JP2008263772A - 永久磁石モータ - Google Patents

Abstract

【課題】製造公差を有する永久磁石を備え、合成樹脂の注入成形により構成したロータを設けた永久磁石モータを得る。
【解決手段】永久磁石モータ１において、回転軸線Ａの周りを回転可能なロータ３を設け、このロータ３には、複数の、軸線方向に延在する永久磁石６を回転対称に設け、これらの永久磁石６は、軸線方向に積層させた金属薄板１０により構成する薄板積層体７の収容部１６に配置する。また、金属薄板１０には、薄板積層体７内で収容部１６を構成する空所８ａ，８ｂと、同軸状の内部孔９とを備え、少なくともある１つの位相角度φについて回転対称に構成し、また、金属薄板１０を位相角度φの半分の角度ずらして配置し、内部孔９に開口する第１空所８ａおよび内部孔９から隔絶して閉塞する第２空所８ｂを設ける。
【選択図】図３

Description

本発明は、ロータを有する永久磁石モータであって、特に電動手持ち工具装置の駆動に使用されるものに関する。

この種の永久磁石モータに使用されるロータは、複数の永久磁石を周方向に有し、これらの永久磁石は、ブラシレス式の永久磁石モータにおいて使用される場合、ステータの回転する磁場において駆動される。一般的にこれらの永久磁石は、接着剤、合成樹脂注入、または機械的手段による既知の手法で、好適には薄板積層体として構成した基体に固定する。

特許文献１（独国特許出願公開第１０３４９４４２号）によると、製造公差を有する永久磁石において、技術習熟の困難な合成樹脂注入法の使用を回避するために、予め接着剤被覆を固化した永久磁石を、再溶融することで薄板積層体に接着する。

特許文献２（米国特許第５５０８５７６号）には、薄板積層体に形状規制ロックで摩擦力連結する永久磁石が記載されている。特許文献３（独国特許出願公開第４４３００７３号）には、ロータの端面に注型した通気ファンブレードが記載されている。

特許文献４（米国特許第６０４７４６０号）には、この種のロータにおいて、周方向にずらして回転対称に配置した、軸線方向に延在する４個の永久磁石を備え、これらの永久磁石を、軸線方向に積層させ、（軸線方向の端部キャップを除き）一様の指向性を有し、同軸状の内部孔および、それぞれ４個の閉塞空所を有する金属薄板から構成した薄板積層体の収容部に挿入するものが記載されている。直径方向に互いに対向する２個の空所のみ、互いに鏡対称であるため、金属薄板は２分周対称（位相角度１８０゜ずれる対称）ではあるが、４分周対称（位相角度９０゜ずれる対称）ではない。周方向に隣接する収容部において、収容部の形状はそれ自体が同一であるが、半径方向に鏡像対称に指向しているため、そのために一体に形成した永久磁石は、磁化方向を周方向に交替させながらのみ配置することができ、このことは、永久磁石モータの回転駆動に必要なことである。永久磁石は、予め加熱した薄板積層体に形状ロックで連結し、冷却収縮させるため、永久磁石の寸法公差は実質的に容認されない。
独国特許出願公開第１０３４９４４２号明細書 米国特許第５５０８５７６号明細書 独国特許出願公開第４４３００７３号明細書 米国特許第６０４７４６０号明細書

本発明の課題は、製造公差を有する永久磁石を備え、合成樹脂注入で構成したロータを設けた永久磁石モータを得ることにある。

この課題は、請求項１に記載する特徴によって解決される。更に好適な実施形態については、従属項に記載する。

本発明によれば、回転軸線の周りに回転可能なロータを有する永久磁石モータであって、このロータには、複数の、軸線方向に延在する永久磁石を回転対称となるように設け、これら永久磁石は、軸線方向に積層させた金属薄板により構成する薄板積層体の収容部に配置し、また、金属薄板には空所を備え、これらの空所は、薄板積層体における収容部を構成するものとし、さらに、金属薄板は、それぞれ同軸状の内部孔を備え、少なくとも１つの位相角度ずれた回転対称となるよう構成し、また、少なくとも２個の金属薄板を、位相角度の半分の角度ずらして配置し、さらに、それぞれの金属薄板に、少なくとも内部孔に開口する第１空所および内部孔から隔絶して閉塞する第２空所を設ける。

金属薄板を回転方向にずらすことにより、開口した空所および閉塞した空所がオーバーラップして、永久磁石に適合する収容部を生じ、この収容部は、軸線方向に延在しながら全周をガイドし、ならびに内部孔に開口する開口端縁も有し、この開口端縁は、内部孔内において同軸状に延在するロータ軸を、合成樹脂を注入成形する際に、合成樹脂が収容部に入り込むので、製造公差を有する永久磁石を信頼性高く固定できる。

好適には、金属薄板には、内部孔において、同軸状のガイドサークル上に位置する、またはこのガイドサークルの半径方向外方に接触するガイド輪郭を有するガイド部分を設ける。この構成により、内部孔内に同軸状に延在するロータ軸を、薄板積層体内において形状ロック連結的にガイドすることができる。

好適には、ガイド輪郭を、少なくとも部分的な円弧を有する構成とする。こうすることで、薄板積層体内に、ガイドすべきロータ軸のための、滑らかな拘束ガイドが構成され、この拘束ガイドは、注入成形前に薄板積層体内にロータ軸を挿入する際、薄板積層体内におけるあらゆる変形、およびロータ軸が傷つくことを防ぐことができる。

好適には、金属薄板において、空所相互間に、内部孔に開口する切欠きを周方向に配置し、これら切欠きは、それぞれ切欠き角度にわたって延在し、この切欠き角度は、位相角度の１／２よりも大きいものとする。こうすることで、薄板積層体内での切欠きの重なり合いによって、内部孔内に同軸状に延在するロータ軸を合成樹脂で注入成形する際に、軸線方向に延在する注入経路が形成される。この注入経路があることで、合成樹脂は、容易に一様に全ての空所に導入される。

好適には、薄板積層体において、軸線方向に順次隣接する２個の金属薄板を、最大で位相角度の１／２ずつ交互にずらして配置する。この構成により、内部孔に開口する空所が、等しく軸線方向に分布する。

好適には、金属薄板に、偶数分周ではなく、奇数分周の回転対称形態にする。この構成により、開口した空所と閉塞した空所を交互に設けることができる。こうすることで、軸線方向に順次互いに隣接する２個の金属ディスクを、一様にまたは位相角度の１／２ずつ交互にずらして配置することができる。

金属薄板は、４分周対称ではなく、２分周対称の回転対称の形態にすることができる。この構成により、開口した空所と閉塞した空所を周方向に交互に設けることができる。こうすることで、軸線方向に順次隣接する２個の金属薄板を、一様にまたは位相角度の１／２である９０゜ずつ交互にずらして、重ね合わせることができる。

好適には、薄板積層体の、軸線方向に順次隣接する２個の金属ディスクは、位相角度の１／２ずつ、一様に周方向にずらす。こうすることで、内部孔に開口する空所は、広域にわたり、それぞれ１個の開口する螺旋経路を構成し、この螺旋経路内に、合成樹脂が都合よく注入することができる。

金属薄板に、２個の開口した空所および２個の閉塞した空所を設ける。この構成により、４個の螺旋経路が、軸線方向に１個おきの空所に開口する構造となる。

好適には、金属ディスクに、全周にわたり位相角度の１／２ずつ、ずらして配置した打抜結束ポイントを設け、この打抜結束ポイントは、薄板の一方の側面では軸線方向に突起し、薄板の他方の側面では突起に適合して積層可能に軸線方向に窪ませる。この構成により、薄板積層体となるよう積層させた金属ディスクを正確に位相角度の１／２ずつ、ずらした形状ロック配置が達成される。

好適には、本発明永久磁石モータ製造方法において、第１ステップとして、順次互いにずらして積層させた金属薄板により、半径方向にずれており、軸線方向に延在する、永久磁石のための収容部を有する薄板積層体、およびロータ軸のための同軸状の内部孔を形成する。第２ステップとして、永久磁石を収容部内に、また、ロータ軸を内部孔内に挿入する。第３ステップにおいて、このように組み立てたロータを、注入成形型に挿入する。第４ステップにおいて、ロータ軸は、合成樹脂を注入成形し、この合成樹脂は、金属薄板の内部孔に開口する空所を経て、収容部内に侵入し、永久磁石を収容部内に材料填隙により固定する。

好適には、製造方法の第４ステップにおいて、合成樹脂は内部孔に開口する切欠きを経て、金属薄板の開口した空所に流入する。こうすることで、永久磁石を、軸線方向に均等に材料填隙により固定できる。

好適には、製造方法の第４ステップにおいて、注入成形型のブレード用キャビティによって、ロータの端面に、軸線方向に突出した、周方向に分布した合成樹脂製のファンブレードを成形する。こうすることで、ロータ通気ファンの個別の製造および組み立てを省くことができる。

このロータは、そのステータと共に、特に電動手持ち工具装置のためのブラシレス永久磁石モータの製造に使用することができる。

図１および図２に示す、図示しない電動手工具装置におけるブラシレス式の永久磁石モータ１は、ステータ２と、ロータ軸４に連結して回転軸線Ａの周りに回転可能なロータ３とを備え、このロータ３の両側の端面には、軸線方向に突出させ、円周方向に配列した通気ファンブレード５を形成する。

図３および図４に示すファンブレード５は合成樹脂Ｋにより形成し、この合成樹脂Ｋは、ロータ軸４、および軸線方向に延在しまた製造公差があり得る４個の永久磁石６の少なくとも一部分を包囲し、その結果、これら永久磁石６を、ロータ３の、軸線方向に積層させた金属薄板１０により構成する薄板積層体７の、軸線方向に延在する４個の収容部１６内に永続的に固定する。金属薄板１０には、ロータ軸４の半径方向外方を包囲する同軸状の内部孔９に開口する空所８ａ、および内部孔９から隔絶して閉塞する空所８ｂを、２個ずつ交互に、それぞれ対称的に円周方向に配列する。

図５に示す薄板積層体７は、軸線方向に金属薄板１０を積層させて構成し、これら金属薄板１０は、形状的に相互に嵌合する打抜結束ポイント１４により、軸線方向に交互に、向きをずらしながら結束する。この打抜結束ポイント１４は、薄板の一方の側面では軸線方向に突起し、薄板の他方の側面では突起に適合するように、軸線方向に窪んでいる。

図６に示す金属薄板１０は、位相角度φを９０°ではなく１８０°とした、回転対称の構成とする。したがって、金属ディスク１０は４分周回転対称ではなく、２分周回転対称となる。金属薄板１０に同軸状に形成した内部孔９に、ガイド部分１１を有するガイド輪郭１２を設け、ガイド部分１１は、ガイドフレーム１２における、同軸状のガイドサークルF上に位置する円弧形状とする。 金属薄板１０は、２個の開口空所８ａおよび２個の閉塞空所８ｂを備える。これら空所間には、内部孔９に開口する切欠き１３を円周方向に設け、これら切欠き１３はそれぞれ切欠き角度αにわたって延在し、切欠き角度αは、最大で、位相角度φの１／２である９０°より大きい１２０°とする。さらに、金属薄板１０は、ちょうど位相角度φの１／２ずつ向きをずらして配置した４個の打抜結束ポイント１４を備える。

図７には、交互に位相角度φの１／２である９０°ずつ向きをずらして軸線方向に隣接する２個の金属ディスク１０を示す。２個ずつ直径方向に対向する、内部孔９に対して開口する空所８ａ、および閉塞する空所８ｂは、軸線方向に、交互に重なり合って積層し、永久磁石６（図３参照）ための収容部１６を構成する。さらに、ロータ軸４（図３参照）のための４個のガイド輪郭１２を、周方向に分布させる。ガイド輪郭１２相互間において、切欠き１３は、軸線方向に延在する注入経路１５を構成し、この注入経路１５に対し、開口空所８ａが開口する。

本発明ブラシレス式の永久磁石モータ１を示す端面図である。 本発明永久磁石モータ１の側面図である。 図２に示す本発明永久磁石モータの、III −III線上の横断面図である。 図２に示す本発明永久磁石モータの、IV −IV線上の縦断面図である。 本発明永久磁石モータの薄板積層体の縦断面図である。 本発明永久磁石モータの金属薄板の平面図である。 本発明永久磁石モータの薄板積層体の詳細な部分的斜視図である。

符号の説明

１ 永久磁石モータ
２ ステータ
３ ロータ
４ ロータ軸
５ ファンブレード
６ 永久磁石
７ ディスク束
８ａ 第１空所
８ｂ 第２空所
９ 中穴
１０ 金属薄板
１１ ガイド部分
１２ ガイド輪郭
１３ 切欠き部
１４ 打抜結束ポイント
１５ 注入路
１６ 収容部
Ｆ ガイドサークル
φ 位相角度

Claims (10)

1. 回転軸線（Ａ）の周りに回転可能なロータ（３）を有する永久磁石モータであって、前記ロータ（３）には、複数の、軸線方向に延在する永久磁石（６）を回転対称となるように設け、これら永久磁石（６）は、軸線方向に積層させた金属薄板（１０）により構成する薄板積層体（７）の収容部（１６）に配置し、また、前記金属薄板（１０）には空所（８ａ，８ｂ）を備え、これらの空所（８ａ，８ｂ）は、前記薄板積層体（７）における前記収容部（１６）を構成するものとし、さらに、前記金属薄板（１０）は、それぞれ同軸状の内部孔（９）を備え、少なくとも１つの位相角度（φ）ずれた回転対称となるよう構成し、また、少なくとも２個の金属薄板（１０）を、前記位相角度（φ）の半分の角度ずらして配置した該永久磁石モータにおいて、それぞれの前記金属薄板（１０）に、少なくとも前記内部孔（９）に開口する第１空所（８ａ）および前記内部孔（９）から隔絶して閉塞する第２空所（８ｂ）を設けたことを特徴とする永久磁石モータ。
2. 前記金属薄板（１０）には、前記内部孔（９）において、同軸状のガイドサークル（Ｆ）上に位置する、またはこのガイドサークル（Ｆ）の半径方向外方に接触するガイド輪郭（１２）を有するガイド部分（１１）を設けた請求項１記載の永久磁石モータ。
3. 前記ガイド輪郭（１２）を、少なくとも部分的な円弧を有する構成とした請求項２記載の永久磁石モータ。
4. 前記金属薄板（１０）において、前記空所（８ａ，８ｂ）相互間に、前記内部孔（９）に開口する切欠き（１３）を周方向に配置し、これら切欠き（１３）は、それぞれ切欠き角度（α）にわたって延在し、この切欠き角度（α）は、位相角度（φ）の１／２よりも大きいものとした請求項１〜３のうちいずれか１項に記載の永久磁石モータ。
5. 前記薄板積層体（７）において、軸線方向に順次隣接する２個の前記金属薄板（１０）を、最大で前記位相角度（φ）の１／２ずつ交互にずらして配置した請求項１〜４のうちいずれか１項に記載の永久磁石モータ。
6. 前記金属薄板（１０）は、偶数分周ではなく、奇数分周の回転対称形態にした請求項１〜５のうちいずれか１項に記載の永久磁石モータ。
7. 前記金属薄板（１０）は、４分周対称ではなく、２分周対称の回転対称形状にした請求項１〜６のうちいずれか１項に記載の永久磁石モータ。
8. 前記薄板積層体（７）において、軸線方向に順次隣接する２個の前記金属薄板（１０）を、前記位相角度（φ）の１／２ずつ、同様に周方向にずらして配列した請求項１〜７のうちいずれか１項に記載の永久磁石モータ。
9. 前記金属薄板（１０）に、２個の開口する空所（８ａ）および２個の閉塞する空所（８ｂ）を設けた請求項１〜８のうちいずれか１項に記載の永久磁石モータ。
10. 前記金属薄板（１０）に、全周にわたり前記位相角度（φ）の１／２ずつ、ずらして配置した打抜結束ポイント（１４）を設け、この打抜結束ポイント（１４）は、薄板の一方の側面では軸線方向に突起し、薄板の他方の側面では突起に適合して積層可能に軸線方向に窪ませた請求項１〜９のうちいずれか１項に記載の永久磁石モータ。

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