特許 7488661 ハウジングおよびそれを含む回転電機

(19)【発行国】日本国特許庁(JP)

(12)【公報種別】特許公報(B2)

(11)【特許番号】

(24)【登録日】2024-05-14

(45)【発行日】2024-05-22

(54)【発明の名称】ハウジングおよびそれを含む回転電機

(51)【国際特許分類】

   H02K 5/20 20060101AFI20240515BHJP

   H02K 9/19 20060101ALI20240515BHJP

   H02K 5/06 20060101ALI20240515BHJP

【ＦＩ】

H02K5/20

H02K9/19 A

H02K5/06

【請求項の数】 7

(21)【出願番号】P 2020016643

(22)【出願日】2020-02-03

(65)【公開番号】P2021125929

(43)【公開日】2021-08-30

【審査請求日】2023-01-19

(73)【特許権者】

【識別番号】000010076

【氏名又は名称】ヤマハ発動機株式会社

(74)【代理人】

【識別番号】100101351

【弁理士】

【氏名又は名称】辰巳 忠宏

(72)【発明者】

【氏名】神近 拓朗

【審査官】島倉 理

(56)【参考文献】

【文献】特開２０１２－１５７１９５（ＪＰ，Ａ）

【文献】特開２００４－３１２８８６（ＪＰ，Ａ）

【文献】特開２０１４－０６８５１３（ＪＰ，Ａ）

【文献】特開２０１２－２２８１０５（ＪＰ，Ａ）

(58)【調査した分野】(Int.Cl.，ＤＢ名)

Ｈ０２Ｋ ５／２０

Ｈ０２Ｋ ９／１９

Ｈ０２Ｋ ５／０６

(57)【特許請求の範囲】

【請求項1】

回転電機の固定子が収容されかつ前記固定子を貫通しつつ回転子が固定されたシャフトが内側に設けられるハウジングであって、
前記固定子の外周面に対向する内周面を有しかつその軸方向の一端部に開口を有する筒状部と、
前記筒状部の軸方向の他端部に前記筒状部と一体的に形成されかつその中央に前記シャフトの一端部が突出する貫通孔を有する板状部と、
前記筒状部の内部に設けられる冷却水路と、
当該ハウジングの鋳造後に前記冷却水路から中子の砂を抜くために前記筒状部の外周面のうち前記開口寄りに設けられかつ前記冷却水路に連通する複数の砂抜き孔と、
前記筒状部の外周面に設けられかつ前記冷却水路に連通して冷却水の入口および出口になる２つの継手口とを備え、
前記冷却水路は、外部に露出することなく前記筒状部の内部に設けられかつジグザグ状に前記筒状部の周方向に延びる主水路と、外部に露出することなく前記筒状部の内部に設けられかつ前記筒状部の周方向に隣り合う前記主水路同士を連結するバイパス水路とを含む、ハウジング。

【請求項2】

前記バイパス水路は、前記主水路のうち前記筒状部の軸方向の端部に設けられる、請求項１に記載のハウジング。

【請求項3】

前記バイパス水路は、前記主水路のうち前記筒状部の軸方向の両端部に設けられる、請求項２に記載のハウジング。

【請求項4】

前記主水路の幅は、前記主水路の厚みより大きい、請求項１から３のいずれかに記載のハウジング。

【請求項5】

前記バイパス水路の幅は、前記主水路の幅より小さい、請求項１から４のいずれかに記載のハウジング。

【請求項6】

前記２つの継手口は、前記筒状部の中心を挟んで正反対方向に設けられる、請求項１から５のいずれかに記載のハウジング。

【請求項7】

請求項１から６のいずれかに記載のハウジングを含む、回転電機。

【発明の詳細な説明】

【技術分野】

【0001】

この発明はハウジングおよびそれを含む回転電機に関し、より特定的にはモビリティ駆動用のハウジングおよびそれを含む回転電機に関する。

【背景技術】

【0002】

この種の従来技術の一例が特許文献１において開示されている。特許文献１には、電動機のハウジングが開示されている。ハウジングは両端面のそれぞれが開口する円筒状をなし、円筒状の内周面を有している。ハウジングはアルミニウム系の合金を材料とする鋳物からなり、抗張力および硬さを改善するための熱処理が施されている。ハウジングの一端部には座板が一体形成されている。

【0003】

ハウジングには、ウオータージャケットが形成されている。ウオータージャケットは固定子鉄心を強制冷却するための冷却水の流通路であり、ハウジングの厚み内に位置している。ウオータージャケットは円周方向に配列された複数の縦長な通路間を上端部および下端部で交互に接続してなり、蛇行状をなしている。

【0004】

ハウジングには、軸方向の中央部に位置してプラグ口が一体形成されている。プラグ口はハウジングの外周面から突出する円筒状をなし、ウオータージャケット内に通じている。プラグ口の内周面には鋼板製のプラグが固定されており、プラグはプラグ口を塞いでいる。

【0005】

ハウジングには、２つの継手口が一体形成されている。両継手口のそれぞれはハウジングの外周面から突出する円筒状をなし、両継手口のうち一方はウオータージャケット内の一端部に通じ、他方はウオータージャケット内の他端部に通じている。両継手口のそれぞれの内周面には、鋼板製の継手が固定されている。

【0006】

このようなハウジングは、以下のように製造される。

【0007】

鋳型内に塩中子を収納した状態で溶融金属を鋳込む。鋳型はハウジングを成形するためのものである。塩中子はウオータージャケットを模ったものであり、水に接触することで溶解する塩から成形されている。鋳型内の溶融金属を凝固させることでハウジングを成形し、鋳型内からハウジングを取出す。ハウジングに熱処理（Ｔ６）を施す。塩中子は熱処理での熱的な衝撃力で粉砕され、熱処理の終了後にはハウジングの厚み内に塩中子の粉砕物が残される。ウオータージャケット内に一方の継手から温水を注入する。この温水中に塩中子の粉砕物が溶解し、温水と共に他方の継手から排出される。

【先行技術文献】

【特許文献】

【0008】

【文献】特開２０１７－１４３６９７号公報

【発明の概要】

【発明が解決しようとする課題】

【0009】

このように特許文献１では、ハウジングの鋳造に用いられる中子は、蛇行状のウオータージャケットを模った一体物であるので、中子の強度を大きくできない。したがって、中子は、ハウジングを製造するために運搬されるときや鋳型内に収納されるときに、破損することがあり、ハウジングの生産性を高くできなかった。

【0010】

それゆえにこの発明の主たる目的は、生産性を高くできる、ハウジングおよびそれを含む回転電機を提供することである。

【課題を解決するための手段】

【0011】

上述の目的を達成するために、回転電機の固定子を収容するハウジングであって、固定子の外周面に対向する内周面を有する筒状部と、筒状部の内部に設けられる冷却水路とを備え、冷却水路は、ジグザグ状に筒状部の周方向に延びる主水路と、主水路同士を連結するバイパス水路とを含む、ハウジングが提供される。

【0012】

この発明では、筒状部の内部に設けられる冷却水路は、ジグザグ状に形成される主水路だけではなく、主水路同士を連結するバイパス水路をさらに含む。ここで、鋳造時にハウジングに冷却水路を形成するために、冷却水路を模った一体物の中子が用いられるが、冷却水路が主水路を連結するバイパス水路を有することにより、中子の強度を上げることができる。したがって、中子がハウジングを製造するために運搬されるときや鋳型内に収納されるときに、中子が破損することを抑制でき、ハウジングの生産性を高めることができる。

【0013】

好ましくは、バイパス水路は、主水路のうち筒状部の軸方向の端部に設けられる。この場合、ジグザグ状に延びる主水路のうち筒状部の軸方向の端部が連結されるため、中子が運搬されるときや鋳型内に収納されるときに加えられる外力に対して、連結された端部間の変位が抑制されるので、中子が破損することをより抑制でき、ハウジングの生産性を高めることができる。

【0014】

また好ましくは、バイパス水路は、主水路のうち筒状部の軸方向の両端部に設けられる。この場合、ハウジングの鋳造時にハウジングの内部に冷却水路を形成するために用いられる中子の強度をさらに向上でき、ハウジングの生産性をより高めることができる。

【0015】

さらに好ましくは、主水路の幅は、主水路の厚みより大きい。この場合、同一断面積の主水路で比較すると、主水路の幅が主水路の厚みより小さい場合と比べて、ハウジングの内周面をより冷却できるので、固定子に及ぼす冷却効果を大きくできる。

【0016】

好ましくは、バイパス水路の幅は、主水路の幅より小さい。この場合、バイパス水路に流れる水量を抑制でき、主水路に十分な量の水を流すことができ、良好な冷却効果を得ることができる。

【0017】

また、上述のハウジングを含む、回転電機が提供される。この場合、ハウジングの生産性を高くできるので、回転電機の生産性を上げることができる。

【発明の効果】

【0018】

この発明によれば、ハウジングおよび回転電機の生産性を高くできる。

【図面の簡単な説明】

【0019】

【図1】この発明の一実施形態に係る回転電機を示す正面図である。

【図2】図１のＡ－Ａ線断面図である。

【図3】図１の回転電機に含まれるハウジングを示す正面図である。

【図4】図１の回転電機に含まれるハウジングを示す右側面図である。

【図5】図１の回転電機に含まれるハウジングを示す背面図である。

【図6】図１の回転電機に含まれるハウジングを示す左側面図である。

【図7】図１の回転電機に含まれるハウジングを示す底面図である。

【図8】図４のＢ－Ｂ線断面図である。

【図9】図４のＣ－Ｃ線端面図である。

【図10】図５のＤ－Ｄ線断面図である。

【図11】図１の回転電機に含まれるハウジングの冷却水路の一例を示す図解図である。

【図12】ハウジングの冷却水路の他の例を示す図解図である。

【図13】ハウジングに設けられる砂抜き孔の形成箇所の他の例を示す図解図である。

【図14】ハウジングに設けられる砂抜き孔の形成箇所のその他の例を示す図解図である。

【発明を実施するための形態】

【0020】

以下、図面を参照してこの発明の好ましい実施形態について説明する。

【0021】

図１および図２を参照して、この発明の一実施形態に係る回転電機１０は、ハウジング１２を含む。

【0022】

図３～図１０を参照して、ハウジング１２は、略円筒形の筒状部１４を含む。

【0023】

筒状部１４は、固定子５８（後述）の外周面に対向する内周面１６を有し、その軸方向の一端部に開口１８を有し、その軸方向の他端部に略四角形の板状部２０が設けられる。板状部２０は、その中央に貫通孔２２を有する。筒状部１４の開口１８側端部には、筒状部１４の外周面２４より外方に突出する収容部２６が設けられる。収容部２６は、中空部２８と、中空部２８から外方に延びる３つの貫通孔３０とを有する。

【0024】

筒状部１４の内部（厚み内）には、冷却水路３２が設けられる。

【0025】

図１１をさらに参照して、冷却水路３２は、固定子５８を囲みかつジグザグ状に筒状部１４の周方向に延びる主水路３４と、主水路３４同士を連結するバイパス水路３６とを含む。

【0026】

主水路３４は、複数の第１路３８と複数の第２路４０とを含む。複数の第１路３８は、それぞれ筒状部１４の軸方向に延び、かつ筒状部１４の周方向に相互に間隔をあけて設けられる。筒状部１４の周方向に隣り合う第１路３８同士は、ややＶ字状に開いた状態で相互の端部で、Ｕターン部となる第２路４０によって連結される。すなわち、複数の第１路３８において、隣り合う第１路３８の一端部同士と他端部同士とが、筒状部１４の周方向に延びる第２路４０によって交互に連結される。その結果、ジグザグ状に延びる主水路３４が得られる。好ましくは、主水路３４の幅Ｗ１は、主水路３４の厚みＴより大きく、より好ましくは、主水路３４の幅Ｗ１は、主水路３４の厚みＴの１．５倍以上である（図６、図９参照）。また、第２路４０の幅（第２路４０における、筒状部１４の軸方向の寸法）は、第１路３８の幅（第１路３８における、筒状部１４の周方向の寸法）より大きい。すなわち、第２路４０の水流方向に直交する方向の寸法は、第１路３８の水流方向に直交する方向の寸法より大きい。

【0027】

このような主水路３４同士は、バイパス水路３６によって連結される。バイパス水路３６は、主水路３４のうち、筒状部１４の軸方向の一端部に設けられ、当該一端部同士を連結する。また、バイパス水路３６は、主水路３４のうち、筒状部１４の軸方向の他端部に設けられ、当該他端部同士を連結する。すなわち、バイパス水路３６は、主水路３４のうち、筒状部１４の周方向に隣り合う第２路４０同士を連結する。この実施形態では、バイパス水路３６は、筒状部１４の軸方向の一端部（開口１８側）に設けられる複数の第２路４０について、筒状部１４の周方向に隣り合う第２路４０同士を、位相決めキー６０（後述）の溝部Ｇ（図１１参照）を除くすべての箇所で連結する。また、バイパス水路３６は、筒状部１４の軸方向の他端部（板状部２０側）に設けられる複数の第２路４０について、筒状部１４の周方向に隣り合う第２路４０同士をすべての箇所で連結する。好ましくは、バイパス水路３６の幅Ｗ２は、主水路３４の幅Ｗ１より小さく、より好ましくは、バイパス水路３６の幅Ｗ２は、主水路３４の幅Ｗ１の１／２以下である（図６参照）。この実施形態では、バイパス水路３６の厚みは、主水路３４の厚みＴと略等しい。

【0028】

筒状部１４の外周面２４には、冷却水路３２に連通する中空状の継手口４１，４３が突出するように設けられる。より具体的には、継手口４１，４３は、筒状部１４の外周面２４のうち開口１８寄りに設けられる。継手口４１，４３は、筒状部１４の中心を挟んで正反対方向に設けられる。継手４２，４４は、継手口４１，４３に設けられる。継手４２は、管状かつ略Ｌ字状に形成され、略Ｌ字状の貫通孔４６を有する。貫通孔４６は、冷却水路３２に連通し、冷却水路３２への水の入口となる。継手４４は、管状かつ略Ｖ字状に形成され、略Ｖ字状の貫通孔４８を有する。貫通孔４８は、冷却水路３２に連通し、冷却水路３２からの水の出口となる。より具体的には、貫通孔４６，４８は、主水路３４（第２路４０）に連通する（図９、図１１参照）。

【0029】

さらに、筒状部１４の外周面２４には、ハウジング１２の鋳造後に冷却水路３２から中子の砂を抜くための砂抜き孔５０，５２が設けられる。より具体的には、砂抜き孔５０，５２は、筒状部１４の外周面２４のうち開口１８寄りに設けられる。砂抜き孔５０は、継手４２と収容部２６との間に設けられ、砂抜き孔５２は、継手４４からみて、収容部２６とは反対側に設けられる。砂抜き孔５０，５２は冷却水路３２に連通する。より具体的には、砂抜き孔５０，５２は、主水路３４（第２路４０）に連通する（図６、図７、図９、図１１参照）。ハウジング１０の完成時には、砂抜き孔５０，５２にはそれぞれ、蓋５４，５６が嵌められ、砂抜き孔５０，５２は塞がれる。

【0030】

このようなハウジング１２は、たとえば以下のように製造される。

【0031】

図示しない鋳型内に中子を収納した状態で溶融金属が鋳込まれる。鋳型はハウジング１２を成形するためのものである。中子は、冷却水路３２と継手口４１，４３の中空部と砂抜き孔５０，５２とを模ったものである。この実施形態では、中子として、砂がレジンによってバインドされるシェル中子が用いられる。鋳型内の溶融金属を凝固させることでハウジング１２が成形され、鋳型内からハウジング１２が取り出される。ハウジング１２の筒状部１４の厚み内に残された中子は、振動を加えることにより粉砕され、各継手口４１，４３および砂抜き孔５０，５２から排出される。ハウジング１２内から中子の砂が排出された後、継手口４１，４３にはそれぞれ継手４２，４４が嵌められる。さらに、砂抜き孔５０，５２にはそれぞれ、蓋５４，５６が嵌められ、砂抜き孔５０，５２が塞がれる。

【0032】

図１および図２に戻って、ハウジング１２内には固定子５８が収容される。固定子５８は、位相決めキー６０によって、ハウジング１２内の所定の位置に配置される。ハウジング１２の開口１８には、カバー６２が設けられる。カバー６２は、ボルト９８（後述）近傍にアクセス可能な位置に、略四角形状の貫通部６４を有する。また、カバー６２には、信号線カプラ６６が設けられる。カバー６２は、複数の締結部材６８によってハウジング１２に固定される。

【0033】

ハウジング１２内には、シャフト７０が設けられる。シャフト７０は、固定子５８を貫通し、シャフト７０の一端部は、ハウジング１２の貫通孔２２から突出する。シャフト７０は、カバー６２およびハウジング１２に、ボールベアリング７２，７４を介して回転可能に支持される。シャフト７０の外周面には、固定子５８に対向する回転子７６が固定される。カバー６２とシャフト７０との間には、シャフト７０の回転角度を検出するためのレゾルバ７８が設けられる。レゾルバ７８は、カバー６２に取り付けられるレゾルバ固定子８０と、シャフト７０に取り付けられるレゾルバ回転子８２とを含む。レゾルバ固定子８０は、位相決めキー８４によって所定の位置に配置される。レゾルバ回転子８２は、その両側からカラー８６，８８によって挟まれ、所定の位置に配置される。

【0034】

３相用の３つの高圧配線コネクタ９０がそれぞれ、収容部２６の対応する貫通孔３０に挿入され、各高圧配線コネクタ９０の下方の端子９２が収容部２６の中空部２８にもたらされる（図８参照）。各高圧配線コネクタ９０は、締結部材９４によって収容部２６に取り付けられる。

【0035】

中空部２８内には、樹脂などの絶縁材料からなるホルダ９６が固定され、ホルダ９６とボルト９８との間に、高圧配線コネクタ９０の端子９２が保持される。ホルダ９６内には、ナット１００とカラー１０２とが収容され、端子９２とボルト９８の頭部との間には、ワッシャ１０４および板状の接続部材１０６が挟まれる。ボルト９８が、接続部材１０６、ワッシャ１０４、端子９２およびカラー１０２に挿通され、ナット１００に螺入されることによって、これらの部材が固定される。端子９２は、ワッシャ１０４および接続部材１０６を介して、固定子５８の図示しないコイルに連結される。

【0036】

カバー６２の貫通部６４には、カバー１０８が設けられる。カバー１０８は、複数の締結部材１１０によってカバー６２に取り付けられる。カバー１０８と貫通部６４との間は、Ｏリング１１２によって封止される。

【0037】

このような回転電機１０のハウジング１２によれば、筒状部１４の内部に設けられる冷却水路３２は、ジグザグ状に形成される主水路３４だけではなく、主水路３４同士を連結するバイパス水路３６をさらに含む。ここで、鋳造時にハウジング１２に冷却水路３２を形成するために、冷却水路３２を模った一体物の中子が用いられるが、冷却水路３２が主水路３４を連結するバイパス水路３６を有することにより、中子の強度を上げることができる。したがって、中子がハウジング１２を製造するために運搬されるときや鋳型内に収納されるときに、中子が破損することを抑制でき、ハウジング１２の生産性を高めることができる。

【0038】

ジグザグ状に延びる主水路３４のうち筒状部１４の軸方向の端部がバイパス水路３６によって連結されるため、中子が運搬されるときや鋳型内に収納されるときに加えられる外力に対して、連結された端部間の変位が抑制されるので、中子が破損することをより抑制でき、ハウジング１２の生産性を高めることができる。

【0039】

バイパス水路３６は、主水路３４のうち筒状部１４の軸方向の両端部に設けられるので、ハウジング１２の鋳造時にハウジング１２の内部に冷却水路３２を形成するために用いられる中子の強度をさらに向上でき、ハウジング１２の生産性をより高めることができる。

【0040】

主水路３４の幅Ｗ１は、主水路３４の厚みＴより大きいので、同一断面積の主水路で比較すると、主水路の幅が主水路の厚みより小さい場合と比べて、ハウジング１２の内周面をより冷却できる。したがって、固定子５８に及ぼす冷却効果を大きくできる。

【0041】

バイパス水路３６の幅Ｗ２は、主水路３４の幅Ｗ１より小さいので、バイパス水路３６に流れる水量を抑制でき、主水路３４に十分な量の水を流すことができ、良好な冷却効果を得ることができる。

【0042】

このように、ハウジング１２の生産性を高くできるので、回転電機１０の生産性を上げることができる。

【0043】

主水路３４は、隣り合う第１路３８同士がややＶ字状に開いた状態で、ジグザグ状に延びるので、冷却水路３２に水を円滑に流すことができ、さらに良好な冷却効果を得ることができる。さらに、第２路４０の幅（第２路４０における、筒状部１４の軸方向の寸法）を、第１路３８の幅（第１路３８における、筒状部１４の周方向の寸法）より大きく設定することによって、冷却水路３２に水をより円滑に流すことができ、一層良好な冷却効果を得ることができる。

【0044】

上述の実施形態では、バイパス水路３６は、筒状部１４の軸方向の一端部（開口１８側）に設けられる複数の第２路４０について、筒状部１４の周方向に隣り合う第２路４０同士を、溝部Ｇ（図１１参照）を除くすべての箇所で連結し、さらに、筒状部１４の軸方向の他端部（板状部２０側）に設けられる複数の第２路４０について、筒状部１４の周方向に隣り合う第２路４０同士をすべての箇所で連結したが、これに限定されない。図１２に示すように、筒状部１４の軸方向の一端部に設けられる複数の第２路４０と筒状部１４の軸方向の他端部に設けられる複数の第２路４０とにおいて、バイパス水路３６を設けない箇所を２つ飛ばしで設けるようにしてもよい。すなわち、バイパス水路３６が筒状部１４の周方向に２つ続くと、その次にはバイパス水路３６を設けないように構成されてもよい。

【0045】

上述の実施形態では、筒状部１４の外周面２４のうち一端部側（開口１８寄り）にのみ砂抜き孔５０，５２が設けられたが、これに限定されない。これらに加えて、筒状部１４の外周面２４のうち他端部側（板状部２０寄り）に、複数の砂抜き孔が設けられてもよい。

【0046】

たとえば、図１１に示す実施形態の場合には、図１３においてＰ１，Ｐ２，Ｐ３で示す位置に、砂抜き孔がさらに設けられてもよい。すなわち、筒状部１４の軸方向の他端部に設けられる第２路４０に連通する砂抜き孔が、筒状部１４の周方向に第２路４０を一つ飛ばしで、設けられてもよい。当該砂抜き孔は、筒状部１４の周方向の両側においてバイパス水路３６がある第２路４０に設けられる。この場合、ハウジング１２の製造時に、冷却水路３２から中子の砂と鋳造時に発生するガスとをさらに排出しやすくなる。

【0047】

また、図１２に示す実施形態の場合には、図１４においてＰ４，Ｐ５で示す位置に、砂抜き孔がさらに設けられてもよい。すなわち、筒状部１４の軸方向の他端部に設けられる第２路４０に連通する砂抜き孔が、筒状部１４の周方向に第２路４０を２つ飛ばしで、設けられてもよい。当該砂抜き孔は、筒状部１４の周方向の両側においてバイパス水路３６がある第２路４０に設けられる。この場合も、ハウジング１２の製造時に、冷却水路３２から中子の砂と鋳造時に発生するガスとをさらに排出しやすくなる。

【0048】

上述の実施形態では、バイパス水路３６は主水路３４の両端部に設けられたが、これに限定されない。パイパス水路３６は、主水路３４の一端部および他端部のいずれか一方にのみ設けられてもよい。また、バイパス水路３６は、主水路３４の端部ではなく、その他の任意の箇所を連結してもよい。

【0049】

主水路は、直線部分を有することなく、曲線状に形成されてもよい。

【符号の説明】

【0050】

１０ 回転電機
１２ ハウジング
１４ 筒状部
１６ 筒状部の内周面
３２ 冷却水路
３４ 主水路
３６ バイパス水路
５０，５２ 砂抜き孔
５８ 固定子
７０ シャフト
７６ 回転子
Ｔ 主水路の厚み
Ｗ１ 主水路の幅
Ｗ２ バイパス水路の幅

【図1】

【図2】

【図3】

【図4】

【図5】

【図6】

【図7】

【図8】

【図9】

【図10】

【図11】

【図12】

【図13】

【図14】