JP2004048851A

JP2004048851A - 回転電機

Info

Publication number: JP2004048851A
Application number: JP2002199850A
Authority: JP
Inventors: Toshinori Tanaka; 田中　俊則; Keiichi Fukazawa; 深沢　啓一; Yusuke Matsui; 松井　佑介; Kyohei Yamamoto; 山本　京平; Katsumi Ohata; 大畑　克己; Kengo Fujimoto; 藤本　憲悟
Original assignee: Mitsubishi Electric Corp
Current assignee: Mitsubishi Electric Corp
Priority date: 2002-07-09
Filing date: 2002-07-09
Publication date: 2004-02-12
Also published as: CN1467898A; CN1228901C; FR2842362A1; FR2842362B1

Abstract

【課題】磁石の角部の破損やクラックを効果的に防止するとともに、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】磁石２０は、固定子コア１０の軸方向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に非磁性体の保護部材２３を配設して、少なくとも突出部２１の外周面の角部２２を覆ったものである。
【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】
回転子の外周に固定された磁石を有する従来装置としては、例えば特公平５−２０９７９号公報、特開平７−２８４２３７号公報に記載された装置がある。特公平５−２０９７９号公報では、回転軸に円筒形ヨークを固定し、そのヨークの外周面に複数の円弧状磁石を接着して、カップ状の非磁性体材料よりなる２個の保護ケースの内面に接着剤を塗布し、該保護ケースを回転軸両軸側より嵌着して前記磁石を覆ったもので、保護ケースは磁石の外表面を大略覆った状態となっている。保護ケースで覆うことによって、ロータの回転に伴う遠心力等による磁石の飛散を防ぐようにしている。
【０００３】
また特開平７−２８４２３７号公報では、軸を有した回転子鉄心と、該回転子鉄心の周囲に配置される複数の永久磁石と、該複数の永久磁石と該回転子鉄心とを固定的に連結する連結手段とを具備し、前記連結手段は、前記複数の永久磁石を囲繞して軸方向へ相互に離間配置される複数の環部材からなり、該複数の環部材が締り嵌め関係の下に該複数の永久磁石の半径方向外表面に密着するもので、永久磁石を鉄心に固定的かつ強固に連結できる連結手段を備えたものである。
【０００４】
上記従来装置には、固定子コアと保護ケースまたは環部材との相互関係の記載はなされていないが、固定子コアの内周面と回転子の外周面との空隙に、前記保護ケースまたは環部材が配置されて、前記保護ケースまたは環部材の厚さ相当分だけ空隙の寸法を大きくしているものと容易に想到される。
【０００５】
【発明が解決しようとする課題】
従来装置は以上のように構成されており、固定子コアの内周面と磁石の外周面との空隙に、前記保護ケースまたは環部材が配置されているため、前記保護ケースまたは環部材の厚さ相当分だけ空隙の寸法を大きくする必要があり、その分電動機の性能が低下する問題があった。また、従来装置では、保護ケースで磁石の外表面を大略覆った状態としており保護ケースが大型化したり、環部材を磁石の軸方向寸法の範囲内に複数配置するため環部材が多数必要であるなど、コストアップや組み付け性が低下するほか、渦電流による損失が増加するなどの問題があった。更に、磁石は、特に組み付け時に、磁石の角部に破損やクラックが発生することが多く、磁石の軸方向の中央寄りに保護部材を備えていても、保護部材を磁石の角部に配置していない場合は、保護部材の効果が発揮できないという問題があった。
【０００６】
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、効果的に磁石の破損防止ができるとともに、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。
【０００７】
【課題を解決するための手段】
この発明の請求項１に係る回転電機では、固定子コアと、この固定子コアの内周に配置された回転子と、前記固定子コアの内周面と所定の空隙を介して前記回転子の外周に固定された磁石とを備え、前記磁石は前記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、この突出部に非磁性体の保護部材を配設して、少なくとも前記突出部の外周面の角部を覆ったものである。
【０００８】
この発明の請求項２に係る回転電機では、回転子は、シャフトに一体形成されたヨーク部の外周面に磁石を固定したものである。
【０００９】
この発明の請求項３に係る回転電機では、回転子の外周に固定された磁石は、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としたものである。
【００１０】
この発明の請求項４に係る回転電機では、保護部材は、ステンレスで形成されているものである。
【００１１】
この発明の請求項５に係る回転電機では、保護部材は、磁石の突出部の外周面および軸方向端面を覆うカップ形状としたものである。
【００１２】
この発明の請求項６に係る回転電機では、保護部材は、磁石に接着されているものである。
【００１３】
この発明の請求項７に係る回転電機では、電動パワーステアリング装置用モータに使用されるものである。
【００１４】
【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は回転子の径方向の断面図、図４（ａ）は保護部材の正面図、（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の内輪に固定された構成となっており、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。
【００１５】
固定子３は、電磁鋼板を積層した固定子コア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相デルタ結線）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。
【００１６】
図１ないし図４において、回転子４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、ヨーク部１９の外周面に、ヨーク部１９の軸方向長さと略同寸法で、断面が円弧形状の３個のフェライトの磁石２０が接着剤で固定されている。磁石２０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、保護部材２３で覆っている。保護部材２３は、図４に示すようなカップ形状であって、例えば板厚０．１ｍｍのステンレスの板材からプレス形成されて、磁石２０の突出部２１に挿入されて接着剤で固定されている。更に磁石２０は、保護部材２３を配設した後に、図３に示すように６極に着磁されている。
【００１７】
固定子３の内径寸法ｄ、保護部材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、空隙に保護部材２３を有しない場合と同等の寸法であって、保護部材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、空隙に保護部材２３を有する場合と比べて、空隙の寸法が縮小されている。
【００１８】
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（ｐｕｌｓｅ　ｗｉｄｔｈ　ｍｏｄｕｌａｔｉｏｎ）された電力が供給されると、コイル接続体１５によって３相デルタ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。
【００１９】
実施の形態１はこのように構成されているので、突出部２１の外周面の角部２２を保護部材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、更に遠心力による磁石２０の浮き上がりを防止することができるなど回転電機の品質が向上する。特に、フェライトは角部２２が組み付け時に破損やクラックを生じ易く、大きな効果を得ることができる。また、磁石２０の軸方向長さをヨーク部１９の軸方向長さと略同寸法としているため、磁石２０の位置決めが容易となるほか、例えば磁石２０がヨーク部１９より長い場合では磁石２０の内径側の角部も破損しやすいのに対して、略同寸法としているため内径側の角部が破損せず、外周面の角部２２を保護部材２３で覆うだけで磁石２０の破損やクラックを効果的に防止することができる。なお、ヨーク部１９の軸方向長さを磁石２０の軸方向長さと略同寸法以上にした場合に、内径側の角部が破損しない効果を得ることができる。更に、角部２２に軸心方向に段部を設け、この段部に保護部材２３を配置した場合は、段部を設けたためコストアップするほか、新たな角部が破損しやすく、段部を設けないことによって、安価で効果的に破損を防止する事ができる。
【００２０】
また、保護部材２３を突出部２１に配設したため、保護部材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、保護部材２３が空隙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、保護部材２３は固定子３と接触しない。
【００２１】
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と同時加工ができ生産性が良く、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の外周面や保護部材２３の同軸度も良好でとできるため、回転子４を固定子３の内径を通して組み付け易く、その分保護部材２３の板厚を増加できて、磁石２０の破損やクラックおよび遠心力による磁石２０の浮き上がりをより効果的に防止できる。また、同軸度に優れるため空隙を更に縮小して、回転電機の性能を向上や小型化を図ることができる。
【００２２】
磁石２０は、円弧形状の３個から構成されており、それを６極に着磁したため、図５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度であり、磁石２０の製造上の問題は無いが、この点も考慮して個数を決定する。また磁石２０は、保護部材２３を配設した後に着磁されているため、保護部材２３を配設する前は磁力が無く、磁石２０の破片や異物が付着せず信頼性が向上し、保護部材２３を配設した後の着磁工程や組立工程などでの磁石２０の破損やクラックをより効果的に防止できる。
【００２３】
保護部材２３をステンレスで形成したため強度が高く、突出部２１の比較的幅の狭い範囲であっても、磁石２０の破損やクラックおよび遠心力による磁石２０の浮き上がりをより効果的に防止できるほか、小型で加工が容易となり、安価で性能低下も抑えることができる。
【００２４】
保護部材２３を、磁石２０の突出部２１の外周面および軸方向端面を覆うカップ形状としたため、磁石２０の破損やクラックがより効果的に防止でき、保護部材２３が固定子３の方向に移動して固定子３と接触しない。また、保護部材２３の強度が向上するため、遠心力による磁石２０の浮き上がりを更に効果的に防止できる。
【００２５】
保護部材２３を磁石２０に接着したため、磁石２０の破損やクラックおよび遠心力による磁石２０の浮き上がりをより効果的に防止できるほか、保護部材２３が固定子３の方向に移動して固定子３と接触しない。保護部材２３をカップ形状として、それを接着することによって更にその効果が向上する。
【００２６】
電動パワーステアリング装置用モータには、特に安全性と小型高性能で安価な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、好適な電動パワーステアリング装置用モータを得ることができる。
【００２７】
実施の形態２．
この発明の実施の形態２を、図６および図７に基づいて説明する。図６は回転子の軸方向の断面図、図７（ａ）は保護部材の正面図、（ｂ）はそのＢ−Ｂ断面図である。回転子４は、シャフト１８に一体形成されたヨーク部１９を備えており、ヨーク部１９の外周面に、断面が円筒形状のフェライトの磁石２０挿入して接着剤で固定されている。磁石２０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、環状の保護部材２３で覆っている。保護部材２３は、図７に示すような形状であって、例えば板厚０．１ｍｍのステンレスの管材を切断して、磁石２０の突出部２１に挿入して接着剤で固定されている。更に磁石２０は、保護部材２３を配設した後に、６極に着磁されている。
【００２８】
実施の形態２はこのように構成されており、実施の形態１と基本的に同様の効果を奏するが、特に、磁石２０を円筒形状としたので部品点数が減少し組み付け性が向上する。但し、円筒形状の磁石２０のコストは一般に高くなる。また、保護部材２３を環状としたので安価で、角部の破損やクラックおよび遠心力による磁石２０の浮き上がりを効果的に防止することができる。
【００２９】
実施の形態３．
この発明の実施の形態３を、図８に基づいて説明する。図８は回転子の軸方向の断面図であって、回転子４は、シャフト１８に一体形成されたヨーク部１９を備えており、ヨーク部１９の外周面に、断面が円筒形状のフェライトの磁石２０挿入して接着剤で固定されている。磁石２０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、前記同様の環状の保護部材２３で覆っている。更に磁石２０は、固定子３との空隙部に凹部２４を有しており、凹部２４に熱収縮チューブ２５を装着している。熱収縮チューブ２５の外径は磁石２０の外径寸法Ｄ２以下としている。なお、ヨーク部１９の軸方向長さは、磁石２０の軸方向長さよりも若干長くなっている。
【００３０】
実施の形態３はこのように構成されているので、前記実施の形態と基本的に同様の効果を奏するが、特に、熱収縮チューブ２５を追加して備えたため、遠心力による磁石２０の浮き上がり防止の効果が向上し、軸方向に長い磁石２０であっても効果的に浮き上がりを防止することができる。
【００３１】
なお、上記の実施の形態では、突出部２１の外周面の角部２２を覆う保護部材２３としてステンレスで説明したが、強度は低下するものの熱収縮チューブや熱硬化性樹脂を含浸させたガラス繊維などで覆っても良く、本発明の趣旨を逸脱しない範囲で適宜変更しても良い。
【００３２】
また、回転電機としてブラシレスモータで説明したが、発電機や発電電動機等であっても良い。
【００３３】
【発明の効果】
以上のように、この発明の請求項１に係る回転電機によれば、固定子コアと、この固定子コアの内周に配置された回転子と、前記固定子コアの内周面と所定の空隙を介して前記回転子の外周に固定された磁石とを備え、前記磁石は前記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、この突出部に非磁性体の保護部材を配設して、少なくとも前記突出部の外周面の角部を覆ったので、磁石の破損やクラックを効果的に防止することができ、更に遠心力による磁石の浮き上がりを防止することができるなど回転電機の品質が向上する。また、保護部材を小型にできるため、安価で組み付け性も良く、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。更に、保護部材が空隙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。
【００３４】
また、この発明の請求項２に係る回転電機によれば、回転子は、シャフトに一体形成されたヨーク部の外周面に磁石を固定しているので、シャフトと同時加工ができ生産性が良く、シャフトとヨーク部の外周面の同軸度に優れ、その外周面に磁石を固定したため、磁石の外周面や保護部材の同軸度も良好でとできるため、回転子を固定子の内径を通して組み付け易く、その分保護部材の板厚を増加できて、磁石の破損やクラックおよび遠心力による磁石の浮き上がりをより効果的に防止できる。また、同軸度に優れるため空隙を更に縮小して、回転電機の性能を向上や小型化を図ることができる。
【００３５】
また、この発明の請求項３に係る回転電機によれば、回転子の外周に固定された磁石は、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としたので、磁石の個数が少ない分、組み付け時の磁石の破損やクラックをより効果的に防止できるほか、磁石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、組み付け後の磁石の外周面の同軸度も更に良好でとできる。
【００３６】
また、この発明の請求項４に係る回転電機によれば、保護部材は、ステンレスで形成されているので、強度が高く、突出部の比較的幅の狭い範囲であっても、磁石の破損やクラックおよび遠心力による磁石の浮き上がりをより効果的に防止できるほか、小型で加工が容易となり、安価で性能低下も抑えることができる。
【００３７】
また、この発明の請求項５に係る回転電機によれば、保護部材は、磁石の突出部の外周面および軸方向端面を覆うカップ形状としたので、磁石の破損やクラックがより効果的に防止でき、保護部材が固定子の方向に移動して固定子と接触しない。また、保護部材の強度が向上するため、遠心力による磁石の浮き上がりを更に効果的に防止できる。
【００３８】
また、この発明の請求項６に係る回転電機によれば、保護部材は、磁石に接着されているので、磁石の破損やクラックおよび遠心力による磁石の浮き上がりをより効果的に防止できるほか、保護部材が固定子の方向に移動して固定子と接触しない。
【００３９】
また、この発明の請求項７に係る回転電機によれば、電動パワーステアリング装置用モータに使用されるので、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電動パワーステアリング装置用モータに好適な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による、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を示す断面図である。
【図２】この発明の実施の形態１による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による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による保護部材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１による回転子の径方向の断面図である。
【図６】この発明の実施の形態２による回転子の軸方向の断面図である。
【図７】この発明の実施の形態２による保護部材の正面図およびそのＢ−Ｂ断面図である。
【図８】この発明の実施の形態３による回転子の軸方向の断面図である。
【符号の説明】
１　モータ、　３　固定子、　４　回転子、　１０　固定子コア、　１８　シャフト、　１９　ヨーク部、　２０　磁石、　２１　突出部、　２２　角部、　２３　保護部材。

Claims

固定子コアと、この固定子コアの内周に配置された回転子と、前記固定子コアの内周面と所定の空隙を介して前記回転子の外周に固定された磁石とを備え、前記磁石は前記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、この突出部に非磁性体の保護部材を配設して、少なくとも前記突出部の外周面の角部を覆ったことを特徴とする回転電機。
回転子は、シャフトに一体形成されたヨーク部の外周面に磁石を固定していることを特徴とする請求項１記載の回転電機。
回転子の外周に固定された磁石は、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または請求項２記載の回転電機。
保護部材は、ステンレスで形成されている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。
保護部材は、磁石の突出部の外周面および軸方向端面を覆うカップ形状であ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。
保護部材は、磁石に接着されてい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。
電動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１〜６のいずれか１項に記載の回転電機。