JP4854001B2 - 射出成形機用モータ、埋め込み磁石型モータの回転子 - Google Patents

Description

本発明は、射出成形機用モータ、埋め込み磁石型モータの回転子に関する。

近年、小型でありながら大トルクを発揮できるモータとして、埋め込み磁石型モータが注目されている。埋め込み磁石型モータは、外周部に複数の永久磁石が配置された回転子と、回転子と対向するように設けられ、磁界を発生するコイルを備えた固定子とから構成されている（例えば、特許文献１参照。）。
図６は、このような埋め込み磁石型モータの回転子１の構成を示す図である。この図に示すように、回転子１は、シャフトに円盤状のプレート３が多数枚積層して設けられ、これらのプレート３に形成された孔４に、永久磁石５が保持された構成となっている。

特開２００２−３００７４３号公報

上記したような従来の回転子１の構成において、プレート３に形成された孔４は、プレート３のなるべく外周側に形成される。これは、孔４によって保持される永久磁石５を、その外周側の固定子のコイルに近付け、双方の磁界による作用を効率的なものとするためである。
また、プレート３の周方向において互いに孔４、４間には、柱状部６が形成されているが、この柱状部６は、これらの孔４、４に保持される永久磁石５、５間での漏れ磁束を小さくするために、なるべく細く形成されている。
しかしながら、特に、モータ作動時における発生トルク変動の大きいモータほど、回転子１の加減速時に永久磁石５が慣性力によって移動し、柱状部６の特に内周側の端部６ａに衝突しやすい。これによって長期間の使用中に、柱状部６が端部６ａで破断してしまうことがある。
柱状部６が破断すると、回転子１の回転にともなって永久磁石５に作用する遠心力等により、プレート３における孔４の外周側が膨らみ、固定子（図示無し）に接触したりすると、これが固定子と回転子１の間に噛み込んで回転子１の回転を妨げる要因ともなる。
本発明は、このような技術的課題に基づいてなされたもので、耐久性に優れる射出成形機用モータ、埋め込み磁石型モータの回転子を提供することを目的とする。

かかる目的のもとになされた本発明の射出成形機用モータは、射出成形機において、樹脂を射出するためのシリンダを駆動するためのモータであり、ハウジングに固定され、外部から電流が印加されることで磁界を発生するコイルを備えたリング状の固定子と、固定子の内部においてハウジングに回転自在に支持され、固定子に対向するように周方向に複数の永久磁石が配置された回転子と、を備える。そして、回転子は、ハウジングに回転自在に支持されたシャフトと、シャフトの軸線方向に沿って複数枚積層して設けられ、それぞれ永久磁石が挿入される保持孔を有したプレートと、を備えている。このような構成において、プレートにおいて周方向に互いに隣接する保持孔どうしの間に位置する柱状部を、内周側端部から中間部にかけてを永久磁石の側面に線接触する線接触部とし、中間部から外周側端部にかけてを、互いに隣接する永久磁石間からの漏れ磁束を規制する漏れ磁束規制部とし、さらに、漏れ磁束規制部の断面積が線接触部の断面積よりも小さく、柱状部の中間部から外周側端部にかけて、その幅が一定であることを特徴としている。
線接触部に対し磁石が線接触することで、モータの加減速時における慣性により永久磁石の荷重がごく一部分に集中するのを防ぎ、柱状部の磨耗が抑制できる。このとき、線接触部は、柱状部の内周側端部から中間部にむけて漸次幅が広がる形状とすればよい。
また、漏れ磁束規制部は、その断面積が線接触部の断面積以下となるようにすることで、柱状部において最も細い部分が漏れ磁束規制部に位置することになり、この部分で、互いに隣接する永久磁石間からの漏れ磁束を規制することができる。
また、線接触部と永久磁石の側面との間に、永久磁石の周方向への移動を拘束するための充填材を充填するのも好ましい。これにより、永久磁石の余計なガタつきを押さえることができる。
柱状部の内周側端部の幅を、漏れ磁束規制部として機能する外周側端部の幅と略同一とすることで、線接触部が過大に太くなるのを防止でき、モータの電磁気特性がこれによって低下してしまうのを防止できる。
一方、耐久性を重視する場合には、柱状部の内周側端部の幅を、外周側端部の幅よりも大きく設定しても良い。

本発明の埋め込み磁石型モータの回転子は、埋め込み磁石型モータのハウジングに回転自在に支持されるシャフトと、シャフトの軸線方向に沿って複数枚積層して設けられ、それぞれ永久磁石が挿入される保持孔を有したプレートと、を備え、プレートにおいて周方向に互いに隣接する保持孔どうしの間に位置する柱状部は、内周側端部から中間部にかけてが永久磁石の側面に線接触する線接触部とされ、中間部から外周側端部にかけてが、互いに隣接する永久磁石間からの漏れ磁束を規制する漏れ磁束規制部とされ、漏れ磁束規制部の断面積が線接触部の断面積よりも小さく、柱状部の中間部から外周側端部にかけて、その幅が一定であることを特徴とすることができる。
このような埋め込み磁石型モータは、射出成形機用に限らず、適宜他の用途に用いることも可能である。

本発明によれば、プレートにおいて周方向に互いに隣接する保持孔どうしの間に位置する柱状部を、内周側端部から中間部にかけてを永久磁石の側面に線接触する線接触部とし、中間部から外周側端部にかけてを、互いに隣接する永久磁石間からの漏れ磁束を規制する漏れ磁束規制部とすることで、モータ作動時の加減速によって永久磁石が柱状部の特定箇所に強く当たるのを防止し、回転子の耐久性を大幅に高めることができる。

以下、添付図面に示す実施の形態に基づいてこの発明を詳細に説明する。
図１は、本実施の形態におけるサーボモータ（射出成形機用モータ、埋め込み磁石型モータ）１０の構成を説明するための図である。この図１に示すように、サーボモータ１０は、射出成形機の樹脂射出用のシリンダの駆動源として用いられるもので、直径２００ｍｍ、全長２００ｍｍ以上といった大型のものである。
このようなサーボモータ１０は、ハウジング１１内に、回転可能に支持された回転子２０と、回転子２０の外周側に、所定のクリアランスを隔てて設けられた固定子１２とを備えた構成となっている。
サーボモータ１０は、固定子１２に備えられたコイルに、図示しない電源から電流を流すことで磁界を発生させ、この磁界と回転子２０に備えられた永久磁石２３で発生する磁界との相互作用により、回転子２０を回転させるようになっている。回転子２０が回転すると、回転子２０のシャフト２１にボールネジ等を介して連結された樹脂射出用のシリンダが駆動されるのである。

回転子２０は、所定長を有したシャフト２１の外周部に、シャフト２１の軸線方向に沿って多数枚のプレート２２が積層されて設けられ、これらのプレート２２に、永久磁石２３がプレート２２の周方向に複数配置された構成を有している。

回転子２０のシャフト２１は、ハウジング１１に軸受を介して回転自在に支持され、少なくともその一端がハウジング１１の外部に突出するよう設けられている。

それぞれのプレート２２は、いわゆる電磁鋼板からなり、例えば、０．３５ｍｍ、０．５ｍｍといった厚さを有している。プレート２２の中央部には所定径の孔２２ａが形成され、この孔２２ａにシャフト２１が挿入されることで、所定枚数のプレート２２がシャフト２１に装着されるようになっている。
図２に示すように、プレート２２の外周部には、周方向に間隔を隔てて、永久磁石２３を保持する保持孔２４が複数形成されている。この保持孔２４は、永久磁石２３の断面形状に対応した寸法、形状を有しており、永久磁石２３の挿入時における作業性を向上させるため、永久磁石２３の隅部２３ａの近傍には逃げ部２４ａが形成されている。

このような構成のプレート２２において、互いに隣接する保持孔２４、２４間には、柱状部２５が形成されている。この柱状部２５は、内周側端部２５ａの幅ｓ１と、外周側端部２５ｂの幅ｓ２とが略同一とされ、内周側端部２５ａから中間部２５ｃに向けて、柱状部２５が永久磁石２３に線（面）接触するよう、その幅が徐々に拡大し、永久磁石２３の側面と略平行になるように形成されている。
このような形状の柱状部２５によれば、永久磁石２３は、内周側端部２５ａから中間部２５ｃにかけての保持部（線接触部）３０によってサーボモータ１０の加減速時にも永久磁石２３を拘束し、その移動を防止するようになっている。しかも、保持部３０は、永久磁石２３の側面と略平行に形成されて永久磁石２３と線接触するようになっているので、長期間の使用時においても、特定部位に永久磁石２３が当たることなく、これによって柱状部２５の磨耗や破断を防ぐことができる。その結果、柱状部２５の耐久性を大幅に向上することができるのである。

また、このような構成において、柱状部２５の中間部２５ｃから外周側端部２５ｂにかけては、その幅が略一定とされている。これは、電磁鋼板からなるプレート２２においては、互いに隣接する永久磁石２３、２３の隙間からの漏れ磁束が存在するが、柱状部２５の最も断面積が小さい部分によって、漏れ磁束量が制限されるため、柱状部２５の中間部２５ｃから外周側端部２５ｂにかけての幅（断面積）を、保持部３０の断面積よりも小さい一定にすることによって、漏れ磁束量を制限し、漏れ磁束規制部４０として機能させるためである。

さらに、図３に示すように、図１に示したのと同様の形状の柱状部２５の保持部３０と、永久磁石２３との隙間に電気絶縁ワニスや、接着剤、樹脂等の充填材５０を充填し、保持部３０と永久磁石２３との隙間を塞ぐようにしても良い。これにより、永久磁石２３は、サーボモータ１０の加減速時にも保持孔２４内で移動することがなく、上記の効果は一層顕著なものとなる。
なお、このような充填材５０は、シャフト２１に所定枚数のプレート２２をセットした後、これを充填材５０にディッピングさせることで、保持部３０と永久磁石２３との間に充填することができる。これは、保持部３０と永久磁石２３の側面とが略平行で、この部分のクリアランスが他の部分に比較して小さいため、この部分においては充填材５０がその表面張力によって残留し、他の、隙間がより大きい部分においては流れ落ちるからである。そのため、充填材５０の粘度については、適宜設定する必要がある。

ところで、上記図２、図３に示した構成では、柱状部２５の内周側端部２５ａの幅ｓ１と、外周側端部２５ｂの幅ｓ２とを略等しくする構成としたが、これに限るものではない。
図４に示すように、柱状部２５の内周側端部２５ａの幅ｓ１を、外周側端部２５ｂの幅ｓ２よりも大きくし、内周側端部２５ａから中間部２５ｃにかけて、永久磁石２３の側面と略平行な保持部３０を形成するようにしても良い。この場合も、柱状部２５の中間部２５ｃから外周側端部２５ｂにかけては、その断面積を小さくし、漏れ磁束規制部４０として機能させるのが好ましい。

このような構成とすると、保持部３０において、柱状部２５の内周側端部２５ａの幅ｓ１が、図２、図３に示した構成よりも広くなるため、耐久性はより一層向上する。ただしこの場合、互いに隣接する永久磁石２３、２３の間隔は広くなるため、図２、図３に比較すると、サーボモータ１０で発生するトルクは小さくなる。したがって、サーボモータ１０に要求される、耐久性と性能のバランスにより、柱状部２５の内周側端部２５ａの幅ｓ１を設定すれば良いと言える。

このような構成においても、図５に示すように、柱状部２５の保持部３０と、永久磁石２３との隙間に電気絶縁ワニスや、接着剤、樹脂等の充填材５０を充填し、保持部３０と永久磁石２３との隙間を塞ぐようにしても良い。

さらに、図２〜図５に示したような構成において、シャフト２１にプレート２２を積層して装着した後、その外周部に、布やテープを巻き、さらにワニス等を布やテープに含浸させ、これを複数枚積層されたプレート２２の外周補強材６０とするようにしてもよい。
これにより、万が一柱状部２５が破断してしまった場合にも、プレート２２の一部が外周側に突出してしまうのを防止できる。

なお、上記実施の形態では、サーボモータ１０の構成について説明したが、本願発明の主旨を逸脱しない限りは、他の部分の構成や用途等を、上記説明したもの以外としてもよい。
これ以外にも、本発明の主旨を逸脱しない限り、上記実施の形態で挙げた構成を取捨選択したり、他の構成に適宜変更することが可能である。

本実施の形態におけるサーボモータの概略構成を示す断面図である。 柱状部の構成を示す拡大図である。 図２の構成において柱状部と永久磁石の間に充填材を配した例を示す図である。 柱状部の他の例を示す図である。 図４の構成において柱状部と永久磁石の間に充填材を配した例を示す図である。 従来の柱状部の構成を示す図である。

符号の説明

１０…サーボモータ（射出成形機用モータ、埋め込み磁石型モータ）、１１…ハウジング、１２…固定子、２０…回転子、２１…シャフト、２２…プレート、２３…永久磁石、２４…保持孔、２５…柱状部、２５ａ…内周側端部、２５ｂ…外周側端部、３０…保持部（線接触部）、４０…漏れ磁束規制部、５０…充填材、６０…外周補強材

Claims (6)

1. 射出成形機において、樹脂を射出するためのシリンダを駆動するためのモータであって、
   ハウジングに固定され、外部から電流が印加されることで磁界を発生するコイルを備えたリング状の固定子と、
   前記固定子の内部において前記ハウジングに回転自在に支持され、前記固定子に対向するように周方向に複数の永久磁石が配置された回転子と、を備え、
   前記回転子は、前記ハウジングに回転自在に支持されたシャフトと、
   前記シャフトの軸線方向に沿って複数枚積層して設けられ、それぞれ前記永久磁石が挿入される保持孔を有したプレートと、を備え、
   前記プレートにおいて周方向に互いに隣接する保持孔どうしの間に位置する柱状部は、内周側端部から中間部にかけてが前記永久磁石の側面に線接触する線接触部とされ、前記中間部から外周側端部にかけてが、互いに隣接する前記永久磁石間からの漏れ磁束を規制する漏れ磁束規制部とされ、
   前記漏れ磁束規制部の断面積が前記線接触部の断面積よりも小さく、
   前記柱状部の前記中間部から前記外周側端部にかけて、その幅が一定であることを特徴とする射出成形機用モータ。
2. 前記線接触部は、前記柱状部の前記内周側端部から前記中間部にむけて漸次幅が広がる形状とされていることを特徴とする請求項１に記載の射出成形機用モータ。
3. 前記線接触部と前記永久磁石の側面との間に、前記永久磁石の周方向への移動を拘束するための充填材が充填されていることを特徴とする請求項１または２に記載の射出成形機用モータ。
4. 前記内周側端部の幅と前記外周側端部の幅が略同一とされていることを特徴とする請求項１から３のいずれかに記載の射出成形機用モータ。
5. 前記内周側端部の幅が、前記外周側端部の幅よりも大きく設定されていることを特徴とする請求項１から３のいずれかに記載の射出成形機用モータ。
6. 埋め込み磁石型モータの回転子であって、
   前記回転子は、前記埋め込み磁石型モータのハウジングに回転自在に支持されるシャフトと、
   前記シャフトの軸線方向に沿って複数枚積層して設けられ、それぞれ永久磁石が挿入される保持孔を有したプレートと、を備え、
   前記プレートにおいて周方向に互いに隣接する保持孔どうしの間に位置する柱状部は、内周側端部から中間部にかけてが前記永久磁石の側面に線接触する線接触部とされ、前記中間部から外周側端部にかけてが、互いに隣接する前記永久磁石間からの漏れ磁束を規制する漏れ磁束規制部とされ、
   前記漏れ磁束規制部の断面積が前記線接触部の断面積よりも小さく、
   前記柱状部の前記中間部から前記外周側端部にかけて、その幅が一定であることを特徴とする埋め込み磁石型モータの回転子。

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