JP2009177957A - 永久磁石界磁型モータ - Google Patents

Abstract

【課題】
永久磁石界磁型モータの回転子において、回転子の構成部品である永久磁石のスラスト方向の固定を容易に行なう永久磁石界磁型モータを提供する。
【解決手段】永久磁石界磁型モータは、ハウジング５と、ハウジング５の内周に固定された固定子４と、固定子４の内周側に２個の軸受２，３により両端を支持されると共に、出力軸に固定されたヨーク１０と、ヨーク１０に保持される永久磁石９とを有する回転子１とを有する。一方の軸受２と永久磁石９の一方の端部との間にコイルバネ１２を備える。
【選択図】図１

Description

本発明は、永久磁石界磁形モータに係り、特に、永久磁石の固定に好適な永久磁石界磁形モータに関する。

従来の永久磁石界磁形モータにおいては、平板形状永久磁石の上端部と筐体の間に非磁性体からなる板ばねを介在させることにより、固定するものが知られている（例えば、特許文献１参照）。

また、その他の永久磁石固定方法としては、永久磁石と回転子のヨークの隙間に接着剤を塗布し接着力により永久磁石を固定するものも知られている。

特開平９−１８２３３４号公報

しかし、特許文献１記載のものでは、永久磁石の上端部と筐体の間に板ばねを介在させるため、出力軸の両端に軸受を設けることが困難となり、複雑な形状となるという問題があった。

また、接着剤を用いた永久磁石の固定方法では、永久磁石がリング形状をしている場合、永久磁石とヨークの線膨張係数の差により、永久磁石に内圧が掛かり不具合を起こす問題がある。特に、永久磁石界磁形モータを自動車用のモータ，例えば、電動油圧ポンプの駆動力源などとして用いる場合、求められる使用温度範囲が広い（例えば、−４０℃〜＋１５０℃）ものである。線膨張係数は、永久磁石に比べてヨークが大きく、高温になるとヨークの膨張による内圧で、永久磁石に割れ等が生じる恐れがある。また、低温時には、ヨークが収縮し、永久磁石との隙間が大きくなることにより、接着剤の剥がれの問題も生じる。したがって、永久磁石とヨークの隙間の設定が複雑となり、使用可能な温度範囲を大きく設定ことが困難である。

本発明の目的は、簡単な構造で軸受を設置できると共に、使用可能な温度範囲の広い永久磁石界磁形モータを提供することにある。

（１）上記目的を達成するために、本発明は、ハウジングと、該ハウジングの内周に固定された固定子と、該固定子の内周側に２個の軸受により両端を支持されると共に、出力軸に固定されたヨークと、該ヨークに保持される永久磁石とを有する回転子とを有する永久磁石界磁形モータであって、前記２個の軸受の一方と前記永久磁石の一方の端部との間に介在するコイルバネを備えるようにしたものである。
かかる構成により、簡単な構造で軸受を設置できると共に、使用可能な温度範囲を広くできるものとなる。

（２）上記（１）において、好ましくは、前記コイルバネは、前記一方の端部の軸受の内輪を押圧するようにしたものである。

（３）上記（２）において、好ましくは、前記２個の軸受の一方と前記コイルバネの間に配置され、前記コイルバネのバネ力を前記一方の端部の軸受の内輪に伝達するか、若しくは、前記永久磁石の一方の端部と前記コイルバネとの間に配置され、前記コイルバネのバネ力を前記永久磁石の端部に伝達するプレートを備えるようにしたものである。

（４）上記（２）において、好ましくは、前記コイルバネは、一方の端部の径が前記一方の端部の軸受の内輪に合わせて設定され、他方の端部の径が前記永久磁石の端部に合わせて設定された渦巻き状のバネである。

（５）上記（１）において、好ましくは、前記永久磁石は、前記ヨークの外周に配置された表面磁石であり、前記ヨークは、その端部に、その中央部よりも外径の大きな鍔部を備えるようにしたものである。

（６）上記（１）において、好ましくは、前記永久磁石は、前記ヨークの有底の穴に挿入された埋込磁石である。

（７）上記（１）において、好ましくは、前記コイルバネ１２の圧縮荷重Ｆは、Ｆ≧Ｍ×Ｎｇ（ここで、Ｍ：回転子質量、Ｎｇ：加振力）を満足するように設定されているものである。

以下、図１〜図５を用いて、本発明の第１の実施形態による永久磁石界磁形モータの構成について説明する。
最初に、図１を用いて、本実施形態による永久磁石界磁形モータの構成について説明する。
図１は、本発明の第１の実施形態による永久磁石界磁形モータの構成を示す断面図である。

永久磁石界磁形モータは、回転子１と、固定子４と、ハウジング５と、フランジ６とを備えている。

固定子４は、電機子鉄心７と、電機子鉄心７に巻回された界磁用コイル８とを有している。電機子鉄心７は、ハウジング５の内周に固定されている。ハウジング５は有底の円筒形状であり、その内部に、固定子４及び回転子１が収納される。ハウジング５の開口部には、フランジ６が固定される。界磁用コイル８は、電機子鉄心７の９個のスロットに集中巻で巻回されている。

回転子１は、出力軸１１に固定されたヨーク１０と、ヨーク１０の外周に配置された永久磁石９とを備えている。出力軸１１に一方は、軸受２によりフランジ６に支持され、他方は、軸受３によりハウジング５に支持されている。

永久磁石９のＮ極及びＳ極の総数は、８個であり、８極である。したがって、永久磁石界磁形モータは、８極９スロットのモータである。なお、６極９スロット，８極１２スロット，１０極１２スロット等としてもよいものである。

ヨーク１０は、円筒形状であるとともに、その一方の端部に、中央部よりも外径の大きな鍔部１０ａを有する。永久磁石９は、リング状であるとともに、ヨーク１０の外周に配置される。永久磁石９の片側端面９ａは、ヨーク１０の鍔部１０ａに接触させることにより、スラスト方向の片側の位置が決定する。

また、軸受２と永久磁石９との間には、圧縮させたコイルバネ１２を配置している。ここで、コイルバネ１２の一方の端部１２ａは、軸受２の内輪端部２ａを押圧している。この構成により、軸受２の内部隙間をなくして、振動劣化を防止できる。コイルバネ１２の他方の端部１２ｂは、永久磁石９の反鍔側端部９ｂを押圧することにより、ヨーク１０反鍔側への永久磁石９の動きを規制している。

コイルバネ１２の圧縮荷重Ｆは、
Ｆ≧Ｍ×Ｎｇ
を満足するように設定されている。
ここで、Ｍは回転子質量であり、Ｎｇは加振力である。

コイルバネ１２を用いることで、永久磁石９をスラスト方向に固定するとともに、ラジアル方向にも固定している。

ヨーク１０の中央部の外径に対して、永久磁石９の内径は０．２〜０．３ｍｍ大きくしている。すなわち、ヨーク１０の外周と永久磁石９の内周の隙間は、０．１〜０．１５ｍｍとしている。このような隙間の設定とすることで、永久磁石界磁形モータを−４０℃〜＋１５０℃の温度範囲で使用しても、ヨーク１０が膨張しても、その内圧が永久磁石９に及ぶことを防止できる。

また、永久磁石９はコイルバネ１２により固定されているため、出力軸の両端に軸受を設けることも容易である。

なお、図示の例では、出力軸１１の反出力側（図示の右側）に、鍔部１０ａを設け、出力軸１１の出力側（図示の左側）において、軸受２と永久磁石９との間にコイルバネ１２を配置しているが、出力軸１１の出力側（図示の左側）に、鍔部を設け、出力軸１１の反出力側（図示の右側）において、軸受３と永久磁石９との間にコイルバネ１２を配置するようにしてもよいものである。

次に、図２を用いて、本実施形態による永久磁石界磁形モータの回転子１の構成について説明する。
図２は、本発明の第１の実施形態による永久磁石界磁形モータの回転子の構成を示す側面図である。なお、図１と同一符号は、同一部分を示している。

ヨーク１０の鍔部１０ａには、永久磁石９と接触する位置に、突起部１０ｂを設けている。また、永久磁石９の鍔部１０ａの側には、突起部１０ｂと係合する凹部９ｆを設けている。ヨーク１０の突起部１０ｂと、永久磁石９の凹部９ｆとが係合することで、永久磁石９がラジアル方向に回転することを防止できる。

なお、回転子１の回転数が低い場合（例えば、２０００ｒｐｍ）の場合には、回転子のラジアル方向の回転防止は、図１に示したコイルバネ１２により十分に計れるが、回転子１の回転数が高い場合（例えば、３０００ｒｐｍ）の場合には、突起部１０ｂと凹部９ｆとの係合により、永久磁石９のラジアル方向の回転を防止するようにした方がよいものである。

次に、図３を用いて、本実施形態による永久磁石界磁形モータにおけるコイルバネ１２による固定位置について説明する。
図３は、本発明の第１の実施形態による永久磁石界磁形モータにおけるコイルバネ１２による固定位置を示す正面図である。なお、図１と同一符号は、同一部分を示している。

図示の例では、永久磁石９は、前述のようにリング状である。そして、リング形状の永久磁石９がヨーク１０の表面に配置された表面磁石式の永久磁石である。

斜線の領域１２ｂは、コイルバネ１２の一方の端部による押圧面領域を示している。コイルバネ１２の一方の端部により永久磁石９を押圧でき、永久磁石９がヨーク１０の反鍔側へ移動することを規制できる。

次に、図４を用いて、本実施形態による永久磁石界磁形モータに用いる永久磁石の第２の構成について説明する。
図４は、本発明の第１の実施形態による永久磁石界磁形モータに用いる永久磁石の第２の構成を示す正面図である。なお、図１と同一符号は、同一部分を示している。

図示の例では、永久磁石９Ａは、直方体形状である。そして、直方体形状の永久磁石９Ａがヨーク１０の穴の内部に埋め込まれた埋め込み磁石式の永久磁石である。ヨーク１０の穴は、一方の端部が閉じている袋穴である。従って、ヨーク１０には、図１に示した鍔部１０ａはない構成である。永久磁石９Ａは、４個配置され、個々の永久磁石はＮ極とＳ極に着磁され、８極の磁石となっている。

斜線の領域１２ｂは、コイルバネ１２の一方の端部による押圧面領域を示している。コイルバネ１２の一方の端部により、直方体形状の永久磁石９Ａを押圧でき、永久磁石９Ａがヨーク１０の反鍔側へ移動することを規制できる。

次に、図５を用いて、本実施形態による永久磁石界磁形モータに用いる永久磁石の第３の構成について説明する。
図５は、本発明の第１の実施形態による永久磁石界磁形モータに用いる永久磁石の第３の構成を示す正面図である。なお、図１と同一符号は、同一部分を示している。

図示の例では、永久磁石９Ｂは、円弧状である。そして、８個の円弧状の永久磁石９Ｂがヨーク１０の表面に配置された表面磁石式の永久磁石である。永久磁石９Ｂの一方の端部は、図１に示した鍔部１０ａにより保持される。永久磁石９Ｂの外周には、非磁性体のカバー１５が配置され、永久磁石が飛散することを防止している。

斜線の領域１２ｂは、コイルバネ１２の一方の端部による押圧面領域を示している。コイルバネ１２の一方の端部により、円弧状の永久磁石９Ｂを押圧でき、永久磁石９Ｂがヨーク１０の反鍔側へ移動することを規制できる。

以上説明したように、本発明の一実施形態によれば、出力軸の両端に軸受を設けることが可能となる。また、コイルバネを軸受端部と反鍔側の永久磁石端部を押圧するように配置することにより、部品の追加や、接着剤の塗布を行なうことなく、反鍔側の永久磁石の動きを規制することが可能になる。

また、接着剤の厚み分の隙間を考慮することなく永久磁石と回転子のヨークの隙間を設定することが可能なため、線膨張係数差に伴う内圧上昇などによる不具合を解消でき、使用温度範囲を拡大することができる。

したがって、簡単な構造で軸受を設置できると共に、使用可能な温度範囲を広くすることができる。

次に、図６を用いて、本発明の第２の実施形態による永久磁石界磁形モータの構成について説明する。
図６は、本発明の第２の実施形態による永久磁石界磁形モータの構成を示す断面図である。なお、図１と同一符号は、同一部分を示している。

本実施形態では、軸受２の内輪と永久磁石９’の外径差が大きく異なる場合の例について説明する。

本例では、ヨーク１０’の外径が図１に示した例に比べて大きくなり、結果的に、永久磁石９’の外径も大きくなっている。従って、軸受２の内輪と永久磁石９’の径寸法差は大きく異なる。

この場合、コイルバネ１２’の径寸法を永久磁石９’の外径に合わせるように設定し、コイルバネ１２’と軸受２の間に軸受内輪押圧用のプレート１３を追加する。プレート１３は、コイルバネのバネ力を軸受２の内輪に伝達することにより、永久磁石９’の端部９ｂと軸受２の内輪端部２ａを押圧することができる。

本実施形態によっても、簡単な構造で軸受を設置できると共に、使用可能な温度範囲を広くすることができる。

次に、図７を用いて、本発明の第３の実施形態による永久磁石界磁形モータの構成について説明する。
図７は、本発明の第３の実施形態による永久磁石界磁形モータの構成を示す断面図である。なお、図１と同一符号は、同一部分を示している。

本実施形態では、図６と同様に、軸受２の内輪と永久磁石９’の外径差が大きく異なる場合の例について説明する。

本例では、ヨーク１０’の外径が図１に示した例に比べて大きくなり、結果的に、永久磁石９’の外径も大きくなっている。従って、軸受２の内輪と永久磁石９’の径寸法差は大きく異なる。

この場合は、渦巻き状のコイルバネ１２Ａを、コイルバネ１２Ａの軸受側端部の径１２Ａａを軸受２の内輪に合わせて設定し、コイルバネ１２Ａの永久磁石側端部の径１２Ａｂを永久磁石９’の径と合わせて設定することにより、軸受内輪端部２ａと永久磁石端部９ｂを同時に押圧できる。

本実施形態によっても、簡単な構造で軸受を設置できると共に、使用可能な温度範囲を広くすることができる。

次に、図８を用いて、本発明の第４の実施形態による永久磁石界磁形モータの構成について説明する。
図８は、本発明の第４の実施形態による永久磁石界磁形モータの構成を示す断面図である。なお、図１と同一符号は、同一部分を示している。

本実施形態では、軸受２の内輪と永久磁石９”の外径差がさらに大きく異なる場合の例について説明する。

本例では、ヨーク１０”の外径が図６に示した例に比べて大きくなり、結果的に、永久磁石９”の外径も大きくなっている。従って、軸受２の内輪と永久磁石９”の径寸法差は大きく異なる。

コイルバネ１２の径寸法を軸受２の内輪径に合わせて設定するとともに、コイルバネ１２と永久磁石９の間にプレート１３Ａを追加する。プレート１３Ａは、コイルバネのバネ力を永久磁石９に伝達することにより、永久磁石９”の端部９ｂと軸受２の内輪端部２ａを押圧することができる。

本実施形態によっても、簡単な構造で軸受を設置できると共に、使用可能な温度範囲を広くすることができる。

本発明の第１の実施形態による永久磁石界磁形モータの構成を示す断面図である。 本発明の第１の実施形態による永久磁石界磁形モータの回転子の構成を示す側面図である。 本発明の第１の実施形態による永久磁石界磁形モータにおけるコイルバネ１２による固定位置を示す正面図である。 本発明の第１の実施形態による永久磁石界磁形モータに用いる永久磁石の第２の構成を示す正面図である。 本発明の第１の実施形態による永久磁石界磁形モータに用いる永久磁石の第３の構成を示す正面図である。 本発明の第２の実施形態による永久磁石界磁形モータの構成を示す断面図である。 本発明の第３の実施形態による永久磁石界磁形モータの構成を示す断面図である。 本発明の第４の実施形態による永久磁石界磁形モータの構成を示す断面図である。

符号の説明

１…回転子
２、３…軸受
４…固定子
５…ハウジング
６…フランジ
７…電機子鉄心
８…界磁用コイル
９…永久磁石
１０…ヨーク
１１…出力軸
１２…コイルバネ
１３…プレート
１５…非磁性体のカバー

Claims (7)

1. ハウジングと、該ハウジングの内周に固定された固定子と、該固定子の内周側に２個の軸受により両端を支持されると共に、出力軸に固定されたヨークと、該ヨークに保持される永久磁石とを有する回転子とを有する永久磁石界磁形モータであって、
   前記２個の軸受の一方と前記永久磁石の一方の端部との間に介在するコイルバネを備えることを特徴とする永久磁石界磁形モータ。
2. 請求項１の永久磁石界磁形モータにおいて、
   前記コイルバネは、前記一方の端部の軸受の内輪を押圧することを特徴とする永久磁石界磁型モータ。
3. 請求項２の永久磁石界磁形モータにおいて、
   前記２個の軸受の一方と前記コイルバネの間に配置され、前記コイルバネのバネ力を前記一方の端部の軸受の内輪に伝達するか、若しくは、前記永久磁石の一方の端部と前記コイルバネとの間に配置され、前記コイルバネのバネ力を前記永久磁石の端部に伝達するプレートを備えることを特徴とする永久磁石界磁形モータ。
4. 請求項２の永久磁石界磁形モータにおいて、
   前記コイルバネは、一方の端部の径が前記一方の端部の軸受の内輪に合わせて設定され、他方の端部の径が前記永久磁石の端部に合わせて設定された渦巻き状のバネであることを特徴とする永久磁石界磁形モータ。
5. 請求項１の永久磁石界磁形モータにおいて、
   前記永久磁石は、前記ヨークの外周に配置された表面磁石であり、
   前記ヨークは、その端部に、その中央部よりも外径の大きな鍔部を備えることを特徴とする永久磁石界磁形モータ。
6. 請求項１の永久磁石界磁形モータにおいて、
   前記永久磁石は、前記ヨークの有底の穴に挿入された埋込磁石であることを特徴とする永久磁石界磁形モータ。
7. 請求項１の永久磁石界磁形モータにおいて、
   前記コイルバネ１２の圧縮荷重Ｆは、Ｆ≧Ｍ×Ｎｇ（ここで、Ｍ：回転子質量、Ｎｇ：加振力）を満足するように設定されていることを特徴とする永久磁石界磁型モータ。

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