(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
複数枚の鋼板を積層して構成されてシャフトに固定されるコアと、前記コアの外周に周方向に並ぶように接着された複数の永久磁石とからなる永久磁石回転子であって、
前記複数枚の鋼板は、周方向に等しい間隔をあけて配置された複数の突出片を外周に一体に有する第１の種類の鋼板と、周方向に等しい間隔をあけて配置された複数の永久磁石位置決め片を外周に一体に有する第２の種類の鋼板とからなり、
前記第１の種類の鋼板が複数枚まとめて積層されて構成される第１のコア部と前記第２の種類の鋼板が複数枚まとめて積層されて構成される第２のコア部分とが前記複数の突出片と前記複数の永久磁石位置決め片とが前記シャフトの軸線方向に重なるようにして、交互に積層されて前記コアが構成され、
前記第１のコア部分の前記複数の突出片によって、周方向に等しい間隔をあけて配置される複数の突出部構成部分が構成され、
前記シャフトの軸線方向に並ぶ複数の突出部構成部分によって、周方向に等しい間隔をあけて並ぶ複数の磁石挟持用突出部の１つが構成され、
隣接する２つの前記磁石挟持用突出部の間に１つの永久磁石が挟持され、
前記第１の種類の鋼板の前記突出片は、前記磁石挟持用突出部が周方向に並んで隣接する２つの前記磁石挟持用突出部の間に前記シャフトの軸線方向からの前記永久磁石の挿入が可能でしかも前記径方向外側への前記永久磁石の移動を阻止するように前記永久磁石の外面と係合する形状を有しており、
前記複数の突出片と前記複数の永久磁石位置決め片とにより前記永久磁石の下側両角部を前記シャフトの軸線方向に案内するガイド手段が構成されていることを特徴とする永久磁石回転子。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、サーボモータ等の回転電気機器に用いる永久磁石回転子に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
図４（Ａ）は、サーボモータに用いられる従来の永久磁石回転子の形態の一部を切り欠いて示した側面図であり、（Ｂ）は、この永久磁石回転子の正面図（シャフトの軸線方向から見た図）である。両図に示すように、従来の永久磁石回転子は、シャフト１０１にコア１０２が固定され、さらにコア１０２の外周に複数の永久磁石１０３…が固定された構造を有している。複数の永久磁石１０３…は、コア１０２の外周に周方向に並ぶように配置されてコア１０２の外周面に接着剤により接着されている。しかしながら永久磁石１０３は機械的強度が弱い上、永久磁石回転子が回転すると永久磁石１０３には強い遠心力が働いて、永久磁石１０３の接着が外れるおそれがある。そこで、隣接する永久磁石１０３，１０３の間の谷間を埋めるように棒状の絶縁スペーサ１０４…を配置し、永久磁石１０３…及絶縁スペーサ１０４…の外周をケプラー糸（Ｅ．Ｉデュポンの登録商標）で巻回して巻回層１０５を構成し、その巻回層１０５にエポキシ樹脂等の合成樹脂を含浸させて複数の永久磁石１０３をコア１０２に対して固定していた。
【０００３】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、従来のように絶縁スペーサ１０４及びケプラー糸の巻回層１０５を用いて、永久磁石１０３をコア１０２に固定すると、永久磁石回転子の部品点数が増える上、永久磁石回転子の製造工程が増える問題があった。
【０００４】
本発明の目的は、巻回層を用いることなく、永久磁石がコアから外れるのを阻止することができる永久磁石回転子を提供することにある。
【０００５】
本発明の他の目的は、簡単に製造できる永久磁石回転子を提供することにある。
【０００６】
本発明の他の目的は、回転特性に影響を与えることなく、少ない部品点数で永久磁石を固定することができる永久磁石回転子を提供することにある。
【０００７】
本発明の更に他の目的は、２種類の積層鋼板を用いて構成したコアを用いることによって、少ない製造工程で製造できる永久磁石回転子を提供することにある。
【０００８】
【課題を解決するための手段】
本発明は、複数枚の鋼板を積層して構成されてシャフトに固定されるコアと、コアの外周に周方向に並ぶように接着された複数の永久磁石とからなる永久磁石回転子を改良の対象にする。
【０００９】
本発明では、複数の鋼板は、周方向に等しい間隔をあけて配置された複数の突出片を外周に一体に有する第１の種類の鋼板と、周方向に等しい間隔をあけて配置された複数の永久磁石位置決め片を外周に一体に有する第２の種類の鋼板とから構成する。そして、第１の種類の鋼板が複数枚まとめて積層されて構成される第１のコア部分と第２の種類の鋼板が複数枚まとめて積層されて構成される第２のコア部分とを複数の突出片と複数の永久磁石位置決め片とがシャフトの軸線方向に重なるようにして、交互に積層してコアを構成する。これにより、第１のコア部分の複数の突出片によって周方向に等しい間隔をあけて配置される複数の突出部構成部分が構成され、シャフトの軸線方向に並ぶ複数の突出部構成部分によって、周方向に等しい間隔をあけて並ぶ複数の磁石挟持用突出部の１つが構成される。そして、隣接する２つの磁石挟持用突出部の間に１つの永久磁石を挟持する。また、第１の種類の鋼板の突出片は、磁石挟持用突出部が周方向に並んで隣接する２つの磁石挟持用突出部の間にシャフトの軸線方向からの永久磁石の挿入が可能でしかも径方向外側への永久磁石の移動を阻止するように永久磁石の外面と係合する形状に形成する。更に、複数の突出片と複数の永久磁石位置決め片とにより永久磁石の下側両角部をシャフトの軸線方向に案内するガイド手段を構成する。本発明によれば、２種類の鋼板を用意するだけで、磁石挟持用突出部及びガイド手段をコアと一体に設けることができて、永久磁石の固定を確実なものとすることができる。
本発明の前提となる発明では、間に永久磁石を挟むようにシャフトの径方向外側に突出する複数の磁石挟持用突出部をコアに設ける。磁石挟持用突出部はコアに一体に設けてもよいが、嵌合構造等を用いて磁石挟持用突出部をコアに設けるようにしてもよい。複数の磁石挟持用突出部は、周方向に並んで隣接する２つの磁石挟持用突出部の間にシャフトの軸線方向からの永久磁石の挿入が可能でしかも径方向外側への永久磁石の移動を阻止するように永久磁石の外面と係合する形状を有するように構成する。
【００１０】
このようにすれば、隣接する２つの磁石挟持用突出部の間にシャフトの軸線方向から永久磁石を挿入することにより、永久磁石をコアの外周に接着しただけでも、磁石挟持用突出部が永久磁石のシャフトの径方向外側に移動するのを阻止することができる。したがって本発明によれば、磁石挟持用突出部による挟持と接着だけで永久磁石をコアの外周に簡単に固定できる。そのため、従来のように絶縁スペーサや巻回層を用いることなく、永久磁石がコアから外れるのを阻止できる永久磁石回転子を得ることができる。
【００１１】
隣接する２つの磁石挟持用突出部の間に挟持される永久磁石は、１つの一体成形された永久磁石でもよく、また複数の分割永久磁石を組み合わさせて構成してもよい。複数の分割永久磁石を用いる場合には、それらをシャフトの軸線方向に並べて配置する。この場合、磁石挟持用突出部を各分割永久磁石を挟持できるように構成するのは勿論である。
【００１２】
複数の磁石挟持用突出部と永久磁石の外面との間には、永久磁石の挿入を可能にするための隙間が形成される。この隙間を接着剤で充填すれば、永久磁石の固定を補強することができて、永久磁石が径方向外側に移動するのを確実に防ぐことができる。磁石挟持用突出部が、隣接する２つの永久磁石の対向する側面の間に位置する基部と隣接する２つの永久磁石の外面と係合する係合部とから構成される場合には、係合部を覆うように接着剤を塗布する。このようにすると接着剤が永久磁石の外面と係合部との間に形成される隙間に毛細管現象によって浸入するので、その隙間に接着剤を簡単に充填することができる。
【００１３】
磁石挟持用突出部を用いて永久磁石を挟持する場合、磁石挟持用突出部の軸線方向の長さを長くすればするほど、より確実に永久磁石を挟持して、永久磁石の径方向外側への移動を阻止できる。しかしながら、磁石挟持用突出部の軸線方向の長さがあまり長くなると高調波の発生により回転子の回転にむらが発生する可能性が高くなることが分かった。そこで、回転子の回転をできるだけスムーズにして回転むらを減らすためには、１つの磁石挟持用突出部をシャフトの軸線方向に間隔をあけて配置した複数の突出部構成部分から構成するのが好ましい。このようにすると、磁石挟持用突出部の軸線方向の実質の長さを長くすることなく、永久磁石をしっかりと挟持することができて、高調波の発生を抑制して、回転むらを減少させることができる。
【００１４】
複数の突出部構成部分をコアと一体に形成するには、コアを形成する複数枚の鋼板の一部の鋼板に、突出部構成部分を形成するための複数の突出片を周方向に等しい間隔をあけて一体に設ければよい。このようにすれば、鋼板の打ち抜きだけで突出部構成部分を形成する突出片を形成できる。また突出片を周方向に等しい間隔で設けると、コアを組み立てる際に鋼板の回し積みが可能になる。
【００１５】
なお永久磁石の保護のために、コアに取付けた永久磁石の外側を全体的に非磁性体材料でモールドしてもよい。またコアに取付けた永久磁石の外周全体を熱収縮チューブで包み、この熱収縮チューブを加熱により収縮させて永久磁石の外周を全体に覆うようにしてもよい。
【００１６】
【発明の実施の形態】
以下、本発明の実施例を図面を参照して詳細に説明する。図１（Ａ）は、サーボモータに用いられる本発明の永久磁石回転子の実施の形態の一部を切り欠いて示した側面図であり、（Ｂ）は、この永久磁石回転子の正面図（シャフトの軸線方向から見た図）である。両図に示すように、永久磁石回転子は、シャフト１にコア２が固定され、さらにコア２の外周に複数の永久磁石３…が固定された構造を有している。
【００１７】
コア２は２種類の形状の珪素鋼板を積層して構成されている。なおこの２種類の鋼板の形状については後に詳しく説明するが、これら２種類の鋼板を所定枚数づつ積層することにより、コア２は２つの第１のコア部分２ａ，２ａと３つの第２のコア部分２ｂ…とが交互に積層されて構造になっている。コア２は、中央部にシャフト１が圧入される貫通孔を有しており、その貫通孔にシャフト１が圧入されている。
【００１８】
コア２は、外周部に周方向に等しい間隔をあけて並ぶ複数の磁石挟持用突出部２ｃ…を有している。磁石挟持用突出部２ｃは、周方向に並んで隣接する２つの磁石挟持用突出部２ｃ，２ｃの間にシャフト１の軸線方向からの永久磁石３の挿入が可能でしかも径方向外側への永久磁石３の移動を阻止するように永久磁石３の外面３ｂと係合する形状を有している。この例では、シャフト１の軸線方向に沿って並ぶ２つの第１のコア部分２ａ，２ａに形成された突出部構成部分２ｄ，２ｄによって、１つの磁石挟持用突出部２ｃが構成されている。１つの磁石挟持用突出部２ｃを構成する突出部構成部分２ｄの数及び突出部構成部分２ｄの軸線方向の長さは、高調波が大きく発生することなく、しっかりと永久磁石３を固定できる値の範囲内に設定されている。この例では、永久磁石３が２つ永久磁石（分割永久磁石３Ａ，３Ａ）によって構成されているため、２つの突出部構成部分２ｄはそれぞれ分割永久磁石３Ａ，３Ａの軸線方向の中心部に位置するように設けられている。
【００１９】
各突出部構成部分２ｄは、基部２ｄ1 と係合部２ｄ2 とから構成されている。基部２ｄ1 は隣接する２つの永久磁石３，３の対向する側面３ａ，３ａの間に位置するように形成されている。別の見方をすると、基部２ｄ1 は、周方向に隣接する２つの基部２ｄ1 の間に永久磁石３，３を挟み込むような形状を有している。また係合部２ｄ2 は、隣接する２つの永久磁石３，３の外面３ｂ，３ｂと係合するように形成されている。
【００２０】
突出部構成部分２ｄを有する第１のコア部分２ａは、図２に示す形状の第１の種類の珪素鋼板２ｅ…が複数枚まとめて積層されて構成されている。第１の種類の鋼板２ｅは、環状部２ｆと、この環状部２ｆの外周部に周方向に等しい間隔をあけて一体に形成された複数の突出片２ｇ…とから構成されている。この鋼板２ｅは、珪素鋼板を打ち抜き（プレス）することにより形成されている。環状部２ｆは中心に円形の孔を有しており、突出片２ｇは基部構成部２ｇ1 と係合部構成部２ｇ2 とから構成されている。第１の種類の鋼板２ｅ…が積層されて、複数の突出片２ｇ…が重なることによって突出部構成部分２ｄが形成される。そして、突出片２ｇ…の基部構成部２ｇ1 …により突出部構成部分２ｄの基部２ｄ1 が形成され、突出片２ｇ…の係合部構成部２ｇ2 …により突出部構成部分２ｄの係合部２ｄ2 が形成される。本実施例によれば、鋼板２ｅを打ち抜き（プレス）により形成する際に、同時に突出片２ｇ…を形成できるので、永久磁石３をコア２の外周に固定するために用いる磁石挟持用突出部をコア２の製造工程で簡単に形成できる。なお突出片２ｇ…は、周方向に等しい間隔で設けられているので、鋼板の回し積みが可能である。
【００２１】
第２のコア部分２ｂは、図３に示す形状の第２の種類の鋼板２ｈ…が複数枚まとめて積層されて構成されている。第２の種類の鋼板２ｈは、環状部２ｉと、この環状部２ｉの周方向に等しい間隔をあけて配置された永久磁石位置決め片２ｊ…とから構成されている。環状部２ｉは、第１の種類の鋼板２ｅの環状部２ｆと同様に中心に円形の孔を有している。永久磁石位置決め片２ｊは、第１の種類の鋼板２ｅの基部構成部２ｇ1 の根元の部分と同じ形状を有している。永久磁石位置決め片２ｊと基部構成部２ｇ1 とが重なることにより、１つの永久磁石３の下側（コア２側の）両角部をシャフト１の軸線方向に案内するガイド手段が構成される。
【００２２】
本実施例では、１つの永久磁石３がシャフト１の軸線方向に並ぶ２つ分割永久磁石３Ａ，３Ａにより構成されている。複数の永久磁石３…は、Ｎ極とＳ極とが交互に配置されるように周方向に並べられている。１つの永久磁石３を構成する２つの分割永久磁石３Ａ，３Ａは、同じ極性になるように着磁されている。分割永久磁石３Ａは周方向に隣接する２つの突出部構成部分２ｄ，２ｄによって挟持されている。
【００２３】
永久磁石３…は、いわゆるカマボコ形状に近い形状を有しており、その底面３ｃはコア２の外周面に添うように湾曲しており、エポキシ系の接着剤によりコア２の外周に接着されている。また側面３ａは、突出部構成部分２ｄの基部２ｄ1 に沿うことができるような形状を有している。また外面３ｂは、底面３ｃよりも曲率半径が小さい湾曲面をなしている。
【００２４】
突出部構成部分２ｄの係合部２ｄ2 と永久磁石３の外面３ｂの一部を覆うようにエポキシ系の接着剤が塗布されて接着剤充填部４が形成されている。この接着剤充填部４を形成する際に、接着剤が突出部構成部分２ｄの係合部２ｄ2 と永久磁石３の外面３ｂ及び側面３ａとの間に形成される隙間に浸入する。これによって永久磁石３が突出部構成部分２ｄに対しても接合されることになり、永久磁石の固定が補強される。
【００２５】
本実施例では、磁石挟持用突出部２ｃを２つの突出部構成部分２ｄ，２ｄによって構成したが、高調波の発生を気にしないですむ用途に用いる磁石回転子であれば、磁石挟持用突出部を軸線方向の長さが十分に長い１つの突出部構成部分によって構成してもよい。また本実施例では、永久磁石３を２つの分割永久磁石３Ａ，３Ａにより構成したが、永久磁石を１つの一体永久磁石により構成しても構わない。
【００２６】
次にこの磁石回転子の製造方法について説明する。まず第１の種類の鋼板２ｅと第２の種類の鋼板２ｈとを積層してコア２を作る。次に、このコア２に一体に設けた複数の磁石挟持用突出部２ｃの隣接する２つの磁石挟持用突出部２ｃの間に永久磁石３を挿入する。この例では、分割永久磁石３Ａ，３Ａを軸線方向の異なる方向から挿入する。なお永久磁石の挿入に先だって、コア２の外周及び永久磁石３の底面３ｃの少なくとも一方には熱硬化性の接着剤が塗布されている。その後、複数の磁石挟持用突出部２ｃと永久磁石３の外面３ｂとの間の隙間に接着剤を充填するために、突出部構成部分２ｄの係合部２ｄ2 と永久磁石３の外面３ｂの一部を覆うようにエポキシ系の接着剤を塗布する。次に、永久磁石３が固定されたコア２を炉に入れて加熱し、熱硬化性の接着剤を硬化させる。そして最後にコア２の中央に形成された貫通孔にシャフト１を圧入する。
【００２７】
なお永久磁石３が固定されたコア２の外周を合成樹脂製の熱収縮チューブで覆う場合には、コア２にシャフト１を圧入する前後に、永久磁石が固定されたコア２の外周に熱収縮チューブを被せた後、加熱処理を行って熱収縮チューブを収縮させる。また永久磁石３が固定されたコア２の外周をモールド層で覆う場合には、コア２にシャフト１を圧入する前に、モールド処理を行う。
【００２８】
【発明の効果】
本発明によれば、２種類の鋼板を積層することにより、磁石挟持用突出部及びガイド手段を一体に備えたコアを構成すると、少ない製造工程で永久磁石回転子を簡単に製造することができ、永久磁石の固定を確実なものとすることができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】  （Ａ）は、サーボモータに用いられる本発明の永久磁石回転子の実施の形態の一例の一部切り欠き側面図であり、（Ｂ）はこの永久磁石回転子の正面図である。
【図２】  図１の永久磁石回転子に用いる第１の種類の鋼板の平面図である。
【図３】  図１の永久磁石回転子に用いる第２の種類の鋼板の平面図である。
【図４】  （Ａ）は、サーボモータに用いられる従来の永久磁石回転子の実施の形態の一例の一部切り欠き側面図であり、（Ｂ）はこの永久磁石回転子の正面図である。
【符号の説明】
１  シャフト
２  コア
２ａ  第１のコア部分
２ｂ  第２のコア部分
２ｃ  磁石挟持用突出部
２ｄ  突出部構成部分
２ｄ1   基部
２ｄ2   係合部
３  永久磁石
３ａ  側面
３ｂ  外面
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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