JP5228839B2 - 電動機及び電気自動車用ホイールモータ - Google Patents

Description

本発明は、アウターハウジング及びインナーハウジング間に円筒状出力軸を回転自在に支持した電動機及び電気自動車用ホイールモータに関する。

この種の電動機としては、ベースと円筒状出力軸とを相対回転可能に構成し、円筒状出力軸の上端に形成したネジ穴に割出テーブルをネジ留めするようにした電動機が知られている（例えば、特許文献１参照）。この特許文献１に記載された従来例では、円筒状出力軸の上端側の外周面に近接させてダストカバーが配設され、このダストカバーがベースの上端にネジ留めされている。
特開２００６−９４５９５号公報

しかしながら、上記特許文献１に記載の従来例にあっては、単にダストカバーの内周側端面が円筒状出力軸の外周面に近接対向しているだけであり、液体や塵埃がダストカバーの内周端面と円筒状出力軸との間の隙間を通って電動機の内部に侵入し易く、ダストカバーとしての効果を確実に発揮することができないという未解決の課題がある。
そこで、本発明は、上記従来例の未解決の課題に着目してなされたものであり、電動機を構成する円筒状出力軸の廻りからの液体や塵埃などの侵入を阻止する効果を向上させることができる電動機及び電気自動車用ホイールモータを提供することを目的としている。

上記目的を達成するために、請求項１に係る電動機は、アウターハウジング及びインナーハウジング間に円筒状出力軸を回転自在に支持し、前記円筒状出力軸と前記アウターハウジングとの間にロータ及びステータが配置されている電動機であって、前記円筒状出力軸の外周面にリング状突条を形成し、前記アウターハウジングの上端を覆う外側ダストカバーの内周端側を前記リング状突条に近接対向させて、当該リング状突条と外側ダストカバーの内周端側とでラビリンス構造を形成したことを特徴としている。

また、請求項２に係る電動機は、請求項１に係る発明において、前記外側ダストカバーの内周端側が前記リング状突条の上面に近接対向されていることを特徴としている。
さらに、請求項３に係る電動機は、請求項２に係る発明において、前記リング状突条の上面が先端に行くに従い上方に高くなる先上がり傾斜面に形成されていることを特徴としている。

さらにまた、請求項４に係る電動機は、請求項３に係る発明において、前記リング状突条の下面がＲ又はＣ面取りされていることを特徴としている。
なおさらに、請求項５に係る電動機は、請求項１に係る発明において、前記外側ダストカバーの内周端側が前記リング状突条の下面に近接対向されていることを特徴としている。

また、請求項６に係る電動機は、アウターハウジング及びインナーハウジング間に円筒状出力軸を回転自在に支持し、前記円筒状出力軸と前記アウターハウジングとの間にロータ及びステータが配置されている電動機であって、前記円筒状出力軸の外周面に円周凹溝を形成し、前記アウターハウジングの上端を覆う外側ダストカバーの内周端側を前記円周凹溝の内の壁面に近接対向させて、当該円周凹溝と外側ダストカバーの内周端側とでラビリンス構造を形成したことを特徴とする電動機。

さらに、請求項７に係る電動機は、前記ラビリンス構造が、前記円筒状出力軸に形成したロータを構成する永久磁石と対向して配設されていることを特徴としている。
また、請求項８に係る電気自動車用ホイールモータは、請求項１から７の何れか１つの電動機の構成を有する。

本発明によれば、円筒状出力軸の外周面に形成したリング状突条又は円周凹溝と外側ダストカバーの内周端部とでラビリンス構造を形成したので、円筒状出力軸と外側ダストカバーとの間の隙間を通じて電動機内部に侵入する液体や塵埃をラビリンス構造で阻止することができ、液体や塵埃などの侵入を阻止する効果を向上させることができるという効果が得られ、特にラビリンス構造がロータを構成する永久磁石に対向している場合により大きな効果が得られる。

ここで、外側ダストカバーの内周端部に対して下側から対向する面を先上がりの傾斜面に形成する即ち円筒状出力軸の軸線と傾斜面とが９０度より鋭角となるように設定することにより、液体や塵埃の侵入防止効果をより向上させることができる。

以下、本発明の実施の形態を図面に基づいて説明する。
図１は、本発明をダイレクトドライブモータに適用した場合の第１の実施形態を示す電動機の斜視図、図２は電動機の縦断面図、図３はダストカバーの斜視図、図４は図２のラビリンス構造の拡大断面図である。
図中、１は産業機械用のメガトルクモータ、電気自動車用ホイールモータ、等の高トルク・高剛性を有する電動機であるモータ負荷直結形駆動方式を採用するダイレクトドライブモータを示す。このダイレクトドライブモータ１は、図１及び図２示すように、固定部に固定されるベース２と、このベース２の外周側上面に固定された円筒状のアウターハウジング３と、前記ベース２に一体に形成されアウターハウジング３と所定間隔を保って対向する円筒状のインナーハウジング４と、このインナーハウジング４に例えばクロスローラ形ベアリングで構成される軸受５を介して回転自在に支持され、アウターハウジング３及びインナーハウジング４間に配設された出力軸となる円筒状の円筒状出力軸６とで構成されている。

ベース２は、中心部を開放したドーナツ状のリング状板部２ａと、このリング状板部２ａの外周面の例えば４個所から半径方向に突出する取付部２ｂとで構成され、リング状板部２ａの外周面の一部に、電源コネクタ２ｃ及びレゾルバ用コネクタ２ｄが配設されている。
アウターハウジング３は、ベース２のリング状板部２ａの上面に形成された凹部２ｅに嵌合されるステ-タヨークとなる円筒部３ａと、この円筒部３ａの内周面に円周方向に所定間隔を保って多数配設された磁脚３ｂと、各磁脚３ｂに巻装されたステータコイル３ｃとで構成されている。

そして、アウターハウジング３の上端がステータコイル３ｃの上端から絶縁に必要な所定距離だけ離間した位置で外側カバーとしての外側ダストカバー１１で覆われている。この外側ダストカバー１１は、図３に示すように、円筒状出力軸６を挿通する開口１１ａを有するリング状板部１１ｂと、このリング状板部１１ｂの外周縁から下方に延長する円筒部１１ｃとが一体に形成されている。ここで、リング状板部１１ｂの開口１１ａは後述する円筒状出力軸６の外周面に近接対向しているとともに、内周端部が円筒状出力軸に形成されたリング状突条６ｃに上方から近接対向された状態で、アウターハウジング３の円筒部３ａの上端に取付ネジ１２によってネジ留めされている。この外側ダストカバー１１は例えば一般構造用圧延鋼材ＳＰＣＣの鋼板をプレス機で絞り加工及び穴あけ加工を同時に行うことにより、リング状板部１１ｂ及び円筒部１１ｃを一体成形し、この成形品をそのまま例えばクロムメッキ処理されて構成されている。

インナーハウジング４は、ベース２の内周縁に一体に連接された逆すり鉢状の連接部４ａと、この連接部４ａから上方に延長する円筒部４ｂとで構成されている。ここで、円筒部４ｂは、軸受５を支持する大径部４ｃと、その上方に連接する回転角センサとしてのレゾルバ２０のステータを支持する小径部４ｄとで構成されている。そして、小径部４ｄの大径部４ｃ側に軸受５の内輪を支持する軸受押え４ｅが螺合されている。さらに、小径部４ｄの上端の高さが前述した外側ダストカバー１１の上面と略等しい高さに設定されている。また、レゾルバ２０は単極レゾルバ２１及び多極レゾルバ２２とで構成され、夫々互いに対向するインナーハウジング４に固定されたステータと、円筒状出力軸６に固定されたロータとを有する。

さらに、円筒状出力軸６は、インナーハウジング４に対して偏平な円筒状に形成され、下端に軸受５の外輪を固定する軸受押え６ａが例えばネジ留めされているとともに、外周面の下側にアウターハウジング３に固定されたステータ３ｂに対向するロータ６ｂが固定され、さらに外周面の外側ダストカバー１１の内周端部と近接対向してリング状突条６ｃが一体に形成されている。

ロータ６ｂには、その外周面に希土類の永久磁石Ｍｇが円周方向に所定間隔を保って多数配置されており、このロータ６ｂとアウターハウジング３のステータとで表面磁石構造の磁石型モータが構成されている。
また、リング状突条６ｃの上面と外側ダストカバー１１の内周端部とで略Ｌ字状のラビリンス構造が形成され、このラビリンス構造がロータ６ｂを構成する永久磁石Ｍｇと上方から対向している。このリング状突条６ｃは、その先端側外周面がロータ６ｂを構成する永久磁石Ｍｇの外周面より僅かに外側に突出するように形成することが好ましい。また、リング状突条６ｃは、その上面が先端に行くに従い高くなる先上がりの傾斜面すなわち円筒状出力軸６の軸芯に対して例えば８５度の鋭角に形成された傾斜面６ｄとされているとともに、下面にＲ面取り部６ｅが形成されている。このＲ面取り部６ｅは、リング状突条６ｃの剛性を高めながら、ステータコイル３ａから所定の絶縁距離を確保するように形成されている。なお、リング状突条６ｃの下面は、Ｒ面取り部６ｅに代えてＣ面取り部を形成するようにしてもよい。

ここで、リング状突条６ｃを形成した円筒状出力軸６の外周面が永久磁石Ｍｇのロータ半径方向の厚みの中心位置となるように設定されている。すなわち、リング状突条６ｃの下面のＲ面取り部６ｅの円筒状出力軸６の外周面側の終端が永久磁石Ｍｇのロータ半径方向の厚みの中心位置と合致されている。
このため、ダイレクトドライブモータ１の上方から侵入する液体や塵埃等がラビリンス構造で阻止されてロータ６ｂの永久磁石Ｍｇの外周面に付着することを確実に阻止することができ、侵入する液体や塵埃によって永久磁石Ｍｇの外周面とステータを構成する磁脚３ｂとの間のギャップ長が変化したり、永久磁石Ｍｇや磁脚３ｂの対向面が損傷されたりすることを確実に防止することができる。

さらに、リング状突条６ｃの外周面がロータ６ｂを構成する永久磁石Ｍｇの外周面より外方に突出させることにより、より良い防塵効果を発揮することができる。なお、ラビリンス構造の形成位置は上記位置に限定されるものではなく、アウターハウジング３と円筒状出力軸６との間への液体、塵埃等の侵入を防止できれば任意の位置に形成することができる。

また、円筒状出力軸６の上面には、外周面から所定距離だけ内側に凹状溝６ｆが形成され、この凹状溝６ｆを挟んで外周側の前述した外側ダストカバー１１より高さが高いリング状の外側突条部６ｇと、この外側突条部６ｇの高さより高さが低く前述したインナーハウジング４の上端面よりは高さが高いリング状の内側突条部６ｈとが形成されている。
そして、外側突条部６ｇの上端面が外部機器を固定する取付面６ｉとされているとともに、外側突条部６ｇの外周面及び内周面に外側インロー結合部６ｊ及び内側インロー結合部６ｋが夫々形成されている。ここで、取付面６ｉには位置決めピンを挿通するピン挿通孔６ｍ及び雌ネジ６ｎが形成されている。

さらに、円筒状出力軸６の内側突条部６ｈの内周面を含む上端側の内周面に前述したレゾルバ２０の単極レゾルバ２１及び多極レゾルバ２２のステータに対向するロータが配設されている。
また、前述したインナーハウジング４の上端面にレゾルバ２０を覆うように外周縁が円筒状出力軸６の上端側に近接する皿状の内側ダストカバー３０がネジ留めされている。

次に、上記実施形態の動作を説明する。
今、ダイレクトドライブモータ１の円筒状出力軸６に、図２で一点鎖線図示のように、底面側に円筒状出力軸６の外側インロー結合部６ｊにインロー結合するインロー孔部４０ａを有する基部４０ｂと、この基部４０ｂの底面側の外周面に外側ダストカバー１１の取付ネジ１２より半径方向外方に突出するアーム部４０ｃを有する外部機器４０を連結するものとする。

この場合には、外部機器４０を、その基部４０ｂのインロー孔部４０ａ内にダイレクトドライブモータ１の円筒状出力軸６の外側インロー結合部６ｊをインロー結合させた状態で、基部４０ｂの上面に形成された透孔４０ｄを通じて円筒状出力軸６の取付面６ｉに形成された一方の雌ネジ６ｎに固定ボルト４１を螺合させて締付ける。これにより、円筒状出力軸６と外部機器４０とがインロー結合されて、両者の軸芯が正確に一致される。

このようにして、円筒状出力軸６に外部機器４０の装着が完了すると、電源コネクタ２ｃに外部のモータ駆動回路のモータ電流出力コネクタ（図示せず）を接続するとともに、レゾルバ用コネクタ２ｄにモータ駆動回路のレゾルバ用接続コネクタ（図示せず）を接続し、レゾルバ２０で検出した円筒状出力軸６の回転角に基づいてモータ電流を制御することにより、円筒状出力軸６で必要なトルクを発生し、これが外部機器４０に直接伝達されて、必要な回転角制御を行うことができる。

また、外部機器４０の基部４０ｂに円筒状出力軸６の内側インロー結合部６ｊにインロー結合するインロー軸部が形成されている場合には、このインロー軸部を円筒状出力軸６の内側インロー結合部６ｋに挿通してインロー結合させた状態で、基部４０ｂを円筒状出力軸６の取付面６ｉにボルト締めすることにより、外部機器４０を円筒状出力軸６に装着することができる。

そして、円筒状出力軸６を回転駆動している時や、円筒状出力軸６の停止時に、円筒状出力軸６の外周面に形成されたリング状突条６ｃと、このリング状突条６ｃの上面と内周端部が対向する外側ダストカバー１１とによって、円筒状出力軸６の外周面に略Ｌ字状のラビリンス構造が形成されるので、このラビリンス構造によって液体や塵埃がダイレクトドライブモータ１の内部に侵入することを高い確率で阻止することができる。しかも、外側ダストカバー１１の内周端部に対向するリング状突条６ｃの上面が先上がりの傾斜面６ｄとされているので、例え外側ダストカバー１１の内周端面と円筒状出力軸６の外周面の間の隙間から液体や塵埃が侵入したとしても、外側ダストカバー１１とリング状突条６ｃの傾斜面６ｄとの間では、先端に行くに従い対向面間の距離が外側ダストカバー１１を基準にして狭くなるので、液体や塵埃がステータ３ｂ及びロータ６ｂ間に侵入することをより確実に防止することができ、塵埃等の侵入阻止効果を発揮することができる。

特に、上記実施形態のように、ラビリンス構造がロータ６ｂを構成する永久磁石Ｍｇの上方位置に対向して形成されているので、この永久磁石Ｍｇとステータの磁極３ｂとの間のギャップへの液体や塵埃等の侵入を確実に防止することができ、液体や塵埃等がダイレクトドライブモータ１の駆動力に影響を与えることを確実に阻止することができる。
なお、上記第１の実施形態においては、リング状突条６ｃの傾斜面６ｄの傾斜角を８５度の鋭角に設定する場合について説明したが、これに限定されるものではなく、リング状突条６ｃの上面を円筒状出力軸６の軸芯に対して直角に設定したり、８５度以外の鋭角としたり、任意の傾斜角とすることができ、また、リング状突条６ｃの上面を平坦面ではなく凹凸状や波状に形成するようにしてもよい。

次に、本発明の第２の実施形態を図５〜図７について説明する。
この第２の実施形態は、円筒状出力軸６の外周面に形成されたリング状突条６ｃの下面側に外側ダストカバー１１の内周端部を近接対向させたものである。
すなわち、第２の実施形態においては、図５〜図７に示すように、円筒状出力軸６の外周面に上下方向に比較的幅広のリング状突条６ｃを形成し、このリング状突条６ｃの下面６ｏに外側ダストカバー１１の内周端部を近接対向させて、この外側ダストカバー１１とリング状突条６ｃとで逆Ｌ字状のラビリンス構造を形成したことを除いては前述した第１の実施形態と同様の構成を有し、第１の実施形態との対応部分には同一符号を付し、その詳細説明はこれを省略する。なお、ラビリンス構造は、ステータコイル３ｃの内周縁に対向しており、ロータ３ｂを構成する永久磁石Ｍｇの外周面とステータを構成する磁極３ｂの内周面との間のギャップに対して外側にずれて形成されている。

この第２の実施形態においても、リング状突条６ｃの下面と、これに近接対向する外側ダストカバー１１の内周端部との間で、ラビリンス構造が形成されているので、このラビリンス構造によって、液体や塵埃等がダイレクトドライブモータ１の内部に侵入して、ステータの磁脚３ｂ及びロータ６ｂ間に達することを確実に防止することができる。
この第２の実施形態においては、外側ダストカバー１１の内周側端部を内周端面に向かうに従って先上がりの傾斜面に形成することにより、前述した第１の実施形態と同様に液体や塵埃等の侵入をより確実に阻止することができる。

なお、上記第２の実施形態においては、ラビリンス構造と永久磁石Ｍｇとの位置関係がずれている場合について説明したが、これに限定されるものではなく、前述した第１の実施形態と同様に永久磁石Ｍｂに対して上方から対向する位置にラビリンス構造を形成するようにしてもよい。
また、上記第１及び第２の実施形態においては、円筒状出力軸６の外周面にリング状突条６ｃを形成する場合について説明したが、これに限定されるものではなく、図８に拡大図示するように、円筒状出力軸６の外周面に円周凹溝５０を形成し、この円周凹溝５０内に外側ダストカバー１１の内周側端部を挿入することにより、凹状のラビリンス構造を形成するようにしてもよい。この場合はラビリンス構造が凹状となるので、液体や塵埃の侵入をより確実に阻止することができる。さらには、外側ダストカバー１１の内周側端部に複数の段部を形成し、これに応じて円筒状出力軸６の外周面にも外側ダストカバー１１の段部に対向する複数の段部を形成して複数段のラビリンス構造を形成することもできる。

また、上記第１及び第２の実施形態においては、インナーハウジング４をベース２に一体に形成した場合について説明したが、これに限定されるものではなく、インナーハウジング４をベース２とは別体に構成し、このインナーハウジング４をベース２に固定ボルト等の固定部材で固定するようにしてもよい。
さらに、上記第１及び第２の実施形態においては、外部機器４０が基部４０ｂから半径方向外方に突出するアーム部４０ｃを有する場合について説明したが、これに限定されるものではなく、外側ダストカバー１１に対向する底面を有する基部を備えた割出テーブルである場合にも本発明を適用することができ、要は取付ネジ１２の頭部１２ａが回転面に含まれる場合に本発明を適用できるものである。

さらにまた、上記第１及び第２の実施形態においては、円筒状出力軸６の凹状溝６ｆを挟む外側突条部６ｇ及び内側突条部６ｈが異なる高さに設定されている場合について説明したが、これに限定されるものではなく、内側突条部６ｈの高さを外側突条部６ｇの高さに一致させるようにしてもよい。
なおさらに、上記第１及び第２の実施形態においては、円筒状出力軸６をインナーハウジング４に回転自在に保持する軸受５としてクロスローラ形軸受を適用した場合について説明したが、これに限定されるものではなく、他の軸方向の剛性が高いアンギュラー玉軸受等を適用することができる。

また、上記実施形態においては、外側ダストカバー１１を導電性金属板で形成した場合について説明したが、これに限定されるものではなく、絶縁性を有する合成樹脂材を射出成形して形成することもできる。
さらに、外側ダストカバー１１をアウターハウジング３に取付ける取付部材としては取付ネジ１２に限定されるものではなく、取付ボルト等の他の部材を適用することができる。さらには、外側ダストカバー１１をアウターハウジング３の円筒部３ｂの上面に直接固定した場合について説明したが、これに限定されるものではなく、図示しないが円筒部３ｂの上面に固定したスタッドボルト等の連結部材を介して外側ダストカバー１１を固定するようにしてもよい。

本発明の第１の実施形態を示す斜視図である。 本発明の一実施形態の縦断面図である。 本発明に適用し得る外側ダストカバーを示す斜視図である。 図２のラビリンス構造の拡大断面図である。 本発明の第２の実施形態を示す正面図である。 第２の実施形態を示す縦断面図である。 図６のラビリンス構造の拡大断面図である。 本発明の他の実施形態を示すラビリンス構造の拡大断面図である。

符号の説明

１…ダイレクトドライブモータ、２…ベース、３…アウターハウジング、３ａ…円筒部、３ｂ…ステータ、３ｃ…磁気ヨーク、３ｄ…ステータコイル、４…インナーハウジング、４ａ…連接部、４ｂ…円筒部、４ｃ…大径部、４ｄ…小径部、５…軸受、６…円筒状出力軸、６ａ…軸受押さえ、６ｂ…ロータ、６ｃ…リング状突条、６ｄ…傾斜面、６ｅ…Ｒ面取り部、６ｆ…凹状溝、６ｇ…外側突条部、６ｈ…内側突条部、６ｉ…取付面、６ｊ…外側インロー結合部、６ｋ…内側インロー結合部、１１…外側ダストカバー、１１ａ…開口、１１ｂ…リング状板部、１１ｃ…円筒部、１２…取付ネジ、１２ａ…頭部、２０…レゾルバ、３０…内側ダストカバー、４０…外部機器、４０ａ…基部、４０ｂ…インロー孔部、４０ｃ…アーム部

Claims (8)

1. アウターハウジング及びインナーハウジング間に円筒状出力軸を回転自在に支持し、前記円筒状出力軸と前記アウターハウジングとの間にロータ及びステータが配置されている電動機であって、
   前記円筒状出力軸の外周面にリング状突条を形成し、前記アウターハウジングの上端を覆う外側ダストカバーの内周端側を前記リング状突条に近接対向させて、当該リング状突条と外側ダストカバーの内周端側とでラビリンス構造を形成したことを特徴とする電動機。
2. 前記外側ダストカバーの内周端側が前記リング状突条の上面に近接対向されていることを特徴とする請求項１に記載の電動機。
3. 前記リング状突条の上面が先端に行くに従い上方に高くなる先上がり傾斜面に形成されていることを特徴とする請求項２に記載の電動機。
4. 前記リング状突条の下面がＲ又はＣ面取りされていることを特徴とする請求項３に記載の電動機。
5. 前記外側ダストカバーの内周端側が前記リング状突条の下面に近接対向されていることを特徴とする請求項１に記載の電動機。
6. アウターハウジング及びインナーハウジング間に円筒状出力軸を回転自在に支持し、前記円筒状出力軸と前記アウターハウジングとの間にロータ及びステータが配置されている電動機であって、
   前記円筒状出力軸の外周面に円周凹溝を形成し、前記アウターハウジングの上端を覆う外側ダストカバーの内周端側を前記円周凹溝の内の壁面に近接対向させて、当該円周凹溝と外側ダストカバーの内周端側とでラビリンス構造を形成したことを特徴とする電動機。
7. 前記ラビリンス構造は、前記円筒状出力軸に形成したロータを構成する永久磁石と対向して配設されていることを特徴とする請求項１乃至６の何れか１項に記載の電動機。
8. 前記請求項１から７の何れか１項の電動機の構成を有する電気自動車用ホイールモータ。

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