(57)【要約】【課題】ロータコアの損傷を防止することができるだけでなく、組み立て作業の効率を向上させることができるロータ及び回転電機を提供する。【解決手段】回転電機１の回転軸６と、回転軸６にカラー１８を介して外嵌固定されるロータコア１９と、ロータコア１９に周方向に沿って取り付けられる永久磁石１７とを備えたロータ５において、カラー１８の一端側に、ロータバランスを調整するためのリング部材２１が一体形成されている。【選択図】図１
2008160973.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
回転電機の回転軸と、前記回転軸にカラーを介して外嵌固定されるロータコアと、前記ロータコアに周方向に沿って取り付けられる永久磁石とを備えたロータにおいて、
前記カラーの一端側に、ロータバランスを調整するためのリング部材が一体形成されていることを特徴とするロータ。
【請求項２】
前記カラーの他端側に、前記リング部材が別体で設けられていることを特徴とする請求項１に記載のロータ。
【請求項３】
前記リング部材の前記ロータコアとは反対側に、空気撹拌用板が設けられていることを特徴とする請求項１又は請求項２に記載のロータ。
【請求項４】
前記ロータコアは、磁性金属粉体で形成されていることを特徴とする請求項１〜請求項３の何れかに記載のロータ。
【請求項５】
前記永久磁石は、ネオジボンド磁石であって、該永久磁石と前記ロータコアとが二色成形されていることを特徴とする請求項４に記載のロータ。
【請求項６】
請求項１〜請求項５の何れかに記載のロータを用いることを特徴とする回転電機。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
この発明は、電動モータや発電機等の回転電機に用いられるロータ及び回転電機に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
回転電機としては、コイルに電流を給電するためのブラシを設けないタイプのＤＣブラシレスモータと、ブラシを設けたタイプのＤＣブラシ付モータが知られている。
ＤＣブラシレスモータは、コイルが巻装されたステータと、ステータに対して回転自在に設けられたロータとを備えている。ロータは回転軸に外嵌固定されており、このロータに永久磁石が周方向に沿って取り付けられている。一方、ＤＣブラシ付モータは、内周面に永久磁石を取り付けたヨークと、ヨークの内側に回転自在に設けられたアーマチュアコアとを備えている。アーマチュアコアは回転軸に外嵌固定されており、このアーマチュアコアにコイルが巻装されている。
アーマチュアコアは、一般に金属製の板材を複数枚軸方向に積層して形成されているが、近年のモータ効率向上化の要望に伴い、磁性金属粉体で加圧成形する場合がある。磁性金属粉体で加圧成形されたアーマチュアコアは、磁気回路特性を向上させ、鉄損を低減させることができる。
【０００３】
この磁性金属粉体は脆性が高いため（引っ張り強度が低いため）、磁性金属粉体で加圧成形（圧粉磁心）されたアーマチュアコアを回転軸に直接外嵌固定しようとするとアーマチュアコアを破損してしまうおそれがある。そこで、アーマチュアコアをカラーを介して回転軸に外嵌固定させる技術が提案されている。このカラーは、金属製の板材で形成されており、圧粉磁心と比較して引っ張り強度が高い。このため、カラーを介してアーマチュアコアを回転軸に外嵌固定させることで、回転軸とアーマチュアコアとの固定力を確保しつつ、アーマチュアコアの損傷を防止することができる（例えば、特許文献１参照）。
ここで、この圧粉磁心は、ＤＣブラシ付モータのアーマチュアコアの形成に使用されるだけでなく、ＤＣブラシレスモータのロータにも使用される。この場合、ロータは、回転軸と、この回転軸に外嵌固定される圧粉磁心のロータコアと、このロータコアに周方向に沿って取り付けられる永久磁石とで構成される。
【特許文献１】特開２００３−３３３７８０号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
ところで、ＤＣブラシレスモータの組み立て作業としては、モータの振動低減、及びモータ効率の向上を目的としたロータバランスの調整作業がある。このロータバランスの調整作業の手順としては、まず、永久磁石を取り付けたロータコアを回転軸に外嵌固定し、この回転軸をロータバランス測定装置にセットする。次に、回転軸を回転させ、その回転時における回転軸の振幅を測定する。その後、回転軸の振幅を収縮させるべくロータに樹脂等で形成された錘部材を貼付する。そして、再び回転軸を回転させ、振幅を測定する。これを回転軸の振幅を所望の振幅内まで収縮させるまで繰り返し行い、ロータバランスの調整作業を終了する。
【０００５】
このように、上述の従来技術にあっては、磁性金属粉体で加圧形成されたロータコアの損傷を防止するという点では優れているが、ロータバランスの調整は従来通り行う必要があり、組み立て作業の効率化が図れないという課題がある。
【０００６】
そこで、この発明は、上述した事情に鑑みてなされたものであって、ロータコアの損傷を防止することができるだけでなく、組み立て作業の効率を向上させることができるロータ及び回転電機を提供するものである。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
上記の課題を解決するために、請求項１に記載した発明は、回転電機の回転軸と、前記回転軸にカラーを介して外嵌固定されるロータコアと、前記ロータコアに周方向に沿って取り付けられる永久磁石とを備えたロータにおいて、前記カラーの一端側に、ロータバランスを調整するためのリング部材が一体形成されていることを特徴とする。
この場合、請求項２に記載した発明のように、前記カラーの他端側に、前記リング部材が別体で設けられていてもよい。
このように構成することで、ロータコアと回転軸との間にカラーを介在させ、ロータコアを保護することができる。また、ロータバランスの調整を行う際には、リング部材を削ることでバランス調整を行うことができる。さらに、カラーの一端側にリング部材が一体で設けられているため、ロータコアとカラーとの位置決めを容易に行うことができる。
【０００８】
請求項３に記載した発明は、前記リング部材の前記ロータコアとは反対側に、空気撹拌用板が設けられていることを特徴とする。
このように構成することで、回転電機内の空気を撹拌することができる。
【０００９】
請求項４に記載した発明は、前記ロータコアは、磁性金属粉体で形成されていることを特徴とする。
この場合、請求項５に記載した発明のように、前記永久磁石は、ネオジボンド磁石であって、該永久磁石と前記ロータコアとが二色成形されていてもよい。
このように構成することで、ロータコアに永久磁石を接着レスで容易、且つ確実に取り付けることができる。また、二色成形とすることでロータの磁気回路特性を向上させ、鉄損を低減させることができる。
また、例えロータコアが磁性金属粉体で形成されると共に、永久磁石がネオジボンド磁石であっても、カラーに一体形成されているリング部材を削ることでロータバランスを容易に調整することができる。
【００１０】
請求項６に記載した発明は、請求項１〜請求項４の何れかに記載のロータを用いることを特徴とする回転電機。
このように構成することで、信頼性の高い回転電機を提供することができる。
【発明の効果】
【００１１】
請求項１、及び請求項２に記載した発明によれば、ロータコアと回転軸との間にカラーを介在させ、ロータコアを保護することができるため、ロータコアと回転軸との固定力を確保しつつ、ロータコアの損傷を防止することができる。
また、ロータバランスの調整を行う際には、リング部材を削ることでバランス調整を行うこと（マイナスバランス調整）ができるため、組み立て作業の効率を向上させることができる。
さらに、カラーの一端側にリング部材が一体で設けられているため、ロータコアとカラーとの位置決めを容易に行うことができる。このため、組み立て作業の効率をさらに向上させることができる。
【００１２】
請求項３に記載した発明によれば、回転電機内の空気を撹拌することができるため、効率的に回転電機の温度低減を図ることができる。このため、回転電機の特性を向上させることができる。
【００１３】
請求項４、及び請求項５に記載した発明によれば、ロータコアに永久磁石を接着レスで容易、且つ確実に取り付けることができるため、組み立て作業の効率をさらに向上させることができる。また、二色成形とすることでロータの磁気回路特性を向上させ、鉄損を低減させることができるため、より回転電機の特性を向上させることができる。
さらに、例えロータコアが磁性金属粉体で形成されると共に、永久磁石がネオジボンド磁石であっても、カラーに一体形成されているリング部材を削ることでロータバランスを容易に調整することができる。
ここで、特にロータコアが磁性金属粉体で形成され、永久磁石がネオジボンド磁石である場合では、これらロータコアや永久磁石を削る等してバランスを調整する、いわゆるマイナスバランスの調整が困難である。しかしながら、本発明によれば、カラーにリング部材が一体形成されているため、リング部材を削ることでマイナスバランスの調整を容易に行うことができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１４】
次に、この発明の第一実施形態を図１、図２に基づいて説明する。
図１に示すように、回転電機１は、ハウジング２，３に軸方向で挟持されているステータ４と、ステータ４の内側に回転自在に設けられたロータ５とを有するインナーロータ型のＤＣブラシレスモータである。
【００１５】
各ハウジング２，３は、有底筒状形状を有し、それぞれ周壁２ａ，３ａの開口側端部でステータ４を挟持している。周壁２ａ，３ａの開口側端部には、段部２ｂ，３ｂが形成されており、この段部２ｂ，３ｂによって、ステータ４を軸方向及び径方向に固定できるようになっている。ハウジング２，３の径方向中央には、ロータ５の回転軸６を挿通するための挿通孔７，８がそれぞれ形成され、ここに回転軸６を回転自在に支持するための軸受け９，１０が設けられている。一方のハウジング２に設けられた軸受け９は、スラストワッシャ１１を介してハウジング２に設けられており、軸方向に沿って移動可能になっている。
【００１６】
ステータ４は、磁性材料の板材を軸線方向に積層したり、磁性金属粉体を加圧したりすることで形成されたものであって、略円筒状のステータコア１２を有している。ステータコア１２の外周縁には、ハウジング２，３の段部２ｂ，３ｂに対応する段部１２ａが形成されている。これによって、ステータの軸方向及び径方向の移動が規制される。
一方、ステータコア１２の内周側には、径方向内側に向かって突出する複数のティース１３が周方向に等間隔で設けられている。各ティース１３には、それぞれインシュレータ１４が装着され、このインシュレータ１４を介して各ティース１３にコイル１５が巻装されている。各コイル１５の巻き始め端１５ａ、及び巻き終わり端１５ｂは、他方のハウジング３側に向かって引き出され、ハウジング３に設けられている配電板１６に電気的に接続されている。
【００１７】
配電板１６は、外部電力を各コイル１５に給電するためのものであって、リード線２５を介して不図示の外部電源と電気的に接続されている。そして、配電板１６を介して各コイル１５に電流が流れることによって、各ティース１３に磁界が形成されるようになっている。また、外部装置（不図示）から配電板１６を介して各コイル１５に流れる電流の向きを順次切替わるようになっている。これによって、各ティース１３に形成される磁界の向きが変化し、ロータ５に取り付けられている永久磁石１７との間に生じる磁気的な吸引力や反発力によって回転軸６が駆動する。
【００１８】
ロータ５は、回転軸６にカラー１８を介して外嵌固定されているロータコア１９と、ロータコア１９の外周面に取り付けられている永久磁石１７とを有している。回転軸６には、各軸受け８，９の軸方向内側にそれぞれＣ型止め輪２６，２６が取り付けられている。これによって、回転軸６の軸方向への移動が規制されている。ここで、一方のハウジング２には、スラストワッシャ１１を介して軸受け９が設けられているので、この軸受け９によって、ハウジング２，３内にロータ５を組み付ける際に生じる組み付け誤差が許容されるようになっている。
【００１９】
図２に示すように、カラー１８は、金属製の板材で形成されたものであって、回転軸６に外嵌されているカラー本体２０と、カラー本体２０の一端側、すなわち、他方のハウジング３側（図２における上側）の端部に一体形成されたリング部材２１とで構成されている。
カラー本体２０は、略円筒状に形成されており、その内径は、回転軸６に圧入可能な大きさに設定されている。リング部材２１は、略円環状に形成されており、その外径は、永久磁石１７の外径と略一致するように設定されている。一方、リング部材２１の内径は、カラー本体２０の内径と略一致するように設定されている。また、リング部材２１の肉厚Ｔ１は、カラー本体２０の肉厚Ｔ２よりも厚く設定されている。
【００２０】
ロータコア１９は、磁性金属粉体を加圧成形したものである（圧粉磁心）。ロータコア１９は、略円筒状に形成されており、その内径は、カラー本体２０の外径と略一致するように設定されている。また、ロータコア１９の軸方向の長さは、カラー本体２０の軸方向の長さと略一致するように設定されている。これらロータコア１９とカラー本体２０は、接着剤等を用いて接着されたり、焼きバメされたりして互いに固定されている。
永久磁石１７は、略円筒状に形成されたネオジボンド磁石であって、周方向に磁極が順番に変わるように着磁されている。これらロータコア１９と永久磁石１７は、二色成形されている。
【００２１】
ここで、二色成形とは、二種類の部材を一体で圧縮成形する成形法のことである。つまり、ロータコア１９と永久磁石１７の場合、ロータコア１９と永久磁石１７をそれぞれ別々に圧縮成形した後、さらに一つの金型（キャビティ）内でロータコア１９と永久磁石１７とを一体化させる。このようにすることで、接着剤を用いることなく両者１９，１７を一体化することができるため、接着レスによる組み立て工数を削減できるだけでなく、磁気回路特性を向上させ、鉄損を低減させることができる。
【００２２】
ロータ５には、この他として回転軸６の他方のハウジング３側（図２における上側）端部に光学式エンコーダ（不図示）が固定されている。この光学式エンコーダは回転軸６の回転角度を検出するためのものである。また、図１に示すように、他方のハウジング３には、カバー２３がボルト２４によって締結固定されており、このカバー２３によって、回転軸６の他方のハウジング３側端部、及び光学式エンコーダが外部から遮断された状態になっている。
尚、本発明でのＤＣブラシレスモータの場合のロータ位置検出方法は光学式エンコーダに限らず、磁気式エンコーダ、レゾルバ、ホールＩＣとセンサマグネットによるものでも良く、またセンサレスによる駆動でも良い。
【００２３】
したがって、上述の第一実施形態によれば、ロータコア１９と回転軸６との間にカラー１８を介在させることができるため、ロータコア１９と回転軸６との固定力を確保しつつ、ロータコア１９の損傷を防止することができる。
すなわち、磁性金属粉体で加圧成形されているロータコア１９は脆性が高い（引っ張り強度が低い）ため、このロータコア１９を直接回転軸６に外嵌固定する場合には、ロータコア１９の回転軸６に対する圧入代を小さく設定しないとロータコア１９を破損してしまうおそれがある。一方、ロータコア１９の回転軸６に対する圧入代を小さく設定すると、ロータコア１９の回転軸６に対する固定力が弱くなってしまう。そこで、引っ張り強度が比較的高い金属製の板材で形成されたカラー１８を回転軸６とロータコア１９との間に介在させることで、ロータコア１９の回転軸６に対する固定力を確保しつつ、ロータコア１９を保護し、ロータコア１９の損傷を防止することができる。
【００２４】
また、カラー１８がカラー本体２０と、カラー本体２０の一端側に一体形成されたリング部材２１とで構成されている（図２参照）。このため、ロータバランスの調整を行う際には、リング部材２１をドリルやリュータ等を用いて削るだけでよく、バランス調整を容易に行うことができる（マイナスバランス調整）。
【００２５】
とりわけ、ロータコア１９が磁性金属粉体で形成され、永久磁石１７がネオジボンド磁石である場合においては、これらロータコア１９や、永久磁石１７のマイナスバランスを調整することは、破損のおそれがあるために困難である。しかしながら、本実施形態のようにカラー本体２０にリング部材２１を設けることによって、マイナスバランスの調整を容易に行うことが可能になる。このため、回転電機１の組み立て作業効率を向上させることができる。
【００２６】
さらに、カラー１８にロータコア１９（永久磁石１７）を取り付ける際には、ロータコア１９をリング部材２１に当接させるだけで容易にカラー１８とロータコア１９との位置決めを行うことができる。このため、作業効率をさらに向上させることができる。
そして、ロータコア１９と永久磁石１７が二色成形されているため、ロータコア１９と永久磁石１７とを接着レスで一体化することができ、組み立て作業効率を向上させることができる。また、二色成形によって、ロータ５の磁気回路特性を向上させ、鉄損を低減させることができるため、回転電機１の特性を向上させることができる。
【００２７】
次に、この発明の第二実施形態を図３、図４に基づいて説明する。尚、第一実施形態と同一態様には、同一符号を付して説明を省略する。
この第二実施形態において、回転電機１は、ハウジング２，３に軸方向で挟持されているステータ４と、ステータ４に対して回転自在に設けられたロータ３０とを有するＤＣブラシレスモータである点、他方のハウジング３には、カバー２３がボルト２４によって締結固定され、このカバー２３内にレゾルバが設けられている点等の基本的構成は、第一実施形態と同様である（以下の実施形態についても同様）。
【００２８】
この第二実施形態と第一実施形態の相違点は、カラー３１に空気撹拌用板３２が設けられている点にある。
具体的には、図３、図４（ａ）、図４（ｂ）に示すように、カラー３１は、円筒状のカラー本体３４を有している。カラー本体３４の他方のハウジング３側（図４（ｂ）における上側）には、円環状のリング部材３３が一体成形されている。リング部材３３には、他方のハウジング３側に向かって立ち上がる空気撹拌用板３２が複数枚設けられている。また、これら空気撹拌用板３２は、軸方向平面視でカラー本体３４から径方向外側に向かって放射状に設けられ、周方向に等間隔で配置されている（図４（ａ）参照）。
【００２９】
したがって、上述の第二実施形態によれば、第一実施形態と同様の効果を奏することができる。これに加え、回転軸６が回転すると、空気撹拌用板３２が移動することによって回転電機１内の空気を撹拌することができる。このため、効率的に回転電機１の温度低減を図ることができる。
【００３０】
尚、本発明は上述の実施形態に限られるものではなく、本発明の趣旨を逸脱しない範囲において、上述の実施形態に種々の変更を加えたものを含む。
また、上述の実施形態では、ロータコア１９と永久磁石１７が二色成形されている場合について説明したが、これに限られるものではなく、ロータコア１９と永久磁石１７とを接着剤を用いて互いに固定してもよい。この場合、永久磁石１７は、ネオジボンド磁石に限られるものではなく、ネオジ焼結磁石等の、いわゆる希土類磁石であってもよいし、フェライト磁石であってもよい。ここで、希土類磁石やフェライト磁石もマイナスバランスの調整が行い難いことはいうまでもない。
さらに、上述の実施形態では、ロータコア１９は磁性金属粉体を加圧成形したものである場合について説明したが、これに限られるものではなく、磁性金属粉体を加圧成形したものを二つ以上軸方向に積み上げてもよい。
【００３１】
そして、上述の実施形態では、リング部材２１，３３は、略円環状に形成されたものであって、その外径が永久磁石１７の外径と略一致するように設定されている場合について説明したが、これに限られるものではなく、ロータコア１９とカラー１８，３１との位置決めが可能な形状で、且つロータ５のバランス調整が可能な形状であればよい。とりわけ、リング部材２１，３３の外径にあっては、ロータコア１９と永久磁石１７が二色成形の場合において、ロータコア１９の外径より小さくてもよいが、ロータコア１９と永久磁石１７を接着剤等によって固定する場合において、ロータコア１９の外径よりも大きいことが望ましい。このようにすることで、ロータコア１９、永久磁石１７及びカラー１８，３１の位置決めを一度に行うことが可能になる。
【００３２】
また、上述の第二実施形態では、リング部材３３に空気撹拌用板３２が複数枚設けられている場合について説明したが、これに限られるものではなく、少なくとも一枚設けられていればよい。
さらに、上述の第二実施形態では、空気撹拌用板３２がリング部材３３から他方のハウジング３側に向かって立ち上がるように設けられると共に、軸方向平面視でカラー本体３４から径方向外側に向かって放射状に設けられ、周方向に等間隔で配置されている場合について説明したが、これに限られるものではなく、空気撹拌用板３２は、回転電機１内の空気を撹拌可能な形状であればよい。
【００３３】
そして、上述の実施形態では、カラー本体２０，３４の他方のハウジング３側端部にリング部材２１，３３が一体形成されている場合について説明したが、これに限られるものではなく、カラー本体２０，３４の一方のハウジング２側端部にリング部材２１，３３を一体成形してもよい。
【００３４】
また、上述の実施形態では、カラー本体２０，３４の一端側にリング部材２１，３３を一体成形した場合について説明したが、これに限られるものではなく、カラー１８，３１と分割構成された他のリング部材のみをカラー本体２０，３４のリング部材２１，３３とは反対側（カラー本体２０，３４の他端側）に取り付けてもよい（図２、図４（ｂ）に二点鎖線で示す）。このようにすることで、さらにロータバランスを調整しやすくすることが可能になる。また、他のリング部材（図４（ｂ）に二点鎖線で示す）にも空気撹拌用板３２を取り付ければ、回転電機１内の空気をより撹拌することができ、さらに効率的に回転電機１の温度低減を図ることが可能になる。
【００３５】
さらに、上述の実施形態では、ロータコア１９、及び永久磁石１７が略円筒状に形成されたものである場合について説明したが、これに限られるものではなく、ロータコア１９に永久磁石１７が外嵌固定できる形状であればよく、また、永久磁石も分割構成されていてもよい。
具体的には、図５に示すように、永久磁石１７を磁極毎に分割構成したうえで、各々磁極を二つの磁石で構成する、いわゆる極異方配向としてもよい。このように、複数の永久磁石をそれぞれ配向方向を変えて二つの永久磁石で一磁極を構成することにより、極異方性の磁石にみられる正弦波的な表面磁束密度分布のピーク部分における磁力を高めることができ、コギングトルクやロータ５の反作用の対策を行うことが可能になる。この場合、ロータコア１９の外周面は、軸方向平面視円形ではなく、多角形となる。また、永久磁石１７の内周面形状もロータコア１９の外周面形状に対応して多角形となる。
【００３６】
そして、上述の実施形態では、回転電機１はステータ４と、ステータ４の内側に回転自在に設けられたロータ５とを有するインナーロータ型のＤＣブラシレスモータである場合について説明したが、これに限られるものではなく、ステータの外側にロータが設けられたアウターロータ型のＤＣブラシレスモータであってもよいし、モータに限らず、発電機であってもよい。
【００３７】
また、上述の実施形態では、ロータコア１９と永久磁石１７が二色成形され、この永久磁石１７を取り付けたロータコア１９をカラー１８，３１に接着剤等を用いて接着したり、焼きバメしたりして互いに固定する場合について説明したが、これらロータコア１９、永久磁石１７、及びカラー１８，３１を合わせて三色成形としてもよい。
【図面の簡単な説明】
【００３８】
【図１】本発明の第一実施形態における回転電気の構成を示す一部縦断面図である。
【図２】本発明の第一実施形態におけるロータの断面図である。
【図３】本発明の第二実施形態における回転電気の構成を示す一部縦断面図である。
【図４】本発明の第二実施形態におけるロータを示し、（ａ）は上面図、（ｂ）は（ａ）のＡ−Ａ線に沿う断面図である。
【図５】本発明の実施形態におけるロータ構成の一例を示す横断面図である。
【符号の説明】
【００３９】
１  回転電機
５，３０  ロータ
６  回転軸
１７  永久磁石
１８，３１  カラー
１９  ロータコア
２０，３４  カラー本体
２１，３３  リング部材
３２  空気撹拌用板
【図１】
2008160973.tif 000003
【図２】
2008160973.tif 000004
【図３】
2008160973.tif 000005
【図４】
2008160973.tif 000006
【図５】
2008160973.tif 000007