(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
電流によって作動するモータの回転子であって、
磁性材料で構成され、外周に複数の突出部が所定間隔で形成され、ほぼ中心を回転軸とする内側部材と、
磁性材料で構成され、前記内側部材の周囲に互いに所定の間隔をあけて設けられ、それぞれ前記内側部材の突出部と対向する対向面を一端部に有する、複数の外側部材と、
前記内側部材の突出部と前記外側部材の対向面との間でそれぞれ保持された永久磁石であるネオジウム系磁石と、
前記内側部材の突出部相互間、前記ネオジウム系磁石相互間及び前記外側部材相互間に一体的に設けられ、非磁性材料で形成され、且つ可撓性材料で形成された中間部材とを有し、
前記内側部材の前記突出部は、
両側面に凹部が形成され、前記外側部材の前記一端対向面と対向する部位が略平面状とされた内側受け座として構成され、
前記外側部材の前記一端部は、
両側面に凹部が形成され、前記対向面が略平面状とされた外側受け座として構成され、
前記中間部材によって前記内側部材と前記外側部材とを結合したことを特徴とするモータの回転子。
【請求項２】
前記外側部材が、前記回転軸の半径方向の外縁に、前記回転方向に沿って設けられた円弧部を有し、
前記一端部が、前記円弧部から前記内側部材の方向に突出して形成されたことを特徴とする請求項１に記載のモータの回転子。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、電気で作動するモータの回転子、及び回転子の製造方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
複数のコイルに流れる電流をコイル間で変化させて、周期的に変化する（周方向に回転する）磁界を発生させ、この変化する磁界に対して、永久磁石に起因する磁界が追従するように作用して回転力が発生する電気モータについて、その構造は種々のものがある。例えば、直流（ＤＣ）電流により作動するＤＣブラシレスモータについては、通常、上記永久磁石が組み込まれ、回転運動を行う回転子と、回転子の外周囲に位置し、上記コイルが設けられた固定子とで主に構成されている。そして、モータを効率良く作動させるためには、永久磁石に起因する磁界を回転子の周囲に効果的に発生させる必要がある。
【０００３】
ここで、磁性体内に存在する磁界は、その外部に存在する磁界の影響を強く受けることが知られている（例えば、磁性体材料読本  １９９８年３月１日  初版第１刷発行、  株式会社  工業調査会  １９、２０頁、参照）。すなわち、回転子に複数の永久磁石を組み込む場合、回転子の周囲に磁界を効果的に発生させるためには、永久磁石のＮ極から発生する磁力線がＳ極に入る、いわゆる「磁力線の流れ」を効果的に形成する必要がある。これにより、回転子の磁性体内部に存在する総合的な磁界を強い状態に維持し、強い状態に維持された磁界を磁性体から回転子周囲に放出することが可能となる。
【０００４】
また、単一形成された回転子の鉄心の内部に永久磁石の両磁極を埋設すると、両磁極間で磁界がいわゆる「短絡」し、回転子の周囲に磁界が効果的に発生しない現象が知られている。このため、この短絡を防止するための種々の工夫がなされている。
【０００５】
一方、回転子に使用する磁石として、ネオジウム系（Ｎｄ−Ｆｅ−Ｂ）磁石が最近使用されるようになってきている。ネオジウム系磁石は磁束密度が高く、少量であっても強い磁界を発生させるという利点を有している。しかしながら、ネオジウム系磁石は剛性等の強度が弱く、小さな外力でも破壊される可能性があり、回転子に組み込む場合、曲げ応力等の応力が過度にかかる状態にすることができない。更に、ネオジウム系磁石は高価であり、多くのネオジウム系磁石を使用すると、回転子の製造費用が高くなる。
【０００６】
このような、加工に高度の技術を要するネオジウム系磁石を小型のモータの回転子に組み込むために、種々の工夫がなされている。例えば、外径５０ｍｍ、長さ７０ｍｍ程度のサイズのモータで、１ＫＷの出力を有するものの回転子（ローター）において、ケプラ糸で回転子全体を巻き、これによりネオジウム系磁石を固定したものがある。
【０００７】
また、上述したサイズよりも更に小型、例えば、外径が１５ｍｍ程度の回転子では、回転子に複数個のネオジウム系磁石を組み込んだ多極の回転子を製造することが困難になる。このため、小型の回転子では、１個のネオジウム系磁石をいわゆる「むく」の状態、又は「円筒型の総ネオジウム系磁石」の状態で回転子に組み込み、Ｎ極とＳ極の２極の回転子構造とする場合が多い。
【０００８】
ここで、多極の回転子の製造が困難になる１要因として、小型の回転子では上述した「磁力線の流れ」を効果的に形成することが困難になることが挙げられる。例えば、永久磁石の一方の磁極から発生した磁力線の一部が、回転子外部に放出されることなく、他の磁極に流れ込む傾向を最小限に抑制する構造を構成することが困難になることが挙げられる。そして、上記物性のため、ネオジウム系磁石は、その形状や固定方法について、通常の永久磁石よりも厳しい制限がなされ、効果的な多極の小型回転子を製造することをより困難なものにしている。
【０００９】
永久磁石が組み込まれた回転子の構造に関する技術が特許文献１に開示されている。同文献に開示された回転子コアは、複数の板状永久磁石を挿入する挿入部が軸方向に貫通して設けられた構成を有している。この挿入部は、回転子コアの周方向に延び、永久磁石の周方向の長さ（永久磁石の幅寸法）よりも長いスロット状の形状を有している。そして、この挿入部の両側部から、回転子コアの半径方向外方に延びるスリット状のバリア部を軸方向に貫通して設け、挿入部に永久磁石を挿入した状態で、挿入部に生じる隙間部とバリア部に非磁性材料からなる硬化性充填剤を充填している。この構成により回転子コアに永久磁石を固定すると共に、バリア部を設けることにより回転子内での磁束の短絡を防止するものである。
【００１０】
特許文献２には、回転子の構造に関する他の技術が開示されている。同文献に開示された回転子は、内側鉄心部と外側鉄心部とを有し、両者の間に平板状の磁石を挟むように埋設している。そして、磁石の極間部において外側鉄心部は切断され、これにより磁界の短絡を防止している。また、内側鉄心部は、磁石の極間部に突起部を備え、固定子側の磁束が効果的に作用する構成としている。
【００１１】
【特許文献１】特開平９−２１５２３６
【特許文献２】特開平１０−１６４７８４
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【００１２】
永久磁石をケプラ糸等で回転子に固定する場合、回転子を製造するのに手間のかかるものとなる。また、回転子の外周にケプラ糸を巻くと、その幅だけ固定子と回転子との間に距離が生じ、磁界を効率的に相互作用させるための支障となる。また、「むく」の状態、又は「円筒型の総ネオジウム系磁石」の状態で小型の回転子を構成する場合、回転子は、２極以上の多極の回転子を構成することが困難である。
【００１３】
特許文献１に開示された回転子では、回転子内に生じた磁界の短絡を防止するバリア部が設けられているものの、バリア部と回転子外縁との間に回転子コアが存在する。バリア部と回転子外縁との間に回転子コアが存在する上記構成では、この部位から磁界の一部が短絡し、回転子の外周に発生させる磁界が弱くなり、モータの高トルクや効率化を阻害する要因となることが一般的に知られている。
【００１４】
更に、同文献に開示された回転子では、互いに隣り合うバリア部の相互間において、回転子コアの部材が存在することになる。この部位では、互いに隣り合う永久磁石から発生する磁力線の方向が互いに逆向きになり、従ってこの部位で互いに影響を及ぼし合って磁力がロスする可能性がある。
【００１５】
特許文献２に開示された回転子では、内側鉄心部と外側鉄心部及び磁石を一体に保持するために、かしめピン等を使用する必要がある。しかし、例えば、回転子の外径が１５ｍｍ程度の小型のものでは、このような組立構造では組み立てることが困難になる。
【００１６】
更に、この特許文献２に示された図（例えば図１、２）では、永久磁石が薄い平板状に構成されているが、強度的に弱いネオジウム系磁石を使用して、同図に示されたような構造を小型の回転子に適応すると、強度上の問題も生じる。
【００１７】
本発明は上記課題に鑑みてなされたものでありその目的は、複数のネオジウム系磁石を組み込むことが可能であり、且つ小型のモータに適用できる、高性能の回転子を安価に提供すること、及びこの回転子を容易に製造する方法を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【００１８】
請求項１に記載のモータの回転子は、電流によって作動するモータの回転子であって、磁性材料で構成され、外周に複数の突出部が所定間隔で形成され、ほぼ中心を回転軸とする内側部材と、磁性材料で構成され、前記内側部材の周囲に互いに所定の間隔をあけて設けられ、それぞれ前記内側部材の突出部と対向する対向面を一端部に有する、複数の外側部材と、前記内側部材の突出部と前記外側部材の対向面との間でそれぞれ保持された永久磁石であるネオジウム系磁石と、前記内側部材の突出部相互間、前記ネオジウム系磁石相互間及び前記外側部材相互間に一体的に設けられ、非磁性材料で且つ可撓性材料で形成された中間部材とを有し、前記内側部材の前記突出部は、両側面に凹部が形成され、前記外側部材の前記一端対向面と対向する部位が略平面状とされた内側受け座として構成され、前記外側部材の前記一端部は、両側面に凹部が形成され、前記対向面が略平面状とされた外側受け座として構成され、前記中間部材によって前記内側部材と前記外側部材とを結合したことを特徴とする。
【００１９】
これにより、永久磁石は内側部材の突出部と、外側部材の対向面との間に保持されるので、強い曲げ応力から保護され、またネオジウム系磁石を薄板状等、強度的に弱くなる形状に加工する必要がない。従って、ネオジウム系磁石を強度的に強い形状で回転子に組み込むことが可能となる。また、かしめピンやネジ等を使用することなく、小型の回転子に複数個のネオジム系磁石を容易に組み込むことができ、多極の回転子を形成できる。更に、中間部材が位置する部位には磁界がほとんど発生せず、回転子内部において、互いに隣り合う永久磁石間で効果的な磁界を形成できる。すなわち、磁界をロスすることなく外側部材を介して回転子の外部に効果的に発生させる高性能の回転子を形成できる。なお、外側部材は互いに所定の間隔を置いて設けられているので、この部位を磁界が短絡することはない。
更に、内側受け座と外側受け座との間に永久磁石を密着した状態で挿入し、安定して保持することができる。そして、中間部材と内側部材及び外側部材との結合が、内側部材の側面及び外側部材の側面に形成された凹部で行われる構成になる。
更に、中間部材が可撓性材料で形成されており、これにより、外側部材と内側部材との間に、中間部材を介して弾性が作用する状態となる。従って、永久磁石の保持位置を永久磁石が隙間なく挿入される形状に作成する場合、永久磁石と保持位置の形成に必要とされる許容公差を大きくすることができ、製造コストを低くできる。更に、完成後のモータの外部からの衝撃、例えば落下等の衝撃の影響を受けにくい構造とすることができる。
【００２２】
請求項２に記載のモータの回転子は、請求項１に記載の回転子であって、外側部材が、回転軸の半径方向の外縁に、回転方向に沿って設けられた円弧部を有し、上記一端部が、円弧部から内側部材の方向に突出して形成されたことを特徴とする。
【００２３】
これにより、円弧部から磁力線が回転子の外部に放出され、回転子の外部から円弧部に磁力線が流入する状態になる。従って、回転子の周囲の磁界が均一化し、回転子の更なる高性能化が図られる。
【発明の効果】
【００３０】
本発明に係る回転子によれば、複数のネオジウム系磁石が組み込まれた小型の回転子を、その周囲に磁界を効果的に発生させた状態で、安価に提供することができる。また、この回転子を迅速且つ容易に製造することが可能になる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００３１】
次に、本発明の実施の形態について図面に基づいて説明する。図１は、本実施の形態にかかる回転子１０を、回転軸１２を横切る面で切断した断面図である。回転子１０は略円柱形状であり、図の中心部に回転軸１２を有し、回転軸１２を軸中心に回転するものである。回転子１０は、磁性材料で形成された内側部材１４と、同じく磁性材料で形成された外側部材１６、非磁性材料で形成された中間部材１８、及び永久磁石２０とで主に構成されている。
【００３２】
なお、本発明において、磁性材料とは、「磁化されやすい材料」を意味し、例えば、純鉄、鉄−けい素合金、けい素鋼板等の磁芯材料が挙げられる。また、非磁性材料とは、「磁化されにくい材料」を意味し、例えば、合成樹脂、ガラス、木材等その他内部に磁界をほとんど発生させない材料が挙げられる。
【００３３】
内側部材１４は、回転子１０の略中央部に設けられ、そのほぼ中心を回転軸としている。そして、本実施の形態では、略円筒形状を有する内輪部１４ａと、内輪部１４ａからその周囲に連続的に突出する突出部として設けられた内側受け座１４ｂを有している。本実施の形態では、内側受け座１４ｂは、互いに略等間隔で設けられており、その両側面に凹１４ｃ部を有し、そしてその端部において後述する永久磁石２０の一方の磁極（内周側磁極）と対向する面が略平面状に形成されている。
【００３４】
外側部材１６は、それぞれの内側受け座１４ｂに対応して設けられている。この外側部材１６は、回転子１０の外縁に矢印２１０で示した回転方向に沿って設けられた円弧部１６ａと、円弧部１６ａから内側部材１４側に連続的に突出して設けられた外側受け座１６ｂとを有している。外側受け座１６ｂは、その両側面に凹部１６ｃを有している。そして外側受け座１６ｂは、その端部において、上述した略平面状に形成された内側受け座１４ｂの端部と対向する面、すなわち一端対向面が略平面状に形成されている。この部位は後述する永久磁石２０の一方の磁極（外周側磁極）と対向するように位置されている。また、各外側部材１６は、外側部材１６相互間で、互いに所定の間隔をあけて設けられている。
【００３５】
永久磁石２０は、本実施の形態では６個の永久磁石２０が、内側受け座１４ｂと外側受け座１６ｂとの間に互いに密着して挿入された状態で、回転軸１２の回転方向に略等間隔で設けられている。そして、永久磁石２０は、回転軸１２を中心とした半径方向（矢印２２０方向）にＮ極とＳ極の両磁極を位置させ、更に互いに隣り合う永久磁石２０のＮ極とＳ極を交互に入れ替えた状態となっている。
【００３６】
この構成により、永久磁石２０に起因する磁界が内側受け座１４ｂと外側受け座１６ｂに磁束が損失することなく効果的に流れることになる。なお、回転軸１２側に位置する磁極を内周側磁極、回転子１０外周側に位置する磁極を外周側磁極とする。
【００３７】
中間部材１８は、上述した互いに隣り合う内側受け座１４ｂ間、永久磁石２０間、及び外側部材１６間に一体的に設けられている。中間部材１８は、例えば、硬化性の充填材を充填し、硬化させて形成することができる。ここで、中間部材１８が設けられた位置は磁界がほとんど発生しない。従って、互いに隣り合う、永久磁石２０相互間や、外側部材１６相互間等で磁界が互いに直接的に影響を及ぼし合うことがほとんどない。
【００３８】
なお、本実施の形態では上述した永久磁石２０の保持位置は、永久磁石２０の上記両磁極の対向面に対する側面が中間部材１８で形成され、これにより永久磁石２０は、その保持位置に嵌合して固定されている。更に、内側受け座１４ｂと外側受け座１６ｂの上述した形状（凹部１４ｃ、凹部１６ｃ）により、内側部材１４及び外側部材１６が中間部材１８で結合固定され、全体が一体に保持されている。
【００３９】
以上の構成により、本実施の形態にかかる回転子１０によれば、永久磁石２０は、内側受け座１４ｂと、外側受け座１６ｂの互いに対向する面との間に保持されるので、強い曲げ応力から保護される。またネオジウム系磁石を薄板状等、強度的に弱くなる形状に加工する必要がなく、比較的厚い略直方体状等の構造上強い状態で複数個、従って多極の回転子に組み込むことができる。更に、組み立てにネジやピン、更に糸等を使用する必要がない。このため、例えば材質的に弱いネオジウム系磁石を使用し、外径が１５ｍｍ程度の小型の回転子を安価に製造することができる。
【００４０】
なお、本実施の形態において、中間部材１８は可撓性を有する材料例えば、合成樹脂等で形成しても良い。これにより、外側部材と内側部材との間に、中間部材を介して弾性が作用する状態となる。従って、永久磁石と保持位置の形成に必要とされる許容公差を大きくすることができ、製造コストを更に低くできる。また、完成後のモータの外部からの衝撃、例えば落下等の衝撃の影響を受けにくい構造とすることができる。
【００４１】
図２は、図１に示した回転子１０において、永久磁石２０に起因して発生する磁界の状態を説明した図である。図２に破線で示したように、回転子１０の内部において、内側部材１４を介して互いに隣り合う永久磁石２０の磁極間を結ぶ磁力線が形成される。そして、この磁力線は、非磁性体材料で形成された中間部材１８の存在により、内側受け座１４ｂ間、永久磁石２０間、外側受け座１６ｂ相互間で、直接的に流れる磁界はほとんど発生しない。また、内側受け座１４ｂから外側部材１６及び回転子１０の周囲にかけて互いに対向する向きに磁力線が発生する領域も存在しない。
【００４２】
すなわち、永久磁石２０のＮ極が外周側磁極である部位から発生した磁力線は、その全てが外側部材１６の円弧部１６ａから回転子１０の外部に放出される。そして、隣り合う円弧部１６ａからＳ極が外周側磁極である部位に入り、内側部材１４を介して内周側磁極がＮ極である部位から内周側磁極がＳ極である部位に、磁力線が流れる。このように、互いに隣り合う永久磁石２０間でいわゆる「磁力線の回路」が形成され、この間、上述のように磁力線のロスはほとんど発生しない。従って、互いの磁極が接近した状態で位置される小型の回転子１０であっても、回転子１０外部に効率的に磁界を発生させることが可能な高性能の回転子を構成できる。
【００４３】
更に、円弧部１６ａの上述した形状により、永久磁石２０に起因して回転子１０の周囲に発生する磁界の磁束が回転子１０の周囲で均一化され、回転子１０をより高性能なものとしている。なお、外側部材１６は、互いに所定の間隔を置いて設けられているので、外側部材１６相互間を磁界が短絡することもない。
【００４４】
本発明は、上述の実施の形態に限定されるものではなく、本発明の用紙の範囲内で種々の変更が可能である。例えば、図１に示した実施の形態では、永久磁石２０が６個使用されているがこれに限られるものではない。例えば８個の永久磁石２０、又は４個永久磁石を使用するようにしても良い。
【００４５】
また、図１に示した実施の形態では、永久磁石２０は、内側受け座１４ｂと外側受け座１６ｂとの間に互いに密着して挿入された状態で設けられているとしたがこれに限られるものではない。例えば、互いに対向する内側受け座１４ｂと外側受け座１６ｂと間隔よりも薄い厚さの永久磁石２０を挿入する。そして、永久磁石２０と、内側受け座１４ｂ又は外側受け座１６ｂとの間に形成される間隙に、他の磁性材料を、この間隙を埋めるように介在させても良い。
【００４６】
図３（Ａ）〜（Ｅ）は、図１に示した実施の形態にかかる回転子１０の製造工程を説明した図である。同図に基づいて、回転子１０の製造方法を説明する。本実施の形態に従えば、本発明にかかる回転子１０は以下のように迅速且つ容易に製造することができる。
【００４７】
先ず、外側部材１６を、円弧部１６ａにおいて互いに連続させた環状体２６を形成する（環状体形成工程）（図３（Ａ））。そして成型用金型内において、環状体２６の内側に内側部材１４を配置する（内側部材配置工程）（図３（Ｂ））。環状体２６と内側部材１４の、この配置状態では、上述のように内側受け座１４ｂの平面状に構成された、突出した端部と、外側受け座１６ｂの端部、すなわち平面上の一端対向面とが対向した状態になっている。ここで、内側部材１４及び外側部材１６は、珪素鋼板等をプレス抜きし、所定の枚数を重ね、接着剤で固定して形成されている。
【００４８】
そして、後に、永久磁石２０が挿入される部位、すなわち、内側受け座１４ｂの突出した端部と、外側受け座１６ｂの端部との間にスペーサとして中子２８を配置する（スペーサ配置工程）（図３（Ｃ））。
【００４９】
この状態で、環状体２６の内部に形成された内部空間に硬化性充填材として硬化性樹脂を注入する。これにより、硬化性樹脂は、内側受け座１４ｂ相互間から外側受け座１６ｂの相互間にかけて注入され、注入後硬化して中間部材１８が形成される。この中間部材１８により上述のように内側部材１４と中間部材１８と外側部材１６が相互に結合された状態となる（結合工程）（図３（Ｄ））。
【００５０】
次に、上記硬化性充填材を充填硬化させた後の工程について説明する。先ず、中子２８を取り除くと、内側受け座１４ｂと外側受け座１６ｂの間には永久磁石２０を挿入可能な挿入空間２４が形成されており、この部位に永久磁石２０を矢印２４０の方向に挿入する（永久磁石挿入工程）（図３（Ｅ））。また、この挿入の前又は後において、円弧部１６ａの互いに連続された部位を所定の間隔で除去してスロット１６ｄを形成する（切断工程）（図３（Ｅ））。これにより回転子１０が製造される。この永久磁石挿入工程と切断工程を実施する順序は、結合工程終了後であれば両工程の何れが先に実施されても良い。
【００５１】
なお、上記結合工程において、硬化性充填材が例えば射出成形等により高温状態で上記注入される場合もある。この場合、上記永久磁石挿入工程は、硬化性充填材が硬化して中間部１８を形成後、中間部材１８の温度が永久磁石２０の磁力等に影響を与えない程度にまで低下した後に行うことが望ましい。
【００５２】
以上の手順により、複数の外側部材１６が連続形成されて一体化した状態で、硬化性充填剤の充填により回転子１０の組み立てを行うので、外側部材１６がばらばらになることなく、回転子１０の組み立て、製造が容易且つ迅速となる。
【００５３】
更に、回転子１０は、内周側部材１４と外周側部材１６及び中間部材１８を相互に組み立てた後に永久磁石２０を挿入空間２４に挿入可能に形成できるので、回転子１０の組み立てが非常に容易かつ迅速になる。また、永久磁石が充填に伴う熱的影響を受け、例えば磁力が低下することがない。そして、永久磁石の保持位置にゴミやほこりが介在することを防止できる。
【００５４】
なお、回転子１０の製造方法として、永久磁石挿入工程において、永久磁石２０を挿入空間２４挿入に挿入するとしたが、永久磁石２０の代わりに、磁界を発生させていない状態の永久磁石化材料を挿入することも可能である。そして、上記切断工程終了後、回転子１０の外部から回転子１０内部に所定の方向に磁界を発生させ、この磁界により上記挿入した永久磁石化材料を永久磁石にする（着磁する）ことも可能である。
【図面の簡単な説明】
【００５５】
【図１】本発明にかかる回転子を、回転軸を横切る方向面で切断した断面図である。
【図２】図１に示した回転子に永久磁石に起因して発生する磁界の状態を説明した図である。
【図３】図１に示した実施の形態にかかる回転子の製造工程を説明した図である。
【符号の説明】
【００５６】
１０  回転子
１２  回転軸
１４  内側部材
１４ａ  内輪
１４ｂ  内側受け座
１６  外側部材
１６ａ  円弧部
１６ｂ  外側受け座
１８  中間部材
２０  永久磁石
２４  挿入空間
２６  環状体
２８  中子
【図１】
0004714512.tif 000002
【図２】
0004714512.tif 000003
【図３】
0004714512.tif 000004