回転電機の製造過程で発生する異物が回転電機内部に散乱するのを防止する。

Description

回転電機

　本願は回転電機に関するものである。

従来から、車両に搭載される回転電機において、フレームの内周面に固定子が圧入固定され、固定子の内側に回転子が設置されているものが知られている。（例えば特許文献１）
特開２０１６－１３６８２９

　車両に搭載される回転電機には燃費向上のため軽量化の要求がある。また、エンジンルーム内に設置されて使用されることも多く、温度変化、振動等に対する耐久性が要求されている。さらに、エンジンルーム内では設置できる空間に限りがあるため、回転電機の径方向の寸法の小型化も要求されている。
　回転電機の固定子はフレームの内周面に固定されるが、所定の保持力で固定するためには、フレームの内径よりも固定子の外径を大きくして、固定子をフレームで締付ける必要がある。フレームをアルミニウム系材料等で構成すれば安価に軽量化を図れるが、固定子は電磁鋼板等を積層して形成されるため、固定子のフレームとの接触面には当該積層による段差があり、固定子を固定する際にフレームに固定子を圧入すると硬度の低いアルミニウム系材料のフレームが削れ、回転電機内部にフレームの削り屑が散乱したり、フレームを損傷したりする問題があった。また、固定子をフレームに直接圧入することをせずに、焼嵌めを用いて固定子をフレームに固定することも可能であるが、その場合は設備費等により製造コストが増加する問題があった。

　本願は、上記のような実情に鑑みてなされた技術を開示するものであり、フレームの削り屑などの回転電機の製造過程で発生する異物が回転電機内部に散乱するのを防止することを目的とする。

　本願に開示される回転電機は、軸受によって支承された回転子軸、前記回転子軸に取り付けられ前記回転子軸と共に回転する回転子、前記回転子の前記回転ができるように前記回転子を空隙を介して囲繞する固定子、前記回転子および前記固定子を囲繞し内周に前記固定子の外周が取り付けられたフレーム、および前記フレームの内周に沿って設けられ前記フレームと前記固定子との境界部分に存在する異物が前記境界部分とは異なる領域へ移動するのを防ぐ環状部材を備えたものである。

　本願に開示される回転電機では、軸受によって支承された回転子軸、前記回転子軸に取り付けられ前記回転子軸と共に回転する回転子、前記回転子の前記回転ができるように前記回転子を空隙を介して囲繞する固定子、前記回転子および前記固定子を囲繞し内周に前記固定子の外周が取り付けられたフレーム、および前記フレームの内周に沿って設けられ前記フレームと前記固定子との境界部分に存在する異物が前記境界部分とは異なる領域へ移動するのを防ぐ環状部材を備えているので、フレームの削り屑などの回転電機の製造過程で発生する異物が回転電機内部に散乱するのを防止することが可能となる。

本願の実施の形態１に係る回転電機の断面図で、環状部材の断面にはハッチングを施してある。図１におけるＡ部の拡大図である。図１および図２に例示の環状部材の斜視図である。図１から図３に例示の回転電機において固定子をフレームに組み付ける場合の組立工程の説明図であり、ハッチングで断面表示されている。本願の実施の形態１に係る回転電機の環状部材の他の例を示す斜視図である。本願の実施の形態２に係る回転電機の断面図で、環状部材の断面にはハッチングが施されている。図６におけるＡ部の拡大図である。図５から図７に例示の回転電機において固定子をフレームに組み付ける場合の組立工程の説明図であり、ハッチングで断面表示されている。本願の実施の形態３に係る回転電機の断面図で、環状部材の断面にはハッチングが施されている。図９におけるＡ部の拡大図である。図９および図１０に例示の回転電機において固定子をフレームに組み付ける場合の組立工程の説明図であり、ハッチングで断面表示されている。図９および図１０に例示の環状部材の斜視図である。本願の実施の形態４に係る回転電機の断面図で、環状部材の断面および薄肉円筒状部材の断面にはハッチングが施されている。図１３におけるＡ部の拡大図である。図１３および図１４に例示の回転電機において固定子をフレームに組み付ける場合の組立工程の説明図であり、ハッチングで断面表示されている。

実施の形態１．
　以下に、本願に係る回転電機の実施の形態を図面に基づいて説明する。なお、本願に係る回転電機は以下の記述に限定されるものではなく、本願の要旨を逸脱しない範囲において適宜変更可能である。以下に示す図面においては、理解の容易のため、各部材の縮尺が実際とは異なる場合があり、また、本願の特徴に関係しない構成の図示は省略する。

　図１から図５を用いて本願の実施の形態１による回転電機を説明する。
　本実施の形態１では、回転電機を車両に搭載する電動パワーステアリングに適用した例を示している。車両のステアリングの操舵力をアシスタントするには回転電機以外に制御装置も必要になるが、制御装置についての図示を省略している。図１は回転電機の構成を説明するための断面図であり、図２は図１におけるＡ部の拡大図である。

　回転電機１の筐体であるフレーム２はリア側（図面上側）に開口部を有した略円筒形をなし、安価で軽量なアルミニウム合金で形成されている。固定子３は電磁鋼板を積層して形成され、絶縁体であるインシュレータ４を介して固定子巻線５が巻装され、固定子巻線５に電流を供給するためのターミナル６とターミナル６を固定するためのホルダ７が設置されている。

　８は環状部材であり、斜視図を図３に示す。環状部材８は、フレーム２の材料であるアルミニウム合金より硬度低く、耐摩耗性に優れたポリアセタール樹脂、フッ素樹脂、等で形成され、断面が四角形の外周側の上下のエッジ部に面取り部８ａ、８ｂを有した環形状をなし、外径８ｃは固定子３の外径３ａと同様に、フレーム２の穴径２ａより大きくなるように設定されている。環状部材８と固定子３とは、図４に矢印で示すように、フレーム２のリア側の開口部から環状部材８、固定子３の順に圧入され、環状部材８と固定子３は接触して設置される。

　フレーム２にはフロント側に軸受９とリア側から炭素鋼からなる軸受ホルダ１０を介して軸受１１が固定されている。
　回転子軸１２は磁石１３が設置された回転子１４が固定され、軸受９および軸受１１によって回転可能に支持される。なお、回転子１４は固定子３と離間して囲まれるように配置されている。
また、回転子軸１２のフロント方向の端部には車両側と組付けるためのボス１５が設置され、回転子軸１２のリア方向の省略部分には回転子１４の回転状態を検出する回転角度検出センサが設置されている。

　ここで、１６は制御装置（図示せず）が設置されているヒートシンクであり、このヒートシンク１６はフレーム２のリア側開口部に固定されている。制御装置は外部からの直流電流を変換するパワー半導体を有する電力変換回路と制御回路を具備しており、所要の電流がターミナル６を介して固定子巻線５に供給される。これにより回転子１４に回転力を発生させ、回転子軸１２、ひいてはボス１５を回転させる。

　次に環状部材８と固定子３をフレーム２に圧入するときの作用を図４で説明する。まず、環状部材８と固定子３はフレーム２のリア側開口部にセットされ、固定子３に荷重を加えることで環状部材８の面取り部８ａとフレーム２の圧入導入テーパ２ｂに導かれ、環状部材８がフレーム２に圧入される。環状部材８はフレーム２より硬度低く、柔軟で耐摩耗性に優れた材料のため圧入過程でフレーム２を削ることはない。
　次に固定子３の圧入先端側のエッジ部３ｂはフレーム２の圧入導入テーパ２ｂに導かれた後、圧入導入部エッジ２ｃに当たることにより局所的に応力が過大となり、糸バリ状の削り屑、つまり回転電機の製造過程で発生した異物、が発生し、固定子３のエッジ部３ｂに付着したり、環状部材８の面取り部８ｂと固定子３とフレーム２で囲まれた空間１７に脱落したりする。

　また、固定子３は電磁鋼板を積層して形成されるため、フレーム２との接触面には積層による段差があり、圧入している最中も硬度の低いアルミニウム系材料で形成されているフレーム２が削れ、固定子３のエッジ部３ｂに付着したり、環状部材８の面取り部８ｂと固定子３とフレーム２で囲まれた空間１７に脱落したりする。これらの削り屑は、振動・衝撃等が加わっても密閉された空間１７から出ることはない。

　環状部材８が無い場合は、上記削り屑は振動・衝撃等によりフレーム２の中で移動する。固定子３と回転子１４の間または軸受９、１１の中に入り込むと正常な回転動作を妨げられる。また、アルミニウム系材料である削り屑は導電性があるため、ターミナル６等の導電部の間に付着すると短絡する恐れがある。
本実施例の構成では、固定子３をフレーム２に圧入する際、フレーム２の削り屑がフレーム２内に散乱することがなく、信頼性の高い回転電機を提供できる。

　次に、本実施の形態において環状部材８を多孔質樹脂、例えばフッ素系スポンジ等で構成し、環状部材８に鉱油または流動パラフィン等の潤滑剤を含侵させてもよい。環状部材８をフレーム２に圧入する際、環状部材８に含侵された潤滑剤がフレーム２と固定子３の圧入面に均一に塗布され、摩耗しにくくなり、削り屑の発生を抑制することができる。

　また、本実施の形態では、環状部材８は断面が四角形で外周側の上下のエッジ部に面取り部８ａ、８ｂを有した環形状をなしているが、図５に示す斜視図のようなＯリング状の断面が円形のもの等、環状であれば断面形状は他の形状としてもよい。
　環状部材８の断面を円形あるいは図２に例示のような多角形とすることにより、環状部材８と固定子３とフレーム２とで囲まれフレーム２の内周の全周に亘って延在する円環状の空間１７が形成される。フレーム２の内周の全周に亘って延在する円環状の空間１７の中に、前述の糸バリ状の削り屑、つまり回転電機の製造過程で発生した異物、が保持され、当該異物は、空間１７の領域から、空間１７の領域以外の領域、例えば、固定子３と回転子１４との間の空隙３１４ｇ、固定子３のコイルエンド部、軸受９，１１等の領域、へ移動するのが防止される。

実施の形態２．
　図６から図８を用いて本願の実施の形態２による回転電機を説明する。本形態も実施の形態１と同様、車両に搭載する電動パワーステアリングに適用した例を示している。
図６は実施の形態２における回転電機の構成を説明するための断面図で図７は図６のＡ部拡大図である。図８は圧入工程を説明する図である。

　実施の形態１では環状部材８と固定子３は別体で構成し、フレーム２のリア側開口部にそれぞれセットし圧入したが、本実施の形態２では、固定子３と環状部材８を一体化し圧入する構成としている。

　図において、固定子３は電磁鋼板を積層して形成され、圧入先端側は外径３ａより寸法が小さい小径部３ｃを有し、小径部３ｃにフレーム２の材料であるアルミニウム合金より硬度低く、耐摩耗性に優れたポリアセタール樹脂、フッ素樹脂、等で形成された環状部材８が固定またはアウトサート成型されている。
　環状部材８の外径８ｃは固定子３の外径３ａと同様に、フレーム２の穴径２ａより大きくなるように設定され、固定子３とともにフレーム２に圧入されている。
　その他の構成、作用は実施の形態１と同様である。

　環状部材８は固定子３と一体になっているため、圧入の作業性がよい。また、実施の形態１のように環状部材８を多孔質樹脂、例えばフッ素系スポンジ等で構成し、環状部材８に鉱油または流動パラフィン等の潤滑剤を含侵させる場合も環状部材８に触れずに潤滑剤の含侵、圧入が可能なため、作業環境を汚すことが無く、作業効率が向上する。

実施の形態３．
　図９から図１２を用いて本願の実施の形態３による回転電機を説明する。本形態も実施の形態１，２と同様、車両に搭載する電動パワーステアリングに適用した例を示している。
図９は実施の形態３における回転電機の構成を説明するための断面図で図１０は図９のＡ部拡大図である。図１１は圧入工程を説明する図である。

　図９から図１２において環状部材８は、図１２に斜視図を示すように断面が長方形でシート形状をなし、フレーム２に配設されている。この場合、環状部材８は必ずしもフレーム２に圧入されている必要はない。また、環状部材８はフレーム２にアウトサート成型してもよい。この状態で固定子３を環状部材８に接触するように圧入する。

　環状部材８を樹脂等のアルミニウム合金より柔軟で弾力性のある材料とすることで、環状部材８を、固定子３と隙間なく密着させることができる。
　環状部材８を、フレーム２の材料であるアルミニウム合金よりヤング率が低い材料で形成することにより、
この場合、固定子３のエッジ部３ｂに付着した削り屑、環状部材８上に落下した削り屑は固定子３の圧入が完了した時点で、環状部材８と固定子３との接触部に挟まれ、振動、衝撃等が加わってもフレーム２内に散乱することがない。
さらに、環状部材８の一部または全体に粘着性を持たせることにより、環状部材８の粘着性を有する部分に、圧入過程において脱落した削り屑が貼りつき、移動することがないため、削り屑がフレーム２内に散乱することを、より確実に防止することができる。

実施の形態４．
以上、実施の形態１から３は電磁鋼板を積層して形成されている固定子３を直接フレーム２に圧入する構成について説明したが、図１３から図１５に例示の本願の実施の形態４のように固定子３は炭素鋼等から形成された薄肉円筒状部材１８に圧入固定しているものにも適用してもよい。
　図１４は図１３におけるＡ部の拡大図であり、図１５は圧入工程を説明する図である。
　図１３、図１４、および図１５から明白なように、本実施の形態４場合、フレーム２と接触する圧入面は固定子３の電磁鋼板を積層して形成される段差がなくなるため、圧入によりフレーム２が削れることを抑制し、より信頼性の高い回転電機を提供できる。

　本願の実施の形態１から４は、総括的には、次のような特徴事項を有している。
　特徴事項１：軸受によって支承された回転子軸、前記回転子軸に取り付けられ前記回転子軸と共に回転する回転子、前記回転子の前記回転ができるように前記回転子を空隙３１４ｇを介して囲繞する固定子、前記回転子および前記固定子を囲繞し内周に前記固定子の外周が取り付けられたフレーム、および外周の全周が前記フレームの内周の全周に亘って延在し前記フレームの前記内周と前記固定子の外周との間の部分に存在する異物が前記間の部分以外の領域へ移動するのを防ぐ環状部材を備えた回転電機であり、前記環状部材は、前記固定子のフロント側に配設されており、前記固定子は電磁積層鋼板で形成され前記固定子が前記フレームに前記回転子軸の延在方向に圧入されており、前記環状部材が、前記固定子の圧入部３ｐより前記圧入の方向の前方に位置して配設されている。換言すれば、回転子軸と前記回転子軸に固定された回転子と、電磁積層鋼板を積層して形成され前記回転子を囲むように配置された固定子と前記固定子に巻装された固定子巻線と、前記固定子を圧入保持するフレームと、前記固定子の圧入部３ｐより圧入の方向の前方に接触配置した環状部材を備えた回転電機である。従って、フレームの削り屑が回転電機内部に散乱することを防止でき、削り屑により回転が妨げられたり、固定子巻き線への通電を短絡させたりすることを防止できる。

　特徴事項２：前記環状部材は、前記フレームに圧入されているので、フレームの削り屑が回転電機内部に散乱することを防止でき、削り屑により回転が妨げられたり、固定子巻き線への通電を短絡させたりすることを防止できる。また、焼嵌めの備費を不要にできる。

　特徴事項３：前記環状部材と前記固定子と前記フレームとで囲まれた空間が形成されているので、フレームの削り屑が回転電機内部に散乱することをより確実に防止でき、削り屑により回転が妨げられたり、固定子巻き線への通電を短絡させたりすることを防止できる。

　特徴事項４：前記環状部材は、前記固定子に固定されており、環状部材は固定子と一体になっているため、圧入の作業性がよい。

　特徴事項５：前記環状部材は前記フレームより硬度が低い材料からなっているので、フレームの削り屑が回転電機内部に散乱することを防止でき、削り屑により回転が妨げられたり、固定子巻き線への通電を短絡させたりすることを防止できる。

　特徴事項６：前記環状部材は潤滑剤が含浸されているので、環状部材に含侵された潤滑剤がフレームと固定子の圧入面に均一に塗布され、摩耗しにくくなり、削り屑の発生を抑制することができる。

　特徴事項７：前記環状部材は前記フレームに配置され、前記環状部材は前記フレームに固定されているので、削り屑は固定子の圧入が完了した時点で、環状部材と固定子の接触部に挟まれ、振動・衝撃等が加わってもフレーム内に散乱することがない。

　特徴事項８：前記環状部材は、前記フレームよりヤング率が低い材料からなっているので、環状部材を樹脂等のアルミニウム合金より柔軟で弾力性のある材料とすることで、固定子と隙間なく密着させることができ、削り屑は固定子の圧入が完了した時点で、環状部材と固定子の接触部に挟まれ、振動・衝撃等が加わってもフレーム内に散乱することがない。

　特徴事項９：前記環状部材の一部または全体は粘着性を有しているので、換言すれば、前記環状部材の少なくとも一部は、前記固定子および前記フレームの少なくとも一方に前記環状部材が粘着されるように粘着性を有しているので、環状部材に粘着性を持たせることにより、圧入過程において脱落した削り屑が貼りつき移動することがなく、削り屑は固定子の圧入が完了した時点で、環状部材と固定子の接触部に挟まれ、振動・衝撃等が加わってもフレーム内に散乱することがない。

　特徴事項１０：前記固定子は周囲を薄肉円筒状部材で保持されているので、換言すれば、前記固定子の外周は円筒状部材で覆われており、前記固定子は前記円筒状部材を介して前記フレームに取り付けられているので、フレームと接触する圧入面は固定子の電磁鋼板を積層して形成される段差がなくなるため、圧入によりフレームが削れることを抑制し、より信頼性の高い回転電機を提供できる。

　特徴事項１１：軸受によって支承された回転子軸、前記回転子軸に取り付けられ前記回転子軸と共に回転する回転子、前記回転子の前記回転ができるように前記回転子を空隙を介して囲繞する固定子、前記回転子および前記固定子を囲繞し内周に前記固定子の外周が取り付けられたフレーム、および外周が前記フレームの内周の周方向全周に亘って延在するように配設され前記フレームと前記固定子との境界部分に残存する残留異物が前記境界部分とは異なる領域へ移動するのを防ぐ環状部材を備えた回転電機であり、製造過程で発生し前記フレームと前記固定子との境界部分に残存したフレームの削り屑などの残留異物が、前記境界部分とは異なる領域、例えば、前記固定子巻線のコイルエンド部、前記軸受、回転子と固定子との間の空隙、等の領域に、回転電機の組み立て工程を含む回転電機製造過程で、二輪車を含む車両への回転電機の組付け過程で、あるいは車両の運転中における回転電機の振動中に、移動するのが防止され、コイルエンド部、前記軸受、前記空隙、等において好ましくない影響が生じないようにすることが可能である。

　なお、各図中、同一符合は同一または相当部分を示す。
　なお、各実施の形態を適宜、変形、省略、組み合わせることができる。
　なお、本願は、様々な例示的な実施の形態及び実施例が記載されているが、１つ、または複数の実施の形態に記載された様々な特徴、態様、及び機能は特定の実施の形態の適用に限られるのではなく、単独で、または様々な組み合わせで実施の形態に適用可能である。
　従って、例示されていない無数の変形例が、本願に開示される技術の範囲内において想定される。例えば、少なくとも１つの構成要素を変形する場合、追加する場合または省略する場合、さらには、少なくとも１つの構成要素を抽出し、他の実施の形態の構成要素と組み合わせる場合が含まれるものとする。

　１　回転電機、２　フレーム、２ａ　穴径、２ｂ　圧入導入テーパ、２ｃ　圧入導入部エッジ、３　固定子、３ａ　外径、３ｂ　エッジ部、３ｃ　小径部、３ｐ　圧入部、４　インシュレータ、５　固定子巻線、６　ターミナル、７　ホルダ、８　環状部材、８ａ　面取り部、８ｂ　面取り部、８ｃ　外径、９　軸受、１０　軸受ホルダ、１１　軸受、１２　回転子軸、１３　磁石、１４　回転子、１５　ボス、１６　ヒートシンク、１７　空間、１８　薄肉円筒状部材、３１４ｇ　空隙。

Claims

軸受によって支承された回転子軸、
　前記回転子軸に取り付けられ前記回転子軸と共に回転する回転子、
　前記回転子の前記回転ができるように前記回転子を空隙を介して囲繞する固定子、
　前記回転子および前記固定子を囲繞し内周に前記固定子の外周が取り付けられたフレーム、および
　前記フレームの内周に沿って設けられ前記フレームと前記固定子との境界部分に存在する異物が前記境界部分とは異なる領域へ移動するのを防ぐ環状部材を備えた回転電機。
前記環状部材は、前記固定子のフロント側に配設されていることを特徴とする請求項１に記載の回転電機。
前記固定子は電磁積層鋼板で形成され前記固定子が前記フレームに前記回転子軸の延在方向に圧入されており、前記環状部材が、前記固定子の圧入部より前記圧入の方向の前方に位置して配設されていることを特徴とする請求項１または請求項２に記載の回転電機。
前記環状部材は、前記フレームに圧入されていることを特徴とする請求項１から請求項３のいずれか一項に記載の回転電機。
前記環状部材と前記固定子と前記フレームとで囲まれた空間が形成されていることを特徴とする請求項１から請求項４のいずれか一項に記載の回転電機。
前記環状部材は、前記固定子に固定されていることを特徴とする請求項１から請求項５のいずれか一項に記載の回転電機。
前記環状部材は、前記フレームに固定されていることを特徴とする請求項１から請求項５のいずれか一項に記載の回転電機。
前記環状部材の硬度は、前記フレームの硬度より低いことを特徴とする請求項１から請求項７のいずれか一項に記載の回転電機。
前記環状部材には、潤滑剤が含浸されていることを特徴とする請求項１から請求項８のいずれか一項に記載の回転電機。
前記環状部材は、前記フレームよりヤング率が低い材料からなることを特徴とする請求項１から請求項９のいずれか一項に記載の回転電機。
前記環状部材の少なくとも一部は、前記固定子および前記フレームの少なくとも一方に前記環状部材が粘着されるように粘着性を有していることを特徴とする請求項１から請求項１０のいずれか一項に記載の回転電機。
前記固定子の外周は円筒状部材で覆われており、前記固定子は前記円筒状部材を介して前記フレームに取り付けられていることを特徴とする請求項１から請求項１１のいずれか一項に記載の回転電機。