JP2011101513A - モータユニットおよびモータユニットの製造方法 - Google Patents

Abstract

【課題】ステータを圧入固定することができるとともに、温度によるステータホルダのトルク保持特性と冷却特性の変動を抑制することができるモータユニットを提供する。
【解決手段】ロータと、ロータの外周面を覆うように設けられた鉄製のステータ２１と、ロータおよびステータが収納されるアルミニウム製のハウジング１１と、ステータの外周面に嵌合される円筒部５１を備えたステータホルダ５０と、を備えたモータユニットであって、円筒部の外周面５１ａには径方向外側に向かってアンダーカット部５５を有する突起５３が形成され、ハウジングはステータホルダの外周面を覆うとともに、アンダーカット部を含む突起の外面に密着し、ステータホルダに結合されている。
【選択図】図３

Description

本発明は、モータユニットおよびモータユニットの製造方法に関するものである。

従来から、コイルが巻回されたステータと該ステータの内側に配置されたロータとを有するモータと、モータが収納されたハウジングと、を備えたモータユニットが知られている。このようなモータユニットでは、磁性体である鉄製のステータと、軽量化を図るためにアルミニウム製のハウジングが用いられることが多い。この場合、鉄とアルミニウムでは線膨張係数が異なるため、ステータをハウジングに支持固定する方法としては、圧入ではなく焼嵌めにより支持固定している。

しかしながら、ステータをハウジングに焼嵌めする際に、鉄とアルミニウムとの線膨張係数差を考慮した締め代を確保する必要があり、ハウジングの内周面およびステータの外周面を高精度に研磨する必要がある。したがって、ステータをハウジングに焼嵌めして支持固定するには焼嵌め用の装置が必要になるなど費用がかかるという問題がある。また、焼嵌めする場合には締め代が比較的大きいため、圧縮応力による磁気回路への影響（鉄損）が大きくなるという問題がある。

そこで、そのような問題を解決するために、ステータとハウジングとの間にステータホルダを設けたものが提案されている（例えば、特許文献１参照）。

特開２００３−２８４２６９号公報

しかしながら、特許文献１のステータホルダは、円筒形の鉄製スリーブ（ステータホルダ）を分割ステータとハウジングとの間に介装し、ステータホルダの内周面に分割ステータを圧入固定したものである。したがって、モータ駆動時にモータ温度が変動すると、ステータホルダとハウジングとの線膨張係数差に起因して、ステータホルダとハウジングとの間に隙間が形成されたりすることにより、ステータホルダのトルク保持特性と冷却特性が低下するという問題がある。

そこで、本発明は、上記事情を鑑みてなされたものであり、ステータを圧入固定することができるとともに、温度によるステータホルダのトルク保持特性と冷却特性の変動を抑制することができるモータユニットを提供するものである。

上記の課題を解決するために、請求項１に記載した発明は、ロータ（例えば、実施形態におけるロータ２２）と、該ロータの外周面を覆うように設けられた鉄製のステータ（例えば、実施形態におけるステータ２１）と、前記ロータおよび前記ステータが収納されるアルミニウム製のハウジング（例えば、実施形態におけるモータハウジング１１）と、前記ステータの外周面に嵌合される円筒部（例えば、実施形態における円筒部５１）を備えたステータホルダ（例えば、実施形態におけるステータホルダ５０）と、を備えたモータユニット（例えば、実施形態におけるモータユニット１０）であって、前記円筒部の外周面（例えば、実施形態における外周面５１ａ）には径方向外側に向かってアンダーカット部（例えば、実施形態におけるアンダーカット部５５）を有する突起（例えば、実施形態における突起５３）が形成され、前記ハウジングは前記ステータホルダの外周面を覆うとともに、前記アンダーカット部を含む前記突起の外面に密着し、前記ステータホルダに結合されていることを特徴としている。

請求項２に記載した発明は、前記ステータホルダは、金属基複合材料セラミックファイバおよび黒鉛ファイバの混合材料または鉄系材料（例えば、鋳鉄、板金プレス、深絞りなど）で形成されていることを特徴としている。

請求項３に記載した発明は、前記円筒部の内周面における少なくとも一方の軸方向端部に、前記内周面が軸方向外側に向かって拡径するようにテーパ部（例えば、実施形態におけるテーパ部５６）が形成されていることを特徴としている。

請求項４に記載した発明は、ロータと、該ロータの外周面を覆うように設けられた鉄製のステータと、前記ロータおよび前記ステータが収納されるアルミニウム製のハウジングと、前記ステータの外周面に嵌合される円筒部を備えたステータホルダと、を備えたモータユニットの製造方法であって、前記ステータホルダは、金属基複合材料セラミックファイバおよび黒鉛ファイバの混合材料または鉄系材料（例えば、鋳鉄、板金プレス、深絞りなど）で形成されるとともに、前記円筒部の外周面には径方向外側に向かってアンダーカット部を有する突起が形成され、前記ステータホルダの外周面を覆うように前記アルミニウムを鋳込み、前記ステータホルダを内包しつつ前記ハウジングを形成する工程と、前記ステータホルダの円筒部の内周面に前記ステータを圧入する工程と、を有していることを特徴としている。

請求項１に記載した発明によれば、ステータホルダをステータとハウジングとの間に介装したため、ステータをステータホルダに圧入固定することができる。また、ステータホルダとハウジングとが結合され、ステータホルダの円筒部の外周面にはアンダーカット部を有する突起が形成されているため、モータユニットの駆動時に温度が変化してもステータホルダとハウジングとの間に隙間が形成されるのを防ぐことができる。したがって、温度によるステータホルダのトルク保持特性と冷却特性の変動を抑制することができる。さらに、突起を形成することにより、ステータホルダの表面積を大きくすることができるため、ステータの冷却効率を向上することができる。

請求項２に記載した発明によれば、金属基複合材料セラミックファイバおよび黒鉛ファイバの混合材料または鉄系材料（例えば、鋳鉄、板金プレス、深絞りなど）で形成されたステータホルダをステータとハウジングとの間に介装したため、ステータをステータホルダに確実に圧入固定することができる。

請求項３に記載した発明によれば、ステータホルダの内周面にステータを圧入固定する際に、容易にステータをステータホルダの内周面に挿入することができる。

請求項４に記載した発明によれば、金属基複合材料セラミックファイバおよび黒鉛ファイバの混合材料または鉄系材料（例えば、鋳鉄、板金プレス、深絞りなど）で形成されたステータホルダをステータとハウジングとの間に介装したため、ステータをステータホルダに圧入固定することができる。また、円筒部の外周面にアンダーカット部を有する突起が形成されたステータホルダの外周面を覆うようにアルミニウムを鋳込み、ステータホルダを内包しつつハウジングを形成したため、モータユニットの駆動時に温度が変化してもステータホルダとハウジングとの間に隙間が形成されるのを防ぐことができる。したがって、温度によるステータホルダのトルク保持特性と冷却特性の変動を抑制することができる。

本発明の実施形態におけるモータユニットの概略構成断面図である。 図１のＡ−Ａ線に沿う断面図である。 図２のＢ部拡大図である。 本発明の実施形態におけるステータホルダの斜視図である。 本発明の実施形態におけるステータホルダの突起の形成位置の別の態様を示す部分断面図である。 本発明の実施形態におけるステータホルダの突起の形成位置のさらに別の態様を示す部分断面図である。

次に、本発明の実施形態を図１〜図６に基づいて説明する。なお、本実施形態では車両用駆動モータユニットに採用したモータユニットについて説明する。

（車両用駆動モータユニット）
図１は車両用駆動モータユニットの概略構成断面図である。
図１に示すように、車両用駆動モータユニット（以下、モータユニットという。）１０は、ステータコア１６にコイル１７が巻回されたステータ２１と、永久磁石３０が配されたロータ２２と、を備えたモータ２３を収容するモータハウジング１１と、モータハウジング１１の軸方向一端側に締結され、モータ２３の回転軸となるシャフト２４からの動力を伝達する動力伝達部（不図示）を収容するミッションハウジング１２と、モータハウジング１１の軸方向他端側に締結され、モータ２３の回転センサ２５を収容するセンサハウジング１３と、を備えている。なお、ミッションハウジング１２は、モータハウジング１１に締結された共用ハウジング１２Ａと、共用ハウジング１２Ａに締結されたギアハウジング１２Ｂとで構成されている。また、モータハウジング１１の内部はモータ室３６として構成され、ミッションハウジング１２の内部はミッション室３７として構成され、センサハウジング１３の内部はセンサ室３８として構成されている。

モータハウジング１１は、モータ２３全体を覆うような略円筒形状で形成されている。共用ハウジング１２Ａは、モータハウジング１１に連結されており、モータ室３６とミッション室３７とを仕切る仕切壁４１が形成されている。この仕切壁４１の径方向中央部には、仕切壁４１の厚さ方向に貫通する貫通孔４０が形成されている。この貫通孔４０には、モータ２３のシャフト２４の一端側を回転自在に支持するベアリング２６が設けられている。また、シャフト２４の一端側の端部には、ミッションハウジング１２内で動力伝達部と噛合するヘリカルギア（斜歯歯車）２８が設けられている。

センサハウジング１３の径方向中央部には、軸方向一端側に向けて突出するボス部３２が形成されている。ボス部３２の径方向中央部には、軸方向に貫通してセンサ室３８とモータ室３６とを連通させる貫通孔３３が形成されており、この貫通孔３３をシャフト２４が挿通しセンサ室３８内にシャフト２４の他端側が配されている。そして、センサ室３８に配された回転センサ２５によりシャフト２４の回転角度を検出することで、モータ２３の回転角度を検出できるようになっている。貫通孔３３の内周面における他端側（センサ室３８側）には、貫通孔３３の内周面から径方向内側に張り出す内フランジ部３４が形成されている。そして、貫通孔３３の一端側には、貫通孔３３の内周面と内フランジ部３４の端面とで囲まれた空間に、シャフト２４の他端側を回転自在に支持するベアリング２７が配されている。ここで、モータハウジング１１、ミッションハウジング１２およびセンサハウジング１３は、アルミニウムを鋳込んで形成されている。

また、モータハウジング１１の壁部３１内には、モータ２３（ステータ２１）を冷却するためのウォータジャケット４５が、ステータ２１の周方向に沿って全周に亘って設けられている。

ここで、図２に示すように、ステータ２１の外周面２１ａには、該外周面２１ａを全周覆うように形成された円筒部５１を有するステータホルダ５０が設けられている。ステータホルダ５０は、例えば、金属基複合材料セラミックファイバおよび黒鉛ファイバの混合材料で形成されている。ステータ２１は、ステータホルダ５０の内周面５０ａに圧入固定されている。なお、ステータホルダ５０は、鉄系材料（例えば、鋳鉄、板金プレス、深絞りなど）で形成されていてもよい。

図３は図２のＢ部拡大図であり、図４はステータホルダ５０の斜視図である。図３、図４に示すように、ステータホルダ５０は、ステータ２１を圧入固定できる大きさに形成された円筒部５１と、円筒部５１の外周面５１ａに形成された突起５３と、を有している。本実施形態では、突起５３は、ステータ２１の内周面側に周方向に沿って複数形成されたティース１８の径方向外側に対応した位置にそれぞれ形成されている。また、突起５３は、ステータホルダ５０の外周面５１ａに、軸方向に沿って、軸方向の全長に亘って形成されている。さらに、突起５３は軸方向から見て、外周面５１ａから径方向外側に向かって拡幅されている。つまり、突起５３にはアンダーカット部５５が形成されている。このようにステータホルダ５０に突起５３を形成することにより、ステータホルダ５０の外周面の表面積を拡大することができる。なお、ステータホルダ５０の内周面５０ａにおける軸方向一端側には、軸方向外側に向かうにつれて拡径されたテーパ部５６が形成されている。

そして、ステータホルダ５０は、モータハウジング１１と一体化されている。つまり、ステータホルダ５０の隣り合う突起５３，５３間に、モータハウジング１１を構成するアルミニウムが充填されている。このようにステータホルダ５０とモータハウジング１１とを一体化するには、まずステータホルダ５０を製造し、その後、ステータホルダ５０を内包するようにステータホルダ５０の外周にアルミニウムを鋳込み、モータハウジング１１を製造すればよい。

次に、モータユニット１０におけるモータ２３部分の組立方法について説明する。
まず、上述したステータホルダ５０を予め製造しておく。なお、ステータホルダ５０は金属基複合材料セラミックファイバおよび黒鉛ファイバの混合材料を用いて製造する。

続いて、例えば鉄製の鋼板をステータコア１６と同一の形状にカットしてステータコア片を複数枚製造し、それらを積層してステータコア１６を製造する。そして、ステータコア１６にコイル１７を巻回してステータ２１を製造する。

続いて、モータハウジング１１を製造する。具体的には、ステータホルダ５０を内包するようにステータホルダ５０の外周にアルミニウムを鋳込み、ステータホルダ５０を一体化するようにモータハウジング１１を製造する。

続いて、ステータホルダ５０の内周面５０ａにステータ２１を圧入固定する。具体的には、ステータホルダ５０におけるテーパ部５６が形成された側からステータ２１をステータホルダ５０の内周面５０ａに挿入して、ステータ２１を所定の位置まで圧入する。これにより、ステータホルダ５０の内周面５０ａとステータ２１の外周面２１ａとの間が、隙間なく密着することになる。

そして、ステータ２１の内周側にシャフト２４が挿通されたロータ２２を配置することによりモータ２３の組立が完了する。

本実施形態によれば、金属基複合材料セラミックファイバおよび黒鉛ファイバの混合材料で形成されたステータホルダ５０をステータ２１とモータハウジング１１との間に介装したため、ステータ２１をステータホルダ５０に圧入固定することができる。

また、ステータホルダ５０とモータハウジング１１とが一体化され、ステータホルダ５０の円筒部５１の外周面５１ａにはアンダーカット部５５を有する突起５３が形成されているため、モータユニット１０の駆動時に温度が変化してもステータホルダ５０とモータハウジング１１との間に隙間が形成されるのを防ぐことができる。つまり、ステータホルダ５０とモータハウジング１１とは異なる材質のため線膨張係数が異なるが、温度が変化しても突起５３によりステータホルダ５０とモータハウジング１１とがずれたり、ステータホルダ５０とモータハウジング１１との間に隙間ができるのを防止することができる。したがって、ステータホルダのトルク保持特性と冷却特性が温度によって変化するのを抑制することができる。

また、ステータホルダ５０の円筒部５１の外周面５１ａに突起５３を形成したため、ステータホルダ５０の外周面の表面積を拡大することができる。したがって、ウォータジャケット４５による冷却効率を向上することができ、ステータホルダ５０を介してより効果的にステータ２１を冷却することができる。

さらに、ステータホルダ５０の内周面５０ａにテーパ部５６を形成したため、ステータ２１を圧入固定する際に、容易にステータ２１をステータホルダ５０の内周面５０ａに挿入することができる。

ここで、本実施形態のように突起５３をティース１８の径方向外側に対応した位置に形成した場合には、隣り合うスロット１９、１９間の磁気抵抗値が小さくなり、トルクリップルが低減されるという効果もある。したがって、モータ効率を向上させることができる。なお、スロット１９は、隣り合うティース１８，１８間に形成された空間であり、コイル１７が配設されている。

また、図５に示すように、突起５３を異なる相間の法線上に形成した場合には、相間の磁気抵抗値が小さくなり、ステータ２１のジュール損失が低減されるという効果がある。

さらに、図６に示すように、突起５３を同相の法線上に形成した場合には、リラクタンストルクとして突起を利用することができるため、出力、トルクを向上することができるという効果がある。
したがって、ステータホルダ５０に突起５３を形成することにより、モータ効率を向上させることができる。

なお、本発明は上述した実施形態に限られるものではなく、本発明の趣旨を逸脱しない範囲において、上述した実施形態に種々の変更を加えたものを含む。すなわち、実施形態で挙げた具体的な構造や形状などはほんの一例に過ぎず、適宜変更が可能である。

例えば、上述した実施形態では、突起を円筒部の外周面に軸方向の全長に亘って形成した場合の説明をしたが、軸方向に沿って断続的に形成してもよい。

また、上述した実施形態と異なり、モータハウジングとしてウォータジャケットの軸方向の一端側を開放させたオープンデッキ構造を採用し、開放された側をリング状の封止スペーサで閉塞する構成を採用してもよい。このように構成することにより、中子レスおよびハウジングの製造コスト低減を図ることができる。

また、上述した実施形態では、モータユニット１０を燃料電池車両に搭載される車両用駆動モータユニットとして採用した場合について説明したが、これに限らず、ハイブリッド式自動車や電気自動車などに採用することも可能である。

１０…モータユニット １１…モータハウジング（ハウジング） ２１…ステータ ２１ａ…外周面 ２２…ロータ ５０…ステータホルダ ５１…円筒部 ５１ａ…外周面 ５３…突起 ５５…アンダーカット部 ５６…テーパ部

Claims (4)

1. ロータと、
   該ロータの外周面を覆うように設けられた鉄製のステータと、
   前記ロータおよび前記ステータが収納されるアルミニウム製のハウジングと、
   前記ステータの外周面に嵌合される円筒部を備えたステータホルダと、を備えたモータユニットであって、
   前記円筒部の外周面には径方向外側に向かってアンダーカット部を有する突起が形成され、
   前記ハウジングは前記ステータホルダの外周面を覆うとともに、前記アンダーカット部を含む前記突起の外面に密着し、前記ステータホルダに結合されていることを特徴とするモータユニット。
2. 前記ステータホルダは、金属基複合材料セラミックファイバおよび黒鉛ファイバの混合材料または鉄系材料で形成されていることを特徴とする請求項１に記載のモータユニット。
3. 前記円筒部の内周面における少なくとも一方の軸方向端部に、前記内周面が軸方向外側に向かって拡径するようにテーパ部が形成されていることを特徴とする請求項１または２に記載のモータユニット。
4. ロータと、
   該ロータの外周面を覆うように設けられた鉄製のステータと、
   前記ロータおよび前記ステータが収納されるアルミニウム製のハウジングと、
   前記ステータの外周面に嵌合される円筒部を備えたステータホルダと、を備えたモータユニットの製造方法であって、
   前記ステータホルダは、金属基複合材料セラミックファイバおよび黒鉛ファイバの混合材料または鉄系材料で形成されるとともに、前記円筒部の外周面には径方向外側に向かってアンダーカット部を有する突起が形成され、
   前記ステータホルダの外周面を覆うように前記アルミニウムを鋳込み、前記ステータホルダを内包しつつ前記ハウジングを形成する工程と、
   前記ステータホルダの円筒部の内周面に前記ステータを圧入する工程と、を有していることを特徴とするモータユニットの製造方法。

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