JP2019205322A - 永久磁石およびモータ - Google Patents

Abstract

【課題】回転子の組み立ての際に、容易に位置決めを行うことが可能な永久磁石およびモータを提供する。【解決手段】モータの回転子の外周面に取り付けられる永久磁石３３であって、回転子の回転軸方向の端部の少なくとも一方において、周方向で見たときに主面３３ａが凹凸を有する。この永久磁石３３によれば、回転子の回転軸方向の端部の少なくとも一方において、周方向で見たときに主面３３ａが凹凸を有することで、回転子を組み立てる際にこの凹凸を利用して永久磁石３３の位置決めを行うことが可能となる。したがって、回転子の組み立ての際に容易に位置決めを行うことが可能となる。【選択図】図３

Description

本発明は、永久磁石およびモータに関する。

回転子鉄心の周囲に永久磁石が貼付されたＳＰＭモータ（Surface Permanent Magnet Motor）では、永久磁石の固定方法について種々検討されている。例えば、特許文献１では、回転子鉄心の表面に設けられた磁石溝に対して永久磁石を挿入し接着剤を利用して固定する構成が示されている。また、ホルダ等を利用して回転子鉄心に対して永久磁石を固定する方法も知られている。

特開２０１５−０９２７９２号公報

しかしながら、従来のＳＰＭモータの構成では、永久磁石の位置決めを精度よく行うことが困難な場合がある。

本発明は上記を鑑みてなされたものであり、回転子の組み立ての際に容易に位置決めを行うことが可能な永久磁石およびモータを提供することを目的とする。

上記目的を達成するため、本発明の一形態に係る永久磁石は、モータの回転子の外周面に取り付けられる永久磁石であって、前記回転子の回転軸方向の端部の少なくとも一方において、周方向で見たときに主面が凹凸を有する。

上記の永久磁石によれば、回転子の回転軸方向の端部の少なくとも一方において、周方向で見たときに主面が凹凸を有することで、回転子を組み立てる際にこの凹凸を利用して永久磁石の位置決めを行うことが可能となる。したがって、回転子の組み立ての際に容易に位置決めを行うことが可能となる。

ここで、前記凹凸は、外周側の主面に設けられる態様とすることができる。

上記のように、外周側の主面に凹凸が設けられることで、永久磁石の外周側から永久磁石を支持する際に、この凹凸を利用して永久磁石の位置決めを容易に行うことができる。

また、前記凹凸に含まれる凹部は、前記外周側の主面から内周側の主面へ貫通する切り欠き部を含む態様とすることができる。

上記のように、凹部が外周側の主面から内周側の主面へ貫通する切り欠き部である場合にも、この切り欠き部を利用して永久磁石の位置決めを容易に行うことができる。

また、本発明の一形態に係るモータは、シャフトと、前記シャフトに固定されるコアと、前記コアの外周側に複数設けられる、上記の永久磁石と、前記シャフトの軸線方向の両端から、複数の前記永久磁石を前記コアと共に一体的に支持する一対のホルダと、を有する回転子を含み、前記ホルダは、複数の前記永久磁石に設けられた前記凹凸に対応した形状の壁部を有する。

上記のモータによれば、ホルダは、複数の前記永久磁石に設けられた前記凹凸に対応した形状の壁部を有するため、ホルダを利用して回転子を組み立てる際に永久磁石に設けられた凹凸と壁部との嵌合を利用して永久磁石の位置決めおよび固定を行うことが可能となる。したがって、回転子の組み立ての際に永久磁石の位置決めを容易に行うことが可能となるだけでなく、永久磁石を好適に支持することが可能となる。

本発明によれば、回転子の組み立ての際に容易に位置決めを行うことが可能な永久磁石およびモータが提供される。

本発明の一実施形態に係るＳＰＭモータの概略構成図である。 ＳＰＭモータを構成する回転子の分解斜視図である。 永久磁石の形状を説明する図である。 永久磁石の製造方法を説明するフロー図である。 変形例に係る永久磁石を説明する図である。 変形例に係る永久磁石を説明する図である。

以下、添付図面を参照して、本発明を実施するための形態を詳細に説明する。なお、図面の説明においては同一要素には同一符号を付し、重複する説明を省略する。

図１は、本発明の一実施形態に係る永久磁石が適用されるＳＰＭモータ（モータ）の概略構成図である。図１に示すように、ＳＰＭモータ１は、固定子２（ステータ）と、固定子２の内部に回転自在に配置された回転子３（ロータ）とを有している。

固定子２は、鉄心２１と、鉄心２１に巻装された複数の巻線２３と、から構成される。巻線２３は、固定子２の内周面で等間隔に所定数配置され、巻線２３への通電により、回転子３を回転させるための回転磁界を発生させる。また、回転子３は、シャフト３１と、シャフト３１の周囲に配置されたコア３２（バックヨーク）と、コア３２の外周側に設けられた永久磁石３３と、を有している。

図２は、回転子３の分解斜視図である。図２に示すように、回転子３のコア３２は、例えば、薄板状の磁性鋼板等の積層体から構成される。また、コア３２の中心部分に軸穴が形成されて当該軸穴に回転子３の回転軸となるシャフト３１が嵌合される。

回転子３のコア３２の外周面には、複数（本実施形態では、４つ）の永久磁石３３が設けられる。複数の永久磁石３３は、それぞれコア３２の上端（シャフト３１に沿った一方側の端部）から下端（シャフト３１に沿った他方側の端部）まで伸びる。また、複数の永久磁石３３は、それぞれコア３２の外周形状に沿った形状を有している。すなわち、回転子３の回転軸に対して直交する断面の形状が円弧状となっている（図１参照）。永久磁石３３がコア３２の外周面に当接するように配置されると、複数の永久磁石３３は、それぞれ隣接する永久磁石３３と近接して配置されることで、略円筒状の永久磁石部が形成される。永久磁石３３は、隣接する永久磁石３３間で外周面に沿った交互に異なる方向に磁化されている。例えば、特定の永久磁石３３は、外周面側がＮ極となり、その内周面側がＳ極となるように磁化されている場合、当該永久磁石３３の両隣に配置される２つの永久磁石３３は、それぞれその外周面側がＳ極となり、その内周面側がＮ極となるように磁化されている。

図３は、永久磁石３３の構成を説明する図である。図３（Ａ）は、永久磁石３３の概略斜視図であり、図３（Ｂ）は、永久磁石３３の端部の平面図である。

永久磁石３３は、上述のように、回転軸に沿った方向の両端（シャフト３１に沿った両側の端部）に、凹部４１を有する。具体的には、永久磁石３３の外周側の主面３３ａ（回転子３を構成したときに外周側となる主面）において、回転軸に沿った方向の両端の角部を切り欠くような凹部４１が形成されている。したがって、主面３３ａの四隅に４つの凹部４１が設けられる。凹部４１は、それぞれ、永久磁石３３の端面（シャフト３１に沿った端面）の形状を変化させるように設けられる。すなわち、凹部４１が設けられている永久磁石３３の端面の形状は、凹部４１が設けられていない領域での永久磁石３３の断面（回転子３の軸方向に対して直交する断面）形状とは異なる形状となっている。

上記のような構成を有する永久磁石３３は、その端部において、回転子３の回転軸の延在方向Ａに対して直交する方向、すなわち、回転子３の周方向Ｂに沿ってみたときに、凹凸を有する。図３（Ｂ）に示すように、一方側の端部の主面３３ａにおいて、回転子３の周方向Ｂで見たときに、平坦ではなく凹部４１に由来する凹凸が形成される。同様に、他方側の端部の主面３３ａにおいても、回転子３の周方向Ｂで見たときに、平坦ではなく凹部４１に由来する凹凸が形成される。

回転子３に取り付けられる複数の永久磁石３３は同じ材料で構成された永久磁石とすることができる。本実施形態に係る永久磁石３３は、希土類磁石、フェライト磁石及びアルニコ磁石等から適宜選択することができる。永久磁石３３の種類は特に限定されない。また、永久磁石３３として、焼結磁石を用いてもよく、ボンド磁石を用いてもよい。

図２に戻り、複数の永久磁石３３は、一対（２つ）のホルダ３５によって保持される。ホルダ３５は、コア３２および永久磁石３３の上端（シャフト３１に沿った一方側の端部）および下端（シャフト３１に沿った他方側の端部）に配置される。すなわち、ホルダ３５は、シャフト３１の軸線方向の両端からコア３２および永久磁石３３を支持する。ホルダ３５は、それぞれ非磁性材料により形成される。図２に示すように、ホルダ３５は、円板部５１と、円板部５１の端部から延びる複数の壁部５２と、を有する。

円板部５１は、円形の平板形状を有し、中央部にシャフト３１が通過する貫通孔５３が設けられる。円板部５１は、コア３２の端面および永久磁石３３の端面に対向する。円板部５１は、回転子３として組み立てられる前の状態では、シャフト３１、コア３２および永久磁石３３を組み立てた際の永久磁石３３の外周面により構成される円筒の外径よりも若干小さくされる。

壁部５２は、円板部５１の周縁部からコア３２および永久磁石３３の端面側に突出している。壁部５２は、回転子３を構成する際には、隣接する２つの永久磁石３３同士の境界部分（の一部）を覆う。したがって、ホルダ３５は、一方の端部における４つの永久磁石３３のうちの隣接する２個の永久磁石３３同士の境界部分をそれぞれ覆うように４つの壁部５２を有する。壁部５２の内周面側は、永久磁石３３の主面３３ａの四隅に設けられた凹部４１およびその周辺の永久磁石３３の表面形状に対応した形状とされている。これにより、永久磁石３３の位置決めおよび固定を精度よく行うことができる。また、壁部５２が全体として凹部４１の形状に対応していればよく、壁部５２の内周面側が永久磁石３３の表面形状に対応した形状でなくてもよい。

上記の回転子３では、コア３２の外周面に設けられる４つの永久磁石３３は、２つのホルダ３５によってコア３２と共に一体的に支持される。また、永久磁石３３の凹部４１に対応する形状を有する４つの壁部５２が、隣接する永久磁石３３同士の境界部分を支持する。上述した通り、円板部５１は、回転子３を組み立てた際の永久磁石３３よりも若干小さくされているため、ホルダ３５を取り付けた際には、壁部５２が永久磁石３３を回転軸側（シャフト３１側）へ押圧することになる。この結果、永久磁石３３は、ホルダ３５の壁部５２によって移動が規制された状態で、コア３２に対して固定される。なお、回転子３は、ホルダ３５の外側にガイドメタル等のホルダ３５とは異なる部材が設けられていてもよい。

次に、上記の回転子３に使用される永久磁石３３の製造方法について、図４を参照しながら説明する。図４は、永久磁石３３の製造方法の一例を示すフローチャートである。なお、図４では、永久磁石３３がフェライト焼結磁石である場合について説明する。

まず、出発原料の粉末（原料粉末）を、例えば、湿式アトライターで粉砕しながら混合する（ステップＳ１１）。次に、粉砕されながら混合された原料粉末を乾燥して整粒し、仮焼する（ステップＳ１２）。原料粉末は、例えば、空気中で、１０００℃から１３５０℃で１時間から１０時間程度焼成される。この結果、顆粒状の仮焼体が得られる。

次に、仮焼体を粗粉砕し（ステップＳ１３）、仮焼粉末を得る。仮焼体を粉砕する方法は特に限定されない。粗粉砕後、得られた仮焼粉末を微粉砕する（ステップＳ１４）。微粉砕を行う際には、仮焼粉末と分散剤と水とを混合させ、粉砕用スラリーを作製した後、ボールミル等を用いて粉砕用スラリーを湿式粉砕する。

微粉砕が終了した後の粉砕用スラリーを乾燥する（ステップＳ１５）ことで、磁性粉末が得られる。得られた磁性粉末は、バインダ樹脂及びワックス類及び滑剤及び可塑剤と混合し、ニーダーを用いて加熱環境下で所定時間混練する（ステップＳ１６）。これにより、混練物が得られる。なお、磁性粉末は、少なくともバインダ樹脂と混練されていればよい。バインダ樹脂、ワックス類、滑剤、および可塑剤としては、公知の材料を適宜選択して用いることができる。

上述した手順によって得られた混練物を、ペレタイザ（例えば、２軸１軸押出機等）で成形すると、バインダ樹脂中に磁性粉末が分散した磁性粉末混合物（以下、ペレットという）が得られる。得られたペレットは、射出成形により（ステップＳ１７）、磁性粉末の成形体を得る。

なお、上記の手順で製造するフェライト焼結磁石は、射出成形によって磁性粉末の成形体を得るので、当該成形体の形状の自由度が高くなるという利点もある。このため、本実施形態に係る焼結磁石の製造方法では、上述の永久磁石３３のような複雑な三次元形状も比較的容易に製造することができる。

ステップＳ１７の射出成形によって成形体が得られたら、当該成形体を脱バインダ処理する（ステップＳ１８）。脱バインダ処理後の成形体について、例えば大気中で焼結する（ステップＳ１９）。この結果、焼結体が得られる。得られた焼結体は、必要に応じてバリ取り、あるいは加工や研磨を行う（ステップＳ２０）。これにより、フェライト焼結磁石が得られる。なお、フェライト焼結磁石に対する着磁は、上記の手順の後に行われる。

上記の手順では、射出成形によって焼結前の成形体を作製するので、原則として成形体を焼結するのみで、焼結磁石が完成する。これにより、焼結体の研磨や加工を省略できるので、生産性が向上する。また、射出成形によって焼結前の成形体を作製することにより、複雑な三次元形状の焼結磁石を製造する場合にも複雑な加工が不要になるので、生産性が極めて高くなる。さらに、加工中に焼結体が欠けたり割れたりするおそれもないため、歩留まりも向上する。

なお、上記の手順は一例である。永久磁石３３を製造する方法は上記の方法に限定されない。したがって、例えば、焼結した後の磁石に対して凹部の形成加工を後から施すことによって永久磁石３３を製造してもよい。ただし、材料の特性上、加工が困難な場合もあり、作業コスト等が増大する可能性もある。そのため、上記の通り射出成形を利用して永久磁石３３を製造する方法を採用することで、製造工程を簡略化することができる。

ここで、本実施形態に係る永久磁石３３およびこの永久磁石３３を有するＳＰＭモータ１では、回転子３の回転軸方向の端部の少なくとも一方において、周方向で見たときに主面が凹凸を有する。具体的には、凹部４１が設けられることにより、端部において凹凸が形成される。このような構成とすることで、回転子３を組み立てる際にこの凹凸を利用して永久磁石の位置決めを行うことが可能となる。したがって、回転子の組み立ての際に容易に位置決めを行うことが可能となる。

従来は、回転子３に対して永久磁石３３を取り付ける際には、接着剤を用いて永久磁石３３をコア３２に貼り付ける方法が用いられる場合が多かった。しかしながら、永久磁石３３とコア３２との位置決めを行うためには、別の部材等を用いて位置合わせを行う必要があり、作業も煩雑となる。そのため、位置決めの精度も十分に高いとはいえない場合があり、改善の余地があった。また、接着剤を使用する場合、接着剤の移動等によって永久磁石３３の固定位置にズレの発生、または、接着剤の液だれの発生等が懸念される。

これに対して、上記の永久磁石３３およびＳＰＭモータ１によれば、端部の凹凸を利用して、永久磁石３３の位置決めが可能となるため、容易に位置決めを行うことができる。

また、凹凸が外周側の主面に設けられることで、永久磁石３３の外周側から永久磁石３３を支持する際に、この凹凸を利用して永久磁石の位置決めを容易に行うことができる。ＳＰＭモータ１の回転子３では、上記のようにホルダ３５を利用して永久磁石３３を支持する。この場合、ホルダ３５の壁部５２と嵌合することが可能なように外周面側に凹凸を設けることで、ホルダ３５による支持を好適に行うことができる。なお、永久磁石３３の外側の主面３３ａだけでなく、内側の主面３３ｂにも凹凸が設けられていてもよい。このような構成とした場合でも、位置決めの機構等を適宜変更することで、永久磁石３３の位置決めを容易に行うことができる。

また、ホルダ３５を使用して永久磁石３３の位置決めおよび支持を行う場合、接着剤等を用いずに、永久磁石３３をコア３２に対して固定することができる。そのため、接着剤が溶解または変質する可能性のある液体（例えば、オイルなど）が存在する場所でもＳＰＭモータ１を使用することが可能となる。なお、ホルダ３５を使用した位置決めおよび固定に際して、接着剤を併用する構成としてもよい。また、位置決め自体は永久磁石３３の凹凸を利用して行うが、永久磁石３３の固定には接着剤を使用してもよい。

さらに、永久磁石３３の凹凸を利用してホルダ３５による永久磁石３３の支持を行う場合、永久磁石３３の平坦な外周面を外方から支持する場合と比較して、ホルダの外径が大きくなることを防ぐことができる。平坦な外周面を外方から支持しようとすると、ホルダの壁部を外周面よりも外側に突出した状態として永久磁石３３を支持することが必要となるが、凹凸を利用して支持する構成とすると、壁部を大型化することなく永久磁石３３を支持することが可能となるため、ホルダ３５の大型化を防ぐことができる。さらに、上記の永久磁石３３およびＳＰＭモータ１では、壁部５２が凹部４１と組み合わさることで、壁部５２が凹部４１に収容される。そのため、壁部５２が永久磁石３３の外側の主面３３ａから外側に突出することを回避することができる。したがって、回転子３の外形寸法を大きくすることがなく、ホルダ３５および永久磁石３３を含む回転子３の外周面を平坦にすることができる。これにより、ホルダ３５の大型化を防ぐことができ、ＳＰＭモータ１の小型化および高効率化を実現することができる。

図５および図６は、永久磁石３３の形状を変形した例を示している。図５（Ａ），（Ｂ）および図６（Ａ），（Ｂ）は、いずれも変形例に係る永久磁石の一方の端部の斜視図および平面図を示すものである。

図５に示す永久磁石１１は、凹部４１が主面１１ａの四隅に設けられているのではなく、端部の中央部に設けられている。このように、凹部４１を設ける位置は適宜変更することができる。また、凹部の形状およびその数も適宜変更することができる。また、凹部４１を永久磁石の内周面側にのみ設けた場合でも、位置決めの機構等を適宜変更することで、永久磁石１１の位置決めを容易に行うことができる。

図６に示す永久磁石１２は、凹部４１に代えて、切り欠き部４２を有する。切り欠き部４２は、永久磁石１２の一対の主面１２ａ，１２ｂを貫通するように、形成されている。この結果、回転子３の回転軸の延在方向Ａに対して直交する方向、すなわち、回転子３の周方向Ｂに沿ってみたときに、切り欠き部４２が凹部に相当し、結果として凹凸を有する。このように、このように、凹部が外周側の主面から内周側の主面へ貫通する切り欠き部４２である場合にも、この切り欠き部４２を利用して永久磁石の位置決めを容易に行うことができる。すなわち、切り欠き部４２に対応した形状のホルダ３５等を用いることで、永久磁石１２の位置決めおよび支持を容易に行うことができる。

本発明は、上記実施形態に限られるものではなく、発明の趣旨を逸脱しない範囲で種々の変更が可能である。

例えば、回転子３に設けられる永久磁石の数は適宜増減することができ、永久磁石の数に応じてその幅等を適宜変更することができる。

また、回転軸方向の端部に設けられる凹凸は、端部の少なくとも一方において設けられていればよい。すなわち、回転軸方向の両端部に設けられていなくてもよい。

１…ＳＰＭモータ、３…回転子、１１，１２，３３…永久磁石、３１…シャフト、３２…コア、４１…凹部、４２…切り欠き部。

Claims (4)

1. モータの回転子の外周面に取り付けられる永久磁石であって、
   前記回転子の回転軸方向の端部の少なくとも一方において、周方向で見たときに主面が凹凸を有する、永久磁石。
2. 前記凹凸は、外周側の主面に設けられる、請求項１に記載の永久磁石。
3. 前記凹凸に含まれる凹部は、前記外周側の主面から内周側の主面へ貫通する切り欠き部を含む、請求項２に記載の永久磁石。
4. シャフトと、
   前記シャフトに固定されるコアと、
   前記コアの外周側に複数設けられる、請求項１〜３のいずれか一項に記載の永久磁石と、
   前記シャフトの軸線方向の両端から、複数の前記永久磁石を前記コアと共に一体的に支持する一対のホルダと、
   を有する回転子を含み、
   前記ホルダは、複数の前記永久磁石に設けられた前記凹凸に対応した形状の壁部を有する、モータ。

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