JP2016208718A

JP2016208718A - ステータの冷却構造

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Publication number: JP2016208718A
Application number: JP2015089149A
Authority: JP
Inventors: 俊行南雲; Toshiyuki Nagumo
Original assignee: Honda Motor Co Ltd
Current assignee: Honda Motor Co Ltd
Priority date: 2015-04-24
Filing date: 2015-04-24
Publication date: 2016-12-08
Anticipated expiration: 2035-04-24
Also published as: US9985493B2; CN106067710A; JP6111283B2; CN106067710B; US20160315518A1

Abstract

【課題】組み付け時のシール部材のねじれを防止可能であってシール性能の高いステータの冷却構造を提供する。
【解決手段】ステータ保持部材４０の外側フランジ部４２は、ハウジング２０の一方の端面２４に対して軸方向に沿って対面して接触固定され、ステータ保持部材４０の内側フランジ部４３とハウジング２０の段部２３との間には、断面多角形状の環状のシール部材１１Ｂが配置され、外側フランジ部４２がハウジング２０の一方の端面２４に対してボルト１３により接触固定された状態で、内側フランジ部４３とシール部材１１Ｂとが、軸方向に沿って互いに押圧されている。
【選択図】図３

Description

本発明は、冷媒流路を備えるステータの冷却構造に関する。

従来、図６に示すように、内部にステータ１０１を保持する有底円筒状のフロントハウジング１０２と、Ｏリング１０３を介してフロントハウジング１０２に外嵌する有底円筒状のリアハウジング１０４とを備え、フロントハウジング１０２とリアハウジング１０４との間に設けられた円筒状空間１０５をＯリング１０３で封止するようにした回転電機１００が開示されている（例えば、特許文献１参照。）。

特開平８−２３７９０４号公報

ところで、ステータを保持するステータ保持部材は、ステータとの線膨張係数の差を小さくするためにステータと同じ材料（鉄）を使用する必要がある。また、ウォータージャケットを形成し易いことから、従来、ステータ保持部材は鋳造によって作成されることが多い。しかし、鋳造製のステータ保持部材では、ウォータージャケットの中子は厚くしなければならず、レイアウト性が悪くなるばかりでなく、重量が増加する問題があった。

特許文献１に記載の回転電機１００では、フロントハウジング１０２とリアハウジング１０４との間をＯリング１０３で封止して液状冷媒を流すための円筒状空間１０５を設けている。しかしながら、ステータを保持するフロントハウジング１０２を鉄で構成すると共に、軽量化のためにリアハウジング１０４をアルミニウムで構成するなどのように、別材を使用した２ピース構造とした場合、温度が変化すると、フロントハウジング１０２とリアハウジング１０４との線膨張係数の違いに起因してフロントハウジング１０２とリアハウジング１０４との間には熱伸び差が発生する。このため、Ｏリング１０３は、この熱伸び差に追従する必要がある。しかしながら、モータ径が大きくなると、径方向の熱伸び差をＯリング１０３の弾性変形によって吸収するためには、Ｏリング１０３のサイズ（太さ）を大きくせざるを得ない。Ｏリング１０３のサイズ（太さ）を大きくした場合、Ｏリング１０３を配置するためのスペースが大きくなってしまい、回転電機が大型化してしまう。また、フロントハウジング１０２とリアハウジング１０４とを軸方向から組み付けるに際には、フロントハウジング１０２に設けられたＯリング１０３上を擦るようにリアハウジング１０４が軸方向に移動するため、Ｏリング１０３にねじれが発生しシール性の確保が困難となる虞があった。特に、車両駆動用の場合のようにモータ径が大きく、Ｏリング１０３の太さに対してＯリング１０３のリング径が相対的に大きいと、Ｏリング１０３にねじれが発生しやすい。

本発明は、前述した課題に鑑みてなされたものであり、その目的は、組み付け時のシール部材のねじれを防止可能であってシール性能の高いステータの冷却構造を提供することにある。

上記目的を達成するために、請求項１に係る発明は、
ハウジング（例えば、後述の実施形態におけるハウジング２０）と、
該ハウジングに収容されるステータコア（例えば、後述の実施形態におけるステータコア３６）と、
該ステータコアを内周部に保持する筒状部（例えば、後述の実施形態における筒状部４１）と、該筒状部の軸方向一端側に設けられ、前記ハウジングに締結部材（例えば、後述の実施形態におけるボルト１３）により固定されるフランジ部（例えば、後述の実施形態における外側フランジ部４２）と、を有するステータ保持部材（例えば、後述の実施形態におけるステータ保持部材４０）と、
前記筒状部の外周部（例えば、後述の実施形態における外周面４１ｂ）と前記ハウジングの内周部（例えば、後述の実施形態における大径穴２１）と前記フランジ部とに囲まれて形成された冷媒流路（例えば、後述の実施形態における冷媒流路１２）と、を備えるステータ（例えば、後述の実施形態におけるステータ１０）の冷却構造であって、
前記フランジ部は、前記ハウジングの軸方向一端側の表面（例えば、後述の実施形態における一方の端面２４）に対して軸方向に沿って対面して接触固定され、
前記ステータ保持部材の軸方向他端側の表面（例えば、後述の実施形態における内側フランジ部４３）と、前記ハウジングの軸方向他端側の内壁面（例えば、後述の実施形態における段部２３）との間には、環状のシール部材（例えば、後述の実施形態におけるシール部材１１Ｂ）が配置され、
前記フランジ部が前記ハウジングの軸方向一端側の前記表面に対して前記締結部材により接触固定された状態で、前記ステータ保持部材の軸方向他端側の前記表面と前記シール部材とが、軸方向に沿って互いに押圧されている。

請求項２に係る発明は、請求項１に記載の発明において、
前記ハウジングと前記ステータ保持部材とは、異なる材料から構成され、
前記ハウジングの線膨張係数は、前記ステータ保持部材の線膨張係数よりも大きい。

請求項３に係る発明は、請求項１又は２に記載の発明において、
前記シール部材は、断面多角形状を有する。

請求項４に係る発明は、請求項１〜３のいずれか１項に記載の発明において、
前記シール部材は、長辺（例えば、後述の実施形態における長辺１１ａ）及び短辺（例えば、後述の実施形態における短辺１１ｂ）を有する断面略矩形状に形成されている。

請求項５に係る発明は、請求項１〜４のいずれか１項に記載の発明において、
前記ステータコアは、複数の分割コア（例えば、後述の実施形態における分割コア３３）が環状に配列されて構成されるとともに、
複数の前記分割コアの外周部が前記筒状部の内周部（例えば、後述の実施形態における内周面４１ａ）に圧入されている。

請求項１の発明によれば、ステータ保持部材の軸方向他端側の表面とシール部材とが、軸方向に沿って互いに押圧されているため、温度が変化した際にも、シール部材がステータ保持部材とハウジングの熱膨張又は熱収縮に追従して、冷媒流路の密閉状態を維持することができる。また、ハウジングにステータ保持部材を組付けて冷媒流路を構成する際には、ステータ保持部材がシール部材上を移動せずに、シール部材に突き当たることになるため、組み付け時にシール部材がねじれてしまうことを抑制できる。

請求項２の発明によれば、ステータの軽量化を図るために、例えば、ハウジングをアルミニウムで構成するとともに、ステータ保持部材を電磁鋼板と同等の鉄で構成するなどのように、異なる材料を使用した２ピース構造とすると、ハウジングとステータ保持部材との線膨張係数の違いに起因して、ハウジングとステータ保持部材との間には熱伸び差が発生するが、シール部材が、ステータ保持部材とハウジングとの間の熱伸び差に追従するので、冷媒流路の密閉状態を維持することができる。また、シール部材は、比較的小さい軸方向の熱伸び差を弾性変形によって吸収できればよく、シール部材の大型化を抑制することができる。

請求項３の発明によれば、シール部材の面が、ステータ保持部材の軸方向他端側の表面に密着することが可能となるため、ステータ保持部材の軸方向他端側の表面に密着した状態で追従しやすくなり、より密閉状態が維持し易くなる。

請求項４の発明によれば、シール性をより確実に維持することができる。また、長辺を軸方向に沿うように配置することで、ハウジングとステータ保持部材との軸方向の熱伸び差によって発生するハウジングの内壁面とステータ保持部材の軸方向他端側の表面との隙間の変化に、シール部材のつぶし代で、容易に追従することができる。

請求項５の発明によれば、ステータ保持部材により、複数の分割コアを環状に配列させた状態で保持することができる。

本発明に係るステータの冷却構造が適用されたステータの側面図である。図１におけるＡ−Ａ線断面図である。図２の円Ｂで囲まれた部分の拡大図である。温度変化による熱伸び差に応じてシール部材が変形して密閉状態を維持する状態の説明図であり、図４（ａ）は、通常温度時における密閉状態、図４（ｂ）は、温度上昇時における密閉状態、図４（ｃ）は、温度低下時における密閉状態を示す。シール部材の各種断面形状を示す模式図である。特許文献１に記載の回転電機の断面図である。

以下、本発明の実施の形態を、添付図面に基づいて説明する。なお、図面は符号の向きに見るものとする。

図１から図３に示すように、本発明に係るステータ１０は、ハウジング２０と、環状ステータ群３０と、環状ステータ群３０を保持すると共にハウジング２０に内嵌するステータ保持部材４０と、を備える。ハウジング２０の内壁と、ステータ保持部材４０の外壁との間には、シール部材１１Ａ，１１Ｂによって封止された冷媒流路１２が形成され、該冷媒流路１２内を流動する冷媒が、ステータ１０を冷却するように構成されている。

ハウジング２０は、ステータ保持部材４０を収容するための大径穴２１が一方の端面２４に開口して形成されている。また、大径穴２１より直径が小さい小径穴２２が、大径穴２１に連続して他方の端面２８に開口して形成されて、大径穴２１と小径穴２２との間には、径方向に広がる段部２３が形成されている。

一方の端面２４には、複数の雌ねじ２５が円周方向に離間して設けられると共に、複数の雌ねじ２５より更に内径側に、雌ねじ２５に螺合するボルト１３の座面にオーバーラップしないようにシール部材１１Ａが装着される円環状のシール溝２６が形成されている。また、段部２３にも、シール部材１１Ｂが装着される円環状のシール溝２７が形成されている。ハウジング２０は、軽量化のために、例えば、アルミニウムで製作されて、ステータ１０の外装部を構成する。

環状ステータ群３０は、環状に配置された複数（例えば、１８個）のステータ片３１を備える。ステータ片３１は、略Ｔ字状に形成された電磁鋼板３２が複数枚積層されてなる分割コア３３に、インシュレータ３５を介してコイル３４が巻回されている。従って、環状に配列された複数（例えば、１８個）の分割コア３３によりステータコア３６が形成される。

図３を参照して、ステータ保持部材４０は、筒状部４１と、筒状部４１の軸方向一端側に設けられて径方向外方に延設された外側フランジ部４２と、筒状部４１の軸方向他端側に設けられて径方向外方に延設された内側フランジ部４３と、を有し、外側フランジ部４２の径方向長さが内側フランジ部４３の径方向長さよりも長くなるように形成されている。筒状部４１の内周面４１ａには、環状ステータ群３０（複数のステータ片３１）が圧入されて固定されている。筒状部４１の外周面４１ｂには、外側フランジ部４２と内側フランジ部４３との間に、環状リブ４４が径方向外方に延設されている。内側フランジ部４３及び環状リブ４４の径方向長さは、熱膨張時及び熱収縮時においてもハウジング２０の大径穴２１に接触しないように設定されている。外側フランジ部４２には、ステータ保持部材４０をハウジング２０にボルト締結するための複数のボルト穴４５が、ハウジング２０の端面２４に形成された雌ねじ２５と連通すように周方向に離間して形成されている。

ステータ保持部材４０は、圧入される分割コア３３との線膨張係数の違いに起因する熱伸び差を抑制するため、分割コア３３を構成する電磁鋼板３２と略同等の特性を有する鉄を用い、例えば、鋳造により形成されている。この場合、アルミニウム製のハウジング２０の線膨張係数は、鉄製のステータ保持部材４０の線膨張係数よりも大きくなる。

ステータ１０は、シール溝２６にシール部材１１Ａを装着し、シール溝２７にシール部材１１Ｂを装着した後、ハウジング２０の大径穴２１に、環状ステータ群３０が圧入されたステータ保持部材４０の筒状部４１を一方の端面２４側から挿入する。そして、外側フランジ部４２のボルト穴４５にボルト１３を挿通して雌ねじ２５に螺合させ、一方の端面２４と外側フランジ部４２とを当接させてステータ保持部材４０をハウジング２０に固定する。

これにより、シール溝２６に装着されたシール部材１１Ａは、外側フランジ部４２により突き当てられ軸方向に押圧される。このとき、シール部材１１Ａが弾性変形して、ハウジング２０の一方の端面２４と外側フランジ部４２とが軸方向に隙間なく接触し、シール部材１１Ａによってハウジング２０の一方の端面２４と外側フランジ部４２との間が封止される。また、シール溝２７に装着されたシール部材１１Ｂは、内側フランジ部４３により突き当てられ軸方向に押圧される。このとき、シール部材１１Ｂが弾性変形して、ハウジング２０の段部２３と内側フランジ部４３との間には隙間Ｃが設けられた状態で、シール部材１１Ｂによってハウジング２０の段部２３と内側フランジ部４３との間が封止される。

これにより、ハウジング２０の内周面（大径穴２１）と、ステータ保持部材４０の外周面４１ｂとの間に、一対のシール部材１１Ａ，１１Ｂで封止された冷媒流路１２が形成される。即ち、ハウジング２０とステータ保持部材４０との間は、一対のシール部材１１Ａ，１１Ｂの突き当てによってシール部材１１Ａ，１１Ｂが面接触することで封止される。ステータ１０は、冷媒流路１２内に供給される冷媒により冷却される。

本実施形態のシール部材１１Ａ，１１Ｂは、図４を参照して、ゴムなどの弾性力を有する材料により、断面多角形状、より具体的には、長辺１１ａ及び短辺１１ｂを有する断面略矩形状に形成されている。シール部材１１Ａ，１１Ｂは、長辺１１ａがハウジング２０の軸方向に沿うように配置されて、シール溝２６，２７に装着される。

アルミニウム製のハウジング２０と鉄製のステータ保持部材４０などのように、ハウジング２０とステータ保持部材４０との線膨張係数が異なると、温度が変化したとき、ハウジング２０とステータ保持部材４０との間には、軸方向及び径方向に熱伸び差が発生する。軸方向の熱伸び差は、ハウジング２０の段部２３と内側フランジ部４３との間の隙間Ｃの変化となり、径方向の熱伸び差は、ハウジング２０の段部２３と内側フランジ部４３との間の径方向相対移動となって現れる。図２に示すように、幅（軸方向長さ）Ｗに対して直径Ｄが大きいステータ１０の場合、径方向の熱伸び差は、軸方向の熱伸び差よりも大きくなる。

比較的、変位量が小さい軸方向の熱伸び差は、軸方向に押圧されて軸方向に弾性変形しているシール部材１１Ｂのつぶし代（弾性復元代）により吸収される。また、変位量が比較的大きくなる径方向の熱伸び差は、図４に示すように、内側フランジ部４３の径方向への相対移動に伴ってシール部材１１Ｂが屈曲（弾性変形）することで吸収される。図４（ａ）は、常温時の状態を示し、図４（ｂ）は、温度が上昇してハウジングの伸びがステータ保持部材の伸びより大きいときの状態を示し、図４（ｃ）は、温度が低下してハウジングの伸びがステータ保持部材の伸びより小さいときの状態を示している。

なお、ステータ保持部材４０とステータコア３６とを、例えば、鉄などの同質の材料で形成することで、ステータ保持部材４０の線膨張係数とステータコア３６の線膨張係数とを略等しくすれば、温度変化が生じた際にも、ステータ保持部材４０によりステータコア３６を安定的に保持することができる。

また、図６に示す従来のシール構造の場合、フロントハウジング１０２の直径が比較的大きいため、フロントハウジング１０２とリアハウジング１０４との径方向の熱伸び差が大きく、この熱伸び差にＯリング１０３が追従するためには、Ｏリング１０３のサイズ（太さ）を大きくしなければならない。この結果、Ｏリング１０３を配置するためのスペースが大きくなってしまい、回転電機１００が大型化してしまう。また、Ｏリング１０３が装着されたフロントハウジング１０２をリアハウジング１０４に嵌合させる際、Ｏリング１０３が捻じれて封止性能に悪影響を及ぼす虞がある。特に、車両駆動用の場合のようにモータ径が大きく、Ｏリング１０３の太さに対してＯリング１０３のリング径が相対的に大きなＯリング１０３を用いた場合には、Ｏリング１０３が捻れやすい。しかし、本実施形態のシール構造は、シール部材１１Ａ，１１Ｂが軸方向から押圧されて組み付けられるシール構造となっているので、ステータ保持部材４０をハウジング２０に組み付ける際に、シール部材１１Ａ，１１Ｂの捻じれが防止され、ステータ保持部材４０とハウジング２０との間を確実に封止することができる。

更に、ステータ保持部材４０の外側フランジ部４２と、ハウジング２０の一方の端面２４とは、直接接触した状態でボルト１３により固定されており、ボルト１３とステータ保持部材４０及びハウジング２０との間にはシール部材１１Ａが介在しない構造であるので、シール部材１１Ａに劣化などが生じたとしてもボルト１３の締結軸力が低下する虞もない。

また、ステータ保持部材４０とハウジング２０とを異なる部材（２ピース構造）で形成しているので、部品の寸法公差を吸収することができ、組付けが容易となる。更に、環状リブ４４の形状の自由度が向上し、任意の形状の冷媒流路１２を形成することが可能となる。

図５は、シール部材１１Ｂの各種形状を示す模式図である。本発明のステータ１０の冷却構造に適用可能なシール部材１１Ｂとしては、断面多角形状、好ましくは軸方向に長辺を有する断面多角形状とするのがよく、図５（ａ）に示す断面矩形状、図５（ｂ）に示す断面台形、或いは、図５（ｃ）に示す断面鼓形状のシール部材１１Ｂが好適に例示される。なお、シール溝２６，２７に装着される一対のシール部材１１Ａ，１１Ｂは、同一形状としてもよく、異なる形状としてもよい。

以上説明したように、本実施形態に係るステータ１０の冷却構造によれば、外側フランジ部４２は、ハウジング２０の一方の端面２４に対して軸方向に沿って対面して接触固定され、ステータ保持部材４０の内側フランジ部４３と、ハウジング２０の段部２３との間には、環状のシール部材１１Ｂが配置される。また、外側フランジ部４２がハウジング２０の一方の端面２４に対してボルト１３により接触固定された状態で、ステータ保持部材４０の内側フランジ部４３とシール部材１１Ｂとが、軸方向に沿って互いに押圧されているので、温度が変化した際に、シール部材１１Ｂがステータ保持部材４０の熱膨張又は熱収縮に追従して、冷媒流路１２の密閉状態を維持することができる。

また、ハウジング２０にステータ保持部材４０を組付けて冷媒流路１２を構成する際には、ステータ保持部材４０がシール部材１１Ｂ上を移動せずに、シール部材１１Ｂに突き当たることになるため、組み付け時にシール部材１１Ｂが捻じれてしまうことを抑制できる。これによっても、安定したシール性能が確保できる。

また、ステータ１０の軽量化を図るために、ハウジング２０を例えば、アルミニウムで構成するとともに、ステータ保持部材４０を電磁鋼板３２と同等の鉄で構成するなどのように、別材を使用した２ピース構造とすると、ハウジング２０とステータ保持部材４０との線膨張係数の違いに起因して、ハウジング２０とステータ保持部材４０との間には熱伸び差が発生するが、シール部材１１Ｂが、ステータ保持部材４０とハウジング２０との間の熱伸び差に追従するので、冷媒流路１２の密閉状態を維持することができる。またこの場合、シール部材１１Ｂは、比較的小さい軸方向の熱伸び差を弾性変形によって吸収できればよく、シール部材１１Ｂを径方向に小さくできる。これにより、レイアウト性が向上し、小スペースでのレイアウトが可能となる。

さらに、ハウジング２０とステータ保持部材４０とを２ピース構造とすることで、ウォータージャケットとしての冷媒流路１２を薄くすることができ、さらにリブや凹凸などを自由に設定できる。

また、シール部材１１Ｂは、断面多角形状を有するので、シール部材１１Ｂの面（短辺１１ｂ側の面）が、ステータ保持部材４０の内側フランジ部４３の表面に密着することが可能となるため、ステータ保持部材４０の内側フランジ部４３に密着した状態で追従しやすくなり、より密閉状態が維持し易くなる。

また、シール部材１１Ｂは、長辺１１ａ及び短辺１１ｂを有する断面略矩形状に形成されているので、シール性をより確実に維持することができる。また、長辺１１ａを軸方向に沿うように配置することで、ハウジング２０とステータ保持部材４０との軸方向の熱伸び差によって発生する内側フランジ部４３と段部２３との間の隙間Ｃの変化に、シール部材１１Ｂのつぶし代で、容易に追従することができる。

さらに、ステータコア３６は、複数の分割コア３３が環状に配列されて構成されるとともに、複数の分割コア３３の外周面が、ステータ保持部材４０の筒状部４１の内周面４１ａに圧入されているので、ステータ保持部材４０により、複数の分割コア３３を環状に配列させた状態で保持することができる。

尚、本発明は、前述した実施形態に限定されるものではなく、適宜、変形、改良、等が可能である。
例えば、ハウジング２０とステータ保持部材４０とを２ピース構造とする代わりに、３ピース以上の構造としてもよい。
また、シール部材１１Ａ，１１Ｂは円形断面や楕円形断面、或いは楕円形断面においてステータ保持部材に密着する側を面取りした形状としてもよい。

１０ステータ
１１Ｂシール部材
１１ａ長辺
１１ｂ短辺
１２冷媒流路
１３ボルト（締結部材）
２０ハウジング
２１大径穴（ハウジングの内周部）
２３段部（ハウジングの軸方向他端側の内壁面）
２４一方の端面（ハウジングの軸方向一端側の表面）
３３分割コア
３６ステータコア
４０ステータ保持部材
４１筒状部
４１ａ内周面（内周部）
４１ｂ外周面（外周部）
４２外側フランジ部（フランジ部）
４３内側フランジ部（ステータ保持部材の軸方向他端側の表面）

Claims

ハウジングと、
該ハウジングに収容されるステータコアと、
該ステータコアを内周部に保持する筒状部と、該筒状部の軸方向一端側に設けられ、前記ハウジングに締結部材により固定されるフランジ部と、を有するステータ保持部材と、
前記筒状部の外周部と前記ハウジングの内周部と前記フランジ部とに囲まれて形成された冷媒流路と、を備えるステータの冷却構造であって、
前記フランジ部は、前記ハウジングの軸方向一端側の表面に対して軸方向に沿って対面して接触固定され、
前記ステータ保持部材の軸方向他端側の表面と、前記ハウジングの軸方向他端側の内壁面との間には、環状のシール部材が配置され、
前記フランジ部が前記ハウジングの軸方向一端側の前記表面に対して前記締結部材により接触固定された状態で、前記ステータ保持部材の軸方向他端側の前記表面と前記シール部材とが、軸方向に沿って互いに押圧されている、ステータの冷却構造。
請求項１に記載のステータの冷却構造であって、
前記ハウジングと前記ステータ保持部材とは、異なる材料から構成され、
前記ハウジングの線膨張係数は、前記ステータ保持部材の線膨張係数よりも大きい、ステータの冷却構造。
請求項１又は２に記載のステータの冷却構造であって、
前記シール部材は、断面多角形状を有する、ステータの冷却構造。
請求項１〜３のいずれか１項に記載のステータの冷却構造であって、
前記シール部材は、長辺及び短辺を有する断面略矩形状に形成されている、ステータの冷却構造。
請求項１〜４のいずれか１項に記載のステータの冷却構造であって、
前記ステータコアは、複数の分割コアが環状に配列されて構成されるとともに、
複数の前記分割コアの外周部が前記筒状部の内周部に圧入されている、ステータの冷却構造。