(57)【要約】      （修正有）【課題】ロータの磁気特性の変化を抑制しつつ永久磁石の大きさを変更可能なロータ、およびモータを提供する。【解決手段】上下方向に延びる中心軸に沿って配置されるシャフト２１と、シャフトの径方向外側に周方向に沿って配置される内コア部２２ａ、および内コア部の径方向外側に周方向に沿って互いに分離されて配置される複数の外コア部２２ｂを有するロータコアと、シャフトの径方向外側に周方向において外コア部と交互に配置される複数の永久磁石部材２３と、を備える。永久磁石部材は、周方向に沿って積層される第１永久磁石２３ａと、軟磁性体２３ｂと、第２永久磁石２３ｃとを有し、前記軟磁性体は、前記第１永久磁石と前記第２永久磁石との間に位置する。【選択図】図２
2020010452.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
ロータであって、
上下方向に延びる中心軸に沿って配置されるシャフトと、
前記シャフトの径方向外側に周方向に沿って配置される内コア部、および前記内コア部の径方向外側に周方向に沿って互いに分離されて配置される複数の外コア部を有するロータコアと、
前記シャフトの径方向外側に周方向において前記外コア部と交互に配置される複数の永久磁石部材と、
を備え、
前記永久磁石部材は、周方向に沿って積層される第１永久磁石と、軟磁性体と、第２永久磁石とを有し、
前記軟磁性体は、前記第１永久磁石と前記第２永久磁石との間に位置する、
ロータ。
【請求項２】
前記第１永久磁石および前記第２永久磁石は、互いに平行に配置される板状の永久磁石である、
請求項１に記載のロータ。
【請求項３】
前記第１永久磁石、前記軟磁性体および前記第２永久磁石は、径方向に沿って一様な厚さを有する板状である、
請求項１または２に記載のロータ。
【請求項４】
前記第１永久磁石と前記軟磁性体と前記第２永久磁石とは、互いに固着される、
請求項１から３のいずれか１項に記載のロータ。
【請求項５】
前記軟磁性体は、軟磁性粒子とバインダとを含む粉末成形体である、
請求項１から４のいずれか１項に記載のロータ。
【請求項６】
前記ロータコアは、前記永久磁石部材よりも径方向外側に、前記永久磁石部材と径方向に重なる固定爪を有する、
請求項１から５のいずれか１項に記載のロータ。
【請求項７】
前記ロータコアは、前記内コア部から径方向外側に延びて前記永久磁石部材の径方向内側を向く面に接触する支持部を有する、
請求項１から６のいずれか１項に記載のロータ。
【請求項８】
請求項１から７のいずれか１項に記載のロータを備える、モータ。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、ロータ、モータに関する。
【背景技術】
【０００２】
従来、シャフトの中心軸周りに放射状に永久磁石が配置されるスポーク型のモータが知られる。スポーク型のモータにおいて、永久磁石は、ロータコアに設けられるスリットに挿入され、固定されていた。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００３】
【特許文献１】特開２００４−２１５４７４号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
スポーク型のモータにおいて、モータのトルクを変更する場合、ロータの永久磁石の大きさを変更するのが一般的である。しかし、永久磁石の大きさを変えると、永久磁石が挿入されるロータコアのスリット幅も変更する必要があった。スリット幅が変更されるとロータコアの形状が変わるため、ロータコアの磁気特性が最適設計からずれてしまい、ロータの磁気特性が悪化するおそれがあった。
【０００５】
本発明の一態様は、ロータの磁気特性の変化を抑制しつつ永久磁石の大きさを変更可能なロータ、およびモータを提供することを目的の一つとする。
【課題を解決するための手段】
【０００６】
本発明の一つの態様によれば、ロータであって、上下方向に延びる中心軸に沿って配置されるシャフトと、前記シャフトの径方向外側に周方向に沿って配置される内コア部、および前記内コア部の径方向外側に周方向に沿って互いに分離されて配置される複数の外コア部を有するロータコアと、前記シャフトの径方向外側に周方向において前記外コア部と交互に配置される複数の永久磁石部材と、を備え、前記永久磁石部材は、周方向に沿って積層される第１永久磁石と、軟磁性体と、第２永久磁石とを有し、前記軟磁性体は、前記第１永久磁石と前記第２永久磁石との間に位置する、ロータが提供される。
【発明の効果】
【０００７】
本発明の一態様によれば、ロータの磁気特性の変化を抑制しつつ永久磁石の大きさを変更可能なロータおよびモータが提供される。
【図面の簡単な説明】
【０００８】
【図１】図１は、本実施形態のモータを示す断面図である。
【図２】図２は、本実施形態のモータの一部を示す図であって、図１におけるII−II断面図である。
【図３】図３は、本実施形態の電動パワーステアリング装置の概略構成を示す模式図である。
【発明を実施するための形態】
【０００９】
以下、図面を用いて本発明の実施の形態について説明する。
【００１０】
各図に適宜示すＺ軸方向は、正の側を上側とし、負の側を下側とする上下方向とする。また、各図に適宜示す中心軸Ｊは、上下方向と平行な方向に延びる仮想線である。以下の説明においては、中心軸Ｊの軸方向、すなわち上下方向と平行な方向を単に「軸方向」と呼び、中心軸Ｊを中心とする径方向を単に「径方向」と呼び、中心軸Ｊを中心とする周方向を単に「周方向」と呼ぶ。
【００１１】
本実施形態において、上側は、軸方向一方側に相当する。なお、上下方向、上側および下側とは、単に各部の相対位置関係を説明するための名称であり、実際の配置関係等は、これらの名称で示される配置関係等以外の配置関係等であってもよい。
【００１２】
図１に示すように、本実施形態のモータ１０は、ロータ２０と、ステータ３０と、ハウジング１１と、複数のベアリング１５，１６と、ベアリングホルダ４０と、を備える。ロータ２０は、中心軸Ｊを有するシャフト２１と、ロータコア２２と、複数の永久磁石部材２３と、樹脂モールド部２６と、を備える。
【００１３】
シャフト２１は、中心軸Ｊに沿って上下方向に延びる。本実施形態の例では、シャフト２１は、軸方向に延びる円柱状である。シャフト２１は、複数のベアリング１５，１６により、中心軸Ｊ回りに回転可能に支持される。複数のベアリング１５，１６は、軸方向に互いに間隔をあけて配置され、ハウジング１１に支持される。ベアリング１５は、ベアリングホルダ４０に保持される。すなわち、ベアリング１５は、ベアリングホルダ４０を介してハウジング１１に支持される。ハウジング１１は、軸方向の両端に底壁及び頂壁を有する筒状の部材である。
【００１４】
シャフト２１は、ロータコア２２を支持する。ロータコア２２は、シャフト２１に対して圧入、接着などによって固定される。ロータコア２２は、樹脂部材などを介してシャフト２１に固定されてもよい。すなわち、ロータコア２２は、シャフト２１と直接または間接的に固定される。シャフト２１は、上記円柱状に限らず、例えば筒状でもよい。
【００１５】
ロータコア２２は、例えば、複数の電磁鋼板が軸方向に積層されて構成される積層鋼板である。図２に示すように、ロータコア２２は、シャフト２１を周方向に囲む円筒状の内コア部２２ａと、内コア部２２ａの径方向外側に位置する複数の外コア部２２ｂと、内コア部２２ａと外コア部２２ｂとを径方向に連結する連結部２２ｃとを有する。
【００１６】
本実施形態の場合、８個の外コア部２２ｂが周方向に等間隔に配置される。連結部２２ｃは、内コア部２２ａの外周面から径方向外側へ延び、外コア部２２ｂの径方向内側を向く面に接続される。連結部２２ｃは、外コア部２２ｂの径方向内側を向く面において、周方向の中央部に接続される。
【００１７】
外コア部２２ｂは、軸方向に見て扇形であり、連結部２２ｃを通る径方向の仮想線に関して線対称の形状を有する。周方向に隣り合う外コア部２２ｂの間に、永久磁石部材２３が配置される。永久磁石部材２３は、後述する磁石挿入孔２０ａに挿入される。永久磁石部材２３は、周方向において、外コア部２２ｂと交互に配置される。
【００１８】
樹脂モールド部２６は、ロータコア２２の少なくとも一部および永久磁石部材２３の少なくとも一部を覆う。樹脂モールド部２６は、ロータコア２２をインサート部材としたインサート成形により作られる。ロータコア２２と樹脂モールド部２６からなるインサート成形体は、永久磁石部材２３が挿入される磁石挿入孔２０ａを有する。磁石挿入孔２０ａは、上側に開口する断面矩形状の孔部である。
【００１９】
樹脂モールド部２６は、図２に示すように、磁石挿入孔２０ａの径方向内側に位置する内側モールド部２６ａと、磁石挿入孔２０ａの径方向外側に位置する外側モールド部２６ｂとを含む。内側モールド部２６ａは、ロータコア２２の空隙部２２ｆに充填される樹脂からなる。空隙部２２ｆは、径方向に離間される内コア部２２ａと外コア部２２ｂとの間隙部分である。
【００２０】
磁石挿入孔２０ａ内に位置する永久磁石部材２３は、径方向内側の端部が外コア部２２ｂの径方向内側の端部から空隙部２２ｆ内に突出する。空隙部２２ｆおよび内側モールド部２６ａは、永久磁石部材２３の径方向内側の端部からの磁束漏れを抑制するフラックスバリアとして機能する。
【００２１】
磁石挿入孔２０ａの径方向外側に位置する外側モールド部２６ｂは、磁石挿入孔２０ａの径方向外側に位置する壁部を構成する。外側モールド部２６ｂは、外コア部２２ｂの径方向外側の端部に固定される。外側モールド部２６ｂの外周面は、ロータ２０の円柱状の外周面を構成する。
【００２２】
樹脂モールド部２６は、内側モールド部２６ａと外側モールド部２６ｂとを連結する部分を有していてもよい。例えば、樹脂モールド部２６は、ロータコア２２の下側の端面を軸方向に覆う円板状の部分を有し、この円板状の部分に内側モールド部２６ａおよび外側モールド部２６ｂが接続される構成であってもよい。この円板状の部分を介して内側モールド部２６ａと外側モールド部２６ｂとが連結されることで、永久磁石部材２３がより強固に固定される。
【００２３】
永久磁石部材２３は、ロータコア２２および樹脂モールド部２６により磁石挿入孔２０ａ内に支持される。ロータコア２２は、内コア部２２ａの外周面から永久磁石部材２３に向かって径方向外側へ延びる突起状の支持部２２ｄを有する。ロータコア２２は、外コア部２２ｂの径方向外側の端部から周方向に突出する固定爪２２ｅを有する。固定爪２２ｅは、永久磁石部材２３よりも径方向外側に位置し、永久磁石部材２３と径方向に重なる。
【００２４】
永久磁石部材２３は、隣り合う２つの外コア部２２ｂの互いに対向する側面に挟まれることにより周方向に支持される。永久磁石部材２３は、永久磁石部材２３の径方向内側を向く面に接触する支持部２２ｄと、永久磁石部材２３の径方向外側を向く面に接触する２つの固定爪２２ｅとによって径方向に支持される。ロータ２０が支持部２２ｄおよび固定爪２２ｅを有することにより、永久磁石部材２３を金属部分を用いて安定に支持できる。
【００２５】
永久磁石部材２３の径方向内側の端部は、内側モールド部２６ａによって支持される。永久磁石部材２３の径方向外側の端部は、外側モールド部２６ｂによって支持される。永久磁石部材２３は、圧入または接着により固定してもよく、ロータコア２２の上面に蓋部材を設置して固定してもよい。
【００２６】
永久磁石部材２３は、図２に示すように、周方向に沿って順に積層される第１永久磁石２３ａと、軟磁性体２３ｂと、第２永久磁石２３ｃとを有する。すなわち、軟磁性体２３ｂは、第１永久磁石２３ａと第２永久磁石２３ｃとの間に位置する。
第１永久磁石２３ａおよび第２永久磁石２３ｃは、本実施形態の場合、互いに平行に配置される板状の永久磁石である。
軟磁性体２３ｂは、軟磁性材料を含む部材である。軟磁性体２３ｂを構成する軟磁性材料は特に限定されず、例えば、電磁鋼板、パーマロイ、パーメンジュールなどを用いることができる。
【００２７】
上記構成を備える永久磁石部材２３では、必要とされるトルクに合わせて第１永久磁石２３ａおよび第２永久磁石２３ｃの厚さを変更し、第１永久磁石２３ａおよび第２永久磁石２３ｃの厚さに合わせて軟磁性体２３ｂの厚さを調整することで、永久磁石部材２３の全体厚さを変更することなく、永久磁石部材２３の磁力を調整できる。これにより、ロータ２０の磁石挿入孔２０ａの大きさを変更することなく、ロータ２０の磁力を調整でき、モータ１０のトルクを調整できる。
【００２８】
ロータコア２２の形状が、所定の大きさの永久磁石に対して最適化されている場合に、外コア部２２ｂの厚さおよび周方向の間隔を変更すると、ロータ２０の磁気特性が変化し、モータ１０のコギングトルクやトルクリップルが悪化する可能性がある。これに対して本実施形態では、ロータコア２２の形状を変更することなく永久磁石部材２３の磁力を変更できるので、トルク調整に伴うモータ１０の特性悪化を抑制できる。
【００２９】
また、永久磁石の磁力を減少させる場合に、厚さを小さくした永久磁石を用いる構成と、本実施形態の永久磁石部材２３を用いる場合とを比較すると、本実施形態の永久磁石部材２３では、厚さを変更することなく磁力を調整できるため、永久磁石部材２３の表面から磁極が形成される位置までの距離が変化しない。したがって、使用する永久磁石の重量が同じであっても、薄い永久磁石を用いる場合よりもモータ１０のトルクを大きくできる。
【００３０】
さらに、ロータ２０の磁石挿入孔２０ａの大きさを変更することなく、単一の永久磁石から本実施形態の永久磁石部材２３に入れ替えることで、モータ１０のトルクをほぼ維持したままで、ロータ２０の永久磁石使用量を低減することも可能である。
【００３１】
本実施形態では、第１永久磁石２３ａ、軟磁性体２３ｂおよび第２永久磁石２３ｃは、いずれも径方向に沿って一様な厚さを有する板状である。この構成によれば、永久磁石部材２３の外形状が直方体状となるので、永久磁石部材２３を製造しやすく、ロータコア２２への設置もしやすい。また、上記構成の永久磁石部材２３は、単体の直方体状の永久磁石との磁気特性の差異が生じにくいため、単体の永久磁石と入れ替える場合であってもトルク以外のモータ性能への影響が少ない。
【００３２】
本実施形態において、永久磁石部材２３は、第１永久磁石２３ａと軟磁性体２３ｂと第２永久磁石２３ｃとが磁力により互いに吸着した状態で用いてもよく、互いに固着された状態で用いてもよい。固着方法は特に限定されない。例えば、第１永久磁石２３ａと軟磁性体２３ｂと第２永久磁石２３ｃとを相互に接着してもよい。あるいは、第１永久磁石２３ａと軟磁性体２３ｂと第２永久磁石２３ｃとを枠体またはケース体に収容してもよい。第１永久磁石２３ａと軟磁性体２３ｂと第２永久磁石２３ｃとが互いに固着された状態で用いる場合には、永久磁石部材２３を単一部材として取り扱うことができ、ロータ２０およびモータ１０の製造性が向上する。
【００３３】
軟磁性体２３ｂは、軟磁性粒子とバインダとを含む粉末成形体であってもよい。バインダとしては、樹脂材料等の有機物であってもよく、アルミナや酸化マグネシウムなどの無機物であってもよい。軟磁性体２３ｂが樹脂バインダを含む場合、樹脂バインダを固化させる際に、軟磁性体２３ｂと第１永久磁石２３ａおよび第２永久磁石２３ｃを一体に成形することもできる。
【００３４】
図１に示すように、ステータ３０は、ステータコア３１と、インシュレータ３０Ｚと、複数のコイル３０Ｃと、を有する。ステータコア３１は、中心軸Ｊを中心とする環状である。ステータコア３１は、ロータ２０の径方向外側においてロータ２０を囲む。ステータコア３１は、ロータ２０と径方向に隙間をあけて対向する。すなわち、ステータ３０は、ロータ２０と径方向に隙間をあけて対向する。ステータコア３１は、例えば、複数の電磁鋼板が軸方向に積層されて構成される積層鋼板である。
【００３５】
ステータコア３１は、略環状のコアバック３１ａと、複数のティース３１ｂと、を有する。図示は省略するが、本実施形態では、コアバック３１ａは、中心軸Ｊを中心とする円環状である。ティース３１ｂは、コアバック３１ａの径方向内側面から径方向内側に延びる。コアバック３１ａの外周面は、ハウジング１１の周壁部の内周面と固定される。複数のティース３１ｂは、コアバック３１ａの径方向内側面に、周方向に互いに間隔をあけて配置される。図示は省略するが、本実施形態では、複数のティース３１ｂが、周方向に等間隔に配列する。
【００３６】
インシュレータ３０Ｚは、ステータコア３１に装着される。インシュレータ３０Ｚは、ティース３１ｂを覆う部分を有する。インシュレータ３０Ｚの材料は、例えば樹脂などの絶縁材料である。
【００３７】
コイル３０Ｃは、ステータコア３１に取り付けられる。複数のコイル３０Ｃは、インシュレータ３０Ｚを介してステータコア３１に装着される。複数のコイル３０Ｃは、インシュレータ３０Ｚを介して各ティース３１ｂに導線が巻き回されることで構成される。
【００３８】
上述した実施形態のモータの用途は、特に限定されない。上述した実施形態のモータは、例えば、ポンプ、ブレーキ、クラッチ、掃除機、ドライヤ、シーリングファン、洗濯機および冷蔵庫などの多様な機器に用いることができる。一例として、上述した実施形態のモータ１０を電動パワーステアリング装置に搭載した例について説明する。
【００３９】
図３に示すように、電動パワーステアリング装置１００は、自動車の車輪の操舵機構に搭載される。電動パワーステアリング装置１００は、操舵力を油圧により軽減する装置である。本実施形態の電動パワーステアリング装置１００は、モータ１０と、操舵軸１１４と、オイルポンプ１１６と、コントロールバルブ１１７と、を備える。
【００４０】
操舵軸１１４は、ステアリング１１１からの入力を、車輪１１２を有する車軸１１３に伝える。オイルポンプ１１６は、車軸１１３に油圧による駆動力を伝えるパワーシリンダ１１５に油圧を発生させる。コントロールバルブ１１７は、オイルポンプ１１６のオイルを制御する。電動パワーステアリング装置１００において、モータ１０は、オイルポンプ１１６の駆動源として搭載される。
【００４１】
本実施形態の電動パワーステアリング装置１００は、本実施形態のモータ１０を備える。このため、上述のモータ１０と同様の効果を奏する電動パワーステアリング装置１００が得られる。
【００４２】
上記の各構成は、相互に矛盾しない範囲内において、適宜組み合わせることができる。
【符号の説明】
【００４３】
１０…モータ、２０…ロータ、２１…シャフト、２２…ロータコア、２２ａ…内コア部、２２ｂ…外コア部、２２ｄ…支持部、２２ｅ…固定爪、２３…永久磁石部材、２３ａ…第１永久磁石、２３ｂ…軟磁性体、２３ｃ…第２永久磁石、Ｊ…中心軸
【図１】
2020010452.tif 000003
【図２】
2020010452.tif 000004
【図３】
2020010452.tif 000005