JP2010011626A

JP2010011626A - 電気モータ用回転子

Info

Publication number: JP2010011626A
Application number: JP2008167691A
Authority: JP
Inventors: Takatoshi Sakata; 隆敏阪田
Original assignee: JTEKT Corp
Current assignee: JTEKT Corp
Priority date: 2008-06-26
Filing date: 2008-06-26
Publication date: 2010-01-14

Abstract

【課題】接着剤の接着効果が低下した場合においても、永久磁石が回転軸の周りを空回りすることを防止することにより、回転子としての機能を維持できるよう改良された電動モータ用回転子を提供する。
【解決手段】電気モータ用回転子に用いられる回転軸３は、略円柱状であるとともに、その外周面に軸方向に平行な平面からなる平面部３１を２箇所設けた形状である。この回転軸３には接着剤２によって略円筒状の永久磁石１が接着固定されている。なお、永久磁石１の内周面にも、軸方向に平行な平面からなる平面部１１が、回転軸３の平面部３１に対応する位置に、２箇所設けられている。
【選択図】図１

Description

本発明は、電気モータ用回転子に関する。

図４（ａ）および図４（ｂ）に示すような、円柱形の回転軸１０３に円筒形の永久磁石１０１を固定した回転子が、電動モータ用の回転子として広く用いられている。かかる形式の回転子は回転軸１０３に永久磁石１０１を固定する方法が問題となりやすい。例えば自動車用のモータに回転子を用いる場合、使用時の温度が−４０℃から１６０℃まで変化しうる。このような広い温度域において、回転軸１０３に使用される材料と永久磁石１０１に使用される材料との線膨張率が異なると問題が生じうる。

より具体的には、例えば、回転軸１０３の材料として強度およびコストに優れた鋼材を用い、永久磁石１０１の材料として磁気特性に優れたネオジム合金（ＮｄＦｅ）を使用することがある。ここで、鋼材の線膨張率１２．１（×１０^−６／℃）であるのに対してネオジム合金（ＮｄＦｅ）の磁性方向に垂直な方向の線膨張率は−１．５（×１０^−６／℃）であることが知られている。つまり、ネオジムで形成された永久磁石１０１は温度上昇に応じて体積が縮小し、鋼材で形成された回転軸１０３は温度上昇に応じて体積が膨張するため、嵌合などによって回転軸１０３に永久磁石１０１を直接固定すると、高温状態において両者の間に過剰な応力がかかり、永久磁石１０１が破損（割れる）しうる。

そこで、永久磁石１０１を回転軸１０３に接着剤を用いて固定することが行われる。更に、回転軸１０３の形状を工夫し、接着剤１０２による接着効果を向上させる技術が提示されている（例えば、特許文献１および特許文献２）。
特開平６−２６１５０４号公報特開平６−３２７１９８号公報

特許文献１および特許文献２の技術はいずれも接着剤１０２の接着効果を向上させるものである。しかし、上述のように、温度変化が激しい環境下で使用されると、接着剤１０２の経時的な物性変化は避けられない。一方で、物性変化の結果、接着剤の接着効果が低下すると、永久磁石１０１は回転軸１０３の周りを空回りすることとなり、回転子としての機能を果たすことができなくなる。

本発明はかかる実情を鑑みてなされたもので、接着剤の接着効果が低下した場合においても、永久磁石が回転軸の周りを空回りすることを防止することにより、回転子としての機能を維持できるよう改良された電動モータ用回転子を提供することを目的とする。

本発明にかかる電気モータ用回転子は、回転軸と、該回転軸を回転方向において取り巻く磁石とを備え、前記回転軸と前記磁石とが接着剤によって固定された電気モータ用回転子である。また、前記回転軸の外周面の形状および前記磁石の内周面の形状が、前記磁石が前記回転軸に係合するとともに、前記磁石と前記回転軸とが連動して回転する形状である。

上記構成によると、回転軸の外周面の形状および磁石の内周面の形状が、磁石が回転軸に係合するとともに、磁石と回転軸とが連動して回転する形状であるため、接着剤による固定力が低下した場合においても、回転軸と磁石とが互いに空回りすることが防止できる。従って、磁石に発生した回転力は接着剤の固定力に影響されず回転軸に伝えられるため、接着剤による固定力が低下した状態においても、回転子としての機能を維持できる。

本発明にかかる電気モータ用回転子は、前記回転軸は、外周面に平面部を有し、前記磁石は、前記平面部に対応する前記磁石の内周面に平面部を有することが好ましい。
上記構成によると、回転軸は外周面に平面部を有し、磁石は、この平面部に対応する磁石の内周面に平面部を有する。従って、回転軸の外周面の形状および磁石の内周面の形状が、磁石が回転軸に係合するとともに、磁石と回転軸とが連動して回転する形状である。また、回転軸の外周面と、磁石の内周面とに平面部を設けるのみで、磁石が回転軸に係合するとともに、磁石と回転軸とが連動して回転する形状を容易に形成することができる。

本発明にかかる電気モータ用回転子は、前記回転軸の長手方向に垂直な平面による前記回転軸の外周面の断面形状が、多角形であって、前記磁石の長手方向に垂直な平面による前記磁石の内周面の断面形状が、前記多角形と相似な多角形であることも好ましい。

上記構成によると、回転軸の長手方向に垂直な平面による回転軸の外周面の断面形状が、多角形であって、磁石の長手方向に垂直な平面による磁石の内周面の断面形状が、その多角形と相似な多角形である。従って、回転軸の外周面の形状および磁石の内周面の形状が、磁石が回転軸に係合するとともに、磁石と回転軸とが連動して回転する形状である。また、この多角形を正多角形とすれば、平面部を設けた場合に比べ回転対称性が高い形状であるため、回転子の回転精度を向上させうる。

本発明によれば、接着剤の接着効果が低下した場合においても、永久磁石が回転軸の周りを空回りすることを防止することにより、回転子としての機能を維持できるよう改良された電動モータ用回転子を提供することができる。

（第１の実施形態）
本発明を具体化した電気モータ用回転子の一実施形態を図１を用いて、以下に説明する。

図１（ａ）および図１（ｂ）に示すように、電気モータ用回転子に用いられる回転軸３は、略円柱状であるとともに、その外周面に軸方向に平行な平面からなる平面部３１を２箇所設けた形状である。この回転軸３には接着剤２によって略円筒状の永久磁石１が接着固定されている。なお、永久磁石１の内周面にも、軸方向に平行な平面からなる平面部１１が、回転軸３の平面部３１に対応する位置に、２箇所設けられている。従って、仮に接着剤２の接着力が低下した場合であっても、回転子が回転している状態において、平面部３１と平面部１１が係合することにより、回転軸３と永久磁石１とが互いに空回りすることが防止される。従って、永久磁石１に発生する回転力は接着剤２の固定力に影響されず回転軸３に伝えられるため、永久磁石１と回転軸３と一体的に回転し、回転子としての機能を維持できる。

上述した回転軸３は、回転負荷に耐えうる強度を有しかつコストメリットを有する鋼材で形成されている。また、永久磁石１は強磁性体であるネオジム（Ｎｄ）と鉄（Ｆｅ）を主成分とするネオジム合金（ＮｄＦｅ）で形成されている。更に、接着剤２としてはシリコンを主成分とすることにより弾力性を備えた接着剤が用いられている。

ここで、回転軸３を構成する鋼材の線膨張率１２．１×１０^−６／℃であるのに対して、永久磁石１を構成するネオジム合金（ＮｄＦｅ）の磁性方向に垂直な方向の線膨張率は−１．５×１０^−６／℃である。従って、ネオジム合金で形成された永久磁石１は温度上昇に応じて体積が縮小し、鋼材で形成された回転軸３は温度上昇に応じて体積が膨張するため、回転軸３に永久磁石１を直接固定した場合には高温状態において両者の間に応力が過剰にかかり、永久磁石１が破損（割れる）しうる。本実施形態においては回転軸３に永久磁石１を接着剤２を介して固定するとともに、この接着剤２が弾力性を有するシリコンを主成分とするものであるため、回転軸３と永久磁石１との線膨張率の違いによって生じる応力をこの接着剤２が吸収する。そのため、永久磁石１の破損が生じない構造となっている。

上記実施形態の電気モータ用回転子によれば、以下のような効果を得ることができる。
（１）上記電気モータ用回転子によると、回転軸３の外周面の形状および永久磁石１の内周面の形状が、永久磁石１が回転軸３に係合するとともに、永久磁石１と回転軸３とが連動して回転する形状であるため、接着剤２による固定力が低下した場合においても、回転軸３と永久磁石１とが互いに空回りすることを防止できる。従って、永久磁石１に発生した回転力は接着剤２の固定力に影響されず回転軸３に伝えられるため、接着剤２による固定力が低下した状態においても、回転子としての機能を維持できる。

（２）回転軸３は外周面に平面部３１を有し、永久磁石１は、この平面部３１に対応する永久磁石１の内周面に平面部１１を有する。従って、回転軸３の外周面の形状および永久磁石１の内周面の形状が、永久磁石１が回転軸３に係合するとともに、永久磁石１と回転軸３とが連動して回転する形状である。また、回転軸３の外周面に平面部１１を設けるとともに、永久磁石１の内周面に平面部１１を設けるのみで、永久磁石１が回転軸３に係合するとともに、永久磁石１と回転軸３とが連動して回転する形状を容易に形成することができる。

（第２の実施形態）
次に、本発明を具体化した電気モータ用回転子の第２の実施形態を図２にしたがって説明する。なお、第２の実施形態は、第１の実施形態の永久磁石および回転軸３の形状を変更したのみの構成であるため、同様の部分についてはその詳細な説明を省略する。

図２に示すように、この電気モータ用回転子に用いられる回転軸３は、回転軸３の長手方向に垂直な平面による回転軸３の外周面の断面形状が正六角形である六角柱状である。この回転軸３には接着剤２によって略円筒状の永久磁石１が接着固定されている。そして、この永久磁石１は、永久磁石１の長手方向に垂直な平面による永久磁石１の内周面の断面形状が、回転軸３の外周面の断面形状と相似な正六角形である。従って、仮に接着剤２の接着力が低下した場合であっても、永久磁石１と回転軸３とが回転方向において空回りしないため、永久磁石１と回転軸３と一体的に回転し、回転子としての機能を維持できる。

即ち、第２の実施形態にかかる電気モータ用回転子は、回転軸３の長手方向に垂直な平面による回転軸３の外周面の断面形状が、正六角形であって、永久磁石１の長手方向に垂直な平面による永久磁石１の内周面の断面形状が、その正六角形と相似な正六角形である。従って、回転軸３の外周面の形状および永久磁石１の内周面の形状が、永久磁石１が回転軸３に係合するとともに、永久磁石１と回転軸３とが連動して回転する形状である。また、この正六角形は、平面部１１および平面部３１を設けた第１の実施形態の場合に比べ回転対称性が高い形状であるため、回転子の回転精度を向上させうる。

なお、上記実施形態は以下のように変更してもよい。
・上記実施形態においては、回転軸３を鋼材で形成しているが、他の部材で形成しても良い。例えば、ステンレス鋼で形成すれば、耐腐食性、耐錆性が向上する。

・上記実施形態においては、回転軸３をネオジム合金で形成しているが、他の構成であっても良い。即ち、強磁性を有する部材で形成すればよいのであり、環境面、コスト面で見合えば、フェライト磁石やサマリウムコベルトを使用しても良い。

・上記実施形態において、接着剤２として、シリコンを主成分とする接着剤が使用されているが、他の構成であっても良い。即ち、電気モータ用回転子が使用される温度帯域において耐性を有し、接着状態において、弾力性を有する接着剤であれば特に限定されない。

・第１の実施形態において回転軸３は外周面に平面部１１を２つ備えるとともに、永久磁石１は対応する位置に平面部３１を２つ備えるが、他の構成であっても良い。例えば、平面部を１つにすることにより加工が容易となり、コストダウンに資する。また、平面部を３つ以上とすることにより、空回りを一層防止できる。

・第２の実施形態において、回転軸３の長手方向に垂直な平面による回転軸３の外周面の断面形状が正六角形である六角柱状であるとともに、永久磁石１は、長手方向に垂直断面が回転軸３の断面と相似な六角形であるが、他の構成であっても良い。例えば、回転軸３の長手方向に垂直な平面による回転軸３の外周面の断面形状が正三角形であるとともに、永久磁石１の長手方向に垂直な平面による永久磁石１の内周面の断面形状が回転軸３の外周面の断面形状と相似な三角形であっても良い。即ち、回転軸３の外周面の形状および永久磁石１の内周面の形状が、永久磁石１が回転軸３に係留するとともに、永久磁石１と回転軸３とが連動して回転する形状であればよいのであって、その他の四角形、五角形など、いずれの多角形であっても良い。

・また、回転軸３および永久磁石１の形状は平面部３１および平面部１１を有する形状でなくとも良く、また、長手方向に垂直な断面の形状が多角形でなくてもよい。即ち、回転軸３の外周面の形状および永久磁石１の内周面の形状が、永久磁石１が回転軸３に係留するとともに、永久磁石１と回転軸３とが連動して回転する形状であればよい。例えば図３（ａ）に示すように回転軸３の長手方向に垂直な平面による回転軸３の外周面の断面形状が楕円形であるとともに、永久磁石１の長手方向に垂直な平面による永久磁石１の内周面の断面形状が回転軸３の外周面の断面形状と相似な楕円形であっても良い。また、図３（ｂ）に示すように回転軸３の長手方向に垂直な平面による回転軸３の外周面の断面形状が凸部を有する円形であるとともに、永久磁石１の長手方向に垂直な平面による永久磁石１の内周面の断面形状が回転軸３の外周面の断面形状と相似な凹部を有する円形であっても良い。

本発明は、本発明は、電気モータ用回転子に関するものであるため、産業上広く利用可能である。

本発明にかかる電気モータ用回転子の一実施形態について説明する図面であって、（ａ）は電気モータ用回転子の長手方向に垂直な面による断面図であり、（ｂ）は電気モータ用回転子の正面図である。本発明にかかる電気モータ用回転子の第２の実施形態について説明する図面であって、（ａ）は電気モータ用回転子の長手方向に垂直な面による断面図であり、（ｂ）は電気モータ用回転子の正面図である。本発明にかかる電気モータ用回転子の実施形態の変更例について説明する図面であって、（ａ）および（ｂ）は電気モータ用回転子の長手方向に垂直な面による断面図である。従来の電気モータ用回転子について説明する図面であって、（ａ）は電気モータ用回転子の長手方向に垂直な面による断面図であり、（ｂ）は電気モータ用回転子の正面図である。

符号の説明

1…永久磁石、２…接着剤、３…回転軸、１１…平面部、３１…平面部、１０１…永久磁石、１０２…接着剤、１０３…回転軸。

Claims

回転軸と、該回転軸を回転方向において取り巻く磁石とを備え、
前記回転軸と前記磁石とが接着剤によって固定された電気モータ用回転子であって、
前記回転軸の外周面の形状および前記磁石の内周面の形状が、前記磁石が前記回転軸に係合するとともに、前記磁石と前記回転軸とが連動して回転する形状であることを特徴とする電気モータ用回転子。
前記回転軸は、外周面に平面部を有し、
前記磁石は、前記平面部に対応する前記磁石の内周面に平面部を有することを特徴とする請求項１に記載の電気モータ用回転子。
前記回転軸の長手方向に垂直な平面による前記回転軸の外周面の断面形状が、多角形であって、
前記磁石の長手方向に垂直な平面による前記磁石の内周面の断面形状が、前記多角形と相似な多角形であることを特徴とする請求項１または２に記載の電気モータ用回転子。