JP2004336989A - 電気モータのロータモジュール - Google Patents

Abstract

【課題】 材料及び製造方法について最低限のコストにより作製可能であり、かつ、電気モータを動作させるための機械的、電気的な要求事項を総て最善に満たしている、電気モータのロータモジュールを提供する。
【解決手段】 本発明の実施の一形態に係る電気モータのロータモジュールは、複数の部分から作製されたモータシャフトを備えており、該モータシャフトは、少なくとも一つの中央シャフト部分（１０）と、第１及び第２の外側シャフト部分（１２、１４）とを含んでおり、中央シャフト部分（１０）は、磁気を通す材料からなって、ロータ保磁子を形成しており、第１の外側シャフト部分（１２）は、中央シャフト部分（１０）の一方の端面と結合されており、第２の外側シャフト部分（１４）は、中央シャフト部分（１０）の反対側の端面と結合されており、これらのシャフト部分（１０、１２、１４）は、少なくとも二つの異なる材料により互いに別々に作製されているものである。
【選択図】 図１

Description

本発明は、複数の部分から作製されたモータシャフトを備えている、電気モータのロータモジュールに関する。

本発明は、インナーロータ型モータとして設計された、電子的に整流されるブラシレス直流モータ等の電気モータの分野に関するものである。特に、本発明は、複数の部分から作製されたモータシャフトを備えている、電気モータのロータモジュールに関するものであり、モータシャフトは、少なくとも一つの中央シャフト部分と、第１及び第２の外側シャフト部分とを含んでいる。

本発明は、ロータ保磁子及び永久磁石を有するロータモジュールと、例えば薄板から構成されたステータ本体及び位相巻線を有するステータモジュールとを含んでいるインナーロータ型モータに適用される。ステータモジュールに対して相対的にロータモジュールを軸支するために、２個の軸受が軸方向に間隔をおいて、両方の外側シャフト部分に配置されている。このようなモータは、さらに、ステータモジュールに対して相対的なロータモジュールの回転位置、回転数及び／又はトルクを検出するためのセンサ装置を有しているのが通例である。センサ装置は、例えば、位置センサを含んでいてよい。

このような種類の電気モータは、例えばステアリングを補助するために、又は、自動車の冷却水ポンプを駆動するために、自動車の分野において利用することができる。

多数の部分からなるシャフトにより構成された、油圧式の車両ブレーキ設備のためのポンプユニットが、ドイツ特許出願第１０１３１８０４号（特許文献１）より公知である。中空シャフトの中にシリンダピンが押し込まれており、それにより、切削加工をすることなく簡単かつ安価に作製可能なロータシャフトを形成している。中空シャフトとしての構成により、ロータシャフトは、高い曲げ剛性とねじり剛性を有している。押し込まれたピンにより、ロータシャフトは、軸受部位の位置において小さい直径を有しており、このような直径は小さい軸受直径を可能にし、それによって、ポンプユニットの小さい容積での構成を可能にする。
ドイツ特許出願第１０１３１８０４号

本発明の課題は、材料及び製造方法について最低限のコストにより作製可能であり、それにも拘わらず電気モータを動作させるための機械的、電気的な要求事項を総て最善に満たしている、電気モータのロータモジュールを提供することである。

この課題は、請求項１の構成要件を備えている電気モータのロータモジュールによって解決される。

本発明によれば、ロータモジュールは、少なくとも三つの部分、即ち、一つの中央シャフト部分と二つの外側シャフト部分とを備えているモータシャフトを含んでいる。中央シャフト部分は、少なくとも部分的に磁気を通す材料からできており、ロータ保磁子を形成する。両方の外側シャフト部分は、中央シャフト部分の対向する端面と結合されており、異なるシャフト部分は、少なくとも二つの異なる材料により互いに別々に作製されている。本発明に係るロータモジュールの構造によって、それぞれのシャフト部分の材料選択及び製造方法を、これらの部分に関する要求事項に応じて最適化し、適合化することができる。例えば、シャフトの耐腐食性や材料硬度に関する特別な要求事項が、一方のシャフト端部、例えば従動端部に課せられるのに対して、これと反対側のシャフト端部についてはそうした要求事項が課せられない場合がある。温度係数、電気特性、磁気特性等に関する要求事項が異なっていることも考えられる。このように各々のシャフト部分について、これらのシャフト端部に対する特別な要求事項を満たす材料及び製造方法を正確に選択することができる。特別な要求事項が課せられていなければ、相応に低コストな材料を選択することができる。

さらにインナーロータ型モータの場合、中央シャフト部分の領域においてロータ保磁子がシャフトに装着されるのが通常である。本発明においては、この中央シャフト部分自体が磁気を通す材料により作製され、それによってロータ保磁子を形成し、そのために別個の構成部品を必要としない。それにより、各々のシャフト部分をその都度の役割や課せられる要求事項のために最適化しながら、適切な材料により製造することができる。それに対して、従来の技術では、モータシャフトは、モータシャフトに対する最大の要求事項から導き出される材料及び製造方法により作製されるのが通常である。このように、本発明は、従来の技術に比較して、ロータモジュールの作製時に明らかなコスト最小化を実現する。

本発明に係るロータモジュールの部分ごとの構造により、さらに別の利点が生まれる。特別な用途のために要求されるシャフト直径のために、シャフトを一体的な施工形態により組み立てることができない場合でも、個々の部分を問題なく組み立てることができる。モータシャフトの従動端部が、組み付けられるべき玉軸受の内径を上回る特定の大きな直径を有しているのが望ましいという場合が、十分に考えられる。こうした場合に、玉軸受を、当該シャフト部分の他方の側から問題なく当該シャフト部分へ装着することができる。

本発明においては、両方の外側シャフト部分は、鋼材により作製されるのが好ましく、中央シャフト部分は軟磁性材料により作製される。しかしながら、外側シャフト部分の一方だけが、電気モータの従動端部の部位において硬化鋼又は耐腐食性材料により作製されるのが好ましい。従動端部にのみ、材料硬度と耐腐食性とに関する高い要求事項が課せられるのが通例だからである。他方の外側シャフト部分は、耐腐食性や材料硬度に関する特別な要求事項を満たしていない標準材料により作製されていてよい。

中央シャフト部分は、第１及び第２の外側シャフト部分が中に挿入され、例えば押し込まれ、又は、中に接着された中央の貫通孔を備えている、中空シリンダによって形成されるのが好ましい。そのために、両方の外側シャフト部分は、それぞれ外側シャフト部分と、中央シャフト部分の貫通孔との間においてプレス嵌合が生じるように、貫通孔に合わせて適合化することができる。さらに、押込み深さを規定するためのストッパが設けられていてよい。中央シャフト部分にある貫通孔は、両方の外側シャフト部分が中央シャフト部分と最小のアライメント誤差により結合されて、１本の連続するシャフトを形成することを保証する。

中央シャフト部分は、磁気を通す材料により作製されているので、ロータ保磁子をそのまま構成することができ、そのために別個の構成部品を必要としない。このロータ保磁子の上に永久磁石を装着することができる。これに代わる実施の形態においては、永久磁石をモータ保磁子に埋封することもできる。

一般に、本発明に係るロータモジュールについて言えるのは、シャフト部分の材料や製造方法が、それぞれのシャフト部分に対する特別な要求事項に応じて選択されるということである。このように本発明に係るモータシャフトは、それぞれのシャフト部分に対する要求事項に合わせて適合化された特別な材料特性や製造方法を有する、複数の個別部品を組み合せるものである。それによって、材料及び製造のコストが最小化される。

次に、本発明に係るロータモジュールの有利な実施の形態を参照しながら、本発明についてさらに詳細に説明する。

本発明に係るロータモジュールは、中央シャフト部分１０と、第１及び第２の外側シャフト部分１２及び１４とを含んでいる。中央シャフト部分１０は、磁気特性を有しており、ロータ保磁子を形成するために軟磁性材料により作製されるのが好ましい。貫通孔１６が中央シャフト部分１０の中心を貫通しており、即ち、中央シャフト部分は中空シリンダとして構成されている。本発明の別の実施の形態においては、このシャフト部分の中に永久磁石が埋封されていてもよい（図示せず）。

第１の外側シャフト部分１２は、シャフトの従動側に配置されており、貫通孔１６の内径に合わせて外径が適合化された部分１８を含んでいるので、これらの間にプレス嵌合を成立させることができる。部分１８の端面は、シャフト部分１２を貫通孔１６へ容易に挿入できるようにするために面取りされていてよい。図示した実施の形態においては、さらに、シャフト部分１２の押込み深さを制限するためにストッパ２０が部分１８に接して設けられている。シャフト部分１２の外側端部には、このシャフト部分をギヤ又はその他の従動機構に連結するために歯２２が設けられている。外側シャフト部分１２は、耐腐食性及び材料硬度に関する高い要求事項を満たす材料、例えば硬化鋼によりできている。

第２の外側シャフト部分１４も、同じく第１のシャフト部分１２の部分１８に準じて、中央シャフト部分１０の貫通孔１６とのプレス嵌合のために構成された部分２４を含んでいる。ストッパ２６が押込み深さを規定する。第２の外側シャフト部分１４のほぼ中央の領域に、回転位置センサのためのコーディング円板を受容する役割を果たすローレット２８が、第２の外側の部分１４に形成されている。第２の外側シャフト部分１４の外側の端面は、電気モータが故障したときにシャフトを手動により回転させるのに利用することができる溝又はスリット３０を有している。第２の外側シャフト部分１４は、耐腐食性及び材料硬度に関する特別な要求事項を満たさなくてもよいので、第１のシャフト部分１２よりも低コストな材料、例えば普通の鋼材により作製することができる。

貫通孔１６と、外側シャフト部分１２及び１４の両方の部分１８及び２４とは、アライメント誤差ができるだけ少ないプレス嵌合を確保するために、十分に厳格な直径公差により構成されている。

基本的に、本発明に係るロータモジュールにおいては、シャフトの総ての個別部品を、材料選択や製造方法に関して、これらの個別部品に対する特別な要求事項に合わせて作製することができるので、製造コストが最低限に抑制され、それにも拘わらず、ロータモジュールは、これら個別部品に対する総ての要求事項を満たしている。それぞれのシャフト部分が互いに別々に最適化された方法により個別に作製され、その後の製造ステップにおいて相互に結合される。別々の作製により、それぞれ最適な材料を選択できるばかりでなく、材料の使用量も最低限に抑制することができる。

図２及び図３に示す第２の実施の形態に係るロータモジュールも、中央シャフト部分１０と、第１及び第２の外側シャフト部分１２及び１４とを含んでいる。対応する構成部品には図１と同じ符号が付してあり、再度詳細に説明することはしない。

図２の実施の形態が図１の実施の形態と相違している点は、歯２２を備えているシャフト部分１２の端面が、シャフト部分１２の残余の部分よりも大きい外径を有していることである。特に、歯の部位の外径は、第１の外側シャフト部分１２が組み付けられるべき玉軸受３２の内径よりも大きくなっている。第２の外側シャフト部分１４も、ローレットが形成された、外径が大きくなっている領域を有している。このように、直径の大きくなった領域により肩部３４が形成され、第２の外側のシャフト端部１４に押し被された別の玉軸受３６が、この肩部に当接することになる。

図２から明らかなように、本発明に係るロータモジュールの多数の部分からなる構造は、シャフトの端面の外径が玉軸受の内径よりも大きい場合に、玉軸受３２、３６の組み付けが容易になるという利点を有している。即ち、玉軸受は、本発明においては、第１及び第２の外側シャフト部分１２、１４に両方の側から装着することができる。一体的に構成されたシャフトの場合、これは不可能である。

図３は、本発明に係るロータモジュールの実施の形態を、組み付け後の玉軸受とともに示している。図２に対応する構成要素には同一の符号が付されている。

以上の説明、特許請求の範囲及び図面に開示されている構成要件は、単独でも、それぞれ任意の組み合せとしても、様々な実施の形態において本発明を具現化するために有意義であり得る。

本発明に係るロータモジュールを示す模式的な分解図である。 本発明に係るロータモジュールの別の実施の形態を、玉軸受と組み付ける前の状態において示す模式的な分解図である。 図２のロータモジュールを組み付け後の状態において示す模式図である。

符号の説明

１０ 中央シャフト部分
１２，１４ 外側シャフト部分
１６ 貫通孔
１８，２４ 部分
２０，２６ ストッパ
２２ 歯
２８ ローレット
３０ 溝、スリット
３２，３６ 玉軸受
３４ 肩部

Claims (8)

1. 電気モータのロータモジュールであって、
   複数の部分から作製されたモータシャフトを備えており、前記モータシャフトは、少なくとも一つの中央シャフト部分（１０）と、第１及び第２の外側シャフト部分（１２、１４）とを含んでおり、
   前記中央シャフト部分（１０）は、磁気を通す材料からなって、ロータ保磁子を形成しており、
   前記第１の外側シャフト部分（１２）は、前記中央シャフト部分（１０）の一方の端面と結合されており、前記第２の外側シャフト部分（１４）は、前記中央シャフト部分（１０）の反対側の端面と結合されており、
   これらの前記シャフト部分（１０、１２、１４）は、少なくとも二つの異なる材料により互いに別々に作製されていることを特徴とする、ロータモジュール。
2. 前記第１及び第２の外側シャフト部分（１２、１４）は、鋼材により作製されており、前記中央シャフト部分（１０）は、軟磁性材料により作製されていることを特徴とする請求項１に記載のロータモジュール。
3. 一方の前記外側シャフト部分（１２又は１４）だけが硬化鋼により作製されていることを特徴とする請求項１又は２に記載のロータモジュール。
4. 一方の前記外側シャフト部分（１２又は１４）だけが耐腐食性の材料により作製されていることを特徴とする請求項１乃至３のいずれか一項に記載のロータモジュール。
5. 前記中央シャフト部分（１０）は、前記第１及び第２の外側シャフト部分（１２、１４）が中に挿入された中空シリンダにより形成されていることを特徴とする請求項１乃至４のいずれか一項に記載のロータモジュール。
6. それぞれの前記シャフト部分（１０、１２、１４）の材料は、当該シャフト部分に対する特別な要求事項に応じて選択されていることを特徴とする請求項１乃至５のいずれか一項に記載のロータモジュール。
7. それぞれの前記シャフト部分（１０、１２、１４）の製造方法は、当該シャフト部分に対する特別な要求事項に応じて選択されていることを特徴とする請求項１乃至６のいずれか一項に記載のロータモジュール。
8. 永久磁石がロータ保磁子の上に装着されており、又は、ロータ保磁子に埋封されていることを特徴とする請求項１乃至７のいずれか一項に記載のロータモジュール。

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