JP2004254394A

JP2004254394A - 回転電機

Info

Publication number: JP2004254394A
Application number: JP2003040970A
Authority: JP
Inventors: Toshinori Tanaka; 俊則田中; Keiichi Fukazawa; 啓一深沢; Yusuke Matsui; 佑介松井; Kyohei Yamamoto; 京平山本; Katsumi Ohata; 克己大畑; Kengo Fujimoto; 憲悟藤本
Original assignee: Mitsubishi Electric Corp
Current assignee: Mitsubishi Electric Corp
Priority date: 2003-02-19
Filing date: 2003-02-19
Publication date: 2004-09-09
Anticipated expiration: 2023-02-19
Also published as: JP3731581B2

Abstract

【課題】部品点数が少なく、効果的に回転子の回転バランスを向上できるとともに、安価で生産性が良く、性能の優れた回転電機を提供する。
【解決手段】筒状の固定子コア１０と、固定子コア１０の内周側に配設されシャフト１８を有する回転子４と、シャフト１８に一体形成されたヨーク部１９と、ヨーク部１９の外周面に固定された磁石２０と、シャフト１８に一体形成され、磁石２０の軸方向の一端が当接し磁石２０の位置決めを行う段部１８ａと、シャフト１８に圧入され磁石２０の角部２２を保護する保護カバー２３とを備えたものである。
【選択図】図１

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
この発明は、回転子の外周に固定された磁石を有する回転電機に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
従来の回転子においては、円筒形ヨークを固定した回転軸と、前記円筒形ヨークの外周面に固着する複数の円弧状磁石と、前記回転軸に嵌合する穴を底部に設けたカップ状の非磁性体材料よりなる２個の保護ケースとを備え、前期ヨークの軸方向長さを前記磁石の軸方向長さより長くし、前記保護ケースを前記ヨーク外周に接着剤を介して配設した前記磁石を覆うように回転軸両軸側より嵌着しても前記保護ケースの底部と前記磁石の軸方向端部には空隙ができる構成とし、前記保護ケースをその内面に接着剤を塗布し、前記ヨーク及び前記磁石の外表面との間に接着剤を介するように前記回転軸両軸側より嵌着してその表面を覆ったものである。この構成により保護ケースの両側より加えた力は最終段にはヨーク両端面で受けることになり、磁石に力がかかることはない（例えば、特許文献１参照。）。
【０００３】
【特許文献１】
特公平５−２０９７９号公報（第２頁、第１図）
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】
従来の回転子では、回転軸に円筒形ヨークを固定しているために、部品点数が増加するほか、回転軸に対する円筒形ヨークの外周面の同軸度が悪化して、その円筒形ヨークの外周面に固着された磁石の同軸度も悪化し、回転子の回転バランスが悪くなるなどの問題があった。また、ヨークの軸方向長さを磁石の軸方向長さより長くしているために、磁石の接着位置がばらついて、回転子の回転バランスが悪化したり性能がばらつくなどの問題があった。更に、バランス取りのためにドリル切削する場合には、カップ状の保護ケースであるために、保護ケースにも穴を開ける必要があり、保護ケースに余分な力が加わって変形したり接着強度が低下するほか、バリが発生しやすいなど生産性が悪化する問題などがあった。
【０００５】
この発明は、以上のような問題点を解決するためになされたもので、部品点数が少なく、効果的に回転子の回転バランスを向上できるとともに、安価で生産性が良く、性能の優れた回転電機を提供することを目的とする。
【０００６】
【課題を解決するための手段】
この発明に係る回転電機においては、筒状の固定子コアと、前記固定子コアの内周側に配設されシャフトを有する回転子と、前記シャフトに一体形成されたヨーク部と、前記ヨーク部の外周面に固定された磁石と、前記シャフトに一体形成され、前記磁石の軸方向の一端が当接し前記磁石の位置決めを行う段部と、前記シャフトに圧入され前記磁石の角部を保護する保護カバーとを備えたものである。
【０００７】
【発明の実施の形態】
実施の形態１．
以下、この発明の実施の形態１を図に基づいて説明する。図１は本発明による回転電機の一例として、車両の電動油圧式パワーステアリング装置用ブラシレスモータのモータ部を示す断面図であって、図２はその回転子の軸方向の断面図、図３は回転子の保護カバー付近の径方向の断面図、図４（ａ）は保護カバーの正面図、（ｂ）はそのＡ−Ａ断面図である。なお、以下図中同一または相当部分には同一符号を付して説明する。図１において、１はモータで、鋼板で構成されたフレーム２の内周に固定子３が圧入等で固定されており、固定子３の内周面と所定の空隙を介して回転子４が配設されている。回転子４は、アルミで構成されたハウジング５側に設けられたベアリング６およびフレーム２側に設けられたベアリング７によって回転自在に支持されている。なお、ベアリング６はハウジング５に外輪が圧入固定されて、回転子４は前記ベアリング６の内輪に固定されており、回転子４は軸方向の移動が規制された構成となっている。
【０００８】
固定子３は、電磁鋼板を積層した筒状の固定子コア１０に、ナイロン等で成形されたコイルボビン１１を装着し絶縁して、９個のティース１２に固定子コイル１３が巻回されている。固定子コイル１３の線径は、例えばφ１〜φ２程度のエナメル被覆銅線であって、固定子コイル１３の巻き始めや巻き終わりなどのコイル端末１４は、固定子３の側部に配置したコイル接続体１５よって所定の結線（例えば３相Ｙ結線）がなされる。コイル接続体１５に備えた接続端子１６には、モータ１に給電するための電源が接続される。なお、コイル接続体１５に設けた係合爪１７が、コイルボビン１１と係合することによって、コイル接続体１５は固定子３と一体となるように構成されている。
【０００９】
図１ないし図４において、回転子４のシャフト１８は、シャフト１８に一体形成され鉄心をなすヨーク部１９を備えており、また、シャフト１８に一体形成されヨーク部１９よりも径大の段部１８ａを備えている。断面が円弧形状の６個のフェライトの磁石２０の軸方向の一端が段部１８ａに当接して軸方向の位置が規制され、ヨーク部１９の外周面に塗布された接着剤によって磁石２０が接着されている。磁石２０の軸方向の長さは、ヨーク部１９の軸方向の長さよりも僅かに長く、磁石２０は反段部側で、ヨーク部１９から軸方向に僅かに突出する寸法となっている。更に、磁石２０の外周面は、固定子コア１０の内周面と平行に延びて、固定子コア１０の軸方向の両端面よりも軸方向に突出した突出部２１を有しており、この突出部２１の外周面の角部２２を、保護カバー２３で覆っている。
【００１０】
シャフト１８に一体形成された段部１８ａおよびヨーク部１９の間には、ヌスミ部８を備えている。また、シャフト１８の反段部側には、ヨーク部１９よりも径小の段部１８ｂを備えており、ヌスミ部８、段部１８ａ、１８ｂ、ヨーク部１９の外径は共に、シャフト１８の機械加工時に形成され、特に、段部１８ａ、１８ｂ、ヨーク部１９は同軸度が良好に形成される。なお、ヌスミ部８は、溢れた接着剤がはみ出さないように、液溜まりを構成している。
【００１１】
保護カバー２３は、図４に示すような皿形状であって、中心部にはシャフト１８に保護カバー２３を圧入固定するために、段部１８ａおよび１８ｂの外径に対して締め代を有した穴部２３ａを備えている。穴部２３ａは、複数の爪部２３ｂと切欠き部２３ｃを備えており、これによって保護カバー２３の安定した圧入を図っている。保護カバー２３の内面側２３ｄには接着剤が塗布されて、保護カバー２３はシャフト１８の段部１８ａおよび１８ｂの外径に沿って圧入され、磁石２０の突出部２１の外周面の角部２２を覆うように固定される。その後、乾燥工程により接着剤を過熱硬化させた後、必要に応じて、切欠き部２３ｃに干渉しないドリルによってドリル切削を行い、回転子４の回転バランス調整を行って、図３に示すように磁石２０は６極に着磁される。なお、保護カバー２３は、非磁性の板厚０．１ｍｍのステンレスの板材からプレス形成されている。なお、図４は反段部側の保護カバー２３を示しているが、段部１８ａ側の保護カバー２３も同様形状であり、段部１８ａの外径に対して締め代を有した穴部２３ａを備えている。
【００１２】
固定子３の内径寸法ｄ、保護カバー２３の外径寸法Ｄ１、磁石２０の外径寸法Ｄ２の関係は、ｄ＞Ｄ１＞Ｄ２の関係となっている。例えば、ｄは４７．７ｍｍ、Ｄ１は４７．２ｍｍ、Ｄ２は４６．８ｍｍで、固定子３の内径寸法ｄおよび磁石２０の外径寸法Ｄ２は、空隙に保護カバー２３を有しない場合と同等の寸法であって、保護カバー２３の外径寸法Ｄ１は、固定子３の内径寸法ｄよりも僅かに小さく、少なくとも回転子４が固定子３の内径を通って組み付けが出来るだけの寸法に設定されている。従って、空隙に保護カバー２３を有する場合と比べて、空隙の寸法が縮小されている。
【００１３】
次に、このように構成された実施の形態１の動作について説明する。図示しない制御装置から接続端子１６にＰＷＭ（ｐｕｌｓｅｗｉｄｔｈｍｏｄｕｌａｔｉｏｎ）された電力が供給されると、コイル接続体１５によって３相Ｙ結線された固定子コイル１３に通電されて、回転子４に備えた磁石２０との電磁作用によって、シャフト１８が回転して、その回転力によって図示しない電動油圧パワーステアリング装置の油圧ポンプを駆動し、その油圧によってステアリングの操舵力を補助することができる。なお、電動油圧パワーステアリング装置用ブラシレスモータは、１２Ｖ、約５０〜１００Ａ、４５００ｒ／ｍｉｎ．程度で使用されるモータで、特に安全性や応答性、静粛性に優れ、小型で高性能で安価なモータが要求される。
【００１４】
実施の形態１はこのように構成されており、シャフト１８に一体形成されたヨーク部１９を備えており、シャフト１８と同時に加工ができて生産性が良く、シャフト１８とヨーク部１９の外周面の同軸度に優れ、その外周面に磁石２０を固定したため、磁石２０の外周面や保護カバー２３の同軸度も良好でとできるため、回転バランスを効果的に向上することができる。別体のヨーク部１９をシャフト１８に固定したものに比べて、部品点数も減少する。同様に、シャフト１８に一体形成された段部１８ａおよび１８ｂを備えたので、シャフト１８と同時に加工ができ、段部１８ａに磁石２０の軸方向の一端を当接して、磁石２０の軸方向の位置が容易に位置決めされ組立性が良いほか、回転バランスも向上することができる。更に、段部１８ａおよび１８ｂに沿って保護カバー２３は容易に圧入され、保護カバー２３によって、特に破損やクラックの生じやすい磁石２０の角部２２を覆うことができる。また、圧入したため保護カバー２３の位置が定まり、接着剤の乾燥時にも保護カバー２３が動かない。
【００１５】
保護カバー２３は、磁石２０の外周面と同軸度の良い段部１８ａに沿うように圧入されるので、磁石２０の角部２２を覆うように容易に圧入できて工作性が良く、回転バランスも向上することができる。
【００１６】
段部１８ａとヨーク部１９の間にヌスミ部８を設けたので、接着面からはみ出した接着剤がヌスミ部８に溜まるため、はみ出した接着剤が固定子コア１０の内周面と干渉して騒音を生じたりせず、また、接着剤がはみ出さない分だけ空隙寸法を縮小してモータ１の性能を向上することができる。
【００１７】
磁石２０の軸方向の長さが、ヨーク部１９の軸方向の長さよりも長いために、ヨーク部１９と保護カバー２３の間に僅かな隙間ができて、接着面からはみ出した接着剤が前記スキマに溜まるため、はみ出した接着剤が固定子コア１０の内周面と干渉して騒音を生じたりせず、また、接着剤がはみ出さない分だけ空隙寸法を縮小してモータ１の性能を向上することができる。
【００１８】
磁石２０の突出部２１を保護カバー２３により保護したので、保護カバー２３が小型安価で組み付け性も良く、回転子４の回転アンバランスやイナーシャも小さく、渦電流損失は減少して性能が向上し回転電機の小型化が図れる。特に、ＰＷＭを行なっている場合、渦電流損失の減少効果が大きい。更に、保護カバー２３が空隙内に配設されているものと比べて、空隙を縮小することができるため、回転電機の性能が向上し小型化が図れる。なお、回転子４は軸方向の移動が規制される軸方向移動規制手段を備えているため、回転子４が動いて保護カバー２３が空隙内に移動して固定子３と接触しない。なお、特に、フェライトは角部２２が破損やクラックを生じ易く、その角部２２を保護カバー２３で覆ったので、磁石２０の破損やクラックを効果的に防止することができる。また、キャップ形状としたので遠心力による磁石２０の浮き上がりや飛散を防止することができる。
【００１９】
保護カバー２３を接着したので、磁石２０の破損やクラックおよび遠心力による磁石２０の浮き上がりや飛散をより効果的に防止できるほか、保護カバー２３が軸方向に移動して非回転部分と接触せず、低騒音で安全な回転電機を得ることができる。
【００２０】
保護カバー２３は、回転子４の回転バランス調整のためのドリル切削時に、ドリルに干渉しない大きさの切欠き部２３ｃを有しているため、保護カバー２３にはドリルの力が作用せず、保護カバー２３の変形や接着力が低下しないほか、保護カバー２３のバリが発生せず、切粉の排出も良く、工作性や静粛性、安全性に優れた回転電機を得ることができる。
【００２１】
電動油圧式パワーステアリング装置用モータには、特に、早い回転立ち上がり特性や安全性に優れたモータが要求されるが、この発明の回転電機を使用することによって、好適な電動油圧式パワーステアリング装置用モータを得ることができる。特に、磁石２０の突出部２１に保護カバー２３を装着したので、慣性が小さく回転立ち上がり特性が良い。また、ヌスミ部８を設けたので、溢れた接着剤が固定子コア１０の内周面等と干渉せず、切欠き部２３ｃを有しているため保護カバー２３の変形や接着力が低下せず、切粉の排出も良いなど、低騒音で安全性に優れた電動油圧式パワーステアリング装置用モータを得ることができる。
【００２２】
また磁石２０は、保護カバー２３を配設した後に着磁されるため、保護カバー２３を配設する前には磁力が無く、磁石２０の破片や異物が付着せず信頼性が向上し、保護カバー２３を配設した後の着磁工程や組立工程などで磁石２０の破損やクラックが防止できる。特に、電動油圧式パワーステアリング装置用モータに好適の低騒音で安全性に優れた回転電機を得ることができる。
【００２３】
実施の形態２．
この発明の実施の形態２を、図５ないし図７に基づいて説明する。図５は回転子の軸方向の断面図、図６は、その回転子の径方向の断面図、図７（ａ）は保護カバーの正面図、（ｂ）はそのＢ−Ｂ断面図である。回転子４のシャフト１８は、シャフト１８に一体形成され鉄心をなすヨーク部１９を備えており、また、シャフト１８に一体形成された段部１８ａおよび１８ｂを備えている。断面が円弧形状の３個のフェライトの磁石２０の軸方向の一端が段部１８ａに当接して軸方向の位置が規制され、ヨーク部１９の外周面に塗布された接着剤によって磁石２０が接着されている。磁石２０の軸方向の長さは、ヨーク部１９の軸方向の長さよりも僅かに長く、磁石２０は反段部側でヨーク部１９から軸方向に僅かに突出する寸法となっている。
【００２４】
シャフト１８に一体形成された段部１８ａおよびヨーク部１９の間には、磁石２０の角部を面取りして構成したヌスミ部８を備えている。ヌスミ部８は磁石２０の加工時に形成され、はみ出した接着剤の液溜まりを構成している。
【００２５】
保護カバー２３は、図７に示すようなカップ状の１個で構成されており、中心部にはシャフト１８の段部１８ｂに保護カバー２３を圧入固定するために、段部１８ｂの外径に対して締め代を有した穴部２３ａを備えている。穴部２３ａは、複数の爪部２３ｂと切欠き部２３ｃを備えており、保護カバー２３の安定した圧入を図っている。更に、回転バランス調整のドリルに干渉しない穴状の切欠き部２３ｅを備えており、この切欠き部２３ｅを通してドリル加工が行われる。保護カバー２３の内面２３ｄには接着剤が塗布されて、突出部２１の外周面の角部２２を保護カバー２３で覆うように、保護カバー２３は圧入され接着される。その後、乾燥工程により接着剤を過熱硬化させた後、必要に応じて、切欠き部２３ｅに干渉しないドリルによってドリル切削を行い、回転子４の回転バランス調整を行って、図６に示すように磁石２０は６極に着磁される。
【００２６】
実施の形態２はこのように構成したので、シャフト１８に一体形成されたヨーク部１９を備えており、実施の形態１と同様に、回転バランスを効果的に向上することができ、部品点数も減少する。同様に、シャフト１８に一体形成された段部１８ａを備えたので、実施の形態１と同様に、磁石２０の軸方向の位置が容易に位置決めされるほか、回転バランスも向上することができる。更に、段部１８ｂに保護カバー２３が圧入されるため、保護カバー２３の圧入が容易で圧入位置が定まり、接着剤の乾燥時にも保護カバー２３が動かない。
【００２７】
段部１８ａとヨーク部１９の間に磁石２０の角部を面取りして構成したヌスミ部８を設けたので、ヌスミ部８が容易に構成でき実施の形態１と同様の効果を得ることができる。また、磁石２０の軸方向の長さが、ヨーク部１９の軸方向の長さよりも長いために、実施の形態１と同様の効果を得ることができる。
【００２８】
磁石２０の角部２２を保護カバー２３で覆ったので、磁石２０の破損やクラックを効果的に防止することができる。段部１８ａ側の角部２２は、段部１８ａおよび保護カバー２３で保護されている。また、カップ状としたので遠心力による磁石２０の浮き上がりや飛散を確実に防止することができ、更に高回転の回転電機に適用することができる。
【００２９】
磁石２０を円弧形状の複数個から構成して、磁石１個あたり複数の磁極に着磁したので、図３に示すように磁石２０を円弧形状の６個から構成した場合と比べて、磁石２０の個数が少ない分、組み付け時の磁石２０の破損やクラックをより効果的に防止できるほか、磁石２０のコストダウンが図れ、また組み付け性も向上する。また、円弧形状としたため製作が容易で寸法精度も良く、組み付け後の磁石２０の外周面の同軸度も更に良好でとできる。なお、円弧形状の３個から構成した場合、１個の円弧の角度は１２０度であるが、磁石２０の個数の決定にあたっては、１個の円弧の角度が略１２０度以下になるような個数に選定することで、磁石２０の生産性や寸法精度が向上して、安価で性能の良い回転電機を得ることができる。
【００３０】
保護カバー２３を接着したので、磁石２０の破損やクラック、遠心力による磁石２０の浮き上がりや飛散を確実に防止できるほか、保護カバー２３が移動して非回転部分と接触しない。
【００３１】
保護カバー２３は、回転子４の回転バランス調整のためのドリル切削時に、ドリルに干渉しない大きさの穴状の切欠き部２３ｅを有しているため、実施の形態１と同様の効果を得ることができる。特に、切欠き部２３ｃも備えているため切粉が更に容易に排出される。
【００３２】
以上は、回転電機として電動油圧式パワーステアリング装置用ブラシレスモータで説明したが、回転電機は、発電機や発電電動機であっても良い。
【００３３】
【発明の効果】
この発明は以上説明したように、筒状の固定子コアと、前記固定子コアの内周側に配設されシャフトを有する回転子と、前記シャフトに一体形成されたヨーク部と、前記ヨーク部の外周面に固定された磁石と、前記シャフトに一体形成され、前記磁石の軸方向の一端が当接し前記磁石の位置決めを行う段部と、前記シャフトに圧入され前記磁石の角部を保護する保護カバーとを備えたので、部品点数が少なく、効果的に回転子の回転バランスを向上できるとともに、生産性に優れた回転電機を得ることができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】この発明の実施の形態１を示す電動油圧パワーステアリング装置用ブラシレスモータのモータ部の断面図である。
【図２】この発明の実施の形態１を示す回転子の軸方向の断面図である。
【図３】この発明の実施の形態１を示す回転子の径方向の断面図である。
【図４】この発明の実施の形態１を示す保護カバーの正面図およびそのＡ−Ａ断面図である。
【図５】この発明の実施の形態２を示す回転子の軸方向の断面図である。
【図６】この発明の実施の形態２を示す回転子の径方向の断面図である。
【図７】この発明の実施の形態２を示す保護カバーの正面図およびそのＢ−Ｂ断面図である。
【符号の説明】
１モータ（回転電機）、３固定子、４回転子、８ヌスミ部、１０固定子コア、１８シャフト、１８ａ段部、１９ヨーク部、２０磁石、２１突出部、２２角部、２３保護カバー、２３ａ穴部、２３ｂ爪部、２３ｃ切欠き部、２３ｅ切欠き部。

Claims

筒状の固定子コアと、前記固定子コアの内周側に配設されシャフトを有する回転子と、前記シャフトに一体形成されたヨーク部と、前記ヨーク部の外周面に固定された磁石と、前記シャフトに一体形成され、前記磁石の軸方向の一端が当接し前記磁石の位置決めを行う段部と、前記シャフトに圧入され前記磁石の角部を保護する保護カバーとを備えたことを特徴とする回転電機。
保護カバーは、段部に圧入されていることを特徴とする請求項１記載の回転電機。
段部とヨーク部の間には、ヌスミ部を設けたことを特徴とする請求項１または請求項２記載の回転電機。
磁石の軸方向の長さは、ヨーク部の軸方向の長さよりも長いことを特徴とする請求項１〜３のいずれか１項に記載の回転電機。
磁石は、固定子コアの軸方向の両端面よりも軸方向に突出した突出部を有しており、この突出部が保護カバーにより保護されていることを特徴とする請求項１〜４のいずれか１項に記載の回転電機。
磁石は、円弧形状で複数個から構成されており、磁石１個あたり複数の磁極に着磁された磁石であることを特徴とする請求項１〜５のいずれか１項に記載の回転電機。
保護カバーは、接着されていることを特徴とする請求項１〜６のいずれか１項に記載の回転電機。
保護カバーは、回転子の回転バランス調整のためのドリル切削時に、ドリルに干渉しない切欠き部を有していることを特徴とする請求項１〜７のいずれか１項に記載の回転電機。
電動油圧式パワーステアリング装置用モータに使用されることを特徴とする請求項１〜８のいずれか１項に記載の回転電機。