JP2021083144A - 回転電機 - Google Patents

Abstract

【課題】組付作業および分解作業の制限が緩和した回転電機を提供する。【解決手段】回転電機は、ケースと、ケース内で固定されたステータと、一端部４１がケース外に突き出したシャフト８７を有するロータと、ケース外に設けられ、ステータに電気的に接続され、ロータの回転角度を検出する角度検出センサを有する制御部と、角度検出センサに及ぶ磁界を発生させ、ロータと一体に回転するマグネット８８とを備える。マグネット８８は、シャフト８７に軸方向に嵌合する保持部材を用いることなく、ケース外で一端部４１に固定されている。マグネット８８の外径Ｄ１は一端部４１の外径Ｄ２以下である。【選択図】図３

Description

本発明は、回転電機に関する。

従来、ロータのシャフトの一端部がケース外に突き出すように設けられ、この一端部の周囲に制御部および角度検出センサが配置された回転電機が知られている。特許文献１に開示された回転電機では、角度検出センサと対向するようにマグネットが設けられている。マグネットは保持部材としてのマグネットホルダに保持されている。マグネットホルダは、マグネットが固定された保持部と、シャフトの一端部に軸方向に圧入された嵌合部と、保持部から外側に突き出したフランジ部とを有する。

特開２０１１−４１３５５号公報

特許文献１では、ケースに設けられた軸受の内径よりもマグネットホルダの外径が大きい。そのため、回転電機を製造するとき、ケースとシャフトを組み付けた後でなければマグネットを組み付けることができず、組付作業に制限があった。また、回転電機をメンテナンスするとき、シャフトからマグネットホルダを取り外さなければケース内部を分解することができず、分解作業に制限があった。

本発明は、上述の点に鑑みてなされたものであり、その目的は、組付作業および分解作業の制限が緩和した回転電機を提供することである。

本発明の回転電機は、ケース（８３０）と、ケース内で固定されたステータ（８４０）と、一端部（４１）がケース外に突き出したシャフト（８７）を有するロータ（８６０）と、ケース外に設けられ、ステータに電気的に接続され、ロータの回転角度を検出する角度検出センサ（２５）を有する制御部（１０）と、角度検出センサに及ぶ磁界を発生させ、ロータと一体に回転するマグネット（８８）とを備える。

マグネットは、シャフトに軸方向に嵌合する保持部材を用いることなく、ケース外で一端部に固定されている。マグネットの外径（Ｄ１）は一端部の外径（Ｄ２）以下である。

このようにマグネットの外径を一端部の外径以下にすることで、回転電機を製造するとき、ケースとシャフトを組み付ける前であってもマグネットとシャフトを組み付けることができる。つまり、予めシャフトとマグネットを組み付けても、ケースとシャフトを互いに干渉することなく組み付けることができる。そのため、組付作業の制限を緩和できる。

また、回転電機をメンテナンスするとき、シャフトからマグネットを取り外すことなくケース内部を分解することができる。つまり、マグネットがシャフトに固定された状態のまま、ロータをケースから取り外すことができる。そのため、分解作業の制限を緩和できる。

さらに、シャフトに軸方向に嵌合する保持部材を用いることなくマグネットを固定することで、従来マグネットと軸受との間に必要であったマグネットホルダの圧入代が不要になる。そのため、マグネットと軸受との距離を近づけることが可能となり、ケース外へ突き出す一端部の軸長を短縮可能となる。これにより、一端部の軸振れが低減し、角度検出センサによる検出精度が向上するとともに、回転電機の駆動音が低減する。また、回転電機の軸方向体格が小さくなる。

さらにまた、マグネットまたはシャフトの一端部に対して径方向外側に制御部を配置する形態において、従来一端部と制御部との間に必要であった干渉防止のための比較的大きな空間が不要になる。そのため、制御部の部品配置の制限を緩和できる。

回転電機の縦断面図である。 図１のＩＩ−ＩＩ線断面図である。 第１実施形態の回転電機のシャフト一端部を拡大して示す断面図である。 第１実施形態の第１変形例のシャフト一端部を拡大して示す断面図である。 第１実施形態の第２変形例のシャフト一端部を拡大して示す断面図である。 第１実施形態の第２変形例のマグネットの固定方法を示す断面図である。 第１実施形態の第３変形例のシャフト一端部を拡大して示す断面図である。 第１実施形態の第３変形例のマグネットの固定方法を示す断面図である。 第２実施形態の回転電機のシャフト一端部を拡大して示す正面図である。 図９のマグネットおよびシャフト一端部を矢印Ｘ方向から見たときの図である。

以下、回転電機の複数の実施形態を図面に基づき説明する。実施形態同士で実質的に同一の構成には同一の符号を付して説明を省略する。回転電機は、例えば車両の電動パワーステアリング装置に適用され、操舵アシストトルクを出力する。

最初に、各実施形態に共通する事項として、回転電機の全体構成について説明する。図１および図２に示すように、回転電機１は、モータ部８０、制御部１０およびマグネット８８を備える。

モータ部８０は、例えば三相ブラシレスモータ等から構成され、ケース８３０、ステータ８４０およびロータ８６０を備える。ケース８３０は、筒部８３４と、筒部８３４の一端に設けられたリアフレームエンド８３７と、筒部８３４の他端に設けられたフロントフレームエンド８３８とを有する。本実施形態では筒部８３４とリアフレームエンド８３７とフロントフレームエンド８３８とが別部材から構成されているが、他の実施形態ではそれらのうち２つ以上が同一部材から構成されてもよい。リアフレームエンド８３７およびフロントフレームエンド８３８は、図示しないボルト等により互いに締結されている。

ステータ８４０は、ケース８３０内で筒部８３４に固定されているステータコア８４５と、ステータコア８４５に組み付けられた巻線組８０１、８０２とを有する。巻線組８０１、８０２のリード線８５２、８５５は、リアフレームエンド８３７を貫通してケース８３０外へ延び出ている。

ロータ８６０は、リア軸受８３５およびフロント軸受８３６により支持されているシャフト８７と、シャフト８７が嵌め付けられたロータコア８６５とを有する。シャフト８７の一端部４１はケース８３０外に突き出している。ロータ８６０は、ステータ８４０の内側に設けられており、ステータ８４０に対して相対回転可能である。

制御部１０は、ケース８３０外に設けられ、リード線８５２、８５５に電気的に接続されている。本実施形態では、制御部１０は、制御ユニット２０と、制御ユニット２０を覆うカバー２１と、制御ユニット２０を外部に接続するためのコネクタユニット３５とを備える。制御部１０は、取得した情報や制御部１０内部で検出したモータ電流等の情報に基づき、所望のアシストトルクを発生するようにモータ部８０の駆動を制御する。モータ部８０および制御部１０は機電一体型の駆動装置を構成している。

制御ユニット２０は、リアフレームエンド８３７に固定されたヒートシンク２４５と、ヒートシンク２４５に固定された基板２３０、２３５およびパワーモジュール２４１、２４２と、基板２３０、２３５に実装されている各種の電子部品とを備える。基板２３０は、リアフレームエンド８３７と対向する位置に設けられている。基板２３０には、ロータ８６０の回転角度を検出する角度検出センサ２５が搭載されている。

マグネット８８は、一端部４１に固定されており、角度検出センサ２５に及ぶ磁界を発生させ、ロータ８６０と一体に回転する。

［第１実施形態］
次に、第１実施形態の回転電機１の構成について説明する。図１〜図３に示すように、マグネット８８は、シャフト８７に軸方向に嵌合する保持部材を用いることなく、ケース８３０外で一端部４１に固定されている。マグネット８８の外径Ｄ１は一端部４１の外径Ｄ２以下である。

第１実施形態では、マグネット８８は円盤状であり、軸中心がシャフト８７の回転軸心Ａｘと一致するように設けられ、接着剤４３により一端部４１の端面４２に固定されている。シャフト８７は非磁性体である。外径Ｄ１と外径Ｄ２は等しい。マグネット８８は、基板２３０に対してモータ部８０側に位置し、角度検出センサ２５と軸方向に対向するように配置されている。

（効果）
以上説明したように、第１実施形態では、マグネット８８は、シャフト８７に軸方向に嵌合する保持部材を用いることなく、ケース８３０外で一端部４１に固定されている。マグネット８８の外径Ｄ１は一端部４１の外径Ｄ２以下である。

このようにマグネット８８の外径Ｄ１を一端部４１の外径Ｄ２以下にすることで、回転電機１を製造するとき、ケース８３０とシャフト８７を組み付ける前であってもマグネット８８とシャフト８７を組み付けることができる。つまり、予めシャフト８７とマグネット８８を組み付けても、ケース８３０とシャフト８７を互いに干渉することなく組み付けることができる。そのため、組付作業の制限を緩和できる。

また、回転電機１をメンテナンスするとき、シャフト８７からマグネット８８を取り外すことなくケース８３０内部を分解することができる。つまり、マグネット８８がシャフト８７に固定された状態のまま、ロータ８６０をケース８３０から取り外すことができる。そのため、分解作業の制限を緩和できる。

さらに、シャフト８７に軸方向に嵌合する保持部材を用いることなくマグネット８８を固定することで、従来マグネット８８とリア軸受８３５との間に必要であったマグネットホルダの圧入代が不要になる。そのため、マグネット８８とリア軸受８３５との距離を近づけることが可能となり、ケース８３０外へ突き出す一端部４１の軸長を短縮可能となる。これにより、一端部４１の軸振れが低減し、角度検出センサ２５による検出精度が向上するとともに、回転電機１の駆動音が低減する。また、回転電機１の軸方向体格が小さくなる。

また、第１実施形態では、シャフト８７は非磁性体である。そのため、マグネット８８の磁束密度低下を抑制できる。

［第１実施形態の第１変形例］
第１実施形態の第１変形例では、図４に示すように、マグネット８８は溶着により一端部４１の端面４２に固定されている。このように接着剤を用いることなくマグネット８８を端面４２に固定してもよい。

［第１実施形態の第２変形例］
第１実施形態の第２変形例では、図５に示すように端面４２から軸方向へ凹む凹部４４が一端部４１に形成されている。マグネット８８の外径Ｄ１は一端部４１の外径Ｄ２よりも小さい。図６に示すように、マグネット８８は焼き嵌め又は圧入により凹部４４内に嵌め入れられて固定される。このようにマグネット８８を凹部４４内に固定してもよい。これによりマグネット８８と一端部４１との径方向位置合わせが容易になるという副次的効果が得られる。

［第１実施形態の第３変形例］
第１実施形態の第３変形例では、図７に示すように凹部４４内に固定されたマグネット８８は、図８に示すように凹部４４に注入されて硬化した磁性材料４５からなる。このように圧入等を行うことなくマグネット８８を凹部４４に固定してもよい。

［第２実施形態］
第２実施形態では、図９および図１０に示すように一端部４１は、回転方向すなわち軸心Ａｘまわりの周方向においてマグネット８８に当接可能な回転規制部５１を有する。具体的には、マグネット８８は、周方向の一部に軸方向（すなわち厚み方向）へ凹む位置合わせ用の切欠き５２を有する。一端部４１は、軸方向に突き出す突起であって切欠き５２に嵌合している回転規制部５１を有する。これにより回転規制部５１は、周方向において切欠き５２の内壁面に接触することでマグネット８８の回り止めを行う。また、シャフト８７に対するマグネット８８の回転方向の位置合わせを行う。

［他の実施形態］
他の実施形態では、マグネットまたはシャフトの一端部に対して径方向外側に制御部を配置してもよい。つまり、シャフトが制御部に挿入されるように又は貫通するように設けられてもよい。このような形態では、シャフトに軸方向に嵌合する保持部材を用いることなくマグネットを固定し、マグネットの外径を一端部の外径以下にすることで、従来一端部と制御部との間に必要であった干渉防止のための比較的大きな空間が不要になる。そのため、制御部の部品配置の制限を緩和できる。

他の実施形態では、マグネットは軸方向断面形状が円形に限らず、例えば多角形等の他の形状であってもよい。その場合、マグネットの外径とは、マグネットの外接円の径のことを意味する。

本発明は、上述した実施形態に限定されるものではなく、発明の趣旨を逸脱しない範囲で種々の形態で実施可能である。

１：回転電機 １０：制御部
２５：角度検出センサ ４１：一端部
８７：シャフト ８８：マグネット
８３０：ケース ８４０：ステータ
８６０：ロータ Ｄ１：マグネットの外径
Ｄ２：一端部の外径。

Claims (3)

1. ケース（８３０）と、
   前記ケース内で固定されたステータ（８４０）と、
   一端部（４１）が前記ケース外に突き出したシャフト（８７）を有するロータ（８６０）と、
   前記ケース外に設けられ、前記ステータに電気的に接続され、前記ロータの回転角度を検出する角度検出センサ（２５）を有する制御部（１０）と、
   前記角度検出センサに及ぶ磁界を発生させ、前記ロータと一体に回転するマグネット（８８）と、
   を備え、
   前記マグネットは、前記シャフトに軸方向に嵌合する保持部材を用いることなく、前記ケース外で前記一端部に固定されており、
   前記マグネットの外径（Ｄ１）は前記一端部の外径（Ｄ２）以下である回転電機。
2. 前記一端部は、回転方向において前記マグネットに当接可能な回転規制部（５１）を有する請求項１に記載の回転電機。
3. 前記シャフトは非磁性体である請求項１または２に記載の回転電機。

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