CN113396523A - 具有电动机的车辆用动力装置和具有发动机的带有发电机的车轮用轴承装置 - Google Patents

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Abstract

提供一种电动机、具有该电动机的车辆用动力装置、发电机及带有该发电机的车轮用轴承，其中，可使定子为期望的轴向长度并抑制输出的降低，另外，可谋求组装工时和制作成本的降低。定子铁芯(18a)包括：圆环部件(21)，在该圆环部件(21)中，叠置有多个圆环板状体(20)，该圆环板状体(20)具有呈放射状设置的多个第1齿板部(20a)以及与这些第1齿板部(20a)的基端部分连接的圆环板部(20b)；多个非圆环部件(31)，在该多个非圆环部件中(31)叠置有多个部分板状体(22)，该部分板状体(22)具有在圆周方向上相邻的至少两个第2齿板部(22a)以及连结这些第2齿板部(22a)、(22a)的基端部分的连结板部(22b)。以第1各齿板部(20a)和第2各齿板部(22a)为相同相位的方式，多个非圆环部件(31)相对于圆环部件(21)在圆周方向上排列配置成环状。

Description

具有电动机的车辆用动力装置和具有发动机的带有发电机的 车轮用轴承装置
相关申请
本申请要求申请日为2019年2月8日、申请号为JP特愿2019－021446号的申请的优先权，通过参照其整体，将其作为构成本申请的一部分的内容而进行引用。
技术领域
本发明涉及安装在在汽车等中的电动机、以及包括该电动机的车辆用动力装置、发电机以及包括该发电机的带有发电机的车轮用轴承。
背景技术
关于随着汽车的电动化而需求增加的车载用马达，对马达绕组线圈的接线的容易化、空间节省化、低成本化进行了很多研究。例如，在专利文献1、专利文献2中，通过将母线设置在马达定子的端面上，谋求线圈接线的容易化和空间节省化。
然而，在将马达安装在车轮内的轮毂马达中，特别是如专利文献3那样，于车辆动力设备中搭载了能够容纳在车轮内的带有发电功能的行驶用马达以代替现有的车轮用轴承，而无需改造车轮周围的结构部件，由于用于容纳马达的空间小，所以马达的轴向长度受到限制，并且即使在该母线结构中，也难以容纳马达。
一般的径向结构的三相永久磁铁同步马达(以下称为“BLDC马达”)作为定子结构，具有在环状的部件上等间隔配置有齿部的结构。在齿部上卷绕线圈，线圈是在马达的轴向端部利用母线而将三相的动力线连接而构成的(例如，专利文献4、5)。另外，在BLDC马达中，在将转子的磁极的数量设为N、将定子中的齿间的槽的数量设为P的场合，存在2N/3P不是整数的电动机的分数槽马达(专利文献6)。
现有技术文献
专利文献
专利文献1：JP特开2010－226832号公报
专利文献2：JP特开2014－138499号公报
专利文献3：JP特开2018－52482号公报
专利文献4：JP特许5847543号公报
专利文献5：JP特许6139723号公报
专利文献6：JP特开2003－250254号公报
发明内容
发明要解决的课题
搭载了带有发电功能的行驶辅助用马达的车辆用动力装置具有能够收纳在车轮内、车轮周围的构成部件也能够直接利用的优点，但由于马达的尺寸受到限制，因此马达输出不能变大，不能高效地进行驱动力的协助和制动动作时的电力回收。为了增大马达的输出，需要延长马达定子铁芯的车轮轴方向长度，增大电动机磁极面积，但难以在有限的空间内收纳马达定子(马达定子铁芯和线圈端部)。
径向结构的BLDC马达在定子上卷绕绕组的结构方面，构成在定子的轴向端部线圈的折回重叠的部分，将其称为线圈端部。并且，为了连接线圈，在马达轴方向上构成线圈连接部。由于这些线圈的结构区域，马达的轴向尺寸除了产生马达转矩的转子铁芯与定子铁芯的对置部分以外，还需要轴向的尺寸。虽然存在通过使用母线来连接马达绕组线圈的线圈端部以减小线圈连接部的尺寸的方法，但是通过将母线设置在线圈端部的端面处的传统方法来减小马达定子的总长度,即，马达定子在车轮轴方向上的长度这一点存在限制。
马达铁芯的轴向尺寸(马达对置尺寸)与马达输出成比例的关系，作为得到大的输出的方法，通过增大马达铁芯的轴向尺寸来实现。如图16A、图16B所示的已有技术那样，径向马达的轴向尺寸由马达铁芯尺寸(1)、线圈端尺寸(2)及线圈接线部尺寸(3)之和而决定。在装入马达的轴向尺寸已确定的场合，若将设置线圈接线部的场所作为轴向，则必须减小马达铁芯宽度，马达的输出功率减小。
一般的马达中的定子是在轴向上均匀的环状的结构体。无法在马达轴向的中途取出各定子的线圈的卷绕起始部和卷绕结束部，其位于定子铁芯的轴向端部。因此，过去的马达中的线圈接线部一般是构成在马达的轴向端部。
因此，针对不增加定子的轴向长度就能增大输出的电动机，本申请人提出了一种在将定子铁芯在圆周方向上做成分割结构的基础上在定子铁芯的轴向宽度内具有定子线圈的接线部的技术(JP特开2019－205241号)。但是，该技术由于将定子的桥部和齿部分离而不具有圆环部，因此，由于桥部的加工精度或组装精度，有可能无法均等地配置齿的位置。分数槽马达在全周分散产生转矩，成为低齿槽转矩和低转矩脉动，但齿的组装位置偏移会导致产生过大的齿槽转矩或转矩脉动。另外，组装工时及定子固定部件的制作成本变高。
本发明的目的在于提供可使定子为期望的轴向长度并抑制输出的降低，另外，可谋求组装工时和制作成本的降低的电动机、具有该电动机的车辆用动力装置、发电机、及带有该发电机的车轮用轴承。
用于解决课题的技术方案
本发明的电动机包括定子和转子，该定子具有定子铁芯和缠绕在上述定子铁芯上的定子线圈，该转子以在半径方向与该定子相对的方式定位；
上述定子铁芯包括：
圆环部件，在该圆环部件中，叠置有多个圆环板状体，该圆环板状体具有呈放射状设置的多个第1齿板部以及与这些第1齿板部的基端部分连接的圆环板部；
多个非圆环部件，在该多个非圆环部件中，叠置有多个部分板状体，该部分板状体具有在圆周方向上相邻的至少两个第2齿板部以及连结这些第2齿板部的基端部分的连结板部；
以上述圆环板状体的上述第1各齿板部和上述部分板状体的上述第2各齿板部为相同相位的方式，上述多个非圆环部件相对于上述圆环部件在圆周方向上排列配置成环状。
按照该结构，由于多个非圆环部件相对于圆环部件在圆周方向上并列地配置成环状，因此，在定子铁芯的内径侧或外径侧形成空间，在定子铁芯的轴向宽度内设置定子线圈的接线区域这一点变得容易。因此，能够使定子铁芯成为所希望的轴向长度，并且能够抑制电动机输出的降低。另外，对于定子铁芯，相对于圆环部件，多个非圆环部件在圆周方向上并列呈环状地配置，因此能够将制造后的定子作为一体的结构件来对待，取回以及组装性良好，与将定子铁芯在圆周方向上简单的分割构造的定子构造相比，作为电动机组件(或组件)的定子的尺寸精度良好。因此，能够实现组装工时以及制作成本的降低。
任意一个在周向上相邻的非圆环部件也可以在相互之间产生配线用的间隙的方式排列。在该场合，通过使定子线圈从在圆周方向上相邻的非圆环部件与非圆环部件之间的间隙穿过，从而使定子铁芯的内径侧的线圈接线变得容易。
本发明的车辆用动力装置包括：车轮用轴承，该车轮用轴承具有固定圈和通过滚动体而自由旋转地支承在该固定圈上的旋转圈，在设于该旋转圈上的轮毂法兰上安装车辆的车轮；以及安装在该车轮用轴承上的前述任意方案所述的电动机，在上述固定圈上安装上述定子，在上述旋转圈上安装上述转子。
按照该结构，通过将能够使定子铁芯成为所希望的轴向长度的电动机安装于车轮用轴承上，从而车辆用动力装置的全长变短。由此，可在不对围绕车轮的组成部件进行改造的情况下，将该车辆用动力装置置换为现行的车轮用轴承。
在上述电动机中，由以相同相位重叠的多个齿板部形成齿部，上述电动机为2N/3P不为整数的三相永磁同步马达，其中，N表示上述转子的磁极的数量，P表示在上述定子的圆周方向上相邻的齿之间的槽的数量。上述P、N分别是任意的自然数。在该场合，由于采用2N/3P不是整数的所谓分数槽的三相永磁同步马达，因此能够实现齿槽转矩的降低，实现转矩密度的提高。为了谋求转矩密度的提高，可以增大电动机输出。P和N的比例例如，可为P∶N＝4∶5。
上述电动机也可以是上述转子位于上述定子的半径方向外侧的外转子型，在上述定子铁芯的半径方向内侧配置有上述定子线圈的接线部。在该场合，对于呈放射状延伸的齿前端面的直径，外转子侧的电动机比相同尺寸的内转子型的电动机大，因此与相同尺寸的内转子型的电动机相比，能够增加转子与定子对置的面积。由此，能够在有限的空间内使输出转矩最大化。
上述非环形部件也可以夹持而设置在两个环形部件之间，上述两个环形部件在轴向上间隔开地设置。在该场合，由于可以在定子轴向中央部设置贯通孔，所以，可以从上述贯通孔穿过定子线圈，使该定子线圈的接线容易。
上述第1、第2各齿板部也可以从基端部分向前端部分以直线形状而延伸，或者设置从前端部分向圆周方向两侧以圆弧状而突出的肋部。在第1、第2各齿板部从基端部分向前端部分呈直线状延伸的场合，向定子铁芯的绕线变得容易，组装性提高。在第1、第2各齿板部上设置有从前端部分向圆周方向两侧呈圆弧状地突出的肋部的场合，磁通的流动实现最佳化，能够谋求电动机的输出的提高，并且能够降低齿槽转矩。另外，通过在第1、第2各齿板部的前端部分处设置肋部，形成定子线圈难以脱落的结构。
本发明的发电机包括定子和转子，该定子具有定子铁芯和缠绕在上述定子铁芯上的定子线圈，该转子以在半径方向与该定子相对的方式定位；
上述定子铁芯包括：
圆环部件，在该圆环部件中，叠置有多个圆环板状体，该圆环板状体具有呈放射状设置的多个第1齿板部以及与这些第1齿板部的基端部分连接的圆环板部；
多个非圆环部件，在该多个非圆环部件中，叠置有多个部分板状体，该部分板状体具有在圆周方向上相邻的至少两个第2齿板部以及和连结这些第2齿板部的基端部分的连结板部；
以上述圆环板状体的上述第1各齿板部和上述部分板状的上述第2各齿板部为相同相位的方式，上述多个非圆环部件相对于上述圆环部件在圆周方向上排列配置成环状。
按照该结构，由于多个非圆环部件相对于圆环部件在圆周方向上并列地配置成环状，因此在定子铁芯的内径侧或外径侧形成空间，在定子铁芯的轴向宽度内构成定子线圈的接线区域这一点变得容易。因此，能够使定子铁芯成为所希望的轴向长度，并且能够抑制发电机输出的降低。另外，对于定子铁芯，相对于圆环部件，多个非圆环部件沿圆周方向排列并呈环状配置，因此，能够将制造后的定子作为一体的结构件来对待，取回及组装性良好，与将定子铁芯沿圆周方向仅分割为分割结构的定子结构相比，作为发电机组件的定子的尺寸精度高。因此，能够实现组装工时以及制作成本的降低。
本发明的带有发电机的车轮用轴承装置包括：车轮用轴承，该车轮用轴承具有固定圈和和旋转圈，该旋转圈经由滚动体而自由旋转地支承于该固定圈上，在设置于该旋转圈上的轮毂法兰上安装车辆的车轮；以及前面所述的发电机，该发电机安装于上述车轮用轴承上，在上述固定圈上安装上述定子，在上述旋转圈上设置上述转子。
按照该结构，通过将能够使定子铁芯成为所希望的轴向长度的发电机安装于车轮用轴承上，带发电机的车轮用轴承装置的全长变短。将该带有发电机的车轮用轴承装置在不改造行走部分支架部分中的车轮周围的结构部件的情况下，替换现有的车轮用轴承。
在权利要求书和/或说明书和/或附图中公开的至少两种布置的任何组合都包括在本发明中。特别是，权利要求书的各权利要求的两个以上的任意组合也包含在本发明中。
附图说明
本发明通过参考附图的以下优选实施方式的说明，能够更清楚地理解。然而，实施方式和附图仅是为了图示和说明，而不是为了限制本发明的范围。本发明的范围由所附的权利要求书来确定。在附图中，多个附图中的相同的标号表示相同或相当的部分。
图1为本发明的一个实施方式的车辆用动力装置的剖视图；
图2为沿图1中的II－II线的剖视图；
图3为该车辆用动力装置的电动机的立体图；
图4为沿图2中的IV－IV线的剖视图；
图5A为表示该电动机的定子铁芯的立体图；
图5B为表示该电动机的圆环板状体的立体图；
图5C为表示该电动机的部分板状体的立体图；
图6A为该部分板状体的主视图；
图6B为变更该部分板状体的一部分的主视图；
图7为表示T字形状的转子结构例子的剖视图；
图8为本发明的另一实施方式的电动机的定子铁芯的立体图；
图9为该定子铁芯的分解立体图；
图10为具有该电动机的车辆用动力装置的剖视图；
图11为沿图10中的XI－XI线的剖视图；
图12A为表示本发明的又一实施方式的电动机的定子铁芯的立体图；
图12B为表示本发明的还一实施方式的电动机的圆环板状体的立体图；
图12C为表示本发明的再一实施方式的电动机的部分板状体的立体图；
图13为表示具有任意的车辆用动力装置的车辆用***的构思方案的方框图；
图14为作为搭载了该车辆用***的车辆的一个例子的电源***图；
图15为说明具有该车辆用动力装置的其他车辆的车辆用***的构思方案的图；
图16A为过去的内转子型马达的剖视图；
图16B为过去的内转子型马达的剖视图。
具体实施方式
[基本实施方式]
参照图1～图6而说明本发明的一个实施方式的车辆用动力装置。如图1所示的那样，该车辆用动力装置1具有车轮用轴承2和电动机3，该电动机3为兼作电动机的发电机。在为不兼作电动机的发电机的场合，构成下述的带有发电机的车轮用轴承装置，该车轮用轴承装置具有不兼作电动机的发电机3与车轮用轴承2。
＜车轮用轴承2＞
车轮用轴承2具有作为固定圈的外圈4、多列的滚动体6、作为旋转圈的内圈5。在外圈4与内圈5之间的轴承空间内封入有润滑脂。在外圈4的内侧的外周面上，设置于半径方向外方突出的车身安装法兰4a。在作为行走部分支架部件的转向节8上固定车身安装法兰4a。内圈5包括轮毂圈5a、与该轮毂圈5a的内侧的外周面嵌合的部分内圈5b。轮毂圈5a在比外环4更向轴向外侧突出的部位具有轮毂法兰7。
在轮毂法兰7的外侧的侧面，制动圆筒12和图示以外的车轮的轮缘在轴向重合的状态，通过轮毂螺栓13而安装。在上述轮辋的外周安装有未图示的轮胎。另外，在本说明书中，将在车辆用动力装置1搭载于车辆的状态下靠近车辆的车宽方向的外侧的一侧称为外侧，将靠近车辆的车宽方向的中央的一侧称为内侧。
<制动器17>
制动器17是具有盘状的制动圆筒12和制动卡钳16(图13)的摩擦制动器。制动圆筒12具有平板状部12a和外周部12b。平板状部12a是与轮毂法兰7重叠的环状且平板状的部件。外周部12b具有从平板状部12a的外周缘部向内侧呈圆筒状而延伸的圆筒状部12ba、和从该圆筒状部12ba的内侧端向外径侧呈平板状而延伸的平板部12bb。
上述制动卡钳16(图13)安装在车辆的作为行走部分支架部件的转向节8上，具有夹持上述平板部12bb的摩擦垫(在图中未示出)。上述制动卡钳16(图13)可以是液压式和机械式中的任一种，另外也可以是电动马达式。
<电动机3>
该例子的电动机3是通过车轮的旋转而进行发电，通过从外部供电而能够旋转驱动车轮的行驶辅助用的电动发电机。电动机3具有定子18和与该定子18在半径方向上相对配置的转子19。如图2及图3所示的那样，该电动机3是在将转子19的磁极的数量设为N(在该例子中，为N＝5)、将定子18中的圆周方向上相邻的齿Ts间的槽的数量设为P(在该例中，为P＝4)时，2N/3P不是整数的分数槽三相永磁同步马达(分数槽BLDC马达)。
在作为分数槽BLDC马达的电动机3的绕组结构中，各相的定子线圈18b以集中绕组的方式缠绕在各齿Ts上。另外，也可以是每隔一个齿Ts而卷绕定子线圈18b的单层卷绕的绕组结构(后述的图7)。如图1所示的那样，该电动机3是转子19位于定子18的半径方向外侧的外转子型。另外，电动机3为转子19安装于作为车轮用轴承2的旋转圈的内圈5上的直接驱动形式。
该电动机3设置于制动圆筒12的内径面12c的半径方向内侧，并且设置于轮毂法兰7和转向节8的外侧侧面8a之间的轴向范围L1。电动机3是外转子型的例如表面磁铁型永磁铁马达，即SPM(Surface Permanent Magnet，表贴式永磁)同步马达(或者标记为SPMSM(Surface Permanent Magnet Synchronous Motor，表贴式永磁同步电动机))。电动机3可以是IPM(Interior Permanent Magnet，内置式永磁)同步马达(或者标记为IPMSM(Interior Permanent Magnet Synchronous Motor，内置式永磁同步电动机))。其他的电动机3也可以是开关磁阻马达(Switched reluctance motor)。
如图1及图2所示的那样，转子19具有：安装在轮毂法兰7的外周缘部的圆筒形状的旋转壳体15与设置在该旋转壳体15的内周面的多个永久磁铁14。旋转外壳15例如，由软磁性材料构成，是与内圈5同心的圆筒形状。旋转外壳15可以由一体的金属部件而通过切削或者铸造等的方式制作，或者也可以在由多个分割结构体制作后，将这些分割结构体通过例如焊接、粘接等的方式固定。在旋转外壳15的内周面上，在圆周方向每隔一定间隔地形成多个凹部，在各凹部中嵌入永磁体14并通过粘接等固定。
＜圆环部件以及非圆环部件＞
定子18具有图2的定子铁芯18a和卷绕在该定子铁芯18a上的定子线圈18b。如图5A所示的那样，定子铁芯18A具有圆环部件21和多个非圆环部件31，该圆环部件21是圆环板状体20(图5B)与外圈4(图1)同心地层叠多个而成的，上述非圆环部件31是部分板状体22(图5C)层叠多个而成的。
如图5B所示的那样，圆环板状体20具有呈放射状设置的多个(在该例子中，为12个)第1齿板部20a以及这些第1齿板部20a的基端部分所连接的圆环板部20b。圆环板状体20例如，由电磁钢板构成。如图5C所示的那样，部分板状体22按照呈包含在圆周方向上相邻的两个第1齿板部22a以及将这些第2齿板部22a、22a的基端部分圆弧状地连结的连结板部22b的U字形状的方式构成。部分板状体22例如，由电磁钢板构成。如图5A所示的那样，由相同相位地重叠的多个第1、第2齿板部20A、22A构成齿Ts。
如图5B、图5C以及图6A所示的那样，第1、第2的各齿板部20a、22a从基端部分向前端部分呈直线形状而延伸。换言之，第1、第2各齿板部20a、22a的前端部分是没有肋部的直线形状。在该场合，容易向定子铁芯18A(图5A)绕线，组装性提高。
如图5A所示的那样，在定子铁芯18a中，以圆环板状体20的第1各齿板部20a和部分板状体22的第2各齿板部22a为相同相位的方式，相对于圆环部件21，多个(在该例中，为6个)非圆环部件31在圆周方向上等间距排列地配置成环状。圆环板状体20、部分板状体22分别由对应的冲压模具(在图中未示出)冲出，在图中未示出的连续模内通过铆接或粘接而层叠。因此，能够将制造后的定子作为一体的结构件来对待，取回以及组装性良好，与将定子铁芯在圆周方向上简单地分割的定子结构相比，作为电动机组件的定子的尺寸精度高。
如图1及图4所示的那样，在外圈4的外侧的外周面上固定有圆环部件24，在该圆环部件24的外周面上固定有定子铁芯18a中的圆环部件21的内周面。定子铁芯18a和环形部件24可以通过压接、粘接、焊接等固定在一起。
作为定子固定部件的圆环部件24由磁性材料构成。因此，定子18的磁通通过圆环部件24内，电动机3的输出提高。圆环部件24也可以由绝缘材料构成。在该场合，能够确保圆环部件24与周围部件的绝缘，例如，能够防止线圈短路时的短路电流导通到周围部件。
如图4和图5A所示的那样，在周向上相邻的非圆环部件31、31以产生配线用的间隙δ1的方式排列。如图3及图4所示的那样，在层叠有第1、第2齿板部20a、22a的每个齿Ts上，经由未图示的绕线管等的绝缘材料而卷绕UVW各相的定子线圈18b，通过使定子线圈18b从圆环分割的上述间隙δ1向内径侧穿过，能够容易地进行定子内径侧的定子线圈18b的接线。进而在定子铁芯18a的内径侧构成空间，在电动机3的宽度尺寸内构成线圈接线区域这一点变得容易。
＜母线25＞
在定子线圈18b的接线部连接有母线25。进而，在母线25上连接有三芯的马达线。作为接线部件的母线25在定子铁芯18a的轴向宽度内，设置在比圆环部件24更靠内侧的定子铁芯18a的内径侧。该例的母线25具备三相(U相、V相、W相)的三个母线和中性点的一个母线，在各母线25的圆周上或端部通过焊接、压接、螺钉固定等的方式而固定有线圈端部18ba。总共四个母线25以预定间隔布置在定子铁芯18a的径向内侧。各母线25例如通过由绝缘材料或经绝缘处理的部件构成的销(在图中未示出)等而固定于圆环部件24上。
<密封结构>
如图1所示的那样，在旋转外壳15的内侧的内周面与车体安装法兰4a的外周面之间，设置有密封部件23，该密封部件23防止水和异物侵入电动机3和车轮用轴承2的内部。
<旋转检测器27>
车辆动力设备1设置有旋转检测器27。该旋转检测器27为了控制行驶辅助用的电动机3的旋转，检测内圈5相对于外圈4的旋转角度或旋转速度。旋转检测器27具有安装在被检测部保持部件等上的被检测部27a和检测该被检测部27a的传感器部27b。在外圈4的内侧的内周面上，经由传感器固定部件28而固定有传感部27b。作为该旋转检测器27，例如可应用旋转变压器(resolver)。另外，作为旋转检测器27，并不限定于旋转变压器，例如，可以采用编码器、脉冲发生环或霍尔传感器等形式，可以分别搭载一个以上或组合搭载。
＜外罩29等＞
在外圈4的内侧端，安装覆盖该内侧端的圆筒状的外罩29。在该外罩29上，例如，经由面板安装型的电力线用连接器(在图中未示出)而支承有该电动机3的上述马达线。另外，在盖29上还支承有在图中未示出的传感器连接器，在该传感器连接器上支承有从传感器部27b而延伸的在图中未示出的布线。
＜作用效果＞
按照以上说明的电动机3，由于多个非圆环部件31相对于圆环部件21在圆周方向上并列地配置成环状，因此在定子铁芯18a的内径侧形成空间，在定子铁芯18a的轴向宽度内设置定子线圈18b的接线区域这一点变得容易。因此，能够使定子铁芯18a成为所希望的轴向长度，并且能够抑制电动机输出的降低。由于配线部分位于定子铁芯18a的内径侧，因此，在相同的电动机尺寸内，能够增加定子铁芯宽度，能够增加转矩。另外，由于电动机3的定子铁芯18a的一部分为分割形状，因此与全部为分割形状的电动机相比，能够提高输出。
另外，对于定子铁芯18a，相对于圆环部件21，多个非圆环部件31沿圆周方向排列并配置为环状，因此，可以将制造后的定子18作为一体的结构件而对待，取回及组装性良好，与将定子铁芯沿圆周方向简单地分割而成的定子结构相比，作为电动机组件的定子18的尺寸精度高。因此，能够谋求组装工时以及制作成本的降低。
由于在周向上相邻的非圆环部件31、31以产生配线用的间隙δ1的方式排列，因此，通过使定子线圈18b从在周向上相邻的非圆环部件31与非圆环部件31之间的间隙δ1穿过，从而使定子铁芯18a的内径侧的线圈结线变得容易。在通常的电动机结构中，线圈端部仅能够从定子铁芯的轴向端部而取出，但是按照本结构的定子铁芯18a，在圆周方向上相邻的非圆环部件31与非圆环部件31之间存在间隙(切口)δ1，因此能够从定子铁芯18a的轴向中间部而取出线圈端部18ba。通过将线圈端部18ba从定子铁芯18a的轴向中间部而取出，定子线圈18b的处理自由度提高。在通常的电动机中，在电动的内侧构成线圈接线的场合，需要线圈通过电动机的端部，在电动机的内侧环绕，线圈的弯曲变多，容易产生绝缘不良，制造变得困难。
按照具有上述电动机3的车辆用动力装置1，通过将能够使定子铁芯18a成为所希望的轴向长度的电动机3安装于车轮用轴承2上，从而车辆用动力装置1的全长变短。由此，无需对转向节8的车轮周围的组成部件进行改造，就能够将该车辆用动力装置1置换为现行的车轮用轴承。
作为电动机3，由于采用2N/3P不是整数的分数槽的三相永磁同步马达，因此能够实现齿槽转矩的降低，谋求转矩密度的提高。为了提高转矩密度，可以增大电动机输出。齿的组装的位置偏移会导致过大的齿槽转矩或转矩波动的产生，但通过采用相对于圆环部件21而将多个非圆环部件31沿圆周方向排列配置成环状的定子铁芯结构，能够得到与一体制作定子铁芯时相同程度的低齿槽转矩、低转矩波动的特性。
电动机3是转子19位于定子18的径向外侧的外转子型，因此与相同尺寸的内转子型的电动机相比，能够增加转子19与定子18对置的面积。由此，能够在有限的空间内使输出转矩最大化。
<其他实施方式>
在以下的说明中，对与各实施方式中先说明的事项对应的部分标注相同的参照标号，省略重复的说明。在仅说明结构的一部分的场合，只要没有特别记载，结构的其他部分与先前说明的方式相同。由相同的结构起到相同的作用效果。不仅是在各实施方式中具体说明的部分的组合，只要对组合没有特别的障碍，也可以将实施方式彼此部分地组合。
如图6B以及图7所示的那样，第1、第2各齿板部22a、20a(图5B)也可以设置有从前端部分向圆周方向两侧呈圆弧状地突出的肋部Rb。图7所示的绕组结构是单层绕组结构，其中，定子线圈18b每隔一个齿Ts而缠绕。通过在第2、第1各齿板部22a、20a(图5B)上设置肋部Rb，能够增加与永久磁铁14的对置面积，谋求电动机3的输出提高，并且能够降低齿槽转矩。另外，由于在第2、第1各齿板部22a、20a(图5B)的顶端部分具有肋部Rb，因此形成定子线圈18B难以脱落的结构。
如图8和图9所示的那样，也可以在以圆环板状体20的第1各齿板部20a和部分板状体22的第2各齿板部22a为相同相位的方式沿轴向间隔开地配置的一对圆环部件21、21之间，沿圆周方向等间隔排列地环状配置多个(在该例中，为6个)非圆环部件31。在该定子铁芯18a这样的在一对圆环部件21、21之间夹设非圆环部件31的结构例子中，由于能够在定子轴向的中央部设置贯通孔(间隙)32，因此，如图10和图11所示的那样，从上述贯通孔32(图8)向定子铁芯18a的内径侧而穿过定子线圈18b，能够容易地进行定子内径侧的定子线圈18b的接线。
由于定子线圈18b能够从贯通孔32(图8)穿过定子铁芯18a的内径侧，因此定子铁芯18a经由在轴向上隔开规定间隔而配置的两个圆环部件24、24而固定于外圈4上，定子线圈18b的接线部设置于两个圆环部件24、24之间。按照该结构，支承定子18的刚性提高，形成难以产生电动机3驱动时发生的振动以及声音的结构。
部分板状体22并不限定于U字形状。例如，如图12C所示的那样，部分板状体22也可以是包含连接板部22b的形状，该连接板部22b是将在圆周方向上相邻的四个第2齿板部22a的基端部分连接成圆弧状而成的。如图12A所示的那样，在定子铁芯18a中，以圆环板状体20(图12B)的第1各齿板部20a和上述部分板状体22的第2各齿板部22a成为相同相位的方式，相对于圆环部件21，多个(在该例中为3个)非圆环部件31在圆周方向上等间距排列配置成环状。按照该结构，与图5的形状相比，结板部22b的长度较长，磁通的流动实现最佳化，电动机的输出提高。
<车辆用***>
图13为表示使用了任意的车辆用动力装置1的车辆用***的构思方案的方框图。在该车辆用***中，车辆用动力装置1在具有与主驱动源以非机械方式连接的从动轮10B的车辆30中，搭载于从动轮10B上。车辆用动力装置1中的车轮用轴承2(图1)是支承从动轮10B的轴承。
主驱动源35是诸如汽油发动机或柴油发动机的内燃机、电动发电机(电动机)或组合这些装置的混合动力驱动源。上述“电动发电机”称为能够通过旋转赋予进行发电的电动马达。在图示的例子中，车辆30是前轮为驱动轮10A、后轮为从动轮10B的前轮驱动车，是主驱动源35具有内燃机35a和驱动轮侧的电动发电机35b的高速公路车(以下，有时称为“HEV”)。
具体来说，驱动轮侧的电动发电机35b是以48V等的中电压驱动的轻度混合(MildHybrid)形式。混合动力大致分为牵引混合动力和轻度混合动力，轻度混合动力是指主要驱动源为内燃机，在起动时或加速时等主要通过电动机进行行驶的辅助的形式，在EV(电动汽车)模式下，通常的行驶即使暂时进行也不能长时间进行，从而与牵引混合动力相区别。该图的例子的内燃机35a经由离合器36和减速器37而与驱动轮10A的驱动轴连接，在减速器37上连接有驱动轮侧的电动发电机35b。
该车辆用***具有：进行从动轮10B的旋转驱动的行驶辅助用的电动发电机，即电动机3、进行该电动机3的控制的各自控制机构39、设置于上位ECU 40并输出使上述各自控制机构39进行驱动及再生的控制的指令的各自电动发电机指令机构45。电动机3与蓄电机构连接。该蓄电机构可以使用电池(蓄电池)或电容器、电容装置等，其形式和在车辆30上的搭载位置没有限制。在本实施方式中，上述蓄电单元为搭载于车辆30的低电压电池50以及中电压电池49中的中电压电池49。
从动轮用的电动机3是不使用变速器的直接驱动马达。电动机3通过供给电力而作为电动机发挥作用，另外也作为将车辆30的动能转换为电力的发电机而发挥作用。电动机3由于在作为轮毂轮的内圈5(图1)上安装转子19(图1)，所以如果对电动机3施加电流，则内圈5(图1)旋转驱动，相反，在电力再生时通过负载感应电压而得到再生电力。
<车辆30的控制***>
上位ECU 40是进行车辆30的综合控制的机构，具有转矩指令生成机构43。该转矩指令生成机构43根据从加速踏板等的加速操作机构56和制动踏板等的制动操作机构57而分别输入的操作量的信号，生成转矩指令。该车辆30包括作为主驱动源35的内燃机35a和驱动轮侧的电动发电机35B，另外具有分别驱动两个从动轮10B、10B的两个电动机3、3，因此在上位ECU 40设置有根据各驱动源35a、35b、3、3所确定的规则，分配上述转矩指令的转矩指令分配机构44。
针对内燃机35a的转矩指令传递到内燃机控制机构47，用于内燃机控制机构47的阀开度控制等。针对驱动轮侧的发电电动机35b的转矩指令被传递到驱动轮侧电动发电机控制机构48而执行。对于从动轮侧的电动机3、3的转矩指令传递到各自控制机构39、39。将上述转矩指令分配机构44中向各自控制机构39、39输出的部分称为各自电动发电机指令机构45。该各自电动发电机指令机构45还具有如下功能：对于制动操作单元57的操作量的信号，将成为电动机3通过再生制动来分担制动的制动力的指令的转矩指令提供给各自控制机构39。
各自控制单元39是逆变装置，具有将中电压电池49的直流电力转换为三相的交流电压的逆变器41、和根据上述转矩指令等而通过PWM的控制逆变器41的输出的控制部42。逆变器41具有由半导体开关元件等构成的桥式电路(在图中未示出)、以及将电动机3的再生电力充电至中电压电池49中的充电电路(在图中未示出)。另外，独立控制机构39相对两个电动机3、3而单独地设置，但也可以是收纳在一个壳体内，由两个独立控制机构39、39共有控制部42的结构。
图14为作为搭载了图13所示的车辆用***的车辆的一个例子的电源***图。在该图的例子中，作为电池，设置有低电压电池50和中电压电池49，两个电池49、50经由DC/DC转换器51而连接。电动机3有两个，但作为代表，图示出一个。图13的驱动轮侧的电动发电机35b在图14中的图示省略，但与从动轮侧的电动机3并联地连接中电力***。低电压负载52连接到低电压***，并且中电压负载53连接到中电压***。低电压负载52和中电压负载53分别有多个，但作为代表而用一个来表示。
低电压电池50是作为控制***等的电源而一般使用于各种汽车的电池，例如，设为12V或24V。作为低电压负载52，有内燃机35a的起动电机、灯具类、上位ECU 40以及其他ECU(在图中未示出)等的基本部件。也可以将低电压电池50称为电装辅助设备类用辅助电池，将中电压电池49称为电动***用辅助电池等。
中电压电池49的电压比低电压电池50高，并且比用于混合动力车等的高压电池(100V以上，例如200～400V左右)低，并且是在作业时触电对人体造成的影响不会成为问题的程度的电压，优选近年来用于轻度混合动力的48V电池。48V蓄电池等的中电压蓄电池49能够比较容易地搭载于搭载有现有的内燃机的车辆，作为轻度混合动力，通过基于电力的动力辅助、再生，能够降低耗油量。
上述48V***的中电压负载53是上述附件部件，是作为上述驱动轮侧的电动机3的动力辅助马达、电动泵、电动动力操舵装置、超级充电器以及空气压缩机等。通过由48V***构成附件的负载，虽然与高电压(100V以上的混合动力车等)相比动力辅助的输出变低，但可以降低对乘员或维护作业者的触电的危险性。由于能够使电线的绝缘覆盖膜变薄，因此能够减少电线的重量、体积。另外，由于能够以小于12V的电流量输入输出大的电量，所以能够减小电动机或发电机的体积。由此，有助于车辆的耗油量降低效果。
该车辆用***适用于这样的轻度混合动力车的附件部件，作为动力辅助及电力再生部件而适用。另外，在相对过去而较轻度的混合动力车中，采用CMG(Crankshaft Motordriven Generator：曲轴电动机驱动发电机)、GMG(Gearbox Motor driven Generator：齿轮箱电动机驱动发电机)、皮带驱动式起动马达(均在图中未示出)等，但它们均对内燃机或动力装置进行动力辅助或再生，因此受到传递装置和减速机等的效率的影响。
与此相对，本实施方式的车辆用***搭载于从动轮10B上，因此与内燃机35a及电动马达(在图中未示出)等的主驱动源断开，在电力再生时能够直接利用车身的动能。另外，在搭载CMG、GMG、带驱动式起动马达等时，需要从车辆30的设计阶段考虑而装入，难以进行后安装，但收纳于从动轮10B内的该车辆用***的电动机3即使是完整车也能够以与部件更换同等的工时而进行安装，对于仅具有内燃机35a的完整车也能够构成48V的***。在搭载了该实施方式的车辆用***的车辆上，也可以如图13的例子那样搭载其他辅助驱动用的电动发电机35b。此时，能够增加对车辆30的动力辅助量和再生电量，进一步有助于降低燃料消耗率。
图15示出了将上述任意的实施方式的车辆用动力装置1分别应用于作为前轮的驱动轮10A和作为后轮的从动轮10B的例子。驱动轮10A由内燃机构成的主驱动源35经由离合器36和减速器37而驱动。在该前轮驱动车中，在各驱动轮10A和从动轮10B的支承和辅助驱动上设置有车辆用动力装置1。像这样，车辆用动力装置1不仅能够应用于从动轮10B，还能够应用于驱动轮10A。
图13所示的车辆用***具有进行发电的功能，但也可以是不进行基于供电的旋转驱动的***。在该车辆用***中，搭载有具有代替电动机3的不兼用作马达的发电机3和车轮用轴承2的带有发电机的车轮用轴承装置。该带有发电机的车轮用轴承装置具有与上述实施方式中的任意的车辆动力设备相同的结构，除了电动机之外。
按照搭载有该带发电机的车轮用轴承的车辆用***，通过将发电机3所发出的再生电力储存在中电压电池49中，能够产生制动力。通过与机械式的制动操作机构57并用或分开使用，也能够提高制动性能。在像这样限定为进行发电的功能的场合，独立控制机构39可以不是逆变装置，而是作为AC/DC转换装置(在图中未示出)而构成。上述AC/DC转换装置具有通过将三相交流电压转换为直流电压，将发电机3的再生电力充电到中电压蓄电池49的功能，与逆变器相比，控制方法容易，能够实现小型化。
本申请的车辆动力单元和带有发电机的车轮轴承为第三代结构，该第三代结构包括作为旋转圈的轮毂，该轮毂嵌合一个部分内圈，包括作为固定圈的外圈以及轮毂和部分内圈的嵌合体。
将具有轮毂法兰的轮毂和具有滚动体的轨道面的部件组合而成的结构体构成权利要求书中所述的“旋转圈”。例如，也可以是具有主要作为固定圈的外圈和嵌合在具有轮毂法兰的轮毂的外周面上的内圈的第1代结构。也可以是具有作为固定圈的外圈和嵌合在具有轮毂法兰的轮毂的外周面上的内圈旋转式的第2代结构。在这些例子中，上述轮毂和上述内圈组合而成的部件相当于权利要求书中所述的“旋转圈”。也可以是具有作为具有轮毂法兰的旋转圈的外圈和作为固定圈的内圈的外圈旋转式的第2代结构。
电动机也可以应用于家电用马达、工业用马达等。发电机可应用于风力发电机或水力发电机的发电机。转子的磁极的数量N、齿间的槽的数量P之比，并不限定于P：N＝4∶5。例如，P∶N＝8∶10，或也可以是P∶N＝12∶15。
如上所述，参照附图说明了优选的实施方式，但在不脱离本发明的主旨的范围内，能够进行各种追加、变更、删除。因此，这样的结构也包含在本发明的范围内。
标号的说明：
标号2表示车轮用轴承；
标号3表示电动机(发电机)；
标号4表示外圈(固定圈)；
标号5表示内圈(旋转圈)；
标号6表示滚动体；
标号7表示轮毂法兰；
标号18表示定子；
标号18a表示定子铁芯；
标号18b表示定子线圈；
标号19表示转子；
标号20表示圆环板状体；
标号20a表示第1齿板部；
标号20b表示圆环板部；
标号21表示圆环部件；
标号22表示部分板状体；
标号22a表示第2齿板部；
标号22b表示连结板部；
标号24表示圆环部件；
标号30表示车辆；
标号31表示非圆环部件；
符号Rb表示肋部；
符号Ts表示齿。

Claims (9)

1.一种电动机，该电动机包括定子和转子，该定子具有定子铁芯和缠绕在上述定子铁芯上的定子线圈，该转子以在半径方向与该定子相对的方式定位；
上述定子铁芯包括：
圆环部件，在该圆环部件中，叠置有多个圆环板状体，该圆环板状体具有呈放射状设置的多个第1齿板部以及与这些第1齿板部的基端部分连接的圆环板部；
多个非圆环部件，在该多个非圆环部件中，叠置有多个部分板状体，该部分板状体具有在圆周方向上相邻的至少两个第2齿板部以及连结这些第2齿板部的基端部分的连结板部；
以上述圆环板状体的上述第1各齿板部和上述部分板状体的上述第2各齿板部为相同相位的方式，上述多个非圆环部件相对于上述圆环部件在圆周方向上排列配置成环状。
2.根据权利要求1所述的电动机，其中，任意一个在周向上相邻的非圆环部件以在相互之间产生配线用的间隙的方式排列。
3.一种车辆用动力装置，该车辆用动力装置包括：车轮用轴承，该车轮用轴承具有固定圈和通过滚动体而自由旋转地支承在该固定圈上的旋转圈，在设于该旋转圈上的轮毂法兰上安装车辆的车轮；以及安装在该车轮用轴承上的权利要求1或2所述的电动机，在上述固定圈上安装上述定子，在上述旋转圈上安装上述转子。
4.根据权利要求3所述的车辆动力***，其中，在上述电动机中，由以相同相位重叠的多个齿板部形成齿部，上述电动机为2N/3P不为整数的三相永磁同步马达，其中，N表示上述转子的磁极的数量，P表示上述定子的圆周方向上相邻的齿之间的槽的数量。
5.根据权利要求3或4所述的车辆用动力装置，其中，上述电动机是上述转子位于所述定子的半径方向外侧的外转子型电动机，在上述定子铁芯的半径方向内侧配置有上述定子线圈的接线部。
6.根据权利要求3～5中任一项所述的车辆用动力装置，其中，配置成在沿轴向隔开间隔配置的两个上述圆环部件之间，夹持上述非圆环部件。
7.根据权利要求3～6中任一项所述的车辆用动力装置，其中，上述第1、第2各齿板部设有从基端部分向前端部分以直线形状延伸、或者从前端部分向圆周方向两侧以圆弧状突出的肋部。
8.一种发电机，该发电机包括定子和转子，该定子具有定子铁芯和缠绕在上述定子铁芯上的定子线圈，该转子以在半径方向与该定子相对的方式定位；
上述定子铁芯包括：
圆环部件，在该圆环部件中，叠置有多个圆环板状体，该圆环板状体具有呈放射状设置的多个第1齿板部以及与这些第1齿板部的基端部分连接的圆环板部；
多个非圆环部件，在该多个非圆环部件中，叠置有多个部分板状体，该部分板状体具有在圆周方向上相邻的至少两个第2齿板部以及和连结这些第2齿板部的基端部分的连结板部；
以上述圆环板状体的上述第1各齿板部和上述部分板状的上述第2各齿板部为相同相位的方式，上述多个非圆环部件相对于上述圆环部件在圆周方向上排列配置成环状。
9.一种带有发电机的车轮用轴承装置，该带有发电机的车轮用轴承装置包括：车轮用轴承，该车轮用轴承具有固定圈和和旋转圈，该旋转圈经由滚动体而自由旋转地支承于该固定圈上，在设置于该旋转圈上的轮毂法兰上安装车辆的车轮；以及权利要求8所述的发电机，该发电机安装于上述车轮用轴承上，在上述固定圈上安装上述定子，在上述旋转圈上设置上述转子。
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