JP3810074B2 - 回転子 - Google Patents

Description

本発明は、アウターロータ形ブラシレスＤＣモータや磁気方式のエンコーダに使用される回転子に係り、小形・軽量化を目的に，ロータヨークと樹脂結合型磁石を一体成形して成る回転子に関するものである。

ブラシレスＤＣモータはロータ構造から，インナーロータ方式とアウターロータ方式に分類される。インナーロータ方式はその慣性モーメントが小さいことから，モータの起動特性が要求される分野で使用され，モータの小形・軽量化に伴い希土類系磁石が多く採用されている。また，アウターロータ方式は一定速度で回転し，比較的高トルクを要する分野に動力用として使用される場合が多い。しかしながら，アウターロータ方式でもモータの小形・軽量化の要求が強く希土類系磁石が検討されている。

また従来，アウターロータ型ブラシレスＤＣモータのロータ部は、図４のように磁性粉末とナイロン系の熱可塑性樹脂材とを混合してリング状に形成された樹脂結合型磁石４を軟磁性材からなる円筒状のロータヨーク２の内径に挿入し，接着剤５にて固定しているのが一般的である。また，ロータヨークの中心にはモータ軸１が固定されている。

本来，ロータヨークとマグネットを一体に成形できると挿入と接着の工程が削除できて作業性が向上できる。しかしながら，一般的にマグネットには成型後，０．５〜１．０％の大きな成形収縮率が存在する。ロータヨーク内径を６０ｍｍでは内径に０．３〜０．６ｍｍの縮みが生じて，ロータヨーク内径とマグネットの接触面に剥がれ現象となって現れる。

図５は上述の問題点を解決すべく採用されている方式で，樹脂結合型磁石４でロータヨーク端面６を含んで外周７を包みこむ構造である。本構造では樹脂結合型磁石４の成形収縮率が大きいため、ロータヨーク外周７の樹脂結合型磁石部分は成形後ロータヨーク２に対し、これを圧縮するように密着接合するもので，成形後のロータヨーク２と樹脂結合型磁石４間の剥がれ，空転を防止するものである。

また，特開２００１−２４４１１０号公報では，開示されているものである。樹脂結合型磁石 の外周面には凹凸部を形成し、凹溝に溶融材料が流入して締結強度を補強し，且つファン部の熱可塑性樹脂の成形収縮率を前記樹脂結合型磁石より大きくしたことで，成形後のファン部は、内側の樹脂結合型磁石を圧縮する如く保持し、しかも、その樹脂結合型磁石の外周面に設けた凹凸部により両者は一層強固に結合されるので、これらの接合間での空転の発生はなく、所謂堅固な回り止め機能が得られることが開示されている。

また，特開２００２−０３３２０９号公報では，希土類系合金粉末を使用した樹脂結合型磁石の改善として，従来の成形性、磁気特性、機械的強度、耐熱性、耐食性等を損なわずに、低温硬化可能で、且つ高い流動性、金型への充填性を有する希土類系磁石、このような磁石を得ることができる希土類系磁石用組成物および希土類系磁石の製造方法について開示され，エポキシ化合物中のエポキシ基の１０％以上９０％未満を不飽和一塩基酸により部分的にビニルエステル化した重合性化合物からなるバインダ樹脂、熱ラジカル重合開始剤、エポキシ硬化剤、および希土類系合金粉末から構成される希土類系ボンド磁石用組成物が提案され，熱硬化性樹脂をバインダとして射出成形にてマグネットを生成することが可能である。
特開２００１−２４４１１０号公報 特開２００２−０３３２０９号公報

一般的にアウターロータ方式では樹脂結合型磁石径が大きくなり，高価な希土類系磁石を使用する場合，極力肉薄にする必要がある。その際に問題となるのが，リング状に成形する磁石の製作限界である。磁石外径からの圧力に弱く，成形時や取り扱い中に破損し易いという問題があるため，現在の磁石の製作限界は，リング状の希土類系樹脂結合型磁石の外径をＤ，厚みをｔとして，その比率ｔ／Ｄが０．０３以上である。例えば直径が５０ｍｍの磁石では厚みが１．５ｍｍ以上でないと製作することができない。

また，上述のように，アウターロータ構造でロータヨークと樹脂結合型磁石を一体に成形して使用する方法は，マグネットの成形収縮率を考慮して，樹脂結合型磁石形状やロータヨーク形状を複雑に形成する必要がり，コストアップの要因となり，実際にはほとんど採用されていない。
しかしながら，近年のモータの小形化に伴い，磁石材料に高価な希土類系合金粉末を使用して磁石を薄肉に成形してロータヨークに取り付ける必要性が生じている。
本発明はこのような従来の課題を解決するものであり、安価で，作業性，信頼性に優れたロータヨークと樹脂結合型磁石の一体成形方法を提供するものである。

近年，熱硬化性樹脂をバインダとした射出成形が可能な希土類系樹脂結合型磁石が開発されている。この希土類系樹脂結合型磁石の特徴は，成形収縮率を非常に少なくコントロール可能であり，線膨張係数が小さい，薄肉形状が成形可能等である。この樹脂結合型磁石を使用してロータヨーク内径部分に一体に成形することで取り扱い中の破損を防止するものである。

本発明になるアウターロータ形ブラシレスＤＣモータは下記の特徴を有する。
（１）射出成形により安価に製作可能である。
（２）一体成形により希土類系樹脂結合型磁石径が大きくても，肉厚を薄く成形でき，モータの小形・軽量化化が可能である。
（３）熱硬化性樹脂をバインダとした希土類系樹脂結合型磁石であるため，成形収縮率が小さく希土類系樹脂結合型磁石とロータヨークの密着性が良く，保持力が向上して信頼性の高いロータを得ることができる。
（４）希土類系樹脂結合型磁石でロータヨーク端面を含んで内外周を包みこむ必要が無く，希土類系樹脂結合型磁石の使用重量も最小にできる。
（５）一体成形後の希土類系樹脂結合型磁石内径のロータヨークに対する同軸度精度が向上し，希土類系樹脂結合型磁石内周振れ改善され，ロータアンバランスによる振動を低減することができモータの低振動低騒音化に効果がある。
（６）希土類系樹脂結合型磁石の内周振れが小さいので対向するステータとの空隙を小さくでき，結果として高効率のモータが得られる。

モータ軸と一体に回転する円筒状のロータヨークと，ロータヨークの内周には周方向に多極着磁されたリング状で外径が約５０ｍｍで，厚みが約１ｍｍの樹脂結合型磁石と，樹脂結合型磁石の内周と空隙を介して対向し巻線を有するステータコアを具備するアウターロータ形ブラシレスＤＣモータにおいて，ロータヨークの内径で前記樹脂結合型磁石との接触面にモータ軸方向に凹凸部を形成し，バインダとして熱硬化性樹脂を用い，希土類系合金粉末を含んでなる成形収縮率０．１％以下の希土類系磁石用組成物で樹脂結合型磁石を構成し，射出成形によりロータヨークと一体に成形する。

図１は本発明に係わる実施例を示すもので，アウターロータ方式のブラシレスＤＣモータのロータ部である。１はモータの回転軸，２は円筒状のロータヨークで軟磁性鋼板から製作されて，回転軸１と固定されている。ロータヨーク２の内径にはインサート成形により希土類系の樹脂結合型磁石３がロータヨーク２と一体に成形されている。また，希土類系樹脂結合型磁石の外径Ｄは５０ｍｍでその肉厚ｔは１ｍｍである。

この希土類系の樹脂結合型磁石はバインダとして熱硬化性樹脂を用い，希土類系合金粉末を含んでなる希土類系磁石用組成物で構成され，比較的低温度で流動性が良く硬化時間も短いため射出成形が可能である。射出成形により成形サイクルが短時間化安価製作することが可能である。図２は射出成形のインサート金型例を示すもので，希土類系樹脂結合型磁石３はピンゲート１１を通して射出される。

また，使用している希土類系樹脂結合型磁石は，バインダに低収縮化剤の添加によりある程度の成形収縮率の調整が可能であり，成形収縮率を０．１％以下に製作することができる。また，図３のように，ロータヨークの内径で前記希土類系樹脂結合型磁石との接触面にモータ軸方向に凹凸部１５を形成し，ロータヨーク２と希土類系樹脂結合型磁石の密着性を向上させ空転防止も兼ねている。密着性を向上させるには，ロータヨーク外径に小さな穴１６やロータ内径方向の突き出し１７等も同様の効果がある。

本方式で成形された希土類系樹脂結合型磁石の内周の振れは，０．１ｍｍ以下に製作可能であり，ロータアンバランスによる振動を低減することができモータの低振動低騒音化に効果がある。また，希土類系樹脂結合型磁石の内周振れが小さいので対向するステータとの空隙を小さくでき，結果として高効率のモータが得られる。

また，詳細な説明は省略したが，このアウターロータ方式のロータ構造は磁気センサを使用するロータリエンコーダの回転ロータ部分としても全く等価に考えることが可能であることは言うまでもない。

本発明によれば、アウターロータ方式のブラシレスＤＣモータにおいて，高磁束密度を有する希土類系樹脂結合型磁石を薄肉にロータヨーク内径に一体で配置することが可能で，モータの小形化，高効率化，低振動化が実現でき，あらゆる用途のアウターロータ方式のブラシレスＤＣモータに適用可能である。

本発明のロータ部断面図である。 マグネットの成形金型の略図である。 ロータヨークの断面図である。 従来のロータ部断面図である。 従来のロータ部断面図である。

符号の説明

１：モータ軸
２：ロータヨーク
３：薄肉希土類系樹脂結合型磁石
４：熱可塑性樹脂をバインダとした樹脂結合型磁石
５：接着剤
６：ロータヨーク端面
７：ロータヨーク外周部
１０：ポット
１１：ピンゲート
１２：上型
１３：下型
１４：ノックアウト
１５：凹凸部
１６：穴
１７：突き出し
ｔ：薄肉希土類系樹脂結合型磁石の厚み
Ｄ：薄肉希土類系樹脂結合型磁石の外径

Claims (4)

1. モータ軸と一体に回転する円筒状のロータヨークと，該ロータヨークの内周には周方向に多極着磁されたリング状の樹脂結合型磁石と，該樹脂結合型磁石の内周と空隙を介して対向し巻線を有するステータコアを具備するアウターロータ形ブラシレスＤＣモータにおいて，前記ロータヨークの内径で前記樹脂結合型磁石との接触面にモータ軸方向に凹凸部を形成し，前記樹脂結合型磁石をバインダとして熱硬化性樹脂を用い，希土類系合金粉末を含んでなる成形収縮率０．１％以下の希土類系磁石用組成物で構成し，射出成形によりロータヨークと一体に成形したことを特徴とするアウターロータ形ブラシレスＤＣモータ。
2. リング状の希土類系樹脂結合型磁石の外径をＤ，厚みをｔとして，その比率ｔ／Ｄが０．０３以下であることを特徴とする請求項１に記載のアウターロータ形ブラシレスＤＣモータ。
3. 出力軸と一体に回転する円筒状のロータヨークと，該ロータヨークの内周には周方向に着磁されたリング状の樹脂結合型磁石と，該樹脂結合型磁石の内周と空隙を介して対向し磁気センサを具備するロータリ磁気エンコーダおいて，前記ロータヨークの内径で前記樹脂結合型磁石との接触面にモータ軸方向に凹凸部を形成し，前記樹脂結合型磁石をバインダとして熱硬化性樹脂を用い，希土類系合金粉末を含んでなる成形収縮率０．１％以下の希土類系磁石用組成物で構成し，射出成形によりロータヨークと一体に成形したことを特徴とするロータリ磁気エンコーダ。
4. リング状の希土類系樹脂結合型磁石の外径をＤ，厚みをｔとして，その比率ｔ／Ｄが０．０３以下であることを特徴とする請求項３に記載のロータリ磁気エンコーダ。