JP2005057832A

JP2005057832A - 電動モータとこれを備えたハイブリッド車両

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Publication number: JP2005057832A
Application number: JP2003205997A
Authority: JP
Inventors: Akihiro Okamura; 明拓岡村; Akira Kabasawa; 明椛沢; Kazunari Takahashi; 一成高橋
Original assignee: Honda Motor Co Ltd
Current assignee: Honda Motor Co Ltd
Priority date: 2003-08-05
Filing date: 2003-08-05
Publication date: 2005-03-03

Abstract

【課題】ロータの強度を低下させることなくコストダウンを図り且つ、クランク幅方向の全長を短くすることが可能なハイブリッド車両の電動モータを提供する。
【解決手段】エンジンＥとトランスミッションＴの間に挟み込まれたハイブリッド車両の電動モータにおいて、前記エンジンＥのクランク軸３に直結されたロータ４と、該ロータ４に対応するステータ１１とを備え、ステータ中心線１９に対してロータ中心線２０が前記トランスミッションＴ側にオフセット配置されていることを特徴とする。
【選択図】図１

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
この発明は、例えば、ロータとステータがオフセット配置された電動モータとこれを備えたハイブリッド車両に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
従来から、車両走行用の駆動源としてエンジンの他にモータを備えたハイブリッド車両が知られており、このハイブリッド車両の一種に、エンジンとトランスミッションの間に電動モータを挟み、エンジンと電動モータを直結したパラレルハイブリッド車両がある。
ところで、このパラレルハイブリッド車両の電動モータは大出力化が要望されている一方で車両への搭載性の向上も要望されている。
そのため、前記電動モータの回転を検出するレゾルバを前記電動モータのロータに形成した凹部内に配置することで電動モータの電気的特性を変えずに幅方向の寸法を小さくしたものがある（例えば、特許文献１参照。）。
【０００３】
【特許文献１】
特開２０００−９４９７２号公報（段落００２１−００３６、第３図）
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、上述した従来のハイブリッド車両の電動モータでは、ロータに凹部を形成する関係で強度確保のため材質を変更するなどの対策が必要となり、材料を変更し加工が必要になるなどコストアップになるという問題がある。
そこで、この発明は、前記ロータの強度を低下させることなくコストダウンを図り且つ、幅方向の寸法を減少させることができる電動モータとこれを用いたハイブリッド車両を提供するものである。
【０００５】
【課題を解決するための手段】
請求項１に記載した発明は、エンジン（例えば、実施の形態におけるエンジンＥ）とトランスミッション（例えば、実施の形態におけるトランスミッションＴ）の間に挟み込まれたハイブリッド車両の電動モータにおいて、前記エンジンのクランク軸（例えば、実施の形態におけるクランク軸３）に直結されたロータ（例えば、実施の形態におけるロータ４）と、該ロータに対応するステータ（例えば、実施の形態におけるステータ１１）とを備え、該ステータの幅方向の中心（例えば、実施の形態におけるステータ中心線１９）に対して前記ロータの幅方向の中心（例えば、実施の形態におけるロータ中心線２０）が軸方向に沿って前記トランスミッション側あるいはエンジン側にオフセット配置されていることを特徴とする。
このように構成することで、オフセット配置されたロータの外周面とステータの側端面およびステータの内周面とロータの側端面とで形成される各々の部位に、周辺部品を配置することが可能となる。
【０００６】
請求項２に記載した発明は、前記ロータの回転位置を検出する位置検出手段（例えば、実施の形態におけるレゾルバ２５）を設け、該位置検出手段が前記ステータの内周面と前記ロータの側端面（例えば、実施の形態における側端面２２）とによって囲まれる空間に配置されていることを特徴とする。
このように構成することで、幅方向の寸法を広げる可能性の高い位置検出手段を前記空間内に収めて配置することができる。
【０００７】
請求項３に記載した発明は、前記ロータと前記トランスミッションを連結するドライブプレート（例えば、実施の形態におけるドライブプレート３１）を設け、該ドライブプレートの外周縁がロータの外周面（例えば、実施の形態における外周面３４）とステータの側端面（例えば、実施の形態における側端面３５）とで囲まれる部位（例えば、実施の形態における部位３６）に入り込むように形成されていることを特徴とする。
このように構成することで、ドライブプレートの外周縁が幅寸法を増加させる原因となることを回避することができる。
【０００８】
請求項４に記載した発明は、前記ステータが前記ロータに対し、アクチュエータ（例えば、実施の形態における油圧シリンダ４１）を介して軸方向に移動可能に構成されていることを特徴とする。
このように構成することで、前記ステータと前記ロータの位置関係を積極的に変化させて、トルク定数を変化させることが可能となる。
【０００９】
請求項５に記載した発明は、ハイブリッド車両用の電動モータを備えたことを特徴とする。
このように構成することで、モータのロータ強度を保ちつつ、モータと変速機の幅寸法を減少でき、駆動システムの小型化が可能となる。
【００１０】
【発明の実施の形態】
以下、この発明の第一の実施の形態を図面と共に説明する。
図１に示すように、この発明の要旨をなすモータＭ（電動モータ）はエンジンＥとトランスミッションＴとの間に挟み込まれたハイブリッド車両用のモータである。このハイブリッド車両は前記エンジンＥと共に駆動する前記モータＭにより加速時において前記エンジンＥを駆動補助したり、車両減速時において回生作動し、これによって得られた電気エネルギーを高圧バッテリーに充電したりすることで、燃費向上を図るものである。このハイブリッド車両においては前記エンジンＥの他に前記モータＭおよびモータ系の各種部品を配置する関係で、配置スペースの制約が通常の車両よりも多いものとなっている。
【００１１】
前記エンジンＥのクランクケース１には軸受け２を介してクランク軸３が回転自在に支持されている。このクランク軸３の端部にはモータＭのロータ４の一端がクランク軸３と同一の軸線５に沿ってボルト６により固定されている。前記ロータ４はクランク軸３に取り付けられるロータボス部７を中央部に備えた円盤状の金属製部材で、ロータボス部７と反対側の部位には凹部８が形成されている。この凹部８の底壁から前記ボルト６が前記ロータボス部７を貫通してクランク軸３の端部に締め付け固定されている。
【００１２】
前記ロータ４の外周面９にはマグネット１０が複数取り付けられ後述するステータ１１のコイル１２に対応している。１３はモータケースを示し、このモータケース１３はトランスミッションＴの図示しない取り付け部に固定されている。尚、このモータケース１３はブラケット１４を介してボルト１５により前記クランクケース１の開口部に固定されている。
そして、モータケース１３にはリング状のブラケット１６がボルト１７により固定され、ブラケット１６にステータ１１が支持されている。前記ステータ１１はブラケット１６の内周面に固定され複数のティース１８を軸線５に向かって備えたもので、このティース１８にはコイル１２が巻装されている。
【００１３】
ここで、前記ステータ１１のコイル１２の内周側の面は前記ロータ４のマグネット１０の外周側の面に所定のクリアランスをもって対向配置され、前記ステータ１１の幅方向の中心線（ステータ中心線１９）に対して前記ロータ４の幅方向の中心線（ロータ中心線２０）が軸線５の方向に沿って前記トランスミッションＴ側に所定のオフセット量ＯＦ（例えば、２ｍｍ）だけ変位した状態で配置されている。
【００１４】
そして、前記ステータ１１の内周面２１と前記ロータ４の側端面２２および前記ロータボス部７の外周面２３とによって囲まれる空間２４に前記ロータ４の回転位置を検出するレゾルバ２５（位置検出手段）が配置されている。
【００１５】
前記レゾルバ２５はロータボス部７の外周面２３に取り付けられるリング状のレゾルバロータ２６と、これに対応した位置であってクランクケース１のボス部２８に取り付けられるレゾルバステータ２７とで構成されている。レゾルバステータ２７はハーネス２９を介して端子台３０に接続されている。尚、前記ハーネス２９は端子台３０を経由して図示しない電子制御ユニット（ＥＣＵ）等に接続されている。
【００１６】
一方、前記ロータ４のトランスミッションＴ側の側端面であって、前記凹部８の周囲には、ドライブプレート３１の中央部がボルト３２により固定されている。尚、ドライブプレート３１の中央部には前記ロータ４の凹部８に対応した位置に開口部３３が形成されている。
【００１７】
前記ドライブプレート３１は、エンジンＥとモータＭの駆動力をトランスミッションＴに伝達するための円盤状の部材で、その外周縁はマグネット１０（ロータ４）の外周面３４とコイル１２（ステータ１１）の側端面３５とで囲まれる部位３６に入り込む（オーバーラップする）ように形成されている。
【００１８】
具体的には、ドライブプレート３１はボルト３２の固定部位から外周側に向かって延出し、トランスミッションＴ側に屈曲部３７を介して湾曲した後、マグネット１０の側端面３５に回りこむように屈曲部３８を備えている。そして、屈曲部３８の外側にトランスミッションＴの入力側（例えば、フロントカバー）に固定されるナット３９が取り付けられている。尚、前記ロータ４の凹部８およびドライブプレート３１の開口部３３を覆いキャップ４０が取り付けられている。
したがって、前記モータＭはエンジンＥとトランスミッションＴとの間に挟み込まれ、モータＭのロータ４とエンジンＥのクランク軸３とトランスミッションＴの入力側とが軸線５に沿って直結されることとなる。
【００１９】
次に、前記ロータ中心線２０とステータ中心線１９とにオフセット量ＯＦを設けた理由について模式的に示す図２、図３に基づいて説明する。
図２に示すように、前記オフセット量ＯＦが零の場合、ロータ中心線２０とステータ中心線１９は一致しており、ロータ４とステータ１１とは幅方向でずれることなく配置されている。この場合、前記ロータ４のエンジンＥ側にはレゾルバ２５が配置され、且つロータ４のトランスミッションＴ側にはドライブプレート３１が配置されている。ここで、ドライブプレート３１の外周縁はステータ１１を避けるようにトランスミッションＴ側に屈曲形成（屈曲部３７）されるため、モータの全幅寸法Ａはレゾルバ２５のエンジンＥ側の面（破線で示す）からドライブプレート３１の外周縁の位置（破線で示す）までの寸法となる。
【００２０】
次に、図３に示すように、図２におけるロータをオフセット量ＯＦだけトランスミッションＴ側に変位させる。つまり、ステータ中心線１９に対してロータ中心線２０をトランスミッションＴ側にオフセット量ＯＦだけ変位させるのである。すると、前記ステータ１１の内周面２１とロータ４のエンジンＥ側の側端面２２とで空間２４が形成され、この空間２４を有効利用して、ここにレゾルバ２５を収容することができる。
【００２１】
一方、トランスミッションＴ側では、ステータ１１のコイル１２の側端面３５とロータ４の外周面３４とで囲まれる部位３６に前記ドライブプレート３１の外周縁を、屈曲部３８を介してエンジンＥ側に入り込ませることができる。
【００２２】
したがって、このオフセット量ＯＦを設けた場合のモータの全幅寸法Ａｏｆはレゾルバ２５のエンジンＥ側の面（破線で示す）からドライブプレート３１の外周縁の位置（破線で示す）までの寸法となるが、この全幅寸法Ａｏｆはレゾルバ２５が空間２４に収容されている分と前記ドライブプレート３１の外周縁が部位３６に入り込んでいる分だけ、前記図２の場合に比較して寸法Ｂだけ短くできる（Ａｏｆ＝Ａ−Ｂ）。尚、この実施の形態では例えばＢ＝２ｍｍ短くできる。
【００２３】
次に、オフセット量ＯＦの違いがモータ出力に与える影響について図４に基づいて説明する。図１においてロータ中心線２０とステータ中心線１９をオフセットしたが、このオフセット量ＯＦがモータ出力に悪影響を与えないかどうかを確認する必要があるからである。
図４は縦軸をモータＭの出力、横軸をモータＭの回転数として、モータＭの回転数を変化させた場合のモータＭの出力の変化を異なるオフセット量ＯＦ（０ｍｍ，１ｍｍ，２ｍｍ，３ｍｍ）毎に示したものである。
【００２４】
その結果、前記オフセット量ＯＦが２ｍｍ以下（０ｍｍ，１ｍｍ，２ｍｍ）の場合、前記モータの回転数が約５００ｒｐｍから約１５００ｒｐｍまでは回転数の上昇と共に前記出力は増加し、前記回転数が約２０００ｒｐｍで前記出力は１０ｋＷに到達することが判明した。さらに、前記回転数が２０００ｒｐｍ以上に上昇すると前記出力は１０ｋＷを維持し、いわゆる出力の飽和状態となることが明らかになった。
【００２５】
また、前記オフセット量ＯＦが３ｍｍの場合、前記オフセット量ＯＦが２ｍｍ以下の場合と同様に前記出力は回転数が約１５００ｒｐｍまでは前記回転数の上昇と共に出力が増加し、２０００ｒｐｍで１０ｋＷに到達して飽和状態となった。しかし、前記回転数が２０００ｒｐｍを超えると、前記オフセット量ＯＦが２ｍｍ以下の場合とは異なり、前記回転数が上昇するのに反して前記出力は１０ｋＷから徐々に低下し、約６０００ｒｐｍで前記出力は８ｋＷ程度となることが判明した。
【００２６】
つまり、この第一の実施の形態におけるモータＭでは前記ロータ中心線２０と前記ステータ中心線１９のオフセット量ＯＦは２ｍｍ程度がモータＭの出力に悪影響を与えない上限値であることが明らかになった。これは、オフセット量ＯＦがある値まではオフセット量ＯＦ＝０の場合と同様のモータＭの出力が得られることを意味する。尚、前記上限値は電動モータの種類や定格により定められることは言うまでもなく、２ｍｍに限られるものではない。
【００２７】
したがって、上述した第一の実施の形態によれば、エンジンＥのクランク軸３に直結されたロータ４と、該ロータ４に対応するステータ１１とを備え、ステータ中心線１９に対してロータ中心線２０が軸方向に沿って前記トランスミッションＴ側にオフセット配置されていることで、オフセット配置されたロータ４の外周面３４とステータ１１の側端面３５およびステータ１１の内周面２１とロータ４の側端面２２とで形成される空間２４と部位３６に、レゾルバ２５とドライブプレート３１を配置することが可能となるため、前記ロータ４の強度を低下させることなくスペースを有効に利用することができる。よって、材質の変更や凹部の加工が不要となるのでコストダウンを図ることができる。
【００２８】
つまり、幅方向の寸法を広げる可能性の高い前記レゾルバ２５を前記空間２４内に収めて配置することができるため、ロータ４に凹部を設けてここに前記レゾルバ２５を配置した場合に比較して機械的強度を高めつつ幅寸法を抑えて小型化でき、また、外周縁が幅寸法を増加させる原因となっているドライブプレート３１の外周縁をロータ４の外周面３４とステータ１１の側端面３５とで囲まれる部位３６に入り込むように形成させることで、ドライブプレート３１の周縁の強度剛性を高めつつ小型化に寄与させることができる。したがって、モータＭの小型化が実現できるため、汎用性が高まり、また、従来どおりの大きさならば大出力化が可能となる。
【００２９】
次に、この発明の第二の実施の形態を図５、図６に基づいて説明する。尚、オフセット量ＯＦを可変とするこの実施の形態の性質上、前記図２、図３に対応した図５、図６の模式図を用いて説明する。ここで、図示都合上図５、図６ではドライブプレートを省略している。
【００３０】
この実施の形態は、前記第一の実施の形態に油圧シリンダ４１（アクチュエータ）を付加してオフセット量ＯＦを可変としたものである。
具体的には、ステータ１１にはブラケット４３が取り付けられ、このブラケット４３は油圧シリンダ４１のロッド４２に支持されている。この油圧シリンダ４１のロッド４２は軸線５に沿う方向に設けられている。尚、他の構成については第一の実施の形態の図２、図３と同様であるので、同一態様部分に同一符号を付して説明は省略する。
【００３１】
したがって、油圧シリンダ４１のロッド４２が縮退すると、つまりロッド４２がトランスミッションＴ側に引っ込むと前記オフセット量ＯＦが小さくなり、逆に油圧シリンダ４１のロッド４２が伸長すると、つまりロッド４２がエンジンＥ側に突出するとオフセット量ＯＦが大きくなる。ここで、前記ブラケット４３はステータ１１を油圧シリンダ４１のロッド４２に取り付けることができれば図１におけるブラケット１６とステータ１１との間に設けてもよいし、ブラケット１６とモータケース１３との間に設けてもよい。
【００３２】
その結果、前述したようにオフセット量ＯＦがモータＭの出力に悪影響を与えない範囲でステータ１１を移動させる場合には、図５に示すように、オフセット量ＯＦ＝Ｃ（最小値）にしておいて、レゾルバ２５と図示しないドライブプレートとの配置スペースを確保しつつ、オフセット量ＯＦ＝Ｃ＋Ｄ（最大値）でモータＭの出力に悪影響が出ないようにする必要がある。前述したように、オフセット量ＯＦの上限値は２ｍｍであるのでＣ＋Ｄ＝２ｍｍとなる。
【００３３】
ここで、レゾルバ２５とドライブプレートを前記空間２４あるいは前記部位３６に収容するために必要なオフセット量ＯＦの最小値Ｃは１ｍｍであるため、油圧シリンダ４１のロッド４２のストローク量Ｄは１ｍｍとなる。
また、前記オフセット量ＯＦを変化させることで、前記オフセット量ＯＦが最小値Ｃのときにトルク定数は最大の値（例えば、０．８Ｎ・ｍ／Ａ）となり、前記オフセット量ＯＦが最大値（Ｃ＋Ｄ）のときにトルク定数は最小の値（例えば、０．５Ｎ・ｍ／Ａ）となる。尚、前記オフセット量ＯＦは長さＤの範囲であれば自由に変化させることができる。
【００３４】
したがって、上述の第二の実施の形態によれば、油圧シリンダ４１を介して前記ステータ１１と前記ロータ４の位置関係を積極的に変化させることができるため、前記モータＭの低回転（例えば、３０００ｒｐｍ未満）時に前記ロータ中心線２０と前記ステータ中心線１９のオフセット量ＯＦを最小にして前記トルク定数を最大にすることで高トルク化が可能となり、前記モータＭの高回転（例えば、３０００ｒｐｍ以上）時に前記オフセット量ＯＦを最大にして前記トルク定数を最小にすることで弱め界磁電流の削減が可能となる。その結果、前記モータＭの高回転化と、弱め界磁制御時の高効率化が可能になる。
【００３５】
尚、この発明は上記実施の形態に限られるものではなく、例えば、アクチュエータとしては油圧シリンダ４１に限られず磁気ソレノイド又はステッピングモータ等を用いることができ、また、前記ステータ中心線１９に対して前記ロータ中心線２０をトランスミッションＴ側にオフセット配置した場合を説明したが、前記ステータ中心線１９に対してロータ中心線２０をエンジンＥ側にオフセット配置してもよい。
【００３６】
【発明の効果】
以上説明してきたように、請求項１に記載した発明によれば、オフセット配置されたロータの外周面とステータの側端面およびステータの内周面とロータの側端面とで形成される各々の部位に、周辺部品を配置することが可能となるため、ロータの強度を低下させることなくスペースを有効に利用することができ、コストダウンを図ることができるという効果がある。
【００３７】
請求項２に記載した発明によれば、請求項１の効果に加え、幅方向の寸法を広げる可能性の高い位置検出手段を前記空間内に収めて配置することができるため、ロータに凹部を設けてここに位置検出手段を配置した場合に比較して機械的強度を高めつつ幅寸法を抑えて小型化できる効果がある。
【００３８】
請求項３に記載した発明によれば、請求項１又は請求項２の効果に加え、ドライブプレートの外周縁が幅寸法を増加させる原因となることを回避することができるため、ドライブプレートの周縁の強度剛性を高めつつ小型化に寄与させることができる効果がある。したがって、小型化が実現できるため、汎用性が高まり、また、従来どおりの大きさならば大出力化が可能となる。
【００３９】
請求項４に記載した発明によれば、請求項１の効果に加えて、前記ステータと前記ロータの位置関係を積極的に変化させて、トルク定数を変化させることが可能となるため、モータの高回転化と弱め界磁制御時の高効率化が可能になるという効果がある。
【００４０】
請求項５に記載した発明によれば、請求項１から請求項４の何れかの効果に加え、モータのロータ強度を保ちつつ、モータと変速機の幅寸法を減少でき、駆動システムの小型化が可能となると共に、モータの高効率化による燃費向上を図ることができるという効果がある。
【図面の簡単な説明】
【図１】この発明の第一の実施の形態の電動モータの縦断面図である。
【図２】従来の電動モータの模式縦断面図である。
【図３】この発明の第一の実施の形態の図１に相当する模式断面図である。
【図４】この発明の第一の実施の形態の電動モータの回転数に対するモータの出力を示すグラフ図である。
【図５】この発明の第二の実施の形態の電動モータの作動状態を示す模式断面図である。
【図６】この発明の第二の実施の形態の電動モータの作動状態を示す模式断面図である。
【符号の説明】
Ｅエンジン
Ｔトランスミッション
１クランク軸
４ロータ
１１ステータ
１９ステータ中心線（ステータの幅方向の中心）
２０ロータ中心線（ロータの幅方向の中心）
２２側端面（ロータの側端面）
２５レゾルバ（位置検出手段）
３１ドライブプレート
３４外周面（ロータの外周面）
３５側端面（ステータの側端面）
３６部位（ロータの外周面とステータの側端面に囲まれる部位）
４１油圧シリンダ（アクチュエータ）

Claims

エンジンとトランスミッションの間に挟み込まれたハイブリッド車両の電動モータにおいて、前記エンジンのクランク軸に直結されたロータと、該ロータに対応するステータとを備え、該ステータの幅方向の中心に対して前記ロータの幅方向の中心が軸方向に沿って前記トランスミッション側あるいはエンジン側にオフセット配置されていることを特徴とするハイブリッド車両の電動モータ。
前記ロータの回転位置を検出する位置検出手段を設け、該位置検出手段が前記ステータの内周面と前記ロータの側端面とによって囲まれる空間に配置されていることを特徴とする請求項１に記載のハイブリッド車両の電動モータ。
前記ロータと前記トランスミッションを連結するドライブプレートを設け、該ドライブプレートの外周縁がロータの外周面とステータの側端面とで囲まれる部位に入り込むように形成されていることを特徴とする請求項１又は請求項２に記載のハイブリッド車両の電動モータ。
前記ステータが前記ロータに対し、アクチュエータを介して軸方向に移動可能に構成されていることを特徴とする請求項１に記載のハイブリッド車両の電動モータ。
前記請求項１から請求項４の何れかに記載のハイブリッド車両用の電動モータを備えたことを特徴とするハイブリッド車両。