JP2000287399A - 電動機のロータ - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】 ハブの熱膨張に基づくヨークの変形を回避し
て、電動機の効率の低下を防止すること。 【解決手段】 電動機のロータ１は、回転軸２と、回転
軸２の外周に組み付けられたハブ３と、ハブ３の外周に
組み付けられるとともに界磁用永久磁石５を備えたヨー
ク４とが一体的に回転するようにされており、ハブ３と
ヨーク４との間にはハブ３の熱膨張による伸びを吸収す
る間隙が形成されている。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本出願発明は、電動機のロー
タに関し、例えばブラシレス直流電動機に使用されるイ
ンナロータに関するものである。

【０００２】

【従来の技術】ブラシレス直流電動機には、ステータと
して固定されたアマチュアコイルの内周側に径方向の間
隔を置いて配置されたインナロータを備えたものがあ
る。このインナロータでは、界磁用の永久磁石が取り付
けられたヨークが、回転軸に設けられたハブの外周に圧
入または接着により固着されている。

【０００３】また、電動機においては、小型軽量化と同
時に大出力化が図られている。そこで、前記ブラシレス
直流電動機のインナロータにおいても、大出力化のため
に、磁極当たりの磁束を増す必要から、界磁用磁石が取
り付けられるヨークは、透磁率の大きな材料である電磁
鋼板で形成されている。同時に、軽量化のために、ハブ
は、ヨークに使用さている鋼板より比重の小さいアルミ
ニウム合金で形成されている。

【０００４】

【発明が解決しようとする課題】ところで、大出力の電
動機では、電動機自体の発熱量が多く、電動機の構成要
素はより高温となり易い環境にある。そして、そのよう
な環境下では、ロータのハブの熱膨張が電動機の効率に
影響を及ぼすことがあった。すなわち、前記の従来のブ
ラシレス直流電動機では、ヨークとハブとが固着されて
いるため、ハブの熱膨張による伸びが生じ、そのために
生じたハブの変形が、そのままヨークに及んで、ヨーク
の変形をもたらしていた。その結果、ヨークにはその変
形に伴う応力が発生していた。ところが、磁性材料に応
力が作用すると、その透磁率が低下することが知られて
おり、前述のように応力が作用しているヨークでは、そ
の透磁率が低下することにより、磁束が減少して、電動
機が発生するトルクが小さくなり、結果的に電動機の効
率が低下してしまうことがあった。

【０００５】本出願発明は、このような事情に鑑みてな
されたものであって、請求項１および請求項２記載の発
明は、ハブの熱膨張に基づくヨークの変形を回避して、
電動機の効率の低下を防止することを共通の課題とす
る。また、請求項２記載の発明は、さらに、簡単な構造
によりヨークからハブへのトルクの確実な伝達を可能と
することを課題とする。

【０００６】

【課題を解決するための手段および効果】本出願の請求
項１記載の発明は、回転軸と、該回転軸の外周に設けら
れたハブと、該ハブの外周に組み付けられるとともに界
磁用磁石を備えたヨークとが一体的に回転する電動機の
ロータにおいて、前記ハブと前記ヨークとの間には該ハ
ブの熱膨張による伸びを吸収する間隙が形成されている
電動機のロータである。

【０００７】このような請求項１記載の発明によれば、
電動機から発生する熱によりハブが熱膨張したとき、ハ
ブの熱膨張による伸びは前記間隙にて吸収されて、ハブ
の熱膨張による伸びによって生じた変形が、ヨークに変
形をもたらすことはない。その結果、ヨークには、ハブ
の熱膨張により生じた変形に起因した応力が発生するこ
とがないので、その応力によるヨークの透磁率の低下は
なく、電動機の効率の低下を防止できる。

【０００８】さらに、請求項２記載の発明のように、請
求項１記載の電動機のロータにおいて、前記ハブの外周
および前記ヨークの内周の相対する位置にそれぞれ形成
された切欠部と、該両切欠部に跨って挿入された挿入部
材とからなるトルク伝達機構を備えたことにより、ヨー
クとハブとの間に間隙があるにも拘わらず、両切欠部に
挿入部材を挿入するという簡単な構造で、ヨークに発生
するトルクは、トルク伝達機構を構成する両切欠部およ
び挿入部材を介してハブに滑りを伴うことなく確実に伝
達される。

【０００９】

【発明の実施形態】以下、本出願発明の一実施形態を図
１および図２を参照して説明する。図１は、本出願発明
の実施形態のブラシレス直流電動機のインナロータの正
面図であり、図２は、図１のＩＩ−ＩＩ線での断面図で
ある。この電動機は、４輪のカート等に搭載されて、単
独でまたは内燃機関と併用して車両の動力源として使用
されるものである。

【００１０】インナロータ１は、従来のインナロータを
有するブラシレス直流電動機と同様に、ステータとして
環状に配置された複数のアマチュアコイルの内周側にお
いて、径方向の間隔を置いて配置されるものである。こ
のインナロータ１は、出力軸となる回転軸２と、回転軸
２の外周に組み付けられたハブ３と、ハブ３の外周に組
み付けられたヨーク４とを有している。そして、ヨーク
４の外周には８極の界磁用の永久磁石５が取り付けられ
ている。

【００１１】図２に図示されるように、回転軸２の一端
部には、ハブ３の取付部２ａが形成されている。取付部
２ａは、回転軸２の他の部分より大径にされていて、よ
り大きな強度が付与されているとともに、その外周には
軸方向に延びるスプラインが形成されている。一方、回
転軸２の他端部には、回転軸２のトルクを駆動輪に伝達
するための伝動要素（図示されず）が取り付けられる。

【００１２】図１および図２を参照してさらに説明す
る。軽量化のためアルミニウム合金で形成されたハブ３
は、円筒部３ａとアーム部３ｂとリム部３ｃとを備えて
いる。円筒部３ａは、ハブ３の中心部に位置しており、
その内周には、回転軸２のスプラインと嵌合するスプラ
インが軸方向に延びて形成されている。４本のアーム部
３ｂは、円筒部３ａの外周から周方向に等間隔に径方向
外方に延びて形成されている。そして、各アーム部３ｂ
の径方向の外端が位置する円周上にリム部３ｃが形成さ
れている。リム部３ｃは、その軸方向の長さが、円筒部
３ａの軸方向の長さと略等しい円筒形状をしている。図
２に図示されるように、リム部３ｃの外周には、アーム
部３ｂの径方向の中心線上に位置して、周方向に等間隔
に４個の切欠部３ｄが設けられている。各切欠部３ｄ
は、半円形の径方向横断面形状を有していて、軸方向に
延びて形成されている。

【００１３】リム部３ｃの外周に組み付けられるヨーク
４は、その軸方向の長さが、リム部３ｃの軸方向の長さ
と等しくされている。そして、ヨーク４の外周には、８
個の磁極からなる界磁用の永久磁石５が、周方向に等間
隔に、かつＮ極およびＳ極が交互に配置されるようにし
て、接着剤により取り付けられている。

【００１４】ところで、ヨーク４は、円環状の無方向性
の電磁鋼板、例えばケイ素鋼板が接着剤により接着され
て積層されることで形成されており、全体的には、円筒
形状をしている。各円環状の鋼板の内周には、ヨーク４
がリム部３ｃの外周に組み付けられたとき、リム部３ｃ
の４個の切欠部３ｄに対応するように、周方向に等間隔
に４個の切欠部要素が設けられている。各切欠部要素
は、半円形の形状を有している。したがって、図２に図
示されるように、これら鋼板が積層されてヨーク４が形
成された状態では、リム部３ｃの切欠部３ｄに対応し
て、ヨーク４の切欠部４ｄが、それら切欠部要素によ
り、半円形の径方向横断面形状を有して、軸方向に延び
て形成されることになる。

【００１５】また、各鋼板の外周には、周方向に等間隔
に、８箇所の所定の円弧長さを有する円弧状の突出部要
素が形成されている。そして、それら突出部要素のうち
の一つの突出部要素に、該突出部要素の周方向の中央位
置またはその近傍において、鋼板の誤った積層を防止す
るためのノッチ４ｂが形成されている。このノッチ４ｂ
は、鋼板の内周に形成された隣接する二つの切欠部要素
の間を周方向に二等分する面と鋼板の外周との交線の位
置以外の位置にある。したがって、これら鋼板が積層さ
れる際、各鋼板の突出部要素に形成されているノッチ４
ｂを合わせるようにして積層することにより、各鋼板の
周方向の位置および鋼板の表裏が正しいことを確認でき
るため、鋼板の誤った周方向位置での積層および裏返し
での積層を防止できる。

【００１６】さらに、鋼板が積層されてヨーク４ができ
あがった状態では、各鋼板の突出部要素により、ヨーク
４の外周に、軸方向に延びる８条の突出部４ａが形成さ
れる。そして、これら突出部４ａ間に、永久磁石５が、
その周方向の両端面が隣接する突出部４ａの周方向の端
面にそれぞれ当接するようにして位置決めされて、接着
される。このように、ヨーク４に突出部４ａが形成され
ていることにより、ヨーク４に対する永久磁石５の位置
決めが容易となり、さらに正規の位置からの永久磁石５
の周方向のずれが防止できる。

【００１７】ヨーク４の外周に取り付けられた永久磁石
５の外周には、設定された厚さになるまで炭素繊維を用
いたフィラメントワインディング６が施され、これによ
り、インナロータ１が回転しているときにも、永久磁石
５がヨーク４の外周に保持されるようになっている。

【００１８】回転軸２、ハブ３およびヨーク４は、つぎ
のように組み付けられている。回転軸２の取付部２ａ
に、ハブ３の円筒部３ａがスプライン嵌合されること
で、ハブ３が回転軸２に回転方向に一体的に固定されて
いる。円筒部３ａの軸方向の両端部には、回転軸２に嵌
合して、回転軸２に形成された溝に係止されたサークリ
ップ７により軸方向の移動が阻止されたスラストプレー
ト８が当接している。それゆえ、ハブ３の軸方向の移動
は、このスラストプレート８およびサークリップ７によ
り阻止されている。

【００１９】ハブ３のリム部３ｃの外周には、永久磁石
５が取り付けられたヨーク４が、リム部３ｃの切欠部３
ｄとヨーク４の切欠部４ｄとが相対するようにして配置
されている。そして、両切欠部３ｄ，４ｄにより形成さ
れる円柱状の空間に、挿入部材である、頭部を有する円
柱状のピン９が挿入されることで、ハブ３にヨーク４が
組み付けられている。各ピン９は、ワッシャ１０を介し
て、その末端部に形成された溝に係止されたＥリング１
１により抜け止めされている。そして、各ピン９は、両
切欠部３ｄ，４ｄに跨った状態で挿入されている。そし
て、この実施形態において、両切欠部３ｄ，４ｄとピン
９とにより、ヨーク４のトルクをハブ３に伝達するトル
ク伝達機構が構成されている。

【００２０】そして、ハブ３にヨーク４が組み付けられ
た状態では、ハブ３とヨーク４との間に、ハブ３の熱膨
張による伸びを吸収できる間隙が形成されるように、ハ
ブ３の寸法とヨーク４の寸法とが設定されている。その
ため、ハブ３の熱膨張による伸びによって生じた変形
が、ヨーク４の変形をもたらすことがない。したがっ
て、ヨーク４には、ハブ３の熱膨張に起因して生じた変
形による応力が発生することはない。

【００２１】また、前記従来技術のように、ヨーク４を
ハブ３に圧入して固着した場合には、圧入の時点でヨー
ク４が変形し、その変形による応力がヨーク４に発生し
て、ヨーク４の透磁率が低下することになって、ヨーク
４を形成する電磁鋼板の高透磁率の特性を十分に活かせ
ないものとなっていた。しかしながら、この実施形態お
いては、両切欠部３ｄ，４ｄにピン９が挿入された状態
で、ピン９の寸法およびヨーク４の切欠部４ｄの寸法
は、ピン９の挿入によりヨーク４に応力が発生しない寸
法関係に設定されている。そのため、各ピン９が両切欠
部３ｄ，４ｄに挿入されることに起因して、ヨーク４に
応力が発生することはない。

【００２２】さらに、ヨーク４に発生するトルクは、両
切欠部３ｄ，４ｄおよび該両切欠部３ｄ，４ｄに跨って
挿入されたピン９を介して、すなわちトルク伝達機構を
介して、ハブ３そして回転軸２に滑りを伴うことなく確
実に伝達されて、ヨーク４、ハブ３および回転軸２が一
体的に回転する。このように、単に両切欠部３ｄ，４ｄ
にピン９を挿入するだけの簡単な構造で、ピン９と両切
欠部３ｄ，４ｄとの係合を通じて、大きなトルクでも確
実に伝達ができる。また、ピン９が挿入される位置は、
アーム部３ｂの径方向中心線上であって、ハブ３におい
て比較的剛性の高い部位であるため、大きなトルクも、
ハブ３に大きな変形を発生させることなく伝達できる。

【００２３】このように構成されたインナロータ１を有
する電動機が作動すると、電動機が発熱して、ハブ３が
熱膨張したとき、ハブ３の熱膨張による伸びは前記間隙
にて吸収される。その結果、ハブ３の熱膨張による伸び
によって生じた変形が、ヨーク４に変形をもたらすこと
はない。したがって、ヨーク４には、ハブ３の熱膨張に
より生じた変形に起因した応力が発生することがないの
で、その応力によるヨーク４の透磁率の低下はなく、電
動機の効率の低下を防止できる。

【００２４】なお、明細書において、円、円筒、円環な
どの円とは、厳密な円形状だけでなく、円に近い形状で
ある略円形状も含むものである。

【００２５】この実施形態は、前記のように構成されて
いるので、以下の効果を奏する。ハブ３にヨーク４が組
み付けられた状態で、ハブ３とヨーク４との間に、ハブ
３の熱膨張による伸びを吸収できる間隙が形成されるよ
うにしている。そのため、電動機から発生する熱により
ハブ３が熱膨張したとき、ハブ３の熱膨張による伸びは
前記間隙にて吸収されて、ハブ３の熱膨張による伸びに
よって生じた変形が、ヨーク４に変形をもたらすことは
ない。その結果、ヨーク４には、ハブ３の熱膨張により
生じた変形に起因した応力が発生することがないので、
その応力によるヨーク４の透磁率の低下はなく、電動機
の効率の低下を防止できる。

【００２６】両切欠部３ｄ，４ｄに跨ってピン９を挿入
するという簡単な構造で、ヨーク４とハブ３との間に間
隙があるにも拘わらず、ヨーク４に発生するトルクは、
両切欠部３ｄ，４ｄおよびピン９を介して、ハブ３に滑
りを伴うことなく確実に伝達される。

【００２７】ピン９の寸法およびヨーク４の切欠部４ｄ
の寸法は、ピン９の挿入によりヨーク４に応力が発生し
ない寸法関係に設定されている。そのため、各ピン９が
両切欠部３ｄ，４ｄに挿入されて、ハブ３にヨーク４が
組み付けられた時点で、ヨーク４に応力が発生すること
はなく、そのような応力によりヨーク４の透磁率が低下
することもない。したがって、ヨーク４の組み付けによ
るヨーク４形成材料の透磁率の低下を防止できるので、
電動機の効率をより高めることができる。

【００２８】永久磁石５は、ヨーク４の外周に形成され
た突出部４ａ間に、その周方向の両端面が隣接する突出
部４ａの周方向の端面にそれぞれ当接するようにして位
置決めできるため、ヨーク４に対する永久磁石５の位置
決めが容易となる。さらに、永久磁石５の周方向の両端
面が、隣接する突出部４ａの周方向の端面に当接してい
るため、正規の位置からの永久磁石５の周方向のずれが
防止できる。そのため、ブラシレス直流電動機におい
て、インナロータ１の回転位置の検出が正確にできる。

【００２９】ヨーク４を形成する鋼板の突出部要素に
は、鋼板の誤った積層を防止するためのノッチ４ｂが形
成されているので、鋼板の誤った周方向位置での積層お
よび裏返しでの積層を防止できる。

【００３０】なお、前記の実施形態では、電動機はブラ
シレス直流電動機であったが、ブラシレス直流電動機以
外の電動機であってもよい。また、前記の実施形態で
は、回転軸２とハブ３とは別部材であったが、回転軸２
とハブ３とが一体成形されたものであってもよい。

【００３１】前記の実施形態では、トルク伝達機構は、
両切欠部３ｄ，４ｄとピン９とにより構成されていた
が、トルク伝達機構として、両切欠部３ｄ，４ｄおよび
ピン９を用いることなく、例えば凸部と凹部との係合の
ように、ヨーク４およびハブ３の一方に係合部を形成
し、他方に該係合部と係合する被係合部を形成して、ト
ルク伝達を行うようにすることもできる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本出願発明の一実施形態であるブラシレス直流
電動機のインナロータの正面図である。

【図２】図１のＩＩ−ＩＩ線断面図である。

【符号の説明】

１…インナロータ、２…回転軸、２ａ…取付部、３…ハ
ブ、３ａ…円筒部、３ｂ…アーム部、３ｃ…リム部、３
ｄ…切欠部、４…ヨーク、４ａ…突出部、４ｂ…ノッ
チ、４ｄ…切欠部、５…永久磁石、６…フィラメントワ
インディング、７…サークリップ、８…スラストプレー
ト、９…ピン、１０…ワッシャ、１１…Ｅリング。

Claims (2)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 回転軸と、該回転軸の外周に設けられた
   ハブと、該ハブの外周に組み付けられるとともに界磁用
   磁石を備えたヨークとが一体的に回転する電動機のロー
   タにおいて、前記ハブと前記ヨークとの間には該ハブの
   熱膨張による伸びを吸収する間隙が形成されていること
   を特徴とする電動機のロータ。
2. 【請求項２】 前記ハブの外周および前記ヨークの内周
   の相対する位置にそれぞれ形成された切欠部と、該両切
   欠部に跨って挿入された挿入部材とからなるトルク伝達
   機構を備えたことを特徴とする請求項１記載の電動機の
   ロータ。