JPWO2018062349A1 - ロータユニット、モータ、及びロータユニットの製造方法 - Google Patents

Abstract

上下方向に延びる中心軸を包囲する環状のロータコアと、前記ロータコアの外周において周方向に配列された複数のマグネットと、前記ロータコアに対して複数の前記マグネットを保持するホルダと、前記ロータコア、複数の前記マグネット、及び前記ホルダを収容するロータカバーと、を備え、前記ホルダは、前記マグネットの上端を保持する上面部と、前記上面部の外周に凹部と、を有し、前記ロータカバーは、複数の前記マグネットの外周を包囲する筒部と、複数の前記マグネットの下端を保持する底面部と、前記上面部の上端の少なくとも一部を覆う環状部と、を有し、前記環状部は、前記凹部と軸方向に重なる窪み部を有する、ロータユニットを用いる。

Description

本発明は、ロータユニット、モータ、及びロータユニットの製造方法に関する。

従来から、永久磁石を備えた回転子と固定子とを備える電気モータがある。特許文献１には、このような電気モータの回転子において、磁石の外面を覆って嵌まる回転子カバーと、回転防止機構を定める端部キャップを含む構成のものが開示されている。

特表２０１５−５１１１１０号公報

上記従来の構成の回転子には、端部キャップを別部品として含んでいる。端部キャップを連結させることで、回転子カバーが回転子に対して空転することを防止している。しかしながら、このような従来の構成では、端部キャップが必要であるため部品が増加してしまう。

本発明の目的は、部品を減らした簡易な構成を採用しつつ、モータの回転時に、ホルダに対してロータカバーが空転してしまうことを防止することである。

本発明の例示的な第１発明は、モータに用いられるロータユニットであって、上下方向に延びる中心軸を包囲する環状のロータコアと、前記ロータコアの外周において周方向に配列された複数のマグネットと、前記ロータコアに対して複数の前記マグネットを保持するホルダと、前記ロータコア、複数の前記マグネット、及び前記ホルダを収容するロータカバーと、を備える。前記ホルダは、前記マグネットの上端を保持する上面部と、前記上面部の外周に凹部と、有する。前記ロータカバーは、複数の前記マグネットの外周を包囲する筒部と、複数の前記マグネットの下端を保持する底面部と、前記上面部の上端の少なくとも一部を覆う環状部と、を有する。前記環状部は、前記凹部と軸方向に重なる窪み部を有する。

上記本発明の例示的な第１発明のロータユニットによれば、部品を減らした簡易な構成で、モータの回転時に、ホルダに対してロータカバーが空転してしまうことを防止できる。

図１は、モータの断面図である。 図２は、ロータユニットの分解斜視図である。 図３は、ロータコア、マグネット、及びホルダを組み合わせた状態の底面側からの斜視図である。 図４は、ロータコア、マグネット、及びホルダを組み合わせた状態の上面側からの斜視図である。 図５は、ロータユニットの底面側からの斜視図である。 図６は、ロータユニットの上面側からの斜視図である。 図７は、製造工程におけるロータユニットの上面側からの斜視図である。 図８は、製造工程におけるロータユニットの上面側からの斜視図である。

以下、本発明の実施形態について、図面を参照しながら説明する。ただし、以下で説明する実施形態はあくまで本発明の一例であって、本発明の技術的範囲を限定的に解釈させるものではない。なお、各図面において、同一の構成要素には同一の符号を付しており、その説明を省略する場合がある。

本発明の実施形態は、モータ（「回転電機」とも呼ばれる）に用いられるロータユニット（単に「ロータ」または「回転子」とも呼ばれる）の構成に特徴がある。実施形態では、特徴部分であるロータユニットを中心に説明する。

本明細書では、モータの回転の中心軸Ｊに対して「上方向」または「上側」、及び「下方向」または「下側」を便宜的に定義して説明する。ただし、必ずしも「下方向」または「下側」が、「上方向」または「上側」に対して重力方向の下側に位置するとは限らず、任意の向きで配置される。また、ロータユニットなどの各構成の上側の面を「上面」と称し、下側の面を「底面」と称することがある。また、本明細書では、ロータユニットにおいて、ホルダとロータカバーとが周方向に同期して回転せず、相対回転することを「空転」と呼ぶ。

＜１．実施形態＞
図１は、本実施形態のモータ１の断面図である。図１に示されるように、モータ１は、シャフト１０１、ロータユニット１０、ステータ１０２、ハウジング１０３、ベアリングホルダ１０４、第１ベアリング１０５、第２ベアリング１０６、インシュレータ１０７、及びコイル１０８などを含む。シャフト１０１とロータユニット１０とは一体構成である。

シャフト１０１は一方向に延びる中心軸Ｊを中心とした円柱状である。ロータユニット１０は、シャフト１０１の途中位置にある。ロータユニット１０は、ステータ１０２に対して回転可能である。

ステータ１０２は、ロータユニット１０を軸方向に囲み配置される。ステータ１０２は、インシュレータ１０７に導線が巻回されて構成されたコイル１０８を有する。

ハウジング１０３は、ステータ１０２の外周面と嵌合し配置され、モータ１を構成する、シャフト１０１、ロータユニット１０、ステータ１０２、ベアリングホルダ１０４、第１ベアリング１０５、第２ベアリング１０６、インシュレータ１０７、及びコイル１０８を含む各構成を収容する。ハウジング１０３は、略円筒状である。

ベアリングホルダ１０４は、ロータユニット１０及びステータ１０２の上側に配置された第２ベアリング１０６を支持する。ベアリングホルダ１０４は、ロータユニット１０及びステータ１０２の上側に配置され、ハウジング１０３に嵌合する。ベアリングホルダ１０４は、中心軸Ｊを含む位置に貫通孔を有している。ベアリングホルダ１０４の貫通孔には、シャフト１０１が配置される。

第１ベアリング１０５は、ハウジング１０３の底部に配置され、シャフト１０１の一方を支持する。第２ベアリング１０６は、ロータユニット１０の上側に配置され、シャフト１０１の他方を支持する。第１ベアリング１０５及び第２ベアリング１０６は、ステータ１０２に対してロータユニット１０が回転可能になるよう、シャフト１０１を支持する。第１ベアリング１０５及び第２ベアリング１０６は、球体を介して外輪と内輪とを相対回転させるボールベアリングである。ただし、ボールベアリングに代えて、すべり軸受または流体軸受などの他の方式の軸受けを第１ベアリング１０５及び第２ベアリング１０６として用いてもよい。なお、モータ１は、第１ベアリング１０５と第２ベアリング１０６とを有する例を挙げたが、１つのベアリングを有する構成など、少なくとも１つのベアリングを有する構成としてもよい。

インシュレータ１０７は、ステータ１０２とコイル１０８を構成する導線との間に配置され、ステータ１０２とコイル１０８の導線とを絶縁する。

図２は、本実施形態のロータユニット１０の分解斜視図である。図３は、ロータユニット１０において、ロータコア１２、マグネット１３、及びホルダ１１を組み合わせた状態の底面側からの斜視図である。図４は、ロータユニット１０において、ロータコア１２、マグネット１３、及びホルダ１１を組み合わせた状態の上面側からの斜視図である。図５は、ロータユニット１０の底面側からの斜視図である。図６は、ロータユニット１０の上面側からの斜視図である。

図２に示されるように、ロータユニット１０は、ホルダ１１、ロータコア１２、マグネット１３、及びロータカバー１４を含んで構成される。図２において、ホルダ１１はロータカバー１４に対して上側に配置されている。

ホルダ１１は、連結部１１１及び仕切部１１２を含んで構成される。ホルダ１１は樹脂製の部材である。ホルダ１１は、ロータコア１２に対して複数のマグネット１３が外れないよう、マグネット１３の上端を保持する。なお、連結部１１１は本発明における「上面部」の一例である。

連結部１１１は、複数の仕切部１１２の上端を連結し保持する円環状である。連結部１１１は、中心軸Ｊを含む部分にホルダ開口部１１１ａを有している。連結部１１１の上面側の外周の角部１１１ｃは、外側面にかけて丸みを帯びた丸み形状になっている。

図４に示されるように、連結部１１１の外周側の角には、周方向に均等な位置に４つの凹部１１１ｂを有する。凹部１１１ｂは、連結部１１１の外周面における上面側の角部分から、径方向内側に向かって矩形状に切り欠かれた切欠である。なお、凹部１１１ｂの数は任意に変更可能である。

仕切部１１２は、連結部１１１から下方向に略垂直に向かって複数延びており、ロータユニット１０として組み立てられた状態では周方向に隣り合う複数のマグネット１３の間にそれぞれ配置される。仕切部１１２の中心軸Ｊに対して垂直な面における断面は、径方向外側から径方向内側に向かって延びており、径方向外側の端部と径方向内側の端部に対して、途中部分の周方向長さが短くなっている。この構造により、ホルダ１１がロータコア１２から周方向外側に外れるのを防止している。ホルダ１１の底面側は、組立工程においてマグネット１３が挿入されるため開放されている。

ロータコア１２は、ロータユニット１０の中心部に配置された、中心軸Ｊを包囲する八角形などの略正多角柱状で環状の部分であり、電磁鋼板を軸方向に積層させた積層鋼板からなる金属製の部材である。ロータコア１２は、中心軸Ｊを含む部分に、シャフト１０１が挿入される第２貫通孔１２２を有している。ロータコア１２の第２貫通孔１２２よりも径方向外側には、中心軸Ｊに平行な上下方向に円筒状に延びる複数の第１貫通孔１２１がある。ロータコア１２の外周側の各面には、それぞれマグネット１３が、ロータコア１２に接して配置される。

マグネット１３は、ロータコア１２に接する内周側の平面と、中心軸Ｊに垂直な断面が円弧状に湾曲した形状となる外周側の湾曲面とを有する。マグネット１３は、永久磁石である。マグネット１３の径方向外側の湾曲面は、モータ１のステータ１０２に対向する。複数のマグネット１３は、Ｎ極の磁極面とＳ極の磁極面とが周方向において交互に並ぶよう、ロータコア１２の外周において周方向に配列される。マグネット１３は、互いに隣り合う一対の仕切部１１２の間に圧入されることで組み立てられる。

ロータカバー１４は、組立前の状態では、筒部１４１と底面部１４２とを有し（図５参照）、上面側に開放された開放部１４ａを有する円筒状である（図６参照）。ロータカバー１４は、鉄、アルミニウム等の非磁性体の金属製である。ロータカバー１４は、例えば、プレス加工等により形成される。ロータカバー１４は、ロータコア１２、複数のマグネット１３、及びホルダ１１を収容する。筒部１４１は、中心軸Ｊを中心とする円筒状であり、ロータユニット１０が組み立てられた状態では、複数のマグネット１３の外周の全体を包囲し、ホルダ１１の連結部１１１と一部が重なっている。底面部１４２は、筒部１４１の下端に配置され、環状になっている。ロータユニット１０が組み立てられた状態では、底面部１４２は、ホルダ１１の底面側の、組立工程でマグネット１３を挿入するために開放された部分を覆い、これによってマグネット１３の底面側の下端を保持する。ロータカバー１４は、底面部１４２に開口部１４２ａを有する。開口部１４２ａの開口からは、ロータコア１２の第２貫通孔１２２及び第１貫通孔１２１が露出する。なお、ロータカバー１４は、非磁性体の金属製に代えて、非磁性体の樹脂等から形成されてもよい。

図５及び図６に示されるように、組み立てられた状態では、ロータカバー１４の筒部１４１の上面側の端部は、連結部１１１の丸み形状の角部１１１ｃに沿って、径方向内側に屈曲した環状の環状部１４１ａになっている。環状部１４１ａは、ホルダ１１の上面の連結部１１１の少なくとも一部を覆う。さらに、ロータカバー１４の環状部１４１ａは、ホルダ１１の凹部１１１ｂと軸方向に重なって窪んだ窪み部１４１ｂを有する。窪み部１４１ｂは、ロータカバー１４の環状部１４１ａと筒部１４１との間の角を含む位置に複数配置される。窪み部１４１ｂは、ホルダ１１の凹部１１１ｂと同様に、周方向に均等な位置に配置される。複数の凹部１１１ｂと複数の窪み部１４１ｂは、互いに周方向にずれなく嵌合している。これにより、ホルダ１１、ロータコア１２、及びマグネット１３に対して、ロータカバー１４が周方向に空転してしまうことを防止することができる。また、ロータカバー１４がホルダ１１から軸方向に抜けてしまうことを防止することができる。

なお、本実施形態のロータユニット１０では、ホルダ１１の凹部１１１ｂと、ロータカバー１４の窪み部１４１ｂとを四対有する構成を例に挙げているが、ホルダ１１の凹部１１１ｂとロータカバー１４の窪み部１４１ｂとの対の数は、１つ以上の任意の数に変更可能である。ただし、凹部１１１ｂと窪み部１４１ｂとの対を複数備える構成とすることで、ホルダ１１、ロータコア１２、及びマグネット１３に対して、ロータカバー１４が周方向に空転することを効果的に防止することができる。なお、凹部１１１ｂと窪み部１４１ｂとを複数有する構成では、凹部１１１ｂと窪み部１４１ｂとがそれぞれ周方向に均等になるよう配置されることが好ましい。このような構成とすることで、凹部１１１ｂと窪み部１４１ｂとに対して重量により与えられる力を均等にすることができる。

＜ロータユニット１０の製造方法＞
ロータユニット１０を製造するときには、まず、ロータコア１２を金型の内部に配置する。そして、ロータコア１２が配置された金型の内部に樹脂を射出する。これにより、複数の仕切部１１２を有する形状に、ホルダ１１をインサート成型する。ここでは、仕切部１１２の軸方向の寸法が、マグネット１３の軸方向の寸法よりも長くなるように、ホルダ１１を成型する。インサート成型の製造工程では、ホルダ１１の成型と、ロータコア１２及びホルダ１１の固定との双方が行われる。そのため、ホルダ１１の成型とロータコア１２及びホルダ１１の固定を別々の工程で行う場合と比較して、ロータコア１２及びホルダ１１の製造工程が短縮される。ただし、ホルダ１１は必ずしもインサート成型で作製されず、ロータコア１２と別に単独で成型され、ロータコア１２に対してホルダ１１を取り付けてもよい。なお、上記のインサート成型を用いる方法を用いる工程と、ホルダ１１とロータコア１２とをそれぞれ単独で成型して取り付ける方法を用いる工程とは、本発明における「ホルダ取付工程」の例である。

続いて、互いに隣り合う一対の仕切部１１２の間に、底面側からマグネット１３を挿入して配置する。これにより、ホルダ１１によってマグネット１３が保持される。仮に、マグネット１３を含めてインサート成型をすると、インサート成型前に、ロータコア１２にマグネット１３を接着させるなどの方法で、ロータコア１２とマグネット１３とを少なくとも一時的に固定する必要がある。これに対し、本実施形態では、成型が完了して硬化したホルダ１１を利用して、マグネット１３の位置決めを行う。そのため、マグネット１３を含めてインサート成型を行う場合と比較して、複数のマグネット１３を、比較的容易に、精度よく位置決めすることができる。このように、ロータコア１２に複数のマグネット１３を取り付ける工程は、本発明における「マグネット取付工程」の一例である。

次に、組み立てられたホルダ１１、ロータコア１２、及びマグネット１３は、ロータカバー１４の開放された上面側から挿入される。ロータカバー１４の底面部１４２は、ロータコア１２及びマグネット１３の底面側と接し、マグネットを保持する。この工程は、本発明における「ロータカバー取付工程」の一例である。図７は、このときのロータユニット１０の状態を示す図である。

そして、ロータカバー１４の筒部１４１の上面側を径方向内側に屈曲させ、ロータカバー１４の環状部１４１ａの外側の面と、ホルダ１１の連結部１１１の角部１１１ｃの内側の面とが接する状態とする。これにより、環状部１４１ａは、ホルダ１１の連結部１１１の角部１１１ｃの形状に沿った形状となる。この工程は、本発明における「ロータカバー折り曲げ工程」の一例である。図８は、このときのロータユニット１０の状態を示す図である。

最後に、連結部１１１の凹部１１１ｂに重なった環状部１４１ａを押圧し、凹部１１１ｂに重なる窪み部１４１ｂを形成する。具体的には、環状部１４１ａの窪み部１４１ｂが凹部１１１ｂに入り込むようにかしめられて、凹部１１１ｂと窪み部１４１ｂとが嵌合する状態になる。このようにして、図５に示された窪み部１４１ｂを有するロータユニット１０が製造される。この工程は、本発明における「ロータカバー加工工程」の一例である。

なお、ロータカバー折り曲げ工程とロータカバー加工工程とは、一つの工程として同時に行われてもよい。この場合、ロータカバー１４の筒部１４１を径方向内側に屈曲させながら、筒部１４１の凹部１１１ｂと重なる部分を押圧する。これにより、ロータユニット１０の製造工程を簡略化することができる。

＜２．変形例＞
本発明のロータユニットは、上記の実施形態に限定されるものではなく、上記実施形態から考え得る種々の形態をも包含する。例えば、本発明のロータユニットは、以下のような変形例の構成であってもよい。

連結部１１１の凹部１１１ｂは、必ずしも全てが同じ形状でなくてもよい。図４などに示されるように、ロータユニット１０の凹部１１１ｂは連結部１１１の外周面における上面側の角部分から、径方向内側に向かって矩形状に切り欠かれた切欠であるが、矩形状でなく円弧状などの丸みをもつ形状や、その他の形状に代えてもよい。また、凹部１１１ｂとして、矩形状及び円弧状などの複数の異なる形状を周方向に交互に配置してもよい。このように、凹部１１１ｂの形状を異なる形状にすると、ロータカバー１４を取り付けた後でも、凹部１１１ｂの形状を視認できる。そのため、凹部１１１ｂの形状に基づいて、ロータユニット１０におけるマグネット１３のＮ極及びＳ極の位置を、外部から確認することができる。

ロータコア１２の外周は、上記実施形態のような多角形状であってもよいが、円筒状であってもよい。

マグネット１３の数は任意に変更可能である。この場合、マグネット１３の数に応じて仕切部１１２の数も適宜変更される。

＜３．その他＞
以上、本発明の実施形態及び変形例についての具体的な説明を行った。上記説明では、あくまで一実施形態としての説明であって、本発明の範囲はこの一実施形態に留まらず、当業者が把握可能な範囲にまで広く解釈されるものである。例えば、上記実施形態及び各変形例は、互いに組み合わせて実施することが可能である。

本発明のモータは、主に自動車用のモータとして用いられる。例えばブレーキ用のモータや、パワーステアリング用のモータなどに利用される。また、自動車用以外にも種々の用途に利用可能である。例えば、電動アシスト自転車、電動バイク、家電製品、ＯＡ機器、及び医療機器等に利用されてもよい。

また、本発明のロータユニット及びモータは、同様の構造で発電機を構成することもできる。本発明のモータは、自動車、電動アシスト自転車、風力発電等に利用される発電機としても利用されうる。

本発明は、例えばモータ用のロータユニット、またはモータとして利用可能である。

１…モータ
１０１…シャフト
１０２…ステータ
１０３…ハウジング
１０４…ベアリングホルダ
１０５…第１ベアリング
１０６…第２ベアリング
１０７…インシュレータ
１０８…コイル
１０…ロータユニット
１１…ホルダ
１１１…連結部
１１１ａ…ホルダ開口部
１１１ｂ…凹部
１１１ｃ…角部
１１２…仕切部
１２…ロータコア
１２１…第１貫通孔
１２２…第２貫通孔
１３…マグネット
１４…ロータカバー
１４ａ…開放部
１４１…筒部
１４１ａ…環状部
１４１ｂ…窪み部
１４２…底面部
１４２ａ…開口部

Claims (9)

1. 上下方向に延びる中心軸を包囲する環状のロータコアと、
   前記ロータコアの外周において周方向に配列された複数のマグネットと、
   前記ロータコアに対して複数の前記マグネットを保持するホルダと、
   前記ロータコア、複数の前記マグネット、及び前記ホルダを収容するロータカバーと、
   を備え、
   前記ホルダは、
   前記マグネットの上端を保持する上面部と、
   前記上面部の外周に位置する凹部と、
   を有し、
   前記ロータカバーは、
   複数の前記マグネットの外周を包囲する筒部と、
   複数の前記マグネットの下端を保持する底面部と、
   前記上面部の上端の少なくとも一部を覆う環状部と、
   を有し、
   前記環状部は、前記凹部と軸方向に重なる窪み部を有する、
   ロータユニット。
2. 前記窪み部は、前記ロータカバーの前記環状部と前記筒部との間の角を含む、
   請求項１に記載のロータユニット。
3. 前記窪み部は、前記ロータカバーの前記環状部に複数配置される、
   請求項１または請求項２に記載のロータユニット。
4. 複数の前記窪み部は、周方向に均等な間隔で配置される、
   請求項３に記載のロータユニット。
5. 前記上面部は、複数の前記凹部を有しており、
   複数の前記凹部は、少なくとも２以上の異なる形状のいずれかであって、周方向に交互に配列される、
   請求項１から請求項４のいずれか１項に記載のロータユニット。
6. 前記ホルダは、周方向に隣り合う前記マグネットの間に配置される仕切部をさらに有する、
   請求項１から請求項５のいずれか１項に記載のロータユニット。
7. 前記ホルダは樹脂製であり、
   前記ロータカバーは金属製である、
   請求項１から請求項６のいずれか１項に記載のロータユニット。
8. 請求項１から請求項７のいずれか１項に記載のロータユニットを含み、上下方向に延びる中心軸を中心としたシャフトを有するロータと、
   前記ロータと対向し、複数のコイルを有するステータと、
   前記ステータに対して前記ロータが回転可能になるよう前記シャフトを支持するベアリングと、を備える、
   モータ。
9. 上下方向に延びる中心軸を包囲する環状のロータコアに、上面部の外周に凹部を有するホルダを取り付けるホルダ取付工程と、
   前記ロータコアの外周に、周方向に配列された複数のマグネットを、前記ホルダにより保持されるよう取り付けるマグネット取付工程と、
   前記ロータコア、複数の前記マグネット、及び前記ホルダを収容するよう、前記上面部と対向する位置に底面部を有する筒状のロータカバーを取り付けるロータカバー取付工程と、
   前記ロータカバーの筒部を径方向内側に曲げるロータカバー折り曲げ工程と、
   前記筒部の前記凹部に対向する位置を、前記凹部に嵌合する窪み部に加工するロータカバー加工工程と、
   を備える、
   ロータユニットの製造方法。
   
   
   
   

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