JP4811114B2 - ステータの固定構造および車両 - Google Patents

Description

本発明は、ステータの固定構造および車両に関し、特に、回転電機に含まれるステータの固定構造および車両に関する。

ボルトなどの締結部材を用いて固定される回転電機のステータが従来から知られている。

たとえば、特開平８−１３０８４７号公報（特許文献１）においては、コイルの内周側に位置するように形成されたブラケットがステータコアとともに締付け固定される構成が開示されている。

また、特開２００４−１４７３６５号公報（特許文献２）においては、モータなどの電気機器の向きを変化させることが可能な複数の孔を有する電気機器取付け用プレートが開示されている。

また、特開２００５−１３７０５７号公報（特許文献３）においては、回転電機を収納する筐体とステータコイルとの間に設けられ、ステータを固定する締結部材の締結に伴ない弾性力を生じさせる弾性部材を備えたステータが開示されている。

また、特開平８−９６１６号公報（特許文献４）においては、ステータコアを固装する絶縁カバーが、緩衝材を介して収納ケースに固定される構造が開示されている。
特開平８−１３０８４７号公報 特開２００４−１４７３６５号公報 特開２００５−１３７０５７号公報 特開平８−９６１６号公報

回転電機を収納する筐体の内面とステータコアとの間に隙間がある場合、回転電機の駆動時の振動により、ステータコアが変形または移動する場合がある。ステータコアが変形／移動することにより、回転電機のロータとステータとの間に偏芯が生じ、駆動時の振動や騒音が増大することなどが懸念される。

特許文献１に記載の構造では、ブラケットがステータの内周部の一部だけを押さえつける構造であるため、ステータの変形／移動が必ずしも十分に抑制されない。また、特許文献２〜４においても、上記課題を解決するのに十分な構成は開示されていない。

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、ステータコアの変形／移動が抑制されたステータの固定構造および該構造を含む車両を提供することにある。

本発明に係るステータの固定構造は、ハウジングの内周面との間に隙間が形成されるように該ハウジングに収納されるステータの固定構造であって、リング状のステータコアと、ステータコアの軸方向に該ステータコアに挿入され、その一端がハウジングに固定されることによりステータコアをハウジングに締結する締結部と、締結部がハウジングに固定される側に対して軸方向反対側に位置するステータコアの軸方向端部に固定され、ハウジングの内周面に当接する当接部とを備える。

上記構成によれば、当接部とハウジングの内面とが当接することで、ステータコアの変形／移動が抑制される。結果として、回転電機の騒音、振動が抑制される。
上記ステータの固定構造において、ステータコアは鋼板を積層して構成された部分を含み、当接部は、一部の鋼板を径方向外方に突出させることにより構成され、少なくともステータコアの周方向における締結部が位置する部分に形成された部分を含む。このように、ステータコアを構成する鋼板とハウジングの内面とが当接することで、ステータコアの変形／移動が抑制される。

上記ステータの固定構造において、好ましくは、当接部は、少なくともステータコアのリングの中心を内包する３点でハウジングの内周面に当接する。これにより、ステータコアの変形／移動をより効果的に抑制することができる。

なお、上記構成において、「ステータコアのリングの中心を内包する」とは、当該３点を頂点とする三角形が、ステータコアのリングの中心を完全に内包（辺を含まず）することを意味する。

好ましくは、上記ステータの固定構造において、締結部は、ステータコアに巻回されるステータコイルに対して径方向外方に設けられる。これにより、簡易な構成により、ステータコアの外周側に位置するハウジングの内周面と当接する当接部を形成することができる。

好ましくは、上記ステータの固定構造において、当接部は、ステータコアの周方向の全体にわたってハウジングの内周面に当接する。これにより、ステータコアをより強固に固定することが可能になる。

好ましくは、上記ステータの固定構造において、ハウジングはステータコアの軸方向端面に対向する位置に設けられたカバー部分を含む。そして、ステータの固定構造は、ステータコアの軸方向端面上に位置する締結部とカバー部分との間に設けられ、カバー部分の設置に伴なって弾性力を生じさせる弾性部材をさらに備える。これにより、締結部の軸力を増大させて回転電機の駆動時のステータコアの振動を低減することができる。また、弾性部材により振動を吸収してステータからハウジングへの振動の伝達を抑制することができる。結果として、回転電機の騒音、振動が抑制される。

本発明に係る車両は、上述したステータの固定構造を含む。これにより、駆動時の振動、騒音が抑制された回転電機を含む車両が得られる。

本発明によれば、ステータコアの変形／移動が抑制されたステータの固定構造を得ることができる。

以下に、本発明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。

なお、以下に説明する実施の形態において、個数、量などに言及する場合、特に記載がある場合を除き、本発明の範囲は必ずしもその個数、量などに限定されない。また、以下の実施の形態において、各々の構成要素は、特に記載がある場合を除き、本発明にとって必ずしも必須のものではない。また、以下に複数の実施の形態が存在する場合、特に記載がある場合を除き、各々の実施の形態の特徴部分を適宜組合わせることは、当初から予定されている。

図１は、本発明の１つの実施の形態に係るステータの固定構造が適用される駆動ユニットの構成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１は、「車両」としての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１００と、ハウジング２００と、減速機構３００と、ディファレンシャル機構４００とドライブシャフト受け部５００とを含んで構成される。

モータジェネレータ１００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１１０を介してハウジング２００に回転可能に取付けられた回転軸１２０と、回転軸１２０に取付けられたロータ１３０と、ステータ１４０とを有する。ステータ１４０はステータコア１４１を有し、ステータコア１４１にはコイル１４２が巻回されている。コイル１４２はハウジング２００に設けられた端子台２１０を介して給電ケーブル６００Ａと電気的に接続される。給電ケーブル６００Ａの他端は、ＰＣＵ６００に接続されている。ＰＣＵ６００は、給電ケーブル７００Ａを介してバッテリ７００と電気的に接続される。これにより、バッテリ７００とコイル１４２とが電気的に接続される。

モータジェネレータ１００から出力された動力は、減速機構３００からディファレンシャル機構４００を介してドライブシャフト受け部５００に伝達される。ドライブシャフト受け部５００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５００、ディファレンシャル機構４００および減速機構３００を介してモータジェネレータ１００が駆動される。このとき、モータジェネレータ１００が発電機として作動する。モータジェネレータ１００により発電された電力は、ＰＣＵ６００内のインバータを介してバッテリ７００に蓄えられる。

給電ケーブル６００Ａ，７００Ａ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１４２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６００Ａ，７００Ａに接続される。

なおモータジェネレータ１００の用途は、ハイブリッド車（ＨＶ：hybrid vehicle）に限定されず、その他の「車両」（たとえば燃料電池車や電気自動車）に搭載されてもよい。

たとえば、ハイブリッド車においては、走行中にエンジンを停止させるモード（たとえば、低車速時に蓄電機構から電力が供給された電動機により走行するＥＶ走行モードや、減速時に車両の運動エネルギーを電気エネルギーに変換し蓄電機構に回収する回生モードなど）があり、暗騒音が低く、ギアノイズやモータノイズが比較的聞こえやすくなっている。したがって、モータジェネレータ１００の駆動時の騒音を抑制することは重要である。また、モータジェネレータ１００を車両に搭載する際に、スペースや重量の制約から伝達系、共振系のノイズ対策を採ることが制限される場合がある。これらの制約条件を満たしながらモータジェネレータ１００の駆動時の騒音を抑制することは重要である。

図２，図３は、それぞれ、本発明の１つの実施の形態に係るステータの固定構造を含むモータジェネレータ１００の側面断面図および上面断面図である。なお、図２，図３においては、説明の便宜上、ハウジング２００におけるステータ収容部およびその近傍のみを図示しているが、ハウジング２００は、ステータ収容部以外の部分を有してもよい。

図２，図３を参照して、ステータコア１４１はリング状に形成される。また、ステータコア１４１は、鉄または鉄合金などの板状の磁性体（電磁鋼板）を積層することにより構成される。そして、ステータコア１４１は、ボルトなどの締結部材１４３を用いてハウジング２００に固定される。締結部材１４３は、ステータコア１４１の軸方向に延びるように形成された穴部に挿通される。

ステータコア１４１とハウジング２００の内周面との間には、隙間が形成されている。このようにすることで、ステータコア１４１のハウジング２００への組付性を向上させることができる。

ステータコア１４１の内周面上には複数のティース部および該ティース部間に形成される凹部としてのスロット部が形成されている。スロット部は、ステータコア１４１の内周側に開口するように設けられる。コイル１４２は、スロット部に嵌り合うようにティース部に巻き付けられる。コイル１４２に含まれるＵ相、Ｖ相およびＷ相は、互いに円周上でずれるように巻き付けられる。

ロータ１３０は、回転軸１２０に取り付けられたロータコアを有する。ロータコアには、永久磁石（図示せず）が埋め込まれている。ロータコアは、鉄または鉄合金などの磁性材料により構成される。永久磁石は、たとえば、ロータコアの外周近傍にほぼ等間隔を隔てて配置される。

締結部材１４３の先端部は、ハウジング２００にねじ込まれて固定される。これにより、締結部材１４３の軸力がステータコア１４１に伝えられ、ステータコア１４１はハウジング２００に固定される。ここで、締結部材１４３の他端側（ボルトの頭側）は、ハウジング２００に支持されていない。すなわち、図２，図３の例では、締結部材１４３は、ハウジング２００に片持ち支持されている。

上述したように、本実施の形態では、ステータコア１４１とハウジング２００の内周面との間に隙間が形成されている。ここで、上記のような片持ち支持構造によりステータコア１４１を固定すると、締結部材１４３の軸力が十分でない場合に、図１０に示すように、締結部材１４３がハウジング２００に固定される側と反対の側（すなわち、図２，図３における上側）において、締結部材１４３の振れ幅（変形量）が大きくなり、ステータコア１４１の変形量が大きくなる。また、ステータコア１４１とハウジング２００の内周面との間に隙間が形成されていることで、ステータコア１４１が所望の位置からずれてハウジング２００に固定されたり、固定後に所望の位置からずれる場合がある。上記のように、ステータコア１４１の変形および位置ずれ（本願明細書では、これを「移動」と称する場合がある。）が生じた結果、ロータ１３０とステータコア１４１との間のエアギャップを一定に保つことができなくなり、モータジェネレータ１００の駆動時の振動および騒音が大きくなりやすい。

本実施の形態では、ステータコア１４１の上面にハウジング２００の内面と当接する位置決めプレート１４４が設けられている。位置決めプレート１４４は、コイル１４２に対して外周側に位置し、ステータコア１４１の周方向の全体にわたってハウジング２００の内面と当接する。そして、位置決めプレート１４４は、締結部材１４３により、ステータコア１４１とともにハウジング２００に固定される。換言すると、本実施の形態に係るステータの固定構造は、ステータコア１４１の軸方向端部に固定され、ハウジング２００の内周面に当接する当接部Ａを有する。このようにすることで、上述したステータコア１４１の変形および移動を抑制することができる。

図４〜図６は、それぞれ、上述したステータの固定構造の変形例を示す図である。図４に示すように、位置決めプレート１４４は、ステータコア１４１の周方向に分断されていてもよい。図４の例では、ステータコア１４１の周方向に３箇所設けられる締結部材１４３の周囲に位置決めプレート１４４が設けられている。また、図５に示すように、ステータコア１４１の周方向全体にわたって１枚の位置決めプレート１４４が設けられる場合でも、位置決めプレート１４４は、必ずしもステータコア１４１の周方向全体にわたってハウジング２００の内面と当接している必要はない。図５の例では、締結部材１４３の周辺において、位置決めプレート１４４とハウジング２００の内面との間に隙間Ｇが形成されている。また、図６に示すように、当接部Ａは、必ずしも位置決めプレート１４４により形成されるものではない。図６の例では、ステータコア１４１を構成する電磁鋼板のうち上端部に位置するものを径方向外方に突出させることで、当接部Ａが形成されている。なお、図６の例のように、ステータコア１４１に含まれる電磁鋼板により当接部Ａを形成する場合にも、当接部Ａは、必ずしもステータコア１４１の周方向全体にわたって形成される必要はない。また、当接部Ａは、必ずしもハウジング２００の内面と位置決めプレート１４４（またはステータコア１４１）との面接触により形成される必要はなく、ハウジング２００の内面と位置決めプレート１４４（またはステータコア１４１）との点接触により当接部が形成されてもよい。

次に、図７，図８を用いて当接部Ａの配置について説明する。ステータコア１４１の変形および移動を抑制するためには、少なくとも３点において当接部Ａが形成されることが好ましい。ここで、図７に示すように、ステータコア１４１のリングの中心Ｃが３点の当接部Ａ１，Ａ２，Ａ３を結ぶ三角形の外側に位置する場合よりも、図８に示すように、ステータコア１４１のリングの中心Ｃが３点の当接部Ａ１，Ａ２，Ａ３を結ぶ三角形の内側に位置する場合の方が、ステータコア１４１の径方向（たとえば図７における矢印ＤＲ１方向）の変形および移動を抑制しやすい。すなわち、当接部Ａは、少なくともステータコア１４１のリングの中心Ｃを内包する３点（図８の例ではＡ１，Ａ２，Ａ３）でハウジング２００の内周面に当接することが望ましい。

図９は、ステータの固定構造の他の変形例を示す図である。図９の例では、ハウジング２００はケース２２０とカバー２３０とを含む。ステータコア１４１はケース２２０内に収納され、カバー２３０は、ステータコア１４１の上面を覆うように設けられる。ケース２２０とカバー２３０とは、ボルト２４０により締結される。

図９の例では、上述した位置決めプレート１４４が設けられるとともに、ステータコア１４１の上面に位置する締結部材１４３とカバー２３０との間に、たとえばゴム材などの緩衝材１４５が設けられる。緩衝材１４５は、カバー２３０と締結部材１４３との間に挟持されることで変形する。そして、緩衝材１４５は、カバー２３０により締結部材１４３に向けて押付けられる。

なお、図９における位置決めプレート１４４を省略して緩衝材１４５のみが設けられてもよい。

上述した構成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ステータの固定構造は、ハウジング２００の内周面との間に隙間が形成されるようにハウジング２００に収納されるステータ１４０の固定構造であって、リング状のステータコア１４１と、ステータコア１４１の軸方向にステータコア１４１に挿入され、その一端がハウジング２００に固定されることによりステータコア１４１をハウジング２００に締結する「締結部」としての締結部材１４３と、締結部材１４３がハウジングに固定される側に対して軸方向反対側に位置するステータコア１４１の軸方向端部に固定され、ハウジング２００の内周面に当接する当接部Ａとを備える。

図２〜図５および図９の例では、当接部Ａは、ステータコア１４１の軸方向端面上に設けられ、ステータコア１４１とともに締結部材１４３により締結される「板状部材」としての位置決めプレート１４４により構成されている。他方、図８の例では、当接部Ａは、ステータコア１４１を構成する一部の鋼板を径方向外方に突出させることにより構成されている。

また、図９の例では、ハウジング２００はステータコア１４１の軸方向端面に対向する位置に設けられた「カバー部分」としてのカバー２３０を含む。そして、図９に示される固定構造は、ステータコア１４１の軸方向端面上に位置する締結部材１４３とカバー２３０との間に設けられ、カバー２３０の設置に伴なって弾性力を生じさせる「弾性部材」としての緩衝材１４５をさらに有する。

本実施の形態に係るステータの固定構造によれば、位置決めプレート１４４（またはステータコア１４１を構成する鋼板）とハウジング２００の内面とが当接することで、ステータコア１４１の変形および移動が抑制される。結果として、モータジェネレータ１００の駆動時の騒音および振動が抑制される。

また、締結部材１４３がコイル１４２に対して径方向外方に設けられることで、簡易な構成により、ステータコア１４１の外周側に位置するハウジング２００の内周面と当接する当接部Ａを形成することができる。

また、図３の例のように、位置決めプレート１４４とハウジング２００の内面との当接部がステータコア１４１の周方向の全体にわたって形成されることで、ステータコア１４１をより強固に固定することができる。

また、図９の例のように、ステータコア１４１の軸方向端面上に位置する締結部材１４３とカバー２３０との間に緩衝材１４５を設けることで、締結部材１４３の軸力を増大させてステータコア１４１を強固に固定することができるので、ステータコア１４１の変形および移動を抑制してモータジェネレータ１００の駆動時のステータコア１４１の振動を抑制することができる。また、緩衝材１４５により振動を吸収することが可能であるため、モータジェネレータ１００の駆動時の振動がハウジング２００に伝達されることを抑制することができる。結果として、モータジェネレータ１００の駆動時の騒音、振動が抑制される。

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すべ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すべ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ステータの固定構造が適用される駆動ユニットの構成を概略的に示す図である。 本発明の１つの実施の形態に係るステータの固定構造を含む回転電機の側面断面図である。 図２に示される回転電機の上面断面図である。 本発明の１つの実施の形態に係るステータの固定構造の変形例を含む回転電機の上面断面図である。 本発明の１つの実施の形態に係るステータの固定構造の他の変形例を含む回転電機の上面断面図である。 本発明の１つの実施の形態に係るステータの固定構造のさらに他の変形例を含む回転電機の側面断面図である。 ハウジングへの当接部の配置について説明する図（その１）である。 ハウジングへの当接部の配置について説明する図（その２）である。 本発明の１つの実施の形態に係るステータの固定構造のさらに他の変形例を含む回転電機の側面断面図である。 回転電機駆動時のステータの変形を説明する図である。

符号の説明

１ 駆動ユニット、１００ モータジェネレータ、１１０ 軸受、１２０ 回転軸、１３０ ロータ、１４０ ステータ、１４１ ステータコア、１４２ コイル、１４３ 締結部材、１４４ 位置決めプレート、１４５ 緩衝材、２００ ハウジング、２１０ 端子台、２２０ ケース、２３０ カバー、２４０ ボルト、３００ 減速機構、４００ ディファレンシャル機構、５００ ドライブシャフト受け部、６００ ＰＣＵ、６００Ａ，７００Ａ 給電ケーブル、７００ バッテリ。

Claims (6)

1. ハウジングの内周面との間に隙間が形成されるように該ハウジングに収納されるステータの固定構造であって、
   リング状のステータコアと、
   前記ステータコアの軸方向に該ステータコアに挿入され、その一端が前記ハウジングに固定されることにより前記ステータコアを前記ハウジングに締結する締結部と、
   前記締結部が前記ハウジングに固定される側に対して軸方向反対側に位置する前記ステータコアの軸方向端部に固定され、前記ハウジングの内周面に当接する当接部とを備え、
   前記ステータコアは鋼板を積層して構成された部分を含み、
   前記当接部は、一部の前記鋼板を径方向外方に突出させることにより構成され、少なくとも前記ステータコアの周方向における前記締結部が位置する部分に形成された部分を含む、ステータの固定構造。
2. 前記当接部は、少なくとも前記ステータコアのリングの中心を内包する３点で前記ハウジングの内周面に当接する、請求項１に記載のステータの固定構造。
3. 前記締結部は、前記ステータコアに巻回されるステータコイルに対して径方向外方に設けられる、請求項１または請求項２に記載のステータの固定構造。
4. 前記当接部は、前記ステータコアの周方向の全体にわたって前記ハウジングの内周面に当接する、請求項１から請求項３のいずれかに記載のステータの固定構造。
5. 前記ハウジングは前記ステータコアの軸方向端面に対向する位置に設けられたカバー部分を含み、
   前記ステータの固定構造は、前記ステータコアの軸方向端面上に位置する前記締結部と前記カバー部分との間に設けられ、前記カバー部分の設置に伴なって弾性力を生じさせる弾性部材をさらに備えた、請求項１から請求項４のいずれかに記載のステータの固定構造。
6. 請求項１から請求項５のいずれかに記載のステータの固定構造を含む、車両。

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