特開 2024-152010 回転電機

(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】P2024152010

(43)【公開日】2024-10-25

(54)【発明の名称】回転電機

(51)【国際特許分類】

   H02K 21/14 20060101AFI20241018BHJP

【ＦＩ】

H02K21/14 M

【審査請求】未請求

【請求項の数】6

【出願形態】ＯＬ

(21)【出願番号】P 2023065892

(22)【出願日】2023-04-13

(71)【出願人】

【識別番号】390029805

【氏名又は名称】ＴＨＫ株式会社

(74)【代理人】

【識別番号】110000958

【氏名又は名称】弁理士法人インテクト国際特許事務所

(74)【代理人】

【識別番号】100120237

【弁理士】

【氏名又は名称】石橋 良規

(72)【発明者】

【氏名】岩城 翔

(72)【発明者】

【氏名】西出 哲弘

(72)【発明者】

【氏名】兼重 宙

(72)【発明者】

【氏名】角振 正浩

(72)【発明者】

【氏名】吐合 浩二

(72)【発明者】

【氏名】桐野 沙南

【テーマコード（参考）】

5H621

【Ｆターム（参考）】

5H621AA03

5H621BB09

5H621GA04

5H621PP03

(57)【要約】

【課題】固定子と回転子とが相対移動可能な可変磁束機構を有する回転電機において、回転電機の薄型且つ小径化を実現することができ、冷却用通路を容易に配置することができる回転電機を提供する。
【解決手段】回転軸と、永久磁石を有し、回転軸に回転力を付与すると共に、回転軸に対して軸方向移動可能に組み付けられた回転子と、回転子を軸方向に移動させる移動機構と、回転子の外周と径方向に間隙を有して配置されると共に、コイルを有する固定子と、移動機構の回転を防止する回転防止手段と、を有し、移動機構は、回転子と共に回転すると共に外周面に螺旋状のねじ溝が形成され、内周面に回転軸を挿通するねじ軸部材と、ねじ軸部材のねじ溝に螺合するねじナット部材とを有し、回転防止手段は、ねじ軸部材に形成されたガイド部と、筐体に設けられた摺動部とを有する。
【選択図】図３

【特許請求の範囲】

【請求項1】

回転軸と、
永久磁石を有し、前記回転軸に回転力を付与すると共に、前記回転軸に対して軸方向移動可能に組み付けられた回転子と、
前記回転子を軸方向に移動させる移動機構と、
前記回転子の外周と径方向に間隙を有して配置されると共に、コイルを有する固定子と、
前記移動機構の回転を防止する回転防止手段と、を有し、
前記移動機構は、前記回転子と共に回転すると共に外周面に螺旋状のねじ溝が形成され、内周面に前記回転軸を挿通するねじ軸部材と、前記ねじ軸部材の前記ねじ溝に螺合するねじナット部材とを有し、
前記回転防止手段は、前記ねじ軸部材に形成されたガイド部と、筐体に設けられた摺動部とを有することを特徴とする回転電機。

【請求項2】

請求項１に記載の回転電機において、
前記回転軸の外周には軸方向に延びるスプライン溝が形成され、
前記回転子は、前記スプライン溝と係合するスプラインナット部材を有することを特徴とする回転電機。

【請求項3】

請求項２に記載の回転電機において、
前記スプラインナット部材は、前記ねじ軸部材の内周側に挿入可能であることを特徴とする回転電機。

【請求項4】

請求項１に記載の回転電機において、
前記移動機構は、前記ねじナット部材に回転力を付与する駆動モータを有することを特徴とする回転電機。

【請求項5】

請求項４に記載の回転電機において、
前記ねじナット部材は、外周に前記駆動モータと歯合する歯部が形成されることを特徴とする回転電機。

【請求項6】

請求項１に記載の回転電機において、
前記固定子の外周側にはタイヤが配置され、前記タイヤは前記回転子と共に回転可能に取り付けられるホイールに取り付けられることを特徴とする回転電機。

【発明の詳細な説明】

【技術分野】

【0001】

本発明は、回転電機に関し、特に自動車の車輪に内蔵されるインホイールモータとして用いられる回転電機に関する。

【背景技術】

【0002】

近年、回転電機の低速及び高速での出力を調整することで、回転速度に応じた出力特性を得ることができる回転電機が知られている。このような回転電機は種々の構造が知られているが、例えば、固定子と、固定子に対して同軸をなして回転自在に設けられた回転子と、回転子に対する固定子の軸方向での相対位置を変化させる移動手段とを有し、固定子に電機子コイル及びコアが設けられ、コアに対峙するようにマグネットが設けられた回転電機が知られている。

【0003】

このような回転電機によれば、低速回転時には、固定子と回転子の対向面積が大きくなるように移動機構によって固定子を軸方向に移動させて固定子を通過する有効磁束が大きくなるようにして高トルク化を図り、高速回転時には、固定子と回転子との対向面積を少なくするように固定子を移動させて固定子を通過する有効磁束が小さくなるようにして高速回転を実現している。

【先行技術文献】

【特許文献】

【0004】

【特許文献1】特開２００８－１４１９００号公報

【発明の概要】

【発明が解決しようとする課題】

【0005】

しかし、従来の回転電機によると、インホイールモータとして回転電機を用いる場合に、バネ下重量の増加による乗り心地に与える影響や、足回りのスペースを圧迫させることで、サスペンションジオメトリが車両内側にオフセットされることによる居住空間の減少を考慮して、薄型且つ小径な構造が求められていた。

【0006】

従来の回転電機は、回転軸周りに固定子を軸方向移動させるための機構が設けられており、回転電機自体を小径化することが難しいという問題があった。

【0007】

また、従来の回転電機のように固定子と回転子との相対移動を回転子の内側に配置された固定子を軸方向に移動させる構成とすると、固定子のコイルを冷却する必要が生じた場合に、冷却用の冷媒の通路を軸方向に移動する固定子に設ける必要があり、当該通路を構成することが難しいという問題があった。

【0008】

本発明は、上記課題を解決するために成されたものであって、固定子と回転子とが相対移動可能な可変磁束機構を有する回転電機において、回転電機の薄型且つ小径化を実現することができ、冷却用通路を容易に配置することができる回転電機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】

【0009】

上記課題を解決する本発明に係る回転電機は、回転軸と、永久磁石を有し、前記回転軸に回転力を付与すると共に、前記回転軸に対して軸方向移動可能に組み付けられた回転子と、前記回転子を軸方向に移動させる移動機構と、前記回転子の外周と径方向に間隙を有して配置されると共に、コイルを有する固定子と、前記移動機構の回転を防止する回転防止手段と、を有し、前記移動機構は、前記回転子と共に回転すると共に外周面に螺旋状のねじ溝が形成され、内周面に前記回転軸を挿通するねじ軸部材と、前記ねじ軸部材の前記ねじ溝に螺合するねじナット部材とを有し、前記回転防止手段は、前記ねじ軸部材に形成されたガイド部と、筐体に設けられた摺動部とを有することを特徴とする。

【発明の効果】

【0010】

本発明に係る回転電機によれば、回転子の外周と径方向に間隙を有して配置されると共に、コイルを有する固定子と、移動機構の回転を防止する回転防止手段と、を有し、移動機構は、回転子と共に回転すると共に外周面に螺旋状のねじ溝が形成され、内周面に回転軸を挿通するねじ軸部材と、ねじ軸部材のねじ溝に螺合するねじナット部材とを有し、回転防止手段は、ねじ軸部材に形成されたガイド部と、筐体に設けられた摺動部とを有するので、ねじ軸部材の軸方向移動を案内しつつねじ軸部材の回転を防止することができるので、薄型且つ小径な回転電機を構成することが可能となる。

【0011】

また、本発明に係る回転電機によれば、回転子の外周と径方向に間隙を有して配置されると共に、コイルを有する固定子を有する所謂インナーロータ型の回転電機に可変磁束機構を配置しているので、固定子を冷却する必要が生じた場合であっても、当該固定子は軸方向に移動しないため、冷却用の通路を容易に構成することが可能となる。

【図面の簡単な説明】

【0012】

【図1】本発明の実施形態に係る回転電機をインホイールモータに用いた図。

【図2】本発明の実施形態に係る回転電機の正面図。

【図3】図２におけるＡ－Ａ断面図。

【図4】図３におけるＢ部拡大図。

【図5】本発明の実施形態に係る回転電機の回転防止手段を説明するための斜視図。

【図6】本発明の実施形態に係る回転電機の可変磁束機構の動作を説明するための断面図。

【発明を実施するための形態】

【0013】

以下、本発明に係る回転電機の実施形態について図面を参照しつつ説明する。なお、以下の実施形態は、各請求項に係る発明を限定するものではなく、また、実施形態の中で説明されている特徴の組み合わせの全てが発明の解決手段に必須であるとは限らない。

【0014】

図１は、本発明の実施形態に係る回転電機をインホイールモータに用いた図であり、図２は、本発明の実施形態に係る回転電機の正面図であり、図３は、図２におけるＡ－Ａ断面図であり、図４は、図３におけるＢ部拡大図であり、図５は、本発明の実施形態に係る回転電機の回転防止手段を説明するための斜視図であり、図６は、本発明の実施形態に係る回転電機の可変磁束機構の動作を説明するための断面図である。

【0015】

図１に示すように、本実施形態に係る回転電機１０は、自動車などの車輪１に組み込まれる所謂インホイールモータとして好適に用いられる。車輪１は、図示しないホイールに組み込まれたタイヤ３を有し、当該ホイールに回転電機１０が内蔵されている。また、回転電機１０の回転軸３１には、ブレーキディスク２が取り付けられている。

【0016】

図２及び図３に示すように、回転電機１０は、固定子２０と当該固定子２０に対して相対的に回転可能な回転子３０を内蔵した筐体４０を備えている。固定子２０は、回転子３０の外周と径方向に間隙を有して配置されている。回転子３０は、回転軸３１と、回転軸３１とともに回転するボルト３２とを備えている。ボルト３２には、図示しない車輪１のホイールが取り付けられる。

【0017】

固定子２０は、図示しないステータコアに線材を巻回した電機子コイルが周方向に配列されている。回転子３０は、移動機構５０に組み付けられた回転子本体３４と、回転子本体３４の周方向外方かつ固定子２０と対向するようにロータコア３３を備えている。ロータコア３３は、図示しない永久磁石が周方向に沿って複数配置されている。また、固定子２０は、冷却用の図示しない冷却手段が設けられている。

【0018】

図４及び図５に示すように、移動機構５０は、回転軸３１に軸方向に沿って形成されたスプライン溝３１ａに軸方向に移動可能に組み付けられたスプラインナット部材５３と、スプラインナット部材５３の外周にベアリング５６を介して組み付けられたねじ軸部材５１と、ねじ軸部材５１に回転自在に組み付けられるねじナット部材５２とを備えている。

【0019】

回転軸３１は、回転子３０とともに軸回りに回転する部材であって、筐体４０に取り付けられた回転軸受５７によって回転可能に支持されている。

【0020】

ねじ軸部材５１は、外周面に螺旋状のねじ溝が形成されるとともに、中央部にベアリング５６，スプラインナット部材５３及び回転軸３１などが挿通可能な中空形状に形成されており、ねじ軸部材５１は、軸方向に沿って延設されたガイド部５９が形成されている。また、ねじナット部材５２は、軸方向に複数（例えば２つ）に分割されて構成されている。なお、ねじナット部材５２は、軸方向に分割せずに一体に形成しても構わない。

【0021】

ガイド部５９は、水平方向に沿って一対形成されていると好適である。ガイド部５９は、筐体４０に取り付けられた摺動部としてのカムフォロア５８によって案内されて回転防止手段を構成している。

【0022】

ねじナット部材５２は、内周面にねじ溝と対応するナット側ねじ溝が形成され、ねじ溝とナット側ねじ溝との間に転動体５４が螺旋状に配列されている。また、ねじナット部材５２の端部には、駆動モータ６０と歯合する歯車部５２ａが取り付けられている。

【0023】

スプラインナット部材５３は、スプライン溝３１ａに対応するナット側スプライン溝が形成された円筒状部材であり、外周面に回転子本体３４が組み付けられている。スプライン溝３１ａとナット側スプライン溝との間には複数の転動体５５が軸方向に沿って配列されている。

【0024】

カムフォロア５８は、軸つきベアリングであって、筐体４０に固定された軸と当該軸周りに回転自在に組み付けられたベアリングとを有している。ベアリングの外周面は上述したガイド部５９の上面に当接してガイド部５９を介してねじ軸部材５１の軸方向の移動を案内している。なお、ガイド部５９は、地面に対して水平な方向に一対形成されていると好適であり、このように水平に配置されることにより車両が地面から衝撃を受けた際にガイド部５９とカムフォロア５８とによって当該衝撃を適切に負荷することが可能となる。

【0025】

次に本実施形態に係る回転電機１０の動作について説明を行う。図３の状態で、固定子２０のコイルに電流を流すと、回転子３０に配置された永久磁石による磁界との相互作用によって回転子３０が固定子２０に対して相対的に回転する。

【0026】

この場合、回転子３０を固定子２０に対して最も深くまで挿入した状態においては、固定子２０と回転子３０との対向面積が最も大きい状態となり、回転電機１０の出力特性は、高トルク・低回転型となる。このような状態は、自動車の発進時など速度は遅いが高トルクが必要な場合に最も出力特性が適した状態となる。

【0027】

また、この状態では、逆起電力が上昇することから固定子２０への給電を停止し、車輪１を制動させる減速時には、効率的に発電を行うことができることから高効率の回生ブレーキとして作用させることが可能となる。

【0028】

次に、移動機構５０の動作について説明を行う。回転子本体３４は、スプラインナット部材５３に取り付けられているので、回転子本体３４の回転はスプラインナット部材５３及びスプライン溝３１ａを介して回転軸３１に伝達される。また、スプラインナット部材５３とねじ軸部材５１との間には、ベアリング５６が介在しているので、回転子３０の回転はねじ軸部材５１に伝達されず、ベアリング５６によって遮断される。

【0029】

駆動モータ６０を駆動し、ねじナット部材５２に取り付けられた歯車部５２ａを回転させることによってねじ軸部材５１を軸方向に移動させる。この時、スプラインナット部材５３と回転軸３１とはスプライン溝３１ａを介して組み付けられているので、スプラインナット部材５３は、回転子本体３４とともに軸方向に移動する。

【0030】

このとき、図６に示すように、回転子３０を固定子２０に対して軸方向に引き抜くことで、回転子３０のロータコア３３と固定子２０との対向面積が最も小さい状態となる。この状態では逆起電力が減少し、回転電機１０の出力特性は低トルク・高回転型となる。このように回転子３０を固定子２０に対して引き抜いた状態では、トルクを必要としない高速走行時に最も出力特性が適した状態となる。

【0031】

なお、移動機構５０は、回転子３０を軸方向に無段階に移動させることが可能であるので、駆動モータ６０の回転量を制御することで、必要な出力特性に応じた位置に回転子３０の位置を調整することが可能となる。

【0032】

このように構成された本実施形態に係る回転電機１０は、移動機構５０による可変磁束機構を有する回転電機において、回転軸３１の軸方向にスライドする中空のねじ軸部材５１に軸方向に延設するガイド部５９を設け、当該ガイド部５９をカムフォロア５８による摺動部によって案内することで、中空のねじ軸部材５１のスライドを案内しつつ、二つのガイド部５９をそれぞれカムフォロア５８が上方から案内することで、ガイド部５９が形成されたねじ軸部材５１の回転を防止した可変磁束機構を構成することが可能となる。このとき、カムフォロア５８がそれぞれのガイド部５９の同一の方向（上方）から案内することで、ねじ軸部材５１の軸周りの順方向及び逆方向の回転を抑制することでねじ軸部材の回転をより効果的に防止している。なお、カムフォロア５８がガイド部５９を案内する方向は、上方からに限らず下方からなど、一対のガイド部５９を同じ方向からカムフォロア５８が案内するように配置するように構成しても構わない。

【0033】

また、本実施形態に係る回転電機１０は、車両負荷の遮断について、駆動トルク及び制動トルクをスプラインナット部材５３とねじ軸部材５１の間に介在されたベアリング５６で、軸方向の衝撃荷重をスプラインナット部材５３で遮断し、磁束可変させる移動機構５０の構成部品を小型化することができるとともに、ロータコアのダメージを抑えることが可能となる。

【0034】

また、移動機構５０は、その構成部品を軸方向に配置することができるため回転電機１０の径方向の寸法の肥大化を抑えることが可能となる。さらに、移動機構５０にねじナット部材５２及び摺動部にカムフォロア５８を用いることで更なる小型化が可能となる。

【0035】

また、摺動を伴う箇所であるカムフォロア５８とガイド部５９及び回転軸３１とスプラインナット部材５３などには転動体を介した転がり案内を採用しているので、微小な抵抗とすることができ、これにより駆動モータ６０の肥大化や経年劣化を防止している。

【0036】

また、本実施形態に係る回転電機１０は、冷却が必要となる固定子２０を固定して回転子３０を軸方向に移動させる可変磁束機構を有しているので、冷却用通路を容易に配置することができる。

【0037】

以上説明した本実施形態に回転電機１０は、ねじ軸部材５１とねじナット部材５２，スプライン溝３１ａとスプラインナット部材５３との間に転動体５４，５５を介した場合、並びにガイド部５９をカムフォロア５８で案内する転がり案内を適用した場合について説明を行ったが、これらは、転動体を介さずに直接部材どうしを摺接させた滑り案内としても構わない。また、ガイド部５９は、水平方向に一対形成した場合について説明を行ったが、ガイド部５９の数は２以上であればよく、例えば、ねじ軸部材５１の周方向に等間隔に複数形成しても構わない。さらに、ガイド部５９は、ねじ軸部材５１に一対（二つ）形成した場合について説明を行ったが、ガイド部５９はねじ軸部材５１に２以上形成されていても構わない。この場合、ガイド部５９の少なくとも２つを同一方向からカムフォロア５８が案内する構成とすると好適である。このとき、２つのガイド部５９はそれぞれ軸周りに対称に配置されていると好適である。その様な変更又は改良を加えた形態も本発明の技術的範囲に含まれうることが、特許請求の範囲の記載から明らかである。

【符号の説明】

【0038】

３ タイヤ， １０ 回転電機， ２０ 固定子， ３０ 回転子， ３１ 回転軸， ３１ａ スプライン溝， ４０ 筐体， ５０ 移動機構， ５１ ねじ軸部材， ５２ ねじナット部材， ５２ａ 歯部， ５３ スプラインナット部材， ５８ カムフォロア， ５９ ガイド部， ６０ 駆動モータ。

【図1】

【図2】

【図3】

【図4】

【図5】

【図6】