JP6493250B2 - モータ組み付け治具及びモータ組み付け方法 - Google Patents

Description

本発明は、モータ組み付け治具及びモータ組み付け方法に関する。

エンジンとモータとを一体化した駆動装置としては、例えば、特許文献１に記載されている。特許文献１のモータは、ケース内にロータ及びステータを有している。ロータは、ロータシャフトを有している。そして、ロータシャフトとエンジンのクランクシャフトが連結され、クランクシャフトの回転に伴いロータシャフトも回転する。これにより、モータを発電機として利用し、エンジンの駆動によって発電を行っている。

特開２０００−２７８９１３号公報

ところで、ロータとステータとの取付作業においては、ロータシャフトを軸受によって支持していない場合、ロータシャフトとクランクシャフトとが連結される前にはロータが支持されていない状態になる。このため、ロータあるいはステータに永久磁石が用いられている場合には、永久磁石の磁力によってロータとステータとが接触する。また、電磁石を用いている場合であっても、ロータやステータの重量によってロータとステータが接触する。このため、ロータシャフトを軸受によって支持していない軸受レスモータにおいては、クランクシャフトとロータとを連結する前に、ロータの中心軸線とステータの中心軸線を一致させることでロータとステータとのギャップを確保し、このギャップを維持したままモータをエンジンに組み付ける必要があり、組み付けが困難であった。

本発明の目的は、モータの組み付け性を向上させることができるモータ組み付け治具及びモータ組み付け方法を提供することにある。

上記課題を解決するモータ組み付け治具は、ステータと、一端がエンジンの出力軸に連結支持されるとともに、他端に軸方向に開口する開口部を有するロータと、前記ステータ及び前記ロータを収容した筒状のハウジング、及び、前記ハウジングの軸方向の両端部のうち前記エンジンとは反対側の端部に取り付けられた状態で前記開口部と対向する貫通孔が設けられたカバーを有するケースと、を備えたモータにおける前記ロータと前記ステータとのギャップを調整するモータ組み付け治具であって、前記貫通孔を介して、前記開口部と中心軸線が一致するように前記開口部に嵌め合わされるロータ嵌合部と、前記ロータ嵌合部の中心軸線が前記ステータの中心軸線と一致するように前記カバーに対して位置決めを行う位置決め部材と、を備える。

これによれば、ハウジングに取り付けられたカバーにモータ組み付け治具を位置決めするとともに、ロータ嵌合部を開口部に嵌め合わせることでロータの中心軸線とステータの中心軸線が一致する。ギャップは、ロータの中心軸線とステータの中心軸線が一致しているときには、ロータとステータとの間の全周に亘って確保される。モータ組み付け治具を用いることで、カバーを取り付けたままギャップ調整を行うことができる。このため、ロータとステータとのギャップ調整が行われた状態で出力軸とロータが連結された後には、モータ組み付け治具をカバーから取り外せばよい。したがって、ロータとステータとのギャップ調整を行った後にロータとステータとを治具に取り付けることでロータとステータとのギャップを維持し、ロータを出力軸に連結した後で治具に換えてカバーを取り付ける場合に比べて手間が少なく、モータの組み付け性が向上される。

上記課題を解決するモータ組み付け治具について、前記位置決め部材は、前記貫通孔に嵌め合わされるカバー嵌合部を含むことが好ましい。これによれば、カバー嵌合部がカバーの貫通孔に嵌合されることでモータ組み付け治具の位置決めが行われるため、モータ組み付け治具の位置決めを行いやすい。

上記課題を解決するモータ組み付け治具について、前記ロータ嵌合部が前記開口部に嵌め合わされた状態で、前記カバーの前記貫通孔よりも外側の部分と対向するフランジを有することが好ましい。これによれば、モータ組み付け治具が貫通孔から抜け出すことが抑止される。

上記モータ組み付け治具について、前記カバーは、前記ハウジングに設けられ、冷媒が流通する流路を区画するための溝に挿入される凸部によって、前記開口部と前記貫通孔とが対向するように前記ハウジングに対して位置決めされていることが好ましい。これによれば、流路を区画するための溝を利用してカバーの位置決めを行うことができる。

上記課題を解決するモータ組み付け方法は、ステータと、一端がエンジンの出力軸に連結支持されるとともに、他端に軸方向に開口する開口部を有するロータと、前記ステータ及び前記ロータを収容した筒状のハウジング、及び、前記ハウジングの軸方向の両端部のうち前記エンジンとは反対側の端部に取り付けられた状態で前記開口部と対向する貫通孔が設けられたカバーを有するケースと、を備えたモータにおける前記ロータと前記ステータとのギャップを調整するモータ組み付け方法であって、前記カバーに位置決めされた状態で前記開口部に嵌め合わされると、前記ロータの中心軸線と前記ステータの中心軸線が一致するロータ嵌合部を有するモータ組み付け治具を、位置決め部材によって前記カバーに位置決めした状態で、前記ロータを前記出力軸に連結する。

これによれば、カバーを取り外すことなくロータとステータとのギャップ調整を行うことができる。このため、モータの組み付け性を向上させることができる。

本発明によれば、モータの組み付け性を向上させることができる。

駆動装置を示す分解斜視図。 駆動装置の断面図。 モータの一部、及び、モータ組み付け治具を示す斜視図。 カバーの斜視図。 モータ組み付け治具の斜視図。 モータ組み付け治具が取り付けられる前のハウジング及びカバーを示す断面図。 モータ組み付け治具が取り付けられたハウジング及びカバーを示す断面図。 クランクシャフトに連結されるときのハウジング及びカバーを示す断面図。

以下、モータ組み付け治具及びモータ組み付け方法の一実施形態について説明する。まず、本実施形態のモータ組み付け治具、及び、モータ組み付け方法によって組み付けられるモータについて説明を行う。

図１に示すように、ハイブリッド車両（例えば、乗用車や、フォークリフトなどの産業車両）に搭載される駆動装置１０は、エンジン１１及びモータ２０を有している。モータ２０は、エンジン１１とともにクランクシャフト１２を回転させる駆動部、及び、エンジン１１の駆動によるクランクシャフト１２の回転に伴い発電を行う発電機の少なくともいずれか一方として機能する。

図１及び図２に示すように、モータ２０は、ケース２１と、このケース２１の内部に設けられたロータ５７及びステータ４０とを備えている。ケース２１は、筒状のハウジング２２と、ハウジング２２の軸方向におけるエンジン１１とは反対側の端部に設けられた板状のカバー２６と、カバー２６が設けられた端部とは反対側（エンジン１１側）の端部に設けられた有底筒状のエンドプレート３２とを有している。

本実施形態のハウジング２２は円筒状である。ハウジング２２の外周面において、軸方向の端部に位置する周縁は凹凸形状となっており、複数の凸部が固定ボルトＢ１によってカバー２６と連結される複数の第１突出片２３となっている。また、ハウジング２２の外周面において、第１突出片２３が設けられた端部とは軸方向に反対側の周縁は凹凸形状となっており、複数の凸部が固定ボルトＢ２によってエンドプレート３２と連結される複数の第２突出片２４となっている。ハウジング２２の軸方向の端面のうち第１突出片２３と同一方向の端面には、ハウジング２２の軸方向に向けて凹む環状の溝２５が設けられている。

図２及び図４に示すように、カバー２６の周縁は凹凸形状となっており、複数の凸部が第１突出片２３と連結される複数の第１連結片２７となっている。また、カバー２６の厚み方向の面の一方には、厚み方向に突出する環状の凸部２８が一つ設けられている。凸部２８は、突出方向への寸法が、溝２５の深さよりも短い。更に、カバー２６の中央には、厚み方向に貫通する貫通孔２９が設けられている。また、カバー２６には、貫通孔２９の周囲に複数の締結穴３０が設けられている。カバー２６は、凸部２８がハウジング２２の溝２５に挿入された状態で第１突出片２３と第１連結片２７とが固定ボルトＢ１で連結されることでハウジング２２に固定されている。ハウジング２２の溝２５とカバー２６の凸部２８によって環状の流路３１が区画され、この流路３１には図示しない流入路及び流出路を介して冷媒が流される。

図１及び図２に示すように、エンドプレート３２の外周面の周縁は、凹凸形状となっており、複数の凸部が第２突出片２４と連結される複数の第２連結片３３となっている。エンドプレート３２は、第２突出片２４と第２連結片３３とが固定ボルトＢ２で連結されることでハウジング２２に固定されている。エンドプレート３２の底部の中央には、厚み方向に貫通するプレート孔３４が設けられている。

ハウジング２２の内周面には、ステータ４０が固定されている。ステータ４０は、径方向の内側に延びる複数のティース４１を有するステータコア４２と、このステータコア４２の各ティース４１に巻回されたコイル４３とを備えている。ステータ４０（ステータコア４２）は、その中心軸線がカバー２６に設けられた貫通孔２９の中心軸線と一致するようにハウジング２２に固定されている。

ケース２１内には、円筒状の大径部５１と円筒状の小径部５２を有するロータシャフト５３が収容されている。小径部５２の先端面（大径部５１とは反対側の面）には、複数の締結穴５２ａが周方向に並んで設けられている。小径部５２は円形状の第１孔５４を有しており、大径部５１は円形状の第２孔５５を有している。第１孔５４の直径は、第２孔５５の直径に比べて大きい。ロータシャフト５３においては、大径部５１、小径部５２、第１孔５４及び第２孔５５の中心軸線が一致している。したがって、大径部５１の外周面、小径部５２の外周面、第１孔５４の周面、及び、第２孔５５の周面は中心軸線を中心とした同心円となる。

ロータシャフト５３の小径部５２の外周面には、全周に亘って円環状の永久磁石５６が設けられている。永久磁石５６は、フェライト磁石やネオジム磁石等の磁石であり、Ｓ極とＮ極とが周方向に交互に並んで設けられている。ロータシャフト５３の小径部５２は、ステータ４０の内側に配置されている。そして、小径部５２と永久磁石５６がロータ５７として機能している。円環状の永久磁石５６の中心軸線と、小径部５２の中心軸線とは一致している。そして、これらの中心軸線がロータ５７の中心軸線となる。

ステータ４０とロータ５７との間には、ギャップ（エアギャップ）５８が設けられている。ステータ４０の内周面とロータ５７の外周面との間の寸法であるギャップ５８の幅は、ステータ４０の中心軸線とロータ５７の中心軸線が一致した状態で、全周に亘って均一となっている。なお、均一とは、ステータ４０やロータ５７の公差範囲内でのずれを許容するものである。

上記したモータ２０は、エンジン１１、より詳細にいえば、エンジン１１のシリンダブロック及びオイルパンにエンドプレート３２が固定されることでエンジン１１に取り付けられている。エンジン１１のクランクシャフト１２は、エンドプレート３２のプレート孔３４を介してハウジング２２内に突出しており、ロータシャフト５３の大径部５１に連結ボルトＢ３によって連結されている。したがって、ロータ５７の軸方向の両端部のうち大径部５１側の端部である一端がクランクシャフト１２に連結支持され、小径部５２側の端部である他端が開口部としての第１孔５４によって軸方向に開口している。

本実施形態のロータシャフト５３は、クランクシャフト１２に連結されることによって支持されており、軸受によって支持されていない。このため、ロータ５７は、クランクシャフト１２との連結によりクランクシャフト１２によって支持されることで、ステータ４０とのギャップ５８を維持している。なお、本発明のクランクシャフト１２がエンジン１１の出力軸に相当する。

ところで、上記したモータ２０をエンジン１１に取り付ける際には、まずエンドプレート３２をエンジン１１に取り付け、その後、相対位置を調整したロータ５７及びステータ４０、すなわち、ギャップ５８が調整されたロータ５７及びステータ４０が収容されたハウジング２２をエンドプレート３２に取り付ける。更に、ロータシャフト５３とクランクシャフト１２とを連結する。この際、ロータシャフト５３がクランクシャフト１２に連結される前には、ロータ５７はクランクシャフト１２によって支持されていないため、ロータ５７に用いられている永久磁石５６の磁力によってロータ５７とステータ４０とが接触してしまうおそれがある。このため、ロータ５７とステータ４０とのギャップ５８を維持した状態でクランクシャフト１２にロータシャフト５３を連結するが、ロータ５７とステータ４０とを治具に取り付け、ロータシャフト５３とクランクシャフト１２を連結した後に治具に換えてカバー２６を取り付ける場合、手間が多い。本実施形態では、モータ組み付け治具６０を用いることで、モータ２０の組み付け性を向上させている。以下、モータ組み付け治具６０について詳細に説明を行う。

図３及び図５に示すように、モータ組み付け治具６０は、位置決め部材としての有底円筒状のカバー嵌合部６１を有している。カバー嵌合部６１は、円板状の底部６２と、底部６２の周縁から延びる円筒状の筒部６３とを有している。筒部６３の外径は、貫通孔２９よりも若干小さく、筒部６３を貫通孔２９に嵌合可能となっている。底部６２の中央には、厚み方向に貫通する治具孔６４が設けられている。底部６２において、治具孔６４の周囲には、複数の第１ボルト孔６５が設けられている。第１ボルト孔６５同士の間隔（中心間距離）は、ロータシャフト５３の締結穴５２ａ同士の間隔と同一間隔となっている。

底部６２において、治具孔６４の周縁からは円筒状のロータ嵌合部６６が筒部６３とは反対側に向けて延びている。ロータ嵌合部６６の外径は、ロータシャフト５３の第１孔５４の直径よりも若干小さく、ロータ嵌合部６６を第１孔５４に嵌合可能となっている。ロータ嵌合部６６の中心軸線と、カバー嵌合部６１の中心軸線は一致している。また、筒部６３の外周面とロータ嵌合部６６の外周面とは、カバー嵌合部６１及びロータ嵌合部６６の中心軸線を中心とした同心円である。

筒部６３において、底部６２が設けられた周縁とは軸方向に反対側の周縁には、フランジ６７が設けられている。フランジ６７は、筒部６３の周縁の全周に亘って設けられている。フランジ６７には、複数の第２ボルト孔６８が厚み方向に貫通して設けられている。第２ボルト孔６８同士の間隔は、カバー２６の締結穴３０同士の間隔と同一間隔となっている。

上記したモータ組み付け治具６０は、筒部６３が貫通孔２９に嵌め合わされた状態で、貫通孔２９の中心軸線と、ロータ嵌合部６６の中心軸線と、ステータ４０の中心軸線とが一致する。また、ロータ嵌合部６６が第１孔５４に嵌め合わされた状態で、ロータ嵌合部６６の中心軸線とロータ５７の中心軸線とが一致する。なお、ここでいう各部材の中心軸線が一致する状態とは、各部材の公差範囲内での中心軸線のずれを許容するものである。

次に、モータ組み付け治具６０を用いたロータ５７とステータ４０とのモータ組み付け方法について説明する。
図６に示すように、モータ２０の組み付けを行う際には、ロータシャフト５３を収容したハウジング２２の第１突出片２３とカバー２６の第１連結片２７とが固定ボルトＢ１によって連結されている。これにより、ハウジング２２とカバー２６とが固定されている。

そして、図７に示すように、ハウジング２２にロータシャフト５３が挿入され、カバー２６にモータ組み付け治具６０が取り付けられる。カバー２６の貫通孔２９には、モータ組み付け治具６０のカバー嵌合部６１が挿入されている。これにより、カバー嵌合部６１は貫通孔２９に嵌め合わされ、モータ組み付け治具６０がカバー２６に対して位置決めされている。モータ組み付け治具６０は、ハウジング２２に固定されているステータ４０の中心軸線とロータ嵌合部６６の中心軸線が一致するようにカバー２６に位置決めされている。

また、ロータ嵌合部６６は、ロータシャフト５３の第１孔５４に嵌め合わされている。これにより、ロータシャフト５３の位置がモータ組み付け治具６０のロータ嵌合部６６によって定まっている。モータ組み付け治具６０は、ロータ嵌合部６６の中心軸線とステータ４０の中心軸線が一致するように位置決めされているため、ロータ５７の中心軸線とステータ４０の中心軸線とが一致している。

ハウジング２２とステータ４０とは固定されており、また、ハウジング２２とカバー２６とは固定されている。これにより、カバー２６の貫通孔２９の中心軸線とステータ４０の中心軸線が一致している。更に、カバー２６の貫通孔２９の中心軸線と、カバー嵌合部６１の中心軸線と、ロータ嵌合部６６の中心軸線とが一致した状態でモータ組み付け治具６０はカバー２６に固定されている。すなわち、貫通孔２９、ステータ４０、カバー嵌合部６１、ロータ嵌合部６６のそれぞれの中心軸線は一致している。

ロータ嵌合部６６を第１孔５４に嵌め合わせることで、ロータ嵌合部６６の中心軸線と第１孔５４の中心軸線とは一致している。ロータ嵌合部６６の中心軸線とステータ４０の中心軸線とは一致しているため、第１孔５４の中心軸線とステータ４０の中軸線とは一致することになる。ここで、第１孔５４の周面とロータ５７の外周面は、ロータ５７の中心軸線を中心とした同心円であるため、第１孔５４の中心軸線をステータ４０の中心軸線と一致させることでロータ５７の中心軸線とステータ４０の中心軸線が一致し、結果として、ロータ５７とステータ４０との間の全周に亘ってギャップ５８が確保されている。

モータ組み付け治具６０の第１ボルト孔６５には、第１ボルトＢ１１が挿入され、この第１ボルトＢ１１をロータシャフト５３の締結穴５２ａに締結することでロータシャフト５３がモータ組み付け治具６０に取り付けられている。

また、モータ組み付け治具６０の第２ボルト孔６８には第２ボルトＢ１２が挿入され、この第２ボルトＢ１２がカバー２６の締結穴３０に締結されることでカバー２６がモータ組み付け治具６０に取り付けられている。これにより、モータ組み付け治具６０には、ロータ５７及びステータ４０が取り付けられ、ロータ５７とステータ４０との相対位置が保持される。

図８に示すように、上記のようにステータ４０との相対位置が保持されたロータ５７は、モータ組み付け治具６０の治具孔６４を介して第１孔５４に連結ボルトＢ３を挿入し、ロータシャフト５３とクランクシャフト１２との連結を行うことでクランクシャフト１２に支持される。ロータシャフト５３とクランクシャフト１２を連結した後には、モータ組み付け治具６０をロータシャフト５３及びカバー２６から取り外す。この時点では、ロータシャフト５３はクランクシャフト１２に保持されており、永久磁石５６の磁力によってロータ５７とステータ４０とが接触することが抑止されている。

したがって、上記実施形態によれば、以下のような効果を得ることができる。
（１）カバー２６の貫通孔２９を利用してロータ５７の中心軸線とステータ４０の中心軸線を一致させ、これによりロータ５７とステータ４０が接触しないようにギャップ５８を維持している。そして、ロータ５７とステータ４０とのギャップ５８を維持した状態でモータ２０とエンジン１１とを一体化した後には、モータ組み付け治具６０をカバー２６から取り外せばよい。このため、ロータ５７とステータ４０とのギャップ５８を治具によって維持した状態でロータ５７とクランクシャフト１２とを連結し、その後治具に換えてカバー２６を取り付ける場合に比べて、組み付け性が向上される。

（２）モータ組み付け治具６０のカバー２６に対する位置決めは、カバー嵌合部６１を貫通孔２９に嵌め合わされることで行われている。このため、カバー嵌合部６１を貫通孔２９に嵌め合わせることでモータ組み付け治具６０を位置決めできるため、モータ組み付け治具６０の位置決めを行い易い。

（３）モータ組み付け治具６０は、フランジ６７を有している。このため、モータ組み付け治具６０が貫通孔２９内から抜け出すことが抑止される。
（４）カバー２６は、流路３１を区画するための溝２５に凸部２８を挿入することで位置決めされている。このため、流路３１を区画するための溝２５を利用してカバー２６の位置決めを行うことができる。

（５）モータ組み付け治具６０は、カバー２６を利用してギャップ５８を維持するため、小型化されている。このため、モータ組み付け治具６０を車載工具として車両に搭載することができる。

なお、実施形態は以下のように変更してもよい。
○カバー２６に対するモータ組み付け治具６０の位置決めは、モータ組み付け治具６０がカバー２６に位置決めされた状態でステータ４０の中心軸線とロータ嵌合部６６の中心軸線が一致するように位置決めできれば第２ボルトＢ１２（位置決め部材）による締結穴３０との締結により行われてもよい。この場合、カバー嵌合部６１は設けられていなくてもよく、ロータ嵌合部６６の軸方向の端部にフランジ６７が設けられている構造でもよい。

○モータ組み付け治具６０は、カバー嵌合部６１とロータ嵌合部６６とを有していればよく、フランジ６７が設けられていなくてもよい。この場合、フランジ６７に換えて、カバー嵌合部６１に取手などを設けることで、モータ組み付け治具６０の取り外しを容易にしてもよい。

○カバー２６は、流路３１を区画するための溝２５に凸部２８を挿入することで位置決めされているが、溝２５は流路３１を区画するための溝２５ではなくてもよく、カバー２６の位置決めを行うために設けられた専用の溝でもよい。この場合、流路は別の溝によって区画されてもよいし、流路が設けられなくてもよい。

○カバー嵌合部６１の形状は、貫通孔２９に挿入された状態で貫通孔２９内でのカバー嵌合部６１と貫通孔２９の内面との対向方向での移動を規制できれば、円筒形とは異なる形状でもよい。例えば、実施形態のカバー嵌合部６１に複数のスリットが設けられた形状でもよい。同様に、ロータ嵌合部６６は、第１孔５４に挿入された状態で第１孔５４内でのロータ嵌合部６６と第１孔５４の内面との対向方向での移動を規制できれば、円筒形とは異なる形状でもよい。

○エンジンの出力軸は、ロータリーエンジンに用いられるエキセントリックシャフトでもよい。

１１…エンジン、１２…クランクシャフト、２０…モータ、２１…ケース、２２…ハウジング、２５…溝、２６…カバー、２９…貫通孔、３１…流路、４０…ステータ、５７…ロータ、５８…ギャップ、６０…モータ組み付け治具、６１…カバー嵌合部、６６…ロータ嵌合部、６７…フランジ。

Claims (5)

1. ステータと、
   一端がエンジンの出力軸に連結支持されるとともに、他端に軸方向に開口する開口部を有するロータと、
   前記ステータ及び前記ロータを収容した筒状のハウジング、及び、前記ハウジングの軸方向の両端部のうち前記エンジンとは反対側の端部に取り付けられた状態で前記開口部と対向する貫通孔が設けられたカバーを有するケースと、を備えたモータにおける前記ロータと前記ステータとのギャップを調整するモータ組み付け治具であって、
   前記貫通孔を介して、前記開口部と中心軸線が一致するように前記開口部に嵌め合わされるロータ嵌合部と、
   前記ロータ嵌合部の中心軸線が前記ステータの中心軸線と一致するように前記カバーに対して位置決めを行う位置決め部材と、を備えたモータ組み付け治具。
2. 前記位置決め部材は、前記貫通孔に嵌め合わされるカバー嵌合部を含む請求項１に記載のモータ組み付け治具。
3. 前記ロータ嵌合部が前記開口部に嵌め合わされた状態で、前記カバーの前記貫通孔よりも外側の部分と対向するフランジを有する請求項１又は請求項２に記載のモータ組み付け治具。
4. 前記カバーは、前記ハウジングに設けられ、冷媒が流通する流路を区画するための溝に挿入される凸部によって、前記開口部と前記貫通孔とが対向するように前記ハウジングに対して位置決めされている請求項１〜請求項３のうちいずれか一項に記載のモータ組み付け治具。
5. ステータと、
   一端がエンジンの出力軸に連結支持されるとともに、他端に軸方向に開口する開口部を有するロータと、
   前記ステータ及び前記ロータを収容した筒状のハウジング、及び、前記ハウジングの軸方向の両端部のうち前記エンジンとは反対側の端部に取り付けられた状態で前記開口部と対向する貫通孔が設けられたカバーを有するケースと、を備えたモータにおける前記ロータと前記ステータとのギャップを調整するモータ組み付け方法であって、
   前記カバーに位置決めされた状態で前記開口部に嵌め合わされると、前記ロータの中心軸線と前記ステータの中心軸線が一致するロータ嵌合部を有するモータ組み付け治具を、位置決め部材によって前記カバーに位置決めした状態で、前記ロータを前記出力軸に連結するモータ組み付け方法。

Images