JP7809000B2 - 回転電機 - Google Patents

Description

本発明は、回転電機に関する。

ロータとステータを有するモータを備えた回転電機が知られている。例えば、特許文献１には、ステータを樹脂モールドしたモータが開示されている。

特開２０１３－０７６４０７号公報

回転電機において、樹脂製のモータボディを用いた場合、ステータアッシーの発熱は熱伝導性の劣る樹脂材料を介した熱伝達により外気へ放熱しており、放熱量不足により性能低下の要因となり得る。一方で、樹脂製ケース自体を熱伝導性の高い特殊樹脂とすることも考えられるが、コスト面などの新たな課題が生じる。

本発明は、以上のような点を考慮してなされたもので、放熱性の高い回転電機を提供することを目的とする。

本発明の回転電機の一つの態様は、軸方向に延びる回転シャフト、前記回転シャフトの周面に固定されたロータおよび前記ロータの周囲に配置された環状のステータを有するモータユニットと、軸方向一方側が開口し、前記モータユニットを収容した樹脂製の筒状ケースと、前記筒状ケースの開口部を塞ぐ金属製の蓋体と、前記筒状ケースの内壁に固定され、前記ステータを囲んで前記ステータに接触して支持する金属製のモータハウジングと、を備え、前記モータハウジングは、軸方向一方側に位置し径方向に延びるフランジ部を有し、前記フランジ部は、前記蓋体に対して熱的に面接触している。

本発明の一つの態様によれば、放熱性の高い回転電機を提供することができる。

図１は、本実施形態の回転電機を示す断面図である。 図２は、本実施形態の筒状ケースを示す斜視図である。 図３は、本実施形態のモータハウジングを示す斜視図である。 図４は、本実施形態のフランジ部周辺の部分拡大図である。 図５は、本実施形態の蓋体を示す平面図である。 図６は、本実施形態の回転電機の変形例を示す断面図である。

以下、図面を参照しながら、本発明の実施形態に係る回転電機について説明する。なお、本発明の範囲は、以下の実施の形態に限定されず、本発明の技術的思想の範囲内で任意に変更可能である。また、以下の図面においては、各構成をわかりやすくするために、実際の構造と各構造における縮尺や数等を異ならせる場合がある。

各図には、以下に説明する実施形態の回転電機における中心軸Ｊを仮想的に示している。
以下の説明においては、中心軸Ｊの軸方向を単に「軸方向」と呼ぶ。中心軸Ｊを中心とする径方向を単に「径方向」と呼ぶ。中心軸Ｊを中心とする周方向を単に「周方向」と呼ぶ。各図に示すＺ軸は、中心軸Ｊが延びる方向を示している。以下の説明においては、軸方向のうちＺ軸の矢印が向く側（＋Ｚ側）を「上側」と呼び、軸方向のうちＺ軸の矢印が向く側と逆側（－Ｚ側）を「下側」と呼ぶ。

本実施形態において、下側は「軸方向一方側」に相当し、上側は「軸方向他方側」に相当する。なお、上側および下側とは、単に各部の相対位置関係を説明するための名称であり、実際の配置関係等は、これらの名称で示される配置関係等以外の配置関係等であってもよい。また、図１では、説明のために、中心軸Ｊを挟んだ左右両側のそれぞれにおいて異なる周方向位置の断面を示している。

図１に示すように、回転電機１００は、モータユニット１と、筒状ケース１０と、蓋体２０と、モータハウジング３０と、を備える。
モータユニット１は、回転シャフト４０と、ロータ５０と、ステータ７０と、制御基板８０と、を備える。

回転シャフト４０は、中心軸Ｊを中心として軸方向に延びる円柱状である。回転シャフト４０は、ベアリング５ａ，５ｂによって中心軸Ｊ回りに回転可能に支持されている。ロータ５０は、中心軸Ｊを中心として回転可能である。ロータ５０は回転シャフト４０の周面に固定されている。ロータ５０は、ロータコア５１と、マグネット５２と、を有する。ロータコア５１は、中心軸Ｊを囲む環状である。ロータコア５１の径方向内側には回転シャフト４０が軸方向に通されている。マグネット５２は、ロータコア５１に固定されている。図示は省略するがマグネット５２は、例えば、周方向に間隔を空けて複数設けられている。

ステータ７０は、ロータ５０の径方向外側に位置する。ステータ７０は、ロータ５０の周囲に配置される。ステータ７０は、ロータ５０を囲む環状である。ステータ７０は、ステータコア７１と、ステータコア７１に取り付けられたインシュレータ７２と、インシュレータ７２を介してステータコア７１に取り付けられた複数のコイル７３と、を有する。

ステータコア７１は、ロータコア５１を囲んでいる。ステータコア７１は、ロータコア５１を囲む円環状のコアバック７１ａと、図示は省略するが、コアバック７１ａから径方向内側に延びる複数のティースと、を有する。複数のティースは、周方向に沿って並んで配置されている。コアバック７１ａのうち上側の端部を除いた部分は、モータハウジング３０の後述する第１周壁部３２内に圧入されて固定されている。これにより、ステータ７０は、モータハウジング３０に固定されている。複数のティースの径方向内側の端部は、ロータ５０の外周面と僅かな隙間を介して対向している。つまり、本実施形態においてステータ７０は、ロータ５０の外周面と非接触の状態で配置されている。インシュレータ７２およびコイル７３は、ステータコア７１から軸方向両側に突出している。

制御基板８０は、ロータ５０およびステータ７０の上側に配置される。詳細は後述するが、制御基板８０は、蓋体２０に熱的に面接触している。制御基板８０は、嵌合突起１４ｃ（詳細は後述）に嵌合することで筒状ケース１０に位置決めされる。制御基板８０には、図１に示すように、複数の端子８３の一端部が接続されている。図示は省略するが、複数の端子８３の他端部は、コネクタ部１９に設けられている。コネクタ部１９に図示しない外部電源が接続されることで、当該外部電源の電力が、端子８３から制御基板８０に供給される。図示は省略するが、制御基板８０は、コイル７３と電気的に接続されている。図示しない外部電源から制御基板８０に供給された電力は、コイル７３に供給される。

筒状ケース１０は、蓋体２０の下側に位置する。筒状ケース１０は、上側が開口する筒状である。本実施形態において筒状ケース１０は、樹脂製である。図２に示すように、筒状ケース１０は、底壁部１１と、外周壁１２と、リブ壁１２ｂと、内壁１４と、コネクタ部１９と、を有する。底壁部１１は、中心軸Ｊを囲む円環状である。底壁部１１は、ステータ７０の下側に位置する。

外周壁１２は、底壁部１１の縁部から上側に延びる円筒状である。外周壁１２の上面は、蓋体２０が接合される接合面である。外周壁１２の上面は、溝部１２ａを有する。溝部１２ａは全周に亘って設けられている。図示は省略するが、溝部１２ａには、シール材が設けられる。外周壁１２は、突壁１３を有する。突壁１３は、外周壁１２の径方向外側に突出する。突壁１３は、周方向に間隔をあけて複数（図２では６個）配置されている。突壁１３は、上側に開口する空洞１３ａを有する。空洞１３ａは、軸方向に延びている。溝部１２ａにシール材が設けられた状態で蓋体２０を介して空洞１３ａに上側からタッピンねじ１３ｂ（図１参照）をねじ込むことで、筒状ケース１０と蓋体２０をシールした状態で固定できる。外周壁１２には、コネクタ部１９が設けられている。

リブ壁１２ｂは、外周壁１２から径方向内側に突出する。リブ壁１２ｂは、底壁部１１から上側に延びる。リブ壁１２ｂは、周方向に間隔をあけて複数（図２では６個）配置されている。リブ壁１２ｂの上面は、外周壁１２の上面よりも下側に位置する。

内壁１４は、底壁部１１から上側に突出している。より詳細には、内壁１４は、底壁部１１の径方向外周縁部から上側に突出している。内壁１４は、中心軸Ｊを囲む円環状である。図１に示すように、内壁１４は、ステータ７０の径方向外側に位置する。内壁１４は、ステータ７０を径方向外側から囲んでいる。内壁１４は、外周壁１２よりも径方向内側に位置する。内壁１４の上面は、外周壁１２の上面よりも下側に位置する。

径方向で外周壁１２と内壁１４との間には、嵌合突起１４ｃが設けられている。嵌合突起１４ｃは、周方向に間隔をあけて複数（図２では６個）配置されている。嵌合突起１４ｃは、上側に突出する。嵌合突起１４ｃは、径方向に延びるリブ１４ｄにより外周壁１２と内壁１４とに繋がっている。リブ１４ｄは、底壁部１１から上側に突出している。図示は省略するが、嵌合突起１４ｃは、制御基板８０の貫通孔に嵌合することで、制御基板８０を位置決めする。

モータハウジング３０は、金属製である。モータハウジング３０を構成する材料は、例えば、鉄、アルミニウム、銅等の放熱性を有する部材である。モータハウジング３０は、例えば、板金部材にプレス加工を施すことによって作られている。つまり、本実施形態においてモータハウジング３０は、プレス加工品である。モータハウジング３０は、筒状ケース１０の上側に固定されている。モータハウジング３０は、底板部３１と、第１周壁部３２と、段部３３と、第２周壁部３４と、フランジ部３５と、を有する。

底板部３１は、中心軸Ｊを中心とする円環状である。底板部３１は、タッピンねじ、コネジ、ボルト等の締結部材３１ａ（図１参照）をねじ込むことで、筒状ケース１０の底壁部１１に固定される。第１周壁部３２は、底板部３１の外縁から上側に延びる。第１周壁部３２は円筒状である。第１周壁部３２における上側の端部は、内壁１４の上面よりも上側に位置する。第１周壁部３２は、筒状ケース１０の内壁１４に圧入されて固定されている。第１周壁部３２は、径方向外側からステータ７０を囲んでいる。第１周壁部３２は、ステータ７０におけるステータコア７１に径方向外側から接触して支持する。

第１周壁部３２がステータ７０におけるステータコア７１に径方向外側から接触して支持することで、ステータ７０におけるコイル７３で生じた熱は、第１周壁部３２に伝達されて放熱される。

段部３３、第２周壁部３４およびフランジ部３５は、周方向に間隔をあけて複数（図２では６個ずつ）配置されている。段部３３、第２周壁部３４およびフランジ部３５は、筒状ケース１０における嵌合突起１４ｃおよび端子８３等から離れた位置に配置されている。段部３３は、第１周壁部３２における上側の端部から径方向外側に延びる。段部３３の径方向外側の位置は、制御基板８０よりも径方向外側、且つ、外周壁１２よりも径方向内側の位置である。第２周壁部３４は、段部３３における径方向外側の端部から上側に延びる。第２周壁部３４における上側の端部は、外周壁１２の上面よりも下側の位置である。

フランジ部３５は、第２周壁部３４における上側の端部から径方向外側に延びる。フランジ部３５は、リブ壁１２ｂの上側に位置する。フランジ部３５は、リブ壁１２ｂと軸方向で対向する。リブ壁１２ｂの周方向の位置は、フランジ部３５の周方向の中心位置である。フランジ部３５がリブ壁１２ｂと軸方向で対向することで、フランジ部３５が下側に撓んだ際にリブ壁１２ｂは下側からフランジ部３５を支持できる。

図４に示すように、モータハウジング３０は、凸条部３６を有している。凸条部３６は、周方向に延びている。凸条部３６は、フランジ部３５における径方向内側に配置される。凸条部３６は、フランジ部３５よりも上側に突出する。凸条部３６は、フランジ部３５が湾曲して構成されている。ステータ７０におけるコイル７３で生じた熱は、第１周壁部３２、段部３３および第２周壁部３４を介してフランジ部３５に伝達される。

図１に示すように、蓋体２０は、筒状ケース１０の上側に配置されている。図５に示すように、蓋体２０は、円板状である。蓋体２０は、筒状ケース１０の開口部を塞ぐ。本実施形態において蓋体２０は、金属製である。蓋体２０を構成する材料は、例えば、鉄である。蓋体２０は、例えば、板金部材にプレス加工を施すことによって作られている。つまり、本実施形態において蓋体２０は、プレス加工品である。

蓋体２０は、円板部２１と、突部２２と、挿通孔２３と、凹条部２４と、を有する。円板部２１の径方向端部は、筒状ケース１０における外周壁１２の上面に上側から接する。突部２２は、円板部２１の外縁から径方向外側に突出する。突部２２は、周方向に間隔をあけて複数（図２では６個）配置されている。挿通孔２３は、突部２２を軸方向に貫通する。挿通孔２３は、筒状ケース１０の空洞１３ａと軸方向に重なる位置に配置される。上述したように、筒状ケース１０の溝部１２ａにシール材が設けられた状態で、蓋体２０の挿通孔２３を上側から挿通したタッピンねじ１３ｂ（図１参照）を筒状ケース１０の空洞１３ａにねじ込むことで、筒状ケース１０と蓋体２０をシールした状態で固定できる。シール材は、例えば、Ｏリングである。

凹条部２４は、図４に示すように、円板部２１の下面から上側に凹んでいる。凹条部２４は、周方向に延びている。凹条部２４は、全周に亘って設けられている。凹条部２４は、凸条部３６よりも径方向外側に位置する。凸条部３６よりも径方向外側に位置する円板部２１の径方向端部は、フランジ部３５および凸条部３６よりも上側に離れて位置する。つまり、蓋体２０は、筒状ケース１０の開口部を塞いだときに、凸条部３６と凹条部２４と離れている。凸条部３６と凹条部２４は、収容部２５を構成する。収容部２５は、空間である。収容部２５は、放熱ゲル部材Ｇ１を収容する。収容部２５が放熱ゲル部材Ｇ１を収容することで、フランジ部３５の熱は、蓋体２０に伝達される。つまり、フランジ部３５は、放熱ゲル部材Ｇ１を介して蓋体２０に対して熱的に面接触している。フランジ部３５が放熱ゲル部材Ｇ１を介して蓋体２０に対して熱的に面接触することで、ステータ７０におけるコイル７３で生じた熱は、第１周壁部３２、段部３３、第２周壁部３４およびフランジ部３５を介して蓋体２０に伝達されて放熱される。すなわち、ステータ７０におけるコイル７３で生じた熱は、金属製のモータハウジング３０および放熱ゲル部材Ｇ１を介して金属製の蓋体２０に放熱される。従って、高温化によるモータユニット１の性能低下を抑制できる。

蓋体２０が筒状ケース１０の開口部を塞いだときに、凸条部３６と凹条部２４と離れており、放熱ゲル部材Ｇ１は負荷が加わったときに変形する。そのため、収容部２５の容積よりも大きな体積で放熱ゲル部材Ｇ１が収容された場合でも、筒状ケース１０と蓋体２０を固定する際の圧力で放熱ゲル部材Ｇ１は変形し、例えば、凸条部３６と円板部２１との隙間から径方向内側にはみ出る。従って、シール性を保持した状態で筒状ケース１０と蓋体２０とを固定できる。

放熱ゲル部材Ｇ１の素材としては、熱伝達をする高熱伝導率を有するゲル材であれば特に限定されない。

本実施形態における制御基板８０は、蓋体２０に対して熱的に面接触している。制御基板８０は、第２放熱ゲル部材Ｇ２を介して蓋体２０に対して熱的に面接触している。制御基板８０が第２放熱ゲル部材Ｇ２を介して蓋体２０に対して熱的に面接触していることで、制御基板８０で生じた熱は、第２放熱ゲル部材Ｇ２を介して金属製の蓋体２０に伝わり放熱される。従って、高温化による制御基板８０の性能低下を抑制できる。

第２放熱ゲル部材Ｇ２は、放熱ゲル部材Ｇ１と同じ素材である。放熱ゲル部材Ｇ１と第２放熱ゲル部材Ｇ２とが同じ素材であることで、放熱ゲル部材として複数種の素材を準備する必要がなくなり製造効率の向上および製造コストの低減に寄与できる。

以上説明したように、本実施形態の回転電機１００によれば、モータハウジング３０におけるフランジ部３５が蓋体２０に対して熱的に面接触しているため、放熱性を高くすることができる。

以上、添付図面を参照しながら本発明に係る好適な実施形態について説明したが、本発明は係る例に限定されないことは言うまでもない。上述した例において示した各構成部材の諸形状や組み合わせ等は一例であって、本発明の主旨から逸脱しない範囲において設計要求等に基づき種々変更可能である。

上記実施形態では、フランジ部３５が蓋体２０に対して放熱ゲル部材Ｇ１を介して熱的に面接触する構成を例示したが、この構成に限定されない。
例えば、図６に示すように、フランジ部３５が蓋体２０に対して直接接触することで、熱的に面接触する構成であってもよい。

この構成を採る場合には、フランジ部３５を突壁１３の上面まで延びる寸法とし、蓋体２０とフランジ部３５とが、タッピンねじ（ねじ）１３ｂによって筒状ケース１０における突壁１３に共締めされて互いに固定できる。そのため、蓋体２０とフランジ部３５とをタッピンねじ１３ｂによってまとめて突壁１３に固定することができる。これにより、モータハウジング３０および蓋体２０を固定する作業を容易にできる。
この構成を採る場合には、フランジ部３５を介して筒状ケース１０と蓋体２０をシールすることになるため、筒状ケース１０と蓋体２０とのシール性確保の観点から、フランジ部３５が蓋体２０に対して放熱ゲル部材Ｇ１を介して熱的に面接触する構成を採ることが好ましい。

本発明が適用される回転電機の用途は、特に限定されない。回転電機は、どのような機器に搭載されてもよい。回転電機は、減速機構を備えるアクチュエータに搭載されてもよい。回転電機は、発電機であってもよい。本発明が適用されるポンプの用途は、特に限定されない。ポンプは、どのような機器に搭載されてもよい。ポンプは、例えば、車両に搭載されてもよい。ポンプは、どのような流体を送るポンプであってもよい。ポンプは、オイルを送るオイルポンプであってもよい。なお、以上に、本明細書において説明した各構成は、相互に矛盾しない範囲内において、適宜組み合わせることができる。

１…モータユニット、１０…筒状ケース、 １３ｂ…タッピンねじ（締結部材）、 ２０…蓋体、 ２４…凹条部、 ２５…収容部、 ３０…モータハウジング、 ３５…フランジ部、 ３６…凸条部、 ４０…回転シャフト、 ５０…ロータ、 ７０…ステータ、 ８０…制御基板、 １００…回転電機、 Ｇ１…放熱ゲル部材、 Ｇ２…第２放熱ゲル部材、 Ｊ…中心軸

Claims (4)

1. 軸方向に延びる回転シャフト、前記回転シャフトの周面に固定されたロータおよび前記ロータの周囲に配置された環状のステータを有するモータユニットと、
   軸方向一方側が開口し、前記モータユニットを収容した樹脂製の筒状ケースと、
   前記筒状ケースの開口部を塞ぐ金属製の蓋体と、
   前記筒状ケースの内壁に固定され、前記ステータを囲んで前記ステータに接触して支持する金属製のモータハウジングと、
   を備え、
   前記モータハウジングは、軸方向一方側に位置し径方向に延びるフランジ部を有し、
   前記フランジ部は、前記蓋体に対して放熱ゲル部材を介して熱的に面接触し、
   前記モータハウジングは、前記フランジ部の径方向内側に位置し前記フランジ部よりも軸方向一方側に突出する凸条部を有し、
   前記蓋体は、軸方向他方側の面から軸方向一方側に凹んだ凹条部を有し、
   前記凹条部の径方向の中心位置は、前記凸条部の径方向の中心位置よりも径方向外側に位置し、
   前記凸条部と前記凹条部は、前記放熱ゲル部材を収容する収容部を構成する、回転電機。
2. 前記ロータおよび前記ステータの軸方向一方側に配置された制御基板を有し、
   前記制御基板は、前記蓋体に対して第２放熱ゲル部材を介して熱的に面接触している、
   請求項１に記載の回転電機。
3. 前記放熱ゲル部材と前記第２放熱ゲル部材とは、同じ素材である、
   請求項２に記載の回転電機。
4. 前記フランジ部は、前記蓋体における軸方向他方側の面に面接触し、
   前記蓋体と前記フランジ部とは、締結部材によって前記筒状ケースに共締めされて互いに固定されている、
   請求項１に記載の回転電機。