JP5344749B2 - アキシャルギャップ型モータ及びそのロータ製造方法 - Google Patents

Description

本発明は、アキシャルギャップ型モータ及びそのロータ製造方法に関する。

従来、例えば、回転軸周りに回転可能なロータと、回転軸方向の少なくとも一方側からロータに対向配置されたステータとを備え、ロータの永久磁石による界磁磁束に対して、ステータを介した磁束ループを形成するアキシャルギャップ型モータが知られている。

ロータの製造方法としては、テープ状の電磁鋼板を捲回巻きした積層体によりロータコアを構成したものが種々考案されている（例えば、特許文献１〜４参照）。図１８に示すように、特許文献１に記載のアキシャルギャップ型モータでは、テープ状の電磁鋼板を捲回した積層体２０１によってロータコア２０２を構成し、このロータコア２０２に形成された開口２０３に磁石２０４が格納されている。これにより、複数のヨーク部がロータコア２０２によって一体形成される。

特開２００６−１６６６３５号公報（第２図） 特開２００５−１６８１２４号公報（第１図） 特開２００２−１０５３７号公報（第１図） 特開２００６−５０７０６号公報（第２図、第６図、第７図）

ところで、積層体によって構成されるロータコアはその内側でシャフト部、或いはロータフレームを介してシャフト部に取り付けられる。このロータコアとシャフト部、或いはロータフレームとを剛性を確保した上で取り付ける場合には、ヨーク部が分割されたロータ構造に比べ、組み付け構造が複雑になりやすい。また、特許文献１〜３に記載のロータの製造方法には、具体的なシャフト部との取り付けについて記載されていない。また、特許文献４に記載の方法では、シャフト部を２分割して、外周面にネジ部を形成してナットによってロータコアとシャフト部とを固定しており、取り付けが非常に複雑である。

本発明は、上記した事情に鑑みてなされたもので、その目的は、捲回巻きされた積層体により構成されるヨーク部をロータフレームを介してシャフト部に固定する際、ロータフレームとシャフト部を強固に固定することができるアキシャルギャップ型モータ及びそのロータの製造方法を提供することにある。

上記目的を達成するために、請求項１に記載の発明は、
回転軸周りに回転可能なロータ（例えば、後述の実施形態におけるロータ１１）と、
回転軸方向の少なくとも一方から前記ロータに対向配置されるステータ（例えば、後述の実施形態におけるステータ１２）と、
前記ロータからの動力を伝達するシャフト部（例えば、後述の実施形態におけるシャフト部９０）と、を備えるアキシャルギャップ型モータ（例えば、後述の実施形態におけるアキシャルギャップ型モータ１０）であって、
前記ロータは、
前記回転軸方向に磁化され、周方向に所定の間隔で配置される複数の主磁石部（例えば、後述の実施形態における主磁石部４１）と、
テープ状の電磁鋼鈑を捲回巻きした積層体（例えば、後述の実施形態における積層体７１）により構成され、前記複数の主磁石部の前記回転軸方向の少なくとも一方にそれぞれ配置される複数のヨーク部（例えば、後述の実施形態におけるヨーク部４２）と、
前記周方向に隣り合う前記主磁石部間にそれぞれ配置されて径方向に延びる複数のリブ（例えば、後述の実施形態におけるリブ３１）と、前記複数のリブの内径側に設けられて、前記シャフト部と結合する内筒部（例えば、後述の実施形態における内筒部３２）と、が少なくとも一体形成されたダイカスト合金からなるロータフレーム（例えば、後述の実施形態におけるロータフレーム３０）と、
を備え、
前記シャフト部は、前記ロータフレームの内筒部に向けて拡径されるフランジ部（例えば、後述の実施形態におけるフランジ部９１）を有し、
前記フランジ部の外周部は、円周方向に略等間隔で形成される複数の凹部（例えば、後述の実施形態における凹部９２）と、隣り合う前記凹部間にそれぞれ設けられた複数の円弧面（例えば、後述の実施形態における円弧面９３）によって略歯車形状を有すると共に、前記フランジ部は、前記回転軸方向中間部に、前記複数の円弧面を部分的に形成するとともに、前記各凹部を仕切る複数の隔壁（例えば、後述の実施形態における隔壁９４）を形成する円盤部（例えば、後述の実施形態における円盤部９５）を有し、
前記ロータフレームの内筒部は、その内周部に、前記隔壁に対して回転軸方向両側で、前記複数の凹部に嵌まり込む複数の凸部（例えば、後述の実施形態における凸部３４）を有し、
前記ロータフレームの内筒部と前記シャフト部との結合面は、凹凸形状を有することを特徴とする。

請求項２に記載の発明は、請求項１に記載の発明の構成に加えて、
前記各凹部は、底壁（例えば、後述の実施形態における底壁９６）と、互いに周方向に対向する一対の周方向壁（例えば、後述の実施形態における周方向壁９７）と、前記隔壁の回転軸方向側面（例えば、後述の実施形態における回転軸方向側面９４ａ）によって画成される一対の凹部を前記回転軸方向両側に有することを特徴とする。

請求項３に記載の発明は、請求項２に記載の発明の構成に加えて、
前記凹部の底壁は、前記シャフト部の中心と前記一対の周方向壁の外径側縁部（例えば、後述の実施形態における外径側縁部９７ａ）とを結ぶ二つの仮想線と側面視で交差することを特徴とする。

請求項４に記載の発明は、請求項２に記載の発明の構成に加えて、
前記各凹部は、前記一対の周方向壁間の円弧距離が径方向内側において径方向外側よりも広い部分を有するあり溝形状であることを特徴とする。

請求項５に記載の発明は、
回転軸周りに回転可能なロータ（例えば、後述の実施形態におけるロータ１１）と、
回転軸方向の少なくとも一方から前記ロータに対向配置されるステータ（例えば、後述の実施形態におけるステータ１２）と、
前記ロータからの動力を伝達するシャフト部（例えば、後述の実施形態におけるシャフト部９０）と、
を備えるアキシャルギャップ型モータ（例えば、後述の実施形態におけるアキシャルギャップ型モータ１０）であって、
前記ロータは、
前記回転軸方向に磁化され、周方向に所定の間隔で配置される複数の主磁石部（例えば、後述の実施形態における主磁石部４１）と、
テープ状の電磁鋼鈑を捲回巻きした積層体（例えば、後述の実施形態における積層体７１）により構成され、前記複数の主磁石部の前記回転軸方向の少なくとも一方にそれぞれ配置される複数のヨーク部（例えば、後述の実施形態におけるヨーク部４２）と、
前記周方向に隣り合う前記主磁石部間にそれぞれ配置されて径方向に延びる複数のリブ（例えば、後述の実施形態におけるリブ３１）と、前記複数のリブの内径側に設けられて、前記シャフト部と結合する内筒部と、を少なくとも有し、ダイカスト合金からなるロータフレーム（例えば、後述の実施形態におけるロータフレーム３０）と、
を備え、
前記ロータフレームの内筒部と前記シャフト部との結合面は、凹凸形状を有し、
前記シャフト部は、前記ロータフレームの内筒部に向けて拡径されるフランジ部（例えば、後述の実施形態におけるフランジ部９１）を有し、
前記フランジ部は、回転軸方向に対向する一対の円盤部（例えば、後述の実施形態における円盤部９５）を有し、
前記一対の円盤部の各々には、前記回転軸方向に沿って延びる複数のロータフレーム用軸方向穴部（例えば、後述の実施形態におけるロータフレーム用軸方向穴部１００）が設けられ、
前記ロータフレームは、該複数のロータフレーム用軸方向穴部に入り込む複数の軸方向凸部（例えば、後述の実施形態における軸方向凸部１１０）を有することを特徴とする。

請求項６に記載の発明は、請求項５に記載の発明の構成に加えて、
前記フランジ部の外周面には、その回転軸方向中間部に、前記ロータフレーム用軸方向穴部と連通する環状の凹溝（例えば、後述の実施形態における凹溝１０１）が形成されており、
前記ロータフレームは、前記軸方向凸部と連通し、前記凹溝に入り込む環状凸部（例えば、後述の実施形態における環状凸部１１１）を有することを特徴とする。

請求項７に記載の発明は、請求項１から６のいずれかに記載の発明の構成に加えて、
前記ロータは、径方向に延びるとともに、外周側の穴径が内周側のものに比べて大きいロータフレーム用取付穴部（例えば、後述の実施形態におけるロータフレーム用取付穴部５１）が形成されるアウターリング（例えば、後述の実施形態におけるアウターリング５０）をさらに備え、
前記ロータフレームは、前記複数のリブの外径側に設けられる外筒部（例えば、後述の実施形態における外筒部３３）と、該外筒部の外周面から突出して、前記アウターリングのロータフレーム用取付穴部に入り込む外向き凸部（例えば、後述の実施形態における外向き凸部３５）を有することを特徴とする。

請求項８に記載の発明は、
回転軸方向に磁化され、周方向に所定の間隔で配置される複数の主磁石部と、前記複数の主磁石部の前記回転軸方向の少なくとも一方にそれぞれ配置される複数のヨーク部と、
前記周方向に隣り合う前記主磁石部間にそれぞれ配置されて径方向に延びる複数のリブと、前記複数のリブの内径側に設けられる内筒部と、が少なくとも一体形成されたダイカスト合金からなるロータフレームと、を備え、回転軸周りに回転可能なロータと、
回転軸方向の少なくとも一方から前記ロータに対向配置されるステータと、
前記ロータフレームの内筒部と結合され、前記ロータからの動力を伝達するシャフト部と、
を備え、
前記シャフト部は、前記ロータフレームの内筒部に向けて拡径されるフランジ部を有し、
前記フランジ部の外周部は、円周方向に略等間隔で形成される複数の凹部と、隣り合う前記凹部間にそれぞれ設けられた複数の円弧面によって略歯車形状を有すると共に、前記フランジ部は、前記回転軸方向中間部に、前記複数の円弧面を部分的に形成するとともに、前記各凹部を仕切る複数の隔壁を形成する円盤部を有し、
前記ロータフレームの内筒部は、その内周部に、前記隔壁に対して回転軸方向両側で、前記複数の凹部に嵌まり込む複数の凸部を有するアキシャルギャップ型モータのロータ製造方法であって、
テープ状の電磁鋼鈑を捲回して、前記複数のヨーク部を構成する積層体を形成する工程と、
金型（例えば、本実施形態の第１及び第２の金型８０，８１）に前記積層体及び外周面に凹凸形状を有する前記シャフト部を位置決めした状態でダイカスト合金を鋳込むことで、前記シャフト部が結合される前記内筒部の結合面が凹凸形状を有する前記ロータフレームを形成する工程と、
を有することを特徴とする。

請求項９に記載の発明は、請求項８に記載の発明に加えて、
前記ロータは、径方向に延びるとともに、外周側の穴径が内周側のものに比べて大きいロータフレーム用取付穴部が形成されるアウターリングをさらに備え、
前記フレーム形成工程において、前記ロータフレームは、前記金型に前記アウターリングをさらに位置決めした状態で、前記アウターリングのロータフレーム用取付穴部に前記ダイカスト合金が入り込むようにして鋳込まれることを特徴とする。

請求項１及び８の発明によれば、ロータフレームがダイカスト合金で鋳込みにより製造され、ロータフレームの内筒部とシャフト部との結合面が凹凸形状を有するので、捲回巻きされた積層体により構成されるヨーク部をロータフレームを介してシャフト部に固定する際、ロータフレームとシャフト部を強固に固定することができる。また、内筒部の肉厚を小さくすることができ、鋳巣（ひけ巣、巻き込み巣）の発生を低減することができる。また、鋳込みによりフランジ部の複数の凹部にロータフレームの複数の凸部が嵌り込むため、円周方向のガタやズレを抑制することができ、さらに、略歯車形状によって回転に影響を与えない均等な結合面を設定でき、また、隔壁によって回転軸方向のガタやズレも抑制することができる。

請求項２の発明によれば、隔壁と回転軸方向両側の一対の凹部によって、回転軸方向のガタやズレも抑制することができる。

請求項３及び４の発明によれば、底壁を大きくすることで、鋳込みにより形成されるロータフレームの凸部が径方向に変形するのを抑制することができ、遠心力によるガタを抑制することができる。

請求項５の発明によれば、ロータフレームがダイカスト合金で鋳込みにより製造され、ロータフレームの内筒部とシャフト部との結合面が凹凸形状を有するので、捲回巻きされた積層体により構成されるヨーク部をロータフレームを介してシャフト部に固定する際、ロータフレームとシャフト部を強固に固定することができる。また、内筒部の肉厚を小さくすることができ、鋳巣（ひけ巣、巻き込み巣）の発生を低減することができる。さらに、フランジ部のロータフレーム用軸方向穴部に、ロータフレームの軸方向凸部が鋳込みにより入り込むので、円周方向及び径方向のガタやズレを抑制することができる。また、一対の円盤部によって回転軸方向のガタやズレも抑制することができる。

請求項６の発明によれば、フランジ部の環状の凹溝に、ロータフレームの環状凸部が鋳込みにより入り込むので、回転軸方向のガタやズレも抑制することができる。

請求項７及び９の発明によれば、アウターリングを圧入することなく鋳込みにより一体化することができ、また、温度変化による径方向への相対変位を抑制することで、高速回転時の遠心力によってヨーク部や主磁石部が抜けでることを防止することができる。

本発明に係るアキシャルギャップ型モータの全体斜視図である。 本発明の第１実施形態に係るアキシャルギャップ型モータ分解斜視図である。 図２のロータの分解斜視図である。 図２のロータのヨーク部、主磁石部、及び副磁石部を示す分解斜視図である。 テープ状の電磁鋼板を示す平面図である。 積層体が捲回巻きされる状態を示す図である。 主磁石部及び副磁石部が積層体に挿入された状態を示す要部拡大斜視図である。 （ａ）は、ロータ及びシャフト部の部分側面図であり、（ｂ）は、シャフト部の要部拡大斜視図である。 図３のIX−IX線に沿った、アウターリングの部分断面図である。 図２のX−X線に沿った、ロータの縦断面図である。 ロータの鋳込み状態を示す断面図である。 第１実施形態の変形例に係るロータ及びシャフト部の部分側面図である。 第１実施形態の他の変形例に係るロータ及びシャフト部の部分側面図である。 （ａ）は、本発明の第２実施形態に係るアキシャルギャップ型モータのロータの斜視図であり、（ｂ）は、その部分側面図である。 図１４のシャフト部を示す斜視図である。 （ａ）は、本発明の第３実施形態に係るアキシャルギャップ型モータのロータの斜視図であり、（ｂ）は、その部分側面図である。 図１６のシャフト部を示す斜視図である。 従来のロータを示す分解斜視図である。

以下、本発明に係るアキシャルギャップ型モータの各実施形態について、添付図面に基づいて詳細に説明する。なお、図面は符号の向きに見るものとする。

＜第１実施形態＞
本発明の第１実施形態によるアキシャルギャップ型モータ１０は、例えば図１に示すように、このアキシャルギャップ型モータ１０の回転軸Ｏ周りに回転可能に設けられた略円環状のロータ１１と、回転軸Ｏ方向の両側からロータ１１を挟みこむようにして対向配置され、ロータ１１を回転させる回転磁界を発生する複数相の各固定子巻線を有する１対のステータ１２と、ロータ１１に結合され、ロータ１１からの動力を伝達するシャフト部９０と、を備えて構成されている。

このアキシャルギャップ型モータ１０は、例えばハイブリッド車両や電動車両等の車両に駆動源として搭載され、出力軸がトランスミッション（図示略）の入力軸に接続されることで、アキシャルギャップ型モータ１０の駆動力がトランスミッションを介して車両の駆動輪（図示略）に伝達されるようになっている。

また、車両の減速時に駆動輪側からアキシャルギャップ型モータ１０に駆動力が伝達されると、アキシャルギャップ型モータ１０は発電機として機能していわゆる回生制動力を発生し、車体の運動エネルギーを電気エネルギー（回生エネルギー）として回収する。さらに、例えばハイブリッド車両においては、アキシャルギャップ型モータ１０の回転軸が内燃機関（図示略）のクランクシャフトに連結されると、内燃機関の出力がアキシャルギャップ型モータ１０に伝達された場合にもアキシャルギャップ型モータ１０は発電機として機能して発電エネルギーを発生する。

各ステータ１２は、略円環板状のステータヨーク部２１と、ロータ１１に対向するステータヨーク部２１の対向面上で周方向に所定間隔をおいた位置から回転軸Ｏ方向に沿ってロータ１１に向かい突出すると共に径方向に伸びる複数のティース２２，…，２２と、適宜のティース２２，２２間に装着される固定子巻線（図示略）とを備えて構成されている。

各ステータ１２は、例えば主極が６個（例えば、Ｕ＋，Ｖ＋，Ｗ＋，Ｕ−，Ｖ−，Ｗ）とされた６Ｎ型であって、一方のステータ１２の各Ｕ＋，Ｖ＋，Ｗ＋極に対して、他方のステータ１２の各Ｕ−，Ｖ−，Ｗ−極が回転軸Ｏ方向で対向するように設定されている。例えば回転軸Ｏ方向で対向する１対のステータ１２，１２に対し、Ｕ＋，Ｖ＋，Ｗ＋極およびＵ−，Ｖ−，Ｗ−極の一方に対応する一方のステータ１２の３個のティース２２，２２，２２と、Ｕ＋，Ｖ＋，Ｗ＋極およびＵ−，Ｖ−，Ｗ−極の他方に対応する他方のステータ１２の３個のティース２２，２２，２２とが、回転軸Ｏ方向で対向するように設定され、回転軸Ｏ方向で対向する一方のステータ１２のティース２２と、他方のステータ１２のティース２２とに対する通電状態が電気角で反転状態となるように設定されている。

ロータ１１は、図３及び図４に示すように、複数の主磁石部４１，…，４１と、複数の副磁石部４３，…，４３と、複数のヨーク部４２，…，４２と、非磁性部材からなるロータフレーム３０と、アウターリング５０と、を備えて構成される。

複数のヨーク部４２，…，４２は、図５及び図６に示すように、テープ状の電磁鋼板６０を捲回巻きした積層体７１により構成される。テープ状の電磁鋼板６０には、例えば、プレス成型機を用いて打ち抜き加工を施すことで、主磁石部用切欠き６１、副磁石部用切欠き６２、リブ用切欠き６３が形成されている。このテープ状の電磁鋼板６０は、図６に示すように、巻き始め部６４が巻芯７０上に仮止めされ、巻芯７０が回転することで捲回され、巻き終わり部６５でカットして溶接することで積層体７１を構成する。

また、テープ状の電磁鋼板６０は、巻芯７０上で捲回されるので、最内径側から一層目、二層目、三層目、・・・と長手方向長さが長くなる。このため、図５において、リブ用切欠き６３の中心間距離をピッチＰとすると、各層のピッチＰは径方向外方に向かって次第に大きくなるように設定されている。

このように捲回巻きされた積層体７１において、図７に示すように、回転軸方向中間部では、主磁石部用切欠き６１によって形成される略扇形形状の複数の主磁石部挿入穴７２，…，７２と、リブ用切欠き６３によって形成される略直方体形状の複数のリブ収容穴７３，…，７３とがそれぞれ周方向に所定の間隔で交互に設けられ、また、回転軸方向両側では、略扇形形状の複数のヨーク部４２，…，４２と、副磁石部用切欠き６２によって形成される軸方向外側に開口した略直方体形状の複数の副磁石部収容部７４，…，７４とがそれぞれ周方向に所定の間隔で交互に設けられる。

また、複数のヨーク部４２，…，４２は、複数の主磁石部挿入穴７２，…，７２の回転軸方向両側にそれぞれ配置され、複数の副磁石部収容部７４，…，７４は、複数のリブ収容穴７３，…，７３の回転軸方向両側にそれぞれ配置される。主磁石部挿入穴７２とリブ収容穴７３とは、軸方向両側のヨーク部４２同士を連結する軸方向連結部７５によって仕切られており、また、副磁石部収容部７４とリブ収容穴７３とは、周方向両側のヨーク部４２同士を連結する周方向連結部７６によって仕切られている。

このように構成された積層体７１の各主磁石部挿入穴７２，…，７２には、該挿入穴７２，…，７２と略同一寸法を有する略扇形形状の複数の主磁石部４１，…，４１が挿入され、各副磁石部収容部７４，…，７４には、該収容部７４，…，７４と略同一寸法を有する略直方体状の複数の副磁石部４３，…，４３が挿入される。

なお、主磁石部挿入穴７２は、その回転軸方向の長さを、後述するダイカスト合金が挟まらないように、主磁石部４２のものと略同一に設定し、また、その周方向の長さを、主磁石部４１の周方向側面がダイカスト合金で覆われるように、主磁石部４２のものより若干大きくなるように設定されることが好ましい。

また、副磁石部収容部７４は、隣接するヨーク部４２間の周方向連結部７６と、ヨーク部４２の周方向端部に形成された傾斜面７７の先端部に形成される突起部７８とで、副磁石部４３を軸方向に位置決めし、且つ、隣接するヨーク部４２の周方向側面間で周方向に位置決めする。

これにより、複数の主磁石部４１，…，４１は、周方向に所定の間隔で配置され、且つ、その磁化方向は、周方向で隣り合う主磁石部４１，４１毎に異なるように回転軸方向に向けられている。また、複数の副磁石部４３，…，４３は、周方向に隣り合うヨーク部４２間に配置され、その磁化方向が回転軸方向および径方向に直交する方向に向けられている。周方向で隣り合う副磁石部４３，４３は、磁化方向が互いに異なっており、また、回転軸方向に隣り合う副磁石部４３，４３も、磁化方向が互いに異なっている。

さらに、各主磁石部４１に対して、回転軸方向の一方側に位置するヨーク部４２を周方向両側から挟み込む副磁石部４３，４３同士は、該主磁石部４１の一方側の磁極と同極の磁極を対向させて配置され、回転軸方向の他方側に位置するヨーク部４２を周方向両側から挟み込む副磁石部４３，４３同士は、該主磁石部４１の他方側の磁極と同極の磁極を対向させて配置される。これにより、所謂永久磁石の略ハルバッハ配置による磁束レンズ効果により、主磁石部４１および各副磁石部４３，４３の各磁束が収束し、各ステータ１２，１２に鎖交する有効磁束が相対的に増大するようになっている。
また、各ヨーク部４２，…，４２には、その周方向端部に傾斜面７７が形成されているので、極弧角が調整され、ステータ１２，１２間での磁気抵抗の急激な変化を抑制し、トルクリップルの発生を抑制できる。

ロータフレーム３０は、積層体６１のリブ収容穴７３，…，７３内を径方向に延び、周方向に隣り合う主磁石部４１間にそれぞれ配置される複数のリブ３１，…，３１と、複数のリブ３１，…，３１の内径側及び外径側にそれぞれ設けられ、これらリブ３１，…，３１によって接続される内筒部３２及び外筒部３３と、を有する。

内筒部３２の内周部には、外部の駆動軸（例えば、車両のトランスミッションの入力軸等）に接続される炭素鋼などからなるシャフト部９０が、ロータフレーム３０の内周部３２に向けて拡径されたフランジ部９１にて結合されている。

図３及び図８に示すように、ロータフレーム３０の内筒部３２とシャフト部９０のフランジ部９１との結合面は、凹凸形状を有する。
即ち、フランジ部９１の外周部は、円周方向に略等間隔で形成される複数の凹部９２と、隣り合う凹部９２間にそれぞれ設けられた複数の円弧面９３によって略歯車形状を有する。また、フランジ部９１は、回転軸方向中間部に、複数の円弧面９３を部分的に形成するとともに、各凹部９２を仕切る複数の隔壁９４を形成する円盤部９５を有する。これにより、複数の凹部９２は、各隔壁９４の回転軸方向両側に一対で設けられ、底壁９６と、互いに周方向に対向する一対の周方向壁９７と、隔壁９４の回転軸方向側面９４ａによって画成される。

また、ロータフレーム３０の内筒部３２は、所定の肉厚を持った環状部分を有するとともに、回転軸方向両側で、円周方向に略等間隔で、環状部分の内周部に形成される複数の凸部３４が、鋳込みにより複数の凹部９２に嵌まり込む。

また、外筒部３３の外周部には、例えば、ステンレス鋼板などの非磁性材から形成される環状のアウターリング５０が一体的に接続固定されており、高速回転する際の遠心力によってヨーク部４２が径方向外方に広がるのを抑えている。アウターリング５０には、径方向に貫通する複数のロータフレーム用取付穴部５１が形成されている。このロータフレーム用取付穴部５１の外周面寄りには、図９に示すように、外周側に向けて拡径するテーパ部５１ａが形成されており、外周側の穴径が内周側のものに比べて大きい。そして、図１０に示すように、これらロータフレーム用取付穴部５１には、ロータフレーム３０の外周部３３の外周面に鋳込みにより形成された複数の外向き凸部３５が入り込んでいる。

なお、本実施形態では、シャフト部９０の凹部９２やアウターリング５０のロータフレーム用取付穴部５１は、ロータフレーム３０のリブ３１と同位相となるように、リブ３１の数と同数設けられている。

上記のように構成されるロータフレーム３０は、図１１に示すように、主磁石部４１，…，４１と副磁石部４３，…，４３とが挿入された積層体７１、シャフト部９０、及び、アウターリング５０を第１及び第２の金型８０，８１内に収容し、アルミニウム合金等の非磁性のダイカスト合金を用いて鋳込みによって形成される。

第１及び第２の金型８０，８１は、回転軸方向に二分割され、それぞれシャフト部９０の軸方向側面、ヨーク部４２と副磁石部４３の軸方向側面、アウターリング５０の軸方向側面にそれぞれ対応する各側面８０ａ，８１ａ，８０ｂ，８１ｂ，８０ｃ，８１ｃを有する。

これら金型８０，８１のヨーク部４２と副磁石部４３の軸方向側面に対応する各側面８０ｂ，８１ｂの外径側には、段差部８２，８３が設けられており、主磁石部４１，…，４１と副磁石部４３，…，４３とが挿入された積層体７１を、径方向に位置決めする。また、積層体７１は、鋳込み時にシャフト部９０の凹部９２と、アウターリング５０のロータフレーム用取付穴部５１に湯流れが良くなるように、巻き始め部６４と巻き終わり部６５を用いて、周方向に位置決めされる。

また、シャフト部９０は、凹部９２がリブ３１と同位相で配置されるように周方向に位置決めされる。このため、金型８０，８１には、シャフト部９０に設けられた図示しない位相合わせ部分と当接する部分が設けられている。

そして、主磁石部４１，…，４１、副磁石部４３，…，４３、積層体７１、シャフト部９０、及び、アウターリング５０が位置決めして収容された状態で、第１及び第２の金型８０，８１を閉じ、これら金型８０，８１間に形成された空間内に第２の金型８１に設けられた湯口８４からダイカスト合金を流し込む。湯口８４は、ロータフレーム３０の内筒部３２に対応する径方向位置に開口するように設けられている。このため、湯口８４から流し込まれたダイカスト合金は、内筒部３２を構成する空間に入り込んだ後、積層体７１に形成されたリブ収容穴７３を通過して、外筒部３３を構成する空間に流れ込む。さらに、ダイカスト合金は、シャフト部９０の凹部９２と、アウターリング５０のロータフレーム用取付穴部５１とにも流れ込む。これにより、リブ３１、内筒部３２、外筒部３３、凸部３４、外向き凸部３５を有するロータフレーム３０が鋳込みにより形成される。

特に、シャフト部９０のフランジ部９１に形成された複数の凹部９２に流れ込んだダイカスト合金は、内筒部３２から内側に延出する複数の凸部３４を形成するので、互いの結合面が凹凸形状となる。このため、円周方向のガタやズレが抑制されて、ロータフレーム３０とシャフト部９０を強固に固定することができる。

また、アウターリング５０のロータフレーム用取付穴部５１に流れ込んだダイカスト合金は、この取付穴部５１に形成されたテーパ部５１ａによって、このテーパ部５１ａの形状に沿った外径側が大径の外向き凸部３５を形成するので、高速回転時の遠心力によるアウターリング５０の変形を抑制することができる。

なお、主磁石部４１，…，４１、副磁石部４３，…，４３を積層体７１に挿入した状態で鋳込む場合のダイカスト合金は、鋳込み温度が各磁石部４１，…，４１，４３，…，４３の保磁力を劣化させない温度である材料を選定する必要があり、上述したアルミニウム合金が挙げられる。

従って、本実施形態のアキシャルギャップ型モータ１０及びそのロータの製造方法によれば、ロータ１１は、回転軸方向に磁化され、周方向に所定の間隔で配置される複数の主磁石部４１，…，４１と、複数の主磁石部４１，…，４１の回転軸方向両側にそれぞれ配置される複数のヨーク部４２，…，４２と、周方向に隣り合う主磁石部４１，…，４１間にそれぞれ配置されて径方向に延びる複数のリブ３１，…，３１と、複数のリブ３１，…，３１の内径側及び外径側に設けられる内筒部３２及び外筒部３３と、を有するロータフレーム３０と、を備える。そして、ロータフレーム３０がダイカスト合金で鋳込みにより製造され、ロータフレーム３０の内筒部３２とシャフト部９０との結合面が凹凸形状を有する。これにより、シャフト部９０へのロータフレーム３０の組み付け作業を容易に行うことができる。また、捲回巻きされた積層体７１により構成されるヨーク部４２，…，４２をロータフレーム３０を介してシャフト部９０に固定する際、ロータフレーム３０とシャフト部９０を強固に固定することができ、高速回転時における円周方向のガタやズレが抑制される。

また、シャフト部９０は、ロータフレーム３０の内筒部３２に向けて拡径されるフランジ部９１を有するので、内筒部の肉厚を小さくすることができ、鋳巣（ひけ巣、巻き込み巣）の発生を低減することができる。

また、本実施形態では、フランジ部９１の外周部は、円周方向に略等間隔で形成される複数の凹部９２を備え、鋳込みにより形成されるロータフレーム３０の内筒部３２は、その内周部に、複数の凹部９２に嵌まり込む複数の凸部３４を有することで、円周方向のガタやズレを抑制することができる。

さらに、フランジ部９１の外周部は、複数の凹部９２と、隣り合う凹部９２間にそれぞれ設けられた複数の円弧面９３によって略歯車形状を有し、フランジ部９１は、回転軸方向中間部に、複数の円弧面９３を部分的に形成するとともに、各凹部９２を仕切る複数の隔壁９４を形成する円盤部９５を有する。このため、略歯車形状によって回転に影響を与えない均等な結合面を設定でき、また、隔壁９４によってステータ１２からの磁気吸引力等による回転軸方向のガタやズレも抑制することができる。

また、各凹部９２には、回転軸方向中間部に隔壁９４が設けられており、各凹部９２は、底壁９６と、互いに周方向に対向する一対の周方向壁９７と、隔壁９４の回転軸方向側面９４ａによって画成される一対の凹部９２を回転軸方向両側に有する。このため、隔壁９４と回転軸方向両側の一対の凹部９２によって、ステータ１２からの磁気吸引力等による回転軸方向のガタやズレも抑制することができる。

また、ロータ１１は、径方向に延びるとともに、外周側の穴径が内周側のものに比べて大きいロータフレーム用取付穴部５１が形成されるアウターリング５０をさらに備え、ロータフレーム３０は、複数のリブ３１の外径側に設けられる外筒部３３と、外筒部３３の外周面から突出して、アウターリング５０のロータフレーム用取付穴部５１に入り込む外向き凸部３５を有する。このため、アウターリングを圧入することなく鋳込みにより一体化することができ、アウターリング５０のロータフレーム３０への圧入作業が不要となり、製造工程が簡潔となる。また、温度変化による径方向への相対変位を抑制することで、高速回転時の遠心力によってヨーク部４２や主磁石部４１が抜けでることを防止することができる。

なお、本実施形態では、シャフト部９０の外周部の形状は、円盤部９５を設ける代わりに、図１２に示すように、凹部９２間部分の外面及び隔壁９４の外面が平面状に形成された多角形の平板部としてもよい。

また、凹部９２の形状は、図１３に示すように、底壁９６が、シャフト部９０の中心Ｏと一対の周方向壁９７の外径側縁部９７ａとを結ぶ二つの仮想線Ｌと側面視で交差するように大きくしてもよい。この場合、鋳込みにより形成されるロータフレーム３０の凸部３４が径方向に変形するのをさらに抑制することができ、遠心力によるガタを抑制することができる。

＜第２実施形態＞
以下、本発明の第２実施形態について、図１４及び図１５を参照して説明する。なお、図中、第１実施形態と同一の構成部分には同一符号を付して説明を省略する。

第２実施形態のアキシャルギャップ型モータでは、図１４及び図１５に示すように、シャフト部９０に形成された各凹部９２が、一対の周方向壁９７間の円弧距離が径方向内側において径方向外側よりも広い部分を有し、底壁９６と周方向壁９７が曲面によって連続するあり溝形状に形成されている。このため、ロータフレーム３０の内周部３２には、このあり溝形状に形成された凹部９２に対応する凸部３４が鋳込みにより形成され、第１実施形態と同様、ロータフレーム３０の内筒部３２とシャフト部９０との結合面が凹凸形状を有する。

従って、第１実施形態と同様、捲回巻きされた積層体７１により構成されるヨーク部４２，…，４２をロータフレーム３０を介してシャフト部９０に固定する際、ロータフレーム３０とシャフト部９０を強固に固定することができる。また、高速回転時における円周方向のガタやズレだけでなく、遠心力による径方向のガタやズレを抑制することができる。また、シャフト部９０の隔壁９４を軸方向両側から挟むように一対の凸部３４が形成されているので、回転軸方向のガタやズレも抑制することができる。
その他の構成及び作用については、第１実施形態のものと同様である。

＜第３実施形態＞
以下、本発明の第３実施形態について、図１６及び図１７を参照して説明する。なお、図中、第１実施形態と同一の構成部分には同一符号を付して説明を省略する。

本実施形態のアキシャルギャップ型モータでは、図１６及び図１７に示すように、シャフト部９０のフランジ部９１は、その外周面寄りの位置に、回転軸方向に沿って延びる複数のロータフレーム用軸方向穴部１００を形成し、外周面の回転軸方向中間部に、これらロータフレーム用軸方向穴部１００と連通する環状の凹溝１０１を形成する。

このため、ロータフレーム３０の内周部３２には、ロータフレーム用軸方向穴部１００に入り込む軸方向凸部１１０と、軸方向凸部１１０と連通し、凹溝１０１に入り込む環状凸部１１１とが鋳込みにより形成され、第１実施形態と同様、ロータフレーム３０の内筒部３２とシャフト部９０との結合面が凹凸形状を有する。

従って、シャフト部９１の外周部に複数の凹部９２を設けた第１実施形態と同様、捲回巻きされた積層体７１により構成されるヨーク部４２，…，４２をロータフレーム３０を介してシャフト部９０に固定する際、ロータフレーム３０とシャフト部９０を強固に固定することができる。特に、フランジ部９１のロータフレーム用軸方向穴部１００に、ロータフレーム３０の軸方向凸部１１０が鋳込みにより入り込むことで、円周方向及び径方向のガタやズレを抑制することができる。また、フランジ部９１の環状の凹溝１０１に、ロータフレーム３０の環状凸部１１１が鋳込みにより入り込むので、回転軸方向のガタやズレも抑制することができる。
その他の構成及び作用については、第１実施形態のものと同様である。

なお、本発明は、上記実施形態に例示したものに限定されるものではなく、本発明の要旨を逸脱しない範囲において適宜変更可能である。

例えば、上記実施形態では、回転軸Ｏ方向の何れか一方側にのみステータ１２を備え、ステータ１２と対向しない他方側においてはバックヨークを配置してもよい。
また、本発明のロータフレームは、鋳込みにより複数のリブ３１と内周部３２とを少なくとも有する構成であればよい。例えば、積層体７１によってリブ３１の外周側を密閉することで外周部を有しない構造としてもよく、その場合、ロータフレーム３０を形成した後に主磁石部４１及び副磁石部４３を挿入し、アウターリング５０を外嵌するようにしてもよい。

１０ アキシャルギャップ型モータ
１１ ロータ
１２ ステータ
３０ ロータフレーム
３１ リブ
３４ 凸部
３５ 外向き凸部
４１ 主磁石部
４２ ヨーク部
４３ 副磁石部
５０ アウターリング
５１ ロータフレーム用取付穴部
７１ 積層体
７２ 主磁石部挿入穴
７３ リブ収容穴
７４ 副磁石部収容部
８０ 第１の金型
８１ 第２の金型
９０ シャフト部
９１ フランジ部
９２ 凹部
１００ ロータフレーム用軸方向穴部
１０１ 凹溝
１１０ 軸方向凸部１１０
１１１ 環状凸部１１１
Ｏ 回転軸

Claims (9)

1. 回転軸周りに回転可能なロータと、
   回転軸方向の少なくとも一方から前記ロータに対向配置されるステータと、
   前記ロータからの動力を伝達するシャフト部と、
   を備えるアキシャルギャップ型モータであって、
   前記ロータは、
   前記回転軸方向に磁化され、周方向に所定の間隔で配置される複数の主磁石部と、
   テープ状の電磁鋼鈑を捲回巻きした積層体により構成され、前記複数の主磁石部の前記回転軸方向の少なくとも一方にそれぞれ配置される複数のヨーク部と、
   前記周方向に隣り合う前記主磁石部間にそれぞれ配置されて径方向に延びる複数のリブと、前記複数のリブの内径側に設けられて、前記シャフト部と結合する内筒部と、が少なくとも一体形成されたダイカスト合金からなるロータフレームと、
   を備え、
   前記シャフト部は、前記ロータフレームの内筒部に向けて拡径されるフランジ部を有し、
   前記フランジ部の外周部は、円周方向に略等間隔で形成される複数の凹部と、隣り合う前記凹部間にそれぞれ設けられた複数の円弧面によって略歯車形状を有すると共に、前記フランジ部は、前記回転軸方向中間部に、前記複数の円弧面を部分的に形成するとともに、前記各凹部を仕切る複数の隔壁を形成する円盤部を有し、
   前記ロータフレームの内筒部は、その内周部に、前記隔壁に対して回転軸方向両側で、前記複数の凹部に嵌まり込む複数の凸部を有し、
   前記ロータフレームの内筒部と前記シャフト部との結合面は、凹凸形状を有することを特徴とするアキシャルギャップ型モータ。
2. 前記各凹部は、底壁と、互いに周方向に対向する一対の周方向壁と、前記隔壁の回転軸方向側面によって画成される一対の凹部を前記回転軸方向両側に有することを特徴とする請求項１に記載のアキシャルギャップ型モータ。
3. 前記凹部の底壁は、前記シャフト部の中心と前記一対の周方向壁の外径側縁部とを結ぶ二つの仮想線と側面視で交差することを特徴とする請求項２に記載のアキシャルギャップ型モータ。
4. 前記各凹部は、前記一対の周方向壁間の円弧距離が径方向内側において径方向外側よりも広い部分を有するあり溝形状であることを特徴とする請求項２に記載のアキシャルギャップ型モータ。
5. 回転軸周りに回転可能なロータと、
   回転軸方向の少なくとも一方から前記ロータに対向配置されるステータと、
   前記ロータからの動力を伝達するシャフト部と、
   を備えるアキシャルギャップ型モータであって、
   前記ロータは、
   前記回転軸方向に磁化され、周方向に所定の間隔で配置される複数の主磁石部と、
   テープ状の電磁鋼鈑を捲回巻きした積層体により構成され、前記複数の主磁石部の前記回転軸方向の少なくとも一方にそれぞれ配置される複数のヨーク部と、
   前記周方向に隣り合う前記主磁石部間にそれぞれ配置されて径方向に延びる複数のリブと、前記複数のリブの内径側に設けられて、前記シャフト部と結合する内筒部と、を少なくとも有し、ダイカスト合金からなるロータフレームと、
   を備え、
   前記ロータフレームの内筒部と前記シャフト部との結合面は、凹凸形状を有し、
   前記シャフト部は、前記ロータフレームの内筒部に向けて拡径されるフランジ部を有し、
   前記フランジ部は、回転軸方向に対向する一対の円盤部を有し、
   前記一対の円盤部の各々には、前記回転軸方向に沿って延びる複数のロータフレーム用軸方向穴部が設けられ、
   前記ロータフレームは、該複数のロータフレーム用軸方向穴部に入り込む複数の軸方向凸部を有することを特徴とするアキシャルギャップ型モータ。
6. 前記フランジ部の外周面には、その回転軸方向中間部に、前記ロータフレーム用軸方向穴部と連通する環状の凹溝が形成されており、
   前記ロータフレームは、前記軸方向凸部と連通し、前記凹溝に入り込む環状凸部を有することを特徴とする請求５に記載のアキシャルギャップ型モータ。
7. 前記ロータは、径方向に延びるとともに、外周側の穴径が内周側のものに比べて大きいロータフレーム用取付穴部が形成されるアウターリングをさらに備え、
   前記ロータフレームは、前記複数のリブの外径側に設けられる外筒部と、該外筒部の外周面から突出して、前記アウターリングのロータフレーム用取付穴部に入り込む外向き凸部を有することを特徴とする請求項１から６のいずれかに記載のアキシャルギャップ型モータ。
8. 回転軸方向に磁化され、周方向に所定の間隔で配置される複数の主磁石部と、前記複数の主磁石部の前記回転軸方向の少なくとも一方にそれぞれ配置される複数のヨーク部と、
   前記周方向に隣り合う前記主磁石部間にそれぞれ配置されて径方向に延びる複数のリブと、前記複数のリブの内径側に設けられる内筒部と、が少なくとも一体形成されたダイカスト合金からなるロータフレームと、を備え、回転軸周りに回転可能なロータと、
   回転軸方向の少なくとも一方から前記ロータに対向配置されるステータと、
   前記ロータフレームの内筒部と結合され、前記ロータからの動力を伝達するシャフト部と、
   を備え、
   前記シャフト部は、前記ロータフレームの内筒部に向けて拡径されるフランジ部を有し、
   前記フランジ部の外周部は、円周方向に略等間隔で形成される複数の凹部と、隣り合う前記凹部間にそれぞれ設けられた複数の円弧面によって略歯車形状を有すると共に、前記フランジ部は、前記回転軸方向中間部に、前記複数の円弧面を部分的に形成するとともに、前記各凹部を仕切る複数の隔壁を形成する円盤部を有し、
   前記ロータフレームの内筒部は、その内周部に、前記隔壁に対して回転軸方向両側で、前記複数の凹部に嵌まり込む複数の凸部を有するアキシャルギャップ型モータのロータ製造方法であって、
   テープ状の電磁鋼鈑を捲回して、前記複数のヨーク部を構成する積層体を形成する工程と、
   金型に前記積層体及び外周面に凹凸形状を有する前記シャフト部を位置決めした状態でダイカスト合金を鋳込むことで、前記シャフト部が結合される前記内筒部の結合面が凹凸形状を有する前記ロータフレームを形成する工程と、
   を有することを特徴とするアキシャルギャップ型モータのロータ製造方法。
9. 前記ロータは、径方向に延びるとともに、外周側の穴径が内周側のものに比べて大きいロータフレーム用取付穴部が形成されるアウターリングをさらに備え、
   前記フレーム形成工程において、前記ロータフレームは、前記金型に前記アウターリングをさらに位置決めした状態で、前記アウターリングのロータフレーム用取付穴部に前記ダイカスト合金が入り込むようにして鋳込まれることを特徴とする請求項８に記載のアキシャルギャップ型モータのロータ製造方法。

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