JP3586804B2 - Plastic magnet rotor - Google Patents
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Description
【0001】
【発明の属する技術分野】
本発明は、DCブラシレスモータ、ステッピングモータなどのロータに使用するプラスチックマグネットロータに関する。
【0002】
【従来の技術】
図9は、従来のプラスチックマグネットの一体成形によるロータを示したもので、(A)は斜視図、(B)は平面図である。プラスチックマグネットロータは、製造が簡単であり、ロータシャフト21との一体成形により、界磁マグネット部22、ロータシャフト21と界磁マグネット部22との固定部23、ベアリングの位置固定のためのベアリング支持部24、及び固定部23を補強するための各磁極に対応する位置に配置するリブ25を同時に成形するため、加工コストが削減できる。このため、小容量の家庭用電動機には最適である。
【0003】
このようなプラスチックマグネットの一体成形ロータでは、界磁マグネットのバックヨークに相当するものがないため、マグネットの磁路における磁気抵抗が大きくなり、十分な磁束量が得られず、性能の良いロータができなかった。しかし、成形金型内に配向磁場を形成しながら成形を行うことで、プラスチックマグネット内のマグネットを極配向させることにより、バックヨークがなくても、良好な性能が得られるようになり、また、この金型内の磁場を変更することで、プラスチックマグネットの配向性を変えることができるため、ロータの様々な着磁方法が可能となった。
【0004】
しかしながら、送風機用途として、DCモータが用いられる時、その低騒音化が、一つの課題となる。低騒音化の一つの手段としては、マグネットの正弦波着磁による出力トルクのリプルの低減と低コギングトルク化があげられる。従来の極配向技術によっても正弦波着磁は可能であるが、磁束量のピークはどの着磁波形であっても、界磁マグネット部分の厚み等の形状によって決まってしまうため、ロータの形状全体の磁束量は減少してしまい、ロータのプラスチックマグネットの量に対して、十分な磁束量を得ることができなかった。
一方、図10は、ロータシャフト31、界磁マグネト部32、固定部33を有する実開昭61−171470号に開示されたプラスチックマグネットロータである。ここでは、界磁マグネト部32の外周の各磁極N,S間に軸方向に細溝34を設けて、各磁極の磁束の向きを明確にしてロータの磁力を高めているが、低騒音化を目的とした正弦波着磁の観点からは、かならずしも十分ではない。
【0005】
【発明が解決しようとする課題】
本発明は、上記課題を解決するためのもので、プラスチックマグネットで一体成形されるロータの着磁を正弦波状にするとともに、プラスチックマグネットの量に対して十分な特性を有するプラスチックマグネットロータを得ることを目的としたものである。
【0006】
【課題を解決するための手段】
本発明は、上記課題を解決するため、ロータシャフトの周囲に複数の磁極を有する界磁マグネット部を成形して成るプラスチックマグネットロータにおいて、前記各磁極の外周を、各磁極の周方向中央部の肉厚がその両端部の肉厚よりも厚い形状となる曲面で構成する。
【0007】
また、前記外周の曲面が、前記界磁マグネット部の外側周囲に外接する仮想外接円より小さい円の円弧から成るようにする。
【0008】
また、前記界磁マグネット部の外周の各磁極の境界部に、軸方向に沿う切欠きを設ける。
【0009】
さらに、ロータシャフトの周囲に複数の磁極を有する界磁マグネット部を成形して成るプラスチックマグネットロータにおいて、前記界磁マグネット部の内周を、各磁極の周方向中央部の肉厚がその両端部の肉厚よりも薄い形状となる曲面で構成する。
【0010】
また、前記内周の曲面が、隣り合う磁極の境界部を最も厚肉にする円弧から成るようにする。
【0011】
また、前記界磁マグネット部の内周の各磁極の中央部に、軸方向に沿う切欠きを設ける。
【0012】
さらに、ロータシャフトの周囲に複数の磁極を有する界磁マグネット部を成形して成るプラスチックマグネットロータにおいて、前記界磁マグネット部の外周の各磁極の境界部に窪みを形成するとともに、該窪みの深さを、前記界磁マグネット部の両端面から前記シャフトの軸方向に沿って徐々に浅くし、前記両端面間の中心位置より一方の端面側に偏った位置で前記深さを最小あるいは零としていることを特徴とする。
【0013】
また、前記窪みを2つの平面により形成していることを特徴とする。
【0014】
【発明の実施の形態】
実施の形態1.
図1は、本発明の第1の形態を示すもので、(A)は斜視図、(B)は平面図である。ロータシャフト1に、界磁マグネット部2、界磁マグネット部2をロータシャフト2に固定する固定部3、およびベアリングの位置を規定するベアリング支持部4を、ブラスチックマグネットで一体成形して構成する。また、固定部3には補強のためのリブ5が、各磁極6a〜6hの中心部にあわせて磁極の数だけ形成されている。この例では、界磁マグネット部は8極を有しており、リブもこれに対応させて8本形成されている。
なお、この後に説明する他の実施の形態においても、以上の基本的構成は同じものとする。
【0015】
界磁マグネット部2の内周面はロータシャフト1と同心の円形に、そして、界磁マグネットの外周面は凹凸形状に形成される。この凹凸形状は、各磁極6a〜6hの中心部7が最も厚肉で磁極と磁極の境界部8がもっとも薄肉となるように、各磁極毎に緩やかな円弧状曲面を対応させ、それらの曲面をつないだ形状である。
【0016】
そして、ロータ成形の際には、ロータの配向が十分に行え最も磁束量が得られるような磁場を成形金型内に形成する。これによって磁石表面の磁束の分布が台形波状になるが、一緒に用いられるステータとこのロータ間の空隙が、各磁極の境界部8で大きく、磁極の中心部7に向かうに従って次第に狭まるため、正弦波着磁とほぼ同様の磁束分布を得ることができる。
この構成を採用することで、界磁マグネット部2の内周と外周が同心円の形状を有する従来のプラスチックマグネットロータに比較して、ロータ外形に凹凸がある分、ロータのプラスチックマグネットの量に対して効果的な磁束量が得られるとともに、低騒音に寄与する正弦波着磁が達成できる。
【0017】
なお、上記例では、界磁マグネットの外周面を、各磁極に対応した円弧状曲面でつないだ形状としたが、曲面は必ずしも円弧状にする必要はなく、複数の平面を利用した曲面としてもよい。
【0018】
実施の形態2.
図2は、本発明の第2の形態を示すもので、(A)は斜視図、(B)は平面図である。これは、実施の形態1のロータ形状を一部変更したもので、界磁マグネット部2の外周の各磁極6a〜6hの境界部8に、ロータの軸方向に沿う切欠き9を形成したもので、その他の点では実施の形態1と全く同じである。なお、図中の破線は、界磁マグネット部2の外側周囲に外接する仮想外接円である。
この切欠き9によって磁極間の空隙が大きくなるため、磁気抵抗が増加し、磁極面より生じる磁束はステータへと流れ、着磁波形は正弦波から台形波に近い形となる。この着磁波形は、切欠き9の幅や深さにより比較的容易に操作できる。また、切欠き9の形状が2つの平面の組み合わせによって構成できるので、金型の加工、修正も容易である。さらに、この切欠き9によってロータ成形時に生じるプラスチックの収縮によるロータのひずみを吸収できるので、寸法的にも、バランス的にも安定したプラスチックマグネットを得ることができる。
【0019】
実施の形態3.
図3は、本発明の第3の形態を示すもので、(A)は斜視図、(B)は平面図である。ここで、界磁マグネット部2の外周面はロータシャフト1と同心の円形に、そして、界磁マグネット部2の内周面は凹凸形状に形成される。この凹凸形状は、隣り合う磁極の境界部8(破線で表示)が最も厚肉で各磁極6a〜6hの中心部7が最も薄肉となるように、隣り合う磁極の中心同士を、緩やかな円弧状曲面でつないで形成したものである。このとき、プラスチックマグネットを極配向させると、マグネット内の磁路がこの内周面の曲線に沿って配向されるため、配向性が良くなり、プラスチックマグネットの特性が向上して、より磁束量の多い正弦波着磁のロータが得られる。
【0020】
実施の形態4.
図4は、本発明の第4の形態を示すもので、(A)は斜視図、(B)は平面図である。ここで、界磁マグネット部2の外周面はロータシャフト1と同心の円形に、そして、界磁マグネット部2の内周面は凹凸形状に形成される。この凹凸形状は、隣り合う磁極の境界部8(破線で表示)を磁極の中心部7より厚肉にするように、各磁極6a〜6hの中心部7において、ロータの軸方向に沿う切欠き9を形成したものである。この切欠き9によって、プラスチックマグネットの極配向を行う時に、マグネットの配向の向きを明確にさせるため、極配向の配向性が向上し、同時に、正弦波に近い着磁も可能となるロータが得られる。
【0021】
なお、上記実施の形態の3、4において、界磁マグネット部2の内周面は、必ずしも図示されたような円弧形状を有する必要はなく、各磁極の周方向中央部7の肉厚が最も薄くその両端部8の肉厚を対称的に中央部7より厚くする任意の曲面形状とすることで、同様の効果を達成できる。
【0022】
実施の形態5.
図5は、本発明の第5の形態を示すもので、(A)は斜視図、(B)は平面図、である。界磁マグネット部2の端面13、13’側の外周面は、基本的に、各磁極6a〜6hの周方向中心部7が最も厚肉で各磁極6a〜6hの境界部8が最も薄肉となるように、各磁極を緩やかな円弧状曲面でつないだ形状に構成される。したがって、各磁極の境界部8は窪み10を構成する。ただし、窪みの深さ、すなわち各磁極の肉厚の厚い部分と薄い部分との差さは軸方向位置よって異なり、界磁マグネット部2の端面13、13’に近くなるほど大きくなっている。そして、界磁マグネット部2の外周面の軸方向に対して上下どちらかに偏った位置で、窪み10の深さは最小あるいは零となるようにする。図6は、このロータの正面図であって、界磁マグネット部2の寸法上の軸方向中心は14で、上記の偏った位置は15で表され、これがロータの磁極的中心となる。
【0023】
これによって、窪み深さが大きくなっている部分の磁束量は、窪み深さが小さくなっている部分に対して少なくなるため、このロータをステータ内に挿入した時に軸方向の磁気的バランスがとれる位置が通常のロータの場合と異なり、上下どちらかに偏った位置となる。言い換えると、従来のロータでは、ステータの積み厚に対してロータの軸方向の長さを大きめに作ってステータにロータを挿入すると、ロータのはみ出し寸法はその両側で均等になったの対して、本発明のロータの場合は、どちらかが長くはみ出すようになる。したがって逆に、本発明のロータの場合において、ロータのはみ出す寸法を同寸法に設定すると、軸方向の力が発生する。これを利用すれば、ベアリングに与える軸方向の圧力が得られるため、スプリングワッシャを用いる必要がなくなる。
【0024】
図7は本発明の実施の形態5のプラスチックマグネットロータの使用の例示図である。軸方向の力を発生させず、図7に示すようにロータをどちらかに大きくはみ出した状態にすれば、ロータの磁極位置を検出するセンサーの取り付け位置の自由度を広くできる利点がある。なお、ここで、16はステータコア、17はステータコアに巻かれた巻き線をそれぞれ示している。
【0025】
実施の形態6.
図8は、本発明の第6の形態を示すもので、(A)は斜視図、(B)は平面図である。ロータシャフト1の周囲に形成された同心円状の界磁マグネット部2の外周の各磁極6a〜6hの境界部8に、窪み11を設けたものである。この窪み11は、界磁マグネット部2の端面13,13’側に近ずくに従ってその窪み深さが大きくなっている。そして、界磁マグネット部2外周面の軸方向に対して、中央から上下どちらかに偏った位置(この図では下側)において、その深さを最小あるいは零としている。
この窪み11の形状は、実施の形態5と異なり2つの平面を利用して直線的に形成しているので、実施の形態5の効果に加え、成形金型の作成が容易になるという効果も有する。
【0026】
【発明の効果】
本発明によれば、正弦波着磁が可能となり低騒音化が図れるとともに、低コストで充分な磁束量が得られる。
【0027】
また、磁界マグネット部の外周部の切欠き形状により着磁波形の制御が容易となる。
【0028】
また、極配向の配向性が向上し、正弦波着磁が可能となって低騒音化が図れるとともに、低コストで充分な磁束量も得られる。
【0029】
また、界磁マグネット部の内周の磁極中央部の切欠きにより、極配向時の磁束の向きを明確にして、正弦波に近い着磁を可能にし、磁束量も多くできる。
【0030】
さらに、界磁マグネット部の外周の各磁極の境界部にある窪みの深さを請求項1に記載のように設定して、軸方向の磁気的中心位置を寸法的な中心からずらすことで、軸方向に働く力を得たり、ロータ位置をずらして磁気センサーの取り付け位置の自由度を広くすることができる。
【0031】
なお、請求項2に記載のように、各磁極の境界部にある窪みを2つの平面により形成することで、その成形金型の作成が容易となる。
【図面の簡単な説明】
【図1】本発明の実施の形態1を示すプラスチックマグネットロータであって、(A)は斜視図、(B)は平面図である。
【図2】本発明の実施の形態2を示すプラスチックマグネットロータであって、(A)は斜視図、(B)は平面図である。
【図3】本発明の実施の形態3を示すプラスチックマグネットロータであって、(A)は斜視図、(B)は平面図である。
【図4】本発明の実施の形態4を示すプラスチックマグネットロータであって、(A)は斜視図、(B)は平面図である。
【図5】本発明の実施の形態5を示すプラスチックマグネットロータであって、(A)は斜視図、(B)は平面図である。
【図6】図5のプラスチックマグネットロータの正面図である。
【図7】本発明の実施の形態5のプラスチックマグネットロータの使用の例示図である。
【図8】本発明の実施の形態6を示すプラスチックマグネットロータであって、(A)は斜視図、(B)は平面図である。
【図9】プラスチックマグネットロータの従来例であって、(A)は斜視図、(B)は平面図である。
【図10】プラスチックマグネットロータの別の従来例であって、(A)は斜視図、(B)は平面図である。
【符号の説明】
1 ロータシャフト、2 界磁マグネット部、3 固定部、4 ベアリング支持部、5 リブ、6a〜6h 磁極、7 各磁極の中心部、8 各磁極の境界部、9 切欠き、10 窪み、11 窪み、13,13’ 界磁マグネット部の端面。[0001]
TECHNICAL FIELD OF THE INVENTION
The present invention relates to a plastic magnet rotor used for a rotor such as a DC brushless motor and a stepping motor.
[0002]
[Prior art]
9A and 9B show a conventional rotor formed by integrally molding a plastic magnet, wherein FIG. 9A is a perspective view and FIG. 9B is a plan view. The plastic magnet rotor is easy to manufacture, and is integrally molded with the
[0003]
In such an integrally molded rotor made of a plastic magnet, there is no equivalent to the back yoke of the field magnet, so the magnetic resistance in the magnetic path of the magnet increases, and a sufficient amount of magnetic flux cannot be obtained. could not. However, by performing the molding while forming the orientation magnetic field in the molding die, the magnet in the plastic magnet is polar-oriented, and even without the back yoke, good performance can be obtained. Since the orientation of the plastic magnet can be changed by changing the magnetic field in the mold, various magnetizing methods for the rotor have become possible.
[0004]
However, when a DC motor is used for an air blower, noise reduction is one of the issues. One means for reducing noise is to reduce ripple in output torque and reduce cogging torque due to sine wave magnetization of the magnet. Sinusoidal magnetization is possible with conventional polar orientation technology, but the peak of the amount of magnetic flux is determined by the shape of the field magnet, such as the thickness of any magnetized waveform. The amount of magnetic flux of the rotor decreased, and a sufficient amount of magnetic flux could not be obtained with respect to the amount of the plastic magnet of the rotor.
On the other hand, FIG. 10 shows a plastic magnet rotor disclosed in Japanese Utility Model Unexamined Publication No. 61-171470 having a
[0005]
[Problems to be solved by the invention]
An object of the present invention is to solve the above-mentioned problem, and to obtain a plastic magnet rotor having a magnetized sinusoidal shape of a rotor integrally molded with a plastic magnet and having sufficient characteristics with respect to the amount of the plastic magnet. It is intended for.
[0006]
[Means for Solving the Problems]
In order to solve the above problems, the present invention provides a plastic magnet rotor formed by molding a field magnet portion having a plurality of magnetic poles around a rotor shaft. It is constituted by a curved surface whose thickness is greater than the thickness of both ends.
[0007]
Further, the curved surface of the outer periphery is formed of a circular arc smaller than a virtual circumscribed circle circumscribing the outer periphery of the field magnet portion.
[0008]
A notch along the axial direction is provided at the boundary between the magnetic poles on the outer periphery of the field magnet portion.
[0009]
Further, in a plastic magnet rotor formed by molding a field magnet portion having a plurality of magnetic poles around a rotor shaft, the inner circumference of the field magnet portion is formed by adjusting the thickness of a central portion in the circumferential direction of each magnetic pole at both ends thereof. It is constituted by a curved surface having a shape thinner than the wall thickness.
[0010]
Further, the inner peripheral curved surface is formed of an arc which makes the boundary between the adjacent magnetic poles the thickest.
[0011]
A notch along the axial direction is provided at the center of each magnetic pole on the inner periphery of the field magnet portion.
[0012]
Further, in a plastic magnet rotor formed by molding a field magnet portion having a plurality of magnetic poles around a rotor shaft, a depression is formed at a boundary portion of each magnetic pole on the outer periphery of the field magnet portion, and a depth of the depression is formed. From the both end faces of the field magnet portion to gradually decrease along the axial direction of the shaft, and set the depth to a minimum or zero at a position closer to one end face side than a center position between the both end faces. It is characterized by having.
[0013]
Further, the recess is formed by two planes.
[0014]
BEST MODE FOR CARRYING OUT THE INVENTION
1A and 1B show a first embodiment of the present invention, wherein FIG. 1A is a perspective view and FIG. 1B is a plan view. A
Note that the above basic configuration is the same in other embodiments described later.
[0015]
The inner peripheral surface of the
[0016]
Then, when molding the rotor, a magnetic field is formed in the molding die so that the orientation of the rotor can be sufficiently performed and the amount of magnetic flux can be obtained most. As a result, the magnetic flux distribution on the magnet surface becomes trapezoidal, but the gap between the stator and the rotor used together is large at the
By adopting this configuration, compared to a conventional plastic magnet rotor in which the inner and outer peripheries of the
[0017]
Note that, in the above example, the outer peripheral surface of the field magnet is formed into a shape in which arc-shaped curved surfaces corresponding to the respective magnetic poles are connected. However, the curved surface does not necessarily have to be arc-shaped, and may be a curved surface using a plurality of planes. Good.
[0018]
2A and 2B show a second embodiment of the present invention, wherein FIG. 2A is a perspective view and FIG. 2B is a plan view. This is a modification of the rotor shape of the first embodiment, in which a
Since the gap between the magnetic poles is increased by the
[0019]
3A and 3B show a third embodiment of the present invention, wherein FIG. 3A is a perspective view and FIG. 3B is a plan view. Here, the outer peripheral surface of the
[0020]
4A and 4B show a fourth embodiment of the present invention, wherein FIG. 4A is a perspective view and FIG. 4B is a plan view. Here, the outer peripheral surface of the
[0021]
In the third and fourth embodiments, the inner peripheral surface of the
[0022]
5A and 5B show a fifth embodiment of the present invention, wherein FIG. 5A is a perspective view and FIG. 5B is a plan view. The outer peripheral surfaces on the end surfaces 13 and 13 ′ of the
[0023]
As a result, the amount of magnetic flux in the portion where the depression depth is large is smaller than that in the portion where the depression depth is small, so that when this rotor is inserted into the stator, the magnetic balance in the axial direction can be achieved. The position is different from the case of a normal rotor, and is a position deviated upward or downward. In other words, in the conventional rotor, when the length of the rotor in the axial direction is made larger than the stack thickness of the stator and the rotor is inserted into the stator, the overhang dimension of the rotor becomes uniform on both sides, whereas In the case of the rotor of the present invention, one of them protrudes longer. Therefore, conversely, in the case of the rotor of the present invention, if the protruding dimension of the rotor is set to the same dimension, an axial force is generated. By utilizing this, the axial pressure applied to the bearing can be obtained, so that it is not necessary to use a spring washer.
[0024]
FIG. 7 is an exemplary view showing the use of the plastic magnet rotor according to the fifth embodiment of the present invention. If no axial force is generated and the rotor is largely protruded to either side as shown in FIG. 7, there is an advantage that the degree of freedom in mounting a sensor for detecting the magnetic pole position of the rotor can be increased. Here, 16 indicates a stator core, and 17 indicates a winding wound on the stator core.
[0025]
Embodiment 6 FIG.
8A and 8B show a sixth embodiment of the present invention, wherein FIG. 8A is a perspective view and FIG. 8B is a plan view. A
Unlike the fifth embodiment, the shape of the
[0026]
【The invention's effect】
ADVANTAGE OF THE INVENTION According to this invention, while sine wave magnetization is attained and noise reduction is achieved, a sufficient magnetic flux amount can be obtained at low cost.
[0027]
Further, the cutout shape of the outer peripheral portion of the magnetic field magnet portion facilitates control of the magnetization waveform.
[0028]
In addition, the polar orientation is improved, sine wave magnetization is enabled, noise can be reduced, and a sufficient amount of magnetic flux can be obtained at low cost.
[0029]
The notch at the center of the magnetic pole on the inner circumference of the field magnet unit clarifies the direction of magnetic flux at the time of polar orientation, enables magnetization close to a sine wave, and increases the amount of magnetic flux.
[0030]
Further, by setting the depth of the depression at the boundary between the magnetic poles on the outer periphery of the field magnet portion as described in
[0031]
As described in the second aspect, by forming the recess at the boundary between the magnetic poles by two planes, it is easy to form a molding die.
[Brief description of the drawings]
FIG. 1 is a plastic magnet rotor according to a first embodiment of the present invention, in which (A) is a perspective view and (B) is a plan view.
FIG. 2 is a plastic magnet rotor according to a second embodiment of the present invention, in which (A) is a perspective view and (B) is a plan view.
FIG. 3 is a plastic magnet rotor showing a third embodiment of the present invention, wherein (A) is a perspective view and (B) is a plan view.
FIG. 4 is a plastic magnet rotor showing a fourth embodiment of the present invention, wherein (A) is a perspective view and (B) is a plan view.
FIG. 5 is a plastic magnet rotor showing a fifth embodiment of the present invention, wherein (A) is a perspective view and (B) is a plan view.
FIG. 6 is a front view of the plastic magnet rotor of FIG.
FIG. 7 is an exemplary view showing the use of the plastic magnet rotor according to the fifth embodiment of the present invention.
8A and 8B are plastic magnet rotors according to Embodiment 6 of the present invention, wherein FIG. 8A is a perspective view and FIG. 8B is a plan view.
9 (A) is a perspective view and FIG. 9 (B) is a plan view showing a conventional example of a plastic magnet rotor.
10A and 10B show another conventional example of a plastic magnet rotor, in which FIG. 10A is a perspective view and FIG. 10B is a plan view.
[Explanation of symbols]
DESCRIPTION OF
Claims (2)
前記界磁マグネット部の外周の各磁極の境界部に窪みを形成するとともに、該窪みの深さを、前記界磁マグネット部の両端面から前記シャフトの軸方向に沿って徐々に浅くし、前記両端面間の中心位置より一方の端面側に偏った位置で前記深さを最小あるいは零としていることを特徴とするプラスチックマグネットロータ。In a plastic magnet rotor formed by molding a field magnet portion having a plurality of magnetic poles around a rotor shaft,
A depression is formed at the boundary between the magnetic poles on the outer periphery of the field magnet portion, and the depth of the depression is gradually reduced along both ends of the field magnet portion along the axial direction of the shaft. A plastic magnet rotor wherein the depth is minimized or zero at a position deviated to one end face side from a center position between both end faces .
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