JP3601159B2

JP3601159B2 - 永久磁石回転型モータ

Info

Publication number: JP3601159B2
Application number: JP02820796A
Authority: JP
Inventors: 稔高橋
Original assignee: NSK Ltd
Current assignee: NSK Ltd
Priority date: 1996-02-15
Filing date: 1996-02-15
Publication date: 2004-12-15
Anticipated expiration: 2016-02-15
Also published as: JPH09224339A

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
この発明は、永久磁石回転型モータに関し、特に、その信頼性の向上を図ったものである。
【０００２】
【従来の技術】
外周に永久磁石が固定された回転自在のロータと、このロータを包囲する励磁コイルが捲線されたステータとを有する永久磁石回転型モータは、電流供給のためのブラシが不要であるため、ブラシを有するタイプのモータに比べて信頼性が高いという利点を有する一方、一般に焼結成形の永久磁石は脆くて機械的強度が低いため、著しい高速で長時間回転させたり、外部から強い衝撃が加わったりすると、永久磁石が破損してしまう可能性があった。
【０００３】
このため、従来の永久磁石回転型モータにあっては、その信頼性を上げるために、例えば図４に示すように、回転軸４の外周にカラー４Ａを介して固定されている永久磁石５の外周面をテープやスリーブ等の保護材５Ａで覆うことにより、その機械的強度を補うようにしていた。
しかし、図４に示すように永久磁石５の外周面を保護材５Ａで覆うだけでは、確かに回転力に対する強度を高めることはできても、永久磁石５の端面を保護するようにはなっていなかったため、その端面で剥離等が生じてしまえば、永久磁石５から離脱した破片がモータ内部に散らばってしまい、場合によっては散らばった破片がロータ及びステータ間に挟まってモータロックを招いてしまうことさえあった。
【０００４】
従って、永久磁石５の端面をも保護材で覆うことが望ましく、外周面及び端面の両方を少ない手間で覆うためには、加熱すると被覆物体の形状に収縮する熱収縮チューブを利用するのが有効である。つまり、永久磁石５よりも長い熱収縮チューブで、そのチューブの両端が永久磁石５の端面よりも外側に張り出すように永久磁石５を包囲した後に加熱すれば、チューブの永久磁石５外周を包囲する部分が熱収縮してその永久磁石５の外周面を覆うとともに、チューブ端部が熱収縮して永久磁石５の端面を覆うから、少ない手間で永久磁石５の外周面及び端面の両方を保護材で覆うことができるのである。
【０００５】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、上記のように熱収縮チューブを利用して永久磁石５の外周面及び端面の両方を保護材で覆う場合には、永久磁石５の外周面及び端面間の角部では熱収縮チューブの収縮率が他の部分と大きく異なってしまうため、角部の保護材が極端に薄くなって保護材の強度が低くなったり、或いは角部の内側に空隙が出来て永久磁石５と保護材との密着が不十分になったりして、保護材としての機能が十分に果たせないことがあった。そして、永久磁石の角部に異物が付着していたり、加熱・冷却が繰り返されるような使用環境であったりすると、保護材としての機能が十分に果たせなくなっているチューブの角部から破損が生じてしまい、最も脆い永久磁石の角部の保護が行えなくなってしまう。
【０００６】
かかる不具合を避けるためには、永久磁石５の角部を削って滑らかな丸みを持たせることが考えられるが、実際には、脆い永久磁石の角部を滑らかに削ることは困難であり、また性能上も好ましくない。
また、厚さ（外径）の大きい永久磁石を有するロータでは、特にその端面を熱収縮チューブだけで完全に覆うことは困難であった。
【０００７】
本発明は、このような従来の技術が有する未解決の課題に着目してなされたものであって、永久磁石の保護をより完全に行える構造の永久磁石回転型モータを提供することを目的としている。
【０００８】
【課題を解決するための手段】
上記目的を達成するために、請求項１に係る発明は、外周に永久磁石が固定された回転自在のロータと、このロータを包囲する励磁コイルが捲線されたステータと、を有する永久磁石回転型モータにおいて、前記永久磁石の端面にその永久磁石と同外径の保護プレートを配設するとともに、前記保護プレートの前記永久磁石とは逆側の外面と外周面との間の角部は丸みを有しており、前記永久磁石の外周面と、前記保護プレートの外周面と、前記保護プレートの前記外面とを、熱収縮チューブで直接覆った。
【０００９】
また、請求項２に係る発明は、上記請求項１に係る発明である永久磁石回転型モータにおいて、前記ロータを、回転自在の回転軸と、円筒形の前記永久磁石と、これら回転軸及び永久磁石間に介在するカラーとを備えて構成するとともに、前記保護プレートを、前記カラーの端部に形成された鍔部とした。
【００１０】
【発明の実施の形態】
以下、本発明の実施の形態を図面に基づいて説明する。
図１は本発明の第１の実施の形態における永久磁石回転型モータとしてのブラシレスモータ１の断面図である。
即ち、本実施の形態におけるブラシレスモータ１は、一方の底部が閉塞された円筒形のセンタハウジング２Ａと、このセンタハウジング２Ａの他方の開口端部を閉塞する略円板状のフロントハウジング２Ｂとを有していて、センタハウジング２Ａの内側には、その軸心に沿って、フロントハウジング２Ｂ及びセンタハウジング２Ａ底部にそれぞれ配設された軸受３ａ，３ｂによって回転自在の回転軸４が配設されている。なお、軸受け３ａは、フロントハウジング２Ｂの内周部のかしめ部２ａとフロントハウジング２Ｂ外面側の凸部２ｂとの間に挟まれて固定されており、軸受け３ｂは、センタハウジング２Ａの底部中央部分にはめ込まれて固定されている。
【００１１】
また、回転軸４の周囲には、円筒形のカラー４Ａが固定され、さらにカラー４Ａの外周にはモータ駆動用の円筒形の永久磁石５が外嵌し固定されている。このモータ駆動用の永久磁石５は、Ｓ極及びＮ極が周方向に交互に且つ等間隔に着磁された磁石であって、これら回転軸４，カラー４Ａ及び永久磁石５によってブラシレスモータ１の回転自在のロータ６が構成されている。なお、カラー４Ａは、肉薄の永久磁石５を用いた場合でも永久磁石５の磁極間の磁路を確保するための部材であり、低炭素鋼等のように磁気回路に好適な材料で形成されている。
【００１２】
そして、センタハウジング２Ａの内周面にはコア７が固定され、このコア７には永久磁石５を包囲するように例えば３相の励磁コイル８が捲線されていて、これらコア７及び励磁コイル８によってブラシレスモータ１のステータ９が構成されている。
さらに、フロントハウジング２Ｂの内面には、回転軸４と同軸に周方向に連続した円周溝２ｃが形成されていて、その円周溝２ｃには基板ホルダ１５が嵌め込まれている。基板ホルダ１５は、円周溝２ｃの内周側の立ち上がり面２ｄに嵌め込まれる円筒部１５Ａと、この円筒部１５Ａの端部外側に一体に形成され円周溝２ｃの底面に当接するフランジ部１５Ｂと、軸受３ａの内端面側に近接するように形成されたフランジ部１５Ｃと、から構成されていて、その円筒部１５Ａの先端側は、励磁コイル８の内側に入り込むようになっている。
【００１３】
なお、基板ホルダ１５は、フロントハウジング２Ｂを外面側から貫通するネジ１６を締結することにより、フランジ部１５Ｂがフロントハウジング２Ｂ内面に押し付けられて固定されるようになっている。
一方、回転軸４の永久磁石５よりも軸受３ａ側の部位であって励磁コイル８に包囲された部分には、位相検出用の永久磁石１０が固定されており、その永久磁石１０に近接するように、基板ホルダ１５の円筒部１５Ａ先端部内側に回路基板１１が固定され、その回路基板１１には検出素子１２が保持されている。なお、実際には検出素子１２は、励磁コイル８の相数に対応して周方向に等間隔に複数設けられているが、図１は断面図であるため、その内の一つのみを示している。そして、検出素子１２の出力がこれに対向する永久磁石１０の磁極によって変化することを利用してロータ６の回転位置を認識し、それに応じて図示しないモータ駆動回路が励磁コイル８に適宜電流を供給して励磁状態を切り換えることにより、ロータ６を回転させてモータの回転出力を得るのである。
【００１４】
そして、本実施の形態にあっては、ロータ６のカラー４Ａ及び永久磁石５の両端面に密接するように保護プレート２０を配設している。即ち、この保護プレート２０は、その一方の配設状態を拡大図示した図２に示すように、内周部は回転軸４に外嵌するとともに、永久磁石５と略同じ外径を有するリング状のプレートであって、アルミニウム，樹脂，鉄鋼等のように、永久磁石５よりも機械的強度が高く且つ成形し易い材料で形成されている。そこで、この実施の形態では、保護プレート２０の角部２０ａを削ってここに滑らかな丸みを持たせている。なお、図２にはカラー４Ａの一方の端部のみを図示しているが、他方の端部についても同様の構成である。
【００１５】
さらに、永久磁石５及び保護プレート２０の外周面と、保護プレート２０の外面側（永久磁石５とは逆側）の一部分（径方向外側の約半分）が、熱収縮チューブ２１で覆われている。具体的には、熱収縮チューブ２１は、収縮前の寸法で、その内径は永久磁石５外径よりも若干大きく、その長さは永久磁石５及びその両端の保護プレート２０を合わせた長さよりも若干長くて、加熱して収縮すると、永久磁石５及び保護プレート２０の外周面に密着するとともに、両端部が内側に湾曲するように収縮して保護プレート２０の外面側の一部分に密着するようになっている。なお、熱収縮チューブ２１としては、一般の電線接続部の絶縁保護等に用いられている公知の絶縁用熱収縮チューブが適用できる。
【００１６】
そして、本実施の形態にあっては、保護プレート２０の角部２０ａに丸みを持たせているが、その加工は永久磁石５を加工する場合に比べて極めて容易であるから加工コストが大幅に上昇することはない。しかも、角部２０ａが丸みを有していれば、熱収縮チューブ２１が収縮しても、その収縮後の肉厚にはムラが生じずに均等な厚さになるから、永久磁石５や保護プレート２０に密着することができる。よって、熱収縮チューブ２１は、保護材としての機能を確実に発揮し、永久磁石５の機械的強度の低さを十分に補うことができるから、永久磁石５の破損を防止することができるし、仮に永久磁石５が破損したとしても、その破片がブラシレスモータ１内に飛び散ることもないから、モータロック等を招く可能性も小さい。
【００１７】
しかも、永久磁石５の両端は保護プレート２０で覆うようにしているから、永久磁石５の外径が大きい場合のように、熱収縮チューブ２１のみでは被覆が不完全になるような条件下であっても、永久磁石５の外周面及び端面を完全に覆うことができる。
このように、本実施の形態にあっては、保護プレート２０及び熱収縮チューブ２１で永久磁石５を覆うようにしたため、永久磁石５を完全に保護することができるから、永久磁石５の耐久性が向上し、信頼性の高いブラシレスモータ１が得られるのである。従って、本実施の形態のようなブラシレスモータ１は、例えば車両用の電動式パワーステアリング装置の動力源のように走行時に外部から振動等が入力される使用環境の厳しいモータとして好適である。
【００１８】
図３は本発明の第２の実施の形態を示す図であって、図２と同様の拡大断面図である。
即ち、本実施の形態では、上記第１の実施の形態における保護プレート２０を省略し、カラー４Ａの両端部に径方向外側に広がるように鍔部４Ｂを形成し、その鍔部４Ｂの外径を、永久磁石５の外径に一致させている。なお、図３にはカラー４Ａの一方の端部のみを図示しているが、他方の端部についてもこれと同様の構成である。
【００１９】
また、このカラー４Ａは、永久磁石５よりも機械的強度が高くて成形し易く、しかも磁気回路に好適な鉄鋼等の材料で形成されていて、その鍔部４Ｂの角部４ａには、滑らかな丸みを持たせている。その他の構成は上記第１の実施の形態と同様である。
このような構成であっても、鍔部４Ｂが上記第１の実施の形態における保護プレート２０と同様の機能を発揮するから、上記第１の実施の形態と同様の作用効果が得られる。
【００２０】
しかも、保護プレートとしての鍔部４Ｂをカラー４Ａと一体としているため、上記第１の実施の形態に比べて、部品点数が削減され、組立時の手間が簡略化できるという利点がある。
なお、上記各実施の形態では、位相検出センサとしてホール素子等が適用できる検出素子１２を設けた場合について説明したが、その場合、ホール素子により磁極を検出する簡単な構造であってもよいし、或いは、分解能を上げた磁気エンコーダのような構造であってもよい。
【００２１】
また、上記各実施の形態では、カラー４Ａを回転軸４に外嵌する円筒形の部材としているが、このカラー４Ａは回転軸４と一体のものであってもよい。
そして、保護プレート２０及び鍔部４Ｂの外径寸法は、永久磁石５の外径寸法に厳密に一致する必要はなく、それら外径寸法には、熱収縮チューブ２１の収縮率に過大な影響を与えない段差ができる程度の差があってもよい。
【００２２】
さらに、永久磁石５の軸方向長さ寸法とカラー４Ａの軸方向長さ寸法とは、厳密に一致させることは加工上困難であるが、保護プレート２０と永久磁石５又はカラー４Ａとの間に僅かな隙間があっても、永久磁石５の保護に差し支えないし、その隙間に、永久磁石５を固定するために用いる接着剤を充填することもできる。
【００２３】
【発明の効果】
以上説明したように、本発明によれば、永久磁石の端面にその永久磁石と同外径で外面角部に丸みを有する保護プレートを配設するとともに、永久磁石の外周面と、保護プレートの外周面と、保護プレートの前記外面とを、熱収縮チューブで直接覆ったため、永久磁石を完全に保護することができるから、モータの信頼性が向上するという効果がある。
【００２４】
特に、請求項２に係る発明にあっては、部品点数が削減できて組立時の手間が簡略化できるという効果もある。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の第１の実施の形態の全体構成を示す断面図である。
【図２】第１の実施の形態の要部を拡大した断面図である。
【図３】第２の実施の形態の要部を拡大した断面図である。
【図４】従来の構成を示す断面図である。
【符号の説明】
１ブラシレスモータ（永久磁石回転型モータ）
２Ａセンタハウジング
２Ｂフロントハウジング
４回転軸
４Ａカラー
４Ｂ鍔部
４ａ角部
５永久磁石
６ロータ
７コア
８励磁コイル
９ステータ
２０保護プレート
２０ａ角部
２１熱収縮チューブ

Claims

外周に永久磁石が固定された回転自在のロータと、このロータを包囲する励磁コイルが捲線されたステータと、を有する永久磁石回転型モータにおいて、前記永久磁石の端面にその永久磁石と同外径の保護プレートを配設するとともに、前記保護プレートの前記永久磁石とは逆側の外面と外周面との間の角部は丸みを有しており、前記永久磁石の外周面と、前記保護プレートの外周面と、前記保護プレートの前記外面とを、熱収縮チューブで直接覆ったことを特徴とする永久磁石回転型モータ。
前記ロータは、回転自在の回転軸と、円筒形の前記永久磁石と、これら回転軸及び永久磁石間に介在するカラーとを有し、前記保護プレートは、前記カラーの端部に形成された鍔部である請求項１記載の永久磁石回転型モータ。