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公開番号2020025445
公報種別公開特許公報(A)
公開日20200213
出願番号2019125840
出願日20190705
発明の名称電気モータのためのロータアセンブリ
出願人ジョンソン エレクトリック インターナショナル アクチェンゲゼルシャフト
代理人個人,個人,個人,個人,個人,個人,個人,個人
主分類H02K 1/27 20060101AFI20200121BHJP(電力の発電,変換,配電)
要約【課題】ステッパモータなどの電気モータで用いるのに十分に頑強であり、2方向の磁化を有し、構造に接着剤を用いないロータアセンブリを提供する。
【解決手段】電気モータ50のためのロータアセンブリ10が提供される。ロータアセンブリ10は、軸方向及び半径方向の両方に磁化を有する円筒状の磁石部材12であって、成形可能な磁性材料から形成される磁石部材12と、磁石部材12内に収容可能な出力軸14とを備える。磁石部材12の内面28及び出力軸14の外面26は、相補的に係合可能なインタフェース要素を有し、磁石部材12と出力軸14とのずれを防止又は制限し、インタフェース要素の少なくとも1つは、磁石部材12及び出力軸14の一方を、磁石部材12及び出力軸14の他方と共に、オーバーモールドすることによって形成される。
【選択図】図3
特許請求の範囲【請求項1】
軸方向及び半径方向の両方に磁化を有する円筒状の磁石部材と、
前記磁石部材内に収容可能な出力軸と、を備え、
前記磁石部材の内面及び前記出力軸の外面は、相補的に係合可能なインタフェース要素を有し、前記磁石部材と前記出力軸とのずれを防止又は制限し、前記インタフェース要素の少なくとも1つは、前記磁石部材及び前記出力軸の一方を、前記磁石部材及び前記出力軸の他方と共に、オーバーモールドすることによって、形成される、
ことを特徴とするロータアセンブリ。
続きを表示(約 2,100 文字)【請求項2】
前記磁石部材は、磁性材料とポリマー樹脂との混合物から形成され、前記磁性材料は、希土類磁性材料を含むことを特徴とする、請求項1に記載のロータアセンブリ。
【請求項3】
前記出力軸は、成形可能な材料から形成され、前記磁石部材は、成形可能な磁性材料から形成されることを特徴とする、請求項1に記載のロータアセンブリ。
【請求項4】
前記出力軸は、一体に形成されたピニオンギアを備えることを特徴とする、請求項1に記載のロータアセンブリ。
【請求項5】
前記出力軸は、少なくとも1つのベース部を備えることを特徴とする、請求項1に記載のロータアセンブリ。
【請求項6】
前記磁石部材は、多極磁石部材であることを特徴とする、請求項1に記載のロータアセンブリ。
【請求項7】
前記磁石部材は、6〜20個の極を有することを特徴とする、請求項6に記載のロータアセンブリ。
【請求項8】
前記磁石部材の前記インタフェース要素は、内方突起を備え、前記出力軸の前記相補的に係合可能なインタフェース要素は、前記磁石部材の前記内方突起の収容溝として形成されることを特徴とする、請求項1に記載のロータアセンブリ。
【請求項9】
前記相補的に係合可能なインタフェース要素は、周方向に非対称であることを特徴とする、請求項1に記載のロータアセンブリ。
【請求項10】
前記磁石部材の前記内面及び前記出力軸の前記外面は、形状嵌合インタフェースを形成することを特徴とする、請求項1に記載のロータアセンブリ。
【請求項11】
前記磁石部材は、その軸方向端面に、少なくとも1つの案内突起を備えることを特徴とする、請求項1に記載のロータアセンブリ。
【請求項12】
ステータと、請求項1に記載のロータアセンブリとを備えることを特徴とする電気モータ。
【請求項13】
前記電気モータは、ステッパモータ又はブラシレス直流(BLDC)モータであることを特徴とする、請求項12に記載の電気モータ。
【請求項14】
請求項1に記載のロータアセンブリを形成する方法であって、前記方法は、
a)前記磁石部材及び前記出力軸の一方を形成するための金型形状を有する第1の成形用具を準備するステップと、
b)流動性材料を前記第1の成形用具内に射出して、それを硬化させることによって、前記磁石部材及び前記出力軸の一方を成形するステップと、
c)前記ロータアセンブリを形成するための金型形状を有する第2の成形用具を準備するステップと、
d)前記磁石部材及び前記出力軸の一方を前記第2の成形用具内に挿入し、流動性材料を前記第2の成形用具内に射出して、それを硬化させるステップと、
を含むことを特徴とする方法。
【請求項15】
前記第2の成形用具は、前記磁石部材に2方向の磁化を与えるように配置される複数の永久磁石を備えることを特徴とする、請求項14に記載の方法。
【請求項16】
前記第1の成形用具は、前記磁石部材に2方向の磁化を与えるように配置される複数の永久磁石を備えることを特徴とする、請求項14に記載の方法。
【請求項17】
ステップa)の際、前記第1の成形用具は、前記出力軸を形成するための金型形状を有し、ステップd)の際、前記流動性材料の前記第2の成形用具内への射出は、前記出力軸の少なくとも一部に位置合わせされることを特徴とする、請求項14に記載の方法。
【請求項18】
請求項1に記載のロータアセンブリを形成する方法であって、前記方法は、
a)前記磁石部材を形成するための金型形状を有する成形用具を準備するステップであって、前記成形用具は、前記磁石部材に2方向の磁化を与えるように配置される複数の永久磁石を備える、ステップと、
b)前記出力軸を前記成形用具内に挿入するステップと、
c)流動性磁性材料を前記成形用具内の前記出力軸の周りに射出して、前記流動性磁性材料を硬化させるステップと、
を含むことを特徴とする方法。
【請求項19】
ステップc)の際、前記流動性磁性材料は、いくつかの射出ノズルを介して射出され、前記射出ノズルの数は、前記複数の永久磁石によって生じる磁極の数に等しいか、磁極の数に比例するか、又は磁極の数の係数であり、前記射出ノズルと前記磁極との比は、1:2であることを特徴とする、請求項18に記載の方法。
【請求項20】
請求項1に記載のロータアセンブリを製造するためのツールセットであって、前記ツールセットは、前記磁石部材及び前記出力軸の一方を形成するための金型形状を有する第1の成形用具と、前記ロータアセンブリを形成するための金型形状を有する第2の成形用具とを備え、前記第1及び第2の成形用具の1つは、前記磁石部材に2方向の磁化を与えるように配置される複数の永久磁石を備える、ことを特徴とするツールセット。

発明の詳細な説明【技術分野】
【0001】
[0001] 本開示は、ロータアセンブリに関し、特に、ステッパモータなどの電気モータに用いられるが、これに限定されるものではない。また、本開示は、このようなロータアセンブリを有する電気モータにも関する。
続きを表示(約 7,200 文字)【背景技術】
【0002】
[0002] 電気モータ、特に、ステッパモータ又はブラシレス直流(BLDC)モータなどのブラシレスモータを用いて、作動の精密制御を行う。というのは、モータは、非常に小刻みで正確なステップで作動することができるからである。通常、モータの位置の何らかの内部基準があり、これは、例えば、モータのロータの磁界の正確な検出によって、ロータの回転位置に基づいて、推定又は計算することができる。
【0003】
[0003] 有用なモータを実現するため、ロータは、いくつかの重要な特性を有さなければならない。第一に、好ましくは、磁界の正確な検出を行うことができるように、軸方向及び半径方向の両方に明確に規定された磁界でなければならない。第二に、ロータは、特定の作動温度に作動することができなければならない。第三に、ロータは、モータの必要なトルク要件を提供することができるように、十分に頑強でなければならない。
【0004】
[0004] ロータアセンブリは、一般に、上記の基準の問題が生じる。特に、2方向の磁化、すなわち、ロータの軸方向及び半径方向の両方の磁化が必要な場合、ロータの出力軸を、磁界を発生する1つ又は複数の磁石と一体化することは困難である。
【0005】
[0005] 1つの任意選択として、出力軸を磁石に接着して連結する。この場合、接着剤は、通常、高い作動温度下で劣化して、モータの効果を低下させるという難点がある。磁石及び出力軸の回転位置の間の滑りも、高いトルク下で出力軸の損傷を招く可能性があるので、問題である。部品を互いに接着することも、ロータアセンブリの製造のコスト及び困難さを増大させる。
【0006】
[0006] 別の問題として、ロータアセンブリの磁石部材の2方向の磁化の生成は、電磁的に発生させた磁界を用いて、必要な磁化を与える必要がある。これにより、成形用具内に多くの熱を発生し、このような高温に耐えることができないロータの他の部品の変形を招く可能性がある。このことは、従来、改良されたロータの開発を妨げてきた。更に、何らかの理由で、電磁コイル又は同様の要素の1つ又はそれ以上が、正しく作動しない場合、この方法によって製造されるいかなるロータも、正しく作動することができない。
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【0007】
[0007] 本開示は、ステッパモータなどの電気モータで用いるのに十分に頑強であり、2方向の磁化を有し、構造に接着剤を用いないロータアセンブリを提供しようとするものである。
【課題を解決するための手段】
【0008】
[0008] 本開示の第1の態様では、電気モータのためのロータアセンブリを提供するものであり、このロータアセンブリは、軸方向及び半径方向の両方に磁化を有する円筒状の磁石部材であって、成形可能な磁性材料から形成される磁石部材と、前記磁石部材内に収容可能な出力軸とを備え、前記磁石部材の内面及び前記出力軸の外面は、相補的に係合可能なインタフェース要素を有し、前記磁石部材と前記出力軸とのずれを防止又は制限し、前記インタフェース要素の少なくとも1つは、前記磁石部材及び前記出力軸の一方を、前記磁石部材及び前記出力軸の他方と共に、オーバーモールドすることによって形成される。
【0009】
[0009] 磁石部材及び出力軸が一緒にオーバーモールドされるロータアセンブリを提供することによって、相互に係合されなければならない別個の部品を設ける必要を無くす。したがって、このロータアセンブリは、単体部品として組み立てることができ、これにより、このようなアセンブリを含むモータの製造のコスト及び複雑さを著しく低減する。このロータアセンブリは、熱劣化しやすく、モータの寿命を短くする可能性がある接着部品を製造に用いる必要を無くすこともできる。
【0010】
[0010] 好ましくは、前記磁石部材は、磁性材料とポリマー樹脂との混合物から形成されることができ、前記磁性材料は、希土類磁性材料を含むことができる。
【0011】
[0011] 精密且つ正確な磁界を有するように磁化することができる流動性材料を提供するため、最良の任意選択として、流動性・硬化性樹脂配合物中に懸濁される希土類磁性材料を提供する。
【0012】
[0012] 前記出力軸は、成形可能な材料、より好ましくは、射出成形可能なプラスチック材料から形成されることができる。
【0013】
[0013] 磁石部材及び出力軸のオーバーモールドは、材料の一方又は他方が、処理中に変形することなく、オーバーモールドすることができる材料を用いて行われる。
【0014】
[0014] 任意選択的に、前記出力軸は、一体に形成されたピニオンギアを備えることができる。
【0015】
[0015] 出力軸と歯車との間のインタフェースは、従来、ロータアセンブリの構造の脆弱性の原因であるので、ピニオンギアの一体形成によって、出力軸の頑強性を向上させる。
【0016】
[0016] 好ましくは、前記出力軸は、少なくとも1つのベース部を備えることができる。
【0017】
[0017] ベース部(磁石部材が出力軸にオーバーモールドされる場合、好ましくは、出力軸の肩部として形成される)の存在によって、磁石部材の磁化の均一性を向上させることができる。というのは、ベース部は、射出ノズルから関連する成形用具の空隙を通る成形可能な磁性材料の急速な軸方向の流れを遮断するからである。これによって、成形可能な材料は、空隙をより自然にふさぐことができる。
【0018】
[0018] 1つの好ましい実施形態では、前記磁石部材は、多極磁石部材であることができ、好ましくは、6〜20個の極を有することができる。
【0019】
[0019] ロータアセンブリによって発生する高極性磁界によって、ロータの回転位置を高精度に特定することができ、これは、特に、ステッパモータに関連して重要である。
【0020】
[0020] 任意選択的に、前記磁石部材の前記インタフェース要素は、内方突起を備えることができる。
【0021】
[0021] 好ましくは、前記出力軸の前記相補的に係合可能なインタフェース要素は、前記磁石部材の前記内方突起の収容溝として形成されることができる。
【0022】
[0022] 突起(好ましくは、穴の一方又は他方の開口部から内方にオフセットされる)は、有利なことに、オーバーモールド処理に適したカウンターモールド(counter-mold)を提供して、出力軸には、突起の両側に、軸方向保持ストッパが形成されることによって、磁石部材と出力軸との軸方向のずれを防ぐようになっている。
【0023】
[0023] 前記相補的に係合可能なインタフェース要素は、更に又は代替的に、周方向に非対称であることができる。
【0024】
[0024] このような配置は、有利なことに、磁石部材及び出力軸が回転して位相ずれする傾向を防止又は制限し、そうでなければ、使用時、ロータアセンブリの故障を引き起こす可能性がある。
【0025】
[0025] 好ましくは、前記磁石部材の前記内面及び前記出力軸の前記外面は、形状嵌合インタフェースを形成することができる。
【0026】
[0026] 形状嵌合(shape-fit)、形嵌合(form-fit)、幾何形状嵌合(geometric-fit)又は同様の形状係止構造を設けることによって、すなわち、非円筒状インタフェースを有することによって、高速回転速度で、磁石部材及び出力軸の回転位相ずれに対して保護する。
【0027】
[0027] 好ましくは、前記磁石部材は、その軸方向端面に、少なくとも1つの案内突起を備えることができる。
【0028】
[0028] ロータアセンブリに案内突起を設けることによって、有利なことに、ロータアセンブリのばりが、製造工程中に、移動機構に詰まる可能性を制限することができる。
【0029】
[0029] 本開示の第2の態様では、ステータと、本開示の第1の態様によるロータアセンブリとを備える電気モータを提供するものである。前記電気モータは、好ましくは、ブラシレスモータであることができ、より好ましくは、ステッパモータ又はBLDCモータであることができる。
【0030】
[0030] 前記のロータアセンブリを含む電気モータは、部品の数が減らされているので、製造しやすくなり、且つ、高温及び高トルクで故障しにくい。
【0031】
[0031] 本開示の第3の態様では、電気モータのためのロータアセンブリを提供するものであり、このロータアセンブリは、成形可能な磁性材料から形成される円筒状の磁石部材と、前記磁石部材内に収容可能な出力軸とを備え、前記円筒状の磁石部材及び前記出力軸の一方は、前記円筒状の磁石部材及び前記出力軸の他方にオーバーモールドすることによって形成されて、前記円筒状の磁石部材と前記出力軸との間の相対的なずれを防止するようになっている。
【0032】
[0032] 磁石部材及び出力軸をオーバーモールドすることによって、高トルク及び/又は高温で用いるのに頑強であり適した単体のロータアセンブリを作成する機構を提供する。
【0033】
[0033] 本開示の第4の態様では、本開示の第1又は第3の態様によるロータアセンブリを形成する方法を提供するものであり、前記方法は、a)前記磁石部材及び前記出力軸の一方を形成するための金型形状を有する第1の成形用具を準備するステップと、b)流動性材料を前記第1の成形用具内に射出して、それを硬化させることによって、前記磁石部材及び前記出力軸の一方を成形するステップと、c)前記ロータアセンブリを形成するための金型形状を有する第2の成形用具を準備するステップと、d)前記磁石部材及び前記出力軸の一方を前記第2の成形用具内に挿入し、流動性材料を前記第2の成形用具内に射出して、それを硬化させるステップと、を含む。
【0034】
[0034] 本方法は、磁石部材及び出力軸が一緒に形成されるロータアセンブリのオーバーモールドを可能にすることによって、このようなロータアセンブリを有する電気モータを形成するのに必要な部品の総数を減らす。
【0035】
[0035] 1つの好ましい実施形態では、前記第2の成形用具は、前記磁石部材に2方向の磁化を与えるように配置される複数の永久磁石を備えることができる。代替実施形態では、前記第1の成形用具は、前記磁石部材に2方向の磁化を与えるように配置される複数の永久磁石を備えることができる。
【0036】
[0036] 永久磁石を用いることによって、電磁コイルが磁石部材に磁化を与えることに関連する複雑さの多くを除去し、そうでなければ、このようなロータアセンブリの開発を妨げてきた。
【0037】
[0037] 好ましくは、ステップa)の際、前記第1の成形用具は、前記出力軸を形成するための金型形状を有することができ、ステップd)の際、前記流動性材料の前記第2の成形用具内への射出は、前記出力軸の少なくとも一部に位置合わせされることができる。
【0038】
[0038] 射出ノズルを出力軸に位置合わせすることによって、成形可能な磁性材料の流れを遮断することができ、結果的に、磁石部材をより均一に磁化することができる。
【0039】
[0039] 本開示の第1又は第3の態様によるロータアセンブリを形成する方法であって、前記方法は、a)前記磁石部材を形成するための金型形状を有する成形用具を準備するステップであって、前記成形用具は、前記磁石部材に2方向の磁化を与えるように配置される複数の永久磁石を備える、ステップと、b)前記出力軸を前記成形用具内に挿入するステップと、c)流動性磁性材料を前記成形用具内の前記出力軸の周りに射出して、前記流動性磁性材料を硬化させるステップと、を含む。
【0040】
[0040] 出力軸を予備成形し、その後、射出成形工程において、磁性材料を出力軸上に塗布し、必ずしも出力軸自体を成形する必要はないことを可能にすることができる。
【0041】
[0041] 好ましくは、ステップc)の際、前記流動性磁性材料は、いくつかの射出ノズルを介して射出されることができ、前記射出ノズルの数は、前記複数の永久磁石によって生じる磁極の数に等しいか、磁極の数に比例するか、又は磁極の数の係数である。より好ましくは、前記射出ノズルと前記磁極との比は、1:2であることができる。
【0042】
[0042] 磁極の数と射出点の数とを対応させることによって、より均一な磁界を、ロータアセンブリの周囲に発生させることができる。
【0043】
[0043] 本開示の第6の態様では、本開示の第1又は第3の態様によるロータアセンブリを製造するためのツールセットを提供するものであり、前記ツールセットは、前記磁石部材及び前記出力軸の一方を形成するための金型形状を有する第1の成形用具と、前記ロータアセンブリを形成するための金型形状を有する第2の成形用具とを備え、前記第1及び第2の成形用具の1つは、前記磁石部材に2方向の磁化を与えるように配置される複数の永久磁石を備える。
【図面の簡単な説明】
【0044】
本開示の第1の態様によるロータアセンブリの第1の実施形態の前面図である。
図1に示すロータアセンブリの下部図である。
図1に示すロータアセンブリの縦断面図である。
図1のロータアセンブリの磁石部材のための第1の実施可能な磁気構成を示す図である。
図1のロータアセンブリの磁石部材のための第2の実施可能な磁気構成を示す図である。
図1のロータアセンブリの平面図であり、その半径方向の磁界配置を示す図である。
本開示の第2の態様によるステッパモータを示す図である。
本開示の第1の態様によるロータアセンブリの第2の実施形態の縦断面図である。
【発明を実施するための形態】
【0045】
[0044] ここで、添付図面を参照して、単なる例示として、本開示をより詳細に説明する。
【0046】
[0053] 図1及び図2を参照すると、ロータアセンブリ全体が10で示されており、このロータアセンブリは、頑強であり、いくつかの中間部品を組み付けるか又は接着剤を用いる必要がなく、製造することができる。
【0047】
[0054] ロータアセンブリ10は、磁石部材12及び出力軸14を備え、磁石部材12及び出力軸14は、磁石部材12及び出力軸14の一方を他方にオーバーモールドすることによって、一緒に形成される。すなわち、まず、部品の一方が成形され、次に、他方が、元の場所にオーバーモールドされて、磁石部材12及び出力軸14が、単一のロータとして一緒に形成されるようになっている。
【0048】
[0055] 磁石部材12は、円筒状に形成され、出力軸の少なくとも一部が、磁石部材12の内部半径又は内部容積内に収容可能であるか又は形成されている。
【0049】
[0056] 磁石部材12が成形可能であるために、磁石部材12は、成形可能な磁性材料又は成形可能な磁化可能材料から形成されなければならない。この場合、磁石部材12は、磁性材料とポリマー樹脂との混合物から形成され、一旦成形されると、製造の優先に応じて磁化することができる。磁性材料は、NdFeB又はSmCoなどの希土類磁性材料であることが好ましいが、例えば、フェライト系材料も考えられる。
【0050】
[0057] 出力軸14は、磁石部材12の内部容積内に係合可能であるように形成され、磁石部材12の内部容積内に実質的に又は完全に収容可能である磁石接触本体部20と、磁石部材12からロータアセンブリ10の回転軸に沿って突出する軸部22とを有する。内部容積は、実施可能に、本構成の非円筒形状にかかわらず、出力軸14の軸に対して相対的な半径を有すると考えられる。出力軸14は、歯車付き部材、好ましくはピニオンギア24を含むこともでき、ピニオンギア24は、好ましくは、軸部22と一体に形成される。図面に、13個の歯のピニオンギアが示されているが、歯車の歯の数は、モータの用途によって決まると理解されるであろう。
(【0051】以降は省略されています)

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