(57)【要約】【課題】ロータコアの磁束漏れを防止し、モータ効率を向上させることができるロータおよび電動モータを提供する。【解決手段】ロータコア４１には、樹脂マグネット４５を収納するための複数のマグネット収納孔４２が周方向に沿って並んで形成され、複数のマグネット収納孔４２は、回転軸６の軸方向に対して斜めに貫通すると共にロータコア４１の外周面に開口するように形成されており、樹脂マグネット４５は、射出成形によりマグネット収納孔４２に充填され、ロータコア４１の外周面に露出している。【選択図】図２
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
回転軸と、
前記回転軸に外嵌固定される円柱状のロータコアと、
前記ロータコアに周方向に沿って並んで配置される複数の樹脂マグネットと、
を備え、
前記ロータコアには、前記樹脂マグネットを収納するための複数のマグネット収納孔が周方向に沿って並んで形成され、
前記複数のマグネット収納孔は、前記回転軸の軸方向に対して斜めに貫通すると共に前記ロータコアの外周面に開口するように形成されており、
前記樹脂マグネットは、射出成形により前記マグネット収納孔に充填され、前記ロータコアの外周面に露出していることを特徴とするロータ。
【請求項２】
前記ロータコアに、前記マグネット収納孔からの前記樹脂マグネットの径方向外側への抜けを防止するためのマグネット抜け止め部を形成したことを特徴とする請求項１に記載のロータ。
【請求項３】
前記マグネット収納孔の内側面には、前記ロータコアの外周面側に、周方向に沿って突出する鍔部が形成されており、
該鍔部が前記マグネット抜け止め部として機能することを特徴とする請求項２に記載のロータ。
【請求項４】
前記ロータコアは、複数の電磁鋼板を積層してなり、
前記マグネット収納孔の内側面に形成される段差部を埋めるように、前記樹脂マグネットが充填されていることを特徴とする請求項１〜請求項３の何れか１項に記載のロータ。
【請求項５】
請求項１〜請求項４の何れか１項に記載のロータと、
前記ロータの周囲を取り囲むように形成され、巻線が巻回される複数のティースを有するステータと、
を備え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】
この発明は、ロータおよび電動モータに関するものである。
【背景技術】
【０００２】
従来から、ロータコアの内部にマグネットを埋め込み、マグネットの磁力によるトルクと、ロータコアの磁化によるリラクタンストルクの両方を利用してロータを回転させるマグネット埋め込み式のブラシレスモータが知られている。このブラシレスモータは、ＩＰＭ（Ｉｎｔｅｒｉｏｒ  Ｐｅｒｍａｎｅｎｔ  Ｍａｇｎｅｔ）モータと呼ばれ、高効率で高トルクなモータとしてさまざまな分野で使用されている。
【０００３】
ＩＰＭモータのロータには、円柱状のマグネットコアに、軸方向に貫通するスリット（マグネット収納孔）が、周方向に複数並べて形成されている。そして、これらスリットに、焼結材からなる直方体状のマグネットが収納されている。
【０００４】
また、ＩＰＭモータの中には、いわゆるスポーク型のＩＰＭモータがある。このスポーク型のＩＰＭモータは、ロータコアを軸方向からみたとき、直方体状のマグネットが放射状に配置される。このようなスポーク型のＩＰＭモータは、周方向で対向する磁極が同磁極に設定されており、各磁極からの磁束が互いに反発して径方向外側（ｄ軸）に沿う磁束が形成される。このように、周方向に隣り合う２つのマグネットの磁力でロータコアを磁化させ、磁束波形の面積を大きくすることができるので、ロータコアに形成される磁束密度を高め易い。
【０００５】
ところで、モータのコギングトルクを減少させるために、マグネットを軸方向に対して斜めに配置（スキュー）させる技術が開示されている（例えば、特許文献１参照）。
特許文献１のロータは、スキュー角を設けて配置された複数の磁極ピースと、磁極ピースを取り付ける筒状の取り付けリングとを備えている。そして、取り付けリングの外周に設けられた係合部と磁極ピースが有する係合部は、共に回転軸に沿って延伸している。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００６】
【特許文献１】特開２０１４−６８４７２号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００７】
しかしながら、上述のＩＰＭモータにあっては、ロータコアにマグネットを埋め込むため、ロータコアの外周面にマグネットが露出されない。このため、ロータコアの外周面側でマグネットの磁束の回り込み（磁束漏れ）が生じ、モータ効率が低下してしまうという課題があった。
【０００８】
そこで、この発明は、上述した事情に鑑みてなされたものであって、ロータコアの磁束漏れを防止し、モータ効率を向上させることができるロータおよび電動モータを提供するものである。
【課題を解決するための手段】
【０００９】
上記の課題を解決するために、本発明に係るロータは、回転軸と、前記回転軸に外嵌固定される円柱状のロータコアと、前記ロータコアに周方向に沿って並んで配置される複数の樹脂マグネットと、を備え、前記ロータコアには、前記樹脂マグネットを収納するための複数のマグネット収納孔が周方向に沿って並んで形成され、前記複数のマグネット収納孔は、前記回転軸の軸方向に対して斜めに貫通すると共に前記ロータコアの外周面に開口するように形成されており、前記樹脂マグネットは、射出成形により前記マグネット収納孔に充填され、前記ロータコアの外周面に露出していることを特徴とする。
【００１０】
このように構成することで、ＩＰＭモータにおいて、ロータコアの外周面までマグネットが存在するので、ロータコアの外周面側でのマグネットの磁束の回り込みを防止できる。このため、モータ効率を向上させることができる。
また、マグネットとして樹脂マグネットを使用し、マグネット収納孔に樹脂マグネットを充填するように構成している。このため、マグネット収納孔が、軸方向に対して斜めに貫通するスキュー状に形成されている場合であっても、ロータコアへのマグネットの組付けを容易に行うことができる。
【００１１】
本発明に係るロータは、前記ロータコアに、前記マグネット収納孔からの前記樹脂マグネットの径方向外側への抜けを防止するためのマグネット抜け止め部を形成したことを特徴とする。
【００１２】
このように構成することで、ロータコアの外周面に開口するように、マグネット収納孔が形成されている場合であっても、このマグネット収納孔に組み付けられた樹脂マグネットが、ロータコアから径方向外側に抜けてしまうことを防止できる。
【００１３】
本発明に係るロータは、前記マグネット収納孔の内側面には、前記ロータコアの外周面側に、周方向に沿って突出する鍔部が形成されており、該鍔部が前記マグネット抜け止め部として機能することを特徴とする。
【００１４】
このように構成することで、マグネット抜け止め部を簡素な構造で形成することができる。
【００１５】
本発明に係るロータは、前記ロータコアは、複数の電磁鋼板を積層してなり、前記マグネット収納孔の内側面に形成される段差部を埋めるように、前記樹脂マグネットが充填されていることを特徴とする。
【００１６】
このように、複数の電磁鋼板を積層してロータコアを形成することにより、ロータコアの鉄損（渦電流損）を低減できると共に、ロータコアを容易に形成することができる。
ここで、複数の電磁鋼板を積層してロータコアを形成する場合で、かつマグネット収納孔をスキューさせる場合、各電磁鋼板の取り付け角度（周方向の角度）を僅かにずらしながら積層させることになる。このような場合、マグネット収納孔の内側面には、段差部が形成される。このとき、従来のように焼結材等からなるマグネットをマグネット収納孔に挿入すると、段差部とマグネットとの間に空隙が形成されてしまう。そして、この空隙により、ロータコアに効率よく磁束が形成されなくなってしまう。
しかしながら、マグネット収納孔の内側面の段差部を埋めるように、樹脂マグネットを充填することにより、ロータコアに効率よく磁束を形成することが可能になる。
【００１７】
本発明に係る電動モータは、上記に記載のロータと、前記ロータの周囲を取り囲むように形成され、巻線が巻回される複数のティースを有するステータと、を備えたことを特徴とする。
【００１８】
このように構成することで、ロータコアの磁束漏れを防止し、モータ効率を向上させることができる電動モータを提供可能である。
【発明の効果】
【００１９】
本発明によれば、ＩＰＭモータにおいて、ロータコアの外周面までマグネットが存在するので、ロータコアの外周面側でのマグネットの磁束の回り込みを防止することができる。よって、モータ効率を向上させることができる。
また、マグネットとして樹脂マグネットを使用し、マグネット収納孔に樹脂マグネットを充填するようにしている。このため、マグネット収納孔が、軸方向に対して斜めに貫通するスキュー状に形成されている場合であっても、ロータコアへのマグネットの組付けを容易に行うことができる。
【図面の簡単な説明】
【００２０】
【図１】本発明の実施形態におけるブラシレスモータの断面図である。
【図２】本発明の第１実施形態におけるロータの斜視図である。
【図３】図２の拡大図である。
【図４】本発明の第１実施形態におけるロータコアに形成される磁束の流れを示す説明図である。
【図５】本発明の第２実施形態におけるロータコアの斜視図である。
【発明を実施するための形態】
【００２１】
次に、この発明の実施形態を図面に基づいて説明する。
【００２２】
（ブラシレスモータ）
図１は、ブラシレスモータ１の中心軸Ｏを含む断面図である。
図１に示すように、電動機としてのブラシレスモータ１は、例えば、不図示の電動パワーステアリング装置（ＥＰＳ；Ｅｌｅｃｔｒｉｃ  Ｐｏｗｅｒ  Ｓｔｅｅｒｉｎｇ）に用いられるものであって、略有底筒状のステータハウジング２に内嵌固定されたステータ３と、ステータ３に対して回転自在に設けられたロータ４と、を有している。
【００２３】
ステータハウジング２の底部２ａには、中央部に軸受５が内嵌固定されている。この軸受５は、ロータ４の回転軸６の一端を回転自在に支持するためのものである。
ステータ３は、例えば、複数枚の電磁鋼板３ａを積層することによって略円筒状に形成されたステータコア１０を有している。ステータコア１０の外周面は、ステータハウジング２の内周面に、例えば圧入等によって固定されている。ステータコア１０には、径方向内側に向かって複数のティース（不図示）が周方向に等間隔で突設されている。各ティースには、インシュレータ１１を介してコイル１２が巻装されている。
【００２４】
また、ステータ３には、ステータハウジング２の開口部２ｂ側に、リング状のバスバーユニット２２が配置されている。バスバーユニット２２は、外部からの電力をコイル１２に供給するためのものである。ステータコア１０の各ティースに巻装されているコイル１２の端末部は、ステータハウジング２の開口部２ｂに向かって引き出され、バスバーユニット２２に接続されている。
【００２５】
バスバーユニット２２は、略円環状の樹脂モールド体２２ａに金属製の複数のバスバー２２ｂが埋設されている。これらバスバー２２ｂに、それぞれ所定のコイル１２の端末部が接続されている。
また、バスバーユニット２２は、ターミナル２３を介して、ステータハウジング２の外周部に突設された電源コネクタ（不図示）に電気的に接続されている。電源コネクタには、外部電源から延びる電源ケーブルのコネクタ（いずれも不図示）が嵌着固定可能に形成されており、外部からの電力をバスバーユニット２２に供給できるようになっている。
【００２６】
ステータハウジング２の開口部２ｂには、この開口部２ｂを閉塞するようにブラケット７が設けられている。ブラケット７は略円板状に形成されており、径方向の中央部には、軸受支持孔２０が形成されている。軸受支持孔２０には、軸受２１が圧入固定されており、この軸受け２１によって回転軸６の他端側が回転自在に支持されている。
また、ブラケット７には、ロータ４の回転位置検出用のレゾルバ１４の一方を構成するレゾルバステータ１４ａが固定されている。レゾルバステータ１４ａは、回転軸６と一体に回転するレゾルバロータ１４ｂの回転位置を検出する。レゾルバロータ１４ｂは、レゾルバ１４の他方を構成している。
【００２７】
さらに、ブラケット７の外周部には、ボルト孔２４が設けられている。ボルト孔２４には、不図示のボルトが挿通される。これにより、不図示の被取付体にブラシレスモータ１が締結固定される。
【００２８】
（第１実施形態）
（ロータ）
図２は、ロータ４の斜視図である。
図１、図２に示すように、ロータ４は、回転軸６と、回転軸６のステータ３に対応する位置に外嵌固定されたロータコア４１と、を備えている。回転軸６は、軸方向両端側が段差を介して縮径形成された段付きシャフトとなっている。
【００２９】
回転軸６の一端（図１における右側端）は、軸受５に回転自在に支持される第１軸受シャフト６ａとされている。回転軸６の他端（図１における左側端）側には、軸受２１に回転自在に支持される第２軸受シャフト６ｂが設けられている。回転軸６の他端は、第２軸受シャフト６ｂからさらに突出している。この突出している部位に、外部機器（被駆動装置）が接続される。
また、回転軸６の第２軸受シャフト６ｂよりもステータ３側に、レゾルバロータ１４ｂが外嵌固定されている。レゾルバロータ１４ｂとレゾルバステータ１４ａは、径方向で対向している。
【００３０】
ロータコア４１は、例えば、複数枚の電磁鋼板４１ａを積層することによって略円柱状に形成されている。ロータコア４１の径方向中央には、回転軸６を圧入可能な貫通孔４１ｂが形成されている。
また、ロータコア４１には、複数のマグネット収納孔４２が、それぞれ軸方向に対して斜め（スキュー）となるように貫通形成され、かつ周方向に等間隔に並んで形成されている。
【００３１】
マグネット収納孔４２は、軸方向からみた平面視で径方向に沿って長くなるように断面略長方形状に形成されている。このため、軸方向からロータコア４１をみると、マグネット収納孔４２が放射状に形成される。
また、マグネット収納孔４２の径方向外側端には、このマグネット収納孔４２よりも幅狭の小スリット４３が形成されている。この小スリット４３は、マグネット収納孔４２に連通していると共に、ロータコア４１の外周面に開口している。小スリット４３が形成されていることにより、ロータコア４１のマグネット収納孔４２が形成されている箇所の内側面には、外周面側の端部に、周方向に沿ってマグネット収納孔４２側に突出する鍔部４４が形成された状態になる。鍔部４４は、軸方向全体に渡って形成されている。
【００３２】
このように形成されたマグネット収納孔４２および小スリット４３には、樹脂マグネット４５が射出成形により充填されている。樹脂マグネット４５は、小スリット４３にも充填されているので、ロータコア４１の外周面に樹脂マグネット４５が露出している。
ここで、樹脂マグネット４５を充填した状態では、小スリット４３によって、樹脂マグネット４５側に鍔部４４が突出した状態になっている。このため、この鍔部４４は、ロータコア４１から径方向外側に樹脂マグネット４５が抜け落ちてしまうことを防止するマグネット抜け止め部として機能する。
なお、樹脂マグネット４５としては、例えば、ネオジムボンドマグネットが用いられる。しかしながら、これに限られるものではなく、さまざまな樹脂マグネットを採用することができる。
【００３３】
このような構成のもと、ロータコア４１に樹脂マグネット４５を充填するには、まず、電磁鋼板４１ａを積層してロータコア４１を形成する。この後、ロータコア４１を不図示の金型にセットして、各マグネット収納孔４２および小スリット４３に溶融した樹脂マグネット４５を流し込む。
この後、各マグネット収納孔４２および小スリット４３に充填した樹脂マグネット４５が硬化された後、この樹脂マグネット４５に磁界を掛けて磁化させる。
【００３４】
図３は、図２の拡大図である。
ここで、ロータコア４１に形成されているマグネット収納孔４２および小スリット４３はスキューされているので、ロータコア４１を形成する際、各電磁鋼板４１ａは、取り付け角度（周方向の角度）を僅かにずらしながら積層される。このため、図３に示すように、マグネット収納孔４２および小スリット４３の内側面には、段差部４６が形成される。
樹脂マグネット４５は、溶融してマグネット収納孔４２および小スリット４３に充填されるので、樹脂マグネット４５と段差部４６との間に隙間なく充填される。
【００３５】
図４は、ロータコア４１に形成される磁束の流れを示す説明図である。
同図に示すように、各樹脂マグネット４５は、それぞれ周方向に隣接する他の樹脂マグネット４５と対向する側の面が同磁極となるように磁化される。これにより、各磁極からの磁束が互いに反発して径方向外側（ｄ軸方向）に沿う磁束が形成される。
ここで、樹脂マグネット４５は、ロータコア４１の外周面に露出するように形成されている。つまり、樹脂マグネット４５の径方向外側端とロータコア４１の外周面との間には、ロータコア４１によって磁路となる部分が分断された状態になっている。このため、磁束の回り込み（図４における二点鎖線矢印参照）が防止される。
【００３６】
このような構成のもと、ステータコア１０に巻装されたコイル１２に通電を行うと、ステータコア１０の不図示のティースに磁束が生じる。この磁束と、ロータコア４１に形成される磁束との間に反発力や吸引力が生じ、ロータ４が回転する。
【００３７】
ここで、この第１実施形態では、ロータコア４１に充填されている樹脂マグネット４５がスキューしているので、コギングトルクを抑制することができる。また、ロータコア４１内における磁束の回り込み（磁束漏れ）が防止されるので、モータ効率を向上させることができる。
【００３８】
さらに、複数の電磁鋼板４１ａを積層してロータコア４１を形成することにより、ロータコア４１の鉄損（渦電流損）を低減できると共に、ロータコア４１を容易に形成することができる。
そして、ロータコア４１に設けるマグネットとして樹脂マグネット４５を使用し、マグネット収納孔４２（小スリット４３）に樹脂マグネット４５を充填している。このため、マグネット収納孔４２（小スリット４３）が、軸方向に対して斜めに貫通するスキュー状に形成されている場合であっても、ロータコア４１へのマグネットの組付けを容易に行うことができる。
【００３９】
また、小スリット４３の周方向の幅を、マグネット収納孔４２の周方向の幅よりも狭く設定することにより、ロータコア４１に鍔部４４を形成できる。この鍔部４４が、ロータコア４１から径方向外側に樹脂マグネット４５が抜け落ちてしまうことを防止するマグネット抜け止め部として機能する。このため、簡素な構造でロータ４の信頼性を向上できる。
さらに、マグネット収納孔４２（小スリット４３）をスキューすることにより形成される段差部４６（図３参照）にも、隙間なく樹脂マグネット４５が充填される。このため、ロータコア４１に、効率よく磁束を形成することが可能になる。
【００４０】
（第２実施形態）
（ロータコア）
次に、この発明の第２実施形態について、図５に基づいて説明する。
図５は、第２実施形態におけるロータコア２４１の斜視図である。なお、前述の第１実施形態と同一態様には、同一符号を付して説明を省略する。
同図に示すように、前述の第１実施形態と第２実施形態との相違点は、第１実施形態のロータコア４１と第２実施形態のロータコア２４１との形状が異なる点にある。
【００４１】
より具体的には、ロータコア２４１は、例えば、複数枚の電磁鋼板２４１ａを積層することによって略円柱状に形成されている。ロータコア２４１の径方向中央には、回転軸６を圧入可能な貫通孔４１ｂが形成されている。
ここで、ロータコア２４１に形成されているマグネット収納孔４２（小スリット４３）は、ロータコア２４１の軸方向中央を境にしてスキューの形成方向が異なっている。すなわち、図５において、ロータコア２４１の上端から軸方向中央では、樹脂マグネット４５は、左斜め下方に向かって延びるようにスキューされている。一方、ロータコア２４１の軸方向中央から下端では、樹脂マグネット４５は、右斜め下方に向かって延びるようにスキューされている。
【００４２】
このように、上述の第２実施形態では、樹脂マグネット４５のスキューの方向が途中で変化する、いわゆる２段スキュー構造になっている。このように構成することで、前述の第１実施形態と周方向の同範囲で樹脂マグネット４５をスキューさせる場合、このスキューの軸方向に対する角度θ２を、前述の第１実施形態のスキューの角度θ１と比較して大きくすることができる。このため、前述の第１実施形態と同様の効果に加え、さらにコギングトルクを低減することができ、モータ効率をさらに向上できる。
【００４３】
なお、本発明は上述の実施形態に限られるものではなく、本発明の趣旨を逸脱しない範囲において、上述の実施形態に種々の変更を加えたものを含む。
例えば、上述の実施形態では、ブラシレスモータ１は、例えば、不図示の電動パワーステアリング装置（ＥＰＳ；Ｅｌｅｃｔｒｉｃ  Ｐｏｗｅｒ  Ｓｔｅｅｒｉｎｇ）に用いられるものである場合について説明した。しかしながら、これに限られるものではなく、さまざまな装置に、ブラシレスモータ１を適用することが可能である。
【００４４】
また、上述の実施形態では、電磁鋼板３ａを積層してステータコア１０を形成すると共に、電磁鋼板４１ａ，２４１ａを積層してロータコア４１，２４１を形成した場合について説明した。しかしながら、これに限られるものではなく、ステータコア１０やロータコア４１，２４１を、軟磁性粉を加圧することにより形成してもよい。
【００４５】
さらに、上述の実施形態では、ロータコア４１，２４１におけるマグネット収納孔４２の径方向外側端に小スリット４３を形成し、これによりロータコア４１，２４１の外周面側に、周方向に沿ってマグネット収納孔４２側に突出する鍔部４４を、軸方向全体に渡って形成した場合について説明した。しかしながら、これに限られるものではない。
例えば、小スリット４３を廃止し、マグネット収納孔４２を、そのままの幅でロータコア４１，２４１の外周面に至るまで形成してもよい。また、軸方向全体に渡って鍔部４４を形成せずに、軸方向の一部にのみ鍔部４４を形成するようにしてもよい。
【００４６】
さらに、上述の実施形態では、鍔部４４を、ロータコア４１，２４１から径方向外側に樹脂マグネット４５が抜け落ちてしまうことを防止するマグネット抜け止め部として機能させた場合について説明した。しかしながら、これに限られるものではなく、ロータコア４１，２４１に、樹脂マグネット４５の径方向外側への抜けを防止できる構造が設けられていればよい。
例えば、鍔部４４を、径方向外側に向かうに従って先細りとなるように形成してもよい。このように構成した場合であっても、鍔部４４を、ロータコア４１，２４１から径方向外側に樹脂マグネット４５が抜け落ちてしまうことを防止するマグネット抜け止め部として機能させることができる。
【符号の説明】
【００４７】
１…ブラシレスモータ（電動モータ）
３…ステータ
４…ロータ
６…回転軸
１２…コイル（巻線）
４１，２４１…ロータコア
４１ａ，２４１ａ…電磁鋼板
４２…マグネット収納孔
４３…小スリット
４４…鍔部
４５…樹脂マグネット
４６…段差部
【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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