JP2009106047A - 電動機およびそれを備えた車両駆動装置 - Google Patents

Abstract

【課題】
磁気的特性を向上させることができる電動機の提供を課題とする。
【解決手段】
上記課題は、ヨーク１０９と磁極１１０〜１１３を薄板の鋼板を積層した四角柱形状の固定子１００において、４つの磁極１１０〜１１３のバックヨーク部を、四角柱形状の角部１０１〜１０４に配置するとともに、この角部の内側に４つの貫通孔を設け、ブラケット３０３，３０４で挟持して固定することにより解決できる。
【選択図】図１

Description

本発明は、電動機およびそれを備えた車両駆動装置に係り、代表的には、電動機の磁気的特性を向上させるための技術に関する。

電動機の固定子は、外周が円形状で、外周と同心円の一定幅を有するヨーク部、ヨーク部の内周に突出した複数の磁極、および複数の磁極に巻かれた巻線を備え、電動機の前後のブラケットに固定されている。

固定子とブラケットとの固定方法としては一般的に、磁極に巻き付けられて隣り合う巻線間の空間にボルトを通し、このボルトをブラケットに螺合することにより行うものが知られている。このような固定方法によれば、固定子の外周側にボルトの露出させることがないので、外部からの衝撃によってボルトが損傷したり、締め付け強度が低下したりすることを防止できる。

しかし、そのような固定方法では、ボルトが磁極間の空間を占有するので、巻線の巻数が制限される。

そこで、たとえば特許文献１に開示されているように、ヨーク部に貫通孔を設け、この貫通孔にボルトを通してボルトをブラケットに螺合すれば、磁極間の空間を有効に利用できる。

特許文献１に開示された技術では、複数の薄板を積層した固定子の外周が四角形状であり、ヨークの角部の４ヶ所に貫通孔が成形されており、その貫通孔を、固定子をハウジングに固定するボルトの孔として利用している。このため、特許文献１に開示された技術では、ボルトがヨークから露出しないので、外部からの衝撃によってボルトが損傷したり、締め付け強度が低下したりすることを防止できる。

特開２００６−１０９６９１号公報

特許文献１に開示された技術では、ヨーク内周側の磁極数が６個であり、ヨーク外周の角部の４個所と一致していない。さらに、ヨーク外周の角部と磁極との位置関係が明らかにされていない。このため、電動機の固定子の磁極数を４個とした場合、この磁極と四角形のヨークの角部４個所との位置関係が規定できない。

このことは、四角形のヨークの角部が、磁極に巻かれる巻線部分、すなわちスロットの位置と対向するバックヨーク部、または磁極の位置と対向するバックヨーク部、またはその中間位置と対向するバックヨーク部でも成立することになる。特に磁極数と多角形の角部の数が一致しない場合には、角部の位置が混在することになる。このため、磁極の位置と対向するバックヨーク部が角部に位置しない場合、次のような課題がある。磁極は回転子の軸中心方向に突出しており、回転子との間で電磁力を発生するため磁極を中心としてヨーク部に対して、磁気振動による振動が発生したり、磁気音の発生が大きくなる。

本発明の代表的なものは、磁気的特性を向上させることができる電動機およびそれを備えた車両駆動装置を提供する。

ここで、磁気的特性とは、電動機のトルク特性，磁気音特性などを示す。

ここに、本発明の代表的なものは、磁極の回転子側とは反対側のヨークの径方向幅を広げたことを特徴とする。また、本発明の代表的なものは、ヨークの径方向幅を広げた部位にボルトの貫通孔を設けたことを特徴とする。

本発明の代表的なものによれば、磁極の回転子側とは反対側のヨークの径方向幅を広げたので、電動機のトルクを増加させることができる。また、本発明の代表的なものによれば、ヨークの径方向幅を広げた部位にボルトの貫通孔を設けたので、ヨークおよび磁極を構成する薄板状鋼板の積層方向の面圧を大きくでき、磁極部で生ずる磁気振動や磁気音を低減できる。

以下、本発明の代表的な実施形態を列挙する。

環状の鋼板を積層したヨークと、このヨークから内径側に突出し、界磁巻線が巻装された複数個の磁極と、を備えた固定子を有し、磁極間の全域に位置すヨーク部分の径方向幅に対して、磁極幅に相当するヨーク部分の径方向幅が外周側に広くし、締め付けボルト貫通孔を径方向幅が広いヨーク部分に設ける電動機。

固定子は、貫通孔にボルトを通して、電動機の２つのブラケットに挟持して固定するようになっていることが好ましい。２つのブラケットの一方は、電動機の出力軸が結合され駆動機構を有する部品のブラケットであることが好ましい。

また、固定子は、外周形状が四角形であることが好ましい。

また、固定子は、外周形状が四角形で、内側に突出した磁極の数は四角形の角部と同数であり、磁極の周方向の幅を外側に延長したバックヨーク内に、四角形の角部と、角部と同数の貫通孔が位置するようになっていることが好ましい。

また、固定子は、外周形状が四角形で、四角形の対角線の線分を含む位置に、磁極と貫通孔が設けられていることが好ましい。

また、固定子は外周形状が四角形で、四角形の対角線の線分により周方向に２等分される位置に、磁極と貫通孔が設けられていることが好ましい。

また、固定子は、外周形状が多角形であることが好ましい。

また、固定子は、外周形状が多角形で、内側に突出した磁極の数は多角形の角部と同数であり、磁極の周方向の幅を外側に延長したバックヨーク内に、多角形の角部と、角部と同数の貫通孔が位置するようになっていることが好ましい。

また、固定子は、外周形状が多角形で、多角形の角部と中心を結ぶ線分を含む位置に磁極と貫通孔が設けられていることが好ましい。

回転可能に保持された回転子と、この回転子に空隙を介して対向配置され、環状鉄心、この環状鉄心の回転子側周面から前記回転子に向かって突出し、周方向に間隔を空けて配置された複数の歯状鉄心、およびこの複数の歯状鉄心に巻装された巻線を備えた固定子と、を有し、歯状鉄心の環状鉄心側先端における周方向幅をＬａ、周方向幅Ｌａの範囲に相当し、歯状鉄心の回転子側とは反対側に延在する、環状鉄心の延在部分の径方向最小幅をＬｂ、周方向に隣接した、環状鉄心の延在部間を連絡する、環状鉄心のブリッジ部の径方向最小幅をＬｃとしたとき、それらの間にＬｃ＜Ｌａ＜Ｌｂの大小関係が成立するように環状鉄心および複数の歯状鉄心を構成した電動機。

上記において、環状鉄心の延在部分に、固定子を固定するための締め付けボルトの貫通孔を設けることが好ましい。

回転可能に保持された回転子と、この回転子に空隙を介して対向配置され、環状鉄心、この環状鉄心の回転子側周面から回転子に向かって突出し、周方向に間隔を空けて配置された複数の歯状鉄心、およびこの複数の歯状鉄心に巻装された巻線を備えた固定子と、を有し、環状鉄心の径方向最小幅よりも大きい周方向幅を有するように歯状鉄心を形成するとともに、歯状鉄心の回転子側から回転子側とは反対側に流れる磁束が、環状鉄心の径方向最小幅および歯状鉄心の周方向幅よりも大きい径方向幅を有する環状鉄心部分を通って、環状鉄心の径方向最小幅側に流れるように、磁気回路を構成した電動機。

上記において、大きい径方向幅を有する環状鉄心部分に、固定子を固定するための締め付けボルトの貫通孔を設けることが好ましい。

内燃機関によって駆動される車輪とは異なる車輪を駆動する電動機と、内燃機関によって駆動され、電動機の駆動電力を生成して電動機に供給する発電機と、電動機および発電機の駆動を制御するための制御装置と、を有し、電動機を、上記電動機により構成した車両駆動装置。

本発明の代表的なものによれば、磁気的特性を向上させることができる電動機およびそれを備えた車両駆動装置を提供できる。

以下、本発明の実施例を図面に基づいて説明する。

以下の実施例では、本発明が適用された電動機を車両駆動用電動機として搭載した場合を例に挙げて説明する。本発明が適用された電動機は、車載補機駆動用電動機として用いても構わない。

また、本発明が適用された電動機は、車両以外の電動機、たとえば工場などの動力設備に搭載される産業用電動機、および空気調和機などの家電品に搭載される家電用電動機などにも適用できる。特に出力向上が要求される電動機に好適である。

本発明の第１実施例を図１〜図４に基づいて説明する。

本実施例は、本発明が適用された電動機を、モータ駆動用バッテリを持たない４輪駆動式ハイブリッド電気自動車に採用した例である。

まず、図４を用いて、モータ駆動用バッテリを持たない４輪駆動式ハイブリッド電気自動車の駆動システムの構成について説明する。

なお、図４では、制御信号を伝送する制御ケーブルを細い実線により示し、電気エネルギーを供給する電気ケーブルを、制御ケーブルを示す実線よりも太い実線により示している。

モータ駆動用バッテリを持たない４輪駆動式ハイブリッド電気自動車（以下、「４輪駆動車１」と記述する）は、内燃機関であるエンジン６により前輪２（主輪）を、回転電機である電動機３００により後輪４（従輪）をそれぞれ駆動するように、エンジン６による駆動システムと、電動機３００による駆動システムとを備えた複合駆動型車両である。エンジン６は、前輪２の主駆動系を構成する動力源であり、車両の走行範囲全域において熱エネルギーにより回転動力を発生する。電動機３００は、後輪４の従駆動系を構成する動力源であり、車両の発進時からエンジン６のみによる走行速度域に達するまでの間、及び氷結路など路面の摩擦係数μが小さい走行路においてエンジン６により駆動される前輪２にスリップが生じ、エンジン６の動力を路面に伝達できない時に電気エネルギーにより回転駆動力を発生する。

なお、本実施例では、エンジン６により前輪２を、電動機３００により後輪４をそれぞれ駆動する場合を例に挙げて説明するが、エンジン６により後輪４を、電動機３００により前輪２をそれぞれ駆動する構成としてもよい。

エンジン６の回転動力は、自動変速機７によって変速された後、動力伝達機構８を介して前輪２の駆動軸３に伝達される。これにより、前輪２は車両の走行範囲全域においてエンジン６により駆動される。

エンジン６には車載補機用発電機９及び駆動専用発電機１１がベルトを介して機械的に連結されている。両発電機は、エンジン６の回転動力を受けて作動し、それぞれ用途の異なる電力を発生する。

車載補機用発電機９は車載１４ボルト系電源を構成しており、公称出力電圧１２ボルトの車載バッテリ１０を充電するための直流電力及び車載補機用を駆動するための直流電力を発生する。

駆動専用発電機１１は、電動機３００の駆動用電力を専用に発生するモータ電源を構成すると共に、車載補機用発電機９よりも高い電力を出力できる車載４２ボルト系電源を構成しており、電動機３００に対する要求駆動力に応じて出力電圧を０ボルトから５０ボルト又は６０ボルトまで可変できる。

なお、本実施例では、電動機３００の電源として駆動専用発電機１１を備えた場合を例に挙げて説明する。この場合、モータ駆動専用大容量バッテリの搭載が不要な分、従駆動輪（本実施例では後輪４）の従駆動システムの搭載スペースを小さくできると共に、エンジンの動力により前後輪を駆動する機械式４輪駆動車と比べて従駆動輪の従駆動システムを安価に提供できる。

また、本実施例では、駆動専用発電機１１を駆動電源として低電圧，大電流により電動機３００を駆動するので、車両の走行性能において要求される高トルクを出力でき、エンジンの動力により前後輪を駆動する機械式４輪駆動車と比べて遜色のない従駆動システムを提供できる。

さらに、モータ駆動用バッテリ（車載バッテリ１０よりも高い公称出力電圧３６ボルトのバッテリ）を搭載し、駆動専用発電機１１の電力をモータ駆動用バッテリに充電するようにしてもよい。また、制動時、電動機３００を発電機とし、発電によって得られた電力をモータ駆動用バッテリに充電してもよい。

車載補機用発電機９及び駆動専用発電機１１はエンジン６と共にエンジンルーム内に配置されている。駆動専用発電機１１は水冷密閉型回転電機であるので、そのエンジン６に対する取付位置は、空冷開放型回転電機である車載補機用発電機９のエンジン６に対する取付位置よりも低い位置にできる。

本実施例では、前述したように、モータ駆動用バッテリを備えていないので、駆動専用発電機１１から出力された直流電力はリレー１２を介して電動機３００の電機子に直接入力される。電動機３００は直流電力を受けて作動し、後輪３の駆動に必要な回転動力を発生する。

電動機３００の回転動力は、電動機３００の出力側に接続されたクラッチ１３、及びクラッチ１３の出力側に接続されたデファレンシャルギヤ１４を介して後輪４の駆動軸５に伝達される。これにより、後輪４は、車両の発進時からエンジン６のみによる走行速度域に達するまでの間、及び氷結路など路面の摩擦係数μが小さい走行路においてエンジン６により駆動される前輪２にスリップが生じ、エンジン６の動力を路面に伝達できない時に駆動される。従って、本実施例の従駆動システムによれば、車両を安定させながら高トルクにより発進及び走行させることができ、前輪２にスリップが発生した時には、前輪２を速やかにグリップさせて、摩擦係数μの小さい走行路を安定にかつ確実に走破させることができる。

デファレンシャルギヤ１４は、電動機３００の回転動力を左右の駆動軸５に分配するための動力伝達機構であり、電動機３００の回転動力を減速するための減速機が一体に設けられている。

電動機３００は、車両の後部座席からトランクルームに至る床下にあり、かつデファレンシャルギヤ１４の近傍にある狭小スペースに設置されている。

なお、電動機３００はクラッチ１３及びデファレンシャルギヤ１４と一体のユニット構造になっている。

クラッチ１３は、２つのクラッチ板を電磁力により制御して動力伝達を制御する電磁式動力遮断機構であり、車両の発進時からエンジン６のみによる走行速度域に達するまでの間、及び氷結路など路面の摩擦係数μが小さい走行路においてエンジン６により駆動される前輪２にスリップが生じ、エンジン６の動力を路面に伝達できない時には２つのクラッチ板が締結されて、電動機３００の回転動力がデファレンシャルギヤ１４に伝達されるように制御され、エンジン６のみによる走行速度域にある時には２つのクラッチ板が解放されて、電動機３００からデファレンシャルギヤ１４への回転動力の伝達が遮断されるように制御される。

後輪４の従駆動系を構成する各機器の作動は、４輪駆動制御装置１５から供給された信号或いは電力によって制御される。４輪駆動制御装置１５は、プログラムに基づいて各機器の制御に必要な演算を実行するマイクロコンピュータ、マイクロコンピュータの演算に必要なプログラムやマップ及びパラメータなどのデータが予め格納された記憶装置、及び抵抗などの回路素子が集積された集積回路（ＩＣ）などの複数の電子部品を搭載した複数の制御基板、電動機３００の界磁巻線に供給される界磁電流を制御する電動機界磁電流用チョッパ回路、およびクラッチ１３の励磁コイルに供給される励磁電流を制御するクラッチ励磁電流用チョッパ回路を備えている。

４輪駆動制御装置１５が司る制御としては、駆動専用発電機１１に供給される界磁電流を制御して駆動専用発電機１１の発電を制御し、駆動専用発電機１１から電動機３００に供給される直流電力を制御して電動機３００の駆動を制御する電動機制御、リレー１２の接点の駆動を制御して駆動専用発電機１１と電動機３００との間の電気的な接続を制御するリレー制御、電動機３００に供給される界磁電流を制御して電動機３００の駆動を制御する電動機界磁制御、及びクラッチ１３に供給される励磁電流を制御してクラッチ１３の締結・遮断を制御するクラッチ制御がある。

後輪４の従駆動系を構成する各機器と４輪駆動制御装置１５との間は信号ケーブル或いは電気ケーブルによって電気的に接続されている。車載バッテリ１０と４輪駆動制御装置１５との間は電気ケーブルによって電気的に接続されている。エンジン６のコンポーネント機器（空気絞り弁，給排気弁，燃料噴射弁），および車載補機用発電機９の作動を制御するエンジン制御装置、自動変速機７を構成する変速機構の作動を制御する変速機制御装置、およびアンチロックブレーキシステムを構成するキャリパーシリンダ機構の作動を制御するアンチロックブレーキシステム制御装置などの他の車載制御装置（図示省略）と４輪駆動制御装置１５との間はローカルエリアネットワーク（ＬＡＮ）ケーブルによって電気的に接続されている。これにより、各車載制御装置の間において各車載制御装置の所有情報を共有できる。

４輪駆動制御装置１５は、エンジン制御装置からエンジン回転数信号，アクセル開度信号、およびブレーキストローク信号を、変速機制御装置からシフト位置信号を、アンチロックブレーキシステム制御装置から車輪速信号をそれぞれ必要に応じて入力情報として取得でき、それらを上記各制御に利用する。

本実施例では、電動機３００として、後述する構成のものを採用し、電動機３００から出力されるトルクの増加を図ったので、車両の駆動性能（発進，加速，登坂，轍などからの脱出、スリップの収束など）を向上させることができる。

次に、図１を用いて、本実施例の電動機３００の構成について説明する。

図１は電動機３００の固定子１００および回転子２００の断面形状を示す。

なお、本実施例では、電動機３００として、正逆転の切り替えが容易な直流分巻電動機を用いた場合を例に挙げて説明する。電動機３００としては他の直流電動機を用いても構わない。

電動機３００は、界磁側である固定子１００と、電機子側である回転子２００とを備えている。固定子１００と回転子２００は空隙を介して同心状に対向配置されている。回転子２００は固定子１００の内周側に位置している。

固定子１００は、外観上、四角柱形状である固定子（界磁）鉄心と、この鉄心に装着された界磁巻線１１８〜１２１とを備えている。

固定子鉄心は、外側が四角形状（正方形状）であり、内側が円形状である断面形状を備えた筒状（中空状）のヨーク１０９（環状鉄心）と、ヨーク１０９の内周面（回転子側周面）から内径側（回転子２００）に向かって突出し、周方向に等間隔をもって配置された４つの磁極１１０〜１１３（歯状鉄心）とを備えている。ヨーク１０９および４つの磁極１１０〜１１３は一体成形されている。

４つの磁極１１０〜１１３が周方向に間隔をもって配置されることにより、周方向に隣接する磁極間には、磁極に集中巻きされる界磁巻線１１８〜１２１が配置されるストッロ１１４〜１１７が形成される。具体的には、周方向に隣接する磁極１１０，１１３間にはスロット１１４が、磁極１１０，１１１間にはスロット１１５が、磁極１１１，１１２間にはスロット１１６が、磁極１１２，１１３間にはスロット１１７が、それぞれ形成される。磁極１１０には界磁巻線１１８が集中巻きされている。この際、界磁巻線１１８はスロット１１４，１１５に配置される。磁極１１１には界磁巻線１１９が集中巻きされている。この際、界磁巻線１１９はスロット１１５，１１６に配置される。磁極１１２には界磁巻線１２０が集中巻きされている。この際、界磁巻線１２０はスロット１１６，１１７に配置される。磁極１１３には界磁巻線１２１が集中巻きされている。この際、界磁巻線１２１はスロット１１７，１１４に配置される。

ヨーク１０９には、固定用のボルトを通すための４つの貫通孔１０５〜１０８が形成されている。貫通孔１０５〜１０８は、ヨーク１０９をその軸方向一方側端面から他方側端面に向って貫通している。貫通孔１０５〜１０８にボルトが通され、電動機３００のブラケットにボルトが螺合されることにより、固定子１００は電動機３００のブラケットに固定される。この詳細は図３を用いて後述する。

ヨーク１０９は、前述の通り、外側が四角形状（正方形状）であることから、外側に４つの角部１０１〜１０４を備えている。本実施例では、４つの角部１０１〜１０４に対応する位置に４つの磁極１１０から１１３および４つの貫通孔１０５〜１０８が設けられている。

ここで、互いに向かい合う角部を結ぶ対角線、すなわち角部１０１と角部１０３とを結ぶ対角線１２３、および角部１０２と角部１０４を結ぶ対角線１２４を固定子鉄心の断面に引いた時、対角線１２３上には、角部１０１に対応する磁極１１０および貫通孔１０５と、角部１０３に対応する磁極１１２および貫通孔１０７が位置するように設けられ、対角線１２４上には、角部１０２に対応する磁極１１１および貫通孔１０６と、角部１０４に対応する磁極１１３および貫通孔１０８が位置するように設けられている。この時、対角線１２３に対して磁極１１０，１１２の磁極中心と貫通孔１０５，１０７の中心が一致する。対角線１２４に対しては磁極１１１，１１３の磁極中心と貫通孔１０６，１０８の中心が一致する。

磁極１１０，１１２は、対角線１２３に沿うように回転子２００に向って延び、回転子２００および空隙を介して対向している。磁極１１１，１１３は、対角線１２４上に沿うように回転子２００に向かって延び、回転子２００および空隙を介して対向している。磁極１１０〜１１３の回転子側端部は、回転子２００に沿って周方向に末広がり状に延びている。

固定子鉄心は、ヨーク１０９に相当する部位および磁極１１０〜１１３に相当する部位が一体に成形された薄板の鋼板（たとえば珪素鋼板）を軸方向に積層することにより形成される。

回転子２００は、回転子（電機子）鉄心と、この鉄心に巻回された電機子巻線２０２とを備えている。

回転子鉄心は円柱状のものである。回転子鉄心の外周部には、軸方向に貫通した複数の回転子スロット２０１が周方向に等間隔をもって形成されている。複数の回転子スロット２０１には電機子巻線２０２が収納されている。電機子巻線２０２は、断面形状が矩形状の平角線から得られた複数のセグメント導体を複数の回転子スロット２０１に軸方向から挿入し、複数のセグメント導体の先端部を、複数のセグメント導体の挿入側とは反対側において、回転子鉄心とともに回転するコンミテータ（図示省略）に接続することにより構成される。

コンミテータの外周面上には、ブラシ保持器（図示省略）に保持されたブラシ（図示省略）が押圧されている。これにより、ブラシがコンミテータに接触し、固定側と回転側との電気的な接続が行われる。ブラシには駆動専用発電機１１から電機子電流が供給されている。したがって、電機子巻線２０２には、ブラシおよびコンミテータを介して電機子電流が供給されている。電機子巻線２０２に供給された電機子電流がどのセグメント導体を流れるかは、コンミテータとブラシと摺動接触位置がコンミテータの回転によって切り替わることにより決まる。

界磁巻線１１８〜１２１に車載バッテリから界磁電流（直流電流）が供給されて固定子１００に界磁磁束が発生するとともに、ブラシおよびコンミテータを介して駆動電機子巻線２０２に電機子電流（直流電流）が供給されて回転子２００に磁束が発生すると、回転子２００と磁極１１０〜１１３との間には電磁力が作用する。これにより、回転子２００が回転し、回転力が発生する。発生した回転力は、回転子２００のシャフトの一方側先端部である出力軸を介して出力される。

次に、図２を用いて、電動機３００のトルク特性について説明する。

図２は、ヨーク１０９の外形を変えたときの電動機３００のトルク特性を解析した結果を示す。

解析モデルとしては２つ用意し、磁極１１０〜１１３，スロット１１４〜１１７，界磁巻線１１８〜１２１、および回転子２００のそれぞれの構成、回転数を同一とし、ヨーク９の外形形状を異ならせた。図２（ａ）は、ヨーク９の外形を四角（固定子１００の形状を、円形中空部を有する筒状の四角柱）としたモデル（本実施例に相当する）を示す。図２（ｂ）は、ヨーク９の外形を円（固定子１００の形状を円筒）としたモデルを示す。図２（ｃ）は、図２（ａ）（ｂ）の外形寸法５０１に対する発生トルク５０２の解析結果を示す。

図２（ｃ）に示すように、図２（ａ）のモデルのトルク特性５０３が、図２（ｂ）のモデルのトルク特性５０４に比べて、大きなトルクが得られることが判明した。これは、次の理由による。

すなわち界磁巻線１１８〜１２１で生ずる磁極１１０〜１１３の磁束は、磁極の外周側に位置するヨーク９で左右に分かれてＲ状に磁束が通る。ここで、磁極１１０〜１１３の外周側に位置するヨーク９部分を径方向に広げて磁束のＲを大きくすれば、磁気抵抗が小さくなり、磁束量が増加する。この結果、トルクは大きくなる。この点は、図２（ｂ）のモデルにおいて、外形寸法５０１を大きくして、磁極の外周側に位置するヨーク９の体積を大きくすれば、トルクが大きくなることからもそういえる。

本実施例では、４つの角部１０１〜１０４に対応して磁極１１０〜１１３が設けられているので、磁極の外周側に位置するヨーク９が径方向に広がって、そこを通る磁束のＲを大きくできる。

ここで、磁極のヨーク側先端における周方向幅をＬａ、磁極の外周側に位置し、磁極の周方向幅Ｌａの範囲にあたるヨーク部分（磁極の延長線上にあるヨーク延在部）の径方向最小幅をＬｂ、周方向に隣接するヨーク延在部間を連絡するヨーク部分（ヨークブリッジ部）の径方向最小幅をＬｃとしたとき、それらの間にはＬｃ＜Ｌａ＜Ｌｂの大小関係がある。このため、磁極を通る磁束は、一磁極（２番目に大きい幅を持つ磁路）から、最大幅を持つ磁路、最小幅を持つ磁路、最大幅を持つ磁路を順に経由して、他方の磁極（２番目に大きい幅を持つ磁路）に至る磁路を通る。この時、磁極を径方向外周側に向かって流れる磁束は、ヨーク延在部にて大きなＲを描いて周方向に方向を転換する。また、ヨークブリッジ部を周方向に向かって流れる磁束は、ヨーク延在部にて大きなＲを描いて径方向内周側に方向を転換する。

なお、ヨーク延在部の径方向幅は、磁極の中心軸の延長線上において最大となる。

以上のことから、本実施例では、磁気抵抗が小さくなって磁束量が増加するので、電動機３００のトルクを大きくできる。したがって、本実施例では、電動機３００の高出力化あるいは小型化を達成できる。

しかも、本実施例では、磁極の外周側（磁極の延長線上）に位置し、磁極の周方向最大幅の範囲にあたるヨーク部分だけを大きくすることで達成できるので、鋼板材料の使用増加を最低限に抑えることができる。

ところで、固定子鉄心は、薄板の鋼板を軸方向に積層した積層鋼板によって構成されている。このような構成を採用するのは次の理由による。すなわち回転子２００の電機子巻線２０２に流れる電機子電流の方向が回転子２００の回転によって切り替わり、この電流変化により磁束が変化すると、固定子鉄心には渦電流が発生する。渦電流は磁性体の板厚の２乗で大きくなる。このため、固定子鉄心を一つの磁性体からではなく、薄板の鋼板を積層した積層鋼板から形成し、渦電流を低減する。

しかし、薄板の鋼板を積層した積層鋼板を使用しても固定子鉄心に生じる渦電流を０にすることはできない。このため、電機子電流の変化により磁束が変化すると、薄板の鋼板間には渦電流が作用する。これにより、薄板の鋼板間には振動または騒音、いわゆる磁気音が生じる。

磁気音は、磁束量が多く、回転子２００と、磁極１１０〜１１３の薄板の鋼板との間に生じる電磁力が大きくなるほど大きくなる。また、磁束変化が大きいとき、たとえば電動機３００のトルクや回転数が急変したとき、回転子２００と、磁極１１０〜１１３の薄板の鋼板との間に生じる電磁力の変化が大きくなる。このようなときにも、磁気音は大きくなる。

本実施例では、前述のように、高トルク化を図っていることから、磁束量が増加して磁極１１０〜１１３と回転子２００との間における電磁力が増加し、これによって、磁気音が大きくなる。

磁気音は、薄板の鋼板間の密着度を上げることにより小さくできる。すなわち薄板の鋼板間に生じる振動の振幅を制限できる。

薄板の鋼板間の密着度を上げるためには、薄板の鋼板間同士の面圧を大きくすることが有効である。

そこで、本実施例では、磁極１１０〜１１３における薄板の鋼板間の面圧が大きくなるように、磁極１１０〜１１３に最も近いヨーク部分（ヨーク延在部であり、磁極の中心軸の延長線上）に貫通孔１０５〜１０８を設けるともに、貫通孔１０５〜１０８にボルトを通してヨーク９をブラケットに締め付け固定するようにした。

これにより、本実施例では、磁極１１０〜１１３における薄板の鋼板間の面圧が大きくなるので、磁気音を低減できる。

貫通孔１０５〜１０８の位置は、磁束密度が小さく電動機のトルク特性に影響のない位置とすることが好ましい。磁束密度が小さい範囲の中でも、できるだけ回転子側に近づく位置とすれば、磁極１１０〜１１３における薄板の鋼板間の面圧を大きくする上で大変有効となる。

そこで、本実施例では、対角線１２３，１２４上（磁極の中心軸の延長線上）に貫通孔１０５〜１０８の中心が配置されるように、貫通孔１０５〜１０８をヨーク延在部に設けている。このようにすれば、磁束密度の小さい範囲において、磁極から貫通孔の最も磁極に近接した部位までのヨーク９の径方向幅ｈ１を、ヨーク９の最小径方向幅ｈ（ヨークブリッジ部の周方向の中間位置）よりも小さくでき、貫通孔１０５〜１０８を最も回転子側に近づけることができる。

また、本実施例によれば、固定子１００を構成する薄板の鋼板と、帯状鋼板の材料から打ち抜きによって得ている。この時、ヨーク１０９の外形形状が四角形であると、打ち抜きの際、外形形状を円形とした場合と比較して、材料の無駄の発生を低減できる。したがって、本実施例によれば、生産性に優れ、さらに打ち抜き型としての取り扱い性にも優れている。

次に、図３を用いて、電動機３００の取付構成について説明する。

図３は、デファレンシャルギア１４の筐体であるデファレンシャルギアボックス４００に対する電動機３００の取付構成を示す。

なお、リヤブラケット３０１部分は回転軸の中心から断面構成で図示されている。

固定子１００はリヤブラケット３０１およびフロントブラケット３０２によって軸方向から挟み込まれて固定されている。貫通孔１０５，１０８にはボルト３０３，３０４が通されて、デファレンシャルギアボックス４００側に貫通し、デファレンシャルギアボックス４００に螺合されている。

回転子２００のリア側は、回転軸３０７がリアベアリング３０８によって軸支されている。

フロントブラケット３０２の内部は、回転子２００の整流子（コンミテータ），電流給電用のブラシ，外部給電線との接続端子，回転子２００の回転軸を軸支するフロントベアリングが収納されている。

ボルト３０３，３０４がデファレンシャルギアボックス４００に螺合されることにより電動機３００は、回転軸３０７（出力軸）がデファレンシャルギアボックス４００のファレンシャルギアと噛み合った状態で、デファレンシャルギアボックス４００に固定される。

なお、図示省略した貫通孔１０６，１０７にもボルト３０５，３０６が通され、デファレンシャルギアボックス４００と螺号している。

このように組立てられた電動機３００は、前述のように、自動車の床下に配置されるので、外部からの衝撃を受け易い。最も良い例が、路面から石が跳ね上げられて衝突する場合である。この際、固定子１００の固定用のボルトが露出していると、跳ね上げられた石がボルトに衝突して損傷し、曲がることによって複数の固定位置の締め付け力の平衡が崩れ変形したり、締め付け力が低減することが考えられる。

しかし、本実施例では、電動機３００をデファレンシャルギアボックス４００に固定するボルト３０３〜３０６は、ヨーク１０９の貫通穴１０５〜１０８を通り、露出部分がない構造になっている。このため、本実施例の電動機３００では、路面から石が跳ね上げられても、直接ボルト３０３〜３０６に衝突することがないので、ボルトの損傷を防ぐことができる。

なお、本実施例では、図１に示すように、角部１０１〜１０４を鋭角としたが、円弧状に成形したり、面取りしたりしてもよい。これは、貫通孔１０５〜１０８によって外周側の角部は磁束密度が小さく、その外周側の形状によって電動機のトルク特性に影響が生じないためである。

また、本実施例では、図１に示すように、対角線１２３，１２４を中心線として、貫通孔１０５〜１０８および磁極１１０〜１１３を配置したが、電動機のトルク特性、およびヨーク１０９、磁極１１０〜１１３の振動による騒音が許容される範囲でずらして配置してもよい。

さらに、本実施例では、図１に示すように、固定子１００（ヨーク９）の外形を正方形としたが、長方形としてもよく、磁気音やトルク特性が許される範囲で角部の対角線上からずして貫通孔１０５〜１０８を設けることができる。

さらに、トルク特性が許される範囲であれば、固定子１００の鉄心を粉末の磁性体から成形した圧粉磁性体で構成することもできる。このような構成においても、電動機３００をデファレンシャルギアボックス４００に固定する際、ボルト３０３〜３０６が露出しないので、ボルトの損傷を防ぐことができる。

本発明の第２実施例を図５に基づいて説明する。

図５は、本実施例の電動機の固定子１２２の断面形状を示す。

第１実施例では、固定子（ヨーク）の外形形状を四角形（正方形）としてが、第１実施例で述べた作用効果は別の角形でも達成できる。

本実施例では、その一例として、固定子１２２（ヨーク）の外形形状を正六角形とした場合を例に挙げて説明する。

本実施例では、磁極と貫通孔の数が異なるだけであって、基本的には第１実施例と同様の構成になっている。すなわち固定子１２２（ヨーク）の６つの角部６に対応させて６つの磁極１２９〜１３４および６つの貫通孔１２３〜１２８が設けられている。換言すれば互いに対向する角部を結び対角線を中心線として、対角線上に磁極１２９〜１３４および貫通孔１２３〜１２８が配置された形になっている。

本実施例においても、第１実施例と同様に、トルクを大きくできる。しかも、本実施例では、ボルトを貫通孔１２３〜１２８に通して貫通させ、電動機をデファレンシャルギアボックスにブラケットに固定するので、磁極における薄板の鋼板の面圧を大きくでき、磁気音を低減できる。また、本実施例では、固定用ボルトの露出がないので、外部からの衝撃によるボルトの損傷を防止できる。

本発明の第１実施例である電動機の固定子および回転子の構造を示す断面図。 図１の電動機のトルク特性を示す図であって、図２（ａ）（ｂ）は解析モデルを示す断面図、図２（ｃ）は図２（ａ）（ｂ）の解析モデルから得られたトルク特性図。 図１の電動機のデファレンシャルギアボックスに対する取付構成を示す、部分的に断面の平面図。 図１の電動機が搭載された４輪駆動車の駆動システムの概略構成を示す構成図。 本発明の第２実施例である電動機の固定子の構造を示す断面図。

符号の説明

１００，１２２ 固定子
１０１〜１０４ 角部
１０５〜１０８，１２３〜１２８ 貫通孔
１０９ ヨーク
１１０〜１１３，１２９〜１３４ 磁極
１１４〜１１７ スロット
１１８〜１２１ 界磁巻線
２００ 回転子
２０１ 回転子スロット
２０２ 電機子巻線
３００ 電動機
３０１ リヤブラケット
３０２ フロントブラケット
３０３〜３０６ ボルト
３０７ 回転軸
３０８ リヤベアリング

Claims (15)

1. 環状の鋼板を積層したヨークと、
   該ヨークから内径側に突出し、界磁巻線が巻装された複数個の磁極と、を備えた固定子を有し、
   前記固定子は、前記磁極間の全域に位置すヨーク部分の径方向幅に対して、前記磁極幅に相当するヨーク部分の径方向幅が外周側に広く、締め付けボルト貫通孔を前記径方向幅が広いヨーク部分に設けている、
   ことを特徴する電動機。
2. 請求項１に記載の電動機において、
   前記固定子は、前記貫通孔にボルトを通して、２つのブラケットに挟持されて固定されている、
   ことを特徴とする電動機。
3. 請求項２に記載の電動機において、
   前記２つのブラケットの一方は、前記電動機の出力軸が結合され駆動機構を有する部品のブラケットである、
   ことを特徴とする電動機。
4. 請求項１ないし３のいずれかに記載の電動機において、
   前記固定子は外周形状が四角形である、
   ことを特徴とする電動機。
5. 請求項１ないし３のいずれかに記載の電動機において、
   前記固定子は外周形状が四角形で、内側に突出した前記磁極の数は前記四角形の角部と同数であり、前記磁極幅を外周側に延長したバックヨーク幅内に、前記四角形の角部と同数の前記貫通孔が位置する、
   ことを特徴とする電動機。
6. 請求項１ないし３のいずれかに記載の電動機において、
   前記固定子は外周形状が四角形で、前記四角形の対角線の線分を含む位置に、前記磁極と前記貫通孔が設けられている、
   ことを特徴とする電動機。
7. 請求項１ないし３のいずれかに記載の電動機において、
   前記固定子は外周形状が四角形で、前記四角形の対角線の線分の対称位置に、前記磁極と前記貫通孔が設けられている、
   ことを特徴とする電動機。
8. 請求項１ないし３のいずれかに記載の電動機において、
   前記固定子は外周形状が多角形である、
   ことを特徴とする電動機。
9. 請求項１ないし３のいずれかに記載の電動機において、
   前記固定子は外周形状が多角形で、内側に突出した前記磁極の数は前記多角形の角部と同数であり、前記磁極の幅を外側に延長したバックヨーク幅内に、前記多角形の角部と同数の前記貫通孔が位置する、
   ことを特徴とする電動機。
10. 請求項１ないし３のいずれかに記載の電動機において、
    前記固定子は外周形状が多角形で、前記多角形の角部と中心を結ぶ線分を含む位置に、前記磁極と前記貫通孔が設けられている、
    ことを特徴とする電動機。
11. 回転可能に保持された回転子と、
    該回転子に空隙を介して対向配置され、環状鉄心、該環状鉄心の回転子側周面から前記回転子に向かって突出し、周方向に間隔を空けて配置された複数の歯状鉄心、および該複数の歯状鉄心に巻装された巻線を備えた固定子と、を有し、
    前記環状鉄心および前記複数の歯状鉄心は、前記歯状鉄心の環状鉄心側先端における周方向幅をＬａ、前記周方向幅Ｌａの範囲に相当し、前記歯状鉄心の回転子側とは反対側に延在する、環状鉄心の延在部分の径方向最小幅をＬｂ、周方向に隣接した、環状鉄心の延在部間を連絡する、環状鉄心のブリッジ部の径方向最小幅をＬｃとしたとき、それらの間にＬｃ＜Ｌａ＜Ｌｂの大小関係が成立するように構成されている、
    ことを特徴とする電動機。
12. 請求項１１に記載の電動機において、
    前記環状鉄心の延在部分に、前記固定子を固定するための締め付けボルトの貫通孔を設けた、
    ことを特徴とする電動機。
13. 回転可能に保持された回転子と、
    該回転子に空隙を介して対向配置され、環状鉄心、該環状鉄心の回転子側周面から前記回転子に向かって突出し、周方向に間隔を空けて配置された複数の歯状鉄心、および該複数の歯状鉄心に巻装された巻線を備えた固定子と、を有し、
    前記歯状鉄心は、前記環状鉄心の径方向最小幅よりも大きい周方向幅を有するように形成されており、
    前記固定子は、前記歯状鉄心の回転子側から回転子側とは反対側に流れる磁束が、前記環状鉄心の径方向最小幅および前記歯状鉄心の周方向幅よりも大きい径方向幅を有する前記環状鉄心部分を通って、前記環状鉄心の径方向最小幅側に流れるように、磁気回路が構成されている、
    ことを特徴とする電動機。
14. 請求項１３に記載の電動機において、
    前記大きい径方向幅を有する前記環状鉄心部分に、前記固定子を固定するための締め付けボルトの貫通孔を設けた、
    ことを特徴とする電動機。
15. 内燃機関によって駆動される車輪とは異なる車輪を駆動する電動機と、
    前記内燃機関によって駆動され、前記電動機の駆動電力を生成して前記電動機に供給する発電機と、
    前記電動機および前記発電機の駆動を制御するための制御装置と、を有し、
    前記電動機を、請求項１または１１または１３に記載の電動機により構成した、
    ことを特徴とする車両駆動装置。

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