JP6477313B2 - Electric motor - Google Patents
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Description
本発明は、電動機に関する。 The present invention relates to an electric motor.
電動機は、ロータとステータ、及び、それらを収容するハウジングを有する。ロータはハウジングに回転可能に支持され、ステータはハウジングに固定される。電動機においては振動抑制が重要な課題である。例えば特許文献1に電動機の振動抑制技術の一つが開示されている。特許文献1に開示された技術では、筒状のハウジングの開口を覆うカバーに近い側のコイルエンドの質量をカバーから遠い側のコイルエンドよりも大きくする。そのような構造を採用することで、ハウジングにおいて剛性が低い開口の近くでコイルエンドをマスダンパとして機能させ、電動機全体の振動を抑制する。 The electric motor has a rotor, a stator, and a housing that houses them. The rotor is rotatably supported by the housing, and the stator is fixed to the housing. Vibration suppression is an important issue for motors. For example, Patent Document 1 discloses one of vibration suppression techniques for an electric motor. In the technique disclosed in Patent Document 1, the mass of the coil end near the cover covering the opening of the cylindrical housing is made larger than that of the coil end far from the cover. By adopting such a structure, the coil end functions as a mass damper near an opening having low rigidity in the housing, and vibration of the entire electric motor is suppressed.
ところで、組み立て効率の観点から、ステータはその軸線方向の一端でハウジングに片持ち支持したいという要求がある。具体的には、ステータの軸線方向の一端を筒状のハウジングの底部に固定し、ステータの他端を固定しないことができれば、ハウジングの開口を覆うカバーの取り付けが容易になる。しかしながら、ステータを片持ち支持すると、ロータ回転中のロータとステータの間の電磁力の相互作用により、ステータの円周方向に捩り振動が発生し、この捩り振動がハウジングに伝達することが判明した。本明細書は、ステータを片持ち支持する構造においてハウジングに伝達するステータの捩り振動を抑制する技術を提供する。 By the way, from the viewpoint of assembly efficiency, there is a demand for the stator to be cantilevered to the housing at one end in the axial direction thereof. Specifically, if one end of the stator in the axial direction is fixed to the bottom of the cylindrical housing and the other end of the stator cannot be fixed, it is easy to attach a cover that covers the opening of the housing. However, it was found that when the stator is cantilevered, a torsional vibration is generated in the circumferential direction of the stator due to the interaction of the electromagnetic force between the rotor and the rotating rotor, and this torsional vibration is transmitted to the housing. . The present specification provides a technique for suppressing torsional vibration of a stator transmitted to a housing in a structure in which the stator is cantilevered.
本明細書が開示する電動機は、ステータが平板状の中間リングを介してハウジングに固定されている。ステータは、その軸線方向の一端で当該軸線と同軸に配置されている中間リングを介してハウジングに片持ち支持されている。中間リングは、中間リングの円周方向に等間隔に設けられている6個の締結部と、隣接する締結部の中間位置に設けられている屈曲部を備えている。これら締結部のうち、120度間隔で設けられている3個の締結部がステータと締結されており、残りの3個の締結部がハウジングと締結されている。屈曲部は、中間リングの平板の面外方向に屈曲している。 In the electric motor disclosed in this specification, the stator is fixed to the housing via a flat intermediate ring. The stator is cantilevered by the housing via an intermediate ring arranged coaxially with the axis at one end in the axial direction. The intermediate ring includes six fastening portions provided at equal intervals in the circumferential direction of the intermediate ring and a bent portion provided at an intermediate position between adjacent fastening portions. Among these fastening portions, three fastening portions provided at intervals of 120 degrees are fastened to the stator, and the remaining three fastening portions are fastened to the housing. The bent portion is bent in the out-of-plane direction of the flat plate of the intermediate ring.
このような構成によれば、中間リングの3個の締結部はステータと締結されており、中間リングの残りの3個の締結部はハウジングと締結されている。即ち、ステータは中間リングを介してハウジングに固定されており、ステータはハウジングに直接固定されていない。そのため、ステータから発生する捩り振動は、直接ハウジングに伝達せず、中間リングを介してハウジングに伝達する。ここで、捩り振動は、ステータの円周方向に発生する。中間リングはステータの軸線と同軸に配置されているので、中間リングにはその円周方向に捩り振動が作用する。上記の構成によれば、中間リングは、円周方向の6個の締結部を備えており、隣接する締結部の中間位置に屈曲部が設けられている。この屈曲部により中間リングの円周方向の剛性が下がる。よって、ステータから中間リングに伝達した捩り振動は、円周方向の剛性の低い中間リングにより低減されて、ハウジングへと伝達する。即ち、ハウジングに伝達するステータの捩り振動を抑制することができる。 According to such a configuration, the three fastening portions of the intermediate ring are fastened to the stator, and the remaining three fastening portions of the intermediate ring are fastened to the housing. That is, the stator is fixed to the housing via the intermediate ring, and the stator is not directly fixed to the housing. Therefore, the torsional vibration generated from the stator is not transmitted directly to the housing, but is transmitted to the housing via the intermediate ring. Here, the torsional vibration is generated in the circumferential direction of the stator. Since the intermediate ring is arranged coaxially with the axis of the stator, torsional vibration acts on the intermediate ring in the circumferential direction. According to said structure, the intermediate | middle ring is provided with the 6 fastening parts of the circumferential direction, and the bending part is provided in the intermediate position of the adjacent fastening part. This bent portion reduces the rigidity of the intermediate ring in the circumferential direction. Therefore, the torsional vibration transmitted from the stator to the intermediate ring is reduced by the intermediate ring having low circumferential rigidity and transmitted to the housing. That is, the torsional vibration of the stator transmitted to the housing can be suppressed.
本明細書が開示する技術の詳細とさらなる改良は以下の「発明を実施するための形態」にて説明する。 Details and further improvements of the technology disclosed in this specification will be described in the following “DETAILED DESCRIPTION”.
図面を参照して実施例の電動機を説明する。図1に、実施例の電動機2の平面図を示す。電動機2は、ハイブリッド車に搭載される。電動機2は、モータハウジング20と、円筒状のステータ30と、中間リング40と、ロータ50を備えている。モータハウジング20は、ハイブリッド車に搭載されるトランスミッションのケースの側面の一部に設けられる。図1では、トランスミッションのケースの側面のうちモータハウジング20が設けられている部分のみ図示している。ステータ30は、中間リング40を介してモータハウジング20に固定される。ロータ50は、ステータ30の内側に収容されており、ロータ50のシャフト51を回転軸として回転可能にモータハウジング20に支持されている。なお、電動機2は、モータハウジング20の開口を塞ぐハウジングカバーも備えているが、図1ではこのハウジングカバーの図示を省略している。
The electric motor of the embodiment will be described with reference to the drawings. In FIG. 1, the top view of the
モータハウジング20は、電動機2の各部品(ステータ30、中間リング40、ロータ50等)の周囲を囲む側壁21と、3個の固定部22a−22cを備えている。固定部22a−22cは、中間リング40をモータハウジング20に固定するための部位である。固定部22aは、モータハウジング20の底面から突出するように設けられており、固定部22aには、ボルトを締結するための締結穴が設けられている。固定部22b、22cも同様である。固定部22a−22cの各締結穴は、ロータ50の回転軸(円筒状のステータ30の軸線)を中心とする円周方向に120度間隔で等間隔に並んでいる。
The
ステータ30は、リング状の電磁鋼板を当該リング状の軸方向に積層して円筒状に組み立てられたステータコア31にコイルを巻回することで構成される。図1では、コイルの図示を省略している。円筒状のステータコア31の内周面34は円柱形状であり、その内周面34の内側にロータ50が収容されている。ステータコア31の外周面には、3個のボルト貫通部32a−32cが設けられている。ボルト貫通部32a−32cは、ステータ30の径方向の外側に向かって突出する耳状の部位である。3個のボルト貫通部32a−32cは、ステータ30の円柱形状の内周面34の軸線(中心軸)を中心とする円周方向に等間隔に120度間隔で並んでいる。ボルト貫通部32a−32cの夫々には、貫通孔33a−33cが設けられている。
The
中間リング40は、平板状のリングである。中間リング40の外縁には、円周方向に等間隔に6個の締結部42a−42c、44a−44cが設けられている。締結部42a−42c、44a−44cは、中間リングの径方向の外側に向かって突出する耳状の部位である。6個の締結部のうち、3個の締結部42a−42cは、120度間隔で等間隔に並んでおり、残り3個の締結部44a−44cも、120度間隔で等間隔に並んでいる。3個の締結部42a−42cの夫々には、3個の貫通孔43a−43cの夫々が設けられており、3個の締結部44a−44cの夫々にも、3個の貫通孔45a−45cの夫々が設けられている。即ち、中間リングには、円周方向に等間隔に6個の貫通孔43a−43c、45a−45cが設けられている。そして、6個の貫通孔のうち、3個の貫通孔43a−43cは120度間隔で等間隔に設けられており、残り3個の貫通孔45a−45cも120度間隔で等間隔に設けられている。また、中間リング40の隣接する締結部の中間位置には、屈曲部46が設けられている。屈曲部46は、隣接する締結部における6箇所の中間位置の夫々に設けられている。
The
図1に示すように、モータハウジング20、中間リング40、ステータ30は、Z軸正方向に向かってこの順に組み付けられる。ここで、図1に示すように、ロータ50は、ロータ50のシャフト51の軸線とステータ30の円柱形状の内周面34の軸線が同軸となるように配置される。そして、中間リング40は、中間リング40の円状の中心穴47の軸線とステータ30の内周面34の軸線が同軸となるように配置される。
As shown in FIG. 1, the
モータハウジング20の固定部22a−22cと、中間リング40の締結部42a−42c、44a−44cと、ステータ30のボルト貫通部32a−32cの関係について説明する。中間リング40の等間隔に並ぶ3個の締結部44a−44cの夫々は、モータハウジング20の同様に等間隔に並ぶ3個の固定部22a−22cの夫々に固定される。具体的には、中間リング40の締結部44aの貫通孔45aにボルトが貫通し、当該ボルトがモータハウジング20の固定部22aの締結穴に締結することで、締結部44aが固定部22aに固定される。残りの締結部44b、44cと固定部22b、22cも同様である。締結部44a−44cを、以下では、ハウジング締結部44と総称する場合がある。また、ステータ30の等間隔に並ぶボルト貫通部32a−32cの夫々は、中間リング40の同様に等間隔に並ぶ3個の締結部42a−42cの夫々に固定される。具体的には、ステータ30のボルト貫通部32aの貫通孔33aにボルトが貫通し、当該ボルトが中間リングの締結部42aの貫通孔43aを貫通し、貫通した当該ボルトの先端にナットを締結する。これにより、ステータ30のボルト貫通部32aが中間リング40の締結部42aに固定される。残りのボルト貫通部32b、32cと締結部42b、42cも同様である。以下では、締結部42a−42cをステータ締結部42と総称する場合がある。この構成により、ステータ30の中間リング40に対する締結箇所と、モータハウジング20の中間リング40に対する締結箇所は異なる位置に配置される。即ち、ステータ30は、中間リング40を介して、モータハウジング20に固定され、ステータ30はモータハウジング20に直接固定されない。
The relationship among the fixing
図2を参照して、さらに電動機2を説明する。図2は、図1のII−II線における断面図である。図2に示すように、ステータ30は、ステータ30の軸線CL(即ち、内周面34の軸線)の方向の一方側(即ち、Z軸方向の負方向側)で中間リング40を介してモータハウジング20に支持されている。ステータ30がZ軸負方向側の一端で中間リング40を介してモータハウジング20に支持されており、ステータ30のZ軸正方向側の他端は自由端となっている。即ち、ステータ30はハウジング20に片持ち支持されている。具体的には、中間リング40の締結部44bがモータハウジング20の固定部22bにボルト63を使用してステータ30のZ軸負方向側で固定されている。そして、締結部42aが中間リング40の軸線CLを挟んで締結部44bと反対側に位置しており、当該締結部42aがステータ30のボルト貫通部32aにボルト61、ナット62を使用してステータ30のZ軸負方向側で固定されている。なお、図2では、モータハウジング20の他の固定部と、ステータ30の他のボルト貫通部と、中間リング40の他の締結部が図示されていない。他の締結箇所もステータ30のZ軸負方向側に位置している。また、ステータコア31の軸線方向の両端面には、ステータコア31に巻回されているコイルのコイルエンド70が位置している。
The
図2に示すように、ロータ50のシャフト51の軸線方向(即ち、Z軸方向)のロータコア52を挟んだ両側に、ベアリング53、54が備えられている。一方のベアリング53は、モータハウジング20の底面に設けられているベアリングハウジング23に嵌合している。他方のベアリング54は、モータハウジング20の開口を覆うハウジングカバー24に設けられているベアリングハウジング25に嵌合している。ロータ50のシャフト51がベアリング53、54を介してモータハウジング20とハウジングカバー24に支持されることにより、ロータ50がモータハウジング20に回転可能に支持される。なお、シャフト51のZ軸負方向の一端はベアリングハウジング23の底面に設けられている貫通孔からモータハウジング20の外側へと貫通する。上述したようにモータハウジング20は、トランスミッションのケースの側面の一部に設けられている。シャフト51のZ軸負方向の一端は、トランスミッションに内蔵されているギアに接続される。電動機2から発生する駆動力はトランスミッションに内蔵されているギアに供給される。
As shown in FIG. 2,
図3を参照して、中間リング40について説明する。図3は、中間リング40の平面図である。図3に示すように、中間リング40の3個の締結部42a−42cは、120度間隔で等間隔に並んでいる。同様に、中間リング40の3個の締結部44a−44cも、120度間隔で等間隔に並んでいる。3個のステータ締結部42と3個のハウジング締結部44は、円周方向で一つずつ交互に並んでいる。隣接する締結部42aと44aの間の中間位置には、屈曲部46が設けられている。隣接する締結部44aと42bの間の中間位置にも、同様の屈曲部46が設けられている。即ち、隣接する締結部の間の6箇所の中間位置の夫々に、6個の屈曲部46の夫々が設けられている。別言すれば、隣接するハウジング締結部44とステータ締結部42の間に屈曲部46が設けられている。
The
図4を参照して、中間リング40の屈曲部46について説明する。図4は、図3のIV−IV線における屈曲部46の断面図である。屈曲部46は、台形状に屈曲した部位である。屈曲部46は、中間リング40の隣接する締結部の間の中間位置を曲げ加工することにより設けられる。6個の屈曲部46は全て同一形状である。屈曲部46はZ軸負方向側に突出するように設けられている。即ち、屈曲部46はステータ30のZ軸負方向側の端面とは反対側に突出している。屈曲部46を設けることにより、中間リング40の6箇所の中間位置の剛性が低くなる。これにより、中間リング40全体の円周方向の剛性が低くなる。即ち、屈曲部46は隣接するハウジング締結部44とステータ締結部42の間を円周方向に接続するバネの機能を有する。
With reference to FIG. 4, the bending
電動機2の効果について説明する。上述したように、電動機2のステータ30は、その軸線方向の一端でモータハウジング20に片持ち支持されている。この場合、ロータ50の回転中に、ロータ50とステータ30の間の電磁力の相互作用により、ステータ30にその円周方向に捩り振動が生じる。ここで、上述したように、ステータ30は、中間リング40を介してモータハウジング20に固定されており、ステータ30はモータハウジング20に直接固定されていない。したがって、上記の捩り振動は、直接モータハウジング20に伝達せず、中間リング40を介してモータハウジング20に伝達する。中間リング40とステータ30は、中間リング40の中心穴47の軸線とステータ30の内周面34の軸線が同軸となるように配置されているので、中間リング40にはその円周方向に捩り振動が作用する。上述したように、中間リング40は、円周方向に6個の締結部42a−42c、44a−44cを備えており、隣接する締結部の中間位置に屈曲部46が設けられている。屈曲部46により中間リング40の円周方向の剛性は下げられている。よって、ステータ30から中間リング40に伝達した捩り振動は円周方向の剛性が低い中間リング40により低減されて、モータハウジング20へと伝達する。即ち、中間リング40によりモータハウジング20に伝達するステータ30の捩り振動を抑制することができる。
The effect of the
上述の構成は、ステータ30が所定のばね定数を有する中間リング40を介してモータハウジング20に片持ち支持されている系として表現できる。中間リング40のばね定数、特に円周方向のばね定数(即ち、剛性)は、当該系におけるステータ30からモータハウジング20への振動伝達率が所望の値以下となるように設計される。特に、中間リング40の屈曲部46の形状が、当該系における振動伝達率が所望の値以下となるように設計される。実験の結果、捩り振動の周波数は1kHz程度であることが判明した。周波数1kHz程度の振動は、モータハウジング20のハウジングカバー24の共振周波数と重なりやすく、電動機2の騒音の主な原因となる。中間リング40の形状は、この捩り振動の周波数に基づいて所望の振動伝達率が得られるように設計される。この際、ステータ30と中間リング40の締結剛性、中間リング40とモータハウジング20の締結剛性も考慮に入れて設計される。上記の系における振動伝達率が所望の値以下となるように中間リング40を設計することにより、中間リング40が無い場合と比較して、電動機2の騒音が約10dB低下する効果が得られた。
The above-described configuration can be expressed as a system in which the
また、ハイブリッド車に搭載される電動機は小型であることが望まれる。上述の構成によれば、ステータ30とモータハウジング20の間に平板状の中間リング40を追加するだけでよい。よって、電動機2の軸線方向(即ち、Z軸方向)における体格を大きく変えることなく、モータハウジング20に伝達する捩り振動を抑制することができる。
Moreover, it is desired that the electric motor mounted on the hybrid vehicle is small. According to the above-described configuration, it is only necessary to add the flat
実施例で説明した技術に関する留意点を述べる。屈曲部は、少なくとも1箇所の隣接する締結部の中間位置に設けられていればよい。また、屈曲部46の形状は、実施例の形状に限らない。例えば、三角形状や、波形状であってもよい。
Points to be noted regarding the technology described in the embodiments will be described. The bent portion only needs to be provided at an intermediate position between at least one adjacent fastening portion. Moreover, the shape of the bending
実施例では、ステータ30の形状は厳密な円筒形状ではない。また、中間リング40の形状も厳密なリング形状ではない。ステータ30と中間リング40がこのような厳密な形状を有しない場合、ステータ30と中間リング40は概ね同軸に配置されていればよい。例えば、実施例においてステータ30の内周面34の軸線と中間リング40の中心穴47の軸線が同軸であることは、ステータ30と中間リング40が同軸に配置されていることの一例である。
In the embodiment, the shape of the
以上、本発明の具体例を詳細に説明したが、これらは例示に過ぎず、特許請求の範囲を限定するものではない。特許請求の範囲に記載の技術には、以上に例示した具体例を様々に変形、変更したものが含まれる。本明細書または図面に説明した技術要素は、単独であるいは各種の組合せによって技術的有用性を発揮するものであり、出願時請求項記載の組合せに限定されるものではない。また、本明細書または図面に例示した技術は複数目的を同時に達成し得るものであり、そのうちの一つの目的を達成すること自体で技術的有用性を持つものである。 Specific examples of the present invention have been described in detail above, but these are merely examples and do not limit the scope of the claims. The technology described in the claims includes various modifications and changes of the specific examples illustrated above. The technical elements described in this specification or the drawings exhibit technical usefulness alone or in various combinations, and are not limited to the combinations described in the claims at the time of filing. In addition, the technology exemplified in this specification or the drawings can achieve a plurality of objects at the same time, and has technical usefulness by achieving one of the objects.
2:電動機
20:モータハウジング
21:側壁
22a−22c:固定部
23、25:ベアリングハウジング
24:ハウジングカバー
30:ステータ
31:ステータコア
32a−32c:ボルト貫通部
33a−33c:貫通孔
34:内周面
40:中間リング
42a−42c、44a−44c:締結部
43a−43c、45a−45c:貫通孔
46:屈曲部
47:中心穴
50:ロータ
51:シャフト
52:ロータコア
53、54:ベアリング
CL:軸線
2: Electric motor 20: Motor housing 21:
Claims (1)
前記ステータは、その軸線方向の一端で当該軸線と同軸に配置されている前記中間リングを介して前記ハウジングに片持ち支持されており、
前記中間リングは、
前記中間リングの円周方向に等間隔に設けられている6個の締結部であって、前記6個の締結部のうち、120度間隔で設けられている3個の締結部が前記ステータと締結されており、残りの3個の締結部が前記ハウジングと締結されている締結部と、
隣接する締結部の中間位置に設けられており、当該中間リングの平板の面外方向に屈曲している屈曲部と、
を備えていることを特徴とする電動機。 An electric motor in which a stator is fixed to a housing via a flat intermediate ring,
The stator is cantilevered on the housing via the intermediate ring disposed coaxially with the axis at one end in the axial direction thereof,
The intermediate ring is
Six fastening portions provided at equal intervals in the circumferential direction of the intermediate ring, and of the six fastening portions, three fastening portions provided at intervals of 120 degrees are connected to the stator. A fastening portion that is fastened and the remaining three fastening portions are fastened to the housing;
A bent portion that is provided at an intermediate position between adjacent fastening portions and is bent in the out-of-plane direction of the flat plate of the intermediate ring ;
An electric motor characterized by comprising:
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