JP6901018B1 - モータ組立体 - Google Patents

Abstract

【課題】車体への接地部品のレイアウトが容易で、ラジオノイズを効率的に抑制できるモータ組立体を提供する。【解決手段】電動車両用のモータ組立体は、モータと、モータを制御するインバータと、モータの回転軸に接続され、モータの動力を駆動軸の一方側に伝達する減速機と、モータ、インバータおよび減速機を内部に収容する筐体と、を備える。筐体は、駆動軸の他方側を筐体外側で回転可能に支持するとともに駆動軸を車体と電気的に接続させる支持部を有する。【選択図】図２

Description

本発明は、電動車両用のモータ組立体に関する。

近年、環境負荷低減の観点から、ＥＶ，ＨＥＶ，ＰＨＥＶ，ＦＣＶ等のように動力源としてモータを搭載した電動車両の開発や普及が進んでいる。
この種の電動車両に関しては、モータを制御するインバータを発生源とする高周波ノイズ（ラジオノイズ）がモータの駆動系をアンテナとして外部へ放射され、これによりラジオの受信等に悪影響を及ぼすことが知られている。上記のラジオノイズの対策として、モータからの動力を受ける減速機内の動力伝達経路上に、車体に対して電気的に接続された摺接ブラシを設ける構成が提案されている。

特開２０１４−１４７２９３号公報

減速機に摺接ブラシを設けて接地する構成では、摺接ブラシの導電性を確保するために、減速機の潤滑油から摺接ブラシをシールすることが求められる。また、ラジオノイズを効率的に低減させるためには、車体と接地する位置をノイズの発生源であるインバータからできるだけ遠い位置とすることが好ましい。

本発明は、上記の状況に鑑みてなされたものであって、車体への接地部品のレイアウトが容易で、ラジオノイズを効率的に抑制できるモータ組立体を提供する。

本発明の一態様である電動車両用のモータ組立体は、モータと、モータを制御するインバータと、モータの回転軸に接続され、モータの動力を駆動軸の一方側に伝達する減速機と、モータ、インバータおよび減速機を内部に収容する筐体と、を備える。筐体は、駆動軸を接地電位である車体と電気的に接続させるとともに、筐体の外側に露出した支持部を有する。駆動軸は、一方側が減速機に接続されて支持され、他方側が筐体の外側の位置で支持部により回転可能に支持される。

上記のモータ組立体において、支持部は、駆動軸を車体と電気的に接続させる導電性ベアリングを有してもよい。
また、上記の導電性ベアリングは、内輪と外輪の間に配置された導電性のシール部材を有していてもよい。
また、上記の導電性ベアリングは、導電性のグリスがベアリング内に封入されていてもよい。
上記のモータ組立体において、筐体は導電性を有してもよく、導電性ベアリングは、筐体と電気的に接続されてもよい。

上記のモータ組立体において、インバータは、モータの回転軸の反負荷側に配置されてもよく、減速機は、モータの回転軸の負荷側に接続されてもよい。また、支持部は、駆動軸の軸方向において、筐体のインバータが収容される部位に配置されていてもよい。

本発明の一態様のモータ組立体によれば、車体への接地部品のレイアウトが容易になるとともに、ラジオノイズを効率的に抑制できる。

本実施形態のモータ組立体の一例を示す斜視図である。 図１のモータ組立体の内部構造を模式的に示す図である。 筐体の支持部の構成を示す拡大図である。

以下、本発明の実施形態について図面を参照して説明する。
実施形態では説明を分かり易くするため、本発明の主要部以外の構造や要素については、簡略化または省略して説明する。また、図面において、同じ要素には同じ符号を付す。なお、図面に示す各要素の形状、寸法などは模式的に示したもので、実際の形状、寸法などを示すものではない。

図１は、本実施形態の電動車両用のモータ組立体１の一例を示す斜視図である。図２は、図１のモータ組立体１の内部構造を模式的に示す図である。図面において、モータの回転軸の延長方向（軸方向Ａｘ）を矢印で示す。

図２に示すように、モータ組立体１は、モータ２と、インバータ３と、減速機４と、筐体５と、駆動シャフト６とを備えている。モータ２、インバータ３および減速機４は、いずれも筐体５の内部に収容されている。なお、駆動シャフト６は駆動軸の一例である。

モータ２は、コイル（不図示）が巻回されたステータ７と、永久磁石（不図示）が配置されたロータ８と、回転軸に沿ってロータ８の鉄心に嵌入されたモータシャフト９と、を備える。本実施形態のモータ２はインナーロータ型のモータであって、ロータ８の外周には僅かなエアギャップを隔ててステータ７が配置される。モータ２においては、コイルの電流制御によりステータ７の磁界を順番に切り替えることで、ロータ８の磁界との吸引力または反発力により、モータシャフト９を中心としてロータ８が回転する。また、モータシャフト９は、負荷側および反負荷側に配置された軸受１０ａ、１０ｂにより回転自在に支持されている。

インバータ３は、モータ２を制御するためのコントローラであって、モータシャフト９の反負荷側に配置されている。インバータ３は、例えば、高速スイッチング素子（ＩＧＢＴなど）、ゲート基板、コンデンサ、放電抵抗および制御基板などの要素を含む。インバータ３は、力行時にはバッテリ（不図示）からの直流電圧を交流に変換してモータ２のコイルに供給し、回生時にはモータ２からの交流をバッテリへの直流に変換する機能を担う。

減速機４は、モータシャフト９の負荷側に接続され、モータ２の動力を駆動シャフト６の一方側に伝達する動力伝達機構である。

減速機４は、例えば、インプットシャフト４ａ（モータシャフト）、カウンターシャフト４ｂ、アウトプットシャフト４ｃ（駆動シャフト）、インプットギヤ４ｄ、第１カウンターギヤ４ｅ、第２カウンターギヤ４ｆ、ドライブギヤ４ｇおよびデファレンシャルギヤ４ｈを有する。インプットシャフト４ａにはインプットギヤ４ｄが設けられる。カウンターシャフト４ｂには、第１カウンターギヤ４ｅおよび第２カウンターギヤ４ｆが設けられる。アウトプットシャフト４ｃには、ドライブギヤ４ｇおよびデファレンシャルギヤ４ｈが設けられる。

モータシャフト９であるインプットシャフト４ａは、モータ２の動力によって回転する。インプットシャフト４ａのインプットギヤ４ｄは、カウンターシャフト４ｂの第１カウンターギヤ４ｅと噛み合う。また、カウンターシャフト４ｂの第２カウンターギヤ４ｆは、アウトプットシャフト４ｃのドライブギヤ４ｇと噛み合う。第１カウンターギヤ４ｅの駆動力は、カウンターシャフト４ｂの第２カウンターギヤ４ｆとアウトプットシャフト４ｃのドライブギヤ４ｇの組み合わせにより減速（加速）されて、駆動シャフト６であるアウトプットシャフト４ｃから出力される。

図１に示すように、駆動シャフト６は、モータ２の軸方向Ａｘと平行な方向に延びるハーフシャフトである。駆動シャフト６は、一方側が減速機４に接続され、他方側には等速ジョイント１１を介して駆動輪（不図示）が取り付けられる。この駆動シャフト６は、筐体５に設けられた後述の支持部２０によってその他方側が回転可能に支持されている。

筐体５は、モータ２を収容する第１筐体部１２と、インバータ３を収容する第２筐体部１３と、減速機４を収容する第３筐体部１４とを有する。筐体５は、第１筐体部１２、第２筐体部１３および第３筐体部１４を組み付けて一体化され、電動車両の車体（不図示）に取り付けられる。

また、第１筐体部１２、第２筐体部１３および第３筐体部１４は、例えばアルミニウム合金などの導電性を有する金属を鋳造してそれぞれ形成されており、いずれも導電性を有している。そのため、筐体５は、車体との取付部（不図示）を介して車体と電気的に接続され、車体と等しく接地電位となる。なお、必要に応じて、筐体５と車体をアース線で電気的に接続してもよい。

ここで、第２筐体部１３は、第１筐体部１２のモータ２の反負荷側（図２の右側）に配置されている。また、第３筐体部１４は、第１筐体部１２のモータ２の負荷側（図２の左側）に配置されている。そのため、第２筐体部１３および第３筐体部１４は、軸方向Ａｘにおいて第１筐体部１２を隔てて配置されている。

また、筐体５においてインバータ３を収容する第２筐体部１３には、駆動シャフト６の他方側を回転可能に支持する支持部２０が筐体外側に設けられている。支持部２０は、筐体５を介して駆動シャフト６を車体と電気的に接続し、駆動シャフト６を接地させる機能を担う。

図３は、筐体５の支持部２０の構成を示す拡大図である。
第２筐体部１３の支持部２０は、導電性ベアリング２１を介して駆動シャフト６を回転可能に支持する構成である。なお、支持部２０において、導電性ベアリング２１よりも軸方向Ａｘの一方側にはダストカバー２２が配置され、導電性ベアリング２１よりも軸方向Ａｘの他方側にはシール部材２３が配置されている。

導電性ベアリング２１は、例えば玉軸受であって、駆動シャフト６に臨む内輪２４と、第２筐体部１３に臨む外輪２５と、内輪２４と外輪２５の間に転動自在に配設された複数のボール２６とを有している。また、内輪２４と外輪２５の間には、ボール２６を隔てて軸方向の両側に、接触形のリップシール２７がそれぞれ配置されている。そして、内輪２４、外輪２５およびリップシール２７で囲まれた空間２８にはグリスが充填されている。グリスは、リップシール２７により導電性ベアリング２１の内部に封入され、内輪２４および外輪２５の軌道面とボール２６との接触面を潤滑する。

本実施形態において内輪２４および外輪２５は、それぞれ導電性を有する金属材で形成されている。また、リップシール２７は、例えば、導電性を有する粉末（カーボンブラックや金属粒子など）を含有した樹脂などの導電性材料で形成され、内輪２４および外輪２５と接触する。上記の構成によれば、導電性のリップシール２７を介して内輪２４と外輪２５が導電状態になるので、駆動シャフト６と第２筐体部１３を電気的に接続して駆動シャフト６を車体に接地させることができる。なお、本実施形態において導電性のリップシール２７を適用する場合、導電性を有しないが耐熱性が高い仕様のグリスを導電性ベアリング２１に適用することができる。

また、本実施形態において、導電性ベアリング２１内に封入されるグリスとして、例えば、導電性を有する粉末（カーボンブラックや金属粒子など）が添加された導電性グリスを適用してもよい。上記の構成によれば、導電性のグリスを介して内輪２４と外輪２５が導電状態になるので、駆動シャフト６と第２筐体部１３を電気的に接続して駆動シャフト６を車体に接地させることができる。なお、本実施形態において導電性グリスを適用する場合、リップシールは上記のように導電性のものを適用してもよく、導電性を有しないものを適用してもよい。

ここで、モータ２を少なくとも動力源の一部として備える電動車両では、インバータ３を発生源とした高周波ノイズが、モータ２の駆動系をアンテナとして外部へ放射される事象が生じうる。

具体的には、スイッチング素子により電流の向きを変えるインバータ３の位相制御において、ターンオンする際に電流（電圧）の急峻な立ち上がり波形が生じる。すると、インバータ３から高周波のクリックノイズ（高周波ノイズ）が発生する。上記の高周波ノイズは、電源ケーブルとモータコイルを経てインバータ３からモータシャフト９に伝わる。そして、更にモータシャフト９から減速機４のインプットギヤ４ｄと、カウンターシャフト４ｂと、デファレンシャルギヤ４ｈと、駆動シャフト６を経て駆動輪により絶縁されたサスペンションに伝播する。上記のような高周波ノイズの伝導経路はアンテナとして機能する。その結果として、高周波ノイズが外部へ放射され、例えば、ラジオの受信等に悪影響を及ぼすなどの電波障害が発生しうる。

一方、本実施形態のモータ組立体１は、筐体外側に設けた支持部２０の導電性ベアリング２１によって、駆動シャフト６の他方側を筐体外側で回転可能に支持するとともに、筐体５を介して駆動シャフト６を車体に接地させる。これにより、駆動シャフト６が車体と接地されるのでラジオノイズが抑制される。
インバータ３で発生した高周波ノイズは、モータシャフト９、減速機４および駆動シャフト６を経て導電性ベアリング２１に到達する。そのため、本実施形態によれば、筐体５内で接地する場合と比べると接地位置よりも上流側の伝導経路による抵抗を大きくすることができ、ラジオノイズをより効率的に抑制できる。

また、本実施形態では、駆動シャフト６を筐体外側で支持する支持部２０に駆動シャフト６を接地させる機能を持たせているので、減速機４を収容する第３筐体部１４の内部に、摺動ブラシなどの接地部品を潤滑油からシールして組み込まずにすむ。そのため、車体への接地部品のレイアウトが容易になる。
さらに、本実施形態では、導電性ベアリング２１で駆動シャフト６を接地させて接地部品と軸受けを兼用できるので、モータ組立体１の構成をよりコンパクトにできる。また、接地部品と軸受けの兼用により、部品点数を削減してモータ組立体１の製造コストを低減することもできる。

本発明は、上記実施形態に限定されることなく、本発明の趣旨を逸脱しない範囲において、種々の改良並びに設計の変更を行ってもよい。
加えて、今回開示された実施形態は、全ての点で例示であって制限的なものではないと考えられるべきである。本発明の範囲は、上記した説明ではなくて特許請求の範囲によって示され、特許請求の範囲と均等の意味及び範囲内での全ての変更が含まれることが意図される。

１…モータ組立体、２…モータ、３…インバータ、４…減速機、５…筐体、６…駆動シャフト、７…ステータ、８…ロータ、９…モータシャフト、１２…第１筐体部、１３…第２筐体部、１４…第３筐体部、２０…支持部、２１…導電性ベアリング、２４…内輪、２５…外輪、２６…ボール、２７…リップシール

Claims (6)

1. 電動車両用のモータ組立体であって、
   モータと、
   前記モータを制御するインバータと、
   前記モータの回転軸に接続され、前記モータの動力を駆動軸の一方側に伝達する減速機と、
   前記モータ、前記インバータおよび前記減速機を内部に収容する筐体と、を備え、
   前記筐体は、前記駆動軸を接地電位である車体と電気的に接続させるとともに、前記筐体の外側に露出した支持部を有し、
   前記駆動軸は、前記一方側が前記減速機に接続されて支持され、他方側が前記筐体の外側の位置で前記支持部により回転可能に支持される
   ことを特徴とするモータ組立体。
2. 前記支持部は、前記駆動軸を車体と電気的に接続させる導電性ベアリングを有する
   ことを特徴とする請求項１に記載のモータ組立体。
3. 前記導電性ベアリングは、内輪と外輪の間に配置された導電性のシール部材を有する
   ことを特徴とする請求項２に記載のモータ組立体。
4. 前記導電性ベアリングは、導電性のグリスがベアリング内に封入されている
   ことを特徴とする請求項２または請求項３に記載のモータ組立体。
5. 前記筐体は導電性を有し、
   前記導電性ベアリングは、前記筐体と電気的に接続される
   ことを特徴とする請求項１から請求項４のいずれか一項に記載のモータ組立体。
6. 前記インバータは、前記モータの回転軸の反負荷側に配置され、
   前記減速機は、前記モータの回転軸の負荷側に接続され、
   前記支持部は、前記駆動軸の軸方向において、前記筐体の前記インバータが収容される部位に配置されている
   ことを特徴とする請求項１から請求項５のいずれか一項に記載のモータ組立体。
   

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