JP2009225607A - 永久磁石回転子とその製造方法 - Google Patents

Abstract

【課題】永久磁石回転子の製造コストを低減し、機能不良やコギングを防止する。
【解決手段】永久磁石回転子１は、磁性材製のコア２の外周上で回転方向に沿って間隔をおいて並列する複数の永久磁石３と、コア２に取り付けられる弾性を有する保持器４を備える。保持器４は、コア２の外周上で回転方向に沿って間隔をおいて並列する複数の保持部４ａを有する。永久磁石３それぞれは隣り合う保持部４ａの間それぞれに配置される。隣り合う自然状態の保持部４ａの回転方向に沿った間隔は、永久磁石３の回転方向に沿った寸法よりも小さくされる。保持部４ａの弾性変形により作用する弾力により、永久磁石３は隣り合う保持部４ａにより挟み込まれる。
【選択図】図１

Description

本発明は、モータや発電機に用いられる永久磁石回転子とその製造方法に関する。

従来、磁性材製のコアと、そのコアの外周上で回転方向に沿って間隔をおいて並列する複数の永久磁石を有する永久磁石回転子においては、各永久磁石はコアの外周に接着剤を介して接着されていた（特許文献１参照）。
特開２００１−２１８４０３号公報

しかし、永久磁石をコアに接着剤を介して接着する場合、接着剤を塗布する手間が必要であるため組付コストが増大し、接着不良により永久磁石がコアから脱落して機能不良を生じるおそれがあり、また、着磁前の永久磁石のコア上での位置決めを精度良く行なうのが困難でコギングの原因になる。本発明は、そのような問題を解決することのできる永久磁石回転子とその製造方法を提供することを目的とする。

本発明は、磁性材製のコアと、前記コアの外周上で回転方向に沿って間隔をおいて並列する複数の永久磁石を有する永久磁石回転子であって、前記コアに取り付けられる弾性を有する保持器を備え、前記保持器は、前記コアの外周上で回転方向に沿って間隔をおいて並列する複数の保持部を有し、前記永久磁石それぞれは隣り合う前記保持部の間それぞれに配置され、前記保持部が回転方向に弾性変形するように、隣り合う自然状態の前記保持部の回転方向に沿った間隔は、前記永久磁石の回転方向に沿った寸法よりも小さくされ、前記保持部の弾性変形により作用する弾力により、前記永久磁石は隣り合う前記保持部により挟み込まれる。
本発明の永久磁石回転子によれば、コアに取り付けられる保持器の各保持部の弾性変形により作用する弾力により、隣り合う保持部により永久磁石を挟み込むことができる。これにより、永久磁石を接着剤を用いることなくコアに固定できるので、接着剤を塗布する手間が不要になり、永久磁石がコアから剥離するのを防止でき、着磁前の永久磁石のコア上での位置決め精度を向上できる。
本発明の永久磁石回転子の製造方法は、成形型内に前記コアを挿入した状態で前記保持器を型成形する工程と、着磁前の前記永久磁石を隣り合う前記保持部の間に回転軸方向から圧入する工程と、隣り合う前記保持部の間に配置された着磁前の前記永久磁石を着磁する工程とを備える。これにより本発明の永久磁石回転子を製造でき、また、永久磁石は回転軸方向から保持部の間に圧入するだけでよいので組み付けを容易に自動化できる。

前記コアは、前記永久磁石の数と同数の稜線を有する角柱形状に成形され、前記保持部それぞれは、前記コアの外周における稜線それぞれを挟む側面との接合面を有し、前記保持器は、前記コアの一端側に接合する第１環状部と、前記コアの他端側に接合する第２環状部とを有し、前記保持部それぞれの一端側は前記第１環状部に一体化され、前記保持部それぞれの他端側は前記第２環状部に一体化されているのが好ましい。これにより、コアに対する保持器の相対回転を保持部の接合面とコアの稜線を挟む外周側面との接合により防止し、コアに対する保持器の軸方向相対変位をコアと各環状部との接合により防止することで、永久磁石のコアに対する変位を確実に防止できる。

前記保持部に、回転軸方向に沿って延びると共に径方向外方側において開口する溝が形成されているのが好ましい。これにより、各保持部は溝が形成されることで回転方向に弾性変形し易くなるので、保持器の破損を防止できる。

前記保持器は、前記保持部それぞれから回転方向両側に向かい突出すると共に、前記コアの外周に径方向の間隔をおいて対向する突出部を有し、前記突出部が径方向に弾性変形するように、自然状態の前記突出部と前記コアの外周との径方向に沿った間隔は、前記永久磁石の径方向に沿った寸法よりも小さくされ、前記突出部の弾性変形により作用する弾力により、前記永久磁石は前記コアの外周に押し付けられているのが好ましい。これにより、突出部の弾性変形により作用する弾力により永久磁石がコアの外周に押し付けられるので、遠心力や着磁時に一時的にコアからの離反方向に作用する磁力により永久磁石がコアから脱落するのを確実に防止できる。

前記保持器は、前記保持部それぞれから回転方向両側に向かい突出すると共に、前記永久磁石の一端側に接合する受け部を有するのが好ましい。これにより、各永久磁石の一端を保持器への組み付け時に受け部に当接させることで、着磁前の永久磁石の回転軸方向における位置決めを容易に行なうことができる。

本発明によれば、永久磁石回転子の製造コストを低減し、機能不良やコギングを防止できる。

図１に示す永久磁石回転子１は、例えば電動パワーステアリング装置における操舵補助力発生用モータの構成部品として用いられるもので、磁性材製のコア２と、コア２の外周上で回転方向に沿って間隔をおいて並列する複数の永久磁石３と、コア２に取り付けられる保持器４を備える。永久磁石３の数は本実施形態では１０とされているが特に限定されない。なお、回転方向は回転子１の回転軸を中心とする回転の方向である。

図２に示すように、コア２は永久磁石３の数と同数の稜線２ａを有する角柱形状に成形され、本実施形態では正１０角柱形状に成形され、中心に回転シャフト（図示省略）の挿入用通孔２ｂが設けられている。その回転シャフトの中心が回転子１の回転軸となる。コア２の成形方法は特に限定されず、例えば電磁鋼板を積層することで成形される。

永久磁石３の材質は特に限定されず例えばネオジウム磁石とされる。永久磁石３の形状も特に限定されない。図３に示すように、本実施形態の永久磁石３は６面体状とされ、長方形状の底面３ａと両側面３ｂ、長方形を湾曲させることで形成される凸曲面状の上面３ｃ、および両端面３ｄを有する。

図４Ａ〜図４Ｃ、図５、図６に示すように、保持器４は、複数の保持部４ａ、第１環状部４ｂ、第２環状部４ｃ、突出部４ｄ、および受け部４ｅを有し、合成樹脂材から成形されることで弾性を有する。保持器４の材質は耐熱性や難燃性に優れるのが好ましく、例えばポリフェニレンサルファイド樹脂（ＰＰＳ）を用いることができる。

保持部４ａは、コア２の外周上で回転方向に沿って等間隔をおいて並列し、それぞれ回転軸方向に沿って延びるロッド状とされている。なお、回転軸方向は回転子１の回転軸の方向である。図５に示すように、保持部４ａそれぞれは、コア２の外周における稜線２ａそれぞれを挟む側面２′との接合面４ａ′を有する。図６に示すように、保持部４ａそれぞれは、コア２の外周側面に直角な側面４ａ″を有する。保持部４ａそれぞれに、回転軸方向に沿って延びると共に径方向外方側において開口する溝５が形成されている。なお、径方向は回転軸に直交する方向である。溝５は保持部４ａの一端と他端とにおいても開口する。

第１環状部４ｂはコア２の一端側に接合する。第２環状部４ｃはコア２の他端側に接合する。保持部４ａそれぞれの一端側は第１環状部４ｂの外周に一体化され、保持部４ａそれぞれの他端側は第２環状部４ｃの外周に一体化されている。本実施形態においては、各環状部４ｂ、４ｃの内周は円筒面とされ、外周は１０角柱の側面に沿うものとされると共にコア２の外周側面と面一とされる。保持部４ａと各環状部４ｂの外周との境界βは、凹曲面となるように成形されるのが好ましい。

永久磁石３それぞれは隣り合う保持部４ａの間それぞれに配置される。隣り合う自然状態の保持部４ａの回転方向に沿った間隔は、永久磁石３の回転方向に沿った寸法よりも小さくされる。本実施形態では、隣り合う自然状態の保持部４ａの側面４ａ″の間隔（図６におけるＳ１）が、永久磁石３の両側面３ｂの間の寸法（図７におけるＳ２）よりも小さくされている。これにより保持部４ａは回転方向に弾性変形する。保持部４ａの弾性変形により作用する弾力により、永久磁石３は隣り合う保持部４ａにより挟み込まれる。

突出部４ｄは、保持部４ａそれぞれから回転方向両側に向かい突出すると共に、コア２の外周に径方向の間隔をおいて対向する。突出部４ｄは、それぞれ保持部４ａの側面４ａ″の上方において回転軸方向に沿って延びる。自然状態の突出部４ｄとコア２の外周との径方向に沿った間隔は、永久磁石３の径方向に沿った寸法よりも小さくされる。本実施形態では、自然状態の突出部４ｄとコア２の外周側面との径方向に沿った間隔（図６におけるＳ３）が、永久磁石３の両側での上面３ｃと底面３ａとの間の寸法（図７におけるＳ４）よりも小さくされている。これにより突出部４ｄは径方向に弾性変形する。突出部４ｄの弾性変形により作用する弾力により、永久磁石３はコア２の外周に押し付けられる。保持部４ａの熱膨張率はコア２や永久磁石３の熱膨張率よりも大きく、回転子１の周囲温度は例えば−４０℃〜１２０℃の範囲で変動する。そのため、間隔Ｓ１と寸法Ｓ２との差と、間隔Ｓ３と寸法Ｓ４との差は、回転子１の周囲温度が常温より低下しても保持器４と永久磁石３との間に隙間が生じることがなく、回転子１の周囲温度が常温より上昇しても保持器４や永久磁石３が破損しないように実験的に定めるのがよい。

受け部４ｅは、保持部４ａそれぞれの一端側から回転方向両側に向かい突出すると共に、永久磁石３の一端側に接合する。本実施形態においては、保持部４ａの回転方向の幅を、第１環状部４ｂと接続される一端側において大きくすることで受け部４ｅが形成されている。受け部４ｅの永久磁石３の一端との接合面が受け面４ｅ′とされている。保持部４ａの他端側には受け部４ｅは形成されず、その他端側から隣り合う保持部４ａと突出部４ｄとコア２の外周側面とで囲まれた領域に永久磁石３が圧入可能とされている。なお、永久磁石３を円滑に圧入できるように、永久磁石３の各面間の境界は凸曲面となるように面取りされるのが好ましい。

回転子１の製造に際しては、成形型内にコア２を挿入した状態で保持器４を型成形する。本実施形態における保持器４は射出成形され、図４Ｂにおける二点鎖線は成形型１０を構成する固定型１０ａと可動型１０ｂを示す。保持器４の材料となる溶融した合成樹脂材は、固定型１０ａの側から成形型１０内に注入され、その合成樹脂材の固化により成形された保持器４が、型開き後に可動型１０ｂからコア２と共に取り出される。これにより、保持器４を成形すると同時にコア２に取り付けることができる。その合成樹脂材は成形型１０内に、第１環状部４ｂにおける保持部４ａとの接続位置であって回転方向に等間隔をおいた５位置（図４Ａにおける位置Ｐ１〜Ｐ５）から注入される。これにより、成形型１０内に注入された合成樹脂材は、第２環状部４ｃにおける保持部４ａとの接続位置であって回転方向に等間隔をおいた５位置（図４Ｃにおける位置Ｑ１〜Ｑ５）において合流し、合流部での肉厚を確保して強度低下を防止できる。その可動型１０ｂからの保持器４とコア２の型抜きは、保持器４の他端側を押し出しピンにより回転軸方向に押すことで行なわれる。保持部４ａの他端側には受け部４ｅは形成されていないので、その型抜きを円滑に行なうことができる。保持器４を成形した後に、着磁前の永久磁石３を隣り合う保持部４ａの間に回転軸方向から圧入する。図８Ａ、図８Ｂは保持器４への永久磁石３の組み付け前の状態を示す。この状態から図中矢印で示すように永久磁石３を保持部４ａの間に圧入することで、図９Ａ、図９Ｂに示す組み付け途中の状態を経て、図１０Ａ、図１０Ｂに示すように組み付けが完了する。この際、隣り合う保持部４ａの間隔と突出部４ｄとコア２の外周側面との間隔が、永久磁石３により押し広げられるように保持部４ａと突出部４ｄが弾性変形する。この際、永久磁石３は回転軸方向から保持部４ａの間に圧入するだけでよいので組み付けを容易に自動化できる。しかる後に、隣り合う保持部４ａの間に配置された着磁前の永久磁石３を着磁し、永久磁石３の平坦な底面３ａとコア２の平坦な外周側面とが磁力により接着される。これにより永久磁石回転子１を製造できる。

上記永久磁石回転子１によれば、コア２に取り付けられる保持器４の各保持部４ａの弾性変形により作用する弾力により、隣り合う保持部４ａにより永久磁石３を挟み込むことができる。これにより、永久磁石３を接着剤を用いることなくコア２に固定できるので、接着剤を塗布する手間が不要になり、永久磁石３がコア２から脱落するのを防止でき、着磁前の永久磁石３のコア２上での位置決め精度を向上できる。コア２に対する保持器４の相対回転を保持部４ａの接合面４ａ′とコア２の稜線２ａを挟む外周側面２′との接合により防止し、コア２に対する保持器４の軸方向相対変位をコア２と各環状部４ｂ、４ｃとの接合により防止することで、永久磁石３のコア２に対する変位を確実に防止できる。各保持部４ａは溝５が形成されることで回転方向に弾性変形し易くなるので、保持器４の破損を防止できる。突出部４ｄの弾性変形により作用する弾力により永久磁石３がコア２の外周に押し付けられるので、遠心力や着磁時に一時的にコア２からの離反方向に作用する磁力により永久磁石３がコア２から脱落するのを確実に防止できる。各永久磁石３の一端を保持器４への組み付け時に受け部４ｅに当接させることで、着磁前の永久磁石３の回転軸方向における位置決めを容易に行なうことができる。

本発明は上記実施形態に限定されない。例えば、保持部それぞれの回転方向の幅を、第２環状部と接続される他端側においても大きくすることで、永久磁石の一端側に接合する受け部だけでなく他端側にも接合する受け部を形成してもよい。これにより、永久磁石を受け部により挟み込み、永久磁石の回転軸方向への変位を阻止する保持力を大きくできる。この際、保持部の他端側は、例えば加熱により溶融させつつ加圧することで幅を大きくできる。本発明の永久磁石回転子は、操舵補助力発生用モータ以外のモータや発電機においても用いることができる。

本発明の実施形態に係る永久磁石回転子の斜視図 本発明の実施形態に係るコアの斜視図 本発明の実施形態に係る永久磁石の斜視図 本発明の実施形態に係るコアと保持器の正面図 本発明の実施形態に係るコアと保持器の側面図 本発明の実施形態に係るコアと保持器の背面図 図４ＢのＶ−Ｖ線断面図 本発明の実施形態に係るコアと保持器の部分拡大背面図 本発明の実施形態に係る永久磁石回転子の部分拡大背面図 本発明の実施形態に係る保持器への永久磁石の組み付け前の状態を示す側面図 図８ＡのＶＩＩＩＢ−ＶＩＩＩＢ線断面図 本発明の実施形態に係る保持器への永久磁石の組み付け途中の状態を示す側面図 図９ＡのＩＸＢ−ＩＸＢ線断面図 本発明の実施形態に係る保持器への永久磁石の組み付け完了状態を示す側面図 図１０ＡのＸＢ−ＸＢ線断面図

符号の説明

１…永久磁石回転子、２…コア、２ａ…稜線、２′…稜線を挟む側面、３…永久磁石、４…保持器、４ａ…保持部、４ａ′…接合面、４ｂ…第１環状部、４ｃ…第２環状部、４ｄ…突出部、４ｅ…受け部、５…溝

Claims (6)

1. 磁性材製のコアと、前記コアの外周上で回転方向に沿って間隔をおいて並列する複数の永久磁石を有する永久磁石回転子であって、
   前記コアに取り付けられる弾性を有する保持器を備え、
   前記保持器は、前記コアの外周上で回転方向に沿って間隔をおいて並列する複数の保持部を有し、
   前記永久磁石それぞれは隣り合う前記保持部の間それぞれに配置され、
   前記保持部が回転方向に弾性変形するように、隣り合う自然状態の前記保持部の回転方向に沿った間隔は、前記永久磁石の回転方向に沿った寸法よりも小さくされ、
   前記保持部の弾性変形により作用する弾力により、前記永久磁石は隣り合う前記保持部により挟み込まれる永久磁石回転子。
2. 前記コアは、前記永久磁石の数と同数の稜線を有する角柱形状に成形され、
   前記保持部それぞれは、前記コアの外周における稜線それぞれを挟む側面との接合面を有し、
   前記保持器は、前記コアの一端側に接合する第１環状部と、前記コアの他端側に接合する第２環状部とを有し、
   前記保持部それぞれの一端側は前記第１環状部に一体化され、
   前記保持部それぞれの他端側は前記第２環状部に一体化されている請求項１に記載の永久磁石回転子。
3. 前記保持部に、回転軸方向に沿って延びると共に径方向外方側において開口する溝が形成されている請求項１または２に記載の永久磁石回転子。
4. 前記保持器は、前記保持部それぞれから回転方向両側に向かい突出すると共に、前記コアの外周に径方向の間隔をおいて対向する突出部を有し、
   前記突出部が径方向に弾性変形するように、自然状態の前記突出部と前記コアの外周との径方向に沿った間隔は、前記永久磁石の径方向に沿った寸法よりも小さくされ、
   前記突出部の弾性変形により作用する弾力により、前記永久磁石は前記コアの外周に押し付けられている請求項１〜３の中の何れか１項に記載の永久磁石回転子。
5. 前記保持器は、前記保持部それぞれから回転方向両側に向かい突出すると共に、前記永久磁石の一端側に接合する受け部を有する請求項１〜４の中の何れか１項に記載の永久磁石回転子。
6. 請求項１〜５の中の何れか１項に記載の永久磁石回転子の製造方法であって、
   成形型内に前記コアを挿入した状態で前記保持器を型成形する工程と、
   着磁前の前記永久磁石を隣り合う前記保持部の間に回転軸方向から圧入する工程と、
   隣り合う前記保持部の間に配置された着磁前の前記永久磁石を着磁する工程とを備える永久磁石回転子の製造方法。

Images