JP3725510B2

JP3725510B2 - 外転形永久磁石モータの回転子

Info

Publication number: JP3725510B2
Application number: JP2002310967A
Authority: JP
Inventors: 正巳服部; 剛志賀
Original assignee: Toshiba Corp
Current assignee: Toshiba Corp
Priority date: 2002-10-25
Filing date: 2002-10-25
Publication date: 2005-12-14
Anticipated expiration: 2022-10-25
Also published as: JP2004147451A; TWI290787B; TW200406971A

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、固定子の外周囲に位置して複数の磁極を環状に配列して有する外転形永久磁石モータの回転子に関する。
【０００２】
【従来の技術】
従来より、外転形永久磁石モータの回転子としては、図１０及び図１１に示すものが供されている。このものは、円形の主板部１ａとこれの周囲部に位置する環状の周側壁１ｂとを鉄板など磁性体にて形成したフレーム１の内周部（周側壁１ｂの内側）に、永久磁石２を磁極の数だけ配置することにより複数の磁極３を環状に配列する構成とし、一方、フレーム１の外周部（周側壁１ｂの外側）には、同じく磁性体にて形成したリング部材４を配置し、そして、それらを合成樹脂５により一体に結合して成るものであり、永久磁石２（磁極３）が図示しない固定子の外周囲に位置して、回転するようになっている（例えば、特許文献１参照）。
【０００３】
【特許文献１】
特許第３０１７９５３号公報（第３頁、図１〜図３）
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】
上記従来のものの場合、その製造には図１２に示す方法が採られる。すなわち、成形型６が下型６ａとこれに被さる上型６ｂとから成る構成にて、その下型６ａに永久磁石２の形状及び個数に合わせて複数形成した凹部７のそれぞれに永久磁石２を挿入して環状に配置し、その上からフレーム１を被せ、更にその外周にリング部材４を置く。そして、それらに対し、上型６ｂを被せて型締めし、この後、上型６ｂ及び下型６ａ間のキャビティ８に合成樹脂５を溶融状態で充填する。そして、その合成樹脂５が硬化した時点で、上型６ｂを取り除き、回転子の全体を下型６ａから取り上げる。
【０００５】
このため、下型６ａには、磁極３の数だけの永久磁石２を配置するための、該永久磁石２の形状及び個数に合った複数の凹部７を形成する必要があり、それだけ下型６ａが複雑化して、製品価格が高くなるという題点を有していた。
【０００６】
本発明は上述の事情に鑑みてなされたものであり、従ってその目的は、主として、成形型を簡易に済ませることができて、製品価格の低廉化ができる外転形永久磁石モータの回転子を提供するにある。
【０００７】
【課題を解決するための手段】
上記目的を達成するために、本発明の外転形永久磁石モータの回転子は、フレームと、このフレームの周囲部に設けられ、磁極を形成する部分にそれぞれ穴を有する鉄心と、この鉄心の穴に挿入して設けられた複数の永久磁石とを具備し、前記鉄心の磁極を形成する部分の内周部を、固定子との間のエアギャップが周方向に不均一となる形状とすると共に、前記鉄心の磁極を形成する部分の間に、鉄心の径方向最大幅の中心より外周側へ達する深さの谷部を有し、且つ、前記鉄心の径方向最大幅の中心より外周側に、前記フレームと、鉄心、及び永久磁石を一体に結合する合成樹脂が通って充填される通路を有すると共に、前記合成樹脂を、鉄心の磁極を形成する部分の間に成形して有する構成としたことを特徴とする（請求項１の発明）。
このものによれば、永久磁石は鉄心に形成した穴に挿入すれば良く、成形型にその永久磁石を挿入して位置決めする凹部などを形成する必要がないので、それだけ成形型を簡易にできて、製品価格を低廉化できる。
又、回転子と固定子との間のエアギャップにおける磁束密度の分布を、トルクリップルが少なくなるものとすることが可能となるほか、隣り合う永久磁石間の磁束の短絡を谷部により阻止することができて、磁束の流れを良くでき、更に、フレームと、鉄心、及び永久磁石を一体に結合する合成樹脂の通路が、隣り合う永久磁石間の内周側（固定子側）における磁束の流れの妨げとならないようにできて、磁力を固定子に具合良く及ぼさせることができると共に、その合成樹脂による、フレームと、鉄心、及び永久磁石の結合がより強固にできる。
【００１２】
前記鉄心の穴は、それに挿入した永久磁石の側方に、フレームと、鉄心、及び永久磁石を一体に結合する合成樹脂が通って充填されるスペースを余す段差を有すると良い。（請求項２の発明）。
このものでは、鉄心の穴における永久磁石の固定が、合成樹脂の通路を充分に確保しつつ、強固にできる。
【００１３】
又、鉄心は、穴の外周側に、フレームと、鉄心、及び永久磁石を一体に結合する合成樹脂が通って充填される凹欠部を連通させて有するのも良い（請求項３の発明）。
このものでは、鉄心の穴における永久磁石の固定が、穴の外周側の凹欠部に充填される合成樹脂により永久磁石を穴の内周側に寄せて、確実にできる。
そのほか、鉄心の、穴から内周側の寸法より、穴から外周側の寸法を大きくするのも良い（請求項４の発明）。
このものでは、鉄心の穴から外周側における磁束の流れを良くできる。
【００１４】
又、鉄心が、複数に分割して形成された単位鉄心を組合わせて構成されているのも良い（請求項５の発明）。
このものでは、単位鉄心のつなぎ目で磁気抵抗が大きくなることにより、その部分で磁力が他の部分より小さくなり、その部分で回転子の回転が遅くなる。それに基づき、フィードバック制御するモータでは、その回転を速めるべく、電流、電圧値が大きくなるので、その大きくなった電流、電圧値を測定することにより、回転子の回転位置の検出、ひいては回転負荷の回転位置の検出が可能となる。
【００１５】
【発明の実施の形態】
以下、本発明の第１実施例につき、図１ないし図８を参照して説明する。
まず、図４には、外転形永久磁石モータの固定子１１を示しており、これは主に鉄心１２とコイル１３とから成っている。
【００１６】
そのうち、鉄心１２は、例えば所定形状に打ち抜いた磁性体であるけい素鋼板を多数枚積層して構成したもので、環状を成すヨーク部１２ａと、これの外周部から放射状に突出する多数のティース部１２ｂとを有しており、そのほゞ全体の外面に電気絶縁材である合成樹脂から成る被覆部材１４を型成形して設けている。又、その被覆部材１４には、内周部に複数個の取付部１５を形成しており、これによって固定子１１を洗濯機など必要機器のモータ取付部に取付けるようにしている。そして、各ティース部１２ｂには、被覆部材１４の各外周にコイル１３を巻装し、以上によって固定子１１を構成している。
【００１７】
これに対して、図６及び図７と、図１ないし図３には、外転形永久磁石モータの回転子１６を示しており、これは、主にフレーム１７と鉄心１８及び永久磁石１９から成っている。そのうち、フレーム１７は、磁性体である例えば鉄板をプレス加工することにより形成したもので、図５に示すように、中心部に軸支持体形成孔２０を有する円形の主板部１７ａと、この主板部１７ａの外周部から垂下する環状の周側壁１７ｂとを有する、扁平な有蓋円筒状を成している。
【００１８】
上記主板部１７ａの外周部には又、全周にわたって段部２１を形成しており、前記鉄心１８は図６に示すようにフレーム１７の周囲部に設けているが、詳細には、この場合、図２に示すように、段部２１と前記周側壁１７ｂとに囲まれる空間に配置し、段部２１の内周縁と鉄心１８の内周面とがほゞ面一に位置するようにしている。そして段部２１には、図３に示す孔２２を全周にわたって複数形成しており、更に、主板部１７ａの、段部２１と前記軸支持体形成孔２０との間の部分には、図５及び図６に示すように、通風孔２３を環状の配置で複数形成している。
【００１９】
前記鉄心１８は、この場合、ほゞ円環状に打ち抜いた磁性体である例えば鉄板を多数枚積層することにより構成したものであり、この鉄心１８の、複数の磁極２４を形成する部分には、それぞれ穴２５を形成している。この穴２５は、図２に示すように、鉄心１８の下端面から上端面近くまで達する深さのもので、図１に示すように、鉄心１８の接線方向に長い矩形の幅狭部２５ａを内周側に有し、同矩形でそれよりも幅広な幅広部２５ｂを外周側に有するいわゆる２段形状のものであり、その段差２６がそれら幅狭部２５ａと幅広部２５ｂとの両側部間に存在している。
【００２０】
又、穴２５の外周側（幅広部２５ｂの外周側）には、中央部に、穴２５と連通する半円筒形の凹欠部２７を形成している。更に、鉄心１８の磁極２４を形成する部分の各間には、鉄心１８を軸方向に貫通する貫通孔２８を、鉄心１８の径方向最大幅Ｗの中心Ｏより外周側に位置させて形成すると共に、鉄心１８の内周側から谷部２９を、図３にも示すように、鉄心１８の径方向最大幅Ｗの中心Ｏより外周側へ達する深さで形成している。
【００２１】
加えて、鉄心１８の磁極２４を形成する部分の内周部３０は、それが対向する前記固定子１１との間のエアギャップが周方向に不均一となる形状、この場合、特には図１に示す中高の円弧面状に形成しており、更に、鉄心１８の、前記穴２５から内周側の寸法Ａより、穴２５から外周側の寸法Ｂを大きくしている。
【００２２】
以上に対して、永久磁石１９は矩形の平板状を成すもので、これを上記鉄心１８の穴２５、特には幅狭部２５ａにそれぞれ挿入している。この結果、穴２５は幅狭部２５ａの全部がそれぞれ永久磁石１９で満たされ、幅広部２５ｂの一部にも永久磁石１９が位置している。そして、前述の段差２６により、幅広部２５ｂの両側部（挿入した永久磁石１９の両側方）にはスペース３１が余されている。なお、そのほか、永久磁石１９は厚み方向に着磁されており、その磁力は約２３７０〔ＭＡ／ｍ〕（参考値：３０〔ＭＯｅ〕）以上の高エネルギー積としている。
【００２３】
しかして、図８には、上記回転子１６の製造に用いる成形型３２を示しており、この成形型３２は、下型３２ａとこれに被さる上型３２ｂとから成っている。上述の永久磁石１９を穴２５に挿入した鉄心１８は、下型３２ａの凸部３３の外周に置き、その上からフレーム１７を被せ、更に上型３２ｂを被せて型締めする。そして、その後、上型３２ｂ及び下型３２ａ間のキャビティ３４に合成樹脂３５を溶融状態で充填する。
【００２４】
すると、合成樹脂３５が図３に示すように鉄心１８の貫通孔２８を通ってそれに充填されると共に、鉄心１８とフレーム１７の段部２１との間に充填されて孔２２を通り、フレーム１７の外部に位置して成形される。従って、鉄心１８の貫通孔２８は、合成樹脂３５が通って充填される通路として機能する。
【００２５】
又、このとき、合成樹脂３５は、図１に示すように、鉄心１８の、永久磁石１９を挿入した穴２５内、特にはそれの幅広部２５ｂにも注入されて充填され、このとき、幅広部２５ｂの両側部（永久磁石１９の両側方）におけるスペース３１が、同じく合成樹脂３５が通って充填される通路として機能する。
【００２６】
更に、このとき、合成樹脂３５は、鉄心１８の凹欠部２７にも注入されて充填され、それによって、鉄心１８が穴２５の内周側（幅狭部２５ａの内周側）に寄せられる。加えて、合成樹脂３５は、谷部２９に充填されることにより、図１及び図３に成形部３６で示すように、鉄心１８の磁極２４を形成する部分の各間と下型３２ａの外周面（谷部２９の底部側とは反対の側）との間にも充填されて成形される。又、合成樹脂３５は、図６に示すように、フレーム１７の軸支体形成孔２０の部分に至って軸支体３７を形成すると共に、軸支体３７周りに放射状に延びる複数のリブ３８を形成する。かくして、フレーム１７と、鉄心１８、及び永久磁石１９が合成樹脂３５によって一体に結合され、回転子１６が製造される。
【００２７】
なお、成形型３２は、合成樹脂３５が硬化した時点で、上型３２ｂを取り除き、下型３２ａから回転子１６の全体を取り上げる。又、回転子１６は、その後、上記軸支体３７に図示しない回転軸を取付け、この回転軸を同じく図示しない軸受を介して軸受ホルダ（これも図示せず）に回転自在に支持させることにより、前記鉄心１８の穴２５に永久磁石１９を挿入して構成した複数の磁極２４が環状の配列で固定子１１の外周囲に位置して回転されるようになっている。
【００２８】
このように本構成の外転形永久磁石モータの回転子１６によれば、永久磁石１９は、製造時、鉄心１８に形成した穴２５に挿入すれば良く、従来の成形型６に形成した凹部７に挿入して位置決めするようなことがないので、その凹部７などを成形型３２に形成する必要がなく、それだけ成形型３２を簡易にできて、製品価格を低廉化することができる。
【００２９】
又、本構成のものの場合、鉄心１８の磁極２４を形成する部分の内周部３０は、固定子１１との間のエアギャップが周方向に不均一となる形状としており、これによって、そのエアギャップにおける磁気抵抗も周方向に不均一となり、該エアギャップにおける磁束密度の分布を、トルクリップルが少なくなるものとすることが可能となる。その一つとして、鉄心１８の磁極２４を形成する部分の内周部３０を中高の円弧面状に形成した上記構成のものの場合には、エアギャップにおける磁気抵抗を、内周部３０の中央部で最も小さく、両側部で大きくできるものであり、この結果、その空隙における磁束密度を波形で正弦波に近づけることができて、空間高調波の少ないものとなることにより、トルクリップルが少なくなって、振動、騒音の発生を低減することができる。
【００３０】
更に、鉄心１８の磁極２４を形成する部分の間には、鉄心１８の径方向最大幅Ｗの中心Ｏより外周側へ達する深さの谷部２９を有しており、これによって、隣り合う永久磁石１９間の磁束の短絡を谷部２９により阻止することができて、磁束の流れを良くすることができる（隣り合う永久磁石１９間の外周側を磁束が流れるようにできる）。
【００３１】
又、フレーム１７と鉄心１８及び永久磁石１９は合成樹脂３５で一体に結合され、その合成樹脂３５が通って充填される通路である貫通孔２８を、鉄心１８の径方向最大幅Ｗの中心Ｏより外周側に有している。これにより、合成樹脂３５の通路（貫通孔２８）が、隣り合う永久磁石１９間の内周側（固定子１１側）におけるの磁束の流れの妨げとならないようにできて、磁力を固定子に具合良く及ぼさせることができる。
【００３２】
加えて、合成樹脂３５を、鉄心１８の磁極２４を形成する部分の間に成形して有する（成形部３６）。これにより、合成樹脂３５による、フレーム１７と鉄心１８及び永久磁石１９の結合がより強固にできる。
更に、鉄心１８の穴２５は、それに挿入した永久磁石１９の側方に合成樹脂３５が通って充填されるスペース３１を余す段差２６を有している。これにより、鉄心１８の穴２５における永久磁石１９の固定が、合成樹脂３５の通路を充分に確保しつつ、強固にできる。
【００３３】
又、鉄心１８は穴２５の外周側に合成樹脂３５が通って充填される凹欠部２７を連通させて有しており、これによって、鉄心１８の穴２５における永久磁石１９の固定が、凹欠部２７に充填される合成樹脂３５により永久磁石１９を穴２５の内周側に寄せて、確実にできる。
そのほか、鉄心１８の、穴２５から内周側の寸法Ａより、穴２５から外周側の寸法Ｂを大きくしている。これにより、鉄心１８の穴２５から外周側における磁束の通路を広く確保できて、磁束の流れを良くすることができる。
【００３４】
以上に対して、図９は本発明の第２実施例を示すもので、上記第１実施例と同一の部分には同一の符号を付して説明を省略し、異なる部分についてのみ述べる。
このものにおいては、鉄心１８を、複数に分割して形成した単位鉄心１８ａをつなぎ目４１で示すように組合わせることにより構成している。
【００３５】
このものでは、単位鉄心１８ａのつなぎ目４１で磁気抵抗が大きくなり、その部分で磁力が他の部分より小さくなる。このため、回転子１１は、その磁力の小さくなった部分で回転が遅くなり、それに基づき、フィードバック制御するモータでは、その回転を速めるべく、電流、電圧値が大きくなる。そこで、その大きくなった電流、電圧値を測定することで、回転子１６の回転位置の検出、ひいては回転負荷の回転位置の検出が可能となる。
【００３６】
そのほか、この場合には、単位鉄心１８ａの大きさが小さくなることにより、鉄心１８の素材からの材料取りを良くできる効果もある。
なお、本発明は上記し且つ図面に示した各実施例にのみ限定されるものではなく、要旨を逸脱しない範囲内で適宜変更して実施し得る。
【００３７】
【発明の効果】
以上説明したように、本発明の外転形永久磁石モータの回転子によれば、成形型に永久磁石を挿入して位置決めする凹部などを形成する必要がないので、成形型を簡易に済ませることができて、製品価格の低廉化ができるという著効を奏する。又、回転子と固定子との間のエアギャップにおける磁束密度の分布を、トルクリップルが少なくなるものとすることが可能となるほか、隣り合う永久磁石間の磁束の短絡を谷部により阻止することができて、磁束の流れを良くでき、更に、フレームと、鉄心、及び永久磁石を一体に結合する合成樹脂の通路が、隣り合う永久磁石間の内周側（固定子側）における磁束の流れの妨げとならないようにできて、磁力を固定子に具合良く及ぼさせることができると共に、その合成樹脂による、フレームと、鉄心、及び永久磁石の結合がより強固にできる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の第１実施例を示す回転子の主要部分の横断面図
【図２】図１のＸ−Ｘ線に沿う主要部分の縦断面図
【図３】図１のＹ−Ｙ線に沿う主要部分の縦断面図
【図４】固定子全体の斜視図
【図５】回転子のフレームの斜視図
【図６】回転子全体の下面図
【図７】回転子の部分斜視図
【図８】成形型による回転子の製造過程を示す縦断側面図
【図９】本発明の第２実施例を示す図１相当図
【図１０】従来例を示す回転子全体の縦断面図
【図１１】図１相当図
【図１２】図８相当図
【符号の説明】
１１は固定子、１６は回転子、１７はフレーム、１８は鉄心、１８ａは単位鉄心、１９は永久磁石、２４は磁極、２５は穴、２６は段差、２７は凹欠部、２８は貫通孔（通路）、２９は谷部、３０は鉄心の磁極を形成する部分の内周部、３１はスペース、３２は成形型、３５は合成樹脂、３６は成形部、４１は単位鉄心のつなぎ目、Ａは鉄心の穴から内周側の寸法、Ｂは鉄心の穴から外周側の寸法、Ｗは鉄心の径方向最大幅、Ｏは鉄心の径方向最大幅の中心を示す。

Claims

固定子の外周囲に位置して複数の磁極を環状に配列して有するものにおいて、
フレームと、
このフレームの周囲部に設けられ、前記磁極を形成する部分にそれぞれ穴を有する鉄心と、
この鉄心の穴に挿入して設けられた複数の永久磁石と、
を具備し、
前記鉄心の磁極を形成する部分の内周部を、固定子との間のエアギャップが周方向に不均一となる形状とすると共に、
前記鉄心の磁極を形成する部分の間に、鉄心の径方向最大幅の中心より外周側へ達する深さの谷部を有し、
且つ、前記鉄心の径方向最大幅の中心より外周側に、前記フレームと、鉄心、及び永久磁石を一体に結合する合成樹脂が通って充填される通路を有すると共に、
前記合成樹脂を、鉄心の磁極を形成する部分の間に成形して有する構成としたことを特徴とする外転形永久磁石モータの回転子。
鉄心の穴が、それに挿入した永久磁石の側方に、フレームと、鉄心、及び永久磁石を一体に結合する合成樹脂が通って充填されるスペースを余す段差を有することを特徴とする請求項１記載の外転形永久磁石モータの回転子。
鉄心が、穴の外周側に、フレームと、鉄心、及び永久磁石を一体に結合する合成樹脂が通って充填される凹欠部を連通させて有することを特徴とする請求項１記載の外転形永久磁石モータの回転子。
鉄心の、穴から内周側の寸法より、穴から外周側の寸法を大きくしたことを特徴とする請求項１記載の外転形永久磁石モータの回転子。
鉄心が、複数に分割して形成された単位鉄心を組合わせて構成されていることを特徴とする請求項１記載の外転形永久磁石モータの回転子。