JP2007116794A - 回転電機 - Google Patents

Abstract

【課題】発生トルクの減少やトルクリップル及び固定子径方向への力の発生をもたらす、磁束の減少及び磁束のアンバランスを生じさせずに、外形形状の変更調整ができる回転電機を提供する。
【解決手段】固定子コアの複数の固定子ティース部のそれぞれに巻線を巻回して形成した固定子巻線を有する固定子と、回転軸を中心に回転自在に保持された回転子とを有する回転電機において、各固定子巻線２３は、巻線２３ａの巻数が同一であって、固定子径方向長さが異なっているものを含む。各固定子巻線２３は、各固定子ティース部２２での巻線２３ａの巻回方法が同じでないものを含む。
【選択図】図１

Description

この発明は、回転電機に関し、特に、車輪のホイール内部に格納するインホイールモータとして用いられる回転電機に関する。

従来、電気自動車の駆動源としてのインホイールモータが知られている。インホイールモータは、各車輪のホイール内部に格納されてホイールを回転させることから、ブラケット等のモータ固定用部材の配置場所や回転するホイールの可動範囲等を考慮する必要がある。このため、ホイール内部のモータ配置可能範囲は、外形形状が凹凸部を有して必ずしも円形状にならない場合が多い。
ところで、通常、モータの内部は、中心軸に対し回転対称形状を有するように構成されているため、モータの外形は略円筒体状、即ち、端面が円形状となる。

従って、ホイール内部へのモータの格納に際し、何らかの対応策を講じる必要があり、例えば、モータ形状に関する対応例として、「電動機」（特許文献１参照）や「面対向型ブラシレスモータ」（特許文献２参照）等が知られている。「電動機」は、固定子巻線の巻数を固定子円周方向で異ならせることにより、電動機の外形端面形状を略円形ではなく略三角形としており、「面対向型ブラシレスモータ」は、固定子歯部の一部を削除し、そこにセンサやその他の部品等を設けることにより、ユニットとして最小となる構造を有している。
特開２００１−４５６８３号公報 特開平１１−１８３４８号公報

しかしながら、従来の「電動機」（特許文献１参照）や「面対向型ブラシレスモータ」（特許文献２参照）においては、モータの外形端面形状を略円形状ではなくするために行った巻線の巻数削減や歯部の一部削除により、磁束の減少及び磁束のアンバランスが生じてしまうことになる。この結果、発生トルクの減少、トルクリップルの発生、固定子径方向の力の発生が避けられなかった。
この発明の目的は、発生トルクの減少やトルクリップル及び固定子径方向への力の発生をもたらす、磁束の減少及び磁束のアンバランスを生じさせずに、外形形状の変更調整ができる回転電機を提供することである。

上記目的を達成するため、この発明に係る回転電機は、固定子コアの複数の固定子ティース部のそれぞれに巻線を巻回して形成した固定子巻線を有する固定子と、回転軸を中心に回転自在に保持された回転子とを有する回転電機において、前記各固定子ティース部に巻回する巻線は、巻数が同一であって、固定子径方向長さが異なっているものを含むことを特徴としている。

この発明によれば、固定子コアの複数の固定子ティース部のそれぞれに巻線を巻回して形成した固定子巻線を有する固定子と、回転軸を中心に回転自在に保持された回転子とを有する回転電機は、各固定子ティース部に巻回する巻線に、巻数が同一であって、固定子径方向長さが異なっているものが含まれている。これにより、発生トルクの減少やトルクリップル及び固定子径方向への力の発生をもたらす、磁束の減少及び磁束のアンバランスを生じさせずに、外形形状の変更調整ができる。

以下、この発明を実施するための最良の形態について図面を参照して説明する。
（第１実施の形態）
図１は、この発明の第１実施の形態に係るインホイールモータが装着される車輪の概略構造を示し、（ａ）は正面説明図、（ｂ）は車体前方側から見た側面説明図である。図１に示すように、インホイールモータ（回転電機）１０は、ホイール１１の内側空間に格納状態に組み込まれており（（ａ），（ｂ）参照）、ホイール１１とホイール１１の外周に装着されたタイヤ１２により構成する車輪１３を、自転駆動する。

インホイールモータ１０が組み込まれたホイール１１には、更に、減速機（図示しない）、ブレーキ（図示しない）、サスペンションアーム１４、ショックアブソーバ１５、スプリング（図示しない）等の各種部材が装着されている。車輪１３の懸架装置を構成するサスペンションアーム１４は、車体外形ラインＬ（（ｂ）参照）の下端面下方の取付部位ｐに、衝撃吸収装置を構成するショックアブソーバ１５は、車体外形ラインＬの車輪側面下方延長上の取付部位ｑに、それぞれ取り付けられる（（ａ），（ｂ）参照）。

各種部材の内、インホイールモータ１０、減速機及びブレーキを含めた全体の外形形状は略円形状を成すが、これらをホイール１１に取り付ける取り付けブラケット（図示しない）の寸法やサスペンションアーム１４の可動範囲等を考慮すると、インホイールモータ１０の外形形状を、例えば、下方を凹ませた変形円形状（（ａ）参照）に変更調整する必要がある。

図２は、図１のインホイールモータの内部構造を概略的に示し、（ａ）は回転軸と直交する方向に沿う断面図、（ｂ）は回転軸方向に沿う断面図である。図２に示すように、インホイールモータ１０は、回転子１６、固定子１７、及びケース（外形線のみにより略して表示）１８により概略構成されている。回転子１６は、固定子１７の内側に、固定子１７との間に隙間（エアギャップａ）を有して配置されており、回転子１６と固定子１７が互いに接触することはない。固定子１７は、ケース１８の内面に固定保持されている。

回転子１６は、盤面中心を回転軸１９が貫通する円盤状の回転子コア（鉄心）２０と、回転子コア２０に装着された複数の永久磁石２１を有しており、永久磁石２１は、隣接する磁石の磁極が互いに異なるように配置されている。回転軸１９は、ケース１８に、ベアリング（図示しない）を介して、回転自在に保持されており、この回転軸１９を中心に、固定子１７から与えられる回転磁束に対し永久磁石２１が発生させる反力によって、回転子１６が回転する。

固定子１７は、例えば、圧粉磁性体からなる円環状の固定子コア２２と、固定子コア２２に装着された複数の固定子巻線（コイル）２３を有している。固定子コア２２は、外周側のバックコア部（バックヨーク部）２４と、バックコア部２４に、回転子１６側に向けて突設されると共に周方向に沿い略等間隔を開けて並置された、複数の固定子ティース（歯）部２５により形成されている。各固定子ティース部２５に、絶縁体２６を介して巻線２３ａを巻き付けることにより、固定子巻線２３が形成される。

この固定子コア２２の平面形状は、下端部、即ち、サスペンションアーム１４が位置する車体下端側の径方向長さが、上端部より短い、下端部が凹んだ変形円形状を有している。従って、固定子コア２２の径方向長さが短い部分に位置するバックコア部２４及び固定子ティース部２５は、上端側に比べて径方向長さが短くなっており、更に、固定子ティース部２５については、周方向長さも短く（幅が狭く）なっている。

そして、径方向長さが短い部分に位置する固定子ティース部２５は、巻線２３ａの段数を、径方向長さが短くない部分の固定子ティース部２５の巻線２３ａの段数より多くしている。つまり、巻線２３ａの巻数は、径方向長さが短い部分もそれ以外の部分も同一とし、巻線２３ａの段数を変更することで、固定子ティース部２５における固定子巻線２３の径方向長さ及びエンドコイル部の長さを、必要に応じて異ならせている。これにより、固定子１７の外形形状、即ち、インホイールモータ１０の外形形状を変更調整している。

図３は、巻線の巻回方法の一例を示す説明図である。図３に示すように、固定子ティース部２５（図２参照）の巻線２３ａは、固定子ティース部２５の径方向長さに応じて巻き方を異ならせている。なお、図３は、巻線２３ａを２０巻した場合の１段から５段の巻き方の一例を示している。
図４は、巻線の巻回方法の他の例を示す説明図である。図４に示すように、巻線２７は、例えば、断面が長方形になるように厚みを薄くしており、これによって、積層方向の高さを低くすることができる。その他の構成及び作用は、巻線２３ａと同様である。

このように、インホイールモータ１０は、各固定子ティース部２５の巻回数に応じ、巻線２７の断面形状を任意に変更することで、より容易に、固定子１７の外形形状、即ち、インホイールモータ１０の外形形状を変形調整することが可能になる。その結果、ホイール１１内のインホイールモータ１０の下方に形成されるスペースに、インホイールモータ１０、減速機及びブレーキを含めたユニットをホイール１１に取り付ける取り付けブラケットを配置することができるので、ホイール１１内のスペースをより有効に使用することができる。

その上、固定子ティース部２５の径方向長さ及び巻線２３ａのエンドコイル部の長さが、全て同一ではなく異なっていたとしても、各固定子ティース部２５の巻線２３ａの巻数が変わらない。このため、磁束の減少及び磁束のアンバランスが生じることはないので、トルクが減少することはなく、また、トルクリップルが生じることもない。

図５は、図１のインホイールモータが装着されるホイールを示し、（ａ）は冷却通路を配置した説明図、（ｂ）は熱交換機を配置した説明図である。図５に示すように、インホイールモータ１０が装着されたホイール１１には、インホイールモータ１０の下方、即ち、固定子コア２２の径方向長さが短い部分の下方に、スペースＳが形成されるので、このスペースＳに冷却通路２８（（ａ）参照）或いは熱交換器２９（（ｂ）参照）を配置する。ホイール１１内に冷却通路２８或いは熱交換器２９を配置することにより、インホイールモータ１０、減速機及びブレーキを含めたユニットとして略円形を保ちつつ、ユニットの冷却を行うことができる。

（第２実施の形態）
図６は、この発明の第２実施の形態に係るインホイールモータの内部構造を概略的に示す回転軸方向に沿う断面図である。図６に示すように、インホイールモータ３０は、外周側のバックコア部（バックヨーク部）３１の形状が、上部は、薄肉部と厚肉部の２段形状からなり、下部は、薄肉部と厚肉部の略中間の厚みの一段形状からなる、固定子コア周方向全域において同一でない固定子コア３２を有している。その他の構成及び作用は、固定子コア２２と同様である。

つまり、固定子コア３２のバックコア部３１は、断面積が同一であれば良いので、インホイールモータ３０の外形形状を調整するために、インホイールモータ３０の外径を凹ませる必要がある箇所では、バックコア部３１を薄く長くし、インホイールモータ３０の外径を凹ませる必要が無い箇所では、バックコア部３１を厚く短くする。この結果、より容易に、インホイールモータ３０の外形形状を変更調整することが可能となり、スペースをより有効に使用することができる。

（第３実施の形態）
図７は、この発明の第３実施の形態に係るインホイールモータの内部構造を概略的に示す回転軸方向に沿う断面図である。図７に示すように、インホイールモータ３５は、回転軸方向の長さが、上部は、回転子１６の回転軸方向長さより短く、下部は、回転子１６の回転軸方向長さより長く形成された、固定子コア周方向全域において同一ではない固定子コア３６を有している。その他の構成及び作用は、固定子コア２２と同様である。
この結果、より容易に、インホイールモータ３５の外形形状を変更調整することが可能となり、スペースをより有効に使用することができる。なお、この場合、固定子コア３６は、電磁鋼板よりも圧粉磁性体を用いて形成する方が望ましい。

（第４実施の形態）
図８は、この発明の第４実施の形態に係るインホイールモータの内部構造を概略的に示す回転軸方向に沿う断面図である。図８に示すように、インホイールモータ４０は、外周側のバックコア部（バックヨーク部）４１の形状が、上部は、回転軸方向長さ全体が傾斜し、下部は、回転子１６の回転軸方向長さの一部が傾斜する、固定子コア周方向全域において同一ではない傾斜面からなる固定子コア４２を有している。その他の構成及び作用は、固定子コア２２と同様である。
この結果、より容易に、インホイールモータ４０の外形形状を変更調整することが可能となり、スペースをより有効に使用することができる。なお、この場合、固定子コア４１は、電磁鋼板よりも圧粉磁性体を用いて形成する方が望ましい。

（第５実施の形態）
図９は、この発明の第５実施の形態に係るインホイールモータの内部構造を概略的に示す回転軸方向に沿う断面図である。図９に示すように、インホイールモータ４５は、回転軸方向両側の端面４６ａ，４６ｂが、何れも回転軸方向に対し傾斜角度を有し、固定子コア周方向全域において同一ではない傾斜面からなる固定子コア４７を有している。その他の構成及び作用は、固定子コア２２と同様である。
この結果、より容易に、インホイールモータ４５の外形形状を変更調整することが可能となり、スペースをより有効に使用することができる。なお、この場合、固定子コア４７は、電磁鋼板よりも圧粉磁性体を用いて形成する方が望ましい。

このように、この発明によれば、固定子コア２２の径方向に突出させた複数の固定子ティース部２５のそれぞれに巻線２３ａを巻回して形成した固定子巻線２３を有する、円環状の固定子１７と、固定子１７の内側にエアギャップａを有して配置され、回転軸１９を中心に回転自在に保持された、円盤状の回転子１６とを有する回転電機において、各固定子巻線２３は、巻線２３ａの巻数が同一であって、固定子径方向長さが異なっているものを含んでいる。

これにより、発生トルクの減少やトルクリップル及び固定子径方向への力の発生をもたらす、磁束の減少及び磁束のアンバランスを生じさせずに、外形形状の変更調整ができる。外形形状の変更調整ができることから、回転電機をホイール１１内に格納するインホイールモータ１０として使用する場合、インホイールモータ１０の下方に形成されるスペースに、インホイールモータ１０、減速機及びブレーキを含めたユニットをホイール１１に取り付ける取り付けブラケットを配置することができるので、ホイール１１内のスペースをより有効に使用することができる。

また、各固定子巻線２３は、各固定子ティース部２５での巻線２３ａの巻回方法が同じでないものを含んでいる。これにより、回転電機の外形を容易に調整することが可能になる。
また、各固定子ティース部２５に巻回される巻線２３ａは、それぞれ同一の断面形状を有している。これにより、コストが増加することなく回転電機を構成することが可能になる。また、各固定子ティース部２５に巻回される巻線２３ａは、異なる断面形状を有するものを含んでいる。これにより、より積極的に回転電機の外形を調整することが可能になる。

また、固定子１７或いは固定子コア２２或いは固定子のバックコア部２４の固定子径方向長さが、固定子周方向全域で同一ではないように形成されている。これにより、固定子１７の径方向長さが周方向全域で同一ではないので、径方向だけではなく、回転軸方向の外形の調整も可能になり、固定子コア２２の径方向長さが周方向全域で同一ではないので、より積極的に、径方向だけではなく、回転軸方向の外形の調整も可能になり、固定子のバックコア部２４の径方向長さが周方向全域で同一ではないので、より積極的に、径方向だけではなく、回転軸方向の外形の調整も可能である。

また、固定子１７或いは固定子コア２２或いは固定子のバックコア部２４は、外周面が回転軸方向に沿って傾斜する傾斜面により形成されたものを含み、また、固定子１７或いは固定子コア２２或いは固定子のバックコア部２の固定子径方向長さが、回転軸方向で同一ではない。これにより、より積極的に、径方向だけではなく回転軸方向の外形の調整も可能になる。

また、固定子の固定子径方向長さが短い部位のケース外側の、固定子径方向長さが短い部位以外の部位との間に形成される空間（スペースＳ）に、取り付けブラケットや各種部材を含む回転電機固定用部材、或いは冷却通路２８、或いは熱交換器２９を、単独で或いは複数組み合わせて配置している。これにより、回転電機固定用部材を配置することができるので、回転電機のユニットとして略円形状の端面形状を保ちつつ、ユニット取り付け部位を確保することが可能になり、また、冷却通路２８或いは熱交換器２９を配置することができるので、回転電機のユニットとして略円形の端面形状を保ちつつ、冷却を行うことが可能になる。

また、固定子コア２２を、圧粉磁性体により形成すれば、より積極的に外形の変更調整が可能になる。
なお、上記実施の形態においては、インホイールモータについて説明しているが、モータ（電動機）に限るものではなく、発電機を含む回転電機に適用することができる。また、極数が８極のものについて説明しているが、８極に限るものではなく、他の極数にも適用することができる。また、ラジアルギャップ構造について説明しているが、アキシャルギャップ構造にも適用することができる。

この発明の第１実施の形態に係るインホイールモータが装着される車輪の概略構造を示し、（ａ）は正面説明図、（ｂ）は車体前方側から見た側面説明図である。 図１のインホイールモータの内部構造を概略的に示し、（ａ）は回転軸と直交する方向に沿う断面図、（ｂ）は回転軸方向に沿う断面図である。 巻線の巻回方法の一例を示す説明図である。 巻線の巻回方法の他の例を示す説明図である。 図１のインホイールモータが装着されるホイールを示し、（ａ）は冷却通路を配置した説明図、（ｂ）は熱交換機を配置した説明図である。 この発明の第２実施の形態に係るインホイールモータの内部構造を概略的に示す回転軸方向に沿う断面図である。 この発明の第３実施の形態に係るインホイールモータの内部構造を概略的に示す回転軸方向に沿う断面図である。 この発明の第４実施の形態に係るインホイールモータの内部構造を概略的に示す回転軸方向に沿う断面図である。 この発明の第５実施の形態に係るインホイールモータの内部構造を概略的に示す回転軸方向に沿う断面図である。

符号の説明

１０，３０，３５，４０，４５ インホイールモータ
１１ ホイール
１２ タイヤ
１３ 車輪
１４ サスペンションアーム
１５ ショックアブソーバ
１６ 回転子
１７ 固定子
１８ ケース
１９ 回転軸
２０，３６ 回転子コア
２１ 永久磁石
２２，３２，４２，４７ 固定子コア
２３ 固定子巻線
２３ａ，２７ 巻線
２４，３１，４１ バックコア部
２５ 固定子ティース部
２６ 絶縁体
２８ 冷却通路
２９ 熱交換器
４６ａ，４６ｂ 端面
Ｌ 車体外形ライン
Ｓ スペース
ａ エアギャップ
ｐ，ｑ 取付部位

Claims (11)

1. 固定子コアの複数の固定子ティース部のそれぞれに巻線を巻回して形成した固定子巻線を有する固定子と、回転軸を中心に回転自在に保持された回転子とを有する回転電機において、
   前記各固定子巻線は、前記巻線の巻数が同一であって、固定子径方向長さが異なっているものを含むことを特徴とする回転電機。
2. 前記各固定子巻線は、前記各固定子ティース部での前記巻線の巻回方法が同じでないものを含むことを特徴とする請求項１に記載の回転電機。
3. 前記各固定子ティース部に巻回される巻線は、それぞれ同一の断面形状を有することを特徴とする請求項１または２に記載の回転電機。
4. 前記各固定子ティース部に巻回される巻線は、異なる断面形状を有するものを含むことを特徴とする請求項１または２に記載の回転電機。
5. 前記固定子或いは前記固定子コア或いは前記固定子のバックコア部の固定子径方向長さが、固定子周方向全域で同一ではないことを特徴とする請求項１から４のいずれか一項に記載の回転電機。
6. 前記固定子或いは前記固定子コア或いは前記固定子のバックコア部の固定子径方向長さが、前記回転軸方向で同一ではないことを特徴とする請求項１から５のいずれか一項に記載の回転電機。
7. 前記固定子或いは前記固定子コア或いは前記固定子のバックコア部は、外周面が回転軸方向に沿って傾斜する傾斜面により形成されたものを含むことを特徴とする請求項６に記載の回転電機。
8. 前記固定子の回転軸方向両側の端面は、固定子径方向に沿って傾斜する傾斜面により形成されていることを特徴とする請求項１から７のいずれか一項に記載の回転電機。
9. 前記固定子の固定子径方向長さが短い部位のケース外側の、固定子径方向長さが短い部位以外の部位との間に形成される空間に、回転電機固定用部材或いは冷却通路或いは熱交換器を単独で或いは複数組み合わせて配置することを特徴とする請求項１から８のいずれか一項に記載の回転電機。
10. 前記固定子コアを、圧粉磁性体により形成したことを特徴とする請求項１から９のいずれか一項に記載の回転電機。
11. 前記固定子は、前記各固定子ティース部を前記固定子コアの径方向に突出させて円環状に形成され、前記回転子は、円盤状に形成され、前記固定子の内側にエアギャップを有して配置されていることを特徴とする請求項１から１０のいずれか一項に記載の回転電機。

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