JP2004147493A - モータ回転子の磁石固定構造 - Google Patents

Abstract

【課題】モータ回転子の磁石と出力軸との材質の違いによる熱膨張の差を考慮した固定方法を提供する。
【解決手段】略円柱状の軸部４と該軸部４に所定のクリアランス７をもって嵌合されるリング磁石３とを有するモータの回転子１００において、前記軸部４の一端には前記リング磁石３を係止する係止部材２が配設され、前記軸部４の他端には前記リング磁石３を軸方向に付勢する付勢手段１が配設されるモータ回転子の磁石固定構造。
【選択図】　　図１

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、電子機器、車両などに使用されるモータにおいて、その内部に配置され、出力軸と磁石の固定構造に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
従来のモータ用永久磁石の固定構造については、例えば、特開平６−１４０２３５号公報や実開平７−１６５８８号公報に詳述されている。この特開平６−１４０２３５号公報ではモータ用ロータの構造に関して、モータ用ロータおよび磁石とヨークからなる部材の組立加工において、予め金型にセットされた構成支持部材の内径側または外径側に希土類樹脂ボンド磁石原料組成物を充填し、続いて磁石粉末に機械的圧力を加えながら圧縮成形と、支持部材の結合強化を同時加工することにより、一体成形磁石体を製造する方法を提案している。そして、この様にして作られた一体成形磁石体は、磁石と支持部材の接合を同時に行う事が出来るため、小型モータの回転精度、接合強度、ロータ磁石性能等を大幅に高められるとしている。
【０００３】
また別に実開平７−１６５８８号公報では、永久磁石形同期モータ又はブラシレスモータ等に用いられる回転軸の外周面に、リング状の磁石を接着嵌合して成る永久磁石回転子において、前記磁石の内径側に複数の溝を設け、回転軸と磁石の接合面に部分的に隙間を設けた永久磁石回転子を説明している。この発明において、永久磁石回転子の回転軸外径と磁石内径のクリアランスを小さく設定したままで、磁石と回転軸との嵌合における接着材の十分な付着力を得るとともに、接着材の熱膨張による悪影響を緩和できるとされている。また、部分的な隙間として溝が設けられた部分は、回転子軸に接着剤を塗布してリング磁石を挿入する際に溝のある部分は接着剤を押し出すことがなく、例えば（リング磁石を回転子軸に）挿入する際に磁石を回転させながら行なうことにより、回転軸表面に接着剤のない部分や不均一部分をなくすることができると述べている。さらに、設ける溝を減磁作用の影響の少ない磁極中央部に配置することにより、永久磁石回転子として減磁耐量を向上させることができ、溝を設けたことによる磁気特性の性能低下に対し、不必要に磁石の厚みを増す必要がなくコストの低廉化を図れるとしている。
【０００４】
【特許文献１】
特開平６−１４０２３５号公報
【０００５】
【特許文献２】
実開平７−１６５８８号公報
【０００６】
【発明が解決しようとする課題】
しかし上記する公知技術には以下の問題点を生ずる。上記したように特開平６−１４０２３５号公報では、バインダーにエポキシ系樹脂が含有される希土類磁石粉末を成形しながら仲介部材、軸を一体化同時成形して製造することで、支持部材周囲にボンド磁石を固定しているが、ボンド磁石の場合、通常の希土類磁石よりも磁束密度が低く性能が劣る。また、熱膨張時に熱膨張差によって樹脂と磁石粉末との界面にクラックが発生する恐れがある。また、実開平７−１６５８８号公報の場合、リング磁石の内径に接着用溝を設けて回転軸との接着を行なっているが、リング磁石が嵌合される回転軸の外径とリング磁石の内径のクリアランスを狭く設定していても、回転軸とリング磁石とを固定する接着剤を塗布する必要がある。そして、接着剤の硬化には加熱炉を用いて加熱硬化させる工程が必要であり、そのクリアランス分リング磁石が偏心する可能性があるので、性能が低下することがあると考えられる。
【０００７】
したがって、本発明は上記の問題点に鑑みてなされたものであり、モータに使用するリング磁石の固定構造に関して、接着剤を用いずに効果的にリング磁石を固定するモータ回転子の磁石固定構造を提供することを技術的課題とする。
【０００８】
【課題を解決するための手段】
上記の課題を解決するために請求項１において講じた技術的手段は、略円柱状の軸部と、該軸部に所定のクリアランスをもって嵌合されるリング磁石と、を有するモータの回転子において、前記軸部の一端には前記リング磁石を保持する保持部材が配設され、前記軸部の他端には前記リング磁石を軸方向に付勢する付勢手段が配設されること、を特徴とするモータ回転子の磁石固定構造とする。
【０００９】
従来技術のリング磁石を用いたモータ回転子の磁石固定構造においては、固定部である磁石の内径に溝を設け、磁石を接着剤により接着して固定していた。本発明では以上の構成に替わり、軸の一端にリング磁石を係止する係止部材および軸方向に付勢する付勢手段を用いてリング磁石が係止部に係止され、固定される構成とする。
【００１０】
請求項２において講じた技術的手段は、前記係止部材には前記リング磁石を係止する複数の凹部あるいは凸部が形成されるモータ回転子の磁石固定構造とする。
【００１１】
請求項１でリング磁石を係止する係止部材に、確実な固定がなされるように、複数の凹部あるいは凸部が形成する。このため、リング磁石が回転する場合にも所定位置から位置ずれが発生することがない。
【００１２】
請求項３において講じた技術的手段は、前記凹部あるいは前記凸部は回転方向に遊びがないように前記リング磁石を係止するモータ回転子の磁石固定構造とする。
【００１３】
請求項２で講じた手段に加えて、複数の前記凹部あるいは前記凸部が形成される係止部材は回転方向に遊びがないように配設される。このため、リング磁石の回転が確実に出力である軸部に伝達され、モータの精度向上に寄与する。
【００１４】
請求項４において講じた技術的手段は、前記付勢手段は、複数の前記凹部あるいは前記凸部に均等に付勢力が働くように配設されるモータ回転子の磁石固定構造とする。
【００１５】
請求項２および請求項３で講じた手段に加えて、前記保持部材に配設される複数の凹凸部は均一に付勢力が働くように構成されるので、モータ回転子が回転する際、回転軸が偏心したり、固定されるリング磁石が軸部から外れたりすることを防止できる。
【００１６】
請求項５において講じた技術的手段は、前記付勢手段は、モータ回転子の回転時のトルクにより前記凹部あるいは前記凸部の接触角に働く力の前記軸方向の分力より大きな荷重を発生する弾性体であるモータ回転子の磁石固定構造とする。
【００１７】
前記付勢手段がモータの回転時のトルクにより発生する前記リング磁石を係止部材から離間させようとする力よりも大きな荷重を発生する弾性体で構成することで、前記リングは回転中、確実に係止部と当接し、リング磁石の回転が確実に出力である前記軸部に伝達される。
【００１８】
請求項６において講じた技術的手段は、前記係止部材は非磁性の材料で構成されるモータ回転子の磁石固定構造とする。
【００１９】
前記リング磁石を軸部に組付ける際、予め着磁されていると、リング磁石を軸部に組み付けるまでの工程内で金属異物がリング磁石に付着するなどの不具合が発生するので、リング磁石の着磁は軸部に組付けられた後に行なわれるのが望ましい。そのために係止部材は、非磁性材料で構成されるのが望ましい。
【００２０】
請求項７において講じた技術的手段は、前記係止部材が前記軸部または前記リング磁石に挿入されるピンであるモータ回転子の磁石固定構造とする。
【００２１】
一般的に、係止部を形成する凹部または凸部は型による焼結成形や切削加工が行われるが、これを軸部またはリング磁石に挿入するピンで構成することにより、成形が容易で低コスト化が図れる。
【００２２】
請求項８において講じた技術的手段は、前記ピンが係止する前記リング磁石または前記軸部に設けられた凹部において、前記ピンと前記凹部が回転方向に遊びがないように互いに係止するモータ回転子の磁石固定構造とする。
【００２３】
このため、リング磁石の回転が確実に出力ある軸に伝達され、モータ精度向上の寄与する。
【００２４】
請求項９において講じた技術的手段は、前記ピンが前記リング磁石に設けられた前記凹部を係止した状態で、前記リングの前記凹部の外周側に設けられた包囲部が前記ピンの前記軸部より突出した一端を覆うモータ回転子の磁石固定構造。
【００２５】
リング磁石の凹部に設けられた包囲部が、軸部に挿入されたピンの抜け止めの役割を果たすため、ピンを固定するため軸部に圧入や接着剤を使用する必要がないため、さらなる低コスト化および、組み付け性の向上が図れる。
【００２６】
【発明の実施の形態】
以下、本発明の実施の形態を図面を参照して説明する。第１の実施の形態において、図１は本発明のモータ回転子の磁石固定構造を示す概略平面図である。モータ回転子１００は図示しないモータの固定子の内部に、所定の隙間をもって軸支されており、固定子（コイル）への電流の供給による励磁力に吸引されトルクを発生し回転する。モータ回転子１００は、軸部を形成する軸４にリング状のリング磁石３が所定のクリアランス７を有して遊嵌されており、軸４の一端には、リング磁石３を係止するための係止部材としてリテーナ２が嵌入されている。また軸４の他端には軸４に遊嵌されたリング磁石３をリテーナ２の方向に付勢するためのばね１が配設され、さらにばね１の保持部としてストッパ９が圧入固定されている。リテーナ２は、軸４が回転する際にリング磁石３の固定位置がずれないように保持するために、リング磁石３との接触部が軸方向に複数の凸形状に加工されている。この凸形状に対して係合するように、リング磁石３のリテーナ２との接触部は軸方向に凹形状に加工されており、ばね１の押し付け力により、リテーナ２の凸部とリング磁石の凹部は係合し相対回転が規制される。またリテーナ２は、ばね１の押し付け力が調整できるように、軸４はとねじ嵌合しており、軸に対してリテーナ２を相対回転することで軸方向に移動させばね１に十分な付勢力が働くように調整可能である。リング磁石３は、リテーナ２との接触部が複数の凹形状にラジアル方向に所定の極数に交互に着磁されており、モータの固定子のコイルに回転方向に順に電流が供給されることにより、回転方向に固定子とリング磁石３との間で吸引力が発生しリング磁石が回転する。この時、上述したようにリテーナ２とリング磁石３の凸部、凹部は回転方向に互いに係止して、相対回転を規制しているため、リング磁石３の回転は確実に軸４に伝達される。
【００２７】
以上に述べた構成において、次のような変形を行っても本発明の趣旨は維持される。リテーナ２は、軸４の加工と同時に軸４と一体で形成されてもよい。またばね１は、軸方向にリング磁石３を押し付けて、軸４の回転時に位置ずれ防止してするためのものであるので、同様の作用が期待できる板ばねやウエーブワッシャを代用しても同様の効果が期待できる。以上のばね１を代表とする保持部材は、軸方向に付勢する力がリング磁石３と接する円周面全周で均等に働くように配置される。
【００２８】
次に図１において、本実施例でのクリアランス７の役割について述べる。軸４の外径とリング磁石３には、意図的にクリアランス７が作られている。従来技術による場合、軸４とリング磁石３とのクリアランス７にはエポキシ樹脂などの接着剤が均一に塗布されて接着剤で充填されていたが、本発明においては、リング磁石３と通常は鉄系の材料で構成される軸４との温度変化による線膨張の差分だけクリアランス７として空間を設けておく。以上の設計上の配慮を工夫すれば、温度変化による線膨張に起因するリング磁石のひび割れを生ずるというような不具合を防止できる。以上の理由により本発明においては、リング磁石３はリテーナ２とばね１で保持されて、軸４に対してフローティング構造となっている。
【００２９】
更に、リテーナ２がリング磁石３を係止する構成について説明する。図２は複数のリテーナ２の凸部５が配置される構成を示す概略側面図である。図２のようにリテーナ２の一端には、リング磁石３を係止するための凸部５が形成され、この凸部５と接触するリング磁石３の側面部には、凹部６が形成されている。この凹凸の組み合わせについては、上記とは逆にリテーナ２側に凹部を形成しても機能的には同様である。図３はこの凹凸部が接触する状態を示しており、凸部と凹部の接触面（５ａ，６ａ）は軸方向から角度θ傾いて形成され、凹凸部の接触部の接線に垂直方向に働く力Ｎの軸方向の分力Ｎｓｉｎθの力が軸方向に働く。そのためこの力に抗するために、ばね１はこれよりも大きな力で付勢されなければならない。そして、凹凸部の噛み合い方向に、遊びやがたつきが生じないように構成される。図４は、図３において別の実施の形態を示す。凹凸部は図３のように略台形状でもよいし、図４のように一方が、略半円状でもよい。通常モータ回転子は電子制御されるので回転位置が検知可能なように構成されるのが望ましい。そのため、軸４にセンサマグネットが配設される構造も考えられる。図５には軸４にセンサ８が配設される別の実施の状態を示す。センサは従来技術による光学的なたとえばエンコーダによるものでもよいし、ホール素子を設置した磁気的なセンサでもよい。以上の構成により、軸４の回転方向や位置を検出することで、パルス制御が簡便にできる。なお軸４のいずれかの場所に回転情報を検出するためのセンサが配設されてもよい。
【００３０】
本発明の第二の実施形態を、図６、図７、図８を用いて説明する。図６は本発明の第二の実施形態におけるモータ回転子の磁石固定構造を示す概略平面図で、図７は図６のＸ−Ｘ断面図である。図８は固定構造の係止部の詳細図である。第二の実施形態は、ばね１０１、ストッパ１０９は第一の実施形態と同様であり、リング磁石１０３と軸１０４との係止構造が異なる。
【００３１】
図６に示すように、リング磁石１０３は、軸１０４に設けられた複数の孔に挿入された係止部材としての複数のピン１１０に係止され、軸１０４との相対回転を規制される。図７は、図６のＡ矢視図であり、ピン１１０とリング磁石１０３の凹部１０６との係止状態を表しており、凹部１０６のピン１１０との接触面には組み付け性の向上と、モータ回転子の回転時の係止状態の安定のため、角度αが形成されている。
【００３２】
またリング磁石１０３の凹部１０６には、ピン１１０との係止状態（図７）において、ピンの抜け止として機能する包囲部１０６ａが設けられており、モータ回転子の回転時のピン１１０の抜けを完全に防止する。これにより安価なピンを係止部材として構成することで、低コスト化が図られる。残りの構成については第一の実施形態と同様であるので説明を省略する。
【００３３】
【発明の効果】
本発明によれば以上説明したように、従来、モータ回転子の磁石固定構造においては、リング磁石の内径に溝を設け、磁石を接着剤により接着して固定していた。本発明においては、軸の一端にリング磁石を係止する係止部材、および軸方向に付勢する付勢手段を用いて、リング磁石が係止し固定される構成とするので、接着剤を塗布、硬化する工程を省くことが可能となり、製品の低コスト化を実現できる。また同時に回転軸とリング磁石の隙間に、リング磁石を固定するための接着層が不要となるので、熱膨張による径方向の膨張によるリング磁石のひび割れ不具合や接着剤と軸部やリング磁石の剥離を防止できる。リング磁石を係止する係止部材には、確実な固定がなされるように、複数の凹部あるいは凸部が形成される。このため、リング磁石が回転する場合にも所定位置から位置ずれが発生することがない。また係止部材に配設される複数の凹凸部は、均一に付勢力が働くように構成されるので、モータ回転子が回転する際回転する軸が偏心したり、固定されるリング磁石が軸部から外れたりすることを防止できる。そして前記係止部材に配設される複数の凹凸部は、均一に付勢力が働くように構成されるが、熱膨張によってもうまく機能するように、凹部あるいは凸部の接触角に働く分力より大きな荷重で付勢される弾性体で付勢手段を構成する。リング磁石を軸部に組付ける際予め着磁されていると、工程内で金属異物がリング磁石に付着するなどの不具合が発生するので、リング磁石の着磁は軸部に組付けられた後に行なわれるのが望ましい。そのために保持部材は、非磁性材料で構成されるのが望ましい。以上説明したように本発明のモータ回転子の磁石固定構造は、本発明の応用される製品の構成部材の低減、および工程の簡素化を実現でき、構成部品を削減して従来技術による製品と同等以上の性能を期待できる構造を達成できるので、多大な効果を有する。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の第一実施の形態におけるモータ回転子の磁石固定構造を示す概略平面図である。
【図２】本発明の第一実施の形態におけるリテーナ２の凸部５が配置される構成を示す概略側面図である。
【図３】本発明の第一実施の形態における凹部凸部に作用する力を説明する概略図である。
【図４】本発明の第一実施の形態における凹部凸部の別の変形例を示す概略図である。
【図５】本発明の第一実施の形態においてセンサを取り付けた構成の概略平面図である。
【図６】本発明の第二実施の形態におけるモータ回転子の磁石固定構造を示す概略平面図である。
【図７】本発明の第二の実施形態におけるモータ回転子の磁石固定構造を示す概略断面図である。（図６におけるＸ−Ｘ断面）
【図８】本発明の第二の実施形態における係止状態を表す図７のＡ矢視図
【符号の説明】
１、１０１：ばね（付勢手段）
２：リテーナ（係止部材）
３、１０３：リング磁石
４、１０４：軸（軸部）
５：凸部
６：凹部
７，１０７：クリアランス
８：センサ
９、１０９：ストッパ
１１０：ピン（係止部材）

Claims (9)

1. 略円柱状の軸部と、該軸部に所定のクリアランスをもって嵌合されるリング磁石と、を有するモータの回転子において、
   前記軸部の一端には前記リング磁石を係止する係止部材が配設され、前記軸部の他端には前記リング磁石を軸方向に付勢する付勢手段が配設されること、を特徴とするモータ回転子の磁石固定構造。
2. 前記係止部材には前記リング磁石を係止する複数の凹部あるいは凸部が形成されること、を特徴とする請求項１に記載のモータ回転子の磁石固定構造。
3. 前記凹部あるいは前記凸部は回転方向に遊びがないように前記リング磁石を係止すること、を特徴とする請求項２に記載のモータ回転子の磁石固定構造。
4. 前記付勢手段は、複数の前記凹部あるいは前記凸部に均等に付勢力が働くように配設されること、を特徴とする請求項２に記載のモータ回転子の磁石固定構造。
5. 前記付勢手段は、モータ回転子の回転時のトルクにより前記凹部あるいは前記凸部の接触角に働く力の前記軸方向の分力より大きな荷重を発生する弾性体であること、を特徴とする請求項１に記載のモータ回転子の磁石固定構造。
6. 前記係止部材は非磁性の材料で構成されること、を特徴とする請求項１あるいは請求項２に記載のモータ回転子の磁石固定構造。
7. 前記係止部材は前記軸部または前記リング磁石に挿入されるピンであること、を特徴とする請求項１に記載のモータ回転子の磁石固定構造。
8. 前記ピンが係止する前記リング磁石または前記軸部に設けられた凹部において、前記ピンと前記凹部が回転方向に遊びがないように互いに係止すること、を特徴とする請求項７に記載のモータ回転子の磁石固定構造。
9. 前記ピンが前記リング磁石に設けられた前記凹部を係止した状態で、前記リングの前記凹部の外周側に設けられた包囲部が前記ピンの前記軸部より突出した一端を覆うこと、を特徴とする請求項７または請求項８に記載のモータ回転子の磁石固定構造。

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