特開 2023-103013 モータ及び車両

(19)【発行国】日本国特許庁(JP)

(12)【公報種別】公開特許公報(A)

(11)【公開番号】P2023103013

(43)【公開日】2023-07-26

(54)【発明の名称】モータ及び車両

(51)【国際特許分類】

   H02K 1/12 20060101AFI20230719BHJP

   H02K 1/14 20060101ALI20230719BHJP

   B60K 7/00 20060101ALI20230719BHJP

【ＦＩ】

H02K1/12 A

H02K1/14 Z

B60K7/00

【審査請求】未請求

【請求項の数】8

【出願形態】ＯＬ

(21)【出願番号】P 2022003824

(22)【出願日】2022-01-13

(71)【出願人】

【識別番号】000232302

【氏名又は名称】ニデック株式会社

(74)【代理人】

【識別番号】110001933

【氏名又は名称】弁理士法人 佐野特許事務所

(72)【発明者】

【氏名】奥村 将徳

【テーマコード（参考）】

3D235

5H601

【Ｆターム（参考）】

3D235AA23

3D235BB18

3D235CC42

3D235DD13

3D235FF32

3D235FF35

3D235GA01

5H601AA04

5H601BB20

5H601CC01

5H601CC13

5H601CC15

5H601DD02

5H601DD10

5H601DD11

5H601EE30

5H601FF17

5H601GA02

5H601GA37

5H601GB05

5H601GB12

5H601GB33

5H601GB48

(57)【要約】      （修正有）

【課題】磁気特性に影響を与えることなく、重量を低減したモータを提供する。
【解決手段】モータは、上下方向に延びる中心軸の径方向外側に位置し、中心軸を中心として回転可能なロータ２と、ロータの径方向内側に、ロータと径方向に対向して配置されるステータ３と、を有する。ステータは、環状のコアバック３１１及びコアバックから径方向外側に延びる複数のティース３１２を有するステータコア３１と、ティースに配置される巻線と、を有する。巻線は、周方向に隣り合うティースの間であるスロット３１３内に配置される。コアバックは、径方向内周部において軸方向に延びて径方向外側に凹む切り欠き部３１４を周方向に複数有する。
【選択図】図３

【特許請求の範囲】

【請求項1】

上下方向に延びる中心軸の径方向外側に位置し、前記中心軸を中心として回転可能なロータと、
前記ロータの径方向内側に、前記ロータと径方向に対向して配置されるステータと、
を有し、
前記ステータは、
前記中心軸を中心とする環状のコアバック、及び前記コアバックから径方向外側に延びて周方向に配置される複数のティースを有するステータコアと、
前記ティースに配置される巻線と、
を有し、
前記巻線は、周方向に隣り合う前記ティースの間であるスロット内に配置され、
前記コアバックは、径方向内周部において軸方向に延びて径方向外側に凹む切り欠き部を周方向に複数有する、モータ。

【請求項2】

前記切り欠き部と前記スロットとの軸方向に垂直な面内における最短距離は、前記ティースの周方向の最小長さの１／２以上の長さである、請求項１に記載のモータ。

【請求項3】

前記切り欠き部と前記スロットとの軸方向に垂直な面内における最短距離は、前記ティースの周方向の最小長さの１／２の長さである、請求項２に記載のモータ。

【請求項4】

前記切り欠き部の周方向中央は、前記ティースの径方向外縁部の周方向中央と、前記中心軸とを結ぶ直線上に位置する、請求項１から請求項３のいずれかに記載のモータ。

【請求項5】

前記切り欠き部の周方向中央と前記スロットとの軸方向に垂直な面内における距離は、前記切り欠き部と前記スロットとの軸方向に垂直な面内における最短距離よりも長い、請求項１から請求項４のいずれかに記載のモータ。

【請求項6】

前記切り欠き部の内面は、軸方向から見て円弧形状である、請求項１から請求項５のいずれかに記載のモータ。

【請求項7】

前記ステータコアと、前記巻線との間に配置される絶縁部材と、
前記ステータコアの軸方向の少なくとも一方側の端面に配置されて軸方向他方側に凹み、前記絶縁部材が結合される凹部と、
を有し、
前記切り欠き部と前記凹部とは、前記コアバックにおいて周方向に並んで配置される、請求項１から請求項６のいずれかに記載のモータ。

【請求項8】

請求項１から請求項７のいずれかに記載のモータを備える、車両。

【発明の詳細な説明】

【技術分野】

【0001】

本発明は、モータ及び車両に関する。

【背景技術】

【0002】

従来、アウターロータ型のモータでは、径方向内側に位置するステータのステータコアと、径方向外側に位置するロータのマグネットとが径方向に対向して配置される。ステータコアと、マグネットとは、軸方向において概ね同じ長さを有し、それらの軸方向の全域にわたって径方向に対向する（例えば、特許文献１参照）。

【先行技術文献】

【特許文献】

【0003】

【特許文献1】特開２００２－２３３１２２公報

【発明の概要】

【発明が解決しようとする課題】

【0004】

従来技術では、好適な磁気特性を得ようとすると、ステータコアの軸方向長さが長くなり、モータの重量が大きくなることに課題があった。

【0005】

上記の点に鑑み、本開示は、磁気特性に影響を与えることなく、モータの重量を低減することが可能な技術を提供することを目的とする。

【課題を解決するための手段】

【0006】

本開示の例示的なモータは、上下方向に延びる中心軸の径方向外側に位置し、前記中心軸を中心として回転可能なロータと、前記ロータの径方向内側に、前記ロータと径方向に対向して配置されるステータと、を有する。前記ステータは、前記中心軸を中心とする環状のコアバック、及び前記コアバックから径方向外側に延びて周方向に配置される複数のティースを有するステータコアと、前記ティースに配置される巻線と、を有する。前記巻線は、周方向に隣り合う前記ティースの間であるスロット内に配置される。前記コアバックは、径方向内周部において軸方向に延びて径方向外側に凹む切り欠き部を周方向に複数有する。

【0007】

本開示の例示的な車両は、上記構成のモータを備える。

【発明の効果】

【0008】

本開示によれば、磁気特性に影響を与えることなく、モータの重量を低減することが可能になる。

【図面の簡単な説明】

【0009】

【図1】図１は、本開示の一実施形態のモータの縦断面図である。

【図2】図２は、モータの部分横断面図である。

【図3】図３は、モータの部分拡大横断面図である。

【図4】図４は、変形例１のモータの部分拡大横断面図である。

【図5】図５は、変形例２のモータの部分拡大横断面図である。

【図6】図６は、本開示の一実施形態の車両の概略図である。

【発明を実施するための形態】

【0010】

以下、図面を参照しながら、本開示の例示的な一実施形態に係るモータについて説明する。なお、本開示の範囲は、以下の実施の形態に限定されず、本開示の技術的思想の範囲内で任意に変更可能である。

【0011】

本書では、モータの中心軸に平行な方向を単に「軸方向」と呼び、モータの中心軸と直交する方向を単に「径方向」と呼び、モータの中心軸を中心とする円に沿う方向を単に「周方向」と呼ぶ。また、本書では、説明の便宜上、モータの中心軸は、上下方向に延びることとする。これにより、軸方向を「上下方向」とし、図１における上下方向をモータの上下方向として各部の形状及び位置関係を説明する。なお、この上下方向の定義は、モータの使用時の向き及び位置関係を限定するものではない。例えば、モータを車両に搭載する場合に、モータの軸方向は、車両の水平方向に延びることがある。

【0012】

また、本書では、軸方向に平行な断面を「縦断面」と呼び、軸方向と直交する断面を「横断面」と呼ぶ。また、本書で用いる「平行」、「直交」は、厳密な意味で平行、直交を表すものではなく、略平行、略直交を含む。

【0013】

＜１．モータの概略構成＞
図１は、一実施形態のモータ１の縦断面図である。モータ１は、例えば本実施形態において、車両の車輪に搭載される（図６参照）。モータ１は、ロータ２と、ステータ３と、を有する。さらに、モータ１は、シャフト４と、ステータホルダ５と、軸受６と、を有する。

【0014】

ロータ２は、上下方向に延びる中心軸Ｃの径方向外側に位置する。ロータ２は、ステータ３の径方向外側に配置される。ロータ２は、マグネット２１を有する。マグネット２１は、中心軸Ｃの径方向外側に環状に配置される。詳細に言えば、本実施形態において、ロータ２は、複数のマグネット２１を有する。複数のマグネット２１は、周方向に並べて配置される。なお、マグネット２１は、単一の環状に形成されたマグネットであっても良い。マグネット２１は、周方向において交互に配列されたＳ極及びＮ極を有する。マグネット２１は、ステータ３と径方向に対向して配置される。ロータ２は、中心軸Ｃを中心として回転可能である。

【0015】

ロータ２は、ロータヨーク２２と、リム２３と、ホイールカバー２４と、ブレーキドラム２５と、をさらに有する。

【0016】

ロータヨーク２２は、例えば中心軸Ｃを中心として上下方向に延びる円筒状であり、マグネット２１の径方向外側に配置される。マグネット２１は、ロータヨーク２２の径方向内周部に固定される。リム２３は、例えば中心軸Ｃを中心として上下方向に延びる環状であり、ロータヨーク２２の径方向外側に配置される。本実施形態において、リム２３は、ロータヨーク２２とは、一体である。言い換えれば、リム２３と、ロータヨーク２２とは、単一部材により形成される。

【0017】

ホイールカバー２４は、ロータヨーク２２の軸方向上側、且つリム２３の径方向内側に配置される。ホイールカバー２４は、例えば中心軸Ｃを中心として径方向外側に広がる円板状である。ホイールカバー２４の径方向中心部は、軸受６を介してシャフト４に対して回転可能に取り付けられる。なお、シャフト４は、ホイールカバー２４の径方向中心部を軸方向に貫通している。ホイールカバー２４の径方向外縁部は、ロータヨーク２２の軸方向上側に固定される。

【0018】

ブレーキドラム２５は、ロータヨーク２２の軸方向下側、且つリム２３の径方向内側に配置される。ブレーキドラム２５は、例えば中心軸Ｃを中心として径方向外側に広がる円板状である。ブレーキドラム２５の径方向中心部は、軸受６を介してシャフト４に対して回転可能に取り付けられる。なお、シャフト４は、ブレーキドラム２５の径方向中心部を軸方向に貫通している。ブレーキドラム２５の径方向外縁部は、ロータヨーク２２の軸方向下側に固定される。

【0019】

ステータ３は、ロータ２の径方向内側に配置される。ステータ３は、中心軸Ｃを中心とする環状である。ステータ３は、ロータ２と径方向に対向して配置される。本実施形態において、ステータ３は、ロータヨーク２２の径方向内側、且つホイールカバー２４の軸方向下側、且つブレーキドラム２５の軸方向上側に形成される空間内に配置される。ステータ３は、ステータホルダ５の径方向外周部に固定される。

【0020】

シャフト４は、上下方向に延びる中心軸Ｃに沿って配置される。シャフト４は、軸方向に延びる柱状である。

【0021】

ステータホルダ５は、シャフト４の径方向外側、且つステータ３の径方向内側に配置される。ステータホルダ５は、軸方向に延びる有底筒状である。ステータホルダ５の径方向内周部は、シャフト４の径方向外周部に固定される。言い換えれば、シャフト４は、ステータホルダ５の径方向中心部を軸方向に貫通している。ステータホルダ５の径方向外周部は、ステータ３の径方向内周部に固定される。これにより、ステータ３は、シャフト４に対して回転不能に固定される。

【0022】

軸受６は、軸方向上下一対で配置される。本実施形態において、軸受６は、例えばボールベアリングで構成される。軸方向上側の軸受６は、ステータ３及びステータホルダ５の軸方向上側に位置する。軸方向上側の軸受６は、径方向においてシャフト４とホイールカバー２４との間に配置され、ホイールカバー２４をシャフト４に対して回転可能に支持する。軸方向下側の軸受６は、ステータ３及びステータホルダ５の軸方向下側に位置する。軸方向下側の軸受６は、径方向においてシャフト４とブレーキドラム２５との間に配置され、ブレーキドラム２５をシャフト４に対して回転可能に支持する。

【0023】

上記構成のモータ１において、ステータ３の後述するコイル３２１に駆動電流が供給されると、ステータ３に径方向の磁束が生じる。ステータ３の磁束によって生じる磁界と、マグネット２１によって生じる磁界とが作用し、ロータ２の周方向にトルクが生じる。このトルクによって、ロータ２が、中心軸Ｃを中心として回転する。

【0024】

＜２．ステータの詳細構成＞
図２は、モータ１の部分横断面図である。図３は、モータ１の部分拡大横断面図である。ステータ３は、ステータコア３１と、巻線３２と、インシュレータ（絶縁部材）３３（図１参照）と、を有する。

【0025】

ステータコア３１は、コアバック３１１と、複数のティース３１２と、を有する。コアバック３１１は、中心軸Ｃを中心とする環状である。複数のティース３１２は、コアバック３１１から径方向外側に延びて周方向に配置される。詳細に言えば、複数のティース３１２は、コアバック３１１の径方向外周部から径方向外側に延び、周方向に所定間隔で配列される。周方向に隣り合うティース３１２の間には、スロット３１３が形成される。ステータコア３１は、例えば帯状の鋼板を板面に沿って曲げ加工して螺旋状に積層し、構成される。ステータコア３１は、例えば複数枚の同一形状の鋼板を上下方向に積層して構成しても良い。

【0026】

巻線３２は、ティース３１２の軸方向両端部の外側、及びスロット３１３内に配置される。複数のティース３１２それぞれにおいて、巻線３２によるコイル３２１が形成される。言い換えれば、コイル３２１は、複数のティース３１２それぞれにおいて、インシュレータ３３の周囲に巻き回された巻線３２で構成される。複数のコイル３２１は、周方向に所定間隔で配列される。

【0027】

インシュレータ３３は、ステータコア３１に配置され、ステータコア３１の軸方向を覆う。インシュレータ３３は、ティース３１２の外面を囲んで設けられる。インシュレータ３３は、ステータコア３１と、巻線３２との間に配置される。インシュレータ３３は、例えば合成樹脂等の絶縁部材で構成される。インシュレータ３３によって、ティース３１２と、巻線３２とは、互いに電気的に絶縁される。なお、ティース３１２の径方向外周面であって、マグネット２１との対向部は、インシュレータ３３から露出する。

【0028】

そして、コアバック３１１は、周方向に並ぶ複数の切り欠き部３１４を有する。本実施形態において、複数の切り欠き部３１４は、例えば周方向において隣り合うスロット３１３の間に位置する。切り欠き部３１４は、コアバック３１１の径方向内周部に配置される。切り欠き部３１４は、径方向外側に凹み、軸方向に延びる。

【0029】

コアバック３１１が切り欠き部３１４を有することで、ステータコア３１の使用材料を減らすことができ、ステータコア３１の重量を低減することができる。そして、切り欠き部３１４がコアバック３１１の径方向内周部に位置するので、モータ１において、好適な磁気特性を確保することができる。したがって、上記の構成によれば、磁気特性に影響を与えることなく、モータ１の重量を低減することが可能になる。

【0030】

また、図３に示すように、切り欠き部３１４とスロット３１３との軸方向に垂直な面内（図３の紙面に平行な面内）における最短距離Ｄ１は、ティース３１２の周方向の最小長さＤ０の１／２以上の長さである。言い換えれば、切り欠き部３１４の軸方向に延びる内面と、スロット３１３の軸方向に延びる内面との間の、軸方向に垂直な面内における最短距離（Ｄ１）は、ティース３１２の周方向の最小長さＤ０の１／２以上の長さである。この構成によれば、コアバック３１１において、磁束の通り道を確保しつつ、切り欠き部３１４を設けることができる。したがって、モータ１において、磁気特性に影響を与えることなく、重量を低減することが可能になる。

【0031】

さらに、切り欠き部３１４とスロット３１３との軸方向に垂直な面内（図３の紙面に平行な面内）における最短距離Ｄ１は、ティース３１２の周方向の最小長さＤ０の１／２の長さであることが好ましい。言い換えれば、切り欠き部３１４の軸方向に延びる内面と、スロット３１３の軸方向に延びる内面との間の、軸方向に垂直な面内における最短距離（Ｄ１）は、ティース３１２の周方向の最小長さＤ０の１／２の長さである。この構成によれば、コアバック３１１において、最低限の磁束の通り道を確保しつつ、できるだけ大きな切り欠き部３１４を設けることができる。したがって、モータ１において、磁気特性に影響を与えることなく、重量をより一層低減することが可能になる。

【0032】

また、切り欠き部３１４の周方向中央３１４ｃは、ティース３１２の径方向外縁部の周方向中央３１２ｃと、中心軸Ｃ（図１及び図２参照）とを結ぶ直線Ｌｒ上に位置する。この構成によれば、ステータコア３１の、直線Ｌｒの周方向両側において、磁束の通り道が均等になる。これにより、モータ１の磁気特性の安定性を向上させることが可能である。

【0033】

そして、切り欠き部３１４の内面は、軸方向から見て円弧形状である。この構成によれば、ステータコア３１に、切り欠き部３１４を容易に形成することができる。したがって、モータ１の生産性を向上させることが可能である。なお、切り欠き部３１４の内面形状は、軸方向から見て円弧形状であることに限定されるわけではない。切り欠き部３１４は、例えば軸方向から見て矩形状、三角形状であっても良い。

【0034】

＜３．モータの変形例＞
続いて、モータ１の変形例について説明する。なお、変形例の基本的な構成は、図１から図３を用いて説明した上記実施形態と同じであるので、共通する構成要素には前と同じ符号または前と同じ名称を付してその説明を省略する場合がある。また、図中、特徴部分を除く構成要素の描画は省略した。

【0035】

＜３．１ 変形例１＞
図４は、変形例１のモータ１の部分拡大横断面図である。変形例１のモータ１のコアバック３１１は、周方向に並ぶ複数の切り欠き部３１５を有する。切り欠き部３１５の内面は、軸方向から見て円弧形状である。

【0036】

そして、切り欠き部３１５の周方向中央３１５ｃとスロット３１３との軸方向に垂直な面内（図４の紙面に平行な面内）における距離Ｄ２は、切り欠き部３１５とスロット３１３との軸方向に垂直な面内における最短距離Ｄ１よりも長い。言い換えれば、切り欠き部３１５の周方向中央３１５ｃと、スロット３１３の軸方向に延びる内面との間の、軸方向に垂直な面内における距離（Ｄ２）は、切り欠き部３１５の軸方向に延びる内面と、スロット３１３の軸方向に延びる内面との間の、軸方向に垂直な面内における最短距離（Ｄ１）よりも長い。

【0037】

上記の構成によれば、コアバック３１１において、磁束の通り道を確保しつつ、切り欠き部３１５を設けることができる。したがって、モータ１において、磁気特性に影響を与えることなく、重量を低減することが可能になる。

【0038】

＜３．２ 変形例２＞
図５は、変形例２のモータ１の部分拡大横断面図である。変形例２のモータ１のコアバック３１１は、周方向に並ぶ複数の切り欠き部３１６を有する。切り欠き部３１６の内面は、軸方向から見て円弧形状である。

【0039】

また、ステータコア３１は、凹部３１７を有する。凹部３１７は、ステータコア３１の軸方向の少なくとも一方側の端面に配置され、軸方向他方側に凹む。言い換えれば、凹部３１７は、例えばステータコア３１の軸方向上側の端面に配置され、軸方向下側（図５の紙面奥行き方向）に向かって凹む。凹部３１７は、インシュレータ３３（図１参照）が結合される。凹部３１７は、インシュレータ３３の位置決めに用いられる。

【0040】

そして、切り欠き部３１６と凹部３１７とは、コアバック３１１において周方向に並んで配置される。言い換えれば、切り欠き部３１６と凹部３１７とは、コアバック３１１において周方向に離間して配置される。この構成によれば、凹部３１７の周囲に切り欠き部３１６が配置されていないので、ステータコア３１のコアバック３１１において強度を確保することができる。したがって、モータ１において、インシュレータ３３を適正に位置決めしつつ、磁気特性に影響を与えることなく、重量を低減することが可能になる。

【0041】

＜４．車両の構成＞
図６は、本開示の一実施形態の車両４００の概略図である。車両４００は、モータ１を備える。本実施形態において、モータ１は、いわゆるインホイールモータであって、車両４００に搭載される。車両４００は、例えば電動バイクである。車両４００は、車両本体４０１と、前輪４０２と、後輪４０３と、を有する。

【0042】

車両本体４０１は、座席４０１ａと、ハンドル４０１ｂと、を有する。座席４０１ａは、例えば車両本体４０１の進行方向後方に位置する。ハンドル４０１ｂは、車両本体４０１の進行方向前方に配置される。運転者は、座席４０１ａに座り、ハンドル４０１ｂを握って車両４００を操作する。ハンドル４０１ｂには、スロットル、ブレーキ等が設けられる（いずれも不図示）。

【0043】

前輪４０２は、車両本体４０１の進行方向前方に配置され、路面に接地する。後輪４０３は、車両本体４０１の進行方向後方に配置され、路面に接地する。車両４００は、前輪４０２及び後輪４０３の回転によって、路面に対して移動可能である。モータ１は、例えば後輪４０３に配置される。車両４００は、運転者によるスロットル操作に応じてモータ１の駆動を制御し、後輪４０３を回転させ、移動する。

【0044】

上記の構成によれば、車両４００において、モータ１の磁気特性に影響を与えることなく、車両４００の重量を低減することが可能になる。

【0045】

なお、本実施形態において、モータ１は、車両４００の後輪４０３に設けられることとしたが、前輪４０２に設けられることにしても良い。また、本実施形態において、車両４００は、二輪であることとしたが、三輪、四輪以上の車両であっても良い。

【0046】

＜５．その他＞
以上、本開示の実施形態につき説明したが、本開示の範囲はこれに限定されるものではなく、本開示の主旨を逸脱しない範囲で、構成の付加、省略、置換及び他の種々の変更を加えて実施することができる。

【産業上の利用可能性】

【0047】

本開示は、モータ及び車両において利用可能である。

【符号の説明】

【0048】

１・・・モータ、２・・・ロータ、３・・・ステータ、４・・・シャフト、５・・・ステータホルダ、６・・・軸受、２１・・・マグネット、２２・・・ロータヨーク、２３・・・リム、２４・・・ホイールカバー、２５・・・ブレーキドラム、３１・・・ステータコア、３２・・・巻線、３３・・・インシュレータ（絶縁部材）、３１１・・・コアバック、３１２・・・ティース、３１２ｃ・・・周方向中央、３１３・・・スロット、３１４・・・切り欠き部、３１４ｃ・・・周方向中央、３１５・・・切り欠き部、３１５ｃ・・・周方向中央、３１６・・・切り欠き部、３１７・・・凹部、３２１・・・コイル、４００・・・車両、４０１・・・車両本体、４０１ａ・・・座席、４０１ｂ・・・ハンドル、４０２・・・前輪、４０３・・・後輪、Ｃ・・・中心軸、Ｄ０・・・最小長さ、Ｄ１・・・最短距離、Ｄ２・・・距離、Ｌｒ・・・直線

【図1】

【図2】

【図3】

【図4】

【図5】

【図6】