JP2020088929A - 回転電機 - Google Patents

Abstract

【課題】ステータ冷却流路をコンパクトに構成できる回転電機を提供する。【解決手段】前記ステータフレームの円筒部外周にてフランジ側である根元側と円筒部の先端側の両端に嵌合固定されるウォータジャケットによりステータ冷却冷媒の流路が構成され、ステータフレームの根元側の径と先端側の径に径差を有し、根元側の径の方が大きく形成され、ステータフレームとウォータジャケットは、根元側と先端側で圧入および溶接によりシールされている。【選択図】図１

Description

本願は、回転電機に関するものである。

従来、回転電機は、例えば、特許文献１では、フランジ部がハウジングに固定される段付きステータフレーム（内筒部材）の外周で、段付きウォータジャケット（外筒部材）を保持してステータ冷却流路を構成し、ステータコアを保持する構造を備える。

また、例えば、特許文献２では、外径段付きを備えないステータフレーム（内筒部材）の外周および軸方向端面（コイルエンド上部）で段付きウォータジャケット（外筒部材）を保持してステータ冷却流路を構成し、ステータコアを保持する構造を備える。

特開２０１５−２０８０５１号公報 特開平１０−５２００２号公報

しかしながら、ステータ冷媒流路を構成するため、特許文献１においてはフレームのフランジ根元側に段付きを備えるため、外径サイズがアップし、特許文献２においては軸方向端面にシールを備える必要があるため、軸方向サイズがアップし、レイアウト性が悪化する問題があった。

本願は、上述のような問題点を解決するためになされたもので、ステータ冷却流路をコンパクトに構成できる回転電機を提供することを目的としている。

本願に開示される回転電機は、
円環状に構成されたステータコア、
フランジを有し、内径がストレート形状でステータコアの外周面を所定の締め代で嵌合して、保持されているステータフレーム、
ステータフレームの円筒部外周にてフランジ側である根元側と円筒部の先端側の両端に嵌合固定されるウォータジャケット、
を備え、
ステータフレームとウォータジャケットによってステータ冷却冷媒の流路が構成されており、
ステータフレームの根元側の径と先端側の径に径差を有し、根元側の径の方が大きく形成され、
ステータフレームとウォータジャケットは、ステータフレームの根元側と先端側で圧入および溶接によりシールされていることを特徴とする。

本願に開示される回転電機によれば、ステータ冷却流路を径方向、軸方向共にコンパクトに構成することができる。このため、車両におけるレイアウト性を向上させることができる。また、モータ重量も低減するこができる。

実施の形態１の回転電機の断面図である。 実施の形態１のステータの断面図である。 実施の形態１のウォータジャケットの斜視図である。 図２の破線の円部Ｒ、及び円部Ｓを拡大した図である。 図２のＸ−Ｘ断面の一部を示す図である。 ウォータジャケットの取付けを説明する図である。 ウォータジャケットの取付けを説明する図である。 図３のＹ方向から見たストッパの取付け形状を示す図である。 実施の形態２のステータの断面図である。 実施の形態２のウォータジャケット段部の外径大側端部の拡大図である。 実施の形態２のその他のウォータジャケットの形状を示す断面図である。 実施の形態２のその他のウォータジャケットの形状を示す断面図である。

以下、本願に係る回転電機の冷却構造の好適な実施の形態について、図面を参照して説明する。なお、同一内容および相当部については同一符号を配し、その詳しい説明は省略する。以降の実施の形態も同様に、同一符号を付した構成について重複した説明は省略する。

実施の形態１．
図１は、実施の形態１における回転電機の断面図であり、図２は、ステータの断面図である。図１において、ハウジング１０にベアリングを介して回転可能に取り付けられたロータ１００は、シャフト１２と、シャフト１２に固定されたロータコア１０１を備えている。ロータコア１０１には、複数の磁石（図示せず）が埋設されている。

ロータコア１０１の外周側に位置し、ハウジング１０に複数のボルト（図示せず）を介して固定されたステータ１０２は、円環状に構成されたステータコア０１と、ステータコア０１の外周面を所定の締め代で嵌合し保持する円筒状のステータフレーム０２とからなり、ステータフレーム０２のフランジ部０２Ｆでハウジング１０に固定される。ステータフレーム０２はプレス成形で製作されており、図２に示すように、ステータフレーム０２の内径は、ストレート形状に形成され、外周は、根元側０２Ａから先端側０２Ｂに向かって径が小さくなる形状で、根元側０２Ａと先端側０２Ｂの間は径差を持つように形成される。

ウォータジャケット０３は、図３に示すように円環状に形成され、両底部の縁から底面０３Ａ、０３Ｂを有し、中央部分は穴部０３Ｃ、０３Ｄである、断面コの字形状に形成されている。それぞれの穴部０３Ｃ、０３Ｄの径は、ステータフレーム０２の根元側０２Ａと先端側０２Ｂとおよそ同じ径差を有する。この穴部０３Ｃ、０３Ｄにステータフレーム０２の外周が挿入され、ステータフレーム０２とウォータジャケット０３は根元側０２Ａと先端側０２Ｂで圧入され、嵌合固定される。

これにより、ステータフレーム０２の外周とウォータジャケット０３の内周との間の空間に、ステータ冷却冷媒の通るステータ冷却流路０４が構成される。ステータフレーム０２とウォータジャケット０３の嵌合固定部３２Ａ、３２Ｂは、溶接によって冷却流路がシールされている。

このような構成により、ステータ冷媒流路を径方向、軸方向共にコンパクトに構成することができる。これにより、車両におけるレイアウト性を向上させることができる。

また、ステータフレーム０２の根元側０２Ａに流路構成のための段付きを形成しないで済むため、ステータフレーム０２を薄肉かつ外径を縮小するように構成でき、これにより重量低減することができる。

さらに、ロータの軸方向（又はシャフト１２の長手方向、以下、軸方向と称す）の端面のコイルエンド上部にステータフレーム０２およびウォータジャケット０３のシール部を形成しないで済むため、重量を低減することができる。

また、上述した通り、ステータ冷却流路０４はステータフレーム０２の根元側０２Ａと先端側０２Ｂにて圧入および溶接にてシールされているため、Ｏリングシール等と比べてコスト低減および信頼性を向上させることができる。

さらに、ステータフレーム０２の内径段差をなくせるため、ステータコア０１との軸方向嵌合長さを大きくすることができる。このため、小さい嵌合代でステータコアを保持させることができるため、例えば圧入時のかじりを防ぐことができ、嵌合時の組立性を向上させることができる。

また、ステータフレーム０２のプレス成形において、フランジ部０２Ｆの根元側０２Ａから円筒部の先端側０２Ｂへ向かって減肉していき、圧入および溶接シール部となる根元側０２Ａと先端側０２Ｂとを径差の小さい切削レスのプレスのみでウォータジャケット０３の固定部へと成形でき、ステータフレームの製作性向上および製作コストが低減できる。

また、図２の破線の円部Ｒ、及び円部Ｓを拡大したものを図４で示すが、ステータフレーム０２の円筒部の側端部、ウォータジャケット０３の外径大側端部には、プレスダレによるテーパ形状を有しており、圧入の導入として機能させることができる。このため、切削面取り不要とでき、製作コストを安くすることができる。テーパ形状は、ステータフレーム０２の円筒部の側端部またはウォータジャケット０３の外径大側端部のいずれか一方または双方に有する。また、前述した通り、図２に示すように、ステータフレーム０２の外周は、根元側０２Ａと先端側０２Ｂとは径差を持つように形成され、根元側０２Ａと先端側０２Ｂとの間は、なだらかに傾斜しており、この傾斜部分もフランジ部０２F側圧入の導入として機能している。

図５は、図２のＸ方向から見たステータ冷却流路０４の断面図の一部を示すものである。図２には示されていないが、ステータ冷却流路０４を構成するウォータジャケット０３には、ステータ冷却冷媒の流入口と流出口となる開口０３Ｈが周方向に２つ隣り合うように設けられており、ウォータジャケット０３の外周には、図１にも示されるように、車両から供給される冷却配管を接続するためのステー０５が組付けされている。ステー０５には、ウォータジャケット０３の開口０３Ｈと連通するように開口０５Ｈが設けられ、ステータ冷却流路０４の出入口が構成されている。ステータ冷却流路０４のウォータジャケット０３側には、ストッパ０６が２つの開口０３Ｈを挟んだ中央に取付けられており、流入したステータ冷却冷媒がステータ全体を冷却するため、ストッパ０６によって出入口間の短絡及び逆流を防ぎ、矢印Ｐで示すように流路を環状に流れるように整流される。

また、ストッパ０６の高さｈは、図３で示したウォータジャケット０３の底面０３Ａの径Ｈよりも短く形成することにより、ウォータジャケット０３のコの字形状凹み部に収まる。これにより、ストッパ０６が、ステータフレーム０２の圧入を阻害しないように構成することができる。

また、図６Ａで示すように、ストッパ０６をウォータジャケット０３に取り付けることにより、ストッパ０６とウォータジャケット０３の軸方向両側の隙間Ｍ１、Ｎ１はストッパ０６とウォータジャケット０３により決まる。これに対し、図６Ｂのようにステータフレーム０２にストッパ０６を取り付けた場合は、ストッパ０６とウォータジャケット０３の軸方向両側の隙間Ｍ２、Ｎ２が、ストッパ０６、ウォータジャケット０３、およびステータフレーム０２の３つの部品の組付けばらつきを考慮する必要がある。従って、ストッパ０６をウォータジャケット０３に取り付けた方が、組付けの際のばらつきを小さくすることができ、隙間からの冷媒漏れを小さくすることができる。このため、冷却効率を向上させることができる。さらに、ステータフレーム０２とウォータジャケット０３の圧入ストロークのばらつきをなくすことができる。

また、図５に示す通り、ストッパ０６は、Ｌ字の簡素な板金形状で製作でき、Ｌ字の一辺がウォータジャケット０３の内周に固定されている。このようなストッパの形状により、コストを低減することができる。

図７は実施の形態１におけるストッパ０６の取付形状を示す図であり、ウォータジャケット０３を図５のＹ方向から見た図である。ストッパ０６とウォータジャケット０３は溶接で固定され、ステー０５には切欠き部０５Ｃを備えている。また、ステー０５には、溶接軌跡Ｗ上に薄肉部０５Ｓが設けられている。このため、ステー０５とストッパ０６の溶接取付け状態を溶接貫通部にて目視で確認できるため、容易に溶接性を判断することができる。

実施の形態２．
図８は実施の形態２の回転電機の冷却構造を示すステータの断面図である。図８において、ウォータジャケット０３は、両側先端を折り曲げ、外向きの段部０３Ｅ、０３Ｆを形成した段付きのコの字形状を有している。これら外向きの段部０３Ｅと段部０３Ｆは、ステータフレーム０２の外周の根元側０２Ａから先端側０２Ｂの径差に沿ってステータフレームの外周と嵌合するため、段部０３Ｅと段部０３Ｆの間に側部０３Ｇからの高さの差が生じる。

このような構成とすることにより、ステータフレーム０２との圧入及び溶接するシール長を大きくとることができる。このため、シール信頼性を向上させることができる。

また、実施の形態１で説明したのと同様、ウォータジャケット０３の段部０３Ｅの外径大側端部には、例えば図９に示すように、プレスダレによるテーパ形状を有しており、圧入の導入として機能させることができる。このため、切削面取り不要とでき、製作コストを安くすることができる。

段部０３Ｅ、０３Ｆは、図８では両側先端に外向きの段部を形成しているが、図１０Ａに示すように、両側先端が内向きの段部０３Ｉ、０３Ｊを形成してもよいし、図１０Ｂに示すように両側先端の一方が内向きの段部０３Ｋ、もう一方が外向きの段部０３Ｌを形成してもよい。

このような構成としても、ステータフレーム０２の圧入を円滑に行うことができ、さらに段部０３Ｉ、０３Ｊ、０３Ｋ、０３Ｌの周囲とステータフレーム０２とを溶接するため、溶接のためのシール長を大きくとることができる。このため、シール信頼性を向上させることができる。

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、本願明細書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。

０１：ステータコア、０２：ステータフレーム、０３：ウォータジャケット、０４：ステータ冷却流路、０５：ステー、０６：ストッパ

本願に開示される回転電機は、
円環状に構成されたステータコア、
フランジを有し、内径がストレート形状でステータコアの外周面を所定の締め代で嵌合して、保持されているステータフレーム、
ステータフレームの円筒部外周にてフランジ側である根元側と円筒部の先端側の両端に嵌合固定されるウォータジャケット、
を備え、
ステータフレームとウォータジャケットによってステータ冷却冷媒の流路が構成されており、
ステータフレームの外周は、根元側の径と先端側の径に径差を有し、根元側の径の方が大きく、根元側から先端側に向かって径が小さくなる形状で形成され、
ステータフレームとウォータジャケットは、ステータフレームの根元側と先端側で圧入および溶接によりシールされていることを特徴とする。

Claims (6)

1. 円環状に構成されたステータコア、
   フランジを有し、内径がストレート形状で前記ステータコアの外周面を所定の締め代で嵌合して、保持されているステータフレーム、
   前記ステータフレームの円筒部外周にて前記フランジのある根元側と円筒部の先端側の両端に嵌合固定されるウォータジャケット、
   を備え、
   前記ステータフレームと前記ウォータジャケットによってステータ冷却冷媒の流路が構成されており、
   前記ステータフレームの前記根元側の径と前記先端側の径に径差を有し、前記根元側の径の方が大きく形成され、
   前記ステータフレームと前記ウォータジャケットは、前記ステータフレームの前記根元側と前記先端側で圧入および溶接によりシールされていることを特徴とする回転電機。
2. 前記ウォータジャケットは、断面が段付きのコの字形状を有することを特徴とする請求項１に記載の回転電機。
3. 前記ステータフレームの前記円筒部の端部、または前記ウォータジャケットの外径大側端部のどちらか一方、あるいは双方にプレスダレによるテーパ形状を有することを特徴とする請求項１または２に記載の回転電機。
4. 前記ウォータジャケット内周に前記ステータ冷却冷媒を分流するストッパが固定されていることを特徴とする請求項１から３のいずれか一項に記載の回転電機。
5. 前記ストッパは、Ｌ字形状であり、Ｌ字形状の一辺が前記ウォータジャケット内周に固定されていることを特徴とする請求項４に記載の回転電機。
6. 前記ウォータジャケットの外周に溶接され、冷却配管を接続するためのステーを有し、前記ステーは、溶接軌跡上に薄肉の切り欠き部を有していることを特徴とする請求項１から５のいずれか一項に記載の回転電機。

Images