JP6696399B2 - 補強部材の取付構造 - Google Patents

Description

本発明は、金属製の補強部材の取付構造に関する。

電気自動車、ハイブリッド車両等の車両では、車両の駆動用の電動モータが搭載される。また、車両によっては発電機が搭載される。このような電動モータまたは発電機である回転電機はケースに収容される。また、回転電機は、ステータと、その内側に配置したロータとを含み、ケースに固定されてステータを形成するステータコアは、複数の円環状の鋼板を積層して構成する場合がある。ステータコアは、内方に向かって伸びる複数のティースを含み、複数のティースにステータコイルが巻回される。

このような構成では、使用時にステータコアにおける鋼板の積層方向の振動が大きくなると、ステータコイルに接続された動力線が振動して、動力線とステータコイルとの接続部の耐久性が低下する等の不都合を生じるおそれがある。特許文献１に記載された構成では、ステータコアの鋼板の積層方向における振動を抑制するために、ケースに補強部材をねじ止めによって取り付けて、ステータコアの軸方向端面を積層方向に押し付けている。

特開２０１６−１４４２１９号公報

特許文献１に記載された構成において、補強部材を剛性の高い金属製とする場合には、回転電機の性能低下を抑制する面から、補強部材をできる限りコイルエンドから離して絶縁距離を大きくすることが望まれる。このために、作業者が手作業で治具を用いて絶縁距離を大きくするように微調整を行いながら補強部材の取付を行うことが考えられるが、ケース内での作業空間は狭く、その微調整は困難である。

本発明の目的は、補強部材の取付構造において、補強部材とコイルエンドとの絶縁距離を大きくした状態で補強部材をケースに取り付ける作業の作業性を向上することである。

本発明に係る補強部材の取付構造は、円環状の鋼板が積層されて構成されるステータコアと、前記ステータコアから内方に向かって伸びる複数のティースに巻回されたステータコイルと、前記ステータコアの外方に設けられるケースと、を含む回転電機において、前記ステータコイルにおいて前記ステータコアから軸方向に突出するコイルエンドと、その半径方向外側に位置する前記ケースの内壁との間に配置され、前記ステータコアの軸方向端面を前記鋼板の積層方向に押し付ける金属製の補強部材の取付構造であって、前記補強部材は、前記半径方向において前記コイルエンドから離れる方向に向かって厚くなることによる補強部材側斜面を有し、前記補強部材側斜面にワッシャが押し付けられた状態で軸方向に伸びるボルトによって前記ケースに取り付けられ、前記ワッシャは、前記ボルトを貫通させる貫通孔を有するとともに、前記半径方向において前記コイルエンドから離れる方向に向かって薄くなることによる、前記補強部材側斜面に対応したワッシャ側斜面を有し、前記ワッシャ側斜面が前記補強部材側斜面に面接触し、前記補強部材は、前記ボルトのねじ部の最大直径より大きい直径の貫通孔を有し、前記ボルトは、前記ワッシャの貫通孔と前記補強部材の貫通孔とを貫通して前記ケースに結合される。

本発明に係る補強部材の取付構造によれば、ボルトをケースに結合してワッシャを補強部材に軸方向に押し付けることにより、ワッシャと補強部材との斜面同士が摺動し、補強部材が自動的にコイルエンドから離れる方向に移動する。これにより、補強部材とコイルエンドとの絶縁距離を大きくした状態で補強部材をケースに取り付ける作業の作業性を向上できる。

実施形態の補強部材である第１補強部材の取付構造を含む回転電機の一部を切断し、かつ回転電機の一部を省略して示す斜視図である。 図１Ａからケースを取り除いて要部を示す斜視図である。 回転電機の全体構成を示している図１ＡのＡ−Ａ断面相当図である。 図１Ａに示した第１補強部材を取り出して示す図である。 第１補強部材を図３のＢ−Ｂ断面で切断して示している斜視図である。 図１Ａに示した第２補強部材を取り出して示す図である。 第１補強部材の取付構造において、ボルトの締結直前の状態を示している図２のＤ部拡大相当図である。 図６において、ボルトを完全に締め付けた後の状態を示している図である。

以下、図面を用いて本発明の実施形態を説明する。以下で説明する形状、材料、及び個数は、説明のための例示であって、補強部材の取付構造を含む回転電機の仕様に応じて適宜変更することができる。以下ではすべての図面において同等の要素には同一の符号を付して説明する。また、本文中の説明においては、必要に応じてそれ以前に述べた符号を用いるものとする。

図１Ａは、実施形態の補強部材である第１補強部材３１の取付構造３０を含む回転電機１０の一部を切断し、かつ回転電機１０の一部を省略して示す斜視図である。図１Ｂは、図１Ａからケースを取り除いて要部を示す斜視図である。図２は、回転電機１０の全体構成を示している図１ＡのＡ−Ａ断面相当図である。

第１補強部材３１の取付構造３０は、回転電機のケース２０に第１補強部材３１を取り付ける構造である。第１補強部材３１は、回転電機１０のステータ１２を構成するステータコア１３の軸方向一端面１３ａを、ステータコア１３の鋼板の積層方向である軸方向（図１Ａ、図１Ｂ、図２の上下方向）に押し付けるために用いられる。一方、ステータ１２の軸方向において、取付構造３０と反対側では、取付構造４０によって、第２補強部材４１をケース２０に取り付ける。第２補強部材４１は、ステータコア１３の軸方向他端面１３ｂを、軸方向に押し付けるために用いられる。図２を用いて回転電機１０を説明する。

回転電機１０は、例えば３相交流電流で駆動する磁石付の同期電動機である。例えば、回転電機１０は、ハイブリッド車両を駆動するモータとして、または、発電機として、または、その両方の機能を有するモータジェネレータとして用いられる。

回転電機１０は、ステータ１２の径方向内側にロータ１６を対向配置することにより形成される。ロータ１６は、例えば円筒状のロータコア１７の周方向複数位置に磁石（図示せず）を配置することにより形成される。

ロータコア１７の中心部に形成された軸孔（図示せず）に回転軸１８が挿入されて固定されるとともに、回転軸１８の両端部がケース２０に対し軸受２４により回転可能に支持される。

ステータ１２は、ケース２０の内側に固定されたステータコア１３と、ステータコイル１５とを含む。ステータコア１３は、複数の円環状の鋼板（電磁鋼板）が軸方向に積層されて、カシメ等により一体に連結されて円筒状に構成される。ステータコア１３は、内方に向かって伸びる複数のティース１３ｃと、外周面の周方向に離れた等間隔の複数位置（図１Ａの例では３つの位置）において半径方向外側に突出形成された軸方向に長いコア側突部１４とを含む。各コア側突部１４には軸方向に貫通する貫通孔１４ａが形成される。各コア側突部１４は、貫通孔１４ａに貫通されたボルト３２によって、ケース２０にステータコア１３を固定するために用いられる。ここで、「周方向」とはステータ１２の中心軸Ｏを中心とする円周方向をいい、「半径方向」とはステータ１２の中心軸Ｏに対し直交するステータ１２の半径方向をいい、「軸方向」とはステータ１２の軸方向をいう。

ステータコイル１５は、ステータコア１３の複数のティース１３ｃに、例えば集中巻きまたは分布巻きによって巻回される。さらに、ステータコイル１５は、ステータコア１３の軸方向両端面から軸方向に突出するコイルエンド１５ａを含む。ステータコイル１５は、３相に分かれてそれぞれの相のコイルが動力線（図示せず）を介して、端子台（図示せず）の中継端子に接続される。端子台は、ケース２０に固定される。ステータコイル１５へは、中継端子を介して電源側の駆動回路（図示せず）から３相の交流電流が供給される。これによって、ステータ１２に回転磁界が発生して、ステータ１２とロータ１６との磁気的相互作用によって、回転電機１０が駆動する。

ステータ１２及びロータ１６は、ステータコア１３の外方に設けられるケース２０に収容される。ケース２０の軸方向一端には、ケース２０の開口部を閉塞する蓋部材２２（図２）が取り付けられる。また、ケース２０の内壁面には、ステータコアのコア側突部１４をボルト３２で固定するためのケース側突部２１ａ（図２）が形成される。図１Ａに示す例では、ステータコア１３には、外周面の周方向に離れた等間隔の３つの位置にコア側突部１４が形成される。このため、コア側突部１４に対応して、ケース側突部２１ａもケース２０の内壁面の等間隔の３つの位置に形成される。また、３つのケース側突部２１ａのうち、２つのケース側突部２１ａは、後述する第１補強部材３１の両端部の固定用としても用いられる。

一方、ケース２０の内壁面で３つのケース側突部２１ａと周方向に離れた別の位置、具体的には、３つのケース側突部２１ａのうち、第１補強部材３１の両端部が固定される２つのケース側突部２１ａの間の中間位置には第２ケース側突部２１ｂが形成される。第２ケース側突部２１ｂには、後述する第２補強部材４１がボルト４２（図１Ａ）によって固定される。なお、コア側突部１４は、ステータコア１３から半径方向外側に向けて突出する部分である。

このような回転電機１０において、図１Ａに示すように、ステータコア１３の軸方向一端面１３ａは、金属製の第１補強部材３１によって鋼板の積層方向に押し付けられる。また、ステータコアの軸方向他端面１３ｂは、金属製の第２補強部材４１によって鋼板の積層方向に押し付けられる。これによって、後述のように鋼板の積層方向の振動が抑制される。なお、第１補強部材３１は、円弧状の部材であって、両端がボルト３２によりステータコア１３の軸方向一端面１３ａの外周部分の上、具体的には２つのケース側突部２１ａの上に位置する２つのコア側突部１４の上に固定される。この例では、周方向に等間隔で３つのボルト３２が設けられており、第１補強部材３１は２つのボルト３２によって固定されているため、第１補強部材３１は、１２０°を若干上回る範囲に渡って配置されている。

図３は、図１Ａに示した第１補強部材３１を取り出して示す図である。図４は、第１補強部材３１を図３のＢ−Ｂ断面で切断して示している斜視図である。第１補強部材３１は、金属により円弧状に形成され、両端部において中間部の円弧形部３１ａよりも半径方向の幅が広がった取付部３１ｂが形成される。取付部３１ｂには貫通孔３１ｃが形成される。図４に示すように、第１補強部材３１は、ボルト３２によってケース２０に取り付けられる両端部分において、半径方向外側に向かうほど厚みが大きくなっている。これにより、第１補強部材３１は、軸方向一端（図４の下端）において、軸方向に対し直交する平面上に位置する押し付け面３１ｄを有する。押し付け面３１ｄは、ステータコア１３の軸方向一端面１３ａ（図１Ａ、図１Ｂ、図２）に押し付けられる。さらに、第１補強部材３１は、軸方向他端（図４の上端）において、押し付け面３１ｄに対し傾斜した補強部材側斜面３１ｅを有する。

第１補強部材３１の両端の取付部３１ｂの貫通孔３１ｃには、第１補強部材３１をケース２０に結合するための、軸方向に伸びるボルト３２（図２）が貫通される。図２に示すように、ボルト３２は、ワッシャ３３、第１補強部材３１、ステータコア１３のコア側突部１４（図１Ａ、図２）を貫通し、下端のねじ部３２ａがケース側突部２１ａに形成されたねじ孔２１ｃに結合される。このとき、ボルト３２の頭部３２ｂは、ワッシャ３３を介して第１補強部材３１を、コア側突部１４に軸方向に押し付ける。また、後述の図６、図７に示すように、ワッシャ３３は、第１補強部材３１の補強部材側斜面３１ｅに対応したワッシャ側斜面３３ａを有し、斜面３１ｅ、３３ａ同士が軸方向に押し付け合う。この押し付け合いにより、ワッシャ３３及び第１補強部材３１は、半径方向において離れる方向に移動する。これについては後で詳しく説明する。

また、第１補強部材３１は、両端部がコア側突部１４を介してケース２０に結合された状態で、中間部の円弧形部３１ａがステータコア１３の外周部のうち、２つのコア側突部１４の間領域を、ステータコア１３の鋼板の積層方向に押し付ける。この状態で、図１Ａ、図２に示すように、第１補強部材３１は、ステータコイル１５のコイルエンド１５ａと、その半径方向外側に位置するケース２０の内壁との間に配置される。コイルエンド１５ａは、ステータコア１３から軸方向に突出するものであるが、図１Ａでは斜格子部によってコイルエンド１５ａを模式的に示している。また、図１Ｂでは、ステータコイル１５の図示を省略している。

図５は、図１Ａに示した第２補強部材４１を取り出して示す図である。第２補強部材４１は、金属により長尺な板状に形成され、長手方向一端（図５の左端）に向かうほど幅が広がっている。第２補強部材４１の厚み方向（軸方向）両側面は平行である。第２補強部材４１の長手方向一端部には貫通孔４１ａが形成される。第２補強部材４１は、軸方向一端（図５の表側端）に、ステータコア１３の軸方向他端面１３ｂ（図１Ａ、図２）に押し付けられる押し付け面４１ｂを有する。

第２補強部材４１の貫通孔４１ａには、第２補強部材４１をケース２０に結合するためのボルト４２が貫通される。このボルト４２のねじ部は、ワッシャ４３、第２補強部材４１を介して第２ケース側突部２１ｂに形成されたねじ孔（図示せず）に結合される。第２ケース側突部２１ｂは、第２補強部材４１の長手方向のほぼ全長にわたって半径方向外側端部とほぼ軸方向に重なるように、周方向に伸びている。なお、第２補強部材４１の長手方向他端（図５の右端）には貫通孔４１ａより小さい第２貫通孔４１ｃが形成される。第２貫通孔４１ｃは、例えば第２ケース側突部２１ｂに軸方向に突出するように固定されたピンまたは軸方向の突部が挿通されて、第２補強部材４１のボルト４２を中心とした回転を防止するために用いることができる。

また、第２補強部材４１は、長手方向一端部が第２ケース側突部２１ｂに結合された状態で、半径方向内側端部（図５の上端部）がステータコア１３の軸方向他端面１３ｂのうち、第１補強部材３１と軸方向に重なる部分を、鋼板の積層方向に押し付ける。これによって、ステータコア１３の周方向の一部は、第１補強部材３１と第２補強部材４１とで軸方向に挟まれて、ステータコア１３の鋼板の振動が抑制される。このため、ステータコイル１５に接続された動力線の振動及び異音の発生を抑制できる。また、動力線の耐久性の向上を図れる。さらに、ステータコア１３の軸方向一端面１３ａ及び軸方向他端面１３ｂのそれぞれ全周にわたって補強部材を設ける場合と異なり、回転電機の軽量化を図れる。この状態で、第２補強部材４１は、コイルエンド１５ａと、その半径方向外側に位置するケース２０の内壁との間に配置される。

また、第１補強部材３１が金属製であるので、剛性及び強度を高くできる。また、第１補強部材３１を樹脂製とする場合と異なり、ボルトの締め付けによって第１補強部材３１がへたることを防止できるので、ボルトの緩みを防止できる。

一方、第１補強部材３１は金属製であるので、コイルエンド１５ａに近づいて配置されると、コイルエンド１５ａとの絶縁距離が小さくなり、回転電機１０の性能向上を妨げる原因となる。実施形態では、このような不都合を防止するために、上記のように第１補強部材３１に補強部材側斜面３１ｅを形成し、ワッシャ３３（図７）のワッシャ側斜面３３ａとの押し付け合いにより絶縁距離を大きくした状態で第１補強部材３１をケースに取り付ける。

図６は、第１補強部材３１の取付構造３０において、ボルト３２の締結直前の状態を示している図２のＤ部拡大相当図である。図７は、図６において、ボルト３２を完全に締め付けた後の状態を示している図である。

第１補強部材３１がボルト３２によってケース２０（図１Ａ、図２）に取り付けられた状態で、第１補強部材３１の補強部材側斜面３１ｅは、半径方向においてコイルエンド１５ａから離れる方向（図６、図７の左側）に向かって厚くなることによる斜面となる。また、補強部材側斜面３１ｅにワッシャ３３が押し付けられた状態で、ボルト３２は軸方向に伸びている。さらに、ワッシャ３３は、ボルト３２を貫通させる貫通孔３３ｂを有する。これとともに、ワッシャ３３は、半径方向においてコイルエンド１５ａから離れる方向に向かって薄くなることによる、補強部材側斜面３１ｅに対応したワッシャ側斜面３３ａを有する。そして、ワッシャ側斜面３３ａが補強部材側斜面３１ｅに面接触する。ワッシャ側斜面３３ａと軸方向に対し直交する平面との間でなす角度θ１は、補強部材側斜面３１ｅと軸方向に対し直交する平面との間でなす角度θ２と、ほぼ同じである。

第１補強部材３１は、ボルト３２のねじ部３２ａの最大直径より大きい直径の貫通孔３１ｃを有する。ワッシャ３３は、ボルト３２のねじ部３２ａの最大直径より大きい直径の貫通孔３３ｂを有する。そして、ボルト３２は、ワッシャ３３の貫通孔３３ｂと第１補強部材３１の貫通孔３１ｃとを貫通してケース２０に結合される。

これにより、図７に示すように、ボルト３２をケース２０（図１Ａ、図２）に結合してワッシャ３３を第１補強部材３１に軸方向に押し付けることにより、ワッシャ３３と第１補強部材３１との斜面３３ａ、３１ｅ同士が摺動する。そして、第１補強部材３１が、自動的にコイルエンド１５ａから離れる方向である、ケース内壁側に移動する。これにより、第１補強部材３１とコイルエンド１５ａとの絶縁距離を大きくできる。また、このようにボルト３２をケース２０に結合する際に作業者が手作業で第１補強部材３１をコイルエンド１５ａから大きく離すように微調整を行う必要がない。このため、第１補強部材３１とコイルエンド１５ａとの絶縁距離を大きくした状態で第１補強部材３１をケース２０に取り付ける作業の作業性を向上できる。さらに、ボルトの締付によって第１補強部材３１がコイルエンド１５ａ側に寄ることを考慮しなくてよいので、設計時に第１補強部材３１のコイルエンド側の隙間を広げることを考慮しなくて済み、設計作業の容易化を図れる。また、ワッシャ３３とボルト３２とが片当たりすることがなく、ボルト３２の締付力の低下を抑制できる。

なお、上記では、第２補強部材４１にはワッシャと接触する面を軸方向に対し傾斜しない平面状としている。一方、第２補強部材４１の取付構造４０において、ボルト４２をケース２０に対し図１Ａとは反対側から結合し、第１補強部材３１の取付構造３０と同様に、第２補強部材４１とワッシャ４３とに、軸方向に対し傾斜した斜面を形成することもできる。この場合には、ボルト４２をケース２０に結合した状態で、ワッシャ４３を第２補強部材４１に軸方向に押し付けて面接触させることにより、ワッシャ４３と第２補強部材４１との斜面同士を摺動させる。これにより、ボルト４２の結合によって、第２補強部材４１を自動的にコイルエンド１５ａから離れる方向に移動させることができる。その場合には、第２補強部材４１とコイルエンド１５ａとの絶縁距離を大きくした状態で第２補強部材４１をケース２０に取り付ける作業の作業性を向上できる。また、ワッシャ３３の貫通孔３３ｂはボルト３２の径と同様にして、ワッシャ３３はボルト３２を締めるときに移動できなくてもよい。この場合も、ワッシャ側斜面３３ａが補強部材側斜面３１ｅを押圧することで、第１補強部材３１が外方側に移動する。

また、ケース２０の軸方向他端の底部において断面が円弧形のリブ状の補強部を立設させ、その補強部に第２補強部材４１を固定することもできる。また、その補強部を直接にステータコアの軸方向他端面に押し付けて、補強部と第１補強部材３１とでステータコアの鋼板の周方向一部を、積層方向に押し付け合う構成とすることもできる。この場合には第２補強部材４１を省略できる。また、図１Ａの構成において、第２ケース側突部２１ｂの上側面に第２補強部材４１を介さず直接にステータコアの軸方向他端面の周方向一部を押し付けることにより、第２補強部材を省略することもできる。

１０ 回転電機、１２ ステータ、１３ ステータコア、１３ａ 軸方向一端面、１３ｂ 軸方向他端面、１３ｃ ティース、１４ コア側突部、１４ａ 貫通孔、１５ ステータコイル、１５ａ コイルエンド、１６ ロータ、１７ ロータコア、１８ 回転軸、２０ ケース、２１ａ ケース側突部、２１ｂ 第２ケース側突部、２１ｃ ねじ孔、２２ 蓋部材、２４ 軸受、３０ 取付構造、３１ 第１補強部材、３１ａ 円弧形部、３１ｂ 取付部、３１ｃ 貫通孔、３１ｄ 押し付け面、３１ｅ 補強部材側斜面、３２ ボルト、３２ａ ねじ部、３２ｂ 頭部、３３ ワッシャ、３３ａ ワッシャ側斜面、３３ｂ 貫通孔、４０ 取付構造、４１ 第２補強部材、４１ａ 貫通孔、４１ｂ 押し付け面、４１ｃ 第２貫通孔、４２ ボルト、４３ ワッシャ。

Claims (1)

1. 円環状の鋼板が積層されて構成されるステータコアと、前記ステータコアから内方に向かって伸びる複数のティースに巻回されたステータコイルと、前記ステータコアの外方に設けられるケースと、を含む回転電機において、前記ステータコイルにおいて前記ステータコアから軸方向に突出するコイルエンドと、その半径方向外側に位置する前記ケースの内壁との間に配置され、前記ステータコアの軸方向端面を前記鋼板の積層方向に押し付ける金属製の補強部材の取付構造であって、
   前記補強部材は、前記半径方向において前記コイルエンドから離れる方向に向かって厚くなることによる補強部材側斜面を有し、前記補強部材側斜面にワッシャが押し付けられた状態で軸方向に伸びるボルトによって前記ケースに取り付けられ、
   前記ワッシャは、前記ボルトを貫通させる貫通孔を有するとともに、前記半径方向において前記コイルエンドから離れる方向に向かって薄くなることによる、前記補強部材側斜面に対応したワッシャ側斜面を有し、前記ワッシャ側斜面が前記補強部材側斜面に面接触し、
   前記補強部材は、前記ボルトのねじ部の最大直径より大きい直径の貫通孔を有し、
   前記ボルトは、前記ワッシャの貫通孔と前記補強部材の貫通孔とを貫通して前記ケースに結合される、補強部材の取付構造。

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