JP5565745B2 - モータハウジング構造 - Google Patents

Description

この発明はモータハウジング構造に係り、特に、モータのステータをモータハウジングに相対回転不可能なように位置決めして固定するキー構造であって、モータハウジングにウォータジャケット等を設けたものに好適なキー構造のモータハウジング構造に関する。

ＥＶ、ＨＥＶ、ＰＨＥＶ、ＦＣＶ等のハイブリッド車両においては、駆動用のモータ（電動機）またはジェネレータ（発電機）を搭載している。モータは、ステータとロータを備え、ステータをモータハウジング内部に嵌合固定し、ステータに対してロータを回転可能に軸支している。

モータのステータをモータハウジング内部に嵌合固定したモータハウジング構造においては、ステータとモータハウジング間の位置を決める際に、一般的には従来は平行キーが用いられている。この平行キーは、ステータの回転止めの役割も果たしている。

特許第３５９１３５４号公報 実開昭５５−９４９５０号公報

しかし、平行キーは、軸方向に長く、また径方向へも出っ張るため、水冷式のモータではモータハウジングにウォータジャケットを設ける際に、平行キーのキー溝を避けねばならず、構造に大きな制約があった。そのため、平行キーを用いたモータハウジング構造では、ウォータージャケットをステータのより近くに設けることが出来ず、冷却効率の悪化やモータハウジングの大型化・重量増加を招く問題があった。同様のことは、ステータとモータハウジングをボルト固定したモータのモータハウジング構造にもあてはまるものである。さらに、平行キーを用いるということは、モータハウジング側にもキー溝を設ける必要があり、その工程と加工精度によってはコストアップの要因にもなる問題がある。
一般的な回転体に設けるキー構造では、キーと２つのキー溝とのそれぞれの寸法精度によって位置決めの精度が決まり、周方向にも径方向にも、個々の隙間が累積して精度が低くなるので、極めて高い寸法精度の加工が必要になる。そのため、例えばセットスクリュを設けたキー構造が提案され、高い加工精度を不要としながら組み付け時の精度を高める構造が提案されている。
しかし、キー溝の形成位置は、周方向であっても軸方向であっても、加工のし易い任意の位置を選択して決めていた。また、プーリやギヤ等の回転体では、ウォータジャケットのような非構造体である容量空間が存在しておらず、その形成のための配慮は充分になされていない。
また、キーにかかる周方向の荷重を受けるため、キー溝を設ける部分の肉厚はその荷重に耐えられるように厚くする必要がある。キー溝の深さも必要になるので、キー構造に必要な厚肉部が大きくなる問題がある。
さらに、モータハウジングにウォータジャケットを設ける場合には、そのキー構造を避けて形成する必要があるため、蛇行させて複雑な形状としたり、径方向に拡大するように大型化したりすることが必要となる不都合がある。
ところで、モータのステータのモータハウジングヘの固定に圧入を伴う場合には、キーにかかる周方向の荷重は小さくできる。そのため、固定に圧入を伴うモータハウジング構造の場合には、キー構造の回転止めとしての機能を下げ、キー溝の深さを浅くして、位置決めとしての機能を重視することが考えられる。

この発明は、磁束経路に影響を与えない位置決め構造を提供すること、ウォータジャケットをモータ（とくにステータ外周）に近接させるようにモータハウジングの肉厚を低減できるキー構造を提供すること、モータの冷却効率を高めるウォータジャケット構造を提供すること、などを目的とする。

この発明は、モータハウジング内にモータのステータを固定するモータハウジング構造において、前記モータハウジングに設けられ前記モータを冷却するためのウォータジャケットと、前記ウォータジャケットに冷却水を導入するための入口部と、前記冷却水を排出するための出口部と、前記ステータの外周面に設けられたガイド溝と、前記入口部と前記出口部との間の前記モータハウジングに前記ウォータジャケットを挟んで設けられた雌ねじ部と、前記雌ねじ部に締結されると共に、前記ガイド溝に係合し前記ステータと前記モータハウジングとの位置決めを行う雄ねじと、を備えることを特徴とする。

この発明のモータハウジング構造は、雄ねじがガイドするステータのガイド溝の深さを、磁束経路に影響を与えない程度に浅くできる。このため、このモータハウジング構造は、モータハウジングの位置決めの構造に必要とされる肉厚を抑制でき、軽量化できる。

モータハウジングの側面図である。（実施例） 図１のＩＩ−ＩＩ線による断面図である。（実施例） 図２の矢印ＩＩＩ部位の拡大断面図である。（実施例） 図１のＩＶ−ＩＶ線による断面図である。（実施例）

この発明は、ステータの外周面に設けたガイド溝と、このステータに外部嵌合するモータハウジングの適所に位置する雌ねじ部に締結した雄ねじとによって、ステータとモータハウジングの位置決めを行うものである。
以下、図面に基づいて、この発明の実施例を説明する。

図１〜図４は、この発明の実施例を示すものである。図１・図２において、１は例えばハイブリッド車両等に搭載されるモータ、２はステータ、３はロータ、４はモータハウジングである。モータ１は、ステータ２と、ステータ２の内周側に配設されるロータ３と備えている。ステータ２は、図２・図４に示すように、円筒形状のコア５と、コア５の軸方向両端から内周面６を軸方向に延びる溝７に巻掛けられたコイル８とからなる。ロータ３は、回転軸９によりステータ２の内周側において回転可能に軸支されている。
前記モータハウジング４は、図４に示すように、コア５の外周側に配設される円筒形状の周壁部１０と、周壁部１０の軸方向両端に設けた環状部１１・１２とからなる。環状部１１・１２は、周壁部１０よりも径方向で外方に突出する形状を有している。軸方向一端の環状部１１は、開放されている。軸方向他端の環状部１２は、径方向の内方に延びる隔壁部１３を備え、中心にロータ３の回転軸９を軸支する軸支孔１４を設けている。ステータ２は、図２に示すように、コア５の外周面１５をモータハウジング４の周壁部１０の内周面１６に嵌合して固定している。
モータ１のステータ２のコア５の外周面１５には、図３・図４に示すように、軸方向に延びるガイド溝１７を設けている。ガイド溝１７の深さは、ステータ２が発生する磁束経路に影響を及ぼさない程度に浅くしている。このステータ２のコア５に外部嵌合するモータハウジング４には、周壁部１０に雌ねじ部１８・１９を設けている。２つの雌ねじ部１８・１９は、ステータ２のコア５の軸方向の両端付近それぞれに配設するように周壁部１０に設けている。雌ねじ部１８・１９には、位置決め用の雄ねじ２０・２１が締結される。雄ねじ２０・２１は、ヘッドや座がないネジ軸形状に形成され、後端部にドライバ等の工具を挿入する工具用孔２２・２３を備えている。
モータ１は、モータハウジング４に対して、軸方向に一直線上に開けられた雌ねじ部１８・１９に、位置決め用の雄ねじ２０・２１をねじ込んで締結し、この雄ねじ２０・２１の先端部にステータ２のコア５の外周面１５に設けたガイド溝１７を係合し、雄ねじ２０・２１によりガイド溝１７をガイドにしてステータ２のコア５をモータハウジング４に嵌合することで、ステータ２とモータハウジング４との位置決め及び相互回転止めを行う。

このように、このモータハウジング構造は、雄ねじ２０・２１がガイドするステータ２のガイド溝１７の深さを、磁束経路に影響を与えない程度に浅くできる。このため、このモータハウジング構造は、モータハウジング４の位置決めの構造に必要とされる肉厚を抑制でき、軽量化できる。
このモータハウジング構造は、ステータ２及びモータハウジング４それぞれの自己形状を保持する高い剛性を利用して、ステータ２の外周面１５をモータハウジング４の内周面１６に押し付けることによって、比較的小さいねじの軸力であっても摩擦によって大きな固定力を発揮することができる。
雄ねじ２０・２１は、ねじ山を形成する面で剪断力を受ける構造ではないので、モータ１のステータ２の外周面１５に設けたガイド溝１７の溝深さを浅くでき、例えば、雄ねじ２０・２１のピッチより小さく形成する。これにより、モータハウジング４は、薄肉化、軽量化できる。
雌ねじ部１８・１９は、ステータ２の軸方向寸法の両端付近それぞれに配設することによって、個々のねじの荷重分担を小さくできる。雄ねじ２０・２１は、それぞれのねじ先端面の径を小さくできるので、ステータ２の外周面１５に設けるガイド溝１７の幅を小さくできる。
キー兼用ボルトの雄ねじ２０・２１を締結する雌ねじ部１８・１９では、雌ねじ形成範囲を、モータハウジング４にステータ２を嵌合する嵌合面（内周面１６）に対し径方向での外方位置（拡径位置）に設けている。雌ねじ部１８・１９は、雌ねじ形成範囲を小さく抑えている。位置決め用の雄ねじ２０・２１は、ヘッドや座がない特殊ボルトを利用している。雄ねじ２０・２１は、ガイド溝１７に突入する先端部を溝形状に合わせた形状としても良い。また、雄ねじ２０・２１には、後端部側に弛み止め用のナットを追加して締結しても良い。

前記モータハウジング４は、図４に示すように、ステータ２の周囲外部に位置する周壁部１０にウォータジャケット２４を備えている。ウォータジャケット２４は、モータハウジング４の周壁部１０の内周側の内周壁２５と、内周壁２５の軸方向両端から径方向で外方にそれぞれ立ち上がる端壁２６・２７と、ステータ２の周壁部１０の外周側において前記両端壁２６・２７の外周縁に連続する外周壁２８と、により囲まれて形成される。ウォータジャケット２４を形成する周壁部１０の両端壁２６・２７には、前記雌ねじ部１８・１９を設けている。
これにより、このモータハウジング構造は、雌ねじ部１８・１９を避けるためにウォータジャケット２４を蛇行させる必要がなく、ウォータジャケット２４を形状が複雑にならないように形成できる。このため、このモータハウジング構造は、水冷式のモータハウジング４を大幅に軽量にできる。ウォータジャケット２４の水路形状を、ステータ２のコア５に対して１周取り囲むように構成した場合は、水路の直径（図４に一点鎖線で示すモータ軸中心を基準）を小さくすることができ、結果としてモータハウジング４の重量をキログラム単位で軽量化することも可能になる。
また、前記雌ねじ部１８・１９は、ステータ２の軸方向の両端付近それぞれに配設しているので、雌ねじ部１８・１９に邪魔されることなく、ウォータジャケット２４の幅を大きくできる。即ち、図４に示すように、ウォータジャケット２４の幅は、ステータ２のコア５の幅ｗ１に近づけるように幅ｗ２を大きくでき、雌ねじ部１８・１９を設けた部位においても幅ｗ２に近い幅ｗ３を確保することができる。このため、このモータハウジング構造は、冷却によってモータ１の駆動効率を高めたり、耐久性を確保したりすることができる。
モータハウジング４は、ウォータジャケット２４を形成する周壁部１０内部にキー兼用の雄ねじ２０・２１（位置決め用ねじ）を締結する雌ねじ部１８・１９を設けている。ステータ２の周囲に帯状に延出して存在するウォータジャケット２４を形成する周壁部１０のうち、モータハウジング４の軸方向両端において径方向に沿う両端壁２６・２７は、ステータ２の軸方向に離間して対を成しており、これらの両端壁２６・２７それぞれにキー兼用の雄ねじ２０・２１を締結する雌ねじ部１８・１９を設けている。雌ねじ部１８・１９及び両端壁２６・２７は、共肉によって剛性を確保しながら、ウォータジャケット２４の断面積の幅ｗ２をステータ２のコア５の幅ｗ１（軸方向寸法）と同寸に近づくよう、できる限り大きく確保することができる。
モータハウジング４のウォータジャケット２４は、モータ１の軸方向から見て円環状となるように、かつ断面が扁平となるように、帯状の水路形状に形成している。ウォータジャケット２４は、図１・図２に示すように、モータ１の回転軸９を挟んで、径方向において対極となる位置に互いに分かれるよう配設した下方の入口部２９と上方の出口部３０とによって、冷却水をそれぞれ導入して排出する。相対的に低い側となる位置の入口部２９から入った冷却水は、ウォータジャケット２４に入るとすぐ周方向に２分され、それぞれ半円を描くように流れながら熱交換を行う。熱交換により、冷却水は温められ、モータハウジング４は冷却される。温度の高くなった冷却水は、相対的に高い側となる位置の出口部３０直前で合流し、出口部３０から排出される。
ほぼ帯状に形成されたウォータジャケット２４は、シンプルな断面形状としつつ、表面積を大きくすることにより、効率的に熱交換を行うことができる。ウォータジャケット２４は、シンプルな断面形状とすることで、流速を高めて単位時間当たりの冷却効率を高めることができる。この熱交換によって、モータ１の発熱を抑え、モータ１の駆動効率を高めることができる。

モータハウジング４の外周面３１には、図１に示すように、モータ１の軸方向に沿うように伸びる補強リブ３２が、複数条設けてある。この補強リブ３２は、概略筒形状に形成されたモータハウジング４の軸方向両端の外周部として形成された２つの環状部１１・１２を連結するように設けてある。この補強リブ３２を設けたモータハウジング４が、剛性を確保しながらハウジングの肉厚を薄くできることにより、ウォータジャケット２４の冷却水路と補強リブ３２との距離を短縮することができる。その為、モータハウジング４の肉厚で、内部の熱伝導が進むとともに肉厚の容量が少ないことにより、空冷フィンの役目を果たす補強リブ３２を含めたモータハウジング４の表面から外気への放熱効果を高めることができる。環状部１１・１２は、他のケーシングとの接合面（シール面）３３・３４を形成する。
前記雌ねじ部１８・１９は、その複数の補強リブ３２に挟まれた範囲であって、かつ、それら複数の補強リブ３２を連結するように伸びるウォータジャケット２４の外周壁２８を利用して設けてある。補強リブ３２は、ウォータジャケット２４の断面形状の変形を避けることができ、外周壁２８との共肉化によって重量増加を最小限に抑えることができ、図４に示すように、モータハウジング４の周壁部１０の厚さｔ１に対してウォータジャケット２４の厚さ（高さ）ｔ２を大きくすることができる。なお、雌ねじ部１９・２０の上面は、複数の補強リブ３３の稜線を結ぶ仮想平面より低くなる位置に形成してある。
また、複数条設けた補強リブ３２の間の外周壁２８には、雌ねじ部１８・１９とともに、ウォータジャケット２４に臨む位置に厚肉のボス部３５が設けてある。厚肉のボス部３５は、ウォータジャケット２４を形成するために必要となる中子を除去するための加工孔であり、盲栓３６を嵌合することによって閉塞するものである。ボス部３５は、剛性を高くすると同時に、雌ねじ部１８・１９と加工方向をおなじ角度とすることができ、作業性を向上できる。
なお、ウォータジャケット２４の水路形状は、円環状で断面が扁平となるように帯状の水路形状に形成したが、スパイラル形状とすることもできる。ウォータジャケット２４の水路形状を、ステータ２のコア５に対してスパイラル状に構成した場合でも、水路の直径（図４に一点鎖線で示すモータ軸中心を基準）を小さくすることができ、結果としてモータハウジング４の重量を軽量化することが可能になる。

この発明は、ステータの外周面に設けたガイド溝と、このステータに外部嵌合するモータハウジングの雌ねじ部に締結した雄ねじとによって、ステータとモータハウジングの位置決めを行うものであり、一般的な回転体のキー構造に応用が可能である。

１ モータ
２ ステータ
３ ロータ
４ モータハウジング
５ コア
８ コイル
９ 回転軸
１０ 周壁部
１１・１２ 環状部
１５ 外周面
１６ 内周面
１７ ガイド溝
１８・１９ 雌ねじ部
２０・２１ 雄ねじ
２４ ウォータジャケット
２５ 内周壁
２６・２７ 端壁
２８ 外周壁
２９ 入口部
３０ 出口部
３２ 補強リブ
３５ ボス部
３６ 盲栓

Claims (2)

1. モータハウジング内にモータのステータを固定するモータハウジング構造において、
   前記モータハウジングに設けられ前記モータを冷却するためのウォータジャケットと、
   前記ウォータジャケットに冷却水を導入するための入口部と、
   前記冷却水を排出するための出口部と、
   前記ステータの外周面に設けられたガイド溝と、
   前記入口部と前記出口部との間の前記モータハウジングに前記ウォータジャケットを挟んで設けられた雌ねじ部と、
   前記雌ねじ部に締結されると共に、前記ガイド溝に係合し前記ステータと前記モータハウジングとの位置決めを行う雄ねじと、
   を備えることを特徴とするモータハウジング構造。
2. 前記雌ねじ部は、前記モータハウジングに設けられた複数の補強リブに挟まれた範囲に形成されることを特徴とする請求項１記載のモータハウジング構造。

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