特許 7435142 モータ、アクチュエータ、及びモータに備えられるロータの製造方法

(19)【発行国】日本国特許庁(JP)

(12)【公報種別】特許公報(B2)

(11)【特許番号】

(24)【登録日】2024-02-13

(45)【発行日】2024-02-21

(54)【発明の名称】モータ、アクチュエータ、及びモータに備えられるロータの製造方法

(51)【国際特許分類】

   H02K 1/276 20220101AFI20240214BHJP

   H02K 15/03 20060101ALI20240214BHJP

【ＦＩ】

H02K1/276

H02K15/03 Z

【請求項の数】 8

(21)【出願番号】P 2020056827

(22)【出願日】2020-03-26

(65)【公開番号】P2021158795

(43)【公開日】2021-10-07

【審査請求日】2022-12-14

(73)【特許権者】

【識別番号】000000011

【氏名又は名称】株式会社アイシン

(72)【発明者】

【氏名】油井 広明

(72)【発明者】

【氏名】梅 裕希

(72)【発明者】

【氏名】加藤 秀彰

(72)【発明者】

【氏名】園田 貴大

【審査官】佐藤 彰洋

(56)【参考文献】

【文献】特開２０１３－１７２４９１（ＪＰ，Ａ）

【文献】特開２０１６－１４４２３５（ＪＰ，Ａ）

【文献】特開平０９－２０５７４７（ＪＰ，Ａ）

(58)【調査した分野】(Int.Cl.，ＤＢ名)

Ｈ０２Ｋ １／２７

Ｈ０２Ｋ １５／０３

(57)【特許請求の範囲】

【請求項1】

シャフトと共に回動するロータを備えるモータであって、
前記ロータは、複数のヨーク部と、隣り合う前記ヨーク部の間に形成されマグネットを保持するための空間である複数の保持部と、を有し、
前記ヨーク部は、前記保持部に向かって延出し前記保持部内の前記マグネットを保持する爪部を有し、
前記保持部は、前記シャフトの軸方向における前記ヨーク部の一端部から前記爪部までの間に前記マグネットを前記シャフトの径方向の内側へ向かって挿通可能な挿通空間を有し、
前記挿通空間の前記径方向の外側に向かって開口する開口部の前記シャフトの周方向の間隔である開口間隔は前記挿通空間の前記開口部より前記径方向の内側の前記周方向の間隔である挿通間隔より大きい、
モータ。

【請求項2】

前記保持部は、前記軸方向における前記ヨーク部の他端部から前記爪部までの間に終端空間を有し、
前記挿通空間の前記軸方向の長さである第１の長さと前記終端空間の前記軸方向の長さである第２の長さは異なる、
請求項１に記載のモータ。

【請求項3】

前記第１の長さは前記第２の長さよりも長い、
請求項２に記載のモータ。

【請求項4】

前記ロータは前記複数のヨーク部の前記径方向の内側で前記複数のヨーク部と連結するコア部を有し、
前記コア部は前記他端部で前記マグネットの前記軸方向の端部と当接する当接部を有する、
請求項２又は３項に記載のモータ。

【請求項5】

請求項１～４のいずれか１項に記載のモータを備えるアクチュエータ。

【請求項6】

前記シャフトは、車両の車輪と連結する、
請求項５に記載のアクチュエータ。

【請求項7】

後輪操舵システムに使用される、
請求項６に記載のアクチュエータ。

【請求項8】

モータに備えられシャフトと共に回動するロータの製造方法であって、
磁性体を磁化してマグネットを生成する着磁工程と、
前記マグネットを前記ロータに装着する装着工程と、
を含み、
前記ロータは、複数のヨーク部と、隣り合う前記ヨーク部の間に形成され前記マグネットを保持するための空間である複数の保持部と、を有し、
前記ヨーク部は、前記保持部に向かって延出し前記保持部内の前記マグネットを保持する爪部を有し、
前記保持部は、前記シャフトの軸方向における前記ヨーク部の一端部から前記爪部までの間に前記マグネットを前記シャフトの径方向の内側へ向かって挿通可能な挿通空間を有し、
前記挿通空間の前記径方向の外側に向かって開口する開口部の前記シャフトの周方向の間隔である開口間隔は前記挿通空間の前記開口部より前記径方向の内側の前記周方向の間隔である挿通間隔より大きくなっており、
前記装着工程は、前記挿通空間に前記マグネットを前記径方向の内側へ向かって挿通する第１の工程と、
前記第１の工程後に前記マグネットを前記軸方向へ沿って挿通する第２の工程と、を含む、
モータに備えられるロータの製造方法。

【発明の詳細な説明】

【技術分野】

【0001】

本発明はモータ、アクチュエータ、及びモータに備えられるロータの製造方法に関するものである。

【背景技術】

【0002】

従来よりモータには、シャフトが挿入される環状のコア部の周囲にマグネットと扇状のヨーク部が交互に配置されたスポーク型ロータが用いられている。例えば、特許文献１にはスポーク型マグネット配置を持つロータの内周部に配置された磁束障壁部により、磁束の短絡の抑制を可能にする構造が開示されている。

【先行技術文献】

【特許文献】

【0003】

【文献】特許第６３８５７１２号公報

【発明の概要】

【発明が解決しようとする課題】

【0004】

スポーク型ロータを使用することにより、小型で高出力のモータを製造することができる。しかしながら、スポーク型ロータにおいては、シャフトの軸方向に沿って長い形状のマグネットを隣り合うヨーク部の間に形成される空間（保持部）にシャフトの軸方向に沿って高精度で装着しなければならないため、一般的に組付性が悪い。

【0005】

また、ロータにマグネットを装着する際の組付性はマグネットの磁力に影響される。ロータにマグネットを装着する方法として、着磁前の磁性体をロータに装着した後この磁性体を着磁する着磁前装着法と、着磁後の磁性体をロータに装着する着磁後装着法とがある。スポーク型ロータにおいて着磁前装着法を適用する場合には、磁力の影響を受けることなくマグネット（着磁前の磁性体）をロータに装着することができるので、比較的組付性が良くなるが、マグネットに十分な磁力を与えることが困難な場合が多い。そのため、必要な出力を得るためにマグネットを大型化する必要が生じ、モータの小型化や軽量化を達成できない場合がある。一方、スポーク型ロータにおいて着磁後装着法を適用する場合には、マグネットに十分な磁力を与えることが可能となるが、磁力の影響により組付性が悪くなる。

【0006】

本発明は上記のような事情に鑑みてなされたものであり、スポーク型ロータへのマグネットの組付性を向上させることを目的とする。

【課題を解決するための手段】

【0007】

上記課題を解決するために、本発明はシャフトと共に回動するロータを備えるモータであって、ロータは、複数のヨーク部と、隣り合うヨーク部の間に形成されマグネットを保持するための空間である複数の保持部と、を有し、ヨーク部は、保持部に向かって延出し保持部内のマグネットを保持する爪部を有し、保持部は、シャフトの軸方向におけるヨーク部の一端部から爪部までの間にマグネットをシャフトの径方向の内側へ向かって挿通可能な挿通空間を有することを特徴とするものである。ヨーク部の端部に挿通空間を有することにより、マグネットの端部を、マグネットの長手方向を軸方向に対して平行又は略平行にした状態で挿通空間から径方向内側へ挿通することが可能となり、マグネットの組付性が向上する。

【0008】

また、挿通空間の径方向の外側に向かって開口する開口部のシャフトの周方向の間隔である開口間隔は挿通空間の開口部より径方向の内側の周方向の間隔である挿通間隔より大きくてもよい。開口間隔が挿通間隔よりも大きいため、マグネットを挿通空間から径方向の内側へ挿通するのがより容易となり組付性が向上する。

【0009】

また、保持部は、軸方向におけるヨーク部の他端部から爪部までの間に終端空間を有し、挿通空間の軸方向の長さである第１の長さと終端空間の軸方向の長さである第２の長さは異なっていてもよい。第１の長さと第２の長さが異なることにより、マグネットを挿通するためにロータを設置した際に、ロータの上下が判別しやすくなり誤組付けの防止が可能となる。

【0010】

また、第１の長さは第２の長さよりも長くてもよい。これにより、マグネットを挿通するためにロータを設置した際に、ロータの上下が判別しやすくなり誤組付けの防止となる。さらにマグネットを挿通する挿通空間の第１の長さが終端空間の第２長さよりも長くすることにより、マグネットを挿通空間から径方向の内周側へ挿通するのが容易となり組付性が向上する。

【0011】

また、ロータは複数のヨーク部の径方向の内側で複数のヨーク部と連結するコア部を有し、コア部は他端部でマグネットの軸方向の端部と当接する当接部を有してもよい。コア部の軸方向端部にマグネットの軸方向端部と当接する当接部を有することにより、マグネットを軸方向に挿通空間へ挿通する際に、コア部の当接部によりマグネットが指定位置よりも奥へ挿通されることがなくなる。それにより、マグネット位置の再調整が必要なくなるため組付性が向上する。

【0012】

また、本発明は上記モータを備えるアクチュエータであってもよい。本発明のモータは小型化が可能であるため、本発明のモータを搭載したアクチュエータも小型化することが可能となり、搭載性や軽量化に貢献することが出来る。

【0013】

また、上記アクチュエータに備えられるモータのロータと共に回動するシャフトは車両の車輪と連結するものであってもよい。このように小型化が可能なモータ及びアクチュエータを車両に利用することにより、車両の小型化、軽量化、燃費向上等を図ることが可能となる。

【0014】

また、上記アクチュエータは後輪操舵システムに使用されてもよい。これにより後輪操舵システムを備えた車両の小型化、軽量化、燃費向上等を図ることが可能となる。

【0015】

また、本発明は、モータに備えられシャフトと共に回動するロータの製造方法であって、磁性体を磁化してマグネットを生成する着磁工程と、マグネットをロータに装着する装着工程と、を含み、ロータは、複数のヨーク部と、隣り合うヨーク部の間に形成されマグネットを保持するための空間である複数の保持部と、を有し、ヨーク部は、保持部に向かって延出し保持部内のマグネットを保持する爪部を有し、保持部は、シャフトの軸方向のヨーク部の端部から爪部までの間にマグネットをシャフトの径方向の内側へ向かって挿通可能な挿通空間を有し、前記挿通空間の前記径方向の外側に向かって開口する開口部の前記シャフトの周方向の間隔である開口間隔は前記挿通空間の前記開口部より前記径方向の内側の前記周方向の間隔である挿通間隔より大きくなっており、装着工程は、挿通空間にマグネットを径方向の内側へ向かって挿通する第１の工程と、第１の工程後にマグネットを軸方向へ沿って挿通する第２の工程と、を含む、ことを特徴とするものである。これにより、装着工程にて着磁後のマグネットの端部を挿通空間から径方向内側へ挿通することが可能となり、高い着磁率を有するマグネットの組付性が向上する。

【図面の簡単な説明】

【0016】

【図1】マグネットが組付けられるロータの斜視図である。

【図2】ロータの正面図である。

【図3】マグネットが組付けられたロータの上面図である。

【図4】図３における保持部の拡大図である。

【図5】モータが搭載されたアクチュエータの図である。

【図6】アクチュエータが後輪操舵システムに搭載された状態を示す図である。

【図7】モータに備えられるロータの製造方法

【発明を実施するための形態】

【0017】

以下、本発明の実施形態について、図面を参照して詳細に説明する。

【0018】

＜モータに備えられるロータについて＞
図１はマグネット３が組付けられるロータ１の斜視図である。図２はロータ１の正面図である。図３はマグネット３が組付けられたロータ１の上面図である。図４は図３における保持部４の拡大図である。

【0019】

ロータ１はモータの一部を構成するものであり、モータの出力シャフトと共に回動するユニットである。ロータ１は複数のヨーク部２及び複数のマグネット３を有し、隣り合うヨーク部２の間にはマグネット３を保持するための空間である保持部４が形成されている。マグネット３が保持部４に保持されることにより、ロータ１はスポーク型マグネット配置を有する構成となっている。なお、本実施形態では薄板の積層体によってロータ１が構成されているが、ロータ１は一つの部材で構成されてもよい。

【0020】

ヨーク部２は保持部４へ向かって延出する爪部５を有する。本実施形態では爪部５は隣り合うヨーク部２からそれらのヨーク部２の間に形成された保持部４へ延出する形態を取っている。

【0021】

向かい合う爪部５の間隔Ｒｔｂは２．０ｍｍ以下であるとよい。爪部５の間隔が２．０ｍｍ以下となることによりロータ１が回動時にマグネット３へ遠心力が加わってもマグネットの保持力が確保され、ロータ１外へのマグネット３の飛び出しを防ぐことが出来る。また、爪部５の間隔Ｒｔｂは１．０ｍｍ以上であるとよい。爪部５の間隔が１．０ｍｍ以上となることにより、爪部５とマグネット３との接触面積が低減することができ、磁束密度低下によるモータの出力低下を防止することが出来る。また、爪部５の間隔Ｒｔｂが１．０ｍｍ以上であり２．０ｍｍ以下であると、マグネット３の保持力とモータの出力低下の防止のいずれの効果も得ることができる。

【0022】

なお、本実施形態では爪部５は隣り合うヨーク部２からそれらのヨーク部２によって形成された保持部４へ向かってそれぞれ延出する形態だが、爪部５は隣り合うヨーク部２の片側のみから保持部４へ延出する形態でもよい。その際の爪部５の間隔Ｒｔｂは爪部５の先端と爪部５が延出していない隣り合うヨーク部２との距離となる。

【0023】

爪部５の出力シャフトの軸方向（Ｚ軸方向）の幅ＲＬｃは５．０ｍｍ以下であるとよい。５．０ｍｍ以下とすることにより爪部５とマグネット３との接触面積を低減することができ、磁束密度低下によるモータの出力低下を防止することが出来る。また、爪部５の幅ＲＬｃは０．３ｍｍ以上であるとよい。０．３ｍｍ以上とすることにより、ロータ１が回転する際に発生する遠心力によりマグネット３が飛び出すのを防止することができ、マグネット３の保持力が向上する。また、爪部５の幅ＲＬｃが０．３ｍｍ以上であり５．０ｍｍ以下であるとマグネット３の保持力とモータの出力低下の防止のいずれの効果も得ることができる。

【0024】

本実施形態にかかる各保持部４は、ヨーク部２の軸方向の一端部１０と、一端部１０から軸方向に最も近い爪部５との間に挿通空間６を有している。挿通空間６はマグネット３を保持部４に挿通する際にマグネット３を出力シャフトの径方向の外側から内側へ向かって移動させて挿通するための空間である。

【0025】

挿通空間６の軸方向の長さである第１の長さＲＬａは、ロータ１の軸方向の長さＲＬとの比率ＲＬａ／ＲＬが６．０％以上であるとよい。６．０％以上とすることにより、マグネット３を挿通空間６へ径方向に挿通させる際の組付性を十分に向上させることができる。また、比率ＲＬａ／ＲＬは３０．０％以下であるとよい。３０．０％以下とすることにより、遠心力によるマグネット３のずれを防ぐ保持力を確保できる。また、比率ＲＬａ／ＲＬが６．０％以上であり３０．０％以下であると、挿通空間６への組付性とマグネット３のずれを防ぐ保持力のいずれの効果も得ることができる。例えば、ＲＬが４１．５ｍｍの時はＲＬａは２．５ｍｍ以上であり１２．４５ｍｍ以下であるといずれの効果も得ることができ、ＲＬａが８．０ｍｍの時はＲＬは２６．７ｍｍ以上であり１３２．８ｍｍ以下であるといずれの効果も得ることが出来る。

【0026】

挿通空間６の径方向の外側に向かって開口する開口部の周方向の間隔である開口間隔Ｒｔａは、挿通空間６の内部の周方向の間隔である挿通間隔Ｒｔよりも大きい。これにより、マグネット３を挿通間隔６に径方向に挿通する際の組付性が向上する。

【0027】

ロータ１は径方向の内側においてすべてのヨーク部２と連結するコア部７を有している。コア部７は軸方向の他端部１１に当接部８を有している。当接部８は、マグネット３を軸方向に沿って保持部４へ挿通する際にマグネット３が他端部１１を超えて挿通することを防止するために、マグネット３の他端部１１側の端部と当接する部分である。当接部８の径方向の長さである当接長さＲｔｃは０．５ｍｍ以上であるとよい。０．５ｍｍ以上であることにより、マグネット３が指定位置を超えて挿通されることを確実に防止でき、マグネット３の組付性が向上する。

【0028】

また、本実施形態にかかる保持部４の他端部１１側には終端空間１２が形成されており、上記第１の長さＲＬａと終端空間１２の軸方向の長さである第２の長さＲＬｂとは異なっている（本実施形態においてはＲＬａ＞ＲＬｂ）。このように第１の長さＲＬａと第２の長さＲＬｂが異なることにより、マグネット３を保持部４へ挿通するためにロータ１を設置した際にロータ１の上下の判別がつきやすくなり、マグネット３の誤組付けが無くなる。なお、誤組付け防止の観点からは第１の長さＲＬａと第２の長さＲＬｂの大小は問わないが、マグネット３を挿通空間６へ挿通する際の組付性の観点からはＲＬａ＞ＲＬｂの関係が好ましい。

【0029】

また、本実施形態では、１つの保持部４における爪部５の形成箇所は２か所だが、爪部５の形成箇所は１か所でもよく、３か所以上でもよい。爪部５の形成箇所を１か所にすることにより、爪部５を加工するコストを低減することができる。また、爪部５の形成箇所が増えることにより、マグネット３の保持力が向上し、ロータ１が回転する際に発生する遠心力によりマグネット３が飛び出すのを確実に防止することができる。

【0030】

また、ヨーク部２とコア部７を連結する連結部１３とヨーク部２の内周部１４とのなす角度Ｒｄは１０°～９０°であるとよい。角度Ｒｄが１０°より小さくなると加工が難しくなりコストが増加する。また、角度Ｒｄが９０°よりも大きくなるとマグネット３との接触面積が低下するため、使用可能なマグネット３の磁束量が低下しモータの出力が低下する。

【0031】

また、本実施形態のマグネット３の径方向の内側の角部９は直角形状となっているが、角部９はＲ形状になっていてもよい。角部９がＲ形状になっていることによりマグネット３をマグネット挿入工程Ａ３１で挿入する際の組付性がさらに向上する。また、角部９にＣ面取り等の面取りが施されていても同様の効果が得られる。

【0032】

以上のように、本実施形態にかかるロータ１は挿通空間６を有することにより、マグネット３を保持部４へ挿通する際の工程を、マグネット３を径方向の外側から内側へ挿通するマグネット挿通工程Ａ３１と、マグネット３を軸方向に沿って一端部１０から他端部１１へ挿通するマグネット挿通工程Ｂ３２に分割することが出来る。従来ではマグネット挿通工程Ｂ３２の１工程のみでマグネット３を保持部４へ挿通していた。そのため、マグネット３のＸ軸方向、Ｙ軸方向、Ｚ軸方向、マグネット３のＸ軸中心の回動方向、マグネット３のＹ軸中心の回動方向、マグネット３のＺ軸中心の回動方向の６つのパラメータを同時に制御しなければいけなかった。しかし、挿通空間６を有することにより、マグネット挿通工程Ａ３１ではマグネット３のＸ軸方向、マグネット３のＹ軸中心の回動方向、マグネット３のＺ軸中心の回動方向の３つのパラメータの同時制御で挿通可能となる。また、マグネット挿通工程Ｂ３２ではマグネット３のＹ軸方向、マグネット３のＺ軸方向、マグネット３のＸ軸中心の回動方向の３つのパラメータ同時制御でマグネット３の挿通が可能となる。これにより、１つの工程での同時制御が必要となるパラメータ数が低減されるため、マグネット３の装着が容易となり、マグネット３の組付性が向上する。

【0033】

＜アクチュエータについて＞
図５はモータ２１が搭載されたアクチュエータ２２の図である。本実施形態に係るアクチュエータ２２は上記ロータ１を備えるモータ２１を搭載するものであり、例えば自動車を構成するユニットの一つとして利用される。この場合、ロータ１と連結する出力シャフトは自動車の車輪と連結するものであってもよい。

【0034】

本実施形態のモータ２１は上記ロータ１を備えるものであるから、小型化等が可能なものである。そのため、本実施形態のモータ２１を搭載するアクチュエータ２２も小型化等が可能となる。それにより、アクチュエータ２２の搭載性、軽量化が可能となる。

【0035】

図６はアクチュエータ２２が後輪操舵システム２３に搭載された状態を示す図である。上述したように本実施形態のアクチュエータ２２は小型化等が可能なものであるから、当該アクチュエータ２２を搭載した後輪操舵システム２３も小型化等が可能なものとなる。これにより、本実施形態の後輪操舵システム２３を備えた車両の小型化、軽量化、燃費向上等を図ることが可能となる。

【0036】

＜モータに備えられるロータの製造方法について＞
次に本実施形態にかかるモータに備えられるロータの製造方法を説明する。図１及び図７を参照し、モータ２１に備えられるロータ１へのマグネット３の組付け工程について説明する。

【0037】

（着磁工程）
本実施形態では高出力のスポーク型マグネット配置を持つロータ１を製造するために、マグネット３をロータ１へ組み付ける前に着磁を行う。マグネット３をロータ１へ組み付ける前にマグネット３（磁性体）の着磁を行うことにより、マグネット３の着磁率を高くすることが可能となる（ステップＳ１）。

【0038】

次に着磁したマグネット３を取り出し、ロータ１へマグネット３を組み付けるための治具へセットする（ステップＳ２）。

【0039】

（組付け工程）
組付け用治具へマグネット３をセットした後、マグネット３の組付けの第１の工程であるマグネット挿通工程Ａ３１として、マグネット３を挿通空間６から径方向の内側へ向かって移動（平行移動）させて保持部４へ挿通する（ステップＳ３、図１参照）。

【0040】

次にマグネット３の組付けの第２の工程であるマグネット挿通工程Ｂ３２として、マグネット３を軸方向に沿って他端部１１へ向かって移動（垂直移動）させて保持部４へ挿通する（ステップＳ４、図１参照）。この際、当接部８によってマグネット３の保持位置を行き過ぎることがなく、マグネット３の保持位置の再調整の必要がなくなる。

【0041】

上記製造方法によれば、高い着磁率を有するマグネット３を比較的容易にロータ１へ組み付けることが可能になる。そのため、小型で高出力のモータ２１を高い生産性で製造することが出来る。

【0042】

以上、本発明の実施形態を説明したが、この実施形態は例として提示したものであり、発明の範囲を限定することは意図していない。これら新規な実施形態は、その他の様々な形態で実施されることが可能であり、発明の要旨を逸脱しない範囲で、種々の省略、置き換え、変更を行うことができる。これら実施形態やその変形は、発明の範囲や要旨に含まれるとともに、特許請求の範囲に記載された発明とその均等の範囲に含まれる。

【符号の説明】

【0043】

１ ロータ
２ ヨーク部
３ マグネット
４ 保持部
５ 爪部
６ 挿通空間
７ コア部
８ 当接部
９ 角部
１０ 一端部
１１ 他端部
１２ 終端空間
１３ 連結部
１４ 内周部
２１ モータ
２２ アクチュエータ
２３ 後輪操舵システム
３１ マグネット挿入工程Ａ
３２ マグネット挿入工程Ｂ

【図1】

【図2】

【図3】

【図4】

【図5】

【図6】

【図7】