JP2009038906A - Ｉｐｍモータ及び電動パワーステアリング装置 - Google Patents

Abstract

【課題】接着剤を使用することなく磁石埋込孔内に永久磁石を固定することが可能なＩＰＭモータ及びこのＩＰＭモータを備えた電動パワーステアリング装置の提供を目的とする。
【解決手段】本発明のＩＰＭモータ１０によれば、永久磁石３０を１対のＯリング２６，２６によって磁石埋込孔２３内に固定したので、接着剤で永久磁石３０を固定してなる従来のＩＰＭモータにて起こり得る問題を解消することができる。また、１対のＯリング２６，２６はそれぞれ係合溝２５，２５に係合しているので、磁石埋込孔２３に永久磁石３０を挿入する際に、Ｏリング２６，２６が永久磁石３０と一緒に磁石埋込孔２３内を移動することが防止される。また、本発明の電動パワーステアリング装置１００によれば、従来のＩＰＭモータで起こり得る不具合を原因とする操舵フィーリングや静粛性に対する悪影響を防止することができる。
【選択図】図３

Description

本発明は、ロータヨークに形成された複数の磁石埋込孔内に、それぞれ永久磁石を固定して備えたＩＰＭ（Ｉｎｔｅｒｉｏｒ Ｐｅｒｍａｎｅｎｔ Ｍａｇｎｅｔ）モータと、このＩＰＭモータを備えた電動パワーステアリング装置に関する。

この種の従来のＩＰＭモータは、永久磁石を接着剤によって磁石埋込孔内に固定していた（例えば、特許文献１参照）。
特開２００７−６８３１８号公報（段落［００３０］、第８図）

ところが、上述した従来のＩＰＭモータでは、接着剤の硬化時間が必要となるため生産性が悪かった。また、接着剤の塗布量を一定にすることが困難なため、各磁石埋込孔において永久磁石の固定位置がばらついてしまう。さらに、ロータの高速回転による遠心力で接着剤が剥がれる事態が起こり得る。すると、永久磁石が磁石埋込孔内でがたついて異音が生じるという問題があった。そして、このような従来のＩＰＭモータを電動パワーステアリング装置の動力源とすると、操舵フィーリングや静粛性に悪影響を及ぼす虞があった。

本発明は、上記事情に鑑みてなされたもので、接着剤を使用することなく磁石埋込孔内に永久磁石を固定することが可能なＩＰＭモータ及びこのＩＰＭモータを備えた電動パワーステアリング装置の提供を目的とする。

上記目的を達成するためになされた請求項１の発明に係るＩＰＭモータ（１０）は、ロータヨーク（２１）に形成された複数の磁石埋込孔（２３）の内部に永久磁石（３０）を固定して備えたＩＰＭモータ（１０）において、各磁石埋込孔（２３）の長手方向における両端寄り位置の内側面に形成された１対の係合溝（２５，２５）と、１対の係合溝（２５，２５）に係合しかつ、永久磁石（３０）の外側面と磁石埋込孔（２３）の内側面とに密着した１対のエラストマー製リング（２６，２６）とを備えたところに特徴を有する。ここで、念の為に述べておくが「エラストマー」とは、ゴム状弾性を有する高分子材料（具体的には、ゴムや樹脂）のことである。

請求項２の発明は、請求項１に記載のＩＰＭモータ（１０）において、複数の円形鋼板（２１Ａ）を積層してロータヨーク（２１）が構成されると共に、各円形鋼板（２１Ａ）に形成したプレス孔（２３Ａ）を円形鋼板（２１Ａ）の間で連通させて磁石埋込孔（２３）が形成され、円形鋼板（２１Ａ）のうち、ロータヨーク（２１）の両端寄り部分を構成した円形鋼板（２１Ａ）のプレス孔（２３Ａ）を、他の円形鋼板（２１Ａ）のプレス孔（２３Ａ）よりも大きくすることで、１対の係合溝（２５，２５）が形成されたところに特徴を有する。

請求項３の発明は、請求項１又は２に記載のＩＰＭモータ（１０）において、磁石埋込孔（２３）の長手方向における一端側に配設されたエラストマー製リング（２６）の内側には弾性膜（２７）が一体形成され、その弾性膜（２７）の弾発力で磁石埋込孔（２３）内の永久磁石（３０）が長手方向における他端側に付勢されると共に、ロータヨーク（２１）の端面に固定されて、磁石埋込孔（２３）の長手方向における他端側の開口を塞いだエンドプレート（２４）を備えたところに特徴を有する。

請求項４の発明に係る電動パワーステアリング装置（１００）は、請求項１乃至３の何れかに記載のＩＰＭモータ（１０）を、車両（１１０）の転舵輪（１０１）を転舵する際のハンドル操作に必要な操舵力を補助するための動力源として備えたところに特徴を有する。

［請求項１の発明］
請求項１の発明によれば、ロータヨークの両端寄り位置に形成された１対の係合溝に１対のエラストマー製リングを係合させた状態で、永久磁石を磁石埋込孔に挿入すると、永久磁石の外側面と磁石埋込孔の内側面とに１対のエラストマー製リングが密着して、永久磁石が磁石埋込孔の内部に固定される。これにより、従来のように接着剤で永久磁石を固定してなるＩＰＭモータにて起こり得る上記問題を解消することができる。また、１対のエラストマー製リングはそれぞれ係合溝に係合しているので、磁石埋込孔に永久磁石を挿入する際に、エラストマー製リングが永久磁石と一緒に磁石埋込孔内を移動することが防止される。さらに、永久磁石を磁石埋込孔に挿入する際に、永久磁石の外側面が磁石埋込孔の内側面と擦れることが防止されるので、永久磁石の表面処理材（メッキ等）が剥がれることもない。

［請求項２の発明］
本発明に係るロータヨークは、金属磁性粉末と樹脂粉末とを混合し金型で圧縮成形した圧粉磁心で構成してもよいし、請求項２の発明のように、複数の円形鋼板を積層して構成してもよい。複数の円形鋼板を積層してロータヨークを構成した場合には、各円形鋼板に形成されたプレス孔を円形鋼板の間で連通させて磁石埋込孔を形成し、ロータヨークの両端寄り部分を構成する円形鋼板のプレス孔を、他の円形鋼板のプレス孔より大きくすることで１対の係合溝を形成することができる。

［請求項３の発明］
請求項３の発明によれば、永久磁石を磁石埋込孔に挿入すると、エラストマー製リングの内側に一体形成された弾性膜が永久磁石に押されて磁石埋込孔の長手方向の一端側に伸び、その弾発力で永久磁石が磁石埋込孔の長手方向の他端側に付勢される。その状態でロータヨークの端面にエンドプレートを取り付けると、弾性膜によって付勢された永久磁石がエンドプレートに突き当てられて、永久磁石が磁石埋込孔の長手方向において位置決めされる。

［請求項４の発明］
請求項４の電動パワーステアリング装置によれば、本発明に係るＩＰＭモータを動力源として備えているので、従来のＩＰＭモータで起こり得る不具合を原因とする操舵フィーリングや静粛性に対する悪影響を防止することができる。

［第１実施形態］
以下、本発明の第１実施形態を図１〜図６に基づいて説明する。本実施形態のＩＰＭモータ１０は、例えばブラシレスモータであってステータコア１１の中心にロータ２０を備える。ステータコア１１は、円筒体の内周面から複数（例えば１２本）のティース１３を内側に突出させた構造をなし、各ティース１３には電線１４が巻回されている。

図３に示すように、ロータ２０は、円板状をなした複数の電磁鋼板２１Ａ（具体的には珪素鋼板。本発明の「円形鋼板」に相当する）を積層してなる円柱状のロータヨーク２１の中心をロータシャフト２２が貫通した構造になっている。図２に示すように、ロータヨーク２１には、その外周縁に沿って界磁用の複数の永久磁石３０が環状に並べて埋設されている。具体的には、ロータヨーク２１の外周縁に沿って配置された複数の磁石埋込孔２３が、図３に示すようにロータ２０の軸方向に貫通しており、それら各磁石埋込孔２３に帯板状の永久磁石３０がそれぞれ挿入されている。また、ロータヨーク２１の両端面には、電磁鋼板２１Ａと同一径の円板状をなした非磁性体のエンドプレート２４，２４が固定されており、それらエンドプレート２４，２４によってロータヨーク２１に形成された各磁石埋込孔２３の両端開口が塞がれている。ここで、図３に示すように、永久磁石３０の長手方向の両端面は両エンドプレート２４，２４に突き当てられており、磁石埋込孔２３内における永久磁石３０の長手方向への移動が禁止されている。なお、本実施形態において磁石埋込孔２３は、ロータヨーク２１の周方向を例えば１０等配するように配置されている。

図２に示すように、磁石埋込孔２３は、ロータ２０の軸方向から見た断面が長方形となっている。詳細には、図４に示すようにロータヨーク２１を構成する各電磁鋼板２１Ａには、複数の長方形のプレス孔２３Ａが外周縁に沿って形成されており、複数の電磁鋼板２１Ａを積層したときにそれらプレス孔２３Ａを各電磁鋼板２１Ａの間で連通させて磁石埋込孔２３が形成されている（図３参照）。

また、永久磁石３０は、ロータ２０の軸方向から見た断面が長方形となっており、そのの板厚方向に磁束が貫通するように着磁されている。そして、ロータ２０に備えた各永久磁石３０は、以下に説明する固定構造によってそれぞれ磁石埋込孔２３内に固定されている。

即ち、図３に示すように、磁石埋込孔２３の長手方向における両端寄り位置の内側面には１対の係合溝２５，２５が形成されている。各係合溝２５は、磁石埋込孔２３の内側面を全周に亘って段付き状に陥没させた構造をなしている。詳細には、ロータヨーク２１を構成する複数の電磁鋼板２１Ａのうち、ロータヨーク２１の両端寄り部分を構成する電磁鋼板２１Ａ（本実施形態では両端部から４，５枚目の電磁鋼板２１Ａ）のプレス孔２３Ａ（図４（Ｂ）参照）を、他の部分を構成する電磁鋼板２１Ａのプレス孔２３Ａ（図４（Ａ）参照）よりも一回り大きくする（詳細には、プレス孔２３Ａの長方形の短辺のみを長くする）ことで、１対の係合溝２５，２５が形成されている。

これら１対の係合溝２５，２５には、本発明の「エラストマー製リング」に相当するゴム製のＯリング２６，２６が係合している。Ｏリング２６は軸方向から見た平面形状が長方形のリング状をなしている（図４（Ｂ）参照）。そして、Ｏリング２６の内側に永久磁石３０が挿入されると、Ｏリング２６は磁石埋込孔２３の内側面の全周と永久磁石３０の外側面の全周とに密着するように弾性変形し、このときの弾発力によって各永久磁石３０の両端部を磁石埋込孔２３内に固定している。

なお、図４（Ａ）に示すように、永久磁石３０のうちＯリング２６，２６が嵌合していない部分では、磁束の貫通方向（永久磁石３０の板厚方向）における永久磁石３０と磁石埋込孔２３の内側面との間のエアギャップが、磁束の貫通方向と直交する方向のエアギャップに比べて小さくなるように構成されている。このようにすることで、磁束を有効利用しかつ磁束漏れを防ぐことが可能となっている。以上が本実施形態の構成の説明である。

ところで、本実施形態のＩＰＭモータ１０は以下のようにして製造される。まず、ロータヨーク２１の各磁石埋込孔２３に１対のＯリング２６，２６を取り付ける。即ち、磁石埋込孔２３の両端開口からＯリング２６，２６を挿入し、それぞれ係合溝２５，２５に係合させておく。

次いで、図５に示すように、永久磁石３０を磁石埋込孔２３の一端側から挿入する。すると、１対のＯリング２６，２６が弾性変形して、その弾発力によって永久磁石３０が磁石埋込孔２３の内部に固定される。

ここで、Ｏリング２６，２６は、それぞれ係合溝２５，２５に係合されているので、永久磁石３０の挿入時に、永久磁石３０と一緒にＯリング２６，２６が磁石埋込孔２３の内部を移動することが防止される。また、永久磁石３０の挿入過程で、永久磁石３０の外側面が磁石埋込孔２３の内側面に擦れることはないので、永久磁石３０の表面を覆った表面処理材（例えば、メッキ等）が剥がれることはない。さらに、Ｏリング２６，２６はゴム製だから、永久磁石３０の外側面とＯリング２６，２６とが擦れても表面処理材が剥がれることはない。

全ての磁石埋込孔２３に永久磁石３０を挿入したら、ロータヨーク２１の両端面にそれぞれエンドプレート２４，２４をかしめて固定する。以上でロータ２０が完成であり、このロータ２０を、図１に示すようにステータ１１内に挿入すると共に、ロータシャフト２２を図示しないベアリングにて軸支して、ＩＰＭモータ１０が完成する。

このように、本実施形態のＩＰＭモータ１０によれば、永久磁石３０を１対のＯリング２６，２６によって磁石埋込孔２３内に固定したので、接着剤で永久磁石３０を固定してなる従来のＩＰＭモータにて起こり得る問題、即ち、接着剤の硬化時間が必要なため生産性が悪い、接着剤の塗布量がばらつくため各磁石埋込孔内における永久磁石の固定位置がばらつく、接着剤が剥がれて永久磁石ががたつき異音が生じる、といった問題を解消することができる。

次に、このＩＰＭモータ１０を使用した電動パワーステアリング装置１００について説明する。図６に示すように、この電動パワーステアリング装置１００は、車両１１０に備えた１対の転舵輪１０１，１０１の間に差し渡された転舵輪間シャフト１０２と、その転舵輪間シャフト１０２の外側を覆ったシャフトケース１０３とを備えている。転舵輪間シャフト１０２の両端は、タイロッド１０２Ｔ，１０２Ｔを介して各転舵輪１０１，１０１に連結され、シャフトケース１０３は、車両１１０の本体に固定されている。また、転舵輪間シャフト１０２の中間部分にはラック（図示せず）が形成され、シャフトケース１０３の中間部を側方から貫通したピニオン（図示せず）がこのラックに噛合している。

ピニオンの上端部にはインターミディエートシャフト１０５（以下、「インタミシャフト１０５」という）が連結され、そのインタミシャフト１０５の上端部にはステアリングシャフト１０６が連結され、さらにそのステアリングシャフト１０６の上端部にはハンドル１０７が連結されている。そして、インタミシャフト１０５とステアリングシャフト１０６との連結部分に、減速機構１０８を介してモータ１０のロータ２０が連結されている。また、ステアリングシャフト１０６には、舵角センサ１１１とトルクセンサ１１２とが取り付けられ、ハンドル１０７の操舵角θｓを検出すると共に、ステアリングシャフト１０６にかかる操舵抵抗Ｔｆ（負荷トルク）を検出している。さらに、転舵輪１０１の近傍には、転舵輪１０１の回転に基づいて車速Ｖを検出するための車速センサ１１３が設けられている。そして、操舵制御装置１１４が、舵角センサ１１１、トルクセンサ１１２及び車速センサ１１３の検出信号に基づいた運転状況に応じてモータ１０を駆動し、これにより運転者によるハンドル操作をモータ１０で補助して転舵輪１０１，１０１を転舵することができる。

本実施形態の電動パワーステアリング装置１００によれば、上述したＩＰＭモータ１０をハンドル１０７の操舵力を補助するための動力源として備えたので、従来のＩＰＭモータ１０で起こり得る不具合（磁石埋込孔内における永久磁石の固定位置のばらつきや、永久磁石のがたつき）を原因とする操舵フィーリングや静粛性に対する悪影響を防止することができる。

［第２実施形態］
本実施形態は図７及び図８に示されており、１対のＯリング２６のうち、磁石埋込孔２３の長手方向における一端側（図７及び図８における下側）に配設されたＯリング２６の内側にゴム製の弾性膜２７が一体形成されている点が、上記第１実施形態と異なる。

図８に示すように、弾性膜２７は磁石埋込孔２３への永久磁石３０の挿入時に、永久磁石３０に押されて磁石埋込孔２３の長手方向の一端側（挿入方向の前方側）へと弾性変形し、その弾発力によって、永久磁石３０を磁石埋込孔２３の長手方向の他端側（挿入方向の後方側）へと付勢している。そして、この永久磁石３０はロータヨーク２１の端面に固定されたエンドプレート２４に押し付けられており、これにより、永久磁石３０が磁石埋込孔２３の長手方向において位置決めされている。その他の構造に関しては、第１実施形態と同様であり、同一部位については同一符号を付すことで重複した説明は省略する。

本実施形態の構成でも上記第１実施形態と同等の効果を奏する。また、上記第１実施形態では、永久磁石３０の両端面を１対のエンドプレート２４，２４に突き当てることで永久磁石３０を長手方向で位置決めしていたので、永久磁石３０の長さを磁石埋込孔２３の長手方向の寸法と正確に一致させる必要があるが、本実施形態によれば、永久磁石３０の長さが磁石埋込孔２３の長手方向の寸法と幾分異なっていても、永久磁石３０を長手方向で位置決めすることができる。

［他の実施形態］
本発明は、前記実施形態に限定されるものではなく、例えば、以下に説明するような実施形態も本発明の技術的範囲に含まれ、さらに、下記以外にも要旨を逸脱しない範囲内で種々変更して実施することができる。

（１）前記実施形態では、本発明に係る「エラストマー製リング」としてのＯリング２６がゴム製であったが、ゴム以外のゴム状弾性を有する高分子材料（熱可塑性エラストマー、具体的には、ウレタン樹脂）で構成してもよい。また、断面円形のＯリング２６以外に、断面Ｄ形のＤリング、断面Ｔ形のＴリング、断面矩形の角リングでもよい。

（２）磁石埋込孔２３の長手方向における両端部に加えて、長手方向における中央部にもエラストマー製リング（ゴム製のＯリング２６）を配置してもよい。

（３）前記実施形態では、ロータヨーク２１の外周縁に沿って１０個の永久磁石３０が埋設されていたが、ロータヨーク２１における永久磁石３０の配置や数はこれに限るものではない。

（４）前記実施形態の永久磁石３０の断面は長方形であったが、扁平な台形状でもよい。

（５）前記実施形態において、ロータヨーク２１は電磁鋼板２１Ａを積層して構成されていたが、金属磁性粉末と樹脂粉末とを混合し金型で圧縮成形した圧粉磁心で構成してもよい。

本発明の第１実施形態に係るＩＰＭモータの平断面図 ロータの平断面図 ロータの部分側断面図 （Ａ）磁石埋込孔の平面図、（Ｂ）磁石埋込孔及びＯリングの平面図 永久磁石の挿入過程におけるロータの部分側断面図 電動パワーステアリング装置の概念図 第２実施形態に係るロータヨークの部分側断面図 ロータの部分側断面図

符号の説明

１０ ＩＰＭモータ
２１ ロータヨーク
２１Ａ 電磁鋼板（円形鋼板）
２３ 磁石埋込孔
２３Ａ プレス孔
２４ エンドプレート
２５ 係合溝
２６ Ｏリング（エラストマー製リング）
２７ 弾性膜
３０ 永久磁石
１００ 電動パワーステアリング装置
１０１ 転舵輪
１０７ ハンドル
１１０ 車両

Claims (4)

1. ロータヨークに形成された複数の磁石埋込孔の内部に永久磁石を固定して備えたＩＰＭモータにおいて、
   前記各磁石埋込孔の長手方向における両端寄り位置の内側面に形成された１対の係合溝と、
   前記１対の係合溝に係合しかつ、前記永久磁石の外側面と前記磁石埋込孔の内側面とに密着した１対のエラストマー製リングとを備えたことを特徴とするＩＰＭモータ。
2. 複数の円形鋼板を積層して前記ロータヨークが構成されると共に、前記各円形鋼板に形成したプレス孔を前記円形鋼板の間で連通させて前記磁石埋込孔が形成され、
   前記円形鋼板のうち、前記ロータヨークの両端寄り部分を構成した前記円形鋼板の前記プレス孔を、他の前記円形鋼板の前記プレス孔よりも大きくすることで、前記１対の係合溝が形成されたことを特徴とする請求項１に記載のＩＰＭモータ。
3. 前記磁石埋込孔の長手方向における一端側に配設された前記エラストマー製リングの内側には弾性膜が一体形成され、
   その弾性膜の弾発力で前記磁石埋込孔内の前記永久磁石が前記長手方向における他端側に付勢されると共に、
   前記ロータヨークの端面に固定されて、前記磁石埋込孔の長手方向における他端側の開口を塞いだエンドプレートを備えたことを特徴とする請求項１又は２に記載のＩＰＭモータ。
4. 請求項１乃至３の何れかに記載のＩＰＭモータを、車両の転舵輪を転舵する際のハンドル操作に必要な操舵力を補助するための動力源として備えたことを特徴とする電動パワーステアリング装置。