JP2011188541A - 電気自動車の駆動用モータ - Google Patents

Abstract

【課題】 モータロータの径寸法を大きくすることなく、回転出力軸に対するモータロータの回り止めが可能な電気自動車の駆動用モータを提供する。
【解決手段】 この電気自動車の駆動用モータは、モータロータ２５が、回転出力軸２４に外嵌する内周面を断面円形としたロータコア部２９と、このロータコア部２９内に配置される永久磁石３０とでなるＩＰＭモータである。永久磁石３０におけるロータコア部２９の外径側に偏った部位の近傍となる周方向位置において、ロータコア部２９の内周面および回転出力軸２４の外周面に、回転出力軸２４に対してモータロータ２５を回り止めする回り止め手段３１を構成する断面非円形の非円形状部２９ａ，２４ａをそれぞれ設ける。
【選択図】 図４

Description

この発明は、自動車のホイールに内蔵されるインホイール型モータなどとして使用される電気自動車の駆動用モータに関する。

電気自動車においては、これに使用される車両駆動用モータやこのモータを制御するコントローラが故障すると致命的な事態を招くので、これらの故障は信頼性の観点から絶対に避けなければならない。この電気自動車の駆動用モータには、モータロータのロータコア部に永久磁石を内蔵させたＩＰＭモータ（埋込磁石型同期モータ）が使用される場合が多い。ＩＰＭモータの場合、ロータコア部内に永久磁石を内蔵させるので永久磁石の飛散を防止できる効果がある反面、ロータコア部内に永久磁石を内蔵させる穴を開けることから、モータロータの遠心強度を低下させるという問題がある。

一方、電気自動車の駆動用モータでは、その効率が最大の課題となる。そこで、その効率を最大にするように、モータステータに巻かれたコイルに流す電流の位相が、モータロータの回転位相によってきめ細かくコントロールされる。この場合、前記コントロールをきめ細かく行うためには、モータロータとモータステータの間の回転角位相情報の正確さが重要となり、この観点からモータの回転出力軸に対するモータロータの回り止めが不可欠である。

特開２００８−１６８７９０号公報

電気自動車の駆動用モータとして使用されるＩＰＭモータの場合、ロータコア部に内蔵される複数の永久磁石は、隣り合う２つの永久磁石がロータコア部内の同一円周上で断面ハ字状に向き合うように配列される。このため、ロータコア部の内周面から永久磁石までの径方向の肉厚は周方向位置によって異なる。そこで、その肉厚が最も薄くなる周方向位置での強度を確保するのに、ロータコア部の全体の径方向厚みをある程度厚く設定することが必要になる。特に、上記したモータの回転出力軸に対するモータロータの回り止めを講ずる場合、強度確保の観点からロータコア部の径方向厚みがさらに厚くなる可能性がある。しかし、ロータコア部の全体の径方向厚みを厚く設定することは、モータロータを固定するモータ回転出力軸系の回転曲げ固有振動の観点から好ましくない。

この発明の目的は、モータロータの径寸法を大きくすることなく、回転出力軸に対するモータロータの回り止めが可能な電気自動車の駆動用モータを提供することである。

この発明の電気自動車の駆動用モータは、モータロータが、回転出力軸に外嵌する内周面を断面円形としたロータコア部と、このロータコア部内に配置される永久磁石とでなり、この永久磁石の前記ロータコア部の外径側に偏った部位の近傍となる周方向位置において、前記ロータコア部の内周面および前記回転出力軸の外周面に、回転出力軸に対してモータロータを回り止めする回り止め手段を構成する断面非円形の非円形状部をそれぞれ設けたことを特徴とする。

この構成によると、ロータコア部の内周面および回転出力軸の外周面に、回転出力軸に対してモータロータを回り止めする回り止め手段となる断面非円形の非円形状部をそれぞれ設けたので、回転出力軸に対してモータロータが回転変位するのを阻止できる。これにより、位置ずれに起因してコイルへ流す電流の位相がずれて出力トルクが変動してしまうのを回避でき、モータ効率を最大に維持できる。
特に、永久磁石におけるロータコア部の外径側に偏った部位の近傍となる周方向位置に位置して前記非円形状部を設けており、ロータコア部の内周面から永久磁石までの径方向の肉厚が最も厚くなる周方向位置で、ロータコア部の内周面に非円形状部を設けることになる。そのため、遠心強度確保のためにロータコア部の径方向厚みをより厚く設定する必要がなく、モータロータの外径は大きくならずに済む。このため、モータロータの外径寸法を大きくすることなく、回転出力軸に対するモータロータの回り止めが可能となる。また、モータロータの外径寸法が大きくならないので、モータの回転出力軸系の回転曲げ固有振動の問題もない。

この発明において、前記ロータコア部および前記回転出力軸の非円形状部が、いずれも軸方向に平行でかつ半径方向に対して垂直であって、互いに合わさる平坦面であっても良い。平坦面であると、切欠効果が生ず、非円形状部を設けたことによる強度低下がより生じ難い。

この発明において、前記ロータコア部および前記回転出力軸の非円形状部が、軸方向に沿って延びる凹凸形状であっても良い。例えば、前記ロータコア部の非円形状部が内径側に突出する凸部であり、前記回転出力軸の非円形状部が内径側に凹陥して前記凸部に噛み合う凹部であっても良い。あるいは、前記ロータコア部の非円形状部が外径側に凹陥する凹部であり、前記回転出力軸の非円形状部が外径側に突出して前記凹部に噛み合う凸部であっても良い。前記非円形状部が軸方向に沿って延びる凹凸形状であると、ロータコア部と回転出力軸の嵌合作業によって両者の非円形状部を互いに係合させる作業が行い易く、かつ堅固な回り止め効果が得られる。

この発明において、前記ロータコア部の非円形状部が外径側に凹陥する凹部であり、前記回転出力軸の非円形状部が内径側に凹陥する凹部であって、これら両凹部と、これら両凹部に共に嵌合するキーとで前記回り止め手段を構成しても良い。両方の非円形状部とも凹部であると、非円形状部の加工が容易である。

この発明において、前記モータがホイールに内蔵されるインホイール型モータであっても良い。この駆動用モータでは、モータロータの回り止め手段を設けたことによっても、モータ外径寸法が大きくならないので、インホイール型モータとして使用してもホイール内に納まり易い。

この発明において、前記モータの出力が減速機を介してホイールに伝達されるものとしても良い。
このようにモータの出力が減速機を介してホイールに伝達される場合、回転出力軸に対してモータロータの固定位置がずれると、それに起因するモータのトルク変動が拡大されてホイールに伝達される。この場合でも、駆動用モータにはモータロータの回り止め手段が設けられておりモータロータの位置ずれに起因するトルク変動が阻止されるので、トルク変動が減速機を介してホイールに拡大して伝達されるのを防止できる。

この発明において、前記減速機がサイクロイド減速機であっても良い。サイクロイド減速機は高い減速比を有するので駆動用モータのコンパクト化が可能である。この駆動用モータでは、モータロータの回り止め手段を設けたことによっても、モータ外径寸法が大きくならないので、そのコンパクト化を阻害しない。

この発明の電気自動車の駆動用モータは、モータロータが、回転出力軸に外嵌する内周面を断面円形としたロータコア部と、このロータコア部内に配置される永久磁石とでなり、この永久磁石の前記ロータコア部の外径側に偏った部位の近傍となる周方向位置において、前記ロータコア部の内周面および前記回転出力軸の外周面に、回転出力軸に対してモータロータを回り止めする回り止め手段を構成する断面非円形の非円形状部をそれぞれ設けたため、モータロータの径寸法を大きくすることなく、回転出力軸に対するモータロータの回り止めが可能となる。

この発明の一実施形態にかかる電気自動車の駆動用モータを搭載した車輪用軸受装置の断面図である。 図１における減速機部のII−II矢視断面図である。 図２の要部を拡大して示す断面図である。 図１における駆動用モータのIV−IV矢視断面図である。 駆動用モータの他の実施形態を示す断面図である。 駆動用モータのさらに他の実施形態を示す断面図である。 駆動用モータのさらに他の実施形態を示す断面図である。

図１ないし図４はこの発明の一実施形態を示す。図１は、この実施形態の電気自動車の駆動用モータを搭載した車輪用軸受装置の断面図を示す。この車輪用軸受装置は、車両の車輪用軸受Ａとこの実施形態の駆動用モータＢとの間に減速機Ｃを介在させ、車輪用軸受Ａで支持される駆動輪のハブと駆動用モータＢの回転出力軸２４とを同軸心上で連結したインホイール型モータ内蔵車輪用軸受装置である。減速機Ｃは、サイクロイド減速機であって、駆動用モータＢの回転出力軸２４に同軸に連結される回転入力軸３２に偏心部３２ａ，３２ｂを形成し、偏心部３２ａ，３２ｂにそれぞれ軸受３５を介して曲線板３４ａ，３４ｂを装着し、曲線板３４ａ，３４ｂの偏心運動を車輪用軸受Ａへ回転運動として伝達する構成である。なお、この明細書において、車両に取り付け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、車両の中央寄りとなる側をインボード側と呼ぶ。

車輪用軸受Ａは、内周に複列の転走面３を形成した外方部材１と、これら各転走面３に対向する転走面４を外周に形成した内方部材２と、これら外方部材１および内方部材２の転走面３，４間に介在した複列の転動体５とで構成される。内方部材２は、駆動輪を取り付けるハブを兼用する。この車輪用軸受Ａは、複列のアンギュラ玉軸受とされていて、転動体５はボールからなり、各列毎に保持器６で保持されている。上記転走面３，４は断面円弧状であり、各転走面３，４は接触角が背面合わせとなるように形成されている。外方部材１と内方部材２との間の軸受空間のアウトボード側端は、シール部材７でシールされている。

外方部材１は静止側軌道輪となるものであって、減速機Ｃのアウトボード側のハウジング３３ｂに取り付けるフランジ１ａを有し、全体が一体の部品とされている。フランジ１ａには、周方向の複数箇所にボルト挿通孔１４が設けられている。また、ハウジング３３ｂには，ボルト挿通孔１４に対応する位置に、内周にねじが切られたボルト螺着孔４４が設けられている。ボルト挿通孔１４に挿通した取付ボルト１５をボルト螺着孔４４に螺着させることにより、外方部材１がハウジング３３ｂに取り付けられる。

内方部材２は回転側軌道輪となるものであって、車輪取付用のハブフランジ９ａを有するアウトボード側材９と、このアウトボード側材９の内周にアウトボード側が嵌合して加締めによってアウトボード側材９に一体化されたインボード側材１０とでなる。これらアウトボード側材９およびインボード側材１０に、前記各列の転走面４が形成されている。インボード側材１０の中心には貫通孔１１が設けられている。ハブフランジ９ａには、周方向複数箇所にハブボルト１６の圧入孔１７が設けられている。アウトボード側材９のハブフランジ９ａの根元部付近には、駆動輪および制動部品（図示せず）を案内する円筒状のパイロット部１３がアウトボード側に突出している。このパイロット部１３の内周には、前記貫通孔１１のアウトボード側端を塞ぐキャップ１８が取り付けられている。

減速機Ｃは、上記したようにサイクロイド減速機であり、図２のように外形がなだらかな波状のトロコイド曲線で形成された２枚の曲線板３４ａ，３４ｂが、それぞれ軸受３５を介して回転入力軸３２の各偏心部３２ａ，３２ｂに装着してある。これら各曲線板３４ａ，３４ｂの偏心運動を外周側で案内する複数の外ピン３６を、それぞれハウジング３３ｂに差し渡して設け、内方部材２のインボード側材１０に取り付けた複数の内ピン３８を、各曲線板３４ａ，３４ｂの内部に設けられた複数の円形の貫通孔３９に挿入状態に係合させてある。前記曲線板３４ａ，３４ｂの外形はサイクロイド曲線であっても良い。この明細書で言う「サイクロイド減速機」は、前記曲線板３４ａ，３４ｂの外形がトロコイド曲線またはサイクロイド曲線であって、この曲線板３４ａ，３４ｂと前記外ピン３６および内ピン３８とを含む減速機を言う。回転入力軸３２は、駆動用モータＢの回転出力軸２４とスプライン結合されて一体に回転する。なお、回転入力軸３２はインボード側のハウジング３３ａと内方部材２のインボード側材１０の内径面とに２つの軸受４０で両持ち支持されている。

駆動用モータＢの回転出力軸２４が回転すると、これと一体回転する回転入力軸３２に取り付けられた各曲線板３４ａ，３４ｂが偏心運動を行う。この各曲線板３４ａ，３４ｂの偏心運動が、内ピン３８と貫通孔３９との係合によって、内方部材２に回転運動として伝達される。回転出力軸２４の回転に対して内方部材２の回転は減速されたものとなる。例えば、１段のサイクロイド減速機で１／１０以上の減速比を得ることができる。

前記２枚の曲線板３４ａ，３４ｂは、互いに偏心運動が打ち消されるように１８０°位相をずらして回転入力軸３２の各偏心部３２ａ，３２ｂに装着され、各偏心部３２ａ，３２ｂの両側には、各曲線板３４ａ，３４ｂの偏心運動による振動を打ち消すように、各偏心部３２ａ，３２ｂの偏心方向と逆方向へ偏心させたカウンターウエイト４１が装着されている。

図３に拡大して示すように、前記各外ピン３６と内ピン３８には軸受４２，４３が装着され、これらの軸受４２，４３の外輪４２ａ，４３ａが、それぞれ各曲線板３４ａ，３４ｂの外周と各貫通孔３９の内周とに転接するようになっている。したがって、外ピン３６と各曲線板３４ａ，３４ｂの外周との接触抵抗、および内ピン３８と各貫通孔３９の内周との接触抵抗を低減し、各曲線板３４ａ，３４ｂの偏心運動をスムーズに内方部材２に回転運動として伝達することができる。

駆動用モータＢは、円筒状のモータハウジング２２に固定したモータステータ２３と、回転出力軸２４に取り付けたモータロータ２５との間にラジアルギャップを設けたラジアルギャップ型のＩＰＭモータ（すなわち埋込磁石型同期モータ）である。回転出力軸２４は、減速機Ｃのインボード側のハウジング３３ａの筒部に２つの軸受２６で片持ち支持されている。また、モータハウジング２２の周壁部には冷却液流路４５が設けられている。この冷却液流路４５に潤滑油もしくは水溶性の冷却剤を流すことにより、モータステータ２３の冷却が行われる。

図１のIV−IV矢視断面図を示す図４のように、モータステータ２３は、軟質磁性体からなるステータコア部２７とコイル２８とでなる。ステータコア部２７は外周面が断面円形とされたリング状で、その内周面に内径側に突出する複数のティース２７ａが円周方向に並んで形成されている。コイル２８は、ステータコア部２７の前記各ティース２７ａに巻回されている。ステータコア部２７は、その外周面がモータハウジング２２の内周面に嵌合して、モータハウジング２２に保持されている。

モータロータ２５は、モータステータ２３と同心に回転出力軸２４に外嵌するリング状で内周面を断面円形としたロータコア部２９と、このロータコア部２９に内蔵される複数の永久磁石３０とでなる。これらの永久磁石３０は、隣り合う２つの永久磁石がロータコア部２９内の同一円周上で断面ハ字状に向き合うように配列される。このため、ロータコア部２９の内周面から永久磁石３０までの径方向の肉厚は周方向位置によって異なる。ロータコア部２９の内周面には、永久磁石３０がロータコア部２９の外径側に偏った部位の近傍となる周方向位置（ここでは１８０°の位相差を有する２箇所）において断面非円形となる非円形状部２９ａが設けられている。また、回転出力軸２４の外周面にも、同じ周方向位置において断面非円形となる非円形状部２４ａが設けられている。これらの両非円形状部２９ａ，４９ｂは互いに噛み合う形状とされていて、これにより回転出力軸２４に対してモータロータ２５が回転変位するのを阻止する回り止め手段３１が構成される。なお、ここでいう断面非円形とは、例えばロータコア部２９において、断面円形の内周面の一部が円形の一部をなす円弧状でないということである。回転出力軸２４の外周面の場合についても同じである。

この実施形態では、回転出力軸２４の非円形状部２４ａは、回転出力軸２４の外周面の一部を、軸方向に平行でかつ半径方向に垂直な平坦面に切り欠いて形成され、ロータコア部２９の非円形状部２９ａは前記平坦面に倣う平坦面として形成されている。回り止め手段３１を構成するこれら両非円形状部２４ａ，２９ａが形成される周方向位置は、ロータコア部２９においては、その内周面から永久磁石３０までの径方向の肉厚が最も厚くなる位置であり、その内周面に非円形状部２９ａを設けても、モータロータ２５の遠心強度を低下させることはない。したがって、非円形状部２９ａを設けることで、遠心強度確保のためにロータコア部２９の径方向厚みをより厚く設定する必要はない。非円形状部２４ａ２９ａが上記のような平坦面である場合は、凹み側の非円形状部２９ａを設けた回転出力軸２４につき、切欠効果が生じず、非円形状部２９ａを形成したことによる強度低下が少ない。

図１に示すように、駆動用モータＢには、モータロータ２５の回転位相を検出する角度センサ１９が設けられる。角度センサ１９は、回転出力軸２４の外周面に設けられる被検出部２０と、モータハウジング２２に設けられ前記被検出部２０に例えば径方向に対向して近接配置される検出部２１とでなる。この角度センサ１９として、例えばレゾルバが用いられる。この駆動用モータＢでは、その効率を最大にするため、角度センサ１９の検出するモータロータ２５の回転位相に基づき、モータステータ２３のコイル２８へ流す電流の位相が、モータコントローラ（図示せず）によってコントロールされる。

このように、この電気自動車の駆動用モータＢは、モータロータ２５が、回転出力軸２４に外嵌する内周面を断面円形としたロータコア部２９と、このロータコア部２９内に配置される永久磁石３０とでなるＩＰＭモータであって、永久磁石３０のロータコア部２９における外径側に偏った部位の近傍となる周方向位置において、ロータコア部２９の内周面および回転出力軸２４の外周面に、回転出力軸２４に対してモータロータ２５を回り止めする回り止め手段３１を構成する断面非円形の非円形状部２９ａ，２４ａをそれぞれ設けている。この場合、ロータコア部２９の内周面から永久磁石３０までの径方向の肉厚が最も厚くなる周方向位置で、ロータコア部２９の内周面に非円形状部２９ａを設けることから、遠心強度確保のためにロータコア部２９の径方向厚みをより厚く設定する必要がなく、モータロータ２５の外径は大きくならずに済む。このため、モータロータ２５の外径寸法を大きくすることなく、回転出力軸２４に対するモータロータ２５の回り止めが可能となる。また、モータロータ２５の外径寸法が大きくならないので、回転出力軸２４系の回転曲げ固有振動の問題もない。

これにより、モータロータ２５の位置ずれに起因して角度センサ１９の検出が不安定化しコイル２８へ流す電流の位相がずれ出力トルクが変動してしまうのを回避でき、効率を最大に維持できる。特に、図１の車輪用軸受装置のように、駆動用モータＢの出力を高い減速比を有する減速機Ｃを介して駆動輪に伝達する場合、駆動用モータＢでのトルク変動は拡大されて駆動輪に伝達されるが、上記したように駆動用モータＢでの出力トルクの変動を回避できることから、駆動輪にトルク変動が生じるのを防止できる。また、この駆動用モータＢでは、モータロータ２５の回り止め手段３１を設けたことによっても、モータ外径寸法が大きくならないので、図１のようなインホイール型モータとして使用してもホイール内に納まり易い。

また、減速機Ｃがサイクロイド減速機である場合、高い減速比を有するので駆動用モータＡのコンパクト化が可能となるが、この駆動用モータＡでは、モータロータ２５の回り止め手段３１を設けたことによってもモータ外径寸法が大きくならないので、そのコンパクト化を阻害しない。

図５は、この発明の他の実施形態を示す。この電気自動車の駆動用モータＢは、図１〜図４に示す実施形態において、モータロータ２５におけるロータコア部２９の内周面の非円形状部２９ａを内径側に突出する突条形の凸部とし、回転出力軸２４の外周面の非円形状部２４ａを内径側に凹陥して前記凸部に噛み合う溝状の凹部としている。これら突条形の凸部からなる非円形状部２９ａおよび溝状の凹部からなる非円形状部２４ａは、モータロータ２５と回転出力軸２４の嵌合面の全幅に渡り、軸方向に延びて設けられている。その他の構成および作用効果は図１〜図４の実施形態の場合と同様である。

図６は、この発明のさらに他の実施形態を示す。この電気自動車の駆動用モータＢは、図４に示す実施形態において、モータロータ２５におけるロータコア部２９の内周面の非円形状部２９ａを外径側に凹陥する溝状の凹部とし、回転出力軸２４の外周面の非円形状部２４ａを外径側に突出して前記凹部に噛み合う突条形の凸部としている。その他の構成および作用効果は図１〜図４の実施形態の場合と同様である。

図７は、この発明のさらに他の実施形態を示す。この電気自動車の駆動用モータＢは、図４に示す実施形態において、モータロータ２５におけるロータコア部２９の内周面の非円形状部２９ａを外径側に凹陥する溝状の凹部とし、回転出力軸２４の外周面の非円形状部２４ａも内径側に凹陥する溝状の凹部とすると共に、これら両凹部に共に嵌合するキー４６を別に設け、凹部とした両方の非円形状部２４ａ，２９ａと前記キー４６とで、回転出力軸２４に対してモータロータ２５を回り止めする回り止め手段３１を構成している。その他の構成および作用効果は図１〜図４の実施形態の場合と同様である。

２４…回転出力軸
２４ａ…非円形状部
２５…モータロータ
２９…ロータコア部
２９ａ…非円形状部
３０…永久磁石
３１…回り止め手段
４６…キー
Ｂ…駆動用モータ
Ｃ…減速機

Claims (9)

1. モータロータが、回転出力軸に外嵌する内周面を断面円形としたロータコア部と、このロータコア部内に配置される永久磁石とでなり、この永久磁石の前記ロータコア部の外径側に偏った部位の近傍となる周方向位置において、前記ロータコア部の内周面および前記回転出力軸の外周面に、回転出力軸に対してモータロータを回り止めする回り止め手段を構成する断面非円形の非円形状部をそれぞれ設けたことを特徴とする電気自動車の駆動用モータ。
2. 請求項１において、前記ロータコア部および前記回転出力軸の非円形状部が、いずれも軸方向に平行でかつ半径方向に対して垂直であって、互いに合わさる平坦面である電気自動車の駆動用モータ。
3. 請求項１において、前記ロータコア部および前記回転出力軸の非円形状部が、軸方向に沿って延びる凹凸形状である電気自動車の駆動用モータ。
4. 請求項３において、前記ロータコア部の非円形状部が内径側に突出する凸部であり、前記回転出力軸の非円形状部が内径側に凹陥して前記凸部に噛み合う凹部である電気自動車の駆動用モータ。
5. 請求項３において、前記ロータコア部の非円形状部が外径側に凹陥する凹部であり、前記回転出力軸の非円形状部が外径側に突出して前記凹部に噛み合う凸部である電気自動車の駆動用モータ。
6. 請求項３において、前記ロータコア部の非円形状部が外径側に凹陥する凹部であり、前記回転出力軸の非円形状部が内径側に凹陥する凹部であって、これら両凹部と、これら両凹部に共に嵌合するキーとで前記回り止め手段を構成した電気自動車の駆動用モータ。
7. 請求項１ないし請求項６のいずれか１項において、前記モータがホイールに内蔵されるインホイール型モータである電気自動車の駆動用モータ。
8. 請求項１ないし請求項７のいずれか１項において、前記モータの出力が減速機を介してホイールに伝達される電気自動車の駆動用モータ。
9. 請求項８において、前記減速機がサイクロイド減速機である電気自動車の駆動用モータ。

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