(57)【要約】【課題】永久磁石の損傷を抑制しつつ、容易に該永久磁石をしっかりと固定することのできるロータ、これを備えた回転電機及びロータの製造方法を提供する。【解決手段】ロータ４は、筒状の内周コア３１と、内周コア３１の外周に配置された筒状の外周コア３２と、内周コア３１と外周コア３２との間に形成される空洞部２３に配置された複数の永久磁石２４とを備えた。また、ロータ４は、各永久磁石２４の周方向両側に配置された複数対のアーム４２，４３を有する樹脂ホルダ４１とを備えた。そして、各アーム４２，４３に外周コア３２に圧接することにより、永久磁石２４を径方向内側に押さえ付けて該永久磁石２４を内周コア３１の磁石固定面３１ａとの間に挟み込む押さえ部４２ｂ，４３ｂを形成した。【選択図】図２
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
筒状の内周部材と、
前記内周部材の外周に配置された筒状の外周部材と、
前記内周部材と前記外周部材との間に形成される空洞部に配置された複数の永久磁石と、
前記各永久磁石の周方向両側に配置された複数対のアームを有する樹脂ホルダと、を備え、
前記各アームには、前記内周部材及び前記外周部材のいずれか一方に圧接することにより前記永久磁石を径方向に押さえ付ける押さえ部が形成されたことを特徴とするロータ。
【請求項２】
請求項１に記載のロータにおいて、
前記いずれか一方には、前記永久磁石の周方向一端側に配置された前記アームと、該永久磁石の周方向一端側に隣り合う前記永久磁石の周方向他端側に配置された前記アームとの間に挿入され、これらを互いに離間させる方向に押圧する凸部が形成されたことを特徴とするロータ。
【請求項３】
請求項１又は２に記載のロータを備えた回転電機。
【請求項４】
円筒状の内周部材と、
前記内周部材の外周に配置された外周部材と、
前記内周部材と前記外周部材との間に形成される空洞部に配置された複数の永久磁石と、
前記各永久磁石の周方向両側に配置された複数対のアームを有する樹脂ホルダと、を備え、
前記アームには、前記内周部材及び前記外周部材のいずれか一方に圧接することにより前記永久磁石を径方向に押さえ付ける押さえ部が形成されたロータの製造方法であって、
前記内周部材及び前記外周部材のいずれか他方に前記永久磁石及び前記樹脂ホルダを固定した状態で、前記いずれか一方を嵌合させることを特徴とするロータの製造方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、ロータ、これを備えた回転電機及びロータの製造方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
従来、回転電機には、ロータに界磁となる永久磁石を固定したものが広く知られている。こうしたロータとしては、ロータコアに形成された孔状の空洞部に永久磁石を挿入した所謂埋込磁石型のもの（例えば、特許文献１）や、ロータコアの表面に永久磁石を固定した所謂表面磁石型のもの（例えば、特許文献２）がある。そして、こうした埋込磁石型のロータを備えた回転電機では、永久磁石によるマグネットトルクのみならずリラクタンストルクが発生するため、表面磁石型のロータを備えるものに比べ、大きな出力トルクが得られるといった利点がある。
【０００３】
ところで、埋込磁石型のロータでは、永久磁石を空洞部に圧入しようとすると該永久磁石の端部に欠け等が生じる虞があるため、一般に永久磁石は空洞部との間に若干の隙間が設けられるように該空洞部内に遊挿されている。そのため、特許文献１のロータでは、永久磁石と空洞部（挿入孔）の内周面との間に、接着剤や樹脂等を充填することで永久磁石をしっかりと固定するようにしている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００４】
【特許文献１】特開２００１−３５２７０２号公報
【特許文献２】特開２０１０−１７２１９５号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
ところが、永久磁石と空洞部の内周面との間の隙間は、ギャップとなって磁束の低下を招くため、なるべく小さくなるように形成される。そのため、上記特許文献１のように当該隙間に接着剤等を充填することは一般に困難であり、製造コストを増大させる一因となっていた。
【０００６】
本発明は、上記問題点を解決するためになされたものであって、その目的は、永久磁石の損傷を抑制しつつ、容易に該永久磁石をしっかりと固定することのできるロータ、これを備えた回転電機及びロータの製造方法を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
上記目的を達成するため、請求項１に記載の発明は、筒状の内周部材と、前記内周部材の外周に配置された筒状の外周部材と、前記内周部材と前記外周部材との間に形成される空洞部に配置された複数の永久磁石と、前記各永久磁石の周方向両側に配置された複数対のアームを有する樹脂ホルダと、を備え、前記各アームには、前記内周部材及び前記外周部材のいずれか一方に圧接することにより前記永久磁石を径方向に押さえ付ける押さえ部が形成されたことを要旨とする。
【０００８】
上記構成によれば、永久磁石は、内周コア及び外周コアのいずれか一方に圧接した樹脂ホルダの押さえ部によって径方向に押さえ付けられてその移動が規制される。これにより、空洞部内に接着剤等を充填しなくても、空洞部内において永久磁石をしっかりと固定することができる。また、内周コア及び外周コアのいずれか一方は押さえ部に圧接するため、いずれか一方をいずれか他方に嵌合することにより、該いずれか一方が永久磁石に直接接触することを防いで、永久磁石が損傷することを抑制できる。
【０００９】
請求項２に記載の発明は、請求項１に記載のロータにおいて、前記いずれか一方には、前記永久磁石の周方向一端側に配置された前記アームと、該永久磁石の周方向一端側に隣り合う前記永久磁石の周方向他端側に配置された前記アームとの間に挿入され、これらを互いに離間させる方向に押圧する凸部が形成されたことを要旨とする。
【００１０】
上記構成によれば、永久磁石は、その周方向両側に設けられた一対のアームにより周方向両側から挟み込まれるようになる。これにより、空洞部内において永久磁石をよりしっかりと固定することができる。
【００１１】
請求項３に記載の発明は、請求項１又は２に記載のロータを備えた回転電機であることを要旨とする。上記構成によれば、永久磁石がしっかりと固定されたロータを備える回転電機を低コストで提供することができる。
【００１２】
請求項４に記載の発明は、円筒状の内周部材と、前記内周部材の外周に配置された外周部材と、前記内周部材と前記外周部材との間に形成される空洞部に配置された複数の永久磁石と、前記各永久磁石の周方向両側に配置された複数対のアームを有する樹脂ホルダと、を備え、前記アームには、前記内周部材及び前記外周部材のいずれか一方に圧接することにより前記永久磁石を径方向に押さえ付ける押さえ部が形成されたロータの製造方法であって、前記内周部材及び前記外周部材のいずれか他方に前記永久磁石及び前記樹脂ホルダを固定した状態で、前記いずれか一方を嵌合させることを要旨とする。上記構成によれば、請求項１と同様の作用効果を奏することができる。
【発明の効果】
【００１３】
本発明によれば、永久磁石の損傷を抑制しつつ、容易に該永久磁石をしっかりと固定することのできるロータ、これを備えた回転電機及びロータの製造方法を提供することができる。
【図面の簡単な説明】
【００１４】
【図１】一実施形態の回転電機の断面図。
【図２】一実施形態のロータの拡大断面図。
【図３】一実施形態のロータを構成する内周コアの側面図。
【図４】一実施形態のロータの組み付け工程を示す模式図。
【図５】別例のロータの拡大断面図。
【図６】別例のロータの拡大断面図。
【図７】別例のロータの拡大断面図。
【発明を実施するための形態】
【００１５】
以下、本発明を具体化した一実施形態を図面に従って説明する。
図１に示す回転電機（電動モータ）１は、例えば車両に搭載され、ステアリング操作を補助する電動パワーステアリング装置や、油圧を発生させる電動ポンプ装置の駆動源として用いられる。同図に示すように、回転電機１は、円筒状のケース２内に収容されたステータ３と、ステータ３の径方向内側において回転可能に支持されたロータ４とを備えている。
【００１６】
ステータ３は、ケース２の内周に固定された円筒状の円筒部１１と、円筒部１１から径方向内側に向って放射状に延びる複数（本実施形態では、１２個）のティース１２とからなるステータコア１３を備えている。そして、各ティース１２には、複数（本実施形態では、１２個）のコイル１５が巻装されている。
【００１７】
ロータ４は、回転軸２１と、回転軸２１と一体回転可能に固定される円筒状のロータコア２２とを備えている。このロータコア２２には、軸方向に貫通した複数（本実施形態では、１０個）の空洞部２３が形成されている。各空洞部２３は、ロータコア２２の周方向に長い略四角孔状に形成されるとともに、周方向に等角度間隔で形成されている。そして、空洞部２３内には、永久磁石２４がそれぞれ挿入されている。つまり、本実施形態のロータ４は、所謂埋込磁石型のロータとして構成されている。なお、各永久磁石２４は、長方形板状に形成されており、周方向に異なる極性（Ｎ極、Ｓ極）が交互に並ぶように配置されている。
【００１８】
このように構成された回転電機１は、各コイル１５に駆動電力が供給されることにより形成される磁界と、永久磁石２４の磁束との間に生じる磁気的な吸引力及び反発力によりロータ４が回転する構成となっている。
【００１９】
次に、永久磁石の固定構造について説明する。
ロータコア２２は、回転軸２１に固定される内周部材としての内周コア３１と、内周コア３１の外周に配置された外周部材としての外周コア３２とからなる。内周コア３１は、鉄等の磁性材料からなり、筒状に形成されている。図２に示すように、内周コアの外周には、永久磁石２４が固定される複数（本実施形態では、１０個）の磁石固定面３１ａ、及び隣り合う磁石固定面３１ａ間に配置される複数の磁束通過面３１ｂが設けられている。磁石固定面３１ａは、平面状に形成されており、永久磁石２４はその略全面が磁石固定面３１ａに当接している。また、磁束通過面３１ｂは、磁石固定面３１ａに比べて周方向の長さが小さな平面状に形成されている。
【００２０】
外周コア３２は、鉄等の磁性材料からなり、筒状に形成されている。外周コア３２の内周には、径方向において磁石固定面３１ａと間隔を空けて対向する位置に対向面３２ａが設けられている。なお、本実施形態では、対向面３２ａは、周方向中央部が対向する磁石固定面３１ａと平行に形成されるとともに、周方向両端部が対向する磁石固定面３１ａに対してロータ４の中心側に傾斜している。また、外周コア３２の内周には、磁束通過面３１ｂと対向する位置に径方向内側に突出する凸部（ブリッジ部）３３が形成されている。凸部３３は、周方向の長さ（幅）が径方向内側に向かうにつれて徐々に短くなるテーパ状に形成されるとともに、凸部３３の先端面は磁束通過面３１ｂに当接している。そして、この凸部３３によって内周コア３１と外周コア３２との間に略四角孔状の上記空洞部２３が区画されている。なお、凸部３３の先端面の周方向の長さは、磁束通過面３１ｂの周方向の長さと略同一に形成されている。
【００２１】
図２及び図３に示すように、内周コア３１には、永久磁石２４を保持する樹脂材料からなる樹脂ホルダ４１が設けられている。樹脂ホルダ４１は、各磁石固定面３１ａにおける永久磁石２４の周方向両側に配置される複数対（本実施形態では、１０対）のアーム４２，４３を備えている。各アーム４２，４３は棒状に形成されており、これらアーム４２，４３の両端は、内周コア３１の軸端面に配置された円環状のリング体４４により連結されている。なお、本実施形態の樹脂ホルダ４１は、インサート成形により内周コア３１と一体的に設けられている。
【００２２】
図２に示すように、各アーム４２，４３は、磁石固定面３１ａから径方向外側に延出される本体部４２ａ，４３ａと、本体部４２ａ，４３ａの先端から周方向において互いに対向する方向に延出される押さえ部４２ｂ，４３ｂを有している。つまり、各アーム４２，４３は、それぞれロータ４の軸方向と直交する断面が略Ｌ字状となるように形成されている。
【００２３】
各アーム４２，４３の本体部４２ａ，４３ａの径方向に沿った長さ（高さ）は、永久磁石２４の径方向に沿った長さ（厚み）よりも僅かに短く形成されている。そして、各アーム４２，４３の本体部４２ａ，４３ａ及び押さえ部４２ｂ，４３ｂを含めた全体の径方向に沿った長さは、磁石固定面３１ａと対向面３２ａの周方向両端部との間の径方向に沿った間隔よりも長く形成されている。したがって、押さえ部４２ｂ，４３ｂは、対向面３２ａ（外周コア３２）に圧接しており、永久磁石２４を径方向内側に押さえ付けて磁石固定面３１ａ（内周コア３１）との間に挟み込んでいる。
【００２４】
また、永久磁石２４の周方向一端側（図２における右側）に配置されたアーム４２と、該永久磁石２４の周方向一端側に隣り合う永久磁石２４の周方向他端側（図２における左側）に配置されたアーム４３との間の周方向に沿った間隔は、径方向内側に向かうにつれて徐々に小さくなるように形成されている。そして、この間隔は、対応する径方向位置での凸部３３の周方向に沿った長さよりも僅かに小さくなるように形成されている。したがって、永久磁石２４の周方向一端側に配置されたアーム４２とこのアーム４２の周方向一端側に隣り合うアーム４３とは、凸部３３によって互いに離間する方向に押圧される。すなわち、各永久磁石２４の周方向両側に設けられたアーム４２，４３は互いに近接する方向に押圧され、永久磁石２４を周方向両側から押さえ付けている。以上より、永久磁石２４は、押さえ部４２ｂ，４３ｂと内周コア３１の磁石固定面３１ａとの間で径方向に挟み込まれるとともに、アーム４２，４３によって周方向両側から挟み込まれることにより、空洞部２３内において固定されている。
【００２５】
次に、本実施形態のロータの製造（作用）について説明する。
図４に示すように、先ず内周コア３１にインサート成形により樹脂ホルダ４１を一体的に形成した後に、各アーム４２，４３間に永久磁石２４を軸方向一端側から挿入し、樹脂ホルダ４１により永久磁石２４を保持する。そして、この永久磁石２４及び樹脂ホルダ４１が固定された内周コア３１の外周に、対向面３２ａの周方向両端部が樹脂ホルダ４１の押さえ部４２ｂ，４３ｂに圧接するように外周コア３２を嵌合させることでロータ４が製造される。これにより、永久磁石２４は、外周コア３２の対向面３２ａに圧接した押さえ部４２ｂ，４３ｂにより内周コア３１の磁石固定面３１ａに押さえ付けられるとともに、凸部３３により押圧されたアーム４２，４３により周方向両側から挟み込まれることで、空洞部２３内において固定されるようになっている。
【００２６】
以上記述したように、本実施形態によれば、以下の効果を奏することができる。
（１）永久磁石２４を外周コア３２に圧接する樹脂ホルダ４１の押さえ部４２ｂ，４３ｂによって径方向内側に押さえ付けることでその移動を規制したため、例えば空洞部２３内に接着剤等を充填しなくてもよく、空洞部２３内において容易に永久磁石２４をしっかりと固定することができる。また、外周コア３２は押さえ部４２ｂ，４３ｂに圧接するため、外周コア３２を内周コア３１の外周に嵌合することにより、該外周コア３２が永久磁石２４に直接接触することを防いで、永久磁石２４が損傷することを抑制できる。これにより、永久磁石２４がしっかりと固定されたロータ４を備える回転電機１を低コストで提供することができる。
【００２７】
（２）永久磁石２４をその周方向両側に設けられた一対のアーム４２，４３によって周方向両側から挟み込んだため、空洞部２３内において永久磁石２４をよりしっかりと固定することができる。
【００２８】
（３）押さえ部４２ｂ，４３ｂが永久磁石２４を内周コア３１の磁石固定面３１ａとの間に挟み込むようにアーム４２，４３を形成したため、永久磁石２４と磁石固定面３１ａとの間にギャップが形成されることを防いで磁束の低下を抑制することができる。
【００２９】
なお、上記実施形態は、これを適宜変更した以下の態様にて実施することもできる。
・上記実施形態では、凸部３３をテーパ状に形成したが、これに限らず、アーム４２と該アーム４２の周方向一端側に隣り合うアーム４３とを互いに離間する方向に押圧することができれば、例えば凸部３３の周方向の長さを一定に形成してもよい。
【００３０】
・上記実施形態では、凸部３３がアーム４２と該アーム４２の周方向一端側に隣り合うアーム４３とを互いに離間する方向に押圧するように形成した。しかし、例えば図５に示すように、凸部３３の周方向の長さをアーム４２と該アーム４２の周方向一端側に隣り合うアーム４３との間の隙間よりも小さく形成することで、凸部３３がこれらアーム４２とアーム４３とを互いに離間させる方向に押圧しない構成としてもよい。
【００３１】
・上記実施形態では、樹脂ホルダ４１の押さえ部４２ｂ，４３ｂが永久磁石２４を内周コア３１の磁束通過面３１ｂに押さえ付けるように構成した。しかし、例えば図６に示すように、樹脂ホルダ４１を外周コア３２に固定するとともに、アーム４２，４３の径方向内側端部に押さえ部４２ｂ，４３ｂを形成し、永久磁石２４を外周コア３２の対向面３２ａに押さえ付けるようにしてもよい。なお、同図に示す構成では、樹脂ホルダ４１及び永久磁石２４が固定された状態の外周コア３２の内周に内周コア３１を嵌合させることにより、ロータ４が製造される。
【００３２】
・上記実施形態では、押さえ部４２ｂ，４３ｂが永久磁石２４を内周コア３１の磁石固定面３１ａとの間に挟み込むようにアーム４２，４３を形成した。しかし、例えば図７に示すように、アーム４２，４３の本体部４２ａ，４３ａの径方向内側端部に互いに対向する方向に延出される延出部４２ｃ，４３ｃを形成し、永久磁石２４が押さえ部４２ｂ，４３ｂと延出部４２ｃ，４３ｃとの間で挟み込まれ、内周コア３１及び外周コア３２に接触しないように形成してもよい。
【００３３】
・上記実施形態では、アーム４２，４３の本体部４２ａ，４３ａの径方向に沿った長さを永久磁石２４の径方向に沿った長さよりも短く形成することで、外周コア３２を嵌合させる前の状態で樹脂ホルダ４１により永久磁石２４が保持されるようにした。しかし、本体部４２ａ，４３ａの径方向に沿った長さを永久磁石２４の径方向に沿った長さよりも長く形成してもよい。なお、この場合には、外周コア３２を嵌合させる前に永久磁石２４をある程度着磁させておくことが好ましい。
【００３４】
・上記実施形態では、凸部３３を内周コア３１の磁束通過面３１ｂに当接するように形成したが、凸部３３と磁束通過面３１ｂとの間に僅かに隙間が形成されるようにしてもよく、また、凸部３３を磁束通過面３１ｂに圧接するように形成してもよい。さらに、内周コア３１の磁束通過面３１ｂに凸部を形成してもよい。
【００３５】
・上記実施形態では、樹脂ホルダ４１をインサート成形により内周コア３１と一体的に設けたが、例えば樹脂ホルダ４１を射出成形により別途形成し、内周コア３１に組み付けるようにしてもよい。
【００３６】
・上記実施形態において、外周部材としての外周コア３２を非磁性材料により形成して永久磁石２４の飛散を防止する保護リングとして構成し、内周部材としての内周コア３１のみによってロータコアを構成してもよい。つまり、本発明を表面磁石型のロータに適用してもよい。
【００３７】
・上記実施形態では、本発明をステータ３の径方向内側にロータ４が配置されるインナロータ型の回転電機１に適用したが、ステータ３の径方向外側にロータ４が配置されるアウタロータ型の回転電機１に適用してもよい。また、回転電機１を電動パワーステアリング装置等の駆動源に限らず、他の装置の駆動源として用いてもよく、また、発電機として用いてもよい。
【００３８】
次に、上記各実施形態及び別例から把握できる技術的思想について、それらの効果とともに以下に追記する。
（イ）前記永久磁石は、前記押さえ部と前記内周コア及び前記外周コアのいずれか他方との間に挟み込まれることを特徴とする。上記構成によれば、永久磁石といずれか他方との間にギャップが形成されることを防いで磁束の低下を抑制することができる。
【符号の説明】
【００３９】
１…回転電機、４…ロータ、２１…回転軸、２２…ロータコア、２３…空洞部、２４…永久磁石、３１…内周コア、３２…外周コア、３３…凸部、４１…樹脂ホルダ、４２，４３…アーム、４２ａ，４３ａ…本体部、４２ｂ，４３ｂ…押さえ部、４２ｃ，４３ｃ…延出部。
【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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