JP2018108028A - ブラシレスモータ - Google Patents

Abstract

【課題】ロータ内のマグネットを固定する簡易で信頼性の高い技術を提供する。【解決手段】ロータ１２は、ロータコア２６と、複数のマグネット２８と、マグネット２８をロータコア２６に固着する接着剤５０と、を備える。マグネット２８は、隣接する他のマグネットと同じ磁極同士がロータコアの周方向において対向するようにマグネット収容部２６ｂに収容されている。接着剤５０は、マグネット収容部２６ｂの周方向の２つの内面２６ｅと収容されたマグネット２８との間を接着し、マグネットの軸方向の一方の端部まで到達している第１接着部５０ａと、ロータコア２６の軸方向の一方の端面側において、ロータコアの端面２６ｆとマグネットの軸方向の端面２８ｃとを接着するとともに、第１接着部５０ａとつながっている第２接着部５０ｂと、を有する。【選択図】図７

Description

本発明は、ロータおよびブラシレスモータに関する。

従来、様々な装置や製品の駆動源としてモータが用いられている。例えば、プリンタや複写機等の事務機器、様々な家電製品、自動車や電動自転車等の車両のアシストを含めた動力源の用途で採用されている。特に、動作頻度の高い可動部品の駆動源として、耐久性や電気ノイズの観点からブラシレスモータが使われる場合がある。

ブラシレスモータの一種として、ロータに永久磁石を埋め込んだ埋込磁石型（Interior Permanent Magnet）が知られている。また、永久磁石をロータコアの孔に固定するために接着剤が用いられているモータが考案されている（例えば、特許文献１参照）。

特開２００５−２６９８０４号公報

しかしながら、上述のモータでは、ロータコア内にある永久磁石の固定や脱落を防止するために接着剤以外に複数のプレートを用いており、部品点数が多く製造工程も複雑なものとなっている。

本発明はこうした状況に鑑みてなされたものであり、その目的とするところは、ロータ内のマグネットを固定する簡易で信頼性の高い技術を提供することにある。

上記課題を解決するために、本発明のある態様のロータは、ロータコアと、複数のマグネットと、マグネットをロータコアに固着する接着剤と、を備える。ロータコアは、回転軸が挿入される孔部の周囲の環状部と、環状部から放射状に形成された複数の磁極片と、隣接する磁極片同士の間に放射状に配置された複数のマグネット収容部と、を有する。マグネットは、隣接する他のマグネットと同じ磁極同士がロータコアの周方向において対向するようにマグネット収容部に収容されている。接着剤は、マグネット収容部の周方向の２つの内面とマグネットとの間を接着し、該マグネットの軸方向の一方の端部まで到達している第１接着部と、ロータコアの軸方向の一方の端面側において、該ロータコアの端面とマグネットの軸方向の端面とを接着するとともに、第１接着部とつながっている第２接着部と、を有する。

この態様によると、マグネットの周方向の２つの面が第１接着部によってマグネット収容部の内面と接着固定されているとともに、第２接着部によってマグネットの軸方向の動きが更に規制される。そのため、接着剤以外の他の部材を用いずにマグネットをマグネット収容部の所定の位置にしっかり固定できる。

磁極片は、隣接する他の磁極片と外周部が分離されていてもよい。この場合、各磁極片は中心軸側端部しか環状部と連結していないため、磁極片が変位しやすい。しかしながら、この態様によると、磁極片と隣接している磁極片とがマグネットを介して接着剤で一体的に固定されているため、各磁極片の変位が抑制されるとともに、ロータ自体の剛性を向上できる。

マグネットは、主面の磁力が８ＭＧＯｅ以上であってもよい。このようなマグネットが、隣接する他のマグネットと同じ磁極同士がロータコアの周方向において対向するようにマグネット収容部に収容されていると、大きな反発力によって互いにロータの軸方向へ移動しようとする。しかしながら、第２接着部によってその移動を規制できるため、第１接着部のみしかない場合と比較して、マグネットが強固に固定される。

本発明の他の態様は、ブラシレスモータである。このブラシレスモータは、ロータと、ロータが配置される空間を中央部に有するステータと、ロータおよびステータを収容する収容部材と、ロータの回転に伴う磁界の変動に基づいて該ロータの回転位置に応じた信号を検出する検出部と、を備えている。検出部は、第２接着部が存在するロータコアの一方の端面とは反対側にある他方の端面と対向する位置に配置されている。

この態様によると、マグネットの軸方向の端面と検出部との間に第２接着部がないため、第２接着部と検出部が干渉したり、検出部の検出精度に第２接着部が影響を及ぼしたりすることを防止できる。

第１接着部は、マグネットの軸方向の全長をＬとすると、軸方向における塗布範囲が０．５〜０．９Ｌであってもよい。これにより、マグネットの他方の端面から接着剤がはみ出ることが抑制され、接着剤が検出部と干渉したり検出精度に影響を及ぼしたりするといったことが防止できる。

本発明の別の態様は、ロータである。このロータは、ロータコアと、複数のマグネットと、マグネットをロータコアに固着する接着剤と、を備える。ロータコアは、回転軸が挿入される孔部の周囲の環状部と、環状部から放射状に形成された複数の磁極片と、隣接する磁極片同士の間に放射状に配置された複数のマグネット収容部と、を有する。磁極片は、隣接する他の磁極片と外周部が分離されており、マグネットは、隣接する他のマグネットと同じ磁極同士がロータコアの周方向において対向するようにマグネット収容部に収容されており、接着剤は、マグネット収容部の周方向の２つの内面とマグネットとの間を接着している接着部を有する。

この態様によると、ロータ周方向に交互に配置されるマグネットと磁極片が全周に渡り相互に接着固定される。そのため、磁極片の外周部が分離されて強度が不足するロータコアにおいてもロータ全体の剛性を向上させることができる。

なお、以上の構成要素の任意の組合せ、本発明の表現を部品、製造方法、システムなどの間で変換したものもまた、本発明の態様として有効である。

本発明によれば、マグネットの固定について簡易で信頼性の高いロータを実現できる。

本実施の形態に係るブラシレスモータの全体斜視図である。 本実施の形態に係るブラシレスモータの側面図である。 本実施の形態に係るブラシレスモータの分解斜視図である。 本実施の形態に係るブラシレスモータの側方断面図である。 図５（ａ）は、本実施の形態に係るロータコアの上面図、図５（ｂ）は、図５（ａ）に示すロータコアにマグネットを嵌め込んだ状態を示す上面図である。 図４に示す矢印Ｘの方向から見たロータの一部の上面図である。 図６に示すロータのＡ−Ａ断面を見た図である。 図７に示すロータのＢ−Ｂ断面図である。 本実施の形態に係るロータの製造方法の一部の工程を説明するための模式図である。

以下、本発明の実施の形態を図面を参照して説明する。なお、図面の説明において同一の要素には同一の符号を付し、重複する説明を適宜省略する。また、以下に述べる構成は例示であり、本発明の範囲を何ら限定するものではない。以下では、インナーロータタイプのブラシレスモータを例に説明する。

（ブラシレスモータ）
図１は、本実施の形態に係るブラシレスモータの全体斜視図である。図２は、本実施の形態に係るブラシレスモータの側面図である。図３は、本実施の形態に係るブラシレスモータの分解斜視図である。図４は、本実施の形態に係るブラシレスモータの側方断面図である。

本実施の形態に係るブラシレスモータ（以下、「モータ」と称する場合がある。）１０は、マグネットを有する円柱状のロータ１２と、ロータ１２が配置される空間を中央部に有するステータ１４と、フロントベル１６と、ハウジング本体１８と、給電部１９と、を備える。

フロントベル１６は、板状の部材であり、中央に回転シャフト２０が貫通できるように孔１６ａが形成されているとともに、孔１６ａの近傍に軸受２２を保持する凹部１６ｂが形成されている。そして、フロントベル１６は、ロータ１２の回転シャフト２０の一部を軸受２２を介して支持する。また、ハウジング本体１８は、円筒状の部材であり、基部１８ａの中央に孔１８ｂが形成されているとともに、孔１８ｂの近傍に軸受２４を保持する凹部１８ｃが形成されている。そして、ハウジング本体１８は、ロータ１２の回転シャフト２０の他部を軸受２４を介して支持する。本実施の形態では、フロントベル１６およびハウジング本体１８は、ロータ１２およびステータ１４を収容する収容部材を構成する。

図４に示す検出部３０は、ロータ１２の回転に伴う磁界の変動に基づいてロータ１２の回転位置に応じた信号を検出する。具体的には、ホール素子、ホールＩＣ及びＭＲ（Magnetic Resistance）素子などの検出素子３２を基板３４に搭載したものである。なお、本実施の形態に係る検出部３０は、検出素子３２を３つ備えている。

フロントベル１６は、基部１６ｃと、基部１６ｃの中央に形成され、回転シャフト２０を軸受２２を介して支持する支持部１６ｄと、支持部１６ｄの周囲に一体に形成され、検出部３０が取り付けられる載置部１６ｅと、を有する。載置部１６ｅは、図４に示すように、基部１６ｃからロータ１２の端面１２ａに向かい、ステータ巻線４３に干渉しない位置に突出している。

（ロータ）
図５（ａ）は、本実施の形態に係るロータコアの上面図、図５（ｂ）は、図５（ａ）に示すロータコアにマグネットを嵌め込んだ状態を示す上面図である。

ロータ１２は、円形のロータコア２６と、複数のマグネット２８と、を備える。ロータコア２６の中心には、回転シャフト２０が挿入された状態で固定される貫通孔２６ａが形成されている。また、ロータコア２６は、回転シャフト２０が挿入される貫通孔２６ａの周囲の環状部２６ｃと、環状部２６ｃから放射状に形成された複数の扇形の磁極片２６ｄと、マグネット２８が挿入され固定される複数のマグネット収容部２６ｂと、を有する。マグネット２８は、マグネット収容部２６ｂの形状に対応した板状の部材である。また、マグネット収容部２６ｂは、隣接する２つの磁極片２６ｄの間に放射状に配置されている。

そして、これら各部材を順に組み立てる。具体的には、複数（１４個）のマグネット２８のそれぞれを、後述する接着剤を用いて、対応するマグネット収容部２６ｂに嵌め込み、そのロータコア２６の貫通孔２６ａに回転シャフト２０を挿入する。そして、軸受２２および軸受２４は、回転シャフト２０に取り付けられる。

（ロータコア）
図５（ａ）に示すロータコア２６は、複数の板状の部材を積層したものである。複数の板状の部材のそれぞれは、無方向性電磁鋼板（例えばケイ素鋼板）からプレス加工によって図５（ａ）に示すような所定の形状で打ち抜くことで作製される。そして、マグネット収容部２６ｂは、ロータコア２６の回転軸を中心に放射状に配置されている。なお、ロータコア２６は、上記以外に圧粉磁性体で任意の形状に構成することも可能である。

マグネット２８は、図５（ｂ）に示すように、隣接するマグネットと同じ磁極同士がロータコア２６の周方向において対向するようにマグネット収容部２６ｂに収容されている。つまり、マグネット２８は、略直方体の６つの面のうち表面積の広い２つの主面２８ａ，２８ｂがそれぞれＮ極とＳ極となるように構成されている。これにより、マグネット２８の主面２８ａから出た磁力線は、２つのマグネット２８の間の領域からロータコア２６の外に向かう。その結果、本実施の形態に係るロータ１２は、その外周部に、Ｎ極とＳ極が交互に７極ずつ計１４極ある磁石として機能する。

なお、マグネット２８は、例えば、ボンド磁石や焼結磁石である。ボンド磁石は、ゴムや樹脂などに磁性材を練り込んで射出成形または圧縮成型した磁石である。一方、焼結磁石は、粉末状の磁性材を高温で焼き固めた磁石であり、ボンド磁石よりも残留磁束密度を向上させやすい。

（マグネットの固定構造）
本実施の形態に係るロータ１２のように、マグネット２８が、隣接する他のマグネット２８と同じ磁極同士がロータコア２６の周方向において対向するようにマグネット収容部２６ｂに収容されていると、ロータ１２の回転軸方向へ互いに離間するような反発力が発生する。特に、マグネット２８の磁力が高い場合、反発力も大きくなるため、マグネット２８の固定には更なる工夫が必要である。

本実施の形態に係るロータ１２は、この点を考慮した接着剤による固定構造を実現している。図６は、図４に示す矢印Ｘの方向から見たロータ１２の一部の上面図である。図７は、図６に示すロータ１２のＡ−Ａ断面を見た図である。図８は、図７に示すロータ１２のＢ−Ｂ断面図である。

図６乃至図８に示すように、ロータ１２は、複数のマグネット２８をロータコア２６に固着する接着剤５０を備える。接着剤５０は、マグネット収容部２６ｂの周方向の２つの内面２６ｅとマグネット２８との間を接着し、マグネット２８の軸方向Ａｘの一方の端面２８ｃ（図７参照）まで到達している第１接着部５０ａを有する。また、接着剤５０は、ロータコア２６の軸方向Ａｘの一方の端面２６ｆ側において、ロータコア２６の端面２６ｆとマグネット２８の軸方向Ａｘの一方の端面２８ｃとを接着する第２接着部５０ｂを有する。また、第１接着部５０ａは、第２接着部５０ｂとつながっている。

このような構成のロータ１２では、マグネット２８の周方向の２つの主面２８ａ，２８ｂが第１接着部５０ａによってマグネット収容部２６ｂに接着されているとともに、第２接着部５０ｂによってマグネット２８の軸方向の動きが更に規制される。そのため、接着剤以外の他の部材を用いずにマグネット２８をマグネット収容部２６ｂの所定の位置にしっかり固定できる。

接着剤５０としては、アクリル系やエポキシ系等、様々な種類の接着剤を適用可能であるが、好ましくは、アクリル系の材料を有してもよい。これにより、比較的低温での接着が可能となり、例えば、接着剤の加熱処理によるマグネットの減磁の影響を低減できる。

なお、本実施の形態に係る磁極片２６ｄは、隣接する他の磁極片２６ｄと外周部が分離されている（図５（ａ）参照）。この場合、各磁極片２６ｄは中心軸側端部の環状部２６ｃへの連結のみでしかロータコアとして固定されていないため、磁極片２６ｄが変位しやすい。しかしながら、本実施の形態に係るロータ１２は、磁極片２６ｄと隣接している磁極片２６ｄとがマグネット２８を介して接着剤５０で一体的に固定されているため、各磁極片２６ｄの変位が抑制される。

また、ロータ周方向に交互に配置されるマグネット２８と磁極片２６ｄを全周に渡り相互に接着することにより、ロータ１２全体の剛性を向上させることができ、モータの振動やノイズを低減させられると共にモータの品質向上と性能安定化が実現できる。

また、本実施の形態に係るロータにおけるマグネットの固定方法は、マグネット２８の磁力によらず適用可能であるが、例えば、主面の磁力が８ＭＧＯｅ以上のマグネットを用いた場合に効果が顕著である。前述のように、磁力の大きなマグネット２８がマグネット収容部２６ｂに収容されていると、大きな反発力によって互いに離間しようとする。マグネット２８の移動は、ロータコア２６の形状により、径方向と周方向に対しては機械的に固定されていることから、結果的にロータの軸方向へ移動しようとする。しかしながら、本実施の形態に係る第２接着部５０ｂによってその移動を規制できるため、第１接着部５０ａのみしかない場合と比較して、マグネット２８が強固に固定される。

具体的には、マグネット２８に、図７に示す矢印Ｘ１方向に力が加わった場合、ロータコア２６の一方の端面２６ｆとマグネット２８の一方の端面２８ｃとが第２接着部５０ｂを介して互いに連結されており、マグネット２８がロータコア２６に対して相対的に移動することを規制している。一方、マグネット２８に、図７に示す矢印Ｘ２方向に力が加わった場合、第２接着部５０ｂが係止部となって、マグネット２８がロータコア２６に対して相対的に移動することを規制している。このように、接着剤５０は、第１接着部５０ａに加えて、第２接着部５０ｂによってもマグネット２８が軸方向Ａｘに移動することを防止している。

特に、第２接着部５０ｂが第１接着部５０ａと一体につながって構成されていることにより、接着剤が硬化した際には、マグネット２８の軸方向Ａｘへの移動を特に強固に規制することが可能となる。

また、本実施の形態に係るモータ１０において、検出部３０は、第２接着部５０ｂが存在するロータコア２６の一方の端面２６ｆとは反対側にある他方の端面２６ｇと対向する位置に配置されている。検出部３０をこのように配置することで、マグネット２８の軸方向Ａｘの他方の端面２８ｄと検出部３０との間に第２接着部５０ｂがないため、第２接着部５０ｂと検出部３０が干渉したり、検出部３０の検出精度に第２接着部５０ｂが影響を及ぼしたりすることを防止できる。

また、第１接着部５０ａは、マグネットの軸方向の全長をＬとすると、軸方向における塗布範囲Ｒが０．５Ｌ以上であるとよい。これにより、第１接着部５０ａによる接着力において所望の固定力を得ることができる。一方、塗布範囲Ｒが０．９Ｌ以下であれば、製造時のばらつきや接着剤の浸みだし等で、第１接着部５０ａがマグネット２８の検出部３０側の他方の端面２８ｄから接着剤５０がはみ出ることが抑制され、接着剤５０が検出部３０と干渉したり検出精度に影響を及ぼしたりするといったことが防止できる。

また、第１接着部５０ａがマグネット２８の主面２８ａ，２８ｂの両方にあるため、マグネット収容部２６ｂの内部でマグネット２８がロータの周方向に変位することが防止できる。その結果、モータの振動や騒音の発生を低減できる。

なお、本実施の形態では、放射状に配置した複数のマグネット２８として、マグネット２８をＩ字に配置した構成にて説明をしたが、他にマグネット２８をＶ字に配置した構成などでも同様のことが言える。

（マグネットの接着方法）
図９は、本実施の形態に係るロータの製造方法の一部の工程を説明するための模式図である。図９に示す工程は、マグネット２８をロータコア２６のマグネット収容部２６ｂに接着剤５０を用いて固定するものである。はじめに、マグネット収容部２６ｂの２つの内面２６ｅの所定位置に所定量の接着剤５０をポッティングする。ここで、所定位置は、所望の塗布範囲Ｒの端部である。次に、マグネット２８を塗布範囲Ｒとは反対側から挿入し、マグネット２８の一方の端面２８ｃで接着剤５０を塗布しながら、一方の端面２８ｃがロータコア２６の端面２６ｆとほぼ一致するところまで押し込む。これにより、前述の第１接着部５０ａおよび第２接着部５０ｂが形成される。

以下に、本願発明を好適に用いることができるブラシレスモータの諸元について説明する。本実施の形態に係るブラシレスモータは、外径が３０〜１４０ｍｍ程度、好ましくは３５〜８０ｍｍ程度である。また、ステータの溝（ティース）の数は例えば１２である。また、マグネットの数は１０または１４が好ましい。また、マグネットの磁力（エネルギー積）は、８ＭＧＯｅ以上、好ましくは１０ＭＧＯｅ以上、より好ましくは３０ＭＧＯｅ以上である。また、ロータの直径は、２０〜７０ｍｍ程度が好ましい。

以上、本発明を上述の実施の形態を参照して説明したが、本発明は上述の実施の形態に限定されるものではなく、実施の形態の構成を適宜組み合わせたものや置換したものについても本発明に含まれるものである。また、当業者の知識に基づいて各実施の形態における組合せや処理の順番を適宜組み替えることや各種の設計変更等の変形を実施の形態に対して加えることも可能であり、そのような変形が加えられた実施の形態も本発明の範囲に含まれうる。

１０ モータ、 １２ ロータ、 １２ａ 端面、 １８ ハウジング本体、 ２０ 回転シャフト、 ２６ ロータコア、 ２６ａ 貫通孔、 ２６ｂ マグネット収容部、 ２６ｃ 環状部、 ２６ｄ 磁極片、 ２６ｅ 内面、 ２６ｆ，２６ｇ 端面、 ２８ マグネット、 ２８ａ 主面、 ２８ｃ，２８ｄ 端面、 ３０ 検出部、 ５０ 接着剤、 ５０ａ 第１接着部、 ５０ｂ 第２接着部。

Claims (4)

1. ロータと、
   前記ロータが配置される空間を中央部に有するステータと、
   前記ロータおよび前記ステータを収容する収容部材と、
   前記ロータの回転に伴う磁界の変動に基づいて該ロータの回転位置に応じた信号を検出する検出部と、を備え、
   前記ロータは、
   ロータコアと、
   複数のマグネットと、
   前記マグネットを前記ロータコアに固着する接着剤と、を備え、
   前記ロータコアは、
   複数のマグネット収容部を有し、
   前記マグネットは、前記マグネット収容部に収容されており、
   前記接着剤は、
   前記マグネット収容部の内面と前記マグネットとの間を接着し、該マグネットの軸方向の一方の端部まで到達している第１接着部と、
   前記ロータコアの軸方向の一方の端面側において、該ロータコアの端面と前記マグネットの軸方向の端面とを接着するとともに、前記第１接着部とつながっている第２接着部と、を有し、
   前記検出部は、前記第２接着部が存在する前記ロータコアの一方の端面とは反対側にある他方の端面と対向する位置に配置されている、
   ことを特徴とするブラシレスモータ。
2. 前記ロータコアは、
   回転軸が挿入される孔部の周囲の環状部と、
   前記環状部から放射状に形成された複数の磁極片と、
   を有していることを特徴とする請求項１に記載のブラシレスモータ。
3. 前記複数のマグネット収容部は、隣接する前記磁極片同士の間に放射状に配置されていることを特徴とする請求項２に記載のブラシレスモータ。
4. 前記マグネットは、隣接する他のマグネットと同じ磁極同士がロータコアの周方向において対向するように前記マグネット収容部に収容されていることを特徴とする請求項３に記載のブラシレスモータ。

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