JP7435106B2 - 電動車両用モータの筐体構造 - Google Patents

Description

本発明は、電動車両用モータの筐体構造に関する。

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。この種の電動車両用のモータに関しては、モータハウジングに回路ハウジングを装着する構成が知られている（特許文献１参照）。

特許第４８３５１９２号公報

電動車両用のモータにおいては、車両の組立作業性の向上や省スペース化のために、モータハウジングの反負荷側にインバータを収容する回路ハウジングを取り付け、モータとインバータ回路を１つのモジュールとすることが検討されている。
また、上記の構成において、モータハウジングと回路ハウジングのずれを防止するために、モータハウジングと回路ハウジングとの接続部にインロー構造を形成することが考えられる。

しかし、例えば、車両衝突時の衝突荷重により回路ハウジングとモータハウジングがせん断方向にずれると、接続部に形成されたインロー構造の部品が折損する可能性がある。折損したインロー構造の部品がモータハウジング内に脱落すると、モータのコイルエンドでショートが生じ得る。

本発明は、上記の状況に鑑みてなされたものであって、２つのハウジング間にせん断方向の荷重がかかるときに、インロー構造の部品の折損によるショートを抑制できる電動車両用モータの筐体構造を提供する。

本発明の一態様に係る電動車両用モータの筐体構造は、第１ハウジングと、第１ハウジングに取り付けられる第２ハウジングとを含む筐体を備え、筐体内にモータが収容される。第１ハウジングは、第２ハウジングに臨む第１の面の内周側に第１の面から突出する突起を有し、第２ハウジングは、第１の面と当接する第２の面に突起とかみ合う凹部を有する。突起の外周面は、凹部の切り欠かれた内周面に当接して第１ハウジングと第２ハウジングを径方向に位置決めする。第１の面には、径方向の断面が曲面状をなして突起の外周面と繋がる溝が突起の外周側に沿って形成される。突起の径方向の幅は、凹部の径方向の幅よりも大きく、突起は、第２ハウジングの内周面よりも筐体の径方向内周側に突出する。

上記の電動車両用モータの筐体構造において、第１ハウジングは、突起の内周側に突起の突出方向に延びるリブをさらに有していてもよい。

上記の電動車両用モータの筐体構造において、第２ハウジングは、開口を有するとともにモータを収容するハウジングであってもよく、第１ハウジングは、第２ハウジングの開口を塞いでもよい。また、第１ハウジングは、モータを制御するインバータを収容するハウジングであってもよい。

本発明の一態様の電動車両用モータの筐体構造によれば、２つのハウジング間にせん断方向の荷重がかかるときに、インロー構造の部品の折損によるショートを抑制できる。

本実施形態の電動車両用のモータ組立体の一例を示す斜視図である。 図１の平面図である。 （ａ）は回路ハウジングにおけるモータハウジングとの接続部を一方側からみた図であり、（ｂ）は図３（ａ）のIIIb-IIIb線断面図である。 （ａ）はモータハウジングにおける回路ハウジングとの接続部を他方側からみた図であり、（ｂ）は図４（ａ）のIVb-IVb線断面図である。 インロー突起および段差部の組み付け状態を示す図である。

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。

また、図面においては、適宜３次元直交座標系としてＸＹＺ座標系を示す。ＸＹＺ座標系において、Ｚ方向は回転軸と平行な方向とする。Ｘ方向は、Ｚ方向と直交する方向であって、図２の上下方向に対応する。Ｙ方向は、Ｘ方向とＺ方向との両方と直交する方向であって、図２の紙面奥行方向に対応する。なお、図面において、必要に応じてモータの回転軸を符号ＡＸで示す。

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の平面図である。

モータ組立体１の筐体は、モータハウジング２と、回路ハウジング３とを備えている。モータハウジング２および回路ハウジング３は、例えばいずれも鋳造によって形成される。回路ハウジング３は第１ハウジングの一例であり、モータハウジング２は第２ハウジングの一例である。

モータハウジング２は、軸方向の他方側が開口した有底筒状の内部空間を有し、その内部空間にモータ４を収容する（図２、図４（ａ）参照）。

モータ４は、回転電機の一例であって、コイルが巻回されたステータ５と、永久磁石（不図示）が配置されたロータ６と、モータシャフト７と、を備える。本実施形態のモータ４は例えば三相交流のインナーロータ型のモータであって、ロータ６の外周には僅かなエアギャップを隔ててステータ５が配置される。モータシャフト７は、回転軸ＡＸに沿ってロータ６の鉄心に嵌入されている。モータシャフト７の負荷側は、モータハウジング２を貫通してモータ組立体１の外側に突出している。モータ４の負荷側である一方側（図２中右側）において、モータシャフト７には、減速機を介してドライブシャフト（いずれも不図示）が連結される。

モータ４においては、コイルの電流制御によりステータ５の磁界を順番に切り替えることで、ロータ６の磁界との吸引力または反発力が生じる。これにより、ロータ６およびモータシャフト７が回転し、モータ４が駆動する。

一方、モータ組立体１においてモータ４の反負荷側である他方側（図２中左側）には、モータハウジング２に回路ハウジング３が取り付けられている。回路ハウジング３は、他方側が開口された箱体状の本体部３ａと、本体部３ａの他方側の開口面を覆う蓋部３ｂとを有し、その内部にインバータ回路８を収容する。

インバータ回路８は、モータ４を制御するコントローラである。インバータ回路８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。インバータ回路８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４のコイルに供給し、回生時にはモータ４からの交流をバッテリへの直流に変換する機能を担う。

また、回路ハウジング３の本体部３ａには、モータ４の回転軸ＡＸと交差する方向（図中Ｘ方向）にプロテクタ９が設けられている。プロテクタ９は、図中Ｘ方向に突出して形成され、車両衝突時の衝突荷重を最初に受ける機能を担う。

特に限定するものではないが、モータ組立体１は、例えば、プロテクタ９が電動車両の前側に臨む状態で電動車両に取り付けられる。なお、モータ組立体１は、モータ４の負荷側の減速機の箇所において電動車両の構造部品（不図示）に固定される。

また、本体部３ａにおいてモータハウジング２に臨む隔壁３ｃは、モータハウジング２の他方側の開口部分を塞ぐ機能も担う。以下、図３～図５を参照しつつ、モータハウジング２と回路ハウジング３の接続部の構成例について説明する。

図３（ａ）は、回路ハウジング３におけるモータハウジング２との接続部を一方側からみた図であり、図３（ｂ）は、図３（ａ）のIIIb-IIIb線断面図である。

回路ハウジング３において本体部３ａの隔壁３ｃには、モータハウジング２の他方側が取り付けられる。図３（ａ）に示すように、上記の隔壁３ｃには、モータシャフト７の反負荷側の端部を回転可能に支持するための軸受１１が中心部に取り付けられている。隔壁３ｃにおいて、軸受１１を囲む内周縁１２の形状は、後述の図４（ａ）に示すモータハウジング２の内周縁２０の形状とほぼ合致する。

また、隔壁３ｃの内周縁１２には、隔壁３ｃの一方側の表面（第１の面）の内周側に、第１の面よりも軸方向に突出する複数のインロー突起１３が形成されている。図３（ａ）では、それぞれ隔壁３ｃの内周縁１２に沿って延びるインロー突起１３Ａ、１３Ｂ、１３Ｃが３か所に形成されている。なお、図３（ｂ）に示すように、インロー突起１３において、モータハウジング２に臨む軸方向の端面１４は平坦面をなしている。また、インロー突起１３の径方向の幅をＷ１とする。

図３（ａ）、（ｂ）に示すように、インロー突起１３の外周側には、インロー突起１３の外周側側面１５の立ち上がりの部分に沿って溝１６が形成されている。図３（ｂ）に示すように、溝１６の径方向の断面形状はインロー突起１３の突出方向とは反対側に凸となる曲面をなしている。溝１６の径方向の断面において、溝１６の一方側はインロー突起１３の外周側側面１５と繋がり、溝１６の他方側は隔壁３ｃの第１の面に繋がっている。上記の溝１６は、回転軸ＡＸと交差する径方向からインロー突起１３に荷重が負荷されるときに、インロー突起１３の外周側側面１５と第１の面の間の角度変化を緩やかにしてインロー突起１３の外周側の根元部分への応力集中を緩和する機能を担う。

また、図３（ａ）、（ｂ）に示すように、インロー突起１３の内周側にはインロー突起１３を補強するリブ１８が形成されている。図３（ａ）では、プロテクタ９の位置とその内周側が対向するインロー突起１３Ａに対して、周方向に間隔をおいて５つのリブ１８が設けられている。各々のリブ１８は、インロー突起１３の内周側側面１７の立ち上がりの位置からインロー突起１３の突出方向である軸方向に延びている（図３（ｂ）参照）。

図４（ａ）は、モータハウジング２における回路ハウジング３との接続部を他方側からみた図であり、図４（ｂ）は、図４（ａ）のIVb-IVb線断面図である。

モータハウジング２の他方側の端面２ａは、図３（ａ）に示す隔壁３ｃに臨む。モータハウジング２の内周縁２０には、インロー突起１３とかみ合う段差部２１が設けられる。各々の段差部２１Ａ、２１Ｂ、２１Ｃは、モータハウジング２の各々のインロー突起１３Ａ、１３Ｂ、１３Ｃに対応して形成されている。図４（ａ）では、モータハウジング２において段差部２１の形成されている位置を破線で囲んで示している。

図４（ｂ）に示すように、段差部２１の径方向の断面は、モータハウジング２の他方側の端面２ａ（第２の面）よりも内周側が部分的に切り欠かれて軸方向にくぼんだ階段形状をなしている。段差部２１の内周側はインロー突起１３とかみ合う凹部として機能し、インロー突起１３の軸方向の端面１４と対向する切り欠き面２２は平坦面をなしている。また、段差部２１の切り欠き面２２における径方向の幅Ｗ２は、インロー突起１３の径方向の幅Ｗ１よりも小さく設定されている（Ｗ１＞Ｗ２）。

図５は、インロー突起および段差部の組み付け状態を示す図である。図５の上下方向は軸方向（Ｚ方向）であり、図５の左右方向はモータ組立体１の径方向である。また、図５の左側は外周側であり、図５の右側は内周側である。

モータハウジング２に回路ハウジング３を取り付けたときには、回路ハウジング３の隔壁３ｃの第１の面は、モータハウジング２の第２の面である他方側の端面２ａに当接する。このとき、回路ハウジング３のインロー突起１３とモータハウジング２の段差部２１がかみ合うことでインロー構造が形成される。なお、インロー突起１３の内周側側面１７は、モータハウジング２の内周面よりも内周側に位置し、インロー突起１３は、モータハウジング２の内周面よりも径方向内周側に突出している。

本実施形態のモータ組立体１の筐体は、モータ４を収容するモータハウジング２と、モータハウジング２に取り付けられる回路ハウジング３を含む。回路ハウジング３は、モータハウジング２に臨む第１の面の内周側に第１の面から突出するインロー突起１３を有する。モータハウジング２は、第１の面と当接する第２の面にインロー突起１３とかみ合う段差部２１を有する。
そのため、モータ組立体１の筐体においては、インロー突起１３と段差部２１のかみ合いによりモータハウジング２と回路ハウジング３の位置ずれが抑制される。

以下、車両の衝突事故によりモータ組立体１が衝突荷重を受けた場合について説明する。なお、以下の説明では、プロテクタ９の突出方向と対向する方向から、モータ組立体１のプロテクタ９に衝突荷重が入力される場合を前提とする。

モータ組立体１のモータハウジング２およびモータ４は、減速機を介して電動車両の構造部品に固定されている。一方で、プロテクタ９に衝突荷重が入力されると、モータ組立体１の回路ハウジング３は回転軸ＡＸと交差する方向から大きな荷重を受ける。そのため、車両の衝突時には、衝突荷重と構造部品からの反力により、インロー突起１３と段差部２１がかみ合う上記のインロー構造に対して、せん断荷重が径方向に負荷される。
例えば、上記のせん断荷重によりインロー突起１３が折損し、折損した部品がモータハウジング２内に脱落すると、異相のコイル間での短絡や、コイルとモータハウジング２の地絡が生じうる。

しかし、本実施形態における回路ハウジング３の第１の面には、径方向の断面が曲面状をなしてインロー突起１３の側面と繋がる溝１６がインロー突起１３の外周側に沿って形成されている。つまり、インロー突起１３の外周側側面１５から隔壁３ｃの第１の面までの輪郭は曲面状の溝１６によって緩やかに湾曲した形状をなしている。
したがって、インロー突起１３の外周側の根元部分では角度変化の大きい部分が少なくなり、せん断荷重による応力の集中が生じにくいので、インロー突起１３が根元から折損しにくくなる。これにより、筐体にせん断荷重が負荷されても、モータハウジング２内に折損したインロー突起１３が脱落してショートすることを抑制できる。

また、インロー突起１３の径方向の幅Ｗ１は、段差部２１の切り欠き面２２における径方向の幅Ｗ２よりも大きく、インロー突起１３は、モータハウジング２の内周面よりも筐体の径方向内周側に突出している。上記のように、インロー突起１３を受ける凹部の幅よりもインロー突起１３を径方向に肉厚にすることで、筐体にせん断荷重が負荷されてもインロー突起１３がより折損しにくくなる。

また、回路ハウジング３は、インロー突起１３の内周側にインロー突起１３の突出方向に延びるリブ１８をさらに有している。これにより、上記のせん断荷重に対してインロー突起１３がリブ１８で補強されるので、筐体にせん断荷重が負荷されてもインロー突起１３がより折損しにくくなる。

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。

本発明の第１ハウジング側に設けられる要素に関し、例えば、インロー突起１３の配置、溝１６の断面形状、リブ１８の位置や数などの仕様は、上記実施形態の構成に限定されず適宜変更することができる。

上記実施形態では、例えば、プロテクタ９の方向（例えば、電動車両の前側）からモータ組立体１が衝突荷重を受ける場合を説明した。しかし、プロテクタ９の方向と反対側（例えば、電動車両の後側）からモータ組立体１が衝突荷重を受けた場合においても、上記実施形態と同様の効果を得ることができる。

上記実施形態では、回路ハウジング３にインロー突起１３を形成し、モータハウジング２にインロー突起１３を受ける凹部を形成する例を説明した。しかし、本発明においては、モータハウジング２にインロー突起１３を形成し、回路ハウジング３にインロー突起１３を受ける凹部を形成してもよい。

上記実施形態では、モータハウジング２の反負荷側に回路ハウジング３を取り付け、モータハウジング２の開口を回路ハウジング３で塞ぐ例を説明した。しかし、本発明の筐体構造は上記に限定されるものではない。例えば、回路ハウジング３の代わりにモータハウジング２の開口を蓋状のブラケットで塞ぎ、このブラケットにインロー構造の要素を形成してもよい。

上記実施形態では、回転電機の筐体構造の一例として、電動車両用のモータ組立体１への適用例を説明した。しかし、本発明は、電動車両用に限定されず、回転軸ＡＸと交差する径方向から筐体がせん断荷重を受ける場合に広く適用できる。例えば、回転電機を建築構造物に設置する場合において、地震によるせん断荷重が筐体に負荷されるケースでも本発明を適用できる。
また、上記実施形態では回転電機がモータ４である場合を説明したが、回転電機は発電機であってもよい。

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…モータハウジング、２ａ…他方側の端面、３…回路ハウジング、３ａ…本体部、３ｃ…隔壁、４…モータ、７…モータシャフト、８…インバータ回路、９…プロテクタ、１３…インロー突起、１５…外周側側面、１６…溝、１８…リブ、２１…段差部、２２…切り欠き面、ＡＸ…回転軸

Claims (4)

1. 第１ハウジングと、前記第１ハウジングに取り付けられる第２ハウジングとを含む筐体を備え、前記筐体内にモータが収容される電動車両用モータの筐体構造であって、
   前記第１ハウジングは、前記第２ハウジングに臨む第１の面の内周側に前記第１の面から突出する突起を有し、
   前記第２ハウジングは、前記第１の面と当接する第２の面に前記突起とかみ合う凹部を有し、
   前記突起の外周面は、前記凹部の切り欠かれた内周面に当接して前記第１ハウジングと前記第２ハウジングを径方向に位置決めし、
   前記第１の面には、径方向の断面が曲面状をなして前記突起の前記外周面と繋がる溝が前記突起の外周側に沿って形成され、
   前記突起の径方向の幅は、前記凹部の径方向の幅よりも大きく、
   前記突起は、前記第２ハウジングの内周面よりも前記筐体の径方向内周側に突出する
   ことを特徴とする電動車両用モータの筐体構造。
2. 前記第１ハウジングは、前記突起の内周側に前記突起の突出方向に延びるリブをさらに有する
   ことを特徴とする請求項１に記載の電動車両用モータの筐体構造。
3. 前記第２ハウジングは、開口を有するとともに前記モータを収容するハウジングであり、
   前記第１ハウジングは、前記第２ハウジングの前記開口を塞ぐ
   ことを特徴とする請求項１または請求項２に記載の電動車両用モータの筐体構造。
4. 前記第１ハウジングは、前記モータを制御するインバータを収容するハウジングである
   ことを特徴とする請求項３に記載の電動車両用モータの筐体構造。
   

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