JP3906022B2 - 電動機の回転子及びその製造方法 - Google Patents
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Description
【発明の属する技術分野】
本発明はフレームにマグネットを配設して成る電動機の回転子及びその製造方法に関する。
【0002】
【従来の技術】
従来より、フレームにマグネットを配設して成る電動機の回転子として、図13に示すものが供されている。このものは、フレーム1の内周部に、フェライトの焼結マグネット2が磁極の数だけ配置され、そして、樹脂3がフレーム1の外周部から内周部にかけ注入されて成形され、これによりフレーム1と焼結マグネット2とが一体化されている。
なお、このものは、回転子が固定子の外側に位置して回転するアウターロータ形電動機における、回転子の構造を示している。
【0003】
【発明が解決しようとする課題】
上記従来のものの場合、樹脂3はフレーム1と焼結マグネット2とを一体化するだけのものであり、モータの特性上に何ら有用なものではないにもかかわらず、それの体積が大きく、回転子ひいては電動機の大形化、大重量化、高価格化を招来していた。
又、フレーム1の内周部に対する焼結マグネット2の配置は、樹脂3の成形をする図示しない成形型にフレーム1を配置した上で、焼結マグネット2を順次配置することで行われるが、手間のかかるものであり、製造性が悪かった。
【0004】
更に、焼結マグネット2の最終位置は、その後に注入して成形される樹脂2によって決定されるものであり、その成形の結果如何で焼結マグネット2の最終位置にばらつきを生じやすく、精度を欠いていた。
加えて、樹脂3がフレームの内外にわたって大きく成形されているため、廃棄の折りの分解がしにくいという欠点をも有していた。
【0005】
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、全体の小形化、軽量化、低価格化ができると共に、製造性を良くでき、又、マグネットの最終位置精度も良くできて、更に廃棄の折りの分解もしやすくできる電動機の回転子及びその製造方法を提供するにある。
【0006】
【課題を解決するための手段】
上記目的を達成するために、本発明の電動機の回転子は、フレームと、このフレームの固定子側に磁性樹脂の型成形によって形成されると共に、その型成形によってフレームと一体化されたマグネットとを具備し、そのマグネットを極異方化すると共に、フレームが、マグネットの各磁極間となる全位置に穴を有することを特徴とする(請求項1の発明)。
【0007】
このものによれば、フレームの固定子側における磁性樹脂によるマグネットの形成で、フレームとマグネットとの一体化が同時にでき、従来の、フレームと焼結マグネットとを一体化しただけの別樹脂を要しない。又、フレームの固定子側にマグネット部品を逐一配置する手間も必要なく、マグネットの最終位置が別樹脂の成形の結果如何で左右されることもない上、フレームの内外にわたって大きく樹脂が存することもない。
そして、極異方化したマグネットは、磁極に大きな磁力を確保することが可能であり、更に、その場合、マグネットを極異方化するときのフレームを通じての磁束の漏洩を各磁極間の全位置に有した穴によって少なくできるし、磁性樹脂がその穴に充填されて成形されることで、マグネットのフレームに対する一体化強度を大きく確保することができる。
【0008】
この場合、フレームは軸方向の途中部に段部を有するものとし、マグネットをその段部までの磁性樹脂の型成形によって形成すると良い(請求項2の発明)。このものでは、マグネットのフレームに対する一体化強度を大きく確保しつつ、該マグネットの軸方向長さを必要以上に大きくすることが避けられる。
【0010】
上記穴は、マグネットの軸方向長さの半分以上の長さ範囲で形成すると良い(請求項3の発明)。このものでは、マグネットを極異方化するときのフレームを通じての磁束の漏洩の減少、並びにマグネットのフレームに対する一体化強度の確保が一層確実にできる。
又、フレームのマグネットを一体化した部分の軸方向長さは、マグネットの軸方向長さより短くすると良い(請求項4の発明)。このものでも、マグネットを極異方化するときのフレームを通じての磁束の漏洩の減少が一層確実にでき、しかも、全体の軽量化、低価格化が一層確実にできる。
【0011】
更に、フレームの厚みは、マグネットの厚みの20〔%〕以下とすると良い(請求項5の発明)。このものでも、マグネットを極異方化するときのフレームを通じての磁束の漏洩の減少が一層確実にでき、しかも、全体の軽量化、低価格化が一層確実にできる。
【0012】
一方、マグネットは、各磁極部が固定子側へ中高状となるように形成すると良い(請求項6の発明)。このものでは、マグネットの磁極部と固定子との間の空隙の長さが、磁極部の中央部で最も小さく、両側部で大きくなる。これにより、その空隙における磁気抵抗も、磁極部の中央部で最も小さく、両側部で大きくなり、その結果、その空隙における磁束密度が、波形で正弦波に近づいて、空間高調波の少ないものとなるから、トルクリップルが少なくなり、振動、騒音の発生が低減される。
【0013】
又、マグネットのフレームから露出した端部には、マグネットの固定子と対向する磁極の数より多くの磁極数の着磁をすると良い(請求項7の発明)。このものでは、マグネットのフレームから露出した端部の磁極による回転位置信号の検知が高精度にできるようになる。
【0014】
そして、磁性樹脂の成形に関する製造方法としては、カップ状を成すフレームに対し、ゲートをそのフレームの開口部側に設けて磁性樹脂の型注入を行うと良い(請求項8の発明)。この方法では、磁性樹脂が、プラスチックをバインダとして、それと磁性体粒子とを混合したものである関係上、比較的成形に難があるものの、それの型注入がフレームに邪魔されることなく容易にできて、成形が容易にできる。
【0015】
又、磁性樹脂の成形に関する製造方法として、ゲートをマグネットの磁極数と同数又はそれの約数で等間隔に設けて磁性樹脂の型注入を行うのも良い(請求項9の発明)。この方法では、磁性樹脂の型注入が均一にできて、磁力分布を均一にできる。
【0016】
【発明の実施の形態】
以下、本発明をアウターロータ形電動機の回転子に適用して、その第1実施例につき、図1ないし図7を参照して説明する。
まず、図1には、フレーム11を示しており、このフレーム11は、磁性材例えば鋼板をプレスすることによって偏平な有底円筒形のカップ状に形成したもので、図中下側に開口部12を有し、それとは反対側に底部13を有していて、この底部13の中心部に軸支体取付穴14を形成している。
【0017】
又、このフレーム11の周囲部の環状側壁15には、軸方向の途中部、中でも底部13側に段部16を形成しており、この段部16とこれより開口部12側の側壁15とにそれぞれ穴17,18を形成し、側壁15の端縁部(開口部12の周縁部)には、外向きのフランジ19を形成している。
上記穴18は、図2に示すように、軸方向に長い長穴状に形成しており、径方向の内外に貫通している。又、穴17は図示しないが例えば放射状に、もしくは丸穴状に形成しており、軸方向の内外に貫通している。
【0018】
これに対して、図3には、マグネットの成形をする成形型20を示しており、この成形型20は上型21と下型22とから成るもので、そのうちの上型21にフレーム11を収納する収納キャビティ23を形成し、下型22に、マグネットの形状を成した成形キャビティ24と、これに外方より通じるゲート25とを形成している。この場合、成形キャビティ24は、収納キャビティ23に収納されるフレーム11の側壁15の内周面と段部16の内面(図中下面)とに接するように形成しており、ゲート25はフレーム11の開口部12側に形成している。
【0019】
この構成で、下型22にフレーム11を被合してセットし、次いで、上型21を下型22に合わせてフレーム11が収納キャビティ23内に収納されるようにする。この後、湯状の磁性樹脂をゲート25から注入して成形キャビティ24内及びフレーム11の穴17,18内に充填する。磁性樹脂は、プラスチックをバインダとして、それと磁性体粒子とを混合したものであり、その磁性体粒子には、この場合、NdFeB系や、SmFeN系、あるいはSmCo系を採用している。
しかして、この注入し充填した磁性樹脂を固化させることによって、フレーム11の段部16の内面及び側壁15の内周面に達する成形キャビティ24から、更に穴17,18にかけた形状どおりの成形(射出成形)をしている。
【0020】
図4は、このように成形して離型することにより、フレーム11、特にこれの側壁15の内周部に形成したマグネット26を示しており、このマグネット26は、上記磁性樹脂の成形によって同時にフレーム11の段部16の内面、側壁15の内周面、及び穴17,18の各内面に固着され、フレーム11と一体化されている。なお、本実施例の回転子は、固定子(図示せず)の外側に位置して回転するものであり、従って、マグネット26を形成したフレーム11の側壁15の内周部は固定子側である。
【0021】
又、上記磁性樹脂の成形時(固化するまでの間)、磁性樹脂には、図4に矢印Aで示すように、マグネット26の各磁極27間でのみ透磁することにより磁性体粒子の配向を極異方にする磁場を印加し、もってマグネット26を極異方化している。
ここで、フレーム11の穴18は、マグネット26の各磁極27間の全てに位置している。又、この穴18は、図1及び図2に示すように、その長さL1 がマグネット26の軸方向長さL2 の半分以上の長さ範囲にわたるようにしている(L1 /L2 ≧1/2)。
【0022】
更に、フレーム11のマグネット26を一体化した部分の軸方向長さL3 は、マグネット16の軸方向長さL2 より短くしている(L3 <L2 )。加えて、フレーム11の厚みt1 は、マグネット26の厚みt2 の20〔%〕以下としている(t1 /t2 ≦20〔%〕)。
マグネット26は又、図4に示すように、各磁極27部が固定子側へ両側部から中央部にかけて漸次その厚みを増す中高状となるように形成しており、上記フレーム11の厚みt1 と対比したマグネット26の厚みt2 は、その中央部すなわち最大厚の部分の厚みである。
【0023】
図4には又、前述のゲート25を示しており、このゲート25は、マグネット26の磁極27の数と同数で等間隔に設けており、特には各磁極27間に設けている。
マグネット26の磁極27には成形後に必要な着磁をしており、このマグネット26の前記フレーム11から露出した端部、例えば端面(図1中下面)には、図5及び図6に示すように、マグネット26の固定子と対向する磁極27の数より多く例えば2倍の数の磁極28の着磁をしている。
そして、前記軸支体取付穴14には、軸支体29を貫通させてその周囲部でねじ30により取付けている。軸支体29は、図示しない軸(回転軸)を貫通させて支持するものである。
【0024】
このように本構成のものでは、マグネット26をフレーム11の固定子側に磁性樹脂の型成形によって形成すると共に、その型成形によってマグネット26をフレーム11と一体化しており、従来の、焼結マグネット2とは別の、フレーム1と焼結マグネット2とを一体化しただけの別樹脂3を必要としない。かくして、全体の小形化、軽量化、低価格化ができる。
【0025】
又、本構成のものの場合、フレーム11の固定子側に従来の焼結マグネット2のようなマグネット部品を逐一配置する手間も必要ないので、製造性を良くすることができる。加えて、マグネット26の最終位置が別樹脂3の成形の結果如何で左右されるというようなこともないので、マグネット26の最終位置精度を良くでき、モータの回転特性を良くすることができる。更に、マグネット26はフレーム11の固定子側に形成され、フレーム11の内外にわたって大きく樹脂が存するようなこともないので、廃棄の折りの分解もしやすくすることができる。
【0026】
そして、特に本構成のものの場合、フレーム11を軸方向の途中部に段部16を有するものとし、マグネット26をその段部16までの磁性樹脂の型成形によって形成している。これにより、マグネット26の固定子側とは反対側の面をフレーム11に固着できるばかりでなく、マグネット26のフレーム底部13側の面をもフレーム11に固着できることになって、マグネット26のフレーム11に対する一体化強度を大きく確保することができる。
【0027】
又、この場合、固定子は、フレーム11の底部13との接触を避け、更にその底部13との絶縁距離を保つために該底部13から所定寸法離して設けられる。このため、その固定子と対応するマグネット26も、フレーム11の底部13まで達する軸方向長さで設けると、マグネット26の軸方向長さを必要以上に大きくすることになる。その点、マグネット26をフレーム11の段部16までの磁性樹脂の型成形によって形成した本構成のものの場合には、マグネット26の軸方向長さを固定子と対応するものに留め得、必要以上に大きくすることを回避できる。これにより、全体の軽量化、低価格化が一層できる。
【0028】
加えて、マグネット26は極異方化しており、これによって、磁極27に大きな磁力を確保することができる。
又、その場合、フレーム11には、マグネット26の各磁極27間となる全位置に、軸方向に長い穴18を形成している。これにより、マグネット26を上述の極異方化するときのフレーム11を通じての磁束の漏洩が、図2に矢印A´で示すように、穴18の上方部と下方部のそれぞれ狭い部分を通るだけの僅かなものとなり、残りは穴18によって阻止される。よって、マグネット26の極異方化がより確実にできる。又、この場合、磁性樹脂は穴18に充填されても成形されるもので、これにより、マグネット26をフレーム11に確実に回り止めできるなど、マグネット26のフレーム11に対する一体化強度を更に大きく確保することができる。
【0029】
なお、フレーム11には、段部16に穴17をも形成しており、磁性樹脂はその穴17にも充填されても成形されるので、マグネット26のフレーム11に対する一体化強度を一層大きく確保することができる。
【0030】
更に、上記穴18は、マグネット26の軸方向長さL2 の半分以上の長さ範囲で形成している。これにより、上述の、マグネット26を極異方化するときのフレーム11を通じる磁束の漏洩の阻止がより幅広くできるので、その磁束の漏洩の減少が一層確実にできて、マグネット26の極異方化がより確実にでき、並びにマグネット26のフレーム11に対する一体化強度の確保も一層確実にできる。
【0031】
又、フレーム11のマグネット26を一体化した部分の軸方向長さL3 は、マグネット26の軸方向長さL2 より短くしている。これにより、上述の、マグネット26を極異方化するときのフレーム11を通じる磁束の漏洩通路を幅狭にできるので、その磁束の漏洩の減少が一層確実にできて、マグネット26の極異方化がより確実にでき、しかも、全体の軽量化、低価格化が一層確実にできる。又、この場合、フレーム11からはマグネット11の端部が露出し、この露出したマグネット11の端部により、回転位置信号の検知が精度良くできるようにもなる。
【0032】
加えて、フレーム11の厚みt1 は、マグネット26の厚みt2 の20〔%〕以下としている。これにより、上述の、マグネット26を極異方化するときのフレーム11を通じる磁束の漏洩通路を薄くできるので、その磁束の漏洩の減少が一層確実にできて、マグネット26の極異方化がより確実にできる。これについて、図7は、マグネット26の厚みt2 に対するフレーム11の厚みt1 の比率(t1 /t2 単位〔%〕)と、マグネット26を極異方化するときのフレーム11を通じて漏洩する磁束の量との関係を示しており、マグネット26の厚みt2 に対するフレーム11の厚みt1 の比率を20〔%〕以下とすることによって、マグネット26を極異方化するときのフレーム11を通じて漏洩する磁束の量を許容限界値以下に留め得ることを表している。しかも、この場合、フレーム11の厚みt1 を、マグネット26の厚みt2 の20〔%〕以下としたことによって、全体の軽量化、低価格化が一層確実にできる。
【0033】
一方、マグネット26は、各磁極27部が固定子側へ中高状となるように形成している。これにより、マグネット26の磁極27部と固定子との間の空隙の長さが、磁極27部の中央部で最も小さく、両側部で大きくなる。これにより、その空隙における磁気抵抗も、磁極27部の中央部で最も小さく、両側部で大きくなり、その結果、その空隙における磁束密度が、波形で正弦波に近づいて、空間高調波の少ないものとなるから、トルクリップルが少なくなり、振動、騒音の発生を低減することができる。
【0034】
又、マグネット26のフレーム11から露出した端部には、マグネット26の固定子と対向する磁極27の数より多くの数の磁極28の着磁をしている。これにより、マグネット26のフレーム11から露出した端部の磁極28による回転位置信号の検知がより高精度にできるようになる。なお、この磁極28の着磁は、マグネット26のフレーム11から露出した端部の、固定子側とは反対側の面である外周面に施すようにしても良い。
【0035】
そして、前記磁性樹脂の成形に関する製造方法として、カップ状を成すフレーム11に対し、ゲート25をそのフレーム11の開口部12側に設けて磁性樹脂の型注入を行っている。これにより、磁性樹脂が、プラスチックをバインダとして、それと磁性体粒子とを混合したものである関係上、比較的成形に難があるものの、それの型注入がフレーム11に邪魔されることなく容易にできて、成形が容易にできる。
【0036】
又、磁性樹脂の成形に関する製造方法として、ゲート25をマグネット26の磁極数と同数で等間隔に設けて磁性樹脂の型注入を行っている。これにより、磁性樹脂の型注入が均一にできて、磁力分布を均一にすることができる。なお、ゲート25は、マグネット26の磁極27の数の約数で等間隔に設けても良い。この場合も、ゲート25はそれぞれ磁極27間に設けるのが、磁力分布を均一にする上で好ましい。
【0037】
以上に対して、図8ないし図12は本発明の第2ないし第6実施例を示すもので、それぞれ、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。
【0038】
[第2実施例]
図8に示す第2実施例においては、フレーム11に、前述の穴18に代わって穴31を形成している。この穴31は、フレーム11の側壁15に、軸方向の両側(a,b図中上下)でつなぎ残し、周方向の両側(a,c図中左右)で断って起こすことにより形成したもので、穴18と違いフレーム11の内外に貫通はしないが、マグネット26を極異方化するときのフレーム11を通じての磁束の漏洩を減少させ、そして、マグネット26のフレーム11に対する一体化強度を一層確実に確保することについて、穴18と同様の作用効果を奏する。
【0039】
[第3実施例]
図9に示す第3実施例においては、フレーム11に、前述の穴18に代わって穴32を形成している。この穴32は、フレーム11の側壁15に、周方向の一方側(a,c図中左側)でつなぎ残し、周方向の他方側(a,c図中右側)と軸方向の両側(a,b図中上下)とで断って起こすことにより形成したもので、これも、穴18と違いフレーム11の内外に貫通はしないが、マグネット26を極異方化するときのフレーム11を通じての磁束の漏洩を減少させ、そして、マグネット26のフレーム11に対する一体化強度を一層確実に確保することについて、穴18と同様の作用効果を奏する。
【0040】
[第4実施例]
図10に示す第4実施例においては、フレーム11に、前述の穴18に代わって穴33を形成している。この穴33は、フレーム11の側壁15に、軸方向の一方側(a,b図中上側)でつなぎ残し、軸方向の他方側(a,b図中下側)と周方向の両側(a,c図中左右)とで断って起こすことにより形成したもので、これも、穴18と違いフレーム11の内外に貫通はしないが、マグネット26を極異方化するときのフレーム11を通じての磁束の漏洩を減少させ、そして、マグネット26のフレーム11に対する一体化強度を一層確実に確保することについて、穴18と同様の作用効果を奏する。
【0041】
[第5実施例]
図11に示す第5実施例においては、フレーム11に、前述の穴18に代わって、複数の穴34を軸方向に列させて形成している。このようにしても、マグネット26を極異方化するときのフレーム11を通じての磁束の漏洩を減少させ、そして、マグネット26のフレーム11に対する一体化強度を一層確実に確保することについて、穴18と同様の作用効果を奏する。
【0042】
[第6実施例]
図12に示す第6実施例においては、マグネット26の形成をする磁性樹脂を、張出部35,36で示すように、フレーム11の穴17,18からその各外側に出させて、更に穴17,18より大きく成形している。これにより、マグネット26をフレーム11に確実に抜け止めできるなど、マグネット26のフレーム11に対する一体化強度の確保が更に一層確実にできる。
【0043】
このほか、本発明は上記し且つ図面に示した実施例にのみ限定されるものではなく、特に回転子全体としては、固定子の外側に位置して回転するものに限られず、固定子の内側に位置して回転するもの(インナーロータ)であっても良いなど、要旨を逸脱しない範囲内で適宜変更して実施し得る。
【0044】
【発明の効果】
本発明は以上説明したとおりのもので、下記の効果を奏する。
請求項1の電動機の回転子によれば、全体の小形化、軽量化、低価格化ができると共に、製造性を良くでき、又、マグネットの最終位置精度も良くできて、更に廃棄の折りの分解までしやすくできるし、更には、マグネットの磁極に大きな磁力を確保することができると共に、マグネットの極異方化がより確実にでき、マグネットのフレームに対する一体化強度を大きく確保することもできる。
請求項2の電動機の回転子によれば、マグネットのフレームに対する一体化強度を大きく確保しつつ、該マグネットの軸方向長さを必要以上に大きくすることがなくて、全体の軽量化、低価格化が一層できる。
【0045】
請求項3の電動機の回転子によっても、マグネットの極異方化がより確実にできると共に、マグネットのフレームに対する一体化強度を大きく確保することができる。
【0046】
請求項4の電動機の回転子によれば、マグネットの極異方化がより確実にできると共に、全体の軽量化、低価格化が一層確実にできる。
請求項5の電動機の回転子によっても、マグネットの極異方化がより確実にできると共に、全体の軽量化、低価格化が一層確実にできる。
請求項6の電動機の回転子によれば、振動、騒音の発生を低減することができる。
【0047】
請求項7の電動機の回転子によれば、回転位置信号の検知がより高精度にできる。
請求項8の電動機の回転子の製造方法によれば、マグネットを形成する磁性樹脂の型注入がフレームに邪魔されることなく容易にできて、成形が容易にできる。
請求項9の電動機の回転子の製造方法によれば、マグネットを形成する磁性樹脂の型注入が均一にできて、磁力分布を均一にすることができる。
【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半部の縦断面図
【図2】回転子の部分正面図
【図3】成形型の、フレームをセットした状態の部分縦断面図
【図4】回転子の部分横断面図
【図5】回転子の部分内面図
【図6】図5の矢印X方向から見た回転子の部分下面図
【図7】特性図
【図8】本発明の第2実施例を示す、穴部分の正面図(a)と、そのY−Y線に沿う断面図(b)、及びZ−Z線に沿う断面図(c)
【図9】本発明の第3実施例を示す、図8(a)、(b)、(c)相当図
【図10】本発明の第4実施例を示す、図8(a)、(b)、(c)相当図
【図11】本発明の第5実施例を示す図2相当図
【図12】本発明の第6実施例を示す図1部分相当図
【図13】従来例を示す図1部分相当図
【符号の説明】
11はフレーム、12は開口部、16は段部、18は穴、20は成形型、25はゲート、26はマグネット、27,28は磁極、31〜34は穴、L1 は穴の軸方向長さ、L2 はマグネットの軸方向長さ、L3 はフレームのマグネットを一体化した部分の軸方向長さ、t1 はフレームの厚み、t2 はマグネットの厚みを示す。
Claims (9)
- フレームと、
このフレームの固定子側に磁性樹脂の型成形によって形成されると共に、その型成形によってフレームと一体化されたマグネットとを具備し、そのマグネットを極異方化すると共に、フレームが、マグネットの各磁極間となる全位置に穴を有することを特徴とする電動機の回転子。 - フレームが軸方向の途中部に段部を有し、マグネットをその段部までの磁性樹脂の型成形によって形成したことを特徴とする請求項1記載の電動機の回転子。
- 穴を、マグネットの軸方向長さの半分以上の長さ範囲で形成したことを特徴とする請求項1記載の電動機の回転子。
- フレームのマグネットを一体化した部分の軸方向長さを、マグネットの軸方向長さより短くしたことを特徴とする請求項1記載の電動機の回転子。
- フレームの厚みを、マグネットの厚みの20〔%〕以下としたことを特徴とする請求項1記載の電動機の回転子。
- マグネットを、各磁極部が固定子側へ中高状となるように形成したことを特徴とする請求項1記載の電動機の回転子。
- マグネットのフレームから露出した端部に、マグネットの固定子と対向する磁極の数より多くの磁極数の着磁をしたことを特徴とする請求項1記載の電動機の回転子。
- フレームがカップ状を成し、ゲートをそのフレームの開口部側に設けて磁性樹脂の型注入を行ったことを特徴とする請求項1記載の電動機の回転子の製造方法。
- ゲートをマグネットの磁極数と同数又はそれの約数で等間隔に設けて磁性樹脂の型注入を行ったことを特徴とする請求項1記載の電動機の回転子の製造方法。
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