JP5317661B2

JP5317661B2 - 回転電機用マグネットホルダ

Info

Publication number: JP5317661B2
Application number: JP2008314399A
Authority: JP
Inventors: 雅通大久保
Original assignee: Mitsuba Corp
Current assignee: Mitsuba Corp
Priority date: 2008-12-10
Filing date: 2008-12-10
Publication date: 2013-10-16
Anticipated expiration: 2028-12-10
Also published as: JP2010141993A

Description

本発明は、モータや発電機などの回転電機に使用されるマグネットホルダに関し、特に、軸方向に延びるアーム部材の間にマグネットを挟持するタイプのマグネットホルダに関する。

従来より、小型モータや発電機では、磁界形成用のマグネット（永久磁石）を、接着剤や樹脂モールド等にてロータやステータに固定する方式が採用されている。また、近年では、特許文献１のように、軸方向に延びるアーム部材を備えたマグネットホルダを用いてマグネットをロータコアに固定する方式も提案されている。図７はこのようなマグネットホルダの構成を示す斜視図であり、ここでは、ステップスキュー構造のモータに用いられるマグネットホルダ５１をロータコア５２に装着した状態を示している。

図７に示すように、マグネットホルダ５１には、軸方向に延びるホルダアーム５３が周方向に沿って複数個（ここでは６個）設けられている。ホルダアーム５３は断面が略Ｔ字形となっており、嵌合突起５４とマグネット保持片５５を備えている。ロータコア５２には、軸方向に延びるホルダ取付溝５６が形成されており、嵌合突起５４が軸方向から挿入・嵌合される。隣接するホルダアーム５３の対向するマグネット保持片５５の間には、図７に示すように、軸方向からマグネット５７が圧入固定される。これにより、マグネット５７は、ホルダアーム５３によって、径方向・周方向の動きが規制された状態でロータコア５２上に位置決め固定される。
国際公開ＷＯ２００６／００８９６４号公報

しかしながら、図７のようなマグネットホルダ５１ではホルダアーム５３の間にマグネット５７を挿入する際、マグネット５７にマグネット保持片５５の端部が当接し、マグネット５７が組み付けにくいという問題があった。特に、ステップスキュー対応のマグネットホルダ５１では、ホルダアーム５３が短く撓みにくいため、マグネット５７が非常に挿入しづらい上に、取り付けるマグネットの数も多いため、マグネット装着作業に要する工数が嵩みコストアップの一因となるという問題もあった。このため、従来の回転電機では、マグネット５７の端部を大きく面取りし、ホルダアーム５３間にマグネット５７を挿入し易くする手法が取られていたが、その場合も、マグネット体積の減少による出力低下や、面取り加工に伴う加工コストの増大などの問題があった。

本発明の目的は、マグネットの保持機能を維持しつつ、マグネットを容易に装着可能なマグネットホルダを提供することにある。

本発明の回転電機用マグネットホルダは、軸方向に沿って片持ち梁状態で延びる複数個のホルダアームを備え、前記ホルダアームの間に形成されるマグネット収容部内に、回転電機のロータコアに取り付けられるマグネットを収容保持する回転電機用のマグネットホルダであって、前記ホルダアームは、軸方向に沿って延びる本体部と、前記本体部の周方向両側部に突設された一対のマグネット保持片とを備え、前記ホルダアームの軸方向先端部に、隣接する前記ホルダアームの間に前記マグネットを径方向から装着可能なように、前記マグネット保持片の自由端側の軸方向端部を切り欠く形でマグネット導入部を設け、前記マグネットは、径方向から前記マグネット導入部に装着され、前記マグネット導入部から軸方向に沿って前記マグネット収容部内に取り付けられることを特徴とする。

本発明にあっては、マグネットをホルダアームの間に装着する際、まず、マグネット導入部にマグネットを置き、その後、軸方向に沿ってマグネットをマグネット保持片の下に押し込む。これにより、マグネットホルダ端面から狭い空間内にマグネットを押し込む作業が不要となり、従来のマグネットホルダに比して、マグネット装着作業が簡単となる。また、マグネット端部の大きな面取り加工も不要となり、加工費用が節約できると共に、マグネットの体積減少に伴う性能低下も回避できる。

前記回転電機用マグネットホルダにおいて、前記マグネット保持片の軸方向長を、前記マグネットの軸方向長よりも短く、前記本体部の軸方向長は、前記マグネットの軸方向長と略同一に形成しても良い。これにより、ホルダアームの端部にマグネット保持片のない空隙部分が形成され、マグネットをホルダアームの間に装着する際、まず、この空隙部分にマグネットを置き、その後、軸方向に沿ってマグネットをマグネット保持片の下に押し込むことが可能となる。

さらに、前記マグネット導入部は、前記マグネットを前記ロータコアの外周面上に径方向から載置可能に設けられ、前記ロータコアの外周面上に載置された前記マグネットは、前記マグネット保持片と前記ロータコアの外周面との間に軸方向からスライド移動可能であり、該マグネットを前記マグネット導入部から軸方向にスライドさせることにより、前記マグネットが前記マグネット収容部内に取り付けられるようにしても良い。

前記回転電機用マグネットホルダにおいて、前記回転電機が、前記マグネットが軸方向に沿って複数列配置され、隣接列の前記マグネットの磁極が周方向にずれた位置に配置されるステップスキュー構造を有するものであっても良い。このようなステップスキュー構造のモータでは、マグネット保持片の軸方向長が短く、マグネットの個数も多いため、本発明のマグネットホルダによる作業容易化の効果も大きい。

本発明の回転電機用マグネットホルダによれば、ロータコアに取り付けられるマグネットを保持するホルダアームの軸方向先端部に、隣接するホルダアームの間にマグネットを径方向から装着可能なマグネット導入部を設けたので、マグネットをホルダアームの間に装着する際、まず、マグネット導入部にマグネットを置き、その後、軸方向に沿ってマグネットをマグネット保持片の下に押し込むことができる。このため、マグネットホルダ端面から狭い空間内にマグネットを押し込む作業が不要となり、従来のマグネットホルダに比して、マグネット装着作業が非常に容易となる。また、マグネット端部の大きな面取り加工も不要となるため、加工費用が節約できると共に、マグネットの体積減少に伴う性能低下も回避できる。

また、本発明の回転電機用マグネットホルダによれば、ロータコアに取り付けられるマグネットを保持するホルダアームに形成されたマグネット保持片の軸方向長をマグネットの軸方向長よりも短く、また、ホルダアームの本体部の軸方向長をマグネットの軸方向長と略同としたので、ホルダアームの端部にマグネット保持片のない空隙部分が形成され、マグネットをホルダアームの間に装着する際、まず、この空隙部分にマグネットを置き、その後、軸方向に沿ってマグネットをマグネット保持片の下に押し込むことができる。このため、マグネットホルダ端面から狭い空間内にマグネットを押し込む作業が不要となり、従来のマグネットホルダに比して、マグネット装着作業が非常に容易となる。また、マグネット端部の大きな面取り加工も不要となるため、加工費用が節約できると共に、マグネットの体積減少に伴う性能低下も回避できる。

以下、本発明の実施例を図面に基づいて詳細に説明する。図１は本発明の一実施例であるブラシレスモータ（回転電機）の断面図である。図１に示すように、ブラシレスモータ１（以下、モータ１と略記する）は、外側にステータ（固定子）２、内側にロータ（回転子）３を配したインナーロータ型のブラシレスモータとなっている。モータ１は、例えば、コラムアシスト式の電動パワーステアリング装置（ＥＰＳ）の動力源として使用され、自動車のステアリングシャフトに対し動作補助力を付与する。モータ１は、ステアリングシャフトに設けられた減速機構部に取り付けられ、モータ１の回転は、この減速機構部によってステアリングシャフトに減速されて伝達される。

ステータ２は、有底円筒形状のケース４と、ステータコア５、ステータコア５に巻装されたステータコイル６（以下、コイル６と略記する）及びステータコア５に取り付けられるバスバーユニット（端子ユニット）７とから構成されている。ケース４は、鉄等にて有底円筒状に形成されており、その開口部には、図示しない固定ネジによってアルミダイキャスト製のブラケット８が取り付けられる。

ステータコア５は、図２に示すように、複数個（ここでは９個）の分割コア９を周方向（回転方向）に集成した構成となっている。ステータコア５には、９個のティース５ａが径方向内側に向かって突設されている。ステータコア５の先端には、２ｎ個の補助溝５ｂが（ここでは２個）が形成されており、擬似スロット効果によるコギング低減が図られている。分割コア９は、電磁鋼板からなるコアピースを積層して形成され、その周囲には合成樹脂製のインシュレータ１１が取り付けられている。

インシュレータ１１の外側にはコイル６が巻装され、ステータコア５の一端側には、コイル６の端部６ａが引き出されている。ステータコア５の一端側には、合成樹脂製の本体部内に銅製のバスバーがインサート成形されたバスバーユニット７が取り付けられる。バスバーユニット７の周囲には複数個の給電用端子１２が径方向に突設されており、バスバーユニット７の取り付けに際し、コイル端部６ａは、この給電用端子１２と溶接される。バスバーユニット７では、バスバーはモータ１の相数に対応した個数（ここでは、Ｕ相,Ｖ相,Ｗ相分の３個）設けられており、各コイル６はその相に対応した給電用端子１２と電気的に接続される。ステータコア５は、バスバーユニット７を取り付けた後、ケース４内に圧入固定される。

ステータ２の内側にはロータ３が挿入されている。図３はロータ３の構成を示す説明図、図４は図３の側面図（一部破断）である。ロータ３はロータシャフト１３を有しており、ロータシャフト１３はベアリング１４ａ,１４ｂによって回転自在に支持されている。ベアリング１４ａはケース４の底部中央に、ベアリング１４ｂはブラケット８の中央部にそれぞれ固定されている。ロータシャフト１３には、円筒形状のロータコア１５（１５ａ〜１５ｃ）が固定されている。ロータコア１５の外周には、セグメントタイプのマグネット（永久磁石）１６（１６ａ〜１６ｃ）が、マグネットホルダ１７（１７ａ〜１７ｃ）によって取り付けられている。マグネット１６ａ〜１６ｃの外側には、有底円筒形状のマグネットカバー１８が取り付けられる。なお、図３は、マグネットカバー１８を外した状態のロータ３の構成を示している。

マグネットホルダ１７ａの端部には、回転角度検出手段であるレゾルバ２１のロータ（レゾルバロータ）２２が取り付けられている。これに対し、レゾルバ２１のステータ（レゾルバステータ）２３は、金属製のレゾルバホルダ２４内に圧入され、合成樹脂製のレゾルバブラケット２５に収容されている。レゾルバホルダ２４は有底円筒形状に形成されており、ブラケット８の中央部に設けられたリブ２６の端部外周に軽圧入される。レゾルバブラケット２５とブラケット８には、金属製の雌ネジ部２７がインサートされており、雌ネジ部２７には、ブラケット８の外側から取付ネジ２８がねじ込まれる。これにより、レゾルバホルダ２４がブラケット８の内側に固定される。

ここで、当該モータ１にはステップスキュー構造が採用されており、マグネット１６ａ〜１６ｃは、周方向に沿って６個×３列配置されている。図３,４に示すように、ロータコア１５ａ〜１５ｃの外周には、合成樹脂製のマグネットホルダ１７ａ〜１７ｃが取り付けられており、マグネット１６ａ〜１６ｃは、このマグネットホルダ１７ａ〜１７ｃに保持される形でロータコア１５ａ〜１５ｃの外周に配置される。図３,４に示すように、各列のマグネット１６ａ〜１６ｃは、隣接列の同極性マグネットが、周方向に所定のステップ角θstep（隣接列のマグネット中心間角度）ずつずれた位置関係で取り付けられている。すなわち、モータ１のロータ３は、マグネット１６ａ〜１６ｃが３段積となったステップスキュー構造となっている。

図５は、マグネットホルダ１７ａの構成を示す斜視図である。なお、他のマグネットホルダ１７ｂ,１７ｃも、レゾルバロータ２２の取付部以外は、マグネットホルダ１７ａとほぼ同様の構成となっており、その説明は省略する。図５に示すように、マグネットホルダ１７ａ〜１７ｃには、軸方向に延びるホルダアーム３０が片持ち梁状態で設けられている。ホルダアーム３０の断面は略Ｔ字形となっており、本体部３１の下端（中心側端部）には嵌合突起３３が形成されている。嵌合突起３３は、本体部３１と共にホルダアーム３０の全長に亘って延設されている。これに対し、ロータコア１５ａには軸方向に延びるホルダ取付溝３２が形成されており、嵌合突起３３が軽圧入気味に嵌合可能となっている。嵌合突起３３を軸方向からホルダ取付溝３２内に挿入すると、略台形状の嵌合突起３３がホルダ取付溝３２に密着嵌合し、ホルダアーム３０は、径方向に抜け止めされた形でロータコア１５ａの外周面に装着される。

一方、ホルダアーム３０の周方向両側には、一対のマグネット保持片３４が突設されている。隣接するホルダアーム３０の間には、対向するマグネット保持片３４に囲まれる形でマグネット収容部３５が形成される。マグネット１６ａは、軸方向からこのマグネット収容部３５内に圧入され、マグネット保持片３４によってロータコア１５ａの外周面に押し付けられつつホルダアーム３０の間に挟持される。これにより、マグネット１６ａは径方向の移動が規制された状態で、ロータコア１５ａの外周に取り付けられる。マグネット１６ａをこのような形でロータコア１５ａに取り付けると、無着磁状態のマグネット（ブランク）もマグネットホルダ１７ａによって保持されるため、他のモータ組み付け工程にてマグネット外れることがなく、作業性向上が図られる。

また、ホルダアーム本体部３１の両側部には、図６に示したような凸部３６が形成されている。凸部３６は軸方向に沿って、ホルダアーム３０の全長に亘って延びており、マグネット収容部３５内に突出している。この凸部３６には、マグネット１６ａをマグネット収容部３５内に挿入すると、マグネット１６ａの周方向（回転方向）端面が当接する。これにより、マグネット１６ａは、隣接するホルダアーム３０の凸部３６の間に挟持される形となり、周方向への移動が規制された状態でマグネット収容部３５内に取り付けられる。その際、凸部３６は、マグネット１６ａとほぼ同じ長さ（軸方向長）に形成されているため、マグネット１６ａは周方向のガタが抑えられる。すなわち、マグネット１６ａは、マグネット保持片３４によって径方向の移動が、凸部３６によって周方向の移動が規制され、マグネット収容部３５内にガタなく固定される。

このようにマグネット保持片３４は、マグネット１６の径方向の移動を規制する機能を有しているが、前述のように、マグネット挿入作業を阻害する要因ともなっている。そこで、本発明のモータ１では、図３,５に示すように、マグネット保持片３４の先端部を切り欠き、径方向からマグネット１６を載置可能なマグネット導入部３７を設け、マグネット１６をマグネット収容部３５内に容易に装着できるようにしている。この場合、マグネット保持片３４の軸方向長Ｌ１は、マグネット１６の軸方向長Ｌ２よりも短く（Ｌ１＜Ｌ２）、本体部３１の軸方向長Ｌ３は、マグネット１６の軸方向長Ｌ２と略同一（Ｌ２≒Ｌ３）に設定されている。Ｌ１〜Ｌ３をこのような設定とすることにより、ホルダアーム３０の端部にマグネット保持片３４のない空隙部分が形成され、これがマグネット導入部３７となる。

当該モータ１では、マグネット１６をマグネット収容部３５内に装着する際、まず、空隙となっているマグネット導入部３７に、径方向からマグネット１６を装着し、その後、マグネット１６をマグネット収容部３５内に押し込む、という作業手順を取る。従来のマグネットホルダでは、マグネットホルダ１７の端面から狭い空間内にマグネットを押し込む作業が必要なため、前述のように、非常に作業性も悪く、そのため、マグネット端面に大きな面取りが必要となっていた。これに対し、本発明によるマグネットホルダ１７では、マグネット収容部３５の入口前段にマグネット導入部３７が設けられており、そこに一旦置いたマグネット１６を軸方向にスライドさせるだけで、マグネット１６をマグネット収容部３５内に装着することができる。

このため、従来のマグネットホルダに比して、マグネット装着作業が簡単となり、組付工数の削減を図ることが可能となる。また、マグネットの面取り加工も不要となるため、加工費用が節約できると共に、マグネットの体積減少に伴う性能低下も回避でき、モータ性能の向上も図られる。特に、ステップスキュー構造のモータでは、マグネット保持片３４の軸方向長が短く、マグネットの個数も多いため、作業容易化の影響が大きく、大きなコストダウン効果も期待できる。

なお、ホルダアーム本体部３１の両側部には、マグネット導入部３７にも凸部３６が形成されており、マグネット１６は、マグネット収容部３５の入口前段においても周方向への移動は規制される。このため、マグネット保持片３４を切り欠いても周方向のガタは発生せず、マグネット１６の取付精度は従前同様に維持される。

本発明は前記実施例に限定されるものではなく、その要旨を逸脱しない範囲で種々変更可能であることは言うまでもない。

例えば、前述の実施例では、ステップスキュー構造のモータに本発明を適用した例を示したが、スキュー構造を有しないモータに本発明を適用することも可能であり、軸方向に分割されていないマグネットホルダ（例えば、特許文献１に記載のマグネットホルダ）にも適用可能である。但し、ステップスキュー構造のモータのように、マグネットホルダのホルダアーム長が短いものの方が、本発明による効果は大きい。さらに、本発明は、モータのみならず、発電機のようなマグネットを用いた回転電機一般に広く適用可能である。

本発明の一実施例であるブラシレスモータの断面図である。図１のモータにおけるステータの構成を示す説明図である。図１のモータにおけるロータの構成を示す説明図である。図３のロータの側面図（一部破断）である。マグネットホルダの構成を示す斜視図である。ホルダアームの部分拡大図である。従来のマグネットホルダの構成を示す斜視図である。

符号の説明

１ブラシレスモータ
２ステータ
３ロータ
４ケース
５ステータコア
５ａティース
５ｂ補助溝
５ｃ内周部
５ｄ軸方向端面
６ステータコイル
６ａ端部
７バスバーユニット
８ブラケット
９分割コア
１１インシュレータ
１２給電用端子
１３ロータシャフト
１４ａ,１４ｂベアリング
１５,１５ａ〜１５ｃロータコア
１６,１６ａ〜１６ｃマグネット
１７,１７ａ〜１７ｃマグネットホルダ
１８マグネットカバー
２１レゾルバ
２２レゾルバステータ
２３レゾルバロータ
２４レゾルバホルダ
２５レゾルバブラケット
２６リブ
２７雌ネジ部
２８取付ネジ
３０ホルダアーム
３１本体部
３２ホルダ取付溝
３３嵌合突起
３４マグネット保持片
３５マグネット収容部
３６凸部
３７マグネット導入部
５１マグネットホルダ
５２ロータコア
５３ホルダアーム
５４嵌合突起
５５マグネット保持片
５６ホルダ取付溝
５７マグネット
Ｌ１マグネット保持片の軸方向長
Ｌ２マグネットの軸方向長
Ｌ３本体部の軸方向長
θstep ステップ角

Claims

軸方向に沿って片持ち梁状態で延びる複数個のホルダアームを備え、前記ホルダアームの間に形成されるマグネット収容部内に、回転電機のロータコアに取り付けられるマグネットを収容保持する回転電機用のマグネットホルダであって、
前記ホルダアームは、軸方向に沿って延びる本体部と、前記本体部の周方向両側部に突設された一対のマグネット保持片とを備え、
前記ホルダアームの軸方向先端部に、隣接する前記ホルダアームの間に前記マグネットを径方向から装着可能なように、前記マグネット保持片の自由端側の軸方向端部を切り欠く形でマグネット導入部を設け、
前記マグネットは、径方向から前記マグネット導入部に装着され、前記マグネット導入部から軸方向に沿って前記マグネット収容部内に取り付けられることを特徴とする回転電機用マグネットホルダ。
請求項１記載の回転電機用マグネットホルダにおいて、
前記マグネット保持片の軸方向長は、前記マグネットの軸方向長よりも短く、前記本体部の軸方向長は、前記マグネットの軸方向長と略同一であることを特徴とする回転電機用マグネットホルダ。
請求項１又は２記載の回転電機用マグネットホルダにおいて、前記マグネット導入部は、前記マグネットを前記ロータコアの外周面上に径方向から載置可能に設けられ、
前記ロータコアの外周面上に載置された前記マグネットは、前記マグネット保持片と前記ロータコアの外周面との間に軸方向からスライド移動可能であり、
前記マグネットは、該マグネットを前記マグネット導入部から軸方向にスライドさせることにより前記マグネット収容部内に取り付けられることを特徴とする回転電機用マグネットホルダ。
請求項１〜３の何れか1項に記載の回転電機用マグネットホルダにおいて、前記回転電機は、前記マグネットが軸方向に沿って複数列配置され、隣接列の前記マグネットの磁極が周方向にずれた位置に配置されるステップスキュー構造を有することを特徴とする回転電機用マグネットホルダ。