JPH0899538A - 車両用ホイールモータ - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【目的】 簡単な構造で人力による車両の押し引きを容
易にすることができるとともに、発進直後、停止直前な
どの極低速時における騒音の発生を抑制することができ
る車両用ホイールモータを提供する。 【構成】 車両用ホイールモータ１では、減速機５の減
速比を１／１０以下に設定し、電動機４の固定子７０を
閉スロット鉄心で構成すると共に、電動機４の回転子８
の磁極８ｃの数と固定子７０のスロット数との比を非整
数倍となるように設定している。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は、荷役運搬車などの産業
車両の駆動源として用いられ、減速機付き電動機を産業
車両の車輪に一体的に取り付けて構成される車両用ホイ
ールモータに関する。

【０００２】

【従来の技術】荷役運搬車などの産業車両の駆動源とし
て用いられている車両用ホイールモータとしては、遊星
歯車減速機を内蔵しているものや、回転電動機の回転出
力を歯車減速機を介して車輪に伝達するものなどが知ら
れている（特公昭５９−２６４８６号公報）。

【０００３】上述の各車両用ホイールモータは、通常、
電動機を小型大出力にするために、回転数を比較的高く
するとともに出力回転数を比較的低速にする必要から、
その減速機の減速比は、１／２０以上に設定され、例え
ば、電動機の回転数を３０００ｒｐｍとして、減速機の
減速比は車輪に伝達される出力回転数が１５０ｒｐｍ程
度になるように設定されている。

【０００４】

【発明が解決しようとする課題】しかし、上述の各従来
の車両用ホイールモータでは、使用する歯車数が多くか
つ各歯車の噛合い回転数が高いため、バッテリーあがり
またはモータの故障が発生すると、車両の押し引きに要
する牽引力が非常に大きくて、人力による車両の押し引
きを容易にすることができない。

【０００５】このような人力による車両の押し引きを容
易にするために、必要に応じて減速機を構成する歯車の
一部の噛合せを外部から解除する手段を有する車両用ホ
イールモータも提案されている（実開昭６２−１６１０
２６号公報記載）が、減速機を構成する歯車の一部の噛
合せを解除する手段を設けることによって構造がたいへ
ん複雑になっている。

【０００６】これに対し、減速機の減速比を１／１０以
下に設定すれば、減速機を構成する歯車の一部の噛合せ
を解除する手段を設けなくても、バッテリーあがりまた
はモータの故障発生時における人力による車両の押し引
きが比較的容易になり、構造が簡素化されるが、上述の
ように出力回転数を比較的低速にする必要があるため、
減速機の減速比を１／１０以下に設定することによっ
て、電動機の回転数を大幅に低下させる必要がある。

【０００７】しかし、電動機の回転数を大幅に低下させ
ると、発進直後、停止直前などの極低速時に、車両重量
等の大きな荷重が掛かっている車輪から受ける大きな反
作用負荷と電動機の低トルク時のトルク脈動すなわちコ
ギングとの関係によって減速機の各歯車の打音が発生す
ることになり、この打音が人に不快感を与える騒音にな
ることがわかった。

【０００８】本発明の目的は、簡単な構造で人力による
車両の押し引きを容易にすることができるとともに、発
進直後、停止直前などの極低速時における騒音の発生を
抑制することができる車両用ホイールモータを提供する
ことにある。

【０００９】

【課題を解決するための手段】請求項１記載の発明は、
減速機付き電動機を車輪に一体的に取り付けて構成され
る車両用ホイールモータにおいて、前記減速機の減速比
を１／１０以下に設定し、前記電動機の固定子を閉スロ
ット鉄心で構成すると共に、前記電動機の回転子の磁極
数と前記固定子のスロット数との比を非整数倍となるよ
うに設定したことを特徴とする。

【００１０】請求項２記載の発明は、請求項１記載の車
両用ホイールモータにおいて、前記固定子を構成する閉
スロット鉄心は、内周面に前記回転子が対向配置される
リング状の連結部から外方に向けて放射状にそれぞれ伸
びる複数の磁極歯が形成された磁極部鉄心と、前記磁極
部鉄心の外方を囲むように配置され、内周部に複数の溝
が形成されたヨーク部鉄心とを有し、前記各磁極歯は対
応する溝にそれぞれ嵌合され、前記連結部は前記磁極歯
間の中央部位に向けて半径方向幅寸法が漸次に小さくな
るように形成されていることを特徴とする。

【００１１】請求項３記載の発明は、請求項２記載の車
両用ホイールモータにおいて、前記連結部における最小
半径方向幅寸法は、前記連結部の内径寸法の１％から３
％までの範囲内の寸法に設定されていることを特徴とす
る。

【００１２】

【作用】請求項１記載の車両用ホイールモータでは、減
速機の減速比を１／１０以下に設定し、電動機の固定子
を閉スロット鉄心で構成すると共に、電動機の回転子の
磁極数と固定子のスロット数との比を非整数倍となるよ
うに設定したから、車両の押し引きに要する牽引力が人
力で容易に車両を押し引き可能な大きさまで低下される
とともに、磁極数に起因する磁束の変動とか各スロット
間での磁束の急激な変動に起因するコギングを抑制し
て、発進直後、停止直前などの極低速時に車両重量等の
大きな荷重が掛かっている車輪から受ける大きな反作用
負荷と電動機のコギングとの関係によって発生するる歯
車の打音が抑制される。

【００１３】請求項２記載の車両用ホイールモータで
は、固定子を構成する閉スロット鉄心が、内周面に回転
子が対向配置されるリング状の連結部から外方に向けて
放射状にそれぞれ伸びる複数の磁極歯が形成された磁極
部鉄心と、磁極部鉄心の外方を囲むように配置され、内
周部に複数の溝が形成されたヨーク部鉄心とを有し、各
磁極歯が対応する溝にそれぞれ嵌合され、連結部が磁極
歯間の中央部位に向けて半径方向幅寸法が漸次に小さく
なるように形成されているから、極低速時における電動
機のコギングの発生を抑制しながら固定子の自巳インダ
クタンス増加に起因する電動機の効率の低下が抑制され
る。

【００１４】請求項３記載の車両用ホイールモータで
は、連結部における最小半径方向幅寸法が連結部の内径
寸法の１％から３％までの範囲内の寸法に設定されてい
るから、自己インダクタンスの増加による効率低下を抑
制しつつも、プレス成形などによって磁極部鉄心を形成
する際、連結部における十分な強度を確保することがで
きる。

【００１５】

【実施例】以下に、本発明の実施例について図を参照し
ながら説明する。

【００１６】図１は本発明の車両用ホイールモータの一
実施例の構成を示す縦断面図、図２は図１の車両用ホイ
ールモータの電動機の固定子と回転子との構成をそれぞ
れ示す図である。

【００１７】産業車両に駆動源として用いられる車両用
ホイールモータ１は、図１に示すように、タイヤ（車
輪）２を装着したホイール３の内側に配置されたハウジ
ング６０を備え、ハウジング６０内には電動機４と歯車
減速機５とが内蔵されている。電動機４の回転出力は歯
車減速機５を介してホイール３に伝達され、この伝達さ
れた回転力によってホイール３は回転駆動される。

【００１８】ハウジング６０は、略椀形の外側ケース６
１と内側ケース６２との間に仕切板６３を介挿した構成
からなる。内側ケース６２と仕切板６３とはボルト１０
により締結され、外側ケース６１と仕切板６３とは、ボ
ルト（図示せず）により締結されている。外側ケース６
１、内側ケース６２および仕切板６３は、アルミダイカ
ストによって鋳造される。

【００１９】外側ケース６１の中央には軸挿通孔６１ａ
が形成されると共に、外側ケース６１の内側（ハウジン
グ６０の内部）には馬蹄形の空間Ｓを形成するための仕
切壁部６１ｂが形成されている。

【００２０】内側ケース６２は、ボルト（図示せず）で
車輌本体側（図示せず）に固定されている。

【００２１】電動機４は、内側ケース６２内に収納さ
れ、閉スロット鉄心から構成される固定子（ステータ）
７０と、この固定子７０の内側に回転自在に設けられて
いる回転子（ロータ）８と、この回転子８の回転出力を
歯車減速機５を介してホイール３に伝達する出力軸９と
を有する。

【００２２】固定子７０は、図２に示すように、磁極部
鉄心７１と磁極部鉄心７１の外方を囲むように配置され
ているヨーク部鉄心７２とを含む。磁極部鉄心７１は、
内周面に回転子８が対向配置されるリング状の連結部７
１ａから外方に向けて放射状に伸びる複数の磁極子歯７
１ｂ形成用突起が形成されている磁性薄板を多数枚積層
することによって構成されている。各磁極歯７１ｂは連
結部７１ａの周方向に等間隔に配列されている。なお、
本実施例では、磁極歯７１ｂの数を１２に設定し、各磁
極歯７１ｂ間に連結部７１ａによって形成される閉スロ
ットの数は１２となる。

【００２３】連結部７１ａは、磁極歯７１ｂ間の中央部
位に向けて半径方向幅寸法が漸次に小さくなるように外
周側がテーパ上に形成され、中央部位における半径方向
幅寸法ｌは連結部７ｅの内径寸法Ｌに対し２％に設定さ
れている。なお、本実施例では、ｌをＬに対し２％に設
定しているが、中央部位における半径方向幅寸法ｌを連
結部７１ａの内径寸法Ｌに対し１％から３％までの範囲
内寸法に収まるように設定すればよく、これにより、磁
性薄板を１枚づつプレスで打ち抜き加工する際に最小半
径幅寸法部分の十分な強度を確保することができる。ま
た、磁極歯７１ｂ間の中央部位に向う傾斜角度θは，固
定子７０中心から中央部位（最小幅寸法部位）を通る直
線に対し６０度に設定されている。

【００２４】各磁極歯７１ｂには、コイルボビン７３を
介して３相の界磁コイル７４が巻回され、界磁コイル７
４によって回転磁界が発生される。

【００２５】ヨーク部鉄心７２は、内周部に複数の切欠
が形成されたリング状の磁性薄板を多数枚積層すること
によって構成されている。この内周部の各切欠は嵌合溝
７２ｂを形成し、各嵌合溝７２ｂには対応する磁極部鉄
心７１の磁極歯７１ｂの先端が嵌合されている。なお、
本実施例では、嵌合溝７２ｂの数は１２である。

【００２６】ヨーク部鉄心７２の外周部には、固定子７
０を仕切板６３に固定するためのボルト１３を受け入れ
るボルト挿通孔７２ａが設けられている。

【００２７】回転子８は、図１に示すように、その軸長
全体に亘って回転中心孔である軸挿通孔（回転中心孔，
中空部）８ａが設けられている回転子本体８ｂを含む。
回転子本体８ｂの外周部には、図２に示すように、その
周方向に等間隔に配列されている複数のスキュー着磁マ
グネット８ｃが装着されている。なお、本実施例では、
スキュー着磁マグネット８ｃのスキュー角度を１０度と
し、スキュー着磁マグネット８ｃの数と閉スロットの数
との比が非整数倍になるように、スキュー着磁マグネッ
ト８ｃの数を８としている。

【００２８】回転子本体８ｂの内周部の軸長は外周部の
軸長よりも長く、その部分には、歯車減速機５の第１の
歯車５ａを構成する歯が形成されている。回転子本体８
ｂの軸長の短い外周部は、固定子７０の内周部に回転自
在に対向配置され、回転子本体８ｂの軸長の短い内周部
の両端に圧入されたボールベアリング等の軸受１４ａ，
１４ｂを介して出力軸９を中心として回転するように構
成されている。

【００２９】出力軸９の一端部には取付フランジ１５が
一体的に形成され、取付フランジ１５はボルト１６およ
びナット１７でホイール３のハブ３ａに固定されてい
る。出力軸９の一端部は外側ケース６１の軸挿通孔６１
ａにボールベアリング等の軸受１８を介して、その他端
部は内側ケース６２の中央凹部にボールベアリング等の
軸受１９を介してそれぞれ回転自在に支承されている。
出力軸９は、回転子８の軸挿通孔８ａ内を非接触状態で
挿通（貫通）されている。

【００３０】固定子７０と回転子８とを主構成要素とす
る電動機４は、その軸方向の長さが短いフラット型のブ
ラシレス電動機からなり、ホイールモータ１全体として
の出力軸９方向寸法が短くなるように構成されている。
電動機４の出力回転数は７５０ｒｐｍである。

【００３１】歯車減速機５は、複数（本実施例では４
個）の歯車５ａ、５ｂ、５ｃ，５ｄを備えた２段減速機
からなる。すなわち、第１の歯車５ａは、上述したよう
に回転子８の他端側（図１において左端側）に同軸状に
一体形成されている。第２および第３歯車５ｂ、５ｃ
は、互いに一体的に回転するように同一の回転軸（支持
軸）２０に固定され、第２歯車５ｂは第１歯車５ａに噛
み合されている。

【００３２】支持軸２０は、出力軸９と偏心して出力軸
９の下方に配置されている。支持軸２０の一端部は仕切
板６３の凹部にボールベアリング等の軸受２１を介し
て、その他端部は外側ケース６１の凹部にボールベアリ
ング等の軸受２２を介してそれぞれ回転自在に支承され
ている。

【００３３】第４（最終段）歯車５ｄは、出力軸９と一
体的に回転するように出力軸９に固定されている。この
第４歯車５ｄには第３歯車５ｃが噛み合わされている。
従って、固定子７０により生成された回転磁界の作用に
より回転子８が回転すると、回転子８に一体形成された
第１歯車５ａが回転子８と同一の回転数で回転する。第
１歯車５ａの回転出力は、第２および第３歯車５ｂ、５
ｃで減速された後に第４歯車５ｄに伝達され、第４歯車
５ｄの減速回転に伴い出力軸９およびホイール３は第４
歯車５ｄと同一の回転数で回転子８と同方向に回転す
る。

【００３４】例えば、回転子８が７５０ｒｐｍで正回転
すると、回転出力軸９とホイール３とは、歯車減速機５
により減速されて１５０ｒｐｍで正回転し、その減速比
は１／５である。

【００３５】仕切板６３の中央部には、回転子本体８ｂ
の軸長を非接触状態で挿通（貫通）するための挿通孔６
３ｂが形成されている。仕切板６３と外側ケース６１の
馬蹄形の仕切壁部６１ｂとで形成される空間Ｓには、電
動機４を駆動するための制御回路を形成するための第１
基板２３が、ビス（図示せず）により取り付けられてい
る。また、仕切板６３の裏面（第１基板２３の配設面と
は反対の面）にも、制御回路からの信号で駆動されて電
動機４へ駆動電流を供給する駆動回路用のドーナツ形の
第２基板２５が取り付けられている。このように、制御
回路用の空間を馬蹄形とすることによって、限られたハ
ウジング６０内の空間において、制御回路用の収容空間
を可能な限り広く採ることが可能になる。

【００３６】馬蹄形の第１基板２３には、電動機４を駆
動するための制御回路を構成する各種の回路素子（図示
せず）が取り付けられ、ドーナツ形の第２基板２５に
は、界磁コイル７３に電流を供給するためのパワートラ
ンジスタ（パワーＭＯＳＦＥＴ）２５ａ等が取り付けら
れている。なお、仕切板６３と第１基板２３、第２基板
２５との間には、絶縁シートフィルム（図示せず）が介
挿されている。

【００３７】電動機４の回転子８の位置は位置検出部２
６で検出される。位置検出部２６は、回転子８の上面に
埋設されたリング状マグネット２６ａと、このリング状
マグネット２６ａと対向する第２基板２５上の位置に所
定角度（例えば１２０度）間隔で取り付けられた磁極セ
ンサ２６ｂとから構成されている。

【００３８】なお、この磁極センサ２６ｂとしては、ホ
ール素子等の磁気センサを使用することもでき、また位
置検出部２６としては光センサによる位置検出等の種々
の公知手段から構成することが可能である。

【００３９】上述したように、減速機５の減速比が１／
１０以下に設定されているから、使用する歯車数が少な
くかつ各歯車５ａ，５ｂ，５ｃ，５ｄの噛合い回転数が
低くなるともに、構造が簡単になり、バッテリーあがり
またはモータの故障発生時における車両の押し引きに要
する牽引力が人力で車両を容易に押し引き可能な大きさ
まで低下され、簡単な構造で人力による車両の押し引き
を容易にすることができる。

【００４０】また、電動機４の固定子７０を閉スロット
鉄心で構成すると共に、電動機４の回転子８の磁極数
（８）と固定子７０のスロット数（１２）との比を非整
数倍となるように設定したから、発進直後、停止直前な
どの極低速時に車輪２から受ける大きな反作用負荷と電
動機４のコギングとの関係による各歯車５ａ，５ｂ，５
ｃ，５ｄの打音の発生が抑制され、発進直後、停止直前
などの極低速時における騒音の発生を抑制することがで
きる。

【００４１】さらに、本実施例のように、回転子８にス
キュー着磁マグネット８ｃを装着することによって、極
低速時における電動機４の低トルク時のトルク脈動すな
わちコギングの発生をより確実に抑制することができ
る。

【００４２】さらに、固定子４を閉スロット鉄心で構成
し、連結部７１ａを磁極歯７１ｂ間の中央部位に向けて
半径方向幅寸法が漸次に小さくなるように形成している
から、極低速時における電動機４のコギングの発生を抑
制しながら自巳インダクタンスの増加に起因する電動機
４の効率の低下が抑制される。

【００４３】さらに、連結部７１ａにおける最小外径方
向幅寸法ｌが連結部７１ａの内径寸法Ｌの２％に設定さ
れているから、自己インダクタンスの増加による効率低
下を抑制しつつも、プレス成形などによって磁極部鉄心
７１を形成する際、連結部７１ａにおける最小外径方向
幅寸法を有する部位の十分な強度を確保することができ
る。なお、連結部７１ａにおける最小半径方向幅寸法ｌ
が連結部７１ａの内径寸法Ｌの１％から３％の範囲内で
あれば、同様の効果を得ることができる。

【００４４】なお、本実施例では、回転子８にスキュー
着磁マグネット８ｃを装着しているが、これに代えて、
正弦波着磁マグネットを装着することによっても同様の
効果を得ることができる。

【００４５】また、本実施例では、スキュー着磁マグネ
ット８ｃの数と閉スロットの数との比が非整数倍になる
ように、スキュー着磁マグネット８ｃの数を８、閉スロ
ットの数を１２としているが、スキュー着磁マグネット
８ｃの数、閉スロットの数はこれに限定されるものでは
ない。

【００４６】

【発明の効果】以上に説明したように、請求項１記載の
車両用ホイールモータによれば、減速機の減速比を１／
１０以下に設定し、電動機の固定子を閉スロット鉄心で
構成すると共に、電動機の回転子の磁極数と固定子のス
ロット数との比を非整数倍となるように設定したから、
車両の押し引きに要する牽引力が人力で車両を容易に押
し引き可能な大きさまで低下されるとともに、磁極数に
起因する磁束に変動とか各スロット間での磁束の急激な
変動に起因するコギングを抑制して、発進直後、停止直
前などの極低速時に車両重量などの大きな負荷が掛かっ
ている車輪から受ける大きな反作用負荷と電動機のコギ
ングとの関係によって発生する歯車の打音が抑制され、
簡単な構造で人力による車両の押し引きを容易にするこ
とができるとともに、発進直後、停止直前などの極低速
時における騒音の発生を抑制することができる。

【００４７】請求項２記載の車両用ホイールモータによ
れば、固定子を構成する閉スロット鉄心が、内周面に回
転子が対向配置されるリング状の連結部から外方に向け
て放射状にそれぞれ伸びる複数の磁極歯が形成された磁
極部鉄心と、磁極部鉄心の外方を囲むように配置され、
内周部に複数の溝が形成されたヨーク部鉄心とを有し、
各磁極歯が対応する溝にそれぞれ嵌合され、連結部が磁
極歯間の中央部位に向けて半径方向幅寸法が漸次に小さ
くなるように形成されているから、極低速時における電
動機のコギングの発生を抑制しながら固定子の自巳イン
ダクタンス増加に起因する電動機の効率の低下を抑制す
ることができる。

【００４８】請求項３記載の車両用ホイールモータによ
れば、連結部における最小半径方向幅寸法が連結部の内
径寸法の１％から３％までの範囲内の寸法に設定されて
いるから、自己インダクタンスの増加による効率低下を
抑制しつつも、プレス成形などによって磁極部鉄心を形
成する際、連結部における十分な強度を確保することが
できる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の車両用ホイールモータの一実施例の構
成を示す縦断面図である。

【図２】図１の車両用ホイールモータの電動機の固定子
と回転子との構成をそれぞれ示す図である。

【符号の説明】

１…ホイールモータ ３…ホイール ４…電動機 ５…歯車減速機 ５ａ…第１歯車 ５ｂ…第２歯車 ５ｃ…第３歯車 ５ｄ…第４歯車（最終段歯車） ８…回転子 ８ｃ…スキュー着磁マグネット ６０…ハウジング ７０…固定子 ７１…磁極部鉄心 ７１ａ…連結部 ７１ｂ…磁極歯 ７２…ヨーク部鉄心 ７２ｂ…嵌合溝

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 飯嶋 良洋 埼玉県和光市中央１丁目４番１号 株式会 社本田技術研究所内

Claims (3)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 減速機付き電動機を車輪に一体的に取り
   付けて構成される車両用ホイールモータにおいて、前記
   減速機の減速比を１／１０以下に設定し、前記電動機の
   固定子を閉スロット鉄心で構成すると共に、前記電動機
   の回転子の磁極数と前記固定子のスロット数との比を非
   整数倍となるように設定したことを特徴とする車両用ホ
   イールモータ。
2. 【請求項２】 前記固定子を構成する閉スロット鉄心
   は、内周面に前記回転子が対向配置されるリング状の連
   結部から外方に向けて放射状にそれぞれ伸びる複数の磁
   極歯が形成された磁極部鉄心と、前記磁極部鉄心の外方
   を囲むように配置され、内周部に複数の溝が形成された
   ヨーク部鉄心とを有し、前記各磁極歯は対応する溝にそ
   れぞれ嵌合され、前記連結部は前記磁極歯間の中央部位
   に向けて半径方向幅寸法が漸次に小さくなるように形成
   されていることを特徴とする請求項１記載の車両用ホイ
   ールモータ。
3. 【請求項３】 前記連結部における最小半径方向幅寸法
   は、前記連結部の内径寸法の１％から３％までの範囲内
   の寸法に設定されていることを特徴とする請求項２記載
   の車両用ホイールモータ。