JPWO2012014698A1 - 電動駆動ユニット - Google Patents

Abstract

電動駆動ユニットは、インバータと、インバータからの交流電流を受けて磁界を形成するステータと、ステータの形成する磁界によって回転するロータと、ロータ軸方向の一方及び他方に突出してロータと一体動するシャフトと、インバータを電気的に絶縁した状態で収納するインバータケースと、モータケースとを備える。モータケースは、ステータ及びロータを電気的に絶縁した状態で収納すると共に、シャフトの一端を第１軸受を介して回転可能に支持し、シャフトの他端を第２軸受を介して回転可能に支持する。インバータ及びインバータケースは、２つの軸受よりも内側に配置する。

Description

この発明は、電動駆動ユニットに関する。

インバータでモータを駆動する電動駆動ユニットがある（ＪＰ２００４−２６０８９８Ａ参照）。

ＪＰ２００４−２６０８９８Ａの技術では、モータとインバータの間にロータを保持する軸受が在るため、ある周波数帯域において、シャフトと軸受を介する電流経路のインピーダンスが、シャフトと軸受を介さない電流経路のインピーダンスよりも低くなる。このため、インバータスイッチングにより生じるコモンモード電圧によって、軸受を介してシャフトに高周波の電流が流れ、外部に電磁ノイズが放射するという問題があった。

本発明は、インバータ駆動のモータでも放射電磁ノイズを抑制し得る電動駆動ユニットを提供することを目的とする。

本発明のある態様における電動駆動ユニットは、インバータと、インバータからの交流電流を受けて磁界を形成するステータと、このステータの形成する磁界によって回転するロータと、このロータ軸方向の一方及び他方に突出してロータと一体動するシャフトと、インバータを電気的に絶縁した状態で収納するインバータケースと、ステータ及びロータを電気的に絶縁した状態で収納すると共に、シャフトの一端を第１軸受を介して、シャフトの他端を第２軸受を介して回転可能に支持するモータケースとを備える。そして、２つの軸受よりも内側にインバータ及びインバータケースを配置する。

本発明の実施形態、本発明の利点については、添付された図面とともに以下に詳細に説明される。

図１Ａは、第１実施形態の電動駆動ユニットの概略縦断面図である。 図１Ｂは、図１Ａに高周波電流が流れる２つのルートを書き入れた電動駆動ユニットの概略縦断面図である。 図２は、第１実施形態の２つのルートのインピーダンスの周波数特性図である。 図３Ａは、従来の電動駆動ユニットの概略縦断面図である。 図３Ｂは、図３Ａに高周波電流が流れる２つのルートを書き入れた電動駆動ユニットの概略縦断面図である。 図４は、従来の２つのルートのインピーダンスの周波数特性図である。 図５は、寄生容量等を書き入れた電動駆動ユニットの概略回路図である。 図６Ａは、第２実施形態の電動駆動ユニットの概略縦断面図である。 図６Ｂは、図６Ａに２つのルートを書き入れた電動駆動ユニットの概略縦断面図である。 図７は、第２実施形態の２つのルートのインピーダンスの周波数特性図である。 図８Ａは、第３実施形態の電動駆動ユニットの概略縦断面図である。 図８Ｂは、図８Ａに２つのルートを書き入れた電動駆動ユニットの概略縦断面図である。 図９Ａは、第４実施形態の電動駆動ユニットの概略縦断面図である。 図９Ｂは、図９Ａに２つのルートを書き入れた電動駆動ユニットの概略縦断面図である。 図１０Ａは、第５実施形態の電動駆動ユニットの概略縦断面図である。 図１０Ｂは、図１０Ａに２つのルートを書き入れた電動駆動ユニットの概略縦断面図である。

以下、図面に基づいて本発明の実施形態について説明する。

図１Ａは、本発明の第１実施形態の電動駆動ユニット１の概略縦断面図である。モータケース２は、円筒状の周方向保持部材３と、この周方向保持部材３の左右に設けられる軸受保持蓋４、５とからなる。周方向保持部材３の内周壁には、全体として円筒状（または多角筒形状）のステータコア７が固定されている。

ステータ６は、ステータコア７とコイル８と有する。コイル８は、ステータコア７に巻回されている。

ステータコア７の中心にできる空間には、円柱状のロータ９が所定のギャップをおいて配置されている。ロータ９の軸心を左右方向に貫通して、シャフト１０が設けられている。

周方向保持部材３の右方に位置する第１軸受保持蓋４は、シャフト１０を被覆して右方向に延びる第１筒状部材４ａと、第１筒状部材４ａの左端からシャフト１０の径方向外側に向かって延びる第１鍔状部材４ｂとからなる。第１鍔状部材４ｂの外周端は、モータケース２の周方向保持部材３の右端に固定されている。第１筒状部材４ａの右端内周壁には、第１軸受１５が設けられている。シャフト１０は、第１軸受１５と後述する第２軸受１６とで回転支持される。

周方向保持部材３の左方に位置する第２軸受保持蓋５の構成は、シャフト１０の右方に位置する第１軸受保持蓋４の構成と同様である。すなわち、第２軸受保持蓋５は、シャフト１０を被覆して左方向に延びる第２筒状部材５ａと、第２筒状部材５ａの右端からシャフト１０の径方向外側に向かって延びる第２鍔状部材５ｂとからなる。第２鍔状部材５ｂの外周端は、モータケース２の周方向保持部材３の左端に固定されている。第２筒状部材５ａの左端内周壁には、第２軸受１６が設けられている。

このように構成されるステータ６と、ロータ９とを備えるモータは、ラジアルギャップインナーロータタイプのモータである。ただし、本発明は、ラジアルギャップインナーロータタイプのモータに限定されるものでない。ラジアルギャップアウターロータタイプのモータの詳細については、第５実施形態の図１０Ａおよび図１０Ｂを用いて後述する。図示しないが、アキシャルギャップタイプのモータにも本発明を適用することができる。誘導機、同期機といったモータのタイプは特定していないが、ＡＣモータであれば、どんな種類のモータに対しても本発明を適用することができる。一例として、永久磁石型ＡＣ同期モータを挙げておく。

シャフト１０を回転支持する左側の第２軸受１６よりもステータコア７に近い位置に、箱状のインバータケース２１が配置されている。インバータケース２１の内部には、インバータ回路部２２（インバータ）が収納されている。インバータ回路部２２は、インバータケース２１と電気的に絶縁されている。

インバータ回路部２２の出力側は、インバータケース２１および第２鍔状部材５ｂを貫通する交流ケーブル２３によって、コイル８と接続されている。インバータケース２１と第２鍔状部材５ｂとの間の交流ケーブル２３は、電磁シールド線２４により被覆されている。インバータ回路部２２には、インバータケース２１を貫通する直流ケーブル２５を介して、直流電流が供給される。

シャフト１０及びモータケース２には、図示しない回転位置検出器や、複数の信号線も接続される。シャフト１０の右端は、図示しない減速機などを介して、車輪と接続されており、シャフト１０の回転により車輪が駆動する。

上記のインバータケース２１及びモータケース２（周方向保持部材３及び２つの軸受保持蓋４、５）は、アルミ合金や鉄などで構成される。

図３Ａは、従来の電動駆動ユニット１の概略縦断面図である。図１Ａと同一部分には、同一の符号を付している。図３Ａと図１Ａとを比べればわかるように、第１実施形態の電動駆動ユニット１では、従来の電動駆動ユニット１と相違して、インバータケース２１を２つの軸受１５、１６の間に配置している。

ところで、本発明は、例えば車体上もしくはホイール内に配置される電気自動車用のモータ・インバータユニットに適用することができる。電気自動車用のモータおよびインバータは、乗員の空間を確保するためにも、小型化することが強く求められる。インバータを小型化するためには、冷却を向上する必要があり、電気安全上絶縁されているインバータの冷却を向上するためには、熱伝導率が低い絶縁層を薄くしなければならない。また、モータを小型化するためには、モータ体格内の占積率を向上する必要がある。そのためには、絶縁を保ちながら、ステータコア部材とコイルを高密度に配置しなければならない。

前述の小型化を行うことにより、インバータと冷却チャネルを有するインバータケースとの間、またコイルとステータコアとの間の絶縁層の面積が広くなり、厚みが薄くなる。従って、グラウンド電位と同等となるインバータケースやステータコアと、インバータ回路部やモータコイル部の強電部との間の寄生容量が大きくなる。これにより、インバータスイッチングにより生じる対グラウンド電圧によって、ステータコア、ロータ、軸受、シャフトまたはシャフトにつながるあらゆる部品に高周波の電流が誘起され、電磁ノイズが外部へ放射されるという現象が生じる。

この現象について、図３Ｂ、図５に基づき詳細に説明する。図３Ｂは、図３Ａに対して、高周波電流が流れる２つのルートに、抵抗、インダクタンス、キャパシタンス（寄生容量）を記号で書き入れた電動駆動ユニット１の概略縦断面図である。また、図５は、高周波電流が流れるルートに、抵抗、インダクタンス、キャパシタンス（寄生容量）を記号で書き入れた電動駆動ユニット１の概略回路図である。なお、図５には、抵抗を記載しているのに、図３Ｂでは抵抗を記載していないが、これは単に省略しただけで、抵抗がないということではない。

図３Ｂ、図５に示したように、インバータ回路部２２は、インバータケース２１と電気的に絶縁されるため、インバータ回路部２２とインバータケース２１との間に静電容量（キャパシタンス）３１が寄生する。同様に、コイル８とステータコア７との間にも静電容量３２が寄生する。また、モータのエアギャップ部にも静電容量３３が寄生し、２つの軸受１５、１６には、回転中に生じる油膜部分に静電容量３４、３５が寄生する。インバータケース２１やモータケース２の周方向保持部材３、左右２つの軸受保持蓋４、５（２つの鍔状部材４ｂ、５ｂ）は金属で構成されるため、導電性である。このため、図５に示すように、その材料特性と形状に応じたインダクタンス３６ａ、３６ｂと抵抗３７ａ、３７ｂが存在する。シャフト１０もインダクタンス３６ｃと抵抗３７ｃを有する。

例えばＰＷＭを用いるインバータでは、そのスイッチングに応じた高周波成分を持つコモンモード電圧がモータ中性点とグラウンド（図３Ｂ参照）の間に印加され、各静電容量３１、３２、３３、３４、３５やインダクタンス３６ａ、３６ｂ、３６ｃを介して、高周波の電流が流れる。図３Ｂでは、高周波電流が流れる代表的な２つの電流経路（「ルート」ともいう。）を示している。

一方のルートは、インバータ回路部２２からコイル８に到達した後、コイル８から下方に向かい、静電容量３２、周方向保持部材３、第２軸受保持蓋５（第２鍔状部材５ｂ）、静電容量３１を通り（つまりシャフト１０、第２軸受１６を通らないで）、インバータ回路部２２に戻る。この高周波電流のルートを「ステータルート」と名付ける。

他方のルートは、インバータ回路部２２からコイル８に達した後、コイル８から上方に向かい、静電容量３３、シャフト１０、第２軸受１６（静電容量３５）、第２軸受保持蓋５（第２鍔状部材５ｂ）、静電容量３１を通り、インバータ回路部２２に戻る。この高周波電流のルートを「ベアリングルート」と名付ける。

ステータルートとベアリングルートの２つのルートについて、高周波電流の流れやすさを示すインピーダンスの周波数特性を図４に示す。図４において、上の周波数特性は、図３Ｂに示すステータルートのインピーダンスＺ１の特性、下の周波数特性は、図３Ｂに示すベアリングルートのインピーダンスＺ２の特性である。図３Ａ、図３Ｂに示すように、インバータケース２１と第２軸受保持蓋５（第２鍔状部材５ｂ）との間に第２軸受１６が配置される構造では、図４に示すように、ある周波数範囲においてＺ１＞Ｚ２となる。ＰＷＭを用いるインバータによって生じるコモンモード電圧は、広帯域の周波数成分を含む。従って、Ｚ１＞Ｚ２の周波数帯域では、高周波電流がシャフト１０に多く流れ、シャフト１０の電位が振動することにより、外部に多くの電磁ノイズを放射する。

本発明では、モータ及びインバータの小型化により、避けることができないグラウンド系を流れる高周波電流について、モータ・インバータを含む電動駆動ユニットの構造を工夫することにより、外部へ電磁ノイズを放射しにくい経路（ルート）に高周波電流を導く。これにより、外部への放射電磁ノイズを低減させる。

次に、本発明の基本的な考え方について説明する。高周波電流の流れるルート（回路）をＲ−Ｌ−Ｃ直列回路で近似すると、Ｒ−Ｌ−Ｃ直列回路のインピーダンスＺは、
Ｚ＝｛（Ｒ＾２＋（ωＬ−１／ωＣ）＾２｝＾（１／２）
である（ただし「＾」は累乗を表す）。従って、ステータルートのインピーダンスＺ１’と、ベアリングルートのインピーダンスＺ２’との間に、Ｚ１’＜Ｚ２’を成立させるには、次の（ａ）、（ｂ）のうちの少なくとも一方を実行すればよいと考えられる。

（ａ）ベアリングルートの抵抗Ｒ及びインダクタンスＬをステータルートの抵抗Ｒ及びインダクタンスＬより大きくする。

（ｂ）ベアリングルートの静電容量Ｃをステータルートの静電容量Ｃより小さくする。

上記（ａ）の方法として、さらに次の（ａ１）、（ａ２）の２つの態様が考えられる。

（ａ１）ステータルートの抵抗Ｒ及びインダクタンスＬは、従来の電動駆動ユニットのままで、ベアリングルートの抵抗Ｒ及びインダクタンスＬを従来の電動駆動ユニットより大きくする。

（ａ２）ステータルートの抵抗Ｒ及びインダクタンスＬを従来の電動駆動ユニットより小さくすると共に、ベアリングルートの抵抗Ｒ及びインダクタンスＬを従来の電動駆動ユニットより大きくする。

実際には上記（ｂ）の方法は現実的でないので、上記（ａ１）や（ａ２）の方法を採用することとなる。

ここで、高周波電流が流れるルートを従来の電動駆動ユニットより長くすれば、抵抗Ｒ及びインダクタンスＬが従来の電動駆動ユニットより大きくなる。よって、上記（ａ１）の場合、つまりステータルートの抵抗Ｒ及びインダクタンスＬは従来の電動駆動ユニットのままで、ベアリングルートの抵抗Ｒ及びインダクタンスＬを従来の電動駆動ユニットより大きくするには、ステータルートの長さは従来の電動駆動ユニットのままで、ベアリングルートの長さを従来の電動駆動ユニットのベアリングルートより長くすればよい。

一方、上記（ａ２）の場合、つまりステータルートの抵抗Ｒ及びインダクタンスＬを従来の電動駆動ユニットより小さくすると共に、ベアリングルートの抵抗Ｒ及びインダクタンスＬを従来の電動駆動ユニットより大きくするには、ステータルートの長さを従来の電動駆動ユニットのステータルートの長さより短くすると共に、ベアリングルートの長さを従来の電動駆動ユニットのベアリングルートの長さより長くすればよい。

以下で、より具体的に説明する。図１Ａに示す第１実施形態の電動駆動ユニット１は、上記（ａ１）の場合、つまりステータルートの抵抗Ｒ及びインダクタンスＬは従来の電動駆動ユニット１のままで、ベアリングルートの抵抗Ｒ及びインダクタンスＬを従来の電動駆動ユニット１より大きくするものである。図１Ｂは、図１Ａに対して、ステータルートとベアリングルートを書き入れたものである。従来の電動駆動ユニット１に対して、ステータルートとベアリングルートを書き入れた図３Ｂと比較すればわかるように、第１実施形態の電動駆動ユニット１では、２つの軸受保持蓋４、５に、筒状部材４ａ、５ａを追加して設けたことで、ベアリングルートの長さが従来の電動駆動ユニット１より長くなっている。一方、第１実施形態の電動駆動ユニット１のステータルートの長さは、従来の電動駆動ユニット１のステータルートの長さと同じである。第１実施形態の電動駆動ユニット１でベアリングルートの長さが従来の電動駆動ユニット１のベアリングルートの長さより長くなると、ベアリングルートの抵抗Ｒ及びインダクタンスＬがその分従来の電動駆動ユニット１より大きくなる。

図２は、第１実施形態の電動駆動ユニット１について、ステータルートのインピーダンスＺ１’の周波数特性と、ベアリングルートのインピーダンスＺ２’の周波数特性とを重ねて示したものである。従来の電動駆動ユニット１に対する周波数特性である図４と異なり、第１実施形態の電動駆動ユニット１では、ステータルートのインピーダンスＺ１’、ベアリングルートのインピーダンスＺ２’について、あらゆる周波数帯域においてＺ１’＜Ｚ２’が成り立つ。また、Ｚ１’、Ｚ２’の極小点の周波数は、きわめて近い。Ｚ１’＜Ｚ２’の関係が成り立つ場合、シャフト１０や第２軸受１６を介して流れる高周波電流が減少するため、シャフト１０の電位変動を抑制し、外部への電磁ノイズ放射を低減することができる。

また、第２軸受１６に存在する油（油膜）に高周波電流が流れると、油が劣化して第２軸受１６の寿命が縮まる。しかし、第１実施形態によれば、第２軸受１６を流れる高周波電流が従来の電動駆動ユニット１より減少するので、その分第２軸受１６の寿命を延ばすことができる。

このように、本実施形態における電動駆動ユニットは、インバータ回路部２２（インバータ）と、インバータ回路部２２からの交流電流を受けて磁界を形成するステータ６と、ステータ６の形成する磁界によって回転するロータ９と、ロータ９の軸方向の一方及び他方に突出してロータ９と一体動するシャフト１０と、インバータ２２を電気的に絶縁した状態で収納するインバータケース２１と、モータケース２とを備える。モータケース２は、ステータ６及びロータ９を電気的に絶縁した状態で収納すると共に、シャフト１０の一端を第１軸受１５を介して回転可能に支持し、シャフト１０の他端を第２軸受１６を介して回転可能に支持する。インバータ回路部２２及びインバータケース２１は、２つの軸受（１５、１６）よりも内側に配置する。このような構成により、シャフト１０及び第２軸受１６（インバータケース２１に近い側の軸受）を介する電流経路であるベアリングルートが従来の電動駆動ユニット１のベアリングルートより長くなる。すなわち、シャフト１０及び第２軸受１６を介する電流経路であるベアリングルートのインピーダンスＺ２’は、シャフト１０及び第２軸受１６を介さない電流経路であるステータルートのインピーダンスＺ１’より高くなる。これにより、シャフト１０に流れる高周波電流成分が減少し、放射電磁ノイズを抑制することができる。

図６Ａ、図８Ａ、図９Ａ、図１０Ａはそれぞれ、第２、第３、第４、第５の実施形態の電動駆動ユニット１の概略縦断面図である。第１実施形態の図３Ａと同一部分には、同一の符号を付している。第２〜第５の実施形態は、上記（ａ２）の場合、つまりステータルートの抵抗Ｒ及びインダクタンスＬを、従来の電動駆動ユニット１のステータルートの抵抗Ｒ及びインダクタンスＬより小さくすると共に、ベアリングルートの抵抗Ｒ及びインダクタンスＬを、従来の電動駆動ユニット１のベアリングルートの抵抗Ｒ及びインダクタンスＬより大きくする。以下、個別に説明する。

なお、第２〜第５の実施形態では、第１実施形態と相違して、筒状部材４ａ、５ａを設けていない。つまり、第２〜第５の実施形態では、第１軸受保持蓋４と第１鍔状部材４ｂは同じものであり、第２保持蓋５と第２鍔状部材５ｂは同じものである。従って、以下では、第１鍔状部材４ｂ、第２鍔状部材５ｂで説明する。

図６Ａに示す第２実施形態の電動駆動ユニット１は、図３Ａに示す従来の電動駆動ユニット１を前提として、左側の第２鍔状部材５ｂをシャフト１０の軸方向に（左側に）ずらせて空間を設け、この空間にインバータケース２１及びインバータ回路部２２を組み込んでいる。すなわち、モータケース２の周方向保持部材３の左端からシャフト１０の径方向内側に延びるフランジ４１を設ける。一方、インバータケース２１を、モータケース２の周方向保持部材３と同径の円筒状の周方向保持部材４２で構成する。このインバータケース２１の周方向保持部材４２を、モータケース２の周方向保持部材３の左隣りに配置する。

インバータケース２１の周方向保持部材４２の右端からシャフト１０の径方向内側に延びるフランジ４３を設ける。対向する２つのフランジ４１、４３について、シャフト１０の径方向内側端までの長さを同じにする。また、２つのフランジ４１、４３の対向する面４１ａ、４３ａを、導電性部材４４を介して当接し、複数のボルト４５、４６、４７、４８などにより、２つのフランジ４１、４３を加圧固定する。

インバータケース２１の周方向保持部材４２の内周壁には、全体として円環状に形成したインバータ回路部２２を電気的に絶縁して固定する。インバータケース２１の周方向保持部材４２の左端には、モータケース２の第２鍔状部材５ｂを固定する。

インバータ回路部２２の出力側は、２つのフランジ４１、４３を貫通する交流ケーブル２３によりコイル８と接続する。一方、第２鍔状部材５ｂを貫通する直流ケーブル２５を介して、電流をインバータ回路部２２に供給する。

シャフト１０及びモータケース２には、第１実施形態と同様に、回転位置検出器、複数の信号線も接続される（図示せず）。左側の第２鍔状部材５ｂには、シャフト１０の左端を被覆する金属製のキャップ４９が設けられている。このキャップ４９の内壁に回転位置検出器を取り付けることができる。シャフト１０の右端は、減速機（図示せず）などを介して、車輪と接続されており、シャフト１０の回転により車輪が駆動する。

図６Ｂは、図６Ａに対して、ステータルート、ベアリングルートの２つのルートを書き入れた電動駆動ユニット１の概略縦断面図である。従来の電動駆動ユニット１に対してステータルート、ベアリングルートを書き入れた図３Ｂと比較すると、第２実施形態の電動駆動ユニット１では、以下のことが分かる。すなわち、左側の第２鍔状部材５ｂをシャフト１０の軸方向に（左側に）ずらせて空間を設け、この空間にインバータケース２１及びインバータ回路部２２を組み込むことで、ベアリングルートの長さが従来の電動駆動ユニット１のベアリングルートの長さより長くなっている。

また、モータケース２の周方向保持部材３の左隣にインバータケース２１の周方向保持部材４２を増設し、インバータケース２１の周方向保持部材４２に設けたフランジ４３と、モータケース２の周方向保持部材３に設けたフランジ４１との当接面（４１ａ、４３ａ）を広くしている。さらに、導電性部材４４を介して、インバータケース２１の周方向保持部材４２に設けたフランジ４３と、モータケース２の周方向保持部材３に設けたフランジ４１とを固定している。このような構成とすることにより、モータケース２の周方向保持部材３と、インバータケース２１の周方向保持部材４２との間の抵抗Ｒ及びインダクタンスＬが従来の電動駆動ユニット１より小さくなる。すなわち、ステータルートの抵抗Ｒ及びインダクタンスＬが従来の電動駆動ユニット１より小さくなっている。

図７は、第２実施形態の電動駆動ユニット１について、ステータルートのインピーダンスＺ１’の周波数特性と、ベアリングルートのインピーダンスＺ２’の周波数特性とを重ねて示したものである。従来の電動駆動ユニット１に対する周波数特性である図４とは異なり、第２実施形態の電動駆動ユニット１においても、ステータルートのインピーダンスＺ１’ 、ベアリングルートのインピーダンスＺ２’について、あらゆる周波数帯域において、Ｚ１’＜Ｚ２’が成り立っている。Ｚ１’＜Ｚ２’の関係が成り立つ場合、シャフト１０や第２軸受１６（インバータケース２１に近い側の軸受）を介して流れる高周波電流が減少する。これにより、シャフト１０の電位変動を抑制し、外部への電磁ノイズ放射を低減できるとともに、第２軸受１６の寿命を延ばすことができる。

このように、第２実施形態では、モータケース２とインバータケース２１とを導電性部材４４を介して固定している。第２実施形態によれば、導電性部材４４を介在させることにより、インバータケース２１と、モータケース２の周方向保持部材３とが低インピーダンスで接続される。従って、シャフト１０と第２軸受１６（インバータケース２１に近い側の軸受）を介する電流経路であるベアリングルートのインピーダンスＺ２’は、導電性部材４４を介さずに、インバータケース２１とモータケース２の周方向保持部材３を接続する場合のベアリングルートのインピーダンスよりも高くなる。これにより、シャフト１０と第２軸受１６を介さない電流経路であるステータルートのインピーダンスＺ１’は、あらゆる周波数帯域において、ベアリングルートのインピーダンスＺ２’より低くなる。従って、シャフト１０に流れる高周波電流成分が減少し、放射電磁ノイズを減少させることができる。

また、第２実施形態では、モータケース２の周方向保持部材３とインバータケース２１とを少なくとも１つの面（４１ａ、４３ａ）で当接させている。第２実施形態によれば、シャフト１０と第２軸受１６を介する電流経路であるベアリングルートのインピーダンスＺ２’は、少なくとも１つの面でモータケース２の周方向保持部材３とインバータケース２１と当接させていない場合よりも高い。また、シャフト１０と第２軸受１６を介さない電流経路であるステータルートのインピーダンスＺ１’は、あらゆる周波数帯域において、ベアリングルートのインピーダンスＺ２’より低い。これにより、シャフト１０に流れる高周波電流成分が減少し、これによって放射電磁ノイズを減少させることができる。

図８Ａに示す第３実施形態の電動駆動ユニット１は、図３Ａに示す従来の電動駆動ユニット１を前提として、シャフト１０の径方向外側にモータケース２の周方向保持部材３（または多角筒形状部材）をずらせて円筒状の空間を設け、この円筒状の空間にインバータケース２１及びインバータ回路部２２を組み込んだものである。第２実施形態の電動駆動ユニット１では、シャフト１０の軸方向に、モータ（６、９）とインバータ（２２）とを並行配置した。これに対して、第３実施形態の電動駆動ユニット１では、シャフト１０の径方向に、モータ（６、９）とインバータ（２２）とを重ねて配置している。すなわち、インバータケース２１をモータケース２の周方向保持部材３より小径の円筒状の周方向保持部材５１で構成している。また、インバータケース２１の周方向保持部材５１を、従来の電動駆動ユニット１において、モータケース２の周方向保持部材３のあった位置に配置している。

インバータケース２１の周方向保持部材５１の右端は、右側の第１鍔状部材４ｂに固定する。また、インバータケース２１の周方向保持部材５１の左端は、左側の第２鍔状部材５ｂに固定する。

インバータケース２１の周方向保持部材５１の外周壁には、全体として円環状に形成したインバータ回路部２２を固定し、インバータケース２１の周方向保持部材５１の内周壁には、ステータコア７を電気的に絶縁して固定する。つまり、第３実施形態の電動駆動ユニット１では、インバータケース２１の周方向保持部材５１は、ステータコア７の保持機能を兼ねている。一方、最外周に位置するモータケース２の周方向保持部材３は、インバータケースの一部を兼ねている。モータケース２の周方向保持部材３がインバータケースの一部を兼ねることは、モータケース２の周方向保持部材３とインバータケースの当接面積が広くなることを意味する。

実際に電動駆動ユニット１を製造する場合、焼き嵌め等を用いる。そのとき、モータケース２の周方向保持部材３の内周壁側に位置するインバータ回路部２２、インバータケース２１の周方向保持部材５１及びステータ６がモータケース２の周方向保持部材３によってシャフト１０の径方向内側に締め付けられる。従って、インバータケース２１の周方向保持部材５１及びステータ６には、圧力が作用したままの状態、つまり加圧状態となる。金属の部材間を当接（接触）させる場合、当接面（接触面）にかかる圧力により、当接部（接触部）の抵抗やインダクタンスが変化する。加わる圧力が大きいほど、当接部（接触部）の抵抗及びインダクタンスは小さくなる。

さらに、第３実施形態では、左右２つの鍔状部材４ｂ、５ｂに複数の溝５２、５３を設けている。複数の溝５２、５３を設けることによって、溝５２、５３を設けない場合に比べて、左右２つの鍔状部材４ｂ、５ｂの抵抗Ｒ及びインダクタンスＬが大きくなる。これによって、特に左側の第２鍔状部材５ｂのインピーダンスが大きくなる。

第３実施形態では、電動駆動ユニット１がほぼ左右対称である。図８Ａでは、シャフト１０の右端がキャップ４９で被覆され、シャフト１０の左端が減速機（図示せず）などを介して、車輪と接続されている場合を示している。

図８Ｂは、図８Ａに対して、ステータルート、ベアリングルートの２つのルートを書き入れた電動駆動ユニット１の概略縦断面図である。従来の電動駆動ユニット１に対してステータルート、ベアリングルートを書き入れた図３Ｂと比較すると、第３実施形態の電動駆動ユニット１では、以下のことが分かる。すなわち、ステータルートの長さが従来の電動駆動ユニット１のステータルートの長さより短く、ステータルートの抵抗Ｒ及びインダクタンスＬが従来の電動駆動ユニット１のステータルートの抵抗Ｒ及びインダクタンスＬより小さい。また、ベアリングルートの抵抗Ｒ及びインダクタンスＬが従来の電動駆動ユニット１のベアリングルートの抵抗Ｒ及びインダクタンスＬより大きい。

第３実施形態の電動駆動ユニット１においても、ステータルートのインピーダンスＺ１’の周波数特性と、ベアリングルートのインピーダンスＺ２’の周波数特性とを重ねた図は、図２、図７と同様となる。すなわち、全周波数帯域において、ステータルートのインピーダンスＺ１’とベアリングルートのインピーダンスＺ２’との間に、Ｚ１’＜Ｚ２’の関係が成立する。これによって、外部への電磁ノイズ放射を低減するとともに、第２軸受１６の寿命を延ばすことができる。

このように、第３実施形態では、モータケース２は、ステータ６及びロータ９の外周を電気的に絶縁した状態で収納する円筒状の周方向保持部材３と、第１鍔状部材４ｂと、第２鍔状部材５ｂとを有する。第１鍔状部材４ｂは、内周側に第１軸受１５を備え、シャフト１０の径方向外側に向かって延びている。第２鍔状部材５ｂは、内周側に第２軸受１６を備え、シャフト１０の径方向外側に向かって延びている。モータケース２の周方向保持部材３の内周側に、周方向保持部材３よりも小径の円筒状の周方向保持部材５１を、インバータケース２１の周方向保持部材５１として配置する。インバータケース２１の周方向保持部材５１のシャフト軸方向の両端を第１、第２の鍔状部材４ｂ、５ｂに固定すると共に、インバータケース２１の周方向保持部材５１とモータケース２の周方向保持部材３との間の空間に、インバータ回路部２２（インバータ）を収納している。

第３実施形態によれば、インバータケース２１とモータケース２の周方向保持部材３との当接面積（接触面積）が広くなる。また、焼き嵌め等を用いることに伴う加圧により、インバータケース２１と、モータケース２の周方向保持部材３とが加圧状態でない場合より、低抵抗かつ低インダクタンスで接続される。シャフト１０と第２軸受１６（インバータケース２１に近い側の軸受）を介さない電流経路であるステータルートのインピーダンスＺ１’は、あらゆる周波数帯域において、シャフト１０と第２軸受１６を介する電流経路であるベアリングルートのインピーダンスＺ２’より低くなる。これにより、シャフト１０に流れる高周波電流成分が減少し、これによって放射電磁ノイズを減少させることができる。

第３実施形態では、２つの鍔状部材４ｂ、５ｂに、複数の溝５２、５３を有している。第３実施形態によれば、２つの鍔状部材４ｂ、５ｂの抵抗及びインダクタンスが、２つの鍔状部材４ｂ、５ｂに複数の溝５２、５３を有しない場合より高くなる。これにより、シャフト１０と第２軸受１６を介さない電流経路であるステータルートのインピーダンスＺ１’は、あらゆる周波数帯域において、シャフト１０と第２軸受１６を介する電流経路であるベアリングルートのインピーダンスＺ２’より低くなる。従って、シャフト１０に流れる高周波電流成分が減少し、放射電磁ノイズが減少する。

図９Ａに示す第４実施形態の電動駆動ユニット１は、図３Ａに示す従来の電動駆動ユニット１を前提として、シャフト１０の径方向外側に、モータケース２の周方向保持部材３（または多角筒形状部材）をずらせて円筒状の空間を設け、この円筒状の空間にインバータケース２１及びインバータ回路部２２を組み込んだものである。この構成は、第３実施形態の電動駆動ユニット１と同じである。

ただし、第３実施形態の電動駆動ユニット１と相違して、モータケース２の周方向保持部材３の内周側に、インバータケース２１の周方向保持部材５１を配置せず、モータケース２の周方向保持部材３が、インバータケース２１の周方向保持部材５１の機能を兼ねている。すなわち、モータケース２の周方向保持部材３の内周壁に、全体として円環状に形成したインバータ回路部２２を電気的に絶縁して固定し、インバータ回路部２２の内周壁に、ステータコア７を電気的に絶縁して固定している。

また、第４実施形態の電動駆動ユニット１では、左右２つの鍔状部材４ｂ、５ｂの軸断面は、階段状の形状である。２つの鍔状部材４ｂ、５ｂの軸断面を階段状の形状とすることによって、２つの鍔状部材４ｂ、５ｂの抵抗Ｒ及びインダクタンスＬは、鍔状部材４ｂ、５ｂを階段状の形状としない場合よりも大きくなる。

図９Ｂは、図９Ａに対して、ステータルート、ベアリングルートの２つのルートを書き入れた電動駆動ユニット１の概略縦断面図である。第４実施形態の電動駆動ユニット１では、インバータ回路部２２とステータコア７とが直接接続されるため、ステータルートの長さが第３実施形態の電動駆動ユニット１のステータルートの長さよりさらに短くなる。これにより、ステータルートのインピーダンスＺ１’は、第３実施形態の電動駆動ユニット１のステータルートのインピーダンスより小さくなる。また、２つの鍔状部材４ｂ、５ｂが従来の電動駆動ユニット１の鍔状部材４ｂ、５ｂよりインピーダンスが高くなる構造なので、ベアリングルートのインピーダンスＺ２’は、従来の電動駆動ユニット１のベアリングルートのインピーダンスＺ２より大きくなる。

第４実施形態の電動駆動ユニット１においても、ステータルートのインピーダンスＺ１’の周波数特性と、ベアリングルートのインピーダンスＺ２’の周波数特性とを重ねた図は、図２、図７と同様となる。すなわち、全周波数帯域において、ステータルートのインピーダンスＺ１’とベアリングルートのインピーダンスＺ２’との間に、Ｚ１’＜Ｚ２’の関係が成立する。これによって、外部への電磁ノイズ放射を低減するとともに、第２軸受１６の寿命を延ばすことができる。

このように、第４実施形態では、モータケース２は、ステータ６及びロータ９の外周を電気的に絶縁した状態で収納する周方向保持部材３と、第１鍔状部材４ｂと、第２鍔状部材５ｂとを有する。第１鍔状部材４ｂは、内周側に第１軸受１５を備え、シャフト１０の径方向外側に向かって延びている。第２鍔状部材５ｂは、内周側に第２軸受１６を備え、シャフト１０の径方向外側に向かって延びている。モータケース２の周方向保持部材３の内周壁に、全体として円環状に形成したインバータ回路部２２（インバータ）を固定し、円環状に形成したインバータ回路部２２の内周壁に、ステータ６を固定している。第４実施形態によれば、インバータケース２１とモータケース２の周方向保持部材３とを同一部材としているので、部品点数を削減できる。また、インバータケース２１とモータケース２の周方向保持部材３との間の抵抗及びインダクタンスが無くなるので、シャフト１０と第２軸受１６を介さない電流経路であるステータルートのインピーダンスＺ１’は、あらゆる周波数帯域において、シャフト１０と第２軸受１６を介する電流経路であるベアリングルートのインピーダンスＺ２’より低くなる。これにより、シャフト１０に流れる高周波電流成分が減少し、これによって放射電磁ノイズが減少させることができる。

第４実施形態では、２つの鍔状部材４ｂ、５ｂの軸断面が階段状である。第４実施形態によれば、２つの鍔状部材４ｂ、５ｂの抵抗及びインダクタンスが、２つの鍔状部材４ｂ、５ｂの軸断面が階段状でない場合より高くなる。従って、シャフト１０と第２軸受１６を介さない電流経路であるステータルートのインピーダンスＺ１’は、あらゆる周波数帯域において、シャフト１０と第２軸受１６を介する電流経路であるベアリングルートのインピーダンスＺ２’より低くなる。これにより、シャフト１０に流れる高周波電流成分が減少し、放射電磁ノイズが減少する。

図１０Ａに示す第５実施形態の電動駆動ユニット１は、第１〜第４の実施形態の電動駆動ユニット１と相違して、ラジアルギャップアウターロータタイプのモータを対象とする。

第５実施形態の電動駆動ユニット１では、インバータケース２１は、ステータ保持機能とアウターロータ保持機能を有し、左右２つの鍔状部材４ｂ、５ｂを２つの軸受１５、１６を介して保持する。すなわち、インバータケース２１を円盤状部材６１と、円盤状部材６１の軸心位置に設けられる軸状部材６２とからなる支持部材として構成する。軸状部材６２の外周壁に、ステータ６を固定し、モータケース２の周方向保持部材３の内周壁に、ロータ９を固定する。

モータケース２の周方向保持部材３は、円筒状である。周方向保持部材３の右端には、第１鍔状部材４ｂを固定し、周方向保持部材３の左端には、第２鍔状部材５ｂを固定する。第１鍔状部材４ｂは、第１軸受１５を介して、インバータケース２１の軸状部材６２（支持部材）に回転支持する。第２鍔状部材５ｂは、第２軸受１６を介してインバータケース２１の円盤状部材６１（支持部材）に回転支持する。

ステータコア７の内部には、全体として円環状に形成したインバータ回路部２２を絶縁して配置する。これは、インバータ回路部２２とステータコア７とを広い面積で直接当接させることにより、ステータルートのインピーダンスＺ１’を従来の電動駆動ユニット１のステータルートのインピーダンスＺ１より小さくするためである。

このように構成されるラジアルギャップアウターロータタイプのモータでは、左右２つの鍔状部材４ｂ、５ｂと、モータケース２の周方向保持部材３とがロータ９と一体で回転する。

図１０Ｂは、図１０Ａに対して、ステータルート、ベアリングルートの２つのルートを書き入れた電動駆動ユニット１の概略縦断面図である。第５実施形態の電動駆動ユニット１では、インバータ回路部２２とステータコア７とを広い面積で直接当接することにより、ステータルートのインピーダンスＺ１’が従来の電動駆動ユニット１のステータルートのインピーダンスＺ１より小さくなる。また、ベアリングルートのインピーダンスＺ１’が従来の電動駆動ユニット１のベアリングルートのインピーダンスＺ２より大きくなる。これによって、第５実施形態の電動駆動ユニット１においても、ステータルートのインピーダンスの周波数特性と、ベアリングルートのインピーダンスの周波数特性とを重ねた図は、図２、図７と同様となる。すなわち、全周波数帯域において、ステータルートのインピーダンスＺ１’とベアリングルートのインピーダンスＺ２’との間に、Ｚ１’＜Ｚ２’の関係が成立する。これによって、外部への電磁ノイズ放射を低減するとともに、第２軸受１６の寿命を延ばすことができる。

このように、第５実施形態では、モータケース２は、ステータ６及びロータ９の外周を電気的に絶縁した状態で収納する周方向保持部材３と、第１鍔状部材４ｂと、第２鍔状部材５ｂとを有する。第１鍔状部材４ｂは、内周側に第１軸受１５を備え、シャフト１０の径方向外側に向かって延びている。第２鍔状部材５ｂは、内周側に第２軸受１６を備え、シャフト１０の径方向外側に向かって延びている。インバータケース２１は、円盤状部材６１と、円盤状部材６１の軸心位置に設けられる軸状部材６２とからなる支持部材で構成する。軸状部材６２の外周壁にはステータ６を固定し、周方向保持部材３の内周壁には、ロータ９を固定する。また、第１鍔状部材４ｂは、第１軸受１５を介して、支持部材（６１、６２）に回転支持し、第２鍔状部材５ｂは、第２軸受１６を介して、支持部材（６１、６２）に回転支持する。インバータ回路部２２（インバータ）は、ステータ６に直接固定している。第５実施形態によれば、インバータケース２１がステータ６と直接接続する構造により、インバータケース２１とステータ６との間のインピーダンスが低減する。従って、シャフト１０と第２軸受１６を介さない電流経路であるステータルートのインピーダンスは、あらゆる周波数帯域において、シャフト１０と第２軸受１６を介する電流経路であるベアリングルートのインピーダンスより低くなる。これにより、シャフト１０に流れる高周波電流成分が減少し、これによって放射電磁ノイズを減少させることができる。

以上、本発明を添付の図面を参照して詳細に説明したが、本発明はこのような具体的構成に限定されるものではなく、添付した請求の範囲の趣旨内における様々な変更及び同等の構成を含むものである。

上述した各実施形態における電動駆動ユニットでは、インバータ２２から発生する高周波電流が流れる複数の経路のうち、ステータ６を経由する経路（ステータルート）の長さがシャフト１０を経由する経路（ベアリングルート）の長さより短くなるような構造とした。しかし、ステータルートの長さとベアリングルートの長さとが等しい場合でも、上述した効果はある。従って、ステータ６を経由する経路（ステータルート）の長さがシャフト１０を経由する経路（ベアリングルート）の長さ以下となるように構成すればよい。

第３実施形態では、２つの鍔状部材４ｂ、５ｂに、複数の溝５２、５３を設けたが、第４実施形態において、２つの鍔状部材４ｂ、５ｂに、複数の溝５２、５３を設けるようにしてもよい。また、第４実施形態において、２つの鍔状部材４ｂ、５ｂの軸断面が階段状となるようにしたが、第３実施形態において、２つの鍔状部材４ｂ、５ｂの軸断面が階段状となるようにしてもよい。

本願は２０１０年７月２６日に日本国特許庁に出願された特願２０１０−１６６８５１に基づく優先権を主張し、この出願の全ての内容は参照により本明細書に組み込まれる。

本発明のある態様における電動駆動ユニットは、インバータと、インバータからの交流電流を受けて磁界を形成するステータと、このステータの形成する磁界によって回転するロータと、このロータ軸方向の一方及び他方に突出してロータと一体動するシャフトと、インバータを電気的に絶縁した状態で収納するインバータケースと、ステータ及びロータを収納すると共に、シャフトの一端を第１軸受を介して、シャフトの他端を第２軸受を介して回転可能に支持するモータケースとを備える。そして、２つの軸受よりも内側にインバータ及びインバータケースを配置し、インバータから発生する高周波電流が流れる複数の経路のうち、ステータを経由する経路の長さは、シャフトを経由する経路の長さ以下である。

Claims (9)

1. インバータ（２２）と、
   前記インバータ（２２）からの交流電流を受けて磁界を形成するステータ（６）と、
   前記ステータ（６）の形成する磁界によって回転するロータ（９）と、
   前記ロータ（９）の軸方向の一方及び他方に突出して、前記ロータ（９）と一体動するシャフト（１０）と、
   前記インバータ（２２）を電気的に絶縁した状態で収納するインバータケース（２１）と、
   前記ステータ（６）及び前記ロータ（９）を電気的に絶縁した状態で収納すると共に、前記シャフト（１０）の一端を第１軸受を介して回転可能に支持し、前記シャフト（１０）の他端を第２軸受を介して回転可能に支持するモータケース（２）と
   を備え、
   前記第１軸受および前記第２軸受の２つの軸受よりも内側に、前記インバータ（２２）及び前記インバータケース（２１）を配置する電動駆動ユニット。
2. 請求項１に記載の電動駆動ユニットにおいて、
   前記モータケース（２）と前記インバータケース（２１）とを導電性部材を介して固定する、
   電動駆動ユニット。
3. 請求項１に記載の電動駆動ユニットにおいて、
   前記モータケース（２）と前記インバータケース（２１）とを少なくとも１つの面で当接させる、
   電動駆動ユニット。
4. 請求項１に記載の電動駆動ユニットにおいて、
   前記モータケース（２）は、
   前記ステータ（６）及び前記ロータ（９）の外周を電気的に絶縁した状態で収納する円筒状の周方向保持部材（３）と、
   内周側に前記第１軸受を備え、前記シャフト（１０）の径方向外側に向かって延びる第１鍔状部材（４ｂ）と、
   内周側に前記第２軸受を備え、前記シャフトの径方向外側に向かって延びる第２鍔状部材（５ｂ）と
   を有し、
   前記モータケース（２）の周方向保持部材（３）の内周側に、前記周方向保持部材（３）よりも小径の円筒状の周方向保持部材（５１）を前記インバータケース（２１）の周方向保持部材として配置し、
   前記インバータケース（２１）の周方向保持部材のシャフト軸方向の両端を前記第１の鍔状部材（４ｂ）及び第２の鍔状部材（５ｂ）に固定すると共に、
   前記インバータケース（２１）の周方向保持部材（５１）と前記モータケースの周方向保持部材（３）との間の空間に、前記インバータ（２２）を収納する、
   電動駆動ユニット。
5. 請求項１に記載の電動駆動ユニットにおいて、
   前記モータケース（２）は、
   前記ステータ（６）及び前記ロータ（９）の外周を電気的に絶縁した状態で収納する周方向保持部材（３）と、
   内周側に前記第１軸受を備え、前記シャフト（１０）の径方向外側に向かって延びる第１鍔状部材（４ｂ）と、
   内周側に前記第２軸受を備え前記シャフト（１０）の径方向外側に向かって延びる第２鍔状部材（５ｂ）と
   を有し、
   前記モータケース（２）の周方向保持部材（３）の内周壁に、全体として円環状に形成したインバータ（２２）を固定し、
   前記円環状に形成したインバータ（２２）の内周壁に、前記ステータ（６）を固定する、
   電動駆動ユニット。
6. 請求項１に記載の電動駆動ユニットにおいて、
   前記モータケース（２）は、
   前記ステータ（６）及び前記ロータ（９）の外周を電気的に絶縁した状態で収納する周方向保持部材（３）と、
   内周側に前記第１軸受を備え、前記シャフト（１０）の径方向外側に向かって延びる第１鍔状部材（４ｂ）と、
   内周側に前記第２軸受を備え、前記シャフト（１０）の径方向外側に向かって延びる第２鍔状部材（５ｂ）と
   を有し、
   前記インバータケース（２１）を円盤状部材（６１）と、この円盤状部材（６１）の軸心位置に設けられる軸状部材（６２）とからなる支持部材で構成し、
   前記軸状部材（６２）の外周壁に前記ステータ（６）を固定し、前記周方向保持部材（３）の内周壁に前記ロータ（９）を固定し、
   前記第１鍔状部材（４ｂ）を、前記第１軸受を介して前記支持部材に回転支持し、前記第２鍔状部材（５ｂ）を、前記第２軸受を介して前記支持部材に回転支持し、
   前記インバータ（２２）を前記ステータ（６）に直接固定する、
   電動駆動ユニット。
7. 請求項４または５に記載の電動駆動ユニットにおいて、
   前記第１鍔状部材（４ｂ）および前記第２鍔状部材（５ｂ）は、複数の溝を有する、
   電動駆動ユニット。
8. 請求項４または５に記載の電動駆動ユニットにおいて、
   前記第１鍔状部材（４ｂ）および前記第２鍔状部材（５ｂ）の軸断面は、階段状である、
   電動駆動ユニット。
9. インバータ（２２）と、
   前記インバータ（２２）からの交流電流を受けて磁界を形成するステータ（６）と、
   前記ステータ（６）の形成する磁界によって回転するロータ（９）と、
   前記ロータ（９）の軸方向の一方及び他方に突出して、前記ロータ（９）と一体動するシャフト（１０）と、
   を備え、
   前記インバータ（２２）から発生する高周波電流が流れる複数の経路のうち、前記ステータ（６）を経由する経路の長さは、前記シャフト（１０）を経由する経路の長さ以下である電動駆動ユニット。

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