JP2014158384A - ブラシレスモータ - Google Patents

Abstract

【課題】モータの性能に影響を与えずに、安価なブラシレスモータを提供する。
【解決手段】回転子（１）の表面の所定のカバー（５）内に収納されている永久磁石（３、４）が側方から飛び出さないように押さえているサイドリング（１０、１１）を、比較的安価な鋼材から構成する。サイドリング（１０、１１）は所定高さに選定し、永久磁石（３、４）が端面においてその高さの１／２以下がサイドリング（１０、１１）によって押さえられるようにする。鋼材は磁性体であり磁束漏れの原因になり得るが、永久磁石（３、４）の端面近傍においてサイドリング（１０、１１）によって押さえているのは永久磁石（３、４）の高さの１／２以下なので、磁束漏れはわずかで済む。
【選択図】図２

Description

本発明は、永久磁石からなる回転子と、電機子からなる固定子とからなり、固定子が回転子の外側部に配置されるブラシレスモータに関するもので、さらに詳しくはブラシレスモータの回転子に関し、特に限定するものではないが、射出成形機の射出軸に適用して好適なブラシレスモータに関するものである。

ブラシレスモータの回転子は、従来周知のように、ケイ素鋼板からなる鉄心と、その周囲に配置された永久磁石とから構成されている。このブラシレスモータは、永久磁石が鉄心の表面に設けられている表面磁石型の同期モータ（ＳＰＭＳＮ）と、鉄心に埋め込かれている埋込磁石型の同期モータ（ＩＰＭＳＭ）とに大別される。

特開平１１−２３４９２８号公報 特開２００１−８８１８０号公報

本発明の直接的な先行文献ではないが、特許文献１によって、表面磁石型の同期モータが提案されている。この文献には、改良型の固定子が示されている。すなわち、ケイ素鋼板をドーナツ状に打ち抜く代わりに、極毎または複数極毎に分割して打ち抜き、分割して打ち抜いた複数枚のシートをドーナツ状に所定厚さになるように重ね、そして重ねたシートの両端面を別体のリングで挟み込んでピンで止められた構造の固定子が示されている。ドーナツ状に打ち抜くと、シートの中心部分は破棄する部分で材料取りが悪くなるが、分割して打ち抜くことにより、破棄する部分が少なくなり、コストダウンが図れる。同様に、本発明の直接的な先行文献にはならないが、特許文献２に、ブラシレスモータを射出成形機に適用した例が示されている。このブラシレスモータの回転子には、スクリュを駆動するボールネジが直接結合されている。モータとボールネジとの間に通常介される、歯車、ベルト等の駆動手段が省略されている分だけ、射出成形機はコンパクトになり、歯車、ベルト等の回転騒音もなくなっている。

本発明の先行技術となる従来の回転子の一部が図３に示されている。図示の例では２個の永久磁石Ｍ１、Ｍ２が直線状に配置されて磁石列をなし、そして複数列の永久磁石列が鉄心Ｆの周りに所定の間隔をおいて配置されている。これらの永久磁石列の表面は非磁性体の不錆鋼製のカバーＣＯで覆われ、また、両端部あるいは両端面全体も不錆鋼のサイドリングＳＲ（ＳＲ）により押さえられている。このように構成されている回転子Ｒが固定子の内側に、従来周知のように配置されている。

従来の永久磁石列の表面は不錆鋼製のカバーＣＯで覆われているので、永久磁石が回転時の遠心力により鉄心Ｆから剥離して飛び散るようなことはない。また、両側部は不錆鋼のサイドリングＳＲで押さえられているので、永久磁石が側部方向へ脱落するようなこともない。さらには、永久磁石の端面は、１個宛押さえることなく、１枚のサイドリングＳＲで押さえられているので、構造的に簡潔になっている。しかも、これらのカバーＣＯおよびサイドリングＳＲは、非磁性体の不錆鋼製であるので、永久磁石列において磁束が両端部で短絡して磁束洩れが大きくなることもなく、磁束がモータの回転に有効に利用されている点に関しては格別に問題はない。しかしながら、不錆鋼のサイドリングＳＲは高価でコストアップになっている。
したがって、本発明は、モータの性能を落とすことなく、安価に得られるブラシレスモータを提供することを目的としている。

本発明は、サイドリングとして比較的安価な鉄等の磁性体、例えば鋼材を採用する。一般的にサイドリングを磁性体から形成すると永久磁石の端面近傍で磁束が短絡してしまうことが予想される。すなわち磁束洩れが大きくなることが予想される。そこで次のように解決する。図３にも示されているように、回転子Ｒの永久磁石は、Ｎ極とＳ極の一方の極が鉄心Ｆに接するように配置されている。このとき、側部において洩れる磁束はＮ極を出てＳ極で終わるが、磁束は磁性体中よりも空気中の方が通り難い性質がある。そこで、Ｎ極あるいはＳ極の近傍のみを磁性体である鋼材のサイドリングで押さえ、他方の極の近傍は磁束の通り難い空気中に開放し、それによって前記目的を達成しようとするものである。このとき、鉄心の外周面に配置される永久磁石のＮ極とＳ極の中間点が磁気的に中立点、あるいは中立線と考えられるので、サイドリングで半径内方から中立線の近傍までを押さえるように構成される。より具体的には、永久磁石の端面を、永久磁石の高さ方向の１／２以下だけ、サイドリングで押さえるように構成される。

すなわち、請求項１に記載の発明は、上記目的を達成するために、永久磁石からなる回転子と、電機子からなる固定子とからなり、前記回転子が前記固定子の内周側に配置されているブラシレスモータにおいて、前記回転子は、鉄心と、複数本の永久磁石と、磁性体のサイドリングとからなり、前記鉄心には、軸方向に貫通する磁石収納室が、前記鉄心の外周面の周方向に沿って複数室形成されており、各室の磁石収納室には複数本の永久磁石が軸方向に直列に挿入され、それぞれの磁石収納室の両側部に位置する永久磁石は、その端面において、前記永久磁石の高さの１／２以下が前記サイドリングにより押さえられているように構成される。請求項２に記載の発明は、請求項１に記載のブラシレスモータは、射出成形機の射出軸、可塑化軸、型開閉軸、突出軸のいずれかの軸を駆動する射出モーターであることを特徴とするブラシレスモータとして構成される。

以上のように、本発明によると、サイドリングは磁性体から形成されているのでサイドリングを鉄等の材料から形成でき安価に提供できる効果が得られる。そして永久磁石は、その端面において、永久磁石の高さの１／２以下だけがサイドリングによって押さえられている。したがって磁石収納室に挿入されている永久磁石が側部へ抜け落ちるようなことはない。ところで磁性体は磁束を通しやすく磁束漏れを生じやすいという問題がある。本発明によると、磁石収納室の両側部に位置する永久磁石は、その端面が、永久磁石の高さの１／２以下がサイドリングによって押さえられている。永久磁石の端面は上半分あるいは下半分がＮ極に、他方の半分がＳ極になっているが、サイドリングによって押さえられるのは高さの半分以下であるので、一方の極だけを押さえることになる。そうすると永久磁石の端面の半分以上は磁束を通しにくい空気中に開放されて、永久磁石の端面近傍においてＮ極からＳ極へ短絡する磁束は多くなく、磁束漏れは少ない。すなわち、モータの性能が格別に落ちるようなことはない。このように、本発明によると、永久磁石は保持され、モータとしての性能は維持されているにも拘わらず、安価な鋼材からサイドリングを構成することができる。さらにサイドリングは永久磁石の端面を一部押さえるだけであるので、サイドリングの材料を節約できる。つまりブラシレスモータを安価に提供できるという効果が得られる。

本発明の実施の形態に係る回転子を示す図で、その（ア）は回転子の正面図、その（イ）はその拡大断面図である。 本実施の形態に係る回転子の要部の拡大斜視図である。 従来の回転子の要部の拡大斜視図である。

以下、本発明の実施の形態を説明する。本実施の形態に係るブラシレスモータは、射出成形機に設けられている。射出成形機は従来周知のように射出装置を備え、射出装置は加熱シリンダと、該加熱シリンダ内で駆動されるスクリュとから構成されている。このスクリュは射出モータと、ボールネジ機構とによって軸方向に駆動されるようになっているが、本実施の形態に係るブラシレスモータは射出モータとして構成されている。つまり射出軸として適用されている。後で説明するように本実施の形態に係るブラシレスモータは、回転子に、その円周方向に渡って多数列の磁石列が設けられている。つまり多数の永久磁石が設けられている。これによって強力なトルクが得られることになり、瞬間的に大きな駆動力が要求される射出モータに好適なモータと言える。

本実施の形態に係るブラシレスモータは従来周知の固定子と、回転子とから構成されている。固定子は、ケイ素鋼板からなる電機子鉄心、この鉄心の内周側に突き出てコイルが巻き回しされている複数個の突起電極等から構成され、鉄心が箱体の内周側に固定されている。このような従来周知の固定子は、図１には示されていない。

回転子１の概略が図１に示されている。回転子１は、回転軸に取り付けられるボス部２０、ボス部２０から半径外方へ延びている複数本のアーム部２１、２１、…、アーム部２１、２１、…の先端部に一体的に形成されている鉄心部２２等から構成されている。これらは、ケイ素鋼板、鋳鉄あるいは鋳鋼から形成され、全体として車輪状を呈している。鉄心部２２は、図１の（イ）に示されているように、軸方向に所定長さを有し、あるいは幅を有し、その外周面に複数列の磁石列２、２、…が取り付けられている。１列の磁石列２は、後で詳しく説明するように軸方向に直列に配置された複数本の永久磁石からなる。鉄心部２２の、図１の（イ）において左端部は、半径方向の内方へ切り欠かれたようにしてリング止め段部２５が、さらにその内側に平行キーを受ける第１の段部２６が形成されている。鉄心部２２の右端部には、比較的深い第２の段部２７が形成され、右端面はリング受面２８となっている。複数本の平行キー、本実施の形態では２本のキー２３、２４は第１、２の段部２６、２７で止められ、それぞれの磁石列２、２、…は、詳しくは後述するように、左端部に位置する永久磁石３が第１のサイドリング１０により、右端部に位置する永久磁石４が第２のサイドリング１１により押さえられている。

図２の斜視図に、本実施の形態に係る回転子１の一部が拡大して示されている。磁石列２は、本実施の形態では軸方向に直列的に配置されている２本の永久磁石３、４からなっている。鉄心部２２の表面に接する永久磁石３の極がＳ極の場合は、これに直列的に連なる永久磁石４はＳ極が同様に鉄心部２２の表面に接するように配置されている。同様に鉄心部２２の表面に接する永久磁石３の極がＮ極の場合は、これに直列的に連なる永久磁石４もＮ極が同様に鉄心部２２の表面に接するように配置されている。このようにして配置される偶数列の磁石列２、２、…が、鉄心部２２の周方向に渡って等間隔に鉄心部２２の表面に配置されている。このような磁石列２、２、…を取り付けるために、鉄心部２２の外表面には、側面的に見てパルス状を呈する所定幅の不錆鋼製のカバー５が設けられている。このカバー５により、回転時の遠心力により磁石列２、２、…が鉄心部２２の外表面から脱落するのが防止されている。ところで、鉄心部２２に磁石列２、２、…を取り付けるのは次のようにしている。すなわち、鉄心部２２にカバー５を設けると、鉄心部２２の外周面とこのカバー５とによって、軸方向に貫通する複数の磁石収納室２３、２３、…が外周面の周方向に等間隔で形成される。これらの磁石収納室２３、２３、…のそれぞれに鉄心部２２の側部から永久磁石３、４を順次挿入すると、磁石列２、２、…が構成されることになる。

本実施の形態によると、上記のように構成されている磁石列２、２、…の両側部に位置する永久磁石３、４が、前述したようにサイドリング１０、１１により押さえられている。前記したように各磁石列２、２、…は、直列的に連なっている２本の永久磁石３、４は、そのＮ極、Ｓ極が同じ方向を向くように配置されている。従って２本の永久磁石３、４間には斥力が発生している。この斥力に抗して永久磁石３、４を押さえることができるようにサイドリング１１は、複数本のボルト３０、３０、…によって鉄心部２２に締め付けられている。

本実施の形態においては、これらのサイドリング１０、１１は、不錆鋼に比して安価な鋼材から形成され、所定の高さに形成されている。具体的には永久磁石３、４の高さの１／２以下になるように形成されている。これによって永久磁石３、４は、その端面において高さ方向の１／２以下がサイドリング１０、１１によって押さえられることになる。つまり、永久磁石３、４の、磁気的な中立点近傍より下方の端面だけがサイドリング１０、１１によって押さえられている。これにより永久磁石３、４の側部への脱落が防止されている。そして永久磁石３、４の端面は、磁気的な中立点を含みそれより上が磁束の通り難い空気中に開放されているので、永久磁石３、４の端面近傍において磁束の短絡は起こりにくい。つまり磁束洩れは少ない。したがって、サイドリング１０、１１が磁性体の鋼材から構成されていても、モータの性能が格別に落ちることはない。なお、本実施の形態においては、サイドリング１０、１１は、永久磁石３、４の端面をその高さの１／２以下押さえるようになっているが、永久磁石の高さの略１／３押さえるだけで充分に永久磁石の脱落を防止できる。

本実施の形態に係るブラシレスモータは色々な変形が可能である。例えば、本実施の形態においては、永久磁石３、４が挿入される磁石収納室２３は、鉄心部２２の外周面とカバー５とによって形成されるように説明したが、鉄心部２２の外周面近傍に軸方向に貫通するように孔を明けて形成してもよい。この場合、永久磁石３、４は、鉄心部２２に埋め込まれた状態になり、両端部に位置する永久磁石３、４が、その端面においてサイドリング１０、１１によって押さえられることになる。この場合においても、永久磁石３、４の端面は、その高さの１／２以下が押さえられるようにする。ところで上記の説明においては、ブラシレスモータは射出成形機の射出軸を駆動するモータであるように説明したが、射出装置のスクリュを回転させる可塑化軸、型締装置の型開閉機構を駆動して型開閉する型開閉軸、あるいは成形品を突き出す突出装置の突出軸に適用することもできる。

１ 回転子 ２ 磁石列
３ 永久磁石 ４ 永久磁石
５ カバー １０ 第１のサイドリング
１１ 第２のサイドリング ２２ 鉄心部
２３ 磁石収納室

Claims (2)

1. 永久磁石からなる回転子と、電機子からなる固定子とからなり、前記回転子が前記固定子の内周側に配置されているブラシレスモータにおいて、
   前記回転子は、鉄心と、複数本の永久磁石と、磁性体のサイドリングとからなり、
   前記鉄心には、軸方向に貫通する磁石収納室が、前記鉄心の外周面の周方向に沿って複数室形成されており、各室の磁石収納室には複数本の永久磁石が軸方向に直列に挿入され、
   それぞれの磁石収納室の両側部に位置する永久磁石は、その端面において、前記永久磁石の高さの１／２以下が前記サイドリングにより押さえられていることを特徴とするブラシレスモータ。
2. 請求項１に記載のブラシレスモータは、射出成形機の射出軸、可塑化軸、型開閉軸、突出軸のいずれかの軸を駆動するモーターであることを特徴とするブラシレスモータ。

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