JP2020025454A - 電気モータ及びそのロータ - Google Patents

Abstract

【課題】接着剤を用いることなく、複数の永久磁石を固定することができるロータ、及びこのロータを用いる電気モータを提供する。【解決手段】電気モータ及びそのロータが提供される。前記ロータは、軸と、ハウジングと、前記軸に固定され、前記ハウジングに収容されるロータコアと、前記ロータコアの外面と前記ハウジングの内面との間に配置される複数の永久磁石とを含む。前記ハウジングは、金属スケルトンと、前記金属スケルトンと一体であり、前記金属スケルトンに成形される保持フレームとを備える。【選択図】図１

Description

[0001] 本開示は、ロータに関し、特に、永久磁石を有するロータ、及びこのロータを用いる電気モータに関する。

[0002] 電気モータの既存のロータは、ロータコアと、接着剤によって、ロータコアの外周に固定される複数の永久磁石とを含む。そして、非磁性ハウジングが、ロータコアに取り付けられて、永久磁石を取り囲むことができる。例えば、ロータコア及び永久磁石には、通常、非磁性ハウジングが取り付けられて、電気モータが電動パワーステアリング装置に適用されるとき、永久磁石が外れたり壊れたりするのを防ぐ。

[0003] しかしながら、接着剤を用いて、永久磁石をロータコアに固定することは、以下の問題がある。一方では、接着剤は、ロータコアと永久磁石との間の接触面上に不均一に塗布されやすいので、それらの間の接着強さを確保することが困難であり、したがって、永久磁石の半径方向の位置を確保しにくい。他方では、接着剤は、高温硬化処理を必要とし、これは、多くの時間がかかり、その結果、生産効率が低い。

[0004] したがって、接着剤を用いることなく、複数の永久磁石を固定することができるロータ、及びこのロータを用いる電気モータが望まれる。

[0005] 一態様では、ロータを提供するものであり、このロータは、軸と、ハウジングと、前記軸に固定され、前記ハウジングに収容されるロータコアと、前記ロータコアの外周面と前記ハウジングの内面との間に配置される複数の永久磁石とを含む。前記ハウジングは、金属スケルトンと、前記金属スケルトンと一体であり、前記金属スケルトンに成形される保持フレームとを備える。

[0006] 別の態様では、ステータと、上記のロータとを含む電気モータを提供するものである。

[0007] 本開示の実施形態では、永久磁石及びロータコアが、ロータのハウジングによって、直接固定されるので、接着剤を用いることによる不利益を回避することができ、したがって、ロータの生産効率及び信頼性を向上させることができる。

本開示の好ましい実施形態による電気モータのためのロータの概略図である。 図１のロータの断面図である。 図１のロータのハウジングの概略図である。 図３のハウジングの金属スケルトンの概略図である。 図２の部分Ａの部分拡大図である。 本開示の代替実施形態によるロータの部分分解図である。 本開示の好ましい実施形態による電気モータの概略図である。

[0008] ここで、添付図面の図を参照して、単なる例示として本発明の好ましい実施形態を説明する。図において、複数の図に現れる同一の構造体、要素又は部品は、一般に、それらが現れる全ての図において同じ符号で表記される。図内に示される構成部品及び構造部の寸法は、一般に、便宜のため及び提示の明確さのために選択されたものであり、必ずしも縮尺通りではない。

[0016] 添付図面及び好ましい実施形態と併せて、主題を説明する。説明された実施形態は、本開示の実施形態のいくつかに過ぎず、その全てではない。本開示の実施形態に基づいて、創作努力を払うことなく当業者によって得られる他の全ての実施形態は、本開示の保護範囲に属する。図面は、単なる参照のためのものであり、本発明を限定することを意図するものではないことを理解されたい。図面に示される寸法は、図示の便宜のためのものに過ぎず、限定的なものを意図するものではない。

[0017] ある部品が他の部品に「連結される（connected）」と考えられる場合、ある部品は、他の部品に直接連結されることができるか、又は、中心部品を有することもできることに留意されたい。別段の定義がない限り、本明細書で使用する全ての技術用語及び科学用語は、当業者により一般的に理解されるものと同じ意味を有する。本開示の明細書で使用する用語は、特定の実施形態を説明する目的のためのものに過ぎず、本発明を限定することを意図するものではない。

[0018] 図１及び図２を参照すると、本開示の好ましい実施形態による電気モータのロータは、軸１０、ロータコア１１、複数の永久磁石１２、及びハウジング２０を含む。ロータコア１１は、軸１０に固定される。ハウジング２０は、実質的に円筒状である。永久磁石１２及びロータコア１１は、ハウジング２０内に取り付けられる。永久磁石１２は、ロータコア１１の外周面とハウジング２０の内周面との間に配置される。ハウジング２０は、永久磁石１２を保護して、永久磁石１２が、外れたり壊れたり、更に、電気モータのロータとステータとの間の空隙内に落ちるのを防ぐように構成される。

[0019] ロータコア１１及び永久磁石１２は、同時又は順次に、ハウジング２０内に取り付けることができる。好ましくは、まず、ロータコア１１が、ハウジング２０内に取り付けられ、次に、永久磁石１２が、ロータコア１１の外周面とハウジング２０の内周面との間にプレス嵌めされる。

[0020] ロータコア１１は、軸方向に互いに積層される複数のラミネーションによって形成される。この実施形態では、ロータコア１１の断面は、正多角形形状であり、ロータコア１１の中心に、軸穴１１１を有し、軸１０を貫通させる。複数のスロット１１２が、それぞれ、正多角形の角に形成される。

[0021] 永久磁石１２は、ネオジム−鉄−ホウ素磁石又はフェライト磁石からなることができる。永久磁石１２は、ロータコア１１の磁極として形成される。各永久磁石１２は、内面１２１と、外面１２２と、内面１２１と外面１２２との間に連結される２つの側面１２３とを含む。この実施形態では、内面１２１は、ロータコア１１の外面と接触している平坦面である。外面１２２は、凸曲面である。永久磁石１２は、ロータの周方向に等間隔に配置される。

[0022] この実施形態では、ロータコア１１の断面は、正八角形形状である。永久磁石の数は、８である。代替実施形態では、ロータコア１１の辺の数及び永久磁石１２の数は、必要に応じて、例えば、４、６、１０、１２等に調整することができる。

[0023] 図３及び図４を参照すると、ハウジング２０は、実質的に円筒状の金属スケルトン２１と、保持フレーム２２とを含む。保持フレーム２２は、金属スケルトン２１に成形されるので、金属スケルトン２１と一体である。保持フレーム２２は、好ましくは、樹脂からなり、金属スケルトン２１の強度を高める。金属スケルトン２１は、非磁性金属、好ましくは、軟鋼などの非磁性鋼からなる。金属スケルトン２１は、０．２ｍｍ〜１ｍｍの範囲、好ましくは０．２ｍｍ〜０．４ｍｍの範囲の厚さを有する。金属スケルトン２１は、スタンピングによって直接形成することができるか、又はスタンピングシートを中空円筒体に丸めることによって形成することができる。代替実施形態では、金属スケルトン２１の断面は、円に限られず、永久磁石１２を固定することができる限り、他の形状、例えば、異なる中心を有する複数の円弧などとすることができる。

[0024] 保持フレーム２２は、ロータの軸方向に沿って延在し、周方向に等間隔に配置される複数の軸方向保持部２４を含む。軸方向保持部２４は、射出成形され、好ましくは、金属スケルトン２１の部分領域にオーバーモールドされる。軸方向保持部２４は、円弧状の断面を有することができる。各永久磁石１２は、２つの隣接する軸方向保持部２４の間に固定される。金属スケルトン２１には、複数の開口部２５が形成されることができる。軸方向保持部２４は、部分的に、開口部２５に埋め込まれて、金属スケルトン２１との接合強度を高める。

[0025] 保持フレーム２２は、更に、環状支持部２７を含み、環状支持部２７は、軸方向保持部２４の軸方向端部に連結される。環状支持部２７は、ロータコア１１及び永久磁石１２の軸方向一端に配置されて、ロータコア１１及び永久磁石１２を支持する。環状支持部２７には、軸方向に沿って延在する複数の位置決め突出部２８が設けられる。ロータコア１１には、複数の位置決め穴１１３が形成される。各位置決め穴１１３は、対応する位置決め突出部２８と締まり嵌めされて、ハウジング２０とロータコア１１との間の固着を確実にする。

[0026] 好ましくは、電気モータは、更に、射出成形材料からなる環状エンドプレート（図示せず）を含み、環状エンドプレートは、環状支持部２７に対応しており、ロータコア１１の軸方向他側に取り付けられる。同様に、環状エンドプレートにも、複数の軸方向に延在する位置突出部（図示せず）を設けることができ、位置突出部は、ロータコア１１の位置決め穴１１３と締まり嵌めされて、確実に、永久磁石１２が軸方向に制限されるようになっている。

[0027] 図２、図３及び図５を参照すると、ロータコア１１及び永久磁石１２が、ハウジング２０内に取り付けられると、永久磁石１２は、ロータコア１１とハウジング２０との間に固定される。図２及び図５に示すハウジング２０の保持フレーム２２は、明確に示すために、ドットパターンで塗りつぶされている。保持フレーム２２の軸方向保持部２４は、永久磁石１２の側面１２３に当接して、永久磁石１２の周方向の移動を制限する。金属スケルトン２１の内面は、永久磁石１２の外面１２２に当接して、永久磁石１２の半径方向の移動を制限する。

[0028] 保持フレーム２２の軸方向保持部２４は、更に、２つの制限部２４１を含むことができ、２つの制限部２４１は、それぞれ、軸方向保持部２４の２つの側から周方向反対方向に向かって延在する。制限部２４１は、永久磁石１２の外面１２２の一部に当接して、永久磁石１２を更に固定する。

[0029] 好ましくは、図２に示すように、金属スケルトン２１の内面は、永久磁石１２の外面１２２の曲率よりも小さい曲率を有し、金属スケルトン２１の内面のみが、永久磁石１２の外面１２２の一部に接触するようになっている。したがって、永久磁石１２は、より容易に、ハウジング２０内にプレス嵌めされる。具体的には、永久磁石１２の外面１２２の中央部１２４のみが、金属スケルトン２１の内面に当接する。間隙１２５が、半径方向において、永久磁石１２の外面１２２と金属スケルトン２１の内面との間に形成され、周方向において、軸方向保持部２４と永久磁石１２の外面の中央部１２４との間に形成される。

[0030] 好ましくは、金属スケルトン２１は、周方向に等間隔に配置される複数の突起２３を含む。突起２３は、半径方向内方に突出し、軸方向に沿って延在する。保持フレーム２２の軸方向保持部２４は、対応する突起２３に射出成形される。上記の開口部２５は、突起２３に形成される。この実施形態では、各突起２３は、軸方向に配置される３つの開口部２５を有する。好ましくは、軸方向保持部２４は、突起２３上にオーバーモールドされて、突起２３の半径方向内面２３１及び半径方向外面２３２を取り囲む。突起２３は、円弧状の断面を有することができる。

[0031] 好ましくは、金属スケルトン２１は、更に、周方向に所定間隔で配置される複数の端部２６を含む。各端部２６は、金属スケルトン２１の軸方向一端から半径方向内方に延在し、２つの隣接する突起２３の間に配置される。この実施形態では、端部２６は、シート状であり、スタンピング処理時、金属スケルトン２１と一体に形成することができる。保持フレーム２２の環状支持部２７は、端部２６にオーバーモールドされる。

[0032] 好ましくは、永久磁石１２の軸方向の長さは、ロータコア１１の軸方向の長さよりも小さい。環状支持部２７は、軸方向に環状支持部２７の面を越える複数の支持ピン２９を有する。支持ピン２９は、保持フレーム２２と同じ材料からなり、保持フレーム２２と一緒に射出成形されて、永久磁石１２を支持する。

[0033] 本開示の実施形態では、永久磁石１２及びロータコア１１が、ロータのハウジング２０によって、直接固定されるので、接着剤を用いることによる不利益を回避することができ、したがって、ロータの生産効率及び信頼性を向上させることができる。

[0034] 図６は、本開示の代替実施形態によるロータの部分分解図である。このロータと図１に示すロータとの主な相違点は、図６に示すロータは、上記のハウジング２０を２つ含み、２つのハウジング２０が、それぞれ、ロータの２つの軸方向端部からロータコア１１及び永久磁石１２に取り付けられる点である。好ましくは、ロータコア１１は、軸方向に沿って配置される２つの部分を含み、２つの部分は、ロータの周方向に互いにオフセットされる。これに対応して、ロータは、２組の永久磁石１２を含む。組み付けられた２つのハウジング２０及び２組の永久磁石１２も、周方向にオフセットされる。

[0035] 代替実施形態では、ロータコア１１は、軸方向に１つの部分のみを有するか、又は軸方向に複数の部分を有することができる。ロータコア１１が、軸方向に複数の部分を有する場合、２つの隣接する部分ごとに、周方向に互いにオフセットされる。これに対応して、ロータは、複数のハウジング２０と、対応するハウジング２０に収容される複数組の永久磁石１２とを含む。軸方向両側のハウジング２０は、環状支持部２７を有することができ、それらの間のハウジング（図示せず）は、環状支持部を有さない。隣接するハウジング２０及び隣接する組の永久磁石１２も、周方向にオフセットされる。

[0036] 図７を参照すると、本開示は、更に、電気モータを提供するものであり、電気モータは、モータハウジング３１と、ステータ３２と、上記実施形態のいずれかに記載のロータ３３とを含む。この電気モータは、特に、高い安全性能を必要とするシステム、例えば、電動パワーステアリングシステム、電子ブレーキシステム等に適している。ステータ３２は、モータハウジング３１内に固定される。ロータ３３は、モータハウジング３１内に回転可能に配設される。ステータ３２は、ステータコア３２１と、ステータコア３２１の周りに巻き付けられる複数の巻線３２２とを含む。巻線３２２は、電流を通電した後、磁界を発生し、そして、永久磁石１２が、巻線３２２によって発生した磁界と相互に作用して、ロータ３３が回転するようになっている。

[0037] 以上の説明は、本開示の好ましい実施形態に過ぎず、本開示を限定するためのものではない。本開示の精神及び原理内でなされるいかなる変更、均等物、修正等も、本開示の保護範囲に属する。

１０ 軸
１１ ロータコア
１２ 永久磁石
２０ ハウジング
２１ 金属スケルトン
２２ 保持フレーム
２３ 突起
２４ 軸方向保持部
２５ 開口部
２６ 端部
２７ 環状支持部
２８ 位置決め突出部
２９ 支持ピン
３１ モータハウジング
３２ ステータ
３３ ロータ
１１１ 軸穴
１１２ スロット
１１３ 位置決め穴
１２１ 内面
１２２ 外面
１２３ 側面
１２４ 中央部
１２５ 間隙
２３１ 半径方向内面
２３２ 半径方向外面
２４１ 制限部
３２１ ステータコア
３２２ 巻線

Claims (10)

1. 電気モータのロータであって、
   軸と、
   ハウジングと、
   前記軸に固定され、前記ハウジングに収容されるロータコアと、
   前記ロータコアの外面と前記ハウジングの内面との間に配置される複数の永久磁石と、
   を備え、
   前記ハウジングは、金属スケルトンと、前記金属スケルトンと一体であり、前記金属スケルトンに成形される保持フレームとを備える、
   ことを特徴とするロータ。
2. 前記金属スケルトンは、実質的に円筒状であり、内面を有し、各永久磁石の外面に当接し、前記保持フレームは、周方向に所定間隔で配置される複数の軸方向保持部を備え、前記軸方向保持部は、隣接する永久磁石の間に配置されて、前記永久磁石の側面に当接することを特徴とする、請求項１に記載のロータ。
3. 前記保持フレームは、更に、前記ロータコアの軸方向一端に配置されて、前記ロータコア及び前記永久磁石を支持する環状支持部を備えることを特徴とする、請求項２に記載のロータ。
4. 複数の端部が、前記金属スケルトンの軸方向一端から半径方向内方に延在し、周方向に所定間隔で配置され、前記保持フレームの前記環状支持部は、前記端部にオーバーモールドされることを特徴とする、請求項３に記載のロータ。
5. 前記金属スケルトンは、非磁性金属からなることを特徴とする、請求項２に記載のロータ。
6. 前記金属スケルトンは、０．２ｍｍ〜１ｍｍの範囲の厚さを有することを特徴とする、請求項５に記載のロータ。
7. 前記金属スケルトンの前記内面は、前記永久磁石の前記外面の曲率よりも小さい曲率を有することを特徴とする、請求項２に記載のロータ。
8. 前記保持フレームは、２つの制限部を含み、前記２つの制限部は、それぞれ、前記軸方向保持部の２つの側から周方向反対方向に向かって延在し、前記永久磁石の前記外面に当接することを特徴とする、請求項２に記載のロータ。
9. 前記金属スケルトンは、周方向に所定間隔で配置される複数の突起を含み、前記突起は、半径方向内方に突出し、軸方向に沿って延在し、前記軸方向保持部は、対応する前記突起上にオーバーモールドされることを特徴とする、請求項２に記載のロータ。
10. ステータと、請求項１乃至９のいずれか一項に記載のロータとを備えることを特徴とする電気モータ。