JP2010207075A

JP2010207075A - 電動モータおよびロータ

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Publication number: JP2010207075A
Application number: JP2009236839A
Authority: JP
Inventors: Takatoshi Sakata; 隆敏阪田; Masahiko Kono; 晶彦河野
Original assignee: JTEKT Corp
Current assignee: JTEKT Corp
Priority date: 2009-02-09
Filing date: 2009-10-14
Publication date: 2010-09-16
Anticipated expiration: 2029-10-14
Also published as: CN102308456A; JP5493675B2; CN105406625A; EP2395631A4; US8872396B2; US20110291498A1; EP2395631A1; WO2010090303A1; EP2395631B1

Abstract

【課題】ロータ本体に対する永久磁石保持部材の固定が確実であって、ロータ本体の加工が容易で、安価に製作できる電動モータのロータを提供する。
【解決手段】ロータは、円筒状のロータ本体28の外周部に固定状に設けられた合成樹脂製の永久磁石保持部材29に、複数の永久磁石21が保持されているものである。ロータ本体28の外周面が円筒面で、ロータ本体28の両端部において外周部の周方向複数箇所に、回り止め凹部30が形成されている。永久磁石保持部材29が、ロータ本体28の両端面外周部に密着する円環部31と、ロータ本体28の外周面において両円環部31を連結するとともに永久磁石21を保持する連結部32とからなる。永久磁石保持部材29に、ロータ本体28の回り止め凹部30にはまる複数の回り止め凸部33が一体に形成されている。
【選択図】図４

Description

この発明は、たとえば自動車のトランスミッションに油圧を供給する油圧ポンプとして使用される電動ポンプユニットなどにおける電動モータおよびロータに関する。

自動車のトランスミッションには油圧ポンプにより油圧が供給されるが、省エネルギなどの観点から停車時にエンジンを停止するいわゆるアイドルストップ（アイドリングストップ）を行う自動車では、アイドルストップ時にもトランスミッションへの油圧供給を確保するために、電動油圧ポンプが使用されるようになっている。

自動車用電動油圧ポンプは、車体の限られたスペースに搭載されるため、コンパクト化が要求され、また、軽量化およびコスト低減も要求される。このような要求に応えるため、ポンプ、ポンプ駆動用電動モータおよび電動モータのコントローラが共通のユニットハウジング内に組み込まれた電動ポンプユニットが提案されている（たとえば特許文献１参照）。

この種の電動ポンプユニットにおける電動モータには、ロータに永久磁石を用いたＤＣブラシレスモータが用いられる。従来のＤＣブラシレスモータでは、円筒状のロータ本体の外周面にリング形状またはセグメント形状の永久磁石が接着剤で固定されていた（たとえば特許文献２参照）。

特開２００４−３５３５３６号公報実開平６−５２３７６号公報

上記のようにロータ本体に永久磁石が接着剤で固定されている場合、厳しい環境下で使用されるモータでは、接着剤が剥がれるおそれがある。

接着剤の剥がれによる永久磁石の脱落を避けるため、セグメント形状の永久磁石をロータ本体の外周面に合成樹脂でモールドしたり、ロータ本体の外周部に固定状に設けられた合成樹脂製保持器のような永久磁石保持部材でセグメント形状の永久磁石を保持することが考えられる。その場合、ロータ本体の横断面形状が円形であると、回転により合成樹脂が円周方向に滑り、確実に固定できない。合成樹脂のすべりを防止するには、ロータ本体の横断面形状を非円形たとえば多角形にする必要があるが、そうすると、ロータ本体の加工が困難で、また、ロータの対向する面の対称度も精度良く製作する必要があり、高価なものとなる。

電動ポンプユニット以外の電動モータの場合にも、同様の問題がある。

この発明の目的は、上記の問題を解決し、ロータ本体に対する永久磁石保持部材の固定が確実であって、ロータ本体の加工が容易で、安価に製作できる電動モータおよびロータを提供することにある。

この発明によるロータは、円筒状のロータ本体の外周部に固定状に設けられた合成樹脂製の永久磁石保持部材に、複数の永久磁石が保持されている電動モータのロータにおいて、ロータ本体の外周面が円筒面で、ロータ本体の両端部において外周部の周方向複数箇所に、回り止め凹部が形成されており、永久磁石保持部材が、ロータ本体の両端面外周部に密着する円環部と、ロータ本体の外周面において両円環部を連結するとともに永久磁石を保持する連結部とからなり、永久磁石保持部材に、ロータ本体の回り止め凹部にはまる複数の回り止め凸部が一体に形成されていることを特徴とするものである。

永久磁石保持部材は、たとえば、型を用いて合成樹脂をロータ本体の外周部にモールドすることにより、ロータ本体と一体化される。

ロータ本体の回り止め凹部に永久磁石保持部材の回り止め凸部がはまり合っているため、ロータ本体の外周面が円筒面であっても、回転によりロータ本体に対して永久磁石保持部材が円周方向に滑ることがなく、永久磁石保持部材の固定が確実である。ロータ本体の外周面が円筒面であるから、その加工が容易で、安価に製作できる。

ロータ本体に形成される回り止め凹部は、たとえば、ロータ本体の端面外周部から外周面端部にわたる切欠き状のものである。この場合、永久磁石保持部材の回り止め凸部は、両円環部の互いに対向する面に形成される。回り止め凹部は、ロータ本体の端面および外周面の一方の複数箇所または両者の複数箇所に形成された有底穴状のものでもよい。いずれの場合も、永久磁石保持部材の回り止め凸部は、ロータ本体の回り止め凹部に対応する位置に設けられる。

この発明のロータにおいて、たとえば、永久磁石保持部材の連結部が、軸方向にのびて両円環部を連結する複数の棒状部からなり、各棒状部の円環部より径方向外側にのびた部分に、周方向両側に張り出した永久磁石保持用爪部が一体に形成され、隣接する棒状部の爪部の間に永久磁石が保持されるようになされている。

このようにすれば、永久磁石保持部材を軽量化し、かつ、爪部によって永久磁石を確実に保持することができる。

トランスミッション用の電動ポンプユニットのさらなる小型化を図るために、ポンプとポンプ駆動用電動モータをトランスミッションハウジングに組み込み、油冷による電動モータの小型化およびシールの廃止を目的として、トランスミッションハウジング内に導入した油の中で電動モータを駆動する構造を採用することが考えられる。このような油中で電動モータを駆動する構造では、電動モータを構成するロータの回転に起因する攪拌抵抗によりモータ効率が低下するという問題がある。

このような場合、上記のロータにおいて、たとえば、爪部が形成された棒状部の外径が、ロータ本体の回転方向前側にいくにつれて小さくなっている。

このようにすれば、電動モータを油中で駆動する場合でも、ロータの回転による攪拌抵抗が小さく、モータ効率の低下が抑えられる。

たとえば、ロータ本体が、電動モータのモータ軸の一部が拡径した拡径部で形成されている。

たとえば、電動モータのモータ軸が、ロータ本体に形成された貫通穴に通されて固定されており、貫通穴にキーみぞが設けられている。

このようにした場合、ロータ本体を、モータ軸とは別に、焼結体で構成することができる。そして、永久磁石保持部をロータ本体の外周部に一体成型する場合、キーみぞを位相合わせのために使用することができ、型および成型工程の簡素化が可能である。また、ロータ本体に形成された貫通穴にキーみぞを設けるだけであるから、ロータ本体を焼結体で構成する場合の型の構造も簡素化される。

この発明による電動モータは、この発明によるロータを備えていることを特徴とするものである。

この発明の電動モータおよびロータによれば、上記のように、ロータ本体に対する永久磁石保持部材の固定が確実であって、しかもロータ本体の加工が容易で、安価に製作することができる。

図１は、この発明の第１実施形態を示す電動ポンプユニットの縦断面図である。図２は、図１のII−II線に沿う拡大矢視図である。図３は、図２のIII−III線に沿う拡大断面図である。図４は、電動モータのロータの仮想的な分解斜視図である。図５は、この発明の第２実施形態を示す図２相当の図面である。図６は、この発明の第３実施形態を示す電動モータのロータの仮想的な分解斜視図である。

(3) 電動モータ
(20) ロータ
(21) 永久磁石
(28) ロータ本体
(29) 永久磁石保持部材
(30) 回り止め凹部
(31) 円環部
(32) 連結部
(33) 回り止め凸部
(34) 棒状部
(35) 永久磁石保持用爪部
(36) 貫通穴
(37) キーみぞ

以下、図面を参照して、この発明を自動車の油圧ポンプに使用される電動ポンプユニットにおける電動モータに適用した実施形態について説明する。

図１は、この発明の第１実施形態を示す電動ポンプユニットの縦断面図である。なお、以下の説明において、図面の左側を前、同右側を後とする。

電動ポンプユニットは、ユニットハウジング(1)内に、ポンプ(2)と、ポンプ(2)を回転駆動する電動モータ(3)が一体に組み込まれたものである。モータ(3)のコントローラ(4)も、ハウジング(1)内に組み込まれている。この例では、ポンプ(2)はトロコイドポンプ、モータ(3)は３相巻線を有するＤＣブラシレスセンサレスモータである。

ユニットハウジング(1)は、ポンプハウジング(5)、ポンププレート(6)、モータハウジング(7)および蓋(8)よりなり、ポンプハウジング(5)、モータハウジング(7)および蓋(8)により防水ハウジング(9)が構成されている。

ポンプハウジング(5)は、前後方向と直交する方向に広がりを持つ厚肉板状のものであり、その中心に、前部が開口したポンプ室(10)が形成されている。ポンプハウジング(5)の前面に、ポンププレート(6)がＯリング(11)を介して固定され、ポンプ室(10)の前面が塞がれている。ポンプ室(10)内に、ポンプ(2)を構成するアウタギヤ(12)が回転自在に収容され、アウタギヤ(12)の内側に、これとかみ合うインナギヤ(13)が配置されている。図示は省略したが、ポンププレート(6)には、油入口と油出口が設けられている。

モータハウジング(7)は、円筒状をなし、その前端が、シール(14)を介してポンプハウジング(5)の後面外周寄りの部分に固定されている。モータハウジング(7)の後端開口が、蓋(8)により塞がれている。

ポンプハウジング(5)の後端面の中心に、モータハウジング(7)より小径の円筒部(5a)が一体に形成され、円筒部(5a)内の後部に設けられた軸受装置(15)により、前後方向にのびるポンプ駆動モータ軸(16)が片持ち支持されている。この例では、軸受装置(15)は、前後に隣接する２個の転がり軸受である玉軸受(17)よりなり、各軸受(17)の内輪(17a)がモータ軸(16)に固定され、外輪(17b)が円筒部(5a)に固定されている。モータ軸(16)の前部は、ポンプハウジング(5)の後壁に形成された穴(18)の部分を貫通してポンプ室(10)内に進入し、その前端がインナギヤ(13)に連結されている。円筒部(5a)内の軸受装置(15)より前側の部分とモータ軸(16)の間に、シール(19)が設けられている。

円筒部(5a)より後方に突出したモータ軸(16)の後端部に、モータ(3)を構成するモータロータ(20)が固定されている。ロータ(20)は、モータ軸(16)の後端から半径方向にのびかつ軸受装置(15)の外周を囲む円筒状のものであり、その外周に永久磁石(21)が固定されている。モータ軸(16)、ロータ(20)およびポンプ(2)のインナギヤ(13)を含む回転部分の重心の軸方向位置が、軸受装置(15)の軸方向範囲内にある。この例では、上記重心の軸方向位置が、軸受装置(15)を構成する２個の玉軸受(17)の間にある。

ロータ(20)に対向するモータハウジング(7)の内周に、モータ(3)を構成するモータステータ(22)が固定状に設けられている。ステータ(22)は、積層鋼板よりなるコア(23)にインシュレータ（合成樹脂製絶縁体）(24)が組み込まれ、インシュレータ(24)の部分にコイル(25)が巻きつけられたものである。この例では、ステータ(22)は、コア(23)の外周において接着などの適宜な手段によりモータハウジング(7)の内周に固定されている。

インシュレータ(24)の後端に、コントローラ(4)の基板(26)が固定され、基板(26)に、コントローラ(4)を構成する部品(27)が取り付けられている。部品は基板(26)の前面および後面の少なくとも一方の所定位置に配置されるが、図面には、基板(26)の後面に取り付けられた部品(27)が１個示されている。

図２〜図４は、ロータ(20)の詳細を示している。図２は図１のII−II線に沿う拡大矢視図、図３は図２のIII−III線に沿う拡大断面図、図４はロータ(20)の仮想的な分解斜視図である。

ロータ(20)は、円筒状のロータ本体（バックヨーク）(28)の外周に合成樹脂製の永久磁石保持部材(29)が固定状に設けられ、保持部材(29)を周方向に等分する複数箇所（この例では８箇所）にセグメント形状の永久磁石(21)が保持されたものである。

ロータ本体(28)は、たとえば焼結により形成されたものであり、モータ軸(16)に固定されたフランジ部(28a)と、フランジ部(28a)の外周端に一体に形成されて軸受装置(15)の外周を囲むように前方にのびた円筒部(28b)とからなる。モータ軸(16)は、フランジ部(28a)に形成された円形貫通穴(36)に圧入により固定されている。円筒部(28b)の外周面全体が円筒面で、外周面の横断面形状は円形である。円筒部(28b)の両端部の外周部において、周方向に等分する複数箇所（この例では８箇所）に、回り止め凹部(30)が形成されている。この例では、凹部(30)は、円筒部(28b)の両端面の最外周部に形成されて、円筒部(28b)の端面外周部から外周面端部にわたる切欠き状のものである。

保持部材(29)は、型を用いて合成樹脂を円筒部(28b)の外周部にモールドすることにより、円筒部(28b)と一体化されている。保持部材(29)は、円筒部(28b)の両端面外周部に密着する円環部(31)と、円筒部(28b)の外周面において両円環部(31)を連結するとともに永久磁石(21)を保持する連結部(32)とからなる。両円環部(31)の互いに対向する面に、円筒部(28b)の凹部(30)にはまる複数の回り止め凸部(33)が一体に形成されている。連結部(32)は、軸方向にのびて両円環部(31)を連結する複数の棒状部(34)からなる。棒状部(34)は、円環部(31)を周方向に等分する複数箇所（この例では８箇所）で、凸部(33)と同じ周方向位置に形成されている。棒状部(34)は円環部(31)より径方向外側にのびた横断面Ｖ状の部分を有し、この部分の両側先端部に、周方向両側に張り出した永久磁石保持用爪部(35)が一体に形成されている。そして、隣接する棒状部(34)の爪部(35)の間に永久磁石(21)が軸方向から挿入されて保持されている。

なお、保持部材(29)はロータ本体(28)に一体に成形されたものであるから、両者は分離されることはないが、両者の構成を理解しやすくするために、図４では両者を分離した分解斜視図として示している。

ロータ本体(28)の円筒部(28b)に形成される回り止め凹部は、上記のような円筒部(28b)の端面から外周面にわたる切欠き状の凹部(30)ではなく、円筒部(28b)の端面および外周面の一方の複数箇所または両者の複数箇所に形成された有底穴でもよい。その場合、保持部材(29)の回り止め凸部は、有底穴である凹部に対応する位置に設けられる。ロータ本体が焼結体である場合、穴の加工は困難であるから、上記のような切欠き状の凹部(30)が好ましい。

上記のモータ(3)およびそのロータ(20)では、ロータ本体(28)の回り止め凹部(30)に永久磁石保持部材(29)の回り止め凸部(33)がはまり合っているため、ロータ本体(29)の外周面全体が円筒面で、外周面の横断面形状が円形であっても、回転によりロータ本体(28)に対して永久磁石保持部材(29)が円周方向に滑ることがなく、永久磁石保持部材(29)の固定が確実である。そして、ロータ本体(28)の外周面が円筒面であるから、その加工が容易で、安価に製作できる。

上記の電動ポンプユニットでは、モータ軸(16)の軸方向１箇所が軸受装置(15)により片持ち支持され、その軸受装置(15)の外周を囲むようにモータロータ(20)が設けられている構造であるから、モータ軸(16)の長さが短くてすみ、さらなるコンパクト化が可能である。また、モータ軸(16)、モータロータ(20)およびポンプ(2)のインナギヤ(13)を含む回転部分の重心の軸方向位置が、軸受装置(15)の軸方向範囲内にあるから、回転部分を安定良く回転支持することができる。さらに、上記重心の軸方向位置が、軸受装置(15)を構成する２個の玉軸受(17)の間にあるから、回転部分をより安定良く回転支持することができる。また、ポンプハウジング(5)に一体に形成された円筒部(5a)だけで軸受装置(15)を支持することができ、他に軸受装置(15)を支持するための部材が不要である。このため、さらなる部品点数の低減が可能であり、さらなる軽量化およびコスト低減が可能である。

図５は、この発明の第２実施形態を示す図２相当の図面（ロータ(20)の背面図）である。図５において、図２のものに相当する部分には、同一の符号を伏している。

第２実施形態の場合、ロータ本体フランジ部(28a)の貫通穴(36)に少なくとも１つのキーみぞ(37)が形成されている。この例では、２つのキーみぞ(37)が、穴(36)の対称２箇所に形成されている。また、永久磁石保持部材(29)の爪部(35)が形成された棒状部(34)の外周は円筒状であり、各棒状部(34)の外径が、ロータ本体(28)の回転方向前側にいくにつれて小さくなっている。この場合も、モータ軸(16)は、穴(36)に圧入により固定されている。

他は、第１実施形態の場合と同様である。

第２実施形態では、棒状部(34)の外径が、ロータ本体(28)の回転方向前側にいくにつれて小さくなっていので、電動モータ(3)を油中で駆動する場合でも、ロータ(20)の回転による攪拌抵抗が小さく、モータ効率の低下が抑えられる。永久磁石保持部材(29)をロータ本体(28)の外周部に一体成型するときに、穴(36)のキーみぞ(37)を位相合わせのために使用することができ、型および成型工程の簡素化が可能である。また、ロータ本体(28)に形成された貫通穴(36)にキーみぞ(37)を設けるだけであるから、ロータ本体(28)を焼結体で構成する場合の型の構造も簡素化される。

図６は、この発明の第３実施形態を示す図４相当の図面（ロータ(20)の仮想的な分解斜視図）である。図６において、図４のものに相当する部分には、同一の符号を伏している。

第３実施形態の場合、ロータ本体(28)は、モータ軸(16)に一体に形成されており、モータ軸(16)の一部に形成された拡径部がロータ本体(28)となっている。ロータ本体(28)の両端面外周部に形成された回り止め凹部(30)は、有底円形穴である。これに対応して、永久磁石保持部材(29)の円環部(31)に形成された回り止め凸部(33)は、断面円形の突起である。この場合は、モータ軸(16)の２箇所が、図示しない軸受装置により回転支持される。

他は、第１実施形態の場合と同様である。

電動ポンプユニットの全体構成および各部の構成は、上記実施形態のものに限らず、適宜変更可能である。

たとえば、上記実施形態では、軸受装置が転がり軸受で構成されているが、軸受装置はすべり軸受で構成されてもよい。

また、この発明は、自動車用電動ポンプユニット以外の電動モータにも適用できる。

Claims

円筒状のロータ本体の外周部に固定状に設けられた合成樹脂製の永久磁石保持部材に、複数の永久磁石が保持されている電動モータのロータにおいて、
ロータ本体の外周面が円筒面で、ロータ本体の両端部において外周部の周方向複数箇所に、回り止め凹部が形成されており、
永久磁石保持部材が、ロータ本体の両端面外周部に密着する円環部と、ロータ本体の外周面において両円環部を連結するとともに永久磁石を保持する連結部とからなり、永久磁石保持部材に、ロータ本体の回り止め凹部にはまる複数の回り止め凸部が一体に形成されていることを特徴とするロータ。
永久磁石保持部材の連結部が、軸方向にのびて両円環部を連結する複数の棒状部からなり、各棒状部の円環部より径方向外側にのびた部分に、周方向両側に張り出した永久磁石保持用爪部が一体に形成され、隣接する棒状部の爪部の間に永久磁石が保持されるようになされていることを特徴とする請求項１のロータ。
爪部が形成された棒状部の外径が、ロータ本体の回転方向前側にいくにつれて小さくなっていることを特徴とする請求項２のロータ。
ロータ本体が、電動モータのモータ軸の一部が拡径した拡径部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項のロータ。
電動モータのモータ軸が、ロータ本体に形成された貫通穴に通されて固定されており、貫通穴にキーみぞが設けられていることを特徴とする請求項１〜３のいずれか１項のロータ。
請求項１〜６のいずれが１項のロータを備えていることを特徴とする電動モータ。