JP6679254B2

JP6679254B2 - 片持ち支持型固定子

Info

Publication number: JP6679254B2
Application number: JP2015182941A
Authority: JP
Inventors: ピアース，エドウィン，エム．，ジュニア; ロビンス，ジム; ハインズ，スコット; ネルソン，デビッド，エフ．; ピンクレー，ゲーリー，エー．; バルサモ，マイケル; バートン，オーガスト，イー．
Original assignee: テスラ，インコーポレイテッド
Priority date: 2014-12-01
Filing date: 2015-09-16
Publication date: 2020-04-15
Anticipated expiration: 2035-09-16
Also published as: CN105656222A; US11381130B2; US10468937B2; US20200244136A1; US20160156245A1; HK1225864A1; JP2016111913A; CN105656222B; DE102015113509A1

Description

本発明は片持ち支持型固定子（ｃａｎｔｉｌｅｖｅｒｓｔａｔｏｒ、片持ち梁型ステータ）に関する。

電気モーターおよびその他の電気駆動ユニットは、様々な状況で使用される。例えば、車両によっては、電気モーターを１つ以上有し、それにより推進されるものがある。そのようなモーターは、完全な電気自動車等では単独で駆動モードを担い、ハイブリッド自動車等ではその他の駆動モードと組み合わせて使用される。車両によっては、フロントアクスル（ｆｒｏｎｔａｘｌｅ，前車軸）とリアアクスル（ｒｅａｒａｘｌｅ，後車軸）を別々の電気モーターを使用して駆動する。

電気モーターは回転子と固定子とを有する。固定子は、変速装置や場合によってはその他部材を収容するハウジングの一部に収容されてもよい。上述のモーターを製造する工程は、固定子を鋳造アルミニウム部品のようなハウジングの部材に密嵌する（ｃｌｏｓｅｌｙｆｉｔｔｉｎｇ）段階を含んでもよい。固定子をハウジングの適切な位置に組み付けるため、鋳造されたハウジングを、寸法が広がるよう加熱し、比較的迅速に固定子部材を挿入することが必要となる場合がある。その後ハウジングが冷えて収縮することで、部品間が密嵌するのである。

第１の態様では、電気モーターは、第１の回転子軸受け（ｆｉｒｓｔｒｏｔｏｒｂｅａｒｉｎｇ）と固定子支持面とを有するハウジングと、前記固定子支持面に当接する第１の側面と第２の回転子軸受けを有する固定子エンドベルに当接する第２の側面とを有する積層スタックを含んでいる片持ち支持型固定子であって、前記固定子エンドベルを前記ハウジングに取り付けるためのタイロッド（ｔｉｅｒｏｄ，前輪連結棒）により保持される片持ち支持型固定子と、前記片持ち支持型固定子内部の中で、前記第１の回転子軸受けおよび第２の回転子軸受けにより保持される回転子とを備えている。

実施形態は、以下の特徴のいずれかまたは全部を含んでもよい。前記積層スタックの前記第１および第２の側面のいずれかに延びる第１の端と、前記固定子支持面と前記固定子エンドベルの内対応するものへと延びる第２の端とを有する、少なくとも１本のピンにより、前記片持ち支持型固定子が位置決めされる。前記ピンの前記第１の端は、前記積層スタックの少なくとも外側積層体に打ち抜かれた孔内に延びる。前記積層スタックの前記第１および第２の側面のそれぞれにおける複数のピンにより、前記片持ち支持型固定子は位置決めされる。前記タイロッドは、前記固定子エンドベルの外周に、等間隔に位置決めされる。前記タイロッドは、前記固定子エンドベルに設けられる開口を通過し、前記片持ち支持型固定子の外面に沿って延び、前記固定子支持面において前記ハウジングに取り付けられる。前記ハウジングと前記固定子エンドベルは鋳造物である。前記電気モーターは、前記固定子エンドベル、前記タイロッド、前記片持ち支持型固定子を覆って、前記ハウジングに取り付けられるシュラウド（ｂｕｃｋｅｔ、覆い）をさらに備えている。前記電気モーターは、前記シュラウドに取り付けられた補強支柱（ｒｅｉｎｆｏｒｃｅｍｅｎｔｓｔｒｕｔ）をさらに備えている。前記シュラウドは実質的に円筒状であり、前記補強支柱は、前記シュラウドの底面または側面に設けられた少なくとも一対の第１の交差補強支柱を有する。前記補強支柱は、前記シュラウドの前記底面と前記側面のうち、前記一対の第１の交差補強支柱が設けられていない方に設けられた少なくとも一対の第２の交差補強支柱を有する。前記シュラウドは、前記電気モーターが生成したトルクに抗する（ｒｅａｃｔ）ように構成されている。

第２の態様では、電気モーターは、固定子支持面を有するハウジングと、片持ち支持型固定子と、前記片持ち支持型固定子を前記固定子支持面に保持する手段と、前記片持ち支持型固定子内に設けられた回転子とを備えている。

第３の態様では、電気モーターを組み立てる方法は、片持ち支持型固定子の積層スタックの第１の側面がハウジングの固定子支持面に当接するよう、前記片持ち支持型固定子と前記ハウジングとを互いに位置決めする工程と、前記ハウジング内の少なくとも第１の回転子軸受けに保持されるよう、回転子を前記片持ち支持型固定子内に設置する工程と、前記回転子が固定子エンドベルの少なくとも第２の回転子軸受けにより保持されるよう、前記固定子エンドベルを前記積層スタックの第２の側面に設置する工程と、前記片持ち支持型固定子を保持するよう、タイロッドを使用して前記固定子エンドベルを前記ハウジングに取り付ける工程とを含む。

実施形態は、以下の特徴のいずれかまたは全部を含んでもよい。前記方法は、少なくとも１つのピンにより、前記ハウジングに対して前記片持ち支持型固定子を位置決めする工程をさらに含む。前記固定子エンドベルを前記ハウジングに取り付ける工程は、前記片持ち支持型固定子の外面に沿って延びるよう、前記タイロッドを前記固定子エンドベルに設けられた開口に通す工程と、前記タイロッドを、前記固定子支持面で前記ハウジングに取り付ける工程と含む。

シュラウド（ｓｈｒｏｕｄ）を有する片持ち支持型固定子付き電気モーターの一例を示す。シュラウドを外した状態で、図１の電気モーターの一例を示す。図２の電気モーターの部分分解図である。図２の電気モーターの側面図である。図４の電気モーターの斜視図である。固定子エンドベルが取り外された状態で、図５の電気モーターの一例を示す。電気モーターを組み立てる方法の一例を示す。

本稿では、結合手段によりハウジングに取り付けられた片持ち支持型固定子を有する電気モーターの例を説明する。このような構造により、必要に応じて調整や部品の再組付けを可能としつつ、ハウジングと固定子部材とが簡潔に組み付けられる製造処理の利便性が向上される。

図１は、シュラウド１０２を有する片持ち支持型固定子付きの電気モーター１００の一例を示す。図では、片持ち支持型固定子はシュラウドの下に存在し、モーターはさらに、簡略化のため具体的に示さない各種部材を収納するハウジング１０４も有する。いくつかの実施形態では、変速装置、電力インバータ、接触器、冷却システム、モーター制御回路が適宜ハウジング内外に設けられている。

シュラウド１０２は、モーターに対し１つ以上の役割を果たす。いくつかの実施形態では、カバーは、固定子に接触または近接した冷却システムを隔離、または保護する。例えば、冷却システムは固定子の周囲に冷媒（例えば、オイルまたは空気）を循環させるが、カバーによって冷媒を固定子の表面に導きやすくしてもよいし、固定子から流出する液体を回収してもよい。いくつかの実施形態では、カバーは、電気モーターが生成したトルクに抗するように構成されているものでもよい。例えば、シュラウドの端部は、１つ以上の取付具１０６によりフレームまたはその他車両部材に固定されてもよく、それによりカバーに対するトルクはハウジング１０４内に戻される。

シュラウド１０２は１つ以上の補強支柱１０８を有してもよい。１つ以上の支柱は、カバーの外部、内部の少なくとも一方に設けられてもよい。支柱は、シュラウドの製造工程（例えば、成型または鋳造工程）の中で作成されてもよいし、あるいは後に（例えば溶接により）取り付けられてもよい。カバーと支柱は、金属（例えばアルミ）のような任意の十分な強度を有する素材で作成されてもよい。いくつかの実施形態では、１つ以上の交差した補強支柱１１０が使用される。カバーは交差した補強支柱を底面と側面の少なくとも一方に有してもよい。

シュラウド１０２は任意の適切な技術によりハウジング１０４に取り付けられる。いくつかの実施形態では、カバーが取り付けられる際に当接する各部材の端の近傍に、対応する取付具が設けられてもよい。例えば、１つ以上のボルト１１２を使用してもよい。

図２は、シュラウドがない状態の、図１の電気モーター１００の一例を示す。即ち、同図ではモーターは複数のタイロッド２０２によりハウジング１０４に取り付けられた固定子エンドベル２００を有するよう示される。これにより、片持ち支持型固定子２０４がハウジングに対して保持される。即ち、ハウジングに対する固定子エンドベルとタイロッド取付具は、固定子をハウジングに固定する補強構造となる。

固定子エンドベルおよびハウジングは適切な技術を使用して製造可能である。いくつかの実施形態では、これら部材の少なくとも一方が、アルミまたはその他金属から鋳造される。例えば鋳造された部材は、その後所定の特徴を提供するよう加工される。固定子それ自体は任意の適切な方法で製造されてもよく、複数の積層体を所望の形状に打ち抜いて、得られた積層体を重ねることで固定子本体を形成してもよい。簡略化のため、各積層体は図示しない。

図３は、図２の電気モーター１００の部分分解図を示す。具体的には、ハウジング１０４、固定子２０４、固定子エンドベル２００、タイロッド２０２（ここでは６本のロッド）が互いに組み付けられていない状態で示されている。ここで、固定子は両端に固定子エンドターン３０２を持つ積層スタック３００を有する。特に、積層スタックは、ハウジング１０４に対向する第１の側面３０４（図中、見えない位置）と、固定子エンドベル２００に対向する第２の側面３０６を形成する。

組付けの際、第１の側面３０４はハウジング１０４上の固定子支持面３０８に当接する。ここで、表面３０８は平坦で、固定子に対応して全体的に円形となっている。表面３０８に形成された開口は、固定子の対応する側のエンドターン３０２が、ハウジング内にある程度（即ち表面３０８を超えて）侵入できる程度の大きさを持つ。

同様に、組付けの際、第２の側面３０６は固定子エンドベル２００に当接する。したがって、全体的な形状は表面３０８と異なり得るが、固定子エンドベルの縁も同様に平坦であってもよく、固定子に対応して全体的に円形となってもよい。固定子エンドベルは、固定子に対向する中空の内部を有するため、固定子の対応する側のエンドターン３０２がある程度エンドベル内に侵入可能である。したがって、タイロッドはエンドベルにより固定子２０４を挟持する。このようにして固定子が固定子支持面に保持される。

この例では、タイロッド２０２用の取付具は固定子エンドベル２００の外周に等間隔に位置決めされ、固定子に当接するハウジング１０４の部分にも同様に位置決めされる。いくつかの実施形態では、固定子エンドベルには各タイロッドに対応する開口３１０が形成されている。例えば、各タイロッドは対応する開口を通過し、固定子の外面（例えば積層スタック３００）に沿って延びるようにしてもよい。いくつかの実施形態では、タイロッドの端部はハウジングに取り付けられる。これは任意の適切な技術により可能となる。表面３０８の開口３１２内のねじ切り部を使用してもよいが、これに限られない。タイロッドは十分な強度を誇る素材（例えば鋼鉄）から作成される。

図中、ハウジング１０４は内部に軸受け３１４を持つ。軸受けは、モーターが組み付けられたとき、回転子軸（図示せず）の一端を保持する位置に設けられる。回転子軸の他端は、例えば後述するような固定子エンドベル２００内の、対応する（必ずしも同一形状でなくてもよい）軸受により保持される。したがって、回転子軸により保持される回転子（図示せず）は、軸両端の回転子軸受けにより固定子２０４内の位置に保持される。

図４は、図２の電気モーター１００の側面図である。図示のモーターは、固定子エンドベル２００によりハウジング１０４に対して保持された固定子２０４を有する。ハウジングにはさらに、別のケース４００が取り付けられている。例えば、ハウジング１０４とケース４００とで、モーターの変速装置が設けられる内部空間を形成する。ここで、ケース４００には電子機器モジュール４０２（例えばインバータ）が設けられる。例えば、モジュール４０２は電気モーターを駆動するため、直流交流変換を実行する。

図５は、図４の電気モーター１００の斜視図である。図示のモーターは固定子エンドベル２００、固定子２０４、ハウジング１０４、ケース４００、電子機器モジュール４０２を有する。ハウジング１０４および／またはケース４００は、１つ以上のホイールシャフトが取り付けられるよう構成されてもよい。いくつかの実施形態では、ハーフシャフト（図示せず）がハウジング内の開口５００を介して変速装置に接続されている。同様に、ケース４００は、対応するハーフシャフトに対応する開口を反対側に設けてもよい。例えば、それぞれ車軸の車輪の１つを駆動する当該２つのハーフシャフトの中間に、作動カムを設けてもよい。

さらに、図示の固定子エンドベル２００は、回転子軸５０４を保持する回転子軸受け５０２を有する。即ち、エンドベルに保持された軸受けにより、回転子の軸の片側が回転可能に支持される。

図６は、固定子エンドベル２００を取り外した状態の、図５の電気モーター１００の一例を示す。即ち、図示の回転子軸５０４には、固定子２０４内で回転子６００が設置されている。さらに、積層スタック３００には孔６０２が形成されている。孔６０２はエンドベルのピン６０４とともに使用されるものである。対応するピン６０６（点線で示す）は固定子支持面の各孔と共に使用される。これら孔とピンは、固定子２０４、固定子エンドベル、ハウジング１０４の互いに対する位置と向きを決めるものである。例えば、ピン６０４はまずエンドベルの対応する開口に部分的に挿入され、その後組付けの際に残りの部分が開口６０２に挿入されるようにしてもよい。同様に、ピン６０６はまず積層スタックの反対側の対応する開口に部分的に挿入され、その後組付けの際に残りの部分が固定子支持面３０８の開口に挿入されるようにしてもよい。いくつかの実施形態では、モーターは固定子周囲に設けられた２つ以上の開口６０２と、対応するピンを有することで、固定子ならびにエンドベルおよびハウジングの位置を揃えてもよい。例えば、２つ以上の孔は、固定子周辺に一定の間隔で設けられてもよい。

孔とピンは任意の適切な技術を使用して作成されてもよい。いくつかの実施形態では、孔６０２は製造中の積層体に打ち抜き形成される。例えば、積層体が全て外周上の同一の位置に穴を打ち抜かれてもよい。これにより、積層体が重ねられると、経路ができる（この例を図示する）。また別の例として、積層物の最外層の１つ以上の積層体にのみ穴が打ち抜き形成されてもよい。ピンは十分な強度を持つ任意の素材、例えば鋼鉄で形成されてもよい。

図７は、電気モーターを組み立てる方法７００の一例を示す。当該方法は様々な任意の状況で実行されてもよい。例えば、最初にモーターを製造する際に実行されてもよいし、その後製造済みのモーターを修理、再構築する際に実行されてもよい。上述のいくつかの例（図１〜６）が説明に用いられるが、別種の電気モーターに対しても本方法は実行されてもよい。工程は手動（即ち人間により）、ロボット制御で、あるいはその組み合わせで実行されてもよい。特別に記載または指示しない限り、工程は異なる順序で実行されてもよい。

７１０では、片持ち支持型固定子が位置決めされる。例えば、片持ち支持型固定子２０４とハウジング１０４とは、片持ち支持型固定子の積層スタックの第１の側面３０が固定子支持面３０８に近接するよう互いに対して位置決めされる。

７２０では、１つ以上のピンと１つ以上の孔が互いに揃えられる。例えば、固定子から延びるピン６０６を固定子支持面３０８の孔に挿入してもよい。

７３０では、回転子が設置される。例えば、回転子６００は、ハウジング１０４内の回転子軸受け３１４に保持されるよう、片持ち支持型固定子２０４内に設置されてもよい。

７４０では、固定子エンドベルが設置される。いくつかの実施形態では、固定子エンドベル２００は積層スタックの第２の側面３０６に対して設置されてもよい。その後、例えば回転子は固定子エンドベル上の回転子軸受け５０２によっても保持されてもよい。いくつかの実施形態では、固定子エンドベルの設置は、１組以上のピンと孔を合わせることを含む。

７５０では、１つ以上のタイロッドが挿入される。例えば、タイロッド２０２は開口３１０を介して挿入されてもよい。

７６０では、固定子エンドベルが取り付けられる。いくつかの実施形態では、タイロッド２０２を固定子支持面３０８の開口３１２に取り付けることで、片持ち支持型固定子を規定の場所に保持する。例えばねじ切りされた取付具を使用してもよい。

実施形態によっては、工程の数はより少なく、または多くてもよい。

説明した実施形態の数はあくまで例示であり、その他の実施形態も以下の特許請求の範囲により網羅される。

１００・・・電気モーター
１０２・・・シュラウド
１０４・・・ハウジング
１０６・・・取付具
１０８・・・補強支柱
１０８・・・交差した補強支柱１１０
１１２・・・ボルト
２００・・・固定子エンドベル
２０２・・・タイロッド
２０４・・・固定子
３００・・・積層スタック
３０２・・・エンドターン
３０４・・・第１の側面
３０６・・・第２の側面
３０８・・・表面
３１０・・・開口
３１２・・・開口

Claims

第一の回転子軸受けと、固定子支持面と、を有するハウジングと、
前記固定子支持面に当接する第一の側面と、第二の回転子軸受けを有する固定子エンドベルに当接する第二の側面とを有する積層スタックを含んでいる片持ち支持型固定子であって、前記固定子エンドベルを前記ハウジングに取り付けるためのタイロッドにより保持されていることを特徴とする片持ち支持型固定子と、
前記片持ち支持型固定子内部内で、前記第一の回転子軸受けおよび第二の回転子軸受けにより保持される回転子と、
を備えており、
前記タイロッドは、前記固定子エンドベルに設けられた開口を通過し、前記片持ち支持型固定子の外面に沿って延び、前記固定子支持面において前記ハウジングに取り付けられており、
さらに、前記固定子エンドベルおよび前記片持ち支持型固定子を覆い、前記ハウジングに取り付けられるシュラウドを備えており、前記シュラウドは、
− 前記シュラウドの第一の端部を前記ハウジングに取り付けるための、複数の第一の取付具と、
− 前記シュラウドの第二の端部を車両に固定するための、前記シュラウドの第二の端部の上の複数の第二の取付具と、
− 前記複数の第二の取付具から前記シュラウドの前記第一の端部に延びる複数の補強支柱と、
を含んでいる、車両用の電気モーター。
前記積層スタックの前記第一の側面および第二の側面のいずれかに延びる第一の端と前記固定子支持面と前記固定子エンドベルの内対応するものへと延びる第二の端とを有する少なくとも１本のピンにより、前記片持ち支持型固定子が位置決めされることを特徴とする請求項１に記載の電気モーター。
前記ピンの前記第一の端は、前記積層スタックの少なくとも外側積層体に打ち抜かれた孔内に延びていることを特徴とする請求項２に記載の電気モーター。
前記積層スタックの前記第一の側面および第二の側面のそれぞれにおける複数のピンによって、前記片持ち支持型固定子が位置決めされることを特徴とする請求項２に記載の電気モーター。
前記タイロッドは、前記固定子エンドベルの外周に等間隔に位置決めされることを特徴とする請求項１に記載の電気モーター。
前記ハウジングと前記固定子エンドベルは鋳造物であることを特徴とする請求項１に記載の電気モーター。
前記シュラウドは実質的に円筒状であり、
前記補強支柱は、前記シュラウドの底面または側面に設けられた少なくとも一対の第一の交差補強支柱を有することを特徴とする請求項１に記載の電気モーター。
前記補強支柱は、前記シュラウドの前記底面と前記側面のうち、前記一対の第一の交差補強支柱が設けられていない方に設けられた少なくとも一対の第二の交差補強支柱を有することを特徴とする請求項７に記載の電気モーター。
前記シュラウドは、支持体を通じて前記車両に接続していることを特徴とする請求項１に記載の電気モーター。
第一の回転子軸受けと、固定子支持面と、を有するハウジングと、
前記固定子支持面に当接する第一の側面と、第二の回転子軸受けを有する固定子エンドベルに当接する第二の側面とを有する積層スタックを含んでいる片持ち支持型固定子であって、前記固定子エンドベルを前記ハウジングに取り付けるためのタイロッドにより保持されていることを特徴とする片持ち支持型固定子と、
前記片持ち支持型固定子内部内で、前記第一の回転子軸受けおよび第二の回転子軸受けにより保持される回転子と、
前記固定子エンドベルおよび前記片持ち支持型固定子を覆うシュラウドと、
を備えており、
前記シュラウドが、前記シュラウドの第一の端部を前記ハウジングに取り付けるための複数の第一の取付具と、前記シュラウドの第二の端部を車両に固定するための、前記シュラウドの第二の端部の上の複数の第二の取付具と、前記複数の第二の取付具から前記シュラウドの前記第一の端部に延びる複数の補強支柱と、を備えていることを特徴とする、
車両用の電気モーター。
電気モーターを組み立てる方法であって、
片持ち支持型固定子の積層スタックの第一の側面がハウジングの固定子支持面に当接するよう、前記片持ち支持型固定子と前記ハウジングとを互いに位置決めする工程と、
前記ハウジング内の少なくとも第一の回転子軸受けに保持されるように、回転子を前記片持ち支持型固定子内に設置する工程と、
前記回転子が固定子エンドベルの少なくとも第二の回転子軸受けにより保持されるよう、前記固定子エンドベルを前記積層スタックの第二の側面に設置する工程と、
前記片持ち支持型固定子を保持するよう、タイロッドを使用して前記固定子エンドベルを前記ハウジングに取り付ける工程であって、前記固定子エンドベルを前記ハウジングに取り付ける工程は、前記タイロッドが前記片持ち支持型固定子の外面に沿って延び、前記固定子支持面において前記ハウジングに前記タイロッドが取り付けられるように、前記タイロッドに前記固定子エンドベルに設けられた開口を通過させる工程を備えており、
さらに、前記シュラウドを前記固定子エンドベルおよび前記片持ち支持型固定子を覆うように取り付ける工程と、
複数の第一の取付具を用いて、前記シュラウドの第一の端部を前記ハウジングに取り付ける工程と、
前記シュラウドの第二の端部の上の複数の第二の取付具を用いて、前記シュラウドの第二の端部を車両に固定する工程であって、前記シュラウドが、前記複数の第二の取付具から前記シュラウドの前記第一の端部に延びる複数の補強支柱を備えていることを特徴とする、前記シュラウドの第二の端部を車両に固定する工程と、
を備えている方法。
少なくとも一つのピンにより、前記ハウジングに対して前記片持ち支持型固定子を位置決めする工程をさらに備えていることを特徴とする請求項１１に記載の方法。