JP2018078788A - モータ及びそのロータ - Google Patents

Abstract

【課題】新規なロータ及びモータを提供する。【解決手段】ロータは、ロータコア及び複数の磁石を含む。磁石は、ロータコアの外周面に固定される。ロータは、少なくとも１つの保護管をさらに含む。保護管はカバー部分を含む。カバー部分の内周は、磁石の外周面と隣接する磁石の外周面の共通接線とによって形成された外壁線の長さよりも大きく、磁石の外接円の円周よりも小さい。カバー部分は、円周方向で磁石を覆い、それによって磁石の固定強度を保証するとともに、磁石が壊れるのを防ぐ。【選択図】図１

Description

[0002] 本発明は、ロータ、及びロータを含むモータに関し、特に、電気式パワーステアリングシステムに適するモータ、及びモータのロータに関する。

[0003] 現在、ロータコアの外周面上に複数の磁石が配置される。非磁性の保護管が設けられて磁石を覆い、ロータが回転するとき、複数の磁石がロータコアから飛び去るのを防止する。従って、大き過ぎる応力により磁石を壊すことなく、磁石の固定強度を保証して磁石の移動を防ぐために保護管をどのように配置するかが、産業界で解決すべき問題になっている。

[0004] このように、新規なロータ及びモータに対する要望がある。

[0005] １つの態様において、ロータが提供される。ロータは、ロータコア及び複数の磁石を含む。複数の磁石は、ロータコアの外周面に固定される。ロータは、少なくとも１つの保護管をさらに含む。各保護管はカバー部分を含む。カバー部分の内周は、磁石の外周面と隣接する磁石の外周面の共通接線とによって形成された外壁線の長さよりも大きく、磁石の外接円の円周よりも小さい。カバー部分は、円周方向で複数の磁石を覆う。

[0006] 各保護管は、テーパ部分をさらに含むことが好ましい。テーパ部分は、カバー部分の端部から半径方向にかつ外向きに拡がってテーパ形状を形成する。テーパ部分の開口部の内周は、磁石の外接円の円周以上である。

[0007] 少なくとも１つの保護管の数は２であり、２つの保護管のテーパ部分は、互いに直面しかつ互いに固定することが好ましい。

[0008] ２つの保護管の合計軸方向長さは、ロータコアの合計軸方向長さ以上であることが好ましい。

[0009] カバー部分の一端は開口部を定め、カバー部分の円周縁からフランジが半径方向にかつ内向きに突出し、フランジは開口部の部分を覆っていることが好ましい。

[0010] フランジは、ロータコアに固定して接続されることが好ましい。

[0011] カバー部分は、磁石の実質的な頂部と接触する複数の第１の区分と、磁石の実質的な頂部と接触しない複数の第２の区分とを備え、第１の区分の厚さは、第２の区分の厚さよりも小さいことが好ましい。

[0012] ロータコアの外周面上に複数の突起が形成され、突起は、ロータコアの外周面から半径方向にかつ外向きに延び、突起は互いに離間しており、各隣接する２つの突起間に磁石の１つを収容するために収容空間が形成されることが好ましい。

[0013] 磁石の各々の頂部分は、２つの隣接する突起を越えて半径方向に突出することが好ましい。

[0014] ロータコアの外周面は複数の収容溝を定め、収容溝は、ロータコアの外周面をくぼませることによって形成され、各収容溝は、磁石の１つを収容するように構成されることが好ましい。

[0015] 保護管は、非磁性の導電材料で作成されることが好ましい。

[0016] １つの態様において、モータが提供される。モータは、ステータと、上述したロータの何れか１つとを含む。ロータは、ステータ内に回転可能に収容される。

[0017] さらに別の態様において、モータが提供される。モータは、ステータと、上述したロータの何れか１つとを備える。ステータは、ロータの半径方向外側に位置決めされる。

[0018] カバー部分の内周は、磁石の外周面と隣接する磁石の外周面の共通接線とによって形成された外壁線の長さよりも大きく、磁石の外接円の円周よりも小さく、それによって磁石の固定強度を保証するとともに、磁石が壊れるのを防止する。

本発明の実施形態による組立後のロータの斜視図である。 本発明の実施形態による組立前のロータの斜視図である。 図２のロータにおけるロータコアのケイ素鋼板の斜視図である。 図１のロータをその線ＩＶ−ＩＶに沿って取り出した横断面図である。 図２のロータにおける保護管の斜視図である。 図５の保護管の垂直断面図である。 図４のロータの部分ＶＩＩの部分拡大図である。 本発明の実施形態によるモータの斜視図である。

[0027] 本発明の実施形態の技術的解決策が、本開示の実施形態における添付図面を参照して説明される。各図は、縮尺通りではなく、説明された実施形態のあらゆる態様を示すとは限らず、本開示の範囲を限定しない。全ての技術的及び科学的用語は、当業者によって一般に理解される通常の意味を有する。

[0028] ある構成部品又は層が別の構成部品又は層に「接続されている」と記載するとき、ある構成部品又は層は、別の構成部品又は層に直接位置付けすることができ、又は中間の構成部品又は層が存在することができる。対照的に、ある構成部品が別の構成部品又は層に「直接接続されている」と記載するとき、中間の構成部品又は層は存在しない。

[0029] 図１及び図２は、本発明の実施形態によるロータの概要図である。ロータ１は、回転軸１０、ロータコア２０、複数の磁石３０、及び保護管４０を含む。ロータコア２０は、回転軸１０に固定される。磁石３０は、ロータコア２０の外周面上に配置されて互いに離間する。保護管４０は複数の磁石３０を覆う。保護管４０は、磁石３０を保護して磁石３０がロータコア２０の外周面から遠くに飛び去るのを防ぐように構成される。実施形態では、保護管４０は、組立前（図２に示す）は実質的に円筒状であり、組立後（図１に示す）は多角形に変形する。実施形態のロータは、以下で詳しく説明される。

[0030] 図３は、本実施形態のロータコア２０のケイ素鋼板の斜視図である。ロータコア２０は、複数枚のケイ素鋼板を互いに積み重ねることによって形成される。この実施形態では、ケイ素鋼板の総計は３である。他の実施形態では、ケイ素鋼板の総計は２以上である。ロータコア２０の断面は、実質的に多角形である。ロータコア２０の実質的に中心部分に軸穴２１が定まる。軸穴２１は、回転軸１０を収容するために構成される。ロータコア２０の外周面に、複数の位置決め構造２２が形成される。位置決め構造２２は、磁石３０がロータコア２０の円周方向に移動するのを防止するように構成され、磁石３０を位置決めしてその移動を防止する。各々の位置決め構造２２は突起である。各突起は、ロータコア２０の外周面から半径方向にかつ外向きに延びる。複数突起は互いに離間している。この実施形態では、複数突起は、互いに所定距離だけ離間している。２つの隣接する突起ごとの間に、磁石３０を収容するための収容空間が形成される。この実施形態では、突起の総計は８である。他の実施形態では、突起の総計は、２、４、６、８、１２、又は別の適切な数である。代替的に、各位置決め構造２２は収容溝である。収容溝は、ロータコア２０の外周面をくぼませることにより形成される。２つの隣接する収容溝の間に突起が形成される。この実施形態では、収容溝の総計は８であり、突起の総計は８である。他の実施形態では、収容溝の総計は、２、４、６、８、１２、又は別の適切な数であり、突起の総計は、２、４、６、８、１２、又は別の対応する数である。各収容溝は、１つの磁石３０を収容するように構成される。

[0031] 図４は、ロータ１の横断面図である。この実施形態では、磁石３０は、ネオジム磁石又はフェライト磁石のような永久磁石である。複数の磁石３０は、ロータ１の磁極を形成する。各磁石３０は、実質的に円形である円弧形の外側面を有する。各磁石３０は、２つの隣接する突起間に配置され又は収容溝内に収容され、磁石３０の頂部分が、半径方向において隣接する突起を越えて突出している。各磁石３０の幅は、隣接する突起間の所定距離と実質的に同じである。この実施形態では、磁石３０は、ロータコア２０の外周面に接着される。具体的には、磁石３０は、ロータコア２０の外周面に接着剤で接着され、その結果磁石３０は、ロータコア２０の外周面に固定される。隣接する突起が所定距離だけ互いに離間しているので、磁石３０は、ロータコア２０の円周方向において等間隔に配置され、ロータ１は、その円周に沿って一定の磁束を発生し、その結果磁束によって発生する回転力は変動しない。この実施形態では、磁石３０の総計は８であり、モータは８磁極式モータである。他の実施形態では、磁石３０の総計は、２、４、６、１０、１２、又は別の適切な数であるので、モータは、２磁極式モータ、４磁極式モータ、６磁極式モータ、１０磁極式モータ、１２磁極式モータ、又は別の適切な数の磁極を持つモータである。この実施形態では、磁石３０の外接円の直径はＤによって表わされ、磁石３０の外接円の円周はπ^*Ｄによって表わされる。

[0032] 複数磁石３０の外周面と、隣接する磁石３０同士の外周面の共通接線とによって形成された外壁線は、長さがＬである。磁石３０が保護管４０によって覆われるとき、磁石３０は、保護管４０と接触して接触領域３１（図７に示す）を形成する。各接触領域３１（円弧区分）の外側面の輪郭長さは、Ｗによって表わされる。各２つの接触領域３１（線分）間の距離は、Ｒによって表わされる。外壁線の長さＬは、次の公式を使用して計算することができ、
Ｌ＝Ｐ^*（Ｗ＋Ｒ）
式中、Ｌは外壁線の長さを表わし、Ｐはモータの磁極の数を表わし、Ｗは、各接触領域３１の外側面の輪郭長さを表わし、Ｒは、各２つの隣接する接触領域３１間の距離を表わす。

[0033] 図５及び図６を参照して、この実施形態では、２つの保護管４０が存在する。２つの保護管４０の合計軸方向長さは、ロータコア２０の合計軸方向長さ以上である。明らかに、他の実施形態では、１つの保護管４０のみが存在することがあり、保護管４０の長さは、ロータコア２０の全長以上である。保護管４０は、磁石３０の外周面に取り付ける前には実質的に円筒形であり、保護管４０の厚さは、Ｔによって表わされる。この実施形態では、保護管４０は、ステンレススチール、アルミニウムなどで作る。２つの保護管４０は、端面突合せで配置されて磁石３０を覆う。図２を参照して、２つの保護管４０は、互いに当接して磁石３０を覆うまで互いに近づく。従って、磁石３０の外周面に単一の保護管４０をスリーブ嵌合するよりも、磁石３０の外周面上に２つの保護管４０をスリーブ嵌合する方が好都合である。保護管４０は、磁束洩れを回避するために非磁性の導電材料で作成する。

[0034] 各保護管４０は、カバー部分４１、テーパ部分４２及びフランジ４３を含む。カバー部分４１は、組立前は実質的に円筒状である。カバー部分４１は、第１の端部４１１と、第１の端部４１１の反対側の第２の端部４１２とを含む。カバー部分４１は、第２の端部４１２に開口部４１３を定める。カバー部分４１は、円周方向において磁石３０を覆うように構成される。カバー部分４１の内径はＤ１によって表わされ、カバー部分４１の内周はπ^*Ｄ１によって表わされる。テーパ部分４２は、第１の端部４１１から半径方向にかつ外向きに延びて、テーパ形状を形成する。テーパ部分４２は、磁石３０の外側面上に保護管４０をスリーブ嵌合するのを許す入口を定める。テーパ部分４２の開口部の内径はＤ２によって表わされ、テーパ部分４２の開口部の内周はπ^*Ｄ２によって表わされる。

[0035] テーパ部分４２の開口部の内周π^*Ｄ２と、磁石３０の外接円の円周π^*Ｄと、カバー部分４１の内周π^*Ｄ１と、外壁線の長さＬとの間の関係は、π^*Ｄ２≧π^*Ｄ＞π^*Ｄ１＞Ｌである。テーパ部分４２の開口部の内周π^*Ｄ２が磁石３０の外接円の円周π^*Ｄ以上であるので、組立中に、２つのテーパ部分４２は入口として使用可能であり、結果として２つの保護管４０は、互いに容易に近づいて磁石３０の外側面を覆うことができる。この実施形態では、保護管４０の内周面又は磁石３０の外周面は、油、パラフィン又はワックスのような潤滑剤（図示しない）で覆われ、それによって保護管４０の内周面と磁石３０の外周面との間の摩擦を減らす。従って、磁石３０の外周面上に２つの保護管４０をスリーブ嵌合するのが容易である。組立後、２つの保護管４０のテーパ部分は、互いに直面して互いに固定される。この実施形態では、組立後、２つの保護管４０のテーパ部分は、溶接によって互いに固定される。

[0036] さらに、カバー部分４１の内周π^*Ｄ１は磁石３０の外接円の円周π^*Ｄよりも小さいので、組立中に、カバー部分４１のうち各磁石３０の実質的な頂部に接触する区分が、実質的な頂部との係合の進行中に変形して拡張し、その結果カバー部分４１のうち磁石３０の実質的な頂部に接触する区分の厚さは減ってＴ１になる。カバー部分４１のうち、磁石３０の実質的な頂部に接触しない区分、即ちカバー部分のうちＴ２によって表わされる他の区分の厚さは、カバー部分４１のうち各磁石３０の実質的な頂部に接触する区分よりも厚い（図７に示す）。その結果、カバー部分４１は、円筒形から多角形へ変形する。このように、カバー部分４１は、その回復の進行中に磁石３０に半径方向の力を加えることができ、その結果磁石３０は、ロータコア２０上に制限される。カバー部分４１のうち他の区分の厚さは、カバー部分４１のうち各磁石３０の実質的な頂部に接触する区分よりも大きいので、保護管４０は、磁石３０を円周方向において制限することができる。一方、カバー部分４１の内周π^*Ｄ１は磁石３０の外接円の円周π^*Ｄよりも小さいので、カバー部分４１が変形したとき、カバー部分４１の最大の内径は磁石３０の外接円径と等しく、ステータとロータ１との間の隙間は一定であり、それはロータ１の回転に支障をもたらさない。

[0037] 一方、カバー部分４１の内周π^*Ｄ１は、外壁線の長さＬよりも大きく、それによりカバー部分４１によって加わる過大な圧力に起因して磁石３０が壊れるのを防ぐことができる。

[0038] 本発明の磁石３０の頂部は、ロータコア２０の半径方向において磁石３０の最も外側部分、すなわち磁石３０の外側面のうちロータコア２０の軸線から最も遠い点を意味する。

[0039] フランジ４３は、カバー部分４１の周辺縁から半径方向にかつ内向きに突出し、その結果フランジ４３は、開口部４１３の一部を覆う。この実施形態では、フランジ４３は輪状である。他の実施形態では、フランジは、円形の輪状、円弧形又は別の形状とされる。２つの保護管４０の合計軸方向長さは、ロータコア２０の合計軸方向長さ以上であるので、保護管４０が磁石３０の外周面を覆うとき、フランジ４３は、ロータコア２０（図１に示す）の部分を覆う。この実施形態では、フランジ４３は、ロータコア２０に溶接され、その結果フランジ４３は、軸方向で磁石３０を位置決めする。この実施形態では、テーパ部分４２、カバー部分４１及びフランジ４３は、一体に形成される。他の実施形態では、テーパ部分４２、カバー部分４１及びフランジ４３は、部分的に一体に形成され、又は個々の構成部品である。図８はモータ１００の断面図である。モータ１００は、電気式パワーステアリングシステムに適する。モータ１００は、ハウジング２、ロータ１及びステータ３を含む。ロータ１は、ハウジング２の内側に回転可能に配置される。ロータ１は、回転軸１０、ロータコア２０、磁石３０及び保護管４０を含む。ロータコア２０は回転軸１０に固定される。磁石３０は、ロータコア２０の外周面に固定される。保護管４０は、磁石３０を覆ってこれを保護し、磁石３０が回転中にロータコア２０の外周面から遠方に飛び去るのを防止する。ステータ３は、ハウジング２の内側に固定され、ロータ１の半径方向外側に位置し、その結果ロータ１は、ステータ３内に回転可能に収容される。ステータ３は、ステータコア３０１と、ステータコア３０１の周りに巻き付けた複数のコイル３０２とを含む。複数のコイル３０２は通電すると磁界を発生し、磁石３０は、コイル３０２によって発生した磁界と相互作用し、その結果ロータ１は磁界に応じて回転する。

[0040] このように、本発明の実施形態では、磁石３０は、ロータコア２０の円周方向に移動することが位置決め構造２２によって防止されて位置決めされる。磁石を覆うために、磁石３０の外周面上に端面同士が係合する２つの保護管４０をスリーブ嵌合することが、磁石３０の外周面上に単一の保護管４０をスリーブ嵌合するよりも便利であり、それにより保護管４０の組立が助長される。テーパ部分４２の開口部の内周π^*Ｄ２が磁石３０の外接円の円周π^*Ｄ以上であるので、組立中に、２つのテーパ部分４２を入口として使用することができ、結果として２つの保護管４０は、互いに容易に近づいて、磁石３０の外周面上にスリーブ嵌合することができる。カバー部分４１の内周π^*Ｄ１が磁石３０の外接円の円周π^*Ｄよりも小さいので、カバー部分４１は、円筒形から多角形へ変形して、磁石３０に半径方向の力を加える。さらに、カバー部分４１のうち磁石３０の実質的な頂部に接触しない区分の厚さは、カバー部分４１のうち各磁石３０の実質的な頂部に接触する区分よりも厚いので、保護管４０は、円周方向において磁石３０を制限することができる。なお、カバー部分４１の内周π^*Ｄ１が磁石３０の外接円の円周π^*Ｄよりも小さいので、ステータ３とロータ１との間の隙間は一定であり、それはロータ１の回転に支障をもたらさない。なお、カバー部分４１の内周π^*Ｄ１は、外壁線の長さＬよりも大きく、それによりカバー部分４１によって加わる過大な圧力により磁石３０が壊れるのを防ぐことができる。

[0041] 本発明を１つ以上の実施形態を参照して説明したが、実施形態の上記説明は、当業者が本発明を実施又は使用できるようにするためだけに使用される。当業者であれば、本発明の精神又は範囲から逸脱することなく、様々な修正が可能であることを理解されたい。本明細書に例示した実施形態は、本発明の範囲として解釈すべきでなく、本発明の範囲は、以下の請求項を参照することによって決定される。

１ ロータ
１０ 回転軸
２０ ロータコア
４０ 保護管

Claims (13)

1. ロータであって、
   ロータコアと、
   前記ロータコアの外周面に固定された複数の磁石と、
   少なくとも１つの保護管であって、各保護管はカバー部分を備え、前記カバー部分の内周は、前記磁石の外周面と隣接する磁石の前記外周面の共通接線とによって形成された外壁線の長さよりも大きく、前記磁石の外接円の円周よりも小さく、前記カバー部分は、円周方向で前記複数の磁石を覆う保護管とを備える、ことを特徴とするロータ。
2. 各保護管はテーパ部分をさらに備え、前記テーパ部分は、前記カバー部分の端部から半径方向にかつ外向きに延びてテーパ形状を形成し、前記テーパ部分の開口部の内周は、前記磁石の前記外接円の前記円周以上である、請求項１に記載のロータ。
3. 前記少なくとも１つの保護管の数は２であり、前記２つの保護管の前記テーパ部分は、互いに直面しかつ互いに固定される、請求項１に記載のロータ。
4. 前記２つの保護管の合計軸方向長さは、前記ロータコアの合計軸方向長さ以上である、請求項３に記載のロータ。
5. 前記カバー部分の一端は開口部を定め、前記カバー部分の円周縁からフランジが半径方向にかつ内向きに突出し、前記フランジは前記開口部の部分を覆っている、請求項１に記載のロータ。
6. 前記フランジは前記ロータコアに固定して接続される、請求項５に記載のロータ。
7. 前記カバー部分は、前記磁石の実質的な頂部と接触する複数の第1の区分と、前記磁石の実質的な頂部と接触しない複数の第２の区分とを備え、前記第１の区分の厚さは、前記第２の区分の厚さよりも小さい、請求項１から６の何れか１つに記載のロータ。
8. 前記ロータコアの前記外周面上に複数の突起が形成され、前記突起は、前記ロータコアの前記外周面から半径方向にかつ外向きに延び、前記突起は互いに離間しており、各隣接する２つの突起間に前記磁石の１つを収容するための収容空間が形成される、請求項１に記載のロータ。
9. 前記磁石の各々の頂部分は、前記２つの隣接する突起を越えて半径方向に突出する、請求項８に記載のロータ。
10. 前記ロータコアの前記外周面は複数の収容溝を定め、前記収容溝は、前記ロータコアの前記外周面をくぼませることによって形成され、各収容溝は、前記磁石の１つを収容するように構成される、請求項１に記載のロータ。
11. 前記保護管は非磁性の導電材料で作成される、請求項１から１０の何れか１つに記載のロータ。
12. 前記少なくとも１つの保護管は、組立前は実質的に円筒形であり、組立後は多角形に変形される、請求項１に記載のロータ。
13. モータであって、ステータと、前記ステータ内に回転可能に収容されたロータとを備え、前記ロータは、請求項１から１２の何れか１つに規定される、ことを特徴とするモータ。

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