JP4721008B2 - ロータのリング磁石固定構造及び電動パワーステアリング用モータ - Google Patents

Description

本発明は、ロータシャフトとリング磁石とを固定したロータのリング磁石固定構造及び電動パワーステアリング用モータに関する。

従来は、ロータシャフトの外周面とリング磁石の内周面との間の筒状隙間に接着剤を充填して、それらロータシャフトとリング磁石とを固定していた（例えば、特許文献１参照）。
特開２００４−１３５４２６号公報（段落［００１４］、図１）

ところが、上述した従来のリング磁石固定構造では、接着剤が固化する迄の間にロータシャフトがリング磁石内で移動して互いの軸心がずれ、そのまま固定される虞があった。ロータシャフトとリング磁石の軸心がずれていると、ロータの外側に配されたステータとのエアギャップが周方向で不均一となり、回転機の磁気特性（コギングトルクやトルクリップル等）が悪化する。また、軸心がずれて固定された場合に備えてエアギャップに余裕を持たせておく必要があり、回転機の小型化が困難であった。

本発明は、上記事情に鑑みてなされたもので、モータに代表される回転機の性能を向上することが可能なロータのリング磁石固定構造及び電動パワーステアリング用モータの提供を目的とする。

上記目的を達成するためになされた請求項１の発明に係るロータ（２２０）のリング磁石固定構造は、回転機（１０）に備えたロータシャフト（１２１）の外周面とリング磁石（１２３）の内周面との間の筒状隙間（１２９）に接着剤（２７）又は熱可塑性樹脂を充填してそれらロータシャフト（１２１）とリング磁石（１２３）とを固定したロータ（２２０）のリング磁石固定構造において、ロータシャフト（１２１）の外周面の周方向における複数位置から突出した複数の第１凸部（２２Ａ）と、リング磁石（１２３）の内周面の周方向における複数位置から突出し、隣り合った第１凸部（２２Ａ）同士の間に配置された複数の第２凸部（２４Ａ）と、環状をなして筒状隙間（１２９）に収容され、第１凸部（２２Ａ）及び第２凸部（２４Ａ）が押し付けられることで、その弾発力により筒状隙間（１２９）に充填された接着剤（２７）又は熱可塑性樹脂が固化する迄の間に、ロータシャフト（１２１）とリング磁石（１２３）とを芯出しする芯出しスリーブ（２２５）とを備え、芯出しスリーブ（２２５）は筒状をなすと共に、芯出しスリーブ（２２５）には、その軸方向に延び、かつ、芯出しスリーブ（２２５）の全体に比べて強度が低い帯形塑性変形部（２２５Ｂ）が周方向に複数形成され、芯出しスリーブ（２２５）のうち帯形塑性変形部（２２５Ｂ）を挟んだ両側部分が、相反する方向にずれて帯形塑性変形部（２２５Ｂ）を塑性変形させたところに特徴を有する。

請求項２の発明は、請求項１に記載のロータ（２２０）のリング磁石固定構造において、第１凸部（２２Ａ）は、ロータシャフト（１２１）の周方向に均等配置されると共に、第２凸部（２４Ａ）は、リング磁石（１２３）の周方向に均等配置され、筒状隙間（１２９）の周方向に沿って第１凸部（２２Ａ）と第２凸部（２４Ａ）とが交互に並べられたところに特徴を有する。

請求項３の発明は、請求項２に記載のロータ（２２０）のリング磁石固定構造において、隣り合った第１凸部（２２Ａ）の間に、各第２凸部（２４Ａ）が突入しているところに特徴を有する。

請求項４の発明は、請求項２又は３に記載のロータ（２２０）のリング磁石固定構造において、リング磁石（１２３）は、周方向に沿って第２凸部（２４Ａ）毎に磁極が交互に反転するように着磁されたところに特徴を有する。

請求項５の発明は、請求項１乃至４の何れかに記載のロータ（２２０）のリング磁石固定構造において、帯形塑性変形部（２２５Ｂ）は、芯出しスリーブ（２２５）の軸方向に複数のスリット（２３０）を横並びに形成してなるところに特徴を有する。

請求項６の発明は、請求項１乃至５の何れかに記載のロータ（２２０）のリング磁石固定構造において、芯出しスリーブ（２２５）は、形状記憶合金又は形状記憶樹脂又はゴムで構成されたところに特徴を有する。

請求項７の発明に係る電動パワーステアリング用モータ（１０）は、請求項１乃至５の何れかに記載のロータ（２２０）のリング磁石固定構造を有するロータ（２２０）を備えたところに特徴を有する。

［請求項１及び５の発明］
請求項１の発明によれば、芯出しスリーブによってロータシャフトとリング磁石の芯出しを行うことができる。具体的には、芯出しスリーブを、ロータシャフトとリング磁石との間の筒状隙間に挿入しておき、芯出しスリーブのうち帯形塑性変形部を挟んだ両側部分を、相反する方向にずらす。すると、帯形塑性変形部が塑性変形して芯出しスリーブの周長が短縮し、この塑性変形した芯出しスリーブの内周面にロータシャフトの各第１凸部が突き当てられると共に、芯出しスリーブの外周面にリング磁石に備えた各第２凸部が突き当てられる。これにより、芯出しスリーブが筒状隙間内で突っ張り状態になって、芯出しスリーブの弾発力によりロータシャフトとリング磁石とが芯出しされる。ここで、帯形塑性変形部は、芯出しスリーブの軸方向に複数のスリットを横並びに形成した構成でもよい（請求項５の発明）。そして、このロータを備えた回転機では、ステータとのエアギャップを周方向でほぼ均一にすることができ、磁気特性（コギングトルクやトルクリップル等）を向上させることができる。また、従来のようにステータとのエアギャップに余裕を持たせる必要も無くなるから、エアギャップを最小限に狭めて回転機の小型化が可能になる。

［請求項２の発明］
請求項２の構成によれば、芯出しスリーブにはロータシャフトの第１凸部とリング磁石の第２凸部とが周方向で交互に突き当てられる。そして芯出しスリーブは、ロータシャフトに対して、その軸心に向かう放射状内向きの弾発力を付与する一方、リング磁石に対して、その軸心を中心とした放射状外向きの弾発力を付与する。これら弾発力によりロータシャフトとリング磁石とが芯出し状態に位置決めされる。

［請求項３の発明］
請求項３の発明によれば、芯出しスリーブが第１凸部と第２凸部とに交互に押されて、筒状隙間の周方向で蛇行した形状に変形する。そして、接着剤又は熱可塑性樹脂が固化する迄の間、ロータシャフトとリング磁石の相対回転を防ぐことができる。また、接着剤又は熱可塑性樹脂が剥がれた場合にも、リング磁石の相対回転を防ぐことができる。

［請求項４の発明］
リング磁石のうち隣り合う第２凸部に挟まれて相対的に凹所となった部分は、比較的薄肉になるため、仮に、リング磁石に過剰な力がかかった場合には、この凹所が、その他の部分に比較して割れや亀裂が起こる可能性が高い。これに対し、請求項４の発明によれば、第２凸部の間の凹所は、相反する磁極の境界部になっているから、万が一、この凹所で亀裂や割れが起こっても、ロータの磁束密度分布に与える影響を抑えることができる。

［請求項６の発明］
請求項６の発明において、芯出しスリーブを、形状記憶合金又は形状記憶樹脂で構成した場合には、芯出しスリーブが加熱によって元の形状に復元しようとするときに、芯出しスリーブにロータシャフトの各第１凸部とリング磁石の各第２凸部とが押し付けられて、ロータシャフトとリング磁石とが芯出しされる。また、芯出しスリーブをゴムで構成した場合には、ゴムの弾発力によりロータシャフトとリング磁石とが芯出しされる。

［請求項７の発明］
請求項７の発明に係る電動パワーステアリング用モータは、請求項１乃至６の何れかに記載のロータのリング磁石固定構造を有するロータを備えているので、操舵フィーリングの向上を図ることが可能になる。

以下、本発明の一実施形態を図１〜図３に基づいて説明する。図１には、本発明に係る「回転機」としてのＥＰＳ（電動パワーステアリング装置）用のブラシレスモータ１０（以下、「モータ１０」という）の断面図が示されている。図１に示す符号１１はステータであり、符号１３はステータ１１に備えられた複数のティースであり、符号１５は、複数の各ティース１３に巻回されたコイルである。

一方、モータ１０のロータ２２０に備えたロータシャフト１２１は、全体として円柱体構造をなしており、例えば複数の珪素鋼板を積層してなる。また、図１に示すように、ロータシャフト１２１の軸方向における中間部分は、両端部分に対して段付き状に拡径した大径部２１Ｓとなっている。

図３（Ａ）に示すように、ロータシャフト１２１の大径部２１Ｓは、外周面の周方向に例えば８つの角張った第１凸部２２Ａを均等配置した構造をなしている。各第１凸部２２Ａの頂点は直角に尖っており、周方向で隣り合った第１凸部２２Ａの間が第１凹部２２Ｂになっている。

リング磁石１２３は、例えば、希土類焼結材の磁性体であって全体として円筒状をなしている。図３（Ａ）に示すように、リング磁石１２３の外周面は滑らかな円弧面で構成されている。一方、リング磁石１２３の内周面には、ロータシャフト１２１の外面形状に対応した凹凸が形成されている。即ち、リング磁石１２３の周方向に例えば８つの角張った第２凸部２４Ａが均等配置され、それら周方向で隣り合った第２凸部２４Ａの間が第２凹部２４Ｂとなっている。

リング磁石１２３は、周方向に沿って第２凸部２４Ａ毎に磁極が交互に反転するように着磁されている。即ち、ロータ２２０の径方向の内外に向かってＮＳ極となった部位と、逆にＳＮ極になった部位とがリング磁石１２３の周方向に交互に設けられた構造になっている。リング磁石１２３の各第２凹部２４Ｂのうち、隣り合った２つの第２凸部２４Ａの中間部分であってリング磁石１２３のうちで最も薄肉な部分は、相反する磁極の境界部になっている。このような構成としたことで、万が一、この薄肉な部分で割れや亀裂が起きてもロータ２２０の磁束密度分布に与える影響が抑えられる。

図３（Ｃ）に示すように、第１凸部２２Ａはリング磁石１２３の第２凹部２４Ｂに突入し、第２凸部２４Ａはロータシャフト１２１の第１凹部２２Ｂに突入している。これにより、リング磁石１２３とロータシャフト１２１との間には、周方向で蛇行した筒状隙間１２９が形成されている。この筒状隙間１２９に芯出しスリーブ２２５が収容されると共に、接着剤２７が充填されてロータシャフト１２１とリング磁石１２３とが固着されている。

図３（Ｃ）に示すように、芯出しスリーブ２２５は、筒状隙間１２９の幅よりも薄肉な筒形をなし、ロータシャフト１２１の各第１凸部２２Ａとリング磁石１２３の各第２凸部２４Ａの各頂点が押し付けられて周方向で蛇行している。そしてロータシャフト１２１とリング磁石１２３は、この芯出しスリーブ２２５を挟んだ状態で、例えば接着剤により一体に固定されている。

図２（Ａ）に示すように、本実施形態の芯出しスリーブ２２５は円筒形状をなし、軸方向全体に延びた帯形塑性変形部２２５Ｂを１８０度間隔を開けた２箇所に備えて、それら両帯形塑性変形部２２５Ｂ，２２５Ｂを介して１対の半円筒体部２２５Ａ，２２５Ａが対向した構造になっている。また、各帯形塑性変形部２２５Ｂには、その長手方向に沿って複数のスリット２３０が貫通形成されている。そして、使用前の芯出しスリーブ２２５は、図２（Ａ）に示すように、スリット２３０同士の間に残された複数の接続壁２３１が、芯出しスリーブ２２５の周方向に真っ直ぐ延びた状態（以下、大径状態）になっている。この大径状態の芯出しスリーブ２２５に対し、図２（Ｂ）の矢印のように、１対の半円筒体部２２５Ａ，２２５Ａを相反する軸方向に押圧すると、接続壁２３１群が芯出しスリーブ２２５の周方向に対して斜めに傾くように塑性変形して半円筒体部２２５Ａ，２２５Ａ同士が近づいた状態（小径状態）になる。詳細には、図３（Ａ）には、大径状態の芯出しスリーブ２２５を軸方向から見た状態がローターシャフト１２１と合わせて示されている。この大径状態の芯出しスリーブ２２５の周長のうち各帯形塑性変形部２２５Ｂが占める長さをＬ１とすると、上記の如く、接続壁２３１群が斜めに傾くように塑性変形した小径状態では、芯出しスリーブ２２５の周長のうち各帯形塑性変形部２２５Ｂが占める長さがＬ２になって前記したＬ１より短くなる。これにより、芯出しスリーブ２２５は、大径状態から小径状態に縮径変形して周長が短くなる。

本実施形態のモータ１０の構造は以上であって、次にロータ２２０及びモータ１０の製造方法について説明する。ロータ２２０を製造するには、芯出しスリーブ２２５を大径状態にしてローターシャフト１２１とリング磁石１２３との間の筒状隙間１２９に挿入する。このとき、芯出しスリーブ２２５の周長は比較的長くなっているので、図３（Ｂ）に示すように筒状隙間１２９の形状に合わせて容易に変形させることができる。次いで、筒状隙間１２９内の芯出しスリーブ２２５における１対の半円筒体部２２５Ａ，２２５Ａを相反する軸方向に押圧して、芯出しスリーブ２２５を小径状態にする。これにより、図３（Ｃ）に示すように芯出しスリーブ２２５が筒状隙間１２９内で突っ張り状態になって、リング磁石１２３とローターシャフト１２１とが芯出し状態に保持される。

この状態で、筒状隙間１２９に接着剤２７を充填し固化させれば、ロータシャフト１２１とリング磁石１２３とが芯出し状態で固定される。以上でロータ２２０は完成である。

さらに、図１に示すようにモータハウジング１６に収容されたステータ１１内に、ロータ２２０を挿入すると共に、ロータシャフト１２１をベアリング３０，３０にて軸支して、モータ１０が完成する。

ところで、接着剤が固化するまでの間、芯出しスリーブ２２５は、以下のようにしてロータシャフト１２１とリング磁石１２３とを芯出し状態に保持している。即ち、図３（Ｃ）に示すように、芯出しスリーブ２２５には、ロータシャフト１２１の各第１凸部２２Ａとリング磁石１２３の各第２凸部２４Ａとが周方向で交互に押し付けられている。従って、芯出しスリーブ２２５は、ロータシャフト１２１に対しては、その軸心Ｑに向かう放射状内向きの弾性力Ｆ２を付与する一方、リング磁石１２３に対しては、その軸心を中心とした放射状外向きの弾発力Ｆ１を付与する。これらロータ２２０の径方向を向いた弾発力Ｆ１，Ｆ２により、ロータシャフト１２１の軸心Ｑとリング磁石１２３の軸心とが同軸上に位置決め、即ち、芯出し状態に保持される。

このように、本実施形態のリング磁石固定構造によれば、接着剤が固化する迄の間、芯出しスリーブ２２５によりロータシャフト１２１とリング磁石１２３とを芯出し状態に保持することができ、ロータシャフト１２１とリング磁石１２３とが芯出しされたロータ２２０を製造することができる。このロータ２２０を備えたモータ１０では、ステータ１１とのエアギャップ２８（図１を参照）を周方向で均一にすることができ、モータ１０の磁気特性（コギングトルクやトルクリップル等）を向上させることができる。また、エアギャップ２８を最小限に狭めてモータ１０の小型化が可能になる。また、筒状隙間１２９に形成された接着剤２７層の厚みが周方向でほぼ均一となるから、リング磁石１２３に偏った応力がかかって割れや亀裂が発生するのを防止できる。しかも、このモータ１０を電動パワーステアリング装置用のモータとして用いることにより、車両の操舵フィーリングの向上を図ることができる。

［他の実施形態］
本発明は、前記実施形態に限定されるものではなく、例えば、以下に説明するような実施形態も本発明の技術的範囲に含まれ、さらに、下記以外にも要旨を逸脱しない範囲内で種々変更して実施することができる。

（１）芯出しスリーブは、ゴム、超弾性合金、形状記憶合金又は形状記憶樹脂で構成してもよい。

（２）上記一実施形態において、筒状隙間１２９には接着剤の代わりに熱可塑性樹脂を充填してもよい。

（３）上記一実施形態において、帯形塑性変形部２２５Ｂ，２２５Ｂは軸方向に沿って複数のスリット２３０を横並びに貫通形成することで、他の部分より強度を低くしていたが、芯出しスリーブ２２５の肉厚を他の部分より薄くすることで強度を低くした構造でもよい。なお、芯出しスリーブ２２５は、磁性体金属であることが好ましい。

（４）上記一実施形態では、第１凸部２２Ａ間に第２凸部２４Ａが突入した構成となっていたが、第１凸部２２Ａ間に第２凸部２４Ａが突入していない構成としてもよい。

（５）ロータシャフト１２１に形成された第１凸部２２Ａと、リング磁石１２３に形成された第２凸部２４Ａとを、ロータ２２０の回転軸に対して斜めに延ばした（即ち、スキューを施した）構造としてもよい。

本発明の一実施形態に係るモータの側面図 芯出しスリーブの（Ａ）塑性変形前の斜視図、（Ｂ）塑性変形後の斜視図 （Ａ）塑性変形前の芯出しスリーブの平面図、（Ｂ）塑性変形前の芯出しスリーブを備えたロータの平断面図、（Ｃ）塑性変形後の芯出しスリーブを備えたロータの平断面図

１０ ブラシレスモータ（回転機）
２２０ ロータ
１２１ ロータシャフト
２２Ａ 第１凸部
１２３ リング磁石
２４Ａ 第２凸部
２２５ 芯出しスリーブ
２７ 接着剤
１２９ 筒状隙間
２２５Ｂ 帯形塑性変形部
２３０ スリット

Claims (7)

1. 回転機に備えたロータシャフトの外周面とリング磁石の内周面との間の筒状隙間に接着剤又は熱可塑性樹脂を充填してそれら前記ロータシャフトと前記リング磁石とを固定したロータのリング磁石固定構造において、
   前記ロータシャフトの外周面の周方向における複数位置から突出した複数の第１凸部と、
   前記リング磁石の内周面の周方向における複数位置から突出し、隣り合った第１凸部同士の間に配置された複数の第２凸部と、
   環状をなして前記筒状隙間に収容され、前記第１凸部及び前記第２凸部が押し付けられることで、その弾発力により前記筒状隙間に充填された前記接着剤又は前記熱可塑性樹脂が固化する迄の間に、前記ロータシャフトと前記リング磁石とを芯出しする芯出しスリーブとを備え、
   前記芯出しスリーブは筒状をなすと共に、前記芯出しスリーブには、その軸方向に延び、かつ、前記芯出しスリーブの全体に比べて強度が低い帯形塑性変形部が周方向に複数形成され、前記芯出しスリーブのうち前記帯形塑性変形部を挟んだ両側部分が、相反する方向にずれて前記帯形塑性変形部を塑性変形させたことを特徴とするロータのリング磁石固定構造。
2. 前記第１凸部は、前記ロータシャフトの周方向に均等配置されると共に、前記第２凸部は、前記リング磁石の周方向に均等配置され、前記筒状隙間の周方向に沿って前記第１凸部と前記第２凸部とが交互に並べられたことを特徴とする請求項１に記載のロータのリング磁石固定構造。
3. 前記隣り合った前記第１凸部の間に、前記各第２凸部が突入していることを特徴とする請求項２に記載のロータのリング磁石固定構造。
4. 前記リング磁石は、周方向に沿って前記第２凸部毎に磁極が交互に反転するように着磁されたことを特徴とする請求項２又は３に記載のロータのリング磁石固定構造。
5. 前記帯形塑性変形部は、前記芯出しスリーブの軸方向に複数のスリットを横並びに形成してなることを特徴とする請求項１乃至４の何れかに記載のロータのリング磁石固定構造。
6. 前記芯出しスリーブは、形状記憶合金又は形状記憶樹脂又はゴムで構成されたことを特徴とする請求項１乃至５の何れかに記載のロータのリング磁石固定構造。
7. 前記請求項１乃至６の何れかに記載のロータのリング磁石固定構造を有するロータを備えたことを特徴とする電動パワーステアリング用モータ。

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