JP5488569B2

JP5488569B2 - 電動機

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Publication number: JP5488569B2
Application number: JP2011246752A
Authority: JP
Inventors: 裕之生田
Original assignee: Denso Corp
Current assignee: Denso Corp
Priority date: 2011-11-10
Filing date: 2011-11-10
Publication date: 2014-05-14
Anticipated expiration: 2031-11-10
Also published as: JP2013106379A; US20130119833A1; US8987954B2

Description

本発明は、車両等に搭載されて使用される電動機に関する。

従来、車両において使用される電動機として、特許文献１に開示されているように、検出器内蔵モータが知られている。この検出器内蔵モータは、円筒形をなすモータハウジングと、モータハウジングの開口部を閉止するモータカバーと、モータカバーに設けられた軸受に回動自在に軸支されたモータ出力軸と、モータ出力軸に固着されたロータと、環状をなしロータに対向して配置されたステータと、ステータに配設されたステータコイルと、モータ出力軸とともに回転するレゾルバロータ及び当該レゾルバロータに対向して設けられたレゾルバステータを含み、モータ出力軸の回転角を検出するレゾルバと、ステータコイルとレゾルバの間に設けられた遮蔽板と、を備えている。

この検出器内蔵モータによれば、レゾルバに与える漏れ磁束を低減させながらレゾルバのモータへの内蔵が可能となる。

特開２００８−１６０９０９号公報

ところで、近年、車両において使用される電動機は、小型高出力及び高品質が求められている。例えば、車両のエンジンルームでは、電動機を搭載するスペースが小さくなってきている一方で、出力の向上が求められている。しかし、上記の特許文献１に開示された検出器内蔵モータは、レゾルバロータとレゾルバステータと軸受（ベアリング）が軸方向に連なった状態に配置されているため、軸方向の小型化が困難となっている。

本発明は、上記事情に鑑みてなされたものであり、小型化を図り得るようにした電動機を提供することを解決すべき課題とするものである。

上記課題を解決するためになされた請求項１に記載の発明は、ハウジングと、該ハウジングにベアリングを介して回転可能に軸方向両端を支承されたシャフトと、該シャフトに固着されて前記ハウジング内に配置された回転子と、環状をなし前記回転子の外周側に径方向に対向して配置された固定子コア及び該固定子コアに巻装された固定子コイルよりなる固定子と、前記回転子の回転を検出する検出器と、を備えた電動機において、前記検出器は、前記固定子コイルの軸方向一端側に形成されたコイルエンドと前記シャフトの軸方向一端を支承する一方の前記ベアリングとの間に位置して、少なくとも一部が前記コイルエンド及び前記ベアリングと径方向にオーバラップする位置に配設されているとともに、前記検出器は、前記シャフトの一端に固着された検出器ロータと、環状をなし前記検出器ロータの外周側に径方向に対向して配置された検出器コア及び該検出器コアに巻装された検出器コイルよりなる検出器ステータと、を有し、前記検出器ステータは、複数の鋼板が軸方向に積層されてなる回転子コアの軸方向端面の内周側に所定の深さ及び幅で周方向に延びるリング状に形成された凹部に一部が嵌入して、前記回転子コアと軸方向に対向するとともに前記回転子コアと径方向にオーバラップする位置に配設されていることを特徴とする。

請求項１に記載の発明によれば、検出器は、固定子コイルの軸方向一端側に形成されたコイルエンドとシャフトの軸方向一端を支承する一方のベアリングとの間に位置して、少なくとも一部がコイルエンド及びベアリングと径方向にオーバラップする位置に配設されている。これにより、電動機の軸方向に省スペース化することができるので、小型化を図ることができる。

請求項２に記載の発明は、前記電動機は、誘導電動機であることを特徴とする。同期モータ（ＩＰＭ）の制御には、回転子の回転角度の情報が必要であるのに対して、誘導電動機の制御には、回転子の回転数情報のみがあればよいため、固定子コイルの軸方向一端側に形成されたコイルエンドの内周側に検出器を配設しても、ノイズシールドを追加することなく、誘導電動機の制御が可能である。そのため、請求項２に記載の発明によれば、部品点数の増大を回避することができるので、材料コストの増大を回避することができる。なお、固定子への通電の有無によって回転子の回転数誤差は発生しないことが、本願発明者によって確認されている。

請求項３に記載の発明は、前記誘導電動機は、軸方向両端に端絡環を有するかご型回転子を備えており、前記検出器は、軸方向一端側の前記端絡環の内周側に位置して、少なくとも一部が前記端絡環と径方向にオーバラップする位置に配設されていることを特徴とする。

請求項３に記載の発明によれば、検出器は、軸方向一端側の端絡環の内周側に位置して、少なくとも一部が端絡環と径方向にオーバラップする位置に配設されているので、誘導電動機において、さらに軸方向長さを低減することができる。

また、請求項１に記載の発明によれば、検出器ステータは、複数の鋼板が軸方向に積層されてなる回転子コアの軸方向端面の内周側に所定の深さ及び幅で周方向に延びるリング状に形成された凹部に一部が嵌入して、回転子コアと軸方向に対向するとともに回転子コアと径方向にオーバラップする位置に配設されているため、電動機の軸方向長さをさらに短縮することができる。

請求項４に記載の発明は、前記検出器は、磁性体よりなるリテーナプレートにて外周側が覆われ、前記ハウジングに保持されていることを特徴とする。

請求項４に記載の発明によれば、検出器の検出信号に対して検出器の外周側から入る電磁ノイズが、リテーナプレートによって低減されるので、電動機の制御性が良好になる。なお、検出器により回転子の回転角度を検出する場合には、本発明のようなリテーナプレートを設けることにより、検出する回転角度の角度誤差を低減できることが、本願発明者によって確認されている。

請求項５に記載の発明は、前記リテーナプレートは、前記検出器の外周側及び前記回転子側の軸方向端面を覆うように配置されていることを特徴とする。

請求項５に記載の発明によれば、検出器の軸方向から入る電磁ノイズもリテーナプレートによって低減されるので、電動機の制御性がさらに良好になる。

参考例１に係る電動機の要部を拡大して示す軸方向断面図である。図１の要部を更に拡大して示す軸方向断面図である。参考例２に係る電動機の要部を拡大して示す軸方向断面図である。本発明の実施形態１に係る電動機の要部を拡大して示す軸方向断面図である。

以下、本発明に係る回転電機の実施形態及び参考例について図面を参照して具体的に説明する。

〔参考例１〕
図１は、参考例１に係る電動機の要部を拡大して示す軸方向断面図である。図２は、図１の要部を更に拡大して示す軸方向断面図である。

本参考例に係る電動機１は、車両に搭載されて使用される誘導電動機であって、図１に示すように、アルミ製のハウジング１０と、ハウジング１０に一対のベアリング（図１にはリアベアリング１２のみ表されている）を介して回転可能に軸方向両端を支承されたシャフト１３と、シャフト１３に固着されてハウジング１０内に配置された回転子２０と、環状をなし回転子２０の外周側に径方向に対向して配置された固定子コア３１及び固定子コア３１に巻装された固定子コイル３２よりなる固定子３０と、回転子２０の回転数を検出する検出器としてのレゾルバ４０と、を含んで構成されている。

ハウジング１０は、軸方向一端側（図１の下方側、以下同じ。）が開口した有底円筒状のフロントハウジング１０ａと、軸方向他端側（図１の上方側、以下同じ。）が開口した有底円筒状のリアハウジング１０ｂとから構成されている。このハウジング１０は、フロントハウジング１０ａの円筒部の外周側に、リアハウジング１０ｂの円筒部を互いの開口側を対向させた状態で軸方向に嵌合した後、フロントハウジング１０ａ及びリアハウジング１０ｂを周方向の複数箇所においてボルト（図示せず）で締結することにより組み付けられている。

フロントハウジング１０ａの円筒部外周面とリアハウジング１０ｂの円筒部内周面の間には、ハウジング１０を冷却する冷却液の流通路１１が設けられている。この流通路１１は、所定幅で周方向に一周するように形成されている。

リアハウジング１０ｂの底部中央には、内輪１２ａと、外輪１２ｂと、内輪１２ａ及び外輪１２ｂの間に形成された周方向に延びる溝内を転動する複数のボール１２ｃからなるリアベアリング１２の外輪１２ｂが取り付けられている。また、フロントハウジングの底部中央にも、リアベアリング１２と同様に構成されたフロントベアリング（図示せず）が取り付けられている。

フロントベアリングの内輪及びリアベアリング１２の内輪１２ａには、シャフト１３の両端がそれぞれ嵌挿固定されている。これにより、シャフト１３は、ハウジング１０に対してリアベアリング１２及びフロントベアリングを介して回転可能に両端を支承されている。

シャフト１３の外周には、シャフト１３と一体になって回転する回転子２０が固着されている。この回転子２０は、複数の鋼板が軸方向に積層されてなる回転子コア２１と、回転子コア２１の溝にアルミ合金を鋳込んでなる端絡環２２とを有するかご型回転子が採用されている。回転子２０の外周側には、径方向に対向して配置された固定子コア３１及び固定子コア３１に巻装された固定子コイル３２よりなる固定子３０が、ハウジング１０の内壁面に固定されている。回転子２０の外周面と固定子コア３１の内周面との間には、所定のエアーギャップが形成されている。

回転子２０の回転数を検出するレゾルバ４０は、シャフト１３の一端に固着されたレゾルバロータ（検出器ロータ）４１と、環状をなしレゾルバロータ４１の外周側に径方向に対向して配置されたレゾルバコア（検出器コア）４２、及びレゾルバコア４２に巻装されたレゾルバコイル（検出器コイル）４３よりなるレゾルバステータ４４とからなる。

このレゾルバ４０は、レゾルバコイル４３の軸方向一端側のコイルエンド４３ａが、固定子コイル３２の軸方向一端側に形成されたコイルエンド３２ａとシャフト１３の軸方向一端を支承するリアベアリング１２との間に位置して、コイルエンド３２ａ及びリアベアリング１２と径方向にオーバラップする位置に配設されている。また、レゾルバ４０は、レゾルバコイル４３の軸方向他端側に形成されたコイルエンド４３ａが、軸方向一端側の端絡環２２の内周側に位置して、端絡環２２と径方向にオーバラップする位置に配設されている。

ここで、図２に示すように、レゾルバコイル４３のコイルエンド４３ａの内径の半径をｒ１とし、リアベアリング１２の外輪１２ｂの外径の半径をｒ２としたときに、ｒ１＞ｒ２の関係が成り立つように設定されている。これにより、レゾルバ４０がリアベアリング１２と干渉しないようにして、上記の所定位置に配設されている。また、リアベアリング１２の外輪１２ｂの内径の半径をｒ３とし、レゾルバロータ４１の内径の半径をｒ４としたときに、ｒ３＞ｒ４の関係が成り立つように設定されている。これにより、リアベアリング１２が回転可能となるようにされている。

このレゾルバ４０は、レゾルバロータ４１がシャフト１３の外周面に嵌合固定され、レゾルバコア４２が鉄系金属（磁性体）よりなるリテーナプレート４５によりハウジング１０の内壁面に取付ボルト４５ａで固定保持されている。この場合、リテーナプレート４５は、レゾルバコア４２の外周側を覆うように配設されている。これにより、レゾルバ４０の検出信号に対してレゾルバ４０の外周側から入る電磁ノイズが低減されるので、誘導電動機の制御性が良好になる。なお、このレゾルバ４０は、シャフト１３とともに回転するレゾルバロータ４１の磁束の変化をレゾルバコイル４３で参照して、シャフト１３（回転子２０）の回転数を検出するようになっている。

なお、シャフト１３の軸方向他端側には、シャフト１３の回転力をベルト等を介して伝達するプーリ（図示せず）が固定されている。

以上のように構成された本参考例の電動機１によれば、レゾルバ４０は、レゾルバコイル４３の軸方向一端側のコイルエンド４３ａが、固定子コイル３２の軸方向一端側に形成されたコイルエンド３２ａとシャフト１３の軸方向一端を支承するリアベアリング１２との間に位置して、コイルエンド３２ａ及びリアベアリング１２と径方向にオーバラップする位置に配設されている。これにより、電動機１の軸方向に省スペース化することができるので、小型化を図ることができる。

また、本参考例の電動機１は、誘導電動機であるため、誘導電動機の制御には、回転子２０の回転数情報のみがあればよく、固定子コイル３２の軸方向一端側に形成されたコイルエンド３２ａの内周側にレゾルバ４０を配設しても、ノイズシールドを追加することなく、誘導電動機の制御が可能である。そのため、部品点数の増大を回避することができるので、材料コストの増大を回避することができる。

特に、本参考例では、レゾルバ４０は、レゾルバコイル４３の軸方向他端側に形成されたコイルエンド４３ａが、軸方向一端側の端絡環２２の内周側に位置して、端絡環２２と径方向にオーバラップする位置に配設されているので、誘導電動機において、さらに軸方向長さを低減することができる。

さらに、本参考例では、レゾルバ４０は、磁性体よりなるリテーナプレート４５にて外周側が覆われ、ハウジング１０の内壁面に保持固定されている。これにより、レゾルバ４０の検出信号に対してレゾルバ４０の外周側から入る電磁ノイズが、リテーナプレート４５によって低減されるので、誘導電動機の制御性を良好にすることができる。

〔参考例２〕
図３は、参考例２に係る電動機の要部を拡大して示す軸方向断面図である。参考例２に係る電動機２は、基本的構成が参考例１と同じ誘導電動機であり、リテーナプレート４６の構成のみが、参考例１と異なる。よって、参考例１と共通する部材や構成については、同じ符号を付して詳しい説明は省略し、以下、異なる点について説明する。

参考例２のリテーナプレート４６は、参考例１と同様に、鉄系金属（磁性体）で形成されてリアハウジング１０ｂの内壁面に取付ボルト４５ａで固定保持されているが、レゾルバ４０の外周側及び回転子２０側の軸方向端面を覆うように配置されている点で、参考例１と異なる。

したがって、参考例２の電動機２によれば、レゾルバ４０の外周側から入る電磁ノイズに加えて、軸方向から入る電磁ノイズもリテーナプレート４６によって低減することができるので、誘導電動機の制御性をさらに良好にすることができる。

〔実施形態１〕
図４は、実施形態１に係る電動機の要部を拡大して示す軸方向断面図である。実施形態１に係る電動機３は、基本的構成が参考例１と同じ誘導電動機であり、レゾルバ４０の構成も参考例１と同様であるが、レゾルバ４０の配設状態が参考例１と異なる。よって、本実施形態の場合にも、参考例１と共通する部材や構成については、同じ符号を付して詳しい説明は省略し、以下、異なる点について説明する。

実施形態１では、回転子コア２１の軸方向一端側の端面の内周側に、所定の深さ及び幅で周方向に延びるリング状の凹部２１ａが設けられている。そして、レゾルバステータ４４は、レゾルバコイル４３の軸方向他端側のコイルエンド４３ｂの一部が凹部２１ａに嵌入して回転子コア２１と径方向にオーバラップする位置に配設されている。

したがって、実施形態１の電動機３によれば、電動機３の軸方向長さを、参考例１の場合よりもさらに短縮することができる。

〔他の実施形態〕
本発明は、上記の実施形態に限定されるものではなく、本発明の趣旨を逸脱しない範囲で種々変更することが可能である。

例えば、上記の実施形態１及び参考例１、２において用いられるレゾルバ４０は、回転子２０の回転数を検出するものであるが、電動機の種類に応じてそれぞれの制御に必要な情報が得られるように、回転子２０の回転角度や回転位置を検出するものなど適宜選択して採用することができる。

また、上記の実施形態１では、本発明を誘導電動機に適用した例を説明したが、本発明は、誘導電動機以外の同期電動機や、直流電動機等にも適用することができる。

１、２、３…電動機、１０…ハウジング、１０ａ…フロントハウジング、１０ｂ…リアハウジング、１２…リアベアリング、１３…シャフト、２０…回転子、２１…回転子コア、２１ａ…凹部、２２…端絡環、３０…固定子、３１…固定子コア、３２…固定子コイル、３２ａ…コイルエンド、４０…レゾルバ（検出器）、４１…レゾルバロータ（検出器ロータ）、４２…レゾルバコア（検出器コア）、４３…レゾルバコイル（検出器コイル）、４３ａ、４３ｂ…コイルエンド、４４…レゾルバステータ（検出器ステータ）、４５…リテーナプレート。

Claims

ハウジングと、該ハウジングにベアリングを介して回転可能に軸方向両端を支承されたシャフトと、該シャフトに固着されて前記ハウジング内に配置された回転子と、環状をなし前記回転子の外周側に径方向に対向して配置された固定子コア及び該固定子コアに巻装された固定子コイルよりなる固定子と、前記回転子の回転を検出する検出器と、を備えた電動機において、
前記検出器は、前記固定子コイルの軸方向一端側に形成されたコイルエンドと前記シャフトの軸方向一端を支承する一方の前記ベアリングとの間に位置して、少なくとも一部が前記コイルエンド及び前記ベアリングと径方向にオーバラップする位置に配設されているとともに、
前記検出器は、前記シャフトの一端に固着された検出器ロータと、環状をなし前記検出器ロータの外周側に径方向に対向して配置された検出器コア及び該検出器コアに巻装された検出器コイルよりなる検出器ステータと、を有し、
前記検出器ステータは、複数の鋼板が軸方向に積層されてなる回転子コアの軸方向端面の内周側に所定の深さ及び幅で周方向に延びるリング状に形成された凹部に一部が嵌入して、前記回転子コアと軸方向に対向するとともに前記回転子コアと径方向にオーバラップする位置に配設されていることを特徴とする電動機。
前記電動機は、誘導電動機であることを特徴とする請求項１に記載の電動機。
前記誘導電動機は、軸方向両端に端絡環を有するかご型回転子を備えており、
前記検出器は、軸方向一端側の前記端絡環の内周側に位置して、少なくとも一部が前記端絡環と径方向にオーバラップする位置に配設されていることを特徴とする請求項２に記載の電動機。
前記検出器は、磁性体よりなるリテーナプレートにて外周側が覆われ、前記ハウジングに保持されていることを特徴とする請求項１〜３のいずれか一項に記載の電動機。
前記リテーナプレートは、前記検出器の外周側及び前記回転子側の軸方向端面を覆うように配置されていることを特徴とする請求項４に記載の電動機。