(57)【要約】【課題】  駆動輪とモータの回転が常に同期している車載モータにおいて、パワーエレクトロニクス装置が停止している場合において、モータが外部から回転させられても、その起電力によって、パワーエレクトロニクス装置が故障しないようにすることを目的としたものである。【解決手段】  本発明に係る車載モータにおいては、モータ１のステータ３の巻線８を引き出し結線した配線結線部１０と、モータが所定の温度以上になった場合に、配線結線部１０を切断するためにモータ１のロータ５に取り付けられた少なくとも１枚以上のブレード６とを備えたものである。【選択図】  図１
2008022600.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
車両の車軸に直結されたモータであって、
前記モータのステータの巻線を引き出し結線した配線結線部と、
前記モータが所定の温度以上になった場合に、前記配線結線部を切断するために前記モータのロータに取り付けられた少なくとも１枚以上のブレードと、
を備えたことを特徴とする車載モータ。
【請求項２】
配線結線部が、前記ステータよりもロータ側に突出して設置されていることを特徴とする請求項１に記載の車載モータ。
【請求項３】
ブレード又は配線結線部の支持体の材質が、ロータおよびステータを構成する材質の熱膨張率よりも大きい熱膨張率を有するのものであることを特徴とする請求項１又は請求項２に記載の車載モータ。
【請求項４】
ブレードの材質の熱膨張係数よりも大きい熱膨張率を有する材質の膨張部材を前記ブレードの継ぎ手部に用い、前記ブレードをロータに取り付けたことを特徴とする請求項１又は請求項２に記載の車載モータ。
【請求項５】
モータの所定の温度に対して溶融する膨張材料をピストンに入れ、前記ピストンをブレード継ぎ手部又は配線結線部の支持体に取り付けたことを特徴とする請求項１又は請求項２に記載の車載モータ。
【請求項６】
配線結線部が、配線を導体にカシメ法による結線により構成されていることを特徴とする請求項１又は請求項２に記載の車載モータ。
【請求項７】
ロータの軸に対して等間隔でかつ回転対称となる位置にブレードが複数枚取り付けられていることを特徴とする請求項１乃至請求項６のいずれかに記載の車載モータ。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、例えば、車両の車軸に直結されたモータで異常時の保護機能を備えた車載モータに関するものである。
【背景技術】
【０００２】
一般的に自動車はエンジンと駆動輪に直結したドライブシャフトとの間に、トルクや回転を直結させないために、クラッチ機構やトルクコンバータ機構を備えている。電気モータとエンジンの両方を備えたハイブリッド自動車においては、エンジンとドライブシャフトとの間でトルクや回転を伝達させないクラッチ機構の他に、さらに電気モータとドライブシャフトとの間のトルクや回転を遮断する機構を備える必要がある。しかし、これによるコストの増大を抑えるため、例えば、インホイールモータと呼ばれる構造では、モータはタイヤを装着する駆動輪に一体化もしくは直結されている。すなわち、タイヤが回転すると、かならずモータの軸が回転するという構造が実現されている。このような構造により、コストの増大を抑えるとともに、大幅に車室空間を広げられるという利点があり、システムの小型化のために、タイヤの回転とモータの回転が常に同期する構造が採られている。
【０００３】
ところで、例えば何らかの故障が発生した場合、自動車を牽引して搬送する必要があるが、その場合は、電気的なモータ駆動システムは電源が切られた状態にあり、駆動輪が外部的な力で回転させられる状況が発生することになる。このとき、モータが駆動輪に直結されているので、誘導磁界により、コイルには起電力が生じることになるが、この発生された電力はモータ駆動用のパワーエレクトロニクス装置に入力されるという問題がある。特に、回転速度が大きい場合には大きな起電力が発生することになり、パワーエレクトロニクス装置に内蔵された保護機能が働かない状態では、この起電力がパワーエレクトロニクス装置に与えられると、パワーエレクトロニクス装置が破損するなどの問題が発生することになる。
【０００４】
正常な駆動状態であれば、駆動輪から伝えられた回転に起因して生じる起電力は、パワーエレクトロニクス装置によってバッテリに充電される。すなわち、モータに生じた起電力をバッテリに充電することで消費させることにより、パワーエレクトロニクス装置には起電力を消費させる役割を担わせないようにすることによって、パワーエレクトロニクス装置を小型化することができるという設計手法がある。しかし、パワーエレクトロニクス装置が動作していない状態で、クラッチ機構などにより動力を分断することができない場合には、モータによる起電力がパワーエレクトロニクス装置とモータ間の回路で消費せざるを得ず、これにより、例えば大きな発熱が生じ、回路が破損するなどの不具合が生じることになる。
また、パワーエレクトロニクス装置が故障しても、エンジン自体は正常に動作する場合、修理工場まで自走させることは、顧客満足度を高める上で重要な機能であるが、このような場合においても、駆動輪とモータの回転軸がクラッチなどで遮断されない場合には、同様の問題が生じていた。
【０００５】
従来、モータの保護装置としては、バイメタルをモータ回路の接点に用いたものがある。例えばモータの異常等により、電流が増大し、モータの温度が上昇した場合に、内蔵されたバイメタルが感知し、バイメタルの反り方向を反転させることにより、モータ回路を遮断することによって過昇を防止するものである（例えば、特許文献１参照。）。
【０００６】
【特許文献１】特開２０００−１８４６６０号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００７】
しかしながら、上記従来の過昇防止装置では、温度が下がればバイメタルが元に戻り、また再導通することになり、強制的に外部から回転が与え続けられるという自動車のモータにおいては、このバイメタルによる保護装置は用いることができなかった。
【０００８】
本発明は、上述のような問題を解決するためになされたもので、駆動輪とモータの回転が常に同期している車載モータにおいて、パワーエレクトロニクス装置が停止している場合において、モータが外部から回転させられても、その起電力によって、パワーエレクトロニクス装置が故障しないようにすることを目的としたものである。
【課題を解決するための手段】
【０００９】
上記課題を解決するために、本発明に係る車載モータにおいては、モータのステータの巻線を引き出し結線した配線結線部と、モータが所定の温度以上になった場合に、配線結線部を切断するためにモータのロータに取り付けられた少なくとも１枚以上のブレードとを備えたことを特徴とする。
【発明の効果】
【００１０】
本発明によれば、異常時に駆動輪により外部的な力でモータが回転させられ、起電力が発生しても、モータが所定の温度以上になった場合に、ロータに取り付けられたブレードによりモータの配線結線部が切断されるため、パワーエレクトロニクス装置が停止していても、起電力により破損されることがないという効果がある。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１１】
実施の形態１．
以下、図面を参照して本発明の実施の形態１に係る車載モータについて説明する。まず、図１を参照して車載モータの構成を説明する。
図１は、本発明の実施の形態１における車載モータの概略断面図を示している。図１（a）はモータの平面断面図を、図１（b）はモータの側面断面図をそれぞれ示す。は図１に示すように、１はモータであり、２はモータ１のケースであり、このケース２内には外周部にステータ３が配置されている。モータ１の軸４は自動車の駆動輪の車軸（図示せず）に直結されており、この軸４にロータ５が取り付けられている。また、ロータ５にブレード６が取り付けられていて、ロータ５の回転によりブレード６も回転する。さらに、ステータ３の先端部３aよりも突出するように支持体７により、ステータ３の巻線８から取り出した配線９を結線した配線結線部１０が固定されている。
【００１２】
次に、本発明の車載モータにおける、動作について図１を参照して説明する。パワーエレクトロニクス装置（図示せず）が停止して、モータ１が車軸から与えられる運動エネルギにより発電し、通電により発熱したときに、ブレード６が熱膨張により突出した配線結線部１０に近づき、異常と判断される所定の温度以上に加熱された時に配線結線部１０に回転しているブレード６の先端６aが接し、配線結線部１０を破壊して断線させる。配線結線部１０が断線することでステータ３には電流が流れなくなり、その結果、モータ１は車軸からのエネルギを電気的エネルギや熱エネルギに変換できなくなるため、パワーエレクトロニクス装置にモータ１の起電力が入力されることがなくなり、パワーエレクトロニクス装置を破損させることがなく、保護することができる。
【００１３】
配線結線部１０としては、例えば通常の三相巻き線型モータにおいては、Ｙ字結線の場合の中性点などが、一度に全相の巻線を切断できるため適しており、三相の巻線から取り出した配線を結線した配線結線部を所定の箇所で突出させて相互に圧着して形成するとよい。
ブレード６の材質としては、熱膨張率の大きい材料がよく、例えばアルミニウム（Ａｌ）であれば、熱膨張率は２３×１０−６／℃である。ここでモータ１の正常動作時の温度を例えば１５０℃を上限として設定し、異常時の温度３００℃以上で遮断するように設計すると、１５０℃の温度変化で動作することになる。ここで、ロータ５の直径が６００ｍｍのモータ１の場合、半径３００ｍｍ×１５０℃×２３×１０−６／℃＝１ｍｍとなり、軸４からアルミニウムのブレード６の先端６aまでの距離が１ｍｍ長くなる。
【００１４】
配線結線部１０は、支持体７である耐熱性のあるプラスチック部材７に巻線８から取り出した配線９を固定して構成する。このとき、配線結線部１０の先端が、ブレード６の先端６aとの接触時に倒れないように配線結線部１０の先端近傍までプラスチック部材７が配されていることが望ましい。図２に配線結線部１０の一例を示す。図２（a）は斜視概略図を、図２（ｂ）はその断面図をそれぞれ示す。図２（ｂ）に示すように細長形状のプラスチック部材７には溝７aが設けられ、溝７aに配線９を配置、固定して先端に配線結線部１０を設けている。配線結線部１０の接合は、例えばアーク溶接やスポット溶接、はんだ付けなどで実現できる。この構成にすることで、ブレード６の先端６aと接触した際、配線結線部１０の折れ曲がりによる、切断不良を防止し、確実に切断することができる。
また、ブレード６の先端６aは図１に示すようにとがった形状であれば切断が容易となるため好ましい。ブレード６の形状としては直径方向に対して長い、細長形状が、温度上昇に対する先端の移動量を大きくでき、かつ軽量であるため好ましく、例えば板厚２ｍｍ、幅１０ｍｍ、長さ１００ｍｍ程度などで構成できる。ブレード６の長さを大きく取るため、軸４に近い箇所で固定し、外縁方向に向かって突き立てる形状が、軽量で、かつ先端の移動量を大きくできるため好ましい。
【００１５】
さらに、プラスチック部材７の材質としては熱膨張率が大きく、温度上昇によりブレード６側へ配線結線部１０の先端を近づけるように配置されていることが望ましい。例えば支持体７に使用する耐熱性プラスチックの代表例として、よく用いられるポリイミド樹脂は熱膨張率５６×１０−６／℃である。従って、このポリイミド樹脂によるプラスチック部材７の長さを例えば１００ｍｍ程度とすることにより、ポリイミド樹脂の温度が２００℃程度上昇した場合に、１００ｍｍ×２００℃×５６×１０−６／℃＝１．１ｍｍとなり、配線結線部１０をロータ５側へ１．１ｍｍ突出させることができる。
【００１６】
支持体７に利用できるプラスチック材料としては、上記のポリイミド樹脂の他、ポリエーテルサルフォン樹脂（線膨張率：５５×１０−６）、ポリサルフォン樹脂（線膨張率：５５×１０−６）、ポリアミドイミド樹脂（線膨張率：３８×１０−６）、ポリカーボネート樹脂（線膨張率：７０×１０−６）が挙げられる。
実施の形態１で示すように、支持体７とブレード６の両方あるいはどちらか一方が、モータ１の異常時の昇温に対して、大きく膨張し、ブレード６が配線結線部１０を切断することにより、モータ１の起電力がパワーエレクトロニクス装置に入力されることがなくなり、パワーエレクトロニクス装置を破損させることがなく、効果的に保護することができる。
【００１７】
なお、実施の形態１では、ブレードに金属材料を、支持体にプラスチック材料を用いる例を示したが、ブレードにプラスチック材料、支持体に金属材料の使用や、あるいはプラスチック材料、金属材料およびセラミックス材料の複合材料を使用しても同様の効果が得られる。
また、実施の形態１では、ブレード６の枚数が３枚あり、軸４に対して回転対称の位置にブレード６が配置されている例を示したが、このようなブレード配置にすることにより、バランスがとれロータ５の回転がスムーズとなる効果がある。また一回転あたり３回、突出した配線結線部１０に接するため、切断が速やかになる。もちろん、ブレード６の数は、少なくとも１枚あれば機能を果たすことができ、実施の形態１のように複数あってもよい。
【００１８】
このように、モータの回路を遮断する方法としては、一度事象が発生したらモータ及びパワーエレクトロニクス装置は、異常な温度に達しており、その後の信頼性が保障できないことなどから、複数回の動作は必要ないことから、一度確実に動作することが要求される。
例えば、温度ヒューズとヒーターなどによりアクティブに回路を遮断することも考えられるが、必要な電源の確保が困難であることから確実な動作という点で問題があった。すなわち、パワーエレクトロニクス装置が停止した場合、バッテリが動作不可能になる可能性があり、かつ発電機そのものが故障した場合には、電源が一切ない状態となり制御不可能となる可能性がある。
これに対して本発明による車載モータであれば、機械的にモータの温度上昇により回路を遮断し、かつ正常時には一切悪影響を与えない構成が可能であるという効果がある。
【００１９】
実施の形態２．
図３は、本発明の実施の形態２における車載モータの略断面図を示す。図３（a）はモータの平面断面図を、図３（b）はモータの側面断面図をそれぞれ示す。図３に示すようにブレード６と軸４との間のブレード底部の継ぎ手部にブレード６よりも線膨張率の大きい膨張部材１１が固着されている。
従って、パワーエレクトロニクス装置が停止して、モータ１が車軸から与えられる運動エネルギにより発電し、通電により発熱したときに、ブレード底部の継ぎ手部の膨張部材１１が膨張することにより、ブレード６が突出した配線結線部１０に近づき、所定の温度以上に昇温した場合に配線結線部１０に回転しているブレード６が接し、配線結線部１０を破壊して断線させる。配線結線部１０が断線することでステータ３には電流が流れなくなり、その結果、モータ１は車軸からのエネルギを電気的エネルギや熱エネルギに変換できなくなるため、パワーエレクトロニクス装置にモータ１の起電力が入力されることがなくなり、パワーエレクトロニクス装置を破損させることがなく、保護することができる。
【００２０】
このように、ブレード６の材質として超硬合金のような線膨張率の小さい材料を用いても、遮断させたい温度変化量に対して得られるブレード先端６aと配線結線部１０との間の距離の変化量を大きくでき、設計の自由度が増す。例えば、線膨張率１０×１０−６程度の材料を用いた場合、配線結線部１０とブレード先端６aの間の距離が１ｍｍ近づけたければ、ロータ５の温度が３００℃に昇温した場合に遮断する場合、ブレード６の長さは３３０ｍｍも必要となるが、線膨張率５０×１０−６の材料であれば１／５の長さ６６ｍｍでよいことになる。
具体的に線膨張率の大きな材料としては、実施の形態１で述べた材料の適用が可能であり、ポリイミド樹脂の他、ポリエーテルサルフォン樹脂、ポリサルフォン樹脂、ポリアミドイミド樹脂、ポリカーボネート樹脂が利用できる。
【００２１】
このように、実施の形態２では、ブレード６とブレードの底部に線膨張率の大きい膨張部材１１とを組み合わせることにより、温度変化量に対してブレード先端６aの移動量を大きくすることができ、配線結線部１０を断線させる設計自由度を増すことができる。
実施の形態２では、膨張部材１１による継ぎ手部をブレード底部に使用する例について述べたが、ブレード６の中間部に取り付けても同様の効果が期待される。
【００２２】
実施の形態３．
図４は、本発明の実施の形態３における車載モータの配線結線部の支持部を示す図である。配線結線部１０の支持体７に膨張材料１２が入れられたピストン１３が連結されている。ピストン１３のケース１３aに動作させたい温度の融点を持つ膨張材料１２を入れておけば、昇温時に膨張材料１２が溶融することにより膨張してピストンロッド１３ｂを押し上げ、その結果、支持体に取り付けられたブレード６の先端６aが動き配線結線部１０を切断、より小型のブレード６で目的の切断性能を得ることができる。
実施の形態３で使用する膨張材料として、例えば、鉛（Ｐｂ）を使用すればモータの温度が融点の３２７℃以上に昇温した場合にピストン１２を動作させることができる。他に膨張部材として、錫（Ｓｎ：融点２３２℃）、セレン（Ｓｅ：２１７℃）、ビスマス（Ｂｉ：２７１℃）、ポロニウム（Ｐｏ：２５４℃）、水酸化ナトリウム（ＮａＯＨ：３１８℃）  、タリウム（Ｔｌ：３０３℃）、インジウム（Ｉｎ：１５６℃）、リチウム（Ｌｉ：１７９℃）が挙げられ、動作温度を設定することができる。
【００２３】
このように、実施の形態３では、特定の温度で溶融する金属等を膨張材料１２として、利用することにより、配線結線部１０を所定の温度で切断することが可能になり、設計自由度、動作の信頼性を向上させる効果が期待できる。
実施の形態３では、配線結線部１０側に膨張材料１１を入れたピストン１３を適用する例について示したが、ブレード６側の底部に膨張材料１１を入れたピストン１３を取り付けても同様の効果を発揮できる。ただし、ブレード６側に適用した場合、モータ回転時の遠心力に耐える必要があるので大掛かりとなり、設計の自由度からは配線結線部１０側につけるのが好ましい。ただし、この実施の形態３ではインナーロータ型モータの場合の例について示しているが、アウターロータ型のモータの場合はブレード６の底部側に取り付けることが望ましい。
【００２４】
実施の形態４．
図５は、本発明の実施の形態４における車載モータの配線結線部の近傍を示す図である。図５に示すように配線結線部１０の先端は、Ｙ字結線部の配線９がカシメ法により導体１５に結合されており、かつ、カシメ部１４および導体１５は絶縁性の被覆１６により覆われている。このため、配線結線部１０の切断時にブレード６が絶縁被覆１６ごとカシメ部１４がはずれて、配線９が遮断され回路が遮断されるため、モータ１の破損を最小限に抑えることができ、修理が容易となる効果がある。また、はずれたカシメ部が絶縁性の被覆に覆われていることで、予期せぬショートを防止できるので信頼性が向上する。
【図面の簡単な説明】
【００２５】
【図１】実施の形態１における車載モータを示す略断面図である。
【図２】実施の形態１における配線結線部を示す略構成図である。
【図３】実施の形態２における車載モータを示す略断面図である。
【図４】実施の形態３における配線結線部の支持部を示す略構成図である。
【図５】実施の形態４における配線結線部を示す略構成図である。
【符号の説明】
【００２６】
１  モータ
３  ステータ
５  ロータ
６  ブレード
８  巻線
９  配線
１０  配線結線部
１１  膨張部材
１２  膨張材料
１３  ピストン
１４  カシメ部
【図１】
2008022600.tif 000003
【図２】
2008022600.tif 000004
【図３】
2008022600.tif 000005
【図４】
2008022600.tif 000006
【図５】
2008022600.tif 000007