JP2004364474A - 回転電機およびその製造方法 - Google Patents
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Abstract
【解決手段】筒状の固定子コア8と、この固定子コア8の内周側に配設された回転子4のシャフト16に一体形成されたヨーク部17と、このヨーク部17の外周面に接着される複数の円筒形の磁石19と、この磁石19が軸方向において互いに当接する当接部21とヨーク部17における当接部21が対向する対向部21aとの少なくとも何れか一方に設けられた接着剤の溜まり部22とを備えたものである。更に、磁石19は、その外周面が熱収縮チューブ24で覆われている。また、接着剤の硬化ならびに熱収縮チューブ24の収縮を同時に行う加熱工程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、複数の円筒形の永久磁石が外周に固定された回転子を備えた回転電機およびその製造方法に関するものである。
【0002】
【従来の技術】
従来の回転子としては、円筒形永久磁石を軸に接着して構成する原動機の回転子において、接着剤として熱硬化後の縦弾性係数が所定値の範囲の流動性型シリコンゴム系接着剤を使用することを特徴とするものがあった。接着剤は、軸の外周に粘度が所定値の範囲の流動性型の流動性型シリコンゴム系を塗布し、軸に円筒形永久磁石を挿入すると、軸と円筒形永久磁石の間隙の接着剤がむらに塗布された部分に他の部分の接着剤が流れて、全体に平均化する。更に、ネオジム焼結磁石(Nd−Fe−B)の円筒形永久磁石を長手方向で二分割して構成しているものがあった。また、従来の回転子の製造方法としては、円筒形永久磁石を軸に接着して構成する原動機の回転子において、軸の表面の円筒形永久磁石を接着する部分に流動性粘度の接着剤を塗布し、その部分に円筒形永久磁石を挿入した後、所定温度にて所定時間加熱して接着剤を硬化されることを特徴とするものがあった(例えば、特許文献1参照。)。
【0003】
【特許文献1】
特開平8−223838号公報(「請求項1」、「請求項2」、段落[0009]、「0013」、第2図)
【0004】
【発明が解決しようとする課題】
従来の回転子およびその製造方法では、接着面からの接着剤のはみ出しについての記載はないが、軸径や磁石内径の寸法ばらつき及び塗布量のばらつき等を考慮して必要な接着強度を確保するためには、どうしても余分な接着剤が接着面からはみ出す場合が生じる。接着剤がはみ出すと、その除去作業が必要となり、固定子コアと干渉すると騒音が大きくなるなどの問題が生じる。はみ出した接着剤の干渉を回避するために空隙寸法を大きくすると、性能が低下して回転電機が大型化する。特に、複数の円筒形磁石が接着面において磁石の軸方向端面が互いに当接した状態に接着される場合には、更にその当接面からの接着剤のはみ出しが生じるほか、接着面が軸方向に長くなるために接着剤の充填が軸方向に渡って安定しにくく接着強度がばらつくなどの問題があった。特に、電動パワーステアリング装置用ブラシレスモータにおいては、安全性に優れ、騒音やイナーシャが小さく小型で高性能なモータが求められていた。
【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、複数の円筒形磁石の接着面からの接着剤のはみ出しが抑制されるとともに、磁石の固定強度に優れた回転電機およびその製造方法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、この固定子コアの内周側に配設された回転子のシャフトに一体形成されたヨーク部と、このヨーク部の外周面に接着される複数の円筒形の磁石と、この磁石が軸方向において互いに当接する当接部と前記ヨーク部における前記当接部が対向する対向部との少なくとも何れか一方に設けられた接着剤の溜まり部とを備えたものである。
【0007】
この発明に係る回転電機の製造方法においては、シャフトに一体形成されたヨーク部の外周面と複数の円筒形の磁石の内周面との間に接着剤を塗布し、前記ヨーク部の外周面に前記複数の磁石を配設する工程と、前記複数の磁石の外周面に熱収縮チューブを被せる工程と、前記接着剤の硬化ならびに前記熱収縮チューブの収縮を同時に行う加熱工程とを備えたものである。
【0008】
【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はシャフトの正面図、図4は磁石の断面図、図5はシャフトに磁石を組付けた状態を示す断面図である。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の内周側に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。
【0009】
固定子3は、電磁鋼板を積層した筒状の固定子コア8に、ナイロン等で成形されたコイルボビン9を装着し絶縁して、12個のティース10に固定子コイル11が集中巻で巻回されている。固定子コイル11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11の巻き始めや巻き終わりなどのコイル端末12は、固定子3の側部に配置したコイル接続体13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13に備えた接続端子14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13に設けた係合爪15が、コイルボビン9と係合することによって、コイル接続体13は固定子3と一体となるように構成されている。
【0010】
図1ないし図4において、回転子4のシャフト16は、シャフト16に一体形成され鉄心をなすヨーク部17を備えており、また、シャフト16に一体形成されヨーク部17よりも径大の段部18を備えている。断面が円筒形のネオジウム鉄系の2個の磁石19は、その軸方向が互いに当接しているとともに、軸方向の一端が段部18に当接して軸方向の位置が規制されている。シャフト16に一体形成された段部18およびヨーク部17の間には、接着剤の液溜まりをなすヌスミ部20を備えている。なお、磁石19の1個の軸方向長さは約30mmで外径寸法は約45mmである。
【0011】
また、磁石19が接着されるヨーク部17において、磁石19が互いに当接する当接部21に対向する対向部21aに、接着剤の溜まり部22をなす溝部23が設けられている。ヨーク部17に磁石19を挿入時に磁石端面に溜まった接着剤が、磁石19が接着位置に配置され互いに当接した時に、前記の溜まった接着剤が溝部23に入る位置に溝部23は設置されている。溝部23の角部には、テーパー面等からなるの面取り23aを備えている。ヨーク部17、段部18、ヌスミ部20、溝部23の外径は共に、シャフト16の機械加工時に形成され、特に、ヨーク部19は同軸度が良好に形成される。なお、接着剤は少なくともヨーク部17側に塗布されている。
【0012】
また、磁石19の外周面は熱収縮チューブ24が被せられて、加熱によって収縮した熱収縮チューブ24で強固に覆われている。また、磁石19の両端面も収縮した熱収縮チューブ24によって外周面と一体に覆われている。なお、熱収縮チューブ24は、電子線架橋軟質ポリオレフィン樹脂等からなり、厚さ0.05〜0.1mm程度のチューブである。
【0013】
ヨーク部17の外周面および磁石19の内周面にシリコン系の接着剤を塗布して、反段部側から磁石19を挿入して図5のように磁石を配設した後、磁石19の外周面に熱収縮チューブ24を被せて、これを加熱して接着剤の硬化ならびに熱収縮チューブ24の収縮を同時に行って、図2のような回転子4を得る。熱収縮チューブ24は、磁石19の軸方向長さよりも長い状態で被せられて、収縮によって磁石19の両端面も覆っている。その後、回転子4の磁石19は、8極に着磁される。
【0014】
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14にPWM(pulse width modulation)された電力が供給されると、コイル接続体13によって3相Y結線された固定子コイル11に通電されて、回転子4に備えた磁石19との電磁作用によって、シャフト16が回転して、その回転力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、小型高性能で安価なモータが要求される。
【0015】
実施の形態1はこのように構成されており、ヨーク部17における磁石19の当接部21が対向する対向部21aに溜まり部22を備えたので、ヨーク部17に磁石19を配設時に接着面から溢れた接着剤が溜まり部22に収容されて接着剤のはみ出しが抑制できる。また、溜まり部22から接着剤が接着面に補給されて接着強度の向上や安定化が図れる。溜まり部22を少なくとも当接部21が対向する対向部21aに設けているので、当接部21からの接着剤のはみ出しを効果的に抑制できるとともに、当接部21すなわち磁石19の端部付近が溜まり部22に溜まった接着剤で接着されることで接着強度の向上や安定化が図れる。また、はみ出した接着剤の除去作業が軽減され安価な回転電機とできるほか、接着剤のはみ出しが抑制されるため固定子コア8との干渉がなく低騒音とでき、空隙寸法を縮小して小型で性能の良い回転電機を得ることができる。
【0016】
また、シャフト16に一体形成されたヨーク部17であるため、シャフト16と同時に加工ができて生産性が良く、同軸度に優れるため回転バランスが良く低騒音の回転電機を得ることができる。なお、別体のヨーク部17をシャフト16に固定したものに比べて部品点数が減少し、ヨーク部17の同軸度も向上する。積層コアからなる別体のヨーク部17をシャフト16に固定したものに比べると更に、積層コアへの接着剤の浸透がなく回転バランスの悪化や接着剤のはみ出しがなく、接着強度も安定する。
【0017】
溜まり部22は、ヨーク部17に設けた溝部23で構成されているので、シャフト16の加工時に容易に形成できて工作性や回転バランスが良いほか、必要によって溝部23の寸法や数などが容易に変更できる効果がある。また、溝部23には面取り23aを備えており、磁石19の内面の接着剤が除去されにくく、面取り23aや溝部23に溜まった接着剤は磁石19の内面に補給され易くなるため接着強度も安定する。
【0018】
シャフト16に一体形成され、磁石19の軸方向の一端が当接する段部18を備えたので、段部18に接着剤が付着してその分接着剤のはみ出しが抑制されるとともに、磁石19の端部が接着されることで接着強度が向上する。段部18は、シャフト16と同時に加工ができて形成が容易で、段部18で磁石19の軸方向の位置が容易に位置決めされ、組立性が良く回転バランスも向上する。また、段部18とヨーク部17との間にはヌスミ部20を備えたので、接着面からはみ出した接着剤がヌスミ部20に溜まるため、接着剤のはみ出しが抑制され、磁石19の端部がヌスミ部20で接着されることで接着強度も向上する。
【0019】
磁石19は、その外周面が熱収縮チューブ24で覆われているので、磁石19の固定強度が増加するとともに、当接部21からの接着剤のはみ出しが抑制される。接着剤がはみ出した場合でも、熱収縮チューブ24の収縮によってはみ出した接着剤は磁石外周面で薄膜状態となって盛り上がらず、熱収縮チューブ24によって保持されるため固定子コア8との干渉が防止され、低騒音の回転電機を得ることができる。また、磁石19の側面も熱収縮チューブ24で覆って、磁石19の外表面全体を覆ったので、磁石19や接着剤の破片が遠心力によって飛散することを更に効果的に防止することができる。また、樹脂材からなる熱収縮チューブ24であるので、渦電流損失がなく回転電機の小型化が図れる。
【0020】
電動パワーステアリング装置用ブラシレスモータには、特に、安全性に優れ騒音やイナーシャが小さく小型で高性能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、電動パワーステアリング装置用ブラシレスモータに好適な回転電機を得ることができる。特に、溜まり部22およびヌスミ部20を備えて接着剤のはみ出しを抑制するとともに、更に熱収縮チューブ24で磁石19の外周面および両端面を覆ったので、接着剤が固定子コア8の内周面等と干渉せず、磁石19や接着剤の飛散が防止されるとともに、熱収縮チューブ24であるので軽量で渦電流損失が無いなど、低騒音で安全性に優れイナーシャの少ない小型の電動パワーステアリング装置用ブラシレスモータを得ることができる。
【0021】
また磁石19は、熱収縮チューブ24を収縮した後に着磁されるため、熱収縮チューブ24を収縮する前には磁力が無く、異物が吸着しない状態で熱収縮チューブ24で覆うことができるなど、電動パワーステアリング装置用ブラシレスモータに好適な回転電機を得ることができる。
【0022】
シャフト16に一体形成されたヨーク部17の外周面と複数の円筒形の磁石19の内周面との間に接着剤を塗布し、ヨーク部17の外周面に複数の磁石19を配設する工程と、複数の磁石19の外周面に熱収縮チューブ24を被せる工程と、接着剤の硬化ならびに熱収縮チューブ24の収縮を同時に行う加熱工程とを備えているので、加熱工程が減少して生産性が向上する。また、熱収縮チューブ24の収縮によって当接部21からの接着剤のはみ出しが抑制されるほか、当接部21から接着剤がはみ出した場合でも、当接部21が熱収縮チューブ24によって覆われているため、はみ出した接着剤は熱収縮チューブ24の収縮により磁石19の外周面に押圧され薄膜状態で硬化するとともに、硬化後は熱収縮チューブ24によって保持されるために、はみ出した接着剤の除去工程を不要とできる。
【0023】
また、磁石19の両端面も熱収縮チューブ24で覆うことによって接着剤や磁石19の飛散を更に効果的に防止することができる。また、磁石19の当接部21または対向部21aの少なくとも一方に溜まり部22を備えることによって、当接部21からの接着剤のはみ出しが更に抑制される効果を得ることができる。
【0024】
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は、その磁石の断面図である。磁石19の軸方向端面には内周面側に除肉部25が設けられており、この除肉部25は、磁石19の当接部21に設けた接着剤の溜まり部22を構成している。ヨーク部17に磁石19を挿入時に磁石端面に溜まった接着剤が、磁石19が接着位置に配置され互いに当接した時に、溜まった接着剤が除肉部25に収容される位置に除肉部25は設置されている。2個の磁石19の軸方向の長さは、ヨーク部17の軸方向の長さよりも僅かに長く(図6中のA寸法)、磁石19は反段部側でヨーク部17から軸方向に僅かに突出する突出部26を有した寸法となっている。ヨーク部17の外周面および磁石19の内周面に接着剤を塗布して磁石19を図6のように組付けて、接着剤を加熱硬化する。
【0025】
実施の形態2はこのように構成されており、当接部21に溜まり部22を備えたので、接着面から溢れた接着剤が溜まり部22に収納されて接着剤のはみ出しを抑制できる。少なくとも溜まり部22を当接部21に設けているので、当接面からの接着剤のはみ出しを効果的に抑制できる。また、溜まり部22は、磁石19に設けた除肉部25であるので、磁石19のプレス時に同時に形成できるなど容易に構成できる。また、突出部26を備えたので、接着面からはみ出した接着剤が、突出部26の内周面側に保持されるため、接着剤の飛散に対して有利な構成とすることができる。
【0026】
実施の形態3.
この発明の実施の形態3を、図8および図9に基づいて説明する。図8は回転子の軸方向の断面図、図9は、その磁石の断面図である。磁石19の軸方向の両端面には内周面側にテーパー面からなる除肉部25が設けられている。この除肉部25の端面は互いに当接して溜まり部22を構成するとともに、その当接部21の対向部21aに設けた溝部23も溜まり部22を構成しており、除肉部25の他側は接着剤の液溜まりを構成している。溜まり部22には、当接部21を内周側から外周方向に押圧するべく作用する弾性体からなるOリング27が配設されている。ヨーク部17の外周面および磁石19の内周面に接着剤を塗布して磁石19およびOリング27を図8のように組付けて、接着剤を加熱硬化する。
【0027】
実施の形態3はこのように構成されており、溜まり部22にOリング27を備えたので、当接部21からのはみ出しを更に効果的に抑制できる。Oリング27は、当接部21を外周方向に押圧するべく作用するため接着面のクリアランスが均一化されて接着され、磁石19のヨーク部17に対する同軸度が向上して回転バランスに優れ低騒音でコギングトルクやトルクリップルが小さい電動パワーステアリング装置用ブラシレスモータに好適な回転電機を得ることができる。また、除肉部25の他側は段部18に当接して接着剤の液溜まりをなし、反段部側端面の除肉部25も接着剤の液溜まりをなしているため、接着剤のはみ出しが抑制でき、接着強度も向上する。また、除肉部25は磁石19の両側に設けたので組付け時に方向性がなく、除肉部25は磁石19のプレス時に同時に形成できるなど容易に構成できる。
【0028】
また、除肉部25はテーパー面であるので、塗布された接着剤が磁石19の組付け時に除去されにくく、また、溜まった接着剤が接着面に補給され易いため、強固に接着され接着力も安定する。
【0029】
また、溜まり部22を、ヨーク部17に設けた溝部23および磁石19に設けた除肉部25で構成しているので、接着剤のはみ出しを更に効果的に抑制することができる。
【0030】
実施の形態4.
この発明の実施の形態4を、図10に基づいて説明する。図10は回転子の軸方向の断面図である。磁石19は図9と同様であって、除肉部25が設けられている。この除肉部25の端面は互いに当接して、その当接部21にはシール手段をなす両面テープ28が設けられている。両面テープ28はその両面に接着性を有しており、2個の磁石19の当接面21において可撓性を有した状態で接合している。ヨーク部17の外周面および磁石19の内周面に接着剤を塗布して磁石19を図10のように組付けて、接着剤を加熱硬化する。
【0031】
実施の形態4はこのように構成されており、当接部21にシール手段をなす両面テープ28を備えたので、当接部21がシールされて接着剤のはみ出しを抑制できる。両面テープ28によって可撓性を有した状態で2個の磁石19が接合されているので、両磁石の内径面に少しの軸心ずれがあった場合でも、ヨーク部17にスムーズに組み付けることができて、接着剤が除去されることが抑制され、またはみ出しも抑制できる。また、除肉部25はテーパー面であるので、塗布された接着剤が磁石19の組付け時に除去されにくく、また、除肉部25に溜まった接着剤が接着面に補給され易いため、強固に接着され接着力も安定する。
【0032】
また、2個の磁石19を個別に組付けた場合でも、溜まり部22によって接着剤のはみ出しを抑制でき、更に当接部21に両面テープ28を備えたので、当接部21がシールされて接着剤のはみ出しを抑制できる。
【0033】
実施の形態5.
この発明の実施の形態5を、図11に基づいて説明する。図11は回転子の軸方向の断面図である。磁石19は図4と同様であって、3個の磁石19が軸方向に当接してヨーク部17の外周面に接着される。磁石19の当接部21が対応する対向部21aには溝部23を有しており、接着剤の溜まり部22を構成している。ヨーク部17と3個の磁石19の軸方向の長さは略同一寸法となっており、ヨーク部17の両端面にはテーパー面からなる面取り29を備えている。
【0034】
実施の形態5はこのように構成されており、当接部21の対向部21aに溝部23からなる溜まり部22を備えたので、接着剤のはみ出しを抑制できるとともに接着強度が向上する。ヨーク部17の両端面にはテーパー面からなる面取り29を備えているので、塗布された接着剤が磁石19の組付け時に除去されにくく、また、面取り29は溜まり部をなしており溜まった接着剤が接着面に補給され易く強固に接着され接着力も安定する。
【0035】
また、図11には段部18を備えていないためイナーシャが少なく、軸方向寸法が短い回転電機を得ることができる。更に、図11の磁石19の外表面を熱収縮チューブ24で覆うことによって、接着剤のはみ出しが更に抑制されるとともに、回転強度に優れた小型の回転電機を得ることができる。
【0036】
以上は、回転電機として電動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。
【0037】
【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、この固定子コアの内周側に配設された回転子のシャフトに一体形成されたヨーク部と、このヨーク部の外周面に接着される複数の円筒形の磁石と、この磁石が軸方向において互いに当接する当接部と前記ヨーク部における前記当接部が対向する対向部との少なくとも何れか一方に設けられた接着剤の溜まり部とを備えたので、接着剤のはみ出しが抑制されるとともに、磁石の固定強度に優れた部品点数が少ない回転電機を得ることができる。
【0038】
シャフトに一体形成されたヨーク部の外周面と複数の円筒形の磁石の内周面との間に接着剤を塗布し、前記ヨーク部の外周面に前記複数の磁石を配設する工程と、前記複数の磁石の外周面に熱収縮チューブを被せる工程と、前記接着剤の硬化ならびに前記熱収縮チューブの収縮を同時に行う加熱工程とを備えたので、加熱工程が減少するとともに、はみ出した接着剤の除去工程が不要となるなど生産性に優れた回転電機の製造方法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を示すシャフトの正面図である。
【図4】この発明の実施の形態1を示す磁石の断面図である。
【図5】この発明の実施の形態1を示すシャフトに磁石を組付けた断面図である。
【図6】この発明の実施の形態2を示す回転子の軸方向の断面図である。
【図7】この発明の実施の形態2を示す磁石の断面図である。
【図8】この発明の実施の形態3を示す回転子の軸方向の断面図である。
【図9】この発明の実施の形態3を示す磁石の断面図である。
【図10】この発明の実施の形態4を示す回転子の軸方向の断面図である。
【図11】この発明の実施の形態5を示す回転子の軸方向の断面図である。
【符号の説明】
1 モータ(回転電機)、 4 回転子、 8 固定子コア、 16 シャフト、 17 ヨーク部、 18 段部、 19 磁石、 20 ヌスミ部、 21 当接部、 21a 対向部、 22 溜まり部、 23 溝部、 24 熱収縮チューブ、 25 除肉部、 26 突出部、 27 Oリング、 28 両面テープ(シール手段)、 29 面取り。
Claims (9)
- 筒状の固定子コアと、この固定子コアの内周側に配設された回転子のシャフトに一体形成されたヨーク部と、このヨーク部の外周面に接着される複数の円筒形の磁石と、この磁石が軸方向において互いに当接する当接部と前記ヨーク部における前記当接部が対向する対向部との少なくとも何れか一方に設けられた接着剤の溜まり部とを備えたことを特徴とする回転電機。
- 溜まり部は、ヨーク部に設けた溝部であることを特徴とする請求項1記載の回転電機。
- 溜まり部は、磁石に設けた除肉部であることを特徴とする請求項1記載の回転電機。
- 溜まり部には、Oリングを備え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。
- 当接部には、シール手段を備え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。
- シャフトは、このシャフトに一体形成され、磁石の軸方向の一端が当接する段部を備え、前記段部とヨーク部との間にはヌスミ部を備えた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。
- 磁石は、その外周面が熱収縮チューブで覆わ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。
- 電動パワーステアリング装置用ブラシレスモータに使用され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。
- シャフトに一体形成されたヨーク部の外周面と複数の円筒形の磁石の内周面との間に接着剤を塗布し、前記ヨーク部の外周面に前記複数の磁石を配設する工程と、前記複数の磁石の外周面に熱収縮チューブを被せる工程と、前記接着剤の硬化ならびに前記熱収縮チューブの収縮を同時に行う加熱工程とを備えることを特徴とする回転電機の製造方法。
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