JP2010172095A - モータ - Google Patents

Abstract

【課題】高速回転に耐え損失の少ない小型で安価な磁石を備えたロータ付きモータを提供することを目的とする。
【解決手段】シャフト１と嵌合した磁石３を高い引張強度の樹脂４で一体成形し、同時にバランス調整部５を形成したものである。これによって渦電流損が少なく、バランス調整も別部材でないため安価に実現できるとともに、ロータの釣り合いのために除去する除去部６を端面に設けたため、外部空気と接触する面積が小さくでき、空気抵抗を軽減させることができる。
【選択図】図１

Description

本発明は、高速回転に耐えうる小型で安価な磁石を備えたロータを有するモータに関するものである。

従来のモータにあって、磁石を有して高速回転するロータは、図４に示す通り、シャフト２３の外周部に円筒状もしくは円弧状の磁石２５を接着し、このシャフト２３の長手方向で磁石２５の両側にエンドリング２６を装着させている。

高速回転により発生する遠心力によって破損することを防止するために、磁石２５の外周面にステンレスやセラミックなど非磁性の材料からなる円筒状のキャン２７を装着していた。このキャン２７は、接着や、エンドリング２６への溶接などで組み立てられている。ロータの回転時の釣り合いを取るためのバランス調整はエンドリング２６の外周部を必要な場所と量を除去して行っていた（例えば、特許文献１参照）。
特開平１−２０９９４１号公報

しかしながら、前記従来の構成では、キャン２７がセラミックである場合欠けが生じやすいので、薄くしにくい。また高価である。

一方、キャン２７をステンレスなどの非磁性の金属にした場合、渦電流損により損失が増加してモータの特性を悪化させるという課題を有していた。

本発明は、前記従来の課題を解決するもので、磁石とシャフトを樹脂で一体成形することにより、モータの特性を良好に維持しつつ高速回転を可能にしたものである。

前記従来の課題を解決するために、本発明のモータは、円柱状のシャフトの外周面に円筒状もしくは円弧状の磁石を配設するとともに、これらシャフトと磁石を樹脂にて一体化したロータを具備し、前記樹脂の長手方向両端面にバランス調整部を形成したものである。

これによって、渦電流損を発生させず、安価な高速回転用のロータが可能となる。

本発明のモータによれば、安価で高い効率を有しながら小型化が図れるものであり、例えば、電気掃除機に搭載すれば、優れた効果が期待できるものである。

第１の発明のモータは、円柱状のシャフトの外周面に円筒状もしくは円弧状の磁石を配設するとともに、これらシャフトと磁石を樹脂にて一体化したロータを具備し、前記樹脂の長手方向両端面にバランス調整部を形成したものであり、渦電流損を発生することなしに、高速回転時の磁石はがれなどの破損に対して強度を補強することができる。

さらに、樹脂は磁石のシャフトの長手方向の２つの端面を覆うバランス調整部を形成することにより、別部品を設けることなく回転時の釣り合いのバランス調整を行って部分的
に除去できる箇所を設けることが可能となる。

第２の発明は、特に、第１の発明において、磁石は円筒状であり、内径に２つ以上の切り欠き形状を均等の角度になるように設け、シャフトの外部に前記磁石の切り欠き形状と嵌合するような突起を設けたことにより、磁石とシャフト間の接着に掛かる応力を現象させるとともに、接着部が破損あるいは強度不十分の状態になったとしても突起形状の嵌合と磁石を覆う樹脂成形によりトルクを確実に伝達することができる。

第３の発明は、特に、第１の発明において、シャフトの外周の円周方向に沿って円弧状磁石を２つ以上配置し、前記磁石の間に嵌合するような突起をシャフト外周部に均等の角度になるように設けたことにより、トルクを確実に伝達することができる。

また、円弧状の磁石となっているため、高温になったときにシャフトの線膨張係数が磁石よりも充分大きい場合でも磁石にクラックや割れなどが入る恐れがない。

第４の発明は、特に、第１の発明において、磁石は円筒状であり、内径に２つ以上の切り欠きを均等の角度になるように設け、シャフトの外周部に前記磁石の切り欠きに対応する部分に溝を形成し、前記シャフトの溝と前記磁石の切り欠きの両方に嵌合するような角状の突起部を設けたことにより、シャフト自身に突起を設ける加工が必要ないので、低コストに構成することができる。

第５の発明は、特に、第１の発明において、磁石は円弧状であり、シャフトの外周の円周方向に沿って前記磁石を２つ以上設け、シャフトの外周部に前記磁石間の隙間に対応する部分に溝を形成し、この溝と磁石の間の隙間に嵌合する突起部を円周方向に均等の角度になるように配置したことにより、高温になったときにシャフトの線膨張係数が磁石よりも充分大きい場合でも磁石にクラックや割れなどが入る恐れがなく、かつ、シャフト自身に突起部を設ける加工が必要ないので、より低コストに構成することができる。

第６の発明は、特に、第１〜４いずれか一つの発明において、磁石をシャフトに接着する時、シャフトの同心円状に磁石が配置されるように治具にて接着剤が硬化するまで保持するようにしたことにより、磁石の配置の中心がシャフト中心とほぼ一致するように保たれるので磁気的な偏心による振動や騒音を軽減することが図れる。

第７の発明は、特に、第１、２、４のいずれか一つの発明において、円筒状磁石をシャフトに接着する際、接着剤を塗布後、前記シャフトと前記磁石を嵌合してから相対的に円周方向に回転させてから接着剤を硬化させることにより、シャフトの円周方向に接着剤が満遍なく回りこんで、安定した接着強度を得ることが可能となる。

第８の発明は、特に、第１の発明において、バランス調整部はバランス調整のために除去される箇所が端面とすることにより、高速回転時において除去された部分が外周部に形成された時よりも端面に形成された方が、半径が小さい場所にしやすく、抵抗となる周囲の空気に接する面積を小さくしやすいので、空気抵抗の低減を図ることができる。

第９の発明は、特に、第１の発明において、磁石の外周部に樹脂よりも高い引張強度を有する糸状の補強材を巻回したことにより、高速回転時の強度を増大し、または、磁石外周部の樹脂の厚みの軽減を図ることができる。

第１０の発明は、特に、第９の発明において、補強材を炭素繊維で形成したことにより、軽くて強度の高い小径のロータを実現することができる。

第１１の発明は、特に、第１の発明において、磁石をシャフトの長手方向に複数に分けて配置したことにより磁石の真円度や円筒度といった形状寸法の誤差を小さくして組み立てることが可能となる。

第１２の発明は、特に、第１１の発明において、隣り合った磁石の間を絶縁することにより、磁石で発生する渦電流による損失の軽減を図ることができる。

第１３の発明は、特に、第１〜１２いずれか一つの発明において、これを電動送風機に搭載することで、安価で高い効率を有しながら小型化を図ることができる。

第１４の発明は、特に、第１３の発明において、これを電気掃除機に搭載したものである。これにより、吸い込み仕事率を高くすることが可能となり、電動送風機の小型化により掃除機も小型化が図れて使い勝手を向上できる。

以下、本発明の実施の形態について、図面を参照しながら説明する。なお、この実施の形態によって本発明が限定されるものではない。

（実施の形態１）
図１は、本発明の実施の形態１におけるモータのロータを示し、円柱状のシャフト１の両端近傍にそれぞれ軸受２を装着している。

これら軸受２の間のシャフト１の外周部には磁石３が接着剤を介して配置してあり、さらに、この磁石３を覆うように引張強度の高い樹脂４を被着して、前記磁石３とシャフト１を一体化している。

高速回転時に生じる遠心力はこの樹脂４でも受け止められところから、高い回転剛性が得られるようになっている。

また、磁石３は円筒状の場合と、２つ以上の均等分割個片の場合がある。磁石が円筒状の場合は、（ｂ）のように、磁石３自身の強度と樹脂４の強度の両方で遠心力に耐えるようにできる。

このため、磁石３の外周部の樹脂４の厚みをより薄くすることが可能となり、一層の小径化が可能となる。

また、２つ以上の均等分割個片の磁石の場合は、（ｃ）のように、高温になった場合に磁石３の線膨張係数がシャフト１の線膨張係数より小さくてもシャフト１の寸法変化による応力で磁石３が割れるということがない。

磁石３の円周方向の分割数を増加させると、樹脂４が受ける応力が分散されるので、その厚みをさらに小さくすることができ、一層の小径化が可能になる。

磁石３の両端に対応する樹脂４の端部にはバランス調整部５が設けられている。

このバランス調整部５は別部品でなく磁石３を一体成形する時に同時に形成されるので、安価にすることができる。

バランス調整部５の釣り合いは、その端面にドリルにて穴をあけることによって行う。ドリルにて除去した部分である除去部６は、高速回転時には空気抵抗を生むが、一方では周囲の空気との接触面積を小さくすることができ、回転体の風損を低減することが可能と
なってモータの効率を向上させることに寄与する。

また、磁石３が円環状の場合、シャフト１と磁石３との同心度が悪いと磁気的な偏心を生じてモータの振動や騒音が増大する。併せて、磁石３の内径の接着剤が充分に行き渡らないと接着強度の信頼性が低くなってしまう。

これらを防ぐため、接着剤塗布後にシャフト１と磁石３を円周方向へ相対的に回転させてから、治具にてシャフト１と磁石３が同心円状に配置されるように保持したまま接着剤を硬化させる。

以上のように、本実施の形態においては、磁石３の接着剤だけでなく樹脂４にて一体成形することにより、遠心力に耐えうる強度を高めている。

また、磁石３を円環状とすることにより磁石３自身の強度も加味してより遠心力に耐えることが可能となる。

磁石３を円周方向に２つ以上の均等分割個片とすることにより、高温時の線膨張係数の違いによる磁石３の割れなどの発生を避けることができ、分割数を多くすればより遠心力に耐えうる強度を高められる。

バランシング調整部５は一体成形で形成されるので安価になり、除去部６を端面に設けるので外周の空気との接触面積を減らすことができるので、高速回転時の空気抵抗を軽減することが可能となる。

（実施の形態２）
図２は本発明の実施の形態２を示し、図１と同作用を行う構成部分については同一符号を付し、具体的説明は実施の形態１のものを援用する。

図２（ｂ）に示すように、磁石３が円環状の場合、内径に均等に配置された２つ以上の切り欠きがあり、シャフト１の表面でこの磁石３の対抗面に設けた突起部７と磁石３の切り欠きが嵌合するようにしてある。

一方、（ｃ）に示すように、円周方向に分割個片とした磁石３の場合は、磁石個片の間にシャフト１の外周部に設けた突起部７が円周方向に均等な角度で配置されるようにしてある。

これらのシャフト１の突起部７により、回転時のトルクが確実に伝達されるとともに、磁石３とシャフト７間の接着剤にかかる応力を軽減でき、これにより、接着部の信頼性を高めることが可能となる。

また、磁石３はシャフト１の長手方向に複数に分かれており、磁石３の間は表面処理やシートなどの部材などによって絶縁されている。

これにより、磁石３が特に高導電率であっても、これに発生する渦電流損を小さくし、このロータを採用したモータの効率を低下させることがない。

なお、磁石３はシャフト１に接着剤にて装着されるとしたが、最終的に一体成形されて固着されるので、必ずしも接着剤は必要ではない。

なお、磁石３をシャフト１の長手方向に複数に分割したが、これは他の実施例に用いて
も同様の効果が得られる。

（実施の形態３）
図３は本発明の実施の形態３を示し、図１，２と同作用を行う構成部分については同一符号を付し、具体的説明は実施の形態１，２のものを援用する。

図３に示すように、突起部７はシャフト１に設けた溝８に嵌合するように配置され、角柱状に形成されている。

これにより、シャフト１および突起部７の加工がやりやすくなり、低コスト化を図ることができる。

また、磁石３の外周には糸状の炭素繊維からなる補強材９が巻回されていて、樹脂４で一体成形されている。

炭素繊維からなる補強材９は樹脂４よりも大きい引張強度を有するため、遠心力に対する強度をより高めることができる。

なお、樹脂４よりも充分大きい引張強度を有する糸状の材料であれば、補強材９は炭素繊維でなくとも良い。

なお、いずれの実施の形態においても、磁石をシャフトに接着する時、シャフトの同心円状に磁石が配置されるように治具にて接着剤が硬化するまで保持することが望ましい。

そして、実施の形態のモータを電動送風機に搭載すれば、安価で高い効率を有しながら小型化を図ることができ、また、電気掃除機の電動送風機とすることによって、小型で、吸い込み効率のよいものを提供できるものである。

以上のように、本発明にかかるモータは、安価に渦電流損を発生させず高速回転が可能な強度を持つことが可能となるため、低コスト化や小型化を図ることができ、また、このモータを有する電動送風機においても安価で高い効率を有しながら小型化を図ることができる。

そのため、電気掃除機用としてはもちろんのこと、他の家庭用電化機器、産業機器などの用途にも幅広く適用できる。

さらには、電動送風機は同様の観点において、圧縮機、タービン、液体用ポンプにも適用可能である。

本発明の実施の形態１におけるモータのロータを示し、（ａ）は側断面図、（ｂ）は正断面図、（ｃ）は磁石が均等分割個片の場合の正断面図 本発明の実施の形態２におけるモータのロータを示し、（ａ）はロータの側断面図、（ｂ）は正断面図、（ｃ）は磁石が均等分割個片の場合の正断面図 本発明の実施の形態３におけるモータのロータを示し、（ａ）は側断面図、（ｂ）は正断面図、（ｃ）は磁石が均等分割個片の場合の正断面図 従来のモータにおけるロータの側断面図

１ シャフト
２ 軸受け
３ 磁石
４ 樹脂
５ バランス調整部
６ 除去部
７ シャフト
８ 軸受け
９ 磁石
１０ 樹脂
１１ 突起部
１２ バランス調整部
１３ 除去部
１４ シャフト
１５ 軸受け
１６ 磁石
１７ 樹脂
１８ 突起部
１９ 溝
２０ 炭素繊維
２１ バランス調整部
２２ 除去部
２３ シャフト
２４ 軸受け
２５ 磁石
２６ エンドリング
２７ キャン

Claims (14)

1. 円柱状のシャフトの外周面に円筒状もしくは円弧状の磁石を配設するとともに、これらシャフトと磁石を樹脂にて一体化したロータを具備し、前記樹脂の長手方向両端面にバランス調整部を形成したモータ。
2. 磁石は円筒状であり、内径に２つ以上の切り欠き形状を均等の角度になるように設け、シャフトの外部に前記磁石の切り欠き形状と嵌合するような突起を設けた請求項１記載のモータ。
3. シャフトの外周の円周方向に沿って円弧状磁石を２つ以上配置し、前記磁石の間に嵌合するような突起をシャフト外周部に均等の角度になるように設けた請求項１記載のモータ。
4. 磁石は円筒状であり、内径に２つ以上の切り欠きを均等の角度になるように設け、シャフトの外周部に前記磁石の切り欠きに対応する部分に溝を形成し、前記シャフトの溝と前記磁石の切り欠きの両方に嵌合するような角状の突起部を設けた請求項１記載のモータ。
5. 磁石は円弧状であり、シャフトの外周の円周方向に沿って前記磁石を２つ以上設け、シャフトの外周部に前記磁石間の隙間に対応する部分に溝を形成し、この溝と磁石の間の隙間に嵌合する突起部を円周方向に均等の角度になるように配置した請求項１記載のモータ。
6. 磁石をシャフトに接着する時、シャフトの同心円状に磁石が配置されるように治具にて接着剤が硬化するまで保持するようにした請求項１〜５いずれか１項記載のモータ。
7. 円筒状磁石をシャフトに接着する際、接着剤を塗布後、前記シャフトと前記磁石を嵌合してから相対的に円周方向に回転させてから接着剤を硬化させることを特徴とする請求項１、２、４のいずれか１項記載のモータ。
8. バランス調整部はバランス調整のために除去される箇所が端面であることを特徴とする請求項１記載のモータ。
9. 磁石の外周部に樹脂よりも高い引張強度を有する糸状の補強材を巻回した請求項１記載のモータ。
10. 補強材を炭素繊維で形成した請求項９記載のモータ。
11. 磁石をシャフトの長手方向に複数に分けて配置した請求項１記載のモータ。
12. 隣り合った磁石の間が絶縁されていることを特徴とする請求項１１記載のモータ。
13. 請求項１〜１２いずれか１項記載のモータを搭載した電動送風機。
14. 請求項１３記載の電動送風機を搭載した電気掃除機。