JP2014017999A - モータ、および、建機用ハイブリッド構造体 - Google Patents

Abstract

【課題】強度のある低出力のモータを製造することができると共に、モータの出力毎のシリーズ化を容易かつ安価に行うことができるモータを提供する。
【解決手段】磁石３６２の軸方向の長さＬ２は、ロータコア３６１の軸方向の長さＬ１よりも、短い。この短縮した磁石３６２では、磁力を低減できて、ロータコア３６１に固定されるシャフトのトルクを低減できる。
【選択図】図２

Description

この発明は、モータ、および、建機用ハイブリッド構造体に関する。

従来、建機用ハイブリッド構造体のモータとしては、特開２００８−２９０５９４号公報（特許文献１）に開示されたものがある。

このモータは、モータハウジングと、このモータハウジング内に取り付けられるステータと、このステータの径方向内側に配置されるロータと、このロータに固定されるシャフトとを備えている。

そして、このモータのシャフトに、エンジンの出力軸とポンプの回転軸とを、接続することで、モータは、エンジンの動力をアシストし、または、エンジンの動力を受けて発電する。

特開２００８−２９０５９４号公報

ところで、上記従来のモータでは、このモータの出力を調整する場合、ステータコアおよびロータコアの両方の大きさを変更することで対応していた。

ここで、上記モータハウジングに接続される上記エンジンのフライホイールハウジングは、規格でその大きさがほぼ決まっており、その大きさに合わせて、モータハウジングの大きさが決定され、ひいては、ステータコアの径方向の大きさが決定される。

また、上記シャフトのトルクを確保する必要があるため、上記ロータコアの径方向の大きさを、極端に小さくすることはできない。

そのため、上記モータの出力を調整するには、ステータコアおよびロータコアの軸方向の長さを増減する必要がある。

しかしながら、上記ステータコアの軸方向の長さが、所定値よりも小さくなると、ステータコアの強度が不足する。このため、低出力のモータを製造することができない。

さらに、上記モータの出力毎のシリーズ化のために、各種寸法のロータコアおよびステータコアを製造することは、コスト面でも望ましくない。

そこで、この発明の課題は、強度のある低出力のモータを製造することができると共に、モータの出力毎のシリーズ化を容易かつ安価に行うことができるモータ、および、このモータを有する建機用ハイブリッド構造体を提供することにある。

上記課題を解決するため、この発明のモータは、
モータハウジングと、
このモータハウジング内に取り付けられるステータと、
このステータの径方向内側に配置されるロータと、
このロータに固定されるシャフトと
を備え、
上記ロータは、
ロータコアと、
このロータコアに取り付けられると共に、上記シャフトのトルクを低減するためのトルク低減用磁石と
を有することを特徴としている。

この発明のモータによれば、上記ロータは、トルク低減用磁石を有するので、このトルク低減用磁石によって、モータの出力を低減できる。

これによって、上記モータの出力を低減するために、ロータコアおよびステータコアの軸方向の長さや径方向の大きさを小さくする必要がなく、トルク低減用磁石を用いることで、ロータコアおよびステータコアを一定の大きさに確保でき、強度のある低出力のモータを製造することができる。

さらに、出力の異なるモータを製造するとき、トルク低減用磁石を変えるだけで、ロータコアおよびステータコアを共通化でき、モータの出力毎のシリーズ化を、容易かつ安価に行うことができる。

また、一実施形態のモータでは、上記トルク低減用磁石の軸方向の長さは、上記ロータコアの軸方向の長さよりも、短い。

この実施形態のモータによれば、上記トルク低減用磁石の軸方向の長さは、上記ロータコアの軸方向の長さよりも、短い。このように、コストの高い磁石の軸方向の寸法を小さくして、コストダウンを図ることができる。

また、一実施形態のモータでは、
上記ロータコアは、上記トルク低減用磁石を挿入する磁石挿入孔を有し、
上記トルク低減用磁石の径方向の大きさは、上記ロータコアの上記磁石挿入孔の径方向の大きさよりも、小さい。

この実施形態のモータによれば、上記トルク低減用磁石の径方向の大きさは、上記ロータコアの上記磁石挿入孔の径方向の大きさよりも、小さい。このように、コストの高い磁石の径方向の寸法を小さくして、コストダウンを図ることができる。

また、一実施形態のモータでは、上記トルク低減用磁石は、フェライト磁石である。

この実施形態のモータによれば、上記トルク低減用磁石は、フェライト磁石である。このように、安価な磁石を用いることで、コストダウンを図ることができる。

また、一実施形態のモータでは、上記トルク低減用磁石を上記ロータコアに対して位置決めする非磁性の位置決め部材を備える。

この実施形態のモータによれば、上記位置決め部材によって、上記トルク低減用磁石を上記ロータコアに対して位置決めする。これにより、トルク低減用磁石の寸法を小さくしても、トルク低減用磁石をロータコアの所定位置に位置決めできる。

また、一実施形態のモータでは、上記ロータコアの軸方向の長さと、上記トルク低減用磁石の軸方向の長さとは、上記ステータのステータコアの軸方向の長さよりも、短い。

この実施形態のモータによれば、上記ロータコアの軸方向の長さと、上記トルク低減用磁石の軸方向の長さとは、上記ステータのステータコアの軸方向の長さよりも、短いので、モータの出力を低減できる。

これによって、上記モータの出力を低減するために、ステータコアの軸方向の長さや径方向の大きさを小さくする必要がなく、ステータコアを一定の大きさに確保でき、強度のある低出力のモータを製造することができる。

さらに、出力の異なるモータを製造するとき、ステータコアを共通化でき、モータの出力毎のシリーズ化を、容易かつ安価に行うことができる。

また、一実施形態の建機用ハイブリッド構造体では、
エンジンと、
ポンプと、
上記エンジンと上記ポンプとの間に配置される上記モータと
を備え、
上記モータの上記シャフトは、上記エンジンの出力軸と上記ポンプの回転軸との間に接続され、
上記モータの上記モータハウジングは、上記エンジンのフライホイールハウジングに接続される。

この実施形態の建機用ハイブリッド構造体によれば、上記モータハウジングは、上記フライホイールハウジングに接続されている。このフライホイールハウジングは、規格でその大きさがほぼ決まっており、その大きさに合わせて、モータハウジングの大きさが決定され、ひいては、ステータコアの径方向の大きさが決定される。このような場合であっても、上記トルク低減用磁石を用いることで、モータの出力を低減できて、ステータコアの大きさを変えずに済む。

この発明のモータ、および、建機用ハイブリッド構造体によれば、上記ロータは、トルク低減用磁石を有するので、強度のある低出力のモータを製造することができると共に、モータの出力毎のシリーズ化を容易かつ安価に行うことができる。

本発明の第１実施形態のモータおよび建機用ハイブリッド構造体を示す簡略断面図である。 モータの拡大断面図である。 本発明の第２実施形態のモータの拡大断面図である。 本発明の第３実施形態のモータの拡大断面図である。 本発明の第４実施形態のモータの拡大断面図である。

以下、この発明を図示の実施の形態により詳細に説明する。

（第１の実施形態）
図１は、この発明の第１実施形態の建機用ハイブリッド構造体を示す縦断面図である。図１に示すように、この建機用ハイブリッド構造体は、例えば、建機用の車両に組み込まれており、エンジン１と、ポンプ２と、上記エンジン１と上記ポンプ２との間に配置されるモータ３とを備えている。

上記エンジン１は、エンジン本体１０と、エンジン本体１０の出力軸１１に接続されたフライホイール１２と、エンジンハウジング１３とを有する。エンジンハウジング１３は、エンジン本体１０を覆う本体ハウジング１３０と、フライホイール１２を覆うフライホイールハウジング１３１とを有する。

上記ポンプ２は、例えば、油圧ポンプであり、ポンプ本体２０と、ポンプハウジング２３とを有する。ポンプハウジング２３は、ポンプ本体２０を覆う本体ハウジング２３０と、ポンプ本体２０の回転軸２１側に位置する取付板２３１とを有する。

上記モータ３は、例えば、エンジン１のポンプ２への動力をアシストするために用いられ、または、エンジン１のポンプ２への動力を受けて発電するために用いられる。モータ３は、モータハウジング３３と、ステータ３５と、ロータ３６と、シャフト３１とを有する。

上記モータハウジング３３は、エンジンハウジング１３とポンプハウジング２３との間に配置され、エンジンハウジング１３およびポンプハウジング２３に接続される。具体的に述べると、モータハウジング３３は、ボルトによって、フライホイールハウジング１３１と取付板２３１とに接続される。

上記ステータ３５は、モータハウジング３３内に取り付けられる。ステータ３５は、モータハウジング３３の内面に接触する円筒状のステータコア３５１と、このステータコア３５１に巻回されたステータコイル３５２とを有する。

上記ロータ３６は、ステータ３５の径方向内側に配置される。ロータ３６は、ステータコア３５１の径方向内側に間隔をあけて配置される円筒状のロータコア３６１と、このロータコア３６１に埋め込まれた複数の磁石３６２とを有する。

上記シャフト３１は、円筒状であり、ロータ３６の内面に固定され、エンジン１の出力軸１１とポンプ２の回転軸２１との間に接続される。具体的に述べると、シャフト３１の一端は、ボルトによって、フライホイール１２に連結される。シャフト３１の他端は、カップリング３７を介して、ポンプ本体２０の回転軸２１に連結される。カップリング３７は、ボルトによって、シャフト３１の他端に連結される。

上記建機用ハイブリッド構造体の作用を説明すると、上記エンジン１の出力軸１１が回転することにより、モータ３のシャフト３１が回転すると共に、ポンプ２の回転軸２１が回転する。このとき、モータ３は、ステータ３５とロータ３６の電磁力により、エンジン１の動力をアシストし、または、エンジン１の動力を受けて発電する。

図２に示すように、上記ロータコア３６１は、複数の磁石挿入孔３６１ａを有する。この磁石挿入孔３６１ａは、軸方向からみて、矩形状に形成されている。複数の磁石挿入孔３６１ａは、周方向に、所定の間隔をあけて、配列されている。

上記複数の磁石挿入孔３６１ａのそれぞれには、上記磁石３６２が挿入される。この磁石３６２は、ネオジウム磁石であり、板状に形成されている。

上記磁石３６２の軸方向の長さＬ２は、上記ロータコア３６１の軸方向の長さＬ１よりも、短い。こうすることによって、この短縮した磁石３６２では、ロータコア３６１の長さＬ１と同じ長さを有する一般的な磁石と比べて、磁力を低減できる。つまり、この短縮した磁石３６２は、上記シャフト３１のトルクを低減するためのトルク低減用磁石といえる。なお、ロータコア３６１の軸方向の長さＬ１は、ステータコア３５１の軸方向の長さと略同じである。

一方、上記磁石３６２の径方向の大きさ（厚み）は、上記磁石挿入孔３６１ａの径方向の大きさと、同じである。

上記磁石３６２は、上記ロータコア３６１の軸方向の中央部分に、位置している。この磁石３６２の軸方向両端側で、上記磁石挿入孔３６１ａ内には、非磁性体３６３が、設けられている。この非磁性体３６３は、磁石３６２をロータコア３６１に対して位置決めする。つまり、非磁性体３６３は、位置決め部材の一例である。

上記非磁性体３６３は、例えば、樹脂やＳＵＳからなる。非磁性体３６３は、単独で、磁石挿入孔３６１ａに挿入されてもよく、または、ロータコア３６１の図示しない端板と一体に形成され、この端板の取り付けに追従して、磁石挿入孔３６１ａに挿入されてもよい。

上記構成のモータ３によれば、上記ロータ３６は、トルク低減用磁石３６２を有するので、このトルク低減用磁石３６２によって、モータ３の出力を低減できる。

これによって、上記モータ３の出力を低減するために、ロータコア３６１およびステータコア３５１の軸方向の長さや径方向の大きさを小さくする必要がなく、トルク低減用磁石３６２を用いることで、ロータコア３６１およびステータコア３５１を一定の大きさに確保でき、強度のある低出力のモータ３を製造することができる。

さらに、軸方向の長さの異なる複数のトルク低減用磁石３６２を用意しておき、出力の異なるモータ３を製造するとき、これら長さの異なるトルク低減用磁石３６２を変えるだけで、ロータコア３６１およびステータコア３５１を共通化でき、モータ３の出力毎のシリーズ化を、容易かつ安価に行うことができる。

また、上記トルク低減用磁石３６２の軸方向の長さＬ２は、上記ロータコア３６１の軸方向の長さＬ１よりも、短い。このように、コストの高い磁石３６２の軸方向の寸法を小さくして、コストダウンを図ることができる。

また、位置決め部材としての非磁性体３６３によって、上記トルク低減用磁石３６２を上記ロータコア３６１に対して位置決めする。これにより、トルク低減用磁石３６２の寸法を小さくしても、トルク低減用磁石３６２をロータコア３６１の所定位置に位置決めできる。

上記構成の建機用ハイブリッド構造体によれば、上記モータハウジング３３は、上記フライホイールハウジング１３１に接続されている。このフライホイールハウジング１３１は、規格でその大きさがほぼ決まっており、その大きさに合わせて、モータハウジング３３の大きさが決定され、ひいては、ステータコア３５１の径方向の大きさが決定される。このような場合であっても、上記トルク低減用磁石３６２を用いることで、モータ３の出力を低減できて、ステータコア３５１の大きさを変えずに済む。

（第２の実施形態）
図３は、この発明の第２実施形態のモータを示す縦断面図である。この第２の実施形態は、上記第１の実施形態とは、トルク低減用磁石の構成のみが相違する。この相違する構成のみを以下に説明する。なお、この第２の実施形態において、上記第１の実施形態と同一の符号は、上記第１の実施形態と同じ構成であるため、その説明を省略する。

図３に示すように、磁石３６２Ａの径方向の大きさＭ２は、磁石挿入孔３６１ａの径方向の大きさＭ１よりも、小さい。こうすることによって、この薄肉の磁石３６２Ａでは、磁石挿入孔３６１ａの大きさＭ１と同じ厚みを有する一般的な磁石と比べて、磁力を低減できる。つまり、この薄肉の磁石３６２Ａは、上記シャフト３１のトルクを低減するためのトルク低減用磁石といえる。

一方、上記磁石３６２Ａの軸方向の長さは、上記ロータコア３６１の軸方向の長さと、同じである。

上記磁石３６２Ａは、ネオジウム磁石であり、板状に形成されている。磁石３６２Ａは、磁石挿入孔３６１ａの径方向の外側部分に、位置している。この磁石３６２Ａの径方向内側で、上記磁石挿入孔３６１ａ内に、位置決め部材としての非磁性体３６３が、設けられている。この非磁性体３６３は、磁石３６２Ａをロータコア３６１に対して位置決めする。

この第２実施形態のモータによれば、上記ロータ３６は、トルク低減用磁石３６２Ａを有するので、このトルク低減用磁石３６２Ａによって、モータの出力を低減できる。

これによって、上記モータの出力を低減するために、ロータコア３６１およびステータコア３５１の軸方向の長さや径方向の大きさを小さくする必要がなく、トルク低減用磁石３６２Ａを用いることで、ロータコア３６１およびステータコア３５１を一定の大きさに確保でき、強度のある低出力のモータを製造することができる。

さらに、径方向の大きさ（厚み）の異なる複数のトルク低減用磁石３６２Ａを用意しておき、出力の異なるモータを製造するとき、これら厚みの異なるトルク低減用磁石３６２Ａを変えるだけで、ロータコア３６１およびステータコア３５１を共通化でき、モータの出力毎のシリーズ化を、容易かつ安価に行うことができる。

また、上記トルク低減用磁石３６２Ａの径方向の大きさＭ２は、上記ロータコア３６１の径方向の大きさＭ１よりも、小さい。このように、コストの高い磁石３６２Ａの径方向の寸法を小さくして、コストダウンを図ることができる。

（第３の実施形態）
図４は、この発明の第３実施形態のモータを示す縦断面図である。この第３の実施形態は、上記第１の実施形態とは、トルク低減用磁石の構成のみが相違する。この相違する構成のみを以下に説明する。なお、この第３の実施形態において、上記第１の実施形態と同一の符号は、上記第１の実施形態と同じ構成であるため、その説明を省略する。

図４に示すように、磁石３６２Ｂは、フェライト磁石である。こうすることによって、このフェライト磁石３６２Ｂでは、一般的なネオジウム磁石と比べて、磁力を低減できる。つまり、このフェライト磁石３６２Ｂは、上記シャフト３１のトルクを低減するためのトルク低減用磁石といえる。この磁石３６２Ｂの大きさは、磁石挿入孔３６１ａの大きさと、同じである。

この第３実施形態のモータによれば、上記ロータ３６は、トルク低減用磁石３６２Ｂを有するので、このトルク低減用磁石３６２Ｂによって、モータの出力を低減できる。

これによって、上記モータの出力を低減するために、ロータコア３６１およびステータコア３５１の軸方向の長さや径方向の大きさを小さくする必要がなく、トルク低減用磁石３６２Ｂを用いることで、ロータコア３６１およびステータコア３５１を一定の大きさに確保でき、強度のある低出力のモータを製造することができる。

また、上記トルク低減用磁石３６２Ｂは、フェライト磁石である。このように、安価な磁石３６２Ｂを用いることで、コストダウンを図ることができる。

（第４の実施形態）
図５は、この発明の第４実施形態のモータを示す縦断面図である。この第４の実施形態は、上記第１の実施形態とは、ロータの構成のみが相違する。この相違する構成のみを以下に説明する。なお、この第４の実施形態において、上記第１の実施形態と同一の符号は、上記第１の実施形態と同じ構成であるため、その説明を省略する。

図５に示すように、このロータ３６Ａでは、ロータコア３６１Ａの軸方向の長さＬ３と、磁石３６２Ｃの軸方向の長さＬ４とは、ステータ３５のステータコア３５１の軸方向の長さＬ５よりも、短い。ロータコア３６１Ａの長さＬ３と、磁石３６２Ｃの長さＬ４とは、略同じである。

こうすることによって、この磁石３６２Ｃでは、ステータコア３５１の長さＬ５と同じ長さを有する一般的な磁石と比べて、磁力を低減できる。つまり、この磁石３６２Ｃは、シャフト３１のトルクを低減するためのトルク低減用磁石といえる。

また、このロータコア３６１Ａでは、ステータコア３５１の長さＬ５と同じ長さを有する一般的なロータコアと比べて、慣性モーメントを小さくできる。

この第４の実施形態のモータによれば、上記ロータコア３６１Ａの軸方向の長さＬ３と、上記トルク低減用磁石３６２Ｃの軸方向の長さＬ４とは、上記ステータコア３５１の軸方向の長さＬ５よりも、短いので、モータの出力を低減できる。

これによって、上記モータの出力を低減するために、ステータコア３５１の軸方向の長さや径方向の大きさを小さくする必要がなく、ステータコア３５１を一定の大きさに確保でき、強度のある低出力のモータを製造することができる。

さらに、出力の異なるモータを製造するとき、ステータコア３５１を共通化でき、モータの出力毎のシリーズ化を、容易かつ安価に行うことができる。

なお、この発明は上述の実施形態に限定されない。例えば、上記第１から上記第４の実施形態のそれぞれの特徴点を様々に組み合わせてもよい。

また、上記トルク低減用磁石として、軸方向の長さを短くする構成と、径方向の大きさ（厚み）を小さくする構成と、フェライト磁石を用いる構成との、少なくとも一つの構成を有するようにしてもよい。

また、上記エンジンの出力軸と、上記ポンプの回転軸と、上記モータのシャフトとが、一体に形成されていてもよい。

また、上記構成のモータを、エンジンにより発電する発電モータのみ、または、エンジンの駆動をアシストするアシストモータのみに、適用してもよい。

また、上記構成のモータを、建機用ハイブリッド構造体以外の機械製品に、用いてもよい。

１ エンジン
２ ポンプ
３ モータ
１０ エンジン本体
１１ 出力軸
１２ フライホイール
１３ エンジンハウジング
１３０ 本体ハウジング
１３１ フライホイールハウジング
２０ ポンプ本体
２１ 回転軸
２３ ポンプハウジング
２３０ 本体ハウジング
２３１ 取付板
３１ シャフト
３３ モータハウジング
３５ ステータ
３５１ ステータコア
３５２ ステータコイル
３６，３６Ａ ロータ
３６１，３６１Ａ ロータコア
３６１ａ 磁石挿入孔
３６２，３６２Ａ，３６２Ｂ，３６２Ｃ 磁石（トルク低減用磁石）
３６３ 非磁性体（位置決め部材）
３７ カップリング
Ｌ１，Ｌ３ ロータコアの軸方向の長さ
Ｌ２，Ｌ４ 磁石の軸方向の長さ
Ｌ５ ステータコアの軸方向の長さ
Ｍ１ 磁石挿入孔の径方向の大きさ
Ｍ２ 磁石の径方向の大きさ

Claims (7)

1. モータハウジング（３３）と、
   このモータハウジング（３３）内に取り付けられるステータ（３５）と、
   このステータ（３５）の径方向内側に配置されるロータ（３６，３６Ａ）と、
   このロータ（３６，３６Ａ）に固定されるシャフト（３１）と
   を備え、
   上記ロータ（３６，３６Ａ）は、
   ロータコア（３６１，３６１Ａ）と、
   このロータコア（３６１，３６１Ａ）に取り付けられると共に、上記シャフト（３１）のトルクを低減するためのトルク低減用磁石（３６２，３６２Ａ，３６２Ｂ，３６２Ｃ）と
   を有することを特徴とするモータ。
2. 請求項１に記載のモータにおいて、
   上記トルク低減用磁石（３６２）の軸方向の長さ（Ｌ２）は、上記ロータコア（３６１）の軸方向の長さ（Ｌ１）よりも、短いことを特徴とするモータ。
3. 請求項１または２に記載のモータにおいて、
   上記ロータコア（３６１）は、上記トルク低減用磁石（３６２Ａ）を挿入する磁石挿入孔（３６１ａ）を有し、
   上記トルク低減用磁石（３６２Ａ）の径方向の大きさ（Ｍ２）は、上記ロータコア（３６１）の上記磁石挿入孔（３６１ａ）の径方向の大きさ（Ｍ１）よりも、小さいことを特徴とするモータ。
4. 請求項１から３の何れか一つに記載のモータにおいて、
   上記トルク低減用磁石（３６２Ｂ）は、フェライト磁石であることを特徴とするモータ。
5. 請求項２から４の何れか一つに記載のモータにおいて、
   上記トルク低減用磁石（３６２，３６２Ａ，３６２Ｂ）を上記ロータコア（３６１）に対して位置決めする非磁性の位置決め部材（３６３）を備えることを特徴とするモータ。
6. 請求項１に記載のモータにおいて、
   上記ロータコア（３６１Ａ）の軸方向の長さ（Ｌ３）と、上記トルク低減用磁石（３６２Ｃ）の軸方向の長さ（Ｌ４）とは、上記ステータ（３５）のステータコア（３５１）の軸方向の長さ（Ｌ５）よりも、短いことを特徴とするモータ。
7. エンジン（１）と、
   ポンプ（２）と、
   上記エンジン（１）と上記ポンプ（２）との間に配置される請求項１から６の何れか一つに記載のモータ（３）と
   を備え、
   上記モータ（３）の上記シャフト（３１）は、上記エンジン（１）の出力軸（１１）と上記ポンプ（２）の回転軸（２１）との間に接続され、
   上記モータ（３）の上記モータハウジング（３３）は、上記エンジン（１）のフライホイールハウジング（１３１）に接続されることを特徴とする建機用ハイブリッド構造体。

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