JP7053381B2 - ロータユニット、電動モータ及び電動アクチュエータ - Google Patents

ロータユニット、電動モータ及び電動アクチュエータ Download PDF

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Description

本発明は、ロータユニット、電動モータ及び電動アクチュエータに関する。
自動車などの車両の電装品や各種電子機器の駆動源に用いられる電動モータとして、ロータコアの外周面(表面)にマグネットが取り付けられた、いわゆる表面磁石型(SPM:Surface Permanent Magnet)のロータを備える電動モータが知られている。
この種の電動モータにおいては、ロータコアの遠心力によってマグネットがロータコアから脱落したり、マグネットが破損した場合にその破片が飛散したりする虞がある。そのため、従来では、マグネットを覆ってその脱落や破片の飛散を防止するカバー部材を設けたものが提案されている(特許文献1、2参照)。
カバー部材は、例えば円筒状に形成されており、マグネットを覆うようにロータコアの外周に圧入又は嵌め込まれることにより装着される。さらに、従来では、カバー部材の固定を確実にならしめるため、接着剤を用いていた。
特開2001-25193号公報 特開2007-181314号公報
しかしながら、接着剤は、塗布箇所からはみ出したり、反対に塗布量が不十分であったりする場合があり、固定手段として用いるには扱いにくいといった課題がある。また、接着剤を用いる方法は、接着剤が硬化するまでに時間を要するため、その間、ロータユニットへの組み付け作業が行えないといった課題もある。また、経年劣化に伴う接着力の低下の懸念もある。
そこで、本発明は、接着剤を用いなくてもカバー部材を確実に固定することができるロータユニット、そのロータユニットを備える電動モータ及び電動アクチュエータを提供することを目的とする。
上記課題を解決するため、本発明は、電動モータに用いられるロータユニットであって、ロータコアと、ロータコアの内周に挿入された回転軸と、ロータコアの外周面に取り付けられた複数のマグネットと、マグネットの外周を覆うカバー部材とを備え、回転軸の外周面に、回転軸に対するロータコアの軸方向移動を規制する加締め部を設け、加締め部によって前記ロータコアに対するカバー部材の軸方向移動を規制するように構成したものである。
このように、本発明に係るロータユニットにおいては、回転軸に設けられた加締め部によって、ロータコアに対するカバー部材の軸方向移動を規制することで、接着剤を用いなくてもロータコアに対してカバー部材を固定できるようになる。
カバー部材を、マグネットの外周を覆う周壁部と、周壁部の軸方向一端部に形成された開口部と、周壁部の軸方向他端部に設けられマグネット及びロータコアの各端面を覆う端壁部とを有する一対のカバー部材で構成してもよい。この場合、一対のカバー部材を、それぞれの開口部同士が互いに向かい合うようにしてマグネットの外周に装着することができる。そして、これらのカバー部材の軸方向移動を、回転軸に設けられた加締め部によって規制することで、例えばロータコアよりも軸方向に長い有底円筒状のカバー部材をロータコアに対して固定する場合とは異なり、装着後にカバー部材の開口縁部を内径方向に折り曲げて(加締め加工して)端壁部を形成しなくてもよくなる。このように、上記の如く構成することで、装着後にカバー部材を加締め加工する必要がないので、加締め加工に伴ってカバー部材が外径方向へ膨出することによるカバー部材とステータとの干渉の虞や、カバー部材の加締め加工に伴ってマグネットに負荷がかかることによるマグネットの破損の虞を回避することができる。
また、カバー部材が、加締め部とロータコアによって軸方向に挟持されるようにすることで、ロータコアに対してカバー部材をより確実に固定できるようになる。
また、ロータコアの内周面に、複数の凸係合部を周方向に間隔をあけて設けると共に、回転軸の外周面に、凸係合部と係合する複数の凹係合部を周方向に間隔をあけて設けることで、凹係合部と凸係合部との係合により、回転軸に対するロータコアの回転を確実に規制できる。
さらに、加締め部が複数の凹係合部を介して周方向に分割されるように構成された場合は、凹係合部が加締め部の外径方向への変形を許容するスリットとして機能することで、加締め部の加締め加工が行いやすくなる。
カバー部材は、複数のマグネット全体を覆うように円筒状に形成されることが好ましい。このようにカバー部材が形成されることで、マグネットの脱落と破損時の飛散を確実に防止できるようになる。
また、本発明に係るロータユニットは、ロータコアと、ロータコアの内周に挿入された回転軸と、ロータコアの外周面に取り付けられた複数のマグネットと、マグネットの外周を覆うカバー部材と、ロータコアに回転力を付与するステータとを備える電動モータに適用可能である。
また、本発明に係る電動モータは、電動モータの回転を直線運動に変換する運動変換機構、又は電動モータの回転を減速して伝達する減速機構を備える電動アクチュエータに適用可能である。
本発明によれば、回転軸に設けられた加締め部によって、ロータコアに対するカバー部材の固定を行うことができるので、従来のように接着剤を用いなくてもよくなる。これにより、接着剤を用いる場合の扱いにくさや硬化までの待ち時間が解消され、組み付け作業性が向上する。また、加締め部によってカバー部材を機械的に固定することで、経年劣化に伴う固定力の低下の虞が軽減され、信頼性が向上する。
本発明の実施形態に係るロータユニットの縦断面図である。 図1に示すロータユニットの分解斜視図である。 図1中の二点鎖線で囲まれる部分を拡大して示す拡大断面図である。 比較例に係るカバー部材の固定方法を示す図である。 比較例に係るカバー部材の固定方法の不具合を説明するための図である。 寸法のばらつきに応じて加締め位置を変更した態様を示す図である。 本発明に係るロータユニットを用いた電動モータの一例を示す縦断面図である。 本発明に係る電動モータを備える電動アクチュエータの一例を示す縦断面図である。
以下、添付の図面に基づき、本発明について説明する。なお、本発明を説明するための各図面において、同一の機能もしくは形状を有する部材や構成部品等の構成要素については、判別が可能な限り同一符号を付すことにより一度説明した後ではその説明を省略する。
図1は、本発明の実施形態に係るロータユニットの縦断面図、図2は、図1に示すロータユニットの分解斜視図、図3は、図1中の二点鎖線で囲まれる部分を拡大して示す拡大断面図である。
図1及び図2に示すように、本実施形態に係るロータユニット1は、ロータ2と、回転軸3と、カバー部材4とで構成されている。
ロータ2は、ロータユニット1が電動モータに適用された場合に、電動モータを構成するステータに対して対向するように配置され、ステータのコイルに電力が供給された際にステータとの間で生じる磁束の作用によって回転する部材である。具体的に、ロータ2は、軸方向に積層した複数の鋼板(例えば電磁鋼板等)で形成された環状のロータコア5と、ロータコア5の外周面に取り付けられた複数のマグネット6とで構成されている。ロータコア5の外周面には、各マグネット6の周方向両端面に係合する凸状の爪部5aが複数設けられている。一対の爪部5aの間にマグネット6を軸方向に挿入することで、マグネット6が一対の爪部5aによって外径方向に離脱しないように保持される。さらに、マグネット6の裏面に接着剤を塗布し、マグネット6をロータコア5の外周面に接着することで、マグネット6がロータコア5に対して軸方向に離脱しないようにしてもよい。
回転軸3は、金属製の中実体で構成され、ロータコア5の内周に挿入(又は圧入)されている。回転軸3の外周面には、軸方向に延びる複数の凹係合部3aが周方向に間隔をあけて設けられている。一方、ロータコア5の内周面には、回転軸3に設けられた複数の凹係合部3aと対応するように軸方向に延びる複数の凸係合部2aが周方向に間隔をあけて設けられている。図1に示すように、回転軸3がロータ2内に挿入(又は圧入)されて組み付けられた状態で、凹係合部3aと凸係合部2aは互いに係合し、これらの係合によってロータ2と回転軸3との間での周方向の回転が規制される。すなわち、凹係合部3a及び凸係合部2aは、互いに係合することにより、ロータ2の内周面と回転軸3の外周面との間で回転を規制する回り止め構造として機能する。なお、本実施形態では、凹係合部3aと凸係合部2aがそれぞれ3つずつ設けられているが、これらの個数は適宜変更可能であり、回り止め構造として機能するには少なくとも1つずつあればよい。
カバー部材4は、2つ設けられている。各カバー部材4は、円筒状の周壁部4aと、周壁部4aの軸方向一端部に形成された開口部4bと、周壁部4aの軸方向他端部に設けられた端壁部4cと、端壁部4cの中央に形成された円形の貫通孔4dとで構成されている。図1に示すように、各カバー部材4は、それぞれの開口部4bが互いに向かい合った状態でロータ2の外周に装着される。この状態で、マグネット6の外周は各カバー部材4の周壁部4aによって覆われ、マグネット6及びロータコア5の各端面は各カバー部材4の端壁部4cによって覆われる。
また、図1に示すように、回転軸3の外周面には、回転軸3に対するロータ2及びカバー部材4の軸方向移動を規制する軸方向移動規制部として、回転軸3の外周面から外径方向に突出するように一体成形された鍔部3bと、回転軸3の外周面を外径方向に曲げるように加締め加工して形成された加締め部3cとが設けられている。鍔部3bと加締め部3cとがロータ2及びカバー部材4を挟んで互いに反対側に設けられていることで、これらによってロータ2及びカバー部材4の軸方向の一方の移動とこれとは反対方向の移動が規制される。
続いて、本実施形態に係るロータユニット1の各部品の組み付け方法について説明する。
図2に示すように、回転軸3と、ロータ2と、一対のカバー部材4とが互いに分離された状態で、まず、ロータ2に対する各カバー部材4の装着を行う。具体的には、各カバー部材4の開口部4bをロータ2の各端部に対向するように向け、ロータ2の一端部側からカバー部材4の一方を嵌め込むようにして装着し、ロータ2の他端部側からカバー部材4の他方を嵌め込むようにして装着する。これにより、各カバー部材4によって、ロータ2のマグネット6全体を含む外周面及び両端面が覆われた状態となる(図1参照)。
次に、カバー部材4が装着されたロータ2に対して回転軸3の組み付けを行う。
ここで、図3に示すように、組み付け前の回転軸3においては、加締め部3cが、加締め加工されておらず、凹係合部3aが設けられた軸方向領域A(図2参照)の外周面3dと同一面状、あるいはその外周面3dから外径方向に突出しないように配置されている。このように、組み付け前の回転軸3においては、加締め部3cが外周面3dから外径方向に突出しないように形成されていることで、加締め部3cがロータ2の内周面やカバー部材4の貫通孔4dの縁に対して干渉することがなく、回転軸3を加締め部3c側からロータ2の内周及びカバー部材4の貫通孔4dへ挿通させることができる。
ロータ2及びカバー部材4に対する回転軸3の挿通を行うと、ロータ2が一方のカバー部材4を介して回転軸3の鍔部3bに突き当たることでロータ2及びカバー部材4の軸方向の一方への移動が規制される。そして、この状態で、図3に示すように、加締め部3cを外径方向に曲げるように加締め加工する。図3に示すように、本実施形態では、加締め部3cの内径側に周方向に延びる溝部3eが形成されており、この溝部3eに楔などの工具を打ち込んで溝部3eを広げることにより、加締め部3cを外径方向に曲げて加締め加工することができる。また、本実施形態では、加締め部3cが複数の凹係合部3aを介して周方向に分割されているので、加締め部3cの加締め加工時に、凹係合部3aが加締め部3cの外径方向への変形を許容するスリットとして機能する。このため、加締め部3cの加締め加工が行いやすい。
このように、加締め部3cが加締め加工されることで、加締め部3cによってロータ2及びカバー部材4の軸方向の他方(鍔部3b側とは反対側)への移動が規制される。すなわち、図3に示すように、加締め加工された加締め部3cが他方のカバー部材4の端壁部4cの内径側(貫通孔4dの縁)に接触(密着)することで、ロータ2及びカバー部材4の軸方向移動が規制される。これにより、ロータ2とカバー部材4とが互いに軸方向に分離するのを防止できる。また、加締め部3cとロータ2の端面とによってカバー部材4が軸方向に挟持されることで、カバー部材4がロータ2に対して強固かつ確実に固定される。
以上のように、本実施形態に係るロータユニット1においては、回転軸3に設けられた加締め部3cによって、ロータ2に対するカバー部材4の固定を行うことができるので、従来のように接着剤を用いなくてもよくなる。従って、接着剤を用いる場合の扱いにくさや硬化までの待ち時間が解消され、組み付け作業性が向上する。また、加締め部3cによってカバー部材4を機械的に固定することで、経年劣化に伴う固定力の低下の虞が軽減され、信頼性が向上する。
ところで、カバー部材4をロータ2に対して固定する方法としては、本発明のような回転軸3の一部を加締めて行う方法のほかに、カバー部材4を加締めてロータ2に固定する方法も考えられる。例えば、図4に示すように、ロータ2よりも軸方向に長い有底円筒状のカバー部材4をロータ2の外周に装着した後、図の点線で示すように、カバー部材4の開口縁部4kを内径側に折り曲げて(加締め加工して)端壁部を形成することで、ロータ2に対するカバー部材4の固定を行うことが可能である。
しかしながら、カバー部材4の開口縁部4kを内径側に折り曲げて端壁部を形成すると、図5に示すように、カバー部材4の折り曲げられた箇所Qが外径方向に膨らむように変形することがある。ロータ2の外周面とステータ12の内周面との間のギャップGは、非常に小さい値(例えば0.6mm)で管理されているため、カバー部材4が僅かでも外径方向に膨らむと、カバー部材4が装着されたロータ2をステータ12の内周に組み付けて電動モータを構成する際に、カバー部材4がステータ12に干渉する可能性がある。また、図4に示す例のように、カバー部材4をマグネット6の外周面を基点に加締めると、マグネット6に負荷がかかって破損する虞もある。
これに対して、本発明の実施形態では、端壁部4cが予め(加締め加工せずに)形成された一対のカバー部材4を、それぞれの開口部4b同士が互いに向かい合うようにしてマグネット6の外周に装着し、回転軸3の一部を加締めることで各カバー部材4を固定するようにしている。このように、本発明の実施形態に係る構成によれば、カバー部材4をマグネット6の外周に装着した後にカバー部材4を加締め加工しなくてもよいので、加締め加工によるマグネット6の破損の虞を回避することができる。また、加締め加工に伴うカバー部材4の外径方向への膨出も生じないので、カバー部材4とステータ12との干渉も回避できるようになる。
また、本発明の実施形態のように、加締め部3cを用いた固定によれば、ロータコア5の軸方向長さやカバー部材4の厚さに多少のばらつきがあったとしても、ロータ2及びカバー部材4を高精度に位置決めすることができ、ロータ2に対するカバー部材4の固定を確実に行うことが可能である。すなわち、図6に示すように、ロータコア5の軸方向長さやカバー部材4の厚さのばらつきにより、カバー部材4の内径エッジの位置が図中の位置P1から位置P2の間で変化したとしても、加締め部3cは、各場合のカバー部材4の内径エッジの位置P1から位置P2までの任意の点を基点に外径方向に曲げられて加締められるので、カバー部材4に対して軸方向の隙間を作らず位置規制することができる。
一方、止め輪を用いてロータ2及びカバー部材4の位置決めを行う方法では、ロータコア5の軸方向長さやカバー部材4の厚さが最大のときでも止め輪を装着できるように溝を形成しておく必要があるため、反対にこれらが最小の場合は、止め輪とカバー部材4との間に軸方向の隙間が生じ、ロータ2及びカバー部材4の位置決めを高精度に行うことができない。これに対して、加締め部3cによってロータ2及びカバー部材4の位置決めを行う場合は、ロータコア5やカバー部材4の寸法のばらつきに応じて加締め部3cの加締め位置を変更することができるので、カバー部材4の内径エッジに対して加締め部3cが軸方向の隙間を作らずに係合することができ、ロータ2及びカバー部材4の位置決めを高精度に行うことが可能である。
図7は、本発明に係るロータユニットを用いた電動モータの一例を示す縦断面図である。
図7に示す電動モータ10は、ロータユニット1と、ステータ12と、ケーシング11とを主な構成要素としている。ロータユニット1は、上述の実施形態と同様に、ロータ2と、回転軸3と、カバー部材4とで構成されている。回転軸3は、ロータ2の軸方向両側に設けられた一対の軸受15によってケーシング11に対して回転可能に支持されており、回転軸3の回転に伴ってロータ2及びカバー部材4も回転する。一方、ステータ12は、ステータコア13及びステータコイル14で構成され、ケーシング11に固定されている。また、ステータ12は、ロータ2よりも外径側に径方向の隙間を介して配置されている。
このように、本発明に係るロータユニット1を用いた電動モータ10においては、上述の実施形態と同様に、加締め部3cによってロータ2及びカバー部材4の軸方向移動が規制されていることから、これらの位置決めを高精度に行うことが可能である。これにより、ロータ2の軸方向の位置ずれに伴うステータ12とロータ2との間での磁気回路の変動を高度に防止できるようになり、安定した性能の信頼性の高い電動モータを提供できるようになる。
また、図8に、本発明に係る電動モータを備える電動アクチュエータの一例を示す。
図8に示す電動アクチュエータ200は、駆動源としての電動モータ10と、電動モータ10の回転を減速して伝達する減速機構20と、減速機構20の回転運動を電動モータ10の回転軸3と平行な軸を中心とする回転運動となるように伝達する伝達ギヤ機構30と、伝達ギヤ機構30によって伝達された回転運動を直線運動に変換する運動変換機構40とを主な構成としている。
図8に示す例では、減速機構20として遊星歯車減速機構を採用している。具体的に、減速機構20は、電動モータ10の回転軸3と一体的に回転するサンギヤ21と、サンギヤ21よりも外径側に固定されたリングギヤ22と、サンギヤ21とリングギヤ22との間に配置された複数のプラネタリギヤ23と、プラネタリギヤ23を保持して回転するキャリア24とで構成されている。電動モータ10の回転軸3と一緒にサンギヤ21が回転すると、これに伴って複数のプラネタリギヤ23が自転しながらリングギヤ22に沿って公転する。そして、このプラネタリギヤ23の公転運動によりキャリア24が回転することで、電動モータ10の回転が減速されて伝達される。
伝達ギヤ機構30は、減速機構20のキャリア24と一体的に回転するように連結された小径のドライブギヤ31と、ドライブギヤ31に噛み合う大径のドリブンギヤ32とで構成されている。キャリア24と一緒に小径のドライブギヤ31が回転すると、これに伴ってドリブンギヤ32が回転することで、減速機構20(キャリア24)の回転運動が電動モータ10の回転軸3と平行な軸を中心とする回転運動へと変換される。さらに、本実施形態では、小径のドライブギヤ31から大径のドリブンギヤ32へ回転運動が伝達されることで、回転がさらに減速されて伝達される。
運動変換機構40には、ボールねじ機構を採用している。具体的に、運動変換機構40は、電動モータ10の回転軸3と平行な軸上に配置されたねじ軸41と、ねじ軸41の外周に配置されたナット42と、ねじ軸41の外周面とナット42の内周面のそれぞれに形成された螺旋状溝間に配置された多数のボール43と、図示しない循環部材とで構成されている。ナット42の外周面には伝達ギヤ機構30のドリブンギヤ32が一体的に回転するように設けられている。このため、電動モータ10から入力された回転運動が、ドライブギヤ31を介してドリブンギヤ32に伝達されると、ドリブンギヤ32が回転することで、これと一体的に運動変換機構40のナット42が回転する。ナット42が回転すると、これに伴って複数のボール43が螺旋状溝に沿って移動しながら循環部材を介して循環し、ねじ軸41が軸方向に前進又は後退する。このように、ねじ軸41が前進又は後退することで、電動モータ10からの回転運動がその回転軸3と平行な軸方向の直線運動に変換される。
斯かる電動アクチュエータにおいては、通電によって電動モータが発熱したり、使用環境によって外部からの熱の影響も受けたりすることが考えられるため、従来のように、接着剤を用いてカバー部材をロータに固定するにあたっては、耐熱性や耐熱寿命を考慮して接着剤を選択しなければならない。これに対して、本発明に係る電動モータのように、加締め部によってカバー部材を機械的に拘束する構成においては、接着剤の選定が不要となり、かつ、経年劣化に伴う固定力の低下の虞も軽減されるので、カバー部材の固定及び位置規制をより確実に行うことができるようになる。
また、電動アクチュエータにおいては、ロータのマグネットの破片が僅かであっても飛散すると、その破片がボールねじ機構やギヤ機構などの駆動伝達部(例えば、ボールねじのボール転動面やギヤ同士の噛み合い部分)に入り込むことで、円滑な駆動伝達に悪影響が及ぶばかりか、最悪の場合、駆動が全くできなくなる虞がある。しかしながら、本発明に係る電動モータを適用すれば、ロータに対するカバー部材の離脱を確実に防止できるので、カバー部材によるマグネット飛散防止効果を長期に亘って良好に維持することができるようになる。さらに、上述の実施形態のように、カバー部材によってマグネット全体を覆う構成とすることで、万が一マグネットが破損したとしても、その破片の飛散を確実に防止でき、信頼性の高い電動アクチュエータを提供できるようになる。
以上、本発明について説明したが、本発明は上記実施形態に限定されるものではない。本発明の要旨を逸脱しない範囲内において、さらに種々なる形態で実施し得ることは勿論のことである。上述の実施形態では、ロータの軸方向移動を規制する移動規制部として、図1に示すように、回転軸3に加締め部3cと鍔部3bとを設けているが、鍔部3bに代えて、回転軸3とは別体で構成されたサークリップ等の止め輪を用いてもよい。また、本発明に係る電動モータを適用する電動アクチュエータは、図8に示すものに限らない。本発明に係る電動モータは、上述の減速機構と運動変換機構のうち一方のみ備える電動アクチュエータにも適用可能である。
1 ロータユニット
2 ロータ
2a 凸係合部
3 回転軸
3a 凹係合部
3c 加締め部
4 カバー部材
4a 周壁部
4b 開口部
4c 端壁部
5 ロータコア
6 マグネット
10 電動モータ
12 ステータ
20 減速機構
40 運動変換機構
200 電動アクチュエータ

Claims (7)

  1. 電動モータに用いられるロータユニットであって、
    ロータコアと、
    前記ロータコアの内周に挿入された回転軸と、
    前記ロータコアの外周面に取り付けられた複数のマグネットと、
    前記マグネットの外周を覆うカバー部材とを備え、
    前記回転軸の外周面に、前記回転軸に対する前記ロータコアの軸方向移動を規制する加締め部を設け、
    前記加締め部によって前記ロータコアに対する前記カバー部材の軸方向移動を規制するように構成し
    前記回転軸の加締め部が設けられる部分の内径側に、前記加締め部を形成するための軸方向へ窪んだ溝部を設けたことを特徴とするロータユニット。
  2. 前記カバー部材は、前記マグネットの外周を覆う周壁部と、前記周壁部の軸方向一端部に形成された開口部と、前記周壁部の軸方向他端部に設けられ前記マグネット及び前記ロータコアの各端面を覆う端壁部とを有する一対のカバー部材で構成され、前記一対のカバー部材は、それぞれの前記開口部同士が互いに向かい合うようにして前記マグネットの外周に装着されている請求項1に記載のロータユニット。
  3. 前記カバー部材は、前記加締め部と前記ロータコアによって軸方向に挟持されている請求項1又は2に記載のロータユニット。
  4. 前記ロータコアの内周面に、複数の凸係合部を周方向に間隔をあけて設けると共に、
    前記回転軸の外周面に、前記凸係合部と係合する複数の凹係合部を周方向に間隔をあけて設け、
    前記加締め部は、前記複数の凹係合部を介して周方向に分割されている請求項1から3のいずれか1項に記載のロータユニット。
  5. 前記カバー部材は、前記複数のマグネット全体を覆うように円筒状に形成されている請求項1から4のいずれか1項に記載のロータユニット。
  6. ロータコアと、
    前記ロータコアの内周に挿入された回転軸と、
    前記ロータコアの外周面に取り付けられた複数のマグネットと、
    前記マグネットの外周を覆うカバー部材と、
    前記ロータコアに回転力を付与するステータとを備える電動モータであって、
    前記ロータコア、前記回転軸、前記マグネット及び前記カバー部材を備えるロータユニットとして、請求項1から5のいずれか1項に記載のロータユニットを用いたことを特徴とする電動モータ。
  7. 電動モータと、
    前記電動モータの回転を直線運動に変換する運動変換機構、又は前記電動モータの回転を減速して伝達する減速機構を備える電動アクチュエータであって、
    前記電動モータとして請求項6に記載の電動モータを用いたことを特徴とする電動アクチュエータ。
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