JP2013179775A - ロータ、モータ及びロータの製造方法 - Google Patents

Abstract

【課題】接着材を不要とすることで接着材による品質の低下を防ぎつつも、マグネットを容易に設けることが可能なロータを提供する。
【解決手段】ロータコア２１の周方向に複数のプラスチックマグネット２４が一体成形されるとともに、各マグネット２４間には、マグネット２４の磁気作用により該マグネット２４とは反対の磁極として機能する疑似磁極２２が形成されている。
【選択図】図２

Description

本発明は、ロータ、モータ及びロータの製造方法に関するものである。

従来、例えば特許文献１に示すように、ロータコアの外周面の周方向にマグネットを複数配置し、各マグネット間の鉄心部を疑似磁極として機能させる所謂コンシクエントポール型のロータ（ハーフマグネット型ロータともいう）を備えたモータが考案されている。疑似磁極は、マグネットの磁気作用によって該マグネットとは反対の磁極として機能する。これにより、ロータの外周面にＮ極とＳ極とが周方向に交互に構成されるようになっている。このような構成では、磁極数とマグネットの個数が同数であるロータ（フルマグネット型ロータ）に対してマグネットの個数を減らすことができるため、部品点数及びコストの削減の点で有利である。また、マグネットの個数が減る分、マグネットの組み付けが容易となっている。

特開平９−３２７１３９号公報

ところで、コンシクエントポール型ロータのマグネットの固定方法としては、例えば接着固定が考えられる。しかしながら、接着固定の場合、ロータコアとマグネットとの間の接着材が磁気抵抗となるため、各マグネット磁極部で磁束の通り方が異なってしまう虞があり、それがロータ、ひいてはモータの品質低下を招いてしまう。

そこで、接着材が不要な固定方法として、圧入固定やかしめ固定等が考えられる。しかしながら、金属製のロータコア及びマグネット（焼結磁石）は互いに比較的硬い部材で構成されるため、マグネットをロータコアに圧入固定する場合には圧入代が大きくとれず、固定が困難であった。また、かしめ固定の場合、ロータコアに形成したマグネット収容孔にマグネットを挿入した後、ロータコアを一部かしめることで固定するが、かしめ固定は高度な寸法設計が必要となり、容易な固定方法とは言えない。

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、接着材を不要とすることで接着材による品質の低下を防ぎつつも、マグネットを容易に設けることが可能なロータ、モータ及びロータの製造方法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、ロータコアの周方向にマグネットが複数配置されるとともに、各マグネット間には前記マグネットの磁気作用により前記マグネットとは反対の磁極として機能する疑似磁極が形成されたロータであって、前記各マグネットは、磁性体を含む樹脂材料よりなるプラスチックマグネットにて構成されたことを特徴とする。

この発明では、ロータのマグネットにプラスチックマグネットを用いるため、プラスチックマグネットをロータコアに対して一体成形することが可能となる。これにより、プラスチックマグネットをロータコアに接着固定する必要がなくなるため、接着材による品質の低下を防ぐことができる。また、プラスチックマグネットをロータコアに対して一体成形することで、マグネットの固定作業が不要となるため、マグネットを容易に設けることが可能となる。

また、プラスチックマグネットをロータコアに圧入固定する場合においても、接着材を不要とすることが可能となり、接着材による品質の低下を防ぐことができる。また、プラスチックマグネットの弾性により圧入代を大きくすることができるため、硬質な焼結磁石を圧入する場合と比べて、マグネットを容易に圧入固定することが可能となる。

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、前記プラスチックマグネットは、前記ロータコアと回転軸方向に係合する軸方向係合部を有していることを特徴とする。

この発明では、ロータコアと軸方向係合部との係合によってプラスチックマグネットの軸方向への脱落を抑えることが可能となる。
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、前記各プラスチックマグネットを周方向に互いに連結するように該プラスチックマグネットに一体形成された連結部を備えていることを特徴とする。

この発明では、各プラスチックマグネットが連結部にて周方向に互いに連結されるため、各プラスチックマグネットが個別に脱落してしまうことを抑えることが可能となる。
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、前記連結部は、前記各プラスチックマグネットよりも径方向内側に形成されていることを特徴とする。

この発明では、プラスチックマグネットは、その径方向内側端面で連結部と一体に繋がるため、プラスチックマグネットの径方向両側の各磁極が連結部によって短絡されない構成とすることが可能となる。これにより、漏れ磁束を抑えることができ、プラスチックマグネットの磁束のうちの有効磁束（ロータの回転力を発生させるための磁束）の低下を抑えることができる。

請求項５に記載の発明は、請求項３又は４に記載のロータにおいて、前記各プラスチックマグネット及び前記連結部は、前記ロータコアに対して一体成形により形成されたことを特徴とする。

この発明では、各プラスチックマグネット及び連結部の一体成形品の径方向内側への樹脂収縮によって該一体成形品とロータコアとの特に径方向への一体性を向上させることができる。

請求項６に記載の発明は、請求項１〜５のいずれか１項に記載のロータにおいて、前記各プラスチックマグネットは、前記ロータコアと外径方向に係合する径方向係合部を有していることを特徴とする。

この発明では、径方向係合部とロータコアとの係合によってプラスチックマグネットの径方向外側への脱落を抑えることが可能となる。
請求項７に記載の発明は、請求項１〜６のいずれか１項に記載のロータにおいて、前記各プラスチックマグネットは、前記ロータコアの外周面に固定されていることを特徴とする。

この発明では、接着材を不要とすることで接着材による品質の低下を防ぎつつも、マグネットを容易に設けることが可能なＳＰＭ（Surface Permanent Magnet）型のロータを提供することができる。

請求項８に記載の発明は、請求項１〜６のいずれか１項に記載のロータにおいて、前記各プラスチックマグネットは、前記ロータコアに埋設されていることを特徴とする。
この発明では、接着材を不要とすることで接着材による品質の低下を防ぎつつも、マグネットを容易に設けることが可能なＩＰＭ（Interior Permanent Magnet）型のロータを提供することができる。

請求項９に記載の発明は、請求項１〜８のいずれか１項に記載のロータを備えたモータである。
この発明では、接着材を不要とすることで接着材による品質の低下を防ぎつつも、マグネットを容易に設けることが可能となり、その結果、高品質で製造の容易なモータを提供することができる。

請求項１０に記載の発明は、ロータコアの周方向にマグネットが複数配置されるとともに、各マグネット間には前記マグネットの磁気作用により前記マグネットとは反対の磁極として機能する疑似磁極が形成されたロータの製造方法であって、前記各マグネットは、磁性体を含む樹脂材料よりなるプラスチックマグネットにて構成されるものであり、前記各プラスチックマグネットを前記ロータコアに対して一体成形することを特徴とする。

この発明では、プラスチックマグネットをロータコアに接着固定する必要がなくなるため、接着材による品質の低下を防ぐことができる。また、プラスチックマグネットをロータコアに対して一体成形することで、マグネットの固定作業が不要となるため、マグネットを容易に設けることが可能となる。

請求項１１に記載の発明は、請求項１０に記載のロータの製造方法において、前記各プラスチックマグネットを周方向に互いに連結する連結部を該プラスチックマグネットに一体形成することを特徴とする。

この発明では、各プラスチックマグネット及び連結部の一体成形品の樹脂収縮によって該一体成形品とロータコアとの特に径方向への一体性を向上させることができる。特に、コンシクエントポール型のロータ（ハーフマグネット型ロータ）では、周方向の各プラスチックマグネット間に疑似磁極が配置されることから各プラスチックマグネットを周方向に繋ぐ連結部が長くなるため、樹脂収縮による前記一体成形品とロータコアとの一体性がより一層向上される。

従って、上記記載の発明によれば、接着材を不要とすることで接着材による品質の低下を防ぎつつも、マグネットを容易に設けることが可能となる。

実施形態のモータの断面図。 （ａ）同形態のロータを軸方向一方側から見た平面図、（ｂ）同ロータを軸方向他方側から見た平面図。 （ａ）別例のロータの断面図、（ｂ）同ロータの平面図。 （ａ）別例のロータの断面図、（ｂ）同ロータの平面図。

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、本実施形態のモータ１０は、モータケース１１に支持された円環状のステータ１２と、ステータ１２の内側に配置されたロータ１３とを有している。ロータ１３の回転軸１４は、モータケース１１に設けられた一対の軸受１５，１６により軸支されている。ステータ１２は、モータケース１１の内面に固定された略円筒状のステータコア１７と、該ステータコア１７に巻装されたコイル１８とを備えている。コイル１８に電流が供給されると、ステータ１２にて発生される回転磁界に応じてロータ１３が回転するようになっている。

ロータ１３は、回転軸１４と、回転軸１４に一体回転可能に設けられたロータコア２１とを有している。回転軸１４は磁性体から形成されるとともに、円柱状をなしている。ロータコア２１は円筒状をなし、その中心部には回転軸１４が圧入固定された固定孔２１ａが形成されている。なお、ロータコア２１は、金属等の磁性体よりなる薄板状のコアシート２１ｂを回転軸１４の軸方向に複数枚積層し、かしめて一体化したものである。

ロータコア２１の外周部には、径方向外側に突出する４個の疑似磁極２２が周方向等間隔（９０度間隔）に一体形成されている。各疑似磁極２２は、軸方向全体に亘って形成されている。また、ロータコア２１には、磁性体粉末を含む樹脂材料よりなる樹脂成形部材２３が一体形成されている。樹脂成形部材２３は、ロータコア２１をインサート品としたインサート成形により形成されたものである。

図１及び図２（ａ）（ｂ）に示すように、樹脂成形部材２３は、周方向における各疑似磁極２２間に配置されたプラスチックマグネット２４（以下、単にマグネット２４）と、その各マグネット２４の軸方向一端部（図１において下側端部）を連結する円環状の連結部２５とを一体に備えている。連結部２５は、図２（ｂ）に示すように、ロータコア２１の軸線（回転軸１４の軸線と一致）を中心とする円環状をなすとともに、ロータコア２１の軸方向一端面（図１において下側端面）と密着している。これにより、樹脂成形部材２３が軸方向一方側（連結部２５が形成されていない軸方向端部側）に脱落してしまうことが抑えられている。

４つのマグネット２４はそれぞれ、連結部２５から径方向外側に若干突出するとともに、そこから回転軸１４の軸方向に沿って延びている。なお、各マグネット２４は、ロータコア２１の軸方向一端から他端まで軸方向に延びている。また、各マグネット２４の径方向内側端面２４ａは、ロータコア２１の外周面と密着している。つまり、ロータ１３は、各マグネット２４がロータコア２１の外周面に固定されたＳＰＭ（Surface Permanent Magnet）型のロータとして構成されている。各マグネット２４を軸方向端部で連結する連結部２５は、各マグネット２４の径方向内側端面２４ａよりも径方向内側に形成されている。

各マグネット２４は、互いに周方向等間隔（９０度間隔）に形成されている。この各マグネット２４は、周方向に隣り合う疑似磁極２２との間に間隙を介して配置され、各マグネット２４と各疑似磁極２２とは周方向等間隔に配置されている。つまり、ロータコア２１の外周部には、マグネット２４と疑似磁極２２とが周方向に交互に、かつ等間隔（４５度間隔）で配置されている。なお、マグネット２４と疑似磁極２２との周方向の間には、隙間が設けられている。また、マグネット２４の周方向幅と各疑似磁極２２の周方向幅は略等しく設定され、各マグネット２４の外周面と各疑似磁極２２の外周面は、軸方向から見て回転軸１４の軸線を中心とする同一円上に位置している。

各マグネット２４は、本実施形態では、径方向外側がＮ極、径方向内側がＳ極となるように着磁されている。つまり、各マグネット２４はＮ極の磁極として機能する。そして、このマグネット２４の磁気作用により疑似磁極２２がＳ極として機能するようになっている。これにより、ロータコア２１の外周部の磁極は、Ｎ極とＳ極が周方向に交互に８極で構成されるようになっている。

次に、ロータ１３の製造方法を本実施形態の作用とともに説明する。
複数枚のコアシート２１ｂから成形されたロータコア２１を図示しない金型内に配置し、その後、磁性体粉末を含ませた樹脂を該金型内に注入する。これにより、樹脂成形部材２３がロータコア２１に一体成形される。この樹脂成形部材２３は、各マグネット２４を周方向に連結する連結部２５を有しているため、連結部２５の径方向内側への樹脂収縮によって各マグネット２４とロータコア２１の外周面との径方向の密着性（一体性）が向上されるようになっている。特に、本実施形態のようなコンシクエントポール型のロータ１３（ハーフマグネット型ロータ）では、周方向の各マグネット２４間に疑似磁極２２が配置されることから連結部２５が長くなる。そして、連結部２５が長いほど収縮量が大きくなるため、樹脂収縮による樹脂成形部材２３とロータコア２１との一体性がより一層向上されるようになっている。

次に、ロータコア２１に一体成形された樹脂成形部材２３の各マグネット２４を径方向に着磁する。その後、ロータコア２１に回転軸１４を圧入固定し、ロータ１３が完成する。本実施形態のロータ１３では、樹脂成形部材２３にロータコア２１が一体成形されてそれらの一体性が向上された結果、ロータ１３の振動が抑制されるようになっている。

次に、本実施形態の特徴的な効果を記載する。
（１）ロータ１３のマグネットにプラスチックマグネット２４を用いるため、マグネット２４をロータコア２１に対して一体成形することが可能となる。これにより、マグネット２４をロータコア２１に接着固定する必要がなくなるため、接着材による品質の低下を防ぐことができる。また、マグネット２４をロータコア２１に対して一体成形することで、マグネット２４の固定作業が不要となるため、マグネット２４を容易に設けることが可能となる。その結果、高品質で製造の容易なモータ１０を提供することができる。

（２）マグネット２４は、ロータコア２１と回転軸方向（回転軸１４の軸方向）に当接する連結部２５（軸方向係合部）を一体に有する。このため、ロータコア２１と連結部２５との係合（当接）によってマグネット２４の軸方向への脱落を抑えることが可能となる。

（３）各マグネット２４を周方向に互いに連結するように該マグネット２４に一体形成された連結部２５を備える。これにより、各マグネット２４が連結部２５にて周方向に互いに連結されるため、各マグネット２４が個別に脱落してしまうことを抑えることが可能となる。

（４）連結部２５は、各マグネット２４よりも径方向内側に形成される。即ち、各マグネット２４は、その径方向内側端面２４ａで連結部２５と一体に繋がるため、各マグネット２４の径方向両側の各磁極が連結部２５によって短絡されない構成とすることが可能となる。これにより、漏れ磁束を抑えることができ、各マグネット２４の磁束のうちの有効磁束（ロータ１３の回転力を発生させるための磁束）の低下を抑えることができる。

（５）各マグネット２４及び連結部２５の一体成形品（樹脂成形部材２３）がロータコア２１に対して一体成形により形成される。このため、樹脂成形部材２３の径方向内側への樹脂収縮によって該樹脂成形部材２３とロータコア２１との特に径方向への一体性を向上させることができる。

尚、本発明の実施形態は、以下のように変更してもよい。
・樹脂成形部材２３の形状等の構成は上記実施形態に限らず適宜変更してもよい。例えば、上記実施形態では、連結部２５がマグネット２４の軸方向一端側（図１において下側）のみに設けられたが、マグネット２４の軸方向一端側だけでなく他端側（図１において上側）にも連結部２５を設けてもよい。また例えば、図３（ａ）（ｂ）に示すように、連結部２５を省略して各マグネット２４が互いに分断された構成としてもよい。同図に示すロータ１３Ａでは、各マグネット２４は周方向に互いに連結されていない。各マグネット２４の軸方向両端部は径方向内側にそれぞれ延出されるとともに、その各延出部２４ｂの先端から軸方向内側（ロータコア２１側）に突出する径方向係合部２４ｃが形成されている。各径方向係合部２４ｃは、ロータコア２１の軸方向端面に形成された凹部２１ｃに充填されており、ロータコア２１と外径方向に当接するようになっている。このような構成によれば、径方向係合部２４ｃとロータコア２１との係合によってマグネット２４の径方向外側への脱落を抑えることが可能となる。なお、この径方向係合部２４ｃを上記実施形態に加えてもよい。

・上記実施形態では、各マグネット２４がロータコア２１の外周面に固定されたＳＰＭ型のロータ１３に本発明を適用したが、これに限定されるものではなく、各マグネットがロータコアに埋設されたＩＰＭ（Interior Permanent Magnet）型のロータに適用してもよい。例えば、図４（ａ）（ｂ）に示すロータ１３Ｂでは、回転軸１４が圧入固定された円筒状のロータコア４１には、周方向等間隔に形成された４つの貫通孔４１ａが形成されている。各貫通孔４１ａは、ロータコア４１の外周面よりも若干内側に形成されるとともに、ロータコア４１を軸方向に貫通している。そして、各貫通孔４１ａには、磁性体粉末を含む樹脂材料よりなるプラスチックマグネット４２（以下、マグネット４２）が充填されている。

各マグネット４２は、ロータコアに対してインサート成形により一体成形されたものである。各マグネット４２は、ロータコア４１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４１の軸方向の長さと等しく形成されている。各マグネット４２の軸方向一端部（図４において下側端部）には、径方向内側及び外側にそれぞれ突出する突出部４３（軸方向係合部）が形成されている。各マグネット４２の突出部４３は、各貫通孔４１ａの内面の段差部位と回転軸１４の軸方向に当接している。

ロータコア４１において、各貫通孔４１ａの周方向間には疑似磁極４４が形成されている。疑似磁極４４は、ロータコア４１の外周部における貫通孔４１ａを有しない部位であり、周方向等間隔（９０度間隔）４つ形成されている。つまり、ロータコア４１の外周部には、マグネット４２と疑似磁極４４とが周方向に交互に、かつ等間隔（４５度間隔）で配置されている。そして、各疑似磁極４４は、上記実施形態の疑似磁極２２と同様に、マグネット４２とは反対の磁極として機能し、これにより、ロータコア４１の外周部の磁極は、Ｎ極とＳ極が周方向に交互に８極で構成される。

このような構成によっても、上記実施形態の効果（１）（２）と同様の効果を得ることができる。なお、上記のロータ１３Ｂでは、各マグネット４２が互いに連結されない構成としたが、これ以外に例えば、上記実施形態と同様の連結部２５を各マグネット４２に一体形成してもよい。また、上記のロータ１３Ｂでは、各マグネット４２がロータコア４１に対してインサート成形により一体成形されるものとしたが、これ以外に例えば、各マグネット４２がロータコア４１の貫通孔４１ａに圧入固定された構成としてもよい。圧入固定する場合においても、各マグネット４２の固定のための接着材は不要であり、接着材による品質の低下を防ぐことができる。また、マグネット４２の弾性により圧入代を大きくすることができるため、硬質な焼結磁石を圧入する場合と比べて、マグネット４２を容易に圧入固定することが可能となる。

・上記実施形態では、各マグネット２４は、径方向外側がＮ極、径方向内側がＳ極となるように着磁されたが、反対に径方向外側がＳ極、径方向内側がＮ極となるように着磁してもよい。この場合、疑似磁極２２はＮ極として機能する。

・上記実施形態では、マグネット２４及び疑似磁極２２の個数をそれぞれ４つとしたが、これに特に限定されるものではなく、マグネット２４及び疑似磁極２２の個数は構成に応じて適宜変更してもよい。

・上記実施形態では、インナロータ型のモータ１０に本発明を適用したが、これに特に限定されるものではなく、アウタロータ型のモータに適用してもよい。

１０…モータ、１２…ステータ、１３，１３Ａ，１３Ｂ…ロータ、１４…回転軸、２１，４１…ロータコア、２２，４４…疑似磁極、２４，４２…プラスチックマグネット、２４ｃ…径方向係合部、２５…連結部（軸方向係合部）、４３…突出部（軸方向係合部）。

Claims (11)

1. ロータコアの周方向にマグネットが複数配置されるとともに、各マグネット間には前記マグネットの磁気作用により前記マグネットとは反対の磁極として機能する疑似磁極が形成されたロータであって、
   前記各マグネットは、磁性体を含む樹脂材料よりなるプラスチックマグネットにて構成され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、
   前記プラスチックマグネットは、前記ロータコアと回転軸方向に係合する軸方向係合部を有してい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、
   前記各プラスチックマグネットを周方向に互いに連結するように該プラスチックマグネットに一体形成された連結部を備えてい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、
   前記連結部は、前記各プラスチックマグネットよりも径方向内側に形成されていることを特徴とするロータ。
5. 請求項３又は４に記載のロータにおいて、
   前記各プラスチックマグネット及び前記連結部は、前記ロータコアに対して一体成形により形成されたことを特徴とするロータ。
6. 請求項１〜５のいずれか１項に記載のロータにおいて、
   前記各プラスチックマグネットは、前記ロータコアと外径方向に係合する径方向係合部を有していることを特徴とするロータ。
7. 請求項１〜６のいずれか１項に記載のロータにおいて、
   前記各プラスチックマグネットは、前記ロータコアの外周面に固定されていることを特徴とするロータ。
8. 請求項１〜６のいずれか１項に記載のロータにおいて、
   前記各プラスチックマグネットは、前記ロータコアに埋設されていることを特徴とするロータ。
9. 請求項１〜８のいずれか１項に記載のロータを備えたことを特徴とするモータ。
10. ロータコアの周方向にマグネットが複数配置されるとともに、各マグネット間には前記マグネットの磁気作用により前記マグネットとは反対の磁極として機能する疑似磁極が形成されたロータの製造方法であって、
    前記各マグネットは、磁性体を含む樹脂材料よりなるプラスチックマグネットにて構成されるものであり、
    前記各プラスチックマグネットを前記ロータコアに対して一体成形することを特徴とするロータの製造方法。
11. 請求項１０に記載のロータの製造方法において、
    前記各プラスチックマグネットを周方向に互いに連結する連結部を該プラスチックマグネットに一体形成することを特徴とするロータの製造方法。