JP2004254394A - 回転電機 - Google Patents
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Abstract
【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
【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(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 (9)
- 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。
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