(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
ロータシャフトの周囲に複数の磁極を有する界磁マグネット部を成形して成るプラスチックマグネットロータにおいて、
前記界磁マグネット部の外周の各磁極の境界部に窪みを形成するとともに、該窪みの深さを、前記界磁マグネット部の両端面から前記シャフトの軸方向に沿って徐々に浅くし、前記両端面間の中心位置より一方の端面側に偏った位置で前記深さを最小あるいは零としていることを特徴とするプラスチックマグネットロータ。
【請求項２】
前記窪みを２つの平面により形成していることを特徴とする請求項１記載のプラスチックマグネットロータ。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、ＤＣブラシレスモータ、ステッピングモータなどのロータに使用するプラスチックマグネットロータに関する。
【０００２】
【従来の技術】
図９は、従来のプラスチックマグネットの一体成形によるロータを示したもので、（Ａ）は斜視図、（Ｂ）は平面図である。プラスチックマグネットロータは、製造が簡単であり、ロータシャフト２１との一体成形により、界磁マグネット部２２、ロータシャフト２１と界磁マグネット部２２との固定部２３、ベアリングの位置固定のためのベアリング支持部２４、及び固定部２３を補強するための各磁極に対応する位置に配置するリブ２５を同時に成形するため、加工コストが削減できる。このため、小容量の家庭用電動機には最適である。
【０００３】
このようなプラスチックマグネットの一体成形ロータでは、界磁マグネットのバックヨークに相当するものがないため、マグネットの磁路における磁気抵抗が大きくなり、十分な磁束量が得られず、性能の良いロータができなかった。しかし、成形金型内に配向磁場を形成しながら成形を行うことで、プラスチックマグネット内のマグネットを極配向させることにより、バックヨークがなくても、良好な性能が得られるようになり、また、この金型内の磁場を変更することで、プラスチックマグネットの配向性を変えることができるため、ロータの様々な着磁方法が可能となった。
【０００４】
しかしながら、送風機用途として、ＤＣモータが用いられる時、その低騒音化が、一つの課題となる。低騒音化の一つの手段としては、マグネットの正弦波着磁による出力トルクのリプルの低減と低コギングトルク化があげられる。従来の極配向技術によっても正弦波着磁は可能であるが、磁束量のピークはどの着磁波形であっても、界磁マグネット部分の厚み等の形状によって決まってしまうため、ロータの形状全体の磁束量は減少してしまい、ロータのプラスチックマグネットの量に対して、十分な磁束量を得ることができなかった。
一方、図１０は、ロータシャフト３１、界磁マグネト部３２、固定部３３を有する実開昭６１−１７１４７０号に開示されたプラスチックマグネットロータである。ここでは、界磁マグネト部３２の外周の各磁極Ｎ，Ｓ間に軸方向に細溝３４を設けて、各磁極の磁束の向きを明確にしてロータの磁力を高めているが、低騒音化を目的とした正弦波着磁の観点からは、かならずしも十分ではない。
【０００５】
【発明が解決しようとする課題】
本発明は、上記課題を解決するためのもので、プラスチックマグネットで一体成形されるロータの着磁を正弦波状にするとともに、プラスチックマグネットの量に対して十分な特性を有するプラスチックマグネットロータを得ることを目的としたものである。
【０００６】
【課題を解決するための手段】
本発明は、上記課題を解決するため、ロータシャフトの周囲に複数の磁極を有する界磁マグネット部を成形して成るプラスチックマグネットロータにおいて、前記各磁極の外周を、各磁極の周方向中央部の肉厚がその両端部の肉厚よりも厚い形状となる曲面で構成する。
【０００７】
また、前記外周の曲面が、前記界磁マグネット部の外側周囲に外接する仮想外接円より小さい円の円弧から成るようにする。
【０００８】
また、前記界磁マグネット部の外周の各磁極の境界部に、軸方向に沿う切欠きを設ける。
【０００９】
さらに、ロータシャフトの周囲に複数の磁極を有する界磁マグネット部を成形して成るプラスチックマグネットロータにおいて、前記界磁マグネット部の内周を、各磁極の周方向中央部の肉厚がその両端部の肉厚よりも薄い形状となる曲面で構成する。
【００１０】
また、前記内周の曲面が、隣り合う磁極の境界部を最も厚肉にする円弧から成るようにする。
【００１１】
また、前記界磁マグネット部の内周の各磁極の中央部に、軸方向に沿う切欠きを設ける。
【００１２】
さらに、ロータシャフトの周囲に複数の磁極を有する界磁マグネット部を成形して成るプラスチックマグネットロータにおいて、前記界磁マグネット部の外周の各磁極の境界部に窪みを形成するとともに、該窪みの深さを、前記界磁マグネット部の両端面から前記シャフトの軸方向に沿って徐々に浅くし、前記両端面間の中心位置より一方の端面側に偏った位置で前記深さを最小あるいは零としていることを特徴とする。
【００１３】
また、前記窪みを２つの平面により形成していることを特徴とする。
【００１４】
【発明の実施の形態】
実施の形態１．
図１は、本発明の第１の形態を示すもので、（Ａ）は斜視図、（Ｂ）は平面図である。ロータシャフト１に、界磁マグネット部２、界磁マグネット部２をロータシャフト２に固定する固定部３、およびベアリングの位置を規定するベアリング支持部４を、ブラスチックマグネットで一体成形して構成する。また、固定部３には補強のためのリブ５が、各磁極６ａ〜６ｈの中心部にあわせて磁極の数だけ形成されている。この例では、界磁マグネット部は８極を有しており、リブもこれに対応させて８本形成されている。
なお、この後に説明する他の実施の形態においても、以上の基本的構成は同じものとする。
【００１５】
界磁マグネット部２の内周面はロータシャフト１と同心の円形に、そして、界磁マグネットの外周面は凹凸形状に形成される。この凹凸形状は、各磁極６ａ〜６ｈの中心部７が最も厚肉で磁極と磁極の境界部８がもっとも薄肉となるように、各磁極毎に緩やかな円弧状曲面を対応させ、それらの曲面をつないだ形状である。
【００１６】
そして、ロータ成形の際には、ロータの配向が十分に行え最も磁束量が得られるような磁場を成形金型内に形成する。これによって磁石表面の磁束の分布が台形波状になるが、一緒に用いられるステータとこのロータ間の空隙が、各磁極の境界部８で大きく、磁極の中心部７に向かうに従って次第に狭まるため、正弦波着磁とほぼ同様の磁束分布を得ることができる。
この構成を採用することで、界磁マグネット部２の内周と外周が同心円の形状を有する従来のプラスチックマグネットロータに比較して、ロータ外形に凹凸がある分、ロータのプラスチックマグネットの量に対して効果的な磁束量が得られるとともに、低騒音に寄与する正弦波着磁が達成できる。
【００１７】
なお、上記例では、界磁マグネットの外周面を、各磁極に対応した円弧状曲面でつないだ形状としたが、曲面は必ずしも円弧状にする必要はなく、複数の平面を利用した曲面としてもよい。
【００１８】
実施の形態２．
図２は、本発明の第２の形態を示すもので、（Ａ）は斜視図、（Ｂ）は平面図である。これは、実施の形態１のロータ形状を一部変更したもので、界磁マグネット部２の外周の各磁極６ａ〜６ｈの境界部８に、ロータの軸方向に沿う切欠き９を形成したもので、その他の点では実施の形態１と全く同じである。なお、図中の破線は、界磁マグネット部２の外側周囲に外接する仮想外接円である。
この切欠き９によって磁極間の空隙が大きくなるため、磁気抵抗が増加し、磁極面より生じる磁束はステータへと流れ、着磁波形は正弦波から台形波に近い形となる。この着磁波形は、切欠き９の幅や深さにより比較的容易に操作できる。また、切欠き９の形状が２つの平面の組み合わせによって構成できるので、金型の加工、修正も容易である。さらに、この切欠き９によってロータ成形時に生じるプラスチックの収縮によるロータのひずみを吸収できるので、寸法的にも、バランス的にも安定したプラスチックマグネットを得ることができる。
【００１９】
実施の形態３．
図３は、本発明の第３の形態を示すもので、（Ａ）は斜視図、（Ｂ）は平面図である。ここで、界磁マグネット部２の外周面はロータシャフト１と同心の円形に、そして、界磁マグネット部２の内周面は凹凸形状に形成される。この凹凸形状は、隣り合う磁極の境界部８（破線で表示）が最も厚肉で各磁極６ａ〜６ｈの中心部７が最も薄肉となるように、隣り合う磁極の中心同士を、緩やかな円弧状曲面でつないで形成したものである。このとき、プラスチックマグネットを極配向させると、マグネット内の磁路がこの内周面の曲線に沿って配向されるため、配向性が良くなり、プラスチックマグネットの特性が向上して、より磁束量の多い正弦波着磁のロータが得られる。
【００２０】
実施の形態４．
図４は、本発明の第４の形態を示すもので、（Ａ）は斜視図、（Ｂ）は平面図である。ここで、界磁マグネット部２の外周面はロータシャフト１と同心の円形に、そして、界磁マグネット部２の内周面は凹凸形状に形成される。この凹凸形状は、隣り合う磁極の境界部８（破線で表示）を磁極の中心部７より厚肉にするように、各磁極６ａ〜６ｈの中心部７において、ロータの軸方向に沿う切欠き９を形成したものである。この切欠き９によって、プラスチックマグネットの極配向を行う時に、マグネットの配向の向きを明確にさせるため、極配向の配向性が向上し、同時に、正弦波に近い着磁も可能となるロータが得られる。
【００２１】
なお、上記実施の形態の３、４において、界磁マグネット部２の内周面は、必ずしも図示されたような円弧形状を有する必要はなく、各磁極の周方向中央部７の肉厚が最も薄くその両端部８の肉厚を対称的に中央部７より厚くする任意の曲面形状とすることで、同様の効果を達成できる。
【００２２】
実施の形態５．
図５は、本発明の第５の形態を示すもので、（Ａ）は斜視図、（Ｂ）は平面図、である。界磁マグネット部２の端面１３、１３’側の外周面は、基本的に、各磁極６ａ〜６ｈの周方向中心部７が最も厚肉で各磁極６ａ〜６ｈの境界部８が最も薄肉となるように、各磁極を緩やかな円弧状曲面でつないだ形状に構成される。したがって、各磁極の境界部８は窪み１０を構成する。ただし、窪みの深さ、すなわち各磁極の肉厚の厚い部分と薄い部分との差さは軸方向位置よって異なり、界磁マグネット部２の端面１３、１３’に近くなるほど大きくなっている。そして、界磁マグネット部２の外周面の軸方向に対して上下どちらかに偏った位置で、窪み１０の深さは最小あるいは零となるようにする。図６は、このロータの正面図であって、界磁マグネット部２の寸法上の軸方向中心は１４で、上記の偏った位置は１５で表され、これがロータの磁極的中心となる。
【００２３】
これによって、窪み深さが大きくなっている部分の磁束量は、窪み深さが小さくなっている部分に対して少なくなるため、このロータをステータ内に挿入した時に軸方向の磁気的バランスがとれる位置が通常のロータの場合と異なり、上下どちらかに偏った位置となる。言い換えると、従来のロータでは、ステータの積み厚に対してロータの軸方向の長さを大きめに作ってステータにロータを挿入すると、ロータのはみ出し寸法はその両側で均等になったの対して、本発明のロータの場合は、どちらかが長くはみ出すようになる。したがって逆に、本発明のロータの場合において、ロータのはみ出す寸法を同寸法に設定すると、軸方向の力が発生する。これを利用すれば、ベアリングに与える軸方向の圧力が得られるため、スプリングワッシャを用いる必要がなくなる。
【００２４】
図７は本発明の実施の形態５のプラスチックマグネットロータの使用の例示図である。軸方向の力を発生させず、図７に示すようにロータをどちらかに大きくはみ出した状態にすれば、ロータの磁極位置を検出するセンサーの取り付け位置の自由度を広くできる利点がある。なお、ここで、１６はステータコア、１７はステータコアに巻かれた巻き線をそれぞれ示している。
【００２５】
実施の形態６．
図８は、本発明の第６の形態を示すもので、（Ａ）は斜視図、（Ｂ）は平面図である。ロータシャフト１の周囲に形成された同心円状の界磁マグネット部２の外周の各磁極６ａ〜６ｈの境界部８に、窪み１１を設けたものである。この窪み１１は、界磁マグネット部２の端面１３，１３’側に近ずくに従ってその窪み深さが大きくなっている。そして、界磁マグネット部２外周面の軸方向に対して、中央から上下どちらかに偏った位置（この図では下側）において、その深さを最小あるいは零としている。
この窪み１１の形状は、実施の形態５と異なり２つの平面を利用して直線的に形成しているので、実施の形態５の効果に加え、成形金型の作成が容易になるという効果も有する。
【００２６】
【発明の効果】
本発明によれば、正弦波着磁が可能となり低騒音化が図れるとともに、低コストで充分な磁束量が得られる。
【００２７】
また、磁界マグネット部の外周部の切欠き形状により着磁波形の制御が容易となる。
【００２８】
また、極配向の配向性が向上し、正弦波着磁が可能となって低騒音化が図れるとともに、低コストで充分な磁束量も得られる。
【００２９】
また、界磁マグネット部の内周の磁極中央部の切欠きにより、極配向時の磁束の向きを明確にして、正弦波に近い着磁を可能にし、磁束量も多くできる。
【００３０】
さらに、界磁マグネット部の外周の各磁極の境界部にある窪みの深さを請求項１に記載のように設定して、軸方向の磁気的中心位置を寸法的な中心からずらすことで、軸方向に働く力を得たり、ロータ位置をずらして磁気センサーの取り付け位置の自由度を広くすることができる。
【００３１】
なお、請求項２に記載のように、各磁極の境界部にある窪みを２つの平面により形成することで、その成形金型の作成が容易となる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の実施の形態１を示すプラスチックマグネットロータであって、（Ａ）は斜視図、（Ｂ）は平面図である。
【図２】本発明の実施の形態２を示すプラスチックマグネットロータであって、（Ａ）は斜視図、（Ｂ）は平面図である。
【図３】本発明の実施の形態３を示すプラスチックマグネットロータであって、（Ａ）は斜視図、（Ｂ）は平面図である。
【図４】本発明の実施の形態４を示すプラスチックマグネットロータであって、（Ａ）は斜視図、（Ｂ）は平面図である。
【図５】本発明の実施の形態５を示すプラスチックマグネットロータであって、（Ａ）は斜視図、（Ｂ）は平面図である。
【図６】図５のプラスチックマグネットロータの正面図である。
【図７】本発明の実施の形態５のプラスチックマグネットロータの使用の例示図である。
【図８】本発明の実施の形態６を示すプラスチックマグネットロータであって、（Ａ）は斜視図、（Ｂ）は平面図である。
【図９】プラスチックマグネットロータの従来例であって、（Ａ）は斜視図、（Ｂ）は平面図である。
【図１０】プラスチックマグネットロータの別の従来例であって、（Ａ）は斜視図、（Ｂ）は平面図である。
【符号の説明】
１  ロータシャフト、２  界磁マグネット部、３  固定部、４  ベアリング支持部、５  リブ、６ａ〜６ｈ  磁極、７  各磁極の中心部、８  各磁極の境界部、９  切欠き、１０  窪み、１１  窪み、１３，１３’  界磁マグネット部の端面。
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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【図８】
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【図９】
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【図１０】
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