特開 2023-183103 モータユニット

(19)【発行国】日本国特許庁(JP)

(12)【公報種別】公開特許公報(A)

(11)【公開番号】P2023183103

(43)【公開日】2023-12-27

(54)【発明の名称】モータユニット

(51)【国際特許分類】

   H02K 5/24 20060101AFI20231220BHJP

【ＦＩ】

H02K5/24 A

【審査請求】未請求

【請求項の数】1

【出願形態】ＯＬ

(21)【出願番号】P 2022096542

(22)【出願日】2022-06-15

(71)【出願人】

【識別番号】000003207

【氏名又は名称】トヨタ自動車株式会社

(74)【代理人】

【識別番号】100087480

【弁理士】

【氏名又は名称】片山 修平

(72)【発明者】

【氏名】柴田 僚介

【テーマコード（参考）】

5H605

【Ｆターム（参考）】

5H605AA04

5H605AA05

5H605BB05

5H605BB10

5H605CC01

5H605EA06

5H605GG06

(57)【要約】

【課題】モータユニットの作動時にそのモータユニットが採用された車両の乗員や装置の使用者が感知しやすいノイズを低減することを課題とする。
【解決手段】モータユニットは、モータケース内にモータ本体が収納されたモータユニットであって、前記モータ本体は、少なくとも前記モータケースの底板部に締結されるステータ締結部を有するステータを備え、前記モータケースは、前記底板部から立設された側壁部と、当該側壁部の前記底板部から離れた位置から前記モータケースの内周側に向かって延び、前記底板部との間に前記ステータを狭持する延設部と、を備え、前記延設部と前記底板部とによって前記ステータを狭持する部位の数は、前記ステータ締結部を用いて前記ステータを前記底板部に締結する部位の数よりも少ない。
【選択図】図２

【特許請求の範囲】

【請求項1】

モータケース内にモータ本体が収納されたモータユニットであって、
前記モータ本体は、少なくとも前記モータケースの底板部に締結されるステータ締結部を有するステータを備え、
前記モータケースは、前記底板部から立設された側壁部と、当該側壁部の前記底板部から離れた位置から前記モータケースの内周側に向かって延び、前記底板部との間に前記ステータを狭持する延設部と、を備え、
前記延設部と前記底板部とによって前記ステータを狭持する部位の数は、前記ステータ締結部を用いて前記ステータを前記底板部に締結する部位の数よりも少ない、
モータユニット。

【発明の詳細な説明】

【技術分野】

【0001】

本発明は、モータユニットに関する。

【背景技術】

【0002】

ロータとステータとを備える回転機の一つであるモータ本体をモータケース内に収納し、ステータをボルトによってモータケースに締結する構造が知られている（例えば、特許文献１参照）。このような構造は、車両の動力源や各種装置の動力源として採用されることがある。

【先行技術文献】

【特許文献】

【0003】

【特許文献1】特開２０２０－１８０６８号公報

【発明の概要】

【発明が解決しようとする課題】

【0004】

ところで、従来公知の構造においてステータをボルトによって締結する場合、ステータは、その軸心方向の一端側でモータケースに対して片持ち支持されており、この点は、特許文献１に開示された構造においても共通している。しかしながら、これらの従来の構造を車両や装置の動力源として採用した場合に、モータ本体が作動する際のステータ捩じり共振に起因して車両の乗員や装置の使用者が感知しやすいノイズが発生することがある。

【0005】

そこで、本明細書開示の発明は、モータユニットの作動時にそのモータユニットが採用された車両の乗員や装置の使用者が感知しやすいノイズを低減することを課題とする。

【課題を解決するための手段】

【0006】

本明細書開示のモータユニットは、モータケース内にモータ本体が収納されたモータユニットであって、前記モータ本体は、少なくとも前記モータケースの底板部に締結されるステータ締結部を有するステータを備え、前記モータケースは、前記底板部から立設された側壁部と、当該側壁部の前記底板部から離れた位置から前記モータケースの内周側に向かって延び、前記底板部との間に前記ステータを狭持する延設部と、を備え、前記延設部と前記底板部とによって前記ステータを狭持する部位の数は、前記ステータ締結部を用いて前記ステータを前記底板部に締結する部位の数よりも少ない。

【発明の効果】

【0007】

本明細書開示の発明は、モータユニットの作動時にそのモータユニットが採用された車両の乗員や装置の使用者が感知しやすいノイズを低減することができる。

【図面の簡単な説明】

【0008】

【図1】図１は第１実施形態のモータユニットの平面図である。

【図2】図２は図１におけるＸ１－Ｘ１線断面図である。

【図3】図３は第１実施形態のモータユニットの作動時と、比較例のモータユニットの作動時の周波数と振動レベルを比較して示すグラフである。

【図4】図４は第２実施形態のモータユニットの図２に対応する断面図である。

【図5】図５は蓋体を備えた第３実施形態のモータユニットの図２に対応する断面図である。

【図6】図６は第４実施形態のモータユニットの図１に対応する平面図である。

【図7】図７は第４実施形態のモータユニットの図２に対応する断面図である。

【発明を実施するための形態】

【0009】

以下、本発明の実施形態について、添付図面を参照しつつ説明する。ただし、図面中、各部の寸法、比率等は、実際のものと完全に一致するようには図示されていない場合がある。また、図面によっては細部が省略されて描かれている場合もある。さらに、各図間に描かれている各要素の縮尺が異なっている場合がある。

【0010】

（第１実施形態）
＜モータユニットの構成＞
まず、図１及び図２を参照してモータユニット１Ａの概略構成について説明する。モータユニット１Ａは、モータ本体２と、このモータ本体２を収納するモータケース１０を備えている。本実施形態のモータユニット１Ａは、車両の駆動源として、図示しない車両に搭載される。モータユニット１Ａは、モータケース１０に装着される蓋体を備えるが、図１及び図２では、蓋体が取り外された状態が示されている。また、モータユニット１Ａは、モータ本体２から延びる動力線を備えるが、図１及び図２では省略されている。なお、モータユニット１Ａは、車両以外の各種の装置の動力源とすることもできる。

【0011】

［モータ本体］
モータ本体２は、ステータ３を備える。ステータ３は、概ね環状である所定の形状に打ち抜かれた複数枚の電磁鋼板を積層することで筒状に形成されたステータコア４にＵ相、Ｖ相及びＷ相の３相を形成するコイル５を装着することで形成されている。図２には、モータ本体２の軸ＡＸ方向の両端側に位置するコイルエンド５ａが表れている。

【0012】

ステータコア４は、その外周縁の複数個所において、径方向外側に突出し、ステータ３をモータケース１０に締結するための複数のステータ締結部を備えている。本実施形態では、第１ステータ締結部４ａ、第２ステータ締結部４ｂ及び第３ステータ締結部４ｃが設けられている。第１ステータ締結部４ａにはボルト孔４ａ１が設けられ、第２ステータ締結部４ｂにはボルト孔４ｂ１が設けられ、第３ステータ締結部４ｃにはボルト孔４ｃ１が設けられている。なお、ステータ締結部の数は、複数個であればこれに限定されるものではなく、例えば、４個としたり、５個としたりする等、適宜変更することができる。

【0013】

モータ本体２は、ステータ３と径方向で対抗するように設けられたロータ６を備える。ロータ６は、概ね環状である所定の形状に打ち抜かれた複数枚の電磁鋼板を積層することで筒状に形成されたロータコア７に回転軸部材８を装着することで形成されている。モータ本体２は、ロータ６に永久磁石を装備した、いわゆるＩＰＭ（Interior Permanent Magnet）モータであってもよいし、永久磁石を備えていないリラクタンスモータであってもよい。

【0014】

［モータケース］
つぎに、モータケース１０について説明する。図２を参照すると、モータケース１０は、底板部１１と、底板部１１から立設された側壁部１２を備えている。図１を参照すると、側壁部１２は、底板部１１の外周縁部に沿って底板部１１を囲うように筒状に形成されている。モータ本体２は、側壁部１２で囲まれた領域内に収納されている。また、側壁部１２は、その外側に向かって突設された蓋体取付部１３と、モータユニット１Ａを車両側に取り付けるための固定部１４を備えている。本実施形態において、蓋体取付部１３及び固定部１４は、それぞれ３か所に設けられているが、これらの設置個所は、これに限定されるものではなく、その位置や数は適宜変更することができる。

【0015】

モータケース１０は、側壁部１２の底板部１１から離れた位置からモータケース１０の内周側に向かって延びた延設部としての延設部１５を備えている。延設部１５は、側壁部１２の底板部１１が位置する側と反対側に位置している縁部から連続して設けられている。延設部１５は、図１に示すように、モータケース１０内に収納されたモータ本体２が備える第１ステータ締結部４ａと重なるように設けられている。延設部１５には、ボルト孔１５ａが設けられている。延設部１５を設けるための方法は問わない。例えば、材料から側壁部１２となる部分を成形する際に、側壁部から延ばした部分を屈曲成形してもよいし、溶接によって形成するようにしてもよい。

【0016】

［モータ本体のモータケースへの締結］
つぎに、モータ本体２のモータケース１０への締結について説明する。モータ本体２は、第１ステータ締結部４ａが底板部１１と延設部１５との間に位置するようにモータケース１０内に収納される。そして、ボルト９を延設部１５が備えるボルト孔１５ａ側から挿し込み、その先端を第１ステータ締結部４ａが備えるボルト孔４ａ１を通過させ、底板部１１まで到達させる。そして、延設部１５と第１ステータ締結部４ａとを共締めするようにボルト９を締め込み、底板部１１と延設部１５とによって第１ステータ締結部４ａを狭持する。これにより、モータ本体２の軸ＡＸ方向の一端側に底板部１１が接触し、他端側に延設部１５が接触した状態とされる。

【0017】

モータ本体２は、第２ステータ締結部４ｂを備えるが、第２ステータ締結部４ｂに対しては、そのボルト孔４ｂ１に挿し込んだボルト９を底板部１１に到達させて締め込む。モータ本体２は、第３ステータ締結部４ｃを備えるが、第２ステータ締結部４ｂと同様に、そのボルト孔４ｃ１に挿し込んだボルト９を底板部１１に到達させて締め込む。つまり、複数のステータ締結部はいずれもモータケース１０の底板部１１に締結される。

【0018】

これにより、モータ本体２はモータケース１０に締結される。なお、本実施形態では、一つの延設部１５を設け、これを第１ステータ締結部４ａと共締めすることで、第１ステータ締結部４ａを底板部１１と延設部１５との間に狭持しているが、他のステータ締結部に対して延設部を設け、そのステータ締結部を底板部１１と延設部１５とで狭持するようにしてもよい。つまり、底板部１１と延設部１５とによって狭持されるステータ締結部は、少なくとも一つ存在していればよい。

【0019】

なお、本実施形態では、延設部１５と底板部１１とによってステータ３を狭持する部位の数が１か所であるのに対し、ステータ締結部４ａ、４ｂ、４ｃを用いてステータ３を底板部１１に締結する部位は３か所である。つまり、延設部１５と底板部１１とによってステータ３を狭持する部位の数は、ステータ締結部４ａ、４ｂ、４ｃを用いてステータ３を底板部１１に締結する部位の数よりも少ない。

【0020】

＜ノイズ低減効果＞
つぎに、第１実施形態におけるノイズ低減効果について図３を参照しつつ、説明する。図３には、シミュレーションによって得られた第１実施形態のモータユニット１Ａの作動時における周波数と振動レベルが、同じくシミュレーションによって得られた比較例のモータユニットの作動時の周波数と振動レベルと共に示されている。比較例のモータユニットは、第１実施形態における延設部１５を備えておらず、第１ステータ締結部４ａについても第２ステータ締結部４ｂや第３ステータ締結部４ｃと同様の要領で締結された態様である。つまり、比較例のモータユニットは、軸心方向の一端側でモータケースに対して片持ち支持された従来の構造を有している。なお、比較例のモータユニットの図示は省略する。

【0021】

図３を参照すると、ノイズ目標線が描かれている。ノイズ目標線は、モータユニット１Ａを搭載した車両の設計にあたり、許容されるノイズの上限値として設定されている。従って、モータユニット１Ａは、作動した時のノイズがノイズ目標線を下回っていることが求められる。そして、ノイズについては、ノイズ目標線を下回るだけでなく、そのピーク値がノイズ目標線から乖離しているほど乗員にとって快適な車両であると評価される。この観点に基づいて図３を参照すると、図３において破線で示された比較例では、周波数ｆ１や周波数ｆ２の近傍でピーク値が観察されており、そのピーク値は、ノイズ目標線に近い値を示している。これに対し、図３において実践で示された第１実施形態では、周波数ｆ１や周波数ｆ２の近傍における値が比較例における値よりも低下しており、ノイズ目標線との乖離量も大きくなっている。

【0022】

また、第１実施形態では、比較例と比較してピーク値が高周波側の周波数ｆ３の近傍にシフトしている。これは、第１実施形態では、第１ステータ締結部４ａを底板部１１と延設部１５とによって狭持したことから、ノイズの伝搬経路が変化しモータユニット１Ａの共振周波数（ステータ捩じり共振）がずれたためであると考えられる。本実施形態では、上記のような締結態様を採用したことで、モータ本体２とモータケース１０との締結における剛性が向上し、モータユニット１Ａ全体としても、その剛性が向上していると考えられる。物体における共振周波数は、その剛性が高いほど、高周波側に表れるため、本実施形態におけるモータユニット１Ａにおいても、その剛性が向上したことによってノイズのピーク値が高周波側にシフトしたと考えられる。

【0023】

ノイズは、その周波数が高いほど、車両の乗員に感知されにくい。このため、ノイズ目標線も周波数が高いほど許容される振動レベルが高く設定されている。本実施形態では、ノイズのピーク値が高周波側にシフトした結果、ノイズ目標線との乖離量が大きくなっている。これにより、車両の乗員がノイズを感知しにくくなり、車両の快適性が向上する。

【0024】

このように、第１実施形態のモータユニット１Ａでは、モータ本体２が、底板部１１と延設部１５によって狭持され、モータ本体２が備えるステータ３をモータケース１０に締結する第１ステータ締結部４ａを備えている。このため、モータユニット１Ａの作動時に車両の乗員が感知しやすいノイズを低減することができる。なお、モータユニット１Ａが車両以外の装置に採用された場合には、モータユニット１Ａは、その装置の使用者が感知しやすいノイズを低減することができる。

【0025】

（第２実施形態）
つぎに、図４を参照して、第２実施形態のモータユニット１Ｂについて説明する。第２実施形態のモータユニット１Ｂは、第１実施形態のモータユニット１Ａにおけるモータケース１０に代えてモータケース２０を備えている。モータケース２０は、第１実施形態のモータケース１０と同様に、底板部２１、側壁部２２、蓋体取付部２３を備えるが、側壁部１２から延設された延設部１５（図２参照）は備えていない。第２実施形態のモータケース２０は、Ｘ２部を拡大して示すように、延設部１５に代えて締結部材取付部２５と、この締結部材取付部２５の装着される締結部材２６を備える。つまり、第２実施形態では、締結部材取付部２５と締結部材２６との組み合わせが、第１実施形態における延設部１５と同様の機能を発揮する。なお、モータ本体２自体は、第１実施形態と異なるところがないため、以下の説明では同一の参照番号を用い、その詳細な説明は省略する。また、図４においても、蓋体は取り外した状態とされている。

【0026】

締結部材取付部２５は、側壁部２２の底板部２１が位置する側と反対側に位置している縁部の近傍からその内側に向かって連続して設けられている。締結部材取付部２５は、ボルト孔２５ａを備えている。締結部材２６は、板状の部材であり、第１ボルト孔２６ａと第２ボルト孔２６ｂを備えている。締結部材２６は、第１ボルト孔２６ａと、締結部材取付部２５が備えるボルト孔２５ａとに、ボルト２７を挿通し、ナット２８を締めることで締結部材取付部２５に取り付けられる。これにより、締結部材２６は、第１実施形態における延設部１５と同様の状態とされる。

【0027】

そして、第１ステータ締結部４ａを底板部２１と締結部材２６との間に配置し、第２ボルト孔２６ｂと第１ステータ締結部４ａが備えるボルト孔４ａ１にボルト９を挿通させて締め込む。これにより、第１ステータ締結部４ａを底板部２１と締結部材２６とに狭持させた状態とすることができる。なお、第２ステータ締結部４ｂと第３ステータ締結部４ｃについても、第１実施形態と同様の要領で底板部２１に締結させる。

【0028】

このように、第２実施形態においても第１実施形態と同様にモータ本体２をモータケース２０に締結し、モータユニット１Ｂを得ることができる。モータユニット１Ｂも第１実施形態のモータユニット１Ａと同様の効果を得ることができる。

【0029】

（第３実施形態）
つぎに、図５を参照して、第３実施形態のモータユニット１Ｃについて説明する。第３実施形態のモータユニット１Ｃは、第１実施形態のモータユニット１Ａにおけるモータケース１０に代えてモータケース３０を備えている。モータケース３０は、第１実施形態のモータケース１０と同様に、底板部３１、側壁部３２、蓋体取付部３３を備えるが、側壁部１２から延設された延設部１５（図２参照）は備えていない。また、モータケース３０は、第２実施形態が備えていた締結部材取付部２５及び締結部材２６（図４参照）も備えていない。なお、モータ本体２自体は、第１実施形態と異なるところがないため、以下の説明では同一の参照番号を用い、その詳細な説明は省略する。

【0030】

第１実施形態や第２実施形態では、蓋体についての説明を省略していたが、ここでは、蓋体４０について説明する。蓋体４０は、モータケース３０が備える蓋体取付部３３に取り付けられる取付部４１を備える。取付部４１にはボルト孔４１ａが設けられており、このボルト孔４１ａと蓋体取付部３３に設けられたボルト孔３３ａにボルト３４を挿通し、ナット３５を締めることで、蓋体４０は、モータケース３０に取り付けられる。蓋体４０には、回転軸部材８を回転可能に支持するベアリング４２を備えている。

【0031】

蓋体４０は、第１ステータ締結部４ａに対応する位置に押圧部４３を備える。押圧部４３は、蓋体４０がモータケース３０に取り付けられた状態で、第１ステータ締結部４ａの上方に位置する。押圧部４３にはボルト孔４３ａが設けられている。押圧部４３は、側壁部３２の上縁にも接触しており、側壁部３２から延設された状態となることから第１実施形態における延設部１５（図２参照）に相当し、延設部１５と同様の機能を発揮することができる。

【0032】

蓋体４０をモータケース３０に取り付けることで第１ステータ締結部４ａは、底板部３１と押圧部４３との間に位置する。そして、ボルト孔４３ａとボルト孔４ａ１にボルト９を挿通し、締め込むことで、第１ステータ締結部４ａを底板部３１と押圧部４３とに狭持させた状態とすることができる。なお、第２ステータ締結部４ｂと第３ステータ締結部４ｃについても、第１実施形態と同様の要領で底板部２１に締結させる。

【0033】

このように、第３実施形態においても第１実施形態と同様にモータ本体２をモータケース３０に締結し、モータユニット１Ｃを得ることができる。モータユニット１Ｃも第１実施形態のモータユニット１Ａと同様の効果を得ることができる。

【0034】

（第４実施形態）
つぎに、図６及び図７を参照して第４実施形態のモータユニット１Ｄについて説明する。第４実施形態のモータユニット１Ｄは、第１実施形態のモータユニット１Ａにおけるモータケース１０に代えてモータケース５０を備えている。モータケース５０は、第１実施形態のモータケースが備える延設部１５に代えて、延設部１５１を備える。延設部１５１が設けられている位置は、延設部１５が設けられている位置と異なっている。第１実施形態における延設部１５は、第１ステータ締結部４ａの位置に合わせて設けられていた。これに対し、第４実施形態の延設部１５１は、いずれのステータ締結部とも重ならない位置に設けられている。図７を参照すると、延設部１５１は、ボルト９１によってステータ３に固定されている。一方、第１ステータ締結部４ａ、第２ステータ締結部４ｂ及び第３ステータ締結部４ｃは、ボルト９によって底板部１１に固定されている。なお、第４実施形態のその他の構成は、第１実施形態と異なることがないため、共通する構成要素については同一の参照番号を用い、その詳細な説明は省略する。

【0035】

このように、第４実施形態においても第１実施形態と同様にモータ本体２をモータケース５０に締結し、モータユニット１Ｄを得ることができる。モータユニット１Ｄも第１実施形態のモータユニット１Ａと同様の効果を得ることができる。

【0036】

上記実施形態は本発明を実施するための例にすぎず、本発明はこれらに限定されるものではなく、これらの実施例を種々変形することは本発明の範囲内であり、更に本発明の範囲内において、他の様々な実施例が可能であることは上記記載から自明である。

【符号の説明】

【0037】

１Ａ、１Ｂ、１Ｃ モータユニット ２ モータ本体
３ ステータ ４ ステータコア
４ａ 第１ステータ締結部 ４ｂ 第２ステータ締結部
４ｃ 第３ステータ締結部 ６ ロータ
７ ロータコア ８ 回転軸部材
９ ボルト １０、２０、３０ モータケース
１１、２１、３１ 底板部 １２、２２、２３ 側壁部
１３、２３、３３ 蓋体取付部 １４ 固定部
１５、１５１ 延設部 ２５ 締結部材取付部
２６ 締結部材 ４０ 蓋体
４３ 押圧部

【図1】

【図2】

【図3】

【図4】

【図5】

【図6】

【図7】