JP2019205241A - 三相永久磁石同期モータおよびこの三相永久磁石同期モータを備えた車両用動力装置、発電機およびこの発電機を備えた発電機付車輪用軸受 - Google Patents
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また、BLDCモータにおいて、回転子の磁極の数をP、ステータにおけるティース間の溝の数をNとした場合、2N/3Pが整数でないモータの分数溝モータがある(特許文献6)。
前記ステータコアは、円周方向に隣り合う少なくとも二つの前記ティースと、これらティースの基端部を繋ぐ連結部とを含むステータ分割体を円周方向に複数備え、これら複数のステータ分割体を内周または外周に固定する円環部材を備え、前記ステータコアの軸方向幅内に前記ステータコイルの結線部を備えたものである。
ステータコアを分割構造とし、ステータコアの軸方向幅内にステータコイルの結線部を備えたため、ステータコイルを、ステータコアの軸方向の途中から円周方向のステータ分割体間を通してバスバー等へ配線し接続することができる。
前記円環部材が絶縁材で構成されていてもよい。この場合、円環部材と周囲部品との絶縁が確保され、例えば、コイルショート時の短絡電流が周囲部品に導通することを防止することができる。
前記ブレーキロータの内径よりも半径方向内方に前記三相永久磁石同期モータが設置され、且つ、前記ハブフランジと、前記車両における足回りフレーム部品のアウトボード側面との軸方向範囲に前記三相永久磁石同期モータが設置されたものである。
特に、ブレーキロータの内径よりも半径方向内方にモータが設置され、且つ、ハブフランジと、足回りフレーム部品のアウトボード側面との軸方向範囲にモータが設置されたため、ブレーキロータ内にモータを設置するスペースを確保してこのモータをコンパクトに収めることができる。
前記ステータコアは、円周方向に隣り合う少なくとも二つの前記ティースと、これらティースの基端部を繋ぐ連結部とを含むステータ分割体を円周方向に複数備え、これら複数のステータ分割体を内周または外周に固定する円環部材を備え、前記ステータコアの軸方向幅内に前記ステータコイルの結線部を備えたものである。
ステータコアを分割構造とし、ステータコアの軸方向幅内にステータコイルの結線部を備えたため、ステータコイルを、ステータコアの軸方向の途中から円周方向のステータ分割体間を通してバスバー等へ配線し接続することができる。
前記ブレーキロータの内径よりも半径方向内方に前記発電機が設置され、且つ、前記ハブフランジと、前記車両における足回りフレーム部品のアウトボード側面との軸方向範囲に前記発電機が設置されたものである。
特に、ブレーキロータの内径よりも半径方向内方に発電機が設置され、且つ、ハブフランジと、足回りフレーム部品のアウトボード側面との軸方向範囲に発電機が設置されたため、ブレーキロータ内に発電機を設置するスペースを確保してこの発電機をコンパクトに収めることができる。
図1に示すように、この車両用動力装置1は、車輪用軸受2と、三相永久磁石同期モータを兼用する発電機である電動発電機3とを備える。
車輪用軸受2は、固定輪である外輪4と、複列の転動体6と、回転輪である内輪5とを有する。外輪4と内輪5との間の軸受空間には、グリースが封入されている。外輪4のアウトボード側の外周面には、半径方向外方に突出する車体取付フランジ4aが設けられている。足回りフレーム部品であるナックル8に、車体取付フランジ4aが固定される。
内輪5は、ハブ輪5aと、このハブ輪5aのインボード側の外周面に嵌合された部分内輪5bとを有する。ハブ輪5aは、外輪4よりも軸方向のアウトボード側に突出した箇所にハブフランジ7を有する。
なおこの明細書において、車両用動力装置1が車両に搭載された状態で車両の車幅方向の外側寄りとなる側をアウトボード側と呼び、車両の車幅方向の中央寄りとなる側をインボード側と呼ぶ。
ブレーキ17は、ディスク状のブレーキロータ12と、ブレーキキャリパ16(図21)とを備える摩擦ブレーキである。ブレーキロータ12は、平板状部12aと、外周部12bとを有する。平板状部12aは、ハブフランジ7に重なる環状で且つ平板状の部材である。外周部12bは、平板状部12aの外周縁部からインボード側に円筒状に延びる円筒状部12baと、この円筒状部12baのインボード側端から外径側に平板状に延びる平板部12bbとを有する。
前記ブレーキキャリパ16(図21)は、車両における足回りフレーム部品であるナックル8に取付けられ、前記平板部12bbを挟み付ける摩擦パッド(図示せず)を有する。前記ブレーキキャリパ16(図21)は、油圧式および機械式のいずれであってもよく、また電動モータ式であってもよい。
この例の電動発電機3は、車輪の回転で発電を行い、給電されることによって車輪を回転駆動可能な走行補助用の電動発電機である。電動発電機3は、ステータ18と、このステータ18に対し半径方向に対向して位置するロータ19とを有する。
図2および図6に示すように、この電動発電機3は、ロータ19の磁極の数をP(この例ではP=10)とし、ステータ18における円周方向に隣り合うティース18aa,18aa間の溝の数をN(この例ではN=12)としたとき、2N/3Pが整数でない分数溝三相永久磁石同期モータ(分数溝BLDCモータ)である。
図1に示すように、この電動発電機3は、ロータ19がステータ18の半径方向外方に位置するアウターロータ型である。また、電動発電機3は、ロータ19が車輪用軸受2の回転輪である内輪5に取付けられたダイレクトドライブ形式である。
図2に示すように、ステータ18は、ステータコア18aと、このステータコア18aに巻回されたステータコイル18bとを有する。ステータコア18aは、ステータ分割体Sbを円周方向に複数(この例では六つ)備え、複数のステータ分割体Sbのティース18aaが円周等配に配設される。図3〜図5に示ように、各ステータ分割体Sbは、円周方向に所定間隔を隔てて隣り合う二つのティース18aa,18aaと、これらティース18aa,18aaの基端部を繋ぐ連結部18abとを含むU字形状に構成されている。このステータ分割体Sbは、例えば、電磁鋼板、圧粉磁心、またはアモルファス合金等軟磁性材から構成される。
図1および図7に示すように、ステータコイル18bの結線部にバスバー25が接続されている。さらにバスバー25に三芯のモータ線(図示せず)が結線される。結線部品であるバスバー25は、ステータコア18aの軸方向幅内で二つの円環部材24,24の間に設けられる。この例のバスバー25は、三相(U相,V相,W相)の三つのバスバーと、中性点の一つのバスバーとを備える。合計四つのバスバー25が二つの円環部材24,24の間で所定間隔おきに配置されている。これら四つのバスバー25を総称してバスバー25と称す。
図1に示すように、回転ケース15のインボード側の内周面と、車体取付フランジ4aの外周面との間には、電動発電機3および車輪用軸受2内部への水および異物の侵入を防ぐシール部材23が配置されている。
この車両用動力装置1には、回転検出器27が設けられている。この回転検出部27は、走行補助用の電動発電機3の回転を制御するために、外輪4に対する内輪5の回転角度または回転速度を検出する。回転検出器27は、被検出部保持部材等に取付けられた被検出部27aと、この被検出部27aを検出するセンサ部27bとを有する。外輪4のインボード側の内周面に、センサ固定部材28を介してセンサ部27bが固定されている。この回転検出器27として例えばレゾルバが適用される。なお回転検出器27としては、レゾルバに限定されるものではなく、例えば、エンコーダ、パルサーリングあるいはホールセンサなど形式を問わず採用可能で、それぞれを1つ以上もしくは組み合わせて搭載してもよい。
外輪4のインボード側端には、このインボード側端を覆う円筒状のカバー29が取付けられている。このカバー29に、例えば、パネルマウント型のパワー線用コネクタ(図示せず)を介して、この電動発電機3の前記モータ線が支持されている。またカバー29には、図示外のセンサコネクタも支持され、このセンサコネクタにセンサ部27bから延びる図示外の配線が支持されている。
以上説明した電動発電機3によれば、2N/3Pが整数でないいわゆる分数溝の三相永久磁石同期電動発電機を採用したため、コギングトルクの低減を図り、トルク密度の向上を図ることができる。トルク密度の向上を図れるためモータ出力を大きくすることが可能となる。
ステータコア18aを分割構造とし、ステータコア18aの軸方向幅内にステータコイル18bの結線部Lkを備えたため、ステータコイル18bを、ステータコア18aの軸方向の途中から円周方向のステータ分割体Sb,Sb間を通してバスバー25へ配線し接続することができる。
特に、ブレーキロータ12の内径12cよりも半径方向内方に電動発電機3が設置され、且つ、ハブフランジ7と、ナックル8のアウトボード側面8aとの軸方向範囲L1に電動発電機3が設置されたため、ブレーキロータ12内に電動発電機3を設置するスペースを確保してこの電動発電機3をコンパクトに収めることができる。
以下の説明においては、各実施の形態で先行して説明している事項に対応している部分には同一の参照符号を付し、重複する説明を略する。構成の一部のみを説明している場合、構成の他の部分は、特に記載のない限り先行して説明している形態と同様とする。同一の構成から同一の作用効果を奏する。実施の各形態で具体的に説明している部分の組合せばかりではなく、特に組合せに支障が生じなければ、実施の形態同士を部分的に組合せることも可能である。
図13(B)に示す従来例のモータ構成でモータ軸方向寸法内にバスバー25を構成する場合、コイルはモータ軸端からステータ部品を渡ってバスバー25へと接続する必要がある。配線の際、軸方向一方側から他方側のバスバー25へ接続するためには、その他のバスバー25に配線を通すための貫通孔Haなどが必要となる(図13(B)、図25)。
図21は、いずれかの実施形態に係る車両用動力装置1を用いた車両用システムの概念構成を示すブロック図である。
この車両用システムにおいて、車両用動力装置1は、主駆動源と機械的に非連結である従動輪10Bを持つ車両において、従動輪10Bに対して搭載される。車両用動力装置1における車輪用軸受2(図1)は、従動輪10Bを支持する軸受である。
電動発電機3は、内輪5(図1)にロータ19(図1)が取付けられているため、電動発電機3に電流を印加すると内輪5(図1)が回転駆動され、逆に電力回生時には誘起電圧を負荷することで回生電力が得られる。この電動発電機3の回転駆動用の駆動電圧または回生電圧が100V以下である。
上位ECU40は、車両30の統合制御を行う手段であり、トルク指令生成手段43を備える。このトルク指令生成手段43は、アクセルペダル等のアクセル操作手段56およびブレーキペダル等のブレーキ操作手段57からそれぞれ入力される操作量の信号に従ってトルク指令を生成する。この車両30は、主駆動源35として内燃機関35aおよび駆動輪側の電動発電機35bを備え、また二つの従動輪10B,10Bをそれぞれ駆動する二つの電動発電機3,3を備えるため、前記トルク指令を各駆動源35a,35b,3,3に定められた規則によって分配するトルク指令分配手段44が上位ECU40に設けられている。
ハブフランジを有するハブと、転動体の軌道面を有する部材とを合わせた構造体が請求項でいう回転輪となる。例えば、主に固定輪である外輪と、ハブフランジを有するハブの外周面に嵌合された内輪とを備えた第1世代構造であってもよい。固定輪である外輪と、ハブフランジを有するハブの外周面に嵌合された内輪とを備えた内輪回転形式の第2世代構造であってもよい。これらの例では、前記ハブと前記内輪とが組み合わさったものが請求項でいう「回転輪」に相当する。ハブフランジを有する回転輪である外輪と、固定輪である内輪とを備えた外輪回転形式の第2世代構造であってもよい。
Claims (9)
- ステータコアおよびこのステータコアに巻回されたステータコイルを有するステータと、このステータに対し半径方向に対向して位置するロータとを備え、前記ロータの磁極の数をPとし、前記ステータにおける円周方向に隣り合うティース間の溝の数をNとしたとき、2N/3Pが整数でない三相永久磁石同期モータにおいて、
前記ステータコアは、円周方向に隣り合う少なくとも二つの前記ティースと、これらティースの基端部を繋ぐ連結部とを含むステータ分割体を円周方向に複数備え、これら複数のステータ分割体を内周または外周に固定する円環部材を備え、前記ステータコアの軸方向幅内に前記ステータコイルの結線部を備えた三相永久磁石同期モータ。 - 請求項1に記載の三相永久磁石同期モータにおいて、前記三相永久磁石同期モータは、前記ロータが前記ステータの半径方向内方に位置するインナーロータ型であり、前記ステータコアの半径方向外方に前記結線部が配置された三相永久磁石同期モータ。
- 請求項1に記載の三相永久磁石同期モータにおいて、前記三相永久磁石同期モータは、前記ロータが前記ステータの半径方向外方に位置するアウターロータ型であり、前記ステータコアの半径方向内方に前記結線部が配置された三相永久磁石同期モータ。
- 請求項1ないし請求項3のいずれか1項に記載の三相永久磁石同期モータにおいて、前記円環部材が磁性材で構成されている三相永久磁石同期モータ。
- 請求項1ないし請求項3のいずれか1項に記載の三相永久磁石同期モータにおいて、前記円環部材が絶縁材で構成されている三相永久磁石同期モータ。
- 固定輪、およびハブフランジを有し前記固定輪に転動体を介して回転自在に支持されて前記ハブフランジに車両の車輪およびブレーキロータが取付けられる回転輪を有する車輪用軸受と、この車輪用軸受に取付けられた請求項1ないし請求項5のいずれか1項に記載の三相永久磁石同期モータと、を備え、前記固定輪に前記ステータが取付けられ、前記回転輪に前記ロータが取付けられた車両用動力装置であって、
前記ブレーキロータの内径よりも半径方向内方に前記三相永久磁石同期モータが設置され、且つ、前記ハブフランジと、前記車両における足回りフレーム部品のアウトボード側面との軸方向範囲に前記三相永久磁石同期モータが設置された車両用動力装置。 - 請求項6に記載の車両用動力装置において、前記ステータコアは、軸方向に間隔を隔てて配置された二つの前記円環部材を介して前記固定輪に固定され、前記結線部が二つの前記円環部材の間に設置された車両用動力装置。
- ステータコアおよびこのステータコアに巻回されたステータコイルを有するステータと、このステータに対し半径方向に対向して位置するロータとを備え、前記ロータの磁極の数をPとし、前記ステータにおける円周方向に隣り合うティース間の溝の数をNとしたとき、2N/3Pが整数でない三相永久磁石同期型の発電機において、
前記ステータコアは、円周方向に隣り合う少なくとも二つの前記ティースと、これらティースの基端部を繋ぐ連結部とを含むステータ分割体を円周方向に複数備え、これら複数のステータ分割体を内周または外周に固定する円環部材を備え、前記ステータコアの軸方向幅内に前記ステータコイルの結線部を備えた発電機。 - 固定輪、およびハブフランジを有し前記固定輪に転動体を介して回転自在に支持されて前記ハブフランジに車両の車輪およびブレーキロータが取付けられる回転輪を有する車輪用軸受と、この車輪用軸受に取付けられた請求項8に記載の発電機と、を備え、前記固定輪に前記ステータが取付けられ、前記回転輪に前記ロータが取付けられた発電機付車輪用軸受であって、
前記ブレーキロータの内径よりも半径方向内方に前記発電機が設置され、且つ、前記ハブフランジと、前記車両における足回りフレーム部品のアウトボード側面との軸方向範囲に前記発電機が設置された発電機付車輪用軸受。
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