JP2009207293A

JP2009207293A - モータ回転子、およびモータ

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Publication number: JP2009207293A
Application number: JP2008047715A
Authority: JP
Inventors: Takuro Hirai; 拓朗平井
Original assignee: Nidec Shibaura Corp
Current assignee: Nidec Shibaura Corp
Priority date: 2008-02-28
Filing date: 2008-02-28
Publication date: 2009-09-10
Anticipated expiration: 2028-02-28
Also published as: JP5256778B2

Abstract

【課題】モータ回転子の強度の向上や、製造時の作業性の向上を図る。
【解決手段】回転子コア１１は、複数のコアセグメント１２が分割部１２ａで略円環状に連結されて構成されている。分割部１２ａには、先端部が台形状に膨らんだ凸部１２ｅと、奥部が台形状に広がった凹部１２ｆとが連結した連結構造が形成され、各コアセグメント１２は、互いに円周方向および半径方向の相対移動が規制されている。
【選択図】図１

Description

本発明は、マグネットを有するモータ回転子、およびそのようなモータ回転子を備えたモータに関するものである。

通常、モータは、モータ固定子とモータ回転子とを有し、そのモータ固定子から発生する回転磁束に応じて、モータ回転子に設けられたマグネットの磁束が磁気的に作用することによって吸引及び反発を繰り返し、モータ回転子が回転する。そのマグネットを有するモータ回転子は、例えば、母材となる鋼板から所定の形状に打ち抜かれた鋼板が積層されて成る円環形状の回転子コアにマグネットが保持されて構成されている。また、その母材の鋼板に対して回転子コアとして利用できる鋼板の利用率を高めることなどを目的として、回転子コアを円周方向に複数に分割した単位コアを複数組み合わせる技術が知られている（例えば、特許文献１〜３参照。）。
特開２００６−１５８０９２号公報特開２００３−９４７７号公報特開２００４−８８９０８号公報

しかしながら、上記のように複数に分割した単位コアを組み合わせて回転子コアを構成する場合、回転時などにモータ回転子に作用する遠心力によって、この回転子コアが分解したりしないように樹脂モールドや接着剤などによって強固に一体化する必要があるが、モータ回転子の強度を高めることが必ずしも容易ではない。また、製造工程においても、各単位コアを円環状に配置するために位置決めプレートによって位置決め、固定したりする必要があり、作業性を向上させることが困難であった。

ここで、例えば特許文献２には、単位コアどうしが互いに半径方向の相対移動を生じないようにする係合構造が開示されているが、それは単なる位置決めの役割しか果たさず、回転子コアが分解するのを抑制し得るようにはなっていない。すなわち、モータ回転子が回転する際に、ある単位コアに作用する遠心力は、その単位コアに対しては半径方向の力となるが、例えば回転子コア全体を２分するような場合を考えると、単位コアどうしを引き離すように円周方向の力が作用することになる。また、モータ回転子の製造時には、単位コアどうしを組み合わせた回転子コアに対して、搬送中の偶発的な力やモールド成型時の成形圧など、円周方向を含む種々の方向の力が作用する。したがって、単に半径方向の相対移動を生じないようにする特許文献２のような係合構造は、遠心力や製造時に作用する力に抗するものではなかった。

本発明は、上記の点に鑑み、従来は遠心力や製造時に作用する力に抗するという観点での注意が払われなかった回転子コアの連結部に工夫を加えることにより、モータ回転子の強度の向上や、製造時の作業性の向上を図ることを目的としている。

上記の課題を解決するため、請求項１の発明は、
回転中心軸を有し、磁性体金属板が積層されて成る該回転中心軸に対して回転対称である略円環形状の回転子コアと、
上記回転子コアに保持されるマグネットと、
を有するモータ回転子であって、
上記回転子コアは、上記略円環形状の少なくとも１箇所に、上記回転子コアが上記回転中心軸に対する円周方向に分割された分割部を有し、
上記分割部は、分割されたそれぞれの端部どうしを連結するとともに上記端部どうしの円周方向および半径方向の相対移動を規制する連結構造を有することを特徴とする。

これにより、例えば回転子コアに遠心力やモールド時の成形圧等が作用しても、連結部では円周方向および半径方向の相対移動が規制されているので、モータ回転子は分解しにくくなる。また、例えば製造時に連結関係を保ったままで搬送することなどが容易になる。

また、請求項２の発明は、
請求項１のモータ回転子であって、
上記連結構造は、上記両端部の一方端部から他方端部に延びる凸部と、上記他方端部から上記一方端部とは反対方向に窪む凹部を有し、該凹部と上記凸部とが噛み合うことにより形成されていることを特徴とする。

また、請求項３の発明は、
請求項２のモータ回転子であって、
上記凸部と上記凹部とは、上記回転中心軸に垂直な平面で切った断面形状が略台形形状に形成されていることを特徴とする。

また、請求項４の発明は、
請求項１のモータ回転子であって、
上記連結構造は、所定の遊びを有することを特徴とする。

また、請求項５の発明は、
請求項１のモータ回転子であって、
上記連結構造による連結は、リジッドであることを特徴とする。

また、請求項６の発明は、
請求項１のモータ回転子であって、
上記回転子コアは、円周方向に分割された複数の単位コアが連結されて構成され、
単位コアどうしの各分割部が、それぞれ上記連結構造を有することを特徴とする。

また、請求項７の発明は、
請求項６のモータ回転子であって、
互いに隣り合う２つの単位コアの間に１つのマグネットが保持され、
上記分割部は、マグネットに対して外周側および内周側の少なくとも一方側に形成されていることを特徴とする。

また、請求項８の発明は、
請求項６のモータ回転子であって、
１つの単位コアに１つ以上のマグネットが保持され、
互いに隣り合う２つの単位コアどうしが連結されていることを特徴とする。

また、請求項９の発明は、
請求項１のモータ回転子であって、
上記回転子コアは、展開形状に形成されたコア部材が略円環形状に曲げられて構成され、上記コア部材の端部どうしが、上記連結構造によって連結されていることを特徴とする。

また、請求項１０の発明は、
請求項１から請求項９のうち何れか１項のモータ回転子であって、
上記回転子コア、およびマグネットが樹脂によってモールドされていることを特徴とする。

また、請求項１１の発明は、
請求項１から請求項９のうち何れか１項のモータ回転子であって、
上記回転子コアとマグネットとが、上記回転子コアの回転中心軸に平行な方向の両側にそれぞれ配置された固定部材によって一体的に固定されていることを特徴とする。

また、請求項１２の発明は、
モータであって、
請求項１から請求項１１のうち何れか１項のモータ回転子と、
上記モータ回転子の外周側、内周側、または回転中心軸方向側の何れかに設けられた固定子とを有することを特徴とする。

本発明のモータ回転子およびモータによれば、モータ回転子の強度の向上や、製造時の作業性の向上を容易に図ることができる。

本発明の実施形態に係るモータの回転子１０は、図１、図２に示すように、回転子コア１１と、上記回転子コア１１に保持されたマグネット２１とが、熱硬化性または熱可塑性のモールド樹脂３１によりモールドされて構成されている。回転子１０の中心部には、金属からなる円柱状の回転軸４１がそのモールド樹脂３１に一体的に固定されている。この回転子１０は、後述する図６に示すインナーロータ型のモータに適用され、回転軸４１の中心に定義される回転中心軸Ｃの周りに回転する。

上記回転子コア１１は、図３に示すように、複数のコアセグメント１２（単位コアに相当）が分割部１２ａで連結されて、回転中心軸Ｃに対して回転対称となる略円環形状に形成されている。より詳しくは、各コアセグメント１２は、二等辺三角形状の本体部１２ｂと、上記本体部１２ｂの内周側に設けられた円弧部１２ｃとを有している。上記円弧部１２ｃの円周方向の両端側には、それぞれ、図４に示すように先端部が回転中心軸Ｃに垂直な平面で切った断面形状が台形形状に膨らんだ凸部１２ｅと、奥部が同様の断面形状が台形形状に広がった凹部１２ｆとが形成され、互いに隣り合うコアセグメント１２のそれぞれの端部である凸部１２ｅと凹部１２ｆとが噛み合っている。つまり、回転子コア１１は、略円環形状の２０箇所において、回転中心軸Ｃに対する円周方向に分割された分割部を有している。分割部１２ａに採用したこのような連結構造により、各コアセグメント１２は、互いに円周方向および半径方向の相対移動が規制されている。上記のようなコアセグメント１２は、例えば図５に示すように母材となる帯状の鋼板１３から打ち抜かれた鋼板片１４が積層され、かしめ部１２ｄでかしめられたり溶接されたりして一体化されて作製される。そして、隣り合うコアセグメント１２どうしは、一方の凸部１２ｅを他方の凹部１２ｆの上方又は下方に位置付け、互いが回転軸４に平行かつ接近する方向に移動することで、その連結構造が形成される。ここで、略円環形状の語は、環状に閉じた形状であることを意味し、例えば多角形状や凹凸のある環状などを含む。

マグネット２１は、平坦な板状であって、図１に示すように平面視の一方の長辺に対するＮ極、他方の長辺にＳ極が位置するように着磁されている。このマグネット２１は、隣り合うコアセグメント１２の間の空隙１２ｇに、隣り合うマグネット２１のＮ極どうし及びＳ極どうしがそれぞれ対向するように挿入されている。コアセグメント１２の円弧部１２ｃには、上記空隙１２ｇ側に突出する突起１２ｆ１が設けられている。この突起１２ｆ１は、マグネット２１に点接触することで空隙１２ｆ１での位置決めとして機能するが、さらにマグネット２１と円弧部１２ｃとの間に隙間を形成することで磁気抵抗を大きくし、マグネット２１の半径方向内側に磁束が分布しにくくすることで、固定子５１へ作用する磁気効率を高められる。また、各マグネット２１を挿入するだけでは、隣り合うマグネット２１は同極が対向するため、磁気的に反発し合ってこの空隙から抜け出す虞があるが、モールド樹脂３１によりモールドされることによって、上記空隙から抜け出さないように保持されている。なお、必ずしもモールドによって固定されるのに限らず、例えば回転軸４１に平行な方向の両側に固定板を設け、これら両固定板によって回転子コア１１およびマグネット２１を挟み込み、上記固定板をボルトやかしめ部材等によって締結するなどしてもよい。ここで、図１のマグネット２１におけるハッチング部分は、マグネット２１に極性を判別するために付されたマーク２１ａを示している。

上記のように構成された回転子１０は、例えば図６に示すように、固定子５１と組み合わされることによってインナーロータ型のモータが構成される。より詳しくは、回転子１０の回転軸４１は、ケーシング５２，５３に設けられた軸受５４，５５に回転自在に支持される一方、固定子５１はケーシング５２に固定されている。回転子１０に生じる動力は、フランジ５６を介して取り出されるようになっている。ここで、インナーロータ型のモータとは、回転子１０が固定子５１よりも回転中心側で回転するタイプのモータをいう。

上記のように、回転子コア１１が複数のコアセグメント１２に分割されてなる構成とすることにより、鋼板１３から鋼板片１４として利用する鋼板の利用率を高くできる（ここでの利用率とは、所定の鋼板１３から打ち抜いた鋼板片１４の枚数が多ければ多い程利用率が高いとみる。）。しかも、隣り合うコアセグメント１２どうしが、互いに円周方向および半径方向の相対移動を規制する連結構造によって連結されることにより、遠心力やモールド時の成形圧等が作用しても、回転子１０が分解しにくくなる。それゆえ、回転子１０の強度を高めることおよび／または、コアセグメント１２が分解しないために必要となる補強構造（例えば、モールド）が省略又は簡略化でき、モールド樹脂３１を薄肉にしたりモールド面積を低減したりしてモールド構造を簡素化することなどができる。また、製造時に、各コアセグメント１２を略円環状に位置決めして配置するのに、コアセグメント１２どうしを連結して分割部１２ａを構成することで位置決めされるので、例えば位置決めプレートを用いないようにすることもでき、その場合でもコアセグメント１２どうしの連結関係が保たれるので、組み付け作業や搬送が容易になり、作業性の向上を図ることもできる。この作業性の向上に関する作用効果は、この連結構造を、固定子５１のコアに分割構造を採用したものに適用することでも得られる。

ここで、上記分割部１２ａの連結構造は、円周方向及び半径方向の連結が容易に外れない範囲で遊び（すきま）を有するように構成してもよいし、リジッドに（しめしろを有し、または密接する関係になるように、すなわち回転軸４１に平行な方向を含めて相対移動が全くないか、あっても許容される十分小さい範囲になるように）構成してもよい。すなわち、遊びを有する場合には、コアセグメント１２の寸法精度をラフにしたり、組み付け作業をより容易にしたりできるとともに、遠心力等に対する強度をある程度向上させることなどもできる。なお、上記のように遊びを有する場合でも、コアセグメント１２どうしの相対位置精度は、リジッドに構成する場合に比べて幾分低下するが、その低下分を吸収する必要がある時には、例えばモールド時にコアセグメント１２をモールド金型にセットすることなどで確保することができる。一方、リジッドに構成する場合には、強度をより向上させることができ、したがって、モールド構造などを簡素化したり省いたりすることなどもできる。

なお、連結構造の形状は、上記のような台形状の凸部１２ｅと凹部１２ｆに限らず、互いの先端どうしが円周方向および半径方向に係合するように曲がった鉤状などでもよく、円周方向および半径方向の相対移動を規制し得る形状であればよい。

また、連結構造は、上記のようにマグネット２１の内周側に設けるのに限らず、例えば図７に示すようにマグネット２１の外周側に設けてもよいし、また、内周側と外周側と双方に設けてもよい。ただし、一般に、インナーロータ型の場合には、連結構造にある程度の肉厚を必要とするため、連結構造をマグネット２１の内周側に設ける方が、マグネット２１と固定子５１とを近接させて磁気効率を高めやすい点で好ましい。

また、隣り合うコアセグメント１２どうしの間にマグネット２１を保持させるのに限らず、例えば図８に示すように、各コアセグメント１２内に空隙１２ｇ（または孔）を形成し、その中に保持させるようにしてもよい。

また、同図に示すように、分割部１２ａが回転子コア１１の半径方向にある程度の長さを有している場合には連結構造は分割部１２ａにおける内周側と外周側との中間付近に設けてもよいし、また、内周側と外周側との双方など複数箇所に設けてもよい。

また、各コアセグメント１２内に複数の空隙や孔を形成して、１つのコアセグメント１２に複数のマグネット２１を保持させるようにしてもよい。さらに、各コアセグメント１２内の空隙等にマグネット２１を保持させるとともに、互いに隣り合うコアセグメント１２の間にも保持させるようにしてもよい。また、これらのことは、別の観点ではマグネット２１の数と回転子コア１１の分割部１２ａの個数とは一致させなくてもよいことを意味する。すなわち、マグネット２１の数に係わらず、回転子コア１１が２つ以上に分割されれば分割部１２ａも２箇所以上生じることになるので、各分割部１２ａに上記のような連結構造を設けて強度や作業性の向上を図ることができる。ただし、一般には、分割数が多い方が、鋼板の利用率を高めやすい。

さらに、回転子コアを複数に分割したコアセグメントによって構成するのに限らず、図１４に示すように、コアセグメントどうしが折り曲げ可能につながった直線状の展開形状に形成したコア部材１２Ａを略円環形状に曲げて構成し、上記コア部材１２Ａの両端の凹部１２ｆと凸部１２ｅとを連結して、上記のような連結構造を設けるようにしてもよい。この構成では、分割部１２ａは１箇所となる。

また、上記のような連結構造を設ける手法は、インナーロータ型の回転子１０に限らず、図９、図１０に示すように固定子５１が回転子１０よりも回転中心側に配置されるアウターロータ型の回転子１０や、図１１、図１２に示すように固定子５１が回転子１０の側方（回転軸に平行な方向側）に配置される面対向ロータ型の回転子１０にも同様に適用できる。

また、図１、図２に示したように回転軸４１が一体的に設けられるのに限らず、図１３に示すようにハブ６１が設けられるなどしてもよい。

また、マグネットの形状も上記に限るものではなく、例えば放射方向の長さよりも円周方向の長さの方が長いマグネットが用いられるなどしてもよい。

本発明の実施形態に係る回転子１０の構成を示す部分断面正面図である。図１のＡ−Ｏ−Ａ断面図である。回転子１０における回転子コア１１の構成を示す正面図である。分割部１２ａの詳細な構成を示す部分拡大図である。鋼板１３の打ち抜きパターンの例を示す平面図である。回転子１０を用いたモータの構成を示す縦断面図である。変形例の回転子コア１１の構成を示す正面図である。他の変形例の回転子コア１１の構成を示す正面図である。さらに他の変形例の回転子コア１１の構成を示す正面図である。同変形例の回転子１０の構成を示す縦断面図である。またさらに他の変形例の回転子コア１１の構成を示す正面図である。同変形例の回転子１０の構成を示す縦断面図である。さらに別の変形例の回転子１０の構成を示す縦断面図である。またさらに別の変形例のコア部材１２Ａの構成を示す平面図である。

符号の説明

１０回転子
１１回転子コア
１２コアセグメント
１２Ａコア部材
１２ａ分割部
１２ｂ本体部
１２ｃ円弧部
１２ｄかしめ部
１２ｅ凸部
１２ｆ凹部
１２ｆ１突起
１２ｇ空隙
１３鋼板
１４鋼板片
２１マグネット
２１ａマーク
３１モールド樹脂
４１回転軸
５１固定子
５２，５３ケーシング
５４，５５軸受
５６フランジ
６１ハブ

Claims

回転中心軸を有し、磁性体金属板が積層されて成る該回転中心軸に対して回転対称である略円環形状の回転子コアと、
上記回転子コアに保持されるマグネットと、
を有するモータ回転子であって、
上記回転子コアは、上記略円環形状の少なくとも１箇所に、上記回転子コアが上記回転中心軸に対する円周方向に分割された分割部を有し、
上記分割部は、分割されたそれぞれの端部どうしを連結するとともに上記端部どうしの円周方向および半径方向の相対移動を規制する連結構造を有することを特徴とするモータ回転子。
請求項１のモータ回転子であって、
上記連結構造は、上記両端部の一方端部から他方端部に延びる凸部と、上記他方端部から上記一方端部とは反対方向に窪む凹部を有し、該凹部と上記凸部とが噛み合うことにより形成されていることを特徴とするモータ回転子。
請求項２のモータ回転子であって、
上記凸部と上記凹部とは、上記回転中心軸に垂直な平面で切った断面形状が略台形形状に形成されていることを特徴とするモータ回転子。
請求項１のモータ回転子であって、
上記連結構造は、所定の遊びを有することを特徴とするモータ回転子。
請求項１のモータ回転子であって、
上記連結構造による連結は、リジッドであることを特徴とするモータ回転子。
請求項１のモータ回転子であって、
上記回転子コアは、円周方向に分割された複数の単位コアが連結されて構成され、
単位コアどうしの各分割部が、それぞれ上記連結構造を有することを特徴とするモータ回転子。
請求項６のモータ回転子であって、
互いに隣り合う２つの単位コアの間に１つのマグネットが保持され、
上記分割部は、マグネットに対して外周側および内周側の少なくとも一方側に形成されていることを特徴とするモータ回転子。
請求項６のモータ回転子であって、
１つの単位コアに１つ以上のマグネットが保持され、
互いに隣り合う２つの単位コアどうしが連結されていることを特徴とするモータ回転子。
請求項１のモータ回転子であって、
上記回転子コアは、展開形状に形成されたコア部材が略円環形状に曲げられて構成され、上記コア部材の端部どうしが、上記連結構造によって連結されていることを特徴とするモータ回転子。
請求項１から請求項９のうち何れか１項のモータ回転子であって、
上記回転子コア、およびマグネットが樹脂によってモールドされていることを特徴とするモータ回転子。
請求項１から請求項９のうち何れか１項のモータ回転子であって、
上記回転子コアとマグネットとが、上記回転子コアの回転中心軸に平行な方向の両側にそれぞれ配置された固定部材によって一体的に固定されていることを特徴とするモータ回転子。
請求項１から請求項１１のうち何れか１項のモータ回転子と、
上記モータ回転子の外周側、内周側、または回転中心軸方向側の何れかに設けられた固定子とを有することを特徴とするモータ。