JPWO2018062350A1 - ロータユニット及びモータ - Google Patents
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Abstract
上下方向に延びる中心軸を包囲する環状のロータコアと、前記ロータコアの外周において周方向に配列された複数のマグネットと、前記ロータコアに対して複数の複数のマグネットの上端を保持するホルダと、前記ロータコア、複数の前記マグネット、及び前記ホルダを収容するロータカバーと、を備え、前記ロータコアは、下端に孔部または凹部を有し、前記ロータカバーは、複数の前記マグネットの外周を包囲する筒部と、複数の前記マグネットの下端を保持する底面部と、前記底面部から延びる突起部と、を有し、前記突起部は、前記ロータコアの前記孔部または前記凹部に挿入される挿入部を有する、ロータユニットを用いる。
Description
本発明は、ロータユニット及びモータに関する。
従来から、永久磁石を備えた回転子と固定子とを備える電気モータがある。特許文献1には、このような電気モータの回転子において、磁石の外面を覆って嵌まる回転子カバーと、回転防止機構を定める端部キャップを含む構成のものが開示されている。
上記従来の構成の回転子には、端部キャップを別部品として含んでいる。端部キャップを連結させることで、回転子カバーが回転子に対して空転することを防止している。しかしながら、このような従来の構成では、端部キャップが必要であるため部品が増加してしまう。
本発明の目的は、部品を減らした簡易な構成を採用しつつ、モータの回転時に、ホルダに対してロータカバーが空転してしまうことを防止することである。
本発明の例示的な第1発明は、モータに用いられるロータユニットであって、上下方向に延びる中心軸を包囲する環状のロータコアと、前記ロータコアの外周において周方向に配列された複数のマグネットと、前記ロータコアに対して複数の複数のマグネットの上端を保持するホルダと、前記ロータコア、複数の前記マグネット、及び前記ホルダを収容するロータカバーと、を備える。前記ロータコアは、下端に孔部または凹部を有する。前記ロータカバーは、複数の前記マグネットの外周を包囲する筒部と、複数の前記マグネットの下端を保持する底面部と、前記底面部から延びる突起部と、を有する。前記突起部は、前記ロータコアの前記孔部または前記凹部に挿入される挿入部を有する。
上記本発明の例示的な第1発明のロータユニットによれば、部品を減らした簡易な構成で、モータの回転時に、ホルダに対してロータカバーが空転してしまうことを防止できる。
以下、本発明の実施形態について、図面を参照しながら説明する。ただし、以下で説明する実施形態はあくまで本発明の一例であって、本発明の技術的範囲を限定的に解釈させるものではない。なお、各図面において、同一の構成要素には同一の符号を付しており、その説明を省略する場合がある。
本発明の実施形態は、モータ(「回転電機」とも呼ばれる)に用いられるロータユニット(単に「ロータ」または「回転子」とも呼ばれる)の構成に特徴がある。実施形態では、特徴部分であるロータユニットを中心に説明する。
本明細書では、モータの回転の中心軸Jに対して「上方向」または「上側」、及び「下方向」または「下側」を便宜的に定義して説明する。ただし、必ずしも「下方向」または「下側」が、「上方向」または「上側」に対して重力方向の下側に位置するとは限らず、モータは任意の向きで配置される。また、ロータユニットなどの各構成の上側の面を「上面」と称し、下側の面を「底面」と称することがある。また、本明細書では、ロータユニットにおいて、ホルダとロータカバーとが周方向に同期して回転せず、相対回転することを「空転」と呼ぶ。
<1.実施形態>
図1は、本実施形態のモータ1の断面図である。図1に示されるように、モータ1は、シャフト101、ロータユニット10、ステータ102、ハウジング103、ベアリングホルダ104、第1ベアリング105、第2ベアリング106、インシュレータ107、及びコイル108などを含む。シャフト101とロータユニット10とは一体構成である。
図1は、本実施形態のモータ1の断面図である。図1に示されるように、モータ1は、シャフト101、ロータユニット10、ステータ102、ハウジング103、ベアリングホルダ104、第1ベアリング105、第2ベアリング106、インシュレータ107、及びコイル108などを含む。シャフト101とロータユニット10とは一体構成である。
シャフト101は一方向に延びる中心軸Jを中心とした円柱状である。ロータユニット10は、シャフト101の途中位置にある。ロータユニット10は、ステータ102に対して回転可能である。
ステータ102は、ロータユニット10を軸方向に囲み配置される。ステータ102は、インシュレータ107に導線が巻回されて構成されたコイル108を有する。
ハウジング103は、ステータ102の外周面と嵌合し配置され、モータ1を構成する、シャフト101、ロータユニット10、ステータ102、ベアリングホルダ104、第1ベアリング105、第2ベアリング106、インシュレータ107、及びコイル108を含む各構成を収容する。ハウジング103は、略円筒状である。
ベアリングホルダ104は、ロータユニット10及びステータ102の上側に配置された第2ベアリング106を支持する。ベアリングホルダ104は、ロータユニット10及びステータ102の上側に配置され、ハウジング103に嵌合する。ベアリングホルダ104は、中心軸Jを含む位置に貫通孔を有している。ベアリングホルダ104の貫通孔には、シャフト101が配置される。
第1ベアリング105は、ハウジング103の底部に配置され、シャフト101の一方を支持する。第2ベアリング106は、ロータユニット10の上側に配置され、シャフト101の他方を支持する。第1ベアリング105及び第2ベアリング106は、ステータ102に対してロータユニット10が回転可能になるよう、シャフト101を支持する。第1ベアリング105及び第2ベアリング106は、球体を介して外輪と内輪とを相対回転させるボールベアリングである。ただし、ボールベアリングに代えて、すべり軸受または流体軸受などの他の方式の軸受けを第1ベアリング105及び第2ベアリング106として用いてもよい。なお、モータ1は、第1ベアリング105と第2ベアリング106とを有する例を挙げたが、1つのベアリングを有する構成など、少なくとも1つのベアリングを有する構成としてもよい。
インシュレータ107は、ステータ102とコイル108を構成する導線との間に配置され、ステータ102とコイル108の導線とを絶縁する。
図2は、本実施形態のロータユニット10の分解斜視図である。図3は、ロータユニット10において、ロータコア12、マグネット13、及びホルダ11を組み合わせた状態の底面側からの斜視図である。図4は、ロータユニット10において、ロータコア12、マグネット13、及びホルダ11を組み合わせた状態の上面側からの斜視図である。図5は、ロータユニット10の底面側からの斜視図である。図6は、ロータユニット10の上面側からの斜視図である。
図2に示されるように、ロータユニット10は、ホルダ11、ロータコア12、マグネット13、及びロータカバー14を含んで構成される。図2において、ホルダ11はロータカバー14に対して上側に配置されている。
ホルダ11は、連結部111及び仕切部112を含んで構成される。ホルダ11は樹脂製の部材である。連結部111は、ロータコア12に対して複数のマグネット13が外れないよう、マグネット13の上端を保持する。
連結部111は、複数の仕切部112の上端を連結し保持する円環状である。連結部111は、中心軸Jを含む部分にホルダ開口部111aを有している。連結部111の上面側の外周の角部111cは、外側面にかけて丸みを帯びた丸み形状になっている。
仕切部112は、連結部111から下方向に向かって複数延びており、ロータユニット10として組み立てられた状態では周方向に隣り合う複数のマグネット13の間にそれぞれ配置される。仕切部112の中心軸Jに対して垂直な面における断面は、径方向外側から径方向内側に向かって延びており、径方向外側の端部と径方向内側の端部に対して、途中部分の周方向長さが短くなっている。この構造により、ホルダ11がロータコア12から周方向外側に外れるのを防止している。ホルダ11の底面側は、組立工程においてマグネット13が挿入されるため開放されている。
ロータコア12は、ロータユニット10の中心部に配置された、中心軸Jを包囲する八角形などの略正多角柱状で環状の部分であり、電磁鋼板を軸方向に積層させた積層鋼板からなる金属製の部材である。ロータコア12は、中心軸Jを含む部分に、シャフト101が挿入される貫通孔122を有している。ロータコア12の貫通孔122よりも径方向外側には、中心軸Jに平行な上下方向に円筒状に延びる複数の孔部121がある。ロータコア12の貫通孔122及び孔部121は、いずれもロータコア12の上端から下端に貫通している。ロータコア12の外周側の各面には、それぞれマグネット13が、ロータコア12に接して配置される。
マグネット13は、ロータコア12に接する内周側の平面と、中心軸Jに垂直な断面が円弧状に湾曲した形状となる外周側の湾曲面とを有する。マグネット13は、永久磁石である。マグネット13の径方向外側の湾曲面は、モータ1のステータ102に対向する。複数のマグネット13は、N極の磁極面とS極の磁極面とが周方向において交互に並ぶよう、ロータコア12の外周において周方向に配列される。マグネット13は、互いに隣り合う一対の仕切部112の間に圧入されることで組み立てられる。組み立てられた状態において、マグネット13の上端はホルダ11の連結部111により保持され、マグネット13の下端はロータカバー14の底面部142により保持される。
ロータカバー14は、筒部141と底面部142とを有し、上面側に開放された開放部14aを有する円筒状である(図5及び図6参照)。筒部141は、複数のマグネット13の外周を包囲する。底面部142は、複数のマグネット13の下端を保持する。ロータカバー14は、鉄、アルミニウム等の非磁性体の金属製である。ロータカバー14は、例えば、プレス加工等により形成される。ロータカバー14は、ロータコア12、複数のマグネット13、及びホルダ11を収容する。筒部141は、中心軸Jを中心とする円筒状であり、ロータユニット10が組み立てられた状態では、複数のマグネット13の外周の全体を包囲し、ホルダ11の連結部111と一部が重なっている。なお、ロータカバー14は、非磁性体の金属製に代えて、非磁性体の樹脂等から形成されてもよい。
ロータカバー14の底面部142は、筒部141の下端に配置され、環状になっている。ロータユニット10が組み立てられた状態では、底面部142は、ホルダ11の底面側の、組立工程でマグネット13を挿入するために開放された部分を覆う。これによって底面部142は、マグネット13の底面側の下端を保持する。ロータカバー14は、底面部142に、開口外縁部142aによって画定された開口部142bを有する。
図7は、ロータユニット10の断面図である。図5及び図7に示されるように、底面部142は、開口外縁部142aから周方向内側に延びる延伸部143aと、延伸部143aが孔部121と重なる位置から孔部121に屈曲して挿入された挿入部143bとを有する。挿入部143bは、ロータコア12の孔部121に、下端から上側に向かって挿入されている。挿入部143bの周方向の両端は、孔部121の周面にそれぞれ接している。モータが回転する際には、挿入部143bの周方向の両端が孔部121に周方向に引っかかるため、ロータコア12とロータカバー14とは空転することなく、互いに同期して回転する。図5に示されるように、底面部142は、延伸部143aと挿入部143bとの組み合わせを、中心軸Jに対して互いに対向する位置に二対有している。延伸部143aと挿入部143bとを総称して「突起部143」と称する。
底面部142の開口部142bからは、ロータコア12の下端の貫通孔122及び孔部121が露出する。
図6及び図7に示されるように、ロータカバー14の筒部141の上端は、連結部111の丸み形状の角部111cに沿って、径方向内側に屈曲した屈曲部141aになっている。これにより、ロータカバー14がホルダ11から軸方向に抜けることが防止できる。
なお、ロータカバー14の屈曲部141aは、ホルダ11の連結部111の内周面の複数の切欠111b(図4及び図6参照)にかしめられて嵌合する形状としてもよい。このような構成にすると、ロータカバー14がホルダ11から軸方向に抜けることをより効果的に防止しつつ、ホルダ11、ロータコア12、及びマグネット13に対してロータカバー14が空転することをより効果的に防止できる。
<ロータユニット10の製造方法>
ロータユニット10を製造するときには、まず、ロータコア12を金型の内部に配置する。そして、ロータコア12が配置された金型の内部に樹脂を射出する。これにより、複数の仕切部112を有する形状に、ホルダ11をインサート成型する。ここでは、仕切部112の軸方向の寸法が、マグネット13の軸方向の寸法よりも長くなるように、ホルダ11を成型する。インサート成型の製造工程では、ホルダ11の成型と、ロータコア12及びホルダ11の固定との双方が行われる。そのため、ホルダ11の成型とロータコア12及びホルダ11の固定を別々の工程で行う場合と比較して、ロータコア12及びホルダ11の製造工程が短縮される。
ロータユニット10を製造するときには、まず、ロータコア12を金型の内部に配置する。そして、ロータコア12が配置された金型の内部に樹脂を射出する。これにより、複数の仕切部112を有する形状に、ホルダ11をインサート成型する。ここでは、仕切部112の軸方向の寸法が、マグネット13の軸方向の寸法よりも長くなるように、ホルダ11を成型する。インサート成型の製造工程では、ホルダ11の成型と、ロータコア12及びホルダ11の固定との双方が行われる。そのため、ホルダ11の成型とロータコア12及びホルダ11の固定を別々の工程で行う場合と比較して、ロータコア12及びホルダ11の製造工程が短縮される。
続いて、互いに隣り合う一対の仕切部112の間に、マグネット13を配置する。仮に、マグネット13を含めてインサート成型をすると、インサート成型前に、ロータコア12にマグネット13を接着させるなどの方法で、ロータコア12とマグネット13とを少なくとも一時的に固定する必要がある。これに対し、本実施形態では、成型が完了して硬化したホルダ11を利用して、マグネット13の位置決めを行う。そのため、マグネット13を含めてインサート成型を行う場合と比較して、複数のマグネット13を、比較的容易に、精度よく位置決めすることができる。
ただし、ホルダ11は必ずしもインサート成型で作製されず、ロータコア12と別に単独で成型されてもよい。
続いて、図2に示すように、ホルダ11によって保持されたロータコア12及び複数のマグネット13をロータカバー14の開放部14aから挿入する。そして、ロータカバー14の筒部141の上端は、径方向内側に屈曲させ屈曲部141aとなり、連結部111の角部111cに沿った形状となる。
図8に示されるように、組み立て前の状態において、ロータカバー14の底面部142には、開口部142bの開口外縁部142aから径方向内側に向かって延びる突起部143を有している。組立工程において、突起部143は、径方向内側に向かって延びる突起部143の径方向内側の端部から、孔部121の径方向外側の周面と重なる部分までの位置を上側に屈曲させる。これにより、挿入部143bが孔部121に挿入された図5の状態となる。
なお、突起部143の径方向内側の端部は、図8に示されるような、必ずしも円弧状に湾曲している形状である必要はなく、矩形状であってもよい。ただし、突起部143の径方向内側の端部が孔部121に沿った円弧状になっていると、孔部121のより深い位置まで挿入可能であるため好ましい。
<2.変形例>
本発明のロータユニットは、上記の実施形態に限定されるものではなく、上記実施形態から考え得る種々の形態をも包含する。例えば、本発明のロータユニットは、以下のような変形例の構成であってもよい。
本発明のロータユニットは、上記の実施形態に限定されるものではなく、上記実施形態から考え得る種々の形態をも包含する。例えば、本発明のロータユニットは、以下のような変形例の構成であってもよい。
実施形態のロータユニット10では、ロータカバー14の底面部142が突起部143を2つ有する構成であったが、突起部143の数は任意に変更可能である。例えば、底面部142は3つ以上の突起部143を周方向に均等に有していてもよく、1つの突起部143を有していてもよい。ただし、底面部142が複数の突起部143を有する構成にすると、ホルダ11、ロータコア12、及びマグネット13が、ロータカバー14に対して空転することをより効果的に防止できるため好ましい。複数の突起部143は、それぞれの挿入部143bに均等に力が与えられるよう、周方向に均等な位置に配置されることが好ましい。一方で、底面部142が1つの突起部143を有する構成にすると、材料コストや加工コストの削減が可能となる。
ロータユニット10では、ロータコア12は、下端から上端かけて軸方向に貫通する孔部121を有していたが、孔部121に代えて、下端から上側に向かって延びた凹状の凹部を有する構成としてもよい。この場合、ロータコア12の上端には、孔または凹部が形成されていなくてもよい。このような構成とした場合であっても、ホルダ11、ロータコア12、及びマグネット13が、ロータカバー14に対して空転することを防止することができる。
ロータコア12の外周は、実施形態のような多角形状であってもよいが、円筒状であってもよい。また、マグネット13の数は任意に変更可能であり、マグネット13の数に応じて仕切部112の数も適宜変更される。
<3.その他>
以上、本発明の実施形態及び変形例についての具体的な説明を行った。上記説明では、あくまで一実施形態としての説明であって、本発明の範囲はこの一実施形態に留まらず、当業者が把握可能な範囲にまで広く解釈されるものである。例えば、上記実施形態及び各変形例は、互いに組み合わせて実施することが可能である。
以上、本発明の実施形態及び変形例についての具体的な説明を行った。上記説明では、あくまで一実施形態としての説明であって、本発明の範囲はこの一実施形態に留まらず、当業者が把握可能な範囲にまで広く解釈されるものである。例えば、上記実施形態及び各変形例は、互いに組み合わせて実施することが可能である。
本発明のモータは、主に自動車用のモータとして用いられる。例えば、ブレーキ用のモータや、電動パワーステアリング用のモータなどに利用される。また、自動車用以外にも種々の用途に利用可能である。例えば、電動アシスト自転車、電動バイク、家電製品、OA機器、及び医療機器等に利用されてもよい。
また、本発明のロータユニット及びモータは、同様の構造で発電機を構成することもできる。本発明のモータは、自動車、電動アシスト自転車、風力発電等に利用される発電機としても利用されうる。
本発明は、例えばモータ用のロータユニット、またはモータとして利用可能である。
1…モータ
101…シャフト
102…ステータ
103…ハウジング
104…ベアリングホルダ
105…第1ベアリング
106…第2ベアリング
107…インシュレータ
108…コイル
10…ロータユニット
11…ホルダ
111…連結部
111a…ホルダ開口部
111b…切欠
111c…角部
112…仕切部
12…ロータコア
121…孔部
122…貫通孔
13…マグネット
14…ロータカバー
14a…開放部
141…筒部
141a…屈曲部
142…底面部
142a…開口外縁部
142b…開口部
143…突起部
143a…延伸部
143b…挿入部
101…シャフト
102…ステータ
103…ハウジング
104…ベアリングホルダ
105…第1ベアリング
106…第2ベアリング
107…インシュレータ
108…コイル
10…ロータユニット
11…ホルダ
111…連結部
111a…ホルダ開口部
111b…切欠
111c…角部
112…仕切部
12…ロータコア
121…孔部
122…貫通孔
13…マグネット
14…ロータカバー
14a…開放部
141…筒部
141a…屈曲部
142…底面部
142a…開口外縁部
142b…開口部
143…突起部
143a…延伸部
143b…挿入部
Claims (7)
- 上下方向に延びる中心軸を包囲する環状のロータコアと、
前記ロータコアの外周において周方向に配列された複数のマグネットと、
前記ロータコアに対して複数の複数のマグネットの上端を保持するホルダと、
前記ロータコア、複数の前記マグネット、及び前記ホルダを収容するロータカバーと、
を備え、
前記ロータコアは、下端に孔部または凹部を有し、
前記ロータカバーは、
複数の前記マグネットの外周を包囲する筒部と、
複数の前記マグネットの下端を保持する底面部と、
前記底面部から延びる突起部と、
を有し、
前記突起部は、
前記ロータコアの前記孔部または前記凹部に挿入される挿入部を有する、
ロータユニット。 - 前記ロータカバーは、前記底面部の中心軸を含む位置に開口外縁部によって画定された開口部を有し、
前記突起部は、前記開口外縁部から径方向内側に延びる延伸部をさらに有し、
前記挿入部は、前記延伸部から前記孔または前記凹部に挿入される、
請求項1に記載のロータユニット。 - 前記突起部は、前記底面部の周方向に複数配置される、
請求項1または請求項2に記載のロータユニット。 - 複数の前記突起部は、周方向に均等な間隔で配置される、
請求項3に記載のロータユニット。 - 前記ホルダは、
前記マグネットの上端を保持する環状の連結部と、
周方向に隣り合う前記マグネットの間に配置される仕切部と、
をさらに有する、
請求項1から請求項4のいずれか1項に記載のロータユニット。 - 前記ホルダは樹脂製であり、
前記ロータカバーは金属製である、
請求項1から請求項5のいずれか1項に記載のロータユニット。 - 請求項1から請求項6のいずれか1項に記載のロータユニットを含み、
上下方向に延びる中心軸を中心としたシャフトを有するロータと、
前記ロータと対向し、複数のコイルを有するステータと、
前記ステータに対して前記ロータが回転可能になるよう前記シャフトを支持するベアリングと、
を備える、
モータ。
Applications Claiming Priority (3)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
JP2016190994 | 2016-09-29 | ||
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2017
- 2017-09-28 JP JP2018542830A patent/JPWO2018062350A1/ja active Pending
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Publication number | Publication date |
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WO2018062350A1 (ja) | 2018-04-05 |
CN109804534A (zh) | 2019-05-24 |
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