WO2012077671A1 - 車載用回転電機および電動車両 - Google Patents

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森　英明
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Definitions

  • the present invention relates to an in-vehicle rotating electric machine used for driving and driving an electric vehicle such as HEV and EV, and an electric vehicle equipped with the in-vehicle rotating electric machine.
  • a large number of rotating electrical machines are installed in automobiles and the like in addition to home appliances and various OA devices (see Patent Documents 1 and 2).
  • a rotating electric machine for vehicle travel is required to have a large output, and since the rotation range is wide, the excitation frequency of the electromagnetic excitation force changes greatly.
  • demands for vibration reduction and noise reduction have been increasing due to the pursuit of a comfortable environment in the passenger compartment. Therefore, many technologies for reducing vibration and noise from the rotating electrical machine main body have been developed.
  • the excitation frequency of the electromagnetic excitation force changes greatly because the rotation range is wide, and the vibration frequency due to resonance coincides with the natural frequency of the structure at a specific rotation number. ⁇ Noise is likely to occur. For this reason, the vibration generated from the rotating electrical machine is transmitted to the parts to which the rotating electrical machine is attached, for example, the parts constituting the vehicle such as a transmission or a gear box, rather than the vibration and noise generated in the rotating electrical machine main body. The vibration and noise that are generated become relatively large, and it is necessary to reduce such vibration and noise.
  • the in-vehicle rotating electrical machine is an in-vehicle rotating electrical machine used for driving and driving an electric vehicle, and includes a stator having a stator core wound with a stator winding, and an inner peripheral side of the stator core. A rotor arranged with a rotation gap; and an attachment member for attaching the stator to the vehicle, wherein the attachment member has an axial position that matches the axial position of the magnetic center of the stator. It is formed to do.
  • a rotating electrical machine housing that holds the stator core and includes an attachment member on the outer peripheral surface.
  • the mounting member is integrally formed on the outer peripheral surface of the stator core.
  • the attachment member is a press-fit portion that is integrally formed so as to protrude from the outer peripheral surface of the stator core, and is formed in the stator core. It is preferable that the stator core is attached to the vehicle side by press-fitting the press-fitting portion into the pressed-in portion on the vehicle side.
  • the axial dimension of the stator core is L, a composite comprising a rotor and a driven body connected to the rotor.
  • the electric vehicle is equipped with the on-vehicle rotating electrical machine of the first aspect as a traveling motor.
  • vibration and noise can be reduced in an electric vehicle equipped with a vehicle-mounted rotating electrical machine.
  • FIG. 1 is a schematic diagram showing a schematic configuration of an electric vehicle equipped with a vehicle-mounted rotating electrical machine.
  • FIG. 2 is a cross-sectional view showing the rotating electrical machine 100 housed in the gear box 3.
  • FIG. 3 is a view showing a cross section of a rotating electrical machine 100 having a plurality of rotors 2A and 2B.
  • FIG. 4 is a diagram showing the rotating electrical machine 1000 when the position of the center of gravity is matched with the mounting position.
  • FIG. 5 is a diagram illustrating another example in the case where the position of the center of gravity is matched with the attachment position.
  • FIG. 6 is a diagram illustrating a simulation result of the frequency response of the average vibration speed.
  • FIG. 7 is a diagram showing the relationship between the magnetic center MC and the attachment position F.
  • FIG. 8 is a diagram showing simulation results in the case where the deviation rate ⁇ is 0%, 20%, and 25% and in the conventional case.
  • FIG. 9 is an enlarged view of the peak portion in the vicinity of 5000 [r / min] in FIG.
  • FIG. 10 is a diagram illustrating a first modification of the rotating electrical machine 100.
  • FIG. 11 is a diagram showing the shape of the stator core 4 in the first modification.
  • FIG. 12 is a diagram illustrating a second modification of the rotating electrical machine 100.
  • FIG. 13 is a diagram illustrating a third modification of the rotating electrical machine 100.
  • FIG. 1 is a schematic diagram showing a schematic configuration of a drive unit of an electric vehicle equipped with a vehicle-mounted rotating electrical machine according to the present embodiment.
  • a rotating electrical machine 100, a gear mechanism 200, an inverter 110, and a battery 120 are mounted on the vehicle 300.
  • the electric vehicle shown in FIG. 1 is a front wheel drive type vehicle, and the driving force of the rotating electrical machine 100 is transmitted to the front wheels 310 via the gear mechanism 200.
  • the rotating electrical machine 100 is housed in the gear box 3 in which the gear mechanism 200 is housed.
  • the DC power of the battery 120 is converted into AC power by the inverter 110, and the AC power is supplied to the rotating electrical machine 100.
  • a three-phase synchronous motor is used for the rotating electrical machine 100.
  • FIG. 2 is a cross-sectional view showing an example of the rotating electrical machine 100 housed in the gear box 3.
  • the rotating electrical machine 100 includes a stator 1 and a rotor 2.
  • the stator 1 includes a stator core 4 formed by laminating electromagnetic steel plates in the axial direction, and a stator coil 6 wound around the stator core 4.
  • the rotor 2 is inserted through a slight gap.
  • a rotor shaft 2a extending to the left and right of the rotor 2 is supported by a bearing (not shown).
  • a gear mechanism 200 driven by the rotating electrical machine 100 that is, a driven body as a load is connected to the left rotor shaft 2a (output shaft).
  • stator core 4 is held on the inner peripheral surface of the cylindrical housing 5.
  • the stator core 4 is shrink-fitted or press-fitted into the inner peripheral surface of the housing 5.
  • a flange 5 a is formed on the outer peripheral surface of the housing 5.
  • a plane indicated by a one-dot chain line is a plane perpendicular to the axis passing through the magnetic center MC of the stator core 4.
  • the flange 5 a is a support portion for fixing the housing 5 to the gear box 3, and is fixed to the gear box 3 by bolts 7.
  • the gear box 3 is fixed to the vehicle side.
  • the flange 5 a is formed so that the axial position of the flange mounting surface in contact with the gear box 3 and the axial position of the magnetic center MC of the stator core 4 substantially coincide.
  • the magnetic center is defined by the following two points. (a) With respect to the plane perpendicular to the axis, the position where the resultant electromagnetic excitation force generated by the stator or rotor is balanced within the plane. (b) With respect to the axial direction, when the stator or rotor is divided into two planes perpendicular to the axis, the resultant position balances the resultant electromagnetic excitation force in the axial direction of the divided stator or rotor.
  • the rotor 2 when the rotor 2 is composed of a plurality of rotors connected in series, only one axis perpendicular to the axis is defined for the axial range where all the rotors exist.
  • the axial position of the magnetic center MC is It exists in the plane perpendicular to the axis. In this case, there may be a magnetic gap between the two rotors.
  • the magnetic center of the stator and the magnetic center of the rotor are configured to coincide with each other, and the magnetic center is located at the axial center (the center in the stacking direction) of the stator 1 (or the rotor 2). To do. Also in the case of the rotating electrical machine 100 shown in FIG.
  • the axial position of the center of gravity G is on the left side (driven body side) of the left end surface of the rotor 2 and the stator core 4, and the axial position of the mounting surface of the flange 5a is substantially coincident with the position of the center of gravity. In this way, it is formed at the left end of the housing 5.
  • the axial position of the center of gravity G is slightly on the right side of the left end surface of the rotor 2 and the stator core 4, and the flange 5a is arranged so that the axial position of the mounting surface substantially coincides with the position of the center of gravity.
  • the housing 5 is formed at a position inside from the left end.
  • the driven body may have a larger mass and moment than the rotating electrical machine.
  • the axial position of the center of gravity G is close to the end of the rotating electrical machine 1000 as shown in FIG. 5, or it is out of the range of the rotor 2 and the stator core 4 as shown in FIG.
  • the center of gravity G changes with time.
  • the axis of the center of gravity G is within the range of the rotor shaft length and the stator shaft length of the rotating electrical machine 1000. There is no guarantee that a directional position exists.
  • FIG. 6 is a diagram showing simulation results regarding the rotating electrical machine shown in FIGS. That is, the frequency response of the average vibration speed (the average vibration speed of the surfaces of the rotary electric machines 100 and 1000 and the gear box 3) when the torque ripple of the same amplitude is input to the stator core 4 of the rotary electric machine model shown in FIGS. It is shown.
  • a curve L1 is a calculation result regarding the rotating electrical machine 100 of FIG. 2
  • a curve L2 is a calculation result regarding the rotating electrical machine 1000 shown in FIG.
  • the peak near 2000 [r / min] of the curve L2 moves to around 500 [r / min] in the curve L1
  • the peak near 4500 [r / min] of the curve L2 is 5000 [r / min] in the curve L1.
  • the curve L1 of the present embodiment has an overall lower average vibration speed, and about 30 [dB] is obtained when the peaks are compared. Average vibration speed is decreasing.
  • the magnetic center MC which is the position where the resultant force of the electromagnetic excitation force acts, and the position where the stator 1 is mounted on the vehicle side are substantially the same in the axial direction. Therefore, compared with the case of FIG. 4, it is considered that the axial distance between the attachment position with the gear box 3 and the magnetic center MC is shortened, and the moment due to the electromagnetic excitation force acting on the attachment position can be reduced.
  • the average vibration speed of the peak on the low-speed rotation side (the peak near 500 [r / min]) is reduced by about 30 dB.
  • the rotating electrical machine 100 since starting and stopping of the vehicle are frequently repeated, the rotating electrical machine 100 is frequently turned on and off. Moreover, since the wind noise and road noise become smaller as the vehicle speed is lower, vibration and noise caused by the rotating electrical machine 100 are more conspicuous. For this reason, in electric vehicles such as EVs and HEVs, there is a strict requirement for vibration reduction especially during low-speed rotation. Therefore, the fact that the average vibration speed on the low-speed rotation side can be greatly reduced as in the present embodiment is a result that meets the demand for vibration reduction during low-speed rotation.
  • the average vibration speed of the peak on the high-speed rotation side (peak near 5000 [r / min]) is about 7 dB compared to the peak near 4500 [r / min] on the curve L2. Is increasing.
  • the peak in the vicinity of 5000 [r / min] is an average vibration speed peak at substantially the same level as the peak in the vicinity of 2000 [r / min] in the conventional case (curve L2).
  • the higher the vehicle speed the greater the influence of the vehicle noise from other sound sources such as wind noise and road noise.
  • the axial position of the mounting position is made to substantially coincide with the axial position of the magnetic center MC of the stator core 4, so Since the vibration speed can be greatly reduced, the noise reduction effect is high and the quietness can be improved as compared with the conventional case.
  • the simulation result shown in FIG. 6 is a calculation result in the case where the axial position of the stator side mounting position is matched with the axial position of the magnetic center MC.
  • L is the stacking thickness (ie, axial dimension) of the stator core 4, and L1 is the axial distance of the mounting position F with respect to the magnetic center MC.
  • L1 is set to be positive.
  • the deviation rate ⁇ 50%
  • ⁇ ⁇ 50%.
  • FIG. 8 shows the simulation results when the deviation rate ⁇ is 0%, 20%, and 25% and when the axial position of the mounting position is matched with the center of gravity G as in the conventional case (FIG. 5). Yes, it shows the frequency response of average vibration speed when torque ripple of the same amplitude is input.
  • FIG. 9 is an enlarged view of the peak portion in the vicinity of 5000 [r / min].
  • a curve L14 represents a conventional case where the axial position of the center of gravity G and the mounting position are matched.
  • the average vibration velocity peak amplitude tends to increase as the deviation rate between the mounting position and the axial position of the magnetic center MC increases.
  • 8 and 9 show the case where the deviation rate ⁇ is 0%, 20%, and 25%, but the deviation rate ⁇ is more detailed such as 0%, 5%, 10%, 15%, 20%, and 25%.
  • the peak value near 5000 [r / min] is 0% (5250 [r / min], -21.1dB), 5% (5125 [r / min], -21.1dB), 10% ( 5125 [r / min], -17.7 dB), 15% (5125 [r / min], -17.5 dB), 20% (5000 [r / min], -19.8 dB), 25% (5000 [r / min] ], -15.9dB). Further, the peak in the vicinity of 2000 [r / min] in the conventional case is ⁇ 22.1 dB.
  • the allowable range of the deviation rate ⁇ between the axial position of the mounting position and the axial position of the magnetic center MC can be 0 to 20% of the stacking thickness L of the stator core.
  • the stator core 4 is held on the inner peripheral surface of the cylindrical housing 5, and the housing 5 is attached to the gear box 3 fixed to the vehicle.
  • the stator core 4 may be directly attached to the gear box 3.
  • the stator core 4 is provided with a flange portion 4 a having a bolt hole 4 b formed on the outer peripheral surface of the stator core 4, and the end surface of the flange portion 4 a is in contact with the gear box 3.
  • the position of the end face of the flange portion 4 a is the attachment position, and the position of the end face is made to substantially coincide with the axial position of the magnetic center MC of the stator core 4.
  • the stator core 4 is press-fitted into the gear box 3 and fixed.
  • a ring-shaped press-fit portion 4 c is formed on the outer peripheral surface of the stator core 4.
  • the axially central portion of the press-fit portion 4c is regarded as an attachment position, and the attachment position and the axial position of the magnetic center MC of the stator core 4 are configured to substantially coincide.
  • the press-fit portion 4 c is formed in a ring shape, but a predetermined range of a plurality of places may be used as the press-fit portion instead of the entire range of 360 deg.
  • the rotor 2 is configured to be supported by a bearing provided on the gear box 3 side.
  • the configuration shown in FIG. 13 like a general rotating electric machine, it is supported by bearings 12 arranged on a front bracket 11 a and a rear bracket 11 b provided in the housing 5 of the rotating electric machine 100.
  • a mounting flange 5 a is formed on the outer peripheral surface of the housing 5, and the axial position of the mounting surface is the axial position of the magnetic center MC of the stator core 4. Match roughly.
  • the rotating electrical machine of the present embodiment has the following characteristics. (1) In the rotating electrical machine 100, the stator 1 having the stator core 4 wound with the stator winding, the rotor 2 arranged with a rotation gap on the inner peripheral side of the stator core 4, and the stator 1 are attached to the vehicle.
  • the mounting member 5a is formed so that the axial position of the mounting position with the vehicle coincides with the axial position of the magnetic center MC of the stator 1. As a result, noise and vibration caused by the rotating electrical machine 100 can be reduced.
  • the stator core 4 may be held so as to be included, and a rotating electrical machine housing 5 having a flange 5a as an attachment member formed on the outer peripheral surface may be provided. Further, the attachment member 4 c may be integrally formed on the outer peripheral surface of the stator core 4. In this case, the attachment member 4c is a press-fit portion formed integrally so as to protrude from the outer peripheral surface of the stator core 4, and the press-fit portion 4c formed on the stator core 4 is press-fitted into the gear box 3 which is a press-fit portion on the vehicle side. By doing so, the stator core 4 is attached to the vehicle side.
  • the case where the rotating electrical machine 100 is housed in the gear box 3 has been described as an example.
  • the embodiment is not limited to the gear box, and is mounted on vehicle-side components (for example, transmission, inverter case, axle).
  • vehicle-side components for example, transmission, inverter case, axle.
  • the present invention can be applied.

Abstract

　車載用回転電機１００は、ステータコイル６を巻回したステータコア４を有するステータ１と、ステータコア４の内周側に回転ギャップを有して配置されるロータ２と、ステータ１を車両３００に取り付けるための取り付け部材であるフランジ５ａと、を備え、フランジ５ａは、車両３００との取り付け位置の軸方向位置がステータ１の磁気中心の軸方向位置と一致するように形成されている。

Description

車載用回転電機および電動車両
　本発明は、ＨＥＶ、ＥＶ等の電動車両の走行駆動に用いられる車載用回転電機、および、車載用回転電機が搭載された電動車両に関する。
　回転電機は家電製品や各種ＯＡ機器の他、自動車等にも多数搭載されている(特許文献１、２参照)。車両走行用の回転電機には大出力が要求され、また、回転範囲が広いために電磁加振力の加振周波数が大きく変化する。また、車室内の快適環境の追求により振動低減および騒音低減の要求が近年高まっていることから、回転電機本体からの振動、騒音を低減する技術が多数開発されている。
日本国特開２００８－２５４６６８号公報 日本国特開２０００－１９７２９０号公報
　しかしながら、上述したように車載用回転電機では、回転範囲が広いために電磁加振力の加振周波数が大きく変化し、特定の回転数で構造体の固有振動数と一致して、共振による振動・騒音が発生しやすい。そのため、回転電機本体で発生する振動、騒音よりも、回転電機から発生する振動が、回転電機を取り付けられた部品、例えば、車両またはトランスミッションやギヤボックス等の車両を構成する部品に伝達されて発生する振動、騒音のほうが相対的に大きくなり、そのような振動や騒音の低減が必要とされている。
　本発明の第１の態様によると、車載用回転電機は電動車両の走行駆動に用いられる車載用回転電機であって、ステータ巻線を巻回したステータコアを有するステータと、ステータコアの内周側に回転ギャップを有して配置されるロータと、ステータを車両に取り付けるための取り付け部材と、を備え、取り付け部材が、車両との取り付け位置の軸方向位置がステータの磁気中心の軸方向位置と一致するように形成されている。
　本発明の第２の態様によると、第１の態様の車載用回転電機において、ステータコアを内包するように保持し、外周面に取り付け部材が形成された回転電機用ハウジングを備えるのが好ましい。
　本発明の第３の態様によると、第１の態様の車載用回転電機において、取り付け部材が、ステータコアの外周面に一体に形成されているのが好ましい。
　本発明の第４の態様によると、第３の態様の車載用回転電機において、取り付け部材は、ステータコアの外周面に突出するように一体に形成された圧入部であって、ステータコアに形成された圧入部を車両側の被圧入部に圧入することにより、ステータコアが車両側に取り付けられているのが好ましい。
　本発明の第５の態様によると、第１乃至４の態様いずれか一に記載の車載用回転電機において、ステータコアの軸方向寸法をＬ、ロータおよび該ロータに接続される被駆動体から成る複合体の重心の方向への、取り付け位置の軸方向ずれ寸法をＬ１としたとき、位置ずれ率Δ＝（Ｌ１／Ｌ）×１００が±２０％以内の範囲となるように寸法Ｌ１が設定されているのが好ましい。
　本発明の第６の態様によると、電動車両は、第１の態様の車載用回転電機を走行用電動機として搭載する。
　本発明によれば、車載用回転電機を搭載した電動車両において、振動や騒音の低減を図ることができる。
図１は、車載用回転電機を搭載した電気自動車の概略構成を示す模式図である。 図２は、ギヤボックス３内に収納された回転電機１００を示す断面図である。 図３は、複数個のロータ２Ａ，２Ｂを有する回転電機１００の断面を示す図である。 図４は、重心位置と取り付け位置を一致させた場合の回転電機１０００を示す図である。 図５は、重心位置と取り付け位置を一致させた場合の他の例を示す図である。 図６は、平均振動速度の周波数応答のシミュレーション結果を示す図である。 図７は、磁気中心ＭＣと取り付け位置Ｆとの関係を示す図である。 図８は、ずれ率Δが０％、２０％、２５％の場合と、従来の場合のシミュレーション結果を示す図である。 図９は、図８の５０００［r/min］付近のピーク部分を拡大して示した図である。 図１０は、回転電機１００の第１の変形例を示す図である。 図１１は、第１の変形例におけるステータコア４の形状を示す図である。 図１２は、回転電機１００の第２の変形例を示す図である。 図１３は、回転電機１００の第３の変形例を示す図である。
　以下、図を参照して本発明を実施するための形態について説明する。図１は、本実施の形態による車載用回転電機を搭載した電気自動車の、駆動部の概略構成を示す模式図である。車両３００には、回転電機１００、ギヤ機構２００、インバータ１１０、バッテリ１２０が搭載されている。図１に示す電気自動車は前輪駆動式の車両であり、回転電機１００の駆動力は、ギヤ機構２００を介して前輪３１０へと伝達される。回転電機１００は、ギヤ機構２００が収められているギヤボックス３内に収納されている。バッテリ１２０の直流電力はインバータ１１０により交流電力に変換され、その交流電力が回転電機１００に供給される。回転電機１００には、例えば、三相同期モータが用いられる。
　図２は、ギヤボックス３内に収納された回転電機１００の一例を示す断面図である。回転電機１００は、ステータ１およびロータ２を備えている。ステータ１は、電磁鋼板を軸方向に積層して成るステータコア４と、ステータコア４に巻回されたステータコイル６とを備えている。ステータコア４の内周側には、僅かな隙間を介してロータ２が挿入されている。ロータ２の図示左右に延びるロータ軸２ａは、不図示の軸受けにより支持されている。左側のロータ軸２ａ（出力軸）には、回転電機１００により駆動されるギヤ機構２００、すなわち負荷としての被駆動体が接続されている。
　一方、ステータコア４は、円筒状のハウジング５の内周面に保持されている。ステータコア４は、ハウジング５の内周面に焼き嵌めまたは圧入されている。ハウジング５の外周面には、フランジ５ａが形成されている。一点鎖線で示す面は、ステータコア４の磁気中心ＭＣを通る軸直角平面である。フランジ５ａは、ハウジング５をギヤボックス３に固定するための支持部であり、ボルト７によってギヤボックス３に固定されている。ギヤボックス３は、車両側に固定されている。フランジ５ａは、ギヤボックス３と接触しているフランジ取り付け面の軸方向位置とステータコア４の磁気中心ＭＣの軸方向位置とが概ね一致するように形成されている。
　磁気中心とは以下の２点で定義されるものである。
(a)軸直角平面内に関しては、面内においてステータまたはロータに発生する電磁加振力の合力がつりあう位置
(b)軸方向に関しては、ステータまたはロータを軸直角平面で２分割して考えた場合に、２つに分割されたステータまたはロータの軸方向の電磁加振力の合力がつりあう位置
　なお、直列につながれた複数個のロータでロータ２が構成される場合、全てのロータが存在する軸方向範囲について軸直角平面は１つのみ定義される。例えば、図３に示すように、同一形状のロータ２Ａ、２Ｂがそれらの中間に位置する軸直角平面に対して鏡像となるように設けられている場合、磁気中心ＭＣの軸方向位置は、その軸直角平面内に存在することになる。この場合、２つのロータ間に磁気的な隙間があってもよい。
　一般的に、大部分の回転電機ではステータの磁気中心とロータの磁気中心とが一致するように構成され、磁気中心はステータ１（またはロータ２）の軸方向中央（積層方向の中央）に位置する。図２に示す回転電機１００の場合も、磁気中心はステータ１の軸方向中央に位置し、ステータ１とロータ２の磁気中心が一致している。
　ところで、従来の回転電機１０００では、図４、５に示すように、ハウジング５に設けられたフランジ５ａの固定面の軸方向位置と、ロータ出力側に連結される被駆動体（本実施の形態ではギヤ機構２００）とロータ２とを合わせた回転体の重心Ｇの軸方向位置（破線で示す）と、を概ね一致させる構造とするのが、一般的である。
　図４に示す例では、重心Ｇの軸方向位置はロータ２、ステータコア４の左端面よりも左側（被駆動体側）にあり、フランジ５ａは、その取り付け面の軸方向位置が重心位置とほぼ一致するようにハウジング５の左端に形成されている。また、図５に示す例では、重心Ｇの軸方向位置はロータ２、ステータコア４の左端面よりも若干右側にあり、フランジ５ａは、取り付け面の軸方向位置が重心位置とほぼ一致するようにハウジング５の左端から内側に入った位置に形成されている。
　車載用回転電機の場合、回転電機に対して被駆動体（本実施の形態ではギヤ機構２００）の方が質量、モーメントが大きくなることがある。そのような場合、図５に示すように重心Ｇの軸方向位置が回転電機１０００の端部近くになったり、図４に示すようにロータ２、ステータコア４の範囲内から外れてしまったりする。また、回転電機１００がトランスミッションに接続されている場合には、重心Ｇは時間的に変化することになり、さらには、回転電機１０００のロータ軸長、ステータ軸長の範囲内に重心Ｇの軸方向位置が存在する保証も無い。
　図６は、図２、４に示す回転電機に関するシミュレーション結果を示す図である。すなわち、図２、４に示す回転電機モデルのステータコア４に、同一振幅のトルクリプルを入力したときの平均振動速度（回転電機１００，１０００とギヤボックス３の表面の振動速度の平均）の周波数応答を示したものである。図６において、曲線Ｌ１は図２の回転電機１００に関する計算結果であり、曲線Ｌ２は図４に示す回転電機１０００に関する計算結果である。
　曲線Ｌ１、Ｌ２のいずれの場合も、平均振動速度のピークが３つ現れている。従来の回転電機１０００の場合（曲線Ｌ２）には、２０００［r/min］付近、３０００［r/min］付近および４５００［r/min］付近においてピークが発生している。一方、図２の回転電機１００の場合（曲線Ｌ１）には、５００［r/min］付近、３０００［r/min］付近および５０００［r/min］付近にピークが発生している。すなわち、ステータコア４の車両との取り付け位置に関して、取り付け位置の軸方向位置と磁気中心ＭＣの軸方向位置とを略一致させるようにしたことにより、振動モードの固有振動数が変化している。そのため、曲線Ｌ２の２０００［r/min］付近のピークが曲線Ｌ１では５００［r/min］付近に移動するとともに、曲線Ｌ２の４５００［r/min］付近のピークが曲線Ｌ１では５０００［r/min］付近へと移動している。
　３０００［r/min］付近よりも低速回転側では、本実施形態の曲線Ｌ１の方が、平均振動速度が全体的に低くなっており、ピーク同士を比較した場合には約３０［dB］も平均振動速度が低下している。この理由としては、図２に示す例では、電磁加振力の合力が作用する位置である磁気中心ＭＣと、ステータ１を車両側に取り付ける位置とが軸方向でほぼ一致している。そのため、図４の場合と比べ、ギヤボックス３との取り付け位置と磁気中心ＭＣとの軸方向距離が短縮され、取り付け位置に作用する電磁加振力起因のモーメントを低減できるためと考えられる。その結果、低速回転側のピーク（５００［r/min］付近のピーク）は約３０ｄＢほど平均振動速度が低減している。
　車載用の回転電機１００では、車両の発進，停止が頻繁に繰り返されるため、回転電機１００のオン／オフが頻繁に行われる。また、車両速度が低いほど風切り音やロードノイズが小さくなるため、回転電機１００に起因する振動や騒音が目立ちやすくなる。そのため、ＥＶやＨＥＶ等の電動車両においては、特に低速回転時における振動低減の要求が厳しくなっている。そのため、本実施の形態のように、低速回転側における平均振動速度を大きく低減できることは、低速回転時における振動低減の要求に合う結果となっている。
　なお、図６に示す計算結果では、高速回転側のピーク（５０００［r/min］付近のピーク）については、曲線Ｌ２の４５００［r/min］付近のピークに比べて約７ｄＢほど平均振動速度が増えている。その結果、５０００［r/min］付近のピークは、従来の場合（曲線Ｌ２）の２０００［r/min］付近のピークとほぼ同じレベルの平均振動速度ピークになっている。
　上述したように、車両速度が速くなるほど、車両の騒音は、風きり音やロードノイズなど他の音源からの影響が大きくなる。そのように他の騒音が発生している状況下では、人間の感覚として、回転電機１００に起因する騒音が比較的に感じ難くなる。すなわち、回転電機１００の回転数が大きくなって車速が速くなるほど、回転電機１００やそれが取り付けられているギヤボックス３の振動に起因する騒音に対する許容値が大きくなる。そのため、図６に示すように高速回転側において平均振動速度が従来よりも若干増えていても、乗員は騒音が増えたと感じることがほとんど無い。
　このように、本実施の形態では、回転電機１００を車両側へ取り付ける際に、取り付け位置の軸方向位置をステータコア４の磁気中心ＭＣの軸方向位置とほぼ一致させることにより、低速回転側の平均振動速度を大きく低減できるため、騒音低減効果が高く、従来よりも静粛性を向上させることができる。
　図６に示すシミュレーション結果は、ステータ側の取り付け位置の軸方向位置を磁気中心ＭＣの軸方向位置と一致させた場合の計算結果であった。しかしながら、必ずしも両方の軸方向位置を厳密に一致させる必要はなく、多少前後にずれても騒音低減効果は十分にある。以下では、取り付け位置の軸方向位置を、磁気中心ＭＣの軸方向位置から若干ずらした場合について説明する。ここで、磁気中心ＭＣからの軸方向位置のずれ率Δ（％）を、Δ＝（Ｌ１／Ｌ）×１００のように表すものとする。図７に示すように、Ｌはステータコア４の積み厚（すなわち、軸方向寸法）であり、Ｌ１は磁気中心ＭＣを基準とした取り付け位置Ｆの軸方向距離である。図７に示すように取り付け位置Ｆが被駆動体（ギヤ機構２００）の側に有る場合には、Ｌ１をプラスとする。例えば、取り付け位置Ｆがステータコア４の左端位置であった場合にはずれ率Δ＝５０％となり、逆にステータコア４の右端位置であった場合にはΔ＝－５０％となる。
　図８は、ずれ率Δが０％、２０％、２５％の場合と、従来のように取り付け位置の軸方向位置を重心Ｇと一致させた場合（図５）のシミュレーション結果を示したものであり、同一振幅のトルクリプルを入力したときの平均振動速度の周波数応答を示す。また、図９は、５０００［r/min］付近のピーク部分を拡大して示したものである。曲線Ｌ11はΔ＝０％の場合、すなわち図２に示す構成の場合である。曲線Ｌ12，Ｌ13はそれぞれΔ＝２０％，２５％の場合を示す。また、曲線Ｌ14は、重心Ｇの軸方向位置と取り付け位置とを一致させた従来の場合を示す。
　図８に示すように、５００［r/min］付近のピークに関しては、Δ＝０％、２０％、２５％のいずれもほぼ同じレベルであって、従来の場合の２０００［r/min］付近とほぼ同じレベル（差＋３ｄＢ以下）となっている。通常、人間の聴覚で騒音レベルが変化したと感知できるのは３ｄＢ以上の変化した場合と言われている。また、騒音と振動は相関があるとされている。したがって、最終的に騒音を問題とする限り、振動・騒音においては±３ｄＢは許容誤差範囲であるのでこれは許容範囲である。
　一方、５０００［r/min］付近のピークに関しては、取り付け位置と磁気中心ＭＣの軸方向位置のずれ率が大きくなると、平均振動速度ピーク振幅が増える傾向にある。図８、９ではずれ率Δが０％、２０％、２５％の場合について示しているが、ずれ率Δを０％、５％、１０％、１５％、２０％、２５％のようにより詳細に計算すると、５０００［r/min］付近のピークの値は、０％（5250［r/min］、-21.1dB）、５％（5125［r/min］、-21.1dB）、１０％（5125［r/min］、-17.7dB）、１５％（5125［r/min］、-17.5dB）、２０％（5000［r/min］、-19.8dB）、２５％（5000［r/min］、-15.9dB）のようになる。また、従来の場合の２０００［r/min］付近のピークは－２２．１ｄＢである。
　すなわち、取り付け位置の軸方向位置と磁気中心ＭＣの軸方向位置のずれ率をΔ＝２５％とした場合は、５０００［r/min］付近のピークは、従来の場合の２０００［r/min］付近のピークのレベルよりも約６ｄＢ以上も平均振動速度ピークの振幅が大きくなっている。したがって、取り付け位置の軸方向位置と磁気中心ＭＣの軸方向位置のずれ率Δの許容範囲はステータコアの積み厚Ｌの０～２０％とすることができる。
　なお、上述したシミュレーションでは、取り付け位置Ｆを図７に示すように重心方向にずらした場合について検討したものである。しかしながら、図８、９に示すような振動の変化は、取り付け位置をずらしたことによって回転電機１００の振動状態が変化することに起因するので、重心方向と逆の方向に取り付け位置Ｆをずらした場合においても、同様の振動変化が生じる。すなわち、上述した場合と同程度のずれ率Δの範囲（－２０％～０％）において回転電機１００に起因する騒音や振動を低減することができる。よって、位置ずれ率Δ＝（Ｌ１／Ｌ）×１００が±２０％以内となる範囲において、回転電機１００に起因する騒音や振動を低減することができる。
　図２に示した例では、ステータコア４を円筒状のハウジング５の内周面に保持し、そのハウジング５を車両に固定されているギヤボックス３に取り付けるようにしたが、図１０、１２に示すようにステータコア４を直接ギヤボックス３に取り付けるようにしても良い。図１０に示す例では、図１１に示すようにステータコア４の外周面にボルト孔４ｂが形成されたフランジ部４ａを設け、そのフランジ部４ａの端面がギヤボックス３に接触するように、ステータコア４を直接ボルト固定するようにした。この場合、フランジ部４ａの端面の位置が取り付け位置であり、端面の位置をステータコア４の磁気中心ＭＣの軸方向位置と概一致させるようにする。
　一方、図１２に示す例では、ステータコア４をギヤボックス３に圧入して固定するようにした。ステータコア４の外周面には、リング状の圧入部４ｃが形成されている。この場合、圧入部４ｃの軸方向中央部を取り付け位置とみなし、この取り付け位置とステータコア４の磁気中心ＭＣの軸方向位置とが概一致するように構成されている。なお、図１２では、圧入部４ｃをリング状としたが、一周３６０degの全範囲ではなく複数箇所の所定範囲を圧入部としても構わない。
　また、図１３のような構成としても良い。図２に示した回転電機１００の場合、ロータ２はギヤボックス３側に設けられた軸受によって支持されるような構成であった。図１３に示す構成では、一般的な回転電機のように、回転電機１００のハウジング５に設けられたフロントブラケット１１ａおよびリヤブラケット１１ｂに配置された軸受１２によって支持されている。ハウジング５の外周面には、図２に示したハウジング５の場合と同様に取り付け用のフランジ５ａが形成されており、その取り付け面の軸方向位置をステータコア４の磁気中心ＭＣの軸方向位置と概一致させる。
　以上説明したように、本実施の形態の回転電機は以下のような特徴を有している。
（１）回転電機１００においては、ステータ巻線を巻回したステータコア４を有するステータ１と、ステータコア４の内周側に回転ギャップを有して配置されるロータ２と、ステータ１を車両に取り付けるための取り付け部材５ａと、を備え、取り付け部材５ａは、車両との取り付け位置の軸方向位置がステータ１の磁気中心ＭＣの軸方向位置と一致するように形成されている。その結果、回転電機１００に起因する騒音や振動を低減することができる。
（２）なお、ステータコア４を内包するように保持し、外周面に取り付け部材であるフランジ５ａが形成された回転電機用ハウジング５を備えるようにしても良い。また、取り付け部材４ｃを　ステータコア４の外周面に一体に形成するようにしても良い。その場合に、取り付け部材４ｃを　ステータコア４の外周面に突出するように一体に形成された圧入部とし、ステータコア４に形成された圧入部４ｃを車両側の被圧入部であるギヤボックス３に圧入することにより、ステータコア４が車両側に取り付けられる。
（３）さらに、ステータコア４の軸方向寸法をＬ、ロータ２およびロータ２に接続される被駆動体２００から成る複合体の重心の方向への、取り付け位置の軸方向ずれ寸法をＬ１としたとき、位置ずれ率Δ＝（Ｌ１／Ｌ）×１００が±２０％以内の範囲となるように寸法Ｌ１を設定すれば、騒音低減の効果を奏することができる。
（４）上述のような車載用回転電機１００を走行用電動機として電動車両に搭載することで、騒音のより少ない電動車両を提供することができる。
　なお、上述した実施の形態では、回転電機１００をギヤボックス３内に収納する場合を例に説明したが、ギヤボックスに限らず車両側の部品（例えば、トランスミッション、インバータケース、車軸）に取り付ける形態の場合も、本発明は適用できる。
　上述した各実施形態はそれぞれ単独に、あるいは組み合わせて用いても良い。それぞれの実施形態での効果を単独あるいは相乗して奏することができるからである。また、本発明の特徴を損なわない限り、本発明は上記実施の形態に何ら限定されるものではない。本発明の技術的思想の範囲内で考えられるその他の態様も本発明の範囲内に含まれる。
　次の優先権基礎出願の開示内容は引用文としてここに組み込まれる。
　日本国特許出願２０１０年第２７２４５９号（２０１０年１２月７日出願）

Claims (6)

  1. 　電動車両の走行駆動に用いられる車載用回転電機であって、
    　ステータ巻線を巻回したステータコアを有するステータと、
    　前記ステータコアの内周側に回転ギャップを有して配置されるロータと、
    　前記ステータを車両に取り付けるための取り付け部材と、を備え、
    　前記取り付け部材が、前記車両との取り付け位置の軸方向位置が前記ステータの磁気中心の軸方向位置と一致するように形成されている車載用回転電機。
  2. 　請求項１に記載の車載用回転電機において、
    　前記ステータコアを内包するように保持し、外周面に前記取り付け部材が形成された回転電機用ハウジングを備える車載用回転電機。
  3. 　請求項１に記載の車載用回転電機において、
    　前記取り付け部材が、前記ステータコアの外周面に一体に形成されている車載用回転電機。
  4. 　請求項３に記載の車載用回転電機において、
    　前記取り付け部材は、前記ステータコアの外周面に突出するように一体に形成された圧入部であって、
    　前記ステータコアに形成された圧入部を車両側の被圧入部に圧入することにより、前記ステータコアが車両側に取り付けられている車載用回転電機。
  5. 　請求項１乃至４のいずれか一項に記載の車載用回転電機において、
    　前記ステータコアの軸方向寸法をＬ、前記ロータおよび該ロータに接続される被駆動体から成る複合体の重心の方向への、前記取り付け位置の軸方向ずれ寸法をＬ１としたとき、
    　位置ずれ率Δ＝（Ｌ１／Ｌ）×１００が±２０％以内の範囲となるように寸法Ｌ１が設定されている車載用回転電機。
  6. 　請求項１に記載の車載用回転電機を走行用電動機として搭載する電動車両。
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