JP2020129893A - 電動機およびこの電動機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 - Google Patents
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Abstract
【課題】ステータを所望の軸方向長さとして出力の低減を抑えることが可能で、また組立工数および製作コストの低減を図ることができる電動機およびこの電動機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。【解決手段】ステータコア18aは、放射状の複数の第1のティース板部20aおよび第1のティース板部20aの基端部分が繋がる円環板部20bを有する円環板状体20が複数枚積層された円環部品21と、円周方向に隣合う二つの第2のティース板部22a,22aおよび第2のティース板部22a,22aの基端部分が連結された連結板部22bを含む部分板状体22が複数枚積層された複数の非円環部品31とを備える。第1の各ティース板部20aと、第2の各ティース板部22aとが同位相となるように、円環部品21に対し、複数の非円環部品31が円周方向に並んで環状に配置された。【選択図】図5
Description
この発明は、自動車等に設置される電動機およびこの電動機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、モータの収納に充てられる空間が小さいため、モータの軸方向長さに制約があり、このバスバー構造でもモータの収納が困難であった。
一般的なラジアル構造の三相永久磁石同期モータ(以下「BLDCモータ」と称す)はステータ構造として、環状の部材にティースが等配された構造を持つ。ティースにコイルが巻かれ、コイルは三相の動力線をモータの軸方向端部でバスバーにより結線して構成されている(例えば、特許文献4,5)。
また、BLDCモータにおいて、回転子の磁極の数をN、ステータにおけるティース間の溝の数をPとした場合、2N/3Pが整数でないモータの分数溝モータがある(特許文献6)。
また、BLDCモータにおいて、回転子の磁極の数をN、ステータにおけるティース間の溝の数をPとした場合、2N/3Pが整数でないモータの分数溝モータがある(特許文献6)。
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。
ラジアル構造のBLDCモータはステータに巻線が巻かれる構造上、ステータの軸方向端部にコイルの折り返しが重なる部分が構成され、これをコイルエンドと称す。さらにコイルを結線するために、モータ軸方向にコイル結線部を構成する。これらのコイルによる構成領域によって、モータの軸方向寸法は、モータトルクを発生しているロータコアとステータコアの対向部分以外に、軸方向の寸法を必要とする。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コイル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端面にバスバーを設置する方法でモータステータの全長、つまり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。
モータコアの軸方向寸法(モータ対向寸法)はモータ出力に比例の関係があり、大きな出力を得る方法として、モータコアの軸方向寸法を大きくすることで達成される。図16に示すように、ラジアルモータの軸方向寸法は、モータコア寸法(1)とコイルエンド寸法(2)およびコイル結線部寸法(3)の和により決定される。モータを組込む軸方向寸法が決められている場合、コイル結線部を設置する場所を軸方向としてしまうと、モータコア幅を減少しなければならず、モータ出力が減少する。
一般的なモータにおけるステータは軸方向に一様な環状の構造体である。各ステータのコイルの巻き始めと巻き終わりをモータ軸方向の途中で取り出すことができず、ステータコアの軸方向端に位置する。このため、従来のモータにおけるコイル結線部はモータの軸方向端部に構成することが一般的な構成である。
そこで、本件出願人は、ステータの軸方向長さを長くすることなく出力を大きくすることができる電動機として、ステータコアを円周方向に分割構造としたうえでステータコアの軸方向幅内にステータコイルの結線部を備えた技術を提案している(特願2018−97560)。
しかし、この技術は、ステータのブリッジ部とティース部を分離し円環部をもたないため、ブリッジ部の加工精度または組み付け精度により、ティースの位置を均等に配置することができない可能性がある。分数溝モータはトルクを全周で分散して発生させ低コギングトルクおよび低トルクリップルとなっているものの、ティースの組み付け位置ずれは、過大なコギングトルクまたはトルクリップルの発生につながる。また組立工数およびステータ固定部材の製作コストが高くなる。
しかし、この技術は、ステータのブリッジ部とティース部を分離し円環部をもたないため、ブリッジ部の加工精度または組み付け精度により、ティースの位置を均等に配置することができない可能性がある。分数溝モータはトルクを全周で分散して発生させ低コギングトルクおよび低トルクリップルとなっているものの、ティースの組み付け位置ずれは、過大なコギングトルクまたはトルクリップルの発生につながる。また組立工数およびステータ固定部材の製作コストが高くなる。
この発明の目的は、ステータを所望の軸方向長さとして出力の低減を抑えることが可能で、また組立工数および製作コストの低減を図ることができる電動機およびこの電動機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。
この発明の電動機は、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電動機であって、
前記ステータコアは、
放射状に設けられる複数の第1のティース板部およびこれら第1のティース板部の基端部分が繋がる円環板部を有する円環板状体が複数枚積層された円環部品と、
円周方向に隣り合う少なくとも二つの第2のティース板部およびこれら第2のティース板部の基端部分が連結された連結板部を含む部分板状体が複数枚積層された複数の非円環部品と、を備え、
前記円環板状体の前記第1の各ティース板部と、前記部分板状体の前記第2の各ティース板部とが同位相となるように、前記円環部品に対し、前記複数の非円環部品が円周方向に並んで環状に配置されたものである。
前記ステータコアは、
放射状に設けられる複数の第1のティース板部およびこれら第1のティース板部の基端部分が繋がる円環板部を有する円環板状体が複数枚積層された円環部品と、
円周方向に隣り合う少なくとも二つの第2のティース板部およびこれら第2のティース板部の基端部分が連結された連結板部を含む部分板状体が複数枚積層された複数の非円環部品と、を備え、
前記円環板状体の前記第1の各ティース板部と、前記部分板状体の前記第2の各ティース板部とが同位相となるように、前記円環部品に対し、前記複数の非円環部品が円周方向に並んで環状に配置されたものである。
この構成によると、円環部品に対し、複数の非円環部品が円周方向に並んで環状に配置されたため、ステータコアの内径側または外径側に空間を形成し、ステータコアの軸方向幅内にステータコイルの結線領域を設けることが容易となる。よって、ステータコアを所望の軸方向長さとして電動機出力の低減を抑えることができる。またステータコアは、円環部品に対し、複数の非円環部品が円周方向に並んで環状に配置されたため、製造後のステータを一体の構造物として取り扱うことができ、取り回しおよび組み付け性がよく、ステータコアを円周方向に単に分割構造としたステータ構造よりも、電動機アッシとしてのステータの寸法精度がよい。したがって、組立工数および製作コストの低減を図ることができる。
いずれかの周方向に隣り合う非円環部品は、互いの間に配線用の隙間が生じるように並べられたものであってもよい。この場合、円周方向に隣り合う非円環部品と非円環部品との間の隙間からステータコイルを通すことにより、ステータコアの内径側でのコイル結線を容易にする。
この発明の車両用動力装置は、固定輪およびこの固定輪に転動体を介して回転自在に支持された回転輪を有し、この回転輪に設けられたハブフランジに車両の車輪が取付けられる車輪用軸受と、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電動機と、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ものである。
この構成によると、ステータコアを所望の軸方向長さにすることができる電動機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。
前記電動機は、同位相に重なる複数のティース板部によりティースが構成され、前記電動機は、前記ロータの磁極の数をNとし、前記ステータにおける円周方向に隣り合うティース間の溝の数をPとしたとき、2N/3Pが整数でない三相永久磁石同期モータであってもよい。
P,Nは、それぞれ任意の自然数である。
この場合、2N/3Pが整数でないいわゆる分数溝の三相永久磁石同期モータを採用したため、コギングトルクの低減を図り、トルク密度の向上を図ることができる。トルク密度の向上を図れるためモータ出力を大きくすることが可能となる。P,Nの比は、例えばP:N=4:5である。
P,Nは、それぞれ任意の自然数である。
この場合、2N/3Pが整数でないいわゆる分数溝の三相永久磁石同期モータを採用したため、コギングトルクの低減を図り、トルク密度の向上を図ることができる。トルク密度の向上を図れるためモータ出力を大きくすることが可能となる。P,Nの比は、例えばP:N=4:5である。
前記電動機は、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ステータコイルの結線部が配置されたものであってもよい。この場合、放射状に延びるティース先端面の径は、同一サイズのインナーロータ型の電動機よりもアウターロータ側の電動機の方が大きいため、同一サイズのインナーロータ型の電動機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。
軸方向に間隔を隔てて配置された二つの前記円環部品の間に、前記非円環部品が挟まれて配置されてもよい。この場合、ステータ軸方向中央部に貫通孔を設けることができるため、前記貫通孔からステータコイルを通し、このステータコイルの結線を容易にし得る。
前記第1,第2の各ティース板部は、基端部分から先端部分にストレート形状に延びるか、または先端部分から円周方向両側に円弧状に突出するリブが設けられていてもよい。
第1,第2の各ティース板部が基端部分から先端部分にストレート形状に延びる場合、ステータコアへの巻線が容易となり、組立性が向上する。
第1,第2の各ティース板部に先端部分から円周方向両側に円弧状に突出するリブが設けられている場合、磁束の流れが最適化され、電動機の出力向上を図れ、且つコギングトルクを低減し得る。また第1,第2の各ティース板部の先端部分にリブがあることで、ステータコイルが抜けにくい構造となる。
第1,第2の各ティース板部が基端部分から先端部分にストレート形状に延びる場合、ステータコアへの巻線が容易となり、組立性が向上する。
第1,第2の各ティース板部に先端部分から円周方向両側に円弧状に突出するリブが設けられている場合、磁束の流れが最適化され、電動機の出力向上を図れ、且つコギングトルクを低減し得る。また第1,第2の各ティース板部の先端部分にリブがあることで、ステータコイルが抜けにくい構造となる。
この発明の発電機は、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、
前記ステータコアは、
放射状に設けられる複数の第1のティース板部およびこれら第1のティース板部の基端部分が繋がる円環板部を有する円環板状体が複数枚積層された円環部品と、
円周方向に隣り合う少なくとも二つの第2のティース板部およびこれら第2のティース板部の基端部分が連結された連結板部を含む部分板状体が複数枚積層された複数の非円環部品と、を備え、
前記円環板状体の前記第1の各ティース板部と、前記部分板状体の前記第2の各ティース板部とが同位相となるように、前記円環部品に対し、前記複数の非円環部品が円周方向に並んで環状に配置されたものである。
前記ステータコアは、
放射状に設けられる複数の第1のティース板部およびこれら第1のティース板部の基端部分が繋がる円環板部を有する円環板状体が複数枚積層された円環部品と、
円周方向に隣り合う少なくとも二つの第2のティース板部およびこれら第2のティース板部の基端部分が連結された連結板部を含む部分板状体が複数枚積層された複数の非円環部品と、を備え、
前記円環板状体の前記第1の各ティース板部と、前記部分板状体の前記第2の各ティース板部とが同位相となるように、前記円環部品に対し、前記複数の非円環部品が円周方向に並んで環状に配置されたものである。
この構成によると、円環部品に対し、複数の非円環部品が円周方向に並んで環状に配置されたため、ステータコアの内径側または外径側に空間を形成し、ステータコアの軸方向幅内にステータコイルの結線領域を構成することが容易となる。よって、ステータコアを所望の軸方向長さとして発電機出力の低減を抑えることができる。またステータコアは、円環部品に対し、複数の非円環部品が円周方向に並んで環状に配置されたため、製造後のステータを一体の構造物として取り扱うことができ、取り回しおよび組み付け性がよく、ステータコアを円周方向に単に分割構造としたステータ構造よりも、発電機アッシとしてのステータの寸法精度がよい。したがって、組立工数および製作コストの低減を図ることができる。
この発明の発電機付き車輪用軸受装置は、固定輪およびこの固定輪に転動体を介して回転自在に支持された回転輪を有し、この回転輪に設けられたハブフランジに車両の車輪が取付けられる車輪用軸受と、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ものである。
この構成によると、ステータコアを所望の軸方向長さにすることができる発電機を車輪用軸受に取付けることで、発電機付き車輪用軸受装置の全長が短くなる。これにより、この発電機付き車輪用軸受装置を、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。
この発明の電動機は、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電動機であって、前記ステータコアは、放射状に設けられる複数の第1のティース板部およびこれら第1のティース板部の基端部分が繋がる円環板部を有する円環板状体が複数枚積層された円環部品と、円周方向に隣り合う少なくとも二つの第2のティース板部およびこれら第2のティース板部の基端部分が連結された連結板部を含む部分板状体が複数枚積層された複数の非円環部品と、を備え、前記円環板状体の前記第1の各ティース板部と、前記部分板状体の前記第2の各ティース板部とが同位相となるように、前記円環部品に対し、前記複数の非円環部品が円周方向に並んで環状に配置されたため、ステータを所望の軸方向長さとして出力の低減を抑えることが可能で、また組立工数および製作コストの低減を図ることができる。
この発明の車両用動力装置は、固定輪およびこの固定輪に転動体を介して回転自在に支持された回転輪を有し、この回転輪に設けられたハブフランジに車両の車輪が取付けられる車輪用軸受と、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電動機と、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ため、ステータを所望の軸方向長さとして出力の低減を抑えることが可能で、また組立工数および製作コストの低減を図ることができる。
この発明の発電機は、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、前記ステータコアは、放射状に設けられる複数の第1のティース板部およびこれら第1のティース板部の基端部分が繋がる円環板部を有する円環板状体が複数枚積層された円環部品と、円周方向に隣り合う少なくとも二つの第2のティース板部およびこれら第2のティース板部の基端部分が連結された連結板部を含む部分板状体が複数枚積層された複数の非円環部品と、を備え、前記円環板状体の前記第1の各ティース板部と、前記部分板状体の前記第2の各ティース板部とが同位相となるように、前記円環部品に対し、前記複数の非円環部品が円周方向に並んで環状に配置されたため、ステータを所望の軸方向長さとして出力の低減を抑えることが可能で、また組立工数および製作コストの低減を図ることができる。
この発明の発電機付き車輪用軸受装置は、固定輪およびこの固定輪に転動体を介して回転自在に支持された回転輪を有し、この回転輪に設けられたハブフランジに車両の車輪が取付けられる車輪用軸受と、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ため、ステータを所望の軸方向長さとして出力の低減を抑えることが可能で、また組立工数および製作コストの低減を図ることができる。
[第1の実施形態]
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6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、電動機を兼用する発電機である電動機3とを備える。電動機を兼用しない発電機である場合、この電動機を兼用しない発電機3と、車輪用軸受2とを備える発電機付き車輪用軸受装置となる。
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6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、電動機を兼用する発電機である電動機3とを備える。電動機を兼用しない発電機である場合、この電動機を兼用しない発電機3と、車輪用軸受2とを備える発電機付き車輪用軸受装置となる。
<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のイン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。
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のイン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。
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13)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13)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、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13)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。
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13)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13)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、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13)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。
<電動機3について>
この例の電動機3は、車輪の回転で発電を行い、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。
図2および図3に示すように、この電動機3は、ロータ19の磁極の数をN(この例ではN=5)とし、ステータ18における円周方向に隣り合うティースTs間の溝の数をP(この例ではP=4)としたとき、2N/3Pが整数でない分数溝三相永久磁石同期モータ(分数溝BLDCモータ)である。
この例の電動機3は、車輪の回転で発電を行い、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。
図2および図3に示すように、この電動機3は、ロータ19の磁極の数をN(この例ではN=5)とし、ステータ18における円周方向に隣り合うティースTs間の溝の数をP(この例ではP=4)としたとき、2N/3Pが整数でない分数溝三相永久磁石同期モータ(分数溝BLDCモータ)である。
この分数溝BLDCモータである電動機3の巻線構造では、各ティースTsに各相のステータコイル18bが集中巻で巻かれている。なお、一つのティースTsおきにステータコイル18bが巻かれた単層巻の巻線構造(後述の図7)であってもよい。
図1に示すように、この電動機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。
図1に示すように、この電動機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。電動機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。その他電動機3は、スイッチトリラクタンスモータ(Switched reluctance motor) であってもよい。
図1および図2に示すように、ロータ19は、ハブフランジ7の外周縁部に取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。
<円環部品および非円環部品>
ステータ18は、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。
図5(a)に示すように、ステータコア18aは、円環板状体20(図5(b))が外輪4(図1)と同心に複数枚積層された円環部品21と、部分板状体22(図5(c))が複数枚積層された複数の非円環部品31とを備える。
ステータ18は、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。
図5(a)に示すように、ステータコア18aは、円環板状体20(図5(b))が外輪4(図1)と同心に複数枚積層された円環部品21と、部分板状体22(図5(c))が複数枚積層された複数の非円環部品31とを備える。
図5(b)に示すように、円環板状体20は、放射状に設けられる複数(この例では12個)の第1のティース板部20aおよびこれら第1のティース板部20aの基端部分が繋がる円環板部20bを有する。円環板状体20は、例えば、電磁鋼板から構成される。図5(c)に示すように、部分板状体22は、円周方向に隣り合う二つの第2のティース板部22aおよびこれら第2のティース板部22a,22aの基端部分が円弧状に連結された連結板部22bを含むU字形状に構成されている。部分板状体22は、例えば、電磁鋼板から構成される。図5(a)に示すように、同位相に重なる複数の第1,第2のティース板部20a,22aによりティースTsが構成される。
図5(b),(c)および図6(a)に示すように、第1,第2の各ティース板部20a,22aは、基端部分から先端部分にストレート形状に延びる。換言すれば、第1,第2の各ティース板部20a,22aの先端部分はリブのないストレート形状である。この場合、ステータコア18a(図5(a))への巻線が容易となり、組立性が向上する。
図5(a)に示すように、ステータコア18aは、円環板状体20の第1の各ティース板部20aと、部分板状体22の第2の各ティース板部22aとが同位相となるように、円環部品21に対し、複数(この例では6個)の非円環部品31が円周方向に等配に並んで環状に配置されている。円環板状体20、部分板状体22は、それぞれ対応するプレス型(図示せず)により打ち出され、図示外の順送型内で加締めまたは接着により積層される。このため、製造後のステータを一体の構造物として取り扱うことができ、取り回しおよび組み付け性がよく、ステータコアを円周方向に単に分割構造としたステータ構造よりも、電動機アッシとしてのステータの寸法精度がよい。
図1および図4に示すように、外輪4のアウトボード側の外周面に円環部材24が固定され、この円環部材24の外周面に、ステータコア18aにおける円環部品21の内周面が固定されている。ステータコア18aと円環部材24との間での固定方法は、加締め、接着、溶接などを用いてもよい。
ステータ固定部品である円環部材24は、磁性材で構成されている。このため、ステータ18の磁束が円環部材24内を通り、電動機3の出力が向上する。円環部材24は絶縁材で構成されていてもよい。この場合、円環部材24と周囲部品との絶縁が確保され、例えば、コイルショート時の短絡電流が周囲部品に導通することを防止し得る。
ステータ固定部品である円環部材24は、磁性材で構成されている。このため、ステータ18の磁束が円環部材24内を通り、電動機3の出力が向上する。円環部材24は絶縁材で構成されていてもよい。この場合、円環部材24と周囲部品との絶縁が確保され、例えば、コイルショート時の短絡電流が周囲部品に導通することを防止し得る。
図4および図5(a)に示すように、周方向に隣り合う非円環部品31,31は、配線用の隙間δ1が生じるように並べられる。図3および図4に示すように、第1,第2のティース板部20a,22aが積層されたティースTs毎に、図示外のボビン等の絶縁材を介してUVW各相のステータコイル18bが巻かれており、円環が分割した前記隙間δ1から内径側へステータコイル18bを通すことにより、ステータ内径側でのステータコイル18bの結線を容易にし得る。さらにステータコア18aの内径側に空間を構成し、電動機3の幅寸法内にコイル結線領域を構成することが容易となる。
<バスバー25について>
ステータコイル18bの結線部にはバスバー25が接続されている。さらにバスバー25に三芯のモータ線が結線される。結線部品であるバスバー25は、ステータコア18aの軸方向幅内で、円環部材24よりもインボード側におけるステータコア18aの内径側に設けられる。この例のバスバー25は、三相(U相,V相,W相)の三つのバスバーと、中性点の一つのバスバーとを備え、各バスバー25の円周上または端部にコイル端部18baが溶接、加締め、ねじ止め等に固定される。合計四つのバスバー25がステータコア18aの内径側に所定間隔おきに配置されている。各バスバー25は、例えば、絶縁材もしくは絶縁処理された部材から成るピン(図示せず)等を介して円環部材24に固定されている。
ステータコイル18bの結線部にはバスバー25が接続されている。さらにバスバー25に三芯のモータ線が結線される。結線部品であるバスバー25は、ステータコア18aの軸方向幅内で、円環部材24よりもインボード側におけるステータコア18aの内径側に設けられる。この例のバスバー25は、三相(U相,V相,W相)の三つのバスバーと、中性点の一つのバスバーとを備え、各バスバー25の円周上または端部にコイル端部18baが溶接、加締め、ねじ止め等に固定される。合計四つのバスバー25がステータコア18aの内径側に所定間隔おきに配置されている。各バスバー25は、例えば、絶縁材もしくは絶縁処理された部材から成るピン(図示せず)等を介して円環部材24に固定されている。
<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。
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。この回転検出器27は、走行補助用の電動機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、それぞれを1つ以上もしくは組み合わせて搭載してもよい。
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。この回転検出器27は、走行補助用の電動機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、それぞれを1つ以上もしくは組み合わせて搭載してもよい。
<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、この電動機3の前記モータ線が支持されている。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。
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、この電動機3の前記モータ線が支持されている。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>
以上説明した電動機3によれば、円環部品21に対し、複数の非円環部品31が円周方向に並んで環状に配置されたため、ステータコア18aの内径側に空間を形成し、ステータコア18aの軸方向幅内にステータコイル18bの結線領域を設けることが容易となる。よって、ステータコア18aを所望の軸方向長さとして電動機出力の低減を抑えることができる。配線部分がステータコア18aの内径側にあるため、同じ電動機寸法内においてステータコア幅を増すことができ、トルクを増加させることができる。また電動機3はステータコア18aの一部が分割形状であるため、全てが分割形状の電動機よりも出力を向上することができる。
以上説明した電動機3によれば、円環部品21に対し、複数の非円環部品31が円周方向に並んで環状に配置されたため、ステータコア18aの内径側に空間を形成し、ステータコア18aの軸方向幅内にステータコイル18bの結線領域を設けることが容易となる。よって、ステータコア18aを所望の軸方向長さとして電動機出力の低減を抑えることができる。配線部分がステータコア18aの内径側にあるため、同じ電動機寸法内においてステータコア幅を増すことができ、トルクを増加させることができる。また電動機3はステータコア18aの一部が分割形状であるため、全てが分割形状の電動機よりも出力を向上することができる。
またステータコア18aは、円環部品21に対し、複数の非円環部品31が円周方向に並んで環状に配置されたため、製造後のステータ18を一体の構造物として取り扱うことができ、取り回しおよび組み付け性がよく、ステータコアを円周方向に単に分割構造としたステータ構造よりも、電動機アッシとしてのステータ18の寸法精度がよい。したがって、組立工数および製作コストの低減を図ることができる。
周方向に隣り合う非円環部品31,31は、配線用の隙間δ1が生じるように並べられたため、円周方向に隣り合う非円環部品31と非円環部品31との間の隙間δ1からステータコイル18bを通すことにより、ステータコア18aの内径側でのコイル結線を容易にする。
通常の電動機構造では、コイル端部はステータコアの軸方向端部からしか取り出すことができないが、本構成のステータコア18aによると、円周方向に隣り合う非円環部品31と非円環部品31との間に隙間(切欠き)δ1があるため、ステータコア18aの軸方向中間部からコイル端部18baを取り出すことができる。コイル端部18baをステータコア18aの軸方向中間部から取り出すことにより、ステータコイル18bの取り回しの自由度が向上する。通常の電動機でコイル結線を電動の内側に構成する場合には、コイルが電動機の端部を通り、電動機の内側に取回す必要があり、コイルの屈曲が多くなり、絶縁不良が生じ易く、製造が難しくなる。
通常の電動機構造では、コイル端部はステータコアの軸方向端部からしか取り出すことができないが、本構成のステータコア18aによると、円周方向に隣り合う非円環部品31と非円環部品31との間に隙間(切欠き)δ1があるため、ステータコア18aの軸方向中間部からコイル端部18baを取り出すことができる。コイル端部18baをステータコア18aの軸方向中間部から取り出すことにより、ステータコイル18bの取り回しの自由度が向上する。通常の電動機でコイル結線を電動の内側に構成する場合には、コイルが電動機の端部を通り、電動機の内側に取回す必要があり、コイルの屈曲が多くなり、絶縁不良が生じ易く、製造が難しくなる。
前記電動機3を備えた車両用動力装置1によれば、ステータコア18aを所望の軸方向長さにすることができる電動機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。
電動機3として、2N/3Pが整数でない分数溝の三相永久磁石同期モータを採用したため、コギングトルクの低減を図り、トルク密度の向上を図ることができる。トルク密度の向上を図れるためモータ出力を大きくすることが可能となる。ティースの組付けの位置ずれは、過大なコギングトルクまたはトルクリップルの発生に繋がるが、円環部品21に対し、複数の非円環部品31が円周方向に並んで環状に配置されたステータコア構造とすることにより、ステータコアを一体で製作したのと同程度の低コギングトルク、低トルクリップルの特性を得ることができる。
電動機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ため、同一サイズのインナーロータ型の電動機よりもロータ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。
<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。
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6(b)および図7に示すように、第2,第1の各ティース板部22a,20a(図5(b))は、先端部分から円周方向両側に円弧状に突出するリブRbが設けられたものであってもよい。また同図7の巻線構造は、一つのティースTsおきにステータコイル18bが巻かれた単層巻の巻線構造となっている。第2,第1の各ティース板部22a,20a(図5(b))にリブRbが設けられていることで、永久磁石14との対向面積を増加させ、電動機3の出力向上を図れ、且つコギングトルクを低減し得る。また第2,第1の各ティース板部22a,20a(図5(b))の先端部分にリブRbがあることで、ステータコイル18bが抜けにくい構造となる。
図8および図9に示すように、円環板状体20の第1の各ティース板部20aと、部分板状体22の第2の各ティース板部22aとが同位相となるように、軸方向に間隔を隔てて配置された一対の円環部品21,21の間に、複数(この例では6個)の非円環部品31が円周方向に等配に並んで環状に配置されていてもよい。このステータコア18aのような、一対の円環部品21,21の間に非円環部品31が挟まれた構成例では、ステータ軸方向の中央部に貫通孔(隙間)32を設けることができるため、図10および図11に示すように、前記貫通孔32(図8)からステータコア18aの内径側へステータコイル18bを通し、ステータ内径側でのステータコイル18bの結線を容易にし得る。
貫通孔32(図8)からステータコア18aの内径側へステータコイル18bを通すことができるため、ステータコア18aは、軸方向に所定間隔を隔てて配置された二つの円環部材24,24を介して外輪4に固定され、ステータコイル18bの結線部が二つの円環部材24,24の間に設置される。
この構成によると、ステータ18を支持する剛性が高くなり、電動機3の駆動時に発生する振動および音響が生じ難い構成となる。
この構成によると、ステータ18を支持する剛性が高くなり、電動機3の駆動時に発生する振動および音響が生じ難い構成となる。
部分板状体22は、U字形状に限定されるものではない。例えば、部分板状体22は、図12(c)に示すように、円周方向に隣り合う四つの第2のティース板部22aの基端部分が円弧状に連結された連結板部22bを含む形状であってもよい。図12(a)に示すように、ステータコア18aは、円環板状体20(図12(b))の第1の各ティース板部20aと、前記部分板状体22の第2の各ティース板部22aとが同位相となるように、円環部品21に対し、複数(この例では3個)の非円環部品31が円周方向に等配に並んで環状に配置されている。この構成によると、図5の形状と比較して、連結板部22bの長さが長い分、磁束の流れが最適化され、電動機の出力が向上する。
<車両用システムについて>
図13は、いずれかの車両用動力装置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30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。
図13は、いずれかの車両用動力装置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30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と称す。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とを有するハイブッリド車(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電動発電機である電動機3と、この電動機3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。
電動機3は、ハブ輪である内輪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。
電動機3は、ハブ輪である内輪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。
<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。
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。従動輪側の電動機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14は、図13に示した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と中電圧バッテリー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。電動機3は二つあるが、代表して一つで図示している。図13の駆動輪側の電動発電機35bは、図14では図示を省略しているが、従動輪側の電動機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良い。
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機3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、GMG、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が、従動輪10B内に収まるこの車両用システムの電動機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。この実施形態の車両用システムを搭載した車両に、図13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15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37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13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。この車両用システムには、モータを兼用しない発電機3と、車輪用軸受2とを備える発電機付き車輪用軸受装置が搭載される。この発電機付き車輪用軸受装置は、いずれかの実施形態の車両用動力装置に対し、電動機を除き同一構成である。
この発電機付車輪用軸受が搭載される車両用システムによれば、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、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。
本願における車両用動力装置、発電機付車輪用軸受は、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請求項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。
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請求項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。
電動機は、家電用モータ、産業用モータ等にも適用可能である。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。
ロータの磁極の数N、ティース間の溝の数Pの比は、P:N=4:5に限定されるものではない。例えば、P:N=8:10またはP:N=12:15であってもよい。
ロータの磁極の数N、ティース間の溝の数Pの比は、P:N=4:5に限定されるものではない。例えば、P:N=8:10またはP:N=12:15であってもよい。
以上、実施形態に基づいてこの発明を実施するための形態を説明したが、今回開示された実施の形態はすべての点で例示であって制限的なものではない。この発明の範囲は上記した説明ではなくて特許請求の範囲によって示され、特許請求の範囲と均等の意味および範囲内でのすべての変更が含まれることが意図される。
2…車輪用軸受、3…電動機(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、18…ステータ、18a…ステータコア、18b…ステータコイル、19…ロータ、20…円環板状体、20a…第1のティース板部、20b…円環板部、21…円環部品、22…部分板状体、22a…第2のティース板部、22b…連結板部、24…円環部材、30…車両、31…非円環部品、Rb…リブ、Ts…ティース
Claims (9)
- 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電動機であって、
前記ステータコアは、
放射状に設けられる複数の第1のティース板部およびこれら第1のティース板部の基端部分が繋がる円環板部を有する円環板状体が複数枚積層された円環部品と、
円周方向に隣り合う少なくとも二つの第2のティース板部およびこれら第2のティース板部の基端部分が連結された連結板部を含む部分板状体が複数枚積層された複数の非円環部品と、を備え、
前記円環板状体の前記第1の各ティース板部と、前記部分板状体の前記第2の各ティース板部とが同位相となるように、前記円環部品に対し、前記複数の非円環部品が円周方向に並んで環状に配置された電動機。 - 請求項1に記載の電動機において、いずれかの周方向に隣り合う非円環部品は、互いの間に配線用の隙間が生じるように並べられた電動機。
- 固定輪およびこの固定輪に転動体を介して回転自在に支持された回転輪を有し、この回転輪に設けられたハブフランジに車両の車輪が取付けられる車輪用軸受と、この車輪用軸受に取付けられた請求項1または請求項2に記載の電動機と、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車両用動力装置。
- 請求項3に記載の車両用動力装置において、前記電動機は、同位相に重なる複数のティース板部によりティースが構成され、前記電動機は、前記ロータの磁極の数をNとし、前記ステータにおける円周方向に隣り合うティース間の溝の数をPとしたとき、2N/3Pが整数でない三相永久磁石同期モータである車両用動力装置。
- 請求項3または請求項4に記載の車両用動力装置において、前記電動機は、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ステータコイルの結線部が配置された車両用動力装置。
- 請求項3ないし請求項5のいずれか1項に記載の車両用動力装置において、軸方向に間隔を隔てて配置された二つの前記円環部品の間に、前記非円環部品が挟まれて配置された車両用動力装置。
- 請求項3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、前記第1,第2の各ティース板部は、基端部分から先端部分にストレート形状に延びるか、または先端部分から円周方向両側に円弧状に突出するリブが設けられている車両用動力装置。
- 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、
前記ステータコアは、
放射状に設けられる複数の第1のティース板部およびこれら第1のティース板部の基端部分が繋がる円環板部を有する円環板状体が複数枚積層された円環部品と、
円周方向に隣り合う少なくとも二つの第2のティース板部およびこれら第2のティース板部の基端部分が連結された連結板部を含む部分板状体が複数枚積層された複数の非円環部品と、を備え、
前記円環板状体の前記第1の各ティース板部と、前記部分板状体の前記第2の各ティース板部とが同位相となるように、前記円環部品に対し、前記複数の非円環部品が円周方向に並んで環状に配置された発電機。 - 固定輪およびこの固定輪に転動体を介して回転自在に支持された回転輪を有し、この回転輪に設けられたハブフランジに車両の車輪が取付けられる車輪用軸受と、この車輪用軸受に取付けられた請求項8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き車輪用軸受装置。
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