JP2024039406A

JP2024039406A - 回転電機

Info

Publication number: JP2024039406A
Application number: JP2022143937A
Authority: JP
Inventors: 遼太高橋
Original assignee: Subaru Corp
Current assignee: Subaru Corp
Priority date: 2022-09-09
Filing date: 2022-09-09
Publication date: 2024-03-22
Also published as: US20240088740A1; CN117691776A

Abstract

【課題】ステータからハウジングへの振動伝達を低減する。【解決手段】回転電機は、軸を備えるロータと、前記ロータを囲むステータと、前記ステータを収容するハウジングと、を有する。前記回転電機は、前記ステータに設けられ、複数の第１凹部が周方向に形成される第１環状部材と、前記ハウジングに設けられ、複数の第２凹部が周方向に形成される第２環状部材と、を有する。前記回転電機は、前記第１環状部材と前記第２環状部材との間に設けられ、前記第１凹部と前記第２凹部との双方に入る複数の球体と、を有する。前記第１環状部材、前記第２環状部材および前記球体によって、前記ハウジングと前記ステータとを連結する連結機構が構成されている。前記連結機構の径方向のバックラッシは、前記連結機構の周方向のバックラッシよりも狭く、かつ前記連結機構の軸方向のバックラッシよりも狭い。【選択図】図５

Description

本発明は、回転電機に関する。

ハイブリッド車両や電気自動車等の車両には、回転電機であるモータジェネレータが搭載されている。モータジェネレータは、ハウジングに取り付けられるステータと、ステータの内側に収容されるロータと、を有している（特許文献１－４参照）。

特開２０２１－９０３１１号公報国際公開第２０１４／１３６５０４号特許第６６７０８６３号公報特許第３４４８４１６号公報

ところで、ステータコイルに対して通電が行われると、磁気歪みによる振動がステータに発生し、ステータからハウジングに対して振動が伝達される。このように、ステータからハウジングへの振動伝達は、モータジェネレータの振動や騒音を増加させる要因であるため、ステータからハウジングへの振動伝達を低減することが求められている。

本発明の目的は、ステータからハウジングへの振動伝達を低減することである。

一実施形態の回転電機は、軸を備えるロータと、前記ロータを囲むステータと、前記ステータを収容するハウジングと、前記ステータに設けられ、複数の第１凹部が周方向に形成される第１環状部材と、前記ハウジングに設けられ、複数の第２凹部が周方向に形成される第２環状部材と、前記第１環状部材と前記第２環状部材との間に設けられ、前記第１凹部と前記第２凹部との双方に入る複数の球体と、を有し、前記第１環状部材、前記第２環状部材および前記球体によって、前記ハウジングと前記ステータとを連結する連結機構が構成されており、前記連結機構の径方向のバックラッシは、前記連結機構の周方向のバックラッシよりも狭く、かつ前記連結機構の軸方向のバックラッシよりも狭い。

本発明の一態様によれば、連結機構の径方向のバックラッシは、連結機構の周方向のバックラッシよりも狭く、かつ連結機構の軸方向のバックラッシよりも狭い。これにより、ステータからハウジングへの振動伝達を低減することができる。

パワーユニットが搭載される車両を示した図である。パワーユニットの内部構造の一例を示した図である。本発明の一実施形態である回転電機としてのモータジェネレータを示した断面図である。ロータが外されたモータジェネレータを示した断面図である。図４のＡ－Ａ線に沿って第１連結機構を示した断面図である。第１連結機構の分解状態と組付状態とを示した図である。図７は本発明の他実施形態１であるモータジェネレータを示した断面図である。本発明の他実施形態２であるモータジェネレータを示した断面図である。

以下、本発明の実施の形態を図面に基づいて詳細に説明する。なお、以下の説明において、同一または実質的に同一の構成や要素については、同一の符号を付して繰り返しの説明を省略する。

［パワーユニット］
図１はパワーユニット１０が搭載される車両１１を示した図である。図１に示すように、車両１１には、エンジン１２およびモータジェネレータＭＧ１，ＭＧ２を備えたパワーユニット１０が搭載されている。パワーユニット１０の後輪出力軸１３には、プロペラ軸１４およびリアデファレンシャル機構１５を介して後輪１６が連結されている。また、パワーユニット１０にはフロントデファレンシャル機構１７が組み込まれており、フロントデファレンシャル機構１７には前輪１８が連結されている。図示するパワーユニット１０は、全輪駆動用のパワーユニットであるが、これに限られることはなく、前輪駆動用や後輪駆動用のパワーユニットであっても良い。

図２はパワーユニット１０の内部構造の一例を示した図である。図２に示すように、パワーユニット１０には、エンジントルクやモータトルクを前後輪に出力するため、モータジェネレータＭＧ２の中央を貫通するメイン出力軸２０が設けられている。メイン出力軸２０には、ギア列２１を介して前輪出力軸２２が連結されるとともに、トランスファクラッチ２３を介して後輪出力軸１３が連結されている。また、メイン出力軸２０には、ギア列２４を介して遊星ギア列からなる動力分割機構２５が連結されている。この動力分割機構２５には、モータジェネレータＭＧ１が連結されるとともに、エンジン１２がダンパ機構２６およびギア列２７を介して連結されている。さらに、メイン出力軸２０には、モータジェネレータＭＧ２が遊星ギア列２８を介して連結されている。なお、前輪出力軸２２には前述したフロントデファレンシャル機構１７が連結されている。

［モータジェネレータ（回転電機）］
図３は本発明の一実施形態である回転電機としてのモータジェネレータＭＧ２を示した断面図である。図３に示すように、モータジェネレータＭＧ２は、ハウジング３０に収容される円筒形状のステータ３１と、ステータ３１の径方向内側に収容されるロータ３２と、を有している。つまり、モータジェネレータＭＧ２のハウジング３０内には、ロータ３２を囲むようにステータ３１が設けられている。また、ハウジング３０は、ステータ３１を取り囲む円筒形状のハウジング本体３３と、ハウジング本体３３の開口端に取り付けられるハウジングカバー３４と、を有している。

ステータ３１は、複数枚の電磁鋼板からなる円筒形状のステータコア３５と、ステータコア３５に巻き付けられる三相のステータコイル３６と、を有している。また、ロータ３２は、複数枚の電磁鋼板からなる円筒形状のロータコア３７と、ロータコア３７に埋め込まれる複数の永久磁石３８と、ロータコア３７の中央に固定される中空のロータ軸（軸）３９と、を有している。さらに、ロータ軸３９の一端部は、軸受４０を介してハウジング本体３３に支持されており、ロータ軸３９の他端部は、軸受４１を介してハウジングカバー３４に支持されている。

ステータ３１の一端部（第１端部）３１ａとハウジング本体３３とは、第１連結機構（連結機構）５１を介して連結されている。この第１連結機構５１は、ステータ３１に取り付けられる第１外輪部材（第１環状部材，外輪部材，第１ステータ側環状部材）５２と、ハウジング本体３３に取り付けられる第１内輪部材（第２環状部材，内輪部材，第１ハウジング側環状部材）５３と、を有している。また、第１外輪部材５２と第１内輪部材５３とは互いに径方向に配置されており、第１外輪部材５２と第１内輪部材５３との間には複数の第１球体（球体）５４が設けられている。

同様に、ステータ３１の他端部（第２端部）３１ｂとハウジングカバー３４とは、第２連結機構（連結機構）６１を介して連結されている。この第２連結機構６１は、ステータ３１に取り付けられる第２外輪部材（第１環状部材，外輪部材，第２ステータ側環状部材）６２と、ハウジングカバー３４に取り付けられる第２内輪部材（第２環状部材，内輪部材，第２ハウジング側環状部材）６３と、を有している。また、第２外輪部材６２と第２内輪部材６３とは互いに径方向に配置されており、第２外輪部材６２と第２内輪部材６３との間には複数の第２球体（球体）６４が設けられている。

また、第１外輪部材５２および第２外輪部材６２は、締結ボルト６５を用いてステータ３１に固定されており、第１内輪部材５３および第２内輪部材６３は、スプライン嵌合によってハウジング３０に固定されている。なお、ステータ３１を軸方向に位置決めするため、ステータ３１と第１外輪部材５２との間には間隔を規制するスペーサ６６が取り付けられるとともに、ステータ３１と第２外輪部材６２との間には間隔を規制するスペーサ６７が取り付けられている。

［連結機構］
続いて、ハウジング３０とステータ３１とを連結する連結機構５１，６１の構造について説明する。以下、第１連結機構５１の構造について説明するが、第１連結機構５１と第２連結機構６１とは同様の構造を有することから、第２連結機構６１の構造説明については省略する。ここで、図４はロータ３２が外されたモータジェネレータＭＧ２を示した断面図であり、図５は図４のＡ－Ａ線に沿って第１連結機構５１を示した断面図である。また、図６は第１連結機構５１の分解状態と組付状態とを示した図である。図６には、第１外輪部材５２の断面と第１内輪部材５３の側面とが示されている。

図４および図５に示すように、第１連結機構５１は、ステータ３１に設けられる環状の第１外輪部材５２を有している。第１外輪部材５２の内周面５２ａには、複数の第１凹部５５が周方向に等間隔で形成されている。また、第１連結機構５１は、ハウジング３０に設けられる環状の第１内輪部材５３を有している。第１内輪部材５３の外周面５３ａには、複数の第２凹部５６が周方向に等間隔で形成されている。さらに、第１外輪部材５２と第１内輪部材５３との間には複数の第１球体５４が設けられており、第１球体５４は球状の凹みである第１凹部５５と第２凹部５６との双方に入れられた状態となっている。

図６に示すように、第１外輪部材５２と第１内輪部材５３との間に第１球体５４を組み込むため、第１内輪部材５３はその中央で２つの環状体（部材）５７，５８に分割可能である。つまり、第１外輪部材５２の第１凹部５５に対して複数の第１球体５４を組み付けた後に、複数の第１球体５４を挟み込むように一対の環状体５７，５８が互いに組み付けられる。なお、第１内輪部材５３を構成する一対の環状体５７，５８は、図示しないネジ部材等によって固定されている。また、図示する例では、第１内輪部材５３を２つの環状体５７，５８によって分割しているが、これに限られることはなく、第１内輪部材５３を３つ以上の部材に分割しても良い。また、図示する例では、第１内輪部材５３を２つの環状体５７，５８によって分割しているが、これに限られることはなく、第１外輪部材５２を２つ以上の部材によって分割しても良く、第１外輪部材５２と第１内輪部材５３との双方を２つ以上の部材によって分割しても良い。

図４および図５の拡大部分に示すように、第１凹部５５および第２凹部５６の曲率は、第１球体５４の曲率よりも小さく設定されている。つまり、第１凹部５５および第２凹部５６の曲率半径は、第１球体５４の曲率半径よりも大きく設定されている。このように、第１凹部５５および第２凹部５６を設定することにより、符号α１で示すように、第１凹部５５の中央においては第１球体５４と密着しており、符号α２で示すように、第１凹部５５の縁部においては第１球体５４との間に隙間が設けられている。同様に、符号β１で示すように、第２凹部５６の中央においては第１球体５４と密着しており、符号β２で示すように、第２凹部５６の縁部においては第１球体５４との間に隙間が設けられている。

このように、第１凹部５５の中央に対して第１球体５４を密着させるとともに、第２凹部５６の中央に対して第１球体５４を密着させることにより、図４および図５に破線の矢印Ｘ１で示すように、第１外輪部材５２の径方向の動作が制限される。また、第１凹部５５の縁部と第１球体５４との間に隙間を設けるとともに、第２凹部５６の縁部と第１球体５４との間に隙間を設けることにより、図４に矢印Ｘ２で示すように、第１外輪部材５２の軸方向の動作が許容される。さらに、第１凹部５５の縁部と第１球体５４との間に隙間を設けるとともに、第２凹部５６の縁部と第１球体５４との間に隙間を設けることにより、図５に矢印Ｘ３で示すように、第１外輪部材５２の周方向の動作が許容される。

すなわち、第１連結機構５１における径方向の遊びであるバックラッシは、第１連結機構５１における周方向のバックラッシよりも狭く、かつ第１連結機構５１における軸方向のバックラッシよりも狭く設定されている。換言すれば、第１連結機構５１の第１外輪部材５２に対して同じ大きさの荷重が入力された場合において、第１外輪部材５２の径方向の移動量は、第１外輪部材５２の周方向の移動量よりも少なく、かつ第１外輪部材５２の軸方向の移動量よりも少なく設定されている。また、換言すれば、第１連結機構５１における径方向の剛性は、第１連結機構５１における周方向の剛性よりも高く、かつ第１連結機構５１における軸方向の剛性よりも高く設定されている。

これにより、コイル通電時の磁気歪みによってステータ３１が振動した場合であっても、連結機構５１，６１を介してハウジング３０に対する振動伝達を抑制することができ、モータジェネレータＭＧ２の振動や騒音を抑制することができる。しかも、連結機構５１，６１における外輪部材５２，６２の径方向の動作は制限されるため、ステータ３１が径方向に移動することを防止することができ、ステータ３１とロータ３２との径方向の隙間であるエアギャップを適切に保持することができる。

［他実施形態１］
図３に示した例では、２つの連結機構５１，６１によってハウジング３０とステータ３１とを連結しているが、これに限られることはなく、例えば１つの連結機構５１によってハウジング３０とステータ３１とを連結しても良い。ここで、図７は本発明の他実施形態１であるモータジェネレータＭＧ２ａを示した断面図である。なお、図７において、図３に示した部品や部材と同様の部品や部材については、同一の符号を付してその説明を省略する。

図７に示すように、ステータ３１の一端部３１ａとハウジング本体３３とは、第１連結機構５１を介して連結されている。この第１連結機構５１は、ステータ３１に取り付けられる第１外輪部材５２と、ハウジング本体３３に取り付けられる第１内輪部材５３と、を有している。また、第１連結機構５１は、第１外輪部材５２と第１内輪部材５３との間に設けられる複数の第１球体５４を有している。また、第１外輪部材５２は締結ボルト６５を用いてステータ３１に固定されており、第１内輪部材５３はスプライン嵌合によってハウジング３０に固定されている。なお、ステータ３１を軸方向に位置決めするため、ステータ３１と第１外輪部材５２との間には間隔を規制するスペーサ６６が取り付けられている。このように、１つの連結機構５１によってハウジング３０とステータ３１とを連結した場合であっても、図３に示したモータジェネレータＭＧ２と同様に、モータジェネレータＭＧ２ａのエアギャップを適切に保持しつつ、モータジェネレータＭＧ２ａの振動や騒音を抑制することができる。

［他実施形態２］
図２および図３に示した例では、ステータ３１に第１および第２外輪部材５２，６２を取り付けるとともに、ハウジング３０に第１および第２内輪部材５３，６３を取り付けているが、これに限られることはなく、ステータ３１に第１および第２内輪部材５３，６３を取り付けるとともに、ハウジング３０に第１および第２外輪部材５２，６２を取り付けても良い。ここで、図８は本発明の他実施形態２であるモータジェネレータＭＧ２ｂを示した断面図である。なお、図８において、図２に示した部品や部材と同様の部品や部材については、同一の符号を付してその説明を省略する。

図８に示すように、ステータ３１の一端部（第１端部）３１ａとハウジング３０とは、第１連結機構（連結機構）７１を介して連結されている。この第１連結機構７１は、ステータ３１に取り付けられる第１内輪部材（第１環状部材，内輪部材，第１ステータ側環状部材）７２と、ハウジング３０に取り付けられる第１外輪部材（第２環状部材，外輪部材，第１ハウジング側環状部材）７３と、を有している。また、第１内輪部材７２と第１外輪部材７３とは互いに径方向に配置されており、第１内輪部材７２の第１凹部７５と第１外輪部材７３の第２凹部７６とには複数の第１球体（球体）７４が入れられている。なお、第１凹部７５および第２凹部７６の曲率は、第１球体７４の曲率よりも小さく設定されている。

同様に、ステータ３１の他端部（第２端部）３１ｂとハウジング３０とは、第２連結機構（連結機構）８１を介して連結されている。この第２連結機構８１は、ステータ３１に取り付けられる第２内輪部材（第１環状部材，内輪部材，第２ステータ側環状部材）８２と、ハウジング３０に取り付けられる第２外輪部材（第２環状部材，外輪部材，第２ハウジング側環状部材）８３と、を有している。また、第２内輪部材８２と第２外輪部材８３とは互いに径方向に配置されており、第２外輪部材６２の第１凹部８５と第２内輪部材６３の第２凹部８６との間には複数の第２球体（球体）８４が設けられている。なお、第１凹部８５および第２凹部８６の曲率は、第２球体８４の曲率よりも小さく設定されている。

このように、第１連結機構７１および第２連結機構８１によってハウジング３０とステータ３１とを連結する場合であっても、図２に示したモータジェネレータＭＧ２と同様に、モータジェネレータＭＧ２ｂのエアギャップを適切に保持しつつ、モータジェネレータＭＧ２ｂの振動や騒音を抑制することができる。つまり、第１連結機構５１における径方向のバックラッシは、第１連結機構５１における周方向のバックラッシよりも狭く、かつ第１連結機構５１における軸方向のバックラッシよりも狭く設定されている。また、第２連結機構６１における径方向のバックラッシは、第２連結機構６１における周方向のバックラッシよりも狭く、かつ第２連結機構６１における軸方向のバックラッシよりも狭く設定されている。これにより、コイル通電時の磁気歪みによってステータ３１が振動した場合であっても、連結機構を介してハウジング３０に対する振動伝達を抑制することができ、モータジェネレータＭＧ２ｂの振動や騒音を抑制することができる。しかも、連結機構における外輪部材の径方向の動作は制限されるため、ステータ３１が径方向に移動することを防止することができ、ステータ３１とロータ３２とのエアギャップを適切に保持することができる。

本発明は前記実施の形態に限定されるものではなく、その要旨を逸脱しない範囲で種々変更可能であることはいうまでもない。図示する例では、モータジェネレータＭＧ２に対して本発明を適用しているが、これに限られることはなく、モータジェネレータＭＧ１に対して本発明を適用しても良い。また、図示する例では、ハイブリッド車両のパワーユニット１０に組み込まれるモータジェネレータＭＧ２に対して本発明を適用しているが、これに限られることはなく、例えば、ハウジングにデファレンシャル機構および回転電機が組み込まれた電動アクスルに対して本発明を適用しても良い。なお、本発明を適用可能な回転電機としては、ハイブリッド車両や電気自動車等に用いられる回転電機に限られることはなく、他の機器に設けられる回転電機に本発明を適用しても良い。

前述の説明では、締結ボルト６５を用いてステータ３１に外輪部材５２，６２を取り付けているが、これに限られることはなく、他の方法によってステータ３１に外輪部材５２，６２を取り付けても良い。また、前述の説明では、スプライン嵌合によってハウジング３０に内輪部材５３，６３を取り付けているが、これに限られることはなく、他の方法によってハウジング３０に内輪部材５３，６３を取り付けても良い。

３０ハウジング
３１ステータ
３１ａ一端部（第１端部）
３１ｂ他端部（第２端部）
３２ロータ
３９ロータ軸（軸）
５１第１連結機構（連結機構）
５２第１外輪部材（第１環状部材，外輪部材，第１ステータ側環状部材）
５２ａ内周面
５３第１内輪部材（第２環状部材，内輪部材，第１ハウジング側環状部材）
５３ａ外周面
５４第１球体（球体）
５５第１凹部
５６第２凹部
５７，５８環状体（部材）
６１第２連結機構（連結機構）
６２第２外輪部材（第１環状部材，外輪部材，第２ステータ側環状部材）
６３第２内輪部材（第２環状部材，内輪部材，第２ハウジング側環状部材）
６４第２球体（球体）
７１第１連結機構（連結機構）
７２第１内輪部材（第１環状部材，内輪部材，第１ステータ側環状部材）
７３第１外輪部材（第２環状部材，外輪部材，第１ハウジング側環状部材）
７４第１球体（球体）
７５第１凹部
７６第２凹部
８１第２連結機構（連結機構）
８２第２内輪部材（第１環状部材，内輪部材，第２ステータ側環状部材）
８３第２外輪部材（第２環状部材，外輪部材，第２ハウジング側環状部材）
８４第２球体（球体）
８５第１凹部
８６第２凹部
ＭＧ２モータジェネレータ（回転電機）
ＭＧ２ａモータジェネレータ（回転電機）
ＭＧ２ｂモータジェネレータ（回転電機）

Claims

軸を備えるロータと、
前記ロータを囲むステータと、
前記ステータを収容するハウジングと、
前記ステータに設けられ、複数の第１凹部が周方向に形成される第１環状部材と、
前記ハウジングに設けられ、複数の第２凹部が周方向に形成される第２環状部材と、
前記第１環状部材と前記第２環状部材との間に設けられ、前記第１凹部と前記第２凹部との双方に入る複数の球体と、
を有し、
前記第１環状部材、前記第２環状部材および前記球体によって、前記ハウジングと前記ステータとを連結する連結機構が構成されており、
前記連結機構の径方向のバックラッシは、前記連結機構の周方向のバックラッシよりも狭く、かつ前記連結機構の軸方向のバックラッシよりも狭い、
回転電機。
請求項１に記載の回転電機において、
前記第１環状部材は、前記第１凹部が内周面に形成される外輪部材であり、
前記第２環状部材は、前記第２凹部が外周面に形成される内輪部材である、
回転電機。
請求項１に記載の回転電機において、
前記第１環状部材は、前記第１凹部が外周面に形成される内輪部材であり、
前記第２環状部材は、前記第２凹部が内周面に形成される外輪部材である、
回転電機。
請求項１に記載の回転電機において、
前記第１環状部材と前記第２環状部材との少なくとも何れか一方は、少なくとも２つの部材に分割可能である、
回転電機。
請求項１～４の何れか１項に記載の回転電機において、
前記ステータに設けられる前記第１環状部材として、前記ステータの第１端部に設けられる第１ステータ側環状部材と、前記ステータの第２端部に設けられる第２ステータ側環状部材と、があり、
前記ハウジングに設けられる前記第２環状部材として、前記第１ステータ側環状部材の径方向に位置する第１ハウジング側環状部材と、前記第２ステータ側環状部材の径方向に位置する第２ハウジング側環状部材と、があり、
前記球体として、前記第１ステータ側環状部材と前記第１ハウジング側環状部材との間に設けられる複数の第１球体と、前記第２ステータ側環状部材と前記第２ハウジング側環状部材との間に設けられる複数の第２球体と、があり、
前記連結機構として、前記第１ステータ側環状部材、前記第１ハウジング側環状部材および前記第１球体からなる第１連結機構と、前記第２ステータ側環状部材、前記第２ハウジング側環状部材および前記第２球体からなる第２連結機構と、がある、
回転電機。