JP4572699B2 - 回転電機の固定構造 - Google Patents

Description

本発明は、回転電機の固定構造に関し、特に、駆動時の振動および騒音を抑制する回転電機の固定構造に関する。

固定子を有する回転電機が従来から知られている。

たとえば、特開２００４−１５９５７号公報においては、固定子鉄心（コア）を有する固定子を外枠（ケース）に圧入した電動機（回転電機）が開示されている。
特開２００４−１５９５７号公報

回転電機の駆動時の振動、騒音を抑制することは重要である。ここで、コアの外周部がケースのどの部分に当接するかによって、回転電機の駆動時の振動、騒音のレベルが変動する。すなわち、特開２００４−１５９５７号公報に示されるような回転電機において、コアとケースとが当接する部位によっては、振動、騒音が比較的大きくなる場合がある。

本発明は、上記のような問題に鑑みてなされたものであり、本発明の目的は、振動および騒音を抑制する回転電機の固定構造を提供することにある。

本発明に係る回転電機の固定構造は、ステータコアを含む固定子と、ステータコアを格納するハウジングとを備え、ハウジングは、ステータコアの周方向において、相対的に剛性が低い第１部分と、相対的に剛性が高い第２部分とを有し、ハウジングにおける第１部分とステータコアとが当接し、ハウジングにおける第２部分とステータコアとが離間し、ステータコアは、ブロック体を所定数積み重ねることにより構成され、ブロック体の厚みは、該ブロック体の一方の径方向端部から他方の径方向端部に向けてテーパ状に大きくなるように形成され、ステータコアに転積部を設けることにより、ステータコアに該ステータコアの径方向外方に突出する飛出部を設け、飛出部を第１部分に当接させている。

上記構成によれば、ハウジングにおける低剛性部位にステータコアを当接させて当該部分におけるハウジングの膜振動を抑えることができる。また、ハウジングにおける高剛性部位とステータコアとを離間させることで、当該部分におけるステータコアとハウジングとの間の振動の伝達を抑えることができる。結果として、回転電機の駆動時の騒音が低減される。

また、ハウジングにおける第１部分に向けてステータコアが突出するように該ステータコアに転積部が設けられることにより、簡単な構造でハウジングにおける低剛性部位にステータコアを当接させることができる。

上記回転電機の固定構造において、ハウジングにおける第２部分に該ハウジングの内周面をステータコアから逃がすセットバック部が設けられることが好ましい。

これにより、ハウジングにおける高剛性部位とステータコアとをより確実に離間させることができる。

本発明によれば、回転電機の駆動時の振動および騒音を抑制することができる。

以下に、本発明に基づく回転電機の固定構造の実施の形態について説明する。なお、同一または相当する部分に同一の参照符号を付し、その説明を繰返さない場合がある。

図１は、本発明の１つの実施の形態に係る回転電機の固定構造を含む駆動ユニットの構造の一例を概略的に示す図である。図１に示される例では、駆動ユニット１００は、ハイブリッド車両に搭載される駆動ユニットであり、モータジェネレータ１０１と、減速機構１１０と、ハウジング１１２（ケース）と、ディファレンシャル機構１１４とドライブシャフト受け部１１６とから構成される。

モータジェネレータ１０１は、電動機または発電機としての機能を有する回転電機であり、軸受１０２を介してハウジング１１２に回転可能に取付けられた回転軸１０３と、回転軸１０３に取付けられたロータ１０４と、ステータ１０５とを有する。ステータ１０５はステータコア１０５Ａを有し、ステータコア１０５Ａにはコイル１０６が巻回されている。コイル１０６は端子１０７を有し、該端子１０７はハウジング１１２に設けられた端子台１０８を介して給電ケーブル１０９と接続される。これにより、外部電源１０９Ａとコイル１０６とが電気的に接続される。

モータジェネレータ１０１から出力された動力は、減速機構１１０からディファレンシャル機構１１４を介してドライブシャフト受け部１１６に伝達される。ドライブシャフト受け部１１６に伝達された駆動力は、ドライブシャフト（図示せず）を介して車輪（図示せず）に回転力として伝達されて、車両を走行させる。

一方、ハイブリッド車両の回生制動時には、車輪は車体の慣性力により回転させられる。車輪からの回転力によりドライブシャフト受け部１１６、ディファレンシャル機構１１４および減速機構１１０を介してモータジェネレータ１０１が駆動される。このとき、モータジェネレータ１０１が発電機として作動する。モータジェネレータ１０１により発電された電力は、インバータを介してバッテリに蓄えられる。

給電ケーブル１０９は、Ｕ相ケーブルと、Ｖ相ケーブルと、Ｗ相ケーブルとからなる三相ケーブルである。コイル１０６は、Ｕ相コイル、Ｖ相コイルおよびＷ相コイルからなり、これらの３つのコイルの端子が三相ケーブルである給電ケーブル１０９に接続される。

図２は、駆動ユニット１００に含まれるステータ１０５周辺を示した平面図であり、図１における矢印IIの方向からみた図である。図２を参照して、コイル１０６の端子１０７は、それぞれＵ相コイル、Ｖ相コイルおよびＷ相コイルに対応する端子１０７Ａ，１０７Ｂ，１０７Ｃを有する。また、ハウジング１１２に設けられる端子台１０８は、それぞれＵ相ケーブル、Ｖ相ケーブルおよびＷ相ケーブルに対応する端子台１０８Ａ，１０８Ｂ，１０８Ｃを有する。端子１０７Ａ，１０７Ｂ，１０７Ｃは、それぞれ端子台１０８Ａ，１０８Ｂ，１０８Ｃに接続される。

図３は、モータジェネレータ１０１に含まれるステータコアを示した平面図である。図３を参照して、ステータコア１０５Ａは、中空円筒形状からなり、周方向に配列された４８個のティース１を内周面に有する。複数のティース１間には、スロット２が形成される。コイル巻線は、スロット２に嵌り合うようにティース１に巻き付けられる。Ｕ相コイル、Ｖ相コイルおよびＷ相コイルは、互いに円周上でずれるように巻き付けられる。

ステータコア１０５Ａは、３つのボルト締結部２０を有する。ボルト締結部２０に形成された孔部に締結ボルトが挿入され、ステータコア１０５Ａがハウジングに固定される。ボルト締結部２０は、周方向に互いに１２０°ずれて形成されている。

このように構成されるハイブリッド車両の駆動ユニット１００において、モータジェネレータ１０１は、上述したような駆動力の発生時、および発電時に振動する。この振動により、ハウジング１１２に膜振動が生じる。該膜振動は、ハウジング１１２の低剛性部位（たとえば図２中のａ１部周辺）において、より顕著に生じる。

これに対し、本実施の形態に係る回転電機の固定構造においては、ハウジング１１２の低剛性部位（たとえば図２中のａ１部周辺）に選択的にステータコアを当接させることにより、上記膜振動を効果的に抑制している。一方で、ハウジング１１２の高剛性部位（たとえば図２中のａ２部周辺）においては、ステータコアとハウジングとを離間させている。これにより、当該部分におけるステータコアとハウジングとの間の振動の伝達が抑制される。以上の結果、モータジェネレータ１０１駆動時の騒音が低減される。

本実施の形態においては、ステータコアに該ステータコアの径方向外方に突出する飛出部を設け、該飛出部をハウジング１１２の低剛性部位に当接させている。

ところで、ステータコアにコイルを巻回する際の巻き始め位置とコイル端子１０７とのステータコアの周方向における位置関係（位相差）は一定である。したがって、ステータコアの周方向におけるコイルの巻き始め位置を決定することで、ステータコアの周方向におけるコイル端子１０７の位相が一義的に定まる。一方で、コイルが巻回されたステータをハウジングに取付ける際は、コイル端子１０７とハウジング１１２に設けられた端子台１０８との周方向の位相を合わせて取付ける。したがって、ステータコアの周方向におけるコイルの巻き始め位置とステータコアの飛出部との位置関係（位相差）を調整することで、ステータコアの飛出部をハウジング１１２の低剛性部位に位置させることが可能である。本実施の形態においては、上記のように、ステータコイル巻線の巻き始め位置が管理されている。これにより、ステータの取付工程において、ステータコイルの端子１０７とハウジングに設けられた端子台１０８との位置を合わせるだけで、ハウジング１１２の低剛性部位に選択的にステータコアの飛出部を当接させることができる。すなわち、簡単な方法で、上述した騒音低減効果を確実に得ることができる。

次に、ステータコアの飛出部を形成する方法の一例について、図４，図５を用いて説明する。

図４は、ステータコア１０５Ａを構成するブロック体３を重ねた状態を示した斜視図である。なお、図４において、ステータコア１０５Ａの内周側に形成されるティースおよびスロットは図示されていない。また、図５は、ブロック体３を示した側面図であり、図４における矢印Ｖの方向からみた図である。図４，図５を参照して、ステータコア１０５Ａは、ブロック体３を所定の数だけ積み重ねることにより構成される。ブロック体３は、磁性鋼板４を積層することで構成される。ここで、磁性鋼板４の厚みは、一方の径方向端部（たとえば図５における左側の端部）から他方の径方向端部（たとえば図５における右側の端部）に向けてテーパ状に大きくなる。この結果、ブロック体３の厚みは、一方の径方向端部から他方の径方向端部に向けてテーパ状に大きくなる。このようなブロック体３を重ねることにより、複数のブロック体３の境界部には、図４に示すように、ステータコア１０５Ａが該コアの径方向外方ＤＲ１に突出する飛出部５が形成される。

なお、図４に示す例では、上側のブロック体３におけるボルト締結部２０Ａ，２０Ｂ，２０Ｃは、それぞれ、下側のブロック体３におけるボルト締結部２０Ｂ，２０Ｃ，２０Ａに対応するように重ねられる。換言すると、図４に示される２つのブロック体３は、互いにその周方向の位相が異なるように重ねられる。ここで、２つのブロック体３の境界部を、転積部６と称する。つまり、ここでいう「転積」とは、２つのブロック体３を互いに周方向にずらしながら重ねることを意味する。

ステータコア１０５Ａを構成するブロック体の数は任意に変更することが可能である。ただし、ブロック体の数を２つとする、すなわち、転積の回数を１回とすることで、複数箇所の転積部を設ける場合と比較して、飛出部５の突出高さをより大きくすることができ、ステータコアをハウジングの内周面により強力に当接させることができる。結果として、より効果的にハウジングの膜振動を抑制し、回転電機の駆動時の騒音を低減することができる。

次に、図４，図５に示されるようなブロック体を形成する方法の一例について、図６，図７を用いて説明する。

図６を参照して、ブロック体を構成する磁性鋼板は、フープ材７を用いて形成される。フープ材７は、たとえば、その幅方向に並ぶように帯状部分７Ａ，７Ｂ，７Ｃに分けられる。フープ材７の形成工程において、該フープ材７の幅方向端部に位置する帯状部分７Ａ，７Ｃの厚みは、フープ材７の幅方向に沿ってテーパ状に変化する。図７を参照して、たとえば帯状部分７Ａからブロック体を構成する磁性鋼板４Ａが形成される。この磁性鋼板４Ａを同じ方向に積層することにより、図４，図５に示されるようなブロック体３が形成される。つまり、同一形状を有する磁性鋼板が同じ方向に重ねられることにより、テーパ状の厚みを有するブロック体が形成される。

図８は、本実施の形態および参考例に係る回転電機の固定構造を有する駆動ユニットのハウジングの振動レベルを示した図である。図８を参照して、本実施の形態および参考例ともに、図８中のｂ部付近の周波数において、振動レベルのピークが生じている。このｂ部において、本実施の形態に係る駆動ユニット１００の振動レベル（実線）は、参考例に係る駆動ユニットの振動レベル（破線）よりも低い。すなわち、本実施の形態に係る回転電機の固定構造によれば、駆動ユニットの振動レベルのピーク値が低減される。

図９は、ハウジング１１２の変形例を示した断面図である。図９を参照して、ハウジング１１２は、セットバック部１１３を有する。セットバック部１１３は、ハウジング１１２の高剛性部位（たとえば図９におけるｃ部）に設けられる。セットバック部１１３を形成しなくとも、ｃ部においてステータコア１０５Ａとハウジング１１２を離間させることも可能であるが、該セットバック部１１３が形成されることにより、ハウジング１１２の高剛性部位をステータコア１０５Ａから確実に逃がすことができる。

上述した内容について要約すると、以下のようになる。すなわち、本実施の形態に係る回転電機の固定構造は、ステータコア１０５Ａを含むステータ１０５（固定子）と、ステータコア１０５Ａを格納するハウジング１１２とを備え、ハウジング１１２は、ステータコア１０５Ａの周方向において、相対的に剛性が低い第１部分（たとえば図２におけるａ１部）と、相対的に剛性が高い第２部分（たとえば図２におけるａ２部）とを有し、ハウジング１１２における第１部分とステータコア１０５Ａとが当接し、ハウジング１１２における第２部分とステータコア１０５Ａとが離間している。

また、図２〜図５に示す例では、ハウジング１１２における低剛性部位である第１部分（たとえば図２におけるａ１部）に向けてステータコア１０５Ａが突出するようにステータコア１０５Ａに転積部６が設けられている。

また、図９に示す例では、ハウジング１１２における高剛性部位である第２部分（たとえば図９におけるｃ部）にハウジング１１２の内周面をステータコア１０５Ａから逃がすセットバック部１１３が設けられている。

以上、本発明の実施の形態について説明したが、今回開示された実施の形態は全ての点で例示であって制限的なものではないと考えられるべきである。本発明の範囲は特許請求の範囲によって示され、特許請求の範囲と均等の意味および範囲内での全ての変更が含まれることが意図される。

本発明の１つの実施の形態に係る回転電機の固定構造を含む駆動ユニットの構造の一例を概略的に示す図である。 図１に示される駆動ユニットに含まれる回転電機のステータ周辺を示した平面図であり、図１における矢印IIの方向からみた図である。 図２に示される回転電機に含まれるステータコアを示した平面図である。 図２に示される回転電機に含まれるステータコアを構成するブロック体を重ねた状態を示した斜視図である。 図３に示されるステータコアに含まれるブロック体を示した側面図であり、図４における矢印Ｖの方向からみた図である。 図３に示されるステータコアを形成するためのフープ材を示した図である。 図６に示されるフープ材からステータコアに含まれるブロック体を形成する途中工程を示した図である。 本実施の形態および参考例に係る回転電機の固定構造を有する駆動ユニットのハウジングの振動レベルを示した図である。 ハウジングの変形例を示した断面図である。

符号の説明

１ ティース、２ スロット、３ ブロック体、４，４Ａ 磁性鋼板、５ 飛出部、６ 転積部、７ フープ材、７Ａ，７Ｂ，７Ｃ 帯状部分、２０，２０Ａ，２０Ｂ，２０Ｃ ボルト締結部、１００ 駆動ユニット、１０１ モータジェネレータ、１０２ 軸受、１０３ 回転軸、１０４ ロータ、１０５ ステータ、１０５Ａ ステータコア、１０６ コイル、１０７，１０７Ａ，１０７Ｂ，１０７Ｃ 端子、１０８，１０８Ａ，１０８Ｂ，１０８Ｃ 端子台、１０９ 給電ケーブル、１０９Ａ 外部電源、１１０ 減速機構、１１２ ハウジング、１１３ セットバック部、１１４ ディファレンシャル機構、１１６ ドライブシャフト受け部。

Claims (2)

1. ステータコアを含む固定子と、
   前記ステータコアを格納するハウジングとを備え、
   前記ハウジングは、前記ステータコアの周方向において、相対的に剛性が低い第１部分と、相対的に剛性が高い第２部分とを有し、
   前記ハウジングにおける前記第１部分と前記ステータコアとが当接し、前記ハウジングにおける前記第２部分と前記ステータコアとが離間し、
   前記ステータコアは、ブロック体を所定数積み重ねることにより構成され、
   前記ブロック体の厚みは、該ブロック体の一方の径方向端部から他方の径方向端部に向けてテーパ状に大きくなるように形成され、
   前記ステータコアに転積部を設けることにより、前記ステータコアに該ステータコアの径方向外方に突出する飛出部を設け、
   前記飛出部を前記第１部分に当接させている、回転電機の固定構造。
2. 前記ハウジングにおける前記第２部分に該ハウジングの内周面を前記ステータコアから逃がすセットバック部が設けられた、請求項１に記載の回転電機の固定構造。

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