(57)【要約】【課題】簡易な構成でステータ収容室の冷媒がロータ収容室に漏れるのを防止することができる電動機冷却用隔壁部材を提供する。【解決手段】ステータ１１を収容するステータ収容室２０とロータ１２を収容するロータ収容室３０を分割する電動機冷却用隔壁部材１７であって、隔壁部材１７は強化繊維１７１を捲回して形成された円筒状の繊維強化プラスチックからなる。【選択図】図２
2010288373.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
ステータを収容するステータ収容室とロータを収容するロータ収容室を分割する電動機冷却用隔壁部材であって、
前記隔壁部材は繊維を捲回して形成された円筒状の繊維強化プラスチックからなることを特徴とする電動機冷却用隔壁部材。
【請求項２】
前記繊維の捲回方向が、前記隔壁部材の中心軸線に対し傾斜することを特徴とする請求項１に記載の電動機冷却用隔壁部材。
【請求項３】
前記繊維は、アルミナ繊維又はガラス繊維からなり、
前記繊維の捲回方向が、前記隔壁部材の中心軸線に対し±５０°〜±８０°傾斜することを特徴とする請求項１又は２に記載の電動機冷却用隔壁部材。
【請求項４】
前記繊維強化プラスチックのマトリックス樹脂が、ビスマレイミド樹脂又はエポキシ樹脂からなることを特徴とする請求項１〜３のいずれかに記載の電動機冷却用隔壁部材。
【請求項５】
前記隔壁部材は、フィラメントワインディング成形法により形成されることを特徴とする請求項１〜４のいずれかに記載の電動機冷却用隔壁部材。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、ステータを収容するステータ収容室とロータを収容するロータ収容室を分割する電動機冷却用隔壁部材に関する。
【背景技術】
【０００２】
従来、ステータを冷却する冷却構造を備えた回転電機として、例えば特許文献１に記載の回転電機が知られている。この回転電機２００は、図１０及び図１１に示すように、スロット２０１とティース２０２が内周面に交互に形成されたステータコア２０３にコイル２０４が装着されたステータ２０５と、ステータ２０５の内周部に配置され回転自在なロータ２０６と、ステータ２０５とロータ２０６を収容するハウジング２０７と、を備えて構成されている。
【０００３】
また、ステータ２０５を冷却する構造として、スロット２０１の開口部付近にスロット２０１を閉塞するプレート２０８を配置するとともに、プレート２０８とステータコア２０３の内周側及び外周側に金型を配置しそこに樹脂を充填することでステータ２０５の両端とハウジング２０７の側壁部２１２、２１２間に隔壁２０９、２０９を形成し、ハウジング２０７内をステータ２０５を収容するステータ収容室２１０とロータ２０６を収容するロータ収容室２１１に分割している。
そして、ステータ収容室２１０に形成された導入口２１３からハウジング２０７内に冷却用の冷媒を導入し、導出口２１４から冷媒を外部に導出し、ステータ２０５を冷却することが記載されている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００４】
【特許文献１】特開２００３−６１２８５号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
しかしながら特許文献１に記載の回転電機２００は、ステータコア２０３を磁性板を積層した積層構造とした場合に、ステータ収容室２１０に導入された冷媒が積層間の隙間からロータ収容室２１１に漏れるおそれがあった。漏れた冷媒がロータ２０６に付着すると機械損失が増加し、また、ロータ収容室２１１から外部へ冷媒を排出しようとすると別途、排出機構が必要になるなどの問題があった。
また、プレート２０８の両端の隔壁２０９、２０９は、金型を用いて樹脂を充填して形成されるため構造が複雑であるとともに、製造工程も複雑であった。
【０００６】
本発明は、上記した事情に鑑みてなされたもので、その目的は、簡易な構成でステータ収容室の冷媒がロータ収容室に漏れるのを防止することができる電動機冷却用隔壁部材を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
上記目的を達成するために、請求項１に記載の発明は、
ステータ（例えば、後述の実施形態におけるステータ１１）を収容するステータ収容室（例えば、後述の実施形態におけるステータ収容室２０）とロータ（例えば、後述の実施形態におけるロータ１２）を収容するロータ収容室（例えば、後述の実施形態におけるロータ収容室３０）を分割する電動機冷却用隔壁部材（例えば、後述の実施形態における隔壁部材１７）であって、
前記隔壁部材は繊維（例えば、後述の実施形態における強化繊維１７１）を捲回して形成された円筒状の繊維強化プラスチックからなることを特徴とする。
【０００８】
請求項２に記載の発明は、請求項１に記載の発明の構成に加えて、
前記繊維の捲回方向が、前記隔壁部材の中心軸線に対し傾斜することを特徴とする。
【０００９】
請求項３に記載の発明は、請求項１又は２に記載の発明の構成に加えて、
前記繊維は、アルミナ繊維又はガラス繊維からなり、
前記繊維の捲回方向が、前記隔壁部材の中心軸線に対し±５０°〜±８０°傾斜することを特徴とする。
【００１０】
請求項４に記載の発明は、請求項１〜３のいずれかに記載の発明の構成に加えて、
前記繊維強化プラスチックのマトリックス樹脂（例えば、後述の実施形態におけるマトリックス樹脂１７２）が、ビスマレイミド樹脂又はエポキシ樹脂からなることを特徴とする。
【００１１】
請求項５に記載の発明は、請求項１〜４のいずれかに記載の発明の構成に加えて、
前記隔壁部材は、フィラメントワインディング成形法により形成されることを特徴とする。
【発明の効果】
【００１２】
請求項１の発明によれば、ステータ収容室とロータ収容室を分割する隔壁が１つの円筒状の隔壁部材から構成され、隔壁部材はハウジングに液密に支持されるため簡易な構成で、ステータ収容室の冷媒がロータ収容室に漏れるのを防止することができる。これにより、冷媒がロータに付着することによる機械損失を低減することができ効率を向上させることができる。また、ロータ収容室から冷媒を外部へ排出する排出機構を設ける必要がないので回転電機を小型化することができる。
さらに隔壁部材が繊維強化プラスチックから構成されるので、冷媒による径方向外側からの圧力に対して強度を確保することができる。これにより、隔壁部材の厚さを薄くすることで回転電機のトルクや効率を向上させることができるとともに、回転電機の寸法と重量増加を避けつつ冷却能力を向上させることができる。
【００１３】
請求項２の発明によれば、繊維の捲回方向が隔壁部材の中心軸線に対し傾斜しているので、更なる強度の向上を図ることができる。
【００１４】
請求項３の発明によれば、繊維がアルミナ繊維又はガラス繊維からなり、繊維の捲回方向が、隔壁部材の中心軸線に対し±５０°〜±８０°傾斜することにより、更なる強度の向上を図ることができる。また、繊維が非磁性及び非導電性材料にて形成されているので、隔壁部材をステータとロータとの間に配置しても回転磁界の阻害及び渦電流に基づく発熱を防止することができる。
【００１５】
請求項４の発明によれば、繊維強化プラスチックのマトリックス樹脂が、ビスマレイミド樹脂又はエポキシ樹脂からなるので、磁気特性に影響を与えずに更なる強度の向上を図ることができる。
【００１６】
請求項５の発明によれば、隔壁部材がフィラメントワインディング成形法により形成されるので、更なる強度の向上を図ることができる。
【図面の簡単な説明】
【００１７】
【図１】本発明に係る隔壁部材を備えた回転電機の一実施形態の軸方向断面図であり、図２のＩ−Ｉ線断面図である。
【図２】図１に示す回転電機の軸直交方向断面図である。
【図３】図１に示す回転電機における隔壁部材の変形モードを説明する軸方向断面図である。
【図４】隔壁部材の中心軸線に対する繊維の傾斜角度と成形法を説明する模式図である。
【図５】耐圧試験に用いた歪ゲージを取り付けた隔壁部材の斜視図である。
【図６】耐圧試験装置を示す図であり、（ａ）は耐圧試験装置の軸直交方向断面図であり、（ｂ）は（ａ）のＢ−Ｂ線断面図である。
【図７】耐圧試験装置における隔壁部材の変形を示す図である。
【図８】実施例１〜４の耐圧試験結果を示すグラフである。
【図９】実施例１〜５及び比較例１、２の耐圧試験結果を示すグラフである。
【図１０】特許文献１に記載の回転電機の軸方向断面図である。
【図１１】特許文献１に記載の回転電機のステータの軸直交方向の部分断面図である。
【発明を実施するための形態】
【００１８】
以下、本発明に係る回転電機の各実施形態について、添付図面に基づいて詳細に説明する。
【００１９】
本実施の形態による回転電機１０は、例えば図１及び図２に示すように、ステータ１１と、ステータ１１の内周側にエアギャップＳを介して対向配置されたロータ１２と、ステータ１１とロータ１２を収容するハウジング１３と、を備えて構成されている。
【００２０】
ハウジング１３は、円筒状の円筒壁部１３１と、円筒壁部１３１の両側をＯリング１４、１４を介して液密に閉塞した側壁部１３２、１３２と、側壁部１３２、１３２の軸方向内側に接合され円筒壁部１３１より小径で軸方向長さの短い環状支持部１３３と、から構成されている。円筒壁部１３１には、外部からハウジング内部へ冷媒を導入する導入口１３１ａが穿設されるとともにハウジング内部から外部へ冷媒を導出する導出口１３１ｂが穿設されている。そして、円筒壁部１３１の内周面には、ステータ１１が固定されている。
【００２１】
ステータ１１は、内径側に所定の間隔で突出する複数のティース１１１が設けられてティース１１１とスロット１１２が周方向に交互に形成されたステータコア１１０と、ステータコア１１０の各ティース１１１に捲回されたコイル１１４とから構成されている。ステータコア１１０は、複数層の電磁鋼板が積層されて構成されている。
【００２２】
ロータ１２は、回転軸１５と一体に回転可能なロータコア１２０と、ロータコア１２０内に周方向に等間隔に配置された不図示の永久磁石とから構成されている。回転軸１５はハウジング１３の側壁部１３２、１３２に軸受１６、１６を介して回転自在に支持されており、ロータコア１２０はステータコア１１０により与えられる回転磁束に対して反力を生じて回転軸１５と一体に回転可能となっている。
【００２３】
ここで、本実施形態の回転電機１０は、ステータ１１の内周面とロータ１２の外周面間に形成されたエアギャップＳに１つの円筒状の隔壁部材１７が設けられ、隔壁部材１７の両端部の内周面がＯリング１８、１８を介してハウジング１３の環状支持部１３３、１３３に支持されている。
【００２４】
隔壁部材１７は、非磁性且つ非導電性の強化繊維１７１がマトリックス樹脂１７２で覆われた繊維強化プラスチックから構成されている。強化繊維１７１としてアルミナ繊維、ガラス繊維を用い、マトリックス樹脂１７２には耐熱性の高いビスマレイミド樹脂、多官能エポキシ樹脂もしくは通常のエポキシ樹脂を用いることが好ましい。ガラス繊維としては、高強度ガラス繊維が好ましく、例えばＡＧＹ社製Ｓ−２ガラス、日東防製Ｔ−ガラスなどを用いることできる。また、該強化繊維１７１が隔壁部材１７の中心軸線Ｏに対し傾斜するようにヘリカル捲きされることが好ましく、フィラメントワインディング（ＦＷ）成形法により製造されることがさらに好ましい。図４に示す隔壁部材１７の中心軸線Ｏに対する強化繊維１７１の傾斜角度をθとすると、傾斜角度θは±５０°〜±８０°が好ましく、略±７０°がさらに好ましい。±５０°以上であれば断面剛性が高いため、外圧によって圧壊するおそれをさらに低減でき、±８０°以下であれば軸方向の拘束力が高いため、外圧により曲げが発生し破断するおそれをさらに低減できる。また、フィラメントワインディング成形法によれば、耐圧性、耐熱性を向上できる。
【００２５】
隔壁部材１７は、軸方向で対向するハウジング１３の側壁部１３２、１３２間距離と略等しい軸方向長さを有し、厚さ（径方向長さ）は所定の強度を確保できるようにエアギャップＳより短い厚さに設定されている。
【００２６】
ここで図４を参照して、フィラメントワインディング（ＦＷ）成形法による隔壁部材１７の製造方法について説明する。
予め、隔壁部材１７の所定の内径になるような金属性のマンドレル１７３を用意する。これにマトリックス樹脂１７２として、耐熱性を得るために配合した無溶剤型の多官能エポキシ樹脂を用意し、この樹脂を含浸させた強化繊維１７１としてのＡＧＹ社製Ｓ−２ガラス繊維をマンドレル１７３に中心軸線Ｏに対して±７０°の角度（図４のθ）になるよう、捲回積層する。
この捲回を繰り返し、多官能エポキシ樹脂を含浸させたガラス繊維層が所定の厚さになったら、捲回を停止し、この捲回したガラス繊維層をポリプロピレンのフィルムで封止する。
この封止状態で１５０℃×２０時間の雰囲気で多官能エポキシ樹脂を硬化させ、マンドレル１７３を所定の脱芯機で抜去する。これにより中心軸線Ｏに対して強化繊維１７１が±７０°で捲回された繊維強化プラスチック製の円環体を得ることが出来る。
その後、封止していたポリプロピレンのフィルムを剥ぎ取り、外表面を所定の厚さに機械加工することで隔壁部材１７が出来上がる。
【００２７】
このように製造された隔壁部材１７の外周面はティース１１１の内周面であるティース先端面１１１ａとインロー嵌合している。隔壁部材１７は、ステータ１１を収容するステータ収容室２０とロータ１２を収容するロータ収容室３０とにハウジング１３内を分割する隔壁として機能し、隔壁部材１７の内周面と環状支持部１３３、１３３間に設けられたＯリング１８、１８によりステータ収容室２０がロータ収容室３０から液密に隔離されている。
【００２８】
そして、ハウジング１３の円筒壁部１３１に形成された導入口１３１ａから絶縁性の冷媒が供給され、ステータ収容室２０が冷媒で充填されることによりステータ１１が冷却される。このとき円筒状の隔壁部材１７の変形モードは、図３に示すように両端支持の分布荷重曲げとなる。
【００２９】
以上、説明したように本実施形態の回転電機１０によれば、ステータ収容室２０とロータ収容室３０を分割する隔壁が１つの円筒状の隔壁部材１７から構成され、隔壁部材１７はハウジング１３に液密に支持されるため簡易な構成で、ステータ収容室２０の冷媒がロータ収容室３０に漏れるのを防止することができる。これにより、冷媒がロータ１２に付着することによる機械損失を低減することができ効率を向上させることができる。また、ロータ収容室３０から冷媒を外部へ排出する排出機構を設ける必要がないので回転電機１０を小型化することができる。
【００３０】
さらに隔壁部材１７が繊維強化プラスチックから構成されるので、冷媒による径方向外側からの圧力に対して強度を確保することができる。これにより、隔壁部材１７の厚さを薄くすることで回転電機１０のトルクや効率を向上させることができるとともに、回転電機１０の寸法と重量増加を避けつつ冷却能力を向上させることができる。従って、冷却性能向上のために冷媒流量をあげても隔壁部材１７の変形や破壊を回避することができる。
【００３１】
また、隔壁部材１７を構成する強化繊維１７１の捲回方向が隔壁部材１７の中心軸線Ｏに対し傾斜しているので、更なる強度の向上を図ることができる。従って、隔壁部材１７は、同じ耐圧性を有する部材を隔壁部材とした場合に比べて、隔壁部材の肉厚を小さくできるため、ロータ１１とステータ１２間のエアギャップＳを小さくでき、回転電機１０のトルク及び効率を向上させることができる。また、ロータ１１とステータ１２間のエアギャップＳを小さくすることにより、同じトルクを出力する回転電機と比べて径方向の体格を小さくでき、寸法及び重量を小さくできる。
【００３２】
また、本実施形態の回転電機１０によれば、強化繊維１７１がアルミナ繊維又はガラス繊維からなり、強化繊維１７１の捲回方向が、隔壁部材１７の中心軸線Ｏに対し±５０°〜±８０°傾斜することにより、更なる強度の向上を図ることができる。また、強化繊維１７１が非磁性及び非導電性材料にて形成されているので、隔壁部材１７をステータ１１とロータ１２との間に配置しても回転磁界の阻害及び渦電流に基づく発熱を防止することができる。
【００３３】
また、本実施形態の回転電機１０によれば、隔壁部材１７を構成するマトリックス樹脂１７２が、ビスマレイミド樹脂又はエポキシ樹脂からなるので、磁気特性に影響を与えずに更なる強度の向上を図ることができる。
【００３４】
また、本実施形態の回転電機１０によれば、ステータ収容室２０に冷媒が供給されると冷媒により隔壁部材１７の外周面に液圧が作用するが、Ｏリング１８、１８が隔壁部材１７の内周面と当接するので、冷媒の液圧がＯリング１８、１８をつぶす方向に作用するため、シール性を向上させることができる。
【実施例】
【００３５】
次に、図５〜図７を参照して円筒状の隔壁部材の耐圧試験について説明する。
図５に示すように、試験用サンプルとして円筒状の隔壁部材Ｓａを用意し、隔壁部材Ｓａの内周面の軸方向両側に周方向に等間隔で４つの歪ゲージ（Ａ〜Ｄ，Ｅ〜Ｈ）を貼り付けた。試験装置４０は、図６（ａ）及び（ｂ）に示すように、隔壁部材Ｓａより大径の円筒部４１と該円筒部４１の内周面から突出し周方向等間隔に設けられた突出部４２を有する円筒状部材４３と、軸方向両端に設けられ互いに対向する軸部材４４、４４と、を備え、内部に冷媒を供給可能に構成されている。そして、試験装置４０に隔壁部材Ｓａを装着し、隔壁部材Ｓａの外周面をティースに相当する突出部４２にインロー嵌合させるとともに、隔壁部材Ｓａの内周面をＯリング４５、４５により液密にして軸方向両端の軸部材４４、４４に固定した。このように隔壁部材Ｓａを試験装置４０に装着し、隔壁部材Ｓａの外周側の空間に冷媒を供給し、隔壁部材Ｓａの歪を調べた。
【００３６】
隔壁部材Ｓａとして、表１に示す７つのサンプル（実施例１〜４、比較例１〜３）を用いて測定を行なった。全ての隔壁部材Ｓａの形状は、φ４８×１５０ｍｍ、肉厚０．５ｍｍとし、冷媒の油温１２０℃として５０ｋＰａ上昇後３０秒保持を繰り返して隔壁部材Ｓａが破断するまでの圧力を調べた。なお、表２は強化繊維の材料物性値を示している。
【００３７】
【表１】
2010288373.tif 000003
【００３８】
【表２】
2010288373.tif 000004
【００３９】
図７は、耐圧試験における隔壁部材Ｓａが破壊に至る過程を模式的に示したものである。
図７（ａ）に示すように、油圧がかかっていないときには略真円断面を有する隔壁部材Ｓａが、油圧を上げていくことで次第に図７（ｂ）〜（ｄ）に示すように変形する過程が観測された。油圧が比較的低い状態では、図７（ｂ）に示すように４箇所の歪ゲージには全て圧縮応力が作用しており、次第に油圧を上げていくと、図７（ｃ）に示すように一箇所で引張応力が作用した。そして、さらに油圧を上げることで図７（ｄ）に示すように、図７（ｃ）における引張応力発生部から隔壁部材Ｓａが破損した。
この耐圧試験結果から、隔壁部材Ｓａに外圧を作用させると、油圧の上昇によって隔壁部材Ｓａが等方圧縮されていく過程で、肉厚のばらつきなどによる微小領域での変形挙動の乱れがきっかけとなって円筒の変形が不均一となり、結果として引張応力発生部から隔壁部材Ｓａが破損することがわかった。
【００４０】
図８及び図９は、耐圧試験結果をグラフにしたものである。図８は実施例１〜４についてそれぞれ３回繰り返し測定を行なった耐圧測定値とその平均値を示したものであり、縦軸に耐圧（ｋＰａ）をとったものである。図９は、図８に示した実施例１〜４の平均値と比較例１〜３の測定結果を表わしており、縦軸に耐圧（ｋＰａ）、横軸に耐熱温度（℃）をとったものである。なお、耐圧温度は樹脂材料の耐熱温度を示している。
ここで、回転電機１０に必要な耐圧及び耐熱温度をそれぞれ４５０ＫＰａ、１２０℃とすると、０．５ｍｍの肉厚の隔壁部材Ｓａにおいて実施例１〜４はこれらの耐圧及び耐熱温度を十分満たすものであったが、比較例１のガラスファイバー３０％を含むＰＰＳの射出成形材は耐圧及び耐熱温度を満たさず、比較例２のガラスファイバー３０％を含むＰＥＥＫの射出成形材は耐圧を満たさなかった。また、比較例３は、耐圧及び耐熱温度を一応満たすものであったが、耐圧の点で満足するものではなかった。
【００４１】
以上の測定結果から、隔壁部材Ｓａとしてフィラメントワインディング成形法により強化繊維を捲回して形成された繊維強化プラスチックを用いることにより射出成形材に比べて耐圧性が向上することがわかった。
【００４２】
また、隔壁部材Ｓａの中心軸線Ｏに対し傾斜角度を０°／９０°とした隔壁部材Ｓａ（比較例３）に比べて、隔壁部材１７の中心軸線Ｏに対し傾斜して形成された隔壁部材Ｓａ（実施例１〜４）の方が、耐圧性が向上することがわかった。
【００４３】
また、強化繊維材料としてガラス繊維よりも弾性率の大きいアルミナ繊維を用いることにより耐圧性が向上し、傾斜角度が±５５°よりも±７０°の方が耐圧性が向上することがわかった。さらに、破損部位を目視観察すると、強化繊維材料としてガラス繊維よりもアルミナ繊維の方が、且つ、傾斜角度が±５５°よりも±７０°の方が破損部位が少なく、破損時の変形も少なかったものと推察される。
【００４４】
なお、本発明は、上記実施形態に例示したものに限定されるものではなく、本発明の要旨を逸脱しない範囲において適宜変更可能である。
例えば、上記実施形態では隔壁部材１７をティース先端面１１１ａにインロー嵌合させたが、必ずしも隔壁部材１７をティース先端面１１１ａにインロー嵌合させる必要はなく、隔壁部材１７の外周面とティース先端面１１１ａとの間に所定の隙間を設けてもよい。これにより、隔壁部材１７の外径寸法を厳密に管理する必要はなく隔壁部材１７の製造を容易にすることができる。
【符号の説明】
【００４５】
１０      回転電機
１１      ステータ
１１０    ステータコア
１１１    ティース
１１１ａ    ティース先端面
１１２    スロット
１１４    コイル
１２      ロータ
１３      ハウジング
１３１ａ  導入口
１３１ｂ  導出口
１３３    環状支持部
１７      隔壁部材
１７１    強化繊維（繊維）
１７２    マトリックス樹脂
１７３    マンドレル
１８      Ｏリング
２０      ステータ収容室
３０      ロータ収容室
Ｓ        エアギャップ
【図１】
2010288373.tif 000005
【図２】
2010288373.tif 000006
【図３】
2010288373.tif 000007
【図４】
2010288373.tif 000008
【図５】
2010288373.tif 000009
【図６】
2010288373.tif 000010
【図７】
2010288373.tif 000011
【図８】
2010288373.tif 000012
【図９】
2010288373.tif 000013
【図１０】
2010288373.tif 000014
【図１１】
2010288373.tif 000015