JP5359225B2 - 電動機、産業機械用モータ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、該円筒状出力軸に外部の機器を接続するインロー結合部を形成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周囲に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、ダストカバーをベースの上端にネジ留めするようにしており、このときのネジの頭部がダストカバーの上端より上方に突出することになる。一方、円筒状出力軸に割出テーブル等の外部機器を結合する場合に、円筒状出力軸と外部機器との軸芯を一致させる必要があり、このため、円筒状出力軸と外部機器とをインロー結合するのが一般的である。

ところが、上記従来例にあっては、円筒状出力軸のダストカバーより突出した上端外周面にインロー結合部を形成する場合に、外部機器の下端面の少なくとも一部がダストカバーのネジ留め部より突出している場合には、外部機器をネジの頭部を避けてインロー結合させる必要があり、インロー結合部の結合長さを長くとれないという未解決の課題がある。また、インロー結合部の結合長さを長くとるためには、円筒状出力軸のダストカバーからの突出長さを長くすればよいが、この場合には電動機の全体高さを薄くするという要求に応えることができない。

この未解決の課題を解決するために、ネジ留め用のネジとして皿ネジを使用し、ダストカバーに座繰り部を形成することが考えられるが、この場合にはダストカバーの厚みを座繰りを形成するために必要な厚み以上とする必要があり、ダストカバーの厚みが厚くなり、この分インロー結合部の結合長さが短くなってしまい、上述した未解決の課題を解決することはできない。

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、電動機全体の高さが高くなることなくインロー結合部の結合長さを長くとることができる電動機、産業機械用モータ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、該円筒状出力軸に外部の機器を接続するインロー結合部を形成した電動機であって、前記円筒状出力軸の上端部が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より上方に突出され、前記インロー結合部が前記円筒状出力軸の上端部外周面に形成され、前記外側ダストカバーは、前記円筒状出力軸を挿通する開口を有する円板部と、円板部の外周縁から下方に延長し前記アウターハウジングの外周面に嵌合する円筒部と、前記円板部の外周縁部に形成した取付部材を収納する収納凹部とで構成されている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は導電性金属板を一体成形して構成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１又は２に係る発明において、前記収納凹部は、前記アウターハウジング内に配置される所定間隔を保って円周状に配置されるステータコイルの円周方向の中央部に対応させて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１乃至３の何れか１つに係る発明において、前記収納凹部は、半径方向の幅がアウターハウジングのステータヨークとなる円筒部の厚みと等しい値又はその近傍値に設定され、接線方向の幅が半径方向の幅の３倍の値又はその近傍の値に設定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乃至４の何れか１つに係る発明において、前記外側ダストカバーは、前記円板部と、前記円筒部とを一体成形加工し、該一体成形加工時に前記円板部の前記円筒部近傍の外周部に前記収納凹部を一体に形成することを特徴としている。

また、請求項６に係る電動機は、請求項５に係る発明において、前記外側ダストカバーは、前記一体成形時に前記円筒部の下端面に形成される前記収納凹部の加工による膨出部を削除することなく一体成形加工品をそのまま使用することを特徴としている。
さらに、請求項７に係る電動機は、請求項１乃至６の何れか１項に係る発明において、前記円筒状出力軸の上端面に凹状溝が形成され、該凹状溝の外周側側面に内側インロー結合部が形成されていることを特徴としている。
また、請求項８に係る産業機械用モータは、前記請求項１乃至７の何れか１項に記載の電動機を備えたことを特徴としている。
さらに、請求項９に係る電気自動車用ホイールモータは、前記請求項１乃至７の何れか１項に記載の電動機を備えたことを特徴としている。

本発明によれば、外側ダストカバーより突出した円筒状出力軸の外周面にインロー結合部を形成し、アウターハウジングの上端を覆う外側ダストカバーの上端面における外周縁部に取付部材を収納する収納凹部が形成されているので、この収納凹部に取付部材を収納することにより、取付部材を構成する例えば取付ネジの頭部の外側ダストカバーの上面からの突出長を抑制して、円筒状出力軸の外側カバーからの突出長を抑制しながらインロー結合部の結合長さを確保することができるという効果が得られる。

そして、例えば外側ダストカバーを導電性金属板で構成する場合には、アウターハウジング内部に配置するステータコイルに対して絶縁のために所定距離だけ離間させる必要があるが、隣接するステータコイル間に収納凹部を形成することにより、ステータコイルとの間の必要な距離に影響されることなく収納凹部を形成することができる。

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一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Ａ−Ａ線上の拡大断面図である。
図中、１は産業機械用モータ、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円板部２ａと、この円板部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、円板部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の円板部２ａの上面に形成された凹部２ｅに嵌合されるステータヨークを構成する円筒部３ａと、この円筒部３ａの内周面に円周方向に多数配設された磁脚３ｂと、この磁脚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、円筒部３ａが、図２に示すように、その内部を上下に貫通してベース２の円板部２ａに螺合させたスタッドボルト３ｄによって円周上の４個所で固定されている。ここで、スタッドボルト３ｄは、アウターハウジング３の円筒部３ａの上端におけるステータコイル３ｃの円周方向の中央位置に相当する位置に形成されている。

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を挿通する開口を有するリング状板部１１ａと、このリング状板部１１ａの外周縁から下方に延長する円筒部１１ｂと、リング状板部１１ａにおける円筒部１１ｂ側における円周上の４個所に取付部材としての取付ネジ１２の頭部１２ａを収納する収納凹部１１ｃとが形成されている。

ここで、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同時に絞り加工及びエンボス加工を行うことにより、リング状板部１１ａ、円筒部１１ｂ及び収納凹部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。
このため、プレス機による絞り加工する際に、収納凹部１１ｃに対応する円筒部１１ｂの下面側に、収納凹部１１ｃの凹み量に応じた円弧状の膨出部１１ｄが形成されるが、この膨出部１１ｄを切削加工によって除去することなく、成形品のままクロムメッキ処理することにより、製作工数を削減している。

また、収納凹部１１ｃは、図３に示すように、底部の半径方向の幅Ｗ１が取付ネジ１２の頭部１２ａの直径とプレス加工時の隅Ｒとを加えた値と略等しく、アウターハウジング３のステータヨークとなる円筒部３ａの厚みと等しい値か又はその近傍値に設定され、出力トルクに寄与しない外側ダストカバー１１の固定のためにステータコイル３ｃの半径方向長さが短く制限されることを防止している。

さらに、収納凹部１１ｃの接線方向の幅Ｗ１は、絞り加工を行う金型の剛性を考慮してできる限り広い方が望ましく、取付ネジ１２の頭部１２ａの直径すなわち円筒部３ａの厚みの３倍の値又はその近傍値に設定されているが、これに限定されるものではなく、絞り部面積当たりのプレス圧力Ｎ／ｍｍ²に基づいて接線方向の幅を決定することが好ましい。

そして、外側ダストカバー１１が、図４に拡大図示するように、その収納凹部１１ｃに形成された透孔１１ｅをアウターハウジング３の円筒部３ａを固定するスタッドボルト３ｄの上端に形成された雌ネジ３ｅに対向させた状態で、上方から取付ネジ１２を、透孔１１ｅを通じて雌ネジ３ｅに螺合させて締付けることにより固定されている。
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、円筒出力軸６に固定されたロータとを有する。

さらに、円筒出力軸６は、インナーハウジング４に対して扁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、外周面にアウターハウジング３に固定されたステータの磁極３ｂに対向するロータ６ｂが固定されている。このロータ６ｂには、その外周面に希土類の永久磁石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、円筒出力軸６の上面には、外周面から所定距離だけ内側に凹状溝６ｃが形成され、この凹状溝６ｃ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６ｄと、この外側突条部６ｄ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６ｅとが形成されている。
そして、外側突条部６ｄの上端面が外部機器を固定する取付面６ｆとされているとともに、外側突条部６ｄの外周面及び内周面に外側インロー結合部６ｇ及び内側インロー結合部６ｈが夫々形成されている。ここで、取付面６ｆには位置決めピンを挿通するピン挿通孔６ｉ及び雌ネジ６ｊが形成されている。

さらに、円筒状出力軸６の内側突条部６ｅ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で二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６ｇにインロー結合するインロー穴部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のインロー穴部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６ｇ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６ｆに形成された一方の雌ネジ６ｊ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。このとき、ダイレクトドライブモータ１のアウターハウジング３の上端を覆う外側ダストカバー１１には、リング状板部１１ａの外周面側に収納凹部１１ｃが形成され、この収納凹部１１ｃ内に取付ネジ１２の頭部１２ａが埋没することになる。この取付ネジ１２の頭部１２ａの上端位置から所定距離だけ離れた位置から上方側にインロー結合部６ｇでのインロー結合に必要なインロー長さをとればよく、円筒状出力軸６の外側ダストカバー１１からの突出長を従来例に比較して短くすることができ、ダイレクトドライブモータ１全体の軸方向高さを短くすることができる。

因みに、従来例では、外側ダストカバー１１の上面に取付ネジの頭部が突出しているので、この取付ネジの頭部の高さ位置を基準に必要とするインロー結合長さを考慮して円筒状出力軸６の軸方向高さを決定するので、少なくとも収納凹部１１ｃの深さ分円筒状出力軸６の上端面の高さが高くなり、ダイレクトドライブモータ全体の軸方向高さが長くなる。

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６ｈ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６ｈ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６ｆ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。

この場合、円筒状出力軸６の上端面に凹状溝６ｃを形成し、この凹状溝６ｃを挟んで外側突条部６ｄ及び内側突条部６ｅを形成したので、凹状溝６ｃによって外側突条部６ｄの内周面に内側インロー結合部６ｈを形成することができるとともに、内側突条部６ｅの内周面にレゾルバ２０のロータを固定する取付面を確保することができる。
なお、上記実施形態においては、円筒状出力軸６の上端部に内側インロー結合部６ｈを形成するために凹状溝６ｃを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、回転センサ２０を収納する高さが十分ある場合には、図５に示すように、凹状溝６ｃに代えて内側突条部６ｅの上部を外側突条部６ｆに当接させたＬ字状溝６ｎを形成するようにしてもよい。この場合には、Ｌ字状溝６ｎの底面にＯリング収納溝６ｍを形成し、且つＯリング収納溝６ｍの外側の底面に雌ネジ６ｏを形成して図示しない防水兼防塵カバーを固定することもできる。このように、円筒状出力軸６の上面側に一体に回転する防水兼防塵カバーを取付けることができ、回転センサ２０への異物の混入を防ぎ、ダイレクトドライブモータ１の性能・安全性を確保することができる。ここで、防水兼防塵カバーとしては前述した実施形態の外側ダストカバー１１と同様に収納凹部１１を形成することが好ましい。

また、上記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。
また、上記実施形態においては、外側ダストカバー１１をスタッドボルト３ｄに固定するように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、他の連結部材を介してアウターハウジング３の円筒部３ａ上に固定するようにしてもよく、さらにはアウターハウジング３の円筒部３ａの上端に一体にカバー装着部となる突出部を形成するようにしてもよい。

また、上記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に対向する底面が外側ダストカバー１１の取付ネジ１２の頭部１２ａより外側まで延長する基部を有する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が外部機器４０の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。

また、上記実施形態においては、円筒状出力軸６の凹状溝６ｃを挟む外側突条部６ｄ及び内側突条部６ｅ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６ｅの高さを外側突条部６ｄの高さに一致させるようにしてもよく、内側突条部６ｅを省略するようにしてもよく、さらには内側インロー結合部６ｈを省略するようにしてもよい。

また、上記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に形成した収納凹部１１ｃをステータコイル３ｃの円周方向の中央部に対応させて配置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、隣接するステータコイル３ｃ間に対応させて配置するようにしてもよい。

また、上記実施形態においては、外側ダストカバー１１に４個の収納凹部１１ｃ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、収納凹部１１ｃの数は１個以上の任意数に設定することができる。
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。

また、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。

本発明の一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Ａ−Ａ線上の拡大断面図である。 本発明の他の実施形態を示す斜視図である。

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…磁脚、３ｃ…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…凹状溝、６ｄ…外側突条部、６ｅ…内側突条部、６ｆ…取付面、６ｇ…外側インロー結合部、６ｈ…内側インロー結合部、６ｎ…Ｌ字状溝、１１…外側ダストカバー、１１ａ…リング状板部、１１ｂ…円筒部、１１ｃ…収納凹部、１１ｄ…膨出部、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…インロー穴部、４０ｃ…アーム部

Claims (9)

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、該円筒状出力軸に外部の機器を接続するインロー結合部を形成した電動機であって、
   前記円筒状出力軸の上端部が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より上方に突出され、前記インロー結合部が前記円筒状出力軸の上端部外周面に形成され、
   前記外側ダストカバーは、前記円筒状出力軸を挿通する開口を有する円板部と、円板部の外周縁から下方に延長し前記アウターハウジングの外周面に嵌合する円筒部と、前記円板部の外周縁部に形成した取付部材を収納する収納凹部とで構成されている
   ことを特徴とする電動機。
2. 前記外側ダストカバーは導電性金属板を一体成形して構成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. 前記収納凹部は、前記アウターハウジング内に配置される所定間隔を保って円周状に配置されるステータコイルの円周方向の中央部に対応させて形成されていることを特徴とする請求項１又は２に記載の電動機。
4. 前記収納凹部は、半径方向の幅がアウターハウジングのステータヨークとなる円筒部の厚みと等しい値又はその近傍値に設定され、接線方向の幅が半径方向の幅の３倍の値又はその近傍の値に設定されていることを特徴とする請求項１乃至３の何れか１項に記載の電動機。
5. 前記外側ダストカバーは、前記円板部と、前記円筒部とを一体成形加工し、該一体成形加工時に前記円板部の前記円筒部近傍の外周部に前記収納凹部を一体に形成することを特徴とする請求項１乃至４の何れか１項に記載の電動機。
6. 前記外側ダストカバーは、前記一体成形時に前記円筒部の下端面に形成される前記収納凹部の加工による膨出部を削除することなく一体成形加工品をそのまま使用することを特徴とする請求項５に記載の電動機。
7. 前記円筒状出力軸の上端面に凹状溝が形成され、該凹状溝の外周側側面に内側インロー結合部が形成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乃至７の何れか１項に記載の電動機を備えたことを特徴とする産業機械用モータ。
9. 前記請求項１乃至７の何れか１項に記載の電動機を備えたことを特徴とする電気自動車用ホイールモータ。

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