JP2007006689A - モータのロータ及びその製作方法 - Google Patents

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Abstract

【課題】組立作業を簡単にして製作時間を短縮すると共に、マグネットの結合を強化し、他の部品との接触を防止できるモータのロータ及びその製作方法を提供する。
【解決手段】モータのロータは、所定の厚さを有する円筒体５２０の内周面に複数の第１結合部５１０が備えられた円筒状のマグネット５００と、円筒状のマグネット５００の内部に挿入され、外周面に形成された複数の第２結合部６１０が複数の第１結合部５１０と固定結合されるロータコア６００とを含む。
【選択図】図１

Description

本発明は、モータに関し、特に、組立作業を簡単にして製作時間を短縮すると共に、マグネットの結合を強化できるモータのロータ及びその製作方法に関する。
モータは、電気エネルギーを運動エネルギーに変換する機器であって、ほとんど全ての機械の動力源として使用されている。
このようなモータは、使用目的によって、直流モータ（DC Motor）、ブラシレスＤＣモータ（Brush Less Direct Current Motor）、誘導モータ（Induction Motor）、同期モータ（Synchronous Motor）、ユニバーサルモータ（Universal Motor）など種類が多様である。
一般に、前記ブラシレスＤＣモータは、積層コアにコイルが巻回されたステータと、マグネットが備えられ、前記ステータの内部に形成された貫通孔に回転自在に挿入されるロータと、前記ロータのマグネットの磁気を感知するホールセンサとを含む。
このようなブラシレスＤＣモータにおいては、前記ステータのコイルに供給される電流による磁場と前記ロータのマグネットによる磁場との相互作用により、前記ロータが回転する。前記ホールセンサは、前記マグネットの磁気を感知して、前記コイルに供給される電流を制御できるようにする。
図９及び図１０は、従来のＳＰＭ型（Surface Permanent Magnet type）のブラシレスＤＣモータのロータを示す正断面図及び側面図である。
図示のように、従来のブラシレスＤＣモータのロータは、所定の厚さを有する円板状のシート１１０が複数枚積層されて所定の長さ及び外径を有するように形成された円筒状のロータコア１００と、所定の厚さを有する曲面板状に形成されてロータコア１００の外周面に接着される複数の曲面板状のマグネット２００とを含む。
円板状のシート１１０はシリコン鋼で製作される。円筒状に積層された円板状のシート１１０は、溶接又はボルト締めなどにより固定結合される。
曲面板状のマグネット２００は４つからなる。曲面板状のマグネット２００の曲率半径は、ロータコア１００の曲率半径と対応し、４つの曲面板状のマグネット２００がロータコア１００の外周面に接着されると、４つの曲面板状のマグネット２００は円筒状をなす。即ち、４つの曲面板状のマグネット２００がロータコア１００の外周面を完全に覆う。
曲面板状のマグネット２００は、接着剤２１０により、ロータコア１００の外周面に接着される。
ロータコア１００の中央には軸孔１２０が貫通形成される。
図中、仮想線で示す３００はステータであり、４００はモータ軸である。
以下、このように構成された従来のブラシレスＤＣモータのロータの製作方法を説明する。
まず、図１１に示すように、複数枚の円板状のシート１１０をプレス加工により製作して円筒状になるように積層する。円筒状に積層された複数枚の円板状のシート１１０をボルト締め又は溶接などにより固定結合して、ロータコア１００を製作する。
次に、ロータコア１００の外周面に接着剤２１０を塗布した後、複数の曲面板状のマグネット２００をロータコア１００の外周面に接着し、接着剤を乾燥させる。
曲面板状のマグネット２００は、着磁後にロータコア１００の外周面に接着するか、又はロータコア１００の外周面に接着した後に着磁する。
しかしながら、このような従来のブラシレスＤＣモータのロータにおいては、ロータコア１００の外周面に接着剤２１０により複数の曲面板状のマグネット２００を接着固定するため、曲面板状のマグネット２００の接着工程が多いだけでなく接着剤２１０の乾燥工程が含まれて、製作時間が長くなる。これにより、モータのロータの組立生産性が非常に低いという問題があった。
また、複数の曲面板状のマグネット２００が接着剤２１０によりロータコア１００の外周面に接着されるため、曲面板状のマグネット２００の接着不良が発生することが多く、この場合、モータの運転中に曲面板状のマグネット２００が分離してモータの破損を誘発するおそれがあるという問題があった。
また、前記ロータは、ステータの貫通孔に挿入され、ロータの外周面とステータの内周面との間隔が小さいほど、モータの効率が向上する。しかしながら、前記ロータのロータコア１００の外周面に複数の曲面板状のマグネット２００が接着剤２１０により接着されるため、接着剤２１０の量が多い場合、接着剤２１０が各曲面板状のマグネット２００の間にはみ出して凝固し、はみ出した接着剤２１０がモータの運転中にステータの内周面と接触してロータの回転抵抗を増加させるという問題があった。
本発明は、このような従来技術の問題を解決するためになされたもので、組立作業を簡単にして製作時間を短縮できるモータのロータ及びその製作方法を提供することを目的とする。
また、本発明の他の目的は、ロータを構成するマグネットの結合を強化すると共に、他の部品との接触を防止できるモータのロータ及びその製作方法を提供することにある。
このような目的を達成するために、本発明によるモータのロータは、所定の厚さを有する円筒体の内周面に複数の第１結合部が備えられた円筒状のマグネットと、前記円筒状のマグネットの内部に挿入され、外周面に形成された複数の第２結合部が前記複数の第１結合部と固定結合されるロータコアとを含むことを特徴とする。
また、本発明によるモータのロータの製作方法は、所定の厚さ及び所定の長さを有する円筒体の内周面に溝状に形成された複数の第１結合部が備えられた円筒状のマグネットを製作する段階と、所定の形状を有する複数枚の薄板シートを積層し、前記積層された複数枚の薄板シートを固定結合して、外周面に前記複数の第１結合部に嵌合される複数の第２結合部が突出したロータコアを製作する段階と、前記各第１結合部に前記各第２結合部が嵌合されて固定されるように、前記ロータコアを前記円筒状のマグネットの内部に結合する段階とを含むことを特徴とする。
本発明は、円筒状のマグネットに備えられた複数の第１結合部に、ロータコアに備えられた複数の第２結合部が嵌合されることによって、円筒状のマグネットとロータコアとが結合されるため、接着剤を使用せず、接着剤を乾燥する時間が必要なくなって製作時間が短縮される。また、１つの円筒状のマグネットと１つのロータコアとから構成されるため、組立部品数が減少するだけでなく、組立作業が簡単になり、これにより、製作時間がさらに短縮される。
また、本発明は、円筒状のマグネットが円筒状に形成されるだけでなく、円筒状のマグネットに備えられた複数の第１結合部にロータコアに備えられた複数の第２結合部が嵌合されることによって、円筒状のマグネットとロータコアとが結合されるため、これら構成部品間の結合が強化され、モータ運転中の部品の分離が防止される。また、接着剤を使用せず、マグネットが１つの部品である円筒状のマグネットであるため、接着剤のはみ出しによる部品の接触を防止するだけでなく、ロータの外周面とロータが挿入されるステータの内周面との間隔が最小化される。
以上説明したように、本発明によるモータのロータ及びその製作方法においては、ロータの製作時間が短縮されるため組立生産性が向上するだけでなく、組立部品数が減少して組立コストを低減できるという効果がある。
また、ロータコアと円筒状のマグネットとの結合が強化されるだけでなく、他の部品との接触を防止するため、部品の分離及び破損を防止して製品の信頼性を高めることができるという効果がある。
以下、本発明によるモータのロータ及びその製作方法の好ましい実施形態を添付の図面を参照して説明する。
図１及び図２は、本発明によるモータのロータの第１実施形態を示す正断面図及び側面図である。
図示のように、本発明によるモータのロータの第１実施形態は、所定の厚さを有する円筒体５２０の内周面に複数の第１結合部５１０が備えられた円筒状のマグネット５００と、円筒状のマグネット５００の内部に挿入され、外周面に形成された複数の第２結合部６１０が複数の第１結合部５１０と固定結合されるロータコア６００とを含む。
円筒状のマグネット５００は、所定の厚さ、外径及び長さを有する中空円筒状の円筒体５２０と、円筒体５２０の内周面に備えられた複数の第１結合部５１０とを含む。第１結合部５１０は４つからなり、４つの第１結合部５１０は等間隔で形成される。また、各第１結合部５１０は、同一の形状に形成されることが好ましい。
第１結合部５１０は、円筒体５２０の内周面に溝状に形成され、前記溝は、円筒体５２０の長手方向に一端から他端まで貫通するように形成される。円筒体５２０の円周方向における前記溝の断面形状は、所定の幅及び深さを有するように形成された溝側平行部５１１と、溝側平行部５１１に連通して三角形状に形成された溝側係止部５１２とからなる。
ロータコア６００は、円筒状のマグネット５００の内径と対応する外径、及び円筒状のマグネット５００の長さと対応する長さを有するように形成された円柱体６２０と、円柱体６２０の外周面に備えられて複数の第１結合部５１０と結合される複数の第２結合部６１０とを含む。第２結合部６１０は、第１結合部５１０の数と対応するように形成され、各第２結合部６１０は等間隔で形成される。また、各第２結合部６１０は、同一の形状に形成されることが好ましい。
第２結合部６１０は、円柱体６２０の外周面に突起状に形成され、前記突起は、円柱体６２０の長手方向に一端から他端にわたって突出形成される。円柱体６２０の円周方向における前記突起の断面形状は、所定の厚さ及び長さを有するように円柱体６２０から延長形成された突起側平行部６１１と、突起側平行部６１１に三角形状に延長形成された突起側係止部６１２とからなる。
即ち、円筒状のマグネット５００の第１結合部５１０の断面形状と、ロータコア６００の第２結合部６１０の断面形状とは同一に形成される。
ロータコア６００は、所定の厚さを有する薄板シートＳが複数枚積層された積層体であることが好ましい。前記積層された複数枚の薄板シートＳは、ボルト締め又はリベット締めなどにより固定結合される。
ロータコア６００と円筒状のマグネット５００との結合時、ロータコア６００が円筒状のマグネット５００の内部に挿入され、ロータコア６００の各第２結合部６１０が円筒状のマグネット５００の各第１結合部５１０に嵌合される。各第１結合部５１０に各第２結合部６１０が強制挿入されて嵌合されることによって、ロータコア６００と円筒状のマグネット５００とが固定結合される。
一方、円筒状のマグネット５００の第１結合部５１０、及びロータコア６００の第２結合部６１０の変形例として、図３に示すように、前記溝の断面形状は、所定の幅及び深さを有するように形成された溝側平行部５１３と、溝側平行部５１３に連通して円状に形成された溝側係止部５１４とからなり、前記突起の断面形状は、所定の厚さ及び長さを有するように円柱体６２０の外周面に延長形成された突起側平行部６１３と、突起側平行部６１３に円状に延長形成された突起側係止部６１４とからなる。
また、円筒状のマグネット５００の第１結合部５１０、及びロータコア６００の第２結合部６１０の他の変形例として、図４に示すように、第２結合部６１０は、前述したように、円柱体６２０の外周面に突起状に形成され、前記突起の長さが円柱体６２０の長さより短く形成される。また、第１結合部５１０は、前述したように、円筒体５２０の内周面に溝状に形成され、前記溝の長さが円筒体５２０の長さより短く形成される。前記溝の長さは、前記突起の長さと対応するように形成されることが好ましい。即ち、前記溝は、円筒体５２０の長手方向に貫通することなく、一側が閉塞された形状を有する。
その他にも、円筒状のマグネット５００の第１結合部５１０、及びロータコア６００の第２結合部６１０の形状は、多様に変形することができる。
ロータコア６００と円筒状のマグネット５００とが結合されてなるモータのロータは、ステータ（図示せず）の貫通孔に挿入される。
図５は、本発明によるモータのロータの第２実施形態を示す側面図である。
図示のように、本発明によるモータのロータの第２実施形態は、所定の厚さを有する円筒体５４０の内周面に複数の第１結合部５３０が備えられた円筒状のマグネット５００と、円筒状のマグネット５００の内部に挿入され、外周面に形成された複数の第２結合部６３０が複数の第１結合部５３０と固定結合されるロータコア６００とを含み、第１結合部５３０は突起状に形成され、第２結合部６３０は、前記突起の形状と対応する溝状に形成される。
円筒状のマグネット５００は、所定の厚さ、外径及び長さを有する中空円筒状の円筒体５４０と、円筒体５４０の内周面に備えられた複数の第１結合部５３０とを含み、第１結合部５３０は円筒体５４０の内周面に突起状に形成される。
第１結合部５３０は４つからなり、４つの第１結合部５３０は等間隔で形成される。また、各第１結合部５３０は、同一の形状に形成されることが好ましい。
前記突起は、円筒体５４０の長手方向に一端から他端にわたって突出形成される。円筒体５４０の円周方向における前記突起の断面形状は、所定の厚さ及び長さを有するように円筒体５４０の内周面に延長形成された突起側平行部５３１と、突起側平行部５３１に三角形状に延長形成された突起側係止部５３２とからなる。
ロータコア６００は、円筒状のマグネット５００の内径と対応する外径、及び円筒状のマグネット５００の長さと対応する長さを有するように形成された円柱体６４０と、円柱体６４０の外周面に備えられて複数の第１結合部５３０と結合される複数の第２結合部６３０とを含み、第２結合部６３０は、円柱体６４０の外周面に溝状に形成される。
第２結合部６３０は、第１結合部５３０の数と対応するように形成され、各第２結合部６３０は等間隔で形成される。また、各第２結合部６３０は、同一の形状に形成されることが好ましい。
前記溝は、円柱体６４０の長手方向に一端から他端まで貫通するように形成される。円柱体６４０の円周方向における前記溝の断面形状は、所定の幅及び深さを有するように形成された溝側平行部６３１と、溝側平行部６３１に連通して三角形状に形成された溝側係止部６３２とからなる。
一方、円筒状のマグネット５００の第１結合部５３０、及びロータコア６００の第２結合部６３０の他の変形例として、図６に示すように、前記突起の断面形状は、所定の厚さ及び長さを有するように円筒体５４０の内周面に延長形成された突起側平行部５３３と、突起側平行部５３３に円状に延長形成された突起側係止部５３４とからなり、前記溝の断面形状は、所定の幅及び深さを有するように形成された溝側平行部６３３と、溝側平行部６３３に連通して円状に形成された溝側係止部６３４とからなる。
図７は、本発明によるモータのロータの第３実施形態を示す側面図である。
図示のように、本発明によるモータのロータの第３実施形態においては、前述の第１実施形態における円筒状のマグネット５００が複数の第１結合部５１０の各中間部を基準に複数個に分割され、分割された円弧状の各分割型マグネット５５０の両側がそれぞれ複数の第２結合部６１０に固定結合される。第１結合部５１０は、円筒状のマグネット５００の長手方向に分割される。
分割型マグネット５５０の両側には、それぞれ第１結合部５１０を形成する溝の１／２の形状が形成される。即ち、前記溝をなす溝側平行部５１１及び溝側係止部５１２の１／２の形状が形成される。
図８は、本発明によるモータのロータの製作過程を示す斜視図である。
図示のように、本発明によるモータのロータの製作方法は、まず、所定の厚さ及び所定の長さを有する円筒体の内周面に溝状に形成された複数の第１結合部５１０が備えられた円筒状のマグネット５００を製作する。
また、所定の形状を有する複数枚の薄板シートＳを積層し、積層された複数枚の薄板シートＳを固定結合して、外周面に複数の第１結合部５１０に嵌合される複数の第２結合部６１０が突出したロータコア６００を製作する。ここで、前記積層された複数枚の薄板シートＳは、ボルト締め又はリベット締めなどにより固定される。
また、各第１結合部５１０に各第２結合部６１０が嵌合されて固定されるように、ロータコア６００を円筒状のマグネット５００の内部に結合する。
本発明によるモータのロータの第１実施形態を示す正断面図である。 本発明によるモータのロータの第１実施形態を示す側面図である。 本発明によるモータのロータの第１実施形態を構成する第１結合部及び第２結合部の変形例を示す断面図である。 本発明によるモータのロータの第１実施形態を構成する第１結合部及び第２結合部の他の変形例を示す断面図である。 本発明によるモータのロータの第２実施形態を示す側面図である。 本発明によるモータのロータの第２実施形態を構成する第１結合部及び第２結合部の変形例を示す断面図である。 本発明によるモータのロータの第３実施形態を示す側面図である。 本発明によるモータのロータの製作過程を示す斜視図である。 従来のブラシレスＤＣモータのロータを示す正断面図である。 従来のブラシレスＤＣモータのロータを示す側面図である。 従来のブラシレスＤＣモータのロータの製作過程を示す斜視図である。
符号の説明
５００ 円筒状のマグネット
５１０ 第１結合部
５１１、５１３、６３１、６３３ 溝側平行部
５１２、５１４、６３２、６３４ 溝側係止部
５５０ 分割型マグネット
６００ ロータコア
６１０ 第２結合部
６１１、６１３、５３１、５３３ 突起側平行部
６１２、６１４、５３２、５３４ 突起側係止部
Ｓ 薄板シート

Claims (14)

  1. 所定の厚さを有する円筒体の内周面に複数の第１結合部が備えられた円筒状のマグネットと、
    前記円筒状のマグネットの内部に挿入され、外周面に形成された複数の第２結合部が前記複数の第１結合部と固定結合されるロータコアと、
    を含むことを特徴とするモータのロータ。
  2. 前記第１結合部が、前記円筒状のマグネットの内周面に形成された溝形状であり、前記第２結合部が、前記溝に嵌合されるように形成された突起形状であることを特徴とする請求項１に記載のモータのロータ。
  3. 前記溝の断面形状が、所定の幅及び深さを有するように形成された溝側平行部と、前記溝側平行部に連通して三角形状に形成された溝側係止部とからなり、前記突起の断面形状が、所定の厚さを有するように突出形成された突起側平行部と、前記突起側平行部に三角形状に延長形成された突起側係止部とからなることを特徴とする請求項２に記載のモータのロータ。
  4. 前記溝の断面形状が、所定の幅及び深さを有するように形成された溝側平行部と、前記溝側平行部に連通して円状に形成された溝側係止部とからなり、前記突起の断面形状が、所定の厚さを有するように突出形成された突起側平行部と、前記突起側平行部に円状に延長形成された突起側係止部とからなることを特徴とする請求項２に記載のモータのロータ。
  5. 前記溝が、前記円筒状のマグネットの長手方向に貫通形成され、前記突起が、前記ロータコアの長手方向に所定の長さを有するように形成され、前記突起の長さと前記ロータコアの長さとが同一であることを特徴とする請求項２に記載のモータのロータ。
  6. 前記溝が、前記円筒状のマグネットの長手方向に貫通しないように、前記円筒状のマグネットの長手方向に所定の長さを有するように形成され、前記突起が、前記ロータコアの長手方向に所定の長さを有するように形成され、前記突起の長さと前記溝の長さとが同一であることを特徴とする請求項２に記載のモータのロータ。
  7. 前記第１結合部と前記第２結合部とが、それぞれ４つずつ備えられることを特徴とする請求項２に記載のモータのロータ。
  8. 前記第１結合部と前記第２結合部とが、それぞれ等間隔で形成されることを特徴とする請求項２に記載のモータのロータ。
  9. 前記第１結合部が、前記円筒状のマグネットの内周面に突出形成された突起形状であり、前記第２結合部が、前記突起が嵌合されるように前記ロータコアの外周面に形成された溝形状であることを特徴とする請求項１に記載のモータのロータ。
  10. 前記突起の断面形状が、所定の厚さを有するように突出形成された突起側平行部と、前記突起側平行部に三角形状に延長形成された突起側係止部とからなり、前記溝の断面形状が、所定の幅及び深さを有するように形成された溝側平行部と、前記溝側平行部に連通して三角形状に形成された溝側係止部とからなることを特徴とする請求項９に記載のモータのロータ。
  11. 前記突起の断面形状が、所定の厚さを有するように突出形成された突起側平行部と、前記突起側平行部に円状に延長形成された突起側係止部とからなり、前記溝の断面形状が、所定の幅及び深さを有するように形成された溝側平行部と、前記溝側平行部に連通して円状に形成された溝側係止部とからなることを特徴とする請求項９に記載のモータのロータ。
  12. 前記ロータコアが、所定の厚さを有する複数枚の薄板シートが積層された積層体であることを特徴とする請求項１に記載のモータのロータ。
  13. 前記円筒状のマグネットが前記複数の第１結合部の各中間部を基準に複数個に分割され、その分割された円弧状の各分割型マグネットの両側がそれぞれ前記複数の第２結合部に固定結合されることを特徴とする請求項１に記載のモータのロータ。
  14. 所定の厚さ及び所定の長さを有する円筒体の内周面に溝状に形成された複数の第１結合部が備えられた円筒状のマグネットを製作する段階と、
    所定の形状を有する複数枚の薄板シートを積層し、前記積層された複数枚の薄板シートを固定結合して、外周面に前記複数の第１結合部に嵌合される複数の第２結合部が突出したロータコアを製作する段階と、
    前記各第１結合部に前記各第２結合部が嵌合されて固定されるように、前記ロータコアを前記円筒状のマグネットの内部に結合する段階と、
    を含むことを特徴とするモータのロータの製作方法。
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