JP2008199845A - ステータの取り付け構造 - Google Patents
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Abstract
【課題】NV性能の向上を図りつつ、ステータの位置決めを行なうステータの取り付け構造、を提供する。
【解決手段】ステータの取り付け構造は、モータケース21と、ステータ50と、ボルト56と、スリーブ41および46とを備える。ステータ50には、ボルト挿入孔57が形成される。ステータ50は、モータケース21に収容される。ボルト56は、ボルト挿入孔57に挿入され、ステータ50をモータケース21に結合する。スリーブ41および46は、ボルト挿入孔57に挿入され、ボルト56の外周上に配置される。スリーブ41および46は、樹脂から形成される。スリーブ41および46は、ステータ50とボルト56との間およびステータ50とモータケース21との間に介在するように設けられる。
【選択図】図3
【解決手段】ステータの取り付け構造は、モータケース21と、ステータ50と、ボルト56と、スリーブ41および46とを備える。ステータ50には、ボルト挿入孔57が形成される。ステータ50は、モータケース21に収容される。ボルト56は、ボルト挿入孔57に挿入され、ステータ50をモータケース21に結合する。スリーブ41および46は、ボルト挿入孔57に挿入され、ボルト56の外周上に配置される。スリーブ41および46は、樹脂から形成される。スリーブ41および46は、ステータ50とボルト56との間およびステータ50とモータケース21との間に介在するように設けられる。
【選択図】図3
Description
この発明は、一般的には、ステータの取り付け構造に関し、より特定的には、電気自動車やハイブリッド自動車等の駆動ユニットに適用されるステータの取り付け構造に関する。
従来のステータの取り付け構造に関して、たとえば、特開2003−61277号公報には、ロータが回転する際の磁束変動や振動がある場合にも、ロータに接触することのないステータが開示されている(特許文献1)。特許文献1に開示されたステータは、スロット数に応じた数のステータコアをケースに位置決めするための位置決めピンを備える。
また、特開2001−231192号公報には、モータの回転中に発生する電磁振動により、ステータコア相互間が機械的に振動し、騒音が発生することを防ぐモールドステータの製造方法が開示されている(特許文献2)。特許文献2では、ステータコア相互間の微小な隙間に樹脂を介在させる。
また、特開平10−14144号公報には、固定鉄心をカバーに取り付けるリベットが、リベットが挿入される貫通孔内で座屈することを防止する小型電動機が開示されている(特許文献3)。特許文献3では、カバーに固定子鉄心が取り付けられる。カバーは、カバーの位置決めおよびリベット止めに供する嵌合筒部を有する。固定子鉄心は、孔径φAを有する貫通孔が形成されたコアシートと、φAよりも小さい孔径φEを有する貫通孔が形成されたコアシートとを積層して構成されている。カバーは、嵌合筒部が孔径φAを有する貫通孔に嵌合するように、固定子鉄心の両面にそれぞれ当接される。リベットが一方のカバーの嵌合筒部、貫通孔、他方のカバーの嵌合筒部に挿通された状態で、リベットの先端がかしめられる。
また、特開2003−191759号公報には、カバーの取り付けに伴い、駆動ケースの外径が大きくなるのを抑制し、車両への搭載性を向上させることを目的としたハイブリッド車両用駆動装置が開示されている(特許文献4)。特許文献4では、モータジェネレータのステータが、ボルト等の締結部品によって駆動ケースに締結されている。
特開2003−61277号公報
特開2001−231192号公報
特開平10−14144号公報
特開2003−191759号公報
上述の特許文献に開示されるように、電動機やモータジェネレータを構成するステータが、ボルト等の結合部材を用いることによってケース体に結合される。しかしながら、このような構造においては、ステータで発生した振動が直接ケース体に伝わり、NV(noise and vibration)性能の低下を招くおそれが生じる。
一方、ステータおよびロータ間のエアギャップを適正に形成するため、ステータをケース体に対して正確に位置決めすることが求められる。これに対して、位置決めピンの使用や、ケース体とステータとの嵌め合いをきつくするなどの手段が考えられる。しかしながら、これらの場合、ステータの取り付け構造が複雑になったり、ステータの取り付け時の作業性が低下するなどの懸念がある。
そこでこの発明の目的は、上記の課題を解決することであり、NV性能の向上を図りつつ、ステータの位置決めを行なうステータの取り付け構造を提供することである。
この発明に従ったステータの取り付け構造は、ケース体と、ステータと、結合部材と、スリーブとを備える。ステータには、貫通孔が形成される。ステータは、ケース体に収容される。結合部材は、貫通孔に挿入され、ステータをケース体に結合する。スリーブは、貫通孔に挿入され、結合部材の外周上に配置される。スリーブは、樹脂から形成される。スリーブは、ステータと結合部材との間およびステータとケース体との間に介在するように設けられる。
このように構成されたステータの取り付け構造によれば、樹脂から形成されたスリーブによって、ステータからケース体に伝わる振動や、ステータから結合部材を介してケース体に伝わる振動を減衰させる。これにより、ケース体に伝達される振動を低減し、NV性能の向上を図ることができる。また、樹脂から形成されたスリーブは、ある程度の変形が可能である。このようなスリーブを貫通孔に挿入し、結合部材の外周上に配置することにより、貫通孔に対する結合部材のガタを小さくできる。これにより、ケース体に対するステータの位置決めを結合部材によって行なうことが可能となる。
また好ましくは、結合部材は、頭部を含み、ステータをケース体に締結するボルトである。スリーブは、ステータと頭部との間およびステータとケース体との間に介在するように設けられる。このように構成されたステータの取り付け構造によれば、スリーブによって、ステータからケース体に伝わる振動や、ステータからボルトを介してケース体に伝わる振動を減衰させる。また、ケース体に対するステータの位置決めをボルトによって行なうことが可能となる。
また好ましくは、スリーブは、第1スリーブおよび第2スリーブを含む。第1スリーブは、貫通孔の一方端に挿入される第1筒部と、第1筒部から鍔状に広がり、ステータと頭部との間に介在する第1鍔部とを有する。第2スリーブは、貫通孔の他方端に挿入される第2筒部と、第2筒部から鍔状に広がり、ステータとケース体との間に介在する第2鍔部とを有する。このように構成されたステータの取り付け構造によれば、鍔部および筒部を有するスリーブによって、NV性能の向上とステータの位置決めとの両立を図る。また、第1スリーブおよび第2スリーブは、貫通孔の両端からそれぞれ挿入されるため、スリーブの組み付け時の作業性を向上させることができる。
また好ましくは、ステータの取り付け構造は、貫通孔に挿入され、結合部材の外周上に配置される筒状部材をさらに備える。結合部材による結合力が、筒状部材に作用する。このように構成されたステータの取り付け構造によれば、結合部材による結合力を受けてステータが変形することを抑制できる。
また好ましくは、ステータは、結合部材による結合方向に積層された複数の電磁鋼板を含む。このように構成されたステータの取り付け構造によれば、ステータが電磁鋼板の積層体からなる場合、ステータが変形し易く、ケース体に対するステータの着座面が特定され難いことに起因して、ステータの振動特性やステータからケース体に伝わる振動の特性が不安定となるおそれがある。このような場合であっても、結合部材をステータとケース体との間に介在させることにより、ケース体に対するステータの着座面を容易に特定させることができる。これにより、振動特性を安定させ、NV性能の向上を図ることができる。
以上説明したように、この発明に従えば、NV性能の向上を図りつつ、ステータの位置決めを行なうステータの取り付け構造を提供することができる。
この発明の実施の形態について、図面を参照して説明する。なお、以下で参照する図面では、同一またはそれに相当する部材には、同じ番号が付されている。
図1は、この発明の実施の形態におけるステータの取り付け構造が適用された駆動ユニットを模式的に表わす断面図である。図中に示す駆動ユニットは、ガソリンエンジンやディーゼルエンジン等の内燃機関と、充放電可能な2次電池(バッテリ)とを動力源とするハイブリッド車両に搭載されている。
図1を参照して、駆動ユニットは、モータジェネレータ11を含む。モータジェネレータ11は、電動機もしくは発電機としての機能を有する回転電機である。モータジェネレータ11は、ロータ30と、ステータ50と、ロータ30およびステータ50を収容し、ステータ50が固定されるモータケース21とを含む。
ロータ30は、仮想軸である中心軸101の軸方向に円筒状に延びる。ロータ30は、複数の電磁鋼板32を含む。複数の電磁鋼板32は、中心軸101の軸方向に積層されている。ロータ30は、中心軸101の軸方向に延びるシャフト58に固定されている。シャフト58は、図示しない軸受けを介してモータケース21に対して回転自在に支持されている。モータケース21には、孔24が形成されている。孔24には、シャフト58が挿通されている。シャフト58は、複数の歯車を含んで構成された減速機構14に接続されている。ロータ30には、永久磁石31が埋設されている。ロータ30は、シャフト58とともに中心軸101を中心に回転する。
ステータ50は、中心軸101の軸方向に円筒状に延びる。ステータ50は、複数の電磁鋼板52を含む。複数の電磁鋼板52は、中心軸101の軸方向に積層されている。電磁鋼板52は、薄板形状を有する。電磁鋼板52は、一方の周縁を把持した場合に他方の周縁が鉛直下方向に垂れる程度の薄板形状を有する。電磁鋼板52は、たとえば1mm以下の厚みを有する。積層された複数の電磁鋼板52は、たとえば溶接やかしめ等の手段により互いに結合されている。
ステータ50は、中心軸101が延びる方向の一方端に端面50aを含み、他方端に端面50bを含む。端面50aおよび端面50bは、中心軸101に直交する平面内で延在する。
ステータ50には、コイル51が巻回されている。コイル51は、たとえば絶縁被膜された銅線から形成されている。コイル51は、U相、V相およびW相コイルを含む。これら各相コイルに対応する端子が、端子台17に接続されている。端子台17は、インバータ18を介してバッテリ19に電気的に接続されている。インバータ18は、バッテリ19からの直流電流をモータ駆動用の交流電流に変換するとともに、回生ブレーキにより発電された交流電流を、バッテリ19に充電するための直流電流に変換する。
モータジェネレータ11から出力された動力は、減速機構14からディファレンシャル機構15を介してドライブシャフト受け部16に伝達される。ドライブシャフト受け部16に伝達された動力は、ドライブシャフトを介して図示しない車輪に回転力として伝達される。
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16、ディファレンシャル機構15および減速機構14を介してモータジェネレータ11が駆動される。このとき、モータジェネレータ11が発電機として作動する。モータジェネレータ11により発電された電力は、インバータ18を介してバッテリ19に蓄えられる。
図2は、図1中のII−II線上に沿ったモータジェネレータの端面図である。図中には、モータジェネレータ11の巻線構造が模式的に表わされている。
図1および図2を参照して、ステータ50は、鍔部54A、54Bおよび54Cを含む(以下、特に区別しない場合には鍔部54と呼ぶ)。鍔部54は、電磁鋼板52に一体に形成されている。複数の鍔部54が、中心軸101を中心とする周方向に間隔を隔てて形成されている。鍔部54A、鍔部54Bおよび鍔部54Cは、等間隔に配置されている。鍔部54は、ステータ50の周縁から中心軸101を中心とする半径方向外側に向かって突出する。
ステータ50には、電磁鋼板52の積層方向に貫通するボルト挿入孔57が形成されている。ボルト挿入孔57は、各電磁鋼板52の鍔部54に形成されている。ボルト挿入孔57は、ステータ50を貫通する。ボルト挿入孔57は、中心軸101の軸方向に延び、端面50aおよび端面50bにそれぞれ開口する。なお、ボルト挿入孔57が形成される数は3つに限られず、適宜変更される。
ステータ50は、中心軸101を中心に環状に延びるヨーク部50yと、ヨーク部50yの周方向に所定の間隔を隔てて配列され、ヨーク部50yの内周面から半径方向内側に突出する複数のティース部50tとを含む。互いに隣り合うティース部50tと、ヨーク部50yとに囲まれた空間には、スロット部50sが規定されている。スロット部50sは、ロータ30に対向する位置で開口している。
コイル51は、U相コイル51U、V相コイル51VおよびW相コイル51Wを含む。コイル51は、いわゆる分布巻きによってステータ50に巻回されている。
その形態について説明すると、U相コイル51U、V相コイル51VおよびW相コイル51Wは、周方向に連続して並ぶ複数個のティース部50tの周りを周回するように、それぞれ複数箇所に設けられている。U相コイル51U、V相コイル51VおよびW相コイル51Wは、その複数個のティース部50tの両側にあるスロット部50sと、端面50aおよび端面50b上を通るように巻回されている。U相コイル51U、V相コイル51VおよびW相コイル51Wは、挙げた順に外周側から内周側に並んで巻回されている。U相コイル51U、V相コイル51VおよびW相コイル51Wは、互いに周方向にずれた位置でティース部50tに巻回されている。
なお、コイル51は、分布巻きに限定されず、コイル51が1つの磁極ごとにティース部50tに集中的に巻回される、いわゆる集中巻きによってステータ50に巻回されてもよい。
図3は、図1中の2点鎖線IIIで囲まれた範囲を拡大して示す断面図である。図3を参照して、モータケース21は、載置面21bを含む。ステータ50は、載置面21b上に載置されている。載置面21bと端面50aとが向い合う。モータケース21は、内周面21cを含む。内周面21cは、ステータ50の外周上を取り囲むように延在する。
モータケース21には、雌ねじ26が形成されている。雌ねじ26は、載置面21bに開口する。モータジェネレータ11は、ボルト56を含む。ボルト56は、ボルト挿入孔57に挿通されるとともに、雌ねじ26に螺合されている。ステータ50は、ボルト56によってモータケース21に締結されている。ボルト56は、電磁鋼板52の積層方向に締結力を発生させ、ステータ50をモータケース21に対して結合させる。ボルト56は、頭部56pを含む。頭部56pは、端面50b上に配置される。頭部56pは、ボルト56による締結力をステータ50に作用させる部位である。頭部56pは、スパナやレンチ等、ボルト56を締め込むための治具を係止する部位である。
モータジェネレータ11は、スリーブ41および46を含む。スリーブ41および46は、樹脂から形成されている。スリーブ41および46は、たとえばアクリル樹脂から形成されている。スリーブ41とスリーブ46とは、互いに同一形状を有する。スリーブ41とスリーブ46とは、互いに異なる形状を有してもよい。
スリーブ41および46は、ボルト挿入孔57に挿入されている。スリーブ41および46は、ボルト56の外周上に配置されている。スリーブ41および46は、ボルト56とボルト挿入孔57の内壁との間に配置されている。ボルト56とボルト挿入孔57の内壁とは、スリーブ41および46により非接触の状態に設けられている。スリーブ41および46は、ステータ50とモータケース21との間およびステータ50とボルト56との間に介在する。ステータ50とモータケース21およびボルト56とは、スリーブ41および46により非接触の状態に設けられている。載置面21bと端面50aとは、隙間を設けて向い合う。
図4は、図3中のスリーブを示す斜視図である。図中には、代表的にスリーブ46が示されている。図3および図4を参照して、スリーブ46は、筒部47と鍔部48とを含む。筒部47は、貫通孔49が形成された筒形状を有する。鍔部48は、筒部47の一方端からその半径方向外側に向けて鍔状に広がる。同様の形態で、スリーブ41は、貫通孔44が形成された筒部42と、鍔部43とを含む。
スリーブ41とスリーブ46とは、ボルト挿入孔57の貫通方向に離れて配置されている。スリーブ41は、筒部42がボルト挿入孔57の一方端に挿入され、鍔部43がステータ50とボルト56の頭部56pとの間に介在するように配置されている。スリーブ46は、筒部47がボルト挿入孔57の他方端に挿入され、鍔部48がステータ50とモータケース21との間に介在するように配置されている。
モータジェネレータ11の駆動時、ロータ30およびステータ50間で発生する電磁力の変動に起因して、ステータ50で振動が発生する。これに対して、本実施の形態では、振動がステータ50からモータケース21に伝わる経路上にスリーブ46が配置され、振動がステータ50からボルト56を経由してモータケース21に伝達する経路上にスリーブ41が配置されている。このため、ステータ50で発生した振動は、スリーブ41および46によって減衰された後、モータケース21に伝達される。
モータジェネレータ11は、筒状部材61を含む。筒状部材61は、金属から形成されている。筒状部材61は、筒形状を有する。筒状部材61は、ボルト挿入孔57に挿入されている。筒状部材61は、スリーブ41および46の外周上に配置されている。筒状部材61は、筒部42および47の外周上に配置されている。筒状部材61には、ボルト56による締結力が作用する。このような構成により、電磁鋼板52の積層体からなるステータ50に、ボルト56による締結力が過大に負荷することを防止できる。
図5は、図1中のV−V線上に沿ったモータジェネレータの断面図である。図中では、ステータ50の外形が2点鎖線によって表わされている。図3および図5を参照して、スリーブ41および46と筒状部材61との間の嵌め合いは、圧入または隙間嵌めである。ボルト56とスリーブ41および46との間の嵌め合いは、圧入または隙間嵌めである。一方、モータケース21の内周面21cとステータ50との間には、隙間80が形成されている。内周面21cは、ステータ50と非接触である。
モータジェネレータ11では、ステータ50およびロータ30間のエアギャップを適正化するため、ステータ50をモータケース21に対してある程度の精度で位置決めすることが求められる。
本実施の形態では、スリーブ41および46がボルト挿入孔57に挿入され、ボルト56の外周上に配置される。このため、ステータ50の組み付け時、ボルト56は、スリーブ41および46に形成された貫通孔44および49に挿入される。この際、樹脂から形成されたスリーブ41および46は、ある程度変形可能なため、ボルト56と貫通孔44および49の内壁との間の隙間を縮小するか、あるいはゼロにすることができる。これにより、モータケース21に対するステータ50の位置決めをボルト56によって行なうことができる。また、このため、モータケース21の他の部位にステータ50の位置決め機構を設ける必要がなくなる。特に本実施の形態では、位置決め機構として内周面21cに対してステータ50を隙間嵌めする必要がなくなり、その結果として、内周面21cとステータ50との間に隙間80が形成されている。
内周面21cに対してステータ50を隙間嵌めした場合、モータジェネレータ11の駆動時、内周面21cとステータ50との接触位置を正確に特定することができない。また、ステータ50が電磁鋼板52の積層体からなる場合、電磁鋼板52の各層間でずれが発生する。これに起因して、ステータ50が、載置面21b上において中心軸101の軸方向に撓んだ状態に変形するおそれがある。したがって、ステータ50の端面50aが全体的に載置面21bと接触する場合、載置面21bに対するステータ50の着座面を正確に特定することができない。これらの場合、ステータ50の振動特性やステータ50からモータケース21に伝わる振動の特性を安定させることが難しい。
これに対して、本実施の形態では、載置面21bに対するステータ50の着座面を、スリーブ46が載置面21bと接触する領域46A、46Bおよび46Cに特定することができる。また、ボルト56によるステータ50の位置決めが可能となるため、内周面21cとステータ50との間に隙間80を形成することができる。この結果、本実施の形態では、ステータ50の振動特性やステータ50からモータケース21に伝わる振動の特性を安定させることが可能となる。
この発明の実施の形態におけるステータの取り付け構造は、ケース体としてのモータケース21と、ステータ50と、結合部材としてのボルト56と、スリーブ41および46とを備える。ステータ50には、貫通孔としてのボルト挿入孔57が形成される。ステータ50は、モータケース21に収容される。ボルト56は、ボルト挿入孔57に挿入され、ステータ50をモータケース21に結合する。スリーブ41および46は、ボルト挿入孔57に挿入され、ボルト56の外周上に配置される。スリーブ41および46は、樹脂から形成される。スリーブ41および46は、ステータ50とボルト56との間およびステータ50とモータケース21との間に介在するように設けられる。
回転電機としてのモータジェネレータ11は、ステータ50を含む。モータジェネレータ11は、車両としてのハイブリッド車両に搭載されている。
このように構成された、この発明の実施の形態におけるステータの取り付け構造によれば、スリーブ41および46を設けることによって、モータジェネレータ11のNV性能を向上させつつ、モータケース21に対するステータ50の位置決めを行なうことができる。
図6は、図3中のスリーブの変形例を示す断面図である。図6を参照して、本変形例では、モータジェネレータ11がスリーブ71を含む。スリーブ71は、図3中のスリーブ41とスリーブ46とを一体化した形状を有する。このような構成によっても、上述の効果を同様に得ることができる。
なお、本実施の形態では、ボルト挿入孔57に筒状部材61を配置したが、筒状部材61は配置されなくてもよい。結合部材としてのボルト56に替えて、スタッドボルトとナットとの組み合わせや、リベット等が用いられてもよい。
また、本実施の形態では、ロータ30およびステータ50がそれぞれ電磁鋼板32および52から形成される場合を説明したが、電磁鋼板に限定されず、たとえば圧粉磁心等、他の磁性材料から形成されてもよい。また、本発明におけるステータの取り付け構造を、電気自動車に搭載されるモータや、一般的な産業用モータに適用してもよい。
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。本発明の範囲は上記した説明ではなくて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。
11 モータジェネレータ、21 モータケース、41,46 スリーブ、42,47 筒部、43,48 鍔部、50 ステータ、52 電磁鋼板、56 ボルト、56p 頭部、57 ボルト挿入孔、61 筒状部材。
Claims (5)
- ケース体と、
貫通孔が形成され、前記ケース体に収容されるステータと、
前記貫通孔に挿入され、前記ステータを前記ケース体に結合する結合部材と、
前記貫通孔に挿入され、前記結合部材の外周上に配置され、樹脂から形成されるスリーブとを備え、
前記スリーブは、前記ステータと前記結合部材との間および前記ステータと前記ケース体との間に介在するように設けられる、ステータの取り付け構造。 - 前記結合部材は、頭部を含み、前記ステータを前記ケース体に締結するボルトであり、
前記スリーブは、前記ステータと前記頭部との間および前記ステータと前記ケース体との間に介在するように設けられる、請求項1に記載のステータの取り付け構造。 - 前記スリーブは、第1スリーブおよび第2スリーブを含み、
前記第1スリーブは、前記貫通孔の一方端に挿入される第1筒部と、前記第1筒部から鍔状に広がり、前記ステータと前記頭部との間に介在する第1鍔部とを有し、
前記第2スリーブは、前記貫通孔の他方端に挿入される第2筒部と、前記第2筒部から鍔状に広がり、前記ステータと前記ケース体との間に介在する第2鍔部とを有する、請求項2に記載のステータの取り付け構造。 - 前記貫通孔に挿入され、前記結合部材の外周上に配置される筒状部材をさらに備え、
前記結合部材による結合力が、前記筒状部材に作用する、請求項1から3のいずれか1項に記載のステータの取り付け構造。 - 前記ステータは、前記結合部材による結合方向に積層された複数の電磁鋼板を含む、請求項1から4のいずれか1項に記載のステータの取り付け構造。
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