JP2011015519A - 永久磁石型モータ - Google Patents

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紳一郎 片桐
拓也 ▲浜▼野
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Abstract

【課題】
製造コストを抑えつつ、信頼性の高い永久磁石型モータを提供すること
【解決手段】
ローレット加工を施した回転軸(31)と同回転軸が圧入されるアルミ製のロータコア(4)と同ロータコアと径方向で対向するように配置される永久磁石(5)とを備えるロータ(3)と、巻線(23)を備えて前記ロータを回転させる回転磁界を発生するステータ(2)と、を備える永久磁石型モータ(1)において、前記回転軸(31)は、前記ローレット加工が施されたローレット加工部(32)と、前記ロータコアに前記回転軸を圧入する際に同ロータコアを前記ローレット加工部までガイドするガイド部(33)とを有し、同ガイド部(33)の軸方向長さ(Lg)を前記ロータコア(4)の軸方向長さ(Lc)以上とした。
【選択図】 図1

Description

本発明は、例えばルームエアコン、温水暖房器などの送風ファンを駆動する、永久磁石型モータに関する。
従来から、回転軸とロータコアとを強固に固定したい場合(例えば、回転軸とロータコアとが線膨張係数の異なる材料で構成されている場合など)、回転軸にローレット加工を施してロータコアに圧入するモータが知られている(例えば、特許文献1)。
このようにローレット加工を施した回転軸をロータコアに圧入する場合、回転軸とロータコアとの同軸性を保つことが重要となる。しかし、同軸性を保つ手段についてはいずれの先行技術にも記載されていない。この同軸性が失われると、回転軸とロータコアを強固に固定することができず、空転が発生したりする恐れがあった。
特開2001−314067
本発明は、上述した課題を解決するためになされたものであって、その目的は、ローレット加工を施した回転軸とロータコアとの同軸性を確保して、回転軸とロータコアを強固に固定した永久磁石型モータを提供することにある。
上記目的を達成するため、本発明は以下に示すいくつかの特徴を備えている。請求項1に記載の発明は、ローレット加工を施した回転軸(31)と同回転軸が圧入されるロータコア(4)と同ロータコアと径方向で対向するように配置される永久磁石(5)とを備えるロータ(3)と、巻線(23)を備えて前記ロータを回転させる回転磁界を発生するステータ(2)と、を備える永久磁石型モータ(1)において、前記回転軸(31)は、前記ローレット加工が施されたローレット加工部(32)と、前記ロータコアに前記回転軸を圧入する際に同ロータコアを前記ローレット加工部までガイドするガイド部(33)とを有し、同ガイド部(33)の軸方向長さ(Lg)を前記ロータコア(4)の軸方向長さ(Lc)以上としたことを特徴としている。
請求項2に記載の発明は、上記請求項1に記載の永久磁石型モータにおいて、前記ロータコアの軸方向長さ(Lc)を前記ローレット加工部の軸方向長さ(Lr)より大きくすると共に、前記ローレット加工部全体が前記ロータコアで覆われるように前記ローレット加工部を前記ロータコアに圧入し、同ロータコアの軸方向両端面(41、42)の回転軸近傍を、前記回転軸外周面(311,312)の形状に沿ってカシメたことを特徴としている。
請求項3に記載の発明は、上記請求項1又は請求項2に記載の永久磁石型モータにおいて、前記ガイド部と径方向に対向する位置に前記巻線と結線される基板(8)を配置したことを特徴としている。
請求項1に記載の発明によれば、回転軸31にローレット加工部32とガイド部33とを設けると共に、前記ガイド部33の軸方向長さ(Lg)を前記ロータコア4の軸方向長さ(Lc)以上として、同ローレット加工部32をロータコア4に圧入した。従って、ロータコア4と回転軸31との同軸性を保ちながら、回転軸31をロータコア4に圧入することができるので、回転軸31とロータコア4を強固に固定できる。
請求項2に記載の発明によれば、ローレット加工部32全体がロータコア4に固定されると共に、ロータコア4の軸方向両端面41,42の回転軸近傍が、ローレット加工が施されていない回転軸外周面311、312の形状に沿ってカシメられる。従って、回転軸31とロータコア4とをより強固に固定することができて、回転軸31とロータコア4との空転の発生を一段と防止できる。また、上記カシメにより形成されるカシメ部412、422により回転軸31とロータコア4の隙間が確実に塞がれて、湿気などの侵入が防止できるので、例えば、ロータコアと回転軸とが、イオン化傾向の大きさが異なる異種金属材料で構成されていても、異種金属接触による腐食を防止できる。
請求項3に記載の発明によれば、ガイド部と径方向に対向する位置に前記巻線と結線される基板を配置したので、ロータコア圧入後も、ガイド部側の空間を有効利用できる。
本発明の永久磁石型モータの断面図。 本発明のロータ図3、図4に示すA−A´断面図。 本発明のロータ上面図。 本発明のロータ底面図。 (a)〜(d)は、回転軸へのロータコア固着手順を説明する図面。 本発明の回転軸とロータコアの上面図。 本発明の回転軸とロータコアの底面図。 本発明の回転軸とロータコアの部分拡大図。 比較例の回転軸とロータコアの部分拡大図。
次に、本発明の実施形態について図面を参照しながら説明する。図1〜図7は本発明に関わる永久磁石型モータの一実施形態を示している。図1は永久磁石型モータの断面図である。図1に示すように、永久磁石型モータ1は、ステータ2と、回転軸31を有してステータ2の内側に配置されるロータ3と、駆動回路基板8とブラケット9とを備えて構成されている。
図3、図4はそれぞれロータ3の上面図、底面図であり、図2は図3、図4に示すロータのA−A´断面図である。図に示すように、ロータ3の回転軸31にはローレット加工部32が設けられ、このローレット加工部32をアルミニウム製のロータコア4に圧入している。
図6、図7に示すように、このロータコア4は、環状部41と同環状部から外径方向に延びる突起部411とを備え、断面が略歯車形状である。このロータコア4は、外径側に設けられる永久磁石5と噛み合うようにして、永久磁石5からの回転力を回転軸31に伝える役割を持つ。なお、図5に示すように、ロータコア4は、回転軸31のローレット加工部32が圧入されることで、回転軸31と強固に固着される。
永久磁石5とロータコア4との間には、振動防止のため、弾性を有する材料(例えばゴムなど)からなる緩衝部材6が回転軸方向の上部と下部にそれぞれ設けられている(上部緩衝部材61、下部緩衝部材62)。そして、この緩衝部材6を永久磁石5とロータコア4との間に固定するために、回転軸方向の上部と下部のそれぞれに端板71、72が設けられる。なおこの端板71、72は、回転軸31に挿入後に回転軸近傍がカシメられてカシメ部711、712、721、722が形成され、回転軸31に固着される。
次に、アルミニウム製のロータコア4に回転軸31を挿入する手順について、図5を用いて述べる。
まず、図5(a)及び図5(b)に示すように、回転軸31のガイド部33がロータコア4に挿入される。このとき、ガイド部33の軸方向長さLgはロータコア4の軸方向長さLcよりも大きいため、ガイド部33がロータコア4を完全に貫いている。
次に、図5(c)及び図5(d)に示すように、ローレット加工部32をロータコア4に圧入していき、ローレット加工部32がロータコア4で完全に覆われる位置まで、ローレット加工部32が圧入される。ここで、ローレット加工部32の軸方向長さLrはロータコア4の軸方向長さLcよりも短くされている。
次に、回転軸31のガイド部33の軸方向長さLgが、ロータコア4への圧入に及ぼす影響について述べる。図8は本実施例、図9は比較例であって、図8はガイド部33の軸方向長さLgがロータコア4の軸方向長さLcよりも長い場合の部分拡大図であり、図9は同Lgが同Lcよりも短い場合の部分拡大図である。
図9に示す比較例のように、ガイド部33の軸方向長さLgがロータコア4の軸方向長さLcよりも短い場合は、ガイド部33はロータコア4を完全には貫いていない状態となる。この状態で、回転軸31のローレット加工部32をロータコア4に圧入しようとすると、ロータコア4が回転軸31に対して大きく傾く恐れがある。
ロータコア4の傾きが大きすぎると、回転軸31を圧入できず、ロータの製造不良率が高くなってしまう恐れがある。また、たとえ圧入できたとしても、回転軸31に対してロータコア4が傾いてしまい、ロータコア4と回転軸31とが傾いた状態で圧入・固定されるので、回転軸31とロータコア4との固定に弱い部分ができてしまう。その結果、回転軸31とロータコア4を強固に固定できない。また、ロータコア4の傾きによりマグネット5も傾くと、ロータ3がステータ2に対して偏芯してしまい、モータ1の駆動時にロータ3が振動する恐れもある。
一方、図8に示す本実施例のように、ガイド部33の軸方向長さLgがロータコア4の軸方向長さLcよりも長い場合は、ロータコア4をガイド部33に完全に挿入した状態で、ロータコア4をローレット加工部32に圧入することができる。このようにロータコア4がガイド部に完全に挿入された状態では、ロータコア4は回転軸3に対して大きく傾くことがない。
従って、回転軸31をロータコア4に圧入する際に、回転軸31とロータコア4との同軸性を容易に保ちながら圧入することができる。従って、回転軸31とロータコア4との傾きが抑えられるので、回転軸31とロータコア4が強固に固定される。また、ロータ3の偏芯も抑えられるので、モータ1の駆動時にロータ3が振動する恐れもない。
次に、回転軸31にロータコア4を圧入した後の処理について図5(d)、図6、図7を用いて述べる。
図5(d)に示すように、ロータコア4はローレット加工部32を完全に覆うように圧入される。これは、ローレット加工部32の軸方向長さLrをロータコア4の軸方向長さLcよりも短くすることで実現される。このようにロータコア4がローレット加工部32を覆うことで、軸方向に延びるローレット加工部全体がロータコア内周面と当接する。従って、軸方向に延びるローレット加工部32を全て利用して、ロータコア4と回転軸31を強固に固定できる。
次に、図6、図7に示すように、回転軸31が圧入されたロータコア4の軸方向の両端面41、42の回転軸近傍には、円弧状のカシメ部412、422が4つずつ、回転軸31の外周面311、312に沿うように形成される。このカシメ部412、422により、ロータコア端面41、42の回転軸近傍が、回転軸外周面311、312の全周に均一に当接する。従って、回転軸とロータコアとがさらに強固に固定され、空転の発生を一段と防止できる。
なお、上記カシメ部412、422により、ロータコア端面41、42の回転軸近傍が回転軸外周面311、312の全周に均一に当接すると、回転軸31とロータコア4の隙間が確実に塞がれる。これにより、回転軸31とロータコア4の隙間に、湿度の高い空気や結露による水分などが侵入することがない。このことも、以下に示すように空転の発生を防止するという効果をもたらす。
一般的に、イオン化傾向の大きさが異なる金属(異種金属)同士が、電解質溶液を介在させて接触すると、イオン化傾向の大きい金属からイオン化傾向の小さい金属へ電子が流れていく。それとともに、イオン化傾向の大きい金属から電解質溶液に金属イオンが溶け出して、イオン化傾向の大きい金属が腐食する。
本実施例では、ロータコア4はアルミニウムで構成されており、回転軸31は炭素鋼で構成されている。アルミニウムは炭素鋼よりもイオン化傾向が大きく、両金属は異種金属である。この異種金属同士が接触する接触部分に、湿度の高い空気や結露による水分などが侵入すると、電解質溶液が介在することになる。従って、炭素鋼よりもイオン化傾向の大きいアルミが腐食し、最悪の場合にはロータコア4と回転軸31の固定が外れ、ロータコアが空転してしまう恐れがある。
これに対し本実施例では、ロータコア4の軸方向長さLcは前記ローレット加工部32の軸方向長さLrより長いので、ロータコア端面41、42の回転軸近傍は、ローレット加工が施されていない回転軸外周面311、312に当接することになる。
この回転軸外周面311、312の断面形状は、ローレット加工が施されていないため、円形形状という非常に単純な形状である。従って、図6、図7に示すように、ロータコア両端面41、42にそれぞれ4つの円弧形状のカシメ部412、422を形成するだけで、円形形状のカシメ部を形成ことができる。このようにして円形形状にカシメられたロータコア端面の回転軸近傍は、回転軸外周面311、312の全周に対し、略均一に当接することができる。
前記カシメ部412、422により、ロータコア端面の回転軸近傍が回転軸外周面311、312の全周に均一に当接すると、回転軸とロータコアの隙間が確実に塞がれる。従って、この隙間には電解質溶液が侵入できなくなり、異種金属接触による腐食の発生が防止されている。これにより、アルミニウム製のロータコア4の腐食が防止できるので、ロータコア4と回転軸31との空転も防止できる。
なお、本実施例では、ロータコア4が永久磁石5と2枚の端板71、72とで囲まれた構造となっている。この構造により、ロータコアと回転軸との隙間への電解質溶液の侵入をさらに防止している。
また、本実施例では、回転軸31を炭素鋼、ロータコア4をアルミニウム製としているが、本発明はこれに限られない。例えば回転軸31は、回転軸として必要な硬度をだせる材料であれば適宜変更可能であるし、ロータコア4は珪素鋼板を積層したものや加工性の良い黄銅などでもよい。
また、本実施例では、ロータコア4が当接する回転軸外周面311、312の断面は略円形形状である。しかし、本発明の回転軸断面形状は、例えば、略三角形状であっても略矩形形状であってもよく、ローレット加工部の断面形状のように複雑な形状でなければ適宜変更可能である。
次に、モータ1に設けられる駆動回路基板8の配置について、図1を用いて述べる。
図1に示すように、本実施例のモータ1は、上部ブラケット91とステータ2とロータ3とで囲まれるガイド部側空間101に、インバータ81などの電子部品を実装し、ステータコアに巻装された巻線23と接続される駆動回路基板8を配置している。
ロータコア4をローレット加工部32に圧入した後は、ガイド部32の径方向には不要なスペースとしてガイド部側空間101が残る。このスペースに駆動回路基板8を配置することで、スペースを有効に活用でき、駆動回路基板8を内部に備えつつ、モータ1を小型化することができる。
なお、本実施例の基板はインバータ81などの電子部品が実装された駆動回路基板8であるが、本発明はこれに限られない。すなわち、バスバーのように、電子部品が実装されず、ステータコアに巻装された巻線23の結線用基板であってもよい。
また、本実施例のモータ1は外郭を鋼板ブラケット9で構成しているが、本発明はこれに限られず、樹脂モールドにより外郭を構成してもよい。
1 永久磁石型モータ
2 ステータ
21 ステータコア
22 インシュレータ
23 巻線
3 ロータ
31 回転軸
32 ローレット加工部
33 ガイド部
35 出力部
4 ロータコア
5 マグネット
6 緩衝部材
7 端板
8 駆動回路基板
9 鋼板ブラケット

Claims (3)

  1. ローレット加工を施した回転軸(31)と同回転軸が圧入されるロータコア(4)と同ロータコアと径方向で対向するように配置される永久磁石(5)とを備えるロータ(3)と、巻線(23)を備えて前記ロータを回転させる回転磁界を発生するステータ(2)と、を備える永久磁石型モータ(1)において、
    前記回転軸(31)は、前記ローレット加工が施されたローレット加工部(32)と、前記ロータコアに前記回転軸を圧入する際に同ロータコアを前記ローレット加工部までガイドするガイド部(33)とを有し、同ガイド部(33)の軸方向長さ(Lg)を前記ロータコア(4)の軸方向長さ(Lc)以上としたことを特徴とする永久磁石型モータ。
  2. 前記ロータコアの軸方向長さ(Lc)を前記ローレット加工部の軸方向長さ(Lr)より大きくすると共に、前記ローレット加工部全体が前記ロータコアで覆われるように前記ローレット加工部を前記ロータコアに圧入し、同ロータコアの軸方向両端面(41、42)の回転軸近傍を、回転軸外周面(311,312)の形状に沿ってカシメたことを特徴とする請求項1に記載の永久磁石型モータ。
  3. 前記ガイド部と径方向に対向する位置に前記巻線と結線される基板(8)を配置したことを特徴とする請求項1又は2に記載の永久磁石型モータ。
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Cited By (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US9746627B2 (en) 2013-09-12 2017-08-29 Furukawa Electric Co., Ltd. Semiconductor laser module

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