JP2019205340A - 電気モータ及びそのロータ - Google Patents
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Abstract
【課題】複数の永久磁石を接着剤なしで固定したロータ、及びこのようなロータを用いた電気モータを提供する。【解決手段】ロータは、シャフト及びシャフトに固定された少なくもと一つの回転体を含む。回転体は、ロータコア及び複数の永久磁石を含む。ロータコアの外周には、間隔をおいて設けられた複数のスロットが設けられ、それぞれのスロットはロータの軸方向に沿って延びる。回転体はさらに、対応するスロットに成形され永久磁石を固定するようにされた複数の軸方向アームを含む。二つの隣接する軸方向アームは収容部を形成し、各永久磁石は対応する収容部に固定される。【選択図】図８
Description
[0001] 本開示はロータ、とりわけ永久磁石を有するロータ、そしてこのロータを用いる電気モータに関する。
[0002] 既存の電気モータのロータは、ロータコア及びこのロータコアの外周に接着剤で固定された複数の永久磁石を含む。そして、非磁性のハウジングが、永久磁石を取り囲むようにロータコアに取り付けられうる。例えば、電気モータが電動ステアリング装置に適用される場合には、ロータコア及び永久磁石は通常、永久磁石が抜け落ちたり破壊されることを防ぐために、非磁性のハウジングと共に取り付けられる。
[0003] しかしながら、永久磁石をロータコアに固定するために接着剤を使用する場合には以下のような問題が生じる。まず、接着剤は、ロータコアと永久磁石のあいだの接触面に塗布される際に不均一になりやすく、両者の接着強度を確保することが難しく、したがって永久磁石の半径方向の位置を正確にすることが難しい。また、接着剤は高温の硬化プロセスを必要とし、これは長時間かかることから生産効率が低下する。
[0004] したがって、複数の永久磁石を接着剤なしで固定したロータ、及びこのようなロータを用いた電気モータが要望されている。
[0005] 一つの態様によれば、ロータが与えられ、これはシャフト及び前記シャフトに固定された少なくとも一つの回転体を含み、ロータコア及び複数の永久磁石を含む。ロータコアの外周にはロータの軸方向に沿って延びる複数のスロットが設けられる。回転体はさらに、対応するスロットに成形され、永久磁石を固定するようにされた複数の軸方向アームを含む。隣接する二つの軸方向アームは、そのあいだに収容部を形成し、永久磁石は対応する収容部に固定される。
[0006] 別の態様によれば、電気モータが与えられ、これはステータと上述のロータとを含む。
[0007] 本開示の実施形態において、永久磁石は、ロータコアに形成された複数の軸方向アームによって固定され、これにより接着剤を用いる場合に生じる欠点が回避され、ロータの生産効率及び信頼性が向上する。
[0008] 添付の図面と併せて、本発明の実施形態を例示として説明する。異なる図において現れる同じ構造、要素又は部品については、すべての図において同じ符号が付してある。図に示される構成要素及び特徴部分の寸法は、説明の簡便さと明瞭さのために選択されており、必ずしも実際の寸法通りではない。
[0025] 本発明の主題について、添付図面及び好ましい実施形態と共に以下に説明する。記載される実施形態はいくつかに過ぎず、本開示の実施形態のすべてではない。当業者によって本開示の実施形態に基づいて創造的労力なしに取得されうる他のすべての実施形態は、本開示の保護範囲に含まれる。図面は参考のために供されるものであり、本発明を限定することを意図するものではないと理解されたい。図中の寸法は例示のためのものであり、それらに限定することを意図するものではない。
[0026] ある構成部品が他の構成部品に「接続されている」と考えられるときは、他の部品に直接的に接続されているか、あるいは中心に置かれた構成部品を有しうると理解されたい。別段定義された場合を除き、使用されているすべての技術的及び科学的用語は、当業者によって普通に理解されている意味と同じ意味を有する。本開示の明細書において使用されている術語は、特定の実施形態を記述する目的のものであり、本発明を限定することを意図するものではない。
[0027] 図１〜図４を参照する。本開示の第１の実施形態の電気モータのロータは、シャフト１５及びシャフト１５に固定された少なくとも一つの回転体１０を含む。各回転体１０は、ロータコア１１、複数の永久磁石１２、そして永久磁石１２を保持するための複数の軸方向アーム２０を含む。本実施形態では、ロータは、ロータの軸方向に配置された二つの回転体１０を含む。二つの回転体１０は、ロータの周方向において互いにオフセットされていてもよい。
[0028] 軸方向に沿って延びる複数のスロット１３が、各回転体１０のロータコア１１の外周に間隔をおいて配置されている。軸方向アーム２０のそれぞれは、好ましくは射出成形によって対応するスロット１３に成形されている。隣接する二つの軸方向アーム２０は、そのあいだに収容部１４を形成する。永久磁石１２は、対応する収容部１４にプレスばめされる。本実施形態では、二つの隣接する回転体１０のスロット１３は、周方向に互いにオフセットされている。軸方向アーム２０はプラスチック材料、好ましくは樹脂で作られている。好ましくは、各軸方向アーム２０の軸方向の長さは、各スロット１３の軸方向の長さよりも短い。
[0029] 永久磁石１２は、ロータコア１１に成形されている軸方向アーム２０によって固定されている。このため永久磁石を接着剤で取り付ける場合に生じる欠点は回避され、ロータの生産効率及び信頼性は改善される。
[0030] 好ましくは、ロータコア１１は、軸方向に積層された複数の薄片１１４によって構成されている。各薄片１１４の形状は正多角形とすることができ、スロット１３はそれぞれ正多角形の角部に形成されている。本実施形態では、薄片１１４は正八角形とされ、８個のスロット１３を有している。しかしながら、薄片１１４の形状は正八角形には限定されるものではなく、辺の数及びスロット１３の数は永久磁石１２の数に応じて調整できることを理解すべきである。
[0031] 図５を参照すると、スロット１３の一部には、スロット１３内に軸方向アーム２０が安定して成形され、磁気方向アーム１３が抜け落ちることを防止するための鳩尾部１３１が含まれる。本実施形態では、スロット１３のこの部分には二つの鳩尾部１３１が含まれ、これらはロータコア１１の半径方向において逆向きにつながっている。スロット１３のこの部分を、これとは異なる形状にすることができることを理解すべきである。
[0032] 本実施形態では、軸方向アーム２０には、本体部２１、本体部２１の半径方向内側から内側に延びる適合部２１３、そして本体部２１の半径方向外側からそれぞれが反対の周方向に沿って延びる二つの制限部２１１が含まれる。適合部２１３は、ロータコア１１のスロット１３の内側に、スロット１３に適合する形状に成形される。
[0033] 好ましくは、軸方向アーム２０にはさらに、二つの制限部２１１のあいだに形成された圧縮部２１２が含まれる。この圧縮部２１２は、永久磁石１２が収容部１４に取り付けられたときに、僅かに変形することができる。圧縮部２１２は、本体部２１の半径方向外側から内側に延びる凹部とすることができ、その結果、軸方向アーム２０は実質的にＹ字形状となる。
[0034] 別の実施形態として、軸方向アーム２０がスロット１３の内側に成形された一体部を有し、他の部分がロータコア１１と協働して収容部１４を形成するのであれば、軸方向アーム２０をＴ字形状とすることもできる。圧縮部２１２はまた、本体部２１を軸方向に通過する穴とすることもでき、その場合、本体部２１が押されたときにこの穴は僅かに変形することができる。
[0035] 図２及び図６を参照すると、永久磁石１２には、内側面１２１、外側面１２２、そして内側面１２１と外側面１２２をつなぐ二つの側面１２３が含まれる。本実施形態では、内側面１２１は、ロータコア１１の外側面と接触する平面である。外側面１２２は凸曲面である。本実施形態では、本体部２１が永久磁石１２の側面１２３を押圧することによって永久磁石１２の周方向の移動を制限している。制限部２１１が永久磁石１２の外側面１２２を押圧することで、永久磁石１２の半径方向の移動を制限している。側面１２３と内側面１２１とがなす角度Ｒは、９０度か又はそれ以下とすることができる。角度Ｒは好ましくは４５度以上かつ９０度以下とする。これにより、軸方向アーム２０が永久磁石１２の側面１２３及び外側面１２２の一部と十分に接触する。
[0036] 図７（ａ）及び図１０を参照する。本開示の第２実施形態の回転体３０は、第１実施形態の回転体１０と類似しているが、主な違いは、回転体３０のロータコア３１はさらに少なくとも一つの端部薄片３１１を有しており、これが複数の薄片の軸方向の一端に積層されていることである。端部薄片３１１は、ロータコア３１のスロット３１２にそれぞれ対応する複数のブロック部３１３を有する端部薄片３１１の形状は、スロット３１２を有していない点を除いて、他の薄片３１４と実質的に同じである。例えば、端部薄片３１１の形状を、複数の辺及び複数の角を含む正多角形とすることができる。これらの角部はそれぞれスロット３１２に対応してブロック部３１３を形成し、辺はそれぞれ他の薄片３１４の辺と整列する。端部薄片３１１は、軸方向アーム２０の射出成形時にプラスチック材料の軸方向の流れを制限するようにされ、その結果、成形が単純化され、コストが低減される。
[0037] 好ましくは、軸方向アームの射出成形時のプラスチック材料の軸方向の領域を定義するために、ロータコア３１の軸方向の両端には少なくとも一つの端部薄片３１１が設けられ、これにより成形がさらに単純化される。軸方向アーム２０の軸方向の長さは、スロット１３の軸方向の長さと同じである。本実施形態では、ロータコア３１の軸方向の各端部には二つの端部薄片３１１が設けられている。
[0038] 本開示の第２実施形態の電気モータのロータは、軸方向に沿って配置された二つの回転体３０を有する。隣接する回転体３０は、ロータの周方向に沿って互いにオフセットされ、隣接する回転体３０の角部が周方向においてずれており、隣接するロータコアは完全には重なっていない。このため隣接するロータコアは永久磁石の軸方向での移動を回避することができ、永久磁石が軸方向において互いに押し合うことを防ぐことができる。本実施形態では、回転体において、永久磁石１２の軸方向の長さは、端部薄片３１１を有するロータコア３１の軸方向の長さと同じが僅かに短い。
[0039] 図１１及び図１２を参照する。本開示の第３実施形態の回転体は、第１実施形態の回転体１０に類似しているが、主な違いは、ロータの二つの軸方向端部に配置されている回転体４０の軸方向アーム４２はさらに、軸方向アーム４２の軸方向端部に形成された二つの端部壁４２１を含むことである。この二つの端部壁４２１は、軸方向アーム４２の本体部の周方向の二つの側面に配置され、実質的に本体部と垂直である。端部壁４２１の一部は、ロータコア４１に対応し、端部壁４２１の他の部分は永久磁石１２に対応する。端部壁４２１はさらに、弾性体とすることが望ましい支持壁４２２を含む。支持壁４２２は、端部壁４２１から斜めに収容部１４へ延び、端部は収容部１４の内側に延びる。すなわち、支持壁４２２は軸方向において部分的にロータコア４１１とオーバーラップする。永久磁石１２の軸方向の長さは、ロータコア４１１の軸方向の長さよりも短い。同じ回転体の永久磁石１２は、同じ軸方向の位置に配置されるように、支持壁４２２は永久磁石１２を支持する。
[0040] 図１３（ａ）及び図１３（ｂ）を参照する。本開示の第４実施形態の回転体は、第１実施形態の回転体１０に類似しているが、主な違いは、ロータがさらに回転体１０の外周にスリーブ留めされた非磁性のハウジング１６を含むことである。本実施形態では、非磁性のハウジング１６は二つの部分から形成され、これらはシャフト１５の二つの軸方向端部から回転体１０にそれぞれ取り付けられる。非磁性のハウジング１６の形状は、実質的に回転体１０の形状に対応する。例えば、回転体１０は実質的に円柱形であれば、非磁性のハウジング１６も実質的に円筒形である。非磁性のハウジング１６は、軟鋼などの非磁性の鋼鉄で作ることができる。非磁性のハウジング１６は、打ち抜きによって直接形成するか、あるいは打ち抜きの薄板を圧延によって中空の円筒に形成することもできる。
[0041] ハウジング部品の各々は、さらに回転体１０の軸方向の移動を制限するために、ハウジング部品の軸方向端部から半径方向内側に延びるフランジ１６１と共に形成することができる。フランジ１６１は、ハウジング部品が回転体１０に取り付けられる前に打ち抜きによってハウジング部品と共に形成するか、あるいはハウジング部品が回転体１０に取り付けられた後に形成することができる。
[0042] 図１４に示した電気モータには、ステータＳ及びロータが含まれ、このロータは上記の実施形態において説明したロータとすることができる。
[0043] 以上の説明は本開示の好ましい実施形態に過ぎず、本開示を限定するものではない。いかなる変更、均等物、修正等も、それらが本開示の思想及び原理の範囲内のものであれば、本開示の保護範囲に含まれる。
１０ ：回転体
１１ ：ロータコア
１２ ：永久磁石
１３ ：スロット
１４ ：収容部
１５ ：シャフト
１６ ：ハウジング
２０ ：軸方向アーム
２１ ：本体部
３０ ：回転体
３１ ：ロータコア
４０ ：回転体
４１ ：ロータコア
４２ ：軸方向アーム
１１４ ：薄片
１２１ ：内側面
１２２ ：外側面
１２３ ：側面
１３１ ：鳩尾部
１６１ ：フランジ
２１１ ：制限部
２１２ ：圧縮部
２１３ ：適合部
３１１ ：端部薄片
３１２ ：スロット
３１３ ：ブロック部
３１４ ：薄片
４１１ ：ロータコア
４２１ ：端部壁
４２２ ：支持壁
１１ ：ロータコア
１２ ：永久磁石
１３ ：スロット
１４ ：収容部
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３０ ：回転体
３１ ：ロータコア
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４１１ ：ロータコア
４２１ ：端部壁
４２２ ：支持壁
Claims (10)
- 電気モータのロータであって、
シャフトと、
ロータコア及び複数の永久磁石を含む、前記シャフトに固定された少なく一つの回転体と、
を備え、前記ロータコアの外周には、それぞれがロータの軸方向に沿って延びる、間隔をおいて配置された複数のスロットが設けられ、前記回転体はさらに、対応するスロットに成形されかつ永久磁石を固定するようにされた複数の軸方向アームを含み、隣接する２つの軸方向アームはあいだに収容部を形成し、各永久磁石は対応する収容部に固定される、ロータ。 - 前記軸方向アームは、本体部と、前記本体部の半径方向内側から内側に延びる適合部と、そして本体部の半径方向外側からそれぞれが反対の周方向に沿って延びる二つの制限部とを含み、前記適合部は、前記ロータコアの前記スロットに成形される、請求項１に記載のロータ。
- 前記本体部は、周方向の移動を制限するよう前記永久磁石の側面を押圧し、前記制限部は半径方向の移動を制限するよう前記永久磁石の外側面を押圧する、請求項２に記載のロータ。
- 前記ロータコアは、軸方向に積層された複数の第１の薄片及び前記第１の薄片の軸方向の一つの端部に積層された少なくとも一つの第２の薄片を含み、前記第１の薄片はスロットを有し、少なくとも一つの前記第２の薄片は前記スロットに対応した複数のブロック部を有する、請求項１に記載のロータ。
- 前記第１の薄片の各々の形状は正多角形であり、前記スロットは前記正多角形の角部に形成されている、請求項４に記載のロータ。
- 少なくとも一つの前記第２の薄片の形状は、前記第１の薄片の形状と実質的に同じである、請求項４に記載のロータ。
- 前記ロータコアは少なくとも二つの第２の薄片を有し、前記少なくとも二つの第２の薄片は複数の前記第１の薄片の軸方向の反対側の端部にそれぞれ積層され、前記軸方向アームの前記本体部は前記少なくとも二つの第２の薄片の間に形成されている、請求項４に記載のロータ。
- 前記永久磁石は、前記ロータコアの外側面と接触する内側面、前記内側面とは反対側の曲面状の外側面、そして前記内側面と外側面とをつなぐ二つの側面とを含み、前記側面と内側面のあいだの角度は４５度以上９０度以下である、請求項１に記載のロータ。
- 前記軸方向アームは、前記永久磁石を支持するための二つの端部壁を含み、前記二つの端部壁は、前記軸方向アームの軸方向端部から延び、軸方向アームの周方向の二つの側面に配置される、請求項１に記載のロータ。
- ステータと、
シャフト、ロータコア及び複数の永久磁石を含む、前記シャフトに固定された少なく一つの回転体を含むロータと、
を備え、前記ロータコアの外周には、それぞれがロータの軸方向に沿って延びる、間隔をおいて配置された複数のスロットが設けられ、前記回転体はさらに、対応するスロットに成形されかつ永久磁石を固定するようにされた複数の軸方向アームを含み、隣接する２つの軸方向アームはあいだに収容部を形成し、各永久磁石は対応する収容部に固定される、電気モータ。
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