JP2011045156A - 電動モータおよびロータ - Google Patents

Abstract

【課題】 接着剤や合成樹脂製保持器を用いずに永久磁石をロータ本体に確実に固定することができ、安価に製作できる電動モータおよびロータを提供する。
【解決手段】 電動モータのロータ20は、複数の永久磁石21が円筒状のロータ本体28の外周面28cに周方向に等間隔をおいて固定されているものである。ロータ本体28が強磁性材料製であり、ロータ本体28の外周面28cに、永久磁石21の内周側の部分がはまって永久磁石21の周方向の移動を阻止する凹部30が形成されている。
【選択図】 図３

Description

この発明は、たとえば自動車の油圧ポンプとして使用される電動ポンプユニットなどにおける電動モータおよびロータに関する。

近年、自動車の油圧ポンプとして、その起動・停止をきめ細かく制御して省エネルギを図るため、また、アイドリングストップによりエンジンが停止しているときにもトランスミッションなどの駆動系への油圧供給を確保するために、電動ポンプユニットが使用されるようになっている。

自動車用電動ポンプユニットは、車体の限られたスペースに搭載されるため、コンパクト化が要求され、また、軽量化およびコスト低減も要求される。この要求に応える電動ポンプユニットとして、共通のユニットハウジング内にポンプ、ポンプ駆動用電動モータおよびモータのコントローラが一体に組み込まれたものが提案されている（たとえば特許文献１参照）。

この種の電動モータには、ロータに永久磁石を用いたＤＣブラシレスモータが用いられる。従来のＤＣブラシレスモータでは、円筒状のロータ本体の外周面にリング形状またはセグメント形状の永久磁石が接着剤で固定されていた（たとえば特許文献２参照）。また、ロータ本体の外周部に固定状に設けられた合成樹脂製保持器に複数の永久磁石が保持されたものもあった。

特開２００４−３５３５３６号公報 実開平６−５２３７６号公報

上記のようにロータ本体に永久磁石が接着剤で固定されている場合、厳しい環境下で使用されるモータでは、接着剤が剥がれるおそれがあり、信頼性に欠けるという問題がある。

合成樹脂製保持器を用いる場合は、部品点数が増し、保持器の成型工程が必要であるため、コストアップになるという問題がある。

電動ポンプユニット以外の電動モータの場合にも、同様の問題がある。

この発明の目的は、上記の問題を解決し、接着剤や合成樹脂製保持器を用いずに永久磁石をロータ本体に確実に固定することができ、安価に製作できる電動モータおよびロータを提供することにある。

この発明によるロータは、複数の永久磁石が円筒状のロータ本体の外周面に周方向に等間隔をおいて固定されている電動モータのロータにおいて、ロータ本体が強磁性材料製であり、ロータ本体の外周面に、永久磁石の内周側の部分がはまって永久磁石の周方向の移動を阻止する凹部、永久磁石の内周側の面に形成された凸部がはまって永久磁石の周方向の移動を阻止する凹部、および永久磁石の内周側の面に形成された凹部にはまって永久磁石の周方向の移動を阻止する凸部の少なくともいずれかが形成されていることを特徴とするものである。

ロータ本体が強磁性材料製であるから、永久磁石はロータ本体に磁力で吸着され、ロータ本体から離れることがなく、ロータ本体の外周面に、永久磁石の内周側の部分がはまって永久磁石の周方向の移動を阻止する凹部、永久磁石の内周側の面に形成された凸部がはまって永久磁石の周方向の移動を阻止する凹部、および永久磁石の内周側の面に形成された凹部にはまって永久磁石の周方向の移動を阻止する凸部の少なくともいずれかが形成されているから、ロータ本体に対する永久磁石の位置がずれることがない。したがって、接着剤や合成樹脂製保持器を用いずに、永久磁石をロータ本体に確実に固定することができる。

ロータ本体に形成される凹部または凸部の位置および形状は任意である。たとえば、複数の凹部または凸部はロータ本体の周方向に等間隔をおいて形成される。凹部または凸部はロータ本体の軸方向にのびるものであり、その横断面形状は一様である。凹部または凸部は、ロータ本体の軸方向長さの全長にわたっている。

永久磁石に凹部または凸部が形成される場合、その位置および形状は任意である。たとえば、凹部または凸部は、永久磁石の周方向の１箇所たとえば周方向の中央部に形成される。凹部または凸部はロータ本体の軸方向にのびるものであり、その横断面形状は一様である。凹部または凸部は、永久磁石の軸方向長さの全長にわたっている。

この発明のロータにおいて、たとえば、ロータ本体が、強磁性材料の焼結体である。

焼結体は成形が容易で、成形と同時に凹部や凸部を簡単に形成することができる。

この発明のロータにおいて、たとえば、永久磁石が、ネオジム磁石またはサマリウムコバルト磁石である。

ネオジム磁石やサマリウムコバルト磁石は磁力が強く、永久磁石をロータ本体に強固にかつより確実に固定することができる。

この発明による電動モータは、上記のロータを備えているものである。

この発明の電動モータおよびロータによれば、上記のように、接着剤や合成樹脂製保持器を用いずに、永久磁石をロータ本体に確実に固定することができ、部品点数の増加やコストの上昇を抑えることができる。

図１は、この発明の第１実施形態を示す電動ポンプユニットの縦断面図である。 図２は、図１のII−II線に沿う拡大矢視図（電動モータのロータの要部を拡大して示す正面図）である。 図３は、第１実施形態の電動モータのロータの分解斜視図である。 図４は、この発明の第２実施形態の電動モータのロータの要部を拡大して示す正面図である。 図５は、この発明の第３実施形態の電動モータのロータの要部を拡大して示す正面図である。 図６は、この発明の第４実施形態の電動モータのロータの要部を拡大して示す正面図である。 図７は、この発明の第５実施形態の電動モータのロータの要部を拡大して示す正面図である。

(3) 電動モータ
(20) ロータ
(21) 永久磁石
(28) ロータ本体
(30) 凹部
(33) 凸部

以下、図面を参照して、この発明を自動車の油圧ポンプに使用される電動ポンプユニットにおける電動モータに適用した実施形態について説明する。

図１は、この発明の第１実施形態を示す電動ポンプユニットの縦断面図である。なお、以下の説明において、図面の左側を前、同右側を後とする。

電動ポンプユニットは、ユニットハウジング(1)内に、ポンプ(2)と、ポンプ(2)を回転駆動する電動モータ(3)が一体に組み込まれたものである。モータ(3)のコントローラ(4)も、ハウジング(1)内に組み込まれている。この例では、ポンプ(2)はトロコイドポンプ、モータ(3)は３相巻線を有するＤＣブラシレスセンサレスモータである。

ユニットハウジング(1)は、ポンプハウジング(5)、ポンププレート(6)、モータハウジング(7)および蓋(8)よりなり、ポンプハウジング(5)、モータハウジング(7)および蓋(8)により防水ハウジング(9)が構成されている。

ポンプハウジング(5)は、前後方向と直交する方向に広がりを持つ厚肉板状のものであり、その中心に、前部が開口したポンプ室(10)が形成されている。ポンプハウジング(5)の前面に、ポンププレート(6)がＯリング(11)を介して固定され、ポンプ室(10)の前面が塞がれている。ポンプ室(10)内に、ポンプ(2)を構成するアウタギヤ(12)が回転自在に収容され、アウタギヤ(12)の内側に、これとかみ合うインナギヤ(13)が配置されている。図示は省略したが、ポンププレート(6)には、油入口と油出口が設けられている。

モータハウジング(7)は、円筒状をなし、その前端が、シール(14)を介してポンプハウジング(5)の後面外周寄りの部分に固定されている。モータハウジング(7)の後端開口が、蓋(8)により塞がれている。

ポンプハウジング(5)の後端面の中心に、モータハウジング(7)より小径の円筒部(5a)が一体に形成され、円筒部(5a)内の後部に設けられた軸受装置(15)により、前後方向にのびるポンプ駆動モータ軸(16)が片持ち支持されている。この例では、軸受装置(15)は、前後に隣接する２個の転がり軸受である玉軸受(17)よりなり、各軸受(17)の内輪(17a)がモータ軸(16)に固定され、外輪(17b)が円筒部(5a)に固定されている。モータ軸(16)の前部は、ポンプハウジング(5)の後壁に形成された穴(18)の部分を貫通してポンプ室(10)内に進入し、その前端がインナギヤ(13)に連結されている。円筒部(5a)内の軸受装置(15)より前側の部分とモータ軸(16)の間に、シール(19)が設けられている。

円筒部(5a)より後方に突出したモータ軸(16)の後端部に、モータ(3)を構成するモータロータ(20)が固定されている。ロータ(20)は、モータ軸(16)の後端から半径方向にのびかつ軸受装置(15)の外周を囲む円筒状のものであり、その外周に永久磁石(21)が設けられている。モータ軸(16)、ロータ(20)およびポンプ(2)のインナギヤ(13)を含む回転部分の重心の軸方向位置が、軸受装置(15)の軸方向範囲内にある。この例では、上記重心の軸方向位置が、軸受装置(15)を構成する２個の玉軸受(17)の間にある。

ロータ(20)に対向するモータハウジング(7)の内周に、モータ(3)を構成するモータステータ(22)が固定状に設けられている。ステータ(22)は、積層鋼板よりなるコア(23)にインシュレータ（合成樹脂製絶縁体）(24)が組み込まれ、インシュレータ(24)の部分にコイル(25)が巻きつけられたものである。この例では、ステータ(22)は、コア(23)の外周において接着などの適宜な手段によりモータハウジング(7)の内周に固定されている。

インシュレータ(24)の後端に、コントローラ(4)の基板(26)が固定され、基板(26)に、コントローラ(4)を構成する部品(27)が取り付けられている。部品は基板(26)の前面および後面の少なくとも一方の所定位置に配置されるが、図面には、基板(26)の後面に取り付けられた部品(27)が１個示されている。

図２および図３は、ロータ(20)の詳細を示している。図２は図１のII−II線に沿う拡大矢視図、図３はロータ(20)の分解斜視図である。

ロータ(20)は、複数（この例では８個）のセグメント形状の永久磁石(21)が円筒状のロータ本体（バックヨーク）(28)の外周面(28c)に周方向に等間隔をおいて固定されているものである。

ロータ本体(28)は、モータ軸(16)に固定されたフランジ部(28a)と、フランジ部(28a)の外周端に一体に形成されて軸受装置(15)の外周を囲むように前方にのびた円筒部(28b)とからなる。ロータ本体(28)は、鉄などの強磁性材料製で、好ましくは、その焼結体である。

ロータ本体(28)の円筒部(28b)の外周面(28c)に、永久磁石(21)の内周側の部分がはまって永久磁石(21)の周方向の移動を阻止する凹部、永久磁石(21)の内周側の面に形成された凸部がはまって永久磁石(21)の周方向の移動を阻止する凹部、および永久磁石(21)の内周側の面に形成された凹部にはまって永久磁石(21)の周方向の移動を阻止する凸部の少なくともいずれかが形成されている。

この例では、永久磁石(21)の内周側の部分がはまって永久磁石(21)の周方向の移動を阻止する複数の凹部(30)が周方向に等間隔をおいて形成されている。各凹部(30)の底面(30a)は、円筒部(28)の外周面と同心の１つの円筒面の一部をなしている。凹部(30)は、ロータ本体(28)の軸方向にのび、その横断面形状は一様である。また、凹部(30)は、ロータ本体(28)の円筒部(28b)の軸方向長さの全長にわたっている。凹部(30)の両側壁(30b)は、互いに平行な平面であり、かつ、ロータ本体(28)の軸心を通る１つの平面に対して対称である。

永久磁石(21)は、好ましくは、磁力の強いネオジム磁石またはサマリウムコバルト磁石である。永久磁石(21)は、横断面が円弧状をなし、内周側の面(21a)は凹部(30)の底面(30a)の底面と同じ円筒面で、外周側の面(21b)は内周側の面(21a)と同心の円筒面である。また、永久磁石(21)の両側面(21c)は、互いに平行な平面であり、かつ、面(21a)の中心線を通る平面に対して対称である。永久磁石(21)の両側面(21c)間の幅は、凹部(30)の両側壁(30b)間の幅と等しいかそれよりわずかに小さく、永久磁石(21)の軸方向長さは、凹部(30)の軸方向長さとほぼ等しい。

永久磁石(21)は、内周側の部分において、ロータ本体(28)の凹部(30)にはめられ、磁力により、ロータ本体(28)に固定されている。永久磁石(21)とロータ本体(28)は軸方向の位置がほぼ一致し、永久磁石(21)の内周側の面(21a)が凹部(30)の底面(30a)に密着するとともに、永久磁石(21)の各側面(21c)が凹部(30)の各側壁(30b)に密着するかわずかな間隙をあけて対向している。凹部(30)の両側壁(30b)および永久磁石(21)の両側面(21c)が互いに平行であるから、永久磁石(21)を凹部(30)に外周側から簡単にはめることができる。永久磁石(21)を凹部(30)にはめる際に、相互の軸方向の位置がずれていても、永久磁石(21)の磁力により、永久磁石(21)の軸方向の位置がロータ本体(28)のそれにほぼ一致させられる。

ロータ本体(28)が強磁性材料製であるから、永久磁石(21)はロータ本体(28)に磁力で吸着され、ロータ本体(28)から離れることがなく、永久磁石(21)がロータ本体(28)の凹部(30)にはまっているので、ロータ本体(28)に対する永久磁石(21)の位置がずれることがない。したがって、接着剤や合成樹脂製保持器を用いなくても、永久磁石(21)がロータ本体(28)に確実に固定される。

ロータ本体(28)の凹部(30)の側壁(30b)の高さは、永久磁石(21)の周方向への移動を阻止できる範囲内でできるだけ小さいのが好ましく、たとえば、１ｍｍ程度である。

図４は、この発明の第２実施形態の電動モータのロータ(20)の要部を拡大して示す正面図である。

第２実施形態の場合、ロータ本体(28)の凹部(30)の両側壁(30b)は、ロータ本体(28)の軸心を通る１つの平面に対して互いに対象な平面であり、かつ、両側壁(30b)の相互間隔は外周側にいくにつれて徐々に小さくなっている。これに対応して、永久磁石(21)の両側面(21c)は、内周側の面(21a)の中心線を通る平面に対して対称な平面であり、かつ、両側面(21c)の相互間隔は外周側にいくにつれて徐々に小さくなっている。永久磁石(21)の内周側の部分が、ロータ本体(28)の軸方向の一端側から、凹部(30)にはめられる。永久磁石(21)の一端部が凹部(30)にはめられると、永久磁石(21)の磁力により、永久磁石(21)は、ロータ本体(28)の軸方向の位置とほぼ一致する位置まで移動させられ、その位置に固定される。

この場合、凹部(30)の両側壁(30b)の相互間隔が外周側にいくにつれて小さくなっているため、永久磁石(21)の磁力が比較的小さくても、遠心力によって永久磁石(21)がロータ本体(28)から離れることが確実に防止される。

他は第１実施形態の場合と同様であり、対応する部分には同一の符号を付している。

図５は、この発明の第３実施形態の電動モータのロータ(20)の要部を拡大して示す正面図である。

第３実施形態の場合、ロータ本体(28)の凹部(30)の構成は、第２実施形態の場合と同じである。永久磁石(21)は、第１実施形態の永久磁石(21)において、互いに平行な両側壁(21c)の内周側の部分に、略三角柱状の張り出し部(21d)が一体に形成されたものであり、永久磁石(21)の内周側の部分の断面形状が凹部(30)の断面形状と一致している。そして、永久磁石(21)の張り出し部(21d)に対応する内周側の部分が、第２実施形態の場合と同様に、凹部(30)にはめられている。

他は第２実施形態の場合と同様であり、対応する部分には同一の符号を付している。

図６は、この発明の第４実施形態の電動モータのロータ(20)の要部を拡大して示す正面図である。

第４実施形態の場合、ロータ本体(28)の外周面(28c)に、永久磁石(21)の内周側の面(21a)に形成された凸部(31)がはまって永久磁石(21)の周方向の移動を阻止する凹部(30)が形成されている。

凹部(30)の両側壁(30b)は、互いに平行な平面であり、かつ、ロータ本体(28)の軸心を通る１つの平面に対して対称である。凹部(30)の周方向の幅は、永久磁石(21)の同方向の幅より小さい。

永久磁石(21)の全体構成は第１実施形態の場合と同様であり、内周側の面(21a)の周方向中央部に、四角柱状の凸部(31)が一体に形成されている。

永久磁石(21)の凸部(31)がロータ本体(28)の凹部(30)に密にはめられ、永久磁石(21)の内周側の面(21a)がロータ本体(28)の外周面(28c)に密着しており、磁力により永久磁石(21)がロータ本体(28)に固定されている。

他は第１実施形態の場合と同様であり、対応する部分には同一の符号を付している。

好ましくは、凹部(30)はロータ本体(28)の軸方向全長にわたり、凸部(31)は永久磁石(21)の軸方向全長にわたっている。凹部(30)がロータ本体(28)の軸方向全長にわたっている場合、１つの凸部(31)が永久磁石(21)の軸方向の一部に形成されていてもよいし、複数の凸部(31)が永久磁石(21)の軸方向の複数箇所に形成されていてもよい。１つの凹部(30)がロータ本体(28)の軸方向の一部に形成されていてもよいし、複数の凹部(30)がロータ本体(28)の軸方向の複数箇所に形成されていてもよい。その場合、凸部(31)は凹部(30)に対応する箇所に形成される。

各永久磁石(21)の周方向複数箇所に凸部(31)が形成されていてもよい。その場合、１つの永久磁石(21)に対し、ロータ本体(28)の外周面の周方向複数箇所に凹部(30)が形成される。

凹部(30)は、第２実施形態の場合のように、外周側にいくにつれて幅が徐々に小さくなったものでもよい。その場合、凸部(31)の幅も、外周側にいくにつれて徐々に小さくなっている。

図７は、この発明の第５実施形態の電動モータのロータ(20)の要部を拡大して示す正面図である。

第５実施形態の場合、ロータ本体(28)の外周面(28c)に、永久磁石(21)の内周側の面に形成された凹部(32)にはまって永久磁石(21)の周方向の移動を阻止する凸部(33)が形成されている。

凹部(32)は断面方形状で、凹部(32)の両側壁(32a)は、互いに平行な平面であり、かつ、内周側の面(21a)の中心を通る１つの平面に対して対称である。

凸部(33)は四角柱状をなし、その両側壁(33a)は、互いに平行な平面であり、かつ、ロータ本体(28)の軸心を通る１つの平面に対して対称である。

ロータ本体(28)の凸部(33)が永久磁石(21)の凹部(32)に密にはめられ、永久磁石(21)の内周側の面(21a)がロータ本体(28)の外周面(28c)に密着しており、磁力により永久磁石(21)がロータ本体(28)に固定されている。

他は第１実施形態の場合と同様であり、対応する部分には同一の符号を付している。

好ましくは、凹部(32)は永久磁石(21)の軸方向全長にわたり、凸部(33)はロータ本体(28)の軸方向全長にわたっている。凹部(32)が永久磁石(21)の軸方向全長にわたっている場合、１つの凸部(33)がロータ本体(28)の軸方向の一部に形成されていてもよいし、複数の凸部(33)がロータ本体(28)の軸方向の複数箇所に形成されていてもよい。１つの凹部(32)が永久磁石(21)の軸方向の一部に形成されていてもよいし、複数の凹部(32)が永久磁石(21)の軸方向の複数箇所に形成されていてもよい。その場合、凸部(33)は凹部(32)に対応する箇所に形成される。

各永久磁石(21)の周方向複数箇所に凹部(32)が形成されていてもよい。その場合、１つの永久磁石(21)に対し、ロータ本体(28)の外周面の周方向複数箇所に凸部(33)が形成される。

凹部(32)および凸部(33)は、内周側にいくにつれて幅が徐々に小さくなったものでもよい。

ロータ本体(28)は、鉄以外の強磁性材料製であってもよいし、鍛造などの他の手段で成形されてもよい。ロータ本体(28)に対する永久磁石(21)の固定手段は、上記実施形態のものに限らない。また、上記実施形態のものや他のものを適宜組み合わせたものであってもよい。

電動ポンプユニットの全体構成および各部の構成は、上記実施形態のものに限らず、適宜変更可能である。

たとえば、上記実施形態では、軸受装置が転がり軸受で構成されているが、嘘うちはすべり軸受で構成されてもよい。

また、この発明は、自動車用電動ポンプユニット以外の電動モータにも適用できる。

Claims (4)

1. 複数の永久磁石が円筒状のロータ本体の外周面に周方向に等間隔をおいて固定されている電動モータのロータにおいて、
   ロータ本体が強磁性材料製であり、ロータ本体の外周面に、永久磁石の内周側の部分がはまって永久磁石の周方向の移動を阻止する凹部、永久磁石の内周側の面に形成された凸部がはまって永久磁石の周方向の移動を阻止する凹部、および永久磁石の内周側の面に形成された凹部にはまって永久磁石の周方向の移動を阻止する凸部の少なくともいずれかが形成されていることを特徴とするロータ。
2. ロータ本体が、強磁性材料の焼結体であることを特徴とする請求項１のロータ。
3. 永久磁石が、ネオジム磁石またはサマリウムコバルト磁石であることを特徴とする請求項１または２のロータ。
4. 請求項１〜３のいずれか１項のロータを備えていることを特徴とする電動モータ。

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