(57)【要約】【課題】ロータシャフトとリング磁石の相対回転を禁止しつつ、リング磁石に割れや亀裂が生じた場合でも回転機の性能低下を防止することが可能なロータのリング磁石固定構造及び電動パワーステアリング用モータの提供を目的とする。【解決手段】本発明のリング磁石固定構造によれば、ロータシャフト２１に備えた係合突部２２Ａと、リング磁石２３に備えた係合溝２３Ａとが凹凸係合して、ロータシャフト２１とリング磁石２３の相対回転が禁止される。また、万が一、リング磁石２３に割れや亀裂が生じたとしても、それらはリング磁石２３のうち隣り合った磁極間に形成された係合溝２３Ａの何れかに生じるように構成されている。従って、割れや亀裂がリング磁石２３の磁束密度分布に与える影響はほとんど無いか又は非常に小さく、モータ１０の性能低下を防止することができる。【選択図】図４
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
回転機に備えたロータシャフトの外側にリング磁石を嵌合固定してなるロータのリング磁石固定構造において、
前記ロータシャフトの外周面から突出して軸方向に延びた係合突部と、
前記リング磁石の内周面に形成されて前記係合突部と凹凸係合した係合溝とを備え、
前記係合溝は、前記リング磁石の隣り合った磁極間に配置されたことを特徴とするロータのリング磁石固定構造。
【請求項２】
前記係合突部は、ナーリング加工により形成されたことを特徴とする請求項１に記載のロータのリング磁石固定構造。
【請求項３】
前記リング磁石のうち、隣り合った磁極間の全てに前記係合溝を設けたことを特徴とする請求項１又は２に記載のロータのリング磁石固定構造。
【請求項４】
前記リング磁石の外側に円筒状の飛散防止カバーを嵌合したことを特徴とする請求項１乃至３の何れかに記載のロータのリング磁石固定構造。
【請求項５】
前記リング磁石の各磁極にはスキューが設けられ、
前記係合溝及び前記係合突部は、前記スキューに対応して前記ロータの回転軸に対して斜めに延びたことを特徴とする請求項１乃至４の何れかに記載のロータのリング磁石固定構造。
【請求項６】
前記請求項１乃至５の何れかに記載のロータのリング磁石固定構造を有するロータを備えたことを特徴とする電動パワーステアリング用モータ。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、回転機に備えたロータシャフトの外側にリング磁石を嵌合固定してなるロータのリング磁石固定構造及び電動パワーステアリング用モータに関する。
【０００２】
図９に示す従来のリング磁石固定構造では、ロータシャフト１の一端部に二面取り形状の嵌合軸部２を形成すると共に、リング磁石３の一端部に二面取り形状の嵌合孔部４を形成し、それら嵌合軸部２と嵌合孔部４とが嵌合することでロータシャフト１とリング磁石３の相対回転を禁止した構造となっていた。なお、本発明に関連した先行技術文献は、見つけることができなかった。
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００３】
ところで、上述した従来のリング磁石固定構造では、ロータの温度上昇等によりリング磁石３に応力がかかった場合に、面取り部分の両側の境界部６において亀裂が生じて磁極５を二分する事態が生じ得た。磁極が二分されるとリング磁石３の磁束密度分布に悪影響が起き回転機の性能が低下する虞があった。
【０００４】
本発明は、上記事情に鑑みてなされたもので、ロータシャフトとリング磁石の相対回転を禁止しつつ、リング磁石に割れや亀裂が生じた場合でも回転機の性能低下を防止することが可能なロータのリング磁石固定構造及び電動パワーステアリング用モータの提供を目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００５】
上記目的を達成するためになされた請求項１の発明に係るロータ（２０，１２０）のリング磁石固定構造は、回転機（１０）に備えたロータシャフト（２１，１２１）の外側にリング磁石（２３，１２３）を嵌合固定してなるロータ（２０，１２０）のリング磁石固定構造において、ロータシャフト（２１，１２１）の外周面から突出して軸方向に延びた係合突部（２２Ａ，１２２Ａ）と、リング磁石（２３，１２３）の内周面に形成されて係合突部（２２Ａ，１２２Ａ）と凹凸係合した係合溝（２３Ａ，１２３Ａ）とを備え、係合溝（２３Ａ，１２３Ａ）は、リング磁石（２３，１２３）の隣り合った磁極間に配置されたところに特徴を有する。
【０００６】
請求項２の発明は、請求項１に記載のロータ（２０）のリング磁石固定構造において、係合突部（２２Ａ）は、ナーリング加工により形成されたところに特徴を有する。
【０００７】
請求項３の発明は、請求項１又は２に記載のロータ（２０，１２０）のリング磁石固定構造において、リング磁石（２３，１２３）のうち、隣り合った磁極間の全てに係合溝（２３Ａ，１２３Ａ）を設けたところに特徴を有する。
【０００８】
請求項４の発明は、請求項１乃至３の何れかに記載のロータ（２０，１２０）のリング磁石固定構造において、リング磁石（２３，１２３）の外側に円筒状の飛散防止カバー（２４）を嵌合したところに特徴を有する。
【０００９】
請求項５の発明は、請求項１乃至４の何れかに記載のロータ（２０）のリング磁石固定構造において、リング磁石（２３）の各磁極にはスキューが設けられ、係合溝（２３Ａ）及び係合突部（２２Ａ）は、スキューに対応してロータ（２０）の回転軸に対して斜めに延びたところに特徴を有する。
【００１０】
請求項６の発明に係る電動パワーステアリング用モータ（１０）は、請求項１乃至５の何れかに記載のロータ（２０，１２０）のリング磁石固定構造を有するロータ（２０，１２０）を備えたところに特徴を有する。
【発明の効果】
【００１１】
［請求項１及び２の発明］
請求項１の発明によれば、ロータシャフトの外周面から突出した係合突部と、リング磁石の内周面に形成された係合溝とが凹凸係合することで、ロータシャフトとリング磁石の相対回転が禁止される。また、リング磁石に応力がかかり、万が一、亀裂や割れが生じたとしても、それらは係合溝が形成された部分に発生する。即ち、割れや亀裂は、リング磁石のうち隣り合った磁極間に発生するから、リング磁石の磁束密度分布に対する影響が抑えられる。従って回転機の性能低下を防止することができる。
【００１２】
ここで、係合突部と係合溝は、キーとキー溝或いは、スプラインで構成してもよい。また、請求項２の発明のように、係合突部をナーリング加工により形成すれば、キーとキー溝或いはスプラインを形成するより加工が容易である。また、係合突部と係合溝とが凹凸係合してもなおロータシャフトとリング磁石とがガタつく場合には、接着剤を併用して固定すればよい。
【００１３】
［請求項３の発明］
請求項３の発明によれば、複数の係合溝がリング磁石の周方向に均等配置されるから、ロータの磁気的特性のバランスが向上する。
【００１４】
［請求項４の発明］
請求項４の発明によれば、リング磁石が割れた場合でも破片が飛散しないので、破片の噛み込みによるロータの回転停止を防止できる。
【００１５】
［請求項５の発明］
リング磁石の各磁極にスキューが設けられた場合には、係合溝及び係合突部をスキューに対応させてロータの回転軸に対して斜めに延ばした構造とすればよい。
【００１６】
［請求項６の発明］
請求項６の発明によれば、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。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１７】
［第１実施形態］
以下、本発明の第１実施形態を図１〜図４に基づいて説明する。図１及び図２には、本発明に係る「回転機」としてのＥＰＳ（電動パワーステアリング装置）用のブラシレスＤＣモータ１０（以下、「モータ１０」という）の断面図が示されている。図２に示すように、このモータ１０のステータ１１に備えたステータコア１２には、内側に向けて複数（例えば６）のティース１４が備えられている。各ティース１４には電線が巻回されてコイル１５が形成され、それらコイル１５が、各ティース１４間に形成されたスロット内に収容されている。
【００１８】
一方、モータ１０のロータ２０に備えたロータシャフト２１は、円筒状をなしたロータコア２１Ｒの中心にロータ芯部材２１Ｓを貫通してなる。ロータコア２１Ｒは、例えば複数の珪素鋼板を積層したものでもよいし、軟鉄でもよい。
【００１９】
図３（Ｂ）に示すようにロータコア２１Ｒの外周面には、複数（例えば４）の係合突部２２Ａが一体形成されている。これら係合突部２２Ａは、ロータコア２１Ｒの周方向に沿って均等配置されている。各係合突部２２Ａは、径方向外側に向かうに従って幅狭となった山形状をなしており、ロータ２０の回転軸に対して平行に延びている。係合突部２２Ａは、例えば、転造式のナーリング（ローレット）加工により、ロータコア２１Ｒの外周面を塑性変形（隆起）させて形成されており、ロータコア２１Ｒの軸方向（図１の上下方向）における中央部分にのみ形成されている。また、図３に示すように、係合突部２２Ａの側縁部は、係合突部２２Ａが隆起する代わりに溝状に窪んでいる。
【００２０】
図１に示すように、ロータ２０のうち、ロータコア２１Ｒの外側にはリング磁石２３が固定されている。リング磁石２３は、例えば、希土類焼結材であって全体として円筒状をなしている。また、リング磁石２３は、ロータ２０の径方向の内外に向かってＮＳ極となった部位と、逆にＳＮ極になった部位とをリング磁石２３の周方向に交互に設けた、例えば、４極構造になっており、各磁極は、ロータ２０の回転軸に対して平行に延びている。図３（Ａ）に示すように、リング磁石２３の外周面は滑らかな円弧面で構成されており、その外周面を覆うように円筒状の飛散防止カバー２４が嵌合されている。なお、飛散防止カバー２４は、例えば、ステンレス等の非磁性体で構成されている。
【００２１】
リング磁石２３は、ロータコア２１Ｒの外周面より若干大径な円筒内面を備え、その円筒内面の周方向に沿って複数（例えば、４）の係合溝２３Ａが均等配置されている。各係合溝２３Ａは、丸みを帯びたＶ字形状（リング磁石２３の内周面に開放した開放端から奥部に向かうに従って徐々に幅狭となった形状）をなしており、ロータ２０の回転軸に対して平行に延びている。
【００２２】
図３に示すように、各係合溝２３Ａは、リング磁石２３の隣り合った磁極間に配置されている。換言すれば、複数の係合溝２３Ａはリング磁石２３の周方向に沿って均等配置されており、リング磁石２３は係合溝２３Ａ毎に磁極が交互に反転するように着磁されている。なお、係合溝２３Ａは、リング磁石２３の軸方向（図１の上下方向）の全長に亘って形成されており両端面に開放している。そして図２に示すように、各係合溝２３Ａと各係合突部２２Ａとが凹凸係合して、リング磁石２３とロータシャフト２１の相対回転が禁止されている。
【００２３】
本実施形態のロータ２０及びモータ１０の構造は以上であって、次にロータ２０及びモータ１０の製造方法について説明する。まず、リング磁石２３になる前のリング形磁性体２３Ｊ（図３を参照）の一端からロータシャフト２１を挿入して、芯出し治具によりリング形磁性体２３Ｊとロータシャフト２１とを芯出し状態にする。このとき、ロータシャフト２１に備えた４つの係合突部２２Ａと、リング形磁性体２３Ｊに備えた４つの係合溝２３Ａとがそれぞれ凹凸係合して（図４を参照）、ロータシャフト２１とリング形磁性体２３Ｊとの相対回転が禁止される。
【００２４】
次いで、ロータコア２１Ｒとリング磁石２３との間に形成された筒状隙間に接着剤２５を充填し、芯出し治具ごと炉に入れて接着剤２５を固化させ、リング形磁性体２３Ｊがロータシャフト２１から抜けないように固定する。
【００２５】
次に、リング形磁性体２３Ｊの外側に飛散防止カバー２４を圧入した後、リング形磁性体２３Ｊに対して着磁を行い、係合溝２３Ａ毎に交互に磁極が反転した４極構造のリング磁石２３にする。これでロータ２０が完成する（図４を参照）。
【００２６】
また、このロータ２０を、モータハウジング１６に収容されたステータ１１内に挿入すると共に、そのロータ２０の両端部分をベアリング３０にて軸支して、図１に示すモータ１０が完成する。
【００２７】
ところで通常、モータ１０を使用するとロータ２０の温度は上昇する。この温度変化によりリング磁石２３に過剰な応力がかかると、リング磁石２３に割れや亀裂が生じることがある。これに対し、本実施形態のロータ２０によれば、万が一、割れや亀裂が生じたとしても、それらは、リング磁石２３のうち隣り合った磁極間に形成された係合溝２３Ａの何れかに生じるように構成されている（図４を参照）。従って、割れや亀裂がリング磁石２３の磁束密度分布に与える影響はほとんど無いか又は非常に小さく、モータ１０の性能低下（コギングトルクの悪化など）を防止することができる。また、リング磁石２３の外側が飛散防止カバー２４によって覆われているので、万が一、リング磁石２３が割れたとしても破片が飛散することはなく、破片の噛み込みによるロータ２０の回転停止を防止できる。
【００２８】
また、係合溝２３Ａは、リング磁石２３における磁極間の全てに形成されかつ、リング磁石２３の軸方向の全長に亘って形成されているから、ロータ２０（リング磁石２３）の周方向における磁気的特性のバランスを取ることができると共に、軸方向における磁気的特性を一定にすることができる。そして、このロータ２０を備えたモータ１０を電動パワーステアリング装置の動力源として用いることにより、電動パワーステアリング装置の信頼性が向上する。
【００２９】
さらに、従来の構成では、リング磁石の割れや亀裂を確実に防止するため、ロータシャフトとリング磁石との間の接着剤又はクリアランスの厚みを減らすことが困難であった。これに対し、本実施形態の構成によれば、万が一、リング磁石２３に割れや亀裂が発生したとしても、モータの性能低下を防止することができるから、接着剤２５又はクリアランスの厚みを従来より薄く或いは無くすことが可能となり、その分、磁気抵抗を小さくすることができる。
【００３０】
［第２実施形態］
この第２実施形態は、リング磁石とロータシャフトとが、所謂、キー結合されている点が上記第１実施形態とは異なる。図５に示すように、本実施形態のロータ１２０のうち、ロータコア１２１Ｒの外周面と、リング磁石１２３の内周面とには、例えば４つずつ、キー溝１２２Ｂ，１２３Ａが形成されている。これらキー溝１２２Ｂ，１２３Ａは、それぞれ周方向に均等配置されている。また、リング磁石２３に形成されたキー溝１２３Ａは、それぞれ隣り合った磁極間に配置されている。そして、ロータコア１２１Ｒに形成されたキー溝１２２Ｂとリング磁石１２３に形成されたキー溝１２３Ａとを対向させてなる断面矩形状の孔に、角棒状のキー部材１２２Ａが嵌合されている。つまり、本実施形態では、リング磁石１２３に形成されたキー溝１２３Ａが、本発明における「係合溝」に相当し、ロータシャフト１２１の外周面に取り付けられたキー部材１２２Ａが「係合突部」に相当する。本実施形態の構成によれば、仮に、リング磁石１２３に割れや亀裂が生じたとしても、それらは隣り合った磁極間又はその近傍に発生する。従って、上記第１実施形態と同等の効果を奏する。
【００３１】
［他の実施形態］
本発明は、前記実施形態に限定されるものではなく、例えば、以下に説明するような実施形態も本発明の技術的範囲に含まれ、さらに、下記以外にも要旨を逸脱しない範囲内で種々変更して実施することができる。
【００３２】
（１）上記第１実施形態では、リング磁石２３に備えた各磁極が、ロータ２０の回転軸に対して平行に延びていたが、図６に示すように、各磁極にスキューを施してもよい。この場合、係合溝２３Ａ及び係合突部２２Ａは、磁極のスキューに対応してロータ２０の回転軸に対して斜めに延びた構造とすればよい。また、このロータシャフト２１にリング磁石２３を取り付ける場合には、ロータシャフト２１又はリング磁石２３の何れか一方を回転させながら、ロータシャフト２１をリング磁石２３に挿入すればよい。
【００３３】
（２）上記第１実施形態では、リング磁石２３に備えた全ての磁極間に係合溝２３Ａが形成されていたが、必ずしも全ての磁極間に形成する必要はなく、図７に示すように、少なくとも何れか１つの磁極間に係合溝２３Ａを形成すればよい。なお、上記第１実施形態又は図７の（Ｂ）に示すように、複数の係合溝２３Ａをリング磁石２３の周方向に均等配置した方が、ロータシャフト２１とリング磁石２３の回り止めを確実に行えると共に、ロータ２０における磁気的特性のバランスを取ることができる。
【００３４】
（３）第１実施形態において、係合突部２２Ａは転造式のナーリング加工により形成されていたが、切削式のナーリング加工により形成してもよいし、ナーリング加工以外の方法で形成してもよい。
【００３５】
（４）ロータコア２１Ｒの外周面とリング磁石２３の内周面とにそれぞれスプラインを形成して、ロータシャフト２１とリング磁石２３を、所謂、スプライン結合してもよい。
【００３６】
（５）上記第１実施形態では、係合溝２３Ａの形状を丸みを帯びたＶ字形状としていたが、その他の形状、例えば、Ｕ字形状又は「コ」の字形状としてもよい。
【００３７】
（６）上記第１実施形態において、係合溝２３Ａはリング磁石２３の軸方向（図１の上下方向）の両端面に開放していたが、図８に示すように、軸方向の何れか一端面側に開放していればロータシャフト２１を挿入組付けすることが可能であり、他端面側は閉じていてもよい。即ち、係合溝２３Ａは、リング磁石２３の軸方向の何れか一端面に開放しかつ他端面の近傍まで延びた構成でもよい。このようにすれば、係合突部２２Ａのうち、ロータシャフト２１の挿入方向における前端部を係合溝２３Ａの端部内壁２３Ｂに突き当てて、軸方向で位置決めすることができる。
【００３８】
（７）上記実施形態のモータ１０は、リング磁石２３の極数が４で、ステータ１１のスロット数（コイル数）が６であったが、極数及びスロット数（コイル数）の組合せはこれに限るものではなく、例えば、６極９スロット、１０極１２スロットでもよい。
【００３９】
（８）上記実施形態では、「回転機」としてのブラシレスＤＣモータ１０に本発明を適用していたが、その他のモータ又は発電機に本発明を適用してもよい。
【図面の簡単な説明】
【００４０】
【図１】本発明の第１実施形態に係るモータの側断面図
【図２】モータの平断面図
【図３】（Ａ）リング磁石の平断面図、（Ｂ）ロータシャフトの平断面図
【図４】ロータの平断面図
【図５】第２実施形態に係るロータの平断面図
【図６】他の実施形態（１）に係るロータシャフト及びリング磁石の斜視図
【図７】他の実施形態（２）に係るロータの平断面図
【図８】他の実施形態（６）に係るリング磁石の（Ａ）平断面図、（Ｂ）Ｘ−Ｘ断面図
【図９】従来のロータの平断面図
【符号の説明】
【００４１】
１０    モータ（回転機）
２０，１２０    ロータ
２１，１２１    ロータシャフト
２２Ａ    係合突部
２３，１２３    リング磁石
２３Ａ    係合溝
２４    飛散防止カバー
１２２Ａ    キー部材（係合突部）
１２３Ａ    キー溝（係合溝）
【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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