(57)【要約】【課題】熱膨張により生じるリング磁石の破損やガタつきを抑制することができるロータ及びモータを提供する。【解決手段】外周面にのみ磁極が現れるように着磁された極異方性磁石よりなるリング磁石６が、該リング磁石の内側に配置される回転軸４に対し固定部材５を介して固定されたロータ３であって、固定部材５の介在部１１には、径方向に弾性変形可能な弾性変形部としての変形吸収溝１１ｂが設けられる。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
外周面にのみ磁極が現れるように着磁された極異方性磁石よりなるリング磁石が、該リング磁石の内側に配置される回転軸に対し固定部材を介して固定され、軸方向から見て非円形に形成された前記リング磁石の内周面が前記固定部材の外周面と周方向に係合するように構成されたロータであって、
前記固定部材には、径方向に弾性変形可能な弾性変形部が設けら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、
前記リング磁石の内周面には、前記固定部材の外周面に形成された係合凸部と周方向に係合する係合凹部が、該リング磁石の外周面に現れる磁極中心部分を通過する径方向の直線上に形成されたことを特徴とするロータ。
【請求項３】
請求項２に記載のロータにおいて、
前記リング磁石の内周面は軸方向から見て多角形をなし、その前記係合凹部をなす各角部の頂点部分が、前記リング磁石の外周面に現れる磁極中心部分を通過する径方向の直線上に位置することを特徴とするロータ。
【請求項４】
請求項１〜３のいずれか１項に記載のロータにおいて、
前記固定部材は樹脂材料よりなるとともに、前記回転軸の外周面と前記リング磁石の内周面との間に介在された介在部を有し、
前記固定部材の弾性変形部は、前記介在部の軸方向端面に凹設された変形吸収溝であることを特徴とするロータ。
【請求項５】
請求項４に記載のロータにおいて、
前記固定部材は、前記リング磁石の外周面の少なくとも一部を覆うように該リング磁石と一体成形されてなることを特徴とするロータ。
【請求項６】
請求項１〜３のいずれか１項に記載のロータにおいて、
前記固定部材は、前記回転軸に一体回転するように設けられた板ばね部材よりなることを特徴とするロータ。
【請求項７】
請求項６のいずれか１項に記載のロータにおいて、
前記リング磁石の内周面は軸方向から見て多角形をなし、
前記板ばね部材は、前記回転軸に一体回転するように設けられた固定部と、該固定部から径方向外側に延びる前記弾性変形部としての複数の板ばね片とからなり、
前記複数の板ばね片は、その径方向外側端部が前記リング磁石の内周面の各辺における１つ又は複数置きの辺と当接するように周方向等間隔に設けられることを特徴とするロータ。
【請求項８】
請求項１〜７のいずれか１項に記載のロータと、前記ロータの周囲に設けられるステータとを備えた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、磁石を有するロータ、及びそのロータを備えたモータに関するものである。
【背景技術】
【０００２】
従来、この種のロータにおいて、コギングトルクの低減のために、周方向に分割されたセグメントタイプでない環状一体タイプの磁石（リング磁石）を有するものがある。例えば特許文献１に示されるロータでは、外周面にのみ磁極が現れるように着磁された極異方性磁石よりなるリング磁石が、該リング磁石の内側に配置される回転軸に対し固定部材（カラー）を介して固定されている。極異方性磁石よりなるリング磁石は、磁石内部に磁路が形成される特性を有しているため、上記のようなロータでは、固定部材に磁性体を用いる必要がなくなり、その固定部材に例えば樹脂等の非磁性体の部材を用いることができるため、ロータの軽量化が可能となっている。
【０００３】
また、特許文献１に示されるロータでは、固定部材の外周面に係合凹部が形成され、リング磁石の内周面に固定部材の係合凹部と係合する係合凸部が形成されている。このような構成によれば、係合凸部と係合凹部とが回転方向に係合するため、リング磁石の空転が抑制されるようになっている。
【特許文献１】特開２００４−２７４８６０号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
しかしながら、上記のようなモータでは、固定部材とリング磁石の熱膨張係数が互いに異なるため、モータ高温時に問題が生じてしまう虞がある。例えば、固定部材の熱膨張係数がリング磁石のものより大きい場合には、固定部材の径方向への膨張変形によってリング磁石に応力が作用し、リング磁石が破損してしまう虞がある。一方、リング磁石の熱膨張係数が固定部材のものより大きい場合には、リング磁石の径方向への膨張変形によって固定部材との間に隙間が生じてリング磁石のガタつきが発生する虞がある。
【０００５】
本発明は、上記課題を解決するためになされたものであって、その目的は、熱膨張により生じるリング磁石の破損やガタつきを抑制することができるロータ及びモータを提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【０００６】
上記課題を解決するために、請求項１に記載の発明は、外周面にのみ磁極が現れるように着磁された極異方性磁石よりなるリング磁石が、該リング磁石の内側に配置される回転軸に対し固定部材を介して固定され、軸方向から見て非円形に形成された前記リング磁石の内周面が前記固定部材の外周面と周方向に係合するように構成されたロータであって、前記固定部材には、径方向に弾性変形可能な弾性変形部が設けられたことをその要旨とする。
【０００７】
この発明では、固定部材の熱膨張係数がリング磁石のものより大きい場合には、固定部材の径方向への膨張変形を弾性変形部で吸収することができるため、リング磁石の破損を抑制することができる。また、リング磁石の熱膨張係数が固定部材のものより大きい場合には、リング磁石の径方向への膨張変形に追従して固定部材の弾性変形部が変形するため、リング磁石と固定部材との間の径方向隙間の発生が抑制され、リング磁石のガタつきを抑制することできる。
【０００８】
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、前記リング磁石の内周面には、前記固定部材の外周面の係合凸部と周方向に係合する係合凹部が、該リング磁石の外周面に現れる磁極中心部分を通過する径方向の直線上に形成されたことをその要旨とする。
【０００９】
この発明では、リング磁石の内周面における磁極中心部分に対応する位置に係合凹部が形成される。極異方性磁石よりなるリング磁石内の磁束の流れは、外周面の磁極中心部分から一旦内周面側に向かいその後隣接する磁極中心部分に向かって円弧状をなすが、この係合凹部が形成される部分はリング磁石内の磁束密度が低い部分であるため、係合凹部がその磁束の流れの妨げになることを抑制することが可能である。
【００１０】
請求項３に記載の発明は、請求項２に記載のロータにおいて、前記リング磁石の内周面は軸方向から見て多角形をなし、その前記係合凹部をなす各角部の頂点部分が、前記リング磁石の外周面に現れる磁極中心部分を通過する径方向の直線上に位置することをその要旨とする。
【００１１】
この発明では、リング磁石の内周面が多角形をなすため、その内周面を固定部材の外周面に好適に係合させることが可能となり、リング磁石の空転を好適に抑制することが可能となる。また、リング磁石の内周面の各頂点部分が、リング磁石内の磁束密度が低い部分である磁極中心部分に対応する位置にくるように形成される。そのため、リング磁石の内周面の各角部が、リング磁石内の磁束の流れの妨げになることを抑制することが可能である。
【００１２】
請求項４に記載の発明は、請求項１〜３のいずれか１項に記載のロータにおいて、前記固定部材は樹脂材料よりなるとともに、前記回転軸の外周面と前記リング磁石の内周面との間に介在された介在部を有し、前記固定部材の弾性変形部は、前記介在部の軸方向端面に凹設された変形吸収溝であることをその要旨とする。
【００１３】
この発明では、介在部の径方向への膨張変形を弾性変形部としての変形吸収溝で好適に吸収することができる。
請求項５に記載の発明は、請求項４に記載のロータにおいて、前記固定部材は、前記リング磁石の外周面の少なくとも一部を覆うように該リング磁石と一体成形されてなることをその要旨とする。
【００１４】
この発明では、固定部材が樹脂材料よりなるため、ロータの軽量化に寄与できる。また、リング磁石の外周面の少なくとも一部が樹脂材料により覆われているため、例えばロータをステータ内に収容する際に、リング磁石がそのステータ等に直接接触してしまうことが防止され、これによりリング磁石の破損を抑制することができる。また、そのリング磁石の保護用のカバー部材が別途必要とならず、部材点数の増加を抑えることができる。
【００１５】
請求項６に記載の発明は、請求項１〜３のいずれか１項に記載のロータにおいて、前記固定部材は、前記回転軸に一体回転するように設けられた板ばね部材よりなることをその要旨とする。
【００１６】
この発明では、固定部材が板ばね部材よりなるため、リング磁石との熱膨張による寸法誤差を好適に吸収でき、その結果、リング磁石の破損やガタつきを好適に抑制することができる。また、回転軸とリング磁石との間に間隙を形成することが可能であり、その結果、ロータの軽量化に寄与できる。
【００１７】
請求項７に記載の発明は、請求項６のいずれか１項に記載のロータにおいて、前記リング磁石の内周面は軸方向から見て多角形をなし、前記板ばね部材は、前記回転軸に一体回転するように設けられた固定部と、該固定部から径方向外側に延びる複数の板ばね片とからなり、前記複数の板ばね片は、その径方向外側端部が前記リング磁石の内周面の各辺における１つ又は複数置きの辺と当接するように周方向等間隔に設けられることをその要旨とする。
【００１８】
この発明では、複数の板ばね片は、その径方向外側端部がリング磁石の内周面の各辺における１つ又は複数置きの辺と当接するように周方向等間隔に設けられるため、ロータのより一層の軽量化に寄与できる。
【００１９】
請求項８に記載の発明は、請求項１〜７のいずれか１項に記載のロータと、前記ロータの周囲に設けられるステータとを備えたモータであることをその要旨とする。
この発明では、熱膨張により生じるリング磁石の破損やガタつきを抑制することができるモータを提供することができる。
【発明の効果】
【００２０】
従って、上記記載の発明によれば、熱膨張により生じるリング磁石の破損やガタつきを抑制することができるロータ及びモータを提供することができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００２１】
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は、例えば電動パワーステアリングに用いられる本実施形態のブラシレスモータ１を示している。ブラシレスモータ１は、円環状のステータ２と、該ステータ２の内周側に回転可能に設けられるロータ３とを備えている。尚、図１では、ロータ３を軸直交断面で示している。ステータ２は、図示しないがステータコアのティースに巻線が巻回され、該巻線に駆動電流が供給されることにより、ロータ３を回転させるための回転磁界が発生するように構成されている。
【００２２】
図１及び図２に示すように、ロータ３は、回転軸４と、回転軸４に一体回転可能に設けられた樹脂材料よりなる固定部材５と、固定部材５の内部に埋設されたリング磁石６とから構成されている。尚、ロータ３は、回転軸４及びリング磁石６をインサート品として固定部材５により一体化されて構成されている。図１では、説明の便宜のため、リング磁石６の断面のハッチングを省略している。
【００２３】
固定部材５は、回転軸４、リング磁石６が配置された金型（図示略）内に樹脂材料を流し込んだ後、硬化させることで成形されるものである。その固定部材５においてリング磁石６の内周面と回転軸４の外周面との間に介在される介在部１１は、回転軸４の外周面の凹部４ａに係止された係止凸部１１ａを有し、これにより、固定部材５が回転軸４に対して周方向及び軸方向に相対的にずれることが抑制されている。
【００２４】
この固定部材５の介在部１１には、その軸方向両端面にそれぞれ凹設された弾性変形部としての一対の変形吸収溝１１ｂが形成されている。各変形吸収溝１１ｂは軸方向から見て円環状に形成されるとともに、介在部１１の軸方向端面から中央付近にかけて軸方向に沿って延びている。介在部１１において、変形吸収溝１１ｂを挟んだ回転軸４側の部分とリング磁石６側の部分とは、軸方向中央部に形成された支持部１１ｃで連続している。
【００２５】
また、固定部材５は、介在部１１と連続しリング磁石６の軸方向両端面全体をそれぞれ被覆する端面被覆部１２と、その端面被覆部１２と連続しリング磁石６の外周面全体を被覆する外周面被覆部１３とを一体に有している。この外周面被覆部１３は、リング磁石６を保護する役割をなしており、例えばロータ３をステータ２内に収容する際に、リング磁石６がそのステータ２等に直接接触することが防止され、これによりリング磁石６の破損が抑制されるようになっている。また、この外周面被覆部１３は介在部１１と一体成形されるため、リング磁石６の保護用のカバー部材が別途必要とならず、部材点数の増加を抑えることができる。
【００２６】
リング磁石６は、軸方向から見てその外周面が円形をなすとともに、その内周面は該リング磁石６の極数と同数である正多角形、即ち、正八角形をなしている。一方、固定部材５の介在部１１の外周面形状は、リング磁石６の内周面形状に応じて成形されるものであり、正八角形に形成されている。この介在部１１の各角部が係合凸部１１ｄをなし、リング磁石６の内周面の各角部が介在部１１の各係合凸部１１ｄと周方向に係合される係合凹部となっている。このように、リング磁石６の内周面と介在部１１の外周面とが多角形に形成されているため、リング磁石６と介在部１１とが好適に周方向に係合し、リング磁石６の空転を好適に抑制することが可能となっている。
【００２７】
リング磁石６は、外周面にのみ磁極が現れるように着磁された極異方性磁石よりなり、図１中の破線にて示される磁極の境界線Ｂにて区切られるように、磁極が等間隔でありその極数が「８」で構成されている。リング磁石６の内部の磁束Ａの流れ（図１の矢印にて示す）は、外周面の磁極中心部分６ａから一旦内周面側に向かいその後隣接する磁極中心部分６ａに向かって円弧状をなし、リング磁石６の外周面のみに磁極が現れるようになっている。このリング磁石６は、その内周面の各角部の頂点部分６ｂが、外周面の磁極中心部分６ａを通過する径方向の直線Ｌ上に位置するように形成されている。この磁極中心部分６ａに対応する内周側の部分は、リング磁石６内において磁束密度が低い部分であるため、リング磁石６の内周面の各角部が磁束Ａの流れの妨げになることを抑制することが可能である。
【００２８】
このようなロータ３において、固定部材５（介在部１１）の熱膨張係数がリング磁石６のものより大きい場合には、高温時に介在部１１が径方向に膨張変形した時に、その介在部１１の外周面がリング磁石６の内周面からの反力を受けて変形吸収溝１１ｂが径方向に狭まるように変形する。このように、変形吸収溝１１ｂが介在部１１の径方向の膨張変形を吸収するため、リング磁石６の破損が抑制されるようになっている。また、リング磁石６の熱膨張係数が固定部材５のものより大きい場合には、リング磁石６の径方向への膨張変形に応じて変形吸収溝１１ｂが径方向に拡がるように変形するため、介在部１１の外周面が拡径するリング磁石６の内周面に追従するようになっている。これにより、介在部１１の外周面とリング磁石６の内周面との間の径方向隙間の発生が抑制され、リング磁石のガタつきが抑制されるようになっている。
【００２９】
次に、本実施形態の特徴的な作用効果を記載する。
（１）本実施形態では、固定部材５の介在部１１には、径方向に弾性変形可能な弾性変形部としての変形吸収溝１１ｂが設けられる。これにより、固定部材５の熱膨張係数がリング磁石６のものより大きい場合には、固定部材５（介在部１１）の径方向への膨張変形を変形吸収溝１１ｂで吸収することができるため、リング磁石６の破損を抑制することができる。また、リング磁石６の熱膨張係数が固定部材５のものより大きい場合には、リング磁石６の径方向への膨張変形に応じて変形吸収溝１１ｂが変形するため、リング磁石６と固定部材５との間の径方向隙間の発生が抑制され、リング磁石６のガタつきを抑制することできる。
【００３０】
（２）本実施形態では、リング磁石６の内周面が多角形をなすため、その内周面を介在部１１の外周面に好適に係合させることが可能となり、リング磁石６の空転を好適に抑制することが可能となる。
【００３１】
（３）本実施形態では、リング磁石６の内周面の各角部の頂点部分６ｂが、リング磁石６の外周面に現れる磁極中心部分６ａを通過する径方向の直線Ｌ上に位置するように構成される。即ち、リング磁石６の内周面の各頂点部分６ｂが、リング磁石６内の磁束密度が低い部分である磁極中心部分６ａに対応する位置にくるように形成されるため、リング磁石６の内周面の各角部が、リング磁石６内の磁束Ａの流れの妨げになることを抑制することが可能である。
【００３２】
（４）本実施形態では、固定部材５は樹脂材料よりなるとともに、回転軸４の外周面とリング磁石６の内周面との間に介在された介在部１１を有し、固定部材５の弾性変形部は、介在部１１に軸方向に窪むように形成された変形吸収溝１１ｂである。そのため、介在部１１の径方向への膨張変形を弾性変形部としての変形吸収溝１１ｂで好適に吸収することができる。また、固定部材５が樹脂材料よりなるため、ロータ３、ひいてはブラシレスモータ１の軽量化に寄与できる。
【００３３】
（５）本実施形態では、固定部材５はリング磁石６の外周面を覆うように該リング磁石６と一体成形されてなるため、例えばロータ３をステータ２内に収容する際に、リング磁石６がそのステータ２等に直接接触することが防止され、これによりリング磁石６の破損が抑制することができる。また、保護用のカバー部材が別途必要とならず、部材点数の増加を抑えることができる。
【００３４】
尚、本発明の実施形態は、以下のように変更してもよい。
・上記実施形態では、リング磁石６の内周面及び介在部１１の外周面を正八角形としたが、これ以外に例えば、各数が３つ〜７つ、又は９つ以上の正多角形としてもよく、また、多角形や楕円形としてもよい。また、例えば図３に示すような構成としてもよい。図３に示すように、リング磁石６の内周面は軸方向から見て略円形に形成されるとともに、その内周面には該リング磁石６の極数と同数の８つの係合凹部６ｃが周方向等間隔に形成されている。そして、固定部材５の介在部１１の外周面は、リング磁石６の内周面に倣って略円形に形成されるとともに、その外周面にはリング磁石６の各係合凹部６ｃと係合する係合凸部１１ｅが形成されている。このような構成としても、リング磁石６の空転を抑制することが可能となる。また、リング磁石６の各係合凹部６ｃは、該リング磁石６の磁極中心部分６ａを通過する径方向の直線Ｌ上に位置するように形成されているため、各係合凹部６ｃがリング磁石６内の磁束Ａの流れの妨げになることを抑制することが可能である。
【００３５】
・上記実施形態では、特に言及しなかったが、固定部材５の介在部１１と端面被覆部１２とは周方向全体に亘って連続するように構成されたが、図４及び図５に示すように、周方向の一部で連続しない構成としてもよい。尚、図４及び図５に示す一例では、介在部１１と端面被覆部１２とは、周方向等間隔に４つ形成された連続部１４で繋がっている。このような構成では、上記実施形態のように介在部１１と端面被覆部１２とが周方向全体に亘って連続する構成と比較して、介在部１１と端面被覆部１２とが連続する部分に生じる軸方向の熱応力を低減することが可能である。
【００３６】
・上記実施形態では、固定部材５は、介在部１１と一体に成形される端面被覆部１２及び外周面被覆部１３を有する構成としたが、これら端面被覆部１２及び外周面被覆部１３を有しない構成としてもよい。また、このような構成において、図６に示すように、リング磁石６の外周面及び軸方向両端面を覆う保護用のカバー部材２０を設けてもよい。
【００３７】
・上記実施形態では、樹脂材料よりなる固定部材５が用いられたが、特にこれに限定されるものではなく、例えば図７に示すような板ばね部材３０を固定部材に採用してもよい。図７に示すように、板ばね部材３０は、回転軸４に圧入固定される円環状の固定部３０ａと、該固定部３０ａから径方向外側に延びる弾性変形部としての複数の板ばね片３０ｂとからなり、該板ばね部材３０はリング磁石６の軸方向中央に対して線対称をなすように２つ設けられている。尚、板ばね部材３０は、その固定部３０ａが回転軸４に形成された大径部４ｂの軸方向両端の段差部４ｃにそれぞれ当接するように固定されている。各板ばね片３０ｂは、その径方向外側端部に形成された当接部３０ｃがリング磁石６の内周面（上記実施形態と同様に正八角形をなす）の各辺６ｄにおける１つ置きの辺６ｄと当接するように、周方向９０度間隔に４つ設けられている。また、各板ばね片３０ｂは、回転軸４の軸線に対して傾斜するように形成されるとともに、径方向内側端部から径方向外側端部に向かうにつれてその周方向幅が拡がるように形成されている。各板ばね片３０ｂの当接部３０ｃは、リング磁石６の内周面の一辺６ｄと略等しい長さに形成されており、各当接部３０ｃとリング磁石６の内周面の各角部（係合凹部）とが周方向に係合することで、リング磁石６の空転が抑制されている。
【００３８】
このような板ばね部材３０を用いたロータ３において、リング磁石６の熱膨張係数が板ばね部材３０のものより大きい場合には、高温時にリング磁石６が径方向外側に膨張変形した時に、各板ばね片３０ｂは、その当接部３０ｃをリング磁石６の内周面に追従させるように径方向外側に弾性変形する。そのため、各板ばね片３０ｂの当接部３０ｃとリング磁石６の内周面との間の径方向隙間の発生が抑制され、リング磁石のガタつきが抑制されるようになっている。また、板ばね部材３０の熱膨張係数がリング磁石６のものより大きい場合には、高温時に板ばね部材３０が径方向に膨張変形した時に、各板ばね片３０ｂの当接部３０ｃがリング磁石６の内周面からの反力を受けて該各板ばね片３０ｂが径方向内側に弾性変形し、これにより、リング磁石６の破損が抑制されるようになっている。
【００３９】
このように、固定部材として板ばね部材３０を用いた構成によれば、リング磁石６との熱膨張による寸法誤差を好適に吸収でき、その結果、リング磁石６の破損やガタつきを好適に抑制することができるとともに、回転軸４とリング磁石６との間に間隙を形成することが可能であり、その結果、ロータ３の軽量化に寄与できる。また、板ばね部材３０の各板ばね片３０ｂは、その当接部３０ｃがリング磁石６の内周面の各辺６ｄにおける１つ置きの辺６ｄと当接するように設けられるため、ロータ３のより一層の軽量化に寄与できる。尚、図７に示すような板ばね部材３０に替えて、図８に示すような断面コ字状の板ばね部材４０を用いてもよい。
【図面の簡単な説明】
【００４０】
【図１】本実施形態のブラシレスモータの概略構成図。
【図２】本実施形態のロータの断面図。
【図３】別例のロータの断面図。
【図４】別例のロータを軸方向から見た平面図
【図５】別例のロータの断面図。
【図６】別例のロータの断面図。
【図７】（ａ）別例のロータを軸方向から見た平面図、（ｂ）同図（ａ）のＡ−Ａ断面図。
【図８】別例のロータの断面図。
【符号の説明】
【００４１】
２…ステータ、３…ロータ、４…回転軸、５…固定部材、６…リング磁石、６ａ…磁極中心部分、６ｂ…頂点部分、６ｃ…係合凹部、６ｄ…リング磁石の内周面の辺、１１…介在部、１１ｂ…弾性変形部としての変形吸収溝、１１ｄ，１１ｅ…係合凸部、３０…板ばね部材、３０ａ…固定部、３０ｂ…弾性変形部としての板ばね片、Ｌ…直線。
【図１】
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【図２】
2009268243.tif 000004
【図３】
2009268243.tif 000005
【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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