JP2007330084A - ロータ - Google Patents

Abstract

【課題】本発明は永久磁石をホルダに容易に組み付けられることを課題とする。
【解決手段】ロータ５０は、回転軸５２と、回転軸５２の外周に一体的に嵌合固定された円柱形状の回転体５４と、回転体５４の外周面に固定されたマグネットホルダ５５と、マグネットホルダ５５に保持された永久磁石５６とを有する。回転体５４の挿入部５４ａをマグネットホルダ５５に挿入する過程で回転体５４の挿入部５４ａの外周がマグネットホルダ５５の内周、及び永久磁石５６の内周５６ｂにも摺接する。これにより、永久磁石５６は、内周５６ｂが半径方向の外側に押圧されて、両側の縁部５６ａがマグネットホルダ５５の当接面５５ｇに当接し、当接面５５ｇに設けられた突起５５ｈが弾性変形される。永久磁石５６は、磁石挿入孔５５ａ〜５５ｄの夫々に圧入されるため、がたつきなく安定的に保持される。
【選択図】図４

Description

本発明はロータに係り、特にインナロータ型ブラシレスモータに組み込まれるロータの永久磁石を円筒形状の保持部材に効率よく組み付けるよう構成されたロータに関する。

モータには、永久磁石をステータ側に配置し、コイルをロータ側に設け、ブラシを介してコイルに通電を行なうブラシモータと、ステータ側にコイルを設け、永久磁石をロータ側に配置したブラシレスモータとがある。

ブラシレスモータでは、ブラシを整流子に摺接させない構成であるので、ブラシが整流子間を跨ぐときの放電現象による障害も解消することが可能なる。しかしながら、インナロータ型ブラシレスモータにおいては、ケース内周にコアにコイルを巻装したステータを嵌合固定し、且つ、円筒形状の保持部材に保持された永久磁石をロータの外周に一体的に設ける構成である。

従来のインナロータ型ブラシレスモータに組み込まれるロータでは、例えば、セグメント形の永久磁石を円筒形状の保持部材に周方向に所定間隔で保持させた状態でロータに取り付けるように構成されている。その場合、永久磁石に接着剤を塗布して保持部材に固定する方法が用いられている。ところが、永久磁石を保持部材に接着する方法では、洗浄工程、接着剤の塗布量、接着剤の乾燥時間などを管理する必要があり、これらの管理に気を配るため、組み付け時間が長くかかり、製造コストも高価になっていた。

このような、問題を解消するため、接着剤を用いない固定方法として、例えば、ロータコアの軸方向に延在する複数の磁石収納孔を設け、この磁石収納孔にセグメント形の永久磁石を収納させる方法（例えば、特許文献１参照）、あるいは円筒形状の保持部材にＶ字形のスペーサアームを設け、スペーサアーム間にセグメント形の永久磁石を配し、その外周に筒状のカバーで覆うようにして各永久磁石を保持する方法（例えば、特許文献２参照）が考えられている。
特開２００５−２２３９９５号公報 特開２００５−２０８８７号公報

しかしながら、上記特許文献１，２に記載された構成では、ロータに組み込まれた永久磁石とロータの外側に配されるコイルのコアとの隙間（エアギャップ）が磁石収納孔の壁厚やカバーの厚さ分大きくなってしまい、永久磁石とコイルとの間の磁力によって発生する駆動トルクが低下してしまうという問題がある。

そこで、本発明は上記事情に鑑み、接着剤を使用せずにセグメント形の永久磁石を固定すると共に、永久磁石をコイルに接近させて上記課題を解決したロータを提供することを目的とする。

上記課題を解決するため、本発明は以下のような手段を有する。

本発明は、ステータの内側に配置される永久磁石を保持する円筒形状の保持部材を有するロータにおいて、前記保持部材の周方向に内周から外周に貫通する複数の磁石挿入孔を所定間隔で形成し、前記磁石挿入孔に前記永久磁石を内側から挿入した状態で前記回転体を前記保持部材の内周に嵌合させることで、上記課題を解決することを目的とする。

前記磁石挿入孔は、内周開口が幅広で外周開口が幅狭となるように前記永久磁石の縁部に当接する当接面がテーパ状に形成されることが望ましい。

前記磁石挿入孔の当接面に、前記永久磁石の縁部に対して弾力的に当接する弾性部を設けることが望ましい。

本発明によれば、保持部材の周方向に内周から外周に貫通する複数の磁石挿入孔を所定間隔で形成し、磁石挿入孔に永久磁石を内側から挿入することにより、永久磁石の外周を覆う部材が存在しないので、接着剤を用いずに永久磁石を保持部材に固定することができると共に、永久磁石の外周を露出させた状態で取り付けることが可能になり、発生するトルクの駆動効率を高めることが可能になる。また、保持部材に形成される磁石挿入孔の数を変更することにより、ロータの磁極数を容易に変更することが可能になる。

また、本発明によれば、磁石挿入孔の内周開口が幅広で外周開口が幅狭となるように永久磁石の縁部に当接する当接面をテーパ状に形成することにより、ロータ回転時の遠心力による永久磁石の脱落を防止することができる。

また、本発明によれば、磁石挿入孔の当接面に、永久磁石の縁部に対して弾力的に当接する弾性部を設けるため、磁石挿入孔に永久磁石を内側から挿入した状態で回転体を保持部材の内周に嵌合させる際の押圧力を弾性部が弾性変形して受けることにより永久磁石を磁石挿入孔にがたつきのない状態に安定的に保持することが可能になる。

以下、図面を参照して本発明を実施するための最良の形態について説明する。

図１は本発明によるロータの一実施例が適用されたインナロータ型ブラシレスモータを示す縦断面図である。図１に示されるように、インナロータ型ブラシレスモータ（以下「モータ」という）１０は、ブラケット２０に固定されたハウジング３０と、ハウジング３０に支持された円筒形状のケース４０と、ハウジング３０とケース４０との間で回転可能に支持されたロータ５０と、ロータ５０の外周側に配置されたステータ６０とを有する。

ロータ５０は、回転軸５２と、回転軸５２の外周に一体的に嵌合固定された円柱形状の回転体５４と、回転体５４の外周面に固定されたマグネットホルダ（保持部材）５５と、マグネットホルダ５５に保持されたセグメント形の永久磁石５６とを有する。ハウジング３０には、回転軸５２の一端を回転自在に支持する軸受３２が保持されている。また、ケース４０の内壁には、回転軸５２の他端を回転自在に支持する軸受４２が保持されている。従って、ロータ５０は、回転軸５２が軸受３２,４２により軸承されているので、永久磁石５６とステータ６０との間で磁力による回転トルクが発生すると、回転して回転軸５２に連結された被駆動機構（図示せず）を駆動する。

ステータ６０は、内周面が永久磁石５６の外周面と近接対向するように配置された環状のコア６２と、コア６２に巻装された三相のコイル６４と、コア６２の両端面より軸方向に延在形成されたインシュレータ６６とを有する。コア６２は、磁性材からなる複数の環状金属板を積層した構成であり、ケース４０の内部空間に挿入されている。

インシュレータ６６は、樹脂材により成形されており、コイル６４を内外周から保持すると共に、ケース４０をハウジング３０に固定する過程でコア６２を軸方向の両側から挟持する。また、コイル６４はコネクタ７０を介して制御回路（図示せず）に接続されている。

そのため、ステータ６０のコイル６４へ電流が通電され、各相への通電を切り換えると、コイル６４により発生された磁力とロータ５０の永久磁石５６からの磁力との相互作用で回転トルクが発生する。上記のように構成されたモータ１０においては、回転駆動時の駆動トルクをより増大させるため、コア６２の内周と永久磁石５６の外周との隙間Ｓ（エアギャップ）をできるだけ小さくすることが要望されている。本発明のロータ５０は、永久磁石５６の外周が露出した状態に保持される構成であるので、永久磁石５６の周囲にカバー等が無い分、永久磁石５６の外周をコア６２に接近させることが可能となり、上記隙間Ｓを従来のもの（前述した特許文献１，２参照）よりも小さくすることができる。

図２はマグネットホルダ５５を示す図であり、（Ａ）は側面図、（Ｂ）は図２（Ａ）のＢ−Ｂ断面図、（Ｃ）は図２（Ｂ）のＡ部拡大図である。図２（Ａ）〜図２（Ｃ）に示されるように、マグネットホルダ５５は、樹脂材により成型されており、円筒形状の周方向の複数個所（本実施例では、９０度間隔で４箇所）に磁石挿入孔５５ａ〜５５ｄが設けられている。すなわち、マグネットホルダ５５は、磁石挿入孔５５ａ〜５５ｄを囲むようにかご型に形成されており、軸方向の両端に形成された一対の環状部５５ｅと、一対の環状部５５ｅ間に装架されるように軸方向に延在形成された４本の支持部５５ｆとを有する。

磁石挿入孔５５ａ〜５５ｄを囲む支持部５５ｆは、周方向に９０度間隔で配置されており、内周開口が幅広で外周開口が幅狭となるように永久磁石５６の縁部に当接する当接面５５ｇがテーパ状に形成されている。そして、当接面５５ｇには、弾性部として機能する複数の突起５５ｈが設けられている。この突起５５ｈは、永久磁石５６の縁部が当接されることにより弾性変形して永久磁石５６をがたつきの無い安定した状態に保持するものである。

マグネットホルダ５５は、樹脂成型金型により磁石挿入孔５５ａ〜５５ｄの位置や配置数を変更することができので、モータ１０の設計変更が生じた場合でも永久磁石５６の配置数を比較的容易に変更することが可能である。

図３は永久磁石５６の形状を示す斜視図である。図３に示されるように、永久磁石５６は、断面が磁石挿入孔５５ａ〜５５ｄに対応する円弧状に形成されており、且つ両側の縁部５６ａがテーパ状に形成されている。すなわち、永久磁石５６は、内周５６ｂの曲率半径がマグネットホルダ５５の内周と概略同じ曲率半径であり、外周５６ｃの曲率半径がマグネットホルダ５５の外周と同じ曲率半径である。

さらに、永久磁石５６は、内周５６ｂの幅Ｌｂが磁石挿入孔５５ａ〜５５ｄの内周開口の幅寸法と同じ寸法であり、外周５６ｃの幅Ｌｃが磁石挿入孔５５ａ〜５５ｄの外周開口の幅寸法と同じ寸法に形成されている。そして、内周５６ｂの幅Ｌｂが幅広で外周５６ｃの幅Ｌｃが幅狭となるように形成されている（Ｌｂ＞Ｌｃ）。

また、両側の縁部５６ａは、上記マグネットホルダ５５の当接面５５ｇの傾斜角度に対応するように同一角度で傾斜するように形成されている。さらに、永久磁石５６の軸方向の全長Ｌｄは、磁石挿入孔５５ａ〜５５ｄの全長よりも僅かに短い寸法となるように形成されている。そのため、永久磁石５６が磁石挿入孔５５ａ〜５５ｄに内側から挿入されると、外周５６ｃがマグネットホルダ５５の外周と一体化されるように露出された状態に装着される。

図４はマグネットホルダ５５に永久磁石５６を取り付けた状態を示す図であり、（Ａ）は側面図、（Ｂ）は図４（Ａ）のＣ−Ｃ断面図である。図５は図４（Ｂ）中Ｄ−Ｄ線に沿う縦断面図である。図４（Ａ）（Ｂ）及び図５に示されるように、永久磁石５６の取り付け方法の手順１としては、まず、４枚の永久磁石５６をマグネットホルダ５５の内周側から磁石挿入孔５５ａ〜５５ｄの夫々に挿入する。その際、永久磁石５６の内周５６ｂが内側になり、外周５６ｃが磁石挿入孔５５ａ〜５５ｄに外側となる向きで挿入される。

次の手順２では、マグネットホルダ５５の中心に円筒形状の回転体５４を軸方向に挿入する。尚、回転体５４の挿入部５４ａの端部は、面取り形状になっており、永久磁石５６の内周５６ｂが内側にはみ出した状態でも容易に挿入することができる。そして、回転体５４の挿入部５４ａをマグネットホルダ５５に挿入する過程で回転体５４の挿入部５４ａの外周がマグネットホルダ５５の内周、及び永久磁石５６の内周５６ｂにも摺接する。

これにより、永久磁石５６は、内周５６ｂが半径方向の外側に押圧されて、両側の縁部５６ａがマグネットホルダ５５の当接面５５ｇに当接する。さらに、永久磁石５６の圧入により当接面５５ｇの突起５５ｈが弾性変形するため、永久磁石５６は圧入時の荷重によって割れたりしないように保護される。

このようにして永久磁石５６は、磁石挿入孔５５ａ〜５５ｄの夫々に圧入されるため、がたつきなく安定的に保持される。そして、ロータ５０では、永久磁石５６が接着剤を使用せずにマグネットホルダ５５の磁石挿入孔５５ａ〜５５ｄに保持されるため、従来のように接着剤の塗布量、乾燥時間、洗浄工程などを管理する手間が不要になり、生産効率が高められている。

そして、磁石挿入孔５５ａ〜５５ｄの当接面５５ｇは、内周開口が幅広で外周開口が幅狭となるようにテーパ状に形成されているので、マグネットホルダ５５の磁石挿入孔５５ａ〜５５ｄに挿入された永久磁石５６がロータ回転時の遠心力によって脱落することが防止される。

図５に示されるように、回転体５４は、マグネットホルダ５５の内周に挿入される挿入部５４ａと、マグネットホルダ５５の端部に当接するフランジ部５４ｂと、フランジ部５４ｂとは反対側の挿入部５４ａ外周にマグネットホルダ５５の内周から突出する突起５５ｉが嵌合する係止凹部５４ｃとを有する。従って、回転体５４の挿入部５４ａがマグネットホルダ５５の内周に挿入されると、フランジ部５４ｂがマグネットホルダ５５の端部に当接して挿入位置を規制されると共に、マグネットホルダ５５の突起５５ｉが係止凹部５４ｃに嵌合して軸方向への離脱が防止される。よって、回転体５４、マグネットホルダ５５、永久磁石５６は、夫々分離不可能な状態で一体化される。

また、マグネットホルダ５５は、ステータ６０のコア６２の中心Ｏ１が永久磁石５６の中心Ｏ２に対してフランジ部５４ｂ側に所定距離Ｌｘずらしてある。これにより、永久磁石５６は、常に軸方向（Ｘ方向）の磁力によってフランジ部５４ｂに付勢されている。そのため、永久磁石５６は、フランジ部５４ｂに当接した状態の保持されており、且つマグネットホルダ５５の突起５５ｉが係止凹部５４ｃに嵌合することで軸方向への移動が制限されている。

次に変形例について説明する。図６は変形例のマグネットホルダ５５に永久磁石５６を取り付けた状態を示す断面図である。図６に示されるように、マグネットホルダ５５は、支持部５５ｆの内周に係合突起５５ｊが突出している。この係合突起５５ｊは、軸方向に直線的に延在形成されている。また、回転体５４の外周には、係合突起５５ｊが嵌合する係合溝５４ｄが軸方向に延在形成されている。

係合突起５５ｊ及び係合溝５４ｄは、夫々周方向に９０度間隔で４箇所に設けられており、マグネットホルダ５５の内周に回転体５４を挿入する際に相互に嵌合するように位置合わせされる。そして、マグネットホルダ５５の内周に回転体５４を挿入完了した状態では、４箇所の係合突起５５ｊと係合溝５４ｄとが係合してマグネットホルダ５５と回転体５４とが一体化される。そのため、ロータ５０に駆動トルクが作用してロータ５０を回転させる場合、係合突起５５ｊと係合溝５４ｄとの係合によりマグネットホルダ５５が回転体５４の外周を空転することが防止され、永久磁石５６に作用したトルクを回転体５４に確実に伝達することができる。

本発明によるロータの一実施例が適用されたインナロータ型ブラシレスモータを示す縦断面図である。 マグネットホルダ５５を示す図であり、（Ａ）は側面図、（Ｂ）は図２（Ａ）のＢ−Ｂ断面図、（Ｃ）は図２（Ｂ）のＡ部拡大図である。 永久磁石５６の形状を示す斜視図である。 マグネットホルダ５５に永久磁石５６を取り付けた状態を示す図であり、（Ａ）は側面図、（Ｂ）は図４（Ａ）のＣ−Ｃ断面図である。 図４（Ｂ）中Ｄ−Ｄ線に沿う縦断面図である。 変形例のマグネットホルダ５５に永久磁石５６を取り付けた状態を示す断面図である。

符号の説明

１０ インナロータ型ブラシレスモータ
２０ ブラケット
３０ ハウジング
４０ ケース
５０ ロータ
６０ ステータ
５２ 回転軸
５４ 回転体
５４ａ 挿入部
５４ｂ フランジ部
５５ マグネットホルダ
５５ａ〜５５ｄ 磁石挿入孔
５５ｇ 当接面
５５ｈ 突起
５６ 永久磁石
６２ コア
６４ コイル

Claims (3)

1. ステータの内側に配置される永久磁石を保持する円筒形状の保持部材と、該保持部材の内周に嵌合する回転体とを有するロータにおいて、
   前記保持部材の周方向に内周から外周に貫通する複数の磁石挿入孔を所定間隔で形成し、
   前記磁石挿入孔に前記永久磁石を内側から挿入した状態で前記回転体を前記保持部材の内周に嵌合させることを特徴とするロータ。
2. 前記磁石挿入孔は、内周開口が幅広で外周開口が幅狭となるように前記永久磁石の縁部に当接する当接面がテーパ状に形成されたことを特徴とする請求項１に記載のロータ。
3. 前記磁石挿入孔の当接面に、前記永久磁石の縁部に対して弾力的に当接する弾性部を設けたことを特徴とする請求項１または２に記載のロータ。
   

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