JP2017221061A - ハウジング昇温装置 - Google Patents

Abstract

【課題】ハウジングを昇温するに当たって、温度のバラツキを抑えることが可能なハウジング昇温装置を提供する。【解決手段】ハウジング昇温装置１は、回転電機と当該回転電機を外側から覆うハウジング４とを焼き嵌めするためにハウジング４を昇温する装置であって、ハウジング４の内周面及び外周面のうち少なくとも内周面と対向する電磁誘導加熱用コイル３０を備える。【選択図】 図３

Description

本発明は、回転電機とハウジングとを焼き嵌めするために、ハウジングを昇温するハウジング昇温装置に関する。

特許文献１には、モータに用いられるロータと駆動シャフトとを焼き嵌めするために、ロータの内径部及び外径部をそれぞれ加熱する高周波加熱ヒータを備えるワーク加熱装置が記載されている。

特許第３２７４９１１号公報

かかるワーク加熱装置は、ロータと駆動シャフトとを焼き嵌めするためのものである。一方、車両用等のモータにおいて、回転電機のステータとハウジングとを焼き嵌めによって組み付けることが行われている。回転電機のステータとハウジングとの焼き嵌めを行うためには、事前にハウジングを昇温する必要がある。かかる昇温を行う装置としては、電気炉が用いられている。しかし、電気炉を用いた装置では、昇温及び焼き嵌め後の冷却時間に長時間を要するため、コスト及び工数が大きく、生産能力が低かった。

本発明は、前記の点に鑑みてなされたものであり、ハウジングを昇温するに当たって、温度のバラツキを抑えることが可能なハウジング昇温装置を提供することを課題とする。

前記した課題を解決するために、本発明のハウジング昇温装置は、回転電機と当該回転電機を外側から覆うハウジングとを焼き嵌めするために前記ハウジングを昇温するハウジング昇温装置であって、前記ハウジングの内周面及び外周面のうち少なくとも内周面と対向する電磁誘導加熱用コイルを備えることを特徴とする。

本発明によると、ハウジングを昇温するに当たって、温度のバラツキを抑えることができる。

（ａ）は、モータを示す斜視図であり、（ｂ）は、ハウジングの内部構造を示す断面図である。 モータを別の角度から見た斜視図である。 本発明の実施形態に係るハウジング昇温装置を示す斜視図である。 本発明の実施形態に係るハウジング昇温装置を示す平面図である。 電磁誘導加熱用コイルの例を示す断面図である。 電磁誘導加熱用コイルの例を示す断面図である。 電磁誘導加熱用コイルの例を示す断面図である。

本発明の実施形態について、図面を参照して詳細に説明する。説明において、同一の要素には同一の符号を付し、重複する説明を省略する。

＜モータ＞
図１及び図２に示すように、本発明の実施形態に係るモータ２は、水冷式のモータであって、ロータ（回転子、図示せず）及びステータ（固定子）３を備える回転電機と、ハウジング４と、を備える。図１及び図２において、ロータは省略されており、ステータ３は巻き線等を簡略化して図示されている。

≪ステータ≫
ステータ３は、ロータを回転させるための力を発生する部品であって、円筒形状を呈している。ステータ３の外周面は、ハウジング４の内周面に固定されている。ステータ３の内側には、図示しないロータがステータ３に対して回転可能に設けられている。

≪ハウジング≫
ハウジング４は、円筒形状を呈する金属（例えば、アルミニウム合金）製部材である。ハウジング４の径方向内側には、前記したロータ及びステータ３が収容されている。ハウジング４は、モータ２を冷却するウォータージャケットとして、冷却水入口４ａと、冷却水出口４ｂと、冷却水流路４ｃと、を備える。図１における矢印は、冷却水の流れる方向を示す。

冷却水入口４ａ及び冷却水出口４ｂは、ハウジング４の軸線を挟んで互いに対向する位置において、ハウジング４の本体部から径方向外側に突出するように形成されている。

図１（ｂ）に示すように、冷却水流路４ｃは、ハウジング４の内部において、冷却水入口４ａと冷却水出口４ｂとを繋ぐように周方向に延設されている。冷却水流路４ｃは、ハウジング４の軸線視において、時計回り方向及び反時計回り方向の両方に形成されている。冷却水は、冷却水入口４ａを介してハウジング４内に導入され、冷却水流路４ｃを流通し、ハウジング４と熱交換することによってハウジング４を冷却する。ハウジング４を冷却した冷却水は、冷却水出口４ｃを介してハウジング４外に排出される。

図１（ｂ）に示すように、ハウジング４は、一以上のリブ４ｄを備える。リブ４ｄは、冷却水流路４ｃおいて、内に冷却水流路４ｃの径方向内側面と径方向外側面とを繋ぐように径方向に立設されている。また、リブ４ｄは、冷却水流路４ｃ内において周方向に延設されている。すなわち、リブ４ｄは、冷却水流路４ｃをハウジング４の軸線方向に並ぶ複数の流路に区画している。

リブ４ｄは、冷却水流路４ｃの径方向内側面と径方向外側面とを繋ぐことによって、ハウジング４の強度を確保している。また、リブ４ｄは、冷却水流路４ｃを流通する冷却水との接触面積を増やすことによって、ハウジング４の冷却性能を向上している。また、リブ４ｄは、冷却水流路４ｃを軸線方向において複数に区画することによって、冷却水流路４ｃ内を流通する冷却水に乱流が生じることを防いでいる。

図１及び図２に示すように、ハウジング４の内周面は、軸線方向にわたって略同一径の円形状を呈している。ハウジング４は、本体部の外周面から径方向外側へ突出するボス（突出部位）として、前記した冷却水入口４ａ及び冷却水出口４ｂに加えて、マウント取付部４ｅと、ノック穴部４ｆと、型式打刻面４ｇと、を備える。

マウント取付部４ｅは、ハウジング４を車両のエンジンマウント（図示せず）に取り付けるためのボスである。ノック穴部４ｆは、ハウジング４を車両の他部品に対して位置決めするためのノック穴が形成されている部位である。型式打刻面４ｇは、モータ２の型式が打刻される面である。

＜ハウジング昇温装置＞
図３に示すように、ハウジング昇温度装置１は、複数の支柱部１０と、複数のハウジング載置部２０と、小径の電磁誘導加熱用コイル３０と、大径の電磁誘導加熱用コイル４０（図４参照）と、一以上の磁石（永久磁石）５０と、を備える。なお、小径の電磁誘導加熱用コイル３０は、大径の電磁誘導加熱用コイル４０に内挿されるが、図３において、大径の電磁誘導加熱用コイル４０は省略されている。

≪支柱部≫
複数（本実施形態では、３本）の支柱部１０は、平面視で一つの円の円周上に配置されるように立設されている。

≪ハウジング載置部≫
複数（本実施形態では、３個）のハウジング載置部２０は、支柱部１０が配置された円よりも大径の同心円上に配置されるように立設されている。ハウジング載置部２０は、前記したハウジング４が載置される部位である。ハウジング載置部２０は、支柱部１０よりも低い。

≪電磁誘導加熱用コイル≫
電磁誘導加熱用コイル３０は、平面視でハウジング４よりも小径の円形状を呈するように巻回されている。電磁誘導加熱用コイル３０は、図示しない電源からの給電によって加熱し、ハウジング４を内周面側から昇温する。電磁誘導加熱用コイル３０は、複数の支柱部１０によって所定高さに支持されている。本実施形態では、電磁誘導加熱用コイル３０の内周面が、複数の支柱部１０の側面に固定されている。

≪電磁誘導加熱用コイル≫
図４に示すように、電磁誘導加熱用コイル４０は、平面視でハウジング４よりも大径の円形状を呈するように巻回されている。電磁誘導加熱用コイル４０は、図示しない電源からの給電によって加熱し、ハウジング４を外周面側から昇温する。電磁誘導加熱用コイル４０は、ハウジング載置部２０上に載置されてもよく、当該コイル４０用の複数の支柱部によって所定高さに支持されていてもよい。例えば、電磁誘導加熱用コイル４０の外周面が、複数の支柱部の側面に固定されている構成とすることが可能である。

電磁誘導加熱用コイル３０，４０は、ハウジング４の軸方向の全体にわたって設けられている。

≪磁石≫
図３に示すように、一以上の磁石５０は、電磁誘導加熱用コイル３０の径方向内側の所定の位置に取り付けられているフェライト永久磁石である。
磁石５０は、電磁誘導加熱用コイル３０の磁束を補うことによって、電磁誘導加熱用コイル３０の加熱性能を局所的に向上するためのものである。

＜電磁誘導加熱用コイルの態様＞
電磁誘導加熱用コイル３０，４０は、ハウジング４の形状に応じて、コイルの線径、ターン数、ターン間隔及び前記ハウジングとの距離の少なくとも一つに変化が付けられている。ここで、コイルのターン数とは、軸線方向における所定距離内のターン数である。
すなわち、電磁誘導加熱用コイル３０は、第一のターン領域３１と、第二のターン領域３２と、を有する。

第一のターン領域３１は、ハウジング４の内周面と外周面との距離が均一、かつ、ハウジング４の肉厚が均一な部位に形成されている。本実施形態において、第一のターン領域３１は、冷却水流路４ｃに対応する位置に形成されている。

第二のターン領域３２は、ハウジング４の肉厚が異なっている部位に対応する位置に形成されている。第二のターン領域３２は、第一のターン領域３１とはコイルの線径、ターン数、ターン間隔及びハウジング４との距離の少なくとも一つが異なることによって、第一のターン領域３１とはハウジング４の昇温性能が異なるように構成されている。

本実施形態において、第二のターン領域３２は、第一のターン領域３１と比較してコイルのターン数が少ない、又は、コイルのターン間隔が大きいことによって、第一のターン領域３１よりもハウジング４の昇温性能が小さくなるように構成されている。

同様に、電磁誘導加熱用コイル４０は、第一のターン領域４１と、第二のターン領域４２と、を有する（図５〜７参照）。第一のターン領域４１は、ハウジング４の内周面と外周面との距離が均一、かつ、ハウジング４の肉厚が均一な部位に形成されている。本実施形態において、第一のターン領域４１は、冷却水流路４ｃに対応する位置に形成されている。

第二のターン領域４２は、ハウジング４の肉厚が異なっている部位に対応する位置、及び、ハウジング４の内周面と外周面との距離が異なっている部位に対応する位置に形成されている。第二のターン領域４２は、第一のターン領域４１とはコイルの線径、ターン数、ターン間隔及びハウジング４との距離の少なくとも一つが異なることによって、第一のターン領域３１とはハウジング４の昇温性能が異なるように構成されている。

本実施形態において、第二のターン領域４２は、第一のターン領域４１と比較してコイルのターン数が少ない、又は、コイルのターン間隔が大きいことによって、第一のターン領域４１よりもハウジング４の昇温性能が小さくなるように構成されている。または、第二のターン領域４２は、第一のターン領域４１と比較してコイルのターン数が多い、又は、コイルのターン間隔が小さいことによって、第一のターン領域４１よりもハウジング４の昇温性能が大きくなるように構成されている。さらに、第二のターン領域４２は、第一のターン領域４１と比較してハウジング４の外周面との距離が小さいことによって、第一のターン領域４１よりもハウジング４の昇温性能が大きくなるように構成されている。

以下、図５〜７を参照して、第二のターン領域３２，４２の具体例について説明する。図５〜７において、電磁誘導加熱用コイル３０，４０は、端面のみが図示されている。また、図７において、図の左側における電磁誘導加熱用コイル３０，４０は省略されている。

ここで、図５及び後記する図６に示す例では、電磁誘導加熱用コイル３０，４０は、ハウジング４においてリブ４ｄを有する冷却水流路４ｃが形成されている領域を昇温する。かかる領域において、ハウジング４の内周面と外周面との距離は均一である。また、ハウジング４において、冷却水流路４ｃが形成されている部位は、当該冷却水流路４ｃ内に空洞が存在するため、リブ４ｄが形成されている部位と比較して、径方向への伝熱性能が低い。そのため、冷却水流路４ｃが形成されている部位は、リブ４ｄが形成されている部位と比較して、昇温されにくい。

≪ターン間隔を広くする例≫
図５に示す例では、電磁誘導加熱用コイル３０の冷却水流路４ｃ（空洞）に対応する位置は、第一のターン領域３１となっている。また、電磁誘導加熱用コイル３０のリブ４ｄに対応する位置は、第二のターン領域３２となっている。第二のターン領域３２は、第一のターン領域３１と比較して、コイルのターン間隔が広く設定されている。かかる第二のターン領域３２は、第一のターン領域３１よりもハウジング４の昇温性能が小さい。

同様に、電磁誘導加熱用コイル４０の冷却水流路４ｃに対応する位置は、第一のターン領域４１となっている。また、電磁誘導加熱用コイル４０のリブ４ｄに対応する位置は、第二のターン領域４２となっている。第二のターン領域４２は、第一のターン領域４１と比較して、コイルのターン間隔が広く設定されている。かかる第二のターン領域４２は、第一のターン領域４１よりもハウジング４の昇温性能が小さい。

かかる構成により、電磁誘導加熱用コイル３０，４０は、冷却水流路４ｃが形成されている部位とリブ４ｄが形成されている部位とを均一に昇温することができる。

≪ターン数を少なくする例≫
図６に示す例では、電磁誘導加熱用コイル３０のリブ４ｄに対応する位置は、第二のターン領域３２となっている。第二のターン領域３２は、第一のターン領域３１と比較して、コイルのターン数が少なく設定されている。かかる第二のターン領域３２は、第一のターン領域３１よりもハウジング４の昇温性能が小さい。

同様に、電磁誘導加熱用コイル４０のリブ４ｄに対応する位置は、第二のターン領域４２となっている。第二のターン領域４２は、第一のターン領域４１と比較して、コイルのターン数が少なく設定されている。かかる第二のターン領域４２は、第一のターン領域４１よりもハウジング４の昇温性能が小さい。

かかる構成により、電磁誘導加熱用コイル３０，４０は、冷却水流路４ｃが形成されている部位とリブ４ｄが形成されている部位とを均一に昇温することができる。

≪ターン数を多くする例≫
図７に示す例では、電磁誘導加熱用コイル３０，４０は、ハウジング４において冷却水出口４ｂが形成されている領域を昇温する。かかる領域において、ハウジング４の内周面と外周面との距離は、周囲よりも大きい。そのため、冷却水出口４ｂが形成されている部位は、周囲と比較して、昇温されにくい。

図７に示す例では、電磁誘導加熱用コイル３０は、第一のターン領域３１のみとなっている。また、電磁誘導加熱用コイル４０の冷却水出口４ｂに対応する位置は、第二のターン領域４２となっている。第二のターン領域４２は、第一のターン領域４１と比較して、コイルのターン間隔が狭く、ターン数が多く設定されている。また、第二のターン領域４２は、第一のターン領域４１と比較して、ハウジング４との距離が小さく設定されている。かかる第二のターン領域４２は、第一のターン領域４１よりもハウジング４の昇温性能が大きい。

かかる構成により、電磁誘導加熱用コイル３０，４０は、冷却水出口４ｂが形成されている部位と周囲とを均一に昇温することができる。

なお、ハウジング４の同じ部位の内周面側と外周面側とにおいて、第二のターン領域３２，４２は、コイルの線径、ターン数、ターン間隔及びハウジング４との距離のうち互いに別のものを異ならせることによって、第一のターン領域３１，４１とはハウジング４の昇温性能が異なるように構成されていてもよい。

すなわち、ハウジング４の内周面と外周面との距離が等しい場合には、空洞が形成されている部位に対応する電磁誘導加熱用コイル３０，４０の少なくとも一方は、空洞が形成されていない部位に対応する電磁誘導加熱用コイル３０，４０と比較して、コイルが密（ターン数が多い又はターン間隔が狭い）である、コイルの線径が大きい、ハウジング４との距離が小さいように設定されている。

また、外周面のボスによってハウジング４の内周面と外周面との距離が大きい部位に対応する電磁誘導加熱用コイル３０，４０の少なくとも一方、特に電磁誘導加熱用コイルコイル４０は、ハウジング４の内周面と外周面との距離が小さい部位に対応する電磁誘導加熱用コイル３０，４０と比較して、コイルが密（ターン数が多い又はターン間隔が狭い）である、コイルの線径が大きい、ハウジング４との距離が小さいように設定されている。

本発明の実施形態に係るハウジング昇温装置１は、電磁誘導加熱用コイル３０によってハウジング４を昇温するので、ハウジング４の内周面を好適に昇温し、ハウジング４とステータ３との焼き嵌め工程の効率化を図ることができる。

また、ハウジング昇温装置１は、電磁誘導加熱用コイル３０，４０に第二のターン領域３２，４２が設定されているので、ハウジング４の部分的な昇温のしやすさ・しにくさに対応した昇温を行うことができる。

また、ハウジング昇温装置１は、第二のターン領域３２，４２がハウジング４のうち径方向の肉厚が周囲よりも大きい領域、又は、ハウジング４のうち内周面と外周面との距離が周囲よりも大きい領域に対応する位置に設定されている。したがって、かかる位置のハウジング４の部分的な昇温のしやすさ・しにくさに対応した昇温を行うことができる。

また、ハウジング昇温装置１は、第二のターン領域３２，４２がハウジング４のうちリブ４ｄ又はボス（冷却水入口４ａ、冷却水出口４ｂ、マウント取付部４ｅ、ノック穴部４ｆ、型式打刻面４ｇ等）が形成されている領域に対応する位置に設定されている。したがって、かかる位置のハウジング４の部分的な昇温のしやすさ・しにくさに対応した昇温を行うことができる。詳細には、冷却水流路４ｃ内にリブ４ｄが設けられていたり不均一な形状を呈するハウジング４の内周面の温度を均一化するとともに、ハウジング４の径方向内外の温度差を抑制することができる。さらに、発生熱応力を抑制するとともに、熱応力の局所的な集中を抑制することができる。

また、ハウジング昇温装置１は、電磁誘導加熱用コイル３０の少なくとも一部に沿うように設けられた磁石５０を備えるので、電磁誘導加熱用コイル３０の磁束を補い、昇温性能を向上することができる。

また、ハウジング昇温装置１は、磁石５０がハウジング４のうち周囲よりも昇温しにくい領域に対応する位置に設けられているので、ハウジング４の内周面の温度を均一化するとともに、ハウジング４の径方向内外の温度差を抑制することができる。さらに、発生熱応力を抑制するとともに、熱応力の局所的な集中を抑制することができる。

以上、本発明の実施形態について説明したが、本発明は前記実施形態に限定されず、本発明の要旨を逸脱しない範囲で適宜変更可能である。例えば、電磁誘導加熱用コイル３０，４０の上端部及び下端部が支柱に対して固定されており、中間部は支柱に対して固定されていない構成であってもよい。この場合には、ハウジング４の種類に応じて、電磁誘導加熱用コイル３０，４０のコイルのターン数、ターン間隔及びハウジング４との距離を適宜調整変更することが可能となる。また、ハウジング昇温装置１は、電磁誘導加熱用コイル４０の少なくとも一部に沿うように設けられた（例えば、電磁誘導加熱用コイル４０の外周面に取り付けられた）一以上の磁石（フェライト永久磁石）を備える構成であってもよい。かかる構成によると、磁石によって電磁誘導加熱用コイル４０の磁束を補い、昇温性能を向上することができる。

１ ハウジング昇温装置
２ モータ
３ ステータ（固定子、回転電機）
４ ハウジング
４ａ 冷却水入口（ボス）
４ｂ 冷却水出口（ボス）
４ｄ リブ
４ｅ マウント取付部（ボス）
４ｆ ノック穴部（ボス）
４ｇ 型式打刻面（ボス）
３０，４０ 電磁誘導加熱用コイル
３１，４１ 第一のターン領域
３２，４２ 第二のターン領域

Claims (6)

1. 回転電機と当該回転電機を外側から覆うハウジングとを焼き嵌めするために前記ハウジングを昇温するハウジング昇温装置であって、
   前記ハウジングの内周面及び外周面のうち少なくとも内周面と対向する電磁誘導加熱用コイルを備える
   ことを特徴とするハウジング昇温装置。
2. 前記電磁誘導加熱用コイルは、
   コイルの第一のターン領域と、
   前記第一のターン領域とは、コイルの線径、ターン数、ターン間隔及び前記ハウジングとの距離の少なくとも一つが異なる第二のターン領域と、
   を有することを特徴とする請求項１に記載のハウジング昇温装置。
3. 前記第二のターン領域は、前記ハウジングのうち径方向の肉厚が周囲よりも大きい領域、又は、前記ハウジングのうち内周面と外周面との距離が周囲よりも大きい領域に対応する位置に設定されている
   ことを特徴とする請求項２に記載のハウジング昇温装置
4. 前記第二のターン領域は、前記ハウジングのうちリブ又はボスが形成されている領域に対応する位置に設定されている
   ことを特徴とする請求項３に記載のハウジング昇温装置。
5. 前記電磁誘導加熱用コイルの少なくとも一部に沿うように設けられた磁石を備える
   ことを特徴とする請求項１に記載のハウジング昇温装置。
6. 前記磁石は、前記ハウジングのうち周囲よりも昇温しにくい領域に対応する位置に設けられている
   ことを特徴とする請求項５に記載のハウジング昇温装置。

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