(57)【要約】【課題】磁石を簡易に固定して径方向外方への飛散を防ぎつつ、固定に伴って磁石に作用する応力の増大を抑制することが可能なロータおよびモータを提供する。【解決手段】モータのロータ１２は、ロータコア３１と、複数のマグネット３２と、２つの端面板３３と、シャフト３４と、複数のばね部材３９と、を備える。２つの端面板３３の貫通孔３３ｂには、シャフト３４が挿し通されている。複数のばね部材３９の各々は、複数のマグネット３２の各々とシャフト３４との間に配置され、軸方向の両端部が２つの端面板３３，３３によって支持され、径方向外方に向かう復元力を発生させるように弾性変形する。マグネット３２の径方向外方の端部は、ロータコア３１と接触している。マグネット３２の径方向内方の端部３２ａは、弾性変形している複数のばね部材３９と接触し、各ばね部材３９の復元力によって径方向外方に押されている。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
ロータコアと、
前記ロータコアの内側に径方向に沿って配置される複数の磁石と、
前記ロータコアの軸方向の両側に配置され、前記軸方向に貫通孔が形成された２つの板状部材と、
前記２つの板状部材の各々の前記貫通孔に挿し通されるシャフトと、
を備えるロータであって、
前記複数の磁石の各々と前記シャフトとの間に配置され、前記軸方向の両端部が前記２つの板状部材によって支持され、前記径方向外方に向かう復元力を発生させるように弾性変形する複数のばね部材を備え、
前記磁石の径方向外方の端部は、前記ロータコアと接触し、
前記磁石の径方向内方の端部は、弾性変形している前記複数のばね部材と接触し、前記復元力によって前記径方向外方に押されている
ことを特徴とするロータ。
【請求項２】
周方向に沿って配置される前記複数のばね部材を接続する接続部材を備える
ことを特徴とする請求項１に記載のロータ。
【請求項３】
前記２つの板状部材の各々において前記軸方向で前記ロータコアの端面に向かい合う表面上から前記軸方向に突出する突出部を備え、
前記ロータコアの前記端面上には、前記突出部が装着される穴部が形成されている
ことを特徴とする請求項１又は請求項２に記載のロータ。
【請求項４】
請求項１から請求項３の何れか１項に記載のロータと、
前記ロータの径方向外方に配置されるステータと、
を備え、
電動パワーステアリング装置の駆動源である
ことを特徴とするモータ。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、ロータおよびモータに関する。
【背景技術】
【０００２】
従来、ロータの径方向に放射状に配置された複数の永久磁石を備えるモータが知られている（例えば、特許文献１参照）。
このモータのロータは、周方向に交互に配置される複数の永久磁石および複数の回転子コアから成る環状体を備えている。各永久磁石の径方向外側の位置は、周方向の両側に配置される回転子コアの外周部から周方向に延びる爪によって規制されている。
また、このロータは、環状体を軸方向の両側から挟み込む端面板と、端面板の内周縁部から軸方向に突出する段付き部と、を備えている。段付き部の外周面は回転子コアの内周部に接触しており、各永久磁石の径方向内側の位置は段付き部によって位置決めされている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００３】
【特許文献１】国際公開第２０１４／１２９０８６号
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
ところで、上記従来技術の一例に係るモータにおいて、回転子コアの爪および端面板の段付き部によって永久磁石を支持する場合、永久磁石に作用する応力が増大して永久磁石の損傷または破損が生じるおそれがある。
【０００５】
本発明は、磁石を簡易に固定して径方向外方への飛散を防ぎつつ、固定に伴って磁石に作用する応力の増大を抑制することが可能なロータおよびモータを提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００６】
上記の課題を解決するために、本発明に係るロータは、ロータコアと、前記ロータコアの内側に径方向に沿って配置される複数の磁石と、前記ロータコアの軸方向の両側に配置され、前記軸方向に貫通孔が形成された２つの板状部材と、前記２つの板状部材の各々の前記貫通孔に挿し通されるシャフトと、を備えるロータであって、前記複数の磁石の各々と前記シャフトとの間に配置され、前記軸方向の両端部が前記２つの板状部材によって支持され、前記径方向外方に向かう復元力を発生させるように弾性変形する複数のばね部材を備え、前記磁石の径方向外方の端部は、前記ロータコアと接触し、前記磁石の径方向内方の端部は、弾性変形している前記複数のばね部材と接触し、前記復元力によって前記径方向外方に押されている。
【０００７】
このように構成することで、複数の磁石を簡易に固定することができる。複数の磁石は複数のばね部材によって弾性的に支持されるので、各磁石に作用する応力の増大を抑制することができる。複数の磁石はロータコアの内側に配置されるので、各磁石の径方向外方への飛散を確実に防止することができる。複数の磁石はシャフトと直接に接触しないので、シャフト側（つまりロータコアの内周側）に磁束の短絡が生じてしまうことを防ぐことができる。
【０００８】
本発明に係るロータでは、周方向に沿って配置される前記複数のばね部材を接続する接続部材を備えてもよい。
【０００９】
このように構成することで、複数のばね部材の配置が容易となり、複数のばね部材の位置ずれを防ぎながら各磁石の所望の位置を精度良く支持することができる。
【００１０】
本発明に係るロータでは、前記２つの板状部材の各々において前記軸方向で前記ロータコアの端面に向かい合う表面上から前記軸方向に突出する突出部を備え、前記ロータコアの前記端面上には、前記突出部が装着される穴部が形成されてもよい。
【００１１】
このように構成することで、２つの板状部材とロータコアとは突出部および穴部によって固定される。このため、例えば各板状部材が焼結材料によって形成される場合などであっても、２つの板状部材とロータコアとを容易に固定することができる。
【００１２】
本発明に係るモータは、上記に記載のロータと、前記ロータの径方向外方に配置されるステータと、を備え、電動パワーステアリング装置の駆動源であってもよい。
【００１３】
このように構成することで、電動パワーステアリング装置の信頼性を向上させることができる。
【発明の効果】
【００１４】
本発明によれば、複数の磁石を簡易に固定することができる。複数の磁石は複数のばね部材によって弾性的に支持されるので、各磁石に作用する応力の増大を抑制することができる。複数の磁石はロータコアの内側に配置されるので、各磁石の径方向外方への飛散を確実に防止することができる。複数の磁石はシャフトと直接に接触しないので、シャフト側（つまりロータコアの内周側）に磁束の短絡が生じてしまうことを防ぐことができる。
【図面の簡単な説明】
【００１５】
【図１】本発明の実施形態に係るモータのロータの構成を示す分解斜視図である。
【図２】本発明の実施形態に係るモータの構成を示す分解斜視図である。
【図３】本発明の実施形態に係るモータの径方向に対する断面図である。
【図４】本発明の実施形態に係るモータのロータの端面板と複数のばね部材とを示す斜視図である。
【図５】本発明の実施形態に係るモータのロータにおいて1つの端面板を省略して示す斜視図である。
【図６】本発明の実施形態に係るモータを駆動源として備える電動パワーステアリング装置の概略構成の一例を示す図である。
【図７】本発明の実施形態の変形例に係るモータのロータの端面板と複数のばね部材とを示す斜視図である。
【図８】本発明の実施形態の変形例に係るモータのロータにおいて端面板を省略して示す斜視図である。
【発明を実施するための形態】
【００１６】
以下、本発明のロータおよびモータの一実施形態について添付図面を参照しながら説明する。
【００１７】
図１は、実施形態によるモータ１のロータ１２の構成を示す分解斜視図である。図２は、実施形態によるモータ１の構成を示す分解斜視図である。図３は、実施形態によるモータ１の径方向に対する断面図である。
実施形態のモータ１は、例えば、車両用などの電動パワーステアリング装置（ＥＰＳ；Ｅｌｅｃｔｒｉｃ  Ｐｏｗｅｒ  Ｓｔｅｅｒｉｎｇ）に搭載されている。
【００１８】
（モータ）
モータ１は、例えば、電動パワーステアリング装置などの駆動源である。モータ１は、例えば、Ｕ相、Ｖ相、及びＷ相の３相のブラシレスモータである。モータ１は、ハウジング１１と、ロータ１２と、ステータ１３と、を備えている。例えば、モータ１は、ステータ１３の内側にロータ１２が配置されるインナーロータ型である。
なお、以下においては、ロータ１２の回転軸線方向を単に軸方向、ロータ１２の回転方向を周方向、軸方向及び周方向に直交するロータ１２の径方向を単に径方向と称して説明する。
【００１９】
（ハウジング）
ハウジング１１は、ケース２１と、ブラケット２２と、を備えている。
ケース２１の外形は、例えば、有底円筒状に形成されている。ケース２１は、底部２１ａの内面２１Ａ上に、後述する第１軸受３５を保持する第１軸受保持部２３を備えている。
【００２０】
ブラケット２２の外形は、例えば、円板状に形成されている。ブラケット２２は、ケース２１の軸方向における底部２１ａとは反対側の端部２１ｂに装着されて、端部２１ｂに形成される開口部２１ｃを閉塞する。ブラケット２２は、軸方向におけるケース２１側の端面２２Ａ上に、後述する第２軸受３６を保持する第２軸受保持部２４を備えている。ブラケット２２には、軸方向に貫通する貫通孔２２ａが形成されている。後述するロータ１２のシャフト３４は、ケース２１の内部空間を介してブラケット２２の貫通孔２２ａに挿し通されている。
【００２１】
（ロータ）
ロータ１２は、ステータ１３の径方向内側に回転自在に配置されている。ロータ１２は、ロータコア３１と、複数のマグネット３２と、２つの端面板３３と、シャフト３４と、第１軸受３５および第２軸受３６と、複数のばね部材３９と、を備えている。
ロータコア３１の外形は、例えば、円環柱状に形成されている。ロータコア３１には、内周面３１Ｂ上において周方向に等間隔の位置から径方向外方に向かって放射状に伸びる複数の磁石装着凹部３１ａが形成されている。
ロータコア３１の軸方向の両端面３１Ｃ，３１Ｃ上には、軸方向内方に向かう複数の穴部３１ｂが形成されている。例えば、各穴部３１ｂは、端面３１Ｃ上の径方向のほぼ中央部（つまり、ロータコア３１の内周面と外周面との間の中央部）に形成されている。
【００２２】
マグネット３２の外形は、例えば、矩形板状に形成されている。複数のマグネット３２の各々は、ロータコア３１の複数の磁石装着凹部３１ａの各々に装着されている。例えば、各マグネット３２の軸方向の長さは、各磁石装着凹部３１ａの軸方向の長さと同一に形成され、各マグネット３２の径方向の長さは、各磁石装着凹部３１ａの径方向の深さよりも大きく設定されている。これにより、各磁石装着凹部３１ａに装着された各マグネット３２の径方向内方の端部３２ａは、ロータコア３１の内周面３１Ｂよりも径方向内方に突出している。
【００２３】
各マグネット３２の磁化方向は、ロータコア３１の径方向である。周方向で隣り合う各２つのマグネット３２，３２は、相互に異なる磁極をステータ１３の内周面に対向させるように配置されている。
【００２４】
端面板３３の外形は、例えば、円環板状に形成されている。端面板３３の外周面３３Ａの直径は、ロータコア３１の外周面３１Ａの直径とほぼ同一に設定されている。２つの端面板３３は、ロータコア３１を軸方向の両側から挟み込むように配置されている。各端面板３３は、軸方向でロータコア３１の端面３１Ｃに向かい合う表面３３Ｃ上から、ロータコア３１の複数の穴部３１ｂの各々に向かって突出する複数の突出部３３ａを備えている。端面板３３は、各突出部３３ａがロータコア３１の各穴部３１ｂに装着されることにより、ロータコア３１に固定されている。
【００２５】
端面板３３の中央部には、厚さ方向（つまり軸方向）に貫通する貫通孔３３ｂが形成されている。例えば、端面板３３の貫通孔３３ｂを形成する壁面となる内周面３３Ｂの直径は、後述するシャフト３４の外周面３４Ａの直径よりも僅かに小さく設定されている。端面板３３は貫通孔３３ｂに挿し通されるシャフト３４に外嵌固定されている。
【００２６】
各端面板３３は、表面３３Ｃ上における貫通孔３３ｂの周辺部からロータコア３１の内側に向かって軸方向に突出するばね部材支持部３３ｃを備えている。ばね部材支持部３３ｃの外形は、例えば、端面板３３と同軸の円環筒状に形成されている。ばね部材支持部３３ｃの外周面３３Ｄと先端面３３Ｅとの交差稜線部３３ｄにおいて周方向に等間隔の位置には、交差稜線部３３ｄの一部が切り欠かれて複数の切欠部３３ｅが形成されている。例えば、切欠部３３ｅの外形は、周方向に対する断面が直角段差となる形状に形成されている。
【００２７】
ばね部材支持部３３ｃの複数の切欠部３３ｅの各々には、後述する複数のばね部材３９の軸方向の端部３９ａが装着されている。つまり、２つの端面板３３は、複数のばね部材３９の各々を軸方向の両側から挟み込み、軸方向および径方向外方に向かって各ばね部材３９を支持している。
【００２８】
シャフト３４は、ケース２１の底部２１ａの第１軸受保持部２３に保持される第１軸受３５によって回転自在に軸支される第１端部３４ａと、ブラケット２２の貫通孔２２ａを介してブラケット２２から軸方向外方に突出する第２端部３４ｂと、を備えている。シャフト３４の第２端部３４ｂ側の部位は、ブラケット２２の第２軸受保持部２４に保持される第２軸受３６によって回転自在に軸支されている。例えば、シャフト３４の第２端部３４ｂは、電動パワーステアリング装置のステアリングなどの外部機器に設けられるギヤに噛合わされるギヤ（図示略）を備えている。
【００２９】
図４は、実施形態によるモータ１のロータ１２の端面板３３と複数のばね部材３９と示す斜視図である。図５は、実施形態によるモータ１のロータ１２において1つの端面板３３を省略して示す斜視図である。
ばね部材３９の外形は、例えば、多段に屈曲した細板状に形成されている。ばね部材３９は、非磁性の弾性材料により形成されている。ばね部材３９の軸方向の両端部３９ａ，３９ａは、２つの端面板３３のばね部材支持部３３ｃの切欠部３３ｅに装着されている。
【００３０】
ばね部材３９の軸方向の中央部３９ｂは、自然状態において、マグネット３２の径方向内方の端面３２Ｂよりも径方向外方に位置するように形成されている。つまり、ロータコア３１の内側において軸方向の両端部３９ａ，３９ａが２つの端面板３３によって支持されたばね部材３９は、中央部３９ｂがマグネット３２の径方向内方の端面３２Ｂによって径方向内方に押し込まれるように弾性変形している。弾性変形しているばね部材３９は、中央部３９ｂにおいて径方向外方に向かう復元力によってマグネット３２をロータコア３１の磁石装着凹部３１ａに押し込むように、各マグネット３２の径方向内方の端部３２ａを弾性的に支持している。
【００３１】
（ステータ）
ステータ１３は、ステータコア４１と、コイル４２と、を備えている。
ステータコア４１は、例えば焼嵌めなどによって、ケース２１に内嵌固定されている。ステータコア４１は、バックヨーク部４３と、複数のティース部４４と、を備えている。バックヨーク部４３の外形は、例えば、円筒状に形成されている。ティース部４４の外形は、例えば、Ｔ字板状に形成されている。
【００３２】
複数のティース部４４は、バックヨーク部４３の内周面において周方向に等間隔の位置から径方向内方に突出している。複数のティース部４４は、周方向で隣り合う各２つのティース部４４，４４間に蟻溝状のスロット４５を形成している。ティース部４４は、表面を覆うように装着されるインシュレータ４６を備えている。インシュレータ４６は、例えば樹脂などの非磁性材料によって形成されている。
【００３３】
コイル４２は、例えば集中巻きなどによって、複数のティース部４４の各々にインシュレータ４６の上から装着されている。例えば、１２個のスロット４５に配置されるコイル４２は、２系統の３相（Ｕ相、Ｖ相、およびＷ相）構造に結線されている。
【００３４】
（電動パワーステアリング）
以下に、上述した実施形態のモータ１を駆動源として備える電動パワーステアリング装置６０について説明する。図６は、実施形態に係る電動パワーステアリング装置６０の概略構成の一例を示す図である。
電動パワーステアリング装置６０は、モータ１と、ステアリングハンドル６１と、ステアリングシャフト６２と、ギヤボックス６３と、舵取機構６４と、バッテリ６５と、制御装置６６と、回転角センサ６７と、トルクセンサ６８と、車速センサ６９と、を備えている。
【００３５】
ステアリングハンドル６１は、ステアリングシャフト６２に接続されている。
ステアリングシャフト６２は、第１端部がステアリングハンドル６１に接続され、第２端部がギヤボックス６３に接続されている。ステアリングシャフト６２は、運転者により操作されるステアリングハンドル６１とギヤボックス６３との間に操舵トルクが発生すると、操舵トルクを伴って軸周りに回転する。
【００３６】
ギヤボックス６３は、ステアリングシャフト６２、舵取機構６４、およびモータ１に連結されている。ギヤボックス６３は、運転者のステアリングハンドル６１の操作力と操舵トルクを舵取機構６４に伝達する。ギヤボックス６３は、モータ１が発生する回転駆動力をステアリングシャフト６２に伝達して舵取機構６４の操舵力をアシストする。
舵取機構６４は、ギヤボックス６３および車両の操舵輪に連結されている。舵取機構６４は、ギヤボックス６３を介して伝達される運転者のステアリングハンドル６１の操作力およびモータ１の回転駆動力に応じて車両の操舵輪（図示略）の向きを操作する。
【００３７】
バッテリ６５は、制御装置６６に接続されている。
制御装置６６は、モータ１の動作を制御するための電子部品を備えている。例えば、電子部品は、制御部、電力変換部、および駆動部などを構成する。
例えば、制御部は、ＣＰＵ（Ｃｅｎｔｒａｌ  Ｐｒｏｃｅｓｓｉｎｇ  Ｕｎｉｔ）などのプロセッサによって所定のプログラムが実行されることにより機能するソフトウェア機能部である。ソフトウェア機能部は、ＣＰＵなどのプロセッサ、プログラムを格納するＲＯＭ（Ｒｅａｄ  Ｏｎｌｙ  Ｍｅｍｏｒｙ）、データを一時的に記憶するＲＡＭ（Ｒａｎｄｏｍ  Ａｃｃｅｓｓ  Ｍｅｍｏｒｙ）、およびタイマーなどの電子回路を備えるＥＣＵ（Ｅｌｅｃｔｏｎｉｃ  Ｃｏｎｔｒｏｌ  Ｕｎｉｔ）である。また、制御部の少なくとも一部は、ＬＳＩ（Ｌａｒｇｅ  Ｓｃａｌｅ  Ｉｎｔｅｇｒａｔｉｏｎ）などの集積回路であってもよい。
【００３８】
例えば、電力変換部は、外部電源（図示略）から供給される直流電圧を昇圧する昇圧回路などを備えている。例えば、駆動部は、モータ１に駆動電圧を印加するインバータ回路およびモータ１に通電される電流を検出する電流センサなどを備えている。
【００３９】
回転角センサ６７は、モータ１のロータ１２の回転角度を検出する。例えば、回転角センサ６７は、レゾルバ又はホールＩＣを備える磁気式のロータリエンコーダなどである。回転角センサ６７は、制御装置６６に接続されている。回転角センサ６７は、検出した回転角度の信号を制御装置６６に出力する。
【００４０】
トルクセンサ６８は、ステアリングシャフト６２に発生する操舵トルクを検出する。例えば、トルクセンサ６８は、トーションバー式の捩れ力検出センサから構成されている。トルクセンサ６８は、制御装置６６に接続されている。トルクセンサ６８は、検出した操舵トルクの信号を制御装置６６に出力する。
車速センサ６９は、電動パワーステアリング装置６０を搭載する車両の速度（車速）を検出する。車速センサ６９は、制御装置６６に接続されている。車速センサ６９は、検出した車速の信号を制御装置６６に出力する。
【００４１】
モータ１は、ギヤボックス６３に連結されている。制御装置６６は、回転角センサ６７によって検出されるモータ１の回転角度、トルクセンサ６８によって検出される操舵トルク、および車速センサ６９によって検出される車速に基づいて、モータ１を駆動制御する。例えば、制御装置６６は、操舵トルクおよび車速に基づいてモータ１の目標トルク値を設定し、モータ１の出力トルクを目標トルク値に一致させるように、モータ１に通電される電流のフィードバック制御を実行する。制御装置６６は、電流のフィードバック制御において、モータ１の回転角度に応じて駆動電圧の位相を制御する。
【００４２】
上述したように、本実施形態のモータ１によれば、複数のマグネット３２は、複数のばね部材３９によって弾性的に支持されるので、各マグネット３２に作用する応力の増大を抑制することができる。複数のマグネット３２はロータコア３１の内側に配置されるので、各マグネット３２の径方向外方への飛散を確実に防止することができる。複数のマグネット３２はシャフト３４と直接に接触しないので、シャフト３４側（つまりロータコア３１の内周側）に磁束の短絡が生じてしまうことを防ぐことができる。
【００４３】
さらに、端面板３３は、各突出部３３ａがロータコア３１の各穴部３１ｂに装着されることによってロータコア３１に固定されているので、例えば各端面板３３が焼結材料によって形成される場合などであっても、各端面板３３とロータコア３１とを容易に固定することができる。
【００４４】
以下、実施形態の変形例について説明する。
図７は、実施形態の変形例によるモータ１のロータ１２の端面板３３と複数のばね部材３９と示す斜視図である。図８は、実施形態の変形例によるモータ１のロータ１２において1つの端面板３３を省略して示す斜視図である。
この変形例において、ロータ１２は、複数のばね部材３９を接続する接続部材７１を備えてもよい。例えば、接続部材７１の外形は、周方向で隣り合う各２つのばね部材３９の中央部３９ｂ，３９ｂ同士を一体的に接続する帯状に形成されてもよいし、周方向に沿って配置される複数のばね部材３９の中央部３９ｂが接続される円環状に形成されてもよい。
【００４５】
この変形例によれば、複数のばね部材３９の配置が容易となり、複数のばね部材３９の位置ずれを防ぎながら各マグネット３２の所望の位置を精度良く支持することができる。
【００４６】
なお、上述した実施形態において、モータ１は電動パワーステアリング装置６０に搭載されるとしたが、これに限定されず、他の機器に搭載されてもよい。
【００４７】
本発明の実施形態は、例として提示したものであり、発明の範囲を限定することは意図していない。これら実施形態は、その他の様々な形態で実施されることが可能であり、発明の要旨を逸脱しない範囲で、種々の省略、置き換え、変更を行うことができる。これら実施形態やその変形は、発明の範囲や要旨に含まれると同様に、特許請求の範囲に記載された発明とその均等の範囲に含まれるものである。
【符号の説明】
【００４８】
１…モータ
１２…ロータ
１３…ステータ
３１…ロータコア
３１ｂ…穴部
３１Ｃ…端面
３２…マグネット（磁石）
３３…端面板（板状部材）
３３ａ…突出部
３３ｂ…貫通孔
３３Ｃ…表面
３４…シャフト
３９…ばね部材
３９ａ…端部
６０…電動パワーステアリング装置
７１…接続部材
【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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