WO2019225556A1 - モータ、モータ付車両用動力装置、発電機および発電機付車輪用軸受 - Google Patents

モータ、モータ付車両用動力装置、発電機および発電機付車輪用軸受 Download PDF

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WO2019225556A1
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motor
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雄司 矢田
健太郎 西川
光生 川村
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Ntn株式会社
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Definitions

  • the present invention relates to a motor, a vehicle power device including the motor, a generator, and a wheel bearing with a generator including the generator, and relates to a technique applied to an automobile or the like.
  • an in-wheel motor that incorporates a motor inside the wheel can be replaced with the existing wheel bearing and accommodated in the wheel without modification of components around the wheel.
  • a vehicle power unit equipped with a traveling motor with a power generation function the space in which the motor can be stored is small, so the axial length of the motor is limited, and the structure in which the bus bar is installed on the end surface of the motor stator cannot store the motor. It was difficult.
  • a vehicle power unit equipped with a driving assist motor with a power generation function can be housed in a wheel and can use components around the wheel as they are.
  • the motor output is large because the dimensions of the motor are limited. It is not possible, and driving force assistance and power recovery during brake operation cannot be performed efficiently.
  • the motor stator (motor stator core and coil end) must be installed in a limited space. It becomes difficult to store.
  • connection part There is a method of reducing the size of the connection part by adopting a bus bar for the connection of the coil end of the motor winding coil.
  • the bus bar for the connection of the coil end of the motor winding coil.
  • FIG. 15 is a cross-sectional view of a vehicle power unit equipped with a conventional traveling motor with a power generation function
  • FIG. 16 is a perspective view of the conventional traveling motor
  • FIG. 17 is a plan view of the traveling motor including a rotating shaft.
  • the vehicle power unit equipped with the traveling motor with the power generation function is accommodated within the inner periphery of the brake rotor 70.
  • a motor stator core 74 is fixed to a knuckle 71, which is an automobile fixing part, via a wheel bearing outer ring 72 and a motor stator fixing portion 73.
  • the motor stator core 74 is wound with a motor winding coil 75 for passing a current and generating a magnetic force.
  • a motor rotor 77 is attached to the wheel bearing flange 76, and the motor rotor 77 rotates around a motor stator (or a motor stator core, the same applies hereinafter) 74.
  • the motor integrated with the wheel bearings recovers energy by driving assistance during driving of the automobile and power generation during braking.
  • the wheel shaft direction total length L3 of the motor stator 74 becomes longer (FIG. 17).
  • the total length L4 of the power unit is also long (FIG. 15), and it has been difficult to replace the existing wheel bearing without remodeling the knuckle 71, which is an automobile fixed part.
  • the total length of the vehicle power unit must be shortened, resulting in a reduction in motor output.
  • An object of the present invention is to provide a motor capable of increasing the output without increasing the axial length of the stator and accommodating the stator in a limited storage space, a vehicle power device including the motor, and power generation And a bearing for a wheel with a generator provided with the generator.
  • a motor according to the present invention is a motor including a stator having an annular stator core and a stator coil wound around the stator core, and a rotor positioned opposite to the stator in the radial direction, A bus bar is connected to the stator coil, and the bus bar is disposed within the axial width of the stator core.
  • the bus bar is connected to the stator coil and the bus bar is disposed within the axial width of the stator core, the axial direction of the stator core of the entire stator is larger than the conventional technique of installing the bus bar on the end face of the coil end.
  • the axial length of the portion protruding in the axial direction rather than the width is reduced, and the axial length of the motor can be shortened.
  • a bus bar is connected to the coil end connection portion instead of a wire with a general insulating coating, it is easier to connect and remove other devices than using a wire with an insulating coating.
  • the motor may be an outer rotor type in which the rotor is located radially outward of the stator, and the bus bar may be disposed radially inward of the stator core.
  • the area where the rotor and the stator face each other can be increased as compared with the inner rotor type. As a result, the output torque can be maximized within a limited space.
  • the motor may be an inner rotor type in which the rotor is located radially inward of the stator, and the bus bar may be disposed radially outward of the stator core.
  • the vehicle power device of the present invention has a fixed wheel and a hub wheel, and a rotating wheel that is rotatably supported by the fixed wheel via a rolling element, and on which the vehicle wheel and a brake rotor are attached.
  • Vehicle power comprising: a wheel bearing; and the motor according to any one of the inventions attached to the wheel bearing, wherein the stator is attached to the fixed wheel, and the rotor is attached to the rotating wheel.
  • the motor is installed radially inward from the inner diameter of the brake rotor, and the motor is installed in an axial range between the hub flange and an outboard side surface of an underbody frame component in the vehicle.
  • the total length of the vehicle power unit is shortened by attaching the motor capable of reducing the axial length to the wheel bearing.
  • the vehicle power unit can be replaced with an existing wheel bearing without modification of components around the wheel to the underbody frame component.
  • the motor is installed radially inward from the inner diameter of the brake rotor, and the motor is installed in the axial range between the hub flange and the outboard side surface of the undercarriage frame parts. This motor can be stored compactly by securing a space for installation.
  • the stator core may be fixed to the fixed wheel via a stator fixing portion, and the bus bar may be installed adjacent to the stator fixing portion in the axial direction. In this case, it is possible to easily install the bus bar and increase the attachment strength of the stator core.
  • the bus bar may be installed between the two stator fixing portions. In this case, it is possible to further increase the attachment strength of the stator core. Thereby, the vibration generated when the motor is driven can be reduced.
  • a resin material having a thermal conductivity equal to or higher than a predetermined value may be provided so as to contact a part of the bus bar, and a space generated when the bus bar is attached may be filled with the resin material.
  • the determined value is a value arbitrarily determined by design or the like, and is determined by obtaining an appropriate value by one or both of testing and simulation, for example. According to this structure, the heat generated in the bus bar can be efficiently released to the surrounding metal member via the resin material. Therefore, the temperature rise of the bus bar can be suppressed low.
  • the stator core may be fixed to the fixed wheel via a stator fixing portion, and the bus bar may be divided into a plurality of pieces and installed in the stator fixing portion. In this case, since the stator coils are connected in the bus bar, the axial storage space can be shortened.
  • the generator of the present invention is a generator including an annular stator core and a stator having a stator coil wound around the stator core, and a rotor positioned in a radial direction opposite to the stator, A bus bar is connected to the stator coil, and the bus bar is disposed within the axial width of the stator core.
  • the bus bar is connected to the stator coil and the bus bar is disposed within the axial width of the stator core, the axial direction of the stator core of the entire stator is larger than the conventional technique of installing the bus bar on the end face of the coil end.
  • the axial length of the portion protruding in the axial direction rather than the width is reduced, and the axial length of the generator can be shortened.
  • the generator can be accommodated in the limited generator storage space.
  • a bus bar is connected to the coil end connection portion instead of a wire with a general insulating coating, it is easier to connect and remove other devices than using a wire with an insulating coating.
  • the generator-equipped wheel bearing according to the present invention has a fixed wheel and a hub flange, and is rotatably supported on the fixed wheel via a rolling element, and a vehicle wheel and a brake rotor are attached to the hub flange.
  • a generator according to the above-described invention attached to the wheel bearing, wherein the stator is attached to the fixed wheel, and the rotor is attached to the rotating wheel.
  • a bearing for a wheel The generator is installed radially inward from the inner diameter of the brake rotor, and the generator is installed in an axial range between the hub flange and an outboard side surface of an underbody frame component in the vehicle. Yes.
  • the total length of the generator-equipped wheel bearing is shortened by attaching the generator capable of reducing the axial length to the wheel bearing.
  • the wheel bearing with a generator can be replaced with an existing wheel bearing without modification of components around the wheel to the underbody frame component.
  • the generator is installed radially inward from the inner diameter of the brake rotor, and the generator is installed in the axial range between the hub flange and the outboard side surface of the undercarriage frame parts. A space for installing the generator can be secured and the generator can be stored compactly.
  • FIG. 1 is a cross-sectional view of a vehicle power device according to an embodiment of the present invention.
  • FIG. 3 is an exploded perspective view of a motor stator of the vehicle power device. It is a perspective view of the motor stator. It is sectional drawing of the motor stator. It is sectional drawing of the vehicle power unit which concerns on other embodiment of this invention. It is sectional drawing of the motor stator which concerns on further another embodiment of this invention. It is sectional drawing of the vehicle power unit which concerns on other embodiment of this invention. It is a perspective view of the motor stator which concerns on other embodiment of this invention. It is a perspective view of the motor stator which concerns on other embodiment of this invention. It is a perspective view of the motor stator which concerns on other embodiment of this invention. It is a perspective view of the motor stator which concerns on other embodiment of this invention. It is a perspective view of the motor stator which concerns on other embodiment of this invention. It is a perspective view of the motor stator which concerns on other embodiment of this invention.
  • the vehicle power device 1 includes a wheel bearing 2 and a motor generator 3 that is a generator that also serves as a motor.
  • the wheel bearing 2 includes an outer ring 4 that is a fixed ring, a double row rolling element 6, and an inner ring 5 that is a rotating wheel. Grease is sealed in the bearing space between the outer ring 4 and the inner ring 5.
  • On the outer peripheral surface of the outer ring 4 on the outboard side a vehicle body mounting flange 4a protruding outward in the radial direction is provided.
  • the vehicle body mounting flange 4a is fixed to the knuckle 8, which is a suspension frame part.
  • the inner ring 5 includes a hub ring 5a and a partial inner ring 5b fitted to the outer peripheral surface of the hub ring 5a on the inboard side.
  • the hub wheel 5 a has a hub flange 7 at a location protruding from the outer ring 4 toward the outboard side in the axial direction.
  • the hub flange 13 is attached to the side surface of the hub flange 7 on the outboard side with a hub bolt 13 in a state where the brake rotor 12 and a wheel rim (not shown) are overlapped in the axial direction.
  • a tire (not shown) is attached to the outer periphery of the rim.
  • the outboard side the side closer to the outside in the vehicle width direction of the vehicle when the vehicle power unit 1 is mounted on the vehicle
  • the inboard side the side closer to the center in the vehicle width direction of the vehicle. Called the board side.
  • the brake 17 is a friction brake including a disc-shaped brake rotor 12 and a brake caliper 16 (FIG. 12).
  • the brake rotor 12 has a flat plate-like portion 12a and an outer peripheral portion 12b.
  • the flat plate-like portion 12 a is an annular and flat plate-like member that overlaps the hub flange 7.
  • the outer peripheral portion 12b includes a cylindrical portion 12ba that extends cylindrically from the outer peripheral edge portion of the flat plate portion 12a toward the inboard side, and a flat plate portion 12bb that extends flatly from the inboard side end of the cylindrical portion 12ba toward the outer diameter side. And have.
  • the brake caliper 16 (FIG. 12) is attached to a knuckle 8 which is an underbody frame part in a vehicle (not shown), and has a friction pad (not shown) for sandwiching the flat plate portion 12bb.
  • the brake caliper 16 (FIG. 12) may be either a hydraulic type or a mechanical type, or may be an electric motor type.
  • the motor generator 3 in this example is a motor generator for driving assistance that can generate electric power by rotating a wheel and rotationally drive the wheel by being fed from outside.
  • the motor generator 3 includes a stator 18 and a rotor 19 that is positioned to face the stator 18 in the radial direction.
  • This motor generator 3 is an outer rotor type in which the rotor 19 is located radially outward of the stator 18.
  • the motor generator 3 is a direct drive type in which the rotor 19 is attached to the inner ring 5 that is a rotating wheel of the wheel bearing 2.
  • the motor generator 3 is installed radially inward from the inner diameter 12 c of the brake rotor 12, and is installed in the axial range L 1 between the hub flange 7 and the outboard side surface 8 a of the knuckle 8. .
  • the motor generator 3 is an outer rotor type, for example, a surface magnet type permanent magnet motor, that is, an SPM (Surface Permanent Magnet) synchronous motor (or SPMSM (Surface Permanent Magnet Synchronous Motor)).
  • the motor generator 3 may be an IPM (Interior-Permanent-Magnet) synchronous motor (or IPMSM (Interior-Permanent-Magnet-Synchronous-Motor)).
  • IPM Interior-Permanent-Magnet
  • the motor generator 3 can employ various types such as a switched reluctance motor (abbreviation: SR motor) and an induction motor (abbreviation: IM). In each motor type, a distributed winding type and a concentrated winding type can be adopted as the winding type of the stator 18.
  • the rotor 19 includes a cylindrical rotating case 15 attached to the outer peripheral edge of the hub flange 7 and a plurality of permanent magnets 14 provided on the inner peripheral surface of the rotating case 15.
  • the rotating case 15 is made of, for example, a soft magnetic material and has a cylindrical shape concentric with the inner ring 5.
  • the rotating case 15 may be manufactured by cutting or casting with an integral metal part, or after manufacturing with a plurality of divided structures, these divided structures are fixed by, for example, welding, bonding, or the like. Also good.
  • a plurality of indentations are formed on the inner peripheral surface of the rotating case 15 at regular intervals in the circumferential direction, and permanent magnets 14 are fitted into the indentations and fixed by adhesion or the like.
  • the stator 18 includes an annular stator core 18a and a stator coil 18b wound around the stator core 18a.
  • the stator core 18a is made of, for example, an electromagnetic steel plate, a dust core, or an amorphous alloy.
  • the stator coil 18 b includes a coil end 18 ba that protrudes on both sides in the axial direction with respect to the axial width of the stator core 18 a.
  • the axial width of the coil end 18ba corresponds to the entire length L2 of the stator 18.
  • the stator core 18 a is attached to the outer peripheral surface of the outer ring 4 via a stator fixing portion 24.
  • a stator fixing portion 24 On the outer peripheral surface of the outer ring 4 on the outboard side, an annular recess is formed that is recessed inward in the radial direction by a predetermined distance, and a cylindrical stator fixing portion 24 is fitted and fixed to the annular recess by press-fitting or the like.
  • the bus bar 25 is connected to the connection portion Lk of the coil end 18ba, and the bus bar 25 is disposed within the axial width of the stator core 18a, for example, at a position overlapping the stator core 18a in the axial direction.
  • an annular bus bar 25 is arranged inward in the radial direction of the stator core 18a. Lines L extend inward in the radial direction from the coil end 18ba, and each line L is further bent inward in the radial direction of the stator core 18a.
  • a bus bar 25 is inserted into the inner peripheral portion of the stator core 18a, and a line L from each stator coil 18b is connected to the bus bar 25. A portion where each line L is connected is a connection portion Lk. Further, a three-core motor wire 26 is connected to the bus bar 25. Further, the bus bar 25 is installed at a position adjacent to the stator fixing portion 24 (FIG. 1) in the axial direction (inboard side) on the inner peripheral portion of the stator core 18a.
  • the vehicle power unit 1 is provided with a rotation detector 27.
  • the rotation detector 27 detects the rotation angle or rotation speed of the inner ring 5 with respect to the outer ring 4 in order to control the rotation of the motor generator 3 for driving assistance.
  • the rotation detector 27 includes a detected portion 27a attached to a detected portion holding member or the like, and a sensor portion 27b that detects the detected portion 27a.
  • a sensor portion 27 b is fixed to the inner peripheral surface of the outer ring 4 on the inboard side via a sensor fixing member 28.
  • a resolver is applied as the rotation detector 27.
  • the rotation detector 27 is not limited to a resolver, and can be adopted regardless of the type such as an encoder, a pulsar ring, or a hall sensor.
  • a cylindrical cover 29 covering the inboard side end is attached to the inboard side end of the outer ring 4.
  • the motor wire 26 (FIG. 4) of the motor generator 3 is supported on the cover 29 via, for example, a panel mount type power line connector (not shown).
  • the cover 29 also supports a sensor connector (not shown), and a wiring (not shown) extending from the sensor portion 27b is supported by the sensor connector.
  • the bus bar 25 is connected to the connection portion Lk of the coil end 18ba, and the bus bar 25 is mounted on the inner peripheral portion of the stator core 18a, so that the bus bar is installed on the end surface of the conventional coil end.
  • the axial length of the portion of the entire stator that protrudes in the axial direction rather than the axial width of the stator core 18a is reduced, and the overall length L2 of the stator can be shortened. Thereby, even when the motor output is increased, the motor generator 3 can be accommodated in the limited motor storage space.
  • the bus bar 25 is used at the connection portion of the coil end 18ba instead of a wire with a general insulating coating, it is easier to connect and remove other devices than using a wire with an insulating coating.
  • the motor generator 3 is an outer rotor type, and since the bus bar 25 is disposed radially inward of the stator core 18a, the area where the rotor 19 and the stator 18 face each other can be increased as compared with the inner rotor type. As a result, the output torque can be maximized within a limited space.
  • the total length of the vehicle power unit 1 is shortened by attaching the motor generator 3 capable of shortening the axial length described above to the wheel bearing 2.
  • the vehicle power unit 1 can be replaced with the existing wheel bearings without remodeling the components around the wheels in the knuckle 8.
  • the motor generator 3 is installed radially inward of the inner diameter 12c of the brake rotor 12, and the motor generator 3 is installed in the axial range L1 between the hub flange 7 and the outboard side surface 8a of the knuckle 8. Therefore, a space for installing the motor generator 3 in the brake rotor 12 can be secured and the motor generator 3 can be stored compactly.
  • the bus bar 25 is installed adjacent to the stator fixing portion 24 in the axial direction, the bus bar 25 can be easily installed and the mounting strength of the stator core 18a can be increased. Since the rotor 19 of the motor generator 3 is of a direct drive type attached to the inner ring 5 which is a rotating wheel of the wheel bearing 2, the number of parts of the entire vehicle power unit is less than that of a configuration including a speed reduction mechanism. Is simple and space-saving, and the increase in vehicle weight can be suppressed.
  • annular recess 4b that is recessed radially inward may be provided on the outer peripheral surface of the outboard of the outer ring 4, and a bus bar 25 may be installed in the annular recess 4b.
  • stator fixing portion since the stator fixing portion is not necessary, the number of parts can be reduced and the structure can be simplified. Other similar configurations are provided.
  • the bus bar 25 may be installed at a position sandwiched between the two stator fixing portions 24, 24 on the inner side in the radial direction of the stator core 18 a.
  • a resin material 9 having a thermal conductivity of about 1 to 3 (W / m ⁇ K) is provided in the axial space formed between any one of the stator fixing portions 24 and the bus bar 25, for example. Filled.
  • the stator core 18a is fixed to the outer ring 4 (FIG. 1) via the two stator fixing portions 24, 24, 24, the mounting strength of the stator core 18a can be further increased. Thereby, the vibration generated when the motor is driven can be reduced. Further, the heat generated in the bus bar 25 can be released to the surrounding metal member (for example, the outer ring) through the resin material 9, and the temperature rise of the bus bar 25 can be suppressed low.
  • the space generated when the bus bar is attached may be filled with, for example, a resin material 9 having a thermal conductivity of about 1 to 3 (W / m ⁇ K).
  • Other configurations are the same as those in the embodiment shown in FIG. According to the configuration of FIG. 7, the heat generated in the bus bar 25 can be released to the surrounding metal member (for example, the outer ring 4) via the resin material 9, and the temperature rise of the bus bar 25 can be suppressed low.
  • the bus bar 25 is sandwiched between the stator fixing portion 24 and the resin material 9.
  • the bus bar 25A may be divided into a plurality (four in this example) and installed in the stator fixing portion 24A.
  • the stator fixing portion 24A has a crown shape in which a plurality of concave portions 25Aa extending a predetermined distance in the axial direction from the end face on the inboard side are formed at regular intervals in the circumferential direction (four in this example).
  • the bus bar 25A is configured to be fitted into the portion 25Aa.
  • the end surface of the bus bar 25A is in contact with the bottom of each recess 25Aa.
  • the stator coil 18b is connected in the bus bar 25A, and the three-core motor wire 26 is taken out from there. Since the stator coil 18b is connected in the bus bar 25A, the axial storage space can be shortened.
  • the stator fixing portion 24B includes a plurality of stator fixing portion divided bodies 24Ba provided at regular intervals in the circumferential direction, and a bus bar between the stator fixing portion divided bodies 24Ba and 24Ba adjacent in the circumferential direction. 25B may be interposed. Also in this case, the same effects as the configuration of FIG. In the example of FIGS. 8 and 9, the bus bar is divided into four parts, but it is not necessarily limited to four parts.
  • a conductor extension portion 26A that extends the conductor in the bus bar 25A toward the inboard side and takes it out to the outside may be used.
  • the motor wire can be omitted, the motor connection can be performed more easily.
  • the motor generator 3 is an inner rotor type in which the rotor 19 is positioned inward in the radial direction of the stator 18. There may be.
  • the bus bar 25 is disposed outward of the stator core 18a in the radial direction.
  • the axial length of the portion of the entire stator that protrudes in the axial direction rather than the axial width of the stator core is reduced from the conventional technology of installing the bus bar on the end face of the coil end, The axial length of the motor generator 3 can be shortened.
  • FIG. 12 is a block diagram showing a conceptual configuration of a vehicle system using the vehicle power unit 1 according to any one of the above embodiments.
  • the vehicle power unit 1 is mounted on the driven wheel 10B in a vehicle having the driven wheel 10B that is mechanically disconnected from the main drive source.
  • the wheel bearing 2 (FIG. 1) in the vehicle power unit 1 is a bearing that supports the driven wheel 10B.
  • the main drive source 35 is an internal combustion engine such as a gasoline engine or a diesel engine, a motor generator (electric motor), or a hybrid drive source that combines both.
  • the “motor generator” refers to an electric motor capable of generating electricity by applying rotation.
  • the vehicle 30 is a front wheel drive vehicle in which front wheels are drive wheels 10A and rear wheels are driven wheels 10B, and a main drive source 35 includes an internal combustion engine 35a and a motor generator 35b on the drive wheels side. It is a hybrid vehicle (hereinafter sometimes referred to as “HEV”).
  • HEV hybrid vehicle
  • Hybrids are broadly divided into strong hybrids and mild hybrids. Mild hybrids are the main drive source that is an internal combustion engine, and it is a type that mainly assists driving with a motor when starting or accelerating.
  • the (electric vehicle) mode is distinguished from a strong hybrid by being able to perform normal driving for a while but not for a long time.
  • the internal combustion engine 35a in the example of the figure is connected to the drive shaft of the drive wheel 10A via a clutch 36 and a speed reducer 37, and the motor generator 35b on the drive wheel side is connected to the speed reducer 37.
  • This vehicular system is provided in the motor generator 3 which is a generator for driving assistance for rotating the driven wheel 10B, the individual control means 39 for controlling the motor generator, and the host ECU 40, and the individual ECU And an individual motor generator command means 45 for outputting a command for causing the control means 39 to control driving and regeneration.
  • the motor generator 3 is connected to power storage means.
  • a battery storage battery
  • a capacitor a capacitor, or the like can be used as this power storage means.
  • the type and the mounting position on the vehicle 30 are not limited, but in this embodiment, the low voltage battery 50 mounted on the vehicle 30 and The medium voltage battery 49 is the medium voltage battery 49.
  • the motor generator 3 for the driven wheel is a direct drive motor that does not use a transmission.
  • the motor generator 3 acts as a motor by supplying electric power, and also acts as a generator that converts the kinetic energy of the vehicle 30 into electric power.
  • the rotor 19 (FIG. 1) is attached to the inner ring 5 (FIG. 1). Therefore, when a current is applied to the motor generator 3, the inner ring 5 (FIG. 1) is rotationally driven, and conversely power regeneration. Sometimes regenerative power is obtained by loading the induced voltage.
  • the drive voltage or regenerative voltage for rotational driving of the motor generator 3 is 100V or less.
  • the host ECU 40 is a unit that performs integrated control of the vehicle 30 and includes a torque command generation unit 43.
  • the torque command generating means 43 generates a torque command in accordance with operation amount signals respectively input from an accelerator operating means 56 such as an accelerator pedal and a brake operating means 57 such as a brake pedal.
  • the vehicle 30 includes an internal combustion engine 35a and a drive wheel side motor generator 35b as a main drive source 35, and two motor generators 3 and 3 for driving the two driven wheels 10B and 10B, respectively.
  • Torque command distribution means 44 is provided in the host ECU 40 for distributing the torque command according to the rules determined for the drive sources 35a, 35b, 3, and 3.
  • the torque command for the internal combustion engine 35 a is transmitted to the internal combustion engine control means 47 and used for valve opening control by the internal combustion engine control means 47.
  • the torque command for the drive wheel side generator motor 35b is transmitted to the drive wheel side motor generator control means 48 and executed.
  • Torque commands for the generators 3 and 3 on the driven wheel side are transmitted to the individual control means 39 and 39.
  • a portion of the torque command distribution means 44 that outputs to the individual control means 39, 39 is referred to as an individual motor generator command means 45.
  • This individual motor generator command means 45 gives to the individual control means 39 a torque command that serves as a braking force command for the motor generator 3 to share braking by regenerative braking in response to the operation amount signal of the brake operation means 57. It also has functions.
  • the individual motor generator command means 45 and the individual control means 39 constitute a control means 68 for controlling the motor generator 3.
  • the individual control means 39 is an inverter device, an inverter 41 that converts DC power of the medium voltage battery 49 into a three-phase AC voltage, and a control unit 42 that controls the output of the inverter 41 by PWM control or the like according to the torque command or the like.
  • the inverter 41 includes a bridge circuit (not shown) using a semiconductor switching element and the like, and a charging circuit (not shown) for charging the medium voltage battery 49 with the regenerative power of the motor generator 3.
  • the individual control means 39 is provided individually for the two motor generators 3 and 3, but is housed in one housing, and the control unit 42 is shared by both the individual control means 39 and 39. Also good.
  • FIG. 13 is a power system diagram as an example of a vehicle (FIG. 12) equipped with the vehicle system.
  • a low voltage battery 50 and a medium power battery 49 are provided as batteries, and both the batteries 49 and 50 are connected via a DC / DC converter 51.
  • the motor generator 35b on the drive wheel side in FIG. 12 is connected to the middle power system in parallel with the motor generator 3 on the driven wheel side.
  • a low voltage load 52 is connected to the low voltage system, and a medium voltage load 53 is connected to the medium voltage system.
  • There are a plurality of low-voltage loads 52 and medium-voltage loads 53 are a plurality of low-voltage loads 52 and medium-voltage loads 53, but one is representatively shown.
  • the low voltage battery 50 is a battery generally used for various automobiles as a power source for a control system or the like, and is, for example, 12V or 24V.
  • As the low voltage load 52 there are basic parts such as a starter motor, lights, a host ECU 40 and other ECUs (not shown) of the internal combustion engine 35a.
  • the low voltage battery 50 may be referred to as an auxiliary battery for electrical accessories, and the medium voltage battery 49 may be referred to as an auxiliary battery for an electric system.
  • the medium voltage battery 49 is higher in voltage than the low voltage battery 50 and lower than a high voltage battery (100V or more, for example, about 200 to 400V) used in a strong hybrid vehicle, etc.
  • a 48V battery that has a voltage that does not cause a problem and has recently been used in mild hybrids is preferable.
  • the medium voltage battery 49 such as a 48V battery can be mounted relatively easily on a vehicle equipped with a conventional internal combustion engine, and as a mild hybrid, fuel efficiency can be reduced by power assist or regeneration using electric power.
  • the medium voltage load 53 of the 48V system is the accessory part, and is a power assist motor, an electric pump, an electric power steering, a supercharger, an air compressor, or the like, which is the motor generator 35b on the drive wheel side.
  • the output of power assist is lower than that of high voltage (such as a strong hybrid vehicle of 100V or more), but the risk of electric shock to passengers and maintenance workers can be reduced. it can.
  • the insulating coating of the electric wire can be thinned, the weight and volume of the electric wire can be reduced.
  • the volume of the motor or generator can be reduced. From these things, it contributes to the fuel consumption reduction effect of a vehicle.
  • This vehicle system is suitable for accessory parts of such mild hybrid vehicles, and is applied as power assist and power regeneration parts.
  • CMG crankshaft Motor-driven Generator
  • GMG Global System for Mobile Vehicle
  • belt-driven starter motor all not shown
  • both of these are assisted or regenerated with respect to the internal combustion engine or the power unit, they are affected by the efficiency of the transmission device and the reduction gear.
  • the vehicle system of this embodiment is mounted on the driven wheel 10B, it is separated from the main drive source such as the internal combustion engine 35a and the electric motor (not shown). Can directly use the kinetic energy of the car body.
  • the main drive source such as the internal combustion engine 35a and the electric motor (not shown).
  • a CMG, GMG, belt-driven starter motor, or the like it is necessary to incorporate it from the design stage of the vehicle 30, and it is difficult to retrofit.
  • the motor generator 3 of this vehicular system that fits within the driven wheel 10B can be installed with the same man-hours as parts replacement even for a completed vehicle.
  • 48V system can be constructed.
  • An existing vehicle having only the internal combustion engine 35a is mounted with the vehicle power unit 1 according to any of the embodiments and the medium voltage battery 49 having a drive voltage or a regenerative voltage of 100 V or less as a battery for a motor generator. By doing so, it is possible to make a mild hybrid vehicle without significantly remodeling the vehicle.
  • Another auxiliary drive motor generator 35b may be mounted on the vehicle on which the vehicle system of this embodiment is mounted, as in the example of FIG. At that time, the power assist amount and the regenerative power amount for the vehicle 30 can be increased, which further contributes to reduction of fuel consumption.
  • FIG. 14 shows an example in which the vehicle power unit 1 according to any of the embodiments is applied to a driving wheel 10A that is a front wheel and a driven wheel 10B that is a rear wheel.
  • the drive wheels 10A are driven via a clutch 36 and a speed reducer 7 by a main drive source 35 made of an internal combustion engine.
  • the vehicle power unit 1 is installed to support and assist the drive wheels 10A and the driven wheels 10B.
  • the vehicle power unit 1 can be applied not only to the driven wheel 10B but also to the driving wheel 10A.
  • the vehicle system shown in FIG. 12 has a function of generating power, but may be a system that does not rotate by power feeding.
  • the braking power can be generated by storing the regenerative power generated by the motor generator 3 in the medium voltage battery 49.
  • the braking performance can be improved by using together with or using the mechanical brake operating means 57.
  • the individual control means 39 can be comprised not as an inverter apparatus but as an AC / DC converter apparatus (not shown).
  • the AC / DC converter device has a function of charging the regenerative power of the motor generator 3 to the medium voltage battery 49 by converting a three-phase AC voltage to a DC voltage, and is easier to control than an inverter. It is possible to reduce the size.
  • the vehicle power unit 1 includes a hub wheel fitted with one partial inner ring as a rotating wheel, and includes an outer ring that is a fixed ring and a fitting body of the hub wheel and the partial inner ring.
  • a hub wheel fitted with one partial inner ring as a rotating wheel
  • an outer ring that is a fixed ring and a fitting body of the hub wheel and the partial inner ring.
  • the first generation structure may include an outer ring that is mainly a fixed ring and an inner ring that is fitted to the outer peripheral surface of a hub having a hub flange.
  • It may be a second generation structure of an inner ring rotation type including an outer ring that is a fixed ring and an inner ring that is fitted to the outer peripheral surface of the hub having a hub flange.
  • a combination of the hub and the inner ring corresponds to the “rotating ring” in the claims.
  • It may be a second generation structure of an outer ring rotation type including an outer ring that is a rotating ring having a hub flange and an inner ring that is a fixed ring.
  • the motor generator can also be applied to home appliance motors, industrial motors, and the like.
  • the motor generator can be applied to a wind generator or a hydroelectric generator.
  • SYMBOLS 1 Vehicle power unit, 2 ... Wheel bearing, 3 ... Motor generator (motor, generator), 4 ... Outer ring (fixed wheel), 5 ... Inner ring (rotating wheel), 6 ... Rolling element, 7 ... Hub flange 8 ... Knuckles (suspension frame parts), 9 ... Resin material, 12 ... Brake rotor, 18 ... Stator, 18a ... Stator core, 18b ... Stator coil, 18ba ... Coil end, 19 ... Rotor, 24 ... Stator fixing part, 25 , 25A, 25B ... Bus bar, Lk ... Connection section

Landscapes

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Abstract

ステータの軸方向長さを長くすることなく、出力増大が可能で、限られた収納空間内にステータを収めることができるモータおよびこのモータを備えた車両用動力装置、発電機およびこの発電機を備えた発電機付車輪用軸受を提供する。この電動発電機(3)は、環状のステータコア(18a)およびステータコア(18a)に巻回されたステータコイル(18b)を有するステータ(18)と、ステータ(18)に対し半径方向に対向して位置するロータ(19)とを備える。ステータコイル(18b)は、ステータコア(18a)の軸方向幅よりも軸方向に突出するコイルエンド(18ba)を備える。コイルエンド(18ba)の結線部にバスバー(25)が接続され、ステータコア(18a)の軸方向幅内にバスバー(25)が配置された。

Description

モータ、モータ付車両用動力装置、発電機および発電機付車輪用軸受 関連出願
　本出願は、２０１８年５月２２日出願の特願２０１８－０９７５５９の優先権を主張するものであり、その全体を参照により本願の一部をなすものとして引用する。
　この発明は、モータおよびこのモータを備えた車両用動力装置、発電機およびこの発電機を備えた発電機付車輪用軸受に関し、自動車等に適用される技術に関する。
　自動車の電動化に伴い、需要が増加している車載用モータに関して、モータ巻線コイルの結線の容易化、省スペース化、低コスト化に対する工夫が多くなされている。例えば、特許文献１、特許文献２では、バスバーをモータステータの端面に設置することで、コイル結線の容易化および省スペース化を図っている。
　しかしながら、車輪内部にモータを組み込むインホイールモータ、特に本出願人が出願した特許文献３のように、車輪周りの構成部品の改造なしで、現行の車輪用軸受と置き換えてホイール内に収納可能な発電機能付き走行用モータを搭載した車両用動力装置では、モータを収納できる空間が小さいため、モータの軸方向長さに制約があり、バスバーをモータステータの端面に設置する構造ではモータの収納が困難であった。
特開２０１０－２２６８３２号公報 特開２０１４－１３８４９９号公報 特願２０１６－１８４２９５
　発電機能付き走行補助用モータを搭載した車両用動力装置は、ホイール内に収納可能で、車輪周りの構成部品もそのまま利用できる利点があるが、モータの寸法が制限されるため、モータ出力が大きくできず、駆動力の援助とブレーキ動作時の電力回収が効率良く行えない。モータ出力を大きくするためには、モータステータコアの車輪軸方向長さを延長し、モータ磁極面積を大きくすることが必要であるが、限られた空間内にモータステータ（モータステータコアとコイルエンド）を収納することが困難となる。
　モータ巻線コイルのコイルエンドの結線にバスバーを採用して結線部の寸法を小さくする方法があるが、従来のコイルエンドの端面にバスバーを設置する方法では、モータステータの全長（モータステータの車輪軸方向長さ）を短くするには限界がある。
　図１５は、従来の発電機能付き走行用モータを搭載した車両用動力装置の断面図であり図１６は従来の走行用モータの斜視図、図１７はこの走行用モータの、回転軸を含む平面による縦断面図である。図１５に示すように、発電機能付き走行用モータを搭載した車両用動力装置は、ブレーキロータ７０の内周以内に収められる。自動車固定部品であるナックル７１に、車輪用軸受用外輪７２、モータステータ固定部７３を介して、モータステータコア７４が固定される。図１６および図１７に示すように、モータステータコア７４には、電流を流し磁力を発生させるためのモータ巻線コイル７５が巻かれている。
　図１５に示すように、車輪用軸受フランジ７６にモータロータ７７が取り付けられ、このモータロータ７７がモータステータ（またはモータステータコア。以下同じ）７４周りを回転する。この車輪用軸受と一体化されたモータによって自動車駆動時の走行補助およびブレーキ時の発電によるエネルギ－の回収が行われる。
　上記車両用動力装置の従来品では、モータステータ７４のコイルエンド７５ａの端面にコイルの結線部７８があるため、モータステータ７４の車輪軸方向全長Ｌ３が長くなり（図１７）、それに伴い車両用動力装置の全長Ｌ４も長くなり（図１５）、自動車固定部品であるナックル７１の改造なしで、現行の車輪用軸受と置き換えることが困難であった。自動車固定部品であるナックル７１の改造なしで、現行の車輪用軸受と置き換えるためには、車両用動力装置の全長を短くしなければならず、その結果、モータ出力が減少する。
　この発明の目的は、ステータの軸方向長さを長くすることなく、出力増大が可能で、限られた収納空間内にステータを収めることができるモータおよびこのモータを備えた車両用動力装置、発電機およびこの発電機を備えた発電機付車輪用軸受を提供することである。
　この発明のモータは、環状のステータコアおよびこのステータコアに巻回されたステータコイルを有するステータと、このステータに対し半径方向に対向して位置するロータとを備えたモータであって、
　前記ステータコイルにバスバーが接続され、前記ステータコアの軸方向幅内に、前記バスバーが配置されている。
　この構成によると、ステータコイルにバスバーが接続され、ステータコアの軸方向幅内にバスバーが配置されたため、従来のコイルエンドの端面にバスバーを設置する技術よりも、ステータ全体のうち、ステータコアの軸方向幅よりも軸方向に突出する部分の軸方向長さが縮小され、モータの軸方向長さを短くできる。モータの軸方向長さを同じとしてステータコイルの巻数または断面積を大きくし、モータ出力を増大させた場合でも、限られたモータ収納空間内にモータが収容できる。またコイルエンドの結線部に、一般的な絶縁被膜を施した線ではなくバスバーを接続した場合、絶縁被膜を施した線等を用いるよりも、他の機器等の接続および取外しが容易になる。
　前記モータは、前記ロータが前記ステータの半径方向外方に位置するアウターロータ型であり、前記ステータコアの半径方向内方に前記バスバーが配置されてもよい。この場合、インナーロータ型よりもロータとステータとが対向する面積を増やすことができる。これにより、限られた空間内で出力トルクを最大化することが可能となる。
　前記モータは、前記ロータが前記ステータの半径方向内方に位置するインナーロータ型であり、前記ステータコアの半径方向外方に前記バスバーが配置されてもよい。
　この発明の車両用動力装置は、固定輪、およびハブフランジを有し前記固定輪に転動体を介して回転自在に支持されて前記ハブフランジに車両の車輪およびブレーキロータが取付けられる回転輪を有する車輪用軸受と、この車輪用軸受に取付けられた前記いずれかに記載の発明のモータと、を備え、前記固定輪に前記ステータが取付けられ、前記回転輪に前記ロータが取付けられた車両用動力装置であって、
　前記ブレーキロータの内径よりも半径方向内方に前記モータが設置され、且つ、前記ハブフランジと、前記車両における足回りフレーム部品のアウトボード側面との軸方向範囲に前記モータが設置されている。
　この構成によると、前述の軸方向長さを短くできるモータを車輪用軸受に取付けることで、車両用動力装置の全長が短くなる。これにより、この車両用動力装置を、足回りフレーム部品に車輪周りの構成部品の改造なしで、現行の車輪用軸受と置き換えることが可能となる。
　特に、ブレーキロータの内径よりも半径方向内方にモータが設置され、且つ、ハブフランジと、足回りフレーム部品のアウトボード側面との軸方向範囲にモータが設置されたため、ブレーキロータ内にモータを設置するスペースを確保してこのモータをコンパクトに収めることができる。
　前記ステータコアは、ステータ固定部を介して前記固定輪に固定され、前記ステータ固定部に対し軸方向に隣接して前記バスバーが設置されてもよい。この場合、バスバーの設置が容易となるうえ、ステータコアの取り付け強度を上げることが可能となる。
　前記バスバーが二つの前記ステータ固定部に挟まれて設置されてもよい。この場合、ステータコアの取り付け強度をさらに上げることが可能となる。これにより、モータ駆動時に発生する振動を低減することができる。
　定められた値以上の熱伝導率を有する樹脂材が前記バスバーの一部に接触するように設けられ、前記バスバーの取り付け時に発生する空間に前記樹脂材が充填されたものであってもよい。前記定められた値は、設計等によって任意に定める値であって、例えば、試験およびシミュレーションのいずれか一方または両方等により適切な値を求めて定められる。
　この構成によると、バスバーで発生した熱を、樹脂材を介して周辺の金属部材へ効率よく逃がすことができる。したがって、バスバーの温度上昇を低く抑えることができる。
　前記ステータコアは、ステータ固定部を介して前記固定輪に固定され、前記バスバーが前記ステータ固定部内に複数個に分割されて設置されたものであってもよい。この場合、ステータコイルの結線をバスバー内で行うため、軸方向の収納空間を短縮することができる。
　この発明の発電機は、環状のステータコアおよびこのステータコアに巻回されたステータコイルを有するステータと、このステータに対し半径方向に対向して位置するロータとを備えた発電機であって、
　前記ステータコイルにバスバーが接続され、前記ステータコアの軸方向幅内に、前記バスバーが配置されている。
　この構成によると、ステータコイルにバスバーが接続され、ステータコアの軸方向幅内にバスバーが配置されたため、従来のコイルエンドの端面にバスバーを設置する技術よりも、ステータ全体のうち、ステータコアの軸方向幅よりも軸方向に突出する部分の軸方向長さが縮小され、発電機の軸方向長さを短くできる。これにより、出力を増大させた場合でも、限られた発電機収納空間内に発電機が収容できる。またコイルエンドの結線部に、一般的な絶縁被膜を施した線ではなくバスバーを接続した場合、絶縁被膜を施した線等を用いるよりも、他の機器等の接続および取外しが容易になる。
　この発明の発電機付車輪用軸受は、固定輪、およびハブフランジを有し前記固定輪に転動体を介して回転自在に支持されて前記ハブフランジに車両の車輪およびブレーキロータが取付けられる回転輪を有する車輪用軸受と、この車輪用軸受に取付けられた前記記載の発明の発電機と、を備え、前記固定輪に前記ステータが取付けられ、前記回転輪に前記ロータが取付けられた発電機付車輪用軸受であって、
　前記ブレーキロータの内径よりも半径方向内方に前記発電機が設置され、且つ、前記ハブフランジと、前記車両における足回りフレーム部品のアウトボード側面との軸方向範囲に前記発電機が設置されている。
　この構成によると、前述の軸方向長さを短くできる発電機を車輪用軸受に取付けることで、発電機付車輪用軸受の全長が短くなる。これにより、この発電機付車輪用軸受を、足回りフレーム部品に車輪周りの構成部品の改造なしで、現行の車輪用軸受と置き換えることが可能となる。
　特に、ブレーキロータの内径よりも半径方向内方に発電機が設置され、且つ、ハブフランジと、足回りフレーム部品のアウトボード側面との軸方向範囲に発電機が設置されたため、ブレーキロータ内に発電機を設置するスペースを確保してこの発電機をコンパクトに収めることができる。
　請求の範囲および／または明細書および／または図面に開示された少なくとも２つの構成のどのような組合せも、この発明に含まれる。特に、請求の範囲の各請求項の２つ以上のどのような組合せも、この発明に含まれる。
　この発明は、添付の図面を参考にした以下の好適な実施形態の説明から、より明瞭に理解されるであろう。しかしながら、実施形態および図面は単なる図示および説明のためのものであり、この発明の範囲を定めるために利用されるべきものではない。この発明の範囲は添付の請求の範囲によって定まる。添付図面において、複数の図面における同一の符号は、同一または相当する部分を示す。
この発明の実施形態に係る車両用動力装置の断面図である。 同車両用動力装置のモータステータの分解斜視図である。 同モータステータの斜視図である。 同モータステータの断面図である。 この発明の他の実施形態に係る車両用動力装置の断面図である。 この発明のさらに他の実施形態に係るモータステータの断面図である。 この発明のさらに他の実施形態に係る車両用動力装置の断面図である。 この発明のさらに他の実施形態に係るモータステータの斜視図である。 この発明のさらに他の実施形態に係るモータステータの斜視図である。 この発明のさらに他の実施形態に係るモータステータの斜視図である。 この発明のさらに他の実施形態に係るインナーロータ型のモータを概略示す断面図である。 いずれかの車両用動力装置を備えた車両の車両用システムの概念構成を示すブロック図である。 同車両用システムを搭載した車両の一例となる電源系統図である。 同車両用動力装置を備えた他の車両の車両用システムの概念構成を説明する図である。 従来の発電機能付き走行用モータを搭載した車両用動力装置の断面図である。 従来の走行用モータの斜視図である。 同走行用モータの断面図である。
　この発明の実施形態に係る車両用動力装置を図１ないし図４と共に説明する。図１に示すように、この車両用動力装置１は、車輪用軸受２と、モータを兼用する発電機である電動発電機３とを備える。
　＜車輪用軸受２について＞
　車輪用軸受２は、固定輪である外輪４と、複列の転動体６と、回転輪である内輪５とを有する。外輪４と内輪５との間の軸受空間には、グリースが封入されている。外輪４のアウトボード側の外周面には、半径方向外方に突出する車体取付フランジ４ａが設けられている。足回りフレーム部品であるナックル８に、車体取付フランジ４ａが固定される。内輪５は、ハブ輪５ａと、このハブ輪５ａのインボード側の外周面に嵌合された部分内輪５ｂとを有する。ハブ輪５ａは、外輪４よりも軸方向のアウトボード側に突出した箇所にハブフランジ７を有する。
　ハブフランジ７のアウトボード側の側面には、ブレーキロータ１２と図示外の車輪のリムとが軸方向に重なった状態で、ハブボルト１３により取り付けられている。前記リムの外周に図示外のタイヤが取付けられている。なおこの明細書において、車両用動力装置１が車両に搭載された状態で車両の車幅方向の外側寄りとなる側をアウトボード側と呼び、車両の車幅方向の中央寄りとなる側をインボード側と呼ぶ。
　＜ブレーキ１７について＞
　ブレーキ１７は、ディスク状のブレーキロータ１２と、ブレーキキャリパ１６（図１２）とを備える摩擦ブレーキである。ブレーキロータ１２は、平板状部１２ａと、外周部１２ｂとを有する。平板状部１２ａは、ハブフランジ７に重なる環状で且つ平板状の部材である。外周部１２ｂは、平板状部１２ａの外周縁部からインボード側に円筒状に延びる円筒状部１２ｂａと、この円筒状部１２ｂａのインボード側端から外径側に平板状に延びる平板部１２ｂｂとを有する。
　前記ブレーキキャリパ１６（図１２）は、車両における足回りフレーム部品であるナックル８に取付けられ（図示せず）、前記平板部１２ｂｂを挟み付ける摩擦パッド（図示せず）を有する。前記ブレーキキャリパ１６（図１２）は、油圧式および機械式のいずれであってもよく、また電動モータ式であってもよい。
　＜電動発電機３について＞
　この例の電動発電機３は、車輪の回転で発電を行い、外部から給電されることによって車輪を回転駆動可能な走行補助用の電動発電機である。電動発電機３は、ステータ１８と、このステータ１８に対し半径方向に対向して位置するロータ１９とを有する。この電動発電機３は、ロータ１９がステータ１８の半径方向外方に位置するアウターロータ型である。また、電動発電機３は、ロータ１９が車輪用軸受２の回転輪である内輪５に取付けられたダイレクトドライブ形式である。
　この電動発電機３は、ブレーキロータ１２の内径１２ｃよりも半径方向内方に設置され、且つ、ハブフランジ７と、ナックル８のアウトボード側面８ａとの間の軸方向範囲Ｌ１に設置されている。電動発電機３は、アウターロータ型の例えば表面磁石型永久磁石モータ、すなわちＳＰＭ（Surface Permanent Magnet）同期モータ（もしくはＳＰＭＳＭ(Surface Permanent Magnet Synchronous Motor)と標記）である。
　もしくは電動発電機３は、ＩＰＭ（Interior Permanent Magnet）同期モータ（もしくはＩＰＭＳＭ(Interior Permanent Magnet Synchronous Motor)と標記）でもよい。その他、電動発電機３は、スイッチトリラクタンスモータ(Switched reluctance motor；略称：ＳＲモータ)、インダクションモータ（Induction Motor；略称：ＩＭ）等各種形式が採用できる。各モータ形式において、ステータ１８の巻き線形式として分布巻、集中巻の各形式が採用できる。
　ロータ１９は、ハブフランジ７の外周縁部に取り付けられた円筒形状の回転ケース１５と、この回転ケース１５の内周面に設けられる複数の永久磁石１４とを備える。回転ケース１５は、例えば、軟磁性材料から成り、内輪５と同心の円筒形状である。回転ケース１５は、一体の金属部品で切削または鋳造等を用いて製作してもよく、もしくは、複数の分割構造体で製作後、これら分割構造体を、例えば、溶接、接着等で固定してもよい。回転ケース１５の内周面に円周方向一定間隔おきに複数の凹み部が形成され、各凹み部に永久磁石１４が嵌り込んで接着等により固定されている。
　図２および図３に示すように、ステータ１８は、環状に並ぶステータコア１８ａと、このステータコア１８ａに巻回されたステータコイル１８ｂとを有する。ステータコア１８ａは、例えば、電磁鋼板、圧粉磁心、またはアモルファス合金等から構成される。図４に示すように、ステータコイル１８ｂは、ステータコア１８ａの軸方向幅よりも軸方向両側に突出するコイルエンド１８ｂａを備える。このコイルエンド１８ｂａの軸方向幅がステータ１８の全長Ｌ２に相当する。
　図１に示すように、ステータコア１８ａは、外輪４の外周面に、ステータ固定部２４を介して取付けられている。外輪４のアウトボード側の外周面に、半径方向内方に所定小距離凹む環状凹みが形成され、この環状凹みに、円筒状のステータ固定部２４が圧入等により嵌合固定されている。
　＜バスバー２５について＞
　図４に示すように、コイルエンド１８ｂａの結線部Ｌｋにバスバー２５が接続され、ステータコア１８ａの軸方向幅内、例えばステータコア１８ａと軸方向に重なる位置に、バスバー２５が配置されている。この例では、ステータコア１８ａの半径方向内方に、円環状のバスバー２５が配置されている。コイルエンド１８ｂａから半径方向内方に線Ｌが延び、各線Ｌはさらにステータコア１８ａの半径方向内方に屈曲する。
　図２および図３に示すように、ステータコア１８ａの内周部にバスバー２５が挿入され、このバスバー２５に各ステータコイル１８ｂからの線Ｌを結線する。各線Ｌを結線した部分が結線部Ｌｋである。さらにバスバー２５に三芯のモータ線２６が結線される。またバスバー２５は、ステータコア１８ａの内周部で、ステータ固定部２４（図１）に対し軸方向（インボード側）に隣接した位置に設置される。
　＜シール構造について＞
　図１に示すように、回転ケース１５のインボード側の内周面と、車体取付フランジ４ａの外周面との間には、電動発電機３および車輪用軸受２内部への水および異物の侵入を防ぐシール部材２３が配置されている。
　＜回転検出器２７について＞
　この車両用動力装置１には、回転検出器２７が設けられている。この回転検出部２７は、走行補助用の電動発電機３の回転を制御するために、外輪４に対する内輪５の回転角度または回転速度を検出する。回転検出器２７は、被検出部保持部材等に取付けられた被検出部２７ａと、この被検出部２７ａを検出するセンサ部２７ｂとを有する。外輪４のインボード側の内周面に、センサ固定部材２８を介してセンサ部２７ｂが固定されている。この回転検出器２７として例えばレゾルバが適用される。なお回転検出器２７としては、レゾルバに限定されるものではなく、例えば、エンコーダ、パルサーリングあるいはホールセンサなど形式を問わず採用可能である。
　＜カバー２９等＞
　外輪４のインボード側端には、このインボード側端を覆う円筒状のカバー２９が取付けられている。このカバー２９に、例えば、パネルマウント型のパワー線用コネクタ（図示せず）を介して、この電動発電機３のモータ線２６（図４）が支持されている。またカバー２９には、図示外のセンサコネクタも支持され、このセンサコネクタにセンサ部２７ｂから延びる図示外の配線が支持されている。
　＜作用効果＞
　以上説明した電動発電機３によれば、コイルエンド１８ｂａの結線部Ｌｋにバスバー２５が接続され、ステータコア１８ａの内周部にバスバー２５を装着したことにより、従来のコイルエンドの端面にバスバーを設置する技術よりも、ステータ全体のうち、ステータコア１８ａの軸方向幅よりも軸方向に突出する部分の軸方向長さが縮小され、ステータ全長Ｌ２を短縮することができる。これにより、モータ出力を増大させた場合でも、限られたモータ収納空間内に電動発電機３が収容できる。またコイルエンド１８ｂａの結線部に、一般的な絶縁被膜を施した線ではなくバスバー２５を用いたため、絶縁被膜を施した線等を用いるよりも、他の機器等の接続および取外しが容易になる。電動発電機３は、アウターロータ型であり、ステータコア１８ａの半径方向内方にバスバー２５が配置されているため、インナーロータ型よりもロータ１９とステータ１８とが対向する面積を増やすことができる。これにより、限られた空間内で出力トルクを最大化することが可能となる。
　以上説明した車両用動力装置１によれば、前述の軸方向長さを短くできる電動発電機３を車輪用軸受２に取付けることで、車両用動力装置１の全長が短くなる。これにより、この車両用動力装置１を、ナックル８に車輪周りの構成部品の改造なしで、現行の車輪用軸受と置き換えることが可能となる。特に、ブレーキロータ１２の内径１２ｃよりも半径方向内方に電動発電機３が設置され、且つ、ハブフランジ７と、ナックル８のアウトボード側面８ａとの軸方向範囲Ｌ１に電動発電機３が設置されたため、ブレーキロータ１２内に電動発電機３を設置するスペースを確保してこの電動発電機３をコンパクトに収めることができる。
　ステータ固定部２４に対し軸方向に隣接してバスバー２５が設置されているため、バスバー２５の設置が容易となるうえ、ステータコア１８ａの取り付け強度を上げることが可能となる。電動発電機３のロータ１９が、車輪用軸受２の回転輪である内輪５に取付けられたダイレクトドライブ形式であるため、減速機構等を備える構成よりも車両用動力装置全体の部品点数が少なく構成が簡易で省スペースで済み、車両重量の増加も抑えられる。
　＜他の実施形態について＞
　以下の説明においては、各実施の形態で先行して説明している事項に対応している部分には同一の参照符号を付し、重複する説明を略する。構成の一部のみを説明している場合、構成の他の部分は、特に記載のない限り先行して説明している形態と同様とする。同一の構成から同一の作用効果を奏する。実施の各形態で具体的に説明している部分の組合せばかりではなく、特に組合せに支障が生じなければ、実施の形態同士を部分的に組合せることも可能である。
　図５に示すように、外輪４のアウトボードの外周面に、半径方向内方に凹む環状凹み４ｂを備え、この環状凹み部４ｂにバスバー２５を設置してもよい。この場合、前記ステータ固定部が不要となるため、部品点数を低減して構造を簡素化することができる。その他同様の構成を備える。
　図６に示すように、ステータコア１８ａの半径方向内方において、二つのステータ固定部２４，２４に挟まれる位置にバスバー２５を設置してもよい。また、いずれか一方のステータ固定部２４とバスバー２５との間に形成される軸方向の空間には、例えば、1～3（W/m・K）程度の熱伝導率を有する樹脂材９が充填されている。この構造では、ステータコア１８ａが二つのステータ固定部２４，２４を介して外輪４（図１）に固定されるため、ステータコア１８ａの取り付け強度をさらに上げることが可能となる。これにより、モータ駆動時に発生する振動を低減することができる。またバスバー２５で発生した熱を、樹脂材９を介して周辺の金属部材（例えば外輪）へ逃がすことができ、バスバー２５の温度上昇を低く抑えることができる。
　図７に示すように、バスバー取り付け時に発生する空間に、例えば、熱伝導率1～3（W/m・K）程度の熱伝導率を有する樹脂材９が充填されていてもよい。その他図１等に示す実施形態と同様の構成となっている。この図７の構成によれば、バスバー２５で発生した熱を、樹脂材９を介して周辺の金属部材（例えば外輪４）へ逃がすことができ、バスバー２５の温度上昇を低く抑えることができる。同図では、バスバー２５が、ステータ固定部２４と樹脂材９との間に挟まれている。
　図８に示すように、バスバー２５Ａがステータ固定部２４Ａ内に複数個（この例では四個）に分割されて設置されてもよい。このステータ固定部２４Ａは、インボード側の端面から軸方向に所定距離延びる複数の凹み部２５Ａａが円周方向一定間隔おきに複数（この例では四箇所）形成された冠形状であり、各凹み部２５Ａａにバスバー２５Ａがそれぞれ嵌込むように構成されている。この図８の例では、各凹み部２５Ａａの底部にバスバー２５Ａの端面が接する。この構成によると、ステータコイル１８ｂの結線をバスバー２５Ａ内で行い、そこから三芯のモータ線２６が外部に取り出される。ステータコイル１８ｂの結線をバスバー２５Ａ内で行うため、軸方向の収納空間を短縮することができる。
　図９に示すように、ステータ固定部２４Ｂは、複数のステータ固定部分割体２４Ｂａが円周方向一定間隔おきに設けられ、円周方向に隣り合うステータ固定部分割体２４Ｂａ，２４Ｂａ間に、バスバー２５Ｂがそれぞれ介在する構成であってもよい。この場合にも、図８の構成と同様の作用効果を奏する。なお図８、図９の例では、バスバーを四分割しているが、四分割に必ずしも限定されるものではない。
　図１０に示すように、モータ線２６（図８、図９）の代わりに、バスバー２５Ａ内の導体をインボード側に延長して外部へ取り出した導体延長部２６Ａを備えた構造にしてもよい。この場合、モータ線が省略できるため、より簡単にモータ結線を行うことができる。
　また、上記車両用動力装置ではアウターロータ型の電動発電機について説明したが、図１１に示すように、電動発電機３は、ロータ１９がステータ１８の半径方向内方に位置するインナーロータ型であってもよい。この場合、ステータコア１８ａの半径方向外方にバスバー２５が配置される。このインナーロータ型の構成においても、従来のコイルエンドの端面にバスバーを設置する技術より、ステータ全体のうち、ステータコアの軸方向幅よりも軸方向に突出する部分の軸方向長さが縮小され、電動発電機３の軸方向長さを短くできる。
　＜車両用システムについて＞
　図１２は、上記のいずれかの実施形態に係る車両用動力装置１を用いた車両用システムの概念構成を示すブロック図である。この車両用システムにおいて、車両用動力装置１は、主駆動源と機械的に非連結である従動輪１０Ｂを持つ車両において、従動輪１０Ｂに対して搭載される。車両用動力装置１における車輪用軸受２（図１）は、従動輪１０Ｂを支持する軸受である。
　主駆動源３５は、ガソリンエンジンまたはディーゼルエンジン等の内燃機関、または電動発電機（電動モータ）、または両者を組み合わせたハイブリッド型の駆動源である。前記「電動発電機」は、回転付与による発電が可能な電動モータを称す。図示の例では、車両３０は、前輪が駆動輪１０Ａ、後輪が従動輪１０Ｂとなる前輪駆動車であって、主駆動源３５が内燃機関３５ａと駆動輪側の電動発電機３５ｂとを有するハイブリッド車（以下、「ＨＥＶ」と称することがある）である。
　具体的には、駆動輪側の電動発電機３５ｂが４８Ｖ等の中電圧で駆動されるマイルドハイブリッド形式である。ハイブリッドはストロングハイブリッドとマイルドハイブリッドとに大別されるが、マイルドハイブリッドは、主要駆動源が内燃機関であって、発進時や加速時等にモータで走行の補助を主に行う形式を言い、ＥＶ（電気自動車）モードでは通常の走行を暫くは行えても長時間行うことができないことでストロングハイブリッドと区別される。同図の例の内燃機関３５ａは、クラッチ３６および減速機３７を介して駆動輪１０Ａのドライブシャフトに接続され、減速機３７に駆動輪側の電動発電機３５ｂが接続されている。
　この車両用システムは、従動輪１０Ｂの回転駆動を行う走行補助用の発電機である電動発電機３と、この電動発電機の制御を行う個別制御手段３９と、上位ＥＣＵ４０に設けられて前記個別制御手段３９に駆動および回生の制御を行わせる指令を出力する個別電動発電機指令手段４５とを備える。電動発電機３は、蓄電手段に接続されている。この蓄電手段は、バッテリー（蓄電池）またはキャパシタ、コンデンサ等を用いることができ、その形式や車両３０への搭載位置は問わないが、この実施形態では、車両３０に搭載された低電圧バッテリー５０および中電圧バッテリー４９のうちの中電圧バッテリー４９とされている。
　従動輪用の電動発電機３は、変速機を用いないダイレクトドライブモータである。電動発電機３は、電力を供給することで電動機として作用し、また車両３０の運動エネルギーを電力に変換する発電機としても作用する。電動発電機３は、内輪５（図１）にロータ１９（図１）が取付けられているため、電動発電機３に電流を印加すると内輪５（図１）が回転駆動され、逆に電力回生時には誘起電圧を負荷することで回生電力が得られる。この電動発電機３の回転駆動用の駆動電圧または回生電圧が１００Ｖ以下である。
　＜車両３０の制御系について＞
　上位ＥＣＵ４０は、車両３０の統合制御を行う手段であり、トルク指令生成手段４３を備える。このトルク指令生成手段４３は、アクセルペダル等のアクセル操作手段５６およびブレーキペダル等のブレーキ操作手段５７からそれぞれ入力される操作量の信号に従ってトルク指令を生成する。この車両３０は、主駆動源３５として内燃機関３５ａおよび駆動輪側の電動発電機３５ｂを備え、また二つの従動輪１０Ｂ，１０Ｂをそれぞれ駆動する二つの電動発電機３，３を備えるため、前記トルク指令を各駆動源３５ａ，３５ｂ，３，３に定められた規則によって分配するトルク指令分配手段４４が上位ＥＣＵ４０に設けられている。
　内燃機関３５ａに対するトルク指令は内燃機関制御手段４７に伝達され、内燃機関制御手段４７によるバルブ開度制御等に用いられる。駆動輪側の発電電動機３５ｂに対するトルク指令は、駆動輪側電動発電機制御手段４８に伝達されて実行される。従動輪側の発電機３，３に対するトルク指令は、個別制御手段３９，３９に伝達される。前記トルク指令分配手段４４のうち、個別制御手段３９，３９へ出力する部分を個別電動発電機指令手段４５と称している。この個別電動発電機指令手段４５は、ブレーキ操作手段５７の操作量の信号に対して、電動発電機３が回生制動により制動を分担する制動力の指令となるトルク指令を個別制御手段３９へ与える機能も備える。個別電動発電機指令手段４５および個別制御手段３９により、電動発電機３を制御する制御手段６８が構成される。
　個別制御手段３９はインバータ装置であり、中電圧バッテリー４９の直流電力を三相の交流電圧に変換するインバータ４１と、前記トルク指令等によりインバータ４１の出力をＰＷＭ制御等で制御する制御部４２とを有する。インバータ４１は、半導体スイッチング素子等によるブリッジ回路（図示せず）と、電動発電機３の回生電力を中電圧バッテリー４９に充電する充電回路（図示せず）とを備える。なお個別制御手段３９は、二つの電動発電機３，３に対して個別に設けられるが、一つの筐体内に収められ、制御部４２を両個別制御手段３９，３９で共有する構成であってもよい。
　図１３は、前記車両用システムを搭載した車両（図１２）の一例となる電源系統図である。同図の例では、バッテリーとして低電圧バッテリー５０と中電力バッテリー４９とが設けられ、両バッテリー４９，５０は、ＤＣ／ＤＣコンバータ５１を介して接続されている。電動発電機３は二つあるが、代表して一つで図示している。図１２の駆動輪側の電動発電機３５ｂは、図１３では図示を省略しているが、従動輪側の電動発電機３と並列に中電力系統に接続されている。低電圧系統には低電圧負荷５２が接続され、中電圧系統には中電圧負荷５３が接続される。低電圧負荷５２および中電圧負荷５３は、それぞれ複数あるが、代表して一つで示している。
　低電圧バッテリー５０は、制御系等の電源として各種の自動車一般に用いられているバッテリーであり、例えば１２Ｖまたは２４Ｖとされる。低電圧負荷５２としては、内燃機関３５ａのスタータモータ、灯火類、上位ＥＣＵ４０およびその他のＥＣＵ（図示せず）等の基幹部品がある。低電圧バッテリー５０は電装補機類用補助バッテリーと称し、中電圧バッテリー４９は電動システム用補助バッテリー等と称してもよい。
　中電圧バッテリー４９は、低電圧バッテリー５０よりも電圧が高く、かつストロングハイブリッド車等に用いられる高圧バッテリー（１００Ｖ以上、例えば２００～４００Ｖ程度）よりも低く、かつ作業時に感電による人体への影響が問題とならない程度の電圧であり、近年マイルドハイブリッドに用いられている４８Ｖバッテリーが好ましい。４８Ｖバッテリー等の中電圧バッテリー４９は、従来の内燃機関を搭載した車両に比較的容易に搭載することができ、マイルドハイブリッドとして電力による動力アシストや回生により、燃費低減することができる。
　前記４８Ｖ系統の中電圧負荷５３は前記アクセサリー部品であり、前記駆動輪側の電動発電機３５ｂである動力アシストモータ、電動ポンプ、電動パワーステアリング、スーパーチャージャ、およびエアーコンプレッサなどである。アクセサリーによる負荷を４８Ｖ系統で構成することで、高電圧（１００Ｖ以上のストロングハイブリッド車など）よりも動力アシストの出力が低くなるものの、乗員やメンテナンス作業者への感電の危険性を低くすることができる。電線の絶縁被膜を薄くすることができるので、電線の重量や体積を減らすことができる。また、１２Ｖよりも小さな電流量で大きな電力量を入出力することができるため、電動機または発電機の体積を小さくすることができる。これらのことから、車両の燃費低減効果に寄与する。
　この車両用システムは、こうしたマイルドハイブリッド車のアクセサリー部品に好適であり、動力アシストおよび電力回生部品として適用される。なお、従来よりマイルドハイブリッド車において、ＣＭＧ（Crankshaft Motor driven Generator：クランクシャフトモータ駆動ジェネレータ）、ＧＭＧ（Gearbox Motor driven Generator：ギアボックスモータ駆動ジェネレータ）、ベルト駆動式スタータモータ（いずれも図示せず）などが採用されることがあるが、これらはいずれも、内燃機関または動力装置に対して動力アシストまたは回生するため、伝達装置および減速機などの効率の影響を受ける。
　これに対してこの実施形態の車両用システムは従動輪１０Ｂに対して搭載されるため、内燃機関３５ａおよび電動モータ（図示せず）等の主駆動源とは切り離されており、電力回生の際には車体の運動エネルギーを直接利用することができる。また、ＣＭＧ、ＧＭＧ、ベルト駆動式スタータモータなどを搭載する際には、車両３０の設計段階から考慮して組み込む必要があり、後付けすることが難しい。
　これに対して、従動輪１０Ｂ内に収まるこの車両用システムの電動発電機３は、完成車であっても部品交換と同等の工数で取り付けることができ、内燃機関３５ａのみの完成車に対しても４８Ｖのシステムを構成することができる。内燃機関３５ａのみ備えた既存の車両に、いずれかの実施形態に係る車両用動力装置１と、電動発電機用のバッテリーとして、駆動電圧または回生電圧が１００Ｖ以下の前記中電圧バッテリー４９とを搭載することで、車両の大幅な改造をすることなく、マイルドハイブリッド車両にすることができる。この実施形態の車両用システムを搭載した車両に、図１２の例のように別の補助駆動用の電動発電機３５ｂが搭載されていても構わない。その際は車両３０に対する動力アシスト量や回生電力量を増加させることができ、さらに燃費低減に寄与する。
　図１４は、いずれかの実施形態に係る車両用動力装置１を、前輪である駆動輪１０Ａおよび後輪である従動輪１０Ｂにそれぞれ適用した例を示す。駆動輪１０Ａは内燃機関からなる主駆動源３５により、クラッチ３６および減速機７を介して駆動される。この前輪駆動車において、各駆動輪１０Ａおよび従動輪１０Ｂの支持および補助駆動に、車両用動力装置１が設置されている。このように車両用動力装置１を、従動輪１０Ｂだけでなく、駆動輪１０Ａにも適用し得る。
　図１２に示す車両用システムは、発電を行う機能を有するが、給電による回転駆動をしないシステムとしてもよい。この場合、電動発電機３が発電した回生電力を中電圧バッテリー４９に蓄えることにより、制動力を発生させることができる。機械式のブレーキ操作手段５７と併用や使い分けで、制動性能も向上させることができる。このように発電を行う機能に限定した場合、個別制御手段３９はインバータ装置ではなく、AC/DCコンバータ装置（図示せず）として構成することができる。前記AC/DCコンバータ装置は、３相交流電圧を直流電圧に変換することで、電動発電機３の回生電力を中電圧バッテリー４９に充電する機能を備え、インバータと比較すると制御方法が容易であり、小型化が可能となる。
　加えて、本願における車両用動力装置１は、回転輪として、一つの部分内輪が嵌合されたハブ輪を備え、固定輪である外輪と、ハブ輪および部分内輪の嵌合体で構成された第３世代構造としているが、これに限定するものではない。
　ハブフランジを有するハブと、転動体の軌道面を有する部材とを合わせた構造体が本発明でいう回転輪となる。例えば、主に固定輪である外輪と、ハブフランジを有するハブの外周面に嵌合された内輪とを備えた第１世代構造であってもよい。固定輪である外輪と、ハブフランジを有するハブの外周面に嵌合された内輪とを備えた内輪回転形式の第２世代構造であってもよい。これらの例では、前記ハブと前記内輪とが組み合わさったものが請求項でいう「回転輪」に相当する。ハブフランジを有する回転輪である外輪と、固定輪である内輪とを備えた外輪回転形式の第２世代構造であってもよい。
　電動発電機は、家電用モータ、産業用モータ等にも適用可能である。その他、電動発電機は、風力発電機または水力発電機の発電機に適用可能である。
　以上のとおり、図面を参照しながら好適な実施形態を説明したが、本発明の趣旨を逸脱しない範囲内で、種々の追加、変更、削除が可能である。したがって、そのようなものも本発明の範囲内に含まれる。
１…車両用動力装置、２…車輪用軸受、３…電動発電機（モータ、発電機）、４…外輪（固定輪）、５…内輪（回転輪）、６…転動体、７…ハブフランジ、８…ナックル（足回りフレーム部品）、９…樹脂材、１２…ブレーキロータ、１８…ステータ、１８ａ…ステータコア、１８ｂ…ステータコイル、１８ｂａ…コイルエンド、１９…ロータ、２４…ステータ固定部、２５，２５Ａ，２５Ｂ…バスバー、Ｌｋ…結線部

Claims (10)

  1. 　環状のステータコアおよびこのステータコアに巻回されたステータコイルを有するステータと、このステータに対し半径方向に対向して位置するロータとを備えたモータであって、
    　前記ステータコイルにバスバーが接続され、前記ステータコアの軸方向幅内に、前記バスバーが配置されたモータ。
  2. 　請求項１に記載のモータにおいて、前記モータは、前記ロータが前記ステータの半径方向外方に位置するアウターロータ型であり、前記ステータコアの半径方向内方に前記バスバーが配置されたモータ。
  3. 　請求項１に記載のモータにおいて、前記モータは、前記ロータが前記ステータの半径方向内方に位置するインナーロータ型であり、前記ステータコアの半径方向外方に前記バスバーが配置されたモータ。
  4. 　固定輪、およびハブフランジを有し前記固定輪に転動体を介して回転自在に支持されて前記ハブフランジに車両の車輪およびブレーキロータが取付けられる回転輪を有する車輪用軸受と、この車輪用軸受に取付けられた請求項１ないし請求項３のいずれか１項に記載のモータと、を備え、前記固定輪に前記ステータが取付けられ、前記回転輪に前記ロータが取付けられた車両用動力装置であって、
    　前記ブレーキロータの内径よりも半径方向内方に前記モータが設置され、且つ、前記ハブフランジと、前記車両における足回りフレーム部品のアウトボード側面との軸方向範囲に前記モータが設置された車両用動力装置。
  5. 　請求項４に記載の車両用動力装置において、前記ステータコアは、ステータ固定部を介して前記固定輪に固定され、前記ステータ固定部に対し軸方向に隣接して前記バスバーが設置された車両用動力装置。
  6. 　請求項５に記載の車両用動力装置において、前記バスバーが二つの前記ステータ固定部に挟まれて設置された車両用動力装置。
  7. 　請求項４ないし請求項６のいずれか１項に記載の車両用動力装置において、定められた値以上の熱伝導率を有する樹脂材が前記バスバーの一部に接触するように設けられ、前記バスバーの取り付け時に発生する空間に前記樹脂材が充填された車両用動力装置。
  8. 　請求項４に記載の車両用動力装置において、前記ステータコアは、ステータ固定部を介して前記固定輪に固定され、前記バスバーが前記ステータ固定部内に複数個に分割されて設置された車両用動力装置。
  9. 　環状のステータコアおよびこのステータコアに巻回されたステータコイルを有するステータと、このステータに対し半径方向に対向して位置するロータとを備えた発電機であって、
    　前記ステータコイルにバスバーが接続され、前記ステータコアの軸方向幅内に、前記バスバーが配置された発電機。
  10. 　固定輪、およびハブフランジを有し前記固定輪に転動体を介して回転自在に支持されて前記ハブフランジに車両の車輪およびブレーキロータが取付けられる回転輪を有する車輪用軸受と、この車輪用軸受に取付けられた請求項９に記載の発電機と、を備え、前記固定輪に前記ステータが取付けられ、前記回転輪に前記ロータが取付けられた発電機付車輪用軸受であって、
    　前記ブレーキロータの内径よりも半径方向内方に前記発電機が設置され、且つ、前記ハブフランジと、前記車両における足回りフレーム部品のアウトボード側面との軸方向範囲に前記発電機が設置された発電機付車輪用軸受。
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