JP2011188542A

JP2011188542A - 電気自動車の駆動用モータ

Info

Publication number: JP2011188542A
Application number: JP2010047792A
Authority: JP
Inventors: Takami Ozaki; 孝美尾崎; Yusuke Makino; 祐介牧野; Koichi Okada; 浩一岡田
Original assignee: NTN Corp; NTN Toyo Bearing Co Ltd
Current assignee: NTN Corp
Priority date: 2010-03-04
Filing date: 2010-03-04
Publication date: 2011-09-22
Also published as: EP2544334A1; US20130009522A1; CN102782988A; WO2011108529A1

Abstract

【課題】外径寸法を大きくすることなく、振動によるモータステータの位置ずれを防止でき、位置ずれによるモータ効率低下の防止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】モータステータ２３は、内周面に複数のティース２７ａが突出しかつ外周面が断面円形の磁性体２７と、ティース２７ａに巻回されたコイル２８とでなる。前記磁性体２７の外周面における前記ティース２７ａと同位相の周方向位置に切欠き部２７ｂを設ける。モータステータ２３が保持されるモータハウジング２２の内周面の前記切欠き部２７ｂに対向する周方向位置に、切欠き部２７ｂに噛み合う噛み合い部２２ａを設ける。この噛み合い部２２ａと前記切欠き部２７ｂとでモータステータ２３の回り止め手段３１を構成する。
【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。この電気自動車の駆動用モータでは、その効率を最大にするように、モータのステータに巻かれたコイルへの電流の印加タイミングが、ロータとステータの間の角度によってコントロールされる。そのため、その角度計測のために、高分解能の角度センシングが可能なレゾルバ等の角度センサが使用されている。

特開２００９−２６２６１６号公報特開２００８−１６８７９０号公報

電気自動車の走行時に、その駆動用モータは常に加振された過酷な環境下で使用されることになる。このような過酷な環境下で、万一にも、モータのステータの固定位置が振動により角度センサの位置からずれてしまうことがあると、モータのステータに巻かれたコイルへの電流の印加タイミングを正確にコントロールできなくなる。その結果、モータの効率を悪化させてしまう恐れもある。特に、電気自動車の駆動用モータの出力を、高い減速比を有する減速機を介してタイヤに伝達する場合、角度センサによる前記角度計測の不安定化を原因としたモータのトルク変動が拡大されてタイヤに伝達されるため、モータのコントローラの信頼性が重要となる。

一方、電気自動車の駆動用モータの出力は、一般的に１０ｋＷ以上と大きく、発熱によるモータ損失も大きくなるので、駆動用モータの冷却が課題となっている。特に、上記したように高い減速比を有する減速機を用いた場合には、モータのコンパクト化が可能となり、モータシステム全体を小型化できるが、モータ損失の量は小型化によっても変わらない。このため、高い減速比を有する減速機を用いた場合、小さいモータ体積に対して上記発熱（モータ損失）が大きくなり、駆動用モータの冷却がより重要な課題となる。

この発明の目的は、外径寸法を大きくすることなく、振動によるモータステータの位置ずれを防止でき、位置ずれによるモータ効率低下の防止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。
この発明の他の目的は、外径寸法を大きくすることなく冷却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、モータステータが、内周面に複数のティースが突出しかつ外周面が断面円形の磁性体と、前記ティースに巻回されたコイルとでなり、前記磁性体の外周面における前記ティースと同位相の周方向位置に切欠き部を設けると共に、前記モータステータの外周に嵌合してこのモータステータを保持するモータハウジングの内周面における前記切欠き部に対向する周方向位置に、前記切欠き部に噛み合う噛み合い部を設け、この噛み合い部と前記切欠き部とでモータステータの回り止め手段を構成したことを特徴とする。
この構成によると、モータステータの磁性体の外周面におけるティースと同位相の周方向位置に設けた切欠き部と、モータハウジングの内周面の前記切欠き部に対向する周方向位置に設けた噛み合い部とでモータステータの回り止め手段を構成している。このため、モータステータとモータロータの間の角度を検出する角度センサに対してモータステータの固定位置が振動によってずれることが阻止される。これにより、位置ずれに起因して角度センサの検出が不安定化しコイルへの電流の印加タイミングがずれ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。なお、モータステータの磁性体の外周部におけるティースと同位相の周方向位置はモータの駆動力を引き出す磁束密度が小さい領域であり、その外周面に切欠き部を設けても、モータ駆動への影響は小さい。また、モータステータの外周面に切欠き部を設けることから、モータハウジングの外径は大きくならずに済む。その結果、モータの外径寸法を大きくすることなく、振動によるモータステータの位置ずれを防止でき、位置ずれによるモータ効率低下の防止が可能となる。

この発明において、前記モータステータの切欠き部が、前記ステータコアの外周面の一部を平坦面に切り欠いた形状であり、前記モータハウジングの噛み合い部が、前記平坦面の切欠き部に合わさる平坦面であっても良い。すなわち、ステータコアの外周面を成す円筒面を、断面が前記円筒面の円弧に対する弦となる平坦面で切り欠いた形状とする。モータステータの切欠き部をこのような平坦面とした場合は、切欠き部の形成によるモータステータの強度低下が回避できる。
また、この発明において、前記モータステータの切欠き部が、内径側に軸方向に沿って溝状に凹陥する凹部であり、前記モータハウジングの噛み合い部が内径側に軸方向に沿って突出する凸部であっても良い。このように溝状の凹部と凸部とを噛み合わせる形状した場合、回り止め効果の確実性が高められる。

この発明において、前記モータステータの切欠き部を複数設けると共に、前記モータハウジングの内周面には前記複数の切欠き部のうちの一部の切欠き部に噛み合う噛み合い部を設け、噛み合い部と噛み合わない他の切欠き部を冷却液流路としても良い。
このように、モータステータの一部の切欠き部を冷却液流路として用いた場合、モータの外径寸法を大きくすることなく、モータステータの冷却が可能になる。また、回り止め手段となる切欠き部と冷却液流路となる切欠き部とにつき、加工の共通性が図れ、生産性が向上する。さらに、これら回り止め手段となる切欠き部と冷却液流路となる切欠き部が設けられることにより、円周方向に分散して切欠き部が設けられることになり、切欠き部の形成による磁気抵抗の変化部分や強度の変化部分が円周方向にバランス良く配置されることになる。

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、モータステ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、ホイールの内周の規定された半径内に納まり易い。

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、角度センサに対してモータステ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、駆動用モータにはステータの回り止め手段が設けられておりモータステ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が、モータが小型化されてもその損失の量は変わらない。このため、小さいモータ体積に対して発熱（損失）が大きくなるが、この場合に、モータステータの一部の切欠き部を冷却液流路として用いることにより、モータを有効に冷却できる。

この発明の電気自動車の駆動用モータは、モータステータが、内周面に複数のティースが突出しかつ外周面が断面円形の磁性体と、前記ティースに巻回されたコイルとでなり、前記磁性体の外周面における前記ティースと同位相の周方向位置に切欠き部を設けると共に、前記モータステータの外周に嵌合してこのモータステータを保持するモータハウジングの内周面における前記切欠き部に対向する周方向位置に、前記切欠き部に噛み合う噛み合い部を設け、この噛み合い部と前記切欠き部とでモータステータの回り止め手段を構成したため、外径寸法を大きくすることなく、振動によるモータステータの位置ずれを防止でき、位置ずれによるモータ効率低下の防止が可能となる。

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の出力軸２４に同軸に連結される入力軸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、ホイールおよび制動部品（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を介して入力軸３２の各偏心部３２ａ，３２ｂに装着してある。曲線板３４ａ，３４ｂ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の外形がサイクロイド曲線の減速機、およびトロコイド曲線の減速機を含む。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。入力軸３２は、駆動用モータＢの出力軸２４とスプライン結合されて一体に回転する。なお、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の出力軸２４が回転すると、これと一体回転する入力軸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。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、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ものである。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。

ステータコア部２７の外周面における前記ティース２７ａと同位相となる周方向の複数位置（ここでは３位置）には切欠き部２７ｂが設けられている。また、ステータコア部２７が保持されるモータハウジング２２の内周面の前記切欠き部２７ｂに対向する周方向位置には切欠き部２７ｂに噛み合う噛み合い部２２ａが設けられている。ステータコア部２７の切欠き部２７ｂとこれに噛み合うモータハウジング２２の噛み合い部２２ａとで、モータハウジング２２に対してモータステータ２３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。ここでは、ステータコア部２７の切欠き部２７ｂは、ステータコア部２７の外周面の一部を平坦面に切り欠いて形成され、モータハウジング２２の噛み合い部２２ａは前記平坦面に倣う平坦面として形成されている。なお、ステータコア部２７の外周部における前記ティース２７ａと同位相となる周方向位置はモータＢの駆動力を引き出す磁束密度が小さい領域であり、その外周面に切欠き部２７ｂを設けても、モータ駆動への影響は小さい。

モータロータ２５は、モータステータ２３と同心に出力軸２４に設けられるリング状のロータコア部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。永久磁石３０は、ロータコア部２９の内部に円周方向に等配して設けられる。

また、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、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への電流の印加タイミングが、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では、モータステータ２３の構成部品である磁性体からなるステータコア部２７の外周面におけるティース２７ａと同位相の周方向位置に切欠き部２７ｂを設けると共に、モータステータ２３が保持されるモータハウジング２２の内周面の前記切欠き部２７ｂに対向する周方向位置に切欠き部２７ｂに噛み合う噛み合い部２２ａを設け、この噛み合い部２２ｂと前記切欠き部２７ｂとでモータステータ２３の回り止め手段３１を構成している。この場合、モータステータ２３の外周面に切欠き部２７ｂを設けることから、モータハウジング２２の外径は大きくならずに済む。このため、モータ外径寸法を大きくすることなく、モータステータ２３の回り止めが可能となり、図１のように過酷な環境下での使用となるインホイール型モータとして使用される場合でも、振動により角度センサ１９に対してモータステータ２３の固定位置がずれるのを阻止できる。これにより、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への電流の印加タイミング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、モータステータ２３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。

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、モータステータ２３におけるステータコア部２７の外周面の切欠き部２７ｂを、内径側に凹陥する凹部とし、モータハウジング２２の噛み合い部２２ａを内径側に突出する凸部としている。また、この実施形態では、ステータコア部２７の外周面における各ティース２７ａと同位相となるすべての周方向位置に切欠き部２７ｂを設けている。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５に示す実施形態において、モータハウジング２２の内周面には、ステータコア部２７の複数の切欠き部２７ｂのうち一部の切欠き部２７ｂに噛み合う噛み合い部２２ａを設け、噛み合い部２２ａと噛み合わない他の切欠き部を冷却液流路４６としている。

図１には、前記冷却液流路４６の上流側となる冷却液流路４７を出力軸２４に形成した例を示している。この場合の上流側冷却液流路４７は、出力軸２４のインボード側端の中心からアウトボード側の途中まで延びる経路４７ａと、この経路４７ａの先端から外径側に折れ曲がって延びる経路４７ｂと、この経路４７ｂからモータハウジング２２のインード側端壁２２ｂの外径側に向けて斜めに折れ曲がって開口する経路４７ｃとでなる。上流側冷却液流路４７へは、例えばモータハウジング２２の周壁に設けられた別の冷却液流路４５と共通の外部の冷却液供給源（図示せず）から冷却液が供給される。供給された冷却液は、モータロータ２５の回転による遠心力により、同図に矢印で示すように経路４７ｃからモータハウジング２２のインボード側端壁２２ｂに噴射され、その端壁２２ｂに沿ってステータコア部２７の冷却液流路４６へと流れる。

このように、この実施形態では、ステータコア部２７の外周面に設けた複数の切欠き部２７ｂのうちの一部を冷却液流路４６として用いているので、外径寸法を大きくすることなく、さらなるモータステータ２３の冷却が可能になる。とくに、図１のように高い減速比を有する減速機Ｃを用いた場合には、駆動用モータＢのコンパクト化が可能となり、モータシステム全体を小型化できるが、小さいモータ体積に対して発熱（モータ損失）が大きくなる。そこで、この実施形態のように、別の冷却液流路４６を確保することで、駆動用モータＢを効果的に冷却できる。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、モータハウジング２２の内周面には、ステータコア部２７の平坦面とした複数の切欠き部２７ｂのうち一部の切欠き部２７ｂに噛み合う噛み合い部２２ａを設け、噛み合い部２２ａと噛み合わない他の切欠き部２７ｂを冷却液流路４６としている。その他の構成および作用効果は図６の実施形態の場合と同様である。

２２…モータハウジング
２２ａ…噛み合い部
２３…モータステータ
２７…ステータコア部（磁性体）
２７ａ…ティース
２７ｂ…切欠き部
２８…コイル
３１…回り止め手段
４６…冷却液流路
Ｂ…駆動用モータ
Ｃ…減速機

Claims

モータステータが、内周面に複数のティースが突出しかつ外周面が断面円形の磁性体と、前記ティースに巻回されたコイルとでなり、前記磁性体の外周面における前記ティースと同位相の周方向位置に切欠き部を設けると共に、前記モータステータの外周に嵌合してこのモータステータを保持するモータハウジングの内周面における前記切欠き部に対向する周方向位置に、前記切欠き部に噛み合う噛み合い部を設け、この噛み合い部と前記切欠き部とでモータステータの回り止め手段を構成したことを特徴とする電気自動車の駆動用モータ。
請求項１において、前記モータステータの切欠き部が、前記ステータコアの外周面の一部を平坦面に切り欠いた形状であり、前記モータハウジングの噛み合い部が、前記平坦面の切欠き部に合わさる平坦面である電気自動車の駆動用モータ。
請求項１において、前記モータステータの切欠き部が、内径側に軸方向に沿って溝状に凹陥する凹部であり、前記モータハウジングの噛み合い部が内径側に軸方向に沿って突出する凸部である電気自動車の駆動用モータ。
請求項１ないし請求項３のいずれか１項において、前記モータステータの切欠き部を複数設けると共に、前記モータハウジングの内周面には前記複数の切欠き部のうちの一部の切欠き部に噛み合う噛み合い部を設け、噛み合い部と噛み合わない他の切欠き部を冷却液流路とした電気自動車の駆動用モータ。
請求項１ないし請求項４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。
請求項１ないし請求項５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。
請求項６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。