JP2002010544A

JP2002010544A - 永久磁石式ブラシレスｄｃモータ

Info

Publication number: JP2002010544A
Application number: JP2000191291A
Authority: JP
Inventors: Tadashi Takano; 正高野; Hideaki Takahashi; 秀明高橋
Original assignee: Moric Co Ltd
Current assignee: Yamaha Motor Electronics Co Ltd
Priority date: 2000-06-26
Filing date: 2000-06-26
Publication date: 2002-01-11

Abstract

(57)【要約】【課題】周方向に等間隔に形成した長孔内に永久磁石
を固定したロータと、ステータコイルを巻いた磁極を有
するステータとを備える永久磁石式ブラシレスＤＣモー
タにおいて、ロータに永久磁石を固定する場合に、大規
模な装置が不用で処理が簡単であり、永久磁石を座屈な
どにより破損するおそれをなくす。【解決手段】ロータの長孔を永久磁石よりも周方向に
幅広く形成し、これらの長孔内に装填した永久磁石の周
方向の両側に空隙を設け、これらの空隙に挿入した非磁
性金属製パイプの両端を永久磁石よりも突出させ、これ
ら突出端を塑性変形させることによって永久磁石を長孔
内に固定した。金属製パイプは、ステンレス製パイプが
好適である。このパイプの両端を塑性加工する方法とし
ては、カシメたり、つぶしたりする方法が使用できる。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】この発明は、永久磁石を周方
向に等間隔に埋め込んだロータを持つ永久磁石式ブラシ
レスＤＣモータに関するものである。

【０００２】

【従来の技術】ロータに永久磁石を周方向に等間隔に埋
め込み、この永久磁石をステータの磁極に対向させてロ
ータを回転させる永久磁石式ブラシレスＤＣモータが公
知である。この種のモータではロータの永久磁石がステ
ータの内周面に対向して回転するインナーロータ型のも
のと、ロータの永久磁石がステータの外周面に対向して
回転するアウターロータ型のものがある。

【０００３】このようなモータに用いるロータでは、通
常鉄などの磁性材料製のドラムに、電磁鋼板（けい素鋼
板など）の薄板を積層したマグネットブッシュを圧入固
定すると共に、このマグネットブッシュに設けた長孔内
に永久磁石を装填し固定している。ここに長孔はロータ
の周方向に幅が広く、かつマグネットブッシュをロータ
の回転軸と平行に貫通する。

【０００４】このように複数の永久磁石をロータの周方
向に等間隔に固定する構造のものは、通常磁石打込み型
（Interior Parmanent Magnet型、略してＩＰＭ型とも
いう）と呼ばれるこの場合には永久磁石が形成する磁束
の不適当な回り込み（すなわち漏洩磁束）の増大を防ぎ
磁束の有効利用を図るために、永久磁石の周方向の両側
に空隙を形成している。すなわち長孔の周方向の幅を永
久磁石の周方向の幅よりも大きく設定し、永久磁石の両
側に設けた空隙により永久磁石の磁束が周方向に拡大す
るのを防いでいる。このように長孔内にこの長孔よりも
周方向に幅が狭い永久磁石を固定する場合、従来は接着
剤を用いたり、永久磁石を長孔内に圧入嵌合していた。

【０００５】

【発明が解決しようとする課題】永久磁石を接着剤で固
定する場合は、通常熱硬化性の接着剤を用いるから、長
孔内に永久磁石を装填してから加熱する必要があり、高
温乾燥炉が必要になる。また長孔からあふれ出た余分な
接着剤は、硬化後に除去しなければならない。このため
装置が大規模になり、処理が面倒であった。

【０００６】永久磁石を長孔に圧入嵌合する場合には、
永久磁石に大きな荷重が加わることになる。磁石の種類
によっては割れ易いものがあり、これに大きな荷重が加
わると座屈により破損し易い。

【０００７】この発明はこのような事情に鑑みなされた
ものであり、ロータに永久磁石を固定する場合に、大規
模な装置が不用で処理が簡単であり、永久磁石を座屈な
どにより破損するおそれをなくした永久磁石式ブラシレ
スＤＣモータを提供することを目的とする。

【０００８】

【発明の構成】この発明によればこの目的は、周方向に
等間隔に形成した長孔内に永久磁石を固定したロータ
と、ステータコイルを巻いた磁極を有するステータとを
備える永久磁石式ブラシレスＤＣモータにおいて、前記
ロータの長孔を永久磁石よりも周方向に幅広く形成し、
これらの長孔内に装填した永久磁石の周方向の両側に空
隙を設け、これらの空隙に挿入した非磁性金属製パイプ
の両端を前記永久磁石よりも突出させ、これら突出端を
塑性変形させることによって永久磁石を前記長孔内に固
定したことを特徴とする永久磁石式ブラシレスＤＣモー
タにより達成される。

【０００９】モータはインナーロータ型でもアウターロ
ータ型でもよい。ロータは鉄系などの磁性材料アルミ製
ドラムの外周（インナーロータ型）または内周（アウタ
ーロータ型）に電磁鋼板の薄板を積層したマグネットブ
ッシュを圧入固定した構造とし、このマグネットブッシ
ュに設けた長孔に板状の永久磁石を装填して、金属製パ
イプで固定することができる。ここに用いる金属製パイ
プは、ステンレス製パイプが好適である。このパイプの
両端を塑性加工する方法としては、カシメたり、つぶし
たりする方法が使用できる。

【００１０】

【実施態様】図１は本発明の一実施態様であるホイール
インモータの縦断面図、図２はモータ単体のステータの
正面図、図３は同じく背面図、図４は図２におけるIV−
IV線断面図、図５ステータの組立手順を説明するための
分解斜視図、図６はボビンとストッパの構造を示す分解
斜視図、図７はロータのマグネットブッシュの正面図
（Ａ）および側断面図（Ｂ）、図８はマグネットブッシ
ュの一部拡大図、図９は永久磁石の装填方法を示す図、
図１０はパイプのカシメ方法を説明する図である。

【００１１】図１において、符号１０は３相永久磁石式
ブラシレスＤＣモータであり、左右割りのモータケース
１２の中に収容されている。このモータケース１２の中
には特殊なオイルが入れられ、モータ１０はこのオイル
に浸漬されて作動する。モータケース１２は車体（図示
せず）側に固定される右ケース半体１２ａと、この右ケ
ース半体１２ａに液密に固定される左ケース半体１２ｂ
とを持つ。

【００１２】この左ケース半体１２ｂには車軸１４が軸
受１６，１８によって回転自在に保持される。この車軸
１４の左端は左ケース半体１２ｂから突出し、ここにホ
イール２０が取付けられる。ホイール２０は、ディスク
２０ａとリム２０ｂとで形成される。車軸１４にはハブ
２２がスプライン結合され、このハブ２２にはホイール
２０のディスク２０ａがボルト結合される。リム２０ｂ
にはタイヤ（図示せず）が装着される。

【００１３】左ケース半体１２ｂとハブ２２のボス部と
の間には、オイルシール２４が装着され、モータケース
１２内のオイルが漏れ出るのを防いでいる。またハブ２
２にはブレーキドラム部２６が一体に形成され、左ケー
ス半体１２ｂに植設されたピン２８にはブレーキシュー
３０が保持されている。この結果ブレーキシュー３０を
ドラム部２６に内側から押圧して制動力を発生する公知
の内拡式のドラムブレーキが形成される。

【００１４】モータ１０はインナーロータ型であり、右
ケース半体１２ａに固定されたステータ３２と、このス
テータ３２の内側で回転するロータ３４とを有する。ロ
ータ３４はドラム状であってその内側には遊星歯車式の
減速機３６が収容されている。ロータ３４と一体の軸
（ロータ軸）３８の両端は、右ケース半体１２ａの内面
と車軸１４とにそれぞれ軸受４０，４２によって軸支さ
れる。

【００１５】減速機３６は、左ケース半体１２ｂの内面
に固定されたリングギヤ３６ａと、ロータ軸３８に形成
されたサンギヤ３６ｂと、これらのリングギヤ３６ａお
よびサンギヤ３６ｂに噛合する複数の遊星ギヤ３６ｃと
を持つ。遊星ギヤ３６ｃを保持する遊星ギヤ軸３６ｄは
車軸１４に一体形成したディスク１４ａに固定されてい
る。この結果ロータ３４の回転はサンギヤ３６ｂから遊
星ギヤ３６ｃに伝えられ、この遊星ギヤ３６ｃはリング
ギヤ３６ａの内側でサンギヤ３６ｂの回りに回転する。
このためロータ３４の回転は減速されて車軸１４に伝え
られる。

【００１６】ロータ３４は、アルミ製のドラム３４ａの
外周に、電磁鋼坂の薄板を積層した環状のマグネットブ
ッシュ３４ｂを圧入固定し、このマグネットブッシュ３
６ｂに板状の永久磁石３６ｃを所定の間隔ごとに複数枚
（例えば１２枚）固定したものである。これらの永久磁
石３６ｃは周方向に交互に極性が変化するように着磁さ
れている。永久磁石３６ｃは磁束密度が大きい磁石、例
えばネオジム・鉄・ホウ素磁石が好適である。この永久
磁石３６ｃの固定方法については後記する。

【００１７】次にステータ３２を説明する。ステータ３
２のステータコア４４は分割式であり、環状のステータ
インナ４６と環状のステータアウタ４８とを嵌合したも
のである。ここにステータインナ４６およびステータア
ウタ４８は電磁鋼板の薄板を積層したものである。ステ
ータインナ４６は図５に示すように放射状に外側へ突出
する多数（例えば１８個）の磁極５０を内径側で環状に
連結した構造を持つ。ステータアウタ４８は図５に示す
ように環状であり、ステータインナ４６の磁極５０の外
周端に嵌合可能である。

【００１８】なおステータアウタ４８をステータインナ
４６に嵌合する前に、図５にで示すように、ボビン５
２を各磁極５０に装着する。このようにボビン５２を装
着した後で図５にで示すようにステータアウタ４８を
焼ばめ圧入し嵌合するものである。ここでボビン５２を
説明する。

【００１９】ボビン５２は絶縁性樹脂で図６に示すよう
に角形の糸巻き状に作られている。すなわち磁極５０の
嵌合する角筒部５４の両端にフランジ５６，５８を形成
したものである。一方のフランジ５８、すなわち磁極５
０の外周端側に配置されるフランジ５８には、ステータ
コア４６の上面または下面に沿って磁極５０より外径方
向に突出する係止爪６０が一体に形成されている。

【００２０】ボビン５２には、係止爪６０に対向する角
筒部５６の内側に沿ってガイド溝６２（図６）が形成さ
れている。このガイド溝６２には金属製のストッパ６４
が挿入可能である。ストッパ６４は図６に示すようにＬ
字状に折曲された金属板で作られ、その先端側６４ａが
ガイド溝６２に挿入可能である。なおこの先端側６４ａ
の左右両縁には、爪状の突起６４ｂが形成されている。
これらの突起６４ｂは、先端側６４ａをガイド溝６２に
挿入した時にガイド溝６２の内側に喰い込んで、ストッ
パ６４が抜けて脱落するのを防止する。

【００２１】またボビン５２の角筒部５４内面には、適
宜数の凸部６６（図６）が形成されている。これらの凸
部６６は、ボビン５２を磁極５０に装着した時に磁極５
０に当接し、ボビン５２を磁極５０にしっかりと固定す
る機能を持つ。

【００２２】ステータ３２は次のように組立てられる。
まずボビン５２にステータコイル６８を巻き付けてお
く。ステータコイル６８を巻いたボビン５２を、係止爪
６０がステータインナ４６の一方の面（図５で下面）側
に位置するように位置合せして磁極５０に装着する。こ
の時係止爪６０は磁極５０の外周端よりも外周側へ突出
している（図５の工程）。

【００２３】次にステータアウタ４８を取付ける。すな
わち磁極５０に装着したボビン５２の係止爪６０が位置
するステータインナ４６の平面と反対側の平面（図５で
上面）側から、ステータアウタ４８を軸方向に（下方
へ）移動させ、ステータアウタ４８の内周面を各磁極５
０の外周端に圧入し嵌合させる（図５の工程）。この
時焼ばめとしてもよい。ステータアウタ４８をステータ
インナ４６に正しく嵌合すれば、両者の嵌合部７０はボ
ビン５２の係止爪６０に当接して位置決めされる。

【００２４】次にストッパ６４が装着される（図５の工
程）。ストッパ６４はその先端側６４をステータアウ
タ４８の係止爪６０と反対側の面（図５で上面）に沿わ
せてボビン５２のガイド溝６２に嵌入させる。ストッパ
６４の突起６４ｂはガイド溝６２の内面に噛み込んで、
ストッパ６４の脱着を防止する。この時ストッパ６４は
ステータインナ４６とステータアウタ４８の嵌合部７０
の上を横断する位置で固定される。この結果嵌合部７０
は係止爪６０とストッパ６４とで挟持され、ステータア
ウタ４８がステータインナ４６から軸方向に抜け落ちる
のが防止される。

【００２５】このように組立てられたステータ３２に
は、さらに配線基板７２が組付けられる（図５の工程
）。この配線基板７２は図２，５に示すように環状で
あり、その外周寄りには周方向に幅が広い７つの係止孔
７４が形成されている（図２）。前記ストッパ６４は、
これらの係止孔７４に対応する位置のボビン５２に装着
され、他の１１個のボビン５２にはストッパ６４は装着
されていない。

【００２６】配線基板７２は係止孔７４にストッパ６４
の起立部６４ｃ（図６参照）を進入させるようにしてス
トッパ６４に装着される。そしてストッパ６４の起立部
６４ｃは配線基板７２の係止孔７４を貫通して突出し、
この突出端にはんだを盛り付けることにより、配線基板
７２をストッパ６４に固定することができる。

【００２７】この実施態様ではステータコイル６８は３
相交流により励磁され、周方向に隣接する３つのステー
タコイル６８には、互いに電気角で１２０°の位相差を
持つＵ，Ｖ，Ｗ相の電流が順に供給される。このため配
線基板７２には図２に示すように、Ｕ，Ｖ，Ｗ相に対応
する環状のバスバー７６（７６Ｕ，７６Ｖ，７６Ｗ）が
貼着およびリベット止めされ、これらのバスバー７６
は、配線基板７２の内層回路を介して配線基板７２の外
周に設けた切欠き溝７８（７８Ｕ，７８Ｖ，７８Ｗ）に
臨む配線パッドに接続されている。図２ではバスバー７
６と切欠き溝７８とを接続する内層回路を単純化して破
線で示した。

【００２８】前記ステータコイル６８は隣接する３つが
１組とされ、これら３つのコイル６８の一端はそれぞれ
のコイル６８に近い切欠き溝７８（７８Ｕ，７８Ｖ，７
８Ｗ）に係止され、はんだ付けされる。またこれら１組
の３つのコイル６８の他端は、図３に示すように集合さ
れて、互いにはんだ付け結合される。このはんだ付け部
は絶縁材８０で被覆しておく（図３）。

【００２９】なおこの集合され絶縁材８０で被覆される
コイル６８の端末は、図３ではボビン５２から直接集合
部（絶縁材８０の内部）に導入されている。この場合に
は、コイル６８の端末がボビン５２からほどけてコイル
６８巻が緩み易いという問題がある。この問題を解決す
るためには、図６に示すようにフランジ５８に一対の切
欠き８２，８４と、両切欠き８２，８４の間に位置する
ひさし部８６とを設けるのがよい。この場合には、コイ
ル６８の端末を一方の切欠き８２からひさし部８６の下
を通して他の切欠き８４に導く。このようにすればひさ
し部８６と切欠き８２，８４によってコイル６８の端末
が確実に保持される。この結果激しい振動が加わっても
コイル６８が緩むことがない。

【００３０】配線基板７２にはまた温度センサ（図示せ
ず）の配線用ターミナル８８，９０が一体に形成されて
いる。この実施態様ではステータ３２の温度を検出する
サーミスタなどの温度センサが取付けられ、この温度セ
ンサのリード線がこれらのターミナル８８，９０に接続
される。

【００３１】このように組立てられたステータ３２は、
図１に示すようにモータケース１２の右ケース半体１２
ａの内側に固定される。すなわちステータアウタ４８に
設けた３つのボルト孔４８ａ（図２，３，５）にボルト
９２を通し、このボルト９２を右ケース半体１２ａに螺
入することによってステータ３２は固定される。図１に
おいて９４は右ケース半体１２ａに液密に装着される配
線プラグである。この配線プラグ９４を通る配線は、前
記配線基板７２のバスバー７６（７６Ｕ，７６Ｖ，７６
Ｗ）のターミナルと、温度センサのターミナル８８，９
０に接続される。

【００３２】９６は右ケース半体１２ａに取付けた角度
センサである。ロータ３４のドラム３４ａの背面（減速
機３６と反対の面）には、永久磁石３４ｃの１つおきの
角度位置に対応して凸部９８が突設され、前記角度セン
サ９６はこの凸部９８を検出することによってロータ３
４の回転角度および回転方向を判定する。

【００３３】この３相ブラシレスＤＣモータ１０によれ
ば、コントローラ（図示せず）は角度センサ９６の出力
に基づいてロータ３４の回転角度を判定し、この回転角
度に対応してＵ，Ｖ，Ｗ相の電流を変化させる。この結
果ロータ３４は回転する。またＵ，Ｖ，Ｗ相の電流を例
えば移相制御することにより駆動トルクを変化させる。

【００３４】次にロータ３４に永久磁石３４ｃを固定す
る方法を、図７〜１０を用いて説明する。マグネットブ
ッシュ３４ｂには周方向に幅が広い長孔１００が形成さ
れる。すなわちこのマグネットブッシュ３６ｂを形成す
る多数の薄板はプレス打抜き加工で作られるが、長孔１
００に対応する加工が施された薄板を積層することによ
って長孔１００が形成される。

【００３５】この長孔１００の周方向の幅は、永久磁石
３４ｃの幅よりも大きく、この長孔１００に永久磁石３
４ｃを装填した時には、永久磁石３４ｃの両側に空隙１
０２，１０２が形成される（図８参照）。なお図７，８
で符号１０４はハーフピアスであり、薄板をプレス打抜
き加工する際に凸部（凹部）を形成しておき、薄板を積
層する際にこの凸部（凹部）を隣り合う薄板の凹部（凸
部）に係合させることによって、薄板同志の位置合わせ
と結合を行う機能を持つ。

【００３６】永久磁石３４ｃをこの長孔１００に装填し
た時にその両側にできる空隙１０２，１０２には、ステ
ンレス製パイプ１０６，１０６が挿入される。このパイ
プ１０６は空隙１０２とほぼ同径であり、また永久磁石
３４ｃの長さ（ロータ３４の回転軸方向の長さ）よりも
長い。このためパイプ１０６の両端は永久磁石３４ｃよ
りも突出する。この状態でパイプ１０６の両端を塑性変
形させることにより永久磁石を長孔１００内に固定す
る。

【００３７】パイプ１０６の両端を塑性変形させるため
には、カシメや打ちつぶせばよい。例えば図１０に示す
ように平らな下台１０８に、永久磁石３４ｃの下面に当
たって永久磁石３４ｃの高さを設定するブロック１０８
ａと、パイプ１０６，１０６の下端をカシメて拡げるポ
ンチ１０８ｂ，１０８を設けておく。そしてこの下台１
０８に永久磁石３４ｃおよびパイプ１０６，１０６を位
置合わせしておく一方、パイプ１０６，１０６の上端に
他のポンチ１１０，１１０を当ててポンチ１１０，１１
０を下方へ打撃すればよい。

【００３８】この結果パイプ１０６，１０６の上下端は
図１０に示すように拡径し、この拡径部が空隙１０２の
内面を永久磁石３４ｃの縁に噛み込み、永久磁石３４ｃ
は長孔１００内にしっかりと固定される。この実施態様
ではパイプ１０６の両端をポンチ１０８ｂ，１１０でカ
シメているが、他の工具で打ちつぶすことによって永久
磁石３４ｃを長孔１００に固定してもよい。また少量の
接着剤などを補助的に併用してもよい。

【００３９】

【発明の効果】この発明は以上のように、永久磁石の周
方向の両側に形成する空隙に非磁性金属製のパイプを挿
入し、これらのパイプの両端をカシメやつぶしなどによ
って塑性変形させることにより永久磁石をロータの長孔
内に固定したものであるから、接着剤で固定する場合の
ように加熱乾燥装置が必要になったり余分な接着剤を除
去するなどの処理が必要になるという不都合がない。こ
のため処理工程が簡単になる。また永久磁石を長孔に圧
入固定する場合のように、永久磁石に大きな荷重が加わ
ることがないので、永久磁石が破損しにくくなる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の一実施態様の縦断面図

【図２】モータ単体のステータの正面図

【図３】同じく背面図

【図４】図２におけるIV−IV線断面図

【図５】ステータの組立て手順を示す分解斜視図

【図６】ボビンとストッパを示す斜視図

【図７】ロータのマグネットブッシュの正面図（Ａ）と
側断面図（Ｂ）

【図８】マグネットブッシュの一部拡大図

【図９】永久磁石の装填方法を示す図

【図１０】パイプのカシメ方法を説明する図

【符号の説明】

１０３相ブラシレスＤＣモータ１２モータケース３２ステータ３４ロータ３４ａロータのドラム３４ｂマグネットブッシュ３４ｃ永久磁石４４ステータコア４６ステータインナ４８ステータアウタ５０磁極５２ボビン６８ステータコイル１００長孔１０２空隙１０６パイプ１０８下台１０８ｂ、１１０ポンチ

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (51)Int.Cl.⁷ 識別記号ＦＩテーマコート゛(参考）Ｈ０２Ｋ 29/06 Ｈ０２Ｋ 29/06 ＺＦターム(参考） 5H002 AA07 AA08 AB07 AC09 AE08 5H019 AA10 BB01 BB04 CC03 CC04 CC09 DD01 DD10 EE09 EE10 EE14 5H621 BB10 GA01 GA04 GB10 GB14 HH01 5H622 CA02 CA05 CB03 DD02 PP03 PP12

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】周方向に等間隔に形成した長孔内に永久
磁石を固定したロータと、ステータコイルを巻いた磁極
を有するステータとを備える永久磁石式ブラシレスＤＣ
モータにおいて、前記ロータの長孔を永久磁石よりも周
方向に幅広く形成し、これらの長孔内に装填した永久磁
石の周方向の両側に空隙を設け、これらの空隙に挿入し
た非磁性金属製パイプの両端を前記永久磁石よりも突出
させ、これら突出端を塑性変形させることによって永久
磁石を前記長孔内に固定したことを特徴とする永久磁石
式ブラシレスＤＣモータ。
【請求項２】ロータは、磁性材料製のドラムと、この
ドラムに圧入固定され電磁鋼板の薄板を積層した環状の
マグネットブッシュと、このマグネットブッシュに形成
した長孔に装填され金属製パイプにより固定された板状
の永久磁石とを備える請求項１の永久磁石式ブラシレス
ＤＣモータ。
【請求項３】金属製パイプはステンレス製のパイプで
ある請求項１または２の永久磁石式ブラシレスＤＣモー
タ。
【請求項４】金属製パイプの両端はカシメ加工されて
永久磁石を長孔に固定する請求項１〜３のいずれかの永
久磁石式ブラシレスＤＣモータ。