(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
磁極に対応して内周面の軸線方向に非研磨の凹部が形成されるとともに、該凹部間が所望の内径の内周面に研磨された焼結リングマグネットと、
前記焼結リングマグネットの内径より径大、かつ、その最大径が前記凹部の最大径より小さい凸部が前記凹部に対応して外周面の軸線方向に形成されるとともに、軸心に貫通孔が穿設され、更に、円盤状に打ち抜かれた鋼板を積層して構成されることで、該凹部間の前記焼結リングマグネットの内周面の内径に対する、該凸間の外周面の外径の径差が、前記凹部の最大径と前記凸部の最大径との径差の寸法精度より高い寸法精度で一定とされるとともに、該凹部と該凸部とを嵌合させて前記焼結リングマグネットに同心に接着されたロータヨークと、
前記ロータヨークの貫通孔に挿着されたシャフトと、を具備してなるものであることを特徴とするブラシレスモータ用ロータ。
【請求項２】
前記焼結リングマグネットは、極異方性に磁場成形されたものであることを特徴とする請求項１記載のブラシレスモータ用ロータ。
【請求項３】
前記焼結リングマグネットの軸線方向両端面を覆う保護板と、少なくとも前記焼結リングマグネットの外周面を覆う保護シートと、を具備することを特徴とする請求項１又は２記載のブラシレスモータ用ロータ。
【請求項４】
請求項１乃至３のいずれかに記載のブラシレスモータ用ロータを回転子とするインナーロータ型のものであることを特徴とするブラシレスモータ。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、焼結リングマグネットを備えたブラシレスモータ用ロータの構造に関する。
【背景技術】
【０００２】
モータには、従来より、インダクションモータや整流子モータ等の各種モータが使われてきたが、近年、高性能化されたブラシレスモータが多用されている。このブラシレスモータの１つであるインナーロータ型のブラシレスモータでは、内側回転子となるロータの外周にマグネットが配置されてロータヨークに接着剤によって固定されている。該マグネットは、ブラシレスモータの極数に対応して複数のマグネット片を周方向に配置した所謂セグメント型のものや、円筒状に成形されて周方向に多極に着磁したリングマグネットがあるが、セグメント型では、温度上昇で接着強度が弱まって、ロータの回転によりマグネット片が遠心方向へ飛散するおそれがあり、ロータの磁極数が増えればマグネット片の飛散に対する信頼性が低下するという問題がある。
【０００３】
かかるマグネット片の飛散を防止するために、ロータの外周に飛散防止部材として金属製の円筒体を設けたり、ロータヨークの外周面に沿って周縁部に孔を列設し、各孔にマグネット片を嵌挿する所謂マグネット内装型の構成が考案されている。しかし、金属製の円筒体を設けるには、マグネット片とステータとの磁気的ギャップを広くしなければならずモータの性能が低下するという問題がある。また、金属製の円筒体に渦電流が生じてモータ効率が低下するという問題もある。マグネット内装型でも、同様に、マグネット片の外側にロータヨークが存在するので磁気的ギャップは広くなり、また、マグネット片間にもロータヨークが存在するので、マグネット片の磁束のすべてがステータ側へ向かわず、ロータヨークを介して両側の他のマグネット片へ漏れてモータの性能が低下するという問題がある。
【０００４】
したがって、マグネットの飛散することを防止する点では、セグメント型のマグネット片よりリングマグネットが優れている。しかし、リングマグネットを採用しても、接着強度が弱まればロータヨークに対して空転が生ずるという問題が発生する。これに対し、リングマグネットの内周の端部に凹部を形成し、ロータヨークにキーやピンからなる凸部を設け、該凹部と凸部を係合させて空転を防止する構成が考案されている（例えば、特許文献１参照）。また、リングマグネットの内周に軸線方向の突出部を形成し、ロータヨークの外周に軸線方向の凹部を形成して、該突出部と凹部とを一致させて嵌め合わせ、空転を防止する構成も考案されている（例えば、特許文献２参照）。
【０００５】
【特許文献１】特開２００１−１７８０４２号公報
【特許文献２】特開２００３−１７４７４５号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
ブラシレスモータの小型化、高性能化が進展して、産業用の高性能ブラシレスモータのロータには、磁束密度の高いネオジ系の焼結リングマグネットが多用されている。該焼結マグネットは、円筒状のスリーブの中央にコアロッドを配置した成形型枠内で磁石粒子を磁場成形されるが、焼結による熱膨張と収縮、磁石粒子の配向により、成形後の外周及び内周は真円ではなく、多角形状となったり、歪みが生じたりする。したがって、製造後に、リングマグネットの外周面及び内周面を研磨して所望の形状及び寸法に仕上げているが、前述したように、リングマグネットの内周にロータヨークと嵌合させるための突出部や凹部等を形成すると、これら突出部等も所望の寸法精度に仕上げる必要があるので研磨工程が煩雑となり、製造コストが上がるという問題がある。
【０００７】
また、高出力のブラシレスモータは、従来の油圧モータに代えてエレベータや自動車のパワーステアリング等にも用いられるようになってきているが、このような人の輸送等に用いられるブラシレスモータでは、安全面から、空転や飛散等の発生は極力防止しなければならない。
【０００８】
本発明は、これらの点に鑑みてなされたものであり、ブラシレスモータに用いられるロータにおいて、製造コストを極力抑え、マグネットの空転及び飛散を確実に防止できる手段を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００９】
本発明に係るブラシレスモータ用ロータは、磁極に対応して内周面の軸線方向に非研磨の凹部が形成されるとともに、該凹部間が所望の内径の内周面に研磨された焼結リングマグネットと、前記焼結リングマグネットの内径より径大の、かつ、その最大径が前記凹部の最大径より小さい凸部が前記凹部に対応して外周面の軸線方向に形成されるとともに、軸心に貫通孔が穿設され、更に、円盤状に打ち抜かれた鋼板を積層して構成されることで、該凹部間の前記焼結リングマグネットの内周面の内径に対する、該凸間の外周面の外径の径差が、前記凹部の最大径と前記凸部の最大径との径差の寸法精度より高い寸法精度で一定とされるとともに、該凹部と凸部とを嵌合させて前記焼結リングマグネットに同心に接着されたロータヨークと、前記ロータヨークの貫通孔に挿着されたシャフトと、を具備してなるものであることを特徴とする。
【００１０】
また、本発明は、前記焼結リングマグネットが、極異方性に磁場成形されたものであることを特徴とする。
【００１１】
また、本発明は、更に、前記焼結リングマグネットの軸線方向両端面を覆う保護板と、少なくとも前記焼結リングマグネットの外周面を覆う保護シートと、を具備することを特徴とする。
【００１２】
また、本発明に係るブラシレスモータは、前記ブラシレスモータ用ロータを回転子とするインナーロータ型のものである。
【発明の効果】
【００１３】
本発明に係るブラシレスモータ用ロータによれば、焼結リングマグネットの内周面の軸線方向に、非研磨の凹部を形成するとともに該凹部間を所望の内径に研磨し、ロータヨークの外周面の軸線方向に該焼結リングマグネットの内径より径大の凸部を前記凹部に対応して形成し、これら凹部と凸部とを嵌合させて焼結リングマグネットとロータヨークとを同心に接着したので、焼結リングマグネットの空転及び飛散を確実に防止できる。また、焼結リングマグネットの内周面に形成された凹部は非研磨なので、研磨工程が容易であり、ブラシレスモータ用ロータの製造コストを抑制できる。また、本ブラシレスモータ用ロータは、ロータヨークの外周面と、焼結リングマグネットの内周面とのギャップが一定となって、ロータヨークと焼結リングマグネットとが精度よく同心に接着できる。
【００１４】
また、本発明によれば、前記焼結リングマグネットを極異方性に磁場成形することにより、その内周面が着磁の配向等の影響で軸線方向に磁極に対応した凹凸形状となるので、前記凹部が容易に形成できるという利点がある。
【００１５】
また、本発明によれば、前記焼結リングマグネットの軸線方向両端面を覆う保護板と、少なくとも前記焼結リングマグネットの外周面を覆う保護シートと、を具備するので、焼結リングマグネットの端面及び外周面の欠けによる微小片の飛散も防止できる。
【００１６】
また、本発明に係るブラシレスモータによれば、前記ブラシレスモータ用ロータを回転子とするインナーロータ型のものなので、焼結リングマグネットの空転及び飛散を確実に防止でき、安全性の高い高出力のブラシレスモータを実現できる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１７】
以下、本発明の実施の形態を図面に基づき具体的に説明する。
本発明の実施の形態に係るブラシレスモータ１００は、内側回転子と外側固定子とから構成されるインナーロータ型のものであり、図１に示すように、内側回転子はロータ（ブラシレスモータ用ロータ）１０１であり、外側固定子は、ティース毎に分割された分割コア２０が所定個数分、ここでは１２個分が環状に連結され、各ティースにコイル２１が巻回されたステータ１０２であり、該ステータ１０２内空に一定のギャップを設けてロータ１０１が回転自在に配設されている。
【００１８】
前記ロータ１０１は、図２及び図３に示すように、モータの軸となるシャフト１０と、該シャフト１０と同心に設けられたロータヨーク１１と、該ロータヨーク１１の外周に設けられた焼結リングマグネット１２と、焼結リングマグネット１２の軸線方向両端面を覆う保護板１３と、焼結リングマグネット１２の外周面を覆う保護シート１４とを具備してなるものである。
【００１９】
ロータヨーク１１は、図４に示すように、円盤状に打ち抜かれた鋼板を積層して、カシメ等により一体にされたものである。ロータヨークの中心には、シャフト１０を挿通するための貫通孔１１ａが形成されており、外周には焼結リングマグネット１２の内周形状に対応した突出部１１ｂが形成されている。図には詳細に示していないが、鋼板の所定箇所にはカシメのための凹凸が形成されており、所定枚数の鋼板が該凹凸を重ねるようにカシメられて円柱状のロータヨーク１１を構成している。該ロータヨーク１１の貫通孔１１ａにはシャフト１０が挿通され、焼バメ等により固定されており、ロータヨーク１１の外周には、焼結リングマグネット１２が外嵌されるが、ロータヨーク１１と焼結リングマグネット１２との嵌合構造については後述する。
【００２０】
焼結リングマグネット１２は、図５に示すように、磁石粒子が円筒状に焼結された永久磁石であり、外周面にステータ１０２のスロット数に対応して８極の磁極が形成されている。その内周面は、磁極に対応して軸線方向に非研磨の凹部１２ａが形成されるとともに、該凹部１２ａ間が所望の内径に研磨されている。凹部１２ａは、外周面の磁極間に形成されており、本焼結リングマグネット１２の磁極数は８極なので、凹部１２ａも８つ形成されている。該凹部１２ａの形状や大きさ、及び凹部１２ａ間の内径は、前記ロータヨーク１１の突出部１１ｂとの関係で設定されており、該凹部１２ａと突出部１１ｂとを対応させて、ロータヨーク１１の外周に焼結リングマグネット１２が外嵌され、接着剤により固定されている。以下、ロータヨーク１１の突出部１１ｂと焼結リングマグネット１２の凹部１２ｂとの嵌合構造について詳述する。
【００２１】
図５に示すように、前記凹部１２ａでは、焼結リングマグネット１２の肉厚が弧状に薄くなっており、その幅ｄ２は前記突出部１１ｂの幅ｄ１と同等以上であり、その最大径ｒ２は前記突出部１１ｂの最大径ｒ１より所定寸法だけ大きい。これにより、凹部１２ａと突出部１１ｂ間には嵌合状態で所定寸法のギャップｇ１があり、該ギャップｇ１に接着剤が充填されるようになっている。ギャップｇ１には高い寸法精度は不要であり、各凹部１２ａ内に各突出部１１ｂが納まるようにロータヨーク１１と焼結リングマグネット１２とが嵌合できれば、現実のギャップｇ１の寸法が設計寸法より多少増減してもよい。したがって、焼結リングマグネット１２を焼結法で成形した後にギャップｇ１の寸法精度を確保するために凹部１２ａを研磨する必要はない。
【００２２】
一方、凹部１２ａ間の焼結リングマグネット１２の内周面１２ｂの内径ｒ４も、突出部１１ｂ間のロータヨーク１１の外周面１１ｃの外径ｒ３より所定寸法だけ大きく、内周面１２ｂと外周面１１ｃとの間には嵌合状態で所定寸法のギャップｇ２があり、該ギャップｇ２にも接着剤が充填されるが、焼結リングマグネット１２をロータヨーク１１に同心となるように嵌合するために、ギャップｇ２は一定寸法となるように所定の寸法精度が必要である。即ち、焼結リングマグネット１２の焼結時の変形や歪み等により寸法誤差が生じ、焼結リングマグネット１２の凹部１２ａ間の肉厚が一定でなかったりすれば、ロータ１０１に偏心が生じるので、これを防止するために、凹部１２ａ間の肉厚を一定としてギャップｇ２を一定に保つ必要がある。したがって、焼結リングマグネット１２を焼結法で成形した後に凹部１２ａ間の肉厚やギャップｇ２の寸法精度を確保するために、凹部１２ａ間を研磨する必要がある。また、凹部１２ａ間の内周面１２ｂの内径ｒ４は、前記突出部１１ｂの最大径ｒ１より小さい。したがって、ロータヨーク１１と焼結リングマグネット１２とが嵌合した状態で、突出部１１ｂが凹部１２ａから外れることはない。
【００２３】
このように、各突出部１１ｂと各凹部１２ａとを対応させてロータヨーク１１に焼結リングマグネット１２が嵌合され、ギャップｇ１，ｇ２に接着剤が充填されて固定されることにより、モータの振動や発熱、回転子と固定子間に作用する磁力等により接着力が低下し、焼結リングマグネット１２がロータヨーク１１に対して空転し易い状況となっても、空転方向の力は、ギャップｇ１に充填された接着剤に対してせん断力でなく圧縮力として作用するので、この反力により空転が生じ難くなる。また、ギャップｇ１に充填された接着剤を圧縮する程に空転方向の力が作用したとしても、突出部１１ｂが凹部１２ａに当接するので、それ以上に空転することはない。
【００２４】
このような形状の焼結リングマグネット１２は、極異方性に磁場成形された焼結体が、その外周面と内周面の一部とが研磨されて着磁されることにより製造される。さらに詳細に説明するに、該焼結体は、磁気異方性を有するネオジ系の磁石粒子が型枠１の成形空間Ｃ内で円筒形状に成形されたものであり、該型枠１は、図６に示すように、円筒状のスリーブ２の中央に円柱状のコアロッド３が配置されて断面が環状の成形空間Ｃが形成されている。スリーブ２の外周には、磁界印加用の電磁コイル４が配設されている。本実施の形態に係る焼結リングマグネット１２は８極のものなので、８個の電磁コイル４が周方向に等間隔で配設されている。これら電磁コイル４にパルス電流を印加して成形空間Ｃに磁界を与えながら成形し、その後、所定温度で成形体を焼成する。これにより、図７に１点鎖線で示す方向に磁化容易軸が形成された焼結体５が得られる。該焼結体５は略円筒形状であり、外周が磁極に対応した８角形状に、内周が磁極間に対応する部分が軸線方向の凹条５ａであって磁極に対応する部分が軸線方向の凸条５ｂである１６個の凹凸形状となっている。これは、磁気異方性の磁石粒子を磁場成形することにより該磁石粒子が磁界に沿って配向するが、この配向により磁石粒子の密度や焼結の際の熱膨張率にも異方性が生じるからである。
【００２５】
前述したように、ロータ１０１の焼結リングマグネット１２は、ステータ１０２のティースと一定のギャップで対向しており、該ギャップの精度はブラシレスモータ１００の性能に影響する。したがって、前記焼結体５の外周は所定の外径の真円であって外周面が平滑となるように、図に斜線で示した部分が研磨される。該研磨は、例えば、高速回転された砥石等の研磨体を焼結体５の外周面に接触させながら円形に移動させることにより行われるが、その他の周知且つ任意の研磨方法であってもよい。
【００２６】
一方、焼結体５の内周の凹凸形状のうち、凹条５ａは焼結リングマグネット１２の凹部１２ａとなるものであり、前述したように、該凹部１２ａは高い寸法精度を必要とせず、焼結の際の±０．５ｍｍ程度の誤差は許容されるので、焼結された状態のままであるが、図７に斜線で示すように、凸条５ｂは、内径ｒ４の平滑な内周面１２ｂとなるように研磨される。その後、焼結体５が８極に着磁されて焼結リングマグネット１２とされる。焼結リングマグネット１２を外嵌するロータヨーク１１は、前述したように、円盤状に打ち抜かれた鋼板の積層体なので、その外周面１１ｃの外径ｒ３の精度は高い。したがって、焼結リングマグネット１２の内周面１２ｂを研磨により精度よく内径ｒ４とすることにより、ロータヨーク１１の外周面１１ｃの外径ｒ３と焼結リングマグネット１２の内周面１２ｂの内径ｒ４との差が所定の寸法精度で一定とされ、ギャップｇ２が一定となってロータヨーク１１と焼結リングマグネット１２とが精度よく同心に接着される。また、焼結リングマグネット１２の凹部１２ａは焼結の際の凹凸形状を非研磨で用いることができるので、研磨工程が簡略化されて製造コストが抑制できる。
【００２７】
なお、本実施の形態では、型枠１の中央に配置されるコアロッド３は円柱状のものとしたが、例えば、極異方性に磁場成形された焼結体５の内周の凹凸形状が小さく、その凹条５ａが所望の内径ｒ２の凹部１２ａとならない場合には、コアロッド３の外周の磁極間に対応する各部分に突出部を設け、より積極的に焼結体５の内周を凹凸形状としてもよい。
【００２８】
このようにロータヨーク１１の外周に接着された焼結リングマグネット１２の軸線方向両端面には、図２及び図３に示すように、円盤状の保護板１３が配設されている。該保護板１３は、焼結リングマグネット１２の外径と略同径の薄板であり、中心にシャフト１０を挿通するための貫通孔１３ａが穿設されている。該貫通孔１３ａはシャフト１０より径大であり、保護板１３がロータヨーク１１と焼結リングマグネット１２間のギャップｇ１，ｇ２を覆うことができる範囲で任意に設定すればよい。
【００２９】
さらに、焼結リングマグネット１２の外周面と前記保護板１３の外周縁部とを覆うように保護シート１４が設けられている。該保護シート１４は、加熱により収縮する樹脂製の円筒シートであり、ロータ１０１とステータ１０２と間のギャップが大きくならないように薄いもの、具体的には０．１〜０．２ｍｍ程度のものが好適である。保護シート１４は、両端に保護板１３が配設された焼結リングマグネット１２を覆うように被せられて加熱収縮されており、焼結リングマグネット１２の外周面及び保護板１３の外周縁部に密着している。これら保護板１３及び保護シート１４により焼結リングマグネット１２の端面及び外周面が覆われることにより、焼結リングマグネット１２の欠け等による微小片の飛散が防止されるとともに、焼結リングマグネット１２の防錆効果も奏する。また、保護板１３がロータヨーク１１と焼結リングマグネット１２間のギャップｇ１，ｇ２を覆うことにより、焼結リングマグネット１２に空転方向の力が作用してギャップｇ１に充填された接着剤が圧縮された場合に、焼結リングマグネット１２の両端面から接着剤が押し出されることがなく、より強固に空転が防止できる。
【００３０】
このように本ロータ１０１によれば、ロータヨーク１１の外周面の凸部１１ｂと焼結リングマグネット１２の凹部１２ａとを嵌合させて、ロータヨーク１１と焼結リングマグネット１２とを同心に接着したので、焼結リングマグネット１２の空転及び飛散を確実に防止できる。また、該ロータ１０１と内側回転子とすることにより、安全性且つ高出力のブラシレスモータ１００を実現でき、該ブラシレスモータ１００は、エレベータや自動車のパワーステアリング等、高い安全性が要求される産業用モータに好適である。
【００３１】
なお、本実施の形態に係るブラシレスモータ１の構成は一例であり、例えば、モータの極数を８極から増減したり、ステータ１０２を分割コア２０でなく一体に成形された磁性鋼板の積層体とする等、本発明の要旨を変更しない範囲で適宜変更できることは当然である。
【図面の簡単な説明】
【００３２】
【図１】本発明の実施形態に係るブラシレスモータ１００の構成を示す断面図である。
【図２】ロータ１０１の構成を示す斜視図である。
【図３】ロータ１０１の構成を示す分解斜視図である。
【図４】ロータヨーク１１の構成を示す斜視図である。
【図５】凹部１２ａと突出部１１ｂとの嵌合構造を示す正面図である。
【図６】焼結リングマグネット１２を磁場成形するための型枠１の概略構成を示す断面図である。
【図７】焼結体５の形状を示す正面図である。
【符号の説明】
【００３３】
１０  シャフト
１１  ロータヨーク
１１ａ  貫通孔
１１ｂ  凸部
１１ｃ  外周面
１２  焼結リングマグネット
１２ａ  凹部
１２ｂ  内周面
１３  保護板
１４  保護シート
１００  ブラシレスモータ
１０１  ロータ（ブラシレスモータ用ロータ）
【図１】
0004803525.tif 000002
【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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