JP2009278823A - 磁石付きロータ - Google Patents

Abstract

【課題】個々の磁石とコアとの膨張差の累積による接着剤にかかる応力集中を解消し、接着剤の破断、損傷等を抑制し信頼性の高い磁石付きロータを提供する。
【解決手段】ロータコア１２に複数の永久磁石ＭＧを接着剤にて固着している。各永久磁石ＭＧは、軸方向において、隣り合う永久磁石ＭＧ間に距離Ｄｓの隙間Ｇｓがそれぞれ設けられている。また、各永久磁石ＭＧは、周方向において、隣り合う磁石ＭＧ間に距離Ｄｒの隙間Ｇｒをそれぞれ設けられている。そして、使用温度によって、ロータコア１２と永久磁石ＭＧに軸線方向及び周方向に膨張差がそれぞれ生じても各隙間Ｇｓ、Ｇｒがこれを吸収する。
【選択図】図１

Description

本発明は、磁石付きロータに関する。

一般に、ブラシレスモータのロータに備えた永久磁石は、ロータコア部の外周面に永久磁石が接着剤にて固着されている（例えば、特許文献１）。特許文献１では、図９に示すように、ロータ５０は、回転軸５１に形成した円柱状のロータコア５２の外周面５２ａに、リング状の複数の永久磁石（リングマグネット）５３を中心軸線Ｃの方向（軸線方向）に互いに密着させて並設する。そして、ロータコア５２の外周面５２ａと、その外周面５２ａに嵌合した複数の並設されたリングマグネット５３との間を接着剤５４（図１０（ａ）参照）にて固着している。
特開２００１−１６９４８７号公報

ところで、上記ロータ５０において、ロータコア５２と並設された各リングマグネット５３とは、線膨張率が相違する。ロータコア５２とリングマグネット５３の線膨張差が大きいと、リングマグネット５３の剥がれが生じることから、線膨張差を小さくする必要がある。そのため、ロータコア５２とリングマグネット５３の線膨張率が非常に近いことが好ましい。

しかしながら、複数のリングマグネット５３は、ロータコア５２に対して軸線方向に互いに密着させて並設している。従って、個々の膨張差は小さいけれども、その個々の膨張差が累積されると、その累積膨張差は非常に大きなものになる。

特に、リングマグネット５３がネオジウムで、ロータコア５２が鉄の場合は、ネオジウムのマグネット５３が負の線膨張率（＝−０．５×１０マイナス６乗／℃）を持ち、ロータコア５２が正の線膨張（＝１１．７×１０マイナス６乗／℃）が持つことから、図１０（ａ）に示すように、ネオジウムのリングマグネット５３は低温側で伸び、鉄のロータコア５２は低温側で縮む。従って、図１０（ｂ）に示すように、その累積膨張差は、各リングマグネット５３のうち軸線方向の両端部のリングマグネット５３に発現し、その両端部のリングマグネット５３をロータコア５２に接着している接着剤５４（＝２５０×１０マイナス６乗／℃）に大きな応力がかかり、その接着剤５４の破断等の原因となっていた。

本発明は、上記問題点を解消するためになされたものであって、その目的は、個々の磁石とコアとの膨張差の累積による接着剤にかかる応力集中を解消し、接着剤の破断、損傷等を抑制し信頼性の高い磁石付きロータを提供することにある。

上記課題を解決するために、請求項１に記載の発明は、円柱状のコアの外表面に、複数の磁石を接着剤により固定した磁石付きロータであって、前記各磁石の間を、使用温度範囲における前記コアと前記磁石の膨張差以上の隙間を持たせたことをその要旨とする。

この発明によれば、コアと磁石との間に形成された各隙間が、個々のコアと磁石の膨張差を吸収することから、個々の膨張差による応力が特定に位置に集中することはない。
請求項２に記載の発明は、請求項１に記載の磁石付きロータにおいて、前記各磁石は、円柱状のコアに対して周方向に、互いに前記隙間に保持されて配置固定されていることをその要旨とする。

この発明によれば、コアと円筒磁石との間に形成された周方向の各隙間が、個々のコアと磁石の周方向の膨張差を吸収することから、個々の膨張差による応力が特定に位置に集中することはない。

請求項３に記載の発明は、請求項２に記載の磁石付きロータにおいて、前記各磁石は、少なくとも１箇所が軸線方向に分断され、その分断部分の隙間が前記膨張差以上であることをその要旨とする。

この発明によれば、磁石の分断部分の隙間が、コアと磁石の軸線方向の膨張差を吸収することから、個々の膨張差による応力が軸線方向の両端部の磁石に集中することはない。
請求項４に記載の発明は、請求項１に記載の磁石付きロータにおいて、前記各磁石は、円筒形状の磁石であって、前記各磁石は、前記円柱状のコアの外表面にそれぞれ嵌合し、互いに軸線方向に前記隙間に保持されて配置固定されていることをその要旨とする。

この発明によれば、コアと磁石との間に形成された軸線方向の各隙間が、個々のコアと磁石の軸線方向の膨張差を吸収することから、個々の膨張差による応力が軸線方向の両端部の磁石に集中することはない。

請求項５に記載の発明は、請求項４に記載の磁石付きロータにおいて、前記磁石は、少なくとも１箇所が軸線方向に分断され、その分断部分の隙間が前記膨張差以上であることをその要旨とする。

この発明によれば、磁石に形成された分断部分の隙間が、コアと磁石の周方向の膨張差を吸収することから、個々の膨張差による応力が周方向の特定に位置に集中することはない。

請求項６に記載の発明は、請求項１乃至５のいずれか１項に記載の磁石付きロータにおいて、前記隙間を形成する両側の磁石の相対向面は、平行であって一方向に傾斜していることをその要旨とする。

この発明によれば、隙間が傾斜することから、隙間による磁石の磁気損失を小さくできる。
請求項７に記載の発明は、請求項１乃至６のいずれか１項に記載の磁石付きロータにおいて、前記磁石間に形成された隙間と対応する前記コアの位置に隙間を形成したことをその要旨とする。

この発明によれば、コアに隙間を設けた分さらに個々の膨張差で生じる応力が抑えられる。
請求項８に記載の発明は、請求項１乃至７のいずれか１項に記載の磁石付きロータにおいて、前記隙間には、接着剤が充填されていることをその要旨とする。

この発明によれば、隙間に充填した接着剤がさらに個々の膨張差で生じる応力を吸収する。
請求項９に記載の発明は、請求項７又は８に記載の磁石付きロータにおいて、前記コアに形成された隙間は、外方向に拡開形成されていることをその要旨とする。

この発明によれば、隙間が外方向に拡開形成したので、拡開した分、個々の膨張差で生じる応力が抑えられる。

本発明によれば、個々の磁石とコアとの膨張差の累積による接着剤にかかる応力集中を解消し、接着剤の破断、損傷等を抑制し信頼性の高い磁石付きロータを提供することができる。

（第１実施形態）
以下、本発明の磁石付きロータを具体化した第１実施形態を図面に従って説明する。
図１は、ブラシレスモータのロータ１０を示す。ロータ１０は、回転軸１１に円柱状のロータコア１２が形成されている。

ロータコア１２は、線膨張率が１１．７×１０マイナス６乗／℃の鉄製のコアであって、その外表面１２ａに複数の永久磁石ＭＧが固着されている。ロータコア１２の外表面１２ａは、中心軸線Ｃを中心軸に周方向に複数（８枚）の永久磁石ＭＧを互いに隙間Ｇｒを開けて配置固着した磁石群が、中心軸線Ｃの方向（軸線方向）に互いに隙間Ｇｓを開けて３列設けられている。

各永久磁石ＭＧは、線膨張率が−０．５×１０マイナス６乗／℃のネオジウム製の磁石であって、軸線方向の辺が周方向の辺より長い長方形の板材で周方向が湾曲形成されている。各永久磁石ＭＧは、図２（ａ）に示すように、ロータコア１２の外表面１２ａに対して接着剤１３にて固着されている。接着剤１３は、本実施形態では、線膨張率が２５０×１０のマイナス６乗／℃のシリコン系の接着剤を使用している。

各永久磁石ＭＧは、軸方向の隣り合う永久磁石ＭＧ間の各隙間Ｇｓが予め定めた距離Ｄｓとなるとともに、周方向の隣り合う永久磁石ＭＧ間の各隙間Ｇｒが予め定めた距離Ｄｒとなるように固着されている。この隙間Ｇｓ，Ｇｒの距離Ｄｓ，Ｄｒは、ロータコア１２と磁石ＭＧの線膨張率及び軸線方向に長さとステータコアの円周の長さによって設定されている。

詳述すると、いま、ロータコア１２の軸線方向の長さをＬｓ、ロータコア１２の円周の長さをＬｒとする。
このとき、それぞれの長さＬｓの永久磁石ＭＧとロータコア１２を接着剤１３で接着したときの、その時々の温度における永久磁石ＭＧとロータコア１２との軸線方向の膨張差をΔＬｓとする。また、それぞれの長さＬｒの永久磁石ＭＧとロータコア１２を接着剤１３で接着したときの、その時々の温度における永久磁石ＭＧとロータコア１２との周方向の膨張差をΔＬｒとする。

そして、モータの使用温度範囲（例えば、−３０℃〜８０℃）において、最も大きな膨張差をΔＬｓmax，ΔＬｒmaxとする。この最大膨張差ΔＬｓmax，ΔＬｒmaxが生じる温度は、本実施形態では、永久磁石ＭＧが負の線膨張率で、ロータコア１２が正の線膨張を持つことから、永久磁石ＭＧが伸び、ロータコア１２は縮む状態が大きく現れる低温領域である。

なお、この軸線方向の最大膨張差ΔＬｓmaxと周方向の最大膨張差ΔＬｒmaxは、それぞれ予め試験・実験で求めたり、又は、計算で求めたりすることができる。
軸線方向の最大膨張差ΔＬｓmaxと周方向の最大膨張差ΔＬｓmaxが求まると、以下の式を使って隙間Ｇｓ，Ｇｒの距離Ｄｓ，Ｄｒを求める。

Ｄｓ＝ΔＬｓmax／Ｎｓ
Ｄｒ＝ΔＬｒmax／Ｎｒ
なお、Ｎｓは軸線方向の隙間Ｇｓの数、Ｎｒは周方向の隙間Ｇｒの数である。因みに、図１のロータ１０は、軸線方向の隙間Ｇｒの数Ｎｓは「２」であり、周方向の隙間Ｇｒの数Ｎｒは「８」となる。

そして、軸線方向の形成された各隙間Ｇｓを上記求めた距離Ｄｓ（＝ΔＬｓmax／Ｎｓ）にするとともに、周方向の各隙間Ｇｒを上記求めた距離Ｄｒ（＝ΔＬｒmax／Ｎｒ）にする。

従って、ロータコア１２と永久磁石ＭＧの膨張差が軸線方向及び周方向に最大になる温度になっても、図２（ｂ）に示すように、各隙間Ｇｓ、Ｇｒがその膨張差を吸収する。その結果、軸線方向及び周方向の個々の膨張差が累積されることがなく、累積膨張差による大きな応力集中の発生が抑制される。

次に、上記のように構成した第１実施形態の効果を以下に記載する。
（１）上記実施形態によれば、線膨張率が相違するロータコア１２に対して複数の永久磁石ＭＧを接着剤１３にて固着した。そして、各永久磁石ＭＧは、軸方向において、隣り合う永久磁石ＭＧ間に予め定めた距離Ｄｓの隙間Ｇｓをそれぞれ設けるとともに、周方向において、隣り合う磁石ＭＧ間に予め定めた距離Ｄｒの隙間Ｇｒをそれぞれ設けた。

従って、使用温度によって、ロータコア１２と永久磁石ＭＧに軸線方向及び周方向に膨張差ΔＬｓ，ΔＬｒがそれぞれ生じても各隙間Ｇｓ、Ｇｒがこれを吸収するため、軸線方向及び周方向に大きな応力集中が発生することがない。その結果、接着剤１３が破断または損傷して、永久磁石ＭＧを欠落させるといったことない。

（２）しかも、上記実施形態によれば、使用温度範囲において、最も大きな膨張差である最大膨張差ΔＬｓmax，ΔＬｒmaxを吸収するために、その最大膨張差ΔＬｓmax，ΔＬｒmaxに基づいて隙間Ｇｓ，Ｇｒの距離Ｄｓ，Ｄｒを求めた。従って、最大膨張差ΔＬｓmax，ΔＬｒmaxが生じる温度で使用されても、軸線方向及び周方向に大きな応力集中が発生することがない。その結果、接着剤１３が破断または損傷して、永久磁石ＭＧを欠落させるといったことがない。
（第２実施形態）
以下、本発明の磁石付きロータを具体化した第２実施形態を図３に従って説明する。なお、本実施形態は、第１実施形態で使用された永久磁石ＭＧの形状が異なるだけなので、その異なる点を詳細に説明し、同じ部分符号を同じにしてその詳細な説明は説明の便宜上省略する。

図３に示すように、ロータ１０は、回転軸１１に円柱状のロータコア１２が形成されている。そのロータコア１２は、その外表面１２ａに複数（３個）の円筒形状の永久磁石ＭＧ１が軸線方向に固着されている。円筒形状の各永久磁石ＭＧ１は、円柱状のロータコア１２の外表面１２ａにそれぞれ嵌合し、互いに軸線方向に前記隙間Ｇｓを開けて配置固定されている。各永久磁石ＭＧ１は、ロータコア１２の外表面１２ａに対して接着剤１３にて固着されている。

各永久磁石ＭＧ１は、軸方向の隣り合う永久磁石ＭＧ間の各隙間Ｇｓが予め定めた距離Ｄｓとなるように固着されている。この隙間Ｇｓの距離Ｄｓは、第１実施形態と同様に、ロータコア１２と永久磁石ＭＧ１の線膨張率及び軸線方向に長さとによって設定されている。つまり、第１実施形態と同様にして、この軸線方向の最大膨張差ΔＬｓmaxを求めて、隙間Ｇｓの距離Ｄｓ（＝ΔＬｓmax／Ｎｓ）を算出する。

従って、ロータコア１２と永久磁石ＭＧ１の膨張差が軸線方向に最大になる温度になっても、各隙間Ｇｓがその膨張差を吸収する。その結果、軸線方向の個々の膨張差が累積されることがなく、累積膨張差による大きな応力集中の発生が抑制される。

次に、上記のように構成した第２実施形態の効果を以下に記載する。
（１）上記実施形態によれば、線膨張率が相違するロータコア１２に対して複数の円筒状の永久磁石ＭＧ１を接着剤１３にて固着した。そして、各永久磁石ＭＧ１は、軸方向において、隣り合う永久磁石ＭＧ間に予め定めた距離Ｄｓの隙間Ｇｓをそれぞれ設けた。

従って、使用温度によって、ロータコア１２と永久磁石ＭＧに軸線方向に膨張差ΔＬｓが生じても各隙間Ｇｓがこれを吸収するため、軸線方向及に大きな応力集中が発生することがない。その結果、接着剤１３が破断または損傷して、永久磁石ＭＧを欠落させるといったことない。

（２）しかも、上記実施形態によれば、使用温度範囲において、最も大きな膨張差である最大膨張差ΔＬｓmaxを吸収するために、その最大膨張差ΔＬｓmaxに基づいて隙間Ｇｓの距離Ｄｓを求めた。従って、最大膨張差ΔＬｓmaxが生じる温度で使用されても、軸線方向に大きな応力集中が発生することがない。その結果、接着剤１３が破断または損傷して、永久磁石ＭＧを欠落させるといったことがない。
（第３実施形態）
以下、本発明の磁石付きロータを具体化した第３実施形態を図４に従って説明する。なお、本実施形態は、第２実施形態で使用された永久磁石ＭＧ１を変形しただけなので、その異なる点を詳細に説明し、同じ部分符号を同じにしてその詳細な説明は説明の便宜上省略する。

図４に示すように、ロータコア１２は、その外表面１２ａに複数（３個）の円筒形状の永久磁石ＭＧ１が軸線方向に固着されている。円筒形状の各永久磁石ＭＧ１は、円柱状のロータコア１２の外表面１２ａにそれぞれ嵌合し、互いに軸線方向に前記隙間Ｇｓを開けて配置固定されている。各永久磁石ＭＧ１は、ロータコア１２の外表面１２ａに対して接着剤１３にて固着されている。そして、各永久磁石ＭＧ１は、軸方向の隣り合う永久磁石ＭＧ１間の各隙間Ｇｓが、距離Ｄｓ（＝ΔＬｓmax／Ｎｓ）が第２実施形態と同様にして求められて固着されている。

また、円筒状の各永久磁石ＭＧ１は、所定の１箇所が軸線方向に切断されてその切断箇所で分断されている。そして、その分断部分にて、周方向の隙間Ｇｒを形成している。尚、各隙間Ｇｒは周方向に互いにずれて配置されている。

各永久磁石ＭＧ１の周方向の隙間Ｇｒの距離Ｄｒは、第１実施形態と同様に、ロータコア１２と永久磁石ＭＧ１の線膨張率及び周方向に長さとによって設定されている。つまり、第１実施形態と同様にして、この周方向の最大膨張差ΔＬｒmaxを求めて、隙間Ｇｒの距離Ｄｒ（＝ΔＬｒmax／Ｎｒ）を算出する。Ｎｒはこの場合は「１」となる。

従って、ロータコア１２と永久磁石ＭＧ１の膨張差が軸線方向及び周方向に最大になる温度になっても、各隙間Ｇｓ、Ｇｒがその膨張差を吸収する。その結果、軸線方向及び周方向の個々の膨張差が累積されることがなく、累積膨張差による大きな応力集中の発生が抑制される。また、各隙間Ｇｒを周方向に互いにずらしたことにより、該隙間Ｇｒと軸線方向の隙間Ｇｓとが交差する部分の応力集中が緩和されるとともに、隙間Ｇｒによる周方向の磁気変動が抑制されるようになっている。

次に、上記のように構成した第３実施形態の効果を以下に記載する。
（１）上記実施形態によれば、第２実施形態の効果に加え、使用温度によって、ロータコア１２と永久磁石ＭＧに周方向に膨張差ΔＬｒが生じても隙間Ｇｒがこれを吸収するため、周方向及に大きな応力集中が発生することがない。その結果、接着剤１３が破断または損傷して、永久磁石ＭＧを欠落させるといったことない。

（２）しかも、上記実施形態によれば、使用温度範囲において、最も大きな膨張差である最大膨張差ΔＬｒmaxを吸収するために、その最大膨張差ΔＬｒmaxに基づいて隙間Ｇｒの距離Ｄｒを求めた。従って、最大膨張差ΔＬｒmaxが生じる温度で使用されても、軸線方向に大きな応力集中が発生することがない。その結果、接着剤１３が破断または損傷して、永久磁石ＭＧを欠落させるといったことがない。

尚、上記実施形態は以下のように変更してもよい。
・上記第各実施形態では、隙間Ｇｒ，Ｇｓを形成する磁石ＭＧ，ＭＧ１の相対向する相対向面は、平行でかつ中心軸線Ｃに対して垂直であった。これを、例えば、図５に示すように、隙間Ｇｓについて、互いに隣り合う両磁石ＭＧの相対向面Ｓ１，Ｓ２を、互いに平行であって且つ一方向に傾斜するようにして、隙間Ｇｓを形成してもよい。

これによれば、膨張差を吸収しつつ、隙間Ｇｓによる永久磁石ＭＧ１の磁気損失を低く抑えることができる。勿論、周方向の隙間Ｇｒにおいても同様な構成をしてもよい。
・上記各実施形態では、磁石ＭＧ、ＭＧ１に隙間Ｇｒ，Ｇｓを形成した。これを、例えば、図６に示すように、ロータコア１２であって、隙間Ｇｓが形成された箇所にさらに隙間Ｇｓａを形成してもよい。勿論、ロータコア１２であって、隙間Ｇｒが形成された箇所にさらに隙間を形成してもよい。これにより、広い使用温度範囲で、更に応力集中を緩和できる。また、接着剤１３の許容伸び代が大きくなることで、接着剤１３の破断を抑制できる。

さらに、図７に示すように、ロータコア１２に形成された隙間Ｇｓａに接着剤１３を充填してもよい。さらに、図８に示すように、隙間Ｇｓａの形状を、外方向に拡開形成させてもよい。この場合、拡開した分、更に応力集中を緩和できる。

・上記各実施形態では、隙間Ｇｓの距離Ｄｓを、最大膨張差ΔＬｓmaxに基づいて求めた距離Ｄｓ（＝ΔＬｓmax／Ｎｓ）としたが、それ以上長くして実施してもよい。同様に、隙間Ｇｒの距離Ｄｒを、最大膨張差ΔＬｒmaxに基づいて求めた距離Ｄｒ（＝ΔＬｒmax／Ｎｒ）としたが、それ以上長くして実施してもよい。

第１実施形態のロータの正面図。 第１実施形態のロータの要部断面図であって、（ａ）は膨張差のない状態の要部断面図、（ｂ）は膨張差が生じた状態の要部断面図。 第２実施形態のロータの正面図。 第３実施形態のロータの正面図。 マグネットの別例を示す要部断面図。 ロータコアに隙間を形成した別例を示す要部断面図。 隙間に接着剤を充填した別例を示す要部断面図。 ロータコアに形成した隙間を拡開した別例を示す要部断面図。 従来の磁石付きロータを説明するための正面図。 （ａ）（ｂ）累積膨張差を説明するための要部断面図。

符号の説明

１０…ロータ、１１…回転軸、１２…ロータコア、１３…接着剤、Ｇｓ，Ｇｒ，Ｇｓａ…隙間、ＭＧ，ＭＧ１…永久磁石、Ｓ１，Ｓ２…磁石の相対向面。

Claims (9)

1. 円柱状のコアの外表面に、複数の磁石を接着剤により固定した磁石付きロータであって、
   前記各磁石の間を、使用温度範囲における前記コアと前記磁石の膨張差以上の隙間を持たせたことを特徴とする磁石付きロータ。
2. 請求項１に記載の磁石付きロータにおいて、
   前記各磁石は、円柱状のコアに対して周方向に、互いに前記隙間に保持されて配置固定されていることを特徴とする磁石付きロータ。
3. 請求項２に記載の磁石付きロータにおいて、
   前記各磁石は、少なくとも１箇所が軸線方向に分断され、その分断部分の隙間が前記膨張差以上であることを特徴とする磁石付きロータ。
4. 請求項１に記載の磁石付きロータにおいて、
   前記各磁石は、円筒形状の磁石であって、前記各磁石は、前記円柱状のコアの外表面にそれぞれ嵌合し、互いに軸線方向に前記隙間に保持されて配置固定されていることを特徴とする磁石付きロータ。
5. 請求項４に記載の磁石付きロータにおいて、
   前記磁石は、少なくとも１箇所が軸線方向に分断され、その分断部分の隙間が前記膨張差以上であることを特徴とする磁石付きロータ。
6. 請求項１乃至５のいずれか１項に記載の磁石付きロータにおいて、
   前記隙間を形成する両側の磁石の相対向面は、平行であって一方向に傾斜していることを特徴とする磁石付きロータ。
7. 請求項１乃至６のいずれか１項に記載の磁石付きロータにおいて、
   前記磁石間に形成された隙間と対応する前記コアの位置に隙間を形成したことを特徴とする磁石付きロータ。
8. 請求項１乃至７のいずれか１項に記載の磁石付きロータにおいて、
   前記隙間には、接着剤が充填されていることを特徴とする磁石付きロータ。
9. 請求項７又は８に記載の磁石付きロータにおいて、
   前記コアに形成された隙間は、外方向に拡開形成されていることを特徴とする磁石付きロータ。

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