JP4050747B2 - 回転電機 - Google Patents

Description

本発明は、電動二輪車等に使用される電動モータ等の回転電機に関し、特に生産性／メンテナンス性の高い回転電機に関する。

近年では、電動二輪車の動力源として後ろ車軸にアキシャルギャップ型の電動モータが使用される。かかるモータは車体フレームから延びたリヤアームに固定されるステータとこのステータに対して回転して動力を後輪に伝達させるロータとにより構成される。

ロータは、磁極を設ける面と軸受けに回転可能に支持される軸部とを接続して構成しており、電池の過充電防止や押し歩きを軽くするために、ワンウェイクラッチを介して後輪へ動力を伝えている。

また、生産工程において磁極をヨークに接着する際には、接着剤を塗布したヨークに磁極載せ、磁極をヨークに押圧することで磁極の高さが理想的になるように調整している。

上記のように、電動二輪車のアキシャルモータにおけるロータのヨークは、磁極を設ける面と軸受けに回転可能に支持される軸部とを接続して構成されていたので、溶接等の工程や部品毎の管理が必要になり、生産性が悪く、結果としてコスト高になる。

また、ロータのヨークは、ワンウェイクラッチを収容できる形状を有していないので、後輪の幅が広くて空気抵抗が大きく、またデザインの自由度が低くなってしまう。

また、通電されていないステータのコイルは、強磁力を有した磁極に吸引されるので、電動二輪車をメンテナンスする際等にはロータの取り外しが容易ではなかった。

また、ヨークに磁極を取り付ける際には、磁極だけをヨークに押圧するようになっていたので、磁極の高さにばらつきが生じ、ステータとのギャップを希望どおりにするのが困難であった。そのため、結果的に生産性の低下を招いていた。

なお、かかる内容は発電機を含む回転電機について言えることである。

そこで本発明は、生産性／メンテナンス性の高い回転電機を提供することにある。

上記従来の課題を解決するために、第１の態様の本発明は、コイルを含むステータと、一端面が前記ステータに対向して配置される磁極と、前記磁極が設けられ、前記ステータからの電磁気的エネルギーにより回転するロータとを備え、前記ロータは、前記磁極の他端面が設けられる外周側の面と、その面から同心上に段階的に絞り加工された部分と、ロータの回転軸上に位置する軸部とを含み、前記ロータの外周側の面がロータの回転軸に直交するように形成されるとともに、前記加工された部分または軸部にロータの回転軸に直交する面が形成された回転電機としている。

また、第２の態様の本発明は、前記段階的に絞り加工された部分によりワンウェイクラッチを収容する空間が形成された回転電機としている。

また、第３の態様の本発明は、前記磁極を設ける面と前記段階的に絞り加工された部分と前記軸部とが一体成形された回転電機としている。

また、第４の態様の本発明は、固定されたステータと該ステータからの電磁気的エネルギーにより回転するロータとを有し、前記ロータは、外周側に磁極を設ける面を有し、該面から同心円状に段階的に絞り加工され、ロータの回転軸上に位置する円筒形の軸部が内周側に形成されたものであり、前記軸部または前記絞り加工された部分に前記回転軸に直交する面が形成され、前記直交する面に雌ネジが形成された回転電機としている。

また、第５の態様の本発明は、前記雌ネジが前記回転軸上に形成された回転電機としている。

また、第６の態様の本発明は、前記雌ネジが複数形成されかつ前記回転軸の周囲に均等に形成された回転電機としている。

また、第7の態様の本発明は、前記絞り加工された部分に形成されるロータの回転軸に直交する面は、前記絞り加工された部分のうち前記軸部が挿入されるステータ側の軸受けに押圧される部分に形成された回転電機としている。

以下、本発明の実施の形態を図面を参照して説明する。

図１は、本発明に係る電動モータを適用した電動二輪車の側面図である。

図１に示す電動二輪車１は、その車体前方上部にヘッドパイプ２を備え、該ヘッドパイプ２内には不図示のステアリング軸が回動自在に挿通している。そして、このステアリング軸の上端にはハンドル３が取り付けられている。そして、ハンドル３の両端にはグリップ４が取り付けられており、不図示の右側（図１の奥側）のグリップ４は回動可能なスロットルグリップを構成している。

ヘッドパイプ２の下部には左右一対のフロントフォーク５の上部が取り付けられており、各フロントフォーク５の下端には前輪６が前車軸７によって回転自在に軸支されている。尚、前記ハンドル３の中央上にはメータ８が配置され、該メータ８の下方には、ヘッドランプ９が配され、その両側にはフラッシャランプ１０（図１には一方のみ図示）がそれぞれ設けられている。

ヘッドパイプ２からは左右一対の車体フレーム１１が車体後方に向かって延設されている。即ち、車体フレーム１１は丸パイプ状であり、ヘッドパイプ２から車体後方に向かって斜め下方に延びた後、後方に向かって円弧状に曲げられて車体後方に略水平に延びたものである。各車体フレーム１１の後端部からは、斜め上方に向けて、左右一対の車体フレーム１２が延設され、シート１３の後方で互いに接続されている。左右一対の車体フレーム１２の間にはバッテリ１４が配置されている。

ところで、上記左右の車体フレーム１２には、逆Ｕ字状を成すシートステー（図示せず）接続され、左右一対のステー１６（一方のみ図示）で支持されている。シートステーには前記シート１３が開閉可能に配置されている。

そして、車体フレーム１２の後端に取り付けられたリヤフェンダ１６の後面にはテイルランプ１７が取り付けられており、その左右にはフラッシャランプ１８（一方のみ図示）が配されている。

一方、左右の車体フレーム１１の後端部には左右一対のリヤアームブラケット１９（一方のみ図示）がそれぞれ溶着されており、リヤアームブラケット１９には、リヤアーム２０の前端がピボット軸２１にて上下揺動自在に支持されている。そして、このリヤアーム２０の後端には駆動輪である後輪２２が回転自在に軸支されており、リヤアーム２０と後輪２２はリヤクッション２３によって車体フレーム１２に懸架されている。

又、左右の車体フレーム１１の下方にはフートステップ２４（一方のみ図示）がそれぞれ取り付けられており、リヤアーム２０の下部にはサイドスタンド２５が軸２６によって回動可能に軸支されて設けられており、サイドスタンド２５はリターンスプリング２７によって閉じ側に付勢されている。

リヤアーム２０の後端の略円形の部分にはアキシャルギャップ式の電動モータ２８が収容されている。

図２（ａ）はステータの平面図であり、図２（ｂ）はそのＡ−Ａ線断面図である。電動モータ２８の構成部品であるステータ３１は、リヤアーム２０の後端部における筐体であるケースに収納され固定されるものである。ステータ３１は、鉄心（ティース）と巻き線からなるコイル３２を円形に複数個配置し樹脂等でモールドして構成される。ただし、ステータ３１における車体前方側にはエンコーダ基板（図示せず）が設置されるのでコイル３２が除かれている。

図３（ａ）はロータの平面図であり、図３（ｂ）はそのＡ−Ａ線断面図である。 ロータ４０は、ステータ３１からの電磁気的エネルギーにより回転するものであり、ヨーク４１に磁極４２を接着して構成される。ヨーク４１は、円盤状にパンチ加工された金属板を同心円状に段階的に絞り加工し、最も中心の部分に円筒形の軸部４３を形成したものである。軸部４３はヨーク４１を回転可能に保持する部分である。ヨーク４１の外周部にはＳ極とＮ極の矩形状の磁極４２が交互に接着される。つまり、ヨーク４１は、磁極を設ける面と段階的に絞り加工された部分と軸部４３とが一体成形されているので安価に製造できる。また、段階的に絞り加工された部分により、ワンウェイクラッチを収容する空間４４が形成されている。

図４は、ワンウェイクラッチを収容したロータ４１を示す図であり、図４（ａ）は、図４（ｂ）のＡ−Ａ線断面図であり、図４（ｂ）は、図４（ａ）のＢ−Ｂ線断面図である。ワンウェイクラッチ５０は、電池の過充電防止や押し歩きを軽くするため、電動モータ２８から後輪２２への動力伝達を許容し、その逆方向の動力伝達を遮断するものである。ワンウェイクラッチ５０は、軸部４３内側に軸受け４５を圧入したヨーク４１の空間４４に圧入される。ワンウェイクラッチ５０は、それぞれ円筒状である外輪５１と内輪５２との間に複数の円柱状のコロ５３を保持したものである。コロ同士は、コロ保持部５４により分離して保持される。コロ保持部５４は、円筒の上部におけるコロ５３に対応する部分を切り欠いた形状を有している。外輪５１はヨーク４１に圧入されて固定される。内輪５２は遊星ギヤ変速機（共に図示せず）を介して後輪２２を回転させる。外輪５１の内周部のコロに対向する位置には左右で深さが異なる溝５５が形成されている。

矢印Ｙは、後輪２２が駆動されるときのヨーク４１の回転方向を示している。ピン５７はコイルバネを内包し一旦を外輪５１に他端をコロ保持部５４に接続されており、コロ保持部５４をＹ方向に付勢し、結果的にコロ５３が溝５５の浅い部分に付勢されている。

電動モータ２８が駆動されヨーク４１がＹ方向に回転すると外輪５１が同方向に回り、外輪５１がコロ保持部５４をＹ方向に付勢し、コロ５３はさらに溝５５の浅い部分に付勢される。したがって、コロ５３は外輪５１と内輪５２とに挟まれて外輪５１かの駆動力を内輪５２に伝える。したがって後輪２２が駆動される。

逆に、走行中にスロットルを閉じた場合や、押し歩きをしている場合は、後輪２２が回転しそれに伴って内輪５２が回転したまま、外輪５１にはロータ４０からの駆動力が伝達されない。この場合は、内輪５２が、ピン５７の力に抗してコロ５３を溝５５の深い部分に付勢することになるので、内輪５２から外輪５１を介して電動モータ２８へ力が伝達されることがなくなる。したがって、かかる場合に電動モータ２８が発電する等の不都合を防止できる。

また、ヨーク４１を段階的に絞り加工を施すことで、ロータ４０のヨーク４１と一体成形した軸の外周ではなく、内側に空間を設けることができる。そのため、その空間を利用してワンウェイクラッチを配することができ、コンパクトにできる。すなわち、段階的に絞り加工された部分によりワンウェイクラッチ５０を収容する空間が形成されるので、ワンウェイクラッチ５０を回転軸近傍に配置でき、その結果、慣性モーメントが低くなり低トルクで回転駆動することが可能である。また後輪２２がコンパクトになり、スリムでデザイン度の高い後車輪を実現できる。後輪２２の幅が狭くできるので大きなバンク（傾斜）が可能である。

ところで、このロータ４０にあっては、円筒形の軸部４３の頂部、つまり回転軸に対して直交する面の回転軸上に雌ねじ４６が形成され、ボルトを螺合できるようになっている。

図５は、ロータ４０の取り外し方法を示す図である。実線で示すように、ロータ４０は、リヤアーム２０の後端部における筐体であるケース２０１に設けた軸受け６１，６２にその軸部４３を挿入されてステータ３１に引きつけられている。メンテナンス等においてロータ４０を取り外すときは、ボルト６３を軸部４３の内側に挿入し、雌ねじ４６に螺合させ締めていく。すると軸部４３の頂部より相対的にボルト６３の先端部が突出していくことになる。このボルト６３の先端部はケース２０１の内側に当接するので、ボルト６３の推進力は、ケース２０１からの反作用により、ヨーク４１を磁極４２の磁力に抗してステータ３１から徐々に離す。したがって、二点鎖線で示すようにケース２０１に取り付けられたステータ３１からロータ４０を容易に外すことができる。なお、ブラケット２０１の内側におけるボルト６３の先端部の当接位置には肉厚部６４が形成されているのでケース２０１の破損等を防止できる。

次に、他の形態のロータについて説明する。

ロータに形成される雌ネジは、回転軸に直交する面に設ければ良いので、前述したロータ４０の場合のように、軸部の頂部に設けても良いし、雌ネジを回転軸の周囲に均等に複数形成してもよい。かかる構成によっても、ロータの取り外しが容易になりメンテナンス性が向上する。

図６は、雌ネジが複数形成されかつ回転軸の周囲に均等に形成されたロータ４０Ａの取り外し方法を示す図である。

ロータ４０Ａのヨーク４１Ａは、後輪２２の回転軸２２ａの周囲に均等に複数の雌ねじ４６Ａ（図６にはその１つのみ図示）が形成されている。メンテナンス等においてロータ４０Ａを取り外すときは、ステータ３１とは反対側から各雌ねじ４６Ａに、対応する各ボルト６３を螺合させ、各ボルト６３を均等に締めていく。するとヨーク４１Ａよりボルト６３の先端部が突出しステータ３１に当接するので、ボルト６３の推進力は、反作用により、磁極４２の磁力に抗してヨーク４１Ａをステータ３１から徐々に離す。したがって、二点鎖線で示すようにケース２０１に取り付けられたステータ３１からロータ４０Ａを容易に外すことができる。また、雌ねじ４６Ａが回転軸２２ａの周囲に均等に設けられているので、ロータ４０Ａの姿勢が安定する。

図７（ａ）はロータ４０の詳細な形状を示す図であり、図７（ｂ）はそのＡ部の拡大図である。

ロータ４０のヨーク４１では、回転軸に直交する平面４７が形成されているため、磁極４２をヨーク４１に接着する際、治具等を用いて、平面４７を基準にどの程度の圧力で押圧するか、もしくは平面４７からの距離を管理することで精度よくギャップの管理（いわゆる位置だし）を行うことができる。

なお、磁極４２を設ける面と軸部４３を組み合わせて構成したロータであっても、回転軸に直交する面を形成すれば、同様の作用効果を奏する。

また、回転軸に直交する面はロータ４０Ａにも構成されているので、ロータ４０Ａにおいても同様の作用効果を奏する。

また、本実施の形態は電動モータだけでなく、発電機を含む回転電機に適用することが可能である。

以上説明したように、本実施の形態の回転電機は、固定されたステータと該ステータからの電磁気的エネルギーにより回転するロータとを有し、ロータが、外周側に磁極を設ける面を有し、該面から同心円状に段階的に絞り加工され、ロータの回転軸上に位置する円筒形の軸部が内周側に形成されたものであり、軸部または、段階的に絞り加工された部分に、回転軸に直交する面が形成されたので、磁極をロータに接着する際、治具等を用いて、当該直交する面を基準にどの程度の圧力で押圧するか、もしくは当該直交する面からの距離を管理することで精度よくギャップの管理を行うことができる。したがって、生産性／メンテナンス性の高い回転電機を提供できる。

また、段階的に絞り加工された部分によりワンウェイクラッチを収容する空間が形成されるので、この空間にワンウェイクラッチを収容することで、コンパクト化及び薄型化が実現できる。

また、磁極を設ける面と段階的に絞り加工された部分と軸部とが一体成形されたので、取り扱いが容易になり、生産性を高めることができる。

また、直交する面に雌ネジが形成されたので、当該雌ネジにボルトを螺合させ、当該ボルトをケース等に当接させることにより、ステータの吸引力に反してロータを容易に取り外すことができる。

また、雌ネジが回転軸上に形成されたので、ロータをバランスよく取り外すことができる。

また、雌ネジが複数形成されかつ回転軸の周囲に均等に形成されたので、この構成によっても、ロータをバランスよく取り外すことができる。

本発明に係る電動モータを適用した電動二輪車の側面図である。 図２（ａ）はステータの平面図であり、図２（ｂ）はそのＡ−Ａ線断面図である。 図３（ａ）はロータの平面図であり、図３（ｂ）はそのＡ−Ａ線断面図である。 ワンウェイクラッチを収容したロータ４１を示す図である。 ロータ４０の取り外し方法を示す図である。 ロータ４０Ａの取り外し方法を示す図である。 図７（ａ）はロータ４０の詳細な形状を示す図であり、図７（ｂ）はそのＡ部の拡大図である。

Claims (6)

1. コイルを含むステータと、
   一端面が前記ステータに対向して配置される磁極と、
   前記磁極が設けられ、前記ステータからの電磁気的エネルギーにより回転するロータと
   を備え、
   前記ロータは、
   前記磁極の他端面が設けられる外周側の面と、
   その面から同心円状に段階的に絞り加工された部分と、
   前記ロータの回転軸上に位置し、前記ステータ側に突出する軸部とを含み、
   前記ロータの外周側の面と前記絞り加工された部分と前記軸部とは一体成形され、
   前記軸部は、前記ステータ側に設けられた軸受けによって、前記軸部の軸心を中心として回転自在に支持されており、
   前記ロータの外周側の面が前記ロータの回転軸に直交するように形成されるとともに、
   前記絞り加工された部分または前記軸部に前記ロータの回転軸に直交する面が形成された
   ことを特徴とする回転電機。
2. 前記絞り加工された部分によりワンウェイクラッチを収容する空間が形成された
   ことを特徴とする請求項１記載の回転電機。
3. 固定されたステータと該ステータからの電磁気的エネルギーにより回転するロータとを有し、
   前記ロータは、
   磁極が設けられる外周側の面と、
   その面から同心円状に段階的に絞り加工された部分と、
   前記ロータの回転軸上に位置し、前記ステータ側に突出する軸部とを含み、
   前記ロータの外周側の面と前記絞り加工された部分と前記軸部とは一体成形され、
   前記軸部は、前記ステータ側に設けられた軸受けによって、前記軸部の軸心を中心として回転自在に支持されており、
   前記ロータの外周側の面が前記ロータの回転軸に直交するように形成されるとともに、
   前記絞り加工された部分または前記軸部に前記ロータの回転軸に直交する面が形成され、
   前記直交する面に雌ネジが形成された
   ことを特徴とする回転電機。
4. 前記雌ネジが前記ロータの回転軸上に形成されたことを特徴とする請求項３記載の回転電機。
5. 前記雌ネジが複数形成されかつ前記ロータの回転軸の周囲に均等に形成されたことを特徴とする請求項３記載の回転電機。
6. 前記直交する面は、前記絞り加工された部分のうち前記軸受けに押圧される部分に形成されたことを特徴とする請求項１又は３記載の回転電機。

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