JP2013078164A - ロータ - Google Patents

Abstract

【課題】磁気抵抗を抑えつつロータコアの貫通孔に磁石を圧入固定することができるロータを提供する。
【解決手段】貫通孔３６において径方向に突状をなして磁石３４を圧入固定する圧入用突起４１と、圧入用突起４１を挟んで磁石３４から径方向に離間した位置に形成される切り込み部４２とを備えてロータコア３３が構成される
【選択図】図２

Description

本発明は、ロータに関するものである。

従来、ロータコアに貫通孔を有し、この貫通孔に磁石を配設した所謂ＩＰＭ型のロータが広く知られている（例えば特許文献１参照）。
特許文献１のロータは、コアシートを複数積層してなるロータコアの軸方向両側のコアシートにおいて、その貫通孔の周囲にかしめ用の穴部を形成し、この穴部をかしめによって塑性変形することでロータコアの略径方向に突出する凸部を形成している。これにより、ロータコアの軸方向両側の凸部がロータコアの貫通孔に配設した磁石を挟み込むため磁石の軸方向への脱落を抑えることが可能となっている。

特許第３４０３６８２号公報

ところで、上記のロータでは、穴部を塑性変形させることで凸部を形成しているが、穴部を設けることで磁気抵抗が増加してしまう虞がある。
また、この穴部の塑性変形では貫通孔からの軸方向への抜けを抑えることができるものの、塑性変形によって磁石の固定を行うことは考慮されていない。そこで、例えば前記凸部同様に穴部を塑性変形させて磁石を圧入固定する方法が考えられるが、穴部を設けることで磁気抵抗が増加してしまう虞がある。

本発明は、上記課題を解決するためになされたものであって、その目的は、磁気抵抗を抑えつつロータコアの貫通孔に磁石を圧入固定することができるロータを提供することにある。

上記課題を解決するために、請求項１に記載の発明は、貫通孔を有する円筒状のロータコアと、該ロータコアの貫通孔に挿入配置される磁石とを備えて径方向においてステータと対向配置されるロータであって、前記ロータコアは、前記貫通孔において径方向に突状をなして前記磁石を圧入固定する圧入用突起と、前記圧入用突起を挟んで前記磁石から径方向に離間した位置に形成される切り込み部とを備えたことをその要旨とする。

この発明では、貫通孔において径方向に突状をなして磁石を圧入固定する圧入用突起と、圧入用突起を挟んで磁石から径方向に離間した位置に形成される切り込み部とを備えてロータコアが構成される。このため、圧入用突起により磁石を圧入固定しつつ、切り込み部によって前記圧入用突起による過度の圧力を磁石に与えることが抑えられる。また、切り込み部であるため、従来構成の穴部と比較して磁気抵抗を抑えることができる。

請求項２に記載の発明は、請求項１に記載のロータにおいて、前記切り込み部は、その切り込み幅が前記磁石との当接幅よりも大きくなるように形成されることをその要旨とする。

この発明では、切り込み部は、その切り込み幅が磁石との当接幅よりも大きくなるように形成されるため、圧入用突起による過度の圧力を磁石に与えることをより抑えることができる。

請求項３に記載の発明は、請求項１又は２に記載のロータにおいて、前記圧入用突起は前記貫通孔に複数形成され、前記切り込み部は前記圧入用突起に対応して複数形成されることをその要旨とする。

この発明では、圧入用突起が貫通孔に複数形成されるため、複数の圧入用突起によって磁石を安定して固定することができる。また、各圧入用突起に対応して切り込み部が形成されるため、各圧入用突起によって磁石に過度な圧力を与えることを抑えることができる。

請求項４に記載の発明は、請求項３に記載のロータにおいて、前記圧入用突起は、前記貫通孔における前記ロータコアの周方向両側に形成されることをその要旨とする。
この発明では、圧入用突起は、貫通孔におけるロータコアの周方向両側に形成されるため、貫通孔に挿入される磁石を周方向両側の圧入用突起によって安定して固定することができる。

請求項５に記載の発明は、請求項１〜４のいずれか一項に記載のロータにおいて、前記切り込み部は、径方向に沿って形成されることをその要旨とする。
この発明では、切り込み部は、径方向に沿って形成されるため、磁石を貫通孔に圧入する際に切り込み部を中心に周方向に変形して圧入用突起による過剰な圧力を磁石に与えることを抑えることができる。

請求項６に記載の発明は、請求項５に記載のロータにおいて、前記切り込み部は、前記磁石の周方向中央に形成されることをその要旨とする。
この発明では、切り込み部は、磁石の周方向中央に形成される。ここで、磁石近傍の磁束は径方向に流れて次第に隣接する界磁極へと流れるので、切り込み部が磁気抵抗となることを抑えることができる。

従って、上記記載の発明によれば、磁気抵抗を抑えつつロータコアの貫通孔に磁石を圧入固定することができるロータを提供することができる。

モータの概略構成図である。 同上におけるロータ及びステータの断面図である。 同上におけるロータの要部拡大図である。 別例におけるロータの要部拡大図である。 別例におけるロータの要部拡大図である。 別例におけるロータの断面図である。 （ａ）（ｂ）は、別例におけるロータの要部拡大図である。

以下、本発明を具体化した一実施形態を図面に従って説明する。
図１に示すように、モータ１０を構成するモータケース１１は、ケース本体１２と、このケース本体１２の開口部を閉塞する略円板状のカバープレート１３とから構成されている。

有底円筒状をなすケース本体１２は、円筒状の筒状部１２ａと、同筒状部１２ａの軸方向の一端（図１では上端）を閉塞する閉塞部１２ｂと、同筒状部１２ａの軸方向の他端部から径方向外側に延びる円環状のフランジ部１２ｃとから構成されている。尚、筒状部１２ａ、閉塞部１２ｂ及びフランジ部１２ｃは一体に形成されている。また、本実施形態のケース本体１２は、金属板材にプレス加工を施して形成されている。そして、ケース本体１２のフランジ部１２ｃに前記カバープレート１３が固定されることにより、ケース本体１２の開口部は該カバープレート１３にて閉塞されている。

筒状部１２ａの内周面には、円筒状のステータ２１が固定されている。このステータ２１は、円筒状のステータコア２２と、このステータコア２２に巻装されたコイル２３とを備えている。

図１及び図２に示すように、ステータコア２２は、筒状部１２ａに固定される円筒状のステータ固定部２２ａと、該ステータ固定部２２ａから径方向内側に延びて前記コイル２３が巻回された複数のティース２２ｂとを有する。そして、このステータコア２２は、周方向に配置されティース２２ｂをそれぞれ有する複数（本実施形態では１２個）の分割コア２４から構成されている。

図２に示すように、各分割コア２４は、軸方向から見た形状が円弧状をなす分割固定部２４ａと、この分割固定部２４ａの内周面から径方向内側に延びる前記ティース２２ｂとから構成されている。各分割コア２４において、ティース２２ｂは、分割固定部２４ａの周方向の中央部から径方向内側に延びるとともに、各分割コア２４は、軸方向から見た形状が略Ｔ字状をなしている。

そして、図２に示すように、複数の分割コア２４は、ティース２２ｂの先端が径方向内側を向くように、且つ、分割固定部２４ａにて円筒状のステータ固定部２２ａが形成されるように連結されることによりステータコア２２を形成している。

前記ステータ２１の内側には、ロータ３１が配置されている。ロータ３１は、円柱状の回転軸３２と、この回転軸３２に一体回転可能に固定されたロータコア３３と、このロータコア３３にて保持された複数（本実施形態では４個）の磁石３４とから構成されている。

回転軸３２は、円柱状をなし、通常は鋼材が用いられ、磁束の漏れを抑制したい場合にはステンレス等の非磁性体が用いられる。この回転軸３２の反出力側である基端部（図１において上側の端部）は、閉塞部１２ｂの径方向の中央部に設けられた軸受３２ａによって軸支される。一方、同回転軸３２の出力側である先端側の部位は、前記カバープレート１３の径方向の中央部に設けられた軸受３２ｂによって軸支されている。そして、回転軸３２は、ステータコア２２の径方向内側で同ステータコア２２と同心状に配置されている。また、回転軸３２の先端部は、カバープレート１３の径方向の中央部を貫通してモータケース１１の外部に突出（露出）して出力軸を形成する。

図１及び図２に示すように、前記ロータコア３３は、磁性体よりなる金属板材をプレス加工により打ち抜いて形成した複数枚のコアシート３５を積層して構成され、筒状の固定部３３ａと、この固定部３３ａの外周に固定部３３ａと一体に形成された４個の疑似磁極３３ｂとを備えている。

固定部３３ａの径方向の中央部に形成された固定孔３３ｃは、固定部３３ａを軸方向に貫通するとともに、固定孔３３ｃの内径は、回転軸３２の外径よりも若干小さく設定されている。

また、固定部３３ａの外周面には、疑似磁極３３ｂ間となる部分に軸方向に貫通する貫通孔３６がロータコア３３の径方向及び軸方向と直交する方向に幅広となるように形成されている。この貫通孔３６には、磁石３４が挿入されている。各磁石３４は、ロータコア３３の軸方向に長い直方体状をなすとともに、その軸方向の長さは、ロータコア３３の軸方向の長さ略同一長さに形成されている（図１参照）。

また、前記磁石３４は、図１〜図３に示すように、前記貫通孔３６に挿入された状態で、前記貫通孔３６を構成する各コアシート３５の枠部３５ａの径方向内側に形成された圧入用突起４１にて径方向外側に押圧される。具体的には、貫通孔３６の径方向外側の壁部３６ａに磁石３４を当接（面接触）させた状態で、径方向内側の前記圧入用突起４１によって前記磁石３４が前記壁部３６ａと挟持されて圧入固定される。

なお、前記磁石３４は、本実施形態では、径方向外側の端部がＮ極、径方向内側の端部がＳ極となるようにそれぞれ着磁されている。従って、本実施形態のロータ３１では、Ｓ極及びＮ極のうちＮ極の磁極を径方向外側とした磁石３４がロータコア３３に対して周方向に４個配置されている。そして、各磁石３４が貫通孔３６に挿入されることにより、周方向に隣り合う磁石３４間にそれぞれ疑似磁極３３ｂが配置され、その結果、Ｎ極の磁石３４と疑似磁極３３ｂとが周方向に交互に配置される。疑似磁極３３ｂを有するロータコア３３に対して磁石３４がこのように配置されることにより、疑似磁極３３ｂは、疑似的に径方向外側をＳ極として機能する。即ち、本実施形態のロータ３１は、一方の磁極の磁石３４と他方の磁極として機能する疑似磁極３３ｂとが周方向に交互に配置されたコンシクエントポール型のロータである。

また、ロータコア３３を構成する各コアシート３５は、径方向及び軸方向と直交する方向に幅広な貫通孔３６の幅方向に略沿って形成される切り込み部４２と、この切り込み部４２よりも径方向内側に他のコアシート３５と係合可能な係合部４３を備える。

切り込み部４２の隙間は、そのまま破断すれば理論上０（隙間無し）であるが、実際には０にならず、本発明ではプレス成形（切り込み加工）時に形成される隙間であって打ち抜き加工での限界加工孔幅内の隙間である。

コアシート３５の係合部４３は、前記切り込み部４２をプレス成形によって形成する際に自ずと形成されるものであり、各コアシート３５の面と直交する方向（ロータコア３３の軸方向）に凸状をなして各コアシート３５の一方の面に凹部、他方の面に凸部が形成されて構成される。このため、例えば、各コアシート３５の凹部と凸部とを嵌合することで係合し、コアシート３５の位置合わせを行うことが可能となる。

図１に示すように、前記回転軸３２には、同回転軸３２の先端面（図１において下側の端面）とロータコア３３との間となる位置に、環状のセンサマグネット３７が同回転軸３２と一体回転可能に固定されている。センサマグネット３７は、Ｎ極とＳ極とが周方向に交互となるように着磁されている。

また、前記カバープレート１３の内側面には、モータ１０を制御するための図示しない回路素子が搭載された回路基板３８が固定されている。この回路基板３８上には、前記センサマグネット３７と軸方向に対向するようにホールセンサ３９が配置されている。ホールセンサ３９は、ホール素子を備えたホールＩＣである。また、回路基板３８は、モータ１０の外部に設けられる駆動制御回路（図示略）に電気的に接続されている。

次に、上記構成のモータ１０の動作例（作用）を記載する。
モータ１０では、コイル２３に電源が供給されると、ステータ２１にて発生される回転磁界に応じてロータ３１が回転される。そして、ホールセンサ３９は、ロータ３１の回転軸３２と一体回転するセンサマグネット３７の磁界の変化を検出するとともに、検出した磁界の変化に応じたパルス信号である回転検出信号を駆動制御回路に出力する。駆動制御回路は、この回転検出信号に基づいて、ロータ３１の回転情報（回転速度、回転位置等）を検出する。そして、駆動制御回路は、検出したロータ３１の回転情報に基づいて、ロータ３１の回転速度が所望の回転速度となるようにステータ２１に供給する電源を制御する。従って、ロータ３１の回転状態に応じて駆動制御回路からコイル２３に電源が供給される。

次に、本実施形態の特徴的な作用効果を記載する。
（１）貫通孔３６において径方向に突状をなして磁石３４を圧入固定する圧入用突起４１と、圧入用突起４１を挟んで磁石３４から径方向に離間した位置に形成される切り込み部４２とを備えてロータコア３３が構成される。このため、圧入用突起４１により磁石３４を圧入固定しつつ、切り込み部４２によって前記圧入用突起４１による過度の圧力を磁石３４に与えることが抑えられる。また、切り込み部４２であるため、従来構成の穴部と比較して磁気抵抗を抑えることができる。

尚、本発明の実施形態は、以下のように変更してもよい。
・上記実施形態では、特に言及していないが、例えば、図４に示すように、切り込み部４２の切り込み幅Ｌ２が圧入用突起４１の磁石３４との当接幅Ｌ１よりも大きくなるように形成してもよい。このような構成とすることで、圧入用突起４１による過度の圧力を磁石３４に与えることをより抑えることができる。

・上記実施形態では、圧入用突起４１をロータコア３３の貫通孔３６（コアシート３５の枠部３５ａ）に対して１つ形成する構成としたが、例えば図５に示すように貫通孔３６（コアシート３５の枠部３５ａ）に対して複数の圧入用突起４１を形成する構成としてもよい。このような構成とすることで、圧入用突起４１が貫通孔３６に複数形成されるため、複数の圧入用突起４１によって磁石３４を安定して固定することができる。また、このとき、圧入用突起４１の個数に対応して切り込み部４２を複数形成することで、各圧入用突起４１によって磁石３４に過度な圧力を与えることを抑えることができる。

また、同図５に示すように、圧入用突起４１は、貫通孔３６におけるロータコア３３の周方向両側に形成されるため、貫通孔３６に挿入される磁石３４を周方向両側の圧入用突起４１によって安定して固定することができる。

・上記実施形態では、図１〜図３の例では、各コアシート３５に係合部４３を設ける構成としたが、図４〜図６に示すように係合部４３を設けずに平面となる構成を採用してもよい。例えば、プレス成形時に自然と凹凸状の係合部４３が形成される場合には、平面となるように戻しプレスを行う。このような構成とすることで、磁気抵抗となる凹凸状の係合部４３（窪み）を消失して磁気抵抗の増加を抑えることができる。

・上記実施形態では、貫通孔３６の幅方向（ロータ３１の軸方向視において磁石３４の長手方向）に略沿って切り込み部４２を形成する構成としたが、これに限らない。例えば図７（ａ）に示すように、径方向に略沿って切り込み部４２を形成する構成を採用してもよい。このような構成とすることで、磁石３４を圧入する際に切り込み部４２を中心に周方向に広がりやすく磁石への過度な圧力を抑えることができる。また、磁石３４近傍の磁束は径方向に流れて次第に隣接する界磁極へと流れるので、更に磁気抵抗を抑えることができる。さらに、切り込み部４２を磁石３４の周方向中央（磁石３４の周方向中央と軸線Ｌ１とを通る径方向一）に形成することにより、一層磁気抵抗の増加を抑えることができる。

・上記実施形態では、所謂コンシクエントポール型としてロータ３１を構成したが、これに限らず、極性の異なる磁石を周方向において交互に配置した構成を採用してもよい。要は、ロータコア３３内に磁石を埋設する所謂ＩＰＭ型のロータであればよい。

次に、上記実施形態及び別例から把握できる技術的思想を以下に追記する。
（イ） 貫通孔を有する円筒状のロータコアと、該ロータコアの貫通孔に挿入配置される磁石とを備えて径方向においてステータと対向配置されるロータの製造方法であって
前記ロータコアは、前記貫通孔において径方向に突状をなして前記磁石を圧入固定する圧入用突起と、前記圧入用突起を挟んで前記磁石から径方向に離間した位置に形成される切り込み部とをプレス成形によって形成し、
前記プレス成形時に前記切り込み部周囲に形成される軸方向への窪みを平面状とする戻しプレスを行うことを特徴とするロータの製造方法。

これにより、窪み部による磁気抵抗の増加を抑えることができる。

２１…ステータ、３１…ロータ、３３…ロータコア、３４…磁石、３６…貫通孔、４１…圧入用突起、４２…切り込み部、Ｌ１…当接幅、Ｌ２…切り込み幅。

Claims (6)

1. 貫通孔を有する円筒状のロータコアと、該ロータコアの貫通孔に挿入配置される磁石とを備えて径方向においてステータと対向配置されるロータであって、
   前記ロータコアは、前記貫通孔において径方向に突状をなして前記磁石を圧入固定する圧入用突起と、前記圧入用突起を挟んで前記磁石から径方向に離間した位置に形成される切り込み部とを備えたことを特徴とするロータ。
2. 請求項１に記載のロータにおいて、
   前記切り込み部は、その切り込み幅が前記磁石との当接幅よりも大きくなるように形成されることを特徴とするロータ。
3. 請求項１又は２に記載のロータにおいて、
   前記圧入用突起は前記貫通孔に複数形成され、前記切り込み部は前記圧入用突起に対応して複数形成されることを特徴とするロータ。
4. 請求項３に記載のロータにおいて、
   前記圧入用突起は、前記貫通孔における前記ロータコアの周方向両側に形成されることを特徴とするロータ。
5. 請求項１〜４のいずれか一項に記載のロータにおいて、
   前記切り込み部は、径方向に沿って形成されることを特徴とするロータ。
6. 請求項５に記載のロータにおいて、
   前記切り込み部は、前記磁石の周方向中央に形成されることを特徴とするロータ。

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