JP2015154665A - ロータ及びロータの製造方法 - Google Patents

Abstract

【課題】永久磁石の脱落を抑制できるとともに、組み付け時に永久磁石の表面が傷つくことを低減できるロータ及びロータの製造方法を提供する。
【解決手段】ロータ４は、ロータコア２２と、ロータコア２２に埋め込まれる態様で固定される永久磁石２３とを備える。ロータコア２２は、該ロータコア２２が軸方向に二分割された形状の第１及び第２コア３１，３２を組み合わせることにより構成される。第１及び第２コア３１，３２の外周縁部には、永久磁石２３が内部に配置される軸方向に貫通した複数の挿入孔３６，３７がそれぞれ形成される。挿入孔３６，３７には、内周側に突出する複数の突起４７，４８が軸方向に間隔を空けてそれぞれ形成されている。永久磁石２３には、第１コア３１の突起４７がロータ４の軸方向一端側に傾倒した状態で当接するとともに、第２コア３２の突起４８がロータ４の軸方向他端側に傾倒した状態で当接する。
【選択図】図２

Description

本発明は、ロータ及びロータの製造方法に関する。

従来、回転電機のロータとして、ロータコアに形成された挿入孔に永久磁石を挿入することにより、該永久磁石をロータコアに埋め込む態様で固定する所謂埋込磁石型のロータが広く知られている。

こうしたロータにおける永久磁石の固定方法としては、切り起こし加工等により挿入孔の内周面に弾性変形可能な突起（弾性部）を設け、該突起により永久磁石を挿入孔の内周面に押し付けて固定する方法が知られている（例えば、特許文献１）。この方法では、例えば接着剤等を用いて永久磁石を固定する方法に比べ、低コストで容易にロータを製造できるといった利点がある。

特許第３７４０３５３号公報（段落［００７７］及び図６）

ところで、上記特許文献１の構成において突起が永久磁石を押し付ける力が小さいと、例えば回転電機の作動に伴う振動等に起因して、該永久磁石が挿入孔から脱落する虞がある。そこで、例えば突起の弾性係数（バネ定数）を高く設定することで、該突起による押付力を増加させ、永久磁石を強固に固定することが考えられる。しかし、この場合には、永久磁石を挿入孔内に挿入する際に、突起によって永久磁石の表面が傷つき易くなるという問題があり、その改善が求められていた。

本発明は、上記問題点を解決するためになされたものであって、その目的は、永久磁石の脱落を抑制できるとともに、組み付け時に永久磁石の表面が傷つくことを低減できるロータ及びロータの製造方法を提供することにある。

上記課題を解決するロータは、軸方向に延びる挿入孔が形成されたロータコアと、前記挿入孔に挿入された永久磁石とを備え、前記ロータコアには、前記挿入孔の内周側に突出するとともに軸方向に弾性変形可能な突起が設けられ、前記突起には、軸方向一端側に傾倒した状態で前記永久磁石に当接する第１突起、及び軸方向他端側に傾倒した状態で前記永久磁石に当接する第２突起が含まれることを要旨とする。

ロータの軸方向一端側に傾倒した第１突起は、永久磁石がロータの軸方向一端側に移動する際には傾倒したままであるが、永久磁石がロータの軸方向他端側に移動する際には該永久磁石の移動に伴って起き上がることで、永久磁石を強く押し付けるようになる。一方、ロータの軸方向他端側に傾倒した第２突起は、永久磁石がロータの軸方向他端側に移動する際には傾倒したままであるが、永久磁石がロータの軸方向一端側に移動する際には該永久磁石の移動に伴って起き上がることで、永久磁石を強く押し付けるようになる。したがって、上記構成のようにロータコアに第１及び第２突起を設けることで、永久磁石が軸方向のいずれに移動しようとした際にも押付力が増大するため、永久磁石が挿入孔から抜け出ることを抑制できる。そのため、突起の弾性係数を予め高く設定せずともよく、永久磁石を挿入孔内に挿入する際に、突起によって永久磁石の表面が傷つき難くなる。

上記課題を解決するロータの製造方法は、軸方向に延びる挿入孔が形成されたロータコアと、前記挿入孔に挿入された永久磁石とを備え、前記ロータコアには、前記挿入孔の内周側に突出するとともに軸方向に弾性変形可能な突起が設けられ、前記突起には、軸方向一端側に傾倒した状態で前記永久磁石に当接する第１突起、及び軸方向他端側に傾倒した状態で前記永久磁石に当接する第２突起が含まれるロータの製造方法であって、前記ロータコアとして、該ロータコアが軸方向に分割された形状の第１及び第２コアを組み合わせることにより構成されるものを用い、前記第１コアに形成された挿入孔に前記永久磁石が該永久磁石の軸方向一端部側から挿入されるように、これら前記第１コアと前記永久磁石とを組み付け、前記第２コアに形成された挿入孔に前記永久磁石が該永久磁石の軸方向他端部側から挿入されるように、これら前記第２コアと前記永久磁石とを組み付けることを要旨とする。

上記構成によれば、第１コアの挿入孔に、永久磁石がその軸方向一端部側から挿入されるため、第１コアに設けられた突起はロータの軸方向一端側に傾倒する。つまり、第１コアの突起は、第１突起として機能するようになる。また、第２コアの挿入孔には、永久磁石がその軸方向他端部側から挿入されるため、第２コアに設けられた突起はロータの軸方向他端側に傾倒する。つまり、第２コアの突起は、第２突起として機能するようになる。このように永久磁石に対する第１及び第２コアの組み付け方向を互いに逆向きにすることで、ロータコアに第１及び第２突起を容易に設けることができる。

上記課題を解決するロータの製造方法は、軸方向に延びる挿入孔が形成されたロータコアと、前記挿入孔に挿入された永久磁石とを備え、前記ロータコアには、前記挿入孔の内周側に突出するとともに軸方向に弾性変形可能な突起が設けられ、前記突起には、軸方向一端側に傾倒した状態で前記永久磁石に当接する第１突起、及び軸方向他端側に傾倒した状態で前記永久磁石に当接する第２突起が含まれるロータの製造方法であって、前記永久磁石として、該永久磁石が軸方向に分割された形状の第１及び第２磁石を組み合わせることにより構成されるものを用い、前記第１磁石が前記挿入孔に前記ロータコアの軸方向一端側から挿入されるように、前記第１磁石と前記ロータコアとを組み付け、前記第２磁石が前記挿入孔に前記ロータコアの軸方向他端側から挿入されるように、前記第２磁石と前記ロータコアとを組み付けることを要旨とする。

上記構成によれば、第１磁石が挿入孔にロータの軸方向一端側から挿入されるため、第１磁石に当接した突起はロータの軸方向他端側に傾倒する。つまり、第１磁石に当接する突起は、第２突起として機能するようになる。また、第２磁石が挿入孔にロータの軸方向他端側から挿入されるため、第２磁石に接触した突起はロータの軸方向一端側に傾倒する。つまり、第２磁石に当接する突起は、第１突起として機能するようになる。このように挿入孔に対する第１及び第２磁石の組み付け方向を互いに逆向きにすることで、ロータコアに第１及び第２突起を容易に設けることができる。

本発明によれば、永久磁石の脱落を抑制できるとともに、組み付け時に永久磁石の表面が傷つくことを低減できる。

第１実施形態の回転電機における軸方向と直交する断面図（図２のＢ−Ｂ断面図）。 第１実施形態のロータにおける軸方向に沿った断面図（図１のＡ−Ａ断面図）。 （ａ），（ｂ）は第１実施形態のロータの製造工程を示す模式図。 第２実施形態のロータにおける軸方向に沿った断面図。 （ａ），（ｂ）は第２実施形態のロータの製造工程を示す模式図。

（第１実施形態）
以下、ロータ及びその製造方法の第１実施形態を図面に従って説明する。
図１に示す回転電機（電動モータ）１は、例えば車両に搭載され、ステアリング操作を補助する電動パワーステアリング装置の駆動源等として用いられる。同図に示すように、回転電機１は、円筒状のケース２内に収容されたステータ３と、ステータ３の径方向内側において回転可能に支持されたロータ４とを備えている。

ステータ３は、ケース２の内周に固定された円筒状の円筒部１１と、円筒部１１から径方向内側に向かって放射状に延びる複数（本実施形態では、１２個）のティース１２とからなるステータコア１３を備えている。各ティース１２には、コイル１４が設けられている。

ロータ４は、回転軸２１と、回転軸２１と一体回転可能に固定される円柱状のロータコア２２と、ロータコア２２に埋め込まれる態様で固定された複数（本実施形態では、１０個）の永久磁石２３とを備えている。つまり、本実施形態のロータ４は、所謂埋込磁石型のロータとして構成されている。

このように構成された回転電機１は、各コイル１４に駆動電力が供給されることにより形成される磁界と、永久磁石２３の磁束との間に生じる磁気的な吸引力及び反発力によりロータ４が回転する。

次に、ロータの構成について詳細に説明する。
図１及び図２に示すように、ロータコア２２は、該ロータコア２２が軸方向に二分割された形状の第１及び第２コア３１，３２を組み合わせることにより構成されている。第１及び第２コア３１，３２は、それぞれ円柱状に形成されており、第１コア３１と第２コア３２とは互いに略同一形状とされている。第１及び第２コア３１，３２の中央には、軸方向に貫通した貫通孔３３，３４がそれぞれ形成されている。そして、貫通孔３３，３４により、回転軸２１が挿入されるロータコア２２の貫通孔が構成されている。また、第１及び第２コア３１，３２の外周縁部には、軸方向に貫通した複数（本実施形態では、１０個）の挿入孔３６，３７がそれぞれ形成されている。そして、挿入孔３６，３７により、永久磁石２３が挿入されるロータコア２２の挿入孔が構成されている。

挿入孔３６，３７は、断面長方形状に形成されるとともに、その断面のなす長方形の長手方向がその中央を通る径方向線に対して略直交するように形成された挿入部４１，４２をそれぞれ有している。また、挿入孔３６，３７は、挿入部４１，４２の長手方向両端から径方向外側に屈曲するように延出された空洞部４３，４４、及び挿入部４１，４２の長手方向中央から径方向内側に凹んだ四角形状の凹部４５，４６をそれぞれ有している。凹部４５，４６の底面には、径方向外側（挿入孔３６，３７の内周側）に突出する複数の突起４７，４８が軸方向に間隔を空けてそれぞれ形成されている。各突起４７，４８は、軸方向に弾性変形可能な薄い長方形板状に形成されており、各突起４７，４８の径方向に沿った長さは、凹部４５，４６の径方向に沿った長さ（深さ）よりも長く設定されている。これにより、突起４７，４８の先端部は、挿入部４１，４２に永久磁石２３を挿入していない状態で、挿入部４１，４２内に配置されるようになっている。

なお、本実施形態の第１及び第２コア３１，３２は、複数枚の電磁鋼板を積層することによりそれぞれ構成されており、突起４７，４８が形成されていない電磁鋼板の間に突起４７，４８が形成された電磁鋼板を所定枚数おきに挟み込むことで、該突起４７，４８が軸方向に間隔を空けて挿入孔３６，３７内に設けられている。

永久磁石２３は、単一の磁石により構成されており、長方形板状に形成されている。永久磁石２３の軸方向と直交する断面形状は、挿入部４１，４２の断面のなす長方形よりも僅かに小さな長方形状とされており、挿入孔３６，３７に挿入する際に、突起４７，４８の先端部に当接するように形成されている。そして、永久磁石２３は、周方向において異なる極性の磁極が交互に並ぶように径方向（板厚方向）に沿って磁化（着磁）されている。なお、本実施形態の永久磁石２３には、焼結磁石が用いられており、研磨加工等により成形された後、防錆等を目的とした表面処理（例えば、ニッケルめっき等）が施されている。

永久磁石２３には、第１コア３１の突起４７がロータ４の軸方向一端側（図２中、右側）に傾倒した状態で当接するとともに、第２コア３２の突起４８がロータ４の軸方向他端側（図２中、左側）に傾倒した状態で当接しており、永久磁石２３は、該突起４７，４８によって径方向外側に付勢されて挿入孔３６，３７の内周面に押し付けられている。つまり、本実施形態では、第１コア３１の突起４７が第１突起として機能し、第２コア３２の突起４８が第２突起として機能する。そして、永久磁石２３は、突起４７，４８の押付力に応じて挿入孔３６，３７の内周面との間に発生する摩擦力により挿入孔３６，３７内に固定されている。

次に、本実施形態のロータの製造について説明する。
図３（ａ）に示すように、第１コア３１を回転軸２１の外周に嵌合した状態で、第１コア３１の挿入孔３６に永久磁石２３がその軸方向一端部（図３中、右端部）側から挿入されるように、永久磁石２３を組み付ける。その結果、第１コア３１の突起４７はロータ４の軸方向一端側に傾倒した状態で永久磁石２３に当接する。続いて、図３（ｂ）に示すように、第２コア３２の挿入孔３７に永久磁石２３がその軸方向他端部（図３中、左端部）側から挿入されるように、第２コア３２を組み付ける。その結果、第２コア３２の突起４８はロータ４の軸方向他端側に傾倒した状態で永久磁石２３に当接する。これにより、図２に示すようなロータ４が製造される。

以上記述したように、本実施形態によれば、以下の作用効果を奏することができる。
（１）ロータコア２２に、ロータ４の軸方向一端側に傾倒した状態で永久磁石２３に当接する突起４７、及びロータ４の軸方向他端側に傾倒した状態で永久磁石２３に当接する突起４８を設けた。

ここで、ロータ４の軸方向一端側に傾倒した突起４７（第１突起）は、永久磁石２３がロータ４の軸方向一端側に移動する際には傾倒したままであるが、永久磁石２３がロータ４の軸方向他端側に移動する際には該永久磁石２３の移動に伴って起き上がることで、永久磁石２３を強く押し付けるようになる。一方、ロータ４の軸方向他端側に傾倒した突起４８（第２突起）は、永久磁石２３がロータ４の軸方向他端側に移動する際には傾倒したままであるが、永久磁石２３がロータ４の軸方向一端側に移動する際には該永久磁石２３の移動に伴って起き上がることで、永久磁石２３を強く押し付けるようになる。したがって、本実施形態では、永久磁石２３が軸方向のいずれに移動しようとした際にも突起４７，４８による押付力が増大するため、永久磁石２３が挿入孔３６，３７から抜け出ることを抑制できる。そのため、突起４７，４８の弾性係数を予め高く設定せずともよく、永久磁石２３を挿入孔３６，３７内に挿入する際に、突起４７，４８によって永久磁石２３の表面が傷つき難くなる。

（２）ロータコア２２として、該ロータコア２２が軸方向に二分割された形状の第１及び第２コア３１，３２を組み合わせることにより構成されるものを用い、第１コア３１の挿入孔３６に永久磁石２３をその軸方向一端部側から挿入し、第２コア３２の挿入孔３７に永久磁石２３をその軸方向他端部側から挿入するようにした。そのため、ロータコア２２にロータ４の軸方向一端側に傾倒した突起４７（第１突起）、及びロータ４の軸方向他端側に傾倒した突起４８（第２突起）を容易に設けることができる。

また、永久磁石２３には、一般に研磨加工等が施されるため、永久磁石の数が多くなると、製造コストが増大し易い。この点、本実施形態では、永久磁石２３として単一の磁石からなるものを用いるため、複数の磁石により永久磁石２３として複数の磁石を組み合わせてなるものを用いる場合に比べ、製造コストの増大を抑制できる。

（第２実施形態）
次に、第２実施形態を図面に従って説明する。なお、本実施形態と上記第１実施形態との主たる相違点は、ロータの構成のみである。このため、説明の便宜上、同一の構成については上記第１実施形態と同一の符号を付してその説明を省略する。

図４に示すように、ロータコア２２は、単一のコアにより構成されており、円柱状に形成されている。ロータコア２２には、軸方向に貫通した貫通孔５１及び挿入孔５２が形成されるとともに、挿入孔５２には、軸方向に間隔を空けて複数の突起５３が設けられている。なお、貫通孔５１、挿入孔５２及び突起５３は、上記第１実施形態の貫通孔３３，３４、挿入孔３６，３７及び突起４７，４８とそれぞれ同一形状に形成されている。

永久磁石２３は、該永久磁石２３が軸方向に二分割された形状の第１及び第２磁石６１，６２を組み合わせることにより構成されている。第１及び第２磁石６１，６２は、それぞれ長方形板状に形成されており、第１磁石６１と第２磁石６２とは互いに略同一形状とされている。第１磁石６１は、挿入孔５２内におけるロータ４の軸方向一端側（図４中、右側）部分に配置され、第２磁石６２は、挿入孔５２内におけるロータ４の軸方向他端側（図４中、左側）部分に配置されている。そして、第１磁石６１にはロータ４の軸方向他端側に傾倒した状態の突起５３ａが当接しており、第１磁石６１は該突起５３ａによって径方向外側に付勢されて挿入孔５２の内周面に押し付けられている。つまり、本実施形態では、突起５３ａが第２突起として機能する。また、第２磁石６２にはロータ４の軸方向一端側に傾倒した状態の突起５３ｂが当接しており、第２磁石６２は該突起５３ｂによって径方向外側に付勢されて挿入孔５２の内周面に押し付けられている。つまり、本実施形態では、突起５３ｂが第１突起として機能する。

次に、本実施形態のロータの製造について説明する。
図５（ａ）に示すように、ロータコア２２を回転軸２１の外周に嵌合した状態で、第１磁石６１をロータコア２２の軸方向一端側から挿入孔５２に挿入する。その結果、第１磁石６１に当接した突起５３ａはロータ４の軸方向他端側に傾倒する。続いて、図５（ｂ）に示すように、第２磁石６２をロータコア２２の軸方向他端側から挿入孔５２に挿入する。その結果、第２磁石６２に当接した突起５３ｂはロータ４の軸方向一端側に傾倒する。これにより、図４に示すようなロータ４が製造される。

次に、本実施形態の効果について記載する。なお、本実施形態では、上記第１実施形態の（１）と同様の作用効果に加えて以下の作用効果を有する。
（３）永久磁石２３として、該永久磁石２３が軸方向に分割された形状の第１及び第２磁石６１，６２を組み合わせることにより構成されるものを用い、第１磁石６１をロータコア２２の軸方向一端側から挿入孔５２に挿入し、第２磁石６２をロータコア２２の軸方向他端側から挿入孔５２に挿入するようにした。そのため、ロータコア２２にロータ４の軸方向一端側に傾倒した突起５３ｂ（第１突起）、及びロータ４の軸方向他端側に傾倒した突起５３ａ（第２突起）を容易に設けることができる。

なお、上記各実施形態は、これを適宜変更した以下の態様にて実施することもできる。
・上記第１実施形態では、第１コア３１を回転軸２１の外周に嵌合した状態で挿入孔３６に永久磁石２３を挿入したが、これに限らず、例えば第１コア３１の挿入孔３６に永久磁石２３を挿入した後に、該第１コア３１を回転軸２１の外周に嵌合してもよい。同様に、上記第２実施形態において、ロータコア２２の挿入孔５２に第１及び第２磁石６１，６２を挿入した後に、該ロータコア２２を回転軸２１の外周に嵌合してもよい。

・上記第１実施形態では、突起４７，４８が永久磁石２３を径方向外側に付勢することにより挿入孔３６，３７の内周面に押し付けたが、これに限らず、例えば周方向や径方向内側に付勢することにより永久磁石２３を挿入孔３６，３７の内周面に押し付けてもよい。同様に、上記第２実施形態において、突起５３が周方向や径方向内側に付勢することにより永久磁石２３（第１及び第２磁石６１，６２）を挿入孔５２の内周面に押し付けてもよい。

上記第２実施形態において、ロータコア２２として該ロータコア２２が軸方向に分割された形状の第１及び第２コアを組み合わせることにより構成されるものを用いてもよい。
・上記各実施形態において、突起４７，４８，５３の形状は、軸方向に弾性変形可能であれば、適宜変更可能である。なお、永久磁石２３や挿入孔３６，３７，５２等の形状も適宜変更可能であることはいうまでもない。

１…回転電機、４…ロータ、２２…ロータコア、２３…永久磁石、３１…第１コア、３２…第２コア、３６，３７，５２…挿入孔、４７，５３ｂ…突起（第１突起）、４８，５３ａ…突起（第２突起）、６１…第１磁石、６２…第２磁石。

Claims (3)

1. 軸方向に延びる挿入孔が形成されたロータコアと、
   前記挿入孔に挿入された永久磁石とを備え、
   前記ロータコアには、前記挿入孔の内周側に突出するとともに軸方向に弾性変形可能な突起が設けられ、
   前記突起には、軸方向一端側に傾倒した状態で前記永久磁石に当接する第１突起、及び軸方向他端側に傾倒した状態で前記永久磁石に当接する第２突起が含まれるロータ。
2. 軸方向に延びる挿入孔が形成されたロータコアと、
   前記挿入孔に挿入された永久磁石とを備え、
   前記ロータコアには、前記挿入孔の内周側に突出するとともに軸方向に弾性変形可能な突起が設けられ、
   前記突起には、軸方向一端側に傾倒した状態で前記永久磁石に当接する第１突起、及び軸方向他端側に傾倒した状態で前記永久磁石に当接する第２突起が含まれるロータの製造方法であって、
   前記ロータコアとして、該ロータコアが軸方向に分割された形状の第１及び第２コアを組み合わせることにより構成されるものを用い、
   前記第１コアに形成された挿入孔に前記永久磁石が該永久磁石の軸方向一端部側から挿入されるように、これら前記第１コアと前記永久磁石とを組み付け、
   前記第２コアに形成された挿入孔に前記永久磁石が該永久磁石の軸方向他端部側から挿入されるように、これら前記第２コアと前記永久磁石とを組み付けることを特徴とするロータの製造方法。
3. 軸方向に延びる挿入孔が形成されたロータコアと、
   前記挿入孔に挿入された永久磁石とを備え、
   前記ロータコアには、前記挿入孔の内周側に突出するとともに軸方向に弾性変形可能な突起が設けられ、
   前記突起には、軸方向一端側に傾倒した状態で前記永久磁石に当接する第１突起、及び軸方向他端側に傾倒した状態で前記永久磁石に当接する第２突起が含まれるロータの製造方法であって、
   前記永久磁石として、該永久磁石が軸方向に分割された形状の第１及び第２磁石を組み合わせることにより構成されるものを用い、
   前記第１磁石が前記挿入孔に前記ロータコアの軸方向一端側から挿入されるように、前記第１磁石と前記ロータコアとを組み付け、
   前記第２磁石が前記挿入孔に前記ロータコアの軸方向他端側から挿入されるように、前記第２磁石と前記ロータコアとを組み付けることを特徴とするロータの製造方法。