JP2019186997A - 回転電機及び回転電機の振動抑制構造 - Google Patents

Abstract

【課題】構成の簡素化を図った上で、騒音の発生を抑制できる回転電機及び回転電機の振動抑制構造を提供する。【解決手段】本発明に係る回転電機１は、ステータコア１１と、ステータコア１１を収容するケース２と、ステータコア１１の軸方向でケース２を貫通するケース貫通孔４９内に挿通されたカラー５０と、ステータコア１１を軸方向に貫通するステータ貫通孔２５、及びカラー５０の内側を通じてステータコア１１及びケース２同士を締結する締結部材５３と、を備えている。【選択図】図３

Description

本発明は、回転電機及び回転電機の振動抑制構造に関する。

回転電機では、コイルに電流が供給されることでステータコアに磁界が形成され、ロータの永久磁石とステータコアとの間に磁気的な吸引力や反発力（電磁加振力）が生じる。これにより、ロータがステータに対して回転する。

ところで、上述した回転電機では、上述した電磁加振力によってステータに円環０次モードの振動（ステータコアが同心円形状に拡縮する振動）が発生する可能性がある。ステータの振動は、ステータを保持するケースを通じて周囲に伝達される。この際、電磁加振力が、ケースの構造に起因する共振モードを励起すると、耳障りとなる音となって車室に伝達される可能性がある。

そこで、例えば下記引用文献１には、ステータコアが、複数の電磁鋼板が積層されてなる複数のブロックに分割された構成が開示されている。各ブロックには、ステータコアをケースに固定するための耳金部が形成されている。各ブロックに形成された耳金部は、各ブロック間で位相を異ならせて配置されている。これにより、各ブロック間で振動の腹の位置が重なるのを回避し、回転電機の振動及び騒音を低減できるとされている。

特開２０１０−１４１９４６号公報

しかしながら、上述した従来技術にあっては、耳金部の位置を設定したり、各ブロック間でケースとステータコアとの固定位置を軸方向で異ならせたりする等の必要があるため、構成の複雑化に繋がる可能性があった。

本発明は、構成の簡素化を図った上で、騒音の発生を抑制できる回転電機及び回転電機の振動抑制構造を提供することを目的とする。

（１）上記目的を達成するために、本発明の一態様に係る回転電機は、コイル（例えば、実施形態におけるコイル１２）が装着された筒状のステータコア（例えば、実施形態におけるステータコア１１）と、前記ステータコアを収容するケース（例えば、実施形態におけるケース２）と、筒状の樹脂部（例えば、実施形態における樹脂部１１０）を有し、前記ステータコアの軸方向で前記ケースを貫通するケース貫通孔（例えば、実施形態におけるケース貫通孔４９）内に挿通されたカラー（例えば、実施形態におけるカラー５０）と、前記ステータコアを前記軸方向に貫通するステータ貫通孔（例えば、実施形態におけるステータ貫通孔２５）、及び前記カラーの内側を通じて前記ステータコア及び前記ケース同士を締結する締結部材（例えば、実施形態における締結部材５３）と、を備えている。

（２）上記（１）の態様に係る回転電機において、前記締結部材は、前記ステータ貫通孔及び前記カラーの内側に挿通されたボルト（例えば、実施形態におけるボルト７１）と、前記軸方向における前記ケースに対して前記ステータコアとは反対側に配置され、前記ボルトに螺着されるナット（例えば、実施形態におけるナット７２）と、を備え、前記ボルトが挿通される環状の樹脂部（例えば、実施形態における樹脂部１００）を有し、前記軸方向で前記ケースと前記ナットとの間に挟持された第１座（例えば、実施形態における第１座５１）と、前記ボルトが挿通される環状の樹脂部（例えば、実施形態における樹脂部１０２）を有し、前記軸方向で前記ステータコアと前記ケースとの間に挟持された第２座（例えば、実施形態における第２座５２）と、を備えていてもよい。

（３）上記（２）の態様に係る回転電機において、前記カラーと、前記第１座及び前記第２座の何れかと、が一体に形成されて構成されていてもよい。

（４）上記（２）又は（３）の態様に係る回転電機において、前記第１座及び前記第２座のうち、少なくとも一方の座は、前記樹脂部と金属部（例えば、実施形態における金属部１０１）とが前記軸方向で積層されて構成されていてもよい。

（５）上記（１）から（４）の何れかの態様に係る回転電機において、前記カラーは、前記樹脂部と金属部（例えば、実施形態における金属部１１１）が前記カラーの径方向で積層されて構成されていてもよい。

（６）上記（１）から（５）の何れかの態様に係る回転電機において、前記樹脂部は、ＰＥＥＫ材により形成されていてもよい。

（７）本発明の一態様に係る回転電機の振動抑制構造は、コイルが装着された筒状のステータコアが締結部材によってケースに締結される回転電機の振動抑制構造であって、筒状の樹脂部を有し、前記前記ステータコアの軸方向で前記ケースを貫通するケース貫通孔内に挿通されたカラーと、前記ステータコアを前記軸方向に貫通するステータ貫通孔、及び前記カラーの内側を通じて前記ステータコア及び前記ケース同士を締結する締結部材と、を備えている。

上記（１），（７）の態様によれば、ステータコアで発生した振動は、締結部材を介してケースに伝達される過程で、カラーによって緩和（減衰）される。これにより、ステータコアの振動が、締結部材からケースに直接伝達されるのを抑制できる。その結果、ステータコアの振動が車室内等に騒音となって伝達されるのを抑制できる。
しかも、本実施形態では、貫通孔の位置等の変更を伴わないので、比較的簡素な構成で、ステータコアの振動に伴う騒音の発生を抑制できる。

上記（２）の態様によれば、ステータコアで発生した振動を、ステータコアとケースとの間、及びナットとケースとの間で緩和することができる。これにより、ステータコアで発生した振動がケースに伝達されるのをより確実に抑制できる。

上記（３）の態様によれば、カラーと何れかの座とを別々に形成する場合に比べて、部品点数の増加を抑制できるとともに、ケースへの組付性を向上させることができる。

上記（４）の態様によれば、第１座及び第２座の少なくとも何れかを樹脂部及び金属部の積層構造とすることで、座の強度を確保し易くなる。そのため、回転電機の耐久性をさらに向上させることができる。

上記（５）の態様によれば、カラーを樹脂部及び金属部の積層構造とすることで、カラーの強度を確保し易くなる。そのため、回転電機の耐久性をさらに向上させることができる。

上記（６）の態様によれば、樹脂部にＰＥＥＫ材を用いることで、締結部材に作用する軸力に耐えうる圧縮強さを確保できる。これにより、回転電機の耐久性を確保できる。

第１実施形態に係る回転電機の概略構成図（断面図）。 図１のＩＩ−ＩＩ線に相当する断面図。 図２のＩＩＩ−ＩＩＩ線に相当する断面図。 第２実施形態に係る回転電機の断面図であって、図３に相当する断面図。 第２実施形態の他の構成に係る座の断面図。 第２実施形態の他の構成に係る座の断面図。

以下、本発明の実施形態を図面に基づいて説明する。なお、以下で説明する各実施形態について対応する構成については、同一の符号を付して説明を省略する場合がある。
（第１実施形態）
［回転電機］
図１は、実施形態に係る回転電機１の全体構成を示す概略構成図（断面図）である。
図１に示す回転電機１は、例えばハイブリッド自動車や電気自動車等の車両に搭載される走行用モータである。但し、本発明の構成は、走行用モータに限らず、発電用モータやその他用途のモータ、車両用以外の回転電機（発電機を含む）にも適用可能である。

回転電機１は、ケース２と、ステータ３と、ロータ４と、出力シャフト５と、を備えている。
出力シャフト５は、ケース２に回転可能に支持されている。
ロータ４は、ロータコア６と、ロータコア６に取り付けられた磁石（不図示）と、を有している。ロータコア６は、出力シャフト５に外嵌された筒状に形成されている。なお、以下の説明では、出力シャフト５の軸線Ｃに沿う方向を単にシャフト軸方向といい、軸線Ｃに直交する方向を径方向といい、軸線Ｃ周りの方向をシャフト周方向という場合がある。

＜ステータ＞
ステータ３は、ステータコア１１と、ステータコア１１に装着されたコイル１２と、を備えている。

図２は、図１のＩＩ−ＩＩ線に相当する断面図である。
図２に示すように、ステータコア１１は、ロータ４を径方向の外側から取り囲む筒状に形成されている。ステータコア１１は、電磁鋼板に対して打ち抜き加工等を施して形成された環状のプレートがシャフト軸方向に積層されて構成されている。なお、ステータコア１１は、いわゆる圧粉コアであっても構わない。

ステータコア１１は、バックヨーク部２１と、複数のティース部２２と、を有している。
バックヨーク部２１は、軸線Ｃと同軸上に配置された筒状に形成されている。バックヨーク部２１の外周面には、径方向の外側に突出する取付片２４が形成されている。取付片２４には、取付片２４をシャフト軸方向に貫通するステータ貫通孔２５が形成されている。ステータ貫通孔２５は、シャフト軸方向から見た平面視で円形状に形成されている。取付片２４は、ステータ貫通孔２５内に挿通された締結部材５３によってケース２に固定される。取付片２４は、シャフト周方向に間隔をあけて複数形成されている。本実施形態では、例えば６０°間隔で６個の取付片２４が形成されている。但し、取付片２４の個数や位置等は、適宜変更が可能である。

各ティース部２２は、バックヨーク部２１の内周面から径方向の内側に突出している。各ティース部２２は、シャフト周方向に間隔をあけて複数形成されている。シャフト周方向で隣り合うティース部２２間には、コイル１２が挿通されるスロット２３が形成されている。スロット２３は、ステータコア１１をシャフト軸方向に貫通している。

コイル１２は、ステータコア１１のスロット２３内に一部が収容された状態で、ステータコア１１に装着されている。コイル１２は、シャフト周方向に関して互いに１２０°の位相差をもって配置されたＵ相コイル、Ｖ相コイル及びＷ相コイルを有している。

図１に示すように、ケース２は、出力シャフト５を回転可能に支持した状態で、ステータ３及びロータ４を内部に収容している。ケース２において、ステータコア１１の取付片２４とシャフト軸方向で対向する位置には、上述した取付片２４を支持する台座部３１が形成されている。

図３は、図２のＩＩＩ−ＩＩＩ線に相当する断面図である。
図３に示すように、台座部３１には、ケース貫通孔４９が形成されている。ケース貫通孔４９は、台座部３１をシャフト軸方向に貫通している。

続いて、回転電機１の振動抑制構造Ｐについて詳述する。なお、振動抑制構造Ｐは、各取付片２４において何れも同様の構成である。そのため、以下の説明では、一の取付片２４と台座部３１とにおける振動抑制構造Ｐを例にして説明する。
振動抑制構造Ｐは、ステータコア１１で発生する振動がケース２に伝達されるのを抑制する。振動抑制構造Ｐは、カラー（樹脂部）５０と、第１座（樹脂部）５１と、第２座（樹脂部）５２と、締結部材５３と、を備えている。

カラー５０は、ケース貫通孔４９内において、締結部材５３と台座部３１との間に介装されている。カラー５０は、ステータコア１１の振動を緩和して、ケース２への振動伝達を抑制する緩衝部として機能する。カラー５０には、金属材料に比べて剛性が低い材料として、樹脂材料が用いられている。本実施形態では、例えば樹脂材料のうち、締結部材５３に作用する軸力に耐えうるように、圧縮強さが比較的高い材料が好適に用いられる。このような材料として、本実施形態では、ＰＥＥＫ（Ｐｏｌｙ Ｅｔｈｅｒ Ｅｔｈｅｒ Ｋｅｔｏｎｅ）材が好適に用いられる。ＰＥＥＫ材以外の材料としては、ポリアセタール、ＰＰＳ（Ｐｏｌｙ Ｐｈｅｎｙｌｅｎｅ Ｓｕｌｆｉｄｅ Ｒｅｓｉｎ）、フェノール樹脂、エポキシ樹脂、ＦＲＰ（Ｆｉｂｅｒ−Ｒｅｉｎｆｏｒｃｅｄ Ｐｌａｓｔｉｃｓ）等を用いることができる。

カラー５０は、シャフト軸方向に沿って延びる筒状とされている。カラー５０は、ケース貫通孔４９内に挿通されている。なお、以下の説明では、カラー５０の軸線Ｏに沿う方向を単にカラー軸方向といい、軸線Ｏに直交する方向をカラー径方向といい、軸線Ｏ周りの方向をカラー周方向という場合がある。この場合、シャフト軸方向とカラー軸方向は、互いに平行である。以下の説明では、カラー軸方向のうち、ステータ３から台座部３１に向かう方向を第１側、台座部３１からステータ３に向かう方向を第２側として説明する。

カラー５０の外周面は、ケース貫通孔４９の内周面にカラー径方向で近接又は当接していることが好ましい。図示の例において、カラー５０におけるカラー軸方向の長さは、台座部３１におけるカラー軸方向の厚さと同等になっている。但し、カラー５０の長さは、台座部３１の厚さ以下であればよい。

第１座５１及び第２座５２は、軸線Ｏと同軸に配置された環状に形成されている。第１座５１及び第２座５２は、ステータコア１１の振動を緩和して、ケース２への振動伝達を抑制する緩衝部として機能する。
第１座５１は、台座部３１における軸方向の第１側端面上に、軸線Ｏと同軸で配置されている。
第２座５２は、台座部３１における軸方向の第２側端面上に、軸線Ｏと同軸で配置されている。

締結部材５３は、カラー５０及び座５１，５２を介してステータコア１１を台座部３１に締結する。締結部材５３は、ボルト７１及びナット７２を備えている。
ボルト７１の軸部７１ａは、カラー軸方向の第２側からステータ貫通孔２５内に挿通され、カラー５０及び座５１，５２を通じてケース貫通孔４９を貫通している。軸部７１ａの外周面は、カラー５０や座５１，５２の内周面に対してカラー径方向で近接又は当接している。
ボルト７１の頭部７１ｂは、軸方向の第２側から取付片２４に当接している。なお、頭部７１ｂと取付片２４との間にも、樹脂材料等により形成された座を介在させてもよい。

ナット７２は、軸部７１ａのうち、ケース貫通孔４９から軸方向の第１側に突出した部分に螺着されている。ステータコア１１が台座部３１に締結された状態において、第１座５１は、ナット７２と台座部３１との間にカラー軸方向で挟持されている。ステータコア１１が台座部３１に締結された状態において、第２座５２は、ステータコア１１と台座部３１との間にカラー軸方向で挟持されている。なお、締結部材５３の締結力を確保するために、ナット７２と軸部７１ａとを接着剤等によって接着したり、ナット７２をダブルナット構造にしたりしてもよい。

＜作用効果＞
次に、上述した回転電機１の作用として、円環０次モードによる振動発生時の動作について説明する。
図２、図３に示すように、回転電機１の動作中において、ステータコア１１には、ステータコア１１をシャフト径方向に拡縮変形させる電磁加振力が発生する。これにより、ステータコア１１が主にシャフト径方向に往復振動する。

ここで、本実施形態では、樹脂材料により形成されたカラー５０が、ケース貫通孔４９内で台座部３１と締結部材５３との間に介在する構成とした。
この構成によれば、ステータコア１１で発生した振動は、締結部材５３を介してケース２に伝達される過程で、カラー５０によって緩和（減衰）される。これにより、ステータコア１１の振動が、締結部材５３からケース２に直接伝達されるのを抑制できる。その結果、回転電機１の振動が車室内等に騒音となって伝達されるのを抑制できる。
しかも、本実施形態では、取付片２４の位置や、取付片２４と台座部３１との取付位置等の変更を伴わないので、比較的簡素な構成で、円環０次モードの振動に伴う騒音の発生を抑制できる。

特に、本実施形態では、カラー５０が、ケース貫通孔４９内において、台座部３１と軸部７１ａとの間に介在しているので、カラー５０の追加に伴い、仮にケース貫通孔４９の内径を拡大したとしても、ステータコア１１の磁路に影響が及ぶのを抑制できる。すなわち、ステータ貫通孔２５内において、取付片２４と軸部７１ａとの間にカラーを介在させる構成と異なり、ケース貫通孔４９の内径を拡大したとしても、大径化されたケース貫通孔４９によってステータコア１１に形成される磁路が遮られることがない。これにより、回転電機１の回転性能を維持できる。

本実施形態では、締結部材５３のナット７２と台座部３１との間に挟持された第１座５１と、ステータコア１１と台座部３１との間に挟持された第２座５２と、を備える構成とした。
この構成によれば、ステータコア１１で発生した振動を、ステータコア１１と台座部３１との間、及びナット７２と台座部３１との間で緩和することができる。これにより、ステータコア１１で発生した振動がケース２に伝達されるのをより確実に抑制できる。

本実施形態では、カラー５０や座５１，５２にＰＥＥＫ材を用いることで、締結部材５３に作用する軸力に耐えうる圧縮強さを確保できる。これにより、回転電機１の耐久性を確保できる。

（第２実施形態）
図４は、第２実施形態に係る回転電機１の断面図であって、図３に相当する断面図である。第２実施形態では、上述した緩衝部を樹脂部と金属部との積層構造に形成した点で上述した第１実施形態と相違している。
図４に示す回転電機１の振動抑制構造Ｐにおいて、第１座５１は、樹脂部１００と金属部１０１とがカラー軸方向に積層されて構成されている。樹脂部１００及び金属部１０１は、軸線Ｏと同軸とされるとともに、内径及び外径が互いに同等とされた環状に形成されている。樹脂部１００及び金属部１０１は、別体のもの同士を重ね合わせて形成してもよく、インサート成形等によって一体で形成してもよい。本実施形態において、樹脂部１００は、上述した第１実施形態と同様の材料を用いることができる。金属部１０１は、例えばステンレス等を用いることができる。

第１座５１は、例えば樹脂部１００をナット７２に向けた状態で、ナット７２と台座部３１との間にカラー軸方向で挟持されている。なお、樹脂部１００及び金属部１０１は、カラー軸方向の厚さが同等とされている。但し、樹脂部１００及び金属部１０１は、厚さをそれぞれ異ならせてもよい。また、第１座５１は、金属部１０１をナット７２に向けた状態で、ナット７２と台座部３１との間に挟持されていてもよい。

第２座５２は、第１座５１と同様に、樹脂部１０２及び金属部１０３の積層構造とされている。第２座５２は、樹脂部１０２を台座部３１に向けた状態で、台座部３１とステータコア１１との間にカラー軸方向で挟持されている。なお、第２座５２は、金属部１０３を台座部３１に向けた状態で、台座部３１とステータコア１１との間にカラー軸方向で挟持されていてもよい。

カラー５０は、樹脂部１１０と金属部１１１とがカラー径方向に積層されて構成されている。具体的に、金属部１１１は、樹脂部１１０の周囲を取り囲んでいる。この場合、樹脂部１１０及び金属部１１１は、別体で形成しても、一体で形成してもよい。なお、樹脂部１１０及び金属部１１１のカラー径方向での厚さは、互いに同等になっている。但し、樹脂部１１０及び金属部１１１の厚さを互いに異ならせてもよい。また、金属部１１１が内側に配置され、樹脂部１１０が外側に配置されていてもよい。

本実施形態では、緩衝部（カラー５０及び座５１，５２）を樹脂部１００，１０２，１１０及び金属部１０１，１０３，１１１の積層構造としたことで、緩衝部の強度を確保し易くなる。そのため、回転電機１の耐久性をさらに向上させることができる。

なお、上述した第２実施形態では、樹脂部及び金属部が２層構造である場合について説明したが、この構成のみに限られない。例えば図５に示す座５１，５２のように、樹脂部１２１，１２２と金属部１２３との３層構造としてもよい。この場合には、金属部１２３を樹脂部１２１，１２２で挟み込むことで、金属部１２３と、周囲の金属材料（例えば、ステータコア１１や台座部３１、ナット７２）と、の接触を抑えることができる。

また、図６に示す座５１，５２のように、樹脂部１３１と金属部１３２，１３３との３層構造としてもよい。この場合には、座面を安定させることができるので、ステータコア１１を安定してケース２に締結できる。なお、緩衝部の積層構造は、カラー５０、各座５１，５２のうち、少なくとも何れかの部材に対して任意に採用することが可能である。

以上、本発明の好ましい実施例を説明したが、本発明はこれら実施例に限定されることはない。本発明の趣旨を逸脱しない範囲で、構成の付加、省略、置換、およびその他の変更が可能である。本発明は前述した説明によって限定されることはなく、添付の特許請求の範囲によってのみ限定される。
例えば、上述した実施形態では、カラー５０と座５１，５２とを別体で形成した場合について説明したが、この構成のみに限られない。座５１，５２の何れかと、カラー５０と、を一体で形成してもよい。この構成によれば、カラー５０と各座５１，５２とを別々に形成する場合に比べて、部品点数の増加を抑制できるとともに、ケース２への組付性を向上させることができる。
上述した実施形態では、カラー５０及び座５１，５２を有する構成について説明したが、この構成のみに限らず、少なくともカラー５０を有していればよい。

その他、本発明の趣旨を逸脱しない範囲で、上述した実施形態における構成要素を周知の構成要素に置き換えることは適宜可能であり、また、上述した変形例を適宜組み合わせてもよい。

１…回転電機
２…ケース
１１…ステータコア
１２…コイル
２５…ステータ貫通孔
４９…ケース貫通孔
５０…カラー（樹脂部）
５１…第１座（樹脂部）
５２…第２座（樹脂部）
５３…締結部材
７１…ボルト
７２…ナット
１００…樹脂部
１０１…金属部
１０２…樹脂部
１０３…金属部
１１０…樹脂部
１１１…金属部
１２１…樹脂部
１２２…樹脂部
１２３…金属部
１３１…樹脂部
１３２…金属部
１３３…金属部

Claims (7)

1. コイルが装着された筒状のステータコアと、
   前記ステータコアを収容するケースと、
   筒状の樹脂部を有し、前記ステータコアの軸方向で前記ケースを貫通するケース貫通孔内に挿通されたカラーと、
   前記ステータコアを前記軸方向に貫通するステータ貫通孔、及び前記カラーの内側を通じて前記ステータコア及び前記ケース同士を締結する締結部材と、を備えている回転電機。
2. 前記締結部材は、
   前記ステータ貫通孔及び前記カラーの内側に挿通されたボルトと、
   前記軸方向における前記ケースに対して前記ステータコアとは反対側に配置され、前記ボルトに螺着されるナットと、を備え、
   前記ボルトが挿通される環状の樹脂部を有し、前記軸方向で前記ケースと前記ナットとの間に挟持された第１座と、
   前記ボルトが挿通される環状の樹脂部を有し、前記軸方向で前記ステータコアと前記ケースとの間に挟持された第２座と、を備えている請求項１に記載の回転電機。
3. 前記カラーと、前記第１座及び前記第２座の何れかと、が一体に形成されて構成されている請求項２に記載の回転電機。
4. 前記第１座及び前記第２座のうち、少なくとも一方の座は、前記樹脂部と金属部とが前記軸方向で積層されて構成されている請求項２又は請求項３に記載の回転電機。
5. 前記カラーは、前記樹脂部と金属部が前記カラーの径方向で積層されて構成されている請求項１から請求項４の何れか１項に記載の回転電機。
6. 前記樹脂部は、ＰＥＥＫ材により形成されている請求項１から請求項５の何れか１項に記載の回転電機。
7. コイルが装着された筒状のステータコアが締結部材によってケースに締結される回転電機の振動抑制構造であって、
   筒状の樹脂部を有し、前記前記ステータコアの軸方向で前記ケースを貫通するケース貫通孔内に挿通されたカラーと、
   前記ステータコアを前記軸方向に貫通するステータ貫通孔、及び前記カラーの内側を通じて前記ステータコア及び前記ケース同士を締結する締結部材と、を備えている回転電機の振動抑制構造。

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