JP7019420B2

JP7019420B2 - ブラシレスｄｃ電気モータ

Info

Publication number: JP7019420B2
Application number: JP2017545333A
Authority: JP
Inventors: ギルモア、カート・ディー．; ビーズリー、ダリル
Original assignee: アメリカンアクスルアンドマニュファクチャリング，インコーポレイテッド
Priority date: 2015-02-26
Filing date: 2016-02-26
Publication date: 2022-02-15
Anticipated expiration: 2036-02-26
Also published as: WO2016138396A2; WO2016138396A9; EP3262738B1; TWI719013B; TW201640786A; EP3262738A2; US10673290B2; CN107431420B; US20160254735A1; KR20190143479A; CN107431420A; WO2016138396A3; KR102060043B1; KR20170118218A; KR102193903B1; JP2018507675A

Description

関連出願の相互参照
[0001]本出願は、（２０１６年２月２４日出願の）米国特許出願第１５／０５１，８３８号の優先権を主張する。本出願は、「ＢｒｕｓｈｌｅｓｓＤＣＥｌｅｃｔｒｉｃＭｏｔｏｒ」という名称の、（２０１５年２月２６日出願の）米国仮特許出願第６２／１２０，９５６号、および「ＭｅｔｈｏｄＦｏｒＦｏｒｍｉｎｇＴｈｅＲｏｔｏｒＯｆＡｎＥｌｅｃｔｒｉｃＭｏｔｏｒ」という名称の、（２０１５年６月１０日出願の）米国仮特許出願第６２／１７３，６２４号の利益も主張する。上記の特許出願の各々の開示は、本明細書に詳細に完全に記載されているのと同様に、参照により組み込まれる。

[0002]本開示は、ブラシレスＤＣ電気モータに関する。

[0003]本セクションは、本開示に関係する、必ずしも従来技術とは限らない背景情報を提供する。

[0004]ブラシレスＤＣ電気モータは、自動車車両内でさまざまなポンプおよびアクチュエータに一般に用いられている。本発明者は、ブラシレスＤＣ電気モータの多くが、比較的高価であることに注目し、従来のブラシレスＤＣ電気モータと比べて比較的小さな質量と少ない構成要素とを有するブラシレスＤＣ電気モータを設計した。

[0005]本セクションは、本開示の一般的な概要を提供するが、その完全な範囲またはその特徴の全てを包括的に開示するものではない。

[0006]一形態では、本教示は、ブラシレスＤＣ電気モータを形成するための方法を提供する。本方法は、多極構成を有する中空磁石を用意することと、中空磁石の内部表面上にプラスチック材料をオーバーモールドすることと、中空磁石に出力部材を結合することと、ロータをステータに挿入することと、ここでロータが、中空磁石と、出力部材と、中空磁石の内部表面上にオーバーモールドされるプラスチック材料とを備えるものである、を含む。

[0007]別の形態では、本教示は、複数の巻線をもつステータと、ステータ内に受容され、回転軸の周りでステータに対して回転可能なロータとを含む、ブラシレスＤＣモータを提供する。ロータは、出力部材と、中空磁石と、中空磁石の内部表面と出力部材との間に配設されるプラスチック材料とを有する。中空磁石は、多極構成を有する。プラスチック材料は、内部表面にオーバーモールドされる。中空磁石の外部表面が、ロータの回転軸の周りに同心に配設される。内部表面が、ロータの回転軸に中心が置かれておらず、したがって、中空磁石の質量中心がロータの回転軸から径方向にオフセットされている。

[0008]さらに別の形態では、本教示は、ロータを形成するための方法を提供する。方法は、コレットと、第１のモールド部材と、第２のモールド部材とを有する射出成型モールド（injection mold）を用意することと、コレットが、第１のモールド部材と第２のモールド部材との間に受容され、第１のモールド部材および第２のモールド部材の各々が、モールドキャビティの一部分を画定する、モールドキャビティの一部分のうちの一方に、モータ出力部材をはめ込むことと、コレットに中空円筒形磁石をはめ込むことと、中空円筒形磁石の外面をモータ出力部材の回転軸に対して位置付けるため、および中空円筒形磁石の外面上に圧縮力を加えるために、第１のモールド部材と第２のモールド部材とを閉位置に配置することと、溶融プラスチックを圧力下で中空円筒形磁石とモータ出力部材との間に射出することと、モータ出力部材を中空円筒形磁石に固定するために、射出された溶融プラスチックを冷却することとを含む。

[0009]さらに別の形態では、本教示は、ロータを形成するための方法を提供する。本方法は、第１のモールド部材と、第２のモールド部材とを有する射出成型モールドを用意することと、第１のモールド部材および第２のモールド部材の各々が、モールドキャビティの一部分を画定する、モールドキャビティの一部分のうちの一方に、モータ出力部材をはめ込むことと、第１のモールド部材および第２のモールド部材のうちの一方に、中空円筒形磁石を結合することと、モータ出力部材の長手方向軸を、第１のモールド部材および第２のモールド部材によって画定されるロータの回転軸と一致して位置合わせするため、中空円筒形磁石の外面をロータ軸の周りに同心に位置付けるため、および中空円筒形磁石の外面に圧縮力を加えるために、第１のモールド部材と第２のモールド部材とを閉位置に配置することと、溶融プラスチックを圧力下で中空円筒形磁石とモータ出力部材との間に射出することと、モータ出力部材を中空円筒形磁石に固定するために、射出された溶融プラスチックを冷却することとを含む。

[0010]適用可能性のさらなる範囲は、本明細書で行われる説明から明らかとなるであろう。本概要内での説明および具体例は、単に例示を目的として意図されたものであり、本開示の範囲を限定するようには意図されていない。

[0011]本明細書で説明される図面は、単に例示を目的として、可能なあらゆる実装形態ではなく選択された実施形態のものであり、本開示の範囲を限定するようには意図されていない。

[0012]本開示の教示に従って構築された例示的ブラシレスＤＣ電気モータの斜視図。 [0013]被駆動デバイスと動作可能に関連して示されている図１のブラシレスＤＣ電気モータの長手方向断面図。 [0014]図１のブラシレスＤＣ電気モータの一部分の斜視図であり、ロータをより詳細に示す図。 [0015]図３のロータの長手方向断面図。 [0016]図３のロータの一部分の斜視図であり、磁石をより詳細に示す図。 [0017]磁石上のＮ極とＳ極との間に延在する磁束線を描いた、磁石の概略図。 [0018]ロータの内部へと延在する磁束線を描いた、従来のブラシレスＤＣ電気モータの磁石の概略図。 [0019]出力結合部をより詳細に示す、図３のロータの一部分の斜視図。 [0020]図１のブラシレスＤＣ電気モータの一部分の斜視図であり、シャフト部材をより詳細に示す図。 [0021]本開示の教示に従って構築された例示的ブラシレスＤＣ電気モータの斜視図。 [0022]図１０のブラシレスＤＣ電気モータの分解長手方向断面図。 [0023]図１０のブラシレスＤＣ電気モータの一部分の長手方向断面図であり、ロータをより詳細に示す図。 [0024]ロータのモータ出力部材の端部セクション内に形成されたセンタリング特徴部を示す、図１２の拡大部分の図。 [0025]ロータの一部分の斜視図であり、中空磁石をより詳細に示す図。 [0026]磁石の軸方向端部の概略図であり、磁石の極の多極配向を示す図。 [0027]図１０のブラシレスＤＣ電気モータのロータの形成に使用できるように構成されている、例示的射出成型モールドの一部分の図。 [0028]図１６のものに類似しているが、ロータを形成するためのプロセスのさまざまな段階での射出成型モールドを描いた図。図１６のものに類似しているが、ロータを形成するためのプロセスのさまざまな段階での射出成型モールドを描いた図。図１６のものに類似しているが、ロータを形成するためのプロセスのさまざまな段階での射出成型モールドを描いた図。図１６のものに類似しているが、ロータを形成するためのプロセスのさまざまな段階での射出成型モールドを描いた図。図１６のものに類似しているが、ロータを形成するためのプロセスのさまざまな段階での射出成型モールドを描いた図。図１６のものに類似しているが、ロータを形成するためのプロセスのさまざまな段階での射出成型モールドを描いた図。図１６のものに類似しているが、ロータを形成するためのプロセスのさまざまな段階での射出成型モールドを描いた図。

[0029]対応する参照番号は、これらの図面のいくつかの図を通して対応する部分を示す。

[0030]図面のうちの図１および図２を参照すると、本開示の教示に従って構築された例示的ブラシレスＤＣ電気モータが、全体的に参照番号１０によって示されている。モータ１０は、モータハウジング１２と、ステータ１４と、ロータ１６とを含むことができる。モータハウジング１２は、ステータ１４およびロータ１６がその中に受容され得るキャビティ１８を画定することができる。ステータ１４は、従来通りに構築され得、本明細書では詳細に論じられる必要がない。

[0031]図２、図３、および図４では、ロータ１６は、磁石３０と、ロータシェル３２と、出力結合部３４と、ベアリング３６と、任意選択のシャフト部材３８とを備えることができる。

[0032]図５では、磁石３０は、例えば押出成型されたフェライトから形成され得る、中空円筒形構造とすることができる。磁石３０は、磁石３０の円周の周りで交番する複数のＮ極４０およびＳ極４２を有する、多極配向構成を有することができる。図６に示されるように、磁束線４４が、Ｎ極４０とＳ極４２を接続することができ、したがって、磁石３０の内部は、従来のブラシレスＤＣ電気モータにおいて求められる磁気感受性材料（magnetically susceptible material）で充填される必要がない。この点に関して、従来のブラシレスＤＣ電気モータでは、（図７に示される）ラジアル異方性構成を有する磁石が用いられているので、磁気回路を完全なものにするために、磁石の内側に磁気感受性材料が必要である。従来のブラシレスＤＣ電気モータと比べて、磁石３０の多極配向構成は、ロータ１６（図４）が磁気感受性コアを有する必要性をなくし、それが、ロータ１６（図４）の中心の中空化を可能にし、それにより、ロータ１６（図４）の質量および慣性モーメントが低減する。図５に戻ると、磁石３０は、中心開口４６と、磁石外面４８とを画定することができる。中心開口４６は、８角形形状などの非円形断面形状を有することができる。非円形断面形状を選択すると、Ｎ極４０およびＳ極４２の数が決まり得ることが理解されよう。提示された特定の例では、８角形形状によって生み出される８つの内部コーナにより、そのうち４つがＮ極４０であり、そのうち４つがＳ極４２である、８つの極を磁石３０が有することが決まる。磁石外面４８は、センタレス研削など、所望のプロセスにおいて形成され得る。

[0033]図２および図４では、ロータシェル３２は、磁石３０に取り付けられ得、適切なプラスチック材料などの電気絶縁材料から形成され得る。提示された特定の例では、ロータシェル３２は、磁石外面４８と磁石３０の内部表面５０とをロータシェル３２のプラスチックで包むように、磁石３０上にオーバーモールドされる（すなわち磁石３０に密着接合される）。材料を磁石外面４８および磁石３０の内部表面５０上にオーバーモールドすることは、磁石３０が高いプラスチック射出圧力にさらされるとそれに応答して変形されないように、オーバーモールドが形成されるときに磁石３０に加えられる力のバランスをとる助けとなる。加えて、オーバーモールドされたプラスチックが磁石３０の内部表面５０上に堆積することが、ロータ１６の回転バランスをとるのに役立ち得る。この点に関して、磁石３０の中心開口４６がわずかに中心を外れている場合、中心開口４６は、磁石３０の回転バランスをとるために追加の質量が必要となる領域内にオーバーモールドを形成するプラスチック材料によって、部分的に充填され得る。磁石３０の中心開口４６（図５）が、磁石外面４８に対して完全に中心が置かれているとは限らないと仮定して、比較的比重の大きい（すなわち高密度の）材料が、ロータシェル３２を形成するために用いられ得ること、および比較的より比重の大きい材料（すなわち磁石３０の密度に類似の密度を有する材料）が、ロータ１６の回転バランスをとる助けとなることが、理解されよう。任意選択で、出力結合部３４および／またはベアリング３６も、ロータシェル３２を形成するプラスチックによって磁石３０に固定され得る（例えば、ロータシェル３２は、出力結合部３４および／またはベアリング３６上にもオーバーモールドされ得る）。

[0034]図４および図８を参照すると、出力結合部３４は任意選択であり、例えば、モータ１０（図２）から専らロータシェル３２を通じて回転動力を出力することが望ましくない場合がある状況において用いられ得る。提示された例では、出力結合部３４は、粉末金属材料が圧縮および焼結されたものから形成され、この出力結合部３４にロータシェル３２がオーバーモールドされて、それにより、出力結合部３４が磁石３０にしっかりと固定される。別法として、ロータシェル３２が穴開けまたは口開けされ得、出力結合部３４がロータシェル３２に、締まりばめ、接着材料、かしめ、出力結合部３４の変形、リベット、および／またはねじ部品など、所望の様式で固定され得る。ロータシェル３２の出力結合部３４への結合を容易にするために、出力結合部３４は、出力結合部３４がロータシェル３２とインターロックできるようにするさまざまな特徴部を用い得る。例えば、出力結合部３４内に、複数のキャスタレーション６２を画定するように複数の溝６０が形成され得る。溝６０は、ロータシェル３２を形成する材料を受け取るように構成され得る。溝６０内で凝固するオーバーモールド材料が、キャスタレーション６２と協働してロータシェル３２に対する出力結合部３４の回転を妨げる、（具体的に図示されていない）複数のロック構造を画定する。

[0035]出力結合部３４は、回転動力を伝達するように構成されている出力部材７０を伴って構成され得る。出力部材７０は、シャフト様構造として構成され得るが、この特定の例では非円形開口を備えている。提示された例では、非円形開口が、ロータ１６の回転軸７４に垂直な面内に配設されている２つの平坦表面７２を画定する。このようにして構築すると、出力結合部３４が別の構造にそれらの間で回転動力を伝達するために滑りばめ式で接続されることが可能になり、トルク伝達面間のわずかなコンプライアンスが可能になり（すなわち平坦表面７２と出力結合部３４から回転動力を受ける構造の合わせ面との間のいくらかのずれが許容され）、軸方向長さのばらつきの影響を比較的より受けにくい接続が可能になる。

[0036]図２では、ベアリング３６が、磁石３０に結合され得、ロータ１６の、出力結合部３４とは反対の軸方向端部上でロータ１６を支持するように構成され得る。ベアリング３６をロータシェル３２に固定するために、ロータシェル３２がベアリング３６にオーバーモールドされ得る。別法として、ロータシェル３２内に穴が成型（cast）または機械加工され、その穴の中にベアリング３６が組み立てられてもよい。ベアリング３６は、モータハウジング１２上に形成されているスタブシャフト８０を受け取るように構成され得る。

[0037]図２、図４、および図９では、シャフト部材３８をシャフト様構造とすることができ、シャフト部材３８は、第１の動力伝達部１００と、第２の動力伝達部１０２とを画定することができる。第１の動力伝達部１００は、出力結合部３４と係合してそこから回転動力を受けるように構成される。提示された例では、第１の動力伝達部１００が、出力結合部３４内の出力部材７０の非円形開口の平坦表面７２（図８）に対して係合可能な、１対の平坦表面１１０を画定する。第２の動力伝達部１０２は、動力伝達装置やポンプなどの被駆動デバイスＤ内に回転動力を伝達するように構成され得る。提示された例では、第２の動力伝達部１０２は、１対の平坦表面１１８を有し、被駆動デバイスＤが、（具体的に図示されていない）１対の平坦表面を有する開口１２２を画定する入力部材１２０を有する。開口１２２は、第２の動力伝達部１０２上の平坦表面１１８が入力部材１２２上の平坦表面と駆動係合する（drivingly engage）ように、第２の動力伝達部１０２を受け取ることができる。

[0038]前述の内容から、モータ１０は、ロータ１６の、ベアリング３６とは反対の側にベアリングを含まないことが理解されよう。そうではなく、モータ１０は、被駆動デバイスＤの、ベアリング３６とは反対の側でロータ１６を支持する構造を利用し得る。例えば、被駆動デバイスＤは、シャフト部材３８を支持する／位置付けることのできるベアリングまたはブッシング１５０を含むことができる。別法として、被駆動デバイスＤの入力部材１２２が、シャフト部材３８を十分に支持してもよい／位置付けてもよい。

[0039]従来のブラシレスＤＣ電気モータと比べて、モータ１０をこのようにして構築すると、比較的費用がかからず、ロータの軸方向長さの短縮化が可能になり、ロータの慣性モーメントが低減し、ロータの振れが低減し、ロータを回転できるように支持するベアリングがなくなる。さらに、ロータ１６の質量および慣性モーメントの低下により、ロータ１６がより速い加速と減速とを達成できるようになる。

[0040]図面のうちの図１０および図１１を参照すると、別のブラシレスＤＣ電気モータ１０’は、モータハウジング１２’と、ステータ１４’と、本開示の教示に従って構築されるロータ１６’とを含むことができる。モータハウジング１２’は、ステータ１４’およびロータ１６’がその中に受け取られ得るキャビティ２１８を画定することができる。ステータ１４’は従来通り、複数の巻線を含むことができる。ステータ１４’は、従来通りに構築され得、本明細書では詳細に論じられる必要がない。

[0041]図１１および図１２では、ロータ１６’は、ロータ出力部材２２０と、磁石２２２と、結合部材２２４とを備えることができる。ロータ出力部材２２０は、本体部２２６と、本体部２２６の対向する軸方向端部上に配設されている１対の端部セクション２２８とを有する、シャフト様構造とすることができる。端部セクション２２８の各々は、センタリング特徴部２３０を含むことができ、センタリング特徴部２３０は、ロータ出力部材２２０の回転軸２３２の所定の様式での位置合わせに使用できるように構成され得る。提供された例では、センタリング特徴部２３０の各々が、例えば（図示されていない）センタドリルを用いて形成され得る円錐台形表面２３４（図１３）を備える。しかし、センタリング特徴部２３０のうちの一方または両方が、異なる様式で形成され得ること、またモータ出力部材２２０上に１つまたは複数の外部表面を備え得ることが、理解されよう。

[0042]図１１、図１４、および図１５を参照すると、磁石２２２は、例えば押出成型されたフェライトから形成され得る、中空円筒形構造とすることができる。磁石２２２は、磁石２２２の円周の周りで交番する複数のＮ極２４０およびＳ極２４２を有する、多極配向構成を有することができる。図１５に示されるように、磁束線２４４が、Ｎ極２４０とＳ極２４２を接続することができ、したがって、磁石２２２の内部は、従来のブラシレスＤＣ電気モータにおいて求められる磁気感受性材料で充填される必要がない。この点に関して、従来のブラシレスＤＣ電気モータでは、ラジアル異方性構成を有する磁石が用いられているので、磁気回路を完全なものにするために、磁石の内側に磁気感受性材料が必要である。従来のブラシレスＤＣ電気モータと比べて、磁石２２２の多極配向構成は、ロータ１６’が磁気感受性中実コアを有する必要性をなくす。

[0043]図１１および図１４では、磁石２２２が、中心開口２４６と、磁石外面２４８とを画定することができる。中心開口２４６は、ロータ出力部材２２０がその中に受け取られ得る、８角形形状などの非円形断面形状を有することができる。非円形断面形状を選択すると、Ｎ極２４０およびＳ極２４２の数が決まり得ることが理解されよう。提示された特定の例では、８角形形状によって生み出される８つの内部コーナにより、そのうち４つがＮ極２４０であり、そのうち４つがＳ極２４２である、８つの極を磁石２２２が有することが決まる。中心開口２４６は、回転軸２３２に垂直な断面内に、５から１０の間の辺を有する多角形などの多角形として形状設定され得ることが理解されよう。磁石外面２４８は、センタレス研削操作など、所望のプロセスにおいて形成され得る。ロータ出力部材２２０は、磁石外面２４８がロータ出力部材２２０の回転軸２３２の周りに同心に配設されるように、磁石２２２に対して位置合わせされ得る。

[0044]結合部材２２４は、磁石２２２に取り付けられ得、適切なプラスチックなどの電気絶縁材料から形成され得る。提示された特定の例では、結合部材２２４は、中心開口２４６によって画定される磁石内部表面２５０と、ロータ出力部材２２０の本体部２２６の外部表面２５２の両方にオーバーモールドされて（すなわち密着接合されて）、それにより、磁石２２２とロータ出力部材２２０とが一緒にしっかりと結合される。オーバーモールドされたプラスチックが中心開口２４６内に堆積することが、ロータ１６’の回転バランスをとるのに役立ち得る。この点に関して、磁石２２２の中心開口２４６が（磁石２２２の外面２４８および／またはロータ１６’の回転軸２３２に対して）わずかに中心を外れている場合、中心開口２４６内のプラスチック材料が、磁石２２２の回転バランスをとる助けとなる位置に、追加の質量をもたらす。磁石２２２の中心開口２４６（図１４）が、磁石外面２４８に対して完全に中心が置かれているとは限らないと仮定して、比較的比重の大きい（すなわち高密度の）材料が、結合部材２２４を形成するために用いられ得ること、および比較的より比重の大きい材料（すなわち磁石２２２の密度に類似の密度を有する材料）が、ロータ１６’の回転バランスをとる助けとなることが、理解されよう。この点に関して、結合部材２２４を形成するプラスチック材料は、華氏７０度など、所定の温度で、磁石２２２を形成する材料の密度の１０または５パーセント以内の密度を有し得る。適切なプラスチック材料には、ポリプロピレン、ナイロン６、ポリブチレンテレフタレート、または他の任意の高比重熱可塑性コンパウンドが含まれる。

[0045]ロータ１６’は、ステータ１４’内に回転可能に受け取られ得る。ロータ１６’をモータハウジング１２’に対して回転できるように支持するために、１つまたは複数のベアリングが用いられ得る。提示された特定の例では、ベアリング２６０が、端部セクション２２８の各々と、モータハウジング１２’によって形成される関連するベアリングマウント２６２との間に取り付けられる。

[0046]図１６を参照すると、ロータ１６’（図１２）を形成するための射出成型モールド１０００が示されている。射出成型モールド１０００は、第１のモールド部材１１０２と、第２のモールド部材１１０４と、コレット１１０６とを有することができる。第１のモールド部材１１０２および第２のモールド部材１１０４は、モールドキャビティ１１１０を部分的に画定することのできる（図２１に示される）閉位置と、モールドキャビティ１１１０内への構成要素の受取り、またはモールドキャビティ１１１０からの構成要素の取出しを可能にする（図１７に示される）開位置との間で、可動とすることができる。第１のモールド部材１１０２および第２のモールド部材１１０４の各々は、モールドキャビティ１１１０の一部分を画定することができる。コレット１１０６は、円周方向に隔置されて配設されている複数のコレットフィンガ１１１４を有する、スリーブ様構造とすることができる。コレット１１０６は、磁石２２２（図５）を受け取るようにサイズ設定されている、コレット開口１１１６を画定することができる。コレット１１０６は、第１のモールド部材１１０２と第２のモールド部材１１０４との間に受け取られ得、第２のモールド部材１１０４に所定の位置において取り付けられて、それにより、磁石２２２（図５）の磁石外面２４８（図５）が、モールドキャビティ１１１０によって画定されるモールド軸１１２０と同心に位置合わせされ得る。提示された例では、コレット１１０６は第２のモールド部材１１０４に、コレット１１０６の、第２のモールド部材１１０２に対する制限付き移動を可能にするように取り付けられている。例えば、コレット１１０６は、相対的により幅狭い環状肩部１１１８が中に受け取られ得る、細長い溝１１１７を画定することができる。環状肩部１１１８は、第２のモールド部材１１０２に対して組み立てられ得る止め輪などの個別構成要素であってもよく、第２のモールド部材１１０２と統合して一体に形成されてもよい。

[0047]図１８では、モータ出力部材２２０が、モールドキャビティ１１１０の一部分のうちの、第１のモールド部材１１０２または第２のモールド部材１１０４のいずれかによって画定され得る一方内に装填され得る。分かりやすいように、本議論では、モータ出力部材２２０は、モールドキャビティ１１１０の、第１のモールド部材１１０２によって画定される一部分内に装填されると言われるが、モータ出力部材２２０は別法として、モールドキャビティ１１１０の、第２のモールド部材１１０４によって画定される一部分内に装填され得たであろうことを、当業者なら理解されよう。提示された特定の例では、第１のモールド部材１１０２が、モールド軸１１２０の周りに同心に配設されるとともにモータ出力部材２２０の端部セクション２２８を受け取るように構成される、第１のシャフトキャビティ１１２４を画定する。第１のモールド部材１１０２は、第１のシャフトキャビティ１１２４内に配設されるとともに、モータ出力部材２２０が第１のシャフトキャビティ１１２４内に受け取られると、モータ出力部材２２０の軸方向端部上に形成されたセンタリング特徴部２３０のうちの対応する一方と係合するように構成されている、第１のセンタリング部材１１２６を含むことができる。

[0048]図１９では、モールドキャビティ１１１０の、第１のモールド部材１１０２によって画定される一部分に、ロータ出力部材２２０が磁石２２２の中に受け取られるように、磁石２２２が挿入され得る。別法として、磁石２２２は、直接コレット１１０６内に装填されてもよい。

[0049]図２０では、磁石２２２がコレット開口１１１６（図１９）内に受け取られるように、また第１のモールド部材１１０２と第２のモールド部材１１０４とを図２１に示される閉位置に配置するように、第１のモールド部材１１０２および第２のモールド部材１１０４が互いに対して移動され得る。第１のモールド部材１１０２と第２のモールド部材１１０４とを閉位置に配置すると、コレットフィンガ１１４（図１６）が、磁石２２２の磁石外面２４８（図５）に対して、所定の負荷を伴って係合するとともに、磁石２２２とモータ出力部材２２０の両方が、モールド軸１１２０に対して位置合わせされる。

[0050]図１６に戻ると、第１のモールド部材１１０２および第２のモールド部材１１０４は、コレット１１０６を径方向に収縮させるとともにコレットフィンガ１１１４を磁石２２２（図１４）の磁石外面２４８（図１４）に押し付けることのできる、コレット係合特徴部１１５０を有することができる。提示された例では、コレット１１０６の対向する軸方向端部が、円錐台形形状であり、それによって、円錐台形形状の各々が、コレット１１０６の対向する軸方向端部への距離が縮まるにつれて発散し、コレット係合特徴部１１５０が、対応する円錐台形形状を有している。このように構成すると、コレット１１０６をモールド軸１１２０に対して中心に置くのに役立ち、第１のモールド部材１１０２および第２のモールド部材１１０４が軸方向に互いに向かって移動するとき、径方向内向き方向の力をコレット１１０６に加えることが可能になる。

[0051]図１６および図２１を参照すると、第１のモールド部材１１０２と第２のモールド部材１１０４とを閉位置に配置することにより、第２のモールド部材１１０４に取り付けられている第２のセンタリング部材１１５４を、モールドキャビティ１１１０の、第２のモールド部材１１０４によって画定される一部分内に受け取られているセンタリング特徴部２３０のうちの一方に対して係合させることも可能になる。第１のセンタリング部材１１２６および第２のセンタリング部材１１５４は、ロータ出力部材２２０の回転軸２３２をモールド軸１１２０に対して位置合わせするように（すなわちロータ出力部材２２０の回転軸２３２とモールド軸１１２０とが一致するように）協働することができる。提示された特定の例では、第２のセンタリング部材１１５４が、第２のモールド部材１１０４内に形成された第２のシャフトキャビティ１１５８内に摺動可能に受け取られ得、第２のセンタリング部材１１５４を第１のモールド部材１１０２に向かう方向に付勢するために、ばね１１６０が用いられ得る。このように構成すると、ロータ出力部材２２０の全体長さのばらつきにもかかわらず、第２のセンタリング部材１１５４がロータ出力部材２２０の関連する軸方向端部２２８上のセンタリング特徴部２３０と一貫して係合することが可能になる。

[0052]図２２では、溶融プラスチックがモールドキャビティ１１１０内に第１のモールド部材１１０２または第２のモールド部材１１０４を通じて射出され得る。溶融プラスチックがモールドキャビティ１１１０内に射出される圧力は、比較的高くてよく（例えば１０００ｐｓｉｇ以上、または２０００ｐｓｉｇ以上、または３０００ｐｓｉｇ以上とすることができ）、磁石２２２の磁石内部表面２５０に加えられる径方向外向き方向の力を生じさせ得ることが、理解されよう。通常、径方向外向き方向の力の大きさは、磁石２２２を破断させるのに十分なほど大きくなり得る。しかし、コレット１１０６によって磁石２２２に加えられる径方向内向き方向の力が、磁石２２２の中心開口２４６（図１４）内へのプラスチック材料の射出によって発生する径方向外向き方向の力を打ち消すことができる。

[0053]図２３では、中実オーバーモールド部材、すなわち結合部材２２４を形成するため、および磁石２２２をロータ出力部材２２０に固定するために、溶融プラスチックが冷却され得る）。その後、射出成型モールド１０００からのロータ１６’の取出しを可能にするために、第１のモールド部材１１０２および第２のモールド部材１１０４が開位置に配置され得る。必要なら、ロータ１６’は、バランス操作において回転軸２３２の周りでのロータ１６’の回転バランスをとるように処理され得る。

[0054]モータ出力部材２２０については、結合部材２２４とは別に形成され、したがって、これらの２つの要素は個別構成要素であると説明されたが、出力部材２２０は、結合部材２２４と共形成され得る（すなわち出力部材２２０と結合部材２２４は、同時に形成され得る、例えばプラスチック材料から射出成型され得る）ことが理解されよう。磁石２２２は、第１のモールド部材１１０２と第２のモールド部材１１０４とを閉じることによる以外の方途でコレット１１０６内に固定されてよいことを、当業者ならさらに理解されよう。例えば、コレット１１０６は、第２のモールド部材１１０４にねじ込まれ得、それによって、コレット１１０６が第２のモールド部材１１０４にねじ込まれると第２のモールド部材１１０４およびコレット１１０６上の表面がコレット１１０６上のフィンガ１１１４（図１６）を磁石２２２の外面２４８に対して収縮させるように協働する。

[0055]実施形態についての先の記述は、例示および説明を目的として行われたものである。先の記述は、網羅的であるように、または本開示を限定するようには、意図されていない。特定の実施形態の個々の要素または特徴は一般に、その特定の実施形態に限定されるのではなく、該当する場合は、交換可能であり、具体的に図示または説明されていなくても、選択された実施形態において使用され得る。同様のものはまた、さまざまな点で変えられてよい。そのような変更は、本開示からの逸脱と見なされるべきではなく、かかる全ての変更形態は、本開示の範囲内に含まれるように意図されている。

以下に、出願当初の特許請求の範囲に記載の事項を付記する。
［１］ブラシレスＤＣ電気モータを形成するための方法であって、
多極構成を有する中空磁石を用意することと、
前記中空磁石の内部表面上にプラスチック材料をオーバーモールドすることと、
前記中空磁石に出力部材を結合することと、
ロータをステータに挿入することと、ここで、前記ロータは、前記中空磁石と、前記出力部材と、前記中空磁石の前記内部表面上にオーバーモールドされる前記プラスチック材料とを備えるものである、
を備える、方法。
［２］前記ロータが前記ステータに対して回転可能な軸に垂直に取られた断面において、前記中空磁石の前記内部表面によって画定される内部キャビティが、非円形断面形状を有する、［１］に記載の方法。
［３］前記非円形断面形状が多角形である、［２］に記載の方法。
［４］前記多角形が、５から１０の間の辺を有する、［３］に記載の方法。
［５］前記中空磁石が質量中心を有し、前記質量中心が、前記ロータが前記ステータに対して回転する軸からオフセットされている、［１］に記載の方法。
［６］前記中空磁石の前記内部表面上に前記プラスチック材料をオーバーモールドすることの前に、前記中空磁石の外側表面を機械加工することをさらに備える、［５］に記載の方法。
［７］前記中空磁石の前記外側表面が、センタレス研削操作において研削される、［６］に記載の方法。
［８］前記中空磁石、および前記中空磁石上に前記プラスチック材料がオーバーモールドされた後の前記オーバーモールドされた中空磁石の少なくとも一方を機械加工することをさらに備える、［６］に記載の方法。
［９］前記中空磁石の前記内部表面上にオーバーモールドされる前記プラスチック材料が、前記ロータが所定の温度にあるとき、前記中空磁石を形成する材料の密度の＋／－１０％以内の密度を有する、［５］に記載の方法。
［１０］前記プラスチック材料の前記密度が、前記中空磁石を形成する材料の密度の＋／－５％以内である、［９］に記載の方法。
［１１］前記中空磁石が粉末金属材料から形成される、［１］に記載の方法。
［１２］前記出力部材がスリーブであり、前記スリーブが、前記プラスチック材料が前記スリーブと前記中空磁石の前記内部表面との間に径方向に配設されるように、前記ロータの一方の端部内に受容される、［１］に記載の方法。
［１３］前記スリーブが、前記プラスチック材料に埋め込まれる複数の突出物を画定する、［１２］に記載の方法。
［１４］前記突出物がキャスタレーションである、［１３］に記載の方法。
［１５］前記出力部材が、前記ロータの第１の端部内に配設され、ベアリングが、前記プラスチック材料が前記ベアリングと前記中空磁石の前記内部表面との間に径方向に配設されるように、前記ロータの反対端部内に配設される、［１］に記載の方法。
［１６］前記ステータが、モータケースを含み、前記モータケースが、前記ベアリングが上に受け取られるハブを含み、前記ベアリングが前記ロータを、前記ハブ上で回転できるように支持する、［１５］に記載の方法。
［１７］前記中空磁石をコレットに挿入することと、
前記出力部材をモールド内のキャビティに挿入することと、
前記出力部材を前記中空磁石の外面と同心に向けることと、
前記モールドを閉じることと
をさらに備える、［１］に記載の方法。
［１８］前記コレットが、前記モールドの一部分にそれとともに移動できるように固定される、［１７］に記載の方法。
［１９］前記出力部材がシャフトを備える、［１］に記載の方法。
［２０］複数の巻線をもつステータと、
前記ステータ内に受容され、回転軸の周りで前記ステータに対して回転可能なロータであって、前記ロータが、出力部材と、中空磁石と、前記中空磁石の内部表面と前記出力部材との間に配設されるプラスチック材料とを有し、前記中空磁石が、多極構成を有し、前記プラスチック材料が、前記内部表面にオーバーモールドされ、前記中空磁石の外部表面が、前記ロータの前記回転軸の周りに同心に配設され、前記内部表面が、前記ロータの前記回転軸に中心が置かれておらず、したがって、前記中空磁石の質量中心が前記ロータの前記回転軸から径方向にオフセットされている、ロータと
を備える、ブラシレスＤＣ電気モータ。
［２１］ロータを形成するための方法であって、
コレットと、第１のモールド部材と、第２のモールド部材とを有する射出成型モールドを用意することと、ここで前記コレットが、前記第１のモールド部材と前記第２のモールド部材との間に受容され、前記第１のモールド部材および前記第２のモールド部材の各々が、モールドキャビティの一部分を画定するものであり、
前記モールドキャビティの前記一部分のうちの一方に、モータ出力部材をはめ込むことと、
前記コレットに中空円筒形磁石をはめ込むことと、
前記中空円筒形磁石の外面を前記モータ出力部材の回転軸に対して位置付けるため、および前記中空円筒形磁石の前記外面上に圧縮力を加えるために、前記第１のモールド部材と前記第２のモールド部材とを閉位置に配置することと、
溶融プラスチックを圧力下で中空円筒形磁石と前記モータ出力部材との間に射出することと、
前記モータ出力部材を前記中空円筒形磁石に固定するために、前記射出された溶融プラスチックを冷却することと
を備える、方法。
［２２］前記中空円筒形磁石が、非円状中心開口を画定する、［２１］に記載の方法。
［２３］前記コレットに前記中空円筒形磁石をはめ込むことの前に、前記中空円筒形磁石の前記外面を研削することを備える、［２１］に記載の方法。
［２４］前記中空円筒形磁石の前記外面が、センタレス研削操作において研削される、［２３］に記載の方法。
［２５］前記第１のモールド部材と前記第２のモールド部材とを前記閉位置に配置することが、１対のセンタリング部材を前記モータ出力部材に対して係合させ、前記センタリング部材が、前記モータ出力部材の前記回転軸を、前記第１のモールド部材および前記第２のモールド部材によって画定されるロータ軸と一致して位置合わせするように構成される、［２１］に記載の方法。
［２６］前記センタリング部材のうちの一方が、前記ロータ軸に沿って可動である、［２５］に記載の方法。
［２７］前記第１のモールド部材および前記第２のモールド部材の各々が、前記コレットによって画定される１対の円錐台形形状のモールド係合表面のうちの関連する一方と係合するように構成されている円錐台形形状のコレット係合表面を有する、［２５］に記載の方法。
［２８］前記コレットが、前記第１のモールド部材および前記第２のモールド部材のうちの一方に、それとともに移動できるように取り付けられる、［２７］に記載の方法。
［２９］前記コレットが前記第１のモールド部材および前記第２のモールド部材のうちの前記一方に、前記コレットの、前記第１のモールド部材および前記第２のモールド部材のうちの前記一方に対する制限付き移動を可能にするように取り付けられる、［２８］に記載の方法。
［３０］前記射出された溶融プラスチックを冷却することが、中実オーバーモールド部材を形成し、７０度Ｆの温度で、前記中実オーバーモールド部材が、前記中空円筒形磁石の密度の１０％以内の密度を有する、［２１］に記載の方法。
［３１］前記中実オーバーモールド部材の前記密度が、前記中空円筒形磁石の前記密度の５％以内である、［３０］に記載の方法。
［３２］ロータを形成するための方法であって、
第１のモールド部材と、第２のモールド部材とを有する射出成型モールドを用意することと、ここで、前記第１のモールド部材および前記第２のモールド部材の各々が、モールドキャビティの一部分を画定するものであり、
前記モールドキャビティの前記一部分のうちの一方に、モータ出力部材をはめ込むことと、
前記第１のモールド部材および前記第２のモールド部材のうちの一方に、中空円筒形磁石を結合することと、
前記モータ出力部材の長手方向軸を、前記第１のモールド部材および前記第２のモールド部材によって画定されるロータの回転軸と一致して位置合わせするため、前記中空円筒形磁石の外面を前記ロータ軸の周りに同心に位置付けるため、および前記中空円筒形磁石の外面に圧縮力を加えるために、前記第１のモールド部材と前記第２のモールド部材とを閉位置に配置することと、
溶融プラスチックを圧力下で中空円筒形磁石と前記モータ出力部材との間に射出することと、
前記モータ出力部材を前記中空円筒形磁石に固定するために、前記射出された溶融プラスチックを冷却することと
を備える、方法。
［３３］前記中空円筒形磁石と前記モータ出力部材との間に射出される前記溶融プラスチックの最大圧力が、１０００ｐ．ｓ．ｉ．ｇ以上である、［３２］に記載の方法。
［３４］前記最大圧力が、２０００ｐ．ｓ．ｉ．ｇ以上である、［３３］に記載の方法。
［３５］前記最大圧力が、３０００ｐ．ｓ．ｉ．ｇ以上である、［３４］に記載の方法。
［３６］前記第１のモールド部材および前記第２のモールド部材のうちの前記一方に前記中空円筒形磁石を結合することの前に、前記中空円筒形磁石の外面を研削することを備える、［３２］に記載の方法。
［３７］前記中空円筒形磁石の外面が、センタレス研削操作において研削される、［３６］に記載の方法。
［３８］前記射出された溶融プラスチックを冷却することが、中実オーバーモールド部材を形成し、７０度Ｆの温度で、前記中実オーバーモールド部材が、前記中空円筒形磁石の密度の１０％以内の密度を有する、［３２］に記載の方法。
［３９］前記中実オーバーモールド部材の前記密度が、前記中空円筒形磁石の前記密度の５％以内である、［３８］に記載の方法。
［４０］前記第１のモールド部材と前記第２のモールド部材とを前記閉位置に配置することが、１対のセンタリング部材を前記モータ出力部材に対して係合させ、前記センタリング部材が、前記モータ出力部材の前記回転軸を、前記第１のモールド部材および前記第２のモールド部材によって画定されるロータ軸と一致して位置合わせするように構成される、［３２］に記載の方法。
［４１］前記センタリング部材のうちの一方が、前記ロータ軸に沿って可動である、［４０］に記載の方法。

Claims

ステータと、中空磁石と出力部材からなるロータを含むブラシレスＤＣ電気モータを形成するための方法であって、
多極構成を有する中空磁石を用意することと、
前記中空磁石の内部表面と前記出力部材の間にプラスチック材料を射出することにより、前記中空磁石に前記出力部材を結合することと、
ロータをステータに挿入することと、を備えるものにおいて、
前記中空磁石と前記出力部材の結合が、第１のモールド部材、第２のモールド部材およびコレットを用いて、
前記コレットを第１のモールド部材に挿入すること、
前記出力部材を第２のモールド部材内のキャビティに挿入すること、
前記出力部材が前記中空磁石の中に受け入れられるように、前記中空磁石を第２のモールド部材に挿入すること、
前記中空磁石が前記コレットに受け取られるように、前記第１のモールド部材と前記第２のモールド部材を閉じること、
前記モールド部材内の前記中空磁石の内部表面と前記出力部材の間にプラスチック材料を射出すること、
の手順で行われる、方法。
前記中空磁石の前記内部表面が、非円形断面形状を有する、請求項１に記載の方法。
前記非円形断面形状が多角形である、請求項２に記載の方法。
前記多角形が、５から１０の間の辺を有する、請求項３に記載の方法。
前記中空磁石が質量中心を有し、前記質量中心が、前記ロータが前記ステータに対して回転する軸からオフセットしている、請求項１に記載の方法。
前記中空磁石の前記内部表面と前記出力部材の間に前記プラスチック材料を射出することの前に、前記中空磁石の外側表面を機械加工することをさらに備える、請求項１に記載の方法。
前記中空磁石の前記外側表面が、センタレス研削操作において研削される、請求項６に記載の方法。
前記中空磁石、および前記中空磁石と前記出力部材の間に前記プラスチック材料が射出された後の前記プラスチック材料の少なくとも一方を機械加工することをさらに備える、請求項５に記載の方法。
前記中空磁石が粉末金属材料から形成される、請求項１に記載の方法。
前記出力部材が出力結合部であり、前記出力結合部が、前記ロータの一方の端部に受容される、請求項１に記載の方法。
前記出力結合部が、前記プラスチック材料に埋め込まれる複数の突出物を画定する、請求項１０に記載の方法。
前記突出物がキャスタレーションである、請求項１１に記載の方法。
前記出力部材が、前記ロータの第１の端部内に配設され、ベアリングが、前記ロータの反対端部内に配設される、請求項１に記載の方法。
前記ステータが、モータケースを含み、前記モータケースが、前記ベアリングを受け取るスタブシャフトを含み、前記ベアリングが前記ロータを、前記スタブシャフト上で回転できるように支持する、請求項１３に記載の方法。
前記コレットが、前記第１のモールド部材とともに移動できるように固定される、請求項１に記載の方法。
前記出力部材はシャフトである、請求項１に記載の方法。
コレットと、第１のモールド部材と、第２のモールド部材とを有する射出成型モールドを用いて、ロータを形成するための方法であって、前記コレットが、前記第１のモールド部材と前記第２のモールド部材との間に受容され、前記第１のモールド部材および前記第２のモールド部材は、それぞれモールドキャビティを画定するものであり、前記方法は、
中空円筒形磁石の外面を研削すること、
前記コレットを前記第１のモールド部材に据え付けること、
前記第２のモールド部材のモールドキャビティにロータ出力部材を据え付けること、
前記ロータ出力部材が前記中空円筒形磁石の中に受け入れられるように、前記中空円筒形磁石を第２のモールド部材に挿入すること、
前記中空円筒形磁石の前記外面を前記ロータ出力部材の回転軸に対して位置付けるため、および前記中空円筒形磁石の前記外面上に圧縮力を加えるために、前記コレットに前記中空円筒形磁石を受け入れて、前記第１のモールド部材と前記第２のモールド部材とを閉位置に配置すること、
前記ロータ出力部材を前記中空円筒形磁石に固定するために、溶融プラスチックを圧力下で中空円筒形磁石と前記ロータ出力部材との間に射出し、前記射出された溶融プラスチックを冷却すること、
の手順で行われる、
方法。
前記中空円筒形磁石が、非円形中心開口を画定する、請求項１７に記載の方法。
前記中空円筒形磁石の前記外面が、センタレス研削操作において研削される、請求項１７に記載の方法。
前記第１のモールド部材と前記第２のモールド部材とを前記閉位置に配置することが、前記第１のモールド部材および前記第２のモールド部材に取り付けられた１対のセンタリング部材を前記ロータ出力部材に対して係合させ、前記センタリング部材が、前記ロータ出力部材の前記回転軸を、前記第１のモールド部材および前記第２のモールド部材によって画定される回転軸と一致して位置合わせするように構成される、請求項１７に記載の方法。
前記センタリング部材のうちの一方が、前記回転軸に沿って可動である、請求項２０に記載の方法。
前記第１のモールド部材および前記第２のモールド部材の各々が、前記コレットと係合するように構成されている円錐台形形状の面を有する、請求項２０に記載の方法。
前記コレットが、前記第１のモールド部材とともに移動できるように取り付けられる、請求項２２に記載の方法。
前記コレットが前記第１のモールド部材に、前記コレットの、前記第１のモールド部材に対する制限付き移動を可能にするように取り付けられる、請求項２３に記載の方法。