JP4349832B2 - 回転子及びその製造方法 - Google Patents
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Description
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、スロットにマグネットを収納する回転子及びその製造方法に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
ブラシレスＤＣモータ等の直流モータの回転子は、鋼板を積層したロータコアの各スロットにマグネットを収納した構造となっている（特許文献１）。
【０００３】
上記ようなロータコア１００について、図５に基づいて説明する。
【０００４】
従来のロータコア１００は、図５（ｂ）に示すように、リング状の連結部１０２から所定間隔毎に略三角形状のティース部１０４が外方に向かって突出し、各ティース部１０４の間にスロット１０６が形成されている。そして、このロータコア１００の側面は、図５（ａ）に示すように、鋼板を積層した構造となっている。
【０００５】
【特許文献１】
実開昭６２−１９５３５９号公報
【０００６】
【発明が解決しようとする課題】
上記構成のロータコア１００を用いてブラシレスＤＣモータ（以下、単にモータという）１０８を回転させる場合の磁気ループの状態について図６に基づいて説明する。
【０００７】
図６に示すように、固定子鉄心１１４は、リング状のステータコア１１０の内周からティース１０４が突出したものであり、各ティース１０４にコイル１１６を巻回して固定子１１８を形成している。
【０００８】
この固定子１１８内部に、前記ロータコア１００の各スロット１０６にマグネット１２２を収納した回転子１２０が回転自在に収納されている。
【０００９】
上記構成のモータ１０８において、回転子１２０が回転する場合に、図４における矢印で示すように磁気ループが形成される。この場合に、スロット高調波に起因する電磁音が高くなるという問題点がある。
【００１０】
また、ロータコア１００は、略円筒形であるため、鋼板からこのロータコア１００を打ち抜くと、これ以外の部分の鋼板を廃棄する必要があり、その廃棄個所が多くなり、材料取りが良くないという問題点がある。
【００１１】
そこで、本発明は上記問題点に鑑み、材料取りを良くすると共に電磁音を低減して静音性を向上させることができる回転子及びその製造方法を提供するものである。
【００１２】
【課題を解決するための手段】
請求項１の発明は、円弧状の外周部の内周からティースが三角形状で突出し、先端がＴ字状に形成されたコア分割部を、回転子の外周側に位置する節部で複数連結されたストレートコアと、前記回転子の外周側に位置する節部で連結されていない複数のコア分割部とを、所定枚数ごとに交互に積層したコアを備え、前記コアをリング状に屈曲してロータコアを形成し、前記隣接したコア分割部の間に形成されたスロットにマグネットを軸方向に収納し、前記ロータコア及びマグネットの軸方向端面の全てを覆わないようにモールド樹脂によって前記ロータコア、マグネットを一体に成形することを特徴とする回転子である。
【００１３】
請求項２の発明は、前記各スロットにマグネットを収納したロータコアの内周側に円筒状のシャフト固定部材を配して、前記ロータコア、マグネット、シャフト固定部材とをモールド樹脂によって一体に成形し、前記シャフト固定部材の軸孔にシャフトを挿通することを特徴とする請求項１記載の回転子である。
【００１４】
請求項３の発明は、円弧状の外周部の内周からティースが三角形状で突出し、先端がＴ字状に形成されたコア分割部を、回転子の外周側に位置する節部で複数連結されたストレートコアと、前記回転子の外周側に位置する節部で連結されていない複数のコア分割部とを、所定枚数ごとに交互に積層してコアを形成し、前記コアをリング状に屈曲してロータコアを形成し、前記隣接したコア分割部の間に形成されたスロットにマグネットを軸方向に収納し、前記ロータコア及び前記マグネットの軸方向端面の全てを覆わないようにモールド樹脂によって前記ロータコア、マグネットを一体に成形することを特徴とする回転子の製造方法である。また、請求項４の発明は、前記各スロットにマグネットを収納したロータコアの内周側に円筒状のシャフト固定部材を配して、前記ロータコア、マグネット、シャフト固定部材とをモールド樹脂によって一体に成形し、前記シャフト固定部材の軸孔にシャフトを挿通することを特徴とする請求項３に記載の回転子の製造方法である。
【００１５】
【作 用】
本発明の回転子であると、ロータコアはストレートコアを折曲する構造であるため、このストレートコアを鋼板から打ち抜く場合に、従来のロータコアをそのまま打ち抜くよりも材料取りが良くなる。
【００１６】
また、回転子における外周側においてコア分割部が連結された構造になっているため、スロット高調波に起因する電磁音を低減することができる。
【００１７】
さらに、漏れ磁束が増加する傾向にあるが、請求項３に示すように、積層した複数の鋼板の中で所定の枚数の鋼板のみの節部で連結する構造であるため、漏れ磁束の低減を図ることができる。また、この構造であるとストレートコアを折曲する場合に曲げ易くなるという効果もある。
【００１８】
【発明の実施の形態】
以下、本発明の一実施形態を図１から図４に基づいて説明する。
【００１９】
本実施形態のモータ１０はブラシレスＤＣモータである。このモータ１０は、図４に示すように、固定子１２内部に回転子１４を回転自在に配した構造である。図１（ｂ）に示すように、回転子１４は、二組のストレートコア２４を円弧状に折曲して連結したロータコア２２から形成されている。
【００２０】
（１）固定子１２の構造
固定子１２の構造について説明する。
【００２１】
図４に示すように固定子１２は、リング状のステータコア１６の内周から２４個のＴ字状のティース１８が突出している。これら突出したティース１８にはそれぞれコイル２０が巻回されている。
【００２２】
（２）ストレートコア２４の構造
ストレートコア２４の構造について説明する。
【００２３】
図２に示すように、一組のストレートコア２４は、１０個のコア分割部２６を節部２８で連結したものと、１０個に別々に切り離されたコア分割部２６とを所定の枚数毎にそれぞれ積層したものである。
【００２４】
コア分割部２６は、円弧状の外周部３０の内周から三角形状のティース３２が突出し、このティース３２の先端は、Ｔ字状に形成されている。
【００２５】
この外周部３０とティース３２とよりなるコア分割部２６が節部２８によって１０個連結されている鋼板と、分割されたコア分割部２６の鋼板が所定枚数毎にかしめ部３４を介して複数枚積層されている。すなわち、図２（ａ）に示すように、切り離されて連結されていないコア分割部２６同士の間はカット部３６となっている。
【００２６】
上記のようにストレート状の鋼板を積層する構造であるため、鋼板を打ち抜く場合に材料取りが良くなるという効果がある。
【００２７】
（３）回転子１４の製造方法
回転子１４の製造方法について説明する。
【００２８】
まず、二組のストレートコア２４をそれぞれ半リング状に折曲して接続し、図１（ｂ）のようにリング状になし、ロータコア２２を形成する。この場合に、図１（ａ）に示すように、折曲は節部２８における部分で行うため折曲し易く、その上、積層されている部分にはカット部３６が存在しているため、より折曲を行い易い。
【００２９】
次に、ロータコア２２のティース３２、３２の間で形成されているスロット３８に棒状のマグネット４０を収納する。
【００３０】
次に、ロータコア２２の中心部分に金属製である円筒形のシャフト固定部材４２を配して、モールド樹脂によってモールドする。すなわち、図３に示すように、ロータコア２２の中心部付近からマグネット４０の半分が隠れるくらいまでの位置をモールド樹脂４４によって覆う。これによって、マグネット４０がスロット３８から抜け出ることがない。また、シャフト固定部材４２もロータコア２２と一体成型される。この場合に、シャフト固定部材４２が一体成型され易いように、シャフト固定部材４２の表面にローレット加工もしくはセレーション加工を行う。
【００３１】
次に、この円筒形のシャフト固定部材４２の軸孔４３に回転軸となるシャフト４６を挿通する。これにより、回転子１４が組み立てられる。
【００３２】
（３）モータ１０の動作状態
上記構成のモータ１０の回転状態について図４に基づいて説明する。
【００３３】
図４における矢印が磁気ループを示すものである。固定子１２のコイル２０にそれぞれ電流を流して磁界を発生させると回転子１４が回転する。この場合に、スロット３８の外周部分は外周部３０によって覆われているため、スロット高調波に起因する電磁音を低減して静音性を向上させることができる。すなわち、スロット高調波の基本式は、（１）式で表される。
【００３４】
ｆｓ＝｛Ｋ×Ｎ１×（１−ｓ）／Ｐ＋Ｂ｝×ｆ ・・・（１）
但し、ｆｓはスロット高調波（Ｈｚ）、Ｋは次数＝１，２，３等の整数、Ｎ１はスロット数（すなわち、回転子１４のスロット３８の数）、ｓはすべり数（直流モータであるためｓ＝０）、ｆは電源周波数（Ｈｚ）＝励磁周波数、Ｂは−２，０，２である。なお、直流モータであるため、ｆ＝Ｎ×Ｐ／６０であり、ここで、Ｎは回転数（ｒｐｍ）、Ｐは極対数である。
【００３５】
（１）式に示すようにスロット数が小さければスロット高調波が小さくなるため、コア分割部２６を外周部３０によって接続してスロット３８がステータコア１６から見て隠れるようにすることにより、Ｎ１の数が減りスロット高調波が減るためである。
【００３６】
ところが、図４に示すように外周部３０を設けることにより漏れ磁束が増加してモータ特性の低下が発生する可能性があるため、外周部３０の一部分を切欠きカット部３６を形成することにより、他極間の磁路を減少させて漏れ磁束の低減を図っている。
【００３７】
（４）本実施形態の効果
以上に示すように、本実施形態の回転子１４であると、ストレートコア２４を折曲する場合に節部２８で折曲するときに、カット部３６が存在しているため曲げ易くなる。
【００３８】
また、外周部３０が存在することによりスロット高調波に起因する電磁音を低減させることができる。
【００３９】
さらに、カット部３６を設けることにより漏れ磁束の低減を図ることができる。
【００４０】
【発明の効果】
以上により本発明の回転子であると、スロット高調波による電磁音を低減させることができ、また、漏れ磁束も低減させることができる。
【００４１】
また、ストレートコアをロータコアに曲げ易いという効果もある。
【００４２】
さらに、ストレートコアを打ち抜くため、鋼板の材料取りが良くなる。
【図面の簡単な説明】
【図１】（ａ）は、本実施形態のロータコアの側面図である。
（ｂ）は、ロータコアの平面図である。
【図２】（ａ）は、ストレートコアの側面図である。
（ｂ）は、ストレートコアの平面図である。
【図３】（ａ）は、回転子の側面図である。
（ｂ）は、回転子の平面図である。
【図４】本実施形態のモータの平面図である。
【図５】（ａ）は、従来のロータコアの側面図である。
（ｂ）は、従来のロータコアの平面図である。
【図６】従来のモータの平面図である。
【符号の説明】
１０ モータ
１２ 固定子
１４ 回転子
２２ ロータコア
２４ ストレートコア
２６ コア分割部
２８ 節部
３０ 外周部
３２ ティース
３４ かしめ部
３６ カット部
３８ スロット
４０ マグネット
４２ シャフト固定部材
４４ モールド樹脂
４６ シャフト
【発明の属する技術分野】
本発明は、スロットにマグネットを収納する回転子及びその製造方法に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
ブラシレスＤＣモータ等の直流モータの回転子は、鋼板を積層したロータコアの各スロットにマグネットを収納した構造となっている（特許文献１）。
【０００３】
上記ようなロータコア１００について、図５に基づいて説明する。
【０００４】
従来のロータコア１００は、図５（ｂ）に示すように、リング状の連結部１０２から所定間隔毎に略三角形状のティース部１０４が外方に向かって突出し、各ティース部１０４の間にスロット１０６が形成されている。そして、このロータコア１００の側面は、図５（ａ）に示すように、鋼板を積層した構造となっている。
【０００５】
【特許文献１】
実開昭６２−１９５３５９号公報
【０００６】
【発明が解決しようとする課題】
上記構成のロータコア１００を用いてブラシレスＤＣモータ（以下、単にモータという）１０８を回転させる場合の磁気ループの状態について図６に基づいて説明する。
【０００７】
図６に示すように、固定子鉄心１１４は、リング状のステータコア１１０の内周からティース１０４が突出したものであり、各ティース１０４にコイル１１６を巻回して固定子１１８を形成している。
【０００８】
この固定子１１８内部に、前記ロータコア１００の各スロット１０６にマグネット１２２を収納した回転子１２０が回転自在に収納されている。
【０００９】
上記構成のモータ１０８において、回転子１２０が回転する場合に、図４における矢印で示すように磁気ループが形成される。この場合に、スロット高調波に起因する電磁音が高くなるという問題点がある。
【００１０】
また、ロータコア１００は、略円筒形であるため、鋼板からこのロータコア１００を打ち抜くと、これ以外の部分の鋼板を廃棄する必要があり、その廃棄個所が多くなり、材料取りが良くないという問題点がある。
【００１１】
そこで、本発明は上記問題点に鑑み、材料取りを良くすると共に電磁音を低減して静音性を向上させることができる回転子及びその製造方法を提供するものである。
【００１２】
【課題を解決するための手段】
請求項１の発明は、円弧状の外周部の内周からティースが三角形状で突出し、先端がＴ字状に形成されたコア分割部を、回転子の外周側に位置する節部で複数連結されたストレートコアと、前記回転子の外周側に位置する節部で連結されていない複数のコア分割部とを、所定枚数ごとに交互に積層したコアを備え、前記コアをリング状に屈曲してロータコアを形成し、前記隣接したコア分割部の間に形成されたスロットにマグネットを軸方向に収納し、前記ロータコア及びマグネットの軸方向端面の全てを覆わないようにモールド樹脂によって前記ロータコア、マグネットを一体に成形することを特徴とする回転子である。
【００１３】
請求項２の発明は、前記各スロットにマグネットを収納したロータコアの内周側に円筒状のシャフト固定部材を配して、前記ロータコア、マグネット、シャフト固定部材とをモールド樹脂によって一体に成形し、前記シャフト固定部材の軸孔にシャフトを挿通することを特徴とする請求項１記載の回転子である。
【００１４】
請求項３の発明は、円弧状の外周部の内周からティースが三角形状で突出し、先端がＴ字状に形成されたコア分割部を、回転子の外周側に位置する節部で複数連結されたストレートコアと、前記回転子の外周側に位置する節部で連結されていない複数のコア分割部とを、所定枚数ごとに交互に積層してコアを形成し、前記コアをリング状に屈曲してロータコアを形成し、前記隣接したコア分割部の間に形成されたスロットにマグネットを軸方向に収納し、前記ロータコア及び前記マグネットの軸方向端面の全てを覆わないようにモールド樹脂によって前記ロータコア、マグネットを一体に成形することを特徴とする回転子の製造方法である。また、請求項４の発明は、前記各スロットにマグネットを収納したロータコアの内周側に円筒状のシャフト固定部材を配して、前記ロータコア、マグネット、シャフト固定部材とをモールド樹脂によって一体に成形し、前記シャフト固定部材の軸孔にシャフトを挿通することを特徴とする請求項３に記載の回転子の製造方法である。
【００１５】
【作 用】
本発明の回転子であると、ロータコアはストレートコアを折曲する構造であるため、このストレートコアを鋼板から打ち抜く場合に、従来のロータコアをそのまま打ち抜くよりも材料取りが良くなる。
【００１６】
また、回転子における外周側においてコア分割部が連結された構造になっているため、スロット高調波に起因する電磁音を低減することができる。
【００１７】
さらに、漏れ磁束が増加する傾向にあるが、請求項３に示すように、積層した複数の鋼板の中で所定の枚数の鋼板のみの節部で連結する構造であるため、漏れ磁束の低減を図ることができる。また、この構造であるとストレートコアを折曲する場合に曲げ易くなるという効果もある。
【００１８】
【発明の実施の形態】
以下、本発明の一実施形態を図１から図４に基づいて説明する。
【００１９】
本実施形態のモータ１０はブラシレスＤＣモータである。このモータ１０は、図４に示すように、固定子１２内部に回転子１４を回転自在に配した構造である。図１（ｂ）に示すように、回転子１４は、二組のストレートコア２４を円弧状に折曲して連結したロータコア２２から形成されている。
【００２０】
（１）固定子１２の構造
固定子１２の構造について説明する。
【００２１】
図４に示すように固定子１２は、リング状のステータコア１６の内周から２４個のＴ字状のティース１８が突出している。これら突出したティース１８にはそれぞれコイル２０が巻回されている。
【００２２】
（２）ストレートコア２４の構造
ストレートコア２４の構造について説明する。
【００２３】
図２に示すように、一組のストレートコア２４は、１０個のコア分割部２６を節部２８で連結したものと、１０個に別々に切り離されたコア分割部２６とを所定の枚数毎にそれぞれ積層したものである。
【００２４】
コア分割部２６は、円弧状の外周部３０の内周から三角形状のティース３２が突出し、このティース３２の先端は、Ｔ字状に形成されている。
【００２５】
この外周部３０とティース３２とよりなるコア分割部２６が節部２８によって１０個連結されている鋼板と、分割されたコア分割部２６の鋼板が所定枚数毎にかしめ部３４を介して複数枚積層されている。すなわち、図２（ａ）に示すように、切り離されて連結されていないコア分割部２６同士の間はカット部３６となっている。
【００２６】
上記のようにストレート状の鋼板を積層する構造であるため、鋼板を打ち抜く場合に材料取りが良くなるという効果がある。
【００２７】
（３）回転子１４の製造方法
回転子１４の製造方法について説明する。
【００２８】
まず、二組のストレートコア２４をそれぞれ半リング状に折曲して接続し、図１（ｂ）のようにリング状になし、ロータコア２２を形成する。この場合に、図１（ａ）に示すように、折曲は節部２８における部分で行うため折曲し易く、その上、積層されている部分にはカット部３６が存在しているため、より折曲を行い易い。
【００２９】
次に、ロータコア２２のティース３２、３２の間で形成されているスロット３８に棒状のマグネット４０を収納する。
【００３０】
次に、ロータコア２２の中心部分に金属製である円筒形のシャフト固定部材４２を配して、モールド樹脂によってモールドする。すなわち、図３に示すように、ロータコア２２の中心部付近からマグネット４０の半分が隠れるくらいまでの位置をモールド樹脂４４によって覆う。これによって、マグネット４０がスロット３８から抜け出ることがない。また、シャフト固定部材４２もロータコア２２と一体成型される。この場合に、シャフト固定部材４２が一体成型され易いように、シャフト固定部材４２の表面にローレット加工もしくはセレーション加工を行う。
【００３１】
次に、この円筒形のシャフト固定部材４２の軸孔４３に回転軸となるシャフト４６を挿通する。これにより、回転子１４が組み立てられる。
【００３２】
（３）モータ１０の動作状態
上記構成のモータ１０の回転状態について図４に基づいて説明する。
【００３３】
図４における矢印が磁気ループを示すものである。固定子１２のコイル２０にそれぞれ電流を流して磁界を発生させると回転子１４が回転する。この場合に、スロット３８の外周部分は外周部３０によって覆われているため、スロット高調波に起因する電磁音を低減して静音性を向上させることができる。すなわち、スロット高調波の基本式は、（１）式で表される。
【００３４】
ｆｓ＝｛Ｋ×Ｎ１×（１−ｓ）／Ｐ＋Ｂ｝×ｆ ・・・（１）
但し、ｆｓはスロット高調波（Ｈｚ）、Ｋは次数＝１，２，３等の整数、Ｎ１はスロット数（すなわち、回転子１４のスロット３８の数）、ｓはすべり数（直流モータであるためｓ＝０）、ｆは電源周波数（Ｈｚ）＝励磁周波数、Ｂは−２，０，２である。なお、直流モータであるため、ｆ＝Ｎ×Ｐ／６０であり、ここで、Ｎは回転数（ｒｐｍ）、Ｐは極対数である。
【００３５】
（１）式に示すようにスロット数が小さければスロット高調波が小さくなるため、コア分割部２６を外周部３０によって接続してスロット３８がステータコア１６から見て隠れるようにすることにより、Ｎ１の数が減りスロット高調波が減るためである。
【００３６】
ところが、図４に示すように外周部３０を設けることにより漏れ磁束が増加してモータ特性の低下が発生する可能性があるため、外周部３０の一部分を切欠きカット部３６を形成することにより、他極間の磁路を減少させて漏れ磁束の低減を図っている。
【００３７】
（４）本実施形態の効果
以上に示すように、本実施形態の回転子１４であると、ストレートコア２４を折曲する場合に節部２８で折曲するときに、カット部３６が存在しているため曲げ易くなる。
【００３８】
また、外周部３０が存在することによりスロット高調波に起因する電磁音を低減させることができる。
【００３９】
さらに、カット部３６を設けることにより漏れ磁束の低減を図ることができる。
【００４０】
【発明の効果】
以上により本発明の回転子であると、スロット高調波による電磁音を低減させることができ、また、漏れ磁束も低減させることができる。
【００４１】
また、ストレートコアをロータコアに曲げ易いという効果もある。
【００４２】
さらに、ストレートコアを打ち抜くため、鋼板の材料取りが良くなる。
【図面の簡単な説明】
【図１】（ａ）は、本実施形態のロータコアの側面図である。
（ｂ）は、ロータコアの平面図である。
【図２】（ａ）は、ストレートコアの側面図である。
（ｂ）は、ストレートコアの平面図である。
【図３】（ａ）は、回転子の側面図である。
（ｂ）は、回転子の平面図である。
【図４】本実施形態のモータの平面図である。
【図５】（ａ）は、従来のロータコアの側面図である。
（ｂ）は、従来のロータコアの平面図である。
【図６】従来のモータの平面図である。
【符号の説明】
１０ モータ
１２ 固定子
１４ 回転子
２２ ロータコア
２４ ストレートコア
２６ コア分割部
２８ 節部
３０ 外周部
３２ ティース
３４ かしめ部
３６ カット部
３８ スロット
４０ マグネット
４２ シャフト固定部材
４４ モールド樹脂
４６ シャフト
Claims (4)
- 円弧状の外周部の内周からティースが三角形状で突出し、先端がＴ字状に形成されたコア分割部を、回転子の外周側に位置する節部で複数連結されたストレートコアと、
前記回転子の外周側に位置する節部で連結されていない複数のコア分割部とを、所定枚数ごとに交互に積層したコアを備え、
前記コアをリング状に屈曲してロータコアを形成し、
前記隣接したコア分割部の間に形成されたスロットにマグネットを軸方向に収納し、
前記ロータコア及びマグネットの軸方向端面の全てを覆わないようにモールド樹脂によって前記ロータコア、マグネットを一体に成形する
ことを特徴とする回転子。 - 前記各スロットにマグネットを収納したロータコアの内周側に円筒状のシャフト固定部材を配して、前記ロータコア、マグネット、シャフト固定部材とをモールド樹脂によって一体に成形し、
前記シャフト固定部材の軸孔にシャフトを挿通する
ことを特徴とする請求項１に記載の回転子。 - 円弧状の外周部の内周からティースが三角形状で突出し、先端がＴ字状に形成されたコア分割部を、回転子の外周側に位置する節部で複数連結されたストレートコアと、
前記回転子の外周側に位置する節部で連結されていない複数のコア分割部とを、所定枚数ごとに交互に積層してコアを形成し、
前記コアをリング状に屈曲してロータコアを形成し、
前記隣接したコア分割部の間に形成されたスロットにマグネットを軸方向に収納し、
前記ロータコア及び前記マグネットの軸方向端面の全てを覆わないようにモールド樹脂によって前記ロータコア、マグネットを一体に成形する
ことを特徴とする回転子の製造方法。 - 前記各スロットにマグネットを収納したロータコアの内周側に円筒状のシャフト固定部材を配して、前記ロータコア、マグネット、シャフト固定部材とをモールド樹脂によって一体に成形し、
前記シャフト固定部材の軸孔にシャフトを挿通する
ことを特徴とする請求項３に記載の回転子の製造方法。
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