JP2010136514A - ロータ - Google Patents

Abstract

【課題】安価な構成でセグメントマグネットの剥離と飛散を防止でき、低振動でモータ効率の低下を防止できるロータおよびモータを提供する。
【解決手段】ロータヨーク１は、磁性体の薄板をプレス加工した３種類のロータコア１０ａ，１０ｂ，１０ｃを所定寸法に積層したもので、このロータコア１０ａ，１０ｂの外周には、分割されたセグメントマグネット２の数だけの凸部１１を、均等に配置している。セグメントマグネット２は、断面形状が中央で厚く両端部で薄い偏肉タイプ（外周部と内周部の曲率半径が異なる）であり、凸部１１を塑性変形させ、セグメントマグネット２の薄肉の外周面に当接させ機械的に固定するとともに、ロータヨーク１とセグメントマグネット２を接着剤３で固定している。
【選択図】図１

Description

本発明は、インナーロータにおけるセグメントマグネットの固定構造に関する。

近年、ロボット、半導体製造装置等の機器において、小形化、高速化、高性能化と同時に低価格が進み、それとともに駆動源として搭載されるサーボモータにも同様の要求がなされている。

サーボモータの高速化によってロータには大きな遠心力が作用する。このため、従来のセグメントマグネットを有するロータは、ヨークの外周表面に接着剤で接着固定後に、さらに、マグネット外周部にガラスクロステープをスパイラル状に巻き付ける、あるいは非磁性の薄いキャップを被せることで、マグネットの飛散防止を図っていた。

また、サーボモータの小形化によってモータ本体の冷却が困難なものとなり、自己発熱による熱ストレスによってロータマグネットの固着強度を劣化させ、悪影響を与えていた。さらに、装置の高い位置決め精度の要求により、モータの低振動化が求められていた。

このため、接着剤が剥離しにくく、もし劣化したとしてもセグメント形マグネットが容易にずれたり、剥がれたりしない回転子を安価に提供するため、円周方向外周端部を概テーパ状に減厚したセグメント形マグネットの外周端部を押さえる楔部と、円筒形の継鉄に軸方向に形成された溝部の内壁に嵌合する嵌合部とが一体形に構成されたレール状部材を予め形成し、継鉄の軸方向よりスライド嵌合することで装着し、少ない構成部材にて装着剤による接着を補完しセグメント形マグネットの遠心力方向の剥離に対して強固に固定した回転子が提案されている（例えば、特許文献１参照）。
特開２００１−２６８８３０号公報

解決しようとする課題は、安価な構成でセグメントマグネットの飛散を確実に防止することであり、モータ効率の低下を防止することである。

すなわち、特許文献１の技術を用いると、レール状部材が必要となり、コストが高くなるという問題があった。また、従来のマグネット外周部にガラスクロステープを巻き付ける構成では、マグネット表面と固定子鉄心間の隙間、つまり磁気ギャップが一定以上縮められず、モータ効率が低下するという問題があった。

本発明は上記の課題を解決するものであり、安価な構成でセグメントマグネットの剥離と飛散を防止でき、低振動でモータ効率の低下を防止できるロータおよびモ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に請求項１に記載のロータは、複数のセグメントマグネットをロータヨークの外周上に均等配置したロータにおいて、断面形状が中央で厚く両端部で薄い偏肉タイプのセグメントマグネットと、前記セグメントマグネットの磁路を形成する筒形のロータヨークを備え、前記ロータヨークは、前記セグメントマグネット間の外周上の軸線方向に凸部を少なくとも２つ有し、前記凸部の基部で前記セグメントマグネットを均等配置し、前記凸部の先端部を塑性変形させ、前記セグメントマグネットの薄肉端部の外
周部に当接させ固着する。

また、請求項２に記載のロータは、請求項１の前記凸部の先端部を交互に反対方向に塑性変形させ、隣り合う前記セグメントマグネットに当接させてもよい。

また、請求項３に記載のロータは、請求項１の前記凸部の先端部を略Ｖ字形状で構成して、隣り合う前記セグメントマグネットに当接させてもよい。

また、請求項４に記載のロータは、請求項３の前記凸部の基部の中央に凹部を設け、前記凹部に非磁性体からなる別体部材を装着することによって塑性変形した前記先端部のスプリングバックを防止する。

さらに、請求項５に記載のロータは、請求項１から請求項４の前記ロータヨークは、薄板を積層してなる。

請求項１に記載のロータによれば、凸部の基部による均等配置によって回転時の振動を抑制でき、先端部の塑性変形によってセグメントマグネットの固着強度を補強することができる。また、固着強度の補強によってガラスクロステープを廃止、または厚さを薄くすることができ、固定子との磁気ギャップを小さくすることができる。

また、請求項２に記載のロータによれば、交互に当接させることによって固着強度の安定化が期待できる。

また、請求項３に記載のロータによれば、凸部の先端部を略Ｖ字形状にすることで塑性変形によるセグメントマグネットへの当接が容易になる。

また、請求項４に記載のロータによれば、固着部におけるスプリングバックを防止できる。

さらに、請求項５に記載のロータによれば、凸部を有するロータヨークもプレス加工によって安価に構成できる。

このように、セクメントマグネットの均等配置によって回転時のアンバランス量が小さく、塑性変形によってセグメントマグネットの固着力が大きくなり、剥離と飛散を防止することができ、高速化に対応できる信頼性の高いモータを提供することができる。

複数のセグメントマグネットをロータヨークの外周上に均等配置したロータにおいて、断面形状が中央で厚く両端部で薄い偏肉タイプのセグメントマグネットと、前記セグメントマグネットの磁路を形成する筒形のロータヨークを備え、前記ロータヨークは、前記セグメントマグネット間の外周上の軸線方向に凸部を少なくとも２つ有し、前記凸部の基部で前記セグメントマグネットを均等配置し、先端部を塑性変形させ、前記セグメントマグネットの薄肉端部の外周部に当接させ固着する。以下、具体的な実施の形態について説明する。
（実施の形態１）
本発明の特徴は、ロータヨークの外周に設けた複数の凸部の基部でセグメントマグネットを均等配置し、先端部を塑性変形させてセグメントマグネットの外周部に沿うように当接させて固着する点にある。

図１は、実施の形態１における要部の斜視図である。図１において、１はロータヨークで、積層タイプである。２はセグメントマグネットで、断面形状が中央で厚く両端部で薄い偏肉タイプ（外周部と内周部の曲率半径が異なる）である。３は接着剤で、ロータヨーク１とセグメントマグネット２を接着固定している。４は軸孔で、回転軸が圧入固定される。

ロータヨーク１は、磁性体の薄板をプレス加工した３種類のロータコア１０を所定寸法に積層したものである。ロータコア１０ａとロータコア１０ｂには、凸部１１が設けられロータヨーク１の両端付近に設ける。このロータコア１０ａとロータコア１０ｂは、形状的に裏表の関係にあり、外周には分割されたセグメントマグネット２の数だけの凸部１１を均等に配置する。積層方向の中間に配置したロータコア１０ｃは、凸部１１がない丸コアである。

凸部１１の詳細を図２に示す。図２において、ロータコア１０の凸部１１は、セグメントマグネット２を均等間隔で配置するための基部１１ａと、塑性変形によってセグメントマグネット２の外周面に当接させるための先端部１１ｂとで構成される。図示しないロータコア１０ｂは、ロータコア１０ａの先端部１１ｂと伸びる方向が反対である。

なお、実施の形態１では、ロータコア１０ｃを丸コアとしたが、外周に凸部１１の基部１１ａのみを設け、ロータコア１０ａ，１０ｂ，１０ｃの基部１１ａを揃えて積層してもよい。

なお、ロータコア１０ａ，１０ｂの積層数は、セグメントマグネット２に作用する遠心力などを考慮して決定するが、セグメントマグネット２の固着強度が両端に集中しないよう積層中央付近にロータコア１０ａ，１０ｂを追加してもよい。つまり、積層方向（軸方向）の２ヶ所以上に凸部１１を設ける。

また、先端部１１ｂは、塑性変形させてセグメントマグネット２の薄肉の外周面に当接させた状態で、セグメントマグネット２の断面中央部の外径より飛び出さないように設定する。

ここで、ロータの組立工程について説明する。まず、ローヨーク１と回転軸(図示せず)を圧入固定する。ローヨーク１の基部１１ａ間に接着剤３を塗布する。次に、セグメントマグネット２を載せて、ローヨーク１の先端部１１ｂを塑性変形させ、セグメントマグネット２の薄肉の外周面に当接させる。このとき、軸方向上下で交互に反対方向に治具（図示せず）にて加圧して塑性変形させ機械的に固定(固着)する。塑性変形によって全てのセグメントマグネット２の固着が終了後に加熱して、接着剤３の硬化によりロータが完成する。

凸部１１の基部１１ａによってセグメントマグネット２を均等に配置できるため、アンバランスによる回転時の振動を小さくできる。また、セグメントマグネット２に作用する回転方向の力を基部１１ａによって受け止めることができるため、接着剥離を防止する作用がある。さらに、接着剤３だけでは不十分であった遠心力によるセグメントマグネット２の剥離防止および飛散防止を、先端部１１ｂの塑性変形による機械的な固着強度の向上によって確実に防止することができる。

なお、セグメントマグネットは、断面形状がかまぼこ状（内周が平面の偏肉タイプ）であっても同様に実施できる。この場合のロータヨークは、セグメントマグネットの当接面を平面にした多角形で構成し、多角形の頂点付近に凸部を設ければよい。

また、実施の形態１で説明したロータを軸方向に複数段に積み重ねてもよく、多段構成の各段で所定のスキューを設ければ、モータのコギングトルクを改善することができる。（実施の形態２）
実施の形態２のロータは、実施の形態１におけるロータヨークの凸部の形状のみが異なるため、図３を用いて相違点（凸部形状）を中心に説明し、全体の説明を省略する。

図３において、凸部２１は、セグメントマグネット２を均等配置するための基部２１ａと、塑性変形によってセグメントマグネット２の外周面に固着させるための略Ｖ字形状のＶ字先端部２１ｂで構成され、２種類のロータコアを積層してロータヨークを構成する。

１つ目のロータコア２０ａは、基部２１ａとＶ字先端部２１ｂを備え、他方のロータコア２０ｂは、基部２１ａのみを備える。ロータコア２０ａとロータコア２０ｂを積層してロータヨークを構成する際に、ロータコア２０ａを積層方向の両端付近に設け、その間にロータコア２０ｂを設けて、それぞれの基部２１ａを揃えて積層する。なお、積層中央付近にロータコア２０ａを追加してもよい。

ロータヨークの基部２１ａ間に接着剤３を塗布した後、セグメントマグネット２を載せて、Ｖ字先端部２１ｂを治具（図示せず）によって加圧して左右に塑性変形させ、セグメントマグネット２の薄肉の外周面に当接させる。Ｖ字形状にしたので加圧による当接が容易になる。

ロータコア２０ａの積層数は、実施の形態１と同様、セグメントマグネット２に作用する遠心力などを考慮して決定するが、Ｖ字先端部２１ｂによってセグメントマグネット２に対する当接箇所が実施の形態１と比べて２倍となるため、固着力が分散され安定化する。また、基部２１ａは、実施の形態１の基部１１ａと同じ作用効果を有する。
（実施の形態３）
実施の形態３は、実施の形態２のロータヨークの凸部の形状を、さらに変更したものであり、図４を用いて相違点を中心に説明する。

図４において、ロータヨークの凸部３１は、セグメントマグネット２を均等に配置するための基部３１ａと、塑性変形によってセグメントマグネット２の外周面に当接させるためのＶ字先端部３１ｂと、塑性変形させたＶ字先端部３１ｂのスプリングバックを防止するための凹部３１ｃで構成され、凹部３１ｃは基部３１ａの中央に設ける。

実施の形態３のロータヨークも２種類のロータコアで構成され、１つ目のロータコア３０ａは、基部３１ａとＶ字先端部３１ｂおよび凹部３１ｃを備え、他方のロータコア３０ｂは、基部３１ａと凹部３１ｃを備える（凹部３１ｃは設けなくてもよい）。ロータコア３０ａとロータコア３０ｂを積層してロータヨークを構成する際に、ロータコア３０ａを積層方向の両端付近に設け、その間にロータコア３０ｂを設けて、それぞれの基部３１ａを揃えて積層する。

実施の形態２と異なるのは、塑性変形後のＶ字先端部３１ｂのスプリングバックを防止するため、新たに設けた凹部３１ｃに非磁性の別体部材５を装着する点である。

このため、別体部材５をテーパーピンや割りピンなどで構成し、最後に凹部３１ｃへ圧入装着する。ロータコア３０ｂにも凹部３１ｃを設けることで、別体部材５が少し長くても圧入装着することができる。別体部材５がロータコア３０ａの積厚に比べて短ければ、ロータコア３０ｂに凹部３１ｃを設けなくてもよい。

凹部３１ｃに圧入装着した別体部材５は、Ｖ字先端部３１ｂに対して楔として作用する
ため、塑性変形後のスプリングバックがなくなり、固着強度を高めることができる。

本発明のロータは、高温環境下、高速回転で使用される産業用途のサーボモータなどに最適である。

本発明の実施の形態１における要部の斜視図 実施の形態１における凸部の説明図 実施の形態２における凸部の説明図 実施の形態３における凸部の説明図

符号の説明

１ ロータヨーク
２ セグメントマグネット
３ 接着剤
４ 軸孔
５ 別体部材
１０ａ，１０ｂ，１０ｃ，２０ａ，２０ｂ，３０ａ，３０ｂ ロータコア
１１，２１，３１ 凸部
１１ａ，２１ａ，３１ａ 基部
１１ｂ 先端部
２１ｂ，３１ｂ Ｖ字先端部
３１ｃ 凹部

Claims (5)

1. 複数のセグメントマグネットをロータヨークの外周上に均等配置したロータにおいて、
   断面形状が中央で厚く両端部で薄い偏肉タイプのセグメントマグネットと、
   前記セグメントマグネットの磁路を形成する筒形のロータヨークを備え、
   前記ロータヨークは、前記セグメントマグネット間の外周上の軸線方向に凸部を少なくとも２つ有し、
   前記凸部の基部で前記セグメントマグネットを均等配置し、前記凸部の先端部を塑性変形させ、前記セグメントマグネットの薄肉端部の外周部に当接させて固着したことを特徴とするロータ。
2. 前記凸部の先端部を交互に反対方向に塑性変形させ、隣り合う前記セグメントマグネットに当接させた請求項１に記載のロータ。
3. 前記凸部の先端部を略Ｖ字形状で構成して、隣り合う前記セグメントマグネットに当接させた請求項１に記載のロータ。
4. 前記凸部の基部の中央に凹部を設け、前記凹部に非磁性体からなる別体部材を装着することによって塑性変形した前記先端部のスプリングバックを防止する請求項３に記載のロータ。
5. 前記ロータヨークは、薄板を積層してなる請求項１から請求項４のいずれか１項に記載のロータ。

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