JP2013169131A - ブラシレスモータ用ロータ及び電動パワーステアリング装置 - Google Patents

Abstract

【課題】ロータコアの両端部に取り付けられるエンドプレートの軽量化、低イナーシャ化及び低コスト化を図りつつ、モータの出力を向上するブラシレスモータ用ロータ及びそれを備えた電動パワーステアリング装置を提供する。
【解決手段】ロータコア８の外周面で、周方向に沿って磁石９を挿入固定するために設けられた複数の開口部１１の周方向両側近傍に、各開口部１１の周縁部を互いに分割するように溝部１２が形成され、磁石９の磁束の短絡を防止している。ロータコア８の軸方向両端には、突起部１３を有するエンドプレート１０が、突起部１３を溝部１２に圧入嵌合することにより固定され、開口部１１に挿入固定された磁石９の飛散を防止している。溝部１２の深さを、ロータコア８の径方向に関して開口部１１と同一或いは外径側とし、エンドプレート１０の内径寸法を、開口部１１の内接円径と同一或いは僅かに小径としている。
【選択図】図１

Description

本発明は、永久磁石を埋め込んだブラシレスモータ用ロータの構造及びそれを備えた電動パワーステアリング装置に関するものである。

従来より、励磁コイルを有するステータの内側に永久磁石を有するロータを配置して、ステータの励磁コイルに電力を供給することでロータを回転させるように構成されたブラシレスモータが知られている。このようなブラシレスモータにおけるロータは、電磁鋼板が積層されたロータコアと、永久磁石と、出力軸であるシャフトとが一体となって回転するように構成されている。ロータコアは回転の中心にシャフトを、外周端付近に永久磁石を備え、ステータが発生する磁界に応じて回転を行い、シャフトからその動力を出力するようになっている。永久磁石は、ロータコアに設けられた開口部に挿入され、接着剤によりロータコアに固定される。そして、ロータの回転軸方向両側からロータコアを挟むように、アルミニウム合金製である１対のエンドプレートが設けられ、永久磁石のロータコアへの固定、及び高速回転時における永久磁石の飛散を防止している。

ところで、ロータコアとエンドプレートとは、材質（線膨張係数）が異なる為に、ロータコアおよびエンドプレートの熱による変化量はそれぞれ異なる。したがって、永久磁石及びエンドプレートをロータコアに接着剤を用いて固定する場合、接着剤で固定される部分を起点として、ロータコアには、径方向に沿って圧縮方向あるいは引っ張り方向の応力が発生する。その為、たとえば、ロータコアが複数の電磁鋼板が積層されて形成される場合には、軸方向端部の電磁鋼板が変形するという問題があった。

この部分の改善の先行技術として、特許文献１には、ロータコアとエンドプレートとの間に、ロータコアの線膨張係数とエンドプレートの線膨張係数との間の線膨張係数を有する中間部材としてステンレスプレートを設けたロータが開示されている。本構成の中間部材により、エンドプレートはロータコアに接着される事がない。また、中間部材の線膨張係数とロータコアの線膨張係数との差が小さい為に、ロータコアに発生する径方向の応力が低減し、電磁鋼板の変形を抑制することができる。

特開２００６−２３８５３１号公報

しかしながら、この先行技術には、非磁性体であるアルミニウム合金製のエンドプレートに加えて、非磁性体の中間部材として高価なステンレスプレートを用いている為，材料コストが上昇する。又，エンドプレート及びステンレスプレートは、ロータコア端部の全面をカバーする構造となっている為、材料コストがさらに上昇すると共に、ロータの重量とイナーシャが増加するという問題があった。

本発明は、上記課題に鑑みてなされたものであって、ロータコアの両端部に取り付けられるエンドプレートの軽量化、低イナーシャ化及び低コスト化を図りつつ、モータの出力を向上するブラシレスモータ用ロータ及びそれを備えた電動パワーステアリング装置を提供することを目的とする。

上記課題を解決する為に、本発明に係わるブラシレスモータ用ロータは、モータの出力軸であるシャフトと、前記シャフトに圧入固定される円筒形状のロータコアと、前記ロータコアの外周側に周方向に沿って形成される複数の開口部に挿入される磁石と、前記ロータコアの両端面に配置される円環状のエンドプレートと、を含んで構成される。
特に、本発明のブラシレスモータ用ロータにおいて、前記ロータコアは、前記磁石間における磁束の短絡を防止するように軸方向に延びる溝部を備え、前記エンドプレートは、軸方向に延びて形成される複数の突起部を備え、前記突起部を前記溝部に嵌合固定している。
また、本発明に関わる電動パワーステアリング装置は、上記ブラシレスモータ用ロータを備えている。

更に、前記溝部は、前記ロータコアの周方向に関して前記開口部の両側近傍に設けられている。
更にまた、前記溝部は、前記ロータコアの径方向に関して前記開口部と同一或いは外径側に設けられている。
又、前記エンドプレートの内径寸法は、前記開口部の内接円径と同一或いは僅かに小径である。

本発明によれば、ロータコアの両端部に取り付けられるエンドプレートの軽量化、低イナーシャ化及び低コスト化を図りつつ、モータの出力を向上するブラシレスモータ用ロータ及びそれを備えた電動パワーステアリング装置を提供する事ができるという効果が有る。
即ち、ロータコアの外周側に設けられて磁石を挿入固定する開口部の近傍に、磁石の磁束の短絡を防止するように軸方向に延びる溝部を設けた構造により、ロータが発生する磁束密度の低下を防止して、モータの高出力化が可能である。更に、エンドプレートに設けられた複数の突起部を溝部に嵌合させて、エンドプレートをロータコアに固定する事により、高価なステンレスプレートを不要として、軽量化、低イナーシャ化及び低コスト化が可能となる。
又、溝部をロータコアの周方向に関して開口部の両側近傍にそれぞれ設ける事により、磁束の短絡をより一層防止でき、モータを更に高出力化する事が可能となる。更に、溝部の深さをロータコアの径方向に関して開口部と同一或いは外径側とし、エンドプレートの内径寸法を、開口部の内接円径と同一或いは僅かに小径とする事により、磁石の飛散を防止するエンドプレートの径方向寸法を、必要最小限の大きさにすることができる為、エンドプレートを軽量化、低イナーシャ化及び低コスト化する事ができる

本発明の実施形態に係わるブラシレスモータを示す断面図である。 ロータの構成を示す斜視図である。 ロータの構成を示す分解図である。 ロータコアの構成を示す側面図である。

以下、本発明の実施形態となるブラシレスモータ用ロータに関して図面を参照しつつ詳細に説明する。
図１は、本実施形態に係るブラシレスモータの構成を示す断面図であり、図２は、ロータの構成を示す斜視図であり、図３は、ロータの組立て方法を示す分解図である。図１に示すように、ブラシレスモータ１は、略円筒形のハウジング３と、このハウジング３の一方の開口端部を閉塞する略円板状のフロントブラケット４とを有している。ハウジング３を形成する磁性材料としては、例えばＳＰＣＣ等の一般的な鋼材や、電磁軟鉄等が適用できる。また、フロントブラケット４は、ブラシレスモータ１を所望の機器に取り付ける際のフランジの役割を果たしている。

前記ハウジング３の内側であって、前記フロントブラケット４の略中央部分には軸受５が、前記ハウジング３の底部の略中央部分には軸受６が、それぞれ設けられている。軸受５は、ハウジング３の内側に配置されたシャフト２の一端を回転可能に支持し、軸受６は、シャフト２の他端を回転可能に支持している。
シャフト２の周囲には、円筒形状のロータコア８が配置されている。ロータコア８は、電磁鋼板、冷間圧延鋼板などの薄板を積層した状態で、接着、ボス、カシメなどの手段により固定して製造されている。前記シャフト２は、前記ロータコア８の中心に圧入固定されて、ロータコア８と一体に構成されている。

前記ロータコア８の外周側には、モータ駆動用の複数（２×ｎ個、ｎは整数）の磁石９が設けられる。この磁石９は、前記ロータコア８の軸方向が長手方向となる直方体の永久磁石であり、前記ロータコア８の外周側に等間隔に設けられた複数の開口部１１に挿入され、接着剤で固定されている。本実施例の場合、６個のネオジム磁石を、Ｓ極及びＮ極がロータコア８の周方向に交互にかつ等間隔となる様に配列して、６極のロータコア８を構成している。

前記ハウジング３の内周面には、ステータコア１６がその全体が包囲された状態で固定されている。このステータスコア１６には、前記ロータコア８の外周面を包囲するように、励磁コイル１７がインシュレータ１８を介して集中巻きされている。これらのステータコア１６及び励磁コイル１７によってブラシレスモータ１のステータ１５が構成されている。ステータ１５は、ロータ（ブラシレスモータ用ロータ）７の外周側に所定の間隔を有して環状に配置されている。

前記シャフト２の前記フロントブラケット４の外側の端部は外部に突出しており、この外部に突出した端部に所望の軸等を接続することで、ブラシレスモータ１の回転出力を取り出せる出力軸となっている。また、前記シャフト２の前記フロントブラケット４内側には、前記ロータ７の回転位置を検出するレゾルバ２０が設けられている。このレゾルバ２０は、シャフト２の外周面に圧入等で取り付けられるレゾルバロータ２１と、このレゾルバロータ２１に所定間隔の空隙を介して対向配置された状態で、前記フロントブラケット４に取り付けられるレゾルバステータ２２とを備えている。

図３に示す様に、本実施形態のブラシレスモータ１を構成する前記ロータコア８の外周面には、軸方向に延びる複数の溝部１２が設けられている。この溝部１２は、図４に示す様に、周方向に沿って前記磁石９を挿入固定するために設けられた複数の開口部１１の周方向両側近傍に、各開口部１１の周縁部を互いに分割するように形成され、前記磁石９の磁束の短絡を防止している。前記溝部１２を前記開口部１１の周方向両側の近傍に配置する事により、前記磁石９の磁束の短絡が確実に防止され、前記ロータ７が発生する磁束密度が高まるので、ブラシレスモータ１の高出力化を可能にしている。

又、ロータコア８の軸方向両端には、突起部１３を有する一対のエンドプレート１０が、前記突起部１３を前記溝部１２に圧入嵌合することにより固定されている。このエンドプレート１０は、非磁性体であるアルミニウム合金により構成されており、ロータコア８の軸方向両端に前記開口部１１を覆う様に配置する事により、前記開口部１１に挿入固定された前記磁石９の飛散を防止している。更に、前記溝部１２の深さを、ロータコア８の径方向に関して開口部１１と同一或いは外径側とし、エンドプレート１０の内径寸法を、開口部１１の内接円径と同一或いは僅かに小径としている。この様に、エンドプレート１０を円環形状とし、ロータコア８の軸方向両端部における開口部１１近傍のみを覆う構成とする事により、軽量化、低イナーシャ化及び低コスト化を図っている。

以上の構成により、本実施例のブラシレスモータ用のロータ７は、ロータコア８の軸方向両端部に取り付けられるエンドプレート１０の軽量化、低イナーシャ化及び低コスト化を図りつつ、ブラシレスモータ１の出力を向上する事ができる。
即ち、溝部１２を磁石９の周方向両側近傍に形成することにより、磁石９の磁束の短絡をより一層防ぐ事ができる為、モータの高出力化が可能となる。更に、溝部１２の径方向位置を、開口部１１（磁石９）と同一或いは外径側に形成することにより、磁石９の飛散を防止するためのエンドプレート１０を、必要最小限の大きさにしている。エンドプレート１０は、その内径寸法を開口部１１の内接円径と同一或いは僅かに小径とし、開口部１１の両端を覆う部分以外を取り去る事により、軽量化、低イナーシャ化及び低コスト化が可能となる。

本発明のブラシレスモータ用ロータは、上記実施例に限定されること無く、各種の変形が可能である。
エンドプレート１０の材料としてはアルミニウム合金の例を示したが、これに限定したものではなく、非磁性であれば他のものでも良い。例えば、ステンレスや合成樹脂などでも同様の効果を得る事ができる。又、エンドプレート１０は、圧入嵌合によりロータコア８に固定する例を示したが、これに限定したものではなく、接着剤等を用いてロータコア８に固定することも可能である。
磁石９としてはネオジム磁石の例を示したが、これに限定されるものではなく、フェライト磁石等を用いても同様の効果を得る事ができる。
ブラシレスモータ１としては６極のモータコア８の例を示したが、これに限定するものではなく、適宜変更することが可能であり、例えば８極や１０極等でも同様の効果を得る事ができる。
また、自動車の操舵力をモータによってアシストする電動パワーステアリング装置に、上記ブラシレスモータ用ロータを適用できる。

以上のように、本発明に係るブラシレスモータ用ロータは、ロータコアに磁石を埋め込んだブラシレスモータ及びそれを備えた電動パワーステアリング装置に好適に使用される。

１ ブラシレスモータ
２ シャフト
３ ハウジング
４ フロントブラケット
５、６ 軸受
７ ロータ
８ ロータコア
９ 磁石
１０ エンドプレート
１１ 開口部（磁石挿入部）
１２ 溝部
１３ 突起部
１５ ステータ
１６ ステータコア
１７ 励磁コイル
１８ インシュレータ
２０ レゾルバ
２１ レゾルバロータ
２２ レゾルバステータ

Claims (5)

1. モータの出力軸であるシャフトと、前記シャフトに圧入固定される円筒形状のロータコアと、前記ロータコアの外周側に周方向に沿って形成される複数の開口部に挿入される磁石と、前記ロータコアの両端面に配置される円環状のエンドプレートと、を含んで構成され、
   前記ロータコアは、前記磁石間における磁束の短絡を防止するように軸方向に延びる溝部を備え、前記エンドプレートは、軸方向に延びて形成される複数の突起部を備え、前記突起部を前記溝部に嵌合固定していることを特徴とするブラシレスモータ用ロータ。
2. 前記溝部は、前記ロータコアの周方向に関して前記開口部の両側近傍に設けられていることを特徴とする請求項１に記載のブラシレスモータ用ロータ。
3. 前記溝部は、前記ロータコアの径方向に関して前記開口部と同一或いは外径側に設けられていることを特徴とする請求項１又は２に記載のブラシレスモータ用ロータ。
4. 前記エンドプレートの内径寸法は、前記開口部の内接円径と同一或いは僅かに小径であることを特徴とする請求項１〜３のいずれか１項に記載のブラシレスモータ用ロータ。
5. 請求項１〜４のいずれか１項に記載のブラシレスモータ用ロータを備えていることを特徴とする電動パワーステアリング装置。

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