JP2010114984A - モータ製造方法 - Google Patents

Abstract

【課題】隣り合う磁極間に適切な無磁束帯を形成することのできるモータ製造方法を提供すること。
【解決手段】ステータ４は、ヨーク２の内周に各磁石３を略均等に配置してなるとともに、これらの各磁石３には、極性の異なる磁極が互いに隣り合わせて着磁される。また、各磁石３への着磁は、複数の着磁コア２０を円環状に配置してなる着磁装置を用い、ロータ５を心材として行なわれる。そして、その着磁は、ロータ５の各ティース１１間に形成されるスロット２５の周方向位置を、各磁石３に形成される極性の異なる二つの磁極の境界部、即ち「Ｎ極」に着磁される第１領域αと「Ｓ極」に着磁される第２領域βと境界部Ｙの周方向位置に合わせた状態で行なわれる。
【選択図】図４

Description

本発明は、ロータを心材としてステータの径方向からその各磁石に着磁するモータ製造方法に関するものである。

従来、周方向に複数の磁石を配置してなるステータを備えたモータについて、そのロータを心材として、これらの各磁石に着磁するモータ製造方法がある。例えば、特許文献１に示されるモータは、ステータ及びロータを組み付けた状態（この従来例では、更に変速機や給電コネクタ等の補器類を含むハウジングを組付けた半完成品の状態）で、上記各磁石への着磁が行なわれる。

具体的には、着磁装置を構成する各着磁コアの径方向内側に、モータのヨークハウジングを配置した状態、詳しくは、その内周に配設された各磁石がこれらの各着磁コアに対応する位置に配置された状態で各着磁コアに通電する。そして、これら各着磁コアがロータを心材として形成する磁気回路内に、各磁石をさらすことにより、その着磁を行なう構成となっている。
特開２００７−３０６７１４号公報

ところで、近年、低コスト化及び組立工程の簡略化の観点から、ステータを構成する各磁石に対し、極性の異なる磁極を周方向に隣り合わせて着磁するモータが提案されており、このようなモータついて、上記のようなステータとロータとを組み付けた状態での各磁石への着磁を採用することの利点は極めて大きいと考えられる。

しかしながら、こうした各磁石に極性の異なる磁極を隣り合わせて着磁する場合には、その境界部分における無磁束帯の形成が極めて重要な課題となる。即ち、磁極間に十分な無磁束帯が形成されないことで、整流時にトルク変動が発生し、これがモータ振動を増大させる要因となってしまう。そのため、上記のような各磁石に対する異極着磁には精密さが求められるのではあるが、上記従来の製造方法では、この点が十分に考慮されていないことから、その改善が強く望まれていた。

本発明は、上記問題点を解決するためになされたものであって、その目的は、隣り合う磁極間に適切な無磁束帯を形成することのできるモータ製造方法を提供することにある。

上記問題点を解決するために、請求項１に記載の発明は、周方向に複数の磁石を配置してなるステータと径方向に延設されて前記各磁石に対向する複数のティースが形成されたロータとを有するモータについて、周方向に配置された複数の着磁コアを有し前記ロータを心材として前記ステータの径方向から前記各磁石に着磁可能な着磁装置を用いることにより、前記各磁石に極性の異なる磁極を周方向に隣り合わせて着磁するモータ製造方法であって、前記着磁は、前記各ティース間に形成されるスロットの周方向位置を前記各磁石に形成される各磁極の境界部の周方向位置に合わせた状態で行なわれること、を要旨とする。

上記構成によれば、各磁石において異なる極性に着磁される二つの領域の境界部の径方向、心材となるロータ側には、そのスロット（詳しくは、各ティースの先端部分の間に形成される開口スリット）によりエアギャップが形成される。これにより、着磁の際、両者を接続する磁気回路の形成を防止して、磁気漏れの発生を抑制することができる。その結果、これら隣り合う磁極の境界部に適切な無磁束帯を形成することができ、これにより整流時のトルク変動を抑えてモータ振動の低減を図ることができるようになる。

請求項２に記載の発明は、前記着磁は、前記スロットの周方向中心を前記各磁石の周方向中心に一致させた状態で行なわれること、を要旨とする。
上記構成によれば、各磁石における磁極の境界部に形成される無磁束帯を当該各磁石の周方向中心に形成することができる。

請求項３に記載の発明は、前記各磁石は周方向に均等間隔で配設されるとともに、前記各ティースは、径方向に延びるティース本体と、該ティース本体の先端に設けられて周方向に延びるティースバーとを備えてなるものであって、前記各磁石間に形成される隙間の幅は、該各磁石との最近接位置における前記ティース本体間の幅と等しく設定されること、を要旨とする。

即ち、各磁石に着磁する際、該各磁石に形成される各磁極間の境界部における無磁束帯の形成は、各磁石から各ティース本体に向う、及び各ティース本体から各磁石へ向う磁束の通過経路に依存する。つまり、各磁石に形成される無磁束帯の大きさは、主として、上記ティース本体間の幅により規定される。

従って、上記構成によれば、各磁石間の隙間、即ち各磁石の周方向に存在するエアギャップにより形成される無磁束帯の大きさと、着磁により各磁石に形成される無磁束帯の大きさとを略等しくすることができる。その結果、ステータの全周に亘り各磁極間に適切な無磁束帯を形成して、更なるモータ振動の低減を図ることができるようになる。

請求項４に記載の発明は、前記各着磁コアの着磁部間の幅は、前記各磁石間の幅と等しく設定されること、を要旨とする。
上記構成によれば、各磁石について、より一層、適切な無磁束帯を形成することができる。

本発明によれば、隣り合う磁極間に適切な無磁束帯を形成することが可能なモータ製造方法を提供することができる。

以下、本発明を具体化した一実施形態を図面に従って説明する。
図１に示すように、モータ１は、略円筒状をなすヨーク２の内周に複数の磁石３を配設してなるステータ４と、同ステータ４の内側において回転自在に支承されたロータ５とを備えてなる。

詳述すると、ロータ５は、回転軸７に固定されて同回転軸７と一体回転するロータコア８及び整流子９とを備えている。ロータコア８は、略円筒状のコア本体１０と、同コア本体１０から径方向外側に向って放射状に延びる複数のティース１１を備えてなり、これらの各ティース１１には、それぞれ図示しない巻線が巻回されている。また、整流子９は、その全周に亘って等間隔で配設された複数のセグメント１２を有しており、これらの各セグメント１２には、それぞれ、上記各ティース１１に巻回された巻線の端部が接続されている。そして、これら各セグメント１２に図示しない給電ブラシが摺接することで、当該セグメント１２と図示しない給電装置とが電気的に接続される。即ち、ロータ５の回転位置に応じた所定の巻線に通電される構成となっている。

そして、モータ１は、こうした給電ブラシを介した通電によりロータ５側に形成される磁界と上記各磁石３が形成するステータ４側の磁界（磁極）とが作用することにより、そのロータ５が回転する構成となっている。

ここで、本実施形態では、ロータコア８には、１８本のティース１１が設けられており、これにより、各ティース１１間には１８個のスロットが形成されている。尚、本実施形態では、これら各ティース１１は、コア本体１０から径方向外側に延びるティース本体１５と、同ティース本体１５の先端に設けられて周方向の延びるティースバー１６とにより形成されている（図２参照）。そして、整流子９には、そのスロット数と同じ１８枚のセグメント１２が設けられている。

また、本実施形態のステータ４では、ヨーク２の内周には、３枚の磁石３（３ａ〜３ｃ）が周方向に亘って略均等に配置されている。そして、本実施形態では、これらの各磁石３に対し、極性の異なる二つの磁極を隣り合わせて着磁することにより、合わせて６極の磁極が形成されている。

詳述すると、図１に示すように、本実施形態では、上記のような各磁石３への着磁は、６個の着磁コア２０を円環状に配置してなる着磁装置２１を用いて行なわれる。尚、これらの各着磁コア２０（２０ａ〜２０ｆ）は、鉄心にコイルを巻回してなる周知の構成を有するものである。

即ち、各磁石３は、それぞれがヨーク２に固着され、同ヨーク２とともにステータ４を形成する状態で、上記の着磁装置２１を構成する各着磁コア２０の内側に配置される。そして、本実施形態では、上記着磁装置２１への装着に際し、予めステータ４にロータ５を組み付けておくことにより、その着磁の際、当該ロータ５を各着磁コア２０の磁束が通過する心材として用いる構成となっている。

具体的には、本実施形態の着磁装置２１において、各着磁コア２０は、周方向に亘って略均等に配置されており、当該各着磁コア２０間の隙間Ｘ１の幅Ｗ１は、ステータ４の内周に均等配置された各磁石３の間に形成される隙間Ｘ０の幅Ｗ０と等しく設定されている（図２参照）。

尚、本実施形態では、各磁石３の間の隙間Ｘ０は、その幅Ｗ０が径方向（図２中、上下方向）において等しくなっている。これに対し、各着磁コア２０間の隙間Ｘ１は、径方向外側ほど、その幅が広くなっているが、これら各着磁コア２０において、その着磁機能に関与する部分は、各磁石３との最近接部分である。従って、図２に示されるように、上記着磁コア２０間の「隙間Ｘ１の幅Ｗ１」は、その各磁石３との最近接位置間の幅を示すものと定義する。

そして、本実施形態では、これら各着磁コア２０間の隙間Ｘ１及び各磁石３の間の隙間Ｘ０の周方向位置が一致するように、着磁装置２１にステータ４（及びロータ５）を設置することにより、各磁石３の径方向外側に、それぞれ二つの着磁コア２０が配置されるようになっている。即ち、図１に示す例では、磁石３ａの径方向外側には着磁コア２０ａ，２０ｂが、磁石３ｂの径方向外側には着磁コア２０ｃ，２０ｄが、そして磁石３ｃの径方向外側には着磁コア２０ｅ，２０ｆが配置される。

本実施形態では、この状態において、各着磁コア２０ａ，２０ｃ，２０ｅが「Ｎ極」となるように、及び各着磁コア２０ｂ，２０ｄ，２０ｆが「Ｓ極」となるように、これらの各着磁コア２０ａ〜２０ｆに対する通電が行なわれる。そして、これにより、各磁石３において、上記各着磁コア２０ａ，２０ｃ，２０ｅに対応する第１領域α（同図中、反時計回り側に位置する領域）が「Ｎ極」に着磁され、上記各着磁コア２０ｂ，２０ｄ，２０ｆに対応する第２領域β（同じく時計回り側に位置する領域）が「Ｓ極」に着磁される構成となっている。

ここで、本実施形態では、上記各磁石３への着磁は、その着磁対象となる各磁石３が設けられたステータ４と心材になるロータ５との相対回転を規制した状態で行なわれる。尚、図３（ａ）（ｂ）に示すように、本実施形態では、回転軸７の軸端面７ａには、その中心を通って径方向に延びる溝状のすり割部１７が形成されており、上記ロータ５の回転規制は、当該すり割部１７を用いて行なわれる。

詳述すると、本実施形態では、図１及び図４に示すように、各ティース１１間に形成されるスロット２５の周方向位置を、各磁石３に形成される極性の異なる二つの磁極の境界部、即ち上記の例において「Ｎ極」に着磁される第１領域αと「Ｓ極」に着磁される第２領域βとの境界部Ｙの周方向位置に合わせた状態で、各磁石３に対する着磁が行なわれる。

より具体的には、そのスロット２５の周方向中心と各磁石３の周方向中心とを一致（図４中、直線Ｌに示される位置）させた状態で、各磁石３への着磁が実行される。そして、これにより、各磁石３において、極性の異なる二つ磁極の境界部Ｙに適切な無磁束帯γ（同図中、破線で囲まれた領域）を形成し、整流時のトルク変動の抑制、及びこれによるモータ振動の低減を図る構成となっている。

即ち、各磁石３に形成される極性の異なる二つの磁極の境界部Ｙの径方向内側に、ロータ５側のティース１１が配置された状態で当該各磁石３への着磁が行なわれた場合を考える。例えば、図５に示すように、その径方向外側に着磁コア２０ａ，２０ｂが配置された磁石３ａにおいて、その「Ｎ極」に着磁される第１領域αと「Ｓ極」に着磁される第２領域βとの境界部Ｙに対応する径方向内側の位置に、ティース１１ａのティースバー１６が配置されているとする。尚、説明の便宜のため、図５（及び後述する図６）中、「ヨーク２」は省略する。

このとき、上記位置関係において、各着磁コア２０への通電が開始された場合、着磁コア２０ａの磁束は、その対向する磁石３ａの第１領域αを通過した後、当該第１領域αと第２領域βとの境界部Ｙに対向するティースバー１６を経由して、周方向に隣り合う第２領域βへと向うことになる。そして、こうした磁束漏れの発生により、本来、当該境界部Ｙに形成されるべき無磁束帯γが十分に形成されないおそれがある。

この点、上記のように、ロータ５側のスロット２５の周方向位置とステータ４側の各磁石３の周方向位置とを一致（図４中、直線Ｌに示される位置がその中心）させた状態で着磁を行なうことにより、各着磁コア２０の磁束は、各ティース１１を構成するティース本体１５を流れやすくなる。

具体的には、図６に示すように、着磁コア２０ａの磁束は、磁石３ａの第１領域αを挟んで対向するティース１１ａに対し、そのティース本体１５に向って流入する。そして、磁石３ａの第２領域βを挟んで着磁コア２０ｂと対向するティース１１を通過する磁束は、当該ティース１１ｂのティース本体１５から磁石３ａの第２領域βへと流入する。

つまり、「Ｎ極」に着磁される第１領域αと「Ｓ極」に着磁される第２領域βとの境界部Ｙの径方向内側に、エアギャップとして機能するスロット２５（ティースバー１６間に形成される開口スリット２６）が配置されることで、これら第１領域αと第２領域βとの間には、両者を接続する磁気回路が形成されなくなる。これにより、上記のような磁束漏れは発生せず、その結果、これら第１領域αと第２領域βとの間の境界部Ｙに十分な大きさを有する適切な無磁束帯γを形成することができるようになる。

また、図２に示すように、より好ましく、本実施形態では、各磁石３の間に形成される隙間Ｘ０の幅Ｗ０は、これら各磁石３との最近接位置におけるティース本体１５間の幅Ｗ２と等しく設定されている。

即ち、図６に示すように、各磁石３に着磁する際、上記位置合わせにより、ティース１１（のティースバー１６）を介した磁束漏れが発生しないとすれば、第１領域α及び第２領域βの境界部Ｙにおける無磁束帯γの形成は、各磁石３から各ティース本体１５に向う、及び各ティース本体１５から各磁石３へ向う磁束の通過経路に依存する。つまり、各磁石３に形成される無磁束帯γの大きさは、主として、上記ティース本体１５間の幅Ｗ２により規定される。従って、そのエアギャップとしての存在により無磁束帯γ０となる各磁石３間の隙間Ｘ０の幅Ｗ０を、ティース本体１５間の幅Ｗ２と等しく設定することで、その無磁束帯γ０の大きさを、各磁石３に形成される無磁束帯γの大きさと略等しくすることができる。そして、本実施形態では、これにより、ステータ４の全周に亘り各磁極間に適切な無磁束帯γ，γ０を形成して、更なるモータ振動の低減を図ることが可能な構成となっている。

以上、本実施形態によれば、以下のような特徴を得ることができる。
（１）ステータ４は、ヨーク２の内周に３枚の磁石３を略均等に配置してなるとともに、これらの各磁石３には、極性の異なる磁極が互いに隣り合わせて着磁される。また、各磁石３への着磁は、６個の着磁コア２０を円環状に配置してなる着磁装置２１を用い、ロータ５を心材として行なわれる。そして、その着磁は、ロータ５の各ティース１１間に形成されるスロット２５の周方向位置を、各磁石３に形成される極性の異なる二つの磁極の境界部、即ち「Ｎ極」に着磁される第１領域αと「Ｓ極」に着磁される第２領域βとの境界部Ｙの周方向位置に合わせた状態で行なわれる。

上記構成によれば、スロット２５（ティースバー１６間に形成される開口スリット）によって、「Ｎ極」に着磁される第１領域αと「Ｓ極」に着磁される第２領域βとの境界部Ｙの径方向内側にエアギャップが形成される。これにより、第１領域αと第２領域βとの間に両者を接続する磁気回路が形成されることを防止して磁気漏れの発生を抑制することができる。その結果、これら第１領域αと第２領域βとの間の境界部Ｙに十分な大きさを有する適切な無磁束帯γを形成することができるようになる。

（２）各磁石３への着磁は、スロット２５の周方向中心と各磁石３の周方向中心とを一致させた状態で行なわれる。上記構成によれば、各磁石３における磁極の境界部Ｙに形成される無磁束帯γを当該各磁石３の周方向中心に形成することができる。

（３）各磁石３はヨークの２の周方向に亘って略均等な間隔で配設される。また、各ティース１１は、コア本体１０から径方向外側に延びるティース本体１５と、同ティース本体１５の先端に設けられて周方向の延びるティースバー１６とを備えてなる。そして、各磁石３の間に形成される隙間Ｘ０の幅Ｗ０は、これら各磁石３との最近接位置におけるティース本体１５間の幅Ｗ２と等しく設定される。

即ち、各磁石３に着磁する際、磁束漏れが発生しないとすれば、第１領域α及び第２領域βの境界部Ｙにおける無磁束帯γの形成は、各磁石３から各ティース本体１５に向う、及び各ティース本体１５から各磁石３へ向う磁束に依存する。つまり、各磁石３に形成される無磁束帯γの大きさは、主として、上記ティース本体１５間の幅Ｗ２に依存する。

従って、上記構成によれば、各磁石３間の隙間Ｘ０、即ちエアギャップが形成する無磁束帯γ０の大きさと各磁石３に形成される無磁束帯γの大きさと略等しくすることができる。その結果、ステータ４の全周に亘り各磁極間に適切な無磁束帯γ，γ０を形成して、更なるモータ振動の低減を図ることができるようになる。

（４）各磁石３に対応する各着磁コア２０間の隙間Ｘ１の幅Ｗ１は、各磁石３の間に形成される隙間Ｘ０の幅Ｗ０と等しく設定される。
これにより、各磁石３について、より一層、適切な無磁束帯γを形成することができる。

なお、本実施形態は以下のように変更してもよい。
・本実施形態では、本発明を、３枚の磁石を用いて６極の磁極が形成されるモータ１の製造に具体化したが、磁石の数、及び磁極数は、これに限るものではない。

・また、モータ１では、スロット数及びセグメント数は、ともに「１８」とした。しかし、これに限らず、本発明は、「１８」以外のスロット数及びセグメント数を有するモータの製造に適用してもよい。

・本実施形態では、各磁石３の間の隙間Ｘ０は、その幅Ｗ０が径方向において等しいこととしたが、各磁石３の形状は、必ずしも、このような隙間Ｘ０を形成するものでなくともよい。尚、このような場合、上記のように各磁石３を通過する磁束は、ティース１１のうちのティース本体１５に向って、若しくはティース本体１５から流れる。従って、各磁石３間の隙間Ｘ０の幅Ｗ０は、隣り合う各ティース本体１５間における当該各磁石３との最近接位置間の幅を用いるとよい。

次に、以上の実施形態から把握することのできる技術的思想をその効果とともに記載する。
（イ）ロータが固定される回転軸の軸端面には、その中心を通って径方向に延びる溝状のすり割部が形成される。これにより、ロータの回転を規制することができるとともに、各磁石の着磁に先立って、各ティース間に形成されるスロットの周方向位置を、各磁石に形成される磁極の境界部の周方向位置を合わせる際の位置決めが容易になる。

本実施形態のモータの概略構成及びその製造方法を示す模式図。 各磁石間に形成される隙間近傍の概容を示す模式図。 （ａ）回転軸の形状を示す平面図、（ｂ）同じく側面図。 各磁石に形成される磁極間の境界部近傍の概容を示す模式図。 ティースが境界部に対応する位置にある場合における磁束状態を示す説明図。 スロット及び境界部の周方向位置が一致する場合における磁束状態を示す説明図。

符号の説明

１…モータ、２…ヨーク、３（３ａ〜３ｃ）…永久磁石、４…ステータ、５…ロータ、８…ロータコア、９…整流子、１０…コア本体、１１，１１ａ，１１ｂ…ティース、１２…セグメント、１５…ティース本体、１６…ティースバー、２０（２０ａ〜２０ｆ）…着磁コア、２５…スロット、２６…開口スリット、α…第１領域、β…第２領域、γ，γ０…無磁束帯、Ｘ０，Ｘ１…隙間、Ｙ…境界部、幅…Ｗ０，Ｗ１，Ｗ２。

Claims (4)

1. 周方向に複数の磁石を配置してなるステータと径方向に延設されて前記各磁石に対向する複数のティースが形成されたロータとを有するモータについて、周方向に配置された複数の着磁コアを有し前記ロータを心材として前記ステータの径方向から前記各磁石に着磁可能な着磁装置を用いることにより、前記各磁石に極性の異なる磁極を周方向に隣り合わせて着磁するモータ製造方法であって、
   前記着磁は、前記各ティース間に形成されるスロットの周方向位置を前記各磁石に形成される各磁極の境界部の周方向位置に合わせた状態で行なわれること、
   を特徴とするモータ製造方法。
2. 請求項１に記載のモータ製造方法において、
   前記着磁は、前記スロットの周方向中心を前記各磁石の周方向中心に一致させた状態で行なわれること、を特徴とするモータ製造方法。
3. 請求項１又は請求項２に記載のモータ製造方法において、
   前記各磁石は周方向に均等間隔で配設されるとともに、
   前記各ティースは、径方向に延びるティース本体と、該ティース本体の先端に設けられて周方向に延びるティースバーとを備えてなるものであって、
   前記各磁石間に形成される隙間の幅は、該各磁石との最近接位置における前記ティース本体間の幅と等しく設定されること、を特徴とするモータ製造方法。
4. 請求項３に記載のモータ製造方法において、
   前記各着磁コアの着磁部間の幅は、前記各磁石間の幅と等しく設定されること、
   を特徴とするモータ製造方法。

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