(57)【要約】      （修正有）【課題】永久磁石の保持部材を非導電性部材で構成することにより、ロータの回転によって発生する渦電流損失を抑制し、モータの冷却効率向上とロータに配置される永久磁石の温度上昇を低減する。【解決手段】ロータコアの表面に複数の永久磁石が配置される表面磁石型の永久磁石ロータを有するモータにおいて、筒状の非磁性体の磁石カバーの内周面に、前記永久磁石を配置できる空間部を有するとともに、非磁性体の磁石カバーの一部が、ロータコアの表面で磁石間に設けた溝部に嵌合する状態でロータコアに結合されている。【選択図】図４
2014212604.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
ロータコアの表面に複数の永久磁石が配置される表面磁石型の永久磁石ロータを有するモータにおいて、筒状の非磁性体の磁石カバーの内周面に、前記永久磁石を配置できる空間部を有するとともに、前記非磁性体の磁石カバーの一部が、前記ロータコアの表面で磁石間に設けた溝部に嵌合する状態で前記ロータコアに結合されていることを特徴とするモータ。
【請求項２】
前記非磁性体の磁石カバーの一部が、前記ロータコアの端面の穴部に合致する状態で前記ロータコアに結合されていることを特徴とするモータ。
【請求項３】
請求項１に記載の前記磁石カバーの外周部には熱収縮チューブが配置されていることを特徴とするモータ。
【請求項４】
請求項１に記載の前記磁石カバーは軸方向に２分割されていることを特徴とするモータ。
【請求項５】
ロータコアの表面に複数の永久磁石が配置される表面磁石型の永久磁石ロータにおいて、筒状の非磁性体の磁石カバーの内周面に、前記永久磁石を配置できる空間部を有するとともに、前記非磁性体の磁石カバーの一部が、前記ロータコアの端面の穴部に合致する状態で前記ロータコアに結合されていることを特徴とするモータ。
【請求項６】
請求項１〜５に記載の前記磁石カバーの底部には永久磁石と接する面を設けたことを特徴とする電動モータ。
【請求項７】
請求項１乃至５に記載の前記、前記磁石カバーは樹脂材でからなり、該磁石カバーの外周にフィルム状のカバーを設けたことを特徴とする電動モータ。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、電動パワーステアリングモータに用いられるロータの磁石保持構成に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
本技術分野の背景技術として、以下の特許文献がある。特許文献１には磁石を保持するための樹脂部品がロータコアに設けた溝部により磁石を保持し、磁石の最外周部に非磁性体の磁石カバーが設けられたものが開示されている。また、特許文献２にはロータの磁石間の隙間にロータコアの溝を含めて、磁石を固定するように樹脂をインサートモールドした構造が開示されている。特許文献３には樹脂で作成された複数個の突出部を設けた構造の磁石保持部材が開示されている。また、その外周部には非磁性体のカバーが設けられている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００３】
【特許文献１】特開平11-243654号公報
【特許文献２】特開平9−19091号公報
【特許文献３】WO2007/080887号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
特許文献には磁石保持用の樹脂部材の軸方向の抜け止めに関しては、ロータコアの軸端面を用いた記載が無く、また、樹脂製保持部材の外周部に別に設けた非磁性部材カバーを用いているため、この非磁性保持部材に金属を用いた場合ロータの回転に伴って、この金属カバーで渦電流の損失が発生し、モータの効率低下とロータの温度上昇を発生させてしまう。その結果、使用する永久磁石に耐熱性が高いものが必要となる。永久磁石の耐熱性向上は、重希土類元素である高価なDy（ディスプロシウム）やTb（テルビウム）の使用量が増加し、永久磁石のコストアップの原因となる。
【課題を解決するための手段】
【０００５】
上記課題を解決するために、本発明では永久磁石の保持機構に非導電性の材質を用い、更にロータの組立性を向上させるために保持機構は樹脂製のカップ型容器とし、そのカップ型容器にロータコアを軸端面で圧入し、カップ型容器とロータコア間の隙間に永久磁石を差込み、更に反対側から同様のカップ型容器をロータコアに圧入するようにしたものである。
【０００６】
好ましくはカップ型容器間の隙間を埋めるために、カップ型容器の外周部にPET等の熱収縮チューブを配置し、カップ型容器がロータコアから軸方向に外れないように拘束されるようにしたものである。
【発明の効果】
【０００７】
本発明では、磁石カバーの材質に非磁性体で非導電性の材質で構成した部材を用いることで、ロータの回転によって発生する渦電流損失を抑制できる。これにより、モータの効率向上とロータに配置される永久磁石の温度上昇を低減できるため、使用する永久磁石に安価な磁石を採用することが出来る。この渦電流損は回転数の２乗で増加していくため回転数が２倍になれば損失は４倍となるため、高速回転で使用されるものにおいて顕著な効果が期待できる。
【図面の簡単な説明】
【０００８】
【図１】機電一体構造で構成されるEPSモータの構造図
【図２】図1で示したモータ部の説明図
【図３】図２で示したモータのロータ構造図
【図４】図３で示したロータの軸方向断面図
【図５】図３で示したロータコアの構造図
【図６】樹脂で作成したカップ型の磁石保持部材
【図７】図６で示したカップ型の磁石保持部材にロータコアを圧入した構造図
【図８】ロータの製作工程を説明する鳥瞰図
【図９】ロータの組立工順を示した説明図
【図１０】ロータコアの磁石保持部に磁石回転抑制部を設けた説明図
【図１１】図６で示した磁石保持部材を分割して製作した構造図
【図１２】図１０で説明した磁石回転抑制部の他の実施例を示した説明図
【図１３】図１２で説明した磁石サブカバーに磁石を挿入する説明図
【発明を実施するための形態】
【０００９】
以下、実施例を図面１から図面１３を用いて説明する。
【実施例１】
【００１０】
本実施例では、電動パワーステアリングモータのモータと制御部が一体構造で構成される機電一体型電動パワーステアリング（ＥＰＳと略す）モータ構造について説明する。
図１は、本実施例の電動パワーステアリングモータの構造を説明する実施例の一例である。機電一体EPSモータ１００はモータ部１０１と制御部１０２から構成されている。制御部１０２にはコネクタ１０３が設けられており電源が供給されるようになっている。制御部１０２にはモータを駆動するためのインバータや制御基板が実装されている。モータ部１０１は制御部１０２から３相の駆動電源が供給される構造となっている。図示しないが、モータ部１０１の右側にはモータのトルクを出力できる出力軸が設けられている。
【００１１】
図２を用いてモータ部１０１の構造について詳しく説明する。図２は先に説明した図１の制御部１０２を取り除いた構造を示したものである。モータ部１０１はアルミハウジング１０４の内部に、モータを構成するためのステータ、ロータ、コイルから構成されている（図示せず）。制御部１０２との電気的な接続点は３相巻線に接続されるＵ相端子１０８ｕ、Ｖ相端子１０８ｖ、Ｗ相端子１０８ｗとリレー駆動用の電源端子１０５である。リレー駆動用の電源端子は、２個のリレーを独立して開閉制御できるように２つ用意されている。この信号は電流容量が小さいことから、グランドラインはボディーアースとした。端子基板１０９は樹脂でモールドされて構成されており、この樹脂基板の上部には２個のモータリレー１０６ａとモータリレー１０６ｂが実装されている。また、端子基板１０９の中心部にはモータ用シャフト１に磁極検出用のレゾルバロータ１０７が設けられている。
【００１２】
図３は先に説明したモータ部１０１の中心部分に配置されるロータを示したものである。このロータはシャフト１にロータコア２が圧入または焼嵌め等で固定されている。このロータコア２には磁石保持部材４Ｆと磁石保持部材４Ｒ、永久磁石（図示せず）と、その外周部にロータ保護部材５で構成されている。本実施例では、磁石保持部材は非磁性体で非導電性の樹脂から構成され、磁石保持部材４の外周側に配置されるロータ保護部材は同様に非磁性体で非導電性の薄いフィルムで構成されている。この、フィルムはＰＥＴ等の耐熱性があり熱収縮性のある材質が望ましい。
【００１３】
次に、図４を用いてロータ構造の詳細に付いて説明する。図４は先に示したロータの軸方向断面図を示したものである。先ず構成について説明する。中心部分にはシャフト１が配置されている。そのシャフト１に対してロータコア２が焼嵌め等により固定されている。ロータコア２の軸方向にくり抜かれた空間部２３ａは、ロータコアの質量を軽くするための肉盗み用の穴である。また、同様に貫通穴２３ｂは磁石の着磁用に使用する着磁ヨークとの位置決め穴となっている。この空間部ａには、磁石保持部材４Ｆと４Ｒに設けられたコア嵌合部６が圧入されている。このコア嵌合部６の形状としては、先端部分にテーパーが設けられており圧入が容易に行える形状となっている。最終的には、コア嵌合部６の先端のテーパー部以外のところで締め代を持つ設計となっている。磁石保持部材はモータの軸出力側から圧入される磁石保持部材４Ｆと反対側から圧入される４Ｒの２部品で構成されている。また、これらの磁石保持部材によって永久磁石３は挟まれる構造となっている。２つの磁石保持部材によってロータコア２と永久磁石３は挟まれ、磁石の両端面はこれらの磁石保持部材に接して位置決めされる。磁石の寸法公差等により磁石保持部材の合わせ面には隙間が空く設計となっており、その部分からの磁石の欠けが飛び出さないようにロータ保護部材５と呼ばれるフィルム状の保護カバーで最外周側を覆っている。このロータ保護部材５は回転体の外周部分だけではなく軸方向の内周側にも熱収縮して、磁石保護部材４Ｆ、４Ｒが軸方向に抜けないように抑える機能を持たせている。
【００１４】
図５はロータコア２の構造を示したものである。ロータコア２は電磁鋼板を打ち抜いて軸方向に複数枚積み上げたものである。軸方向端面の形状としては磁石が配置される磁石搭載面２１が等間隔にロータコア２の全周に設けられている。この磁石搭載面の隙間には溝部２２が設けられている。この溝部２２の開口部は内周側の幅よりも狭く構成されている。ロータコア２の内周側には外径側に配置される空間部２３ａと内周側に配置される空間部２３ｂが配置されている。空間部２３ａはロータコアの質量低減と慣性モーメントの低減用に設けたものである。空間部２３ｂは磁石を着磁するための極性判別用の貫通穴であり、磁石の極性が同じ位置に設けられている。この実施例では磁石は１０個用いる構成となっているため、空間部２３ｂは５個の穴数となる。
【００１５】
図６にロータコアに圧入される磁石保持部材４の構造について説明する。磁石保持部材４はカップ状の構造であり、その外径側の内周部に溝締結部７が均等に複数個設けられている。その、溝締結部７の間には永久磁石３が配置できるように空間部が設けられている。この空間部は本実施例では扇状の形状となっている。また、底面部にはコア嵌合部６と永久磁石３と接するための磁石突き当て部８が設けられている。コア嵌合部６は先にも説明したように先端部分にテーパーが設けられた形状となっている。このコア嵌合部６はロータコア２の空間部２３ａに圧入される構造となっている。このコア嵌合部６はロータコア２の空間部２３ａと機械的に強固に結合させるために、金属等を埋め込んだ構造でも良い。
【００１６】
図７を用いて、磁石保持部材４Ｒにシャフト１に焼嵌めされたロータコア２を圧入した状態を示したものである。ロータコア２の溝部２２には、磁石保持部材４Ｒの溝締結部７が嵌合している。ロータコア２の磁石搭載面２１と磁石保持部材４Ｒの隙間に磁石挿入部１０が構成されている。また、その磁石挿入部１０の軸方向端面には磁石突き当て部８が配置される。
【００１７】
図８を用いて、図７で説明した工程の後の工程を説明する。図８の下図は図７で示した磁石保持部材４Ｒにシャフト１に焼嵌めされたロータコア２をロータコア２の空間部２３ａと磁石保持部材４Ｒのコア嵌合部６で圧入した状態を示したものである。この次に、永久磁石３を磁石保持部材の隙間となる磁石挿入部１０に挿入する。永久磁石が磁石挿入部１０に入った後、もう一方の磁石保持部材４Ｆを同様にロータコアに設けた空間部２３ａと磁石保持部材４Ｆに設けたコア嵌合部６を圧入する。それぞれの、磁石保持部材は永久磁石端面と磁石突き当て部８で挟まれた構成となる。最初にロータコアと圧入される磁石保持部材とロータコアは面で接触するが、後から圧入する磁石保持部材は磁石端面が磁石突き当て部８に対して先に当たるため、磁石保持部材とロータコアとの間には隙間が出来る構造となっている。この隙間は、ロータコアの積厚偏差分を吸収するように作用する。
【００１８】
図９に各工程の工順を示したものである。工順１では、磁石保持部材４Ｒに対して上方向から溝締結部７と溝部２２に合わせて、シャフト１に圧入されたロータコア２をロータコア２に設けた空間部２３ａと磁石保持部材４Ｒに設けたコア嵌合部６を隙間が無いように圧入する。工順２で永久磁石３を先の工順１の工程で製作した磁石挿入部１０に挿入する。このとき、永久磁石３は磁石保持部材４Ｒの磁石突き当て部８で軸方向の位置が決定される。工順３では、工順２で作成した磁石保持部材４Ｒに圧入されたロータコア２に対して、もう一方の磁石保持部材４Ｆを上方から圧入する。この場合も、回転方向の位置決めは、溝締結部７と溝部２２によって決定され、最終的には磁石保持部材４Ｆに設けた磁石突き当て部８と永久磁石３の軸端面が合わさった位置で組立が完了する。工順４は図示しないが、熱収縮チューブにより図３に示したようにロータ全体を覆う構造となっている。
【００１９】
図１０はロータコア２の磁石搭載面２１の両端部に永久磁石３の補強用回転抑制部１１を設けたものを示したものである。このように、金属で構成されるロータコアの端部に永久磁石３の回転方向のトルクをロータコアに設けた回転抑制部１１で力を受けることで、回転力をコアと樹脂に分散することが出来るようになる。その結果、樹脂に掛かる応力を低減できる効果がる。
【００２０】
図１１は、カップ状で構成された磁石保持部材を分割して作成した場合の一例を示したものである。この図では、分割数は片側１０個とした。図の説明は図６と同様なため省略する。
【００２１】
図１２は、磁石の回転抑制を磁石サブカバー５０で構成したものを示したものである。磁石サブカバー５０は薄い材質で構成されており、ロータコア２の溝部２２に嵌合される構造となっている。磁石サブカバー５０と磁石搭載面２１との間に永久磁石３を配置する構造である。理想的には、磁石表面で渦電流の発生が無い非磁性体で非導電性の部材が良いが、電気抵抗の大きい材質を選択することが重要である。また、バネ性を有する材質で永久磁石３をコアとの間に挟み込めるようなものでも良い。
【００２２】
図１３に、磁石の回転抑制を実現するために磁石サブカバー５０をロータコア２に配置し、その磁石保護カバー５０とロータコア２の間に磁石を差し込む図を示したものである。この図で示した構造で、今まで説明してきた磁石保持部材４Ｆ及び４Ｒを軸方向の前後から組み立てることで永久磁石の保護カバーが構成できる。また、磁石保持部材の軸方向への抜け止めを兼ねた薄いフィルム状の熱収縮チューブでロータ保護部材５を構成することで、永久磁石の固定と割れ欠けの飛び出し防止を実現する。
【００２３】
以上、述べてきたように表面磁石型のモータにおいて、永久磁石の固定と割れや欠けの飛び出し防止を目的とし、非導電性でかつ非磁性体の磁石カバーとすることで、磁石保持部やロータ保護部材での渦電流を防止できモータの効率向上と磁石の温度上昇の低減効果がある。また、ロータ保護カバーは薄いフィルム状のものを使用するため、その内周に配置される部材を樹脂とすることで、フィルムと接する角部の面取りを設けることでフィルムの裂けや傷の発生を抑制できる効果がある。
【符号の説明】
【００２４】
１  シャフト、２  ロータコア、３  永久磁石、４  磁石保持部材、４Ｆ  磁石保持部材、４Ｒ  磁石保持部材、５  ロータ保護部材、６  コア嵌合部、７  溝締結部、８  磁石突き当て部、１０磁石挿入部、１１  補強用回転抑制部、２１  磁石搭載面、２２  溝部、２３ａ  空間部ａ、２３ｂ  空間部ｂ、５０  磁石サブカバー、１００  機電一体EPSモータ、１０１  モータ部、１０２  制御部、１０３  コネクタ、１０４  アルミハウジング、１０５  電源端子、１０６ａ  モータリレー、１０６ｂ  モータリレー、１０７  レゾルバロータ、１０８ｕ  ｕ相端子、１０８ｖ  ｖ相端子、１０８ｗ  ｗ相端子、１０９  端子基板、２  ロータコア、３  永久磁石、４  永久磁石保持部材、５  ロータ保護部材、６  コア嵌合部、７  溝締結部、８  磁石突き当て部、１０  磁石挿入部、２１  磁石搭載面、２２  溝部、２３ａ  空間部ａ、２３ｂ  空間部ｂ、４１  磁石保持部材、６１  コア嵌合部、７１  溝締結部、８１  磁石突き当て部、５０  磁石サブカバー、１０６ａ  モータリレー１、１０６ｂ  モータリレー２、１０７  レゾルバロータ、１０８ｕ  Ｕ相端子、１０８ｖ  Ｖ相端子、１０８ｗ  Ｗ相端子、１０５  リレー電源端子、１０４  アルミハウジング、１０９  端子基板
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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【図８】
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【図９】
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【図１０】
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【図１１】
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【図１２】
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【図１３】
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