JP2007244029A - モータシャフト及びその製造装置 - Google Patents

Abstract

【課題】段スキュー構造を有するマグネットの軸方向間隔を最小化することの可能なモータシャフトを提供すること。
【解決手段】軸体は、マグネット固着部Ｓを構成する各区画ｓ１，ｓ２の境界において分割された二つの分割軸４，５を連結してなる。各マグネット３は、これら各分割軸４，５を連結する前に、それぞれ区画ｓ１，ｓ２に固着され、その際、各マグネット３を把持する治具６は、各分割軸４，５における分割（連結）側の軸方向端面、即ち各区画ｓ１，ｓ２の境界である分割面βを基準として位置決めされる。
【選択図】図４

Description

本発明は、周面に複数のマグネットが固着されたモータシャフト及びその製造装置に関するものである。

従来、周面に複数のマグネットが固着されたモータシャフトには、そのマグネット固着部が、軸方向において複数の区画に区分されるとともに、各マグネットが、これら各区画間の周方向に亘る磁束分布の位相が相対的に所定角ずれるよう、各区画毎に配置されたものがある（例えば、特許文献１参照）。そして、このような段スキュー（ステップスキュー）構造には、一般的なセグメント型（長尺板状）のマグネットを用いてコストを抑えながら、所定のスキュー角を有するマグネットを用いたものと同様のコギングトルク低減効果を得ることができるという利点がある。
特開平８−２５１８４７号公報

ところで、モータシャフトの軸体に各マグネットを固着（貼付）する工程は、一般に、各マグネットの対向する端部を治具（マグネットチャック）を用いて把持することにより行われる。しかしながら、より円滑な回転を実現すべく多極化されたモータシャフトにおいては、各マグネットの周方向間隔が狭く、治具の把持爪が入る隙間（チャックスペース）を確保することができないことから、その軸方向両端において各マグネットを把持せざるを得ない。このため、段スキュー構造を有するモータシャフトでは、軸方向において隣り合うマグネットの間にそのチャックスペースに相当する隙間ができ、これに伴う電機子（ステータ）の軸方向長さの延伸がコストの上昇要因となるとともに、その段スキュー形成によるコギングトルク低減効果も阻害されてしまうという問題がある。

本発明は、上記問題点を解決するためになされたものであって、その目的は、段スキュー構造を有するマグネットの軸方向間隔を最小化することのできるモータシャフト及びその製造装置を提供することにある。

上記問題点を解決するために、請求項１に記載の発明は、軸体と、該軸体の周面に固着された複数のマグネットとを備え、前記軸体におけるマグネット固着部は軸方向において複数の区画に区分され、前記各マグネットは、前記各区画間の周方向に亘る磁束分布の位相が相対的に所定角ずれるよう前記各区画毎に設けられたモータシャフトであって、前記軸体は、前記各区画の境界において分割された複数の分割軸を連結してなること、を要旨とする。

上記構成によれば、各分割軸の周面に各マグネットを固着した後に、各分割軸を連結することで、チャックスペースを確保するための各マグネット間の軸方向の隙間を排除することが可能になる。これにより、マグネット間の軸方向間隔を最小化することができ、その結果、ステータの軸方向長さ（積厚）を短縮してコスト低減を図るとともに、より高いコギングトルク低減効果を得ることができるようになる。

請求項２に記載の発明は、前記分割軸の軸方向端部には、嵌合部又は被嵌合部が設けられること、を要旨とする。
上記構成によれば、各分割軸をより強固に連結することができる。

請求項３に記載の発明は、前記嵌合部は、全周に亘り前記被嵌合部の内周に当接する筒状のインロー嵌合部であること、を要旨とする。
上記構成によれば、各分割軸の高い同軸度を確保することができる。

請求項４に記載の発明は、軸体と、該軸体の周面に固着された複数のマグネットとを備え、前記軸体におけるマグネット固着部は軸方向において複数の区画に区分され、前記各マグネットは、前記各区画間の周方向に亘る磁束分布の位相が相対に所定角ずれるよう前記各区画毎に設けられたモータシャフトの製造装置であって、前記各区画の境界において前記軸体を分割した複数の分割軸を同軸に保持する手段と、前記各分割軸の周面に固着された各マグネットにより形成される周方向の磁束分布を前記各分割軸毎に検出する手段と、前記検出される各磁束分布に基づいて、前記各区画間の周方向に亘る磁束分布の相対な位相のずれ角を前記所定角とすべく、前記各分割軸間の最適な周方向の相対ずれ角を設定する手段と、前記演算された相対ずれ角となるように前記各分割軸の周方向位置を位置決めする手段と、前記各分割軸を軸方向に移動させて該各分割軸を連結する手段と、を備えることを要旨とする。

現実には、軸体の加工誤差、或いは各マグネットの磁束強度のバラツキや固着時における組付け誤差等、磁束分布に歪みを生じさせる数多くの要因がある。このため、各分割軸間の相対ずれ角を、理論的に最適とされる角度に設定したとしても、各区画間の磁束分布の相対的な位相のずれは、必ずしも所定角とはならない。しかし、上記構成によれば、各分割軸に固着されたマグネットの周方向に亘る磁束分布を実測し、その磁束分布に基づいて、各分割軸間の最適な周方向の相対ずれ角を設定することで、こうした各種製造誤差の影響を排除することができ、その結果、より高いコギングトルク低減効果を得ることができる。

本発明によれば、段スキュー構造を有するマグネットの軸方向間隔を最小化することの可能なモータシャフト及びその製造装置を提供することができる。

以下、本発明を具体化した一実施形態を図面に従って説明する。
図１に示すように、モータシャフト１は、中空筒状の軸体２と、軸体２の周面に固着された複数のマグネット３とを備えている。軸体２の周面において、各マグネット３が固着されるマグネット固着部Ｓは、軸方向において二つの区画ｓ１，ｓ２に区分されており、長尺板状（セグメント型）に形成された各マグネット３は、これら各区画ｓ１，ｓ２毎に周方向に略等間隔で配設されている。そして、各マグネット３が、各区画ｓ１，ｓ２において、それぞれ軸方向に隣接する他区画のマグネット３に対して相対的に所定の角度ずれた位置に配置されることにより、各区画ｓ１，ｓ２間の周方向に亘る磁束分布の位相が相対的に所定角α０ずれた段スキュー構造が形成されている（図２参照）。

図３（ａ）（ｂ）及び図４に示すように、軸体２は、マグネット固着部Ｓを構成する各区画ｓ１，ｓ２の境界において分割された二つの分割軸４，５を連結してなり、各マグネット３は、これら各分割軸４，５を連結する前に、それぞれ区画ｓ１，ｓ２に固着される。各マグネット３を固着する際、各マグネット３の軸方向（長手方向）両端を把持する治具６は、各分割軸４，５における分割（連結）側の軸方向端面、即ち各区画ｓ１，ｓ２の境界である分割面βを基準として位置決めされ、これにより、各マグネット３は、その一端が分割面βと略一致するように各区画ｓ１，ｓ２に固着される。そして、各マグネット３が固着された後の各分割軸４，５を相対的に所定の角度（相対ずれ角θ）ずらした状態で連結することにより、軸方向において隣り合うマグネット３の間に略隙間のないモータシャフト１が形成される。

尚、区画ｓ２を有する分割軸５の軸方向端部５ａには、軸方向に延びる筒状のインロー嵌合部７が形成されており、区画ｓ１を有する分割軸４の軸方向端部４ａ内周には、インロー嵌合部７に対応する嵌合凹部８が凹設されている。インロー嵌合部７の外径ｄ２と嵌合凹部８の内径ｄ１は、略等しく（僅かにｄ２＞ｄ１）設定されており、インロー嵌合部７は、嵌合凹部８内に圧入嵌合されることにより、その全周に亘って嵌合凹部８の内周に当接するように構成されている。そして、これにより、分割軸４，５間の連結を強固なものとするとともに、高い同軸度を確保することが可能となっている。

次に、上記構成を有するモータシャフトの製造装置について説明する。
図５に示すように、製造装置１０は、第１及び第２の分割軸４，５をそれぞれ同軸に保持するホルダ１３，１４と、これら各ホルダ１３，１４を支持するベース１５とを備えている。ベース１５上には、レール１６が敷設されており、ホルダ１４は、このレール１６上に設けられ、ホルダ１３は、その延長線上に設けられている。そして、ホルダ１４は、ベース１５に内蔵されたモータ１７に駆動されることによりレール１６上を移動するように構成されている。

各ホルダ１３，１４の対向面１３ａ，１４ａには、それぞれ内蔵されたモータ１９，２０により回転駆動されるロータ２１，２２が互いに同軸となるように設けられている。そして、これら各ロータ２１，２２に設けられた保持部２３，２４によって、各分割軸４，５を、互いの分割面β（図４参照）が対向する状態で同軸且つ回転駆動可能に保持する構成となっている。

ホルダ１３，１４に保持された各分割軸４，５の径方向外側に対応する位置には、その周面に固着された各マグネット３と対向するように磁気センサ（ホールＩＣ）２５，２６が設けられている。ベース１５には、レール１６上のホルダ１４を移動させるためのモータ１７及び各ロータ２１，２２に保持された各分割軸４，５を回転駆動するためのモータ１９，２０の作動をそれぞれ制御する制御部２７が設けられており、各磁気センサ２５，２６の出力信号は、この制御部２７に入力される。

制御部２７は、モータ１９，２０の作動を制御することにより、各分割軸４，５を回転駆動し、その回転に伴い変化する各磁気センサ２５，２６の出力信号に基づいて、各分割軸４，５の周面に固着されたマグネット３が形成するその周方向に亘る磁束分布を検出する（図２参照）。そして、その検出された磁束分布に基づいて、連結後に各分割軸４，５のそれぞれが構成する区画ｓ１，ｓ２間の周方向に亘る磁束分布の相対的な位相のずれ角を所定角α０とすべく、各分割軸４，５の最適な周方向の相対ずれ角θ０を設定する。

詳述すると、制御部２７は、検出される各分割軸４，５の磁束分布の各ピークにおける位相のずれ角α１〜αｎの平均を求めることにより、区画ｓ１，ｓ２間の周方向に亘る磁束分布の相対的な位相のずれ角αを演算する（α＝（α１＋α２＋…＋αｎ）／ｎ）。そして、このずれ角が所定角α０に最も近くなる相対ずれ角θを最適な相対ずれ角θ０として設定する。

次に、制御部２７は、第２の分割軸５を回転駆動することにより、最適な相対ずれ角θ０となるように各分割軸４，５間の周方向位置を位置決めする。そして、モータ１７の作動を制御してホルダ１４とともに第２の分割軸５を第１の分割軸４側に移動させることにより、各分割軸４，５を連結させる。

以上の構成によれば、以下のような作用・効果を得ることができる。
各分割軸４，５間の周方向位置を位置決めする方法としては、例えば、各分割軸４，５に、その相対回転を規制可能な嵌合部及び被嵌合部（キー及びキー溝等）を形成しておき、これらを嵌合させることで、その周方向における相対ずれ角を予め設定された角度とする方法が考えられる。

ところが、現実には、軸体２の加工誤差、或いは各マグネット３の磁束強度のバラツキや固着時における組付け誤差等、その磁束分布に歪みを生じさせる数多くの要因がある。このため、各分割軸４，５間の相対ずれ角θ０を、理論的に最適とされる角度に設定したとしても、区画ｓ１，ｓ２間の磁束分布の相対的な位相のずれは、必ずしも所定角α０とはならない。

しかしながら、各分割軸４，５の磁束分布を実際に検出し、その検出された磁束分布に基づいて、区画ｓ１，ｓ２間の周方向に亘る磁束分布の相対的な位相のずれ角を所定角α０とするための各分割軸４，５間の最適な周方向の相対ずれ角θ０を設定すれば、こうした各種製造誤差の影響を排除することができる。その結果、より高いコギングトルク低減効果を得ることができる。

なお、本実施形態は以下のように変更してもよい。
・軸体２の周面において、マグネット固着部Ｓは、軸方向において二つの区画ｓ１，ｓ２に区分され、軸体２は、各区画ｓ１，ｓ２の境界において分割された二つの分割軸４，５を連結してなることとした。しかし、これに限らず、３区画以上の段スキュー構造を有するモータシャフトに具体化してもよい。

・分割軸４，５の連結は、嵌合凹部８にインロー嵌合部７を圧入嵌合することにより行うこととしたが、これに限らず、接着やピン止め等により連結してもよい。また、嵌合部及び被嵌合の形状は、インロー嵌合部７及び嵌合凹部８の形状に限るものではない。

・各分割軸４，５の径方向外側に、その周面に固着された各マグネット３と対向するように磁気センサ２５，２６を設け、各分割軸４，５を回転駆動することにより、磁束分布を検出する手段を構成した。しかし、これに限らず、各分割軸４，５の径方向外側を磁気センサが周回することにより、その磁束分布を検出する構成としてもよい。これは、３以上の分割軸を有するモータシャフトの製造装置において特に有効である。

モータシャフトの斜視図。 各区画の周方向に亘る磁束分布を示す波形図。 （ａ）（ｂ）分割軸の断面図。 モータシャフトの製造工程を示す説明図。 製造装置の概略構成図。

符号の説明

１…モータシャフト、２…軸体、３…マグネット、４，５…分割軸、４ａ，５ａ…軸方向端部、７…インロー嵌合部、８…嵌合凹部、１０…製造装置、１３，１４…ホルダ、１３ａ，１４ａ…対向面、１５…ベース、１６…レール、１７，１９，２０…モータ、２１，２２…ロータ、２３，２４…保持部、２５，２６…磁気センサ、２７…制御部、Ｓ…マグネット固着部、ｓ１，ｓ２…区画、α０…所定角、α，α１〜αｎ…ずれ角、θ，θ０…相対ずれ角。

Claims (4)

1. 軸体と、該軸体の周面に固着された複数のマグネットとを備え、前記軸体におけるマグネット固着部は軸方向において複数の区画に区分され、前記各マグネットは、前記各区画間の周方向に亘る磁束分布の位相が相対的に所定角ずれるよう前記各区画毎に設けられたモータシャフトであって、
   前記軸体は、前記各区画の境界において分割された複数の分割軸を連結してなること、
   を特徴とするモータシャフト。
2. 請求項１に記載のモータシャフトにおいて、
   前記分割軸の軸方向端部には、嵌合部又は被嵌合部が設けられること、
   を特徴とするモータシャフト。
3. 請求項２に記載のモータシャフトにおいて、
   前記嵌合部は、全周に亘り前記被嵌合部の内周に当接する筒状のインロー嵌合部であること、を特徴とするモータシャフト。
4. 軸体と、該軸体の周面に固着された複数のマグネットとを備え、前記軸体におけるマグネット固着部は軸方向において複数の区画に区分され、前記各マグネットは、前記各区画間の周方向に亘る磁束分布の位相が相対に所定角ずれるよう前記各区画毎に設けられたモータシャフトの製造装置であって、
   前記各区画の境界において前記軸体を分割した複数の分割軸を同軸に保持する手段と、
   前記各分割軸の周面に固着された各マグネットにより形成される周方向の磁束分布を前記各分割軸毎に検出する手段と、
   前記検出される各磁束分布に基づいて、前記各区画間の周方向に亘る磁束分布の相対な位相のずれ角を前記所定角とすべく、前記各分割軸間の最適な周方向の相対ずれ角を設定する手段と、
   前記演算された相対ずれ角となるように前記各分割軸の周方向位置を位置決めする手段と、
   前記各分割軸を軸方向に移動させて該各分割軸を連結する手段と、
   を備えることを特徴とするモータシャフトの製造装置。

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