(57)【要約】電気コイルを装着するためのステータティース付きステータおよびロータを有する電気モータまたは発電機であって、ステータはロータの回転軸に対して実質的に垂直である第１面を有し、ロータはステータの第１面と実質的に同一の半径方向位置に形成した第２面を有し、ロータの回転軸に対してロータが垂直方向に旋回する際、ロータがステータティースと接触するのを防ぐように第１面および第２面を配置したことを特徴とする、電気モータまたは発電機。
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
電気コイルを装着する手段を有するステータおよびロータを備える電気モータまたは発電機であって、前記ステータは前記ロータの回転軸に実質的に垂直な平面上にある第１面を有し、前記ロータは前記ステータの第１面と実質的に同一の半径方向位置に形成した第２面を有し、前記ロータが前記ロータの回転軸に対する垂直面から離れる方向に旋回する際、前記第１面および前記第２面を、前記ロータが前記電気コイルを装着する手段と接触するのを防ぐように配置したことを特徴とする、電気モータまたは発電機。
【請求項２】
請求項１に記載の電気モータまたは発電機であって、前記電気コイルを装着する手段はステータティースを含むことを特徴とする。電気モータまたは発電機。
【請求項３】
請求項１または２に記載の電気モータまたは発電機であって、前記第１面は前記ステータの第１部品に形成し、および／または、前記第２面は前記ロータに装着した第２部品に形成することを特徴とする、電気モータまたは発電機。
【請求項４】
請求項３に記載の電気モータまたは発電機であって、前記第１部品は該第１部品を装着する前記ステータの面より小さい摩擦係数を有することを有することを特徴とする、電気モータまたは発電機。
【請求項５】
請求項３または４に記載の電気モータまたは発電機であって、前記第２部品は該第２部品を装着する前記ロータの面より小さい摩擦係数を有することを特徴とする、電気モータまたは発電機。
【請求項６】
請求項１〜５のいずれか一項に記載の電気モータまたは発電機であって、前記第２面の摩擦係数は、前記第１面の摩擦係数より小さいことを特徴とする、電気モータまたは発電機。
【請求項７】
請求項１〜６のいずれか一項に記載の電気モータまたは発電機であって、前記第２部品は前記ロータに装着された環状円盤であることを特徴とする、電気モータまたは発電機。
【請求項８】
請求項１〜７のいずれか一項に記載の電気モータまたは発電機であって、ロータが、前記第１面が前記第２面と接触するように、前記回転軸に対する垂直面から離れる方向に旋回する際、前記第１面を前記第２面と実質的に平行となるように配置したことを特徴とする、電気モータまたは発電機。
【請求項９】
請求項１〜８のいずれか一項に記載の電気モータまたは発電機であって、軸受をさらに備え、前記軸受を、前記ロータが前記回転軸に対する垂直面から離れる方向に旋回することを妨げるように配置して、前記第１面が、１ｇ未満の横加速度の結果である回転軸方向の力で前記第２面と接触することを防ぐことを特徴とする、電気モータまたは発電機。
【請求項１０】
請求項３、または、請求項３に従属する場合は請求項４〜９のいずれか一項に記載の電気モータまたは発電機であって、前記第１部品および／または前記第２部品は低摩擦樹脂であることを特徴とする、電気モータまたは発電機。
【請求項１１】
請求項１〜１０のいずれか一項に記載の電気モータまたは発電機であって、前記第１面と前記第２面の間の距離は、前記ステータティースと前記ロータの最接近点の間の距離よりも大きいことを特徴とする、電気モータまたは発電機。
【請求項１２】
請求項１〜１１のいずれか一項に記載の電気モータまたは発電機であって、前記ロータは、前記ステータティースに対向する前記ロータの面に装着した永久磁石を有することを特徴とする、電気モータまたは発電機。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、電気モータまたは発電機、特に、低摩擦タッチダウンパッドを有する電気モータまたは発電機に関する。
【背景技術】
【０００２】
電気モータは、磁界が存在する際、通電ワイヤが力を受けるという原理に基づいて動く。通電ワイヤを磁界に対し垂直に置く場合、通電ワイヤにかかる力は磁界の流速密度に対し比例する。典型的には、電気モータにおいて通電ワイヤにかかる力は回転トルクとして形成される。
【０００３】
既知の電気モータの例には、誘導モータ、ブラシレス永久磁石モータ、スイッチトリラクタンスモータおよび同期スリップリングモータが含まれ、これは、当業者には周知であるようにロータおよびステータを有する。
【０００４】
ステータとロータの間の流速密度が著しく減少するリスクを最小化するため、通電コイル巻線を装着するステータのティースと、ロータの間のギャップは比較的小さくする。しかしながら、ロータとステータの間のエアギャップを最小化した結果、電気モータの作動中にロータは場合によってステータに接触することがある。これは、典型的には、ロータに印加されるトルク、および／または、ステータならびに／もしくはロータの熱膨張、および／または、電気モータにかかる衝撃によりロータが歪む、または、変形することの結果であり、例えば、インホイール電気モータの場合、縁石に衝突して歪みが生じることにより起こり得る。
【０００５】
特に、インホイール電気モータのロータは、典型的には、該インホイール電気モータおよびホイールを取り付けた車両が走行している際にホイールに力がかかる結果として荷重増加を経験する。
【０００６】
ロータとステータの間で接触が生じる場合、ステータとロータの間の摩擦が増大し、それによりモータの効率は低減することとなる。さらに、永久磁石同期電気モータ等の永久磁石付きロータを有する電気モータの場合、ステータと永久磁石の間の接触は、永久磁石を損傷し、または破壊し、それにより磁束が低減し、その結果モータトルクが低減するということになり得る。
【０００７】
加えて、ステータおよびロータの間の接触はステータの外部を研磨してステータの積層間でショートを引き起こし、これはステータの渦電流に有害な影響を与え得る。
【０００８】
この状況は改善されることが望ましい。
【発明の概要】
【０００９】
本発明の態様に従い、付随する請求項に記載の電気モータまたは発電機を提供する。
【００１０】
ステータまたはロータの一部を低摩擦タッチダウンエリアとして使用することには、使用中に電気モータのステータおよびロータの間にかかる摩擦力を最小化するという利点がある。
【００１１】
加えて、電気モータ内に、ステータとロータの間の第１接触点となるように設計したタッチダウン部を設計することにより、ステータおよびロータの他の部分を損傷する、例えば、永久磁石および／またはステータの積層を損傷するリスクを最小化する。
【図面の簡単な説明】
【００１２】
【図１】本発明を具現するモータの分解図である。
【図２】別の角度から見た、図１のモータの分解図である。
【図３】本発明を具現するモータの部分断面図である。
【図４】本発明の実施形態によるロータおよびステータを示す図である。
【００１３】
本発明をここで、例示として、添付図面を参照して説明する。図１および図２は、本発明によるタッチダウン機構を有する電気モータを組み込んだ、電気モータ組立体を示し、ここにおいて、電気モータ組立体は内蔵電子機器を含み、ハブモータまたはホイールに適合するように製造したインホイール電気モータとして使用するように構成されている。しかしながら、本発明は、任意の形の電気モータに組み込むことが可能である。電気モータはまた、発電機として構成することも可能である。
【００１４】
図２は、図１と同一の組立体を反対側から見た分解図である。
【発明を実施するための形態】
【００１５】
本実施形態の実現のため、図１および図２に示すようにインホイール電気モータはステータ２５２およびロータ２４０を含む。ステータ２５２はメインステータシャーシ２５３を含み、該メインステータシャーシ２５３は、ヒートシンク、複数のコイル２５４、および、コイルを駆動させるためにメインステータシャーシ２５３の後部に装着した電子機器モジュール２５５を組み込む。コイル２５４はステータティースの積層に形成し、コイル巻線を形成する。ステータティースは、メインステータシャーシ２５３の一部として、または、ステータシャーシ２５３に装着可能な単独部品として製造することができる。ステータカバー２５６は、メインステータシャーシ２５３の後部に装着し、電子機器モジュール２５５を取り囲んでステータ２５２を形成する。これは、その後車両に固定することができ、使用中に車両に対して回転することはない。
【００１６】
少なくとも一つの隆起した面がメインステータシャーシ２５３の前面にあり、ここにおいて、該前面はロータをステータに装着する際にロータに対向するように配置し、ここにおいて、該隆起した面は前面から電気モータの回転軸方向に離れるように延びる。隆起した面は、ステータの製造中にメインステータシャーシ２５３の一体部分として形成できる。しかしながら、本実施形態の実現のため、隆起した面は単独部品として形成し、下記に記載するように、ステータシャーシを製造した後でメインステータシャーシ２５３に装着する。
【００１７】
本実施形態の実現のため、電子機器モジュール２５５は、２つの制御装置４００を含み、ここにおいて、各制御装置４００は、典型的には、インバータおよび制御ロジックを含む。
【００１８】
ロータ２４０は、前部２２０およびカバーを形成する筒部２２１備え、これはステータ２５２を実質的に囲むものである。ロータは筒部２２１の内面に配置した複数の永久磁石２４２を含む。本実施形態の実現のため、３２個の磁石対を筒部２２１の内面に装着する。しかしながら、任意の数の磁石対を使用することができる。
【００１９】
ロータをステータに装着する際、磁石をステータ２５２のコイル巻線に接近するように配置し、コイルにより発生する磁界がロータ２４０の筒部２２１の内面に配置した磁石２４２と相互作用してロータ２４０を回転させるようにする。ステータから干渉を受けずにロータがステータの周りを確実に回転できるように、エアギャップは積層ステータティース４０１の頂面と磁石２４２の底面の間に存在する。典型的なエアギャップは約１．０ｍｍである。永久磁石２４２は電気モータを駆動させる駆動トルクを生成するために利用することから、永久磁石は典型的には駆動磁石と呼ばれる。
【００２０】
隆起した環状円盤部をロータ２４０の前部２２０の内側に、ステータ２５２に隣接して装着し、ここにおいて、隆起した環状円盤はロータの前部から電気モータの回転軸の方向に離れるように延びる。環状円盤はロータの製造中にロータの一体部品として形成することができる。しかしながら、本実施形態の実現のため、環状円盤は単独部品として形成し、下記に記載するようにロータを製造した後でロータに装着する。
【００２１】
下記に記載するように、メインステータシャーシ２５３の隆起した面およびロータの隆起した環状円盤はタッチダウンエリアとして機能する。これはステータとロータの間で接点として機能するように配置し、使用中にロータが歪み、変形し、またはステータに対して傾斜した場合にロータ駆動磁石がステータティースと接触するのを防ぎ、それによりティースの積層および／または磁石２４２を損傷するリスクを回避する。
【００２２】
好適には、メインステータシャーシ２５３の少なくとも一つの隆起した面およびロータの隆起した環状円盤は低摩擦材料で作成し、それによりメインステータシャーシ２５３の隆起した面およびロータの隆起した環状円盤がタッチダウン軸受として機能できるようにする。
【００２３】
ロータ２４０は、軸受ブロック２２３によりステータ２５２に取り付ける。軸受ブロック２２３は、このモータ組立体を嵌合する車両で使用するような標準的な軸受ブロックとすることが可能である。軸受ブロックは二つの部分、つまり、ステータに固定する第一部分とロータに固定する第二部分とを備える。軸受ブロックはステータ２５２の壁の中心部２５３に固定し、また、ロータ２４０のハウジング壁２２０の中心部２２５にも固定する。ロータ２４０はこのように車両に回転可能に固定し、ロータ２４０の中心部２２５にある軸受ブロック２２３によって車両とともに使用することが可能である。これは、ホイールリムおよびタイヤをその後、標準的なホイールボルトを使用してロータの中心部２２５に固定して、ホイールリムをロータの中心部に固定し、その結果軸受ブロック２２３の回転側にしっかりと固定することが可能であるという点で有利である。ホイールボルトはロータの中心部２２５に通して軸受ブロック自体に嵌合することができる。ロータ２４０およびホイールの両方を軸受ブロック２２３に装着することで、ロータおよびホイールの間で回転角度が１対１に対応する。
【００２４】
メインステータシャーシ２５３の隆起した面およびロータの隆起した環状円盤は、ロータ駆動磁石がステータティースと接触するのを防ぎ、タッチダウン面の接触の発生を低減するが、軸受の傾斜剛性は、好適には、特定の設計基準に基づく所定の剛性を超えるように選択する。例えば、５５００Ｎｍ／ｄｅｇ超の傾斜剛性を持つ軸受を有することにより、横加速度１ｇを上限として、ロータに横力を与える車両コーナリング操作中にタッチダウン面が接触するリスクは最小になろう。
【００２５】
ロータハウジングはまた、位置検出用のフォーカスリングおよび磁石２２７を含む。
【００２６】
Ｖ型シールをロータの内周壁２２１とステータハウジング２３０の外端との間に設ける。
【００２７】
典型的には、構造強度を維持しつつ重量を削減するため、ロータハウジングおよびメインステータシャーシ２５３はアルミニウム合金で作成する。
【００２８】
図３に示すように、タッチダウン面として機能する、メインステータシャーシ２５３の前面に形成した隆起した面３００は、前面に半径方向位置を有するように配置し、該半径方向位置は実質的に、ロータ２４０の前部２２０の内側面に形成した、隆起した環状円盤３１０の半径方向位置に対応する。
【００２９】
メインステータシャーシ２５３の隆起した面３００およびロータ２４０の前部２２０の隆起した環状円盤３１０は、メインステータシャーシ２５３およびロータ２４０それぞれにおいて、任意の半径方向位置に置くことができるが、図３に示す実施形態の実現のため、メインステータシャーシ２５３およびロータ２４０の前部２２０で相補的に隆起した面３００、３１０は、ステータティースの半径内に置く。しかしながら、好適には、タッチダウン面は高構造剛性を有するエリアで可能な最大半径に置くことが望ましい。タッチダウン面が接触する場合、タッチダウン面をホイール軸受の回転中心部から離すほど、タッチダウン面にかかる合成荷重は小さくなる。
【００３０】
ロータ２４０に装着した駆動磁石とステータティース４０１の頂面の間のエアギャップは、典型的には、ロータ２４０およびステータ２５２の隣接する面の間のギャップより小さく、これは、電気モータの回転軸に対し実質的に垂直な平面を形成することから、タッチダウン軸受面３００、３１０をロータ２４０およびステータ２５２の隣接する面の間に置くことで、タッチダウン軸受面３００、３１０の間のギャップの寸法の精度要件を改善し、それはタッチダウン軸受の製造を簡略化する一助となる。
【００３１】
ロータ駆動磁石とステータティースの間のタッチダウン条件に必要な軸受の傾斜角回転は、軸受の回転中心と最も遠い潜在衝突位置の相対位置の関数である。タッチダウン点が傾斜中心から離れるほど、より大きい角度傾斜が必要となる。例えば、本実施形態では、本発明によるタッチダウン面を使用しなければロータ駆動磁石とステータティースの間のタッチダウンが１度の軸受傾斜で生じるという場合、ダッチダウン面の間のギャップを３ｍｍ未満にしてステータおよびロータに直径３００ｍｍのタッチダウン面を設けることで、ロータ駆動磁石とステータティースの間でタッチダウンが生じるのを防ぐことが可能と考えられる。同様に、タッチダウン面の間のギャップを２ｍｍ未満にしてステータおよびロータに直径１５０ｍｍのタッチダウン面を設けることで、ロータ駆動磁石とステータティースの間でタッチダウンが生じるのを防ぐことが可能と考えられる。このように、ステータティースとロータ駆動磁石の間のタッチダウンは、タッチダウン面間の距離が、ステータティースとロータの最接近点の間の距離より大きい場合、ステータおよびロータにおいて、電気モータの回転軸に対し実質的に垂直な平面に置いたタッチダウン面を使用することによって、防ぐことが可能である。
【００３２】
ロータ２４０およびステータ２５２の各タッチダウン面３００、３１０の間の接触エリアを最適化するため、好適には、ステータのタッチダウン面３００の角度は、環状円盤３１０がステータ２５２のタッチダウン面３００と接触するのに必要なロータ２４０の傾斜角度に対応するように設定し、そうすることで確実に、ステータ２５２およびロータ２４０の各タッチダウン面３００、３１０が実質的に、タッチダウン面の間でタッチダウンが生じる際に平行になるようにする。
【００３３】
メインステータシャーシ２５３の前面に形成した隆起した面３００は、メインステータシャーシ２５３に、放射位置に沿って延びるように配置して環状円盤を形成することが可能だが、典型的には、メインステータシャーシ２５３の前面に形成した隆起した面３００は、図４に示すように、ロータ２４０の前部の内側面に形成した隆起した環状円盤３１０のセグメントに対応する長さを有する。メインステータシャーシ２５３の前面に形成した隆起した面３００は、任意の適切な長さとすることが可能である。
【００３４】
メインステータシャーシ２５３の前面に形成した隆起した面３００がロータ２４０の前部の内側面に形成した隆起した環状円盤３１０のセグメントに対応する長さを有する実施形態では、ステータ２５２の隆起した面３００は、メインステータシャーシ２５３上に、ロータの環状円盤の半径により定義される半径範囲を囲う任意の半径位置に置くことができる。しかしながら、好適には、ロータに取り付けたホイールがホイール対して横方向で縁石に当たる（つまり、縁石衝突条件）際に生じる損傷のリスクを最小化するため、メインステータシャーシ２５３の前面に形成する隆起した面３００は、ステータ２５２を車両に装着する際ステータ２５２の底により近い、前面の下部に形成する。
【００３５】
代わりに、複数の隆起した面３００をメインステータシャーシ２５３の前面に形成することができ、ここにおいて、各隆起した面３００は、ロータ２４０に形成した隆起した環状円盤３１０のセグメントに対応する長さを有し、各隆起した面セグメントはロータ磁石が異なる向きでステータティースと接触するのを防ぐように配置する。例えば、１つの隆起した面３００をステータメインシャーシ２５３の前面の下部に形成して、ロータ駆動磁石が縁石衝突の結果としてステータティースと接触するのを防ぐことができ、ロータ２４０の頂部が車両に対し内向きに傾斜している場合、別の隆起した面３００をステータメインシャーシ２５３の前面の上部に形成してロータ駆動磁石がステータティースと接触するのを防ぐことができる。
【００３６】
タッチダウン事象が生じる際のステータ２５２とロータ２４０の摩擦を最小化するため、好適には、低摩擦材料、例えば、ナイロン、樹脂、または、PTFE、つまり、Apticote、テフロン（登録商標）もしくはダイヤモンドライクカーボンDLL等の他のコーティング剤をステータ２５２の隆起した面３００および／またはロータ２４０の隆起した環状円盤３１０に適用する。代わりに、ステータの隆起した面３００およびロータ２４０の隆起した環状円盤３１０がステータおよびロータそれぞれに装着した単独部品である場合、該単独部品は低摩擦素材で製造することが可能である。低摩擦素材をロータに適用する／装着する場合、ロータのタッチダウン面の摩擦係数はステータのタッチダウン面の摩擦係数より小さくてよい。タッチダウン事象が生じた場合、低摩擦材料を使用することでタッチダウン面３００、３１０を互いに横滑りまたは摺動させ、それによりステータ２５２とロータ２４０の間の摩擦力を最小限に抑えることが可能になる。
【００３７】
１つ以上のタッチダウン面３００、３１０に低摩擦素材を利用するかどうかの基準は、電気モータを車両に装着するために使用する軸受の剛性特性によって決めることができる。
【００３８】
例えば、車両に最大コーナリング荷重がかかる際に電気モータのタッチダウン面の間でタッチダウンが生じ得るような軸受剛性を選択する場合、ステータ２５２とロータ２４０の間の摩擦をこの条件下で最小にするには、低摩擦材料を１つ以上のタッチダウン面３００、３１０に適用するのが好適であろう。しかしながら、車両に最大コーナリング荷重がかかる際に電気モータのタッチダウン面３００、３１０の間でタッチダウンが生じるのを防ぐような軸受剛性を選択する場合、タッチダウンは縁石衝突条件等の乱用荷重の下でのみ生じ、タッチダウンは通常の駆動条件の間には生じないと考えられ、この状況では低摩擦材料をタッチダウン面３００、３１０に適用することに大きな利点はないだろう。
【００３９】
好適な実施形態では、ステータ２５２およびロータ２４０の各面に対して隆起したタッチダウン面３００、３１０を利用するが、任意の接触面をステータ２５２およびロータ２４０に形成できる。例えば、ロータ２４０の隆起した環状円盤３１０の深さは、ステータ２５２の隆起した面３００が必要となるのを避けるように選択することができ、つまり、１つ以上の孔をメインステータシャーシ２５３の前面に機械加工し、低摩擦軸受、例えば低摩擦ポリマー軸受を各穴に挿入する。軸受の面の一部はメインステータシャーシ２５３の前面から延び、これにより、タッチダウン事象がロータ２４０の環状円盤３１０で生じる際、ロータ２４０がステータ２５２に対し横滑りまたは摺動することが可能となろう。
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【国際調査報告】
2016522670.tif 000007
2016522670.tif 000008
2016522670.tif 000009