JP2013247697A - ロータ及びこれを備えた回転電機 - Google Patents

Abstract

【課題】永久磁石の破片等の飛散を防止しつつ、ロータの最大半径がばらつくことを抑制できるロータ及びこれを備えた回転電機を提供する。
【解決手段】ロータ４は、ロータコア２２と、ロータコア２２の外周面２２ａに周方向に間隔を空けて配置される複数の永久磁石２３と、永久磁石２３をロータコア２２の外周面２２ａに固定する樹脂ホルダ２４とを備えた。樹脂ホルダ２４は、隣り合う永久磁石２３間に配置される複数のアーム部３１、及びアーム部３１と一体的に形成されるとともに永久磁石２３を外周から覆う円筒状のカバー部３２を有し、アーム部３１に、周方向両側に隣り合って配置された永久磁石２３に向かってそれぞれ突出する弾性変形可能な保持突部３５を形成した。そして、永久磁石２３をその周方向両側に配置された保持突部３５によって周方向両側から挟み込むとともにロータコア２２に押し付けることによりその外周面２２ａに固定した。
【選択図】図４

Description

本発明は、ロータ及びこれを備えた回転電機に関する。

従来、回転電機には、ロータコアの外周面に永久磁石を固定した所謂表面磁石型のロータを備えたものがある。こうしたロータとして、ロータコアと一体的に設けられた樹脂ホルダにより永久磁石をその表面に固定したものが知られている（例えば、特許文献１）。

具体的には、図７に示すように、特許文献１に記載のロータ５１は、回転軸（図示略）に一体回転可能に固定されるロータコア５２と、ロータコア５２の外周面に周方向に間隔を空けて配置される複数の永久磁石５３と、永久磁石５３を固定する樹脂ホルダ５４とを備えている。樹脂ホルダ５４は、隣り合う永久磁石５３間に配置された複数のアーム部５５を有しており、各アーム部５５には、その径方向外側端部から周方向両側それぞれに突出する爪部５６が形成されている。また、各アーム部５５の径方向外側面には、軸方向に延びる溝５７が形成されている。そして、隣り合うアーム部５５間の周方向の間隔は、永久磁石５３の幅よりも僅かに狭く設定され、爪部５６とロータコア５２の外周面との径方向の間隔は、永久磁石５３の周方向端部での厚みよりも僅かに狭く設定されている。これにより、永久磁石５３は、アーム部５５によって周方向両側から挟み込まれるとともに爪部５６によってロータコア５２に押し付けられてロータコア５２の外周面に固定されている。なお、各アーム部５５は、上記溝５７が形成されていることで周方向に弾性変形（圧縮）し易くなっており、各アーム部５５から永久磁石５３に過大な応力が作用することが抑制されている。

また、同図において二点鎖線で示すように、ロータ５１は、永久磁石５３の外周を覆う金属製のカバー５８を備えている。カバー５８は、円筒状に形成されており、樹脂ホルダ５４に対して組み付けられている。そして、このカバー５８によって、例えば永久磁石５３が損傷した際に生じる破片等の飛散が防止されている。

特開２０１０−４６６１号公報

ところで、上記特許文献１の構成では、カバー５８と樹脂ホルダ５４とがそれぞれ別部材として構成されているため、例えばカバー５８がロータコア５２に対して偏心したり、傾いたりした状態で組み付けられることがある。そして、こうしたカバー５８の組み付け誤差が存在することで、ロータ５１の中心からカバー５８の外周面までの最大長さ（ロータの最大半径）が製造される個体毎にばらつく虞がある。したがって、従来の構成では、カバーの組み付け誤差を考慮してロータとステータとの間のギャップを大きく設定しなければならず、回転電機の小型化や高出力化が困難なものとなっていた。

本発明は、上記問題点を解決するためになされたものであって、その目的は、永久磁石の破片等の飛散を防止しつつ、ロータの最大半径がばらつくことを抑制できるロータ及びこれを備えた回転電機を提供することにある。

上記目的を達成するため、請求項１に記載の発明は、ロータコアと、前記ロータコアの外周面に周方向に間隔を空けて配置される複数の永久磁石と、前記永久磁石を前記ロータコアの外周面に固定する樹脂ホルダと、を備えたロータにおいて、前記樹脂ホルダは、隣り合う前記永久磁石間に配置される複数のアーム部、及び前記各アーム部と一体的に形成されるとともに前記永久磁石を外周から覆う筒状のカバー部を有し、前記アーム部には、周方向両側に隣り合って配置された前記永久磁石に向かってそれぞれ突出する弾性変形可能な保持突部が形成され、前記永久磁石は、該永久磁石の周方向両側に配置された前記保持突部によって、周方向両側から挟み込まれるとともに前記ロータコアに押し付けられることにより該ロータコアの外周面に固定されたことを要旨とする。

上記構成によれば、カバー部によって永久磁石が損傷した際に生じる破片等の飛散が防止される。そして、カバー部は、アーム部と一体的に形成されるため、別部材からなるカバーを組み付ける場合のような組み付け誤差が存在しない。これにより、ロータの最大半径が製造される個体毎にばらつくことを抑制できる。

ここで、各アーム部はカバー部によって隣り合うアーム部と連結されることで周方向に変形し難くなっているため、従来のようにアーム部によって永久磁石を挟み込んで固定しようとすると、永久磁石や樹脂ホルダに過大な応力が作用する虞がある。この点、上記構成では、永久磁石は、アーム部から突出した弾性変形可能な保持突部によってロータコアの外周面に固定されるため、永久磁石や樹脂ホルダに過大な応力が作用することを抑制できる。

請求項２に記載の発明は、請求項１に記載のロータにおいて、前記樹脂ホルダには、前記アーム部及び前記カバー部によって前記ロータコアの外周面との間に区画された収容空間の軸方向一端側の開口を閉塞する閉塞部が一体的に形成されたことを要旨とする。

上記構成によれば、部品点数の増加を招くことなく、永久磁石の破片等の飛散を好適に防止することができる。
請求項３に記載の発明は、請求項１又は２に記載のロータにおいて、前記アーム部及び前記カバー部によって前記ロータコアの外周面との間に区画された収容空間の軸方向他端側の開口を閉塞するキャップ部材を備えたことを要旨とする。

上記構成によれば、永久磁石の破片等の飛散を好適に防止することができる。特に請求項２のように収容空間の軸方向一端側の開口を閉塞する閉塞部を有する構成においては、永久磁石が収容される収容空間が密閉されるため、より確実に破片等の飛散を防止することができる。

請求項４に記載の発明は、請求項１〜３のいずれか一項に記載のロータを備えた回転電機であることを要旨とする。
上記構成によれば、ロータの最大半径がばらつくことが抑制されるため、ロータとステータとの間のギャップを小さく設定することが可能になり、容易に小型化や高出力化を図ることができる。

本発明によれば、永久磁石の破片等の飛散を防止しつつ、ロータの最大半径がばらつくことを抑制できるロータ及びこれを備えた回転電機を提供することができる。

第１実施形態の回転電機の軸方向と直交する断面図。 第１実施形態のロータの軸方向に沿った断面図。 第１実施形態のロータを軸方向から見た側面図。 第１実施形態のロータの軸方向と直交する拡大断面図。 第２実施形態のロータの軸方向に沿った拡大断面図。 （ａ）〜（ｃ）は別例のロータの軸方向に沿った拡大断面図。 従来のロータを軸方向から見た拡大側面図。

（第１実施形態）
以下、本発明を具体化した第１実施形態を図面に従って説明する。
図１に示す回転電機（電動モータ）１は、例えば車両に搭載され、ステアリング操作を補助する電動パワーステアリング装置や、油圧を発生させる電動ポンプ装置の駆動源として用いられる。同図に示すように、回転電機１は、円筒状のケース２内に収容されたステータ３と、ステータ３の径方向内側において回転可能に支持されたロータ４とを備えている。

ステータ３は、ケース２の内周に固定された円筒状の円筒部１１と、円筒部１１から径方向内側に向って放射状に延びる複数（本実施形態では、９個）のティース１２とからなるステータコア１３を備えている。そして、各ティース１２には、複数（本実施形態では、９個）のコイル１５が巻装されている。

ロータ４は、回転軸２１と、回転軸２１と一体回転可能に固定される円筒状のロータコア２２とを備えている。また、ロータ４は、ロータコア２２の外周面２２ａに周方向に間隔を空けて配置された複数（本実施形態では、１２個）の永久磁石２３と、永久磁石２３をロータコア２２の外周面２２ａに固定する絶縁性の樹脂材料からなる樹脂ホルダ２４とを備えている。つまり、本実施形態のロータ４は、所謂表面磁石型のロータとして構成されている。なお、永久磁石２３は、周方向に異なる極性（Ｎ極、Ｓ極）が交互に並ぶように配置されている。

このように構成された回転電機１は、各コイル１５に駆動電力が供給されることにより形成される磁界と、永久磁石２３の磁束との間に生じる磁気的な吸引力及び反発力によりロータ４が回転するようになっている。

次に、ロータの構造について詳細に説明する。
図１〜図３に示すように、ロータコア２２は、鉄や電磁鋼板等の軟磁性材料からなり、回転軸２１が挿入される挿入孔２５を有する多角柱状（本実施形態では、十二角柱状）に形成されている。図４に示すように、永久磁石２３は、断面形状が扁平な半円形の板状に形成されている。これにより、永久磁石２３は、径方向内側に配置された平面状の内側面２３ａと、内側面２３ａの周方向両端からそれぞれ延びる曲率の大きな円弧状の周方向端面２３ｂと、周方向端面２３ｂ同士を連結する曲率の小さな円弧状の外側面２３ｃとを有している。なお、永久磁石２３の内側面２３ａがロータコア２２の外周面２２ａに接触している。

図１〜図３に示すように、樹脂ホルダ２４は、隣り合う永久磁石２３間に配置された複数（本実施形態では、１２本）のアーム部３１と、アーム部３１と一体的に形成されるとともに永久磁石２３を外周から覆う円筒状のカバー部３２とを有している。そして、永久磁石２３は、アーム部３１及びカバー部３２によってロータコア２２の外周面２２ａとの間に区画される収容空間（収容孔）３３内に収容されている。また、図２及び図３に示すように、樹脂ホルダ２４は、ロータコア２２の軸方向両側の端面にそれぞれ配置されてアーム部３１同士を連結するリング体３４を有している。なお、リング体３４の外周面は、ロータコア２２の外周面２２ａと面一になるように形成されている。

そして、図４に示すように、各アーム部３１には、周方向両側に隣り合って配置された永久磁石２３に向かってそれぞれ突出する弾性変形可能な保持突部３５が一体的に形成されており、永久磁石２３は周方向両側に配置された保持突部３５によってロータコア２２の外周面２２ａに固定されている。なお、本実施形態の樹脂ホルダ２４は、インサート成形によりロータコア２２と一体的に設けられている。

詳述すると、アーム部３１は、ロータコア２２の角部に接触するとともに、径方向外側に向かうにつれて周方向の幅が徐々に広くなる棒状に形成されている。隣り合うアーム部３１間の間隔は、永久磁石２３の周方向の幅よりも僅かに大きく設定されており、永久磁石２３と各アーム部３１との間には、周方向の隙間Ｓ１がそれぞれ形成されている。

カバー部３２は、隣り合うアーム部３１同士を径方向外側端部で連結するように形成されている。カバー部３２の外周面３２ａは、その軸心がロータコア２２の軸心と一致する円筒状に形成されている。また、カバー部３２の内周におけるアーム部３１間の磁石対向面３２ｂは、対向するロータコア２２の外周面２２ａと平行な平面状に形成されている。そして、カバー部３２と永久磁石２３との間には、径方向の隙間Ｓ２が形成されている。

各保持突部３５は、カバー部３２との間に間隔を空けてアーム部３１の径方向中央付近から永久磁石２３に向かって突出している。つまり、各保持突部３５の径方向内側及び外側には、上記隙間Ｓ１，Ｓ２が存在しており、保持突部３５が容易に弾性変形可能となっている。なお、本実施形態の保持突部３５は、その断面形状が略台形状に形成されるとともに、ロータ４の軸方向に沿って延びる突条状に形成されている。また、保持突部３５の突出量は、その先端が収容空間３３内において永久磁石２３が配置される領域と干渉するように設定されている。なお、図４中の拡大図において、弾性変形する前の保持突部３５を二点鎖線により模式的に示している。そして、保持突部３５は、永久磁石２３の周方向端面２３ｂにおける径方向外側部分に弾性変形した状態で接触している。なお、本実施形態の保持突部３５の永久磁石２３との接触面は、周方向端面２３ｂにおける径方向外側部分に倣った円弧状に形成されている。

これにより、永久磁石２３の周方向両側に配置された保持突部３５は、図４において矢印で示すように、当該永久磁石２３を径方向外側から挟み込む方向に押圧している。したがって、永久磁石２３は、その周方向両側に配置された保持突部３５が弾性変形することで、これら保持突部３５によって周方向両側から挟み込まれるとともにロータコア２２に押し付けられることによりその外周面２２ａに固定されている。

なお、本実施形態のロータ４は、インサート成形によりロータコア２２に樹脂ホルダ２４を一体的に設けた後、収容空間３３の軸方向のいずれか一方側から永久磁石２３を挿入することにより製造されるようになっている。

次に、本実施形態のロータの作用について説明する。
カバー部３２は永久磁石２３の外周を覆っているため、永久磁石２３が損傷して破片等が生じても、カバー部３２によって該破片等が飛散することが防止される。そして、このカバー部３２は、アーム部３１と一体的に形成されているため、別部材からなるカバーを組み付ける場合のような組み付け誤差が存在しない。これにより、ロータ４の中心からカバー部３２の外周面３２ａまでの最大長さ、すなわちロータ４の最大半径が製造される個体毎にばらつく難くなっている。

ここで、各アーム部３１はカバー部３２によって隣り合うアーム部３１と連結されることで周方向に変形し難くなっているため、アーム部３１によって永久磁石２３を挟み込んで固定しようとすると、永久磁石２３や樹脂ホルダ２４に過大な応力が作用する虞がある。この点、本実施形態では、永久磁石２３は、アーム部３１から突出した弾性変形可能な保持突部３５によってロータコア２２の外周面２２ａに固定されるため、永久磁石２３や樹脂ホルダ２４に過大な応力が作用することが抑制される。

以上記述したように、本実施形態によれば、以下の効果を奏することができる。
（１）カバー部３２をアーム部３１と一体的に形成することで、ロータ４の最大半径が製造される個体毎にばらつくことが抑制されるため、ロータ４とステータ３との間のギャップを小さく設定することが可能になり、容易に回転電機１の小型化や高出力化を図ることができる。また、永久磁石２３を、アーム部３１に設けられた弾性変形可能な保持突部３５によってロータコア２２の外周面２２ａに固定するため、永久磁石２３や樹脂ホルダ２４に過大な応力が作用することを抑制できる。さらに、カバー部３２が絶縁性の樹脂材料により構成されるため、金属材料からなるカバーを用いる場合に比べ、渦電流損を低減してモータ効率を向上させることができる。さらにまた、別部材からなるカバーを設ける場合に比べ、部品点数を削減することができる。また、カバー部３２を樹脂成形により形成したため、容易に寸法精度を高くすることができ、ロータ４の最大半径がばらつくことをより抑制できる。

（２）カバー部３２と永久磁石２３との間に径方向の隙間Ｓ２を設け、永久磁石２３がカバー部３２に接触しないように樹脂ホルダ２４を形成した。そのため、カバー部３２が永久磁石２３に押圧されて変形することで、ロータ４の最大半径がばらつくことを防止できる。

（第２実施形態）
次に、本発明を具体化した第２実施形態を図面に従って説明する。なお、説明の便宜上、同一の構成については上記第１実施形態と同一の符号を付してその説明を省略する。

図５に示すように、樹脂ホルダ２４には、収容空間３３の軸方向一端側（図５における左側）の開口を閉塞する閉塞部４１が一体的に形成されている。また、樹脂ホルダ２４には、収容空間３３の軸方向他端側（図５における右側）の開口を閉塞する円環状のキャップ部材４２が固定されている。

具体的には、樹脂ホルダ２４の軸方向他端側のリング体３４には、複数の係止ピン４３が形成されている。各係止ピン４３は、略円柱状に形成されており、その先端部には、径方向外側に延出された係止部４４が形成されている。一方、キャップ部材４２には、係止ピン４３が挿通される複数の貫通孔４５が形成されている。そして、キャップ部材４２は、係止ピン４３の係止部４４が貫通孔４５の周縁に係止することで樹脂ホルダ２４に固定されている。なお、本実施形態では、キャップ部材４２の貫通孔４５に、一定の外径を有する係止ピン４３´を挿通した後に、治具（図示略）を用いて係止ピン４３の一部を溶融することにより上記係止部４４を形成してキャップ部材４２を樹脂ホルダ２４に固定するようになっている。

以上記述したように、本実施形態によれば、上記第１実施形態の（１），（２）の効果に加え、以下の作用効果を奏することができる。
（３）樹脂ホルダ２４に収容空間３３の軸方向一端側の開口を閉塞する閉塞部４１を一体的に形成するとともに、樹脂ホルダ２４に収容空間３３の軸方向他端側の開口を閉塞するキャップ部材４２を固定した。これにより、収容空間３３が密閉されるため、より確実に破片等の飛散を防止することができる。

なお、上記各実施形態は、これを適宜変更した以下の態様にて実施することもできる。
・上記第２実施形態では、キャップ部材４２を樹脂ホルダ２４に形成された係止ピン４３によって固定したが、これに限らず、例えばネジや接着剤等を用いて樹脂ホルダ２４に固定してもよい。

・上記第２実施形態では、収容空間３３の軸方向一端側の開口を樹脂ホルダ２４の閉塞部４１により閉塞するとともに収容空間３３の軸方向他端側の開口をキャップ部材４２により閉塞したが、例えば図６（ａ）に示すように、収容空間３３の軸方向両側をそれぞれキャップ部材４２により閉塞してもよい。このように構成しても、上記第２実施形態の（３）と同様の効果を奏することができる。

また、例えば図６（ｂ）に示すように、キャップ部材４２を設けず、樹脂ホルダ２４に閉塞部４１を一体的に形成するのみでもよい。この構成では、部品点数の増加を招くことなく、永久磁石２３の破片等の飛散を好適に防止することができる。

さらに、例えば図６（ｃ）に示すように、樹脂ホルダ２４に閉塞部４１を形成せず、キャップ部材４２を設けるのみでもよい。この構成では、永久磁石２３の破片等の飛散を好適に防止することができる。

・上記各実施形態では、カバー部３２と永久磁石２３との間に径方向の隙間Ｓ２を設け、永久磁石２３がカバー部３２に接触しないように樹脂ホルダ２４を形成したが、永久磁石２３がカバー部３２に接触するように樹脂ホルダ２４を形成してもよい。また、樹脂ホルダ２４にリング体３４を形成しなくともよい。

・上記各実施形態では、保持突部３５をロータ４の軸方向に沿って延びる突条状に形成したが、これに限らず、弾性変形することで永久磁石２３を周方向両側から挟み込むとともにロータコア２２の外周面２２ａに押し付けることができればよく、例えば突起状の保持突部３５を軸方向に間隔を空けて複数形成してもよい。また、保持突部３５の断面形状を、例えば円弧状やＬ字状等の折れ曲がった形状としてもよい。さらに、保持突部３５の接触面は、永久磁石２３を径方向外側から挟み込む方向に押圧することができればよく、永久磁石２３に倣った形状としなくてもよい。

・上記各実施形態では、樹脂ホルダ２４をインサート成形によりロータコア２２と一体的に設けたが、例えば樹脂ホルダ２４を射出成形により別途形成し、ロータコア２２に組み付けるようにしてもよい。

・上記各実施形態では、ロータコア２２を多角柱状に形成したが、これに限らず、例えば円柱状でもよく、その形状は適宜変更可能である。また、永久磁石２３を断面形状が扁平な半円形の板状に形成したが、これに限らず、断面形状が長方形の板状や円弧状に湾曲した板状でもよく、その形状は適宜変更可能である。なお、永久磁石２３の数（磁極数）及びティース１２の数（スロット数）についても適宜変更可能であることはいうまでもない。

・上記各実施形態では、本発明を電動パワーステアリング装置等の駆動源に用いられる回転電機１に具体化したが、これに限らず、他の装置の駆動源として用いてもよく、また、発電機として用いてもよい。

次に、上記各実施形態及び別例から把握できる技術的思想について、それらの効果とともに以下に追記する。
（イ）前記アーム部及び前記カバー部によって前記ロータコアの外周面との間に区画された収容空間の軸方向両側の開口をそれぞれ閉塞するキャップ部材を備えたことを特徴とする。上記構成によれば、永久磁石が収容される収容空間が密閉されるため、より確実に破片等の飛散を防止することができる。

１…回転電機、３…ステータ、４…ロータ、２２…ロータコア、２２ａ…外周面、２３…永久磁石、２４…樹脂ホルダ、３１…アーム部、３２…カバー部、３３…収容空間、３４…リング体、３５…保持突部、４１…閉塞部、４２…キャップ部材。

Claims (4)

1. ロータコアと、
   前記ロータコアの外周面に周方向に間隔を空けて配置される複数の永久磁石と、
   前記永久磁石を前記ロータコアの外周面に固定する樹脂ホルダと、を備えたロータにおいて、
   前記樹脂ホルダは、隣り合う前記永久磁石間に配置される複数のアーム部、及び前記各アーム部と一体的に形成されるとともに前記永久磁石を外周から覆う筒状のカバー部を有し、
   前記アーム部には、周方向両側に隣り合って配置された前記永久磁石に向かってそれぞれ突出する弾性変形可能な保持突部が形成され、
   前記永久磁石は、該永久磁石の周方向両側に配置された前記保持突部によって、周方向両側から挟み込まれるとともに前記ロータコアに押し付けられることにより該ロータコアの外周面に固定されたことを特徴とするロータ。
2. 請求項１に記載のロータにおいて、
   前記樹脂ホルダには、前記アーム部及び前記カバー部によって前記ロータコアの外周面との間に区画された収容空間の軸方向一端側の開口を閉塞する閉塞部が一体的に形成されたことを特徴とするロータ。
3. 請求項１又は２に記載のロータにおいて、
   前記アーム部及び前記カバー部によって前記ロータコアの外周面との間に区画された収容空間の軸方向他端側の開口を閉塞するキャップ部材を備えたことを特徴とするロータ。
4. 請求項１〜３のいずれか一項に記載のロータを備えた回転電機。