JP2019146329A - 駆動装置、アキシャルギャップモータ、及びそれに用いられる駆動部の製造方法 - Google Patents

Abstract

【課題】被接合体の接合面に接合された磁石の接合強度を確保できるようにする。
【解決手段】ロータ４０は、金属製のヨーク４１と、樹脂材４６と磁粉４７とが混練されて構成されたプラスチックマグネット４５とを有する。ヨーク４１の接合面には、磁粉４７の粒子径ｄよりも大きな溝幅Ｗ及び溝深さＨを有する複数の溝部４２が形成されている。プラスチックマグネット４５は、樹脂材４６及び磁粉４７が溝部４２に入り込んだ状態で、ヨーク４１の接合面に接合されている。
【選択図】図６

Description

本発明は、駆動装置、アキシャルギャップモータ、及びそれに用いられる駆動部の製造方法に関するものである。

従来より、固定子コアを有する固定子と、固定子を通る回転軸の軸方向に沿って固定子と対向する回転子とを備えたアキシャルギャップモータが知られている（例えば、特許文献１参照）。

特許文献１には、回転子が、回転軸の軸方向に固定子コアと対向して配置される永久磁石と、永久磁石を挟んで固定子コアと対向して配置されるヨークとを有し、永久磁石がヨークに接着された構成が開示されている。

特開２０１５−１２６７５号公報

ところで、特許文献１の発明では、被接合体としてのヨークと磁石とが接着剤で接合されている。しかしながら、接着剤は、塗布してから硬化するまでに時間がかかるとともに、ヨークと磁石との熱膨張率の違いによって剥離してしまい、接合強度を十分に確保できないおそれがある。

本発明は、かかる点に鑑みてなされたものであり、その目的は、被接合体の接合面に接合された磁石の接合強度を確保できるようにすることにある。

本発明は、磁力を有する駆動部と、該駆動部を駆動させるための磁力を発生させる磁力発生部とを備えた駆動装置を対象とし、次のような解決手段を講じた。

すなわち、第１の発明は、前記駆動部は、金属製の被接合体と、樹脂材と磁粉とが混練されて構成され且つ該被接合体の接合面に接合されたプラスチックマグネットとを有し、
前記被接合体の接合面には、前記磁粉の粒子径よりも大きな溝幅及び溝深さを有する複数の溝部が形成され、
前記プラスチックマグネットは、前記樹脂材及び前記磁粉が前記溝部に入り込んだ状態で、前記被接合体に接合されていることを特徴とするものである。

第１の発明では、被接合体の接合面には、複数の溝部が形成されている。プラスチックマグネットは、樹脂材及び磁粉が溝部に入り込んだ状態で、被接合体の接合面に接合されている。

これにより、被接合体の接合面に接合されたプラスチックマグネットの接合強度を確保することができる。つまり、プラスチックマグネットの樹脂材及び磁粉が被接合体の溝部に係合してアンカー効果を得ることができ、プラスチックマグネットが剥離し難くなる。

このとき、金属製の磁粉を溝部に入り込ませているので、樹脂材のみを溝部に入り込ませた場合に比べて、接合強度を高めることができる。また、プラスチックマグネットと被接合体との接合面積が溝部の表面積の分だけ増えているので、接合強度を高めることができる。

第２の発明は、第１の発明において、
前記溝部は、同心円状に形成されていることを特徴とするものである。

第２の発明では、被接合体の接合面に同心円状の溝部を形成しているので、接合面の広い範囲にわたって、プラスチックマグネットの樹脂材及び磁粉が被接合体の溝部に係合した状態となり、接合強度を十分に確保することができる。

第３の発明は、第１又は第２の発明において、
前記被接合体は、円盤状の板材で構成され、
前記溝部は、前記被接合体の中心部寄りの位置と、該被接合体の外周部寄りの位置とに形成されていることを特徴とするものである。

第３の発明では、被接合体の接合面における中心部寄りの位置と外周部寄りの位置とに溝部を形成している。これにより、被接合体の接合面の全体に溝部を形成する場合に比べて、溝部を形成するための作業工数を低減することができる。また、プラスチックマグネットの径方向の両端部を被接合体に係合させることで、プラスチックマグネットの熱変形を吸収し易くなる。

第４の発明は、第１乃至第３の発明のうち何れか１つに記載の前記駆動部と、前記磁力発生部とを備えたアキシャルギャップモータを対象とし、
前記駆動部は、前記被接合体である円盤状のヨークと、該ヨークの片面に接合されたプラスチックマグネットとを有するロータであり、
前記磁力発生部は、ステータコアと、該ステータコアのティース部に巻き付けられたコイルとを有するステータであることを特徴とするものである。

第４の発明では、被接合体でヨークを構成し、ヨークの片面にプラスチックマグネットを接合することで、プラスチックマグネットの接合強度が十分に確保されたアキシャルギャップモータを提供することができる。

第５の発明は、金属製の被接合体の接合面に、樹脂材と磁粉とを混練させたプラスチックマグネットが接合されて構成された駆動部の製造方法を対象とし、
前記被接合体の接合面に、前記磁粉の粒子径よりも大きな溝幅及び溝深さを有する複数の溝部を加工する工程と、
前記被接合体を成形型にセットする工程と、
前記樹脂材と前記磁粉とを混練させてプラスチックマグネットを生成する工程と、
前記成形型に前記プラスチックマグネットを射出してインサート成形する工程とを備えたことを特徴とするものである。

第５の発明では、被接合体の接合面に複数の溝部を加工し、被接合体を成形型にセットした後で、樹脂材と磁粉とを混練させたプラスチックマグネットをインサート成形するようにしている。

これにより、プラスチックマグネットの樹脂材及び磁粉を、被接合体の溝部に入り込ませた状態で、プラスチックマグネットを被接合体の接合面に接合することができる。

本発明によれば、被接合体の接合面に接合されたプラスチックマグネットの接合強度を確保することができる。

本実施形態に係る電動ポンプの構成を示す平面図である。 電動ポンプの構成を示す側面断面図である。 インペラの構成を示す平面図である。 ヨークの接合面に溝部をレーザー加工している状態を示す斜視図である。 レーザー加工後のヨークの溝部を示す側面断面図である。 ヨークにプラスチックマグネットが接合された状態を示す側面断面図である。 ロータの製造手順を示すフローチャート図である。 ヨークを成形型にセットする状態を示す側面断面図である。 上型と下型とを型閉じした状態を示す側面断面図である。 プラスチックマグネットのインサート成形後に上型を型開きした状態を示す側面断面図である。 その他の実施形態に係る、ヨークの接合面に溝部をレーザー加工している状態を示す斜視図である。

以下、本発明の実施形態を図面に基づいて説明する。なお、以下の好ましい実施形態の説明は、本質的に例示に過ぎず、本発明、その適用物或いはその用途を制限することを意図するものではない。

図１及び図２に示すように、電動ポンプ１０は、車両の各種領域（例えば、ラジエター、ヒータコア、オイルクーラー等）に水を供給するためのものであり、側面視で略Ｔ字状をなす樹脂製のケーシング１１を備えている。

ケーシング１１は、略円形パネル状の第１ケース部１２と、略矩形板状の第２ケース部２０とを組み合わせることで、内部に収容空間を有するように構成されている。

第１ケース部１２には、裏面側（図２では下面側）に開口する第１収容凹部１２ａが形成されている。第１ケース部１２の表面（図２では上面）には、第１収容凹部１２ａの中央部分に連通する円筒状の流入管部１３が設けられている。

流入管部１３は、第１ケース部１２の表面に対して直交するように設けられ、第１収容凹部１２ａに水を流入させる。流入管部１３の第１ケース部１２側は、第１ケース部１２に向かって徐々に拡管された形状となっている。

また、第１ケース部１２の表面には、第１収容凹部１２ａの側方部分に連通する円筒状の流出管部１４が設けられている。流出管部１４は、第１ケース部１２の表面に沿って設けられ、第１収容凹部１２ａの水を流出させる。

このように、ケーシング１１の内部には、流入管部１３から流出管部１４に向かって水が流通する流通路１５が形成される。

第２ケース部２０は、第１ケース部１２の裏面側に設けられている。第２ケース部２０の長手方向一端側の半分が、第１ケース部１２の裏面側全域を覆っている。

第２ケース部２０の第１収容凹部１２ａに対応する位置には、第１ケース部１２側に張り出してその先端部分で第１収容凹部１２ａの開口部分を塞ぐ張出部２０ａが形成されている。

張出部２０ａの張出面には、第１収容凹部１２ａ側に開口する第２収容凹部２０ｂが形成される一方、張出部２０ａにおける第２収容凹部２０ｂの反対側には、取付凹部２０ｃが形成されている。

第２ケース部２０の中央には、支持軸２５が取り付けられている。支持軸２５の先端部は、第２ケース部２０の表面側から突出している。取付凹部２０ｃには、いわゆるアキシャルギャップモータを構成するステータ３１が設けられている。

駆動装置としてのモータ３０は、磁力を有するロータ４０（駆動部）と、ロータ４０を駆動させるための磁力を発生させるステータ３１（磁力発生部）とを有する。

ステータ３１は、鉄製のステータコア３２を備えている。ステータコア３２の外周部分には、第２ケース部２０側に向かって突設された複数のティース部３３が設けられている。ティース部３３には、コイル３５が巻き付けられている。

そして、ティース部３３にコイル３５が巻き付けられた状態で、ステータコア３２の中央部分を締結ネジ３６によって支持軸２５の一端に固定するとともに、第２ケース部２０とステータ３１との間の隙間を樹脂材で埋めることにより、ステータ３１が第２ケース部２０に固定されている。

ケーシング１１の内部には、樹脂製のインペラ５０が収容されている。インペラ５０は、射出成形により形成され、先端側がテーパ状に形成されたボス部５１を有する。

図３にも示すように、ボス部５１の外周面の基端側には、複数の羽根５２が設けられている。複数の羽根５２は、ボス部５１の回転軸心周りに等間隔に設けられている。なお、図３に示す例では、８枚の羽根５２が設けられているが、その他の枚数であってもよい。

複数の羽根５２のボス部５１先端側には、ボス部５１と所定の間隔をあけてボス部５１の周りを環状に延びる円環プレート５３が、羽根５２と一体に設けられている。

円環プレート５３の内周側は、ボス部５１に向かって徐々にボス部５１の先端側に位置するよう緩やかに湾曲していて、当該部分が水を吸入する吸入口５３ａとなっている。

ボス部５１の基端側には、焼成処理が施されたカーボンからなるラジアル軸受５６が設けられている。ラジアル軸受５６は、インペラ５０を射出成形する際に、一体成形されている。

ラジアル軸受５６は、支持軸２５の先端部に回転可能に嵌め込まれている。ラジアル軸受５６の基端部は、スラスト軸受６０によって支持されている。スラスト軸受６０は、リング状の板材で形成され、中央部の孔に支持軸２５が嵌合される。

インペラ５０におけるボス部５１の基端側には、モータ３０を構成するロータ４０が取り付けられている。ロータ４０は、リング状をなす鉄製のヨーク４１（被接合体）と、リング状のプラスチックマグネット４５とを有する。ロータ４０は、ヨーク４１とプラスチックマグネット４５とを、互いの軸心を一致させた状態で重ね合わせることで構成されている。

プラスチックマグネット４５は、樹脂材４６と磁粉４７とが混練されて構成されている（図６参照）。プラスチックマグネット４５は、ヨーク４１に接合された後、着磁作業を行うことで磁化されている。例えば、ロータ４０の中心軸周りにＮ極とＳ極とが４つずつ交互に並ぶことで、片面に８極の着磁形態となっている。なお、その他の極数のプラスチックマグネット４５を用いる構成であってもよい。

ステータ３１は、ステータコア３２及びコイル３５と、プラスチックマグネット４５とによる磁気作用で、ロータ４０とともにインペラ５０を支持軸２５周りに回転させるようになっている。このようなインペラ５０及びロータ４０の回転動作により、インペラ５０が水の吸引や吐出を周期的に行うようになっている。

ところで、ヨーク４１とプラスチックマグネット４５とを接合するのにあたって、例えば、接着剤を用いた場合には、接着剤が硬化するのに時間がかかるとともに、ヨーク４１とプラスチックマグネット４５との熱膨張率の違いによって剥離してしまい、接合強度を十分に確保できないおそれがある。

そこで、本実施形態では、ヨーク４１の接合面に溝部４２を形成するとともに、インサート成形によって、プラスチックマグネット４５とヨーク４１とを一体に形成するようにしている。

具体的に、図４に示すように、レーザー照射ヘッド６５を用いて、ヨーク４１の接合面に対してレーザー光Ｌを照射しながら、レーザー照射ヘッド６５を同心円を描くように移動させる。これにより、ヨーク４１の接合面に、同心円状の複数の溝部４２が形成される。

図５に示すように、溝部４２をレーザー加工すると、溝部４２の開口側縁に沿って、バリ状の隆起部４３が形成される。隆起部４３は、レーザー加工時に溝部４２から排出された金属材料で構成されている。隆起部４３の一部は、溝部４２の開口側縁よりも溝部４２側に隆起して、平面視で溝部４２の一部に重なり合っている。

図６に示すように、溝部４２の溝幅Ｗ及び溝深さＨは、プラスチックマグネット４５の磁粉４７の粒子径ｄよりも大きく形成されている。ここで、溝幅Ｗは、ヨーク４１の接合面に開口した溝部４２の開口幅をいい、溝深さＨは、ヨーク４１の接合面を基準とした溝部４２の底部までの距離をいう。

そして、例えば、プラスチックマグネット４５の磁粉４７の粒子径ｄが数μｍ〜数十μｍであれば、溝部４２の溝幅Ｗ及び溝深さＨを、磁粉４７の粒子径ｄの数倍〜数十倍に設定するようにしている。これにより、複数の磁粉４７が結合した状態で、溝部４２内に確実に入り込ませることができる。

そして、樹脂材４６と磁粉４７とを混練させたプラスチックマグネット４５を、ヨーク４１にインサート成形すると、プラスチックマグネット４５の樹脂材４６及び磁粉４７がヨーク４１の溝部４２に入り込んだ状態で接合されることとなる。

このような構成とすれば、プラスチックマグネット４５の樹脂材４６及び磁粉４７がヨーク４１の溝部４２に係合してアンカー効果を得ることができ、プラスチックマグネット４５が径方向に剥離し難くなる。また、プラスチックマグネット４５が隆起部４３に係合することで、厚み方向にも剥離し難くなっている。

これにより、ヨーク４１の接合面に接合されたプラスチックマグネット４５の接合強度を確保することができる。

以下、このようなロータ４０の製造方法について、図７のフローチャート図を用いて説明する。図７に示すように、ステップＳ１０１では、ヨーク４１の接合面に対して、レーザー照射ヘッド６５からレーザー光Ｌを照射することで、複数の溝部４２をレーザー加工して（図４参照）、ステップＳ１０２に進む。このとき、溝部４２の溝幅Ｗ及び溝深さＨを、磁粉４７の粒子径ｄよりも大きく形成する（図５参照）。

ステップＳ１０２では、成形型７０の下型７１にヨーク４１をセットする（図８参照）とともに、上型７５を型閉じして（図９参照）、ステップＳ１０３に進む。

ここで、下型７１の上面には、ヨーク４１を嵌め込むための嵌込溝７２が形成されている。また、上型７５の下面には、プラスチックマグネット４５を成形するためのキャビティ７６が形成されている。上型７５には、プラスチックマグネット４５を射出するための射出孔７７が形成されている。射出孔７７は、キャビティ７６に連通している。

なお、図８〜図１０に示す例では、ヨーク４１の接合面に形成された溝部４２を分かりやすくするために、大きく誇張して図示している。

ステップＳ１０３では、樹脂材４６と磁粉４７とを混練させることで、プラスチックマグネット４５を生成し、ステップＳ１０４に進む。

ステップＳ１０４では、上型７５の射出孔７７からプラスチックマグネット４５を射出してインサート成形を行い、ステップＳ１０５に進む。これにより、ヨーク４１の溝部４２に、プラスチックマグネット４５の樹脂材４６及び磁粉４７が入り込んだ状態で、ヨーク４１とプラスチックマグネット４５とが接合される（図６参照）。

ステップＳ１０５では、上型７５を下型７１から型開きさせ（図１０参照）、処理を終了する。

《その他の実施形態》
前記実施形態については、以下のような構成としてもよい。

本実施形態では、レーザー加工によって溝部４２を形成するようにしたが、例えば、エッチングによって溝部４２を形成してもよい。また、切削工具によって機械的にヨーク４１を削ることで溝部４２を形成してもよい。

また、本実施形態では、ヨーク４１の接合面に同心円状の複数の溝部４２を形成するようにしたが、接合強度を確保できるのであれば、どのような形状の溝部４２であってもよい。

例えば、図１１に示すように、ヨーク４１の中心部寄りの位置と、ヨーク４１の外周部寄りの位置とに、それぞれ溝部４２を形成するようにしてもよい。これにより、ヨーク４１の接合面の全体に溝部４２を形成する場合に比べて、溝部４２を形成するための作業工数を低減することができる。

また、本実施形態の電動ポンプ１０は、水の吸引や吐出を行っているが、その他の流体、例えば、オイルの吸引や吐出を行うこともできる。

また、本実施形態の電動ポンプ１０は、車両の各種領域に水を供給するために用いているが、自動車や自動二輪車だけでなく、家庭用電化製品にも用いることができる。

また、本実施形態では、電動ポンプ１０のアキシャルギャップモータについて説明したが、被接合体の接合面にプラスチックマグネット４５を接合させた駆動部を有するものであれば、その他の形態、例えば、電磁弁や電磁クラッチなどにも適用可能である。

以上説明したように、本発明は、被接合体の接合面に接合された磁石の接合強度を確保することができるという実用性の高い効果が得られることから、きわめて有用で産業上の利用可能性は高い。

３０ モータ（駆動装置）
３１ ステータ（磁力発生部）
３２ ステータコア
３３ ティース部
３５ コイル
４０ ロータ（駆動部）
４１ ヨーク（被接合体）
４２ 溝部
４５ プラスチックマグネット
４６ 樹脂材
４７ 磁粉
７０ 成形型

Claims (5)

1. 磁力を有する駆動部と、該駆動部を駆動させるための磁力を発生させる磁力発生部とを備えた駆動装置であって、
   前記駆動部は、金属製の被接合体と、樹脂材と磁粉とが混練されて構成され且つ該被接合体の接合面に接合されたプラスチックマグネットとを有し、
   前記被接合体の接合面には、前記磁粉の粒子径よりも大きな溝幅及び溝深さを有する複数の溝部が形成され、
   前記プラスチックマグネットは、前記樹脂材及び前記磁粉が前記溝部に入り込んだ状態で、前記被接合体に接合されていることを特徴とする駆動装置。
2. 請求項１において、
   前記溝部は、同心円状に形成されていることを特徴とする駆動装置。
3. 請求項１又は２において、
   前記被接合体は、円盤状の板材で構成され、
   前記溝部は、前記被接合体の中心部寄りの位置と、該被接合体の外周部寄りの位置とに形成されていることを特徴とする駆動装置。
4. 請求項１乃至３のうち何れか１つに記載の前記駆動部と、前記磁力発生部とを備えたアキシャルギャップモータであって、
   前記駆動部は、前記被接合体である円盤状のヨークと、該ヨークの片面に接合されたプラスチックマグネットとを有するロータであり、
   前記磁力発生部は、ステータコアと、該ステータコアのティース部に巻き付けられたコイルとを有するステータであることを特徴とするアキシャルギャップモータ。
5. 金属製の被接合体の接合面に、樹脂材と磁粉とを混練させたプラスチックマグネットが接合されて構成された駆動部の製造方法であって、
   前記被接合体の接合面に、前記磁粉の粒子径よりも大きな溝幅及び溝深さを有する複数の溝部を加工する工程と、
   前記被接合体を成形型にセットする工程と、
   前記樹脂材と前記磁粉とを混練させてプラスチックマグネットを生成する工程と、
   前記成形型に前記プラスチックマグネットを射出してインサート成形する工程とを備えたことを特徴とする駆動部の製造方法。

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