JP5267772B2 - モータロータ及びその製造方法及び電動パワーステアリング装置 - Google Patents

Description

本発明は、鋼板を積層してなる円柱形ロータコアの外側面に接着剤にてマグネットを固定して備えたモータロータ及びその製造方法及びそのモータロータを駆動源に備えた電動パワーステアリング装置に関する。

従来、この種のモータロータは、母材となる鋼板から複数の円形の鋼板を打ち抜き、バリを除去した後、鋼板を積層してロータコアを形成していた。そして、ロータコアを外側面に接着剤を塗布してマグネット（リング磁石又は複数のセグメント磁石）を固定していた（例えば、特許文献１参照）。
特開２００７−２１４３９３号公報（請求項６、段落［００３９］，［００４１］，［００４２］，図９，図１１）

ところで、鋼板とマグネットと接着剤の各熱膨張率は互いに異なる。このため、モータの使用と不使用とが繰り返されると、繰り返しの応力によって接着剤が破壊されて、接着力が低下するという事態が生じ得た。

本発明は、上記事情に鑑みてなされたもので、接着剤の破壊を防ぎ、接着強度を持続させることが可能なモータロータ及びその製造方法及び電動パワーステアリング装置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の発明に係るモータロータ（２０）は、複数の鋼板（３０）を積層してなるロータコア（２２）の外側面（２２Ａ）に接着剤（４０）にてマグネット（２４）を固定して備えたモータロータ（２０）であって、重なり合った鋼板（３０）同士の外縁部間の隙間（３０Ｓ）を塞ぎ、隙間（３０Ｓ）への接着剤（４０）の進入を規制する隙間閉塞突起（３５）を、各鋼板（３０）の外縁部に沿って形成したところに特徴を有する。

請求項２の発明は、請求項１に記載のモータロータ（２０）において、隙間閉塞突起（３５）は、鋼板（３０）の外縁部から板厚方向に突出したバリ（３５）であるところに特徴を有する。

請求項３の発明に係るモータロータ（２０）の製造方法は、複数の鋼板（３０）を積層してなるロータコア（２２）の外側面（２２Ａ）に接着剤（４０）にてマグネット（２４）を固定して備えたモータロータ（２０）の製造方法であって、母材（３０Ｚ）から複数の鋼板（３０）を打ち抜いて、それら複数の鋼板（３０）の外縁部から板厚方向にバリ（３５）が突出した状態にする打ち抜き工程と、複数の鋼板（３０）を、バリ（３５）が同じ方向を向くように配置して積層し、重なり合った鋼板（３０）同士の外縁部間の隙間（３０Ｓ）をバリ（３５）にて塞いで、隙間（３０Ｓ）への接着剤の進入を規制した状態にしてロータコア（２２）を形成する積層工程と、接着剤（４０）にてマグネット（２４）をロータコア（２２）の外側面（２２Ａ）に固定する接着工程とを行うところに特徴を有する。

請求項４の発明に係る電動パワーステアリング装置（１００）は、請求項１又は２のモータロータ（２０）を有するモータ（１０）を駆動源として備えたところに特徴を有する。

本願発明者が、従来のモータロータをカットして断面形状を調べた結果、図１０に示すように、ロータコア（２）を構成する鋼板（３）同士の外縁部間に、一様に隙間（４）が生じていた。これら隙間（４）は、母材からロータコア（２）用の鋼板（３）を打ち抜いた際にそれら鋼板（３）の外縁部が引き延ばされて薄肉になるために生じると考えられる。また、マグネット（９）をロータコア（２）の外側面に固定するための接着剤（５）は、ロータコア（２）の外側面から鋼板（３）間の各隙間（４）内に向かって膨出した状態になって固化し、それら膨出部分（６）の先端に亀裂（７）が発生していることが分かった。そして、接着剤（５）の破壊は、これら亀裂（７）が起因していると推測され、亀裂（７）自体の発生原因は、鋼板（３）とマグネット（９）と接着剤（５）との間の熱膨張率の相違による応力や、接着剤（５）が固化する際の凝縮応力が、膨出部分（６）の先端に集中（即ち、応力集中）するためであると推測される。

これに対し、請求項１のモータロータでは、各鋼板の外縁部に沿って形成された隙間閉塞突起によって、鋼板間の隙間を塞いで接着剤の進入を規制するので、従来、問題になっていた接着剤の膨出部分をなくすことができる。これにより、膨出部分の亀裂に起因した接着剤の破壊を防ぎ、接着強度を持続させることが可能になる。

ここで、隙間閉塞突起は、鋼板の外縁部を側方から加圧又は叩いて押し潰すことで形成してもよいし、請求項２の発明のように、鋼板の外縁部から板厚方向に突出したバリを隙間閉塞突起として利用してもよい。このようにバリを隙間閉塞突起として利用すれば、製造コストを抑えることができる。

請求項３のモータロータの製造方法によれば、鋼板を打ち抜いた際に発生したバリによって重なり合った鋼板間の隙間を塞ぎ、接着剤が隙間に進入することを規制するので、従来、問題になっていた接着剤の膨出部分をなくすことができる。これにより、膨出部分の亀裂に起因した接着剤の破壊を防ぎ、接着強度を持続させることが可能になる。

請求項４の電動パワーステアリング装置によれば、請求項１又は２のモータロータを有するモータを駆動源として備えたので、信頼性が向上する。

以下、本発明の一実施形態を図１〜図９に基づいて説明する。図１には本実施形態に係るモータロータ２０（以下、単に「ロータ２０」という）を有したモータ１０の断面図が示されている。同図に示すように、このモータ１０に備えたステータ１１は、円筒状のステータコア１２の内周面から内側に向けて複数（例えば１２個）のティース１３を突出させた構造になっている。各ティース１３は先端部が基端部よりも幅広になっている。また、各ティース１３の基端部には、電線が巻回されてコイル１５が形成されている。

一方、ロータ２０は、図２に示すように、例えば、八角柱構造のロータコア２２の中心にロータシャフト２３を貫通させて備えている。また、ロータコア２２の８つの外側面２２Ａには、セグメント磁石２４（本発明の「マグネット」に相当する）が１つずつ接着剤４０（図８参照）にて固定されている。各セグメント磁石２４は、図３に示すように、ロータ２０の軸方向に延びた略長板形状になっている。また、図２に示すように、セグメント磁石２４のうちロータコア２２に固定された側は、平坦面２４Ａになっており、その反対側は円弧面２４Ｂになっている。そして、各セグメント磁石２４は、ロータ２０の径方向に磁路が向くように着磁されている。

図７に示すように、ロータコア２２は、複数の鋼板３０を積層してなる。詳細は、ロータ２０の製造方法と共に後述する。また、ロータシャフト２３は、ロータコア２２より長くなっており、両端部が図示しないベアリングによってステータ１１に回転可能に支持されている。

ロータ２０は、以下のようにして製造される。まず、打ち抜き工程を行う。その打ち抜き工程では、図示しないプレス機により、図４に示した母材３０Ｚ（例えば、珪素鋼板）から、外形が正八角形の鋼板３０を複数打ち抜く。このとき、鋼板３０の中心には、シャフト挿通孔３１を打ち抜き、そのシャフト挿通孔３１の周りの複数位置には、係止凹所３２を成形しておく。詳細には、係止凹所３２は、例えば鋼板３０の一部を押圧して鋼板３０に平行な１対の切断線３３，３３を形成し、それら切断線３３，３３の間を押し下げた成形する。この結果、図５に示すように、係止凹所３２の裏面側は、山形に突出した係止突起３４になる。

ところで、母材３０Ｚからロータコア２２用の鋼板３０を複数打ち抜いた際に、それら鋼板３０の外縁部は引き延ばされ、図５に示すように薄肉になる。また、鋼板３０の外縁部からは、鋼板３０を打ち抜き方向と逆向きにバリ３５が起立した状態になる。通常であれば、バリ３５は排除するが本実施形態では、このバリ３５は排除しない。なお、シャフト挿通孔３１の縁部にバリ（図示せず）が発生した場合には、そのバリは面取り等によって排除するのが好ましい。

次いで、積層工程を行う。その積層工程では、図６に示すように、複数の鋼板３０の間で、係止突起３４が同じ方向を向くようにして、それら複数の鋼板３０を積層する。すると、一の鋼板３０の係止突起３４が、他の鋼板３０の係止凹所３２に押し込まれ、これにより複数の鋼板３０が積層された状態に保持されてロータコア２２になる。

ここで、鋼板３０の外縁部は、上記したように打ち抜き工程によって薄肉になっているので、重なり合った鋼板３０，３０同士の外縁部の間には、僅かな隙間３０Ｓが生じる。ところが、各鋼板３０の外縁部からバリ３５が、係止突起３４と反対向きに突出しているので、これらバリ３５によって各隙間３０Ｓにおけるロータコア２２の外側面２２Ａ側の開口が塞がれる。このようにして、所定枚数の鋼板３０が積層されてロータコア２２が完成したら、シャフト挿通孔３１にロータシャフト２３を圧入する（図７参照）。

次いで、接着工程を行う。接着工程では、図８に示すように、ロータコア２２の外側面２２Ａに液状（又はゲル状）の接着剤４０を塗布して、ロータコア２２の各外側面２２Ａにセグメント磁石２４を押し付ける。ここで、鋼板３０，３０同士の間の隙間３０Ｓは、各鋼板３０のバリ３５によって塞がれているので、塗布された液状（又はゲル状）の接着剤４０が鋼板３０，３０間の隙間３０Ｓに進入することを規制される。これにより、ロータコア２２とセグメント磁石２４との間の接着剤４０の厚さが均一になる。そして、接着剤４０が固化してセグメント磁石２４がロータコア２２に固定され、ロータ２０が完成する。

なお、セグメント磁石２４をロータコア２２に固定してから、セグメント磁石２４に磁界を付与する場合は、その着磁工程にてロータ２０が完成する。また、接着剤４０は、エポキシ樹脂系であってもよいし、シリコーン樹脂系であってもよい。但し、熱サイクルに対する信頼性が比較的高いシリコーン樹脂系であることが好ましい。

以上説明した本実施形態の構成によれば、ロータコア２２用の鋼板３０の打ち抜き工程で発生したバリ３５によって鋼板３０間の隙間３０Ｓを塞ぎ、接着剤４０の進入を規制することで、従来、問題になっていた接着剤の膨出部分を無くすことができる。これにより、膨出部分の亀裂に起因した接着剤４０の破壊を防ぎ、接着強度を持続させることが可能になる。よって、このロータ２０を有するモータ１０の信頼性は向上する。

そのモータ１０を駆動源に使用した電動パワーステアリング装置１００の構成は以下のようである。図９に示すように、この電動パワーステアリング装置１００は、車両１１０に備えた１対の転舵輪１０１，１０１の間に差し渡された転舵輪間シャフト１０２と、その転舵輪間シャフト１０２の外側を覆ったシャフトケース１０３とを備えている。転舵輪間シャフト１０２の両端は、タイロッド１０２Ｔ，１０２Ｔを介して各転舵輪１０１，１０１に連結され、シャフトケース１０３は、車両１１０の本体に固定されている。また、転舵輪間シャフト１０２の中間部分にはラック（図示せず）が形成され、シャフトケース１０３の中間部を側方から貫通したピニオン（図示せず）がこのラックに噛合している。

１、トルクセンサ１１２及び車速センサ１１３の検出信号に基づいた運転状況に応じてモータ１０を駆動し、これにより運転者によるハンドル操作をモータ１０で補助して転舵輪１０１，１０１を転舵することができる。

この電動パワーステアリング装置１００では、上述したモータ１０を駆動源として備えているので信頼性が向上する。

［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）上記実施形態のロータ２０は、複数のセグメント磁石２４を多角形のロータコア２２の外面に固定して備えていたが、円筒状のリング磁石を円柱状のロータコアの外側に嵌合して接着剤で固定した構成にしてもよい。

（２）前記実施形態では、打ち抜き工程で発生したバリ３５を利用して鋼板３０，３０の間の隙間を塞いでいたが、例えば、打ち抜き工程でバリを切除した後、鋼板の外縁部を側方から加圧又は叩いて押し潰すことで、鋼板の外縁部から板厚方向の両方に突出した隙間閉塞突起（図示せず）を形成し、その隙間閉塞突起によって鋼板の間の隙間を塞いでもよい。

（３）前記実施形態では、車両のコラム部分に配置された、所謂、コラム電動パワーステアリング装置に本発明を適用した例を示したが、例えば、ボールネジ機構でモータを上記転舵輪間シャフト１０２に連結したラック電動パワーステアリング装置及びその駆動源のモータのロータに本発明を適用してもよいし、或いは、ラックアンドピニオン機構でモータを上記転舵輪間シャフト１０２に連結したピニオン電動パワーステアリング装置に本発明を適用してもよい。

本発明の第１実施形態に係るモータを回転軸方向から見た断面図 ロータの回転軸方向の中間部における断面図 ロータの側面図 母材からロータコア用の鋼板を打ち抜いた状態の斜視図 ロータコア用の鋼板の一部破断斜視図 ロータコアの部分側断面部 ロータコアの側面図 ロータの一部を拡大した側断面図 電動パワーステアリング装置を備えた車両の概念図 従来のロータの一部を拡大した側断面図

符号の説明

１０ モータ
２０ ロータ（モータロータ）
２２ ロータコア
２２Ａ 外側面
２３ ロータシャフト
２４ セグメント磁石
３０ 鋼板
３０Ｓ 隙間
３０Ｚ 母材
３４ 係止突起
３５ バリ（隙間閉塞突起）
４０ 接着剤
１００ 電動パワーステアリング装置

Claims (4)

1. 複数の鋼板を積層してなるロータコアの外側面に接着剤にてマグネットを固定して備えたモータロータであって、
   重なり合った前記鋼板同士の外縁部間の隙間を塞ぎ、前記隙間への前記接着剤の進入を規制する隙間閉塞突起を、前記各鋼板の外縁部に沿って形成したことを特徴とするモータロータ。
2. 前記隙間閉塞突起は、前記鋼板の外縁部から板厚方向に突出したバリであることを特徴とする請求項１に記載のモータロータ。
3. 複数の鋼板を積層してなるロータコアの外側面に接着剤にてマグネットを固定して備えたモータロータの製造方法であって、
   母材から複数の鋼板を打ち抜いて、それら複数の鋼板の外縁部から板厚方向にバリが突出した状態にする打ち抜き工程と、
   前記複数の鋼板を、前記バリが同じ方向を向くように配置して積層し、重なり合った前記鋼板同士の外縁部間の隙間を前記バリにて塞いで、前記隙間への前記接着剤の進入を規制した状態にして前記ロータコアを形成する積層工程と、
   前記接着剤にて前記マグネットを前記ロータコアの外側面に固定する接着工程とを行うことを特徴とするモータロータの製造方法。
4. 請求項１又は２のモータロータを有するモータを駆動源として備えたことを特徴とする電動パワーステアリング装置。