JP2011015519A

JP2011015519A - 永久磁石型モータ

Info

Publication number: JP2011015519A
Application number: JP2009157039A
Authority: JP
Inventors: Shinichiro Katagiri; 紳一郎片桐; 拓也 ▲浜▼野; Takuya Hamano
Original assignee: Fujitsu General Ltd
Current assignee: Fujitsu General Ltd
Priority date: 2009-07-01
Filing date: 2009-07-01
Publication date: 2011-01-20

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

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。
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。
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。