JP4225091B2 - モータ用回転子 - Google Patents
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Description
【発明の属する技術分野】
本発明は、モータに関し、特にモータ用回転子(ロータコア)の構造に関する。
【0002】
【従来の技術】
従来より、巻線コイルを装着されたステータコアの内側に永久磁石を有するロータを配置して、ステータコアの巻線コイルに電気パルスを入力することでロータを回転させるように構成されたモータが一般に使用されている。このようなモータにおけるロータは、回転動力の出力軸としての回転シャフトと、永久磁石が固定されたロータコアとが一体となって回転するように構成されている。ロータコアは回転の中心に回転シャフトを、外周端付近に永久磁石を備え、ステータコアによって生成される磁界変化に応じて回転を行い、回転シャフトからその動力を出力するようになっている。
【0003】
このようなモータにおいて、ロータコアの外周端付近に備えられる永久磁石は、ロータコアの全周を囲むようにごく狭い範囲に複数個備えられるため、各々の永久磁石がお互いの磁束を打ち消しあうように働いて良好な磁場形成を妨げ、ロータコアの回転反応を鈍くしてしまうことがある。そこで、ロータコアに備えられる永久磁石を互いに区画するような溝をロータコアの外周端に設けて、各々の永久磁石間での磁気的な短絡を防止するような構成が実用化されている(例えば、特許文献1参照。)。
【0004】
ところで、一般にロータコアは、例えばコアプレートとして電磁鋼板といった磁性材料が複数枚積層されて構成されている。そして積層されたコアプレートは、通常リベットを用いたかしめや溶接によって固定されている。しかしながら、かしめによってコアプレートを固定した場合には物理的な力により、溶接によってコアプレートを固定した場合には溶接熱によって、いずれも局所的な応力集中や変形が生じ、ロータコア自身の寸法精度,機械的な強度が低下するとともに、磁気的な特性劣化が発生することがある。
【0005】
一方、このような不具合を解消する技術として、図4の従来のモータ用回転子(ロータコア)の構成例に示すように、複数枚のコアプレート34が積層された積層コアを固定するにあたって、永久磁石33が埋設された積層コアを一対のエンドプレート32で挟持して、積層コアの中心部の貫通穴34a及びピン挿入用の貫通穴34bにエンドプレートの内輪32c及び対応するピン32bを圧入固定してロータコアを形成し、エンドプレート32の中央部の貫通穴32aにシャフト25を圧入固定してシャフト25をロータに一体的に取り付けるように構成した技術が提案されている(例えば、特許文献2参照。)。
【0006】
【特許文献1】
特開2001−286110号公報(段落0025〜0028,図1)
【特許文献2】
特開2000−184645号公報(段落0023〜0033)
【0007】
【発明が解決しようとする課題】
しかし、上述の特許文献2に記載の技術においては、ピン32bを貫入させるための専用の貫通穴34bを各コアプレートの同位置に加工する必要がある。そのため、ロータコアの製造時には精度良く貫通穴を加工する工程が必要となり、コストが嵩んでしまうという課題がある。
【0008】
また、この技術においては、シャフト25を圧入された一対のエンドプレート32で、積層されたコアプレート34を挟持することで、ロータコア全体の固定を保っている。つまり、ロータコア全体の強度は、一対のエンドプレートの内輪32cとシャフト5との接触部に働く摩擦力に依存するものであるため、固定力が不十分になりやすく、ロータコアの寸法精度や機械的強度を確保しにくい。
【0009】
本発明はこのような課題に鑑み創案されたもので、コスト増を抑えた簡素な構造により、コアプレートを確実に固定できるようにするとともに、ロータコアの寸法精度と機械的強度とを高めることのできるようにした、モータ用回転子を提供することを目的とする。
【0010】
【課題を解決するための手段】
このため、請求項1記載の本発明のモータ用回転子は、モータ出力軸としての回転シャフトと、該回転シャフトが貫装される貫通孔と、それぞれ永久磁石を挿入される複数の挿入孔と、該挿入孔間で発生しうる磁気短絡を防止するように形成された区画溝とを備えた円盤状のコアプレートが積層されてなる円筒形のロータコアと、該ロータコアを上下端面から挟持する一対の円盤状部と、該円盤状部から鉛直方向に形成され該区画溝に嵌合して該コアプレートを固定する骨組部とからなる固定用フレームと、該固定用フレームを固定するべく、該回転シャフトにおいて該回転シャフトの延在方向と平行に穿孔された第一フレームピン孔と、該固定用フレームの該円盤状部に設けられた第二フレームピン孔と、該回転シャフトの延在方向と平行に配向された状態で該第二フレームピン孔を介して該第一フレームピン孔の内部へ圧入され、該固定用フレームを該回転シャフトに固設するフレームピンとを備えたことを特徴とする。
【0011】
なお、該固定用フレームは、非磁性体材料で構成されることも好ましい。この場合、永久磁石の挿入孔間で発生しうる磁気短絡を効果的に防止することができるとともに、周辺の磁場環境へ悪影響を与えることがなくなる。
また、請求項2記載の本発明のモータ用回転子は、該骨組部が、該一対の円盤状部間を連結するように備えられることを特徴とする。
【0012】
また、請求項3記載の本発明のモータ用回転子は、該区画溝が、該ロータコアの外周端よりも内側に形成されて、該区画溝の全周が該コアプレートに囲まれていることを特徴とする。
また、請求項4記載の本発明のモータ用回転子は、該区画溝が、該複数の挿入口の各々における一端側及び他端側に一つずつ配置されていることを特徴とする。
【0013】
【発明の実施の形態】
以下、図面を参照しながら本発明の実施形態を説明する。
図1は本モータ用回転子の構成を示す分解構成図である。また、図2は本モータ用回転子の構成を示す組立構成図である。
本実施形態に係るモータ用回転子(ロータ)1は、図1,図2に示すように、主要構成として、回転シャフト(モータ出力軸)2とロータコア3と固定用フレーム4とから構成される。ロータコア3は円盤状の複数のコアプレート(ここでは、電磁鋼板)8が積層されて円筒形状をなしている。電磁鋼板8は、その中心に回転シャフト2を貫装する貫通孔14を備え、また、その外周端付近には永久磁石7を挿入するための複数の挿入孔10が全外周に均一配置されて形成されている。さらに、各電磁鋼板8の外周端には、複数の挿入孔10の周縁部を互いに区画するように、区画溝11が形成され、永久磁石7同士の磁気短絡を防止するようになっている。複数の電磁鋼板8は、全て同一の形状を有しており、挿入孔10,区画溝11が電磁鋼板8の中心に対してそれぞれの円周上に均等に配置されて設けられている。そして、各挿入孔10,区画溝11が縦に揃うようにこれらの電磁鋼板8が積層されて、ロータコア3が形成される。
【0014】
回転シャフト2は本モータ用回転子の回転軸であり、ロータコア3に貫装されて一体に回転し、その回転力を出力するモータの出力軸として構成されている。また、回転用シャフト2には、固定用フレーム4を固定するためのフレームピン孔12が設けられている。
固定用フレーム4は、ロータコア3の上下端面に対になって備えられている。この一対の固定用フレーム4は、回転シャフト2に固定されロータコア3の上下端面に接合してロータコア3を挟持する一対の円盤状部5と、該区画溝に嵌合して電磁鋼板8を固定する複数の骨組部(リブ状の構造)6とから構成される。骨組部6は、一対の円盤状部5の間を連結するように、円盤状部5から鉛直方向に設けられている。なお、固定用フレーム4は、非磁性体材料で構成されており、ここでは、セラミックが用いられている。
【0015】
以上のような構成により、本実施形態のモータ用回転子によれば、以下のように組立てられて、以下のような効果が得られる。
まず、複数の電磁鋼板8を、挿入孔10,区画溝11が縦に揃うように積層する。複数の電磁鋼板8は全て同じ形状を有し、挿入孔10,区画溝11が電磁鋼板8の中心に対してそれぞれの円周上に均等に設けられているため、積層が容易であり、積層ズレが生じない。
【0016】
次に、挿入孔10に永久磁石7を挿入し、ロータコア3を形成する。積層ズレが生じていないため、永久磁石7の挿入も容易に行うことができる。また、ロータコア3の外周端には区画溝11が形成される。区画溝11は、各々の永久磁石7を区画するように形成されているため、各々の永久磁石7の磁気短絡を防止することができる。
【0017】
続いて、ロータコア3を回転シャフト2に通し、固定フレーム4によってロータコア3を挟持する。この時、ロータコア3の外周端に形成されている区画溝11に、固定用フレーム4の骨組部6が嵌合し、骨組部6によってロータコア3が固定される。骨組部6は、固定フレーム4の一対の円盤状部5の間を連結するように、円盤状部5から鉛直方向へ設けられているため、確実にロータコア3を固定することができる。また、骨組部6によって、大きな遠心力が働くロータコア3の外周端を、回転シャフト2に垂直な全断面について固定することができ、効果的に電磁鋼板8を保持することができる。また、区画溝11は、永久磁石7の磁気短絡を防止するためのものであるから、骨組部6を嵌合させる孔や溝を予め別に用意しておく必要がなく、コスト増を招かず、ロータコア3の性能低下も招かない。
【0018】
また、ロータコア3は、骨組部6の圧入によって固定されるのではなく、区画溝11と骨組部6との嵌合と固定フレーム4による挟持によって固定されるため、ロータコア3へ不要な応力や変形を与えることがなく、また、骨組部6はロータコア3の外周端でもロータコア3を固定することができる。
また、固定フレーム4は、非磁性体材料で構成されているため、ロータコアが形成する磁場を乱すことがなく、また、永久磁石7によって固定フレーム自身が磁化して、周辺の磁場環境に悪影響を与えるおそれがない。
【0019】
そして最後に、フレームピン9を用いて固定用フレーム4の円盤状部5を回転シャフト2に固定する。フレームピン9による固定は圧入によって行われるが、圧入される対象が回転シャフト2であるため、ロータコア3へ不要な応力や変形を与えず、ロータコア3の寸法精度と機械的強度とを高めることができ、また、ロータコア3へ不要な応力や変形を与える心配なく確実に圧入させて回転シャフト2へ固定することができる。また、単に固定用フレーム4を回転シャフト2に圧入させて固定するのではなく、フレームピン9を回転シャフト2へ圧入させて固定しているため、固定用フレーム4と回転シャフト2とを堅固に固定することができる。
【0020】
以上、本発明の一実施形態について説明したが、本発明はかかる実施形態に限定されたものではなく、本発明の趣旨を逸脱しない範囲で種々変形して実施することができる。
例えば、上述の実施形態において、電磁鋼板8の外周端付近に永久磁石7を挿入するための複数の挿入孔10と、複数の挿入孔10に挿入される永久磁石7を互いに区画するような区画溝11とが外周端に均一に配置されて形成されているが、例えば図3に示すように、各々の挿入孔10´が、電磁鋼板8´の外周端よりやや内側で両側に一つずつの区画溝11´を形成されるような配置にしてもよい。このような構成の場合、区画溝11´が電磁鋼板8´の外周端よりやや内側に形成されて、区画溝11´の全周が電磁鋼板8´に囲まれているため、区画溝11´周辺の剛性をより高くすることができ、また、骨組部をこの区画溝11´に嵌合させることで堅固に電磁鋼板8´を保持することができる。
【0021】
【発明の効果】
以上詳述したように、請求項1記載の本発明のモータ用回転子によれば、電磁鋼板が固定用フレームによって外周端で保持されるため、遠心力による電磁鋼板のズレや破壊を防止することができ、最も堅固にロータコアを固定することができる。それに加えて、ロータコア内部での磁気短絡を防止することができる。また、単に固定用フレームを回転シャフトに圧入させて固定するのではなく、フレームピンを回転シャフトへ圧入させて固定しているため、固定用フレームと回転シャフトとを堅固に固定することができる。
【0022】
また、請求項2記載の本発明のモータ用回転子によれば、骨組部が一対の円盤状部間を連結するように備えられるため、確実にモータ用回転子を固定することができる。特に、大きな遠心力が働くモータ用回転子の外周端を、回転軸に垂直な全断面について固定することができるため、効果的に電磁鋼板を保持することができる。
【0023】
また、請求項3記載の本発明のモータ用回転子によれば、区画溝の全周がコアプレートに囲まれているため、区画溝周辺の剛性をより高くすることができ、また、骨組部をこの区画溝に嵌合させることで堅固にコアプレートを保持することができる。
なお、請求項4記載の本発明のモータ用回転子においても、磁気短絡を防止することができる。
【図面の簡単な説明】
【図1】本発明の一実施形態としてのモータ用回転子の構成を示す分解構成図である。
【図2】本発明の一実施形態としてのモータ用回転子の構成を示す組立構成図である。
【図3】本発明の一実施形態の変形例としてのモータ用回転子における電磁鋼板の構成を示す部分構成図である。
【図4】従来のモータ用回転子の構成例であり、その構成を示す全体構成図である。
【符号の説明】
1 ロータ(モータ用回転子)
2 回転シャフト(モータ出力軸)
3 ロータコア
4 固定用フレーム
5 円盤状部
6 骨組部(リブ状の構造)
7 永久磁石
8,8´ 電磁鋼板(コアプレート)
9 フレームピン
10,10´ 挿入孔
11,11´ 区画溝
12 フレームピン孔
13 フレームピン孔
14 貫通孔
Claims (4)
- モータ出力軸としての回転シャフトと、
該回転シャフトが貫装される貫通孔と、それぞれ永久磁石を挿入される複数の挿入孔と、該挿入孔間で発生しうる磁気短絡を防止するように形成された区画溝とを備えた円盤状のコアプレートが積層されてなる円筒形のロータコアと、
該ロータコアを上下端面から挟持する一対の円盤状部と、該円盤状部から鉛直方向に形成され該区画溝に嵌合して該コアプレートを固定する骨組部とからなる固定用フレームと、
該固定用フレームを固定するべく、該回転シャフトにおいて該回転シャフトの延在方向と平行に穿孔された第一フレームピン孔と、
該固定用フレームの該円盤状部に設けられた第二フレームピン孔と、
該回転シャフトの延在方向と平行に配向された状態で該第二フレームピン孔を介して該第一フレームピン孔の内部へ圧入され、該固定用フレームを該回転シャフトに固設するフレームピンと
を備えたことを特徴とする、モータ用回転子。 - 該骨組部が、該一対の円盤状部間を連結するように備えられることを特徴とする、請求項1記載のモータ用回転子。
- 該区画溝が、該ロータコアの外周端よりも内側に形成されて、該区画溝の全周が該コアプレートに囲まれている
ことを特徴とする、請求項1又は2記載のモータ用回転子。 - 該区画溝が、該複数の挿入口の各々における一端側及び他端側に一つずつ配置されている
ことを特徴とする、請求項1〜3の何れか1項に記載のモータ用回転子。
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