JP2005073319A

JP2005073319A - 回転電機および回転電機の製造方法

Info

Publication number: JP2005073319A
Application number: JP2003209141A
Authority: JP
Inventors: Yoichi Suzuki; 洋一鈴木
Original assignee: Mitsuba Corp
Current assignee: Mitsuba Corp
Priority date: 2003-08-27
Filing date: 2003-08-27
Publication date: 2005-03-17

Abstract

【課題】アーマチュアの振れ回りなどに起因する振動や騒音の発生を防止する。
【解決手段】ヨーク４の底部６の中央に圧入した軸受７と、ブラケット５の圧入した軸受８とでアーマチュア２を軸支する回転電機１において、軸受７を圧入する支持部６１の周辺に板厚の薄い肉薄部６ｂをプレス加工によって形成し、肉厚６ｃが相対的に厚くなる肉厚部６ｃとの間に段部６２を形成した。底部６に凹形状を形成する段部６２は、アーマチュア２のコイル２３に臨む内側に形状してある。
【選択図】図１

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、界磁に永久磁石を使用する回転電機に関する。
【０００２】
【従来の技術】
従来、界磁に永久磁石を使用する回転電機としては、円筒状のヨークと、ヨーク内に対向して固定された永久磁石と、ヨークの軸受の支持部内に収容した軸受により一端が回転自在に支持されたシャフトと、シャフトに固定されたコイルと、シャフトの一端部に固定された整流子と、整流子の表面にスプリングの弾性力により当接したブラシなどを有するものが知られている（例えば、特許文献１、特許文献２参照。）。
【０００３】
ここで、コイルは、軸線方向に延びた複数のティースに導線を巻き回して構成してある。また、シャフトを支持する軸受は、ヨークの円筒部の端部を封じる略円形の底部の回転中心付近に形成した凹部に収容してある。なお、特許文献１および特許文献２には、車両のハンドル操作力をアシストする電動パワーステアリング装置用のモータが開示してある。
【０００４】
【特許文献１】
特開２０００−１６６１６９号公報（段落番号００１９、第１図）
【特許文献２】
特開２０００−１９０８５６号公報（段落番号００１９から００２１、第２図）
【０００５】
【発明が解決しようとする課題】
ところで、電動パワーステアリング装置などのように大きな出力が要求される回転電機では、その分だけアーマチュアのコイルの巻線を増やす必要がある。しかしながら、巻線が増えてコイル外径が大きくなると、底部との接触を防止するために、回転電機の軸線方向の長さを大きくしなければならないという問題が発生する。
また、アーマチュアが大型化し、アーマチュアのイナーシャも増大することが知られている。アーマチュアを大型化するにはヨークの円筒部の外形も大きくする必要があるが、円筒部の外形が大きくなると底部の強度が相対的に低下してしまう。ヨークの強度が相対的に低下すると、回転電機の稼動時に軸受の支持部に振動が発生したり、振動に起因する騒音が発生したりする。さらに、アーマチュアの振れ回りも大きくなり振動や騒音が発生しやすくなる。これに対して、底部に必要とされる強度を確保するために、板厚を増加させると回転電機の重量も増加するし、新たな生産設備の導入が必要となる。
よって、本発明は、回転電機の高出力化に伴い発生する上記の課題を解決し、アーマチュアの振れ回りなどに起因する振動や騒音の発生を防止できる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】
上記の課題を解決する本発明の請求項１にかかる発明は、有底筒形状のヨークとアーマチュアとを有し、前記ヨークの底部には前記アーマチュアのシャフトを軸支する軸受の軸受支持部を設けると共に、前記軸受支持部の周囲に段部を設けたことを特徴とする回転電機とした。
このように構成した回転電機は、軸受支持部の周囲に段部を設けることで、底部の強度を増加させることができる。また、軸受支持部の周囲の内側の肉厚を減少させるように段部を形成すると軸受支持部の周囲からアーマチュアのコイルまでの距離が長くなり、コイルと底部が接触することを防止できる。
【０００７】
請求項２にかかる発明は、請求項１に記載の回転電機において、前記段部はプレス加工により形成され、前記段部から前記軸受支持部までの板厚を前記段部の外側の板厚よりも減少させた肉薄部を形成してあることを特徴とする。
このように構成した回転電機は、底部にプレス加工を行って、軸受を圧入する軸受支持部の周囲の板厚を減少させると共に、この部分を加工硬化させてある。これにより、軸受支持部の周囲が肉薄部となり、肉薄部の外側でこれを囲むように相対的に板厚の厚い肉厚部となる。そして、両者の境界が段部となる。軸受支持部の周囲に加工硬化を起こさせるのは、軸受支持部が軸受を支持する強度を向上させるためである。
【０００８】
請求項３にかかる発明は、請求項２に記載の回転電機において、前記肉薄部は前記底部にその内側から板厚を減少させて形成してあることを特徴とする。
このように構成した回転電機は、プレス加工により底部に形成される肉薄部を形成するので、肉薄部の板厚が減少する分だけヨーク内の空間が大きくなる。
【０００９】
請求項４にかかる発明は、請求項１に記載の回転電機において、前記段部は切削加工により形成され、前記段部から前記軸受支持部までの板厚をその外側よりも減少させた肉薄部を形成してあることを特徴とする。
このように構成した回転電機は、切削加工により底部に肉薄部を形成してあるので、肉薄部の板厚が減少する分だけヨーク内の空間が大きくなる。
【００１０】
請求項５にかかる発明は、有底筒形状のヨークの底部にプレス加工によって軸受を圧入する軸受支持部を形成し、この軸受支持部に前記軸受を圧入した後にアーマチュアのシャフトを圧入する回転電機の製造方法において、前記底部の中央に前記ヨークの開放端側からプレス加工を行って前記軸受支持部を形成し、さらに前記軸受支持部の周囲に前記ヨークの開放端側から再度プレス加工を行い前記軸受支持部の周囲の板厚を減少させたことを特徴とする回転電機の製造方法とした。
この回転電機の製造方法は、回転電機の構成要素であるヨークを製造するにあたり、軸受支持部をプレス加工で形成する工程に続いて、軸受支持部の周囲の板厚を減少させるプレス加工を行う。
【００１１】
【発明の実施の形態】
発明の実施形態について図面を参照しながら詳細に説明する。
図１の断面図に示すように、回転電機１は、ロータであるアーマチュア２の外周に界磁部となる永久磁石３を配設してステータを構成した直流ブラシモータであり、永久磁石３を固定した有底筒状のヨーク４をブラケット５で覆うと共に、ヨーク４の底部６に圧入したベアリング７とブラケット５に圧入したベアリング８とでアーマチュア２を軸支する。
【００１２】
図２に詳細な形状を示すヨーク４は、深絞り鋼板をプレス加工するなどして一体的に形成した円筒部９と、円筒部９の一端を閉塞する底部６とを有する。円筒部９の開放端９ａには、その周方向に沿って段差部４１を形成すると共に、開放端９ａの縁部を外周方向に屈曲させてフランジ４２を形成してある。このフランジ４２には、図１に示すブラケット５に羅着する際に用いる貫通孔４３を形成してある。このフランジ４２は、図２のＡ矢視図である図３に示すように周方向に均一でない異形状のフランジである。
【００１３】
図１に示すように、ヨーク４の円筒部９の内周には永久磁石３が配設される。この永久磁石３は、円筒部９の周方向に所定の間隔に４つ固定してある。ヨーク４に対する永久磁石３の固定部は、円筒部９の中心軸Ｃの軸線方向において永久磁石３を挟んで対向する環状のホルダ３１およびスペーサ３２と、ホルダ３１およびスペーサ３２に係合させられる円筒形状のスペーサ３３とからなる。すなわち、永久磁石３の軸線方向の固定は、円筒部９の閉塞された端部側において底部６に当接するように装着したホルダ３１と、開放端９ａ（図２参照）側から装着されるスペーサ３２とで行う。永久磁石３の周方向の固定は、ホルダ３１の外縁を一定の間隔で軸線方向に延ばした延設部３１ａと、この延設部３１ａと同じ間隔でスペーサ３２の外縁を軸線方向に延ばした延設部３２ａとの間に永久磁石３を配設することにより行う。永久磁石３の径方向の固定は、マグネットカバー３３で永久磁石３を円筒部９の内面に押し付けることで行う。マグネットカバー３３の固定は、環状のホルダ３１の内縁を軸線方向に立設させた爪部３１ｂと、環状のスペーサ３２の内縁を軸線方向に窪ませた係合部３２ｂとにマグネットカバー３３の端部をそれぞれ係合させることにより行う。
【００１４】
ヨーク４の底部６には、円筒部９に連なる周縁部６ａを有する円形の板材からなり、その中心部にベアリング７を圧入する軸受支持部６１を有する。軸受支持部６１は、プレス加工により底部６を外側に突出させたもので、有底の円筒形状を有する。
【００１５】
また、底部６の内側には、軸受支持部６１から円筒部９に連なる周縁部６ａに至るまでの間に、軸受支持部６１の周囲に、軸受支持部６１を中心として同心円状に段部６２を有する。この段部６２は、段部６２から軸受支持部６１までの間の底部６（肉薄部６ｂ）を底壁とし、段部６２から周縁部６ａまでの間の底部６（肉厚部６ｃ）を上壁とし、肉薄部６ｂと肉厚部６ｃとをつなぐ面を側壁とするもので、側壁の高さ分だけ肉薄部６ｂの板厚が肉厚部６ｃの板厚よりも薄くなっている。肉薄部６ｂは後に詳細を説明するプレス加工によって軸受支持部６１の周囲を有段成形することにより形成したものであり、加工硬化により肉厚部６ｃよりも強度を高めてある。
【００１６】
ブラケット５は、ヨーク４と嵌合させられる一端５ａから、これに対向する他端５ｂに至る間に隔壁５１を有する円筒で、ヨーク４に固定するネジ１１を羅入するネジ溝５２を形成したフランジ５３を備える。隔壁５１により区画される凹部のうち、ヨーク４側の凹部にはアーマチュア２に給電するブラシ７１を配設したブラシホルダステー７２がネジ留めしてある。ブラシ７１は、スプリングによってコンミテータ２４に向けて付勢されており、アーマチュア２の回転時にはコンミテータ２４とブラシ７１とが摺接する。隔壁５１を挟んで対向する他端５ｂ側の凹部には回転電機１の出力軸１２に連結するトルクリミッタアセンブリ１３を配設してある。また、隔壁５１に中心軸Ｃに沿って形成した貫通孔にはアーマチュア２を軸支するベアリング８を圧入してある。
【００１７】
アーマチュア２は、ベアリング７，８に軸支されるシャフト２１に固定した複数のティース２２に導線を巻き回してコイル２３を形成してある。コイル２３を形成する導線は、シャフト２１に取り付けられ、ブラシ７１に当接するコンミテータ２４にも巻き掛けてある。導線は、ティース２２に対して多重に巻き回わされるので、コイル２３の軸線方向の長さは、ティース２２の長さよりも長くなる。
【００１８】
次に、この実施形態における回転電機１の製造方法と、回転電機１の作用を説明する。
まず、ヨーク４の製造工程において、板材を多段階に分けてプレス加工し、端部が閉塞された円筒部９を形成する。そして、図４に示すようなプレス機８１のホルダ８２とプレート８３とで円筒部９およびフランジ４２で位置決めを行いつつ、軸受支持部６１の外径にほぼ等しい凹部を有するダイ８４を、絞り方向と反対の方向から底部６に当接させる。この状態で、軸受支持部６１の内径に相当する突部８５ａを備えるパンチ８５を開放端９ａ側から送り込んで、ダイ８４とパンチ８５とで底部６の中央部分に対してプレス加工を行い、軸線方向で、かつヨーク４の長さを増大させる方向（絞り方向）に底部６の中央部分を所定形状で突出させ、軸受支持部６１を形成する。軸受支持部６１の内面は後にベアリング７（図１参照）を圧入するために所定の形状寸法を有して形成される。
【００１９】
さらに、図５に示すように、軸受支持部６１を形成した突部８５ａを備える第一パンチ８６と、円筒部９に接する第三パンチ８８とを固定した状態で、第一パンチ８６と第二パンチ８８との間に配設した第二パンチ８７を所定量だけ送り込んで、軸受支持部６１の周囲に、軸受支持部６１を中心として有段成形を行い、肉厚部６ｃを上壁、肉薄部６ｂを底壁とする段部６２を形成する。第二パンチ８７は環状のパンチで、第二パンチ８７の幅により底部６に形成される肉薄部６ｂの半径方向の長さが定まる。また、第二パンチ８７の送り量により肉薄部６ｂの板厚が定まる。第二パンチ８７によるプレス加工時に、底部６（肉薄部６ｂ）が加工硬化し、その強度が向上する。パンチ８５を分割金型にすると、位置決めや段取りが楽になる。しかしながら、パンチ８５とは別に段部６２を形成するための専用のパンチを用いても良い。
【００２０】
段部６２を形成したらプレス機８１から取り出してフランジ４２を所定の形状に打ち抜くと共に、貫通孔４３（図２参照）を形成する。なお、開放端９ａ側の段差部４１は、フランジ４２を打ち抜く前であれば、円筒部９を形成する絞り加工時に形成しても良いし、底部６の段部６２を形成した後に形成しても良い。
【００２１】
このようにして形成したヨーク４の軸受支持部６１にベアリング７を圧入すると共に、上記のホルダ３１およびスペーサ３２ならびにマグネットカバー３３を用いて永久磁石３を固定し、ステータとしての界磁部を形成する。
【００２２】
一方、ロータとなるアーマチュア２は、シャフト２１に固定したティース２２およびコンミテータ２４に導線を巻き回したものを用意する。アーマチュア２は、最初にブラケット５のベアリング８に挿入し、トルクリミッタアセンブリ１３を介して出力軸１２とシャフト２１とを連結させる。また、ブラケット４に配設したブラシ７１とコンミテータ２４との接触状態を調整する。
【００２３】
ブラケット５にアーマチュア２を組み付けたら、その組立体をヨーク４に装着し、ネジ１１で固定する。この際に、アーマチュア２のシャフト２１の一端がヨーク４の底部６の軸受支持部６１に挿入され、ベアリング７に軸支される。また、ブラシホルダステー７２をブラケット５に取り付けるネジの頭がスペーサ３２で押さえつけられ、ネジの脱落が防止される。
【００２４】
このようにして製造される回転電機１は、ヨーク４の底部６に、上記したような段部６２を形成することで加工硬化を起こし、底部６の強度を増加させている。したがって、ヨーク４の径が大きい場合であっても底部６の強度を充分に確保できる。これにより、ベアリング７の固定強度を向上させることができるので、アーマチュア２のイナーシャが大きい場合であっても振れ回りや騒音の発生を防止できる。なお、底部６に肉薄部分を形成することで底部６の強度を向上させているので、回転電機１の全長が長くなることはない。
【００２５】
また、段部６２により形成される肉薄部分は、軸受支持部６１の近傍が、アーマチュア２のコイル２３に臨む内面が凹形状になるように形成されるので、その分だけアーマチュア２のコイル２３から軸受支持部６１までの距離が増大し、コイル２３の収容スペースが増大する。このようにスペースを増大させると、導線の巻き数が多くてコイル２３の外形が大きいときであっても、底部６と導線とが接触しないので、底部６がアーマチュア２の回転を干渉することはない。さらに、製造工程においては、軸受支持部６１を形成するプレス機８１を利用して肉薄部６ｂを形成することができるので、大きな設備変更が要らない。また、位置決めが容易であるし、加工時間も短縮できる。
【００２６】
このような効果を得るために、肉薄部６ｂと、未加工の相対的に板厚が大きい肉厚部６ｃとの間の板厚の差は、０ｍｍより大きく、１．５ｍｍ以下であることが望ましい。板厚の差が１．５ｍｍを越えると、板厚の減少が大きすぎて強度低下が生じるからである。
【００２７】
なお、図２に示すようなヨーク４の開放端９ａ側の段差４１は、異形状のフランジ４２を形成するときに円筒部９の変形を防ぎ、円筒部９の真円度を向上させる働きを有する。円筒部９の真円度が良好であると、アーマチュア２の触れ回りを防止できるし、ブラケット５とヨーク４の嵌合部の防水が確実になる。また、段差４１を設けると、その分だけ開放端９ａの径を大きくできるので、アーマチュア２および界磁部の径を抑えつつ、ブラケット５の径を大きくできる。ブラケット５の径が大きいと、例えば、コンミテータ２４と接触して磨耗しやすいブラシ７１の有効長を長くしたり、ブラケット５で片持ち状態に固定される回転電機１の取り付け剛性を向上させたりできる。
【００２８】
ここで、この回転電機１の使用例としては、上記したように、自動車の電動パワーステアリング装置の駆動用モータがあげられる。電動パワーステアリング装置は、ステアリングホールの回転を、これに連結したステアリングコラムを介してステアリングギヤに伝達し、タイヤを操向させるステアリング装置において、運転者の操作を所定のセンサで検出した結果に基づいてタイヤの操向を駆動用モータでアシストする構成を有する。駆動用モータは、コラムの回転をアシストするコラムアシストタイプと、ステアリングギヤがラックピニオン式の場合にピニオンの回転をアシストするピニオンアシストタイプと、ラックの移動をアシストするラックアシストタイプとがある。この実施形態の回転電機１は、比較的に大きなアシスト力を必要としないコラムアシストタイプまたはピニオンタイプに好適であるが、大きな力を必要とするラックアシストタイプであっても使用することができる。
【００２９】
本発明は上記の実施形態に限定されずに広く応用することができる。
例えば、段部６２は、切削加工により形成しても良い。この場合の切削加工は軸受支持部６１を形成した後に行う。このようにして回転電機１を作製すると軸線方向の長さの増大を防止できる。
また、底部６の外側に、上述した段部６２と同様な段部を形成しても良い。この段部によりアーマチュア２のコイル２３から底部６までの距離は変化しないが、段部により肉厚が変化することで底部６の強度が向上する。
【００３０】
さらに、ヨーク４の円筒部９の径がさらに大きい場合などに、底部６の段部６２を同心円状に複数形成することがあげられる。このような形状を有する底部６は、加工硬化により強度をさらに上昇させることができる。この場合においても軸受支持部６１の周囲は、アーマチュア２のコイル２３との間の所定のスペースが形成されるように、底部６の内側を凹形状にして、肉薄にすることが望ましい。
【００３１】
【発明の効果】
以上説明したように、請求項１によれば、段部を有することで底部の強度を高めることができるので、底部の厚肉にする必要がなくなり、回転電機の小型化や、軽量化が図れる。また、段部を内側に形成すると、回転電機の軸線方向の長さを増大させることなく、軸受支持部の周囲とアーマチュアのコイルまでの距離を長くできるので、回転電機を小型化できる。
請求項２によれば、軸受を介してアーマチュアを支持する支持部の周囲の強度を加工硬化させることにより向上したので、軸受の固定が強固になって、アーマチュアの振れ回りによる振動や、騒音の発生を防止できる。
請求項３によれば、底板を加工硬化させるにあたり、底部の内側が凹形状になるように肉薄部を形成し、アーマチュアのコイルとヨークの底部との間の距離を離したので、コイルが大きくなっても、コイルと底部とが接触することはない。
請求項４によれば、切削加工を用いることで簡単に軸受支持部の周囲とアーマチュアのコイルまでの距離を長くすることができる。
請求項５によれば、支持部のプレス加工と板厚を減少させるプレス加工とを同じプレス装置で連続して行うことが可能になるので、新しい設備を導入する必要がない。また、プレス加工時の位置決めなどが容易になるので、加工時間を短縮できる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の実施形態における回転電機の断面図である。
【図２】ヨークの断面図である。
【図３】図２のＡ矢視図である。
【図４】ヨークの製造方法を説明する図である。
【図５】ヨークの製造方法を説明する図である。
【符号の説明】
１回転電機
２アーマチュア
４ヨーク
６底部
６ｂ肉薄部
６ｃ肉厚部
７軸受
９円筒部
２３コイル
６１軸受支持部
６２段部

Claims

有底筒形状のヨークとアーマチュアとを有し、前記ヨークの底部には前記アーマチュアのシャフトを軸支する軸受の軸受支持部を設けると共に、前記軸受支持部の周囲に段部を設けたことを特徴とする回転電機。
前記段部はプレス加工により形成され、前記段部から前記軸受支持部までの板厚を前記段部の外側の板厚よりも減少させた肉薄部を形成してあることを特徴とする請求項１に記載の回転電機。
前記肉薄部は前記底部にその内側から板厚を減少させて形成してあることを特徴とする請求項２に記載の回転電機。
前記段部は切削加工により形成され、前記段部から前記軸受支持部までの板厚をその外側よりも減少させた肉薄部を形成してあることを特徴とする請求項１に記載の回転電機。
有底筒形状のヨークの底部にプレス加工によって軸受を圧入する軸受支持部を形成し、この軸受支持部に前記軸受を圧入した後にアーマチュアのシャフトを圧入する回転電機の製造方法において、
前記底部の中央に前記ヨークの開放端側からプレス加工を行って前記軸受支持部を形成し、さらに前記軸受支持部の周囲に前記ヨークの開放端側から再度プレス加工を行い前記軸受支持部の周囲の板厚を減少させたことを特徴とする回転電機の製造方法。