JP2017123711A - ロータ及びそのロータを使用したモータ - Google Patents

Abstract

【課題】ヨークの周方向の重量バランスを均一にし易い構造でマグネットの抜けや回転を抑制したロータ及びそのロータを使用したモータを提供すること。【解決手段】本発明のロータ１は、シャフト１０と、シャフト１０の外周に設けられるヨーク２０と、ヨーク２０の外周に設けられるマグネット３０と、を備え、ヨーク２０の外周面には、シャフト１０の軸方向で離間した位置に、全周に亘って形成された２つの溝２２、２３を有し、マグネット３０が、ヨーク２０の外周を覆うとともに、２つの溝２２、２３内に食い込んでいる。【選択図】図１

Description

本発明はロータ及びそのロータを使用したモータに関する。

従来、回転磁界を発生する固定子の内側に配置され、中心に回転軸を備え、その外周部にリング状の永久磁石とを備えた回転子の、同回転軸と前記永久磁石との間の空間に所定硬度の特殊ゴムを充填して同特殊ゴムの成形により前記永久磁石と前記回転軸および前記特殊ゴムからなる緩衝部材とを一体成形して加硫接着してなることを特徴とする電動機の回転子が知られている（特許文献１参照）。

また、上記のような回転子において、前記永久磁石の内周には前記回転中心に向けた凸部を円周方向に等間隔に複数個形成し、あるいはその凸部を１周全体の鍔状に形成してなることを特徴とする電動機の回転子が開示されている。

特開２００２―１３６００７号公報

一方、一般的なモータなどに用いられるロータ（回転子）では、例えば、シャフトの外周に金属製のヨークが設けられ、そのヨークの外周にマグネットが設けられているものがある。

しかしながら高速回転用のモータに用いられるロータにおいては、マグネットがモータ駆動時の熱などで熱膨張すると、マグネットとヨークの間の密着力が低下し、マグネットがヨークから抜けたり、ヨークに対して回転するなどの恐れがある。

そこで、ヨークの外周面にローレットなどを設けることでマグネットの抜け止め及び回転止めを行うようにすると、ローレットを周方向に均一に形成することが難しいため、ヨークの周方向での重量バランスを均一にし難いという問題がある。

本発明は、上記事情に鑑みてなされたものであり、ヨークの周方向の重量バランスを均一にし易い構造でマグネットの抜けや回転を抑制したロータ及びそのロータを使用したモータを提供することを目的とする。

本発明は、上記目的を達成するために、以下の構成によって把握される。
（１）本発明のロータは、シャフトと、前記シャフトの外周に設けられるヨークと、前記ヨークの外周に設けられるマグネットと、を備え、前記ヨークの外周面には、前記シャフトの軸方向で離間した位置に、全周に亘って形成された２つの溝を有し、前記マグネットが、前記ヨークの外周を覆うとともに、前記２つの溝内に食い込んでいる。

（２）上記（１）の構成において、一方の前記溝の前記ヨークの一端からの距離と他方の前記溝の前記ヨークの他端からの距離がほぼ同じである。

（３）上記（１）又は（２）の構成において、２つの前記溝間の離間距離が、前記シャフトの軸方向の前記マグネットの長さの１／２以上設けられている。

（４）上記（１）から（３）のいずれか１つの構成において、２つの前記溝の深さが０．５ｍｍ以上である。

（５）上記（１）から（４）のいずれか１つの構成において、２つの前記溝は、溝幅がほぼ同じである。

（６）上記（１）から（５）のいずれか１つの構成において、前記ヨークが磁性金属であり、前記マグネットがプラスチックマグネットである。

本発明のモータは、上記（１）から（６）のいずれか１つの構成のロータを使用している。

本発明によれば、ヨークの周方向の重量バランスを均一にし易い構造でマグネットの抜けや回転を抑制したロータ及びそのロータを使用したモータを提供することができる。

本発明に係る実施形態のロータの断面図である。 本発明に係る実施形態のマグネットを成形するところを示す一部断面図である。

以下、本発明を実施するための形態(以下、「実施形態」という)を、添付図面に基づいて詳細に説明する。
なお、実施形態の説明の全体を通して同じ要素には同じ番号を付している。

図１は、本発明に係る実施形態のロータ１を示す断面図である。
図１に示すロータ１は、図示しないステータの中央に回転可能に設けられるインナーモータ用のロータであり、シャフト１０と、シャフト１０の外周に設けられるヨーク２０と、ヨークの外周を覆うように、ヨーク２０の外周に設けられるマグネット３０と、を備えている。

（シャフト）
シャフト１０は、図示しないモータの軸受で回転可能に軸支されてモータの回転軸となる部分であり、本実施形態では、ステンレス製のシャフト１０を用いている。
図１に示すように、シャフト１０は、ヨーク２０の中央の貫通孔を貫通するように配置され、圧入又は焼き嵌めによってヨーク２０に一体化されている。

（ヨーク）
ヨーク２０は、磁気回路を形成する部材であり、本実施形態では、磁性金属で一体成形したヨーク２０を用いている。
ヨーク２０に用いる磁性金属としては、例えば不純物の少ない純鉄、炭素の低い低炭素鋼、珪素を含んだ珪素鉄及びフェライト系ステンレス鋼などを好適に用いることができる。

後ほど、詳細に説明するが、ヨーク２０の外周面２１には、シャフト１０の軸方向（図１のＺ軸方向）で離間した位置に２つの溝２２、２３が設けられており、この２つの溝２２、２３は、ヨーク２０の外周面２１の全周に亘って形成されている。

このように、全周にわたって溝２２、２３を形成するだけであれば、溝の幅や深さが周方向でばらつかないように容易に形成することができるため、ヨーク２０の周方向での重量のばらつきの発生を抑止することができる。

（マグネット）
マグネット３０は、磁界の発生源となる部分であり、本実施形態では、磁性紛体をバインダー樹脂に分散して構成されるプラスチックマグネットを用いている。

例えば、磁性紛体にはネオジウム系の磁性紛体やフェライト系の磁性紛体を好適に用いることができ、バインダー樹脂にはナイロン（ポリアミド樹脂）などプラスチックマグネットのバインダーに用いられる一般的な熱可塑性樹脂を好適に用いることができる。
なお、本実施形態では、磁性紛体にネオジウム系の磁性紛体を用いたプラスチックマグネットを用いている。

そして、マグネット３０は、図１に示すように、上述したヨーク２０の２つの溝２２、２３内にマグネット３０の一部が食い込むようにヨーク２０の外周面２１上に設けられている。

以下では、このような構成からなるロータ１の製造手順を説明しながら、ヨーク２０からのマグネット３０の抜け及び回転が防止される理由について説明する。

まず、シャフト１０と、外周面２１に２つの溝２２、２３が形成されるとともに中央にシャフト１０の外径よりも少し小さい内径の貫通孔が形成されたヨーク２０と、を準備する。

そして、例えば、上述した焼き嵌めによって、シャフト１０にヨーク２０を固定する場合には、まず、ヨーク２０を加熱し熱膨張させることで貫通孔を拡げ、シャフト１０がスムーズに挿入できる状態とし、貫通孔にシャフト１０を挿通させる。

このシャフト１０の挿入作業はヨーク２０がシャフト１０の所定の位置に位置するように行われ、シャフト１０上の所定の位置にヨーク２０が位置する状態を保ちながら、ヨーク２０が冷えて収縮するのを待つ。

そして、ヨーク２０が収縮すると、上述のようにヨーク２０の貫通孔がシャフト１０の外径よりも小さいため、貫通孔の内周面がシャフト１０の外周面をしっかり押圧保持し、シャフト１０とヨーク２０とがしっかりと一体化する。

このようにシャフト１０とヨーク２０を一体化した部品ができたら、今度は、マグネット３０をヨーク２０の外周面２１上に射出成形によって成形する。
具体的には、ヨーク２０の外周面２１上にマグネット３０を成形するための金型内に、シャフト１０とヨーク２０を一体化した部品を配置し、加熱したマグネット３０の材料を金型に供給し、マグネット３０の成形を行う。

図２は、マグネット３０を成形するところを示す一部断面図である。
図２に示すように、上金型４１と下金型４２を合わせることでヨーク２０の外周面２１上にマグネット３０の形状に応じた空間が形成されており、この空間に加熱することで流動性を高めたマグネット３０の材料が供給される。

そうすると、流動性が高いため、ヨーク２０の溝２２、２３にもマグネット３０の材料が流れ込み充填される。
そして、空間内に隙間なくマグネット３０の材料が充填されると、マグネット３０の材料が冷えて固化した状態になるのを待ち、マグネット３０の材料が冷えて変形しない程度まで固化したら、金型（上金型４１及び下金型４２）を取外してマグネット３０の成形作業が終了する。

ここで、金型内に供給されたマグネット３０の材料は、加熱されているため材料の体積として見ると熱膨張した状態にある。
このため、マグネット３０が冷えてゆく過程では、図２に矢印で示すように、ヨーク２０の外周面２１を強く押圧する方向にマグネット３０が収縮する。

また、この冷却過程では、シャフト１０の軸方向（図２のＺ軸方向）のマグネット３０の長さが縮む方向にも収縮するため、溝２２、２３内に食い込んでいるマグネット３０の部分が溝２２の内側の側面２２ａ及び溝２３の内側の側面２３ａを強く挟むような状態となる。

この結果、溝２２、２３内に食い込んでいるマグネット３０の部分は、マグネット３０がシャフト１０の軸方向（図２のＺ軸方向）に動くことを規制し、ヨーク２０からマグネット３０が抜けるのを抑制するだけでなく、ヨーク２０とマグネット３０の間の摩擦力を高めるのでヨーク２０に対してマグネット３０が回転することも抑制する。

一方、モータ駆動時の熱でマグネット３０が熱膨張すると、マグネット３０は、シャフト１０の軸方向（図２のＺ軸方向）の長さが長くなる方向に伸びることになる。
そうすると、溝２２、２３内に食い込んでいるマグネット３０の部分が側面２２ａ、２３ａと対向する側面２２ｂ、２３ｂを強く押圧した状態となり、この場合も、ヨーク２０とマグネット３０の間の摩擦力を高めることになるのでヨーク２０に対してマグネット３０が回転することを抑制する。

このように、ヨーク２０の外周面２１の離間した位置に２つの溝２２、２３を設け、その溝２２、２３にマグネット３０が食い込んでいる状態とすることで、マグネット３０の温度が低い低温時には、この食い込んでいる部分が溝２２の内側の側面２２ａ及び溝２３の内側の側面２３ａを強く挟み、ヨーク２０に対してマグネット３０が回転することを抑制する。

一方、温度が高くなるにつれて、今度は、この食い込んでいる部分が溝２２、２３の側面２２ａ、２３ａと対向する側面２２ｂ、２３ｂを強く押圧することでヨーク２０に対してマグネット３０が回転するのを抑制する。
このため、低温状態から高温状態に至る広い温度範囲でヨーク２０に対してマグネット３０が回転するのを抑制することが可能である。

ところで、同じ線膨張係数の材料であっても、絶対的な伸び縮みの大きさは長い方が大きくなる。
このことを考えると、マグネット３０が食い込んでいる溝２２、２３の間の距離がある程度大きいことが好ましく、そして、この距離は溝２２と溝２３の離間距離で決まるため、２つの溝２２、２３間の離間距離が、シャフト１０の軸方向（Ｚ軸方向）のマグネット３０の長さの１／２以上設けられていることが好適である。

また、溝２２、２３の深さが深い方がマグネット３０の抜け止め効果が高いとともに、溝２２、２３の側面の面積が増えるので、溝２２、２３内に食い込んでいるマグネット３０の部分に発生する摩擦抵抗も大きくなり、マグネット３０の回転を抑制する効果も高くなる。
このことから、溝２２、２３は０．５ｍｍ以上の深さであることが好ましい。

一方、溝２２と溝２３の幅及び深さが異なっていても、それぞれの溝２２、２３において、周方向での溝の幅及び深さが同じになっていれば周方向でのロータ１の重量バランスは等しくなる。
しかしながら、周方向で見たときの重量バランスが均一化されていることに加え、さらに、軸方向で見たときの重量バランスも均一化されている方がより好ましいと考えられる。

このことから、より好適には、溝２２と溝２３の溝幅が同じであり、また、溝深さも同じであることが好ましく、また、一方の溝２２のヨーク２０の一端２０ａからの距離と他方の溝２３のヨーク２０の他端２０ｂからの距離がほぼ同じであるようにすることで、その溝２２、２３が軸方向（Ｚ軸方向）で見たときにヨーク２０の中心を基準に対称に位置するようになっていることが好ましい。

また、ロータ１が高速回転する場合を考えると、シャフト１０に対してヨーク２０が強固に固定されていることが好ましいため、ヨーク２０を高い固定強度が得られる磁性金属からなるものとすることが好ましく、一方、マグネット３０は、上述したような膨張収縮の状態が得られ易いプラスチックマグネットとすることが好ましい。

なお、溝の数に関しては、２つとすることが好適であり、溝の数を１つにしたり、３つにしたりすることは好ましくない。
例えば、溝の数が１つの場合、上述したような溝２２の内側の側面２２ａ及び溝２３の内側の側面２３ａを溝２２、２３内に食い込んでいるマグネット３０の部分で挟む効果が得られないだけでなく、高温時の膨張量もその１つの溝の溝幅と同じ長さに対するものでしかないので優位に摩擦力を発生させることができない。

また、均等間隔に３つの溝を設ける場合でも、効果を奏するのは外側に位置する２つの溝に食い込むマグネット３０の部分であり、中央に位置する溝内に位置するマグネット３０の部分は、外側の２つの溝に食い込んでいるマグネット３０の部分による規制の影響を受けて有効に寄与することができないと考えられる。さらに溝を３つ設けるためにはその分加工費が上昇するので、費用対効果で見たときに、３つの溝を設けることは好ましくない。

以上、本発明を実施形態に基づき説明したが、本発明は実施形態に限定されるものではなく、その要旨を逸脱しない範囲で種々変更が可能であり、そのことは当業者にとって特許請求の範囲の記載から明らかである。

１…ロータ、１０…シャフト、２０…ヨーク、２０ａ…一端、２０ｂ…他端、２１…外周面、２２…溝、２２ａ，２２ｂ…側面、２３…溝、２３ａ，２３ｂ…側面、マグネット…３０、４１…上金型、４２…下金型

Claims (7)

1. シャフトと、
   前記シャフトの外周に設けられるヨークと、
   前記ヨークの外周に設けられるマグネットと、を備え、
   前記ヨークの外周面には、前記シャフトの軸方向で離間した位置に、全周に亘って形成された２つの溝を有し、
   前記マグネットが、前記ヨークの外周を覆うとともに、前記２つの溝内に食い込んでいることを特徴とするロータ。
2. 一方の前記溝の前記ヨークの一端からの距離と他方の前記溝の前記ヨークの他端からの距離がほぼ同じであることを特徴とする請求項１に記載のロータ。
3. ２つの前記溝間の離間距離が、前記シャフトの軸方向の前記マグネットの長さの１／２以上設けられていることを特徴とする請求項１又は請求項２に記載のロータ。
4. ２つの前記溝の深さが０．５ｍｍ以上であることを特徴とする請求項１から請求項３のいずれか１項に記載のロータ。
5. ２つの前記溝は、溝幅がほぼ同じであることを特徴とする請求項１から請求項４のいずれか１項に記載のロータ。
6. 前記ヨークが磁性金属であり、
   前記マグネットがプラスチックマグネットであることを特徴とする請求項１から請求項５のいずれか１項に記載のロータ。
7. 請求項１から請求項６のいずれか１項に記載のロータを使用していることを特徴とするモータ。
   

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