JP2001157393A - インナーロータ型モータのロータ構造 - Google Patents

インナーロータ型モータのロータ構造

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rotor structure
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Yuzuru Suzuki
譲 鈴木
Kunitake Matsushita
晋武 松下
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Minebea Co Ltd
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    • H02K1/2706—Inner rotors
    • H02K1/272—Inner rotors the magnetisation axis of the magnets being perpendicular to the rotor axis
    • H02K1/274—Inner rotors the magnetisation axis of the magnets being perpendicular to the rotor axis the rotor consisting of two or more circumferentially positioned magnets
    • H02K1/2753—Inner rotors the magnetisation axis of the magnets being perpendicular to the rotor axis the rotor consisting of two or more circumferentially positioned magnets the rotor consisting of magnets or groups of magnets arranged with alternating polarity
    • H02K1/278—Surface mounted magnets; Inset magnets

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  • Power Engineering (AREA)
  • Permanent Field Magnets Of Synchronous Machinery (AREA)
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Abstract

(57)【要約】 （修正有） 【課題】 磁気特性のすぐれた磁石を用いて安価なイン
ナーロータ型モータのロータを構成することにある。 【解決手段】 内周に沿って複数の極歯を有するリング
状のステータヨークにマグネットワイヤーを巻回してコ
イルとしたステータと、前記極歯に対して微小間隔を隔
てて回転自在に配置され、前記極歯との対向面に永久磁
石を有するロータとから成るインナーロータ型モータに
おいて、前記永久磁石を複数個のセグメント磁石とし、
樹脂モールドにより離間配置してロータを構成した。

Description

【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】本発明はインナーロータ型モ
ータ、特に希土類磁石を用いたインナーロータ型モータ
のロータ構造に関する。
【０００２】
【従来の技術】近年各種ＯＡ機器の高性能化に伴い、ス
ピンドルモータを始めとする各種モータの高出力化、高
速化並びに低消費電力化が強く求められている。
【０００３】この対策として、ロータ磁石材料にエネル
ギー積の高い希土類磁石が利用されているが、この磁石
は材料コストが高いことと機械的強度が低いために、ロ
ータ組立方法として生産性の高い高分子材による樹脂成
形方法を用いると、成形圧力により磁石に割れが発生
し、ロータとしての機能が維持できなくなるために、接
着などの生産性の低い方法に頼らざるを得ないのが現状
である。
【０００４】図８（ａ）はこの種の磁石を用いた従来の
ロータ構造の一例を示しており、シャフト３にスリーブ
１２を挿通し、その外側に焼結希土類磁石より安価と言
われている円筒状の希土類ボンド磁石２５を必要最小限
度の使用量となるように薄肉化ししかも長尺化できない
ために２分割して配置している。このロータをインサー
ト成形による構成とすると、成形用金型に２つの円筒状
希土類ボンド磁石２５とスリーブ１２をセットし樹脂を
射出して製作するのであるが、円筒状希土類ボンド磁石
２５の機械的強度が弱いために、射出圧力により亀裂が
生じたり、条件によっては割れることがある。
【０００５】そこで、その改良型として、図８（ｂ）に
示すように、円筒形の希土類ボンド磁石２５を補強材と
してのメタルスリーブ２６の外側に予め接着剤Ｋで固定
しておき、それをシャフトを保持するスリーブ１２とと
もに成形用金型にセットし、樹脂２７によりスリーブ１
２と２６を一体化して製作するロータ構成としている。
【０００６】
【発明が解決しようとする課題】後者のロータ構成で
は、特性は向上するが、接着工程や補強用スリーブが必
要になるためコストアップが避けられないし、コストア
ップのためその用途が限られている。
【０００７】本発明は上記の点にかんがみてなされたも
ので、その目的は、高性能な希土類磁石を用いた安価な
インナーロータ型モータのロータ構造を提供することに
ある。
【０００８】
【課題を解決するための手段】本発明は、上記の目的を
達成するために、内周に沿って複数の極歯を有するリン
グ状のステータヨークにマグネットワイヤーを巻回して
コイルとしたステータと、前記極歯と微小間隔を隔てて
回転自在に対向する永久磁石からなるロータとを有する
インナーロータ型モータにおいて、該ロータの永久磁石
を複数のセグメント磁石として高分子材料から成る樹脂
で一体成形して離間配置した。
【０００９】ロータに使用される永久磁石を複数のセグ
メント磁石として分割し、表面積の減少が最少限となる
ように複数個のセグメント磁石をロータの外周にリング
状に離間して配置し、成形にてセグメント磁石間のスペ
ースに樹脂が充填されることによりセグメント磁石を保
持するように一体成形を行った。このためセグメント磁
石の保持部は成形の際の樹脂圧の逃がし部として機能す
るので、成形圧によるセグメント磁石の割れはなくな
る。しかも、セグメント磁石全体での表面積の減少を最
少限としたため、モータ特性としてのトルクの減少は実
質的に殆ど影響を受けなくて済む。また、比較的高価な
磁石の使用量が最少限となるため、コストダウンも合わ
せて達成できる。
【００１０】
【発明の実施の形態】以下、本発明の実施の形態を図を
用いて説明する。
【００１１】図１は本発明に係わるロータ構造を用いた
永久磁石（ＰＭ）型ステッピングモータの全体構成を一
部切り欠いて示しており、１と１５はステンレス鋼板を
打抜いて製作したフランジ、２は含油合金からなる軸
受、５は、軟磁性材の鋼板を立体的にドーナツ状に折曲
げてその内周に複数の極歯１３を形成したステータヨー
ク９と１０で、各ステータヨークにはマグネットワイヤ
ーをボビン６に巻回して構成したコイル８を挟持したス
テータ組立体を示す。
【００１２】一方、ロータ１９はステータ組立体５の中
心部にあって、回転中心となるシャフト３のほぼ中央部
にアルミ材から成るスリーブ１２（図１には示されてい
ないが、図３を参照されたい）が圧入されており、その
周囲に高分子材料製のホルダー１７がスリーブ１２と一
体に成形され、このホルダー１７の外周に、ステータヨ
ーク９と１０の極歯１３と対向するように複数の磁極を
有する複数のセグメント磁石４が所定の間隔で離間して
配置されている。
【００１３】ホルダー１７は、スリーブ１２と複数のセ
グメント磁石４をインサート成形して製作してもよい
し、セグメント磁石４の固定位置に保持用のアリ溝を設
けておき、スリーブ１２だけをインサート成形し、その
後複数のセグメント磁石をホルダーの外周面に挿入して
固定させてもよい。ホルダー１７の端面部には、着磁時
に磁極位置を決めるための位置決め用溝２０を設けてあ
る。なお、当然ながら、この着磁用位置決めのための形
状は穴でも突起でもよい。
【００１４】図２はステータ組立体５の構成を示す断面
図である。
【００１５】ドーナツ状に構成されたステータヨーク１
０は、その極歯１３がもう一方のステータヨーク９の極
歯１３と等間隔に噛み合うようにその外周をステータヨ
ーク９と嵌合され、その内部にはマグネットワイヤーを
ボビン６に巻回して構成したコイル８が納められてステ
ータ組立体５が構成されている。このステータ組立体５
が２個背中合わせに上下に重ねられ、モータのステ―タ
が構成される。
【００１６】図３は本実施の形態によるステッピングモ
ータの縦断面図である。
【００１７】ロータ１９は、回転中心となるシャフト３
をスリーブ１２に圧入して固定し、その外周には樹脂製
のホルダー１７があって、このホルダー１７の外周面に
は複数のセグメント磁石４が同軸的にかつ等間隔に離間
配置されている。なお、セグメント磁石４の固定方法は
先にも述べたが、セグメント磁石４とスリーブ１２のイ
ンサート成形でもよいし、ホルダー１７とスリーブ１２
をインサート成形で構成し、ホルダー１７の外周に設け
た磁石位置決め保持用のアリ溝にセグメント磁石４を挿
入して固定してもよい。
【００１８】このように構成されたロータ１９は、ホル
ダー１７の端面に設けられた着磁用位置決め溝２０を基
準として、図示しない着磁器を用いて複数のセグメント
磁石４の各々に所定の着磁を施して磁極を形成した上、
磁極１１がステータ組立体５の極歯１３と微小間隔離間
して同軸で対向するように、フランジ１、１５の中心部
にカシメなどにより設けられた含油合金からなる軸受
２、１６で回転自在に保持されている。
【００１９】なお、フランジ１、１５は、プラズマ溶接
等の方法によりステータ組立体５の極歯１３と軸受２、
１６が同軸となるように固定される。
【００２０】ところで、ロータ１９は、セグメント磁石
４の固定方法にもよるが、高速で回転したときセグメン
ト磁石４が半径方向や軸方向に抜けるのを防止するため
の工夫が必要であり、その対策のいくつかを図４および
図５に示した。
【００２１】まず半径方向の抜けを防止するための一例
として、セグメント磁石４とスリーブ１２を高分子材料
でインサート成形により一体成形する場合は、セグメン
ト磁石４のロータ軸方向の端面形状を、図４（ａ）や図
４（ｂ）に示すように、ロータの外側に位置する側縁す
なわち外周縁の長さＷ２がロータの内側に位置する側縁
すなわち内周縁の長さＷ１より短くなるようにする。こ
うすることにより、成形時に隣接するセグメント磁石間
に高分子材料が充填されるので、セグメント磁石の半径
方向の抜けを防止することができる。
【００２２】次に、セグメント磁石４の軸方向への抜け
を防止する対策として、セグメント磁石４の両端面のほ
ぼ中央に図６に示したように凹部４ａを形成しておく。
このようにすると、インサート成形によりセグメント磁
石４をホルダー１７に固定したとき、図５（ａ）に示す
ように、高分子材料がこの凹部４ａに充填されてセグメ
ント磁石４を両端面で抑えることになるので、軸方向へ
の抜け防止に有効である。
【００２３】別の対策として、図５（ｂ）に示すよう
に、ロータ１９の回転軸方向の両端面全面にロータフラ
ンジ２２を取り付けてもよいし、図５（ｃ）に示すよう
に、セグメント磁石４の端面の内周縁に面取り部Ａを形
成したり、図５（ｄ）に示すように、段部Ｂを形成して
もよい。このようにすれば、インサート成形した場合、
高分子樹脂がこの面取り部Ａや段部Ｂに回り込んでセグ
メント磁石の軸方向の抜けを防止することができる。面
取り部Ａや段部Ｂは他の形状でもよい。
【００２４】さらに別の対策として、図５（ｅ）に示す
ように、セグメント磁石４の両側端面のほぼ中央部に
は、ロータ磁石としての効果が少なく、不要部分に当た
るこの位置に湾曲状の凹み部Ｃを設けて、そこで幅が狭
くなるような構造とする。図５（ｆ）の例では、三角角
部Ｄを設けたものである。軸方向の抜け防止にはこの他
にも種々の構成や形状が考えられるが、できる限りモー
タ特性に影響を与えない部分に設置することが重要であ
る。
【００２５】本発明のような構成のロータにすれば、ロ
ータの製作時に金型が成形圧力を受けても、磁石には引
張り圧力が加わらないために磁石の引張り強度が低くて
も割れない。そのために磁石の厚さはモータの動作に有
効なロータ磁極間の磁束分布からみて最小限となる磁極
のピッチの１/２以下でよいことになる。そのために磁
石の使用量を最小限に抑えることができる。
【００２６】本発明によるロータは複数個のセグメント
磁石を離間して配置する構成を採用しているので、セグ
メント磁石間には樹脂製のホルダーの非磁性体部分が存
在する。そのために、ロータ磁極を着磁する場合は着磁
機に設置するロータ磁石の位置決めが必要となる。
【００２７】図７（ａ）は着磁の際に必要となる着磁位
置決め穴２０ａをホルダー１７の端面に設けた例を示
し、図７（ｂ）は着磁位置決め用の切り欠き２０ｂをホ
ルダー１７の端面に設けた例を示す。
【００２８】以上本発明を希土類磁石を用いたインナー
ロータ型モータのロータ構造について説明したが、本発
明は磁石の種類に関わらず、他の円筒型磁石を用いるイ
ンナーロータ型モータのロータに適用しても同様な効果
が得られる。
【００２９】
【発明の効果】このように本発明によれば、機械的強度
の比較的小さい磁石を用いてロータを構成しても、磁石
の割れなどの重大な欠点に発展する不具合が発生するこ
とがないので、特に磁気特性のすぐれた希土類磁石を使
用した高性能なロータが提供できるとともに、磁石の使
用量が少ない上、磁石の薄肉化や幅の調節によりさらに
使用量を減らすことができるので、安価なロータが提供
できる。また製作工程にインサート成形を採用すること
ができるので、高性能なロータが短時間で製作できる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明に係わるロータ構成を用いた永久磁石
（ＰＭ）型ステッピングモータの全体構成を一部切り欠
いて示す。
【図２】図１に示したモータのステータ組立体の断面図
である。
【図３】図１に示したモータの断面図である。
【図４】（ａ）および（ｂ）は本発明によるロータに用
いるセグメント磁石の端面形状の異なる例を示す。
【図５】（ａ）、（ｂ）、（ｃ）、（ｄ）、（ｅ）、
（ｆ）はセグメント磁石の軸方向の抜け防止対策の異な
る例を示す。
【図６】セグメント磁石の端面形状の一例を示す斜視図
である。
【図７】(ａ)および（ｂ）は本発明によるロータの着磁
位置決め手段の異なる２つの例を示す。
【図８】(ａ)および（ｂ）は従来のロータ構造の２つの
異なる例を示す断面図である。
【符号の説明】
１ １５ フランジ ２ １６ 軸受 ３ シャフト ４ セグメント磁石 ５ ステータ組立体 ６ ボビン ８ コイル ９ １０ ステータヨーク １２ スリーブ １３ 極歯 １７ ホルダー １９ ロータ組立体 ２０ 着磁用位置決め溝 ２２ ロータフランジ ２５ 円筒状希土類ボンド磁石 ２６ メタルスリーブ
フロントページの続き Ｆターム(参考） 5H002 AA07 AA08 AB05 AC07 AC09 5H622 AA03 CA02 CA05 CA13 CB04 DD02 PP03 PP10 PP20 QA03

Claims (10)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項１】 内周に沿って複数の極歯を有するリング
    状のステータヨークにマグネットワイヤーを巻回してコ
    イルとしたステータと、 前記極歯に対して微小間隔を隔てて回転自在に配置さ
    れ、前記極歯との対向面に永久磁石を有するロータとか
    ら成るインナーロータ型モータにおいて、 前記永久磁石を複数個のセグメント磁石とし、樹脂モー
    ルドにより離間配置したことを特徴とするロータ構造。
  2. 【請求項２】 前記セグメント磁石のロータ軸方向の端
    面形状において、外周縁の長さより内周縁の長さの方が
    長くなるようにしたことを特徴とする請求項１に記載の
    ロータ構造。
  3. 【請求項３】 前記セグメント磁石のロータ軸方向の端
    面の内周縁の少なくとも一部に面取り部または段部を設
    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
    構造。
  4. 【請求項４】 前記セグメント磁石の側端面の一部に凹
    み部を設けたことを特徴とする請求項１ないし３のいず
    れか１項に記載のロータ構造。
  5. 【請求項５】 ロータの軸方向端面に前記セグメント磁
    石に着磁するための着磁用位置決め用手段を設けたこと
    を特徴とする請求項１ないし４のいずれか１項に記載の
    ロータ構造。
  6. 【請求項６】 前記セグメント磁石が希土類磁石である
    ことを特徴とする請求項１ないし５のいずれか１項に記
    載のロータ構造。
  7. 【請求項７】 前記セグメント磁石の肉厚を磁極ピッチ
    の１／２以下としたことを特徴とする請求項１ないし６
    のいずれか１項に記載のロータ構造。
  8. 【請求項８】 請求項１ないし７のいずれか１項に記載
    のロータ構造を有するインナーロータ型モータ。
  9. 【請求項９】 前記モータが永久磁石型ステッピングモ
    ータである請求項８に記載のモータ。
  10. 【請求項１０】 ロータの回転シャフトを圧入保持する
    スリーブと前記複数のセグメント磁石とをインサート成
    形することを特徴とする請求項１ないし７に記載のロー
    タ構造の製作方法。
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