JP2019106778A

JP2019106778A - モータ及びアクチュエータユニット

Info

Publication number: JP2019106778A
Application number: JP2017237356A
Authority: JP
Inventors: 西舘　正弘; Masahiro Nishidate; 正弘西舘
Original assignee: Tokyo Parts Ind Co Ltd
Current assignee: Tokyo Parts Ind Co Ltd
Priority date: 2017-12-12
Filing date: 2017-12-12
Publication date: 2019-06-27
Also published as: US10886824B2; US20190181732A1

Abstract

【課題】永久磁石の軸方向と周方向を容易に且つ確実に拘束することができる、ギア付き永久磁石ロータを用いたモータを提供する。【解決手段】モータは、永久磁石とギア部材が一体化された永久磁石ロータと、永久磁石に対向して配置されたステータとを具備する。ギア部材３２は、ピニオン部３３と、装着部３４を有する。装着部３４は、永久磁石の周方向の移動を拘束する周方向拘束部３４ａと、永久磁石の上下両端面に当接して永久磁石の軸方向の移動を拘束する軸方向拘束部３４ｂ，３４ｃと、永久磁石の内周面に径方向外方の付勢力を付与する複数の弾性片３４ｄを有する。【選択図】図６

Description

本発明は、永久磁石ロータを有するモータ、及びそれを備えるアクチュエータユニットに関する。

例えば、車両の走行状態やエンジンの暖機状態に合わせて、エンジンやラジエーターの周囲に空気を取り込んで冷却しボンネット内の熱気を逃がすなどの為に、グリルシャッターを自動開閉させるアクチュエータが知られている。

このようなアクチュエータとして、例えば特許文献１には、グリルシャッターを駆動させる駆動力を発生させるモータユニットと、モータユニットの駆動力の発生を制御する制御ユニットと、モータユニットの駆動力をグリルシャッターに付与する連結ユニットとを含むグリルシャッター駆動装置が開示されている。
このグリルシャッター駆動装置では、回転ギアが設けられた部材の外周面に永久磁石を配した永久磁石ロータが用いられている。

また、特許文献２には、出力ギアを備えた芯部とリングマグネットとを有し、この芯部をリングマグネットに挿入し、結合手段によって一体化してなる永久磁石ロータが開示されている。
この永久磁石ロータでは、上記結合手段として、上記芯部の両端に鍔部と係止爪を設けてリングマグネットの軸方向の移動を拘束するとともに、上記芯部に設けた別の爪をリングマグネットに設けた欠除部に嵌めることによりリングマグネットの周方向の移動を拘束している。

特表２０１５−５２４２４４号公報特開２００１−２８８５３号公報

しかしながら、引用文献１に記載の永久磁石ロータでは、回転ギアが設けられた部材は永久磁石の軸方向を拘束できる構造になっていないため、永久磁石の軸方向の移動を拘束するためには別途接着剤等を用いる必要があり、組立に作業工数がかかるばかりか、接着剤による固定では信頼性が低いという点で問題がある。

一方、引用文献２に記載の永久磁石ロータでは、永久磁石の軸方向と周方向の拘束を接着剤を用いずに行える可能性がある。
しかしながら、リングマグネットの周方向の移動を拘束するために、リングマグネットの軸方向の一端側を部分的に切り欠いているため、リングマグネットの着磁の対称性が失われ、回転駆動力に悪影響を及ぼす問題がある。
また、リングマグネットの軸方向の一端側に係止される係止爪は、芯部に設けられたスリットによって可撓性を持たせたトングの先端に配されているものの、この可撓性のトングはリングマグネットに径方向外方に付勢力を付与できる構造になっていない。このため、リングマグネットと芯部の寸法公差によってリングマグネットと芯部との間にガタツキが生じる可能性が高く、結果的に接着剤による固定が必要となる可能性が高い。

そこで本発明は、永久磁石の着磁の対称性を維持しつつ、永久磁石の軸方向と周方向を容易に且つ確実に拘束することができるギア付きの永久磁石ロータを実現し、この永久磁石ロータを組み込んだモータ及びアクチュエータユニットの提供を目的とするものである。

上記の目的を達成すべく成された本発明は、永久磁石とギア部材が一体化された永久磁石ロータと、前記永久磁石に対向して配置されたステータと、を具備するモータであって、
前記永久磁石は、円筒状の外周面と、正多角柱状の内周面を有し、
前記ギア部材は、軸が挿通される中心孔と、前記軸の軸方向上方に位置するピニオン部と、前記軸の軸方向下方に位置する装着部を有し、
前記装着部は、前記永久磁石の内周面の一部に密着して前記永久磁石の周方向の移動を拘束する周方向拘束部と、前記永久磁石の上下両端面に当接して前記永久磁石の軸方向の移動を拘束する軸方向拘束部と、前記永久磁石の内周面に径方向外方の付勢力を付与する弾性片を有することを特徴としているものである。

本発明のモータは、さらなる好ましい特徴として、
「前記周方向拘束部は、前記永久磁石の内周面における対向する２つの角部に隣接するそれぞれ２つの面の少なくとも一部に圧接し、前記永久磁石の内周面と前記周方向拘束部との間に空間が設けられ、前記空間に前記弾性片が配されていること」、
「前記周方向拘束部は、前記永久磁石の内周面における対向する２つの面の少なくとも一部に圧接し、前記永久磁石の内周面と前記周方向拘束部との間に空間が設けられ、前記空間に前記弾性片が配されていること」、
「前記軸方向拘束部の内、前記永久磁石の上端面を拘束する上側拘束部と前記永久磁石の下端面を拘束する下側拘束部の一方が、前記弾性片の端部に連続して設けられていること」、
「前記ピニオン部の下側に径方向外方に突出する突出部が設けられ、前記突出部の下面の少なくとも一部が、前記永久磁石の上端面に当接して前記上側拘束部となっていること」、
「前記ピニオン部の下面の少なくとも一部が、前記永久磁石の上端面に当接して前記上側拘束部となっていること」、
「前記弾性片の軸方向の長さが、前記永久磁石の軸方向の長さの０．５乃至１．０倍の範囲内であること」、
「前記永久磁石は、周方向にＮ極とＳ極が交互に着磁されており、各磁極の境界が前記正多角柱の角部に対応していること」、
を含む。

また、本発明のアクチュエータユニットは、上記本発明のモータと、前記ピニオン部の回転を減速する減速機構部が、ケース内に収容されていることを特徴としているものである。
本発明のアクチュエータユニットでは、前記ケースは樹脂製の上ケースと下ケースを互いに組み付けて成り、前記軸は前記上ケースに一体成形されている上軸受と前記下ケースに一体成形されている下軸受によって支持されていることが好ましい。

本発明によれば、永久磁石の内周面を多角形状にすることにより、永久磁石の端部に切欠き等を設けることなく容易に永久磁石の周方向の移動を拘束することができるため、永久磁石の着磁の対称性を維持することができる。また、ギア部材によって永久磁石の周方向と軸方向がともに拘束されるとともに、弾性片によって永久磁石の内周面に径方向外方の付勢力が付与されるため、永久磁石とギア部材の間のガタツキを防止することができ、結果的に接着剤による固定を必要としない。
これにより、信頼性・駆動特性に優れ且つ製造が容易なモータ及びアクチュエータユニットを実現できる。

本発明の第１の実施形態例に係るアクチュエータユニットの下ケース側から見た斜視図である。図１のアクチュエータユニットの上ケースを外した状態を模式的に示した上面図である。本発明の第１の実施形態例に係るモータのギア部材の上面図である。図３のギア部材の正面図である。図３のギア部材の右側面図である。図３のギア部材の斜視図である。本発明の第１の実施形態例に係るモータの永久磁石の上面図である。図７の永久磁石の縦断面図である。本発明の第１の実施形態例に係るモータの永久磁石ロータの上面図である。図９の永久磁石ロータの正面図である。図１０中のＡ−Ａ断面図である。本発明の第１の実施形態例のアクチュエータユニットにおける永久磁石ロータの支持状態を説明するための図である。本発明の第２の実施形態例に係るモータのギア部材の斜視図である。本発明の第２の実施形態例に係るモータの永久磁石ロータの正面図である。図１４中のＢ−Ｂ断面図である。本発明の第３の実施形態例に係るモータのギア部材の斜視図である。本発明の第３の実施形態例に係るモータの永久磁石ロータの正面図である。本発明の第４の実施形態例に係るモータのギア部材の斜視図である。本発明の第４の実施形態例に係るモータの永久磁石ロータの正面図である。

以下、本発明の実施形態例を、図面を参照して説明する。
なお、本明細書では、ギア部材のピニオン部側を軸方向上方とし装着部側を軸方向下方として上下方向を記載するが、これは説明の便宜上のものであって、使用時には上下が逆であっても、左右であってもよい。したがって、以下の実施形態例において例えば上ケースは下ケースと、下ケースは上ケースと言い換えることもできる。

（第１の実施形態例）
本発明の第１の実施形態例を図１から図１２を参照して説明する。
本例のアクチュエータユニット１は、例えば車両用グリルシャッター装置の駆動源などに用いることができるものであり、主に、ケース１０とモータ２０と減速機構部６０で構成されている。

ケース１０は、強化プラスチック等の合成樹脂にて成形された上ケース１１と下ケース１２を互いに組み付け、内部空間を有する箱状に形成されている。
モータ２０と減速機構部６０は、このケース１０の内部空間に収容されている。
上ケース１１には、後述の出力軸６５をケース外に露出させるための開口部（不図示）が設けられ、下ケース１２には、外部との電気的接続を行うプラグを差し込めるようにコネクタ部１２ｂが設けられている。

モータ２０は、いわゆるブラシレスモータであり、永久磁石ロータ３０と、永久磁石ロータ３０の外周面に所定の間隙をもって対向配置されたステータ４０で構成されている。

永久磁石ロータ３０は、磁性材料からなる永久磁石３１と、樹脂の一体成形品からなるギア部材３２とで構成され、これらが一体的に組み付けられている。
永久磁石３１は、円筒状の外周面３１ａと正六角柱状の内周面３１ｂを有し、外周面３１ａと内周面３１ｂの中心は一致している。
この永久磁石３１は、周方向にＮ極とＳ極が交互に６極着磁されており、各磁極の境界が正六角形の角部に対応している。このように各磁極の境界を正六角形の角部に対応させることにより、表面磁束の急激な変化をなくしてコギングトルク、騒音、振動を低減することができる。
なお、永久磁石３１の極数は特に限定されるものではなくステータ４０の構成等に応じて適宜変更することができる。この場合、極数の変更に伴って、永久磁石３１の内周面３１ｂをその極数に応じた正多角柱状とするのが好ましい。

ギア部材３２は、軸５０（図１２参照）が挿通される中心孔３５と、軸５０の軸方向上方に位置するピニオン部３３と、軸５０の軸方向下方に位置する装着部３４を有している。
ピニオン部３３は、モータ２０の回転駆動力を減速機構部６０に伝達するものであり、減速機構部６０の減速ギア６１と噛合される。
装着部３４は、永久磁石３１とギア部材３２を一体化させる部分であり、周方向拘束部３４ａと上側軸方向拘束部３４ｂと下側軸方向拘束部３４ｃと弾性片３４ｄを有している。

周方向拘束部３４ａは、永久磁石３１の内周面３１ｂの一部に密着して永久磁石３１の周方向の移動を拘束するものである。
本例の周方向拘束部３４ａは、軸方向の長さが永久磁石３１の軸方向の長さと等しく、径方向の先端角度は永久磁石３１の内周面３１ｂの角部と同じ１２０°になっており、永久磁石３１の内周面３１ｂにおける対向する２つの角部（図１１中のＰ１とＰ２）に隣接するそれぞれ２つの面に圧接している。
なお、周方向拘束部３４ａは、永久磁石の周方向の移動を拘束することができる形態であれば、永久磁石３１の任意の内周面に全体的あるいは部分的に圧接させることができる。また、周方向拘束部３４ａの軸方向の長さは、特に限定されるものではないが、永久磁石３１の拘束の信頼性を考慮すると、永久磁石３１の軸方向の長さの０．５乃至１．０倍の範囲内であることが好ましく、０．８乃至１．０倍の範囲内であることが特に好ましい。

上側軸方向拘束部３４ｂと下側軸方向拘束部３４ｃは、永久磁石３１の上端面と下端面にそれぞれ当接し、永久磁石３１の軸方向の移動を拘束するものである。
本例の上側軸方向拘束部３４ｂは、周方向拘束部３４ａの上端に鍔状に設けられた２つの突出部からなり、この２つの突出部の下面が永久磁石３１の上端面に当接するようになっている。
本例の下側軸方向拘束部３４ｃは、下方に延びる２本の板バネ３４ｃ１の下端に爪状に設けられた係止爪であり、この２つの係止爪が永久磁石３１の下端面に当接するようになっている。

弾性片３４ｄは、永久磁石３１の内周面３１ｂに径方向外方の付勢力を付与するものである。
本例の弾性片３４ｄは、板バネ３４ｃ１の軸方向上方に延長された部分から左右両側にそれぞれフラップ状（可動翼片状）に形成されている。この弾性片３４ｄは、永久磁石３１の内周面３１ｂと周方向拘束部３４ａとの間の空間に配されると、永久磁石３１の内周面３１ｂに当接し弾性変形することによって、内周面３１ｂに径方向外方の付勢力を付与することができる。
弾性片３４ｄの軸方向の長さは、特に限定されるものではないが、永久磁石３１を安定して保持できるように、永久磁石３１の軸方向の長さの０．５乃至１．０倍の範囲内であることが好ましく、０．８乃至１．０倍の範囲内であることが特に好ましい。

永久磁石３１へのギア部材３２の組み付けは、具体的に以下ように行うことができる。
（１）まず、永久磁石３１の内周面３１ｂの２つの角部Ｐ１，Ｐ２と２つの周方向拘束部３４ａの角部が周方向で一致するよう位置合わせした状態で、永久磁石３１の上側から内周面３１ｂに沿って下側軸方向拘束部３４ｃを挿入する。このとき、下側軸方向拘束部３４ｃの係止爪の下端に傾斜面３４ｃ２が設けられているとともに、係止爪は板バネ３４ｃ１の先端に設けられているため、挿入に伴って板バネ３４ｃ１が若干内側に変形し、下側軸方向拘束部３４ｃを永久磁石３１の内側にスムーズに挿入し始めることができる。
（２）さらにギア部材３２が挿入されると、周方向拘束部３４ａの下端が永久磁石３１の内側に挿入され、永久磁石３１の周方向が拘束される。
（３）さらにギア部材３２が挿入されると、板バネ３４ｃ１に伴って若干内側に変形している弾性片３４ｄの下端が永久磁石３１の内側に挿入される。
（４）さらにギア部材３２が挿入されると、弾性片３４ｄが永久磁石３１の内周面３１ｂに当接して弾性変形することによって、永久磁石３１の内周面３１ｂに径方向外方の付勢力が付与される。
（５）さらにギア部材３２が挿入されると、上側軸方向拘束部３４ｂの下面が永久磁石３１の上端面に当接するとともに、下側軸方向拘束部３４ｃが永久磁石３１の内周面３１ｂから外れて永久磁石３１の下端面に当接し、組み付けが完了する。

ステータ４０は、円環状の内側に複数の巻線歯を有するステータコア４１と、巻線歯に巻かれたコイル４２を有し、ケース１０内に固定される。永久磁石ロータ３０は、図２に示すようにステータ４０の内側に配され、中心孔３５に軸５０が挿通される。

本例の軸５０は回転しない固定軸であって、軸５０の上下端はそれぞれ上ケース１１に一体成形された上軸受１１ａと下ケース１２に一体成形された下軸受１２ａによって支持固定されている。
永久磁石ロータ３０は、永久磁石３１とステータコア４１との磁気的吸引力によって所定の高さに保持され、コイル４２への選択的な通電によって軸５０を中心に所定の方向に回転する。

減速機構部６０は、減速ギア６１、６２、６３と出力ギア６４と出力軸６５を有する。
永久磁石ロータ３０のピニオン部３３の回転駆動力は、減速ギア６１、６２、６３と出力ギア６４で順次減速される。出力ギア６４と一体の出力軸６５には、レバー等を装着できる装着孔６５ａが設けられており、この装着孔６５ａに装着される不図示のレバー等を回動させることによって、グリルシャッターなどを開閉駆動させることができる。
なお、ケース１０内には、モータ２０の駆動を制御するための制御基板（不図示）が配される。

以上説明した本実施形態によれば、永久磁石ロータ３０は、ギア部材３２によって永久磁石３１の周方向と軸方向がともに拘束されるとともに、計４つの弾性片３４ｄによって永久磁石３１の内周面３１ｂに径方向外方の付勢力が付与される。このため、永久磁石３１とギア部材３２の間のガタツキ防止を図ることができ、結果的に接着剤による固定を必要としない。
また、ギア部材３２の周方向拘束部３４ａは、永久磁石３１の内周面３１ｂにおける対向する２つの角部に隣接するそれぞれ２つの面に圧接し、永久磁石３１の内周面３１ｂと周方向拘束部３４ａとの間の空間に弾性片３４ｄが配されているため、極めてバランス良く永久磁石３１を保持することができる。
また、永久磁石３１の内周面を多角形状にすることにより、従来のように永久磁石の端部に凹部を設けることなく容易に永久磁石の周方向の移動を拘束することができるため、永久磁石の着磁の対称性を維持することができる。
これにより、本例のモータ２０及びアクチュエータユニット１は信頼性・駆動特性に優れ且つ製造が容易なものとなる。

（第２の実施形態例）
本発明の第２の実施形態例を図１３から図１５を参照して説明する。なお、これらの図において第１の実施形態例と同一構成部分には同一符号を付して重複する説明を省略する。
本例において第１の実施形態例と大きく異なる点は、ギア部材３２による永久磁石３１の周方向の拘束構造である。具体的には、第１の実施形態例では、ギア部材３２の周方向拘束部３４ａを永久磁石３１の内周の４面に圧接しているが、本例では２面に圧接している。

本例のギア部材３２は、周方向拘束部３４ａが永久磁石３１の内周面３１ｂの平面と同じ大きさの平面で形成され、２つの周方向拘束部３４ａは永久磁石３１の内周面３１ｂにおける対向する２つの面に圧接するようになっている。
なお、永久磁石３１の内周面３１ｂと周方向拘束部３４ａとの間に設けられた空間に弾性片３４ｄが配されるのは第１の実施形態例と同様である。
本例においても第１の実施形態例と同様の効果を奏する。

（第３の実施形態例）
本発明の第３の実施形態例を図１６と図１７を参照して説明する。なお、これらの図において第１の実施形態例と同一構成部分には同一符号を付して重複する説明を省略する。
本例において第１の実施形態例と大きく異なる点は、ギア部材３２による永久磁石３１の軸方向の拘束構造である。具体的には、第１の実施形態例では、上側軸方向拘束部３４ｂを鍔状に形成し、下側軸方向拘束部３４ｃを係止爪としているが、本例では上側軸方向拘束部３４ｂを係止爪とし、下側軸方向拘束部３４ｃを鍔状に形成している。

本例では下側軸方向拘束部３４ｃを鍔状に形成しているため、永久磁石３１へのギア部材３２の組み付けは、永久磁石３１の下側からピニオン部３３側を先に挿入して行う。この際、上側軸方向拘束部３４ｂの係止爪がスムーズに挿入されるように、係止爪の背面に空間ができるようにピニオン部３３の径を若干小さくしている。
なお、永久磁石３１の内周面３１ｂと周方向拘束部３４ａとの間に設けられた空間に弾性片３４ｄが配されるのは第１の実施形態例と同様である。
本例においても第１の実施形態例と同様の効果を奏する。

（第４の実施形態例）
本発明の第４の実施形態例を図１８と図１９を参照して説明する。なお、これらの図において第１の実施形態例と同一構成部分には同一符号を付して重複する説明を省略する。
本例において第１の実施形態例と大きく異なる点は、ギア部材３２による永久磁石３１の軸方向の拘束構造である。具体的には、第１の実施形態例では、上側軸方向拘束部３４ｂを鍔状に形成しているが、本例ではピニオン部３３の外径を永久磁石３１の内周面３１ｂよりも大きくし、ピニオン部３３の下面の外縁部を上側軸方向拘束部３４ｂとして利用している。
なお、永久磁石３１の内周面３１ｂと周方向拘束部３４ａとの間に設けられた空間に弾性片３４ｄが配されるのは第１の実施形態例と同様である。
本例においても第１の実施形態例と同様の効果を奏する。

以上、本発明の４つの実施形態例を説明したが、これらの実施形態例は本発明の実現手段としての一例であり、本発明は、その趣旨を逸脱しない範囲でこれらの実施形態例を適宜に変形可能である。
例えば、軸５０は固定軸ではなく、永久磁石ロータ３０に固定されて永久磁石ロータ３０とともに回転する回転軸であってもよい。この場合、上ケース１１の上軸受１１ａと下ケース１２の下軸受１２ａは例えば含油軸受とするのが好ましい。
また、ギア部材３２の周方向拘束部３４ａ、上側軸方向拘束部３４ｂ、下側軸方向拘束部３４ｃ、弾性片３４ｄの各個数は、例えば永久磁石３１の内周面３１ｂの多角形の辺の数に応じて適宜変更することができる。

１アクチュエータユニット
１０ケース
１１上ケース
１１ａ上軸受
１２下ケース
１２ａ下軸受
１２ｂコネクタ部
２０モータ
３０永久磁石ロータ
３１永久磁石
３１ａ外周面
３１ｂ内周面
３２ギア部材
３３ピニオン部
３４装着部
３４ａ周方向拘束部
３４ｂ上側軸方向拘束部
３４ｃ下側軸方向拘束部
３４ｃ１板バネ
３４ｃ２傾斜面
３４ｄ弾性片
３５中心孔
４０ステータ
４１ステータコア
４２コイル
５０軸
６０減速機構部
６１、６２、６３減速ギア
６４出力ギア
６５出力軸
６５ａ装着孔

Claims

永久磁石とギア部材が一体化された永久磁石ロータと、前記永久磁石に対向して配置されたステータと、を具備するモータであって、
前記永久磁石は、円筒状の外周面と、正多角柱状の内周面を有し、
前記ギア部材は、軸が挿通される中心孔と、前記軸の軸方向上方に位置するピニオン部と、前記軸の軸方向下方に位置する装着部を有し、
前記装着部は、前記永久磁石の内周面の一部に密着して前記永久磁石の周方向の移動を拘束する周方向拘束部と、前記永久磁石の上下両端面に当接して前記永久磁石の軸方向の移動を拘束する軸方向拘束部と、前記永久磁石の内周面に径方向外方の付勢力を付与する弾性片を有する、
ことを特徴とするモータ。
前記周方向拘束部は、前記永久磁石の内周面における対向する２つの角部に隣接するそれぞれ２つの面の少なくとも一部に圧接し、
前記永久磁石の内周面と前記周方向拘束部との間に空間が設けられ、前記空間に前記弾性片が配されている、
ことを特徴とする請求項１に記載のモータ。
前記周方向拘束部は、前記永久磁石の内周面における対向する２つの面の少なくとも一部に圧接し、
前記永久磁石の内周面と前記周方向拘束部との間に空間が設けられ、前記空間に前記弾性片が配されている、
ことを特徴とする請求項１に記載のモータ。
前記軸方向拘束部の内、前記永久磁石の上端面を拘束する上側拘束部と前記永久磁石の下端面を拘束する下側拘束部の一方が、前記弾性片の端部に連続して設けられている、
ことを特徴とする請求項１乃至３のいずれか１項に記載のモータ。
前記ピニオン部の下側に径方向外方に突出する突出部が設けられ、
前記突出部の下面の少なくとも一部が、前記永久磁石の上端面に当接して前記上側拘束部となっている、
ことを特徴とする請求項４に記載のモータ。
前記ピニオン部の下面の少なくとも一部が、前記永久磁石の上端面に当接して前記上側拘束部となっている、
ことを特徴とする請求項４に記載のモータ。
前記弾性片の軸方向の長さが、前記永久磁石の軸方向の長さの０．５乃至１．０倍の範囲内である、
ことを特徴とする請求項１乃至６のいずれか１項に記載のモータ。
前記永久磁石は、周方向にＮ極とＳ極が交互に着磁されており、各磁極の境界が前記正多角柱の角部に対応している、
ことを特徴とする請求項１乃至７のいずれか１項に記載のモータ。
請求項１乃至８のいずれか１項に記載のモータと、前記ピニオン部の回転を減速する減速機構部が、ケース内に収容されている、
ことを特徴とするアクチュエータユニット。
前記ケースは、樹脂製の上ケースと下ケースを互いに組み付けて成り、
前記軸は、前記上ケースに一体成形されている上軸受と、前記下ケースに一体成形されている下軸受によって支持されている、
ことを特徴とする請求項９に記載のアクチュエータユニット。