JP5507131B2

JP5507131B2 - モータユニット

Info

Publication number: JP5507131B2
Application number: JP2009157752A
Authority: JP
Inventors: 隆裕筒井; 範史安田; 洋史鈴森
Original assignee: Honda Motor Co Ltd
Current assignee: Honda Motor Co Ltd
Priority date: 2009-07-02
Filing date: 2009-07-02
Publication date: 2014-05-28
Anticipated expiration: 2029-07-02
Also published as: JP2011015536A

Description

本発明は、モータユニット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、焼嵌めや圧入などによってステータの外周面がハウジングの内周面に密着配置されることにより、ステータがハウジング内に固定されるように構成されている。

ところが、このように構成されたモータユニットでは、コイルに電流が流れるとステータに磁界が形成され、ステータとロータとの間に生じる磁気的な吸引力や反発力が繰り返し発生することでステータの形状が繰り返し変形する、所謂磁歪振動が生じる。すると、ある特定の周波数においてハウジングの円環二次共振モードの振動加速度が大きくなり、モータユニットが振動したり、モータユニットから騒音が発生したりするという問題がある（実施形態において詳述する）。

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２００１−２５１８７号公報

しかしながら、特許文献１のようなステータホルダを、電気自動車用の駆動モータのように軸方向の長さが長いモータに採用すると、ステータの傾きや芯ズレが発生し易く、モータユニットの振動を低減するのに限界がある。

そこで、本発明は、上記事情を鑑みてなされたものであり、振動を低減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固定可能な円筒部（例えば、実施形態における円筒部５９）を備え、前記ハウジングと結合可能に構成されたステータホルダ（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５０ｂ）に、前記ステータホルダの軸方向一端側から他端側にかけて軸方向に沿って延び、径方向外側に突出したハウジング当接部（例えば、実施形態におけるハウジング当接部５３）が形成され、該ハウジング当接部は周方向で４箇所均等に形成されているとともに、前記ハウジング当接部の周方向長さ（例えば、実施形態における幅Ｄ１）は、該ハウジング当接部が形成されていない前記円筒部の外周面の周方向長さ（例えば、実施形態における幅Ｄ２）よりも短くなるように形成され、かつ前記ハウジング当接部は、軸方向から見て、径方向の突出高さよりも周方向長さが長い偏平状に形成され、前記ハウジングの内周面は、平坦な円筒状に形成されることを特徴としている。

請求項２に記載した発明は、隣り合う前記ハウジング当接部同士の間に形成された空間部（例えば、実施形態における空間部５５）に冷却油（例えば、実施形態における冷却油６１）が充填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、前記ハウジング当接部の軸方向中間部に、隣り合う前記空間部同士の間を前記冷却油が通流可能な切欠部（例えば、実施形態における切欠部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、前記ハウジング当接部の外周面と前記ハウジングの内周面との間に制振材（例えば、実施形態における制振材６０）が配されていることを特徴としている。

請求項５に記載した発明は、前記ステータホルダに形成された前記ハウジングとの固定部（例えば、実施形態における固定部７０）は、軸方向から見て前記ハウジング当接部が形成された位置に対応して形成されていることを特徴としている。
請求項６に記載した発明は、前記ステータホルダの円筒部の外周面に、前記ハウジング当接部よりも径方向の突出高さが低く前記ハウジングの内周面から離間する放熱フィン（例えば、実施形態における放熱フィン７２）が複数形成され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、ステータホルダの外周面とハウジングの内周面とはハウジング当接部においてのみ接触することとなる。また、ハウジング当接部はステータホルダの円筒部に周方向に沿って４箇所均等に形成されている。ここで、ステータが磁歪振動により振動して円環二次共振モードの状態になったときに、ほとんど振動しない振動の節の場所がある。この振動の節の場所にハウジング当接部を形成し、ハウジングにステータホルダを嵌め込むことにより、ステータに生じる振動がハウジングに伝達されるのを抑制することができる。したがって、モータユニットの振動を低減することができる。

請求項２に記載した発明によれば、冷却油を空間部に充填することにより、ステータの冷却効率を向上することができる。したがって、モータの連続出力範囲を拡大することができ、モータ効率を向上することができる。

請求項３に記載した発明によれば、空間部に充填された冷却油を通流させることにより、ステータの冷却効率をさらに向上させることができる。
また、切欠部の位置や大きさを調整することにより、ステータから生じる振動の減衰率を調整することができる。

請求項４に記載した発明によれば、制振材によりハウジング当接部から伝わる振動をさらに低減することが可能であり、より振動の少ないモータユニットを提供することができる。

請求項５に記載した発明によれば、固定部の位置が軸方向から見て振動の節の位置と一致しているため、固定部を伝わって伝達される振動を低減することができる。また、ステータホルダのハウジング当接部が径方向の変位を規制しているため、軸方向に長いモータの場合においても、ステータが傾いたり、芯ズレしたりするのを防ぐことができる。
請求項６に記載した発明によれば、ステータ（モータ）の熱を効率よく放熱することができる。

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。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。ステータの周波数応答解析を行う際に用いたモデルの構成図であり、（ａ）本実施形態のモデル、（ｂ）従来のモデルである。ステータに生じる円環二次共振モードを説明する図である。ステータを加振させた際のモータハウジングの外周面における振動加速度を示すグラフである。本発明の実施形態におけるモータユニットの別の態様を示す部分拡大図である。本発明の実施形態におけるモータユニットのさらに別の態様を示す軸方向から見た正面図である。図８のＢ−Ｂ線に沿う断面図である。本発明の実施形態におけるステータホルダの別の態様を示す部分拡大図である。

次に、本発明の実施形態を図１〜図１０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が形成されている。

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とを連通する貫通孔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。

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を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略円筒状のステータホルダ５０が設けられている。ステータホルダ５０の内周面５０ａとステータ２１の外周面２１ａとは密着されている。そして、ステータホルダ５０が装着されたステータ２１はモータハウジング１１内に配されている。

図３はステータホルダ５０の斜視図である。ステータホルダ５０は、例えば鉄で形成された略円筒状の部材である。ステータホルダ５０の円筒部５９の軸方向長さはステータ２１の軸方向長さと略同一の長さで形成されている。また、円筒部５９の軸方向両端部には径方向外側に突出したフランジ部５１，５２が周方向全周に亘ってそれぞれ形成されている。このフランジ部５１，５２の外周面５１ａ，５２ａがモータハウジング１１の内周面１１ａと当接するように構成されている。

また、円筒部５９の外周面５０ｂには、軸方向に沿って略リブ状のハウジング当接部５３が形成されている。ハウジング当接部５３は外周面５０ｂに対して径方向外側へ突出するように形成されている。本実施形態では、ハウジング当接部５３は周方向に沿って略均等に４箇所形成されている。つまり、ハウジング当接部５３は円筒部５９の外周面５０ｂに９０°ごとに形成されている。なお、フランジ部５１の外周面５１ａ、フランジ部５２の外周面５２ａ、およびハウジング当接部５３の外周面５３ａは面一に形成されている。したがって、ハウジング当接部５３の外周面５３ａは、モータハウジング１１の内周面１１ａに当接可能に構成されている。

さらに、ハウジング当接部５３の周方向の幅Ｄ１は、隣り合うハウジング当接部５３，５３間の長さＤ２よりも小さく形成されている。つまり、ハウジング当接部５３の幅Ｄ１は、ハウジング当接部５３が形成されていない領域の幅Ｄ２よりも小さく形成されている。

ここで、ステータホルダ５０には、隣り合うハウジング当接部５３，５３およびフランジ部５１，５２で囲まれた空間部５５が形成されている。この空間部５５にはモータユニット１０を組み上げた段階で、冷却油６１が充填される。

また、ハウジング当接部５３には、隣り合う空間部５５，５５の間を連通する切欠部５６が周方向に沿って形成されている。なお、切欠部５６の幅や深さを調整することにより、ステータ２１から生じる振動の減衰率を調整することができる。

次に、モータユニット１０におけるモータ２３の組立方法について説明する。
まず、上述したモータハウジング１１およびステータホルダ５０を予めダイキャスト法などにより製造しておく。なお、モータハウジング１１は例えばアルミニウムを用いて製造し、ステータホルダ５０は鉄を用いて製造する。

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、ステータホルダ５０の開口部５７内にステータ２１を焼嵌め固定する。具体的には、ステータホルダ５０を加熱膨張させて内径を広げておき、これにステータ２１を嵌め込んで常温に戻し、ステータホルダ５０の収縮によって両者を結合する。これにより、ステータホルダ５０の内周面５０ａがステータ２１の外周面２１ａに隙間なく密着することになる。

続いて、ステータホルダ５０に焼嵌め固定されたステータ２１をモータハウジング１１内に圧入固定する。具体的には、ステータホルダ５０のフランジ部５１，５２の外周面５１ａ，５２ａおよびハウジング当接部５３の外周面５３ａと、モータハウジング１１の内周面１１ａと、が当接するように圧入する。

続いて、空間部５５内に冷却油６１を充填する。具体的には、空間部５５と外部とが連通するようにフランジ部５１または５２に貫通孔（不図示）を形成する。その貫通孔から冷却油６１を空間部５５内に充填する。このとき、ハウジング当接部５３には隣り合う空間部５５，５５が連通するように切欠部５６が形成されているため、貫通孔は１箇所形成すれば全ての空間部５５に冷却油６１を充填することができる。なお、充填時間を短縮するために、貫通孔を複数形成し、複数の空間部５５に同時に冷却油６１を充填するようにしてもよい。冷却油６１の充填が完了した後に、貫通孔を閉塞する。

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。

次に、このように組み立てられたモータ２３におけるステータ２１の周波数応答解析結果について説明する。なお、この説明では比較のため従来のようにステータホルダ５０を設けずに、ステータ２１を直接モータハウジング１１に固定した場合についても説明する。

図４は周波数応答解析に用いたモデルを示し、（ａ）が本実施形態のモデル、（ｂ）が従来のモデルである。図４に示すそれぞれのモデルに対して、ステータ２１の内径に半径方向の加振力を加え、モータハウジング１１の外周の振動加速度をシミュレーション結果として求めた。なお、加振力の大きさ（振動振幅）は、８９５５００Ｎ／ｍ^２であり、この値は最大トルク時の加振力に相当する。また、各部材の材質は、ステータ２１は鉄、モータハウジング１１はアルミニウム、ステータホルダ５０は鉄とした。

その結果、ステータ２１は低回転時（振動周波数約１０００Ｈｚ）において、楕円形状に振動する円環２次共振モードが発生する。つまり、ステータ２１が、図５の破線Ｍ１，Ｍ２に示すように楕円形状に変形しようとする。

ここで、図６が図４のモデルを用いて周波数解析をした結果のグラフである。図６の線分１００が従来のモデルの結果であり、線分２００が本実施形態のモデルの結果である。線分１００（従来モデル）の場合には、振動周波数１０００Ｈｚ付近において、振動加速度の値が約２．３ｍ／ｓ^２となっており、モータハウジング１１に大きな振動が発生することが分かる。なお、モータ２３を駆動した際にステータ２１が振動するのは、ロータ２２に配された永久磁石３０や各部材の鉄部分が電磁石と引き合うことにより応力が発生するためである。

そこで、本実施形態のように、図５の破線Ｍ１とＭ２とが交差している箇所、つまり、ステータ２１が共振して楕円形状に変形する円環二次モードになったときでも振動がほとんど発生しない箇所（振動の節）に、ステータホルダ５０のハウジング当接部５３を形成した。このように構成することにより、ステータ２１に生じた振動がモータハウジング１１に伝達されにくくなる。その結果が、図６の線分２００になる。線分２００を見ると、振動加速度のピークは２箇所（振動周波数約８００Ｈｚおよび約１２００Ｈｚ）で生じているものの、振動加速度自体の値は、約１．２ｍ／ｓ^２および約１．５ｍ／ｓ^２となっており、従来モデルよりもモータハウジング１１に伝達される振動が小さくなっていることが分かる。

本実施形態によれば、ステータホルダ５０の外周面５０ｂとモータハウジング１１の内周面１１ａとはハウジング当接部５３においてのみ接触することとなる。また、ハウジング当接部５３はステータホルダ５０の円筒部５９に周方向に沿って４箇所均等に形成されている。ここで、ステータ２１が磁歪振動により振動して円環二次共振モードの状態になったときに、ほとんど振動しない振動の節の場所がある。この振動の節の場所にハウジング当接部５３を形成し、モータハウジング１１にステータホルダ５０を嵌め込むことにより、ステータ２１に生じる振動がモータハウジング１１に伝達されるのを抑制することができる。したがって、モータユニット１０の振動を低減することができる。
さらに、ハウジング当接部５３の幅Ｄ１がハウジング当接部５３が形成されてない領域の幅Ｄ２よりも小さくなるように略リブ状に形成することで、ステータ２１に生じる振動をモータハウジング１１により効果的に伝達しにくくすることができる。

また、冷却油６１を空間部５５に充填することにより、ステータ２１の冷却効率を向上することができる。したがって、モータ２３の連続出力範囲を拡大することができ、モータ効率を向上することができる。

また、ハウジング当接部５３に切欠部５６を形成し、空間部５５に充填された冷却油６１を通流させることにより、ステータ２１の冷却効率をさらに向上させることができる。
また、切欠部５６の位置や大きさを調整することにより、ステータ２１から生じる振動の減衰率を調整することができる。

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、ステータホルダ５０を鉄により形成する場合について説明したが、これに限られずアルミニウムなどにより形成することも可能である。

また、上述した実施形態では、ステータホルダ５０のハウジング当接部５３の外周面５３ａとモータハウジング１１の内周面１１ａとが当接するように構成したが、図７に示すように、ハウジング当接部５３の外周面５３ａとモータハウジング１１の内周面１１ａとの間に制振材６０を介装してもよい。制振材６０としては、例えばシリコンゴムを採用することができる。このように制振材６０を介装することにより、ステータ２１の振動をさらに効果的に減衰することができ、モータユニット１０の振動を低減することができる。

また、図８、図９に示すように、ステータホルダ５０に軸方向から見てハウジング当接部５３が形成された位置に対応してモータハウジング１１との固定部７０を形成してもよい。このように構成することで、固定部７０の位置が軸方向から見て振動の節の位置と一致するため、固定部７０を伝わってモータハウジング１１に伝達される振動を低減することができる。また、ステータホルダ５０のハウジング当接部５３が径方向の変位を規制しているため、軸方向に長いモータ２３の場合においても、ステータ２１が傾いたり、芯ズレしたりするのを防ぐことができる。

また、図１０に示すように、ステータホルダ５０の円筒部５９の外周面５０ｂに放熱フィン７２を形成してもよい。放熱フィン７２は外周面５０ｂに対して径方向外側へ突出するように形成されており、放熱フィン７２の径方向の高さは、ハウジング当接部５３の径方向の高さよりも低く形成されている。つまり、放熱フィン７２はモータハウジング１１の内周面１１ａには当接していない。放熱フィン７２を設けることにより、ステータ２１（モータ２３）の熱を効率よく放熱することができる。

さらに、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２２…ロータ５０…ステータホルダ５０ｂ…外周面５３…ハウジング当接部５５…空間部５６…切欠部５９…円筒部６０…制振材６１…冷却油７０…固定部Ｄ１…ハウジング当接部の幅Ｄ２…ハウジング当接部が形成されていない領域の幅

Claims

ロータと、
該ロータの外周面を覆うように設けられたステータと、
前記ロータおよび前記ステータが収納されるハウジングと、
前記ステータの外周面に嵌合固定可能な円筒部を備え、前記ハウジングと結合可能に構成され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、前記ステータホルダの軸方向一端側から他端側にかけて軸方向に沿って延び、径方向外側に突出したハウジング当接部が形成され、
該ハウジング当接部は周方向で４箇所均等に形成されているとともに、
前記ハウジング当接部の周方向長さは、該ハウジング当接部が形成されていない前記円筒部の外周面の周方向長さよりも短くなるように形成され、
かつ前記ハウジング当接部は、軸方向から見て、径方向の突出高さよりも周方向長さが長い偏平状に形成され、
前記ハウジングの内周面は、平坦な円筒状に形成されることを特徴とするモータユニット。
隣り合う前記ハウジング当接部同士の間に形成された空間部に冷却油が充填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。
前記ハウジング当接部の軸方向中間部に、隣り合う前記空間部同士の間を前記冷却油が通流可能な切欠部が形成されていることを特徴とする請求項２に記載のモータユニット。
前記ハウジング当接部の外周面と前記ハウジングの内周面との間に制振材が配されていることを特徴とする請求項１〜３のいずれかに記載のモータユニット。
前記ステータホルダに形成された前記ハウジングとの固定部は、軸方向から見て前記ハウジング当接部が形成された位置に対応して形成されていることを特徴とする請求項１〜４のいずれかに記載のモータユニット。
前記ステータホルダの円筒部の外周面に、前記ハウジング当接部よりも径方向の突出高さが低く前記ハウジングの内周面から離間する放熱フィンが複数形成されていることを特徴とする請求項１〜５のいずれかに記載のモータユニット。