JP2016046853A - 回転電機 - Google Patents

Abstract

【課題】軸方向の小型化を図るとともに締結部材の数を減らすことができる回転電機を提供する。【解決手段】ダイカストにより円筒状に形成され、軸方向の一方の端面において周方向に沿って開口する冷媒流路２０を有するハウジング１２と、ハウジング１２における冷媒流路２０の開口部２０ｅをメタルガスケット３０を介して塞ぐフロントプレート１３と、ハウジング１２内において回転可能に支持されたロータ１７と、ハウジング１２内において固定されたステータ１６と、フロントプレート１３とハウジング１２の冷媒流路２０の底部４７とに軸力を発生させてハウジング１２の端面における冷媒流路２０の外径側および内径側とフロントプレート１３とのシール面に面圧を発生させるボルトとを備える。【選択図】図１

Description

本発明は、回転電機に関するものである。

車両駆動用モータの冷却構造として、内方にロータやステータを配置している円筒状のハウジングに冷媒流路を有し、鋳物によりハウジングに冷媒流路が形成されたものが提案されている。ハウジングに形成される冷媒流路は、モータの主発熱部であるステータ外周を囲うように配置されており、これにより適切な冷却が行われる。このような冷媒流路を有するハウジングは、通常、鋳物の中子を用いて成形されるため、量産性に劣り、コスト高の要因となる。これに対しダイカストによりハウジングを形成することが行われている（例えば、特許文献１）。

特開２００８−２５３０２４号公報

ところで、ダイカストによりハウジングを形成する場合において、ハウジングの端面にはガスケットを介してプレートがボルト等で締結され、ガスケットにより冷媒流路の開口部が塞がれる。このように、冷媒流路は片側が開口する構造となっており、ガスケットの面圧を確保してシール性を確保するため、ハウジング端面における冷媒流路の開口部の内径側と外径側にそれぞれボルト穴を配設する必要があるとともにボルト締結用のボス部の配置のため体格が大きくなってしまう。

本発明の目的は、軸方向の小型化を図るとともに締結部材の数を減らすことができる回転電機を提供することにある。

請求項１に記載の発明では、ダイカストにより円筒状に形成され、少なくとも軸方向の一方の端面において周方向に沿って開口する冷媒流路を有するハウジングと、前記ハウジングにおける冷媒流路の開口部をシール部材を介して塞ぐ蓋部材と、前記ハウジング内において回転可能に支持されたロータと、前記ハウジング内において固定されたステータと、前記蓋部材と前記ハウジングの前記冷媒流路の底部とに軸力を発生させて前記ハウジングの端面における前記冷媒流路の外径側および内径側と前記蓋部材とのシール面に面圧を発生させる締結部材と、を備えたことを要旨とする。

請求項１に記載の発明によれば、冷媒流路の開口部を塞ぐ際に、締結部材により、蓋部材とハウジングの冷媒流路の底部とに軸力を発生させてハウジングの端面における冷媒流路の外径側および内径側と蓋部材とのシール面に面圧が発生する。これによりシール部材の面圧を確保してシール性が確保される。つまり、ハウジングの端面における冷媒流路の内径側と外径側にそれぞれボルト穴を配設する必要がなくなり、軸方向の小型化を図るとともに締結部材の数を減らすことができる。

請求項２に記載のように、請求項１に記載の回転電機において、前記締結部材が前記冷媒流路内に配置されているとよい。
請求項３に記載のように、請求項２に記載の回転電機において、前記締結部材が前記冷媒流路における冷媒入口と冷媒出口との間に形成される仕切部分に配置されているとよい。

請求項４に記載のように、請求項１に記載の回転電機において、前記締結部材が前記冷媒流路外に配置されているとよい。
請求項５に記載のように、請求項１〜４のいずれか１項に記載の回転電機において、前記締結部材は、ボルトであるとよい。

本発明によれば、軸方向の小型化を図るとともに締結部材の数を減らすことができる。

実施形態におけるモータを示す側断面図。 図１のＡ−Ａ線での断面図。 図２のＢ−Ｂ線での断面図。 別例のモータを示す断面図。 別例のモータを示す側断面図。 比較のためのモータを示す側断面図。

以下、本発明を回転電機としてのモータ（回転電動機）に具体化した一実施形態を説明する。なお、本実施形態のモータは、駆動軸の回転駆動力を減速機を介して駆動輪に伝達するために車両に搭載されるものである。

図１に示すように、モータ１１は、円筒状のハウジング１２と、ハウジング１２の一端開口部１２ａを閉塞する円板状のフロントプレート１３と、ハウジング１２の他端開口部１２ｂを閉塞する円板状のリヤプレート１４を備えている。ハウジング１２、フロントプレート１３およびリヤプレート１４は金属材料（例えばアルミニウム）により形成されるとともに、ダイカスト成形で製造されている。よって、低コストでハウジング１２、フロントプレート１３およびリヤプレート１４を生産できる。

ハウジング１２内には駆動軸１５が収容されている。駆動軸１５の出力端側（一端側）は、第１軸受Ｂｅ１を介してフロントプレート１３に突設された円筒状の第１軸支部１３１に回転可能に支持されている。また、駆動軸１５の反出力端側（他端側）は、第２軸受Ｂｅ２を介してリヤプレート１４に突設された円筒状の第２軸支部１４１に回転可能に支持されている。駆動軸１５の出力端は、フロントプレート１３を貫通して外へ突出している。駆動軸１５の出力端には、図示しない変速機が取り付けられている。また、駆動軸１５の出力端側には、変速機を駆動させる際に、変速機側から駆動軸１５に作用するラジアル荷重が駆動軸１５の反出力端側に比べて大きいため、このラジアル荷重に耐え得ることができるように、第１軸受Ｂｅ１が第２軸受Ｂｅ２に比べて大きくなっている。また、フロントプレート１３の外周部には、モータ１１を変速機側へ取り付けるための環状のフランジ１３ａが形成されている。

ハウジング１２内においてステータ（固定子）１６が固定されている。ステータ１６は、ハウジング１２の他端開口部１２ｂを介してハウジング１２内に挿入されるとともに、ステータコア１６ａが焼き嵌めによってハウジング１２の内周面に固定されている。ステータ１６は、ハウジング１２の内周面に固定された環状のステータコア１６ａのティース（図示せず）にコイル１６ｂが捲回されて構成されている。ステータコア１６ａにおける駆動軸１５の軸方向の両端面からはコイルエンド１６ｃが突出している。ステータコア１６ａは、磁性体（電磁鋼板）を複数枚積層することで構成されている。

ハウジング１２内においてロータ（回転子）１７が回転可能に支持されている。詳しくは、ステータ１６の内側には駆動軸１５と一体回転するロータ１７が配設されている。ロータ１７は、駆動軸１５に止着されたロータコア１７ａと、ロータコア１７ａに埋設された複数の永久磁石１７ｂとから構成されている。ロータコア１７ａは、磁性体（電磁鋼板）を複数枚積層することで構成されている。

駆動軸１５の反出力端側には、駆動軸１５の外周面から駆動軸１５の径方向外側に突出する円環状のフランジ部１５ａが形成されている。そして、ロータコア１７ａにおける駆動軸１５の反出力端側の端面は、フランジ部１５ａに接触している。さらに、駆動軸１５の外周面において、ロータコア１７ａにおける駆動軸１５の出力端側の端面と第１軸受Ｂｅ１との間には、固定部材１８（例えばナット）が配設されている。固定部材１８は、駆動軸１５の出力端側から駆動軸１５の外周面に取り付けられている。そして、ロータコア１７ａは、固定部材１８とフランジ部１５ａとの間で挟み込まれており、駆動軸１５の軸方向への移動が規制されている。

駆動軸１５の外周面とフロントプレート１３との間には環状のオイルシール１９が配設されている。オイルシール１９は、第１軸受Ｂｅ１よりも駆動軸１５の出力端側に位置している。そして、このオイルシール１９により、駆動軸１５の外周面とフロントプレート１３との間を介した外部からモータ内部への異物の侵入が防止されている。

ハウジング１２には、駆動軸１５の軸方向に延びるとともにステータ１６およびロータ１７を取り囲む環状の冷媒流路（ウォータジャケット）２０が形成されている。冷媒流路２０は、内径側の内壁面２０ａと外径側の内壁面２０ｂを有する。また、冷媒流路２０は、図２に示すように冷媒入口２０ｃと冷媒出口２０ｄを有する。さらに、図１に示すように冷媒流路２０は駆動軸１５の出力端側に開口部２０ｅを有する。

冷媒流路２０内にはモータ１１を冷却する冷媒が流れる。冷媒として冷却水を用いている。冷媒流路２０は、駆動軸１５の軸方向において、駆動軸１５の出力端側に開口するとともに、駆動軸１５の反出力端側で閉塞している。ここで、ハウジング１２はダイカスト成形で製造されるので、冷媒流路２０は、金型内に金属材料（アルミニウム）の溶湯を注入し、金属材料の溶湯が固化した後に、金型を容易に引き抜くことができるように、開口側に向かうにつれて拡径している。つまり、型抜きのために冷媒流路２０には勾配がついている。

このようにして、ハウジング１２は、ダイカストにより円筒状に形成され、片側の端面において周方向に沿って開口する冷媒流路２０を有する。そして、冷媒流路２０の開口部２０ｅはシール部材としてのメタルガスケット３０を介してフロントプレート１３により塞がれ、メタルガスケット３０により冷媒流路２０の冷媒は封止されている。よって、本実施形態では、フロントプレート１３は、ハウジング１２における冷媒流路２０の開口部２０ｅをメタルガスケット３０を介して塞ぐ蓋部材に相当する。

図１に示すように、リヤプレート１４は、ボルト３１によりハウジング１２に取り付けられている。
図１に示すように、リヤプレート１４には冷媒流路２０に連通する冷媒入口管２１が設けられ、冷媒入口管２１から冷媒が冷媒流路２０に供給される。また、リヤプレート１４には冷媒流路２０に連通する冷媒出口管２２が設けられ、冷媒流路２０を通過した後の冷媒が冷媒出口管２２に排出される。

冷媒流路２０は周方向に延びており、図２，３に示すように、周方向における一部に軸方向に延びる仕切部２３が設けられている。図２に示すように、冷媒流路２０には軸方向における一側面において冷媒入口２０ｃと冷媒出口２０ｄが離間した位置に設けられている。そして、冷媒入口２０ｃから入った冷媒は、冷媒流路２０における他側面に向かって流れるとともに周方向に沿って流れ、冷媒出口２０ｄから出ていく。

図１，２に示すように、締結部材としてのボルト４１，４２，４３，４４，４５，４６を備える。ハウジング１２における冷媒流路２０の底面（軸方向奥側）には、ボルト穴４８が形成されている。フロントプレート１３を貫通して軸方向に延びるボルト４１，４２，４３，４４，４５，４６がボルト穴４８に螺入されている。フロントプレート１３の締結用のボルト４１，４２，４３，４４，４５，４６は、冷媒流路２０内に配置されており、冷媒流路２０における径方向中央部に配置されている。ボルト４１〜４６はステンレス製である。各ボルト４１〜４６は、駆動軸１５の周方向において等間隔をおいて配置されている。

ボルト４１，４２，４３，４４，４５，４６により、フロントプレート１３と、ダイカストにより成形されたハウジング１２の冷媒流路２０の底部４７とに軸力を発生させてハウジング１２の端面における冷媒流路２０の外径側（端面１２ｃ）および内径側（端面１２ｄ）とフロントプレート１３とのシール面に面圧を発生させている。

次に、本実施形態の作用について説明する。
ハウジング１２の冷媒流路２０は片側開口で開口面がシール面であり、シール面に対して、反対側の肉にボルト穴４８を設けて冷媒流路２０の内径・外径の両側に面圧をかけてシールする。即ち、軸方向における冷媒流路２０の底部４７とフロントプレート１３との間で軸方向に延びるボルト４１〜４６により軸力でシール面圧がかけられる。よって、冷媒流路２０の開口部２０ｅを塞ぐ際に、ボルト４１〜４６により、フロントプレート１３とハウジング１２の冷媒流路２０の底部４７とに軸力を発生させてハウジング１２の端面における冷媒流路２０の外径側（端面１２ｃ）および内径側（端面１２ｄ）とフロントプレート１３とのシール面に面圧が発生する。

図６は比較のためのモータの断面図である。図６において、フロントプレート１３は、冷媒流路２０よりも内径側に複数配置される締結部材としての内径側ボルト１００および冷媒流路２０よりも外径側に複数配置される締結部材としての外径側ボルト１０１によりハウジング１２に取り付けられている。各内径側ボルト１００および各外径側ボルト１０１は、駆動軸１５の周方向において等間隔をおいて配置されている。

図６においては、ボルト１００，１０１の締結に伴いＦ１０，Ｆ１１で示す力でハウジングを引っ張って力Ｆ１２，Ｆ１３で押し付けることによりシールする。冷媒流路２０は片側が開口する構造となっており、メタルガスケット３０の面圧を確保してシール性を確保するため、ハウジング１２の端面における冷媒流路２０の内径側と外径側にそれぞれボルト穴を配設する必要があるとともにボルト締結用のボス部の配置のため体格が大きくなってしまう。詳しくは、図６において、内径側ボルト１００の締結用のボス部が、径方向に厚さｔ１だけ、軸方向に長さＬ１だけ張り出している。図６において、外径側ボルト１０１の締結用のボス部が、径方向に厚さｔ２だけ、軸方向に長さＬ２だけ張り出している。

本実施形態では、図１に示すように冷媒流路２０の径方向中央部かつ軸方向奥側にボルト穴４８を配置しボルト４１〜４６を螺入する。図１においてＦ１で示す力でハウジング１２を引っ張ることで力Ｆ２，Ｆ３の両方同時に押し付けることによりシールする。これによりメタルガスケット３０の面圧を確保してシール性が確保される。つまり、ハウジング１２における冷媒流路２０での反開口側の内径側と外径側が連結されている部分、即ち冷媒流路２０の底面（底部４７）にボルト穴４８を配設することでハウジング１２における冷媒流路２０の内径側と外径側に均等にボルト軸力が伝達され、フロントプレート１３のシール面圧が確保される。

図１において、シール性能を確保しながら、ボルト本数の半減できる。詳しくは、図６の場合には外径側ボルト１０１が例えば７本、内径側ボルト１００が例えば７本の計１４本必要であるが、図１，２の場合にはボルトは６本でよい。つまり、図６におけるハウジング１２の端面における冷媒流路２０の内径側と外径側に、それぞれ、ボルト穴を配設する必要がなくなる。これにより、図６でのボルト１００，１０１の締結用のボス部における軸方向への張り出し部分の長さＬ１，Ｌ２分を不要にでき、軸方向の小型化が図られる。また、図６でのボルト１００，１０１の締結用のボス部における径方向への張り出し部分の厚さｔ１，ｔ２分を不要にでき、径方向の小型化が図られる。さらに、締結部材としてのボルトの数を減らすことができる。

またハウジング強度として、締結部材としてのボルトも強度部材として機能するので、従来構造に比べて内壁面２０ａ，２０ｂ等を従来より薄くすることができる。
上記実施形態によれば、以下のような効果を得ることができる。

（１）モータ１１の構成として、ハウジング１２とフロントプレート１３とロータ１７とステータ１６を備える。さらに、フロントプレート１３とハウジング１２の冷媒流路２０の底部４７とに軸力を発生させてハウジング１２の端面における冷媒流路２０の外径側および内径側とフロントプレート１３とのシール面に面圧を発生させるボルト４１，４２，４３，４４，４５，４６を備えた。よって、軸方向の小型化を図るとともに締結部材の数を減らすことができる。また、径方向にも小型化することができる。

（２）ボルト４１，４２，４３，４４，４５，４６が冷媒流路２０内に配置されている。よって、径方向の小型化を図ることができる。
（３）締結部材は、ボルト４１，４２，４３，４４，４５，４６であるので、軸力がかけやすい。

実施形態は前記に限定されるものではなく、例えば、次のように具体化してもよい。
・図３に代わる図４に示すように冷媒流路２０での周方向における冷媒入口２０ｃと冷媒出口２０ｄの間の短い方に冷媒の仕切部材を兼ねるボルト４９を通してもよい。つまり、ボルト４９が冷媒流路２０における冷媒入口２０ｃと冷媒出口２０ｄとの間に形成された仕切部分に配置されていてもよい。なお、この場合他のボルトの部分よりも流路面積を小さくするように内壁面２０ａ，２０ｂや底部４７の形状を変えると良い。図２では仕切部２３により剛性が変わるが、図４のように仕切りをボルト４９で構成することにより剛性の均一化を図ることができる。このようにして、ボルト４９は、冷媒流路２０における冷媒入口２０ｃと冷媒出口２０ｄとの間に形成される仕切部分に配置することによって、仕切部をダイカストのみで形成する場合よりも強度の均一化を図ることができる。

・図１に代わり図５に示すように冷媒流路２０の外径側をボルト５１が通っており、冷媒流路２０の反開口側に配設されたボス部５０に形成したボルト穴５２にボルト５１を螺入してフロントプレート１３を締結固定してもよい。即ち、冷媒流路２０の底部５３に対し外径側に突出するボス部５０を設け、ボルト５１を、フロントプレート１３を貫通してボス部５０のボルト穴５２に螺入して締結固定してもよい。

このように、締結部材としてのボルト５１が冷媒流路２０外に配置されている構成としてもよい。この場合、ボルト５１の腐食が生じにくくなるとともに、冷媒の流れにおいて圧力損失を低減できる。具体的には、冷媒流路２０の径方向中央部にボルトを配置することで冷媒流路２０に冷媒が流れるときの圧力損失に余裕がない時、例えばポンプ能力が小さい時に有用である。また、図６でのボルト１００，１０１の締結用のボス部における軸方向への張り出し部分の長さＬ１，Ｌ２分を不要にでき、軸方向に小型化できる。さらに、フロントプレート１３でのボルト５１が通る孔周辺のシールが不要になる。

・ハウジング１２の冷媒流路２０は、軸方向の一方の端面、即ち、片面に開口していたが、両面に開口していてもよい。要は、ハウジング１２は、少なくとも軸方向の一方の端面において周方向に沿って開口する冷媒流路（２０）を有する構成であればよい。

・締結部材はボルトに限ることなく、例えばリベットでもよい。

１１…モータ、１２…ハウジング、１３…フロントプレート、１６…ステータ、１７…ロータ、２０…冷媒流路、２０ｃ…冷媒入口、２０ｄ…冷媒出口、３０…メタルガスケット、４１…ボルト、４２…ボルト、４３…ボルト、４４…ボルト、４５…ボルト、４６…ボルト、４７…底部、４９…ボルト、５１…ボルト、５３…底部。

Claims (5)

1. ダイカストにより円筒状に形成され、少なくとも軸方向の一方の端面において周方向に沿って開口する冷媒流路を有するハウジングと、
   前記ハウジングにおける冷媒流路の開口部をシール部材を介して塞ぐ蓋部材と、
   前記ハウジング内において回転可能に支持されたロータと、
   前記ハウジング内において固定されたステータと、
   前記蓋部材と前記ハウジングの前記冷媒流路の底部とに軸力を発生させて前記ハウジングの端面における前記冷媒流路の外径側および内径側と前記蓋部材とのシール面に面圧を発生させる締結部材と、
   を備えたことを特徴とする回転電機。
2. 前記締結部材が前記冷媒流路内に配置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。
3. 前記締結部材が前記冷媒流路における冷媒入口と冷媒出口との間に形成される仕切部分に配置されていることを特徴とする請求項２に記載の回転電機。
4. 前記締結部材が前記冷媒流路外に配置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。
5. 前記締結部材は、ボルトであることを特徴とする請求項１〜４のいずれか１項に記載の回転電機。