JP2006230093A

JP2006230093A - マグネットモータ

Info

Publication number: JP2006230093A
Application number: JP2005040158A
Authority: JP
Inventors: Masayuki Morioka; 正之森岡; Yasuaki Matsushita; 泰明松下; Shinya Tamura; 真也田村; Yoshihiro Kira; 嘉洋吉良
Original assignee: Matsushita Electric Industrial Co Ltd
Current assignee: Panasonic Holdings Corp
Priority date: 2005-02-17
Filing date: 2005-02-17
Publication date: 2006-08-31

Abstract

【課題】マグネットの割れおよび飛散を防止するとともに、ロータのアンバランスによる振動が小さく、トルクリップルの小さい高性能で信頼性の高いマグネットモータを提供する。
【解決手段】リングマグネット３とヨーク１間を接着固定するインナーロータは、ヨーク１の外周に外径の異なる環状の凸部を設け、外径の大きい凸部２ａにリングマグネット３の片端面を当接させたとき、外径の小さい凸部２ｂがリングマグネット３当接端面の反対端面の内側に位置するように設けて、リングマグネット３の片端面が凸部２ａに当接するようにヨーク１の軸線方向を鉛直に保持して接着剤４で固着する。
【選択図】図１

Description

本発明は、ネオジ系などの焼結リングマグネットを使用したマグネットモータ、特にインナーロータの新規な固着構成に関する。

従来、産業用のモータには小型高出力が要求されており、回転子にはネオジ系焼結マグネットなどの高磁束密度のマグネットを用い、固定子鉄心の極歯ごとに集中巻線を施すのが一般的である。

一方、高出力化による低振動化、高速化による低振動化も要求されており、マグネットと固定子鉄心により発生するコギングトルクの抑制、マグネット取付け時の偏心によるアンバランス抑制が必要となっている。

インナーロータ型のマグネットモータの場合、回転子としてはベアリングに支えられた磁性体からなる回転軸の外周上にマグネットを固着するのが一般的であり、セグメントマグネットを等間隔に配置し、セグメントマグネットの外周にガラスクロステープを巻きつけて、セグメントマグネットの飛散を防止している。一方、リングマグネットを用いる場合も多く、ヨークとしての回転軸外周に直接接着している（例えば、特許文献１における図３、図４を参照）。
特開２００３−２７４５８８号公報

解決しようとする課題は、焼結マグネットの割れおよび飛散を防止することであり、同時にマグネット取付けによるアンバランスを抑制することである。

特に、ネオジ系焼結マグネットとヨークとしての回転軸とでは熱膨張係数に差があるため、固着後の周囲温度の変化（熱収縮や熱膨張）によって、マグネットの剥離や割れが発生しやすくなる。このため、セグメントマグネットの場合には上述したような飛散対策が必要となる。さらに、セグメントマグネットを均等に取付けることは難しく、アンバランスが発生しやすくなる。

一方、セグメントマグネットからネオジ系焼結リングマグネットに変更して、鉄系の回転軸と接着剤で固着すると、熱膨張係数の違いにより高温時にリングマグネットと回転軸との隙間が狭くなり（応力が大きくなり）、最悪の場合にはリングマグネットが割れて飛散する可能性がある。

特に、リングマグネットと回転軸との隙間に不均一があると、隙間の狭い部分に応力が集中しやすく、リングマグネットの割れを加速する要因となる。

これに対して、初期の隙間設定を大きくすると、回転軸に対してリングマグネットが偏心して取付けられ易く、アンバランスによる振動が大きくなる。同様にマグネットの偏心によって、コギングトルクやトルクリップルも大きくなるという問題があった。

本発明は上記の課題を解決するものであり、マグネットの割れおよび飛散を防止するとともに、ロータのアンバランスによる振動が小さく、トルクリップルの小さい高性能で信頼性の高いマグネットモータを提供することを目的とする。

焼結リングマグネットとヨーク間を接着したインナーロータを有するモータにおいて、前記リングマグネットを接着するヨークの外周に外径の異なる環状の凸部を２つ設け、一方の外径の大きい凸部端面に前記リングマグネット端面を当接させ、他方の凸部外周は前記リングマグネット当接端面の反対端面近傍の内側に設けて接着固定したことを特徴とするマグネットモータである。

また、焼結リングマグネットを接着するヨークの外周に外径の異なる環状の凸部を２つ設け、一方の外径の大きい凸部端面に前記リングマグネット端面を当接させ、他方の凸部外周は前記リングマグネット当接端面の反対端面近傍の内側に設けて、前記リングマグネットとヨーク間を接着するインナーロータであって、接着剤をヨーク凸部間の外周に塗布後、前記ヨークの軸線方向を鉛直にして前記リングマグネットの端面とヨークの外径の大きい凸部端面とを当接させた状態で固着させることを特徴としたインナーロータの製造方法である。

本発明のマグネットモータによれば、外径の異なる２つの凸部の作用によって、ヨークと焼結リングマグネットとの接着層の不均一性が低減できるため、応力集中によるリングマグネットの割れを防止でき、高速回転時においてもリングマグネットの飛散を防止できる。特にネオジ系焼結リングマグネットにおいて顕著な効果が期待できる。

また、固着状態でヨークと焼結リングマグネットとの偏心を抑制できるため、アンバランスによる振動を抑制できる。同様に、コギングトルクおよびトルクリップルも抑制でき、高性能で信頼性の高いマグネットモータを得ることができる。

焼結リングマグネットとヨーク間を接着したインナーロータを有するモータにおいて、前記リングマグネットを接着するヨークの外周に外径の異なる環状の凸部を２つ設け、一方の外径の大きい凸部端面に前記リングマグネット端面を当接させ、他方の凸部外周は前記リングマグネット当接端面の反対端面近傍の内側に設けて、ヨークの軸線方向を鉛直にしてリングマグネットの端面とヨークの外径の大きい凸部端面とを当接させた状態で接着固定する。

図１に本願発明の要部を示しており、１は回転軸を兼ねたヨーク、２は凸部、３はネオジ系焼結リングマグネット（以下、リングマグネットと称す。）、４は接着剤である。

リングマグネット３をヨーク１に接着固定するとき、リングマグネット３がヨーク１に対して偏心しないように、ヨーク１外周の所定位置に外径の異なる環状の凸部２を２つ設けている。

外径の大きな凸部２ａは、リングマグネット３の端面と当接するように突出寸法を設定するが、リングマグネット３の端面を均等に受けることができればよく、リングマグネット３の外径より小さくする方がよい。

一方、凸部２ａに比べて外径の小さい凸部２ｂは、リングマグネット３の片端面を凸部２ａに当接させたとき、反対側端面より少し内側に位置するように設ける。このため、リングマグネット３の内径よりも小さく設定する。また、リングマグネット３の熱収縮による応力を考慮すれば、凸部２ｂの断面形状は矩形よりも三角形にする方が有利である。

また、ヨーク１の外周とリングマグネット３の内周との接着代（ギャップ）は、リングマグネットおよびヨークの寸法に加え使用温度範囲により決定されるが、リングマグネット３が使用温度範囲で収縮しても、凸部２ｂとリングマグネット３の内周とが接触しない程度に設定する。

ヨーク１外周に接着剤４を塗布し、リングマグネット３の片端面を凸部２ａに当接させた状態で固着させ、インナーロータを構成するが、詳細については後述する。

インナーロータ以外の構成は一般的なブラシレスモータと同じである。図２において、インナーロータ２１の回転軸であるヨーク１は、ステータ２２の両端の設けたブラケット２３、ブラケット２４に装着した玉軸受２５と玉軸受２６によって回転自在に支承される。

ここで、インナーロータの組立工程について図１を用いて説明する。まず、ヨーク１外周の凸部２ａと凸部２ｂ間に接着剤４を塗布する。接着剤４を塗布後、リングマグネット３をヨーク１に装着し、ヨーク１の軸線方向を鉛直にして、ヨーク１の凸部２にリングマグネット３の端面を当接させ、この状態において紫外線を照射して接着剤４に硬化させる。このとき、凸部２ａ側の塗布位置は凸部２ｂ側に少し離して塗布することで、リングマグネット３を装着する時、接着剤４が凸部２ａの外周にはみ出すのを防止する。

接着剤４には、紫外線硬化型樹脂で粘度が５〜７Ｐａ・ｓ程度のもの（例えば、紫外線硬化型嫌気性構造用接着剤として、商品名：ＴｈｒｅｅＢｏｎｄ３０６４など）を用いる。紫外線硬化型接着剤を用いる理由は、紫外線照射によりはみ出した接着剤を常温で硬化させることができる点であり、加熱硬化型の接着剤を用いると、加熱初期に接着剤の粘度が小さくなり、ヨーク１とリングマグネット３との隙間が変化しやすくなるためである。

通常の接着工程では、回転軸を水平方向に保持して硬化させるため、リングマグネットは重力で下方向に沈んだ状態、すなわち回転軸の軸心に対して一方向に偏心した状態で固着され、リングマグネットと回転軸との偏心が大きくなっていた。

実施例１のインナーロータは、外径の異なる２つの凸部２ａおよび凸部２ｂを備えており、ヨーク１の軸線方向を鉛直に保持することでリングマグネット３の片端面と凸部２ａとを当接させるため、水平方向に保持した状態よりも偏りを防止できる。さらに、リングマグネット３の内側に凸部２ｂを設けているため、偏りを最小限にできる。

実施例１のリングマグネットはネオジ系焼結であり、接着剤４の硬化後、ヨーク１とリングマグネット３の熱膨張係数の差から高温下では相対的にリングマグネット３が収縮方向となり、リングマグネット３とヨーク１の隙間が小さくなるが、接着層が均一に形成されるため応力が分散され、リングマグネット３の割れが抑制される。

また、偏心量が抑制されることから、ロータとしてのアンバランス量が小さくなり、モータ回転時の振動も抑制される。同様に、固定子との隙間も均一化されるので、固定子鉄心を備えた固定子では、コギングトルクとトルクリップが抑制され、回転精度のよいマグネットモータとなる。コアレスタイプの固定子であってもトルクリップルの小さいマグネットモータとなる。

なお、図示はしないが、凸部はヨークと別体で構成してもよく、回転軸をより細い鋼材から削り出すことができるためコスト的に有利である。例えば、凸部２ａを別体構成する
ときは、リング状の剛体を回転軸に焼きバメや接着工法などにより所定位置に固定すればよく、さらに、凸部２ｂを別体で構成するときは、薄いテープや細い紐などを巻きつけてもよく、凸部２ｂに弾性があればリングマグネットの内径寸法と同程度に設定してもよく、さらに径方向の偏りを防止できる。

実施例１では、ヨークとしての回転軸で説明したが、積層鉄心を圧入あるいは焼きバメしたロータヨークであっても、回転軸と積層鉄心の熱膨張係数が近いため同様に実施できる。さらに、ネオジ系焼結リングマグネットは、別材のリングマグネットでも同様に実施できることは言うまでもなく、リングマグネットの取付け偏心を抑制できるため、温度変化による応力を抑制できる。同様に振動、コギングトルクおよびトルクリップルを抑制することができる。

本発明のマグネットモータは、高温環境下、高速回転で使用される産業用途のブラシレスモータやサーボモータなどに最適である。

本発明の実施例１におけるインナーロータの要部説明図本発明のインナーロータを搭載したマグネットモータの断面図

符号の説明

１ヨーク
２ａ凸部（外径大）
２ｂ凸部（外径小）
３リングマグネット
４接着剤
２１インナーロータ
２２ステータ
２３、２４ブラケット
２５，２６玉軸受

Claims

焼結リングマグネットとヨーク間を接着したインナーロータを有するモータにおいて、前記リングマグネットを接着するヨークの外周に外径の異なる環状の凸部を２つ設け、一方の外径の大きい凸部端面に前記リングマグネット端面を当接させ、他方の凸部外周は前記リングマグネット当接端面の反対端面近傍の内側に設けて接着固定したことを特徴とするマグネットモータ。
少なくとも一方の凸部をヨークと別体で構成した請求項１に記載のマグネットモータ。
接着剤は、粘度が５〜７Ｐａ・ｓ程度の紫外線硬化型である請求項１に記載のマグネットモータ。
焼結リングマグネットを接着するヨークの外周に外径の異なる環状の凸部を２つ設け、一方の外径の大きい凸部端面に前記リングマグネット端面を当接させ、他方の凸部外周は前記リングマグネット当接端面の反対端面近傍の内側に設けて、前記リングマグネットとヨーク間を接着するインナーロータであって、接着剤をヨーク凸部間の外周に塗布後、前記ヨークの軸線方向を鉛直にして前記リングマグネットの端面とヨークの外径の大きい凸部端面とを当接させた状態で固着させることを特徴としたインナーロータの製造方法。