(57)【要約】【課題】モータで発生する振動や騒音を低減することができる電動機を提供することを目的とするものである。【解決手段】円筒部７と、円筒部７の内側に向けて突出した複数のステータティース２０と、ステータティース２０に巻き掛けられたコイル８とを有するステータ３と、円筒部７の中心軸線を中心に回転するロータ２とを備え、円筒部７における一方の端部がその一方の端部を閉じるように固定部５に締結された電動機１において、円筒部７の中心軸線上に設けられた環状のハブ２１と、ハブ２１に連結された複数の柱１９とを備え、複数の柱１９は、一方の端部がハブ２１に連結され、他方の端部が円筒部７における他方の端部に連結されている。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
円筒部と、前記円筒部の内側に向けて突出した複数のステータティースと、前記ステータティースに巻き掛けられたコイルとを有するステータと、前記円筒部の中心軸線を中心に回転するロータとを備え、前記円筒部における一方の端部が前記一方の端部を閉じるように固定部に締結された電動機において、
前記円筒部の中心軸線上に設けられた環状のハブと、
前記ハブに連結された複数の柱とを備え、
前記複数の柱は、一方の端部が前記ハブに連結され、他方の端部が前記円筒部における他方の端部に連結されている
ことを特徴とする電動機。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
この発明は、電動機で発生する動力による振動や騒音を抑制（低減）する構造に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
例えば、車両の駆動力源として用いられている電動機などの大型の電動機は比較的大きなトルクを発生する。また、その電動機は単独でケーシング内に収容されずに、軸受などの周辺部材と共にケーシング内に収容される。この種の電動機では、その電動機が発生するトルクに対する振動を抑制するように構成されている。特許文献１にはその電動機（モータ）における振動を抑制する構成の一例が記載されている。
【０００３】
特許文献１に記載されたモータは、円環状のステータと、そのステータの内周側に収容されるロータと、ステータを収容するモータケースとから構成されている。また、ステータの軸方向の一端をモータケースに固定するインナーフレーム（支持部材）を備え、そのインナーフレームを介してステータをモータケースに支持するように構成されている。さらに、この特許文献１に記載されたモータでは、ステータを上記のインナーフレームを介してモータケースに固定する際に、半径方向での振動や騒音を抑制するように構成されている。具体的には、ステータの半径方向外側の外周面とモータケースの半径方向内側の内周面との間にクリアランスを設けて、半径方向でモータケースを支持しないように構成し、軸方向でインナーフレームを介してステータをモータケースに対して固定するように構成されている。一方、半径方向で固定する場合には、インナーフレームの半径方向外側において周方向に肉抜き部を形成している。なお、この特許文献１に記載されたモータでは、上述した半径方向での振動を抑制するために、ステータを軸方向での一端で支持する片持ち構造とされ、モータケースに対してボルトなどの締結部材によって固定されている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００４】
【特許文献１】特許第５８６２８３１号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
特許文献１に記載されたようなモータにおけるステータは、ステータコアと電磁コイルとから構成されており、その電磁コイルに通電することによりトルクを発生させ、つまり、ステータは振動の発振源であり、そのように発生する振動は、例えばステータコアの外周側（半径方向）で比較的大きくなる。したがって、その振動を抑制するためには、特許文献１に記載されたように、ステータの半径方向での振動を抑制することが有効である。その特許文献１に記載された構成では、上述したようにステータとモータケースとの間にクリアランスを設けて軸方向でインナーフレームを介してステータをモータケースに固定したり、あるいは、インナーフレームの外周側に肉抜き部を形成することによって、半径方向での振動を抑制している。一方、特許文献１に記載された構成では、上述したようにステータを片持ち構造でモータケースに対して支持しているから、ステータをモータケースに固定するボルトの頭部側の剛性は低くなる。そのため、特許文献１に記載されたように、半径方向での振動を低減した場合であっても、未だ振動を抑制するには不十分となるおそれがあり、改善の余地があった。
【０００６】
この発明は、上記の技術的課題に着目してなされたものであり、モータで発生する振動や騒音を低減することができる電動機を提供することを目的とするものである。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
上記の目的を達成するために、この発明は、円筒部と、前記円筒部の内側に向けて突出した複数のステータティースと、前記ステータティースに巻き掛けられたコイルとを有するステータと、前記円筒部の中心軸線を中心に回転するロータとを備え、前記円筒部における一方の端部が前記一方の端部を閉じるように固定部に締結された電動機において、前記円筒部の中心軸線上に設けられた環状のハブと、前記ハブに連結された複数の柱とを備え、前記複数の柱は、一方の端部が前記ハブに連結され、他方の端部が前記円筒部における他方の端部に連結されていることを特徴とするものである。
【発明の効果】
【０００８】
この発明の電動機によれば、ステータの一方の端部がその端部を閉じるように固定部に締結された状態（片持ちの状態）で、他方の端部を補強するように構成されている。具体的には、ステータを構成する円筒部の中心軸線上に設けられた環状のハブと、そのハブに連結された複数の柱とを備えている。また、その複数の柱は、それぞれ一方の端部がハブに連結され、他方の端部が前記円筒部のうちの固定部とは反対側の端部に連結されている。したがって、このように円筒部のうち固定部に締結された反対側の端部をハブと複数の柱とによって補強することにより、例えば各柱からハブ側に向けて伝達される振動と、ハブから各柱に向けて伝達される振動とによりその振動は打ち消し合う（相殺）、あるいは、低減される。つまり、上述した半径方向における振動を低減できる、そのため、モータのトルクによって発生する振動を低減することができる。
【図面の簡単な説明】
【０００９】
【図１】この発明の一実施形態を模式的に示す断面図である。
【図２】図１の構成において補強部材における柱を３本設けた例を説明する図である。
【図３】図１の構成において補強部材における柱を８本設けた例を説明する図である。
【図４】図１の構成において補強部材における柱を１０本設けた例を説明する図である。
【図５】図２から図４ならびに図７の例における周波数と振動との関係を示すグラフである。
【図６】この発明の実施形態における補強部材の他の例を説明する図である。
【図７】図２から図４の構成と比較する参考例である。
【発明を実施するための形態】
【００１０】
この発明の実施形態について説明する。この発明に係る電動機（モータ・ジェネレータ）は、例えばハイブリッド車両や電気自動車の動力源として用いられるものであって、三相誘導モータ、永久磁石式同期電動機（ＰＭモータ）などである。また、この電動機（以下、モータと記す）は、電力の供給により駆動する電動機としての機能（力行機能）と、機械エネルギを電気エネルギに変換する発電機としての機能（回生機能）とを兼ね備えている。以下、このモータ１について図を参照しつつ具体的に説明する。
【００１１】
図１は、この発明の実施形態におけるモータを模式的に示す図であって、このモータ１の主要な構成要素であるロータ（回転子）２と、ステータ（固定子）３とがモータの内部に配置されている。これらロータ２およびステータ３は、従来知られている一般的な構成のものと同様であってよい。具体的には、ステータ３は、環状をなすものであって、筒状に形成されており、ロータ２を内部に筒状に囲んで収容して、その内周面が円筒状のロータ２の外周面と対向して配置されている。また、図１に示すようにこのステータ３の内周面とロータ２の外周面とが対向する隙間が、エアギャップ４となっている。言い換えれば、モータ１は、ステータ３の内周部に、径方向で所定の僅かなエアギャップ４を空けてロータ２がロータ軸２ａと共に回転自在に支持されている。なお、このエアギャップ４によりステータ３とロータ２とが相互に働く磁気吸引力が決定され、その間隔は、モータ１の大きさなどによって設定される。
【００１２】
また、ステータ３の外周側には、その外周面を覆うようにケーシング５が備えられ、上記のステータ３がケーシング５に収容されて、ボルトなどの締結部材６により固定されている。そして、ステータ３は、複数枚の電磁鋼板を配列して積層させたステータコア７と共に銅線などの導線が巻かれた電磁コイル８を有する電磁石として構成される。ステータコア７に巻かれた電磁コイル８は、流す電流を変化させて磁界を変化させることにより、ロータ２にトルクを生じさせるように構成され、またその電磁コイル８の両端部でステータコア７の軸線方向の長さより延長された位置で折り返されており、この折り返した部位が電磁コイル８のコイルエンド９となる。なお、コイルエンド９には、絶縁被膜が設けられている。また、上記のケーシング５が、この発明の実施形態における「固定部」に相当し、ステータコア７が、この発明の実施形態における「円筒部」に相当する。
【００１３】
そして、電磁コイル８に繋がれて結線された図示しない導線が、インバータ（図示せず）に電気的に接続されて、そのインバータからバッテリに別の導線によって電気的に接続されている。なお、例えばこのモータ１が三相交流モータである場合には、Ｕ端子、Ｖ端子およびＷ端子を有する端子ボックス（図示せず）などがケーシング５に設けられて、それぞれにインバータからの導線が結線される。また、インバータには、運転者のアクセルペダルおよびブレーキペダル（共に図示せず）の操作が、センサ（図示せず）により検知されて、電子制御装置（図示せず）を介してインバータにその操作状況を表す情報が電気信号として通信される。そして、インバータが、この電気信号を受け取るとバッテリに電力量を指示して、バッテリからの直流電流を交流電流に変換してモータに電力を供給する。
【００１４】
一方、ロータ２は、上記のステータの中心軸線Ｏを中心に回転し、その中心軸線Ｏ上に中空円筒状のロータ軸２ａを有し、そのロータ軸２ａに回転軸１０が相対回転可能に挿入されている。回転軸１０は中心軸線Ｏを中心（以下、単に軸線方向とも記す）に回転して、軸線方向に所定の長さを有し、図示しない動力伝達要素などに動力が伝達可能とされている。
【００１５】
また、ロータ２は、積層鋼板によって構成されたロータコア（回転子コア）１１を有し、各鋼板が密着するように軸線方向に荷重を加えて締め付けた状態でロータ軸２ａに取り付けられている。具体的に説明すると、ロータ２の軸線方向での両端部側に、ロータ軸２ａと一体の取付具（ロック部）１２，１３が設けられている。これによりロータ２の両端面が当接して挟まれてロータ２の軸線方向での位置が規定される。
【００１６】
さらに、図１に示すロータ２は、一方の取付具１２（１３）に当接するロータ２の端部にエンドプレート（端板）１４を有している。このエンドプレート１４は、上述したロータコア１１の積層構造となっている複数枚の電磁鋼板を挟持して分散するのを防止する構造とされている。つまり、各電磁鋼板が密着するように軸線方向に荷重を加えて締め付けた状態でロータ軸２ａに取り付けられている。なお、そのロータ軸２ａには、ネジ止め、かしめ、圧入などの適宜の方法によって固定されて、ロータ軸２ａと一体的に回転する。このように、エンドプレート１４が締結されることから、このエンドプレート１４と一体にロータコア１１も回転する。なお、エンドプレート１４と複数枚の電磁鋼板とは、ネジやボルトなどの締結部材がこのエンドプレート１４と複数枚の電磁鋼板とに挿通されて締結され、一体に回転するような構成であってもよい。
【００１７】
そして、このロータ軸２ａの端部は、ボールベアリングなどの軸受け部材１５によりケーシング５に回転可能に支持され、また回転軸１０も同様に軸受け部材１６によりケーシング５に回転可能に支持されている。
【００１８】
このように構成されたモータ１は、上述したようにハイブリッド車両や電気自動車に適用され、例えば電力の供給により動力（トルク）を発生させ、駆動する。具体的には、ステータ３に設けられた電磁コイル８に通電すると、ステータ３が発生する電磁力によりロータ２が回転（駆動）される。このモータ１から出力される動力は出力軸（図示せず）を介して車輪（図示せず）に回転力として伝達され、車輪を出力軸と一体回転させることで、車両の走行を可能にする。また、回生時には、車輪は車体の慣性力により回転させられ、車輪からの回転力により出力軸を介してモータ１が駆動される。このときモータ１は発電機として作動し、発電された電力はインバータを介してバッテリに蓄えられる。
【００１９】
一方、このように車両の駆動力源として用いられるモータは、比較的大きなトルクを発生するから、その分、発生する振動やそれに伴う騒音も大きくなる。例えば電動機として駆動力の発生時、ならびに、発電機としての発電時に振動する。具体的には、上述したように、電磁コイル８に通電することによりトルクを発生させるから、ステータコア７は、振動の発振源となり、そのように発生する振動は、例えばロータ２とステータ３とのエアギャップ４の間隔が変動し、ステータコア７の半径方向（外周側）で比較的大きくなる。したがって、このようなステータ３の半径方向の電磁加振力により振動や騒音が発生する。また上述したように、半径方向への振動を低減（あるいは抑制）するために、ステータの一端で支持する片持ち構造にすることが好ましく、また組み付け性の観点からも片持ち構造の方が好ましい。そのため、そのように片持ち構造でケーシング５に対してステータ３を支持すると、そのステータ３をケーシング５に締結する締結部材６の頭部側の剛性は低くなり、より半径方向における振動や騒音が大きくなるおそれがある。そこで、この発明の実施形態では、その振動や騒音を低減するように構成されている。
【００２０】
具体的には、その振動や騒音を低減する補強部材１７が設けられている。補強部材１７は、ステータ３の外周部分に、すなわち軸線方向でステータコア７に連続して連なる円筒部１８と、その円筒部１８の開口部を部分的に閉じるように複数本の柱（スティフナあるいは梁）１９とから構成されている。なお、円筒部１８は、ステータコア７のように複数枚の電磁鋼板を積層させた構造でなくてよい。
【００２１】
図２から図４は、その補強部材１７を備えたステータ３を示す例であって、図２は、柱１９を３本備えた例を示し、図３は、柱１９を８本備えた例を示し、図４は、柱１９を１０本備えた例を示している。なお、図７は、前掲した特許文献１などこのような補強部材１７を設けないモータの例を示す参考例である。また、図２から図４および図７のステータ３の内周側は、滑らかな形状とされているものの（符号２０）、実際のステータ３では、そのステータ３の内周側に複数の溝が形成され、その複数の溝が、電磁コイル８が巻き掛けられるステータティース（あるいはスロット）２０に相当する。
【００２２】
より具体的に補強部材１７について説明すると、この補強部材１７は、上述したように円筒部１８の開口部の一部を閉じるようにして構成され、前記円筒部１８と、ロータ軸２ａが挿入される環状のセンターハブ２１と、センターハブ２１から半径方向に向けて放射状に延びた柱１９とから構成されている。また、その柱１９が複数本設けられ、その柱１９の本数は、上述した図２から図４に示すように、適宜の本数とされる。なお、図１および図２に示すようにロータ軸２ａとセンターハブ２１との間には、柱１９の曲げなどを考慮して所定のクリアランスＣが設けられている。そして、ステータ３が、この補強部材１７を介して上述した締結部材（ボルト）６によって固定されている。なお、図２から図４に示す符号６ａは、締結部材６が挿入される孔である。
【００２３】
また、放射状に設けられた各柱１９の間隔は、円周方向で等間隔に構成することが好ましく、図２から図４に示す例では、それぞれ円周方向における各柱１９の間隔は等しく構成され、すなわち円周方向（３６０°）で柱１９の数を割った値の間隔とされている。つまり、図２に示す例では、その柱１９の数は３本であるから１２０°間隔にその柱１９が設けられている。
【００２４】
さらに、この発明の実施形態では、モータ１の極数に応じて、補強部材１７における柱１９の数を決定することが好ましい。図５は、８極モータを対象として補強部材１７を設けた場合の振動と周波数との関係を示すものである。具体的には、８極モータを対象として、補強部材１７なしの場合（図７の例）、補強部材１７の柱１９の本数が３本の場合（図２の例）、補強部材１７の柱１９の本数が８本の場合（図３の例）、補強部材１７の柱１９の本数が１０本の場合（図４の例）のそれぞれの例を基に比較したものである。なお、図５における各ラインは、各例における補強部材１７の柱１９の本数に応じた振動の変化を示しており、縦軸にその振動を示し、横軸に周波数を示している。また、実線が補強部材１７の柱１９の本数が８本の場合の例を示し、破線が補強部材なしの場合の例を示し、一点鎖線が補強部材１７の柱１９の本数が１０本の場合の例を示し、二点鎖線が補強部材１７の柱１９の本数が３本の場合の例を示している。
【００２５】
図５に示すように、所定の周波数αで振動の値がピークとなっている。このピーク地点において、補強部材１７なしの場合、補強部材１７の柱１９の数が３本、８本、あるいは、１０本の場合の各例について比較すると、破線で示す補強部材１７なしの場合が、最も振動の値が大きいことが把握できる。そして、補強部材１７の柱１９の数が、１０本、３本、８本の順で振動の値が小さくなり、つまり、この８極モータでは、ピーク地点での振動が、実線で示す補強部材１７における柱１９の数が８本の場合が最も小さい。この結果から、この発明の実施形態では、極数の数に一致した柱１９を設けることが好ましく、したがって、８極モータの場合には８本の柱１９を設けることが好ましい。
【００２６】
つぎに、この発明の実施形態における作用について説明する。上述したように、図２から図４に示す例では、モータ１の振動を低減する補強部材１７が設けられている。具体的には、その補強部材１７は、軸線方向で連続するように設けられた円筒部１８の内周側で、その円筒部１８の開口部を部分的に閉じるように複数の柱１９がセンターハブ２１から半径方向に向けて設けられている。またその複数の柱１９は、それぞれ一方の端部がセンターハブ２１に連結され、他方の端部がステータコア７のうちのケーシング５とは反対側の端部（図２から図４の例では円筒部１８）に連結されている。したがって、このようにケーシング５と反対側の端部とをセンターハブ２１と複数の柱１９とによって補強することにより、例えば各柱１９からセンターハブ２１側に向けて伝達される振動と、センターハブ２１から各柱１９に向けて伝達される振動とは、打ち消し合うのでその振動は低減される。つまり、上述した半径方向における振動を低減できる、そのため、モータ１のトルクによって発生する振動を低減することができる。
【００２７】
また、上述した各例では、複数の柱１９が円周方向に放射状に均等な間隔で設けられている。そのため、センターハブ２１が受けた振動が円周方向で均等に発散され、その振動と各柱１９からセンターハブ２１に伝達される振動とが打ち消し合うので、より振動を低減することができる。言い換えれば、そのように等間隔に各柱１９を設けることにより、補強部材１７全体としてのバランスを保つことができるから、振動を低減させつつ補強部材１７、ならびに、ステータ３全体としての耐久性を向上させることができる。
【００２８】
また、上述した半径方向での振動や騒音を低減できることに加えて、同様の作用により、ステータ３の円周方向での振動（円環振動）をも低減することができる。そして、図５に示した実験結果に示すように、柱１９の本数と極数とを一致させることにより、ピーク時の振動を低減できる。
【００２９】
以上、この発明の複数の実施形態について説明したが、この発明は上述した例に限定されないのであって、この発明の目的を達成する範囲で適宜変更してもよい。上述したように、補強部材１７の柱１９の数をモータ１の極数に一致させることが好ましい。一方、この柱１９の本数は、その極数のＮ倍（すなわち倍数）の本数であってもよく、例えば８極モータの場合は、８本、１６本、２４本などでもよい。また、上述した例では、センターハブ２１の形状が環状の円によって形成されていたものの、この形状は、図６に示すように、例えば８極モータであれば、その極数に応じた正八角形（あるいはＮ倍の形状）としてもよい。またそれに対応するように、柱１９を介して連結される円筒部１８の端面の形状も同様の形状としてよい。
【００３０】
さらに、上述した各例では、補強部材１７は、ステータ３に連続して連結された円筒部１８と、センターハブ２１と、複数本の柱１９とから構成したものの、これに限られず、例えば上記円筒部１８を備えなくてもよい。つまり、上述した例のようにステータコア７から電磁コイル８が軸線方向に突出していないような場合には、ステータ３の一方側の開口部の一部を閉じるように補強部材１７を構成すればよい。
【符号の説明】
【００３１】
１…電動機（モータ・ジェネレータ）、  ２…ロータ、  ３…ステータ、  ７…ステータコア、  ８…コイル、  １７…補強部材、  １９…柱（スティフナ）、  ２０…ステータティース、  ２１…センターハブ、  Ｏ…中心軸線。
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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