JP5501660B2 - 電動モータ及びそのロータ - Google Patents

Description

本発明は、電動モータ及びそのロータに関するものである。

近年、表面磁石型の電動モータには、円筒形のリング磁石に代えて複数個の瓦型のセグメント磁石を全周に並べて配設したロータが用いられている。

特許文献１には、セグメント磁石を二種類の磁石で構成して耐衝撃性を高めたロータを備える電動モータが開示されている。

特開平１１−２６２２０４号公報

しかしながら、特許文献１のようなセグメント磁石を用いるロータでは、磁石の位置ずれや個体差がトルク変動に大きく影響する。

そこで、本発明では、セグメント磁石を用いながらも、トルク変動を抑えることが可能な電動モータのロータを提供することを目的とする。

本発明は、回転軸であるシャフトと、前記シャフトの外周に形成され、前記シャフトと一体に回転するヨークと、前記ヨーク外周の周方向に互いに所定の間隔をあけて配設される複数の希土類永久磁石と、前記ヨーク外周に前記希土類永久磁石と一体となるようにモールドされるボンド磁石と、前記ヨーク外周に、前記ヨークの軸方向に凸状に形成される複数のリブと、を備え、前記希土類永久磁石は、隣接する一対の前記リブの間に、前記リブと所定の間隔をあけて配設されることを特徴とする。

本発明によれば、強力な磁力を発生可能な希土類永久磁石が互いに所定の間隔をあけて配設され、希土類永久磁石と一体となるようにボンド磁石がモールドされる。よって、希土類永久磁石に個体差があっても、一体となるようにモールドされるボンド磁石によって、希土類永久磁石の個体差や位置ずれによるトルク変動を抑えることができる。

したがって、セグメント磁石を用いながらもトルク変動を抑えることが可能な電動モータのロータを得ることができる。

本発明の実施の形態に係るロータを一部断面で示した斜視図である。 図１におけるロータの断面図である。 ロータの磁力を示すグラフ図である。

以下、図面を参照しながら本発明の実施の形態に係る電動モータのロータ１００について説明する。

まず、主に図１を参照しながらロータ１００全体について説明する。

ロータ１００は、電動モータの出力軸であるシャフト１と、シャフト１の外周に形成されるヨーク２と、ヨーク２の外周に配設される複数の希土類永久磁石１０と、希土類永久磁石１０の間隔を埋め、希土類永久磁石１０の外周を覆うようにモールドされるボンド磁石２０とを備える。

ロータ１００は、インナーロータ型のブラシレスＤＣモータである電動モータのロータである。ロータ１００の外周には、ロータ１００を回転させるための複数の電磁石（図示省略）を備えるステータ（図示省略）が設けられる。

シャフト１は、電動モータの回転が出力される磁性体の出力軸である。シャフト１は、ヨーク２の内周に固定され、ヨーク２と一体となって回転する。シャフト１から突出する自由端には、電動モータの出力回転を他の機器（図示省略）に伝達するためのギア１ａが形成される。

ヨーク２は、シャフト１の外周を覆って形成される磁性体の円筒体である。ヨーク２は、希土類永久磁石１０からの磁力の漏洩を防止し、希土類永久磁石１０の磁力を充分に引き出すための磁石磁路である。つまり、ヨーク２が配設されることによって、希土類永久磁石１０の吸着力を充分に引き出すことができ、吸着力を強くできる。希土類永久磁石１０の磁力が漏洩するのを防止できるためである。

ヨーク２は、外周と同心円状の円弧型に形成される複数の貫通穴２ａと、外周の周方向に等間隔に形成される複数のリブ２ｂとを備える。本実施形態では、貫通穴２ａ及びリブ２ｂは、希土類永久磁石１０の枚数と対応して六個ずつ形成される。

貫通穴２ａは、ヨーク２の中心軸と平行にヨーク２を貫通して形成される。貫通穴２ａは、ヨーク２の周方向に等間隔に六個形成される。

リブ２ｂは、ヨーク２の中心軸と平行に、ヨーク２外周に凸状に形成される。リブ２ｂは、ヨーク２の周方向に等間隔に六個形成される。隣接するリブ２ｂは、互いに所定の間隔をあけて形成される。隣接する一対のリブ２ｂで仕切られたヨーク２の外周には、それぞれに希土類永久磁石１０が配設される。リブ２ｂは、希土類永久磁石１０の周方向長さよりも大きな間隔をあけて形成される。つまり、希土類永久磁石１０が配設されたときに、リブ２ｂと希土類永久磁石１０との間には間隔が空くようになっている。

リブ２ｂは、モールドされるボンド磁石２０の位置を固定するために設けられる。リブ２ｂが形成されなければ、モールドされたボンド磁石２０がヨーク２の外周を回転するおそれがあるためである。

希土類永久磁石１０は、瓦型のネオジム磁石である。希土類永久磁石１０は、ヨーク２の外周に周方向等間隔に複数配設される。本実施形態では、希土類永久磁石１０は六枚設けられる。

図２に示すように、希土類永久磁石１０は、周方向中央部から両端部１０ａに向けて厚さが徐々に小さくなるように形成される。磁力を緩やかに変化させてトルク変動を抑制するためである。前述したヨーク２の貫通穴２ａは、希土類永久磁石１０が配設される位置と対応してヨーク２内部に形成される。また、ヨーク２のリブ２ｂは、二つの希土類永久磁石１０の間に形成される。

ボンド磁石２０は、フェライト磁石や希土類永久磁石などの永久磁石を砕いた磁石粉末に、バインダとしてエポキシやナイロンなどの樹脂が混合されて成形される柔軟性のある永久磁石である。ボンド磁石２０は、射出成型によって任意の形状に成形可能である。

ボンド磁石２０は、ヨーク２及び希土類永久磁石１０の外周を覆うように形成される。ボンド磁石２０は、希土類永久磁石１０が配設される位置では希土類永久磁石１０の外周を覆い、二つの希土類永久磁石１０の間隔では、ヨーク２の外周を覆う。

ボンド磁石２０は、希土類永久磁石１０がある位置よりも希土類永久磁石１０が無い位置の方が厚く形成される。ヨーク２の外周を直接覆う位置では、ボンド磁石２０が磁石として磁力を発揮するためにある程度の厚さが必要なためである。

ボンド磁石２０は、モールド時にヨーク２の貫通穴２ａを埋めるように流入し、ヨーク２の外周と一体となって固化する。そのため、希土類永久磁石１０は、外周からと内周からボンド磁石２０によってヨーク２に強固に固定される。ボンド磁石２０は、希土類永久磁石１０外周を覆う部分と、貫通穴２ａを埋める部分とを連結するようにヨーク２の両端面にも形成される。

ボンド磁石２０は、シャフト１とヨーク２と希土類永久磁石１０とが予め挿入された金型に挿入され、希土類永久磁石１０と一体となるように射出成型によってモールドされる。つまり、シャフト１とヨーク２と希土類永久磁石１０とはインサート成型される。そのため、ヨーク２に対する希土類永久磁石１０の位置決め精度は金型の精度によって定まる。

ボンド磁石２０がモールドされることによって、希土類永久磁石１０はヨーク２に固定され、また、希土類永久磁石１０の外周が保護される。よって、インサート成型の一つ工程のみで希土類永久磁石１０のヨーク２への組み付けができると共に、希土類永久磁石１０をヨーク２に固定するための接着剤や、希土類永久磁石１０の外周を保護するための保護部材が不要になる。

一体として成型された希土類永久磁石１０及びボンド磁石２０には、磁極を形成するための着磁が施される。希土類永久磁石１０には、周方向にＮ極とＳ極とが交互に位置するように着磁される。ボンド磁石２０には、スキュー着磁が施される。

スキュー着磁とは、ロータ１００の回転軸に対して磁極を所定角度だけ傾斜させて着磁するものである。スキュー着磁が施されると、急激な磁束の変化が抑制され、トルク変動を抑制することができる。所定の角度とは、例えば２０度程度であり、磁極の数によって最適な角度は異なる。

従来、セグメント磁石を用いたロータにスキュー着磁を施すためには、磁石の形状によってスキューを形成する方法、又は疑似スキューを形成する方法があった。

しかしながら、磁石の形状によってスキューを形成する場合には、軸方向に沿ってねじれた複雑な形状の磁石が必要であり、磁石の製造コストがかかる。

また、磁石を軸方向に複数に分割し、軸方向に沿って順にずらして並べ、階段状に配置することによって疑似的にスキューを形成することも可能であるが、磁石の貼り付け枚数が極端に増加して製造コストがかかる。

以上のように、セグメント磁石を用いたロータにスキュー着磁を施すことは困難だった。

これに対してロータ１００では、ボンド磁石２０をモールドすることによって、スキュー着磁を可能としている。このように、ロータ１００では、セグメント磁石を用いることによるデメリットを解消している。

以下では、図３を参照しながらロータ１００の作用について説明する。

図３において、横軸はロータ１００の中心角を示し、縦軸はロータ１００の磁力の強さである残留磁束密度Ｂｒ［Ｔ］（単位Ｔ：テスラ）を示している。粗いハッチングで示すグラフは希土類永久磁石１０による磁力であり、細かいハッチングで示すグラフはボンド磁石２０による磁力である。

図３における０度の位置は、図２の位置αに対応する。図３は、位置αから時計回りに３６０度回転して再び位置αに戻るような場合の磁力の変化を示している。図３に示すように、シャフト１の中心軸を中心として、ある二つの希土類永久磁石１０の中間を０度とし、０度から３６０度の中で、希土類永久磁石１０の個数に対応して六個の大きな磁力のピークが等間隔に現れている。

希土類永久磁石１０は強い磁力を有するため、希土類永久磁石１０から出力される磁力は、ピーク値が大きな山で示される。希土類永久磁石１０は、ヨーク２の周方向に互いに間隔をあけて設けられるため、希土類永久磁石１０から出力される磁力を示すグラフは、連続しておらず途切れ途切れである。

これに対して、ボンド磁石２０からの磁力は、希土類永久磁石１０からの出力を補完するように出力される。ボンド磁石２０からの磁力そのものは強くないため、Ｎ極からＳ極へと切り替わる部分と、Ｓ極からＮ極へと切り替わる部分の、それ程強い磁力が必要とされない部分にボンド磁石２０が用いられている。

希土類永久磁石１０の磁力とボンド磁石２０の磁力を合わせると、図３に示すようにロータ１００の角度に対して正弦波状に強さが変化する磁力を得ることができる。このように、隣り合う希土類永久磁石１０同士の間にボンド磁石２０を配設することによって、希土類永久磁石１０の個体差や位置ずれによるトルク変動を抑制することが可能である。

従来、リング磁石に着磁して使用する場合には、強い磁力が必要な部分にも、それ程強い磁力が必要とされない部分にも、共に強力なネオジム磁石が使用されていた。よって、ネオジム磁石の潜在的な磁力を使いきれていなかった。

これに対してロータ１００では、強力な磁力を発生可能な希土類永久磁石１０が等間隔に配設され、それ程強い磁力が必要とされない部分にはボンド磁石２０が配設される。このように構成することによって、高価な希土類永久磁石１０の量を減らすことが可能である。また、希土類永久磁石１０及びボンド磁石２０のそれぞれの潜在的な磁力が充分に使用されることとなる。

以上の実施の形態によれば、以下に示す効果を奏する。

磁力が必要な部分にのみ希土類永久磁石１０が配設され、希土類永久磁石１０同士の間隔には一体となるようにボンド磁石２０がモールドされる。希土類永久磁石１０に個体差があっても、一体となるようにモールドされるボンド磁石２０によって、希土類永久磁石１０の個体差や位置ずれによるトルク変動を抑えることができる。したがって、セグメント磁石を用いながらもトルク変動を抑えることが可能である。

また、ヨーク２の外周全周にモールドされるボンド磁石２０にはスキュー着磁を施すことが可能なので、従来セグメント磁石を用いたときには困難であったスキュー着磁が可能である。これにより、隣り合う磁極を互いに重複させ、磁極の切換えを滑らかにすることが可能である。

また、ボンド磁石２０がモールドされることによって、希土類永久磁石１０はヨーク２に固定され、また、希土類永久磁石１０の外周が保護される。よって、インサート成型の一つ工程のみで希土類永久磁石１０のヨーク２への組み付けができると共に、希土類永久磁石１０をヨーク２に固定するための接着剤や、希土類永久磁石１０の外周を保護するための保護部材が不要になる。

本発明は上記の実施の形態に限定されずに、その技術的な思想の範囲内において種々の変更がなしうることは明白である。

本発明に係る電動モータ及びそのロータは、ブラシレスモータをはじめとする各種モータに利用できる。

１００ ロータ
１ シャフト
２ ヨーク
２ａ 貫通穴
２ｂ リブ
１０ 希土類永久磁石
２０ ボンド磁石

Claims (5)

1. 回転軸であるシャフトと、
   前記シャフトの外周に形成され、前記シャフトと一体に回転するヨークと、
   前記ヨーク外周の周方向に互いに所定の間隔をあけて配設される複数の希土類永久磁石と、
   前記ヨーク外周に前記希土類永久磁石と一体となるようにモールドされるボンド磁石と、
   前記ヨーク外周に、前記ヨークの軸方向に凸状に形成される複数のリブと、を備え、
   前記希土類永久磁石は、隣接する一対の前記リブの間に、前記リブと所定の間隔をあけて配設されることを特徴とする電動モータのロータ。
2. 前記ボンド磁石は、前記希土類永久磁石の前記間隔を埋め、かつ前記希土類永久磁石外周を覆うように形成されることを特徴とする請求項１に記載の電動モータのロータ。
3. 前記ヨークには、周方向に等間隔に複数の貫通穴が軸方向に形成され、
   前記ボンド磁石は、前記貫通穴を埋めるように一体としてモールドされることを特徴とする請求項２に記載の電動モータのロータ。
4. 前記ボンド磁石には、スキュー着磁が施されることを特徴とする請求項１から３のいずれか一つに記載の電動モータのロータ。
5. 請求項１から４のいずれか一つに記載のロータを備えることを特徴とする電動モータ。

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