JP7481842B2 - 電動機およびこの電動機を備えた車両用動力装置、発電機およびこの発電機を備えた発電機付車輪用軸受 - Google Patents
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Description
前記ステータコアは、前記円環部と複数の前記ティースとが分割され、前記各ティースは、先端部分の円周方向幅が、前記ティースにおける、前記ステータコイルが巻回されているティース主部の円周方向幅よりも幅広であり、前記円環部の外周面に、開口側に狭まり部を有する断面形状とされ軸方向に沿って延びる嵌合溝が円周方向に複数形成され、前記各ティースは、基端部分に、前記嵌合溝に嵌合する断面形状を有し前記円環部の各嵌合溝に軸方向に挿入されて前記円環部に対し径方向に離脱不能に嵌合する嵌合部がそれぞれ設けられ、前記各嵌合部は、円周方向の最大幅が前記ティース主部の円周方向幅よりも幅狭である。
よって、ロータの磁石とステータとの対向面積を増やしつつ太い断面積のステータコイルを用いることができ、径方向寸法および軸方向寸法の制約を満たすと共に、電動機の出力向上を図ることができる。
丸線、角線を問わず断面積の大きなステータコイルは可撓性に劣るため、小さな曲率半径で曲げることが困難である。このため、コイルエンド部のステータコイルとティースとの間には隙間が生じ、電動機の出力向上に寄与しない寸法分、電動機の軸方向寸法が大きくなる。
ティース主部の軸方向両端部が軸方向中間部よりも幅狭の段付き形状に形成されていれば、電動機の出力向上に寄与しないコイルエンド部の軸方向突き出し量を小さくして、ステータコイルの軸方向寸法を短縮することができる。
前記ステータコアは、前記円環部と複数の前記ティースとが分割され、前記各ティースは、先端部分の円周方向幅が、前記ティースにおける、前記ステータコイルが巻回されているティース主部の円周方向幅よりも幅広であり、前記円環部の外周面に、開口側に狭まり部を有する断面形状とされ軸方向に沿って延びる嵌合溝が円周方向に複数形成され、前記各ティースは、基端部分に、前記嵌合溝に嵌合する断面形状を有し前記円環部の各嵌合溝に軸方向に挿入されて前記円環部に対し径方向に離脱不能に嵌合する嵌合部がそれぞれ設けられ、前記各嵌合部は、円周方向の最大幅が前記ティース主部の円周方向幅よりも幅狭である。
ステータコアは円環部と複数のティースとが分割されているため、円環部に組み付ける前の各ティースにステータコイル等を装着し得る。したがって、円周方向に隣り合うティースの先端部分の隙間より太い断面積のコイルを用いることが可能となる。
よって、ロータの磁石とステータとの対向面積を増やしつつ太い断面積のステータコイルを用いることができ、径方向寸法および軸方向寸法の制約を満たすと共に、発電機の出力向上を図ることができる。
この発明の実施形態に係る電動機を図1ないし図10と共に説明する。この電動機は、例えば、ダイレクトドライブ構造のインホイールモータ駆動装置である車両用動力装置に組み込まれる。
<電動機の基本構造>
図1~図3に示すように、この実施形態の電動機1は、分割構造を有する環状のステータ2と、このステータ2に対し半径方向外方に対向するロータ3とを備えたアウターロータ型の表面磁石型永久磁石電動機である。図1は、図3のI-I線断面図である。図1および図4に示すように、ステータ2は、ステータコア4と、このステータコア4にボビン5を介して巻回されたステータコイル6とを有する。ステータコア4は、円環部7と、この円環部7から半径方向外方に突出しステータコイル6が巻回される円周方向複数のティース8とを備える。ロータ3は、円筒状の磁性体24と、この磁性体24の内周面に円周等配に複数設けられる永久磁石25とを有する。
図4~図6に示すように、このステータコア4は、円環部7と各ティース8とが分割構造で、各ティース8の先端部分8aがティース主部8bよりも円周方向両側に延びる。各ティース8の基端部分に設けられる嵌合部8cは、円周方向の最大幅A1がティース主部8bの円周方向幅A2よりも幅狭である。さらに図10に示すように、各ティース8の嵌合部8cは、円環部7の各嵌合溝7aに対し軸方向L1に挿入される構造になっている。
図4~図6に示すように、ティース8は、ステータコイル6が巻回される中央部分であるティース主部8bの円周方向幅A2が一定である。このティース主部8bの円周方向幅A2を「歯幅A2」と言う場合がある。ティース8は、先端部分8aの円周方向幅(T字幅)A3つまりロータ3に対向する外径側の端部幅が歯幅A2よりも幅広であり、先端部分8aとティース主部8bとでT字形状に成形されている。
各ティース8は、先端部分8aの円周方向幅A3がティース主部8bの円周方向幅A2の1.1倍~2.6倍である。一例として、ティース8の先端部分8aの円周方向幅(T字幅)A3を歯幅A2で除した値と、電動機のトルクとの関係は図7のグラフのようになる。同図7において、横軸はT字幅/歯幅、縦軸はT字幅/歯幅が「1」の場合のトルクを100%とした場合のトルク割合を示す。
図9に各ティース8へのボビン5およびステータコイル6の組立例を示す。ティース8の嵌合部8cの最大幅が、ティース主部8bの歯幅よりも幅狭であるため、ステータ内径側からボビン5およびステータコイル6を容易に挿通し得る。
図9(a)に示すように、ティース8にステータ内径側からボビン5を装着した後、このボビン5にステータコイルを巻いてもよい。この場合、ステータ内径側にも鍔部5cのあるボビン5を使用することができるため、少ない部品点数および工程でステータコイルとステータコア間の絶縁性を確保できる。
図9(c)に示すように、ティース8に、ボビン5と、巻線形状に製造された空芯のステータコイル(コイル単体で巻いた形状とする空芯コイル)6を差し込んでもよい。この場合、巻線作業にあたり、ボビン5およびティース8を固定する必要がなく、容易に任意の巻線断面および巻き方を用いることができる。またボビン5を分割形状等にすることなく、容易にティース8にボビン5およびステータコイル6を組み立てることが可能となる。
図10にステータ2の組立例を示す。図9および図10に示すように、各ティース8は、ティース主部8bにステータコイル6が巻回された状態で円環部7の嵌合溝7aに軸方向L1に挿入する。つまりティース8の嵌合部8cを、円環部7の外周面に設けられた嵌合溝7aに、電動機の軸方向L1から圧入することでステータコア4を組み立てる。図10では、図示を省略しているが、ティース8にボビンおよびステータコイルを装着した状態で、円環部7の嵌合溝7aにティース8の嵌合部8cを圧入し、ステータ形状に組み立てた後に各ステータコイルを結線してステータアッシとなる。
以上説明した電動機1によれば、各ティース8の先端部分8aの円周方向幅A3がティース主部8bの円周方向幅A2よりも幅広であるため、先端部分が径方向に直線状となるティースよりも、ステータ2の径方向先端と磁石25との対向面積を増やすことでロータ3の磁石磁束を有効に利用することができる。したがって、電動機1のトルクを増加し且つコギングトルクを低減し得る。
よって、ロータ3の磁石25とステータ2との対向面積を増やしつつ太い断面積のステータコイル6を用いることができ、径方向寸法および軸方向寸法の制約を満たすと共に、電動機1の出力向上を図ることができる。
以下の説明においては、各実施の形態で先行して説明している事項に対応している部分には同一の参照符号を付し、重複する説明を略する。構成の一部のみを説明している場合、構成の他の部分は、特に記載のない限り先行して説明している形態と同様とする。同一の構成から同一の作用効果を奏する。実施の各形態で具体的に説明している部分の組合せばかりではなく、特に組合せに支障が生じなければ、実施の形態同士を部分的に組合せることも可能である。
図11~図15に示すように、各ティース8は、ティース主部8bの軸方向両端部8baが軸方向中間部よりも幅狭の段付き形状に形成されてもよい。図11(a)は、ボビン5およびステータコイル6が装着された各ティース8の断面図(図11(c)のXI(a)-XI(a)線断面図)である。図11(b)は、図11(a)のXI(b)-XI(b)線断面図である。図11(c)は、ボビン5およびステータコイル6が装着された各ティース8を軸方向から見た図である。図12(a)は各ティース8を軸方向から見た図であり、図12(b)は図12(a)のXII(b)-XII(b)線断面図である。
そこで、図12および図13に示すように、ティース主部8bの軸方向両端部8baが軸方向中間部よりも幅狭の段付き形状に形成されていれば、電動機の出力向上に寄与しないコイルエンド部の軸方向突き出し量を小さくして、ステータコイル6の軸方向寸法を短縮することができる。
ステータコイルとティース間の絶縁部材として、絶縁紙、樹脂、絶縁塗装等を用いることができる。
いずれかの実施形態の電動機を車両用動力装置に搭載してもよい。
図17に示すように、車両用動力装置は、車輪用軸受15と、この車輪用軸受15に取り付けられた電動機1とを備える。車輪用軸受15は、固定輪である外輪16と、複列の転動体17と、回転輪である内輪18とを有する。外輪16に複列の転動体17を介して内輪18が回転自在に支持されている。内外輪18,16間の軸受空間には、グリースが封入されている。内輪18は、外輪16よりも軸方向のアウトボード側に突出した箇所にハブフランジ18aを有する。外輪16は、インボード側の端部において、ナックル等の足回りフレーム部品19にボルトで取付けられている。なおこの明細書において、車両用動力装置が車両に搭載された状態で車両の車幅方向の外側寄りとなる側をアウトボード側と呼び、車両の車幅方向の中央寄りとなる側をインボード側と呼ぶ。
車両に、発電を行う機能を有するが給電による回転駆動をしない発電機付車輪用軸受を搭載してもよい。この発電機付車輪用軸受は、モータを兼用しない発電機1Aと、車輪用軸受15とを備える。この発電機付車輪用軸受は、前述の車両用動力装置に対し、発電および回転駆動可能な電動機1を除き同一構成である。発電機付車輪用軸受が搭載される車両によれば、例えば、発電機1Aが発電した回生電力を用いて制動力を発生させることができる。
電動機1は、IPM(Interior Permanent Magnet)同期モータ(もしくはIPMSM(Interior Permanent Magnet Synchronous Motor)と標記)でもよい。
Claims (10)
- ステータコアおよびこのステータコアに絶縁材料から成るボビンを介して巻回されたステータコイルを有するステータと、このステータに対し半径方向外方に対向するロータとを備えたアウターロータ型であり、前記ステータコアは、円環部と、この円環部から半径方向外方に突出し前記ステータコイルが巻回される円周方向複数のティースとを備えた電動機であって、
前記ステータコアは、前記円環部と複数の前記ティースとが分割され、前記各ティースは、先端部分の円周方向幅が、前記ティースにおける、前記ステータコイルが巻回されているティース主部の円周方向幅よりも幅広であり、前記円環部の外周面に、開口側に狭まり部を有する断面形状とされ軸方向に沿って延びる嵌合溝が円周方向に複数形成され、前記各ティースは、基端部分に、前記嵌合溝に嵌合する断面形状を有し前記円環部の各嵌合溝に軸方向に挿入されて前記円環部に対し径方向に離脱不能に嵌合する嵌合部がそれぞれ設けられ、前記各嵌合部は、円周方向の最大幅が前記ティース主部の円周方向幅よりも幅狭であり、
前記ボビンは、前記各ティースを挿通可能な筒状のボビン本体と、このボビン本体の両端縁部からフランジ状に延びる外径側および内径側鍔部とを有し、前記ボビン本体と前記外径側鍔部とが一体に形成され、前記ボビン本体と前記内径側鍔部とが別部品で組立て可能に構成され、前記ボビン本体の外側面と、前記外径側鍔部の径方向内側面と、前記内径側鍔部の径方向外側面とで囲まれる環状空間に、前記ステータコイルが装着される電動機。 - 請求項1に記載の電動機において、前記各ティースは、前記ティース主部に前記ステータコイルが巻回された状態で前記円環部の各嵌合溝に軸方向に挿入されている電動機。
- 請求項1または請求項2に記載の電動機において、前記各ティースの前記嵌合部は、前記円環部の前記狭まり部に嵌合する首部分と、この首部分よりも径方向の内径側で円周方向両側に突出する突出部分とで軸方向から見てT字を成す形状であり、前記円環部の前記嵌合溝は、前記嵌合部の前記突出部分および前記首部分に対応するT字形状の断面形状である電動機。
- 請求項1ないし請求項3のいずれか1項に記載の電動機において、前記各ティースは、前記先端部分の円周方向幅が前記ティース主部の円周方向幅の1.1倍~2.6倍である電動機。
- 請求項1ないし請求項4のいずれか1項に記載の電動機において、前記各ティースは、前記ティース主部の軸方向両端部が軸方向中間部よりも幅狭の段付き形状に形成されている電動機。
- 請求項5に記載の電動機において、前記ティース主部の段付き形状における軸方向および円周幅方向の段差寸法が、それぞれ、前記ステータコイルが巻回された前記ティースの径方向に垂直な平面で前記ステータコイルを切断した断面におけるコイル幅寸法の0.5倍以上である電動機。
- 固定輪およびこの固定輪に転動体を介して回転自在に支持された回転輪を有し、この回転輪に設けられたハブフランジに車両の車輪が取付けられる車輪用軸受と、この車輪用軸受に取付けられた請求項1ないし請求項6のいずれか1項に記載の電動機と、を備え、前記固定輪に前記ステータが取付けられ、前記回転輪に前記ロータが取付けられた車両用動力装置。
- 請求項7に記載の車両用動力装置において、前記ハブフランジに前記車輪およびブレーキロータが取付けられ、前記ブレーキロータの内径よりも半径方向内方に前記電動機が設置され、且つ、前記ハブフランジと、前記車両における足回りフレーム部品のアウトボード側面との軸方向範囲に前記電動機が設置された車両用動力装置。
- ステータコアおよびこのステータコアに絶縁材料から成るボビンを介して巻回されたステータコイルを有するステータと、このステータに対し半径方向外方に対向するロータとを備えたアウターロータ型であり、前記ステータコアは、円環部と、この円環部から半径方向外方に突出し前記ステータコイルが巻回される円周方向複数のティースとを備えた発電機であって、
前記ステータコアは、前記円環部と複数の前記ティースとが分割され、前記各ティースは、先端部分の円周方向幅が、前記ティースにおける、前記ステータコイルが巻回されているティース主部の円周方向幅よりも幅広であり、前記円環部の外周面に、開口側に狭まり部を有する断面形状とされ軸方向に沿って延びる嵌合溝が円周方向に複数形成され、前記各ティースは、基端部分に、前記嵌合溝に嵌合する断面形状を有し前記円環部の各嵌合溝に軸方向に挿入されて前記円環部に対し径方向に離脱不能に嵌合する嵌合部がそれぞれ設けられ、前記各嵌合部は、円周方向の最大幅が前記ティース主部の円周方向幅よりも幅狭であり、
前記ボビンは、前記各ティースを挿通可能な筒状のボビン本体と、このボビン本体の両端縁部からフランジ状に延びる外径側および内径側鍔部とを有し、前記ボビン本体と前記外径側鍔部とが一体に形成され、前記ボビン本体と前記内径側鍔部とが別部品で組立て可能に構成され、前記ボビン本体の外側面と、前記外径側鍔部の径方向内側面と、前記内径側鍔部の径方向外側面とで囲まれる環状空間に、前記ステータコイルが装着される発電機。 - 固定輪およびこの固定輪に転動体を介して回転自在に支持された回転輪を有し、この回転輪に設けられたハブフランジに車両の車輪が取付けられる車輪用軸受と、この車輪用軸受に取付けられた請求項9に記載の発電機と、を備え、前記固定輪に前記ステータが取付けられ、前記回転輪に前記ロータが取付けられた発電機付き車輪用軸受装置。
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