JP5566595B2

JP5566595B2 - ロータ及びロータの製造方法

Info

Publication number: JP5566595B2
Application number: JP2008289764A
Authority: JP
Inventors: 直人夏目; 雅之越前
Original assignee: Asmo Co Ltd
Current assignee: Asmo Co Ltd
Priority date: 2008-11-12
Filing date: 2008-11-12
Publication date: 2014-08-06
Anticipated expiration: 2028-11-12
Also published as: JP2010119189A

Description

本発明は、回転電機のロータ及びロータの製造方法に関するものである。

従来、回転電機のロータでは、回転軸と一体回転する複数の磁石の飛散等を防止するために、磁石の外周を覆う円筒状のカバー部材を設けたものがある（例えば特許文献１参照）。磁石は、回転軸の外周に周方向に並設され、その各磁石の外径面は、回転軸の軸線を中心とする円弧状に形成されている。カバー部材は、例えばステンレス鋼からなり、磁石の外径面に接着材等により固定されて、回転軸及び永久磁石と一体回転するようになっている。また、カバー部材の径方向の板厚は、ロータの外周に配置されるステータとの間のギャップを小さく抑えるために薄く形成されている。
特開平５−２７６７１５号公報

ところで、上記のようなロータにおいて、カバー部材と磁石とを接着材で固定する方法は、作業性が悪く、コストも高くなってしまう。そこで、この問題を解決するための技術として、例えば、カバー部材を外嵌圧入、又は回転軸とカバー部材との間に磁石を圧入して、回転軸、磁石及びカバー部材を接着材なしで一体に固定する方法が考えられる。しかしながら、このような圧入による固定方法では、圧入の際に、薄肉のカバー部材が磁石との摩擦力によって座屈する（軸方向に潰れる）虞があり、この点においてなお、改善の余地があった。

本発明は、上記課題を解決するためになされたものであって、その目的は、回転軸、磁石及びカバー部材を圧入により接着材なしで一体に固定しつつも、カバー部材の破損を抑制することができるロータ及びロータの製造方法を提供することにある。

上記課題を解決するために、請求項１に記載の発明は、回転軸の外周面に複数の磁石が周方向等間隔に並設され、該磁石の外径面は円筒状のカバー部材に覆われて構成され、前記各磁石は、その内径面が周方向中間部で前記回転軸の外周面と当接するとともに、外径面が軸方向から見て径方向外側に弧状に凸とされ、前記回転軸の軸中心から前記磁石の外径面の周方向中央部までの径方向寸法が、該軸中心から前記磁石の外径面の周方向両端部までの径方向寸法よりも大きく形成され、前記各磁石の外径面は、その周方向中間部が前記カバー部材の内周面と圧接し、周方向両端部が前記カバー部材の内周面から離間するように構成され、前記磁石は、その内径面が円弧状に形成され、その内径面の周方向中間部で前記回転軸の外周面と当接するとともに、該内径面の周方向両端部は、その前記回転軸の軸中心からの径方向寸法が前記回転軸の外径よりも大きく設定されて前記回転軸の外周面から離間するように構成されたことを特徴とする。

この発明では、磁石の外径面がカバー部材の内周面と全面接触しないように構成されるため、それらの接触面積を小さく構成することが可能となる。これにより、磁石、又はカバー部材の圧入による該カバー部材の軸方向への潰れを抑制することが可能となる。従って、回転軸、磁石及びカバー部材を圧入により接着材なしで一体に固定しつつも、カバー部材の破損を抑制することが可能となる。また、磁石の外径面の周方向中央部が、径方向外側に突出する形状をなすため、カバー部材と磁石との接触面積を小さくしつつも、圧入代を大きく確保することが可能となり、その結果、十分な圧入強度（固定強度）を確保することが可能である。また、磁石の外径部の周方向中間部がカバー部材の内周面に圧接されるため、該周方向中間部がカバー部材に若干めり込むように構成される。これにより、磁石の外径面の周方向中間部が、カバー部材に周方向に引っ掛かるように構成されるため、磁石の周方向への移動を抑制することができる。

この発明では、磁石の内径面は、その周方向中間部で回転軸と当接し、周方向両端部は回転軸から離間する。即ち、磁石の内径面が周方向中間部で支持されるため、磁石を周方向両端部で支持することにより該磁石の周方向中央部が割れやすくなる虞を回避することが可能となる。

請求項２に記載の発明は、請求項１に記載のロータを製造する方法であって、前記回転軸と前記カバー部材との間に前記各磁石を圧入、又は前記回転軸の外周に配置した前記各磁石に前記カバー部材を外嵌圧入、又は前記カバー部材の内周に配置した前記各磁石の径方向内側に前記回転軸を圧入することで、前記回転軸、前記各磁石及び前記カバー部材を一体回転可能に固定することを特徴とする。

この発明では、磁石、カバー部材及び回転軸をそのいずれかの圧入により一体に固定するため、接着材を用いずに固定可能となり、作業性の向上及び低コスト化に貢献することができる。そして、磁石の外径面の凸形状により、カバー部材と磁石との接触面積を小さく構成することが可能である。そのため、圧入荷重を小さく抑えることが可能となり、圧入の際にカバー部材が軸方向に潰れてしまうことを抑制することが可能となっている。

請求項３に記載の発明は、請求項２に記載のロータの製造方法であって、前記磁石のうちの周方向に１個置きのものを、該磁石、前記カバー部材及び前記回転軸のいずれかの圧入によって前記回転軸と前記カバー部材との間に固定した後、残りの前記磁石を前記回転軸と前記カバー部材との間に圧入することを特徴とする。
この発明では、先行して圧入する際の圧入荷重、及び後から磁石を圧入する際の圧入荷重をそれぞれ低減することができる。また、先に固定された磁石がカバー部材を補強する柱の役目を果たすため、後から磁石を圧入する際に、カバー部材の潰れをより抑制することができる。

この発明では、周方向に１個置きの磁石を固定した後、残りの磁石を回転軸とカバー部材との間に圧入することで、回転軸、磁石及びカバー部材が一体に固定されるため、カバー部材の潰れをより好適に抑制することが可能となる。

請求項４に記載の発明は、請求項２に記載のロータの製造方法において、前記磁石を、そのうちの周方向に１個置きのものを軸方向にずらした状態で、前記回転軸と前記カバー部材との間に圧入することを特徴とする。
この発明では、先行して圧入される磁石がカバー部材を補強する柱の役目を果たすため、各磁石を一斉に圧入する場合においても、カバー部材の潰れをより抑制することができる。

この発明では、周方向に１個置きの磁石を軸方向にずらした状態で、各磁石が回転軸とカバー部材との間に圧入されるため、カバー部材の潰れをより好適に抑制することが可能となる。

従って、上記記載の発明によれば、回転軸、磁石及びカバー部材を圧入により接着材なしで一体に固定しつつも、カバー部材の破損を抑制することができる。

以下、本発明を具体化した一実施形態を図面に従って説明する。
図１に示すように、本実施形態のブラシレスモータは、略有底筒状のモータケース本体１と、そのモータケース本体１の開口部を略閉塞するエンドハウジング２と、前記モータケース本体１の内側に固定されたステータ３と、そのステータ３の内側で回転可能に支持されたロータ４とを備える。尚、本実施形態では、モータケース本体１とエンドハウジング２がモータケースを構成している。

ステータ３は、その全体が略円筒状をなし、ステータコア３ａと、ステータコア３ａのティースにインシュレータ３ｂを介して巻装されたコイル３ｃとを備え、ステータコア３ａの外周面がモータケース本体１の内周面に固定されている。コイル３ｃは、図示しない外部電源からの給電によりロータ４を回転させるための回転磁界を発生するようになっている。

ロータ４は、モータケース本体１及びエンドハウジング２に設けられた軸受５，６にて回転可能に支持された回転軸１１と、回転軸１１の外周面１１ａ上に周方向に並設された複数（本実施形態では１０個）の永久磁石１２と、永久磁石１２の外径面１２ａを覆う円筒状のカバー部材１３とを備えている（図２（ａ）参照）。この回転軸１１、各永久磁石１２及びカバー部材１３は、一体に構成されており、前記コイル３ｃの回転磁界が永久磁石１２に作用することで回転軸１１が回転するようになっている。

各永久磁石１２は、例えばネオジム系磁石よりなる。また、永久磁石１２は、外径面１２ａにＮ極が現れるように着磁された５個のＮ極磁石と、外径面１２ａにＳ極が現れるように着磁された５個のＳ極磁石とからなり、それらＮ極磁石及びＳ極磁石は周方向に交互に並設されている。

図２（ｂ）は、同図（ａ）の一部を拡大した断面図であり、図を見やすくするために回転軸１１及び各永久磁石１２のハッチングを省略している。この図２（ｂ）に示すように、各永久磁石１２の内径面１２ｂは、回転軸１１の軸線Ｌ方向から見て、円弧状に形成されている。この各永久磁石１２の内径面１２ｂは、その周方向中間部で回転軸１１の外周面１１ａと当接するとともに、該内径面１２ｂの周方向両端部は、その回転軸１１の軸線Ｌ（軸中心）からの径方向寸法Ｄ１が回転軸１１の外径Ｄ２よりも大きく形成されて回転軸１１の外周面１１ａから離間している。

各永久磁石１２の外径面１２ａは、軸線Ｌ方向から見て径方向外側に弧状に凸とされている。詳しくは、軸線Ｌ（軸中心）から永久磁石１２の外径面１２ａの周方向中央部までの径方向寸法Ｄ３は、該軸中心から外径面１２ａの周方向両端部までの径方向寸法Ｄ４よりも大きく形成されている。また、各永久磁石１２の外径面１２ａの軸方向一端部（軸受５側の端部）には、傾斜部１２ｃが形成されており、該永久磁石１２の端部は先細形状をなしている（図１及び図３参照）。

カバー部材１３は、ステンレス鋼等の非磁性体からなり、その径方向の板厚は０．２５ｍｍ以下となるように形成されている。カバー部材１３は、その中心軸が回転軸１１の軸線Ｌと一致するように配置されている。カバー部材１３の内径Ｄ５は、永久磁石１２の外径面１２ａの周方向両端部における軸線Ｌからの径方向寸法Ｄ４よりも大きく、且つ外径面１２ａの周方向中央部における軸線Ｌからの径方向寸法Ｄ３よりも小さくなるように設定されている。即ち、永久磁石１２の外径面１２ａは、その周方向中間部がカバー部材１３の内周面１３ａと圧接するとともに、周方向両端部はカバー部材１３の内周面１３ａから離間している。

カバー部材１３の軸方向一端部（エンドハウジング２側の端部）には、テーパ部１３ｂが形成されており、該カバー部材１３の端部が拡径する形状になっている。尚、テーパ部１３ｂは、カバー部材１３の周方向全体に亘って形成されている。

上記したようなロータ４は、回転軸１１の外周側にカバー部材１３を同軸配置した後、その回転軸１１とカバー部材１３との間に各永久磁石１２を圧入することで、回転軸１１、各永久磁石１２及びカバー部材１３が一体に固定されるようになっている。

次に、本実施形態のロータ４の製造方法について、図３及び図４に従って説明する。
まず、カバー部材１３が回転軸１１の外周側に同軸配置され、その回転軸１１とカバー部材１３との径方向の隙間には、各Ｎ極磁石２１（図４参照）が周方向に互いに所定間隔を有した状態で一斉に圧入される。これにより、回転軸１１、各Ｎ極磁石２１及びカバー部材１３が一体に固定される。

その後、回転軸１１とカバー部材１３との径方向の隙間における各Ｎ極磁石２１の間に、各Ｓ極磁石２２が一斉に圧入される。このとき、先に固定されたＮ極磁石２１がカバー部材１３を補強する柱の役目を果たすため、このＳ極磁石２２の圧入する際に、カバー部材１３が軸方向に潰れにくくなっている。また、先のＮ極磁石２１の圧入によりカバー部材１３が若干拡径するため、Ｓ極磁石２２の圧入荷重が小さく抑えられるようになっている。尚、Ｓ極磁石２２の圧入の際、その外径面１２ａは、カバー部材１３の内周面１３ａよりも径方向外側、且つテーパ部１３ｂの端部よりも径方向内側に位置するようになっている（図４参照）。このため、Ｓ極磁石２２の圧入の際には、該Ｓ極磁石２２の傾斜部１２ｃがカバー部材１３のテーパ部１３ｂに当接するようになっている。以上のように、各永久磁石１２を圧入固定することで図１及び図２に示すロータ４が完成する。

このようなロータ４では、永久磁石１２の外径面１２ａは、前述したように、径方向外側に弧状に凸とされ、その外径面１２ａの周方向中間部のみがカバー部材１３の内周面１３ａと圧接し、周方向両端部はカバー部材１３の内周面１３ａから離間するようになっている（図２（ｂ）参照）。このような構成により、各永久磁石１２の外径面１２ａとカバー部材１３の内周面１３ａとの接触面積を小さく構成することが可能となり、圧入荷重を小さく抑えることが可能となっている。このため、圧入の際にカバー部材１３が軸方向に潰れにくくなっている。また、本実施形態では、永久磁石１２の外径面１２ａの周方向中央部が径方向外側に突出する形状をなしているため、カバー部材１３の内周面１３ａとの接触面積を小さく構成しつつも、圧入代を大きく確保することが可能となり、十分な圧入強度（固定強度）を確保することが可能となっている。

また、各永久磁石１２の内径面１２ｂは、前述のように、その周方向中間部で回転軸１１の外周面１１ａと当接するとともに、該内径面１２ｂの周方向両端部は、回転軸１１の外周面１１ａから離間している。即ち、永久磁石１２の外径面１２ａ及び内径面１２ｂは、ともに周方向中間部で支持されている。このため、永久磁石１２を周方向両端部で支持することにより該永久磁石１２の周方向中央部が割れやすくなる虞を回避することが可能となっている。

また、本実施形態のロータ４の製造方法では、各永久磁石１２が周方向に１個置きの半数（Ｎ極磁石２１及びＳ極磁石２２）に分けて圧入されるため、それぞれの圧入荷重が、全部の永久磁石１２を一斉に圧入する場合の圧入荷重に比べて略半分となり、圧入の際にカバー部材１３がより潰れにくくなっている。また、図３に示すように、永久磁石１２を圧入する際には、その傾斜部１２ｃがカバー部材１３のテーパ部１３ｂに当接するようになっているため、軸方向への圧入荷重が径方向に分散され、スムーズに圧入することが可能となっている。

次に、本実施形態の特徴的な作用効果を記載する。
（１）本実施形態では、各永久磁石１２は、その内径面１２ｂが回転軸１１の外周面１１ａと当接するとともに、外径面１２ａが軸方向から見て径方向外側に弧状に凸とされる。そして、回転軸１１の軸線Ｌ（軸中心）から永久磁石１２の外径面１２ａの周方向中央部までの径方向寸法Ｄ３が、該軸中心から外径面１２ａの周方向両端部までの径方向寸法Ｄ４よりも大きく形成され、各永久磁石１２の外径面１２ａは、その周方向中間部がカバー部材１３の内周面１３ａと圧接し、周方向両端部がカバー部材１３の内周面１３ａから離間するように構成される。これにより、永久磁石１２の外径面１２ａがカバー部材１３の内周面１３ａと全面接触しないように構成されるため、それらの接触面積を小さく構成することが可能となる。これにより、永久磁石１２の圧入による該カバー部材１３の軸方向への潰れを抑制することが可能となる。従って、回転軸１１、永久磁石１２及びカバー部材１３を圧入により接着材なしで一体に固定しつつも、カバー部材１３の破損を抑制することが可能となる。また、永久磁石１２の外径面１２ａの周方向中央部が、径方向外側に突出する形状をなすため、カバー部材１３と永久磁石１２との接触面積を小さくしつつも、圧入代を大きく確保することが可能となり、その結果、十分な圧入強度（固定強度）を確保することが可能である。また、永久磁石１２の外径部の周方向中間部がカバー部材１３の内周面１３ａに圧接されるため、該周方向中間部がカバー部材１３に若干めり込むように構成される。これにより、永久磁石１２の外径面１２ａの周方向中間部が、カバー部材１３に周方向に引っ掛かるように構成されるため、永久磁石１２の周方向への移動を抑制することができる。

（２）本実施形態では、各永久磁石１２の内径面１２ｂの周方向両端部の径方向寸法Ｄ１は、回転軸１１の外径Ｄ２よりも大きく設定される。これにより、永久磁石１２の内径面１２ｂが周方向中間部で支持されるため、永久磁石１２の内径面１２ｂを周方向両端部で支持することで該永久磁石１２の周方向中央部が割れやすくなる虞を回避することが可能となる。

（３）本実施形態では、回転軸１１とカバー部材１３との間に各永久磁石１２を圧入することで、回転軸１１、各永久磁石１２及びカバー部材１３を一体回転可能に固定するため、接着材を用いずに固定可能となり、作業性の向上及び低コスト化に貢献することができる。そして、永久磁石１２の外径面１２ａの凸形状により、カバー部材１３と永久磁石１２との接触面積を小さく構成することが可能である。そのため、圧入荷重を小さく抑えることが可能となり、圧入の際にカバー部材１３が軸方向に潰れてしまうことを抑制することが可能となっている。

（４）本実施形態では、永久磁石１２のうちの周方向に１個置きのもの（Ｎ極磁石２１）を、回転軸１１とカバー部材１３との間に圧入固定した後、残りの永久磁石１２（Ｓ極磁石２２）を回転軸１１とカバー部材１３との間に圧入することで、回転軸１１、永久磁石１２及びカバー部材１３が一体に固定される。このため、それぞれの圧入荷重が低減し、圧入の際のカバー部材１３の潰れをより抑制することができる。また、先に固定されたＮ極磁石２１がカバー部材１３を補強する柱の役割を果たすため、後からＳ極磁石２２を圧入する際に、カバー部材１３の潰れをより抑制することができる。また、周方向に１個置きの永久磁石１２を回転軸１１とカバー部材１３との間に圧入固定した後、残りの永久磁石１２を回転軸１１とカバー部材１３との間に圧入するため、カバー部材１３の潰れをより好適に抑制することが可能となる。

尚、本発明の実施形態は、以下のように変更してもよい。
・上記実施形態では、永久磁石１２を２回に分けて圧入したが、特にこれに限定されるものではなく、例えば、永久磁石１２の幾つかを軸方向にずらした状態でその各永久磁石１２を圧入するようにしてもよい。例えば、図５に示す一例では、各Ｎ極磁石２１が各Ｓ極磁石２２よりも軸方向のカバー部材１３側にずれた状態で配置され、この状態で各Ｎ極磁石２１及び各Ｓ極磁石２２が回転軸１１とカバー部材１３との間に圧入される。即ち、各Ｎ極磁石２１が各Ｓ極磁石２２よりも先に圧入されるようになっている。このような製造方法では、先行して圧入される永久磁石１２（Ｎ極磁石２１）がカバー部材１３を補強する柱の役目を果たすため、各永久磁石１２を一斉に圧入する場合においても、カバー部材１３の潰れをより抑制することができる。また、先行して圧入されるＮ極磁石２１によりカバー部材１３が若干拡径するため、Ｓ極磁石２２を圧入する際の圧入荷重を小さく抑えることができる。

・上記実施形態では、各永久磁石１２が周方向に１個置きの半数（Ｎ極磁石２１及びＳ極磁石２２）に分けて圧入されたが、特にこれに限定されるものではなく、例えば、半数よりも少ない個数（例えば２個）の永久磁石１２を圧入固定した後、残りの永久磁石１２を圧入してもよい。尚、この場合、先に圧入される永久磁石１２は、周方向において１８０度対向するものが少なくとも１組存在するように配置される。

・上記実施形態では、回転軸１１とカバー部材１３との間に永久磁石１２を圧入したが、特にこれに限定されるものではなく、例えば、回転軸１１の外周に配置した各永久磁石１２の外径面１２ａに、カバー部材１３を外嵌圧入してもよい。また、カバー部材１３の内周に配置した各永久磁石１２の内径面１２ｂに回転軸１１を圧入してもよい。また、カバー部材１３又は回転軸１１の圧入により永久磁石１２の幾つかを固定した後、残りの永久磁石１２を回転軸１１とカバー部材１３との間に圧入固定してもよい。このような製造方法においても、上記実施形態と略同様の作用効果を得ることが可能である。

・上記実施形態では、永久磁石１２を１０個設けたが、特にこれに限定されるものではなく、１０個よりも少なくても多くてもよい。
・上記実施形態では、カバー部材１３にステンレス鋼を用いたが、特にこれに限定されるものではなく、非磁性体の部材であればステンレス鋼以外のものを用いてもよい。

・上記実施形態において、カバー部材１３内に各永久磁石１２の位置決め用のホルダ部材を設けてもよい。

本実施形態のブラシレスモータの断面図。（ａ）（ｂ）本実施形態のロータの断面図。本実施形態のロータの製造方法を説明するための模式図。本実施形態のロータの製造方法を説明するための模式図。別例のロータの製造方法を説明するための模式図。

符号の説明

４…ロータ、１１…回転軸、１１ａ…回転軸の外周面、１２…永久磁石、１２ａ…永久磁石の外径面、１２ｂ…永久磁石の内径面、１３…カバー部材、１３ａ…カバー部材の内周面、Ｌ…軸線、Ｄ１…永久磁石の内径面の周方向両端部の径方向寸法、Ｄ２…回転軸の外径、Ｄ３…磁石外径面の周方向中央部の径方向寸法、Ｄ４…磁石外径面の周方向両端部の径方向寸法。

Claims

回転軸の外周面に複数の磁石が周方向等間隔に並設され、該磁石の外径面は円筒状のカバー部材に覆われて構成され、
前記各磁石は、その内径面が周方向中間部で前記回転軸の外周面と当接するとともに、外径面が軸方向から見て径方向外側に弧状に凸とされ、前記回転軸の軸中心から前記磁石の外径面の周方向中央部までの径方向寸法が、該軸中心から前記磁石の外径面の周方向両端部までの径方向寸法よりも大きく形成され、
前記各磁石の外径面は、その周方向中間部が前記カバー部材の内周面と圧接し、周方向両端部が前記カバー部材の内周面から離間するように構成され、
前記磁石は、その内径面が円弧状に形成され、その内径面の周方向中間部で前記回転軸の外周面と当接するとともに、該内径面の周方向両端部は、その前記回転軸の軸中心からの径方向寸法が前記回転軸の外径よりも大きく設定されて前記回転軸の外周面から離間するように構成されたことを特徴とするロータ。
請求項１に記載のロータを製造する方法であって、
前記回転軸と前記カバー部材との間に前記各磁石を圧入、又は前記回転軸の外周に配置した前記各磁石に前記カバー部材を外嵌圧入、又は前記カバー部材の内周に配置した前記各磁石の径方向内側に前記回転軸を圧入することで、前記回転軸、前記各磁石及び前記カバー部材を一体回転可能に固定することを特徴とするロータの製造方法。
請求項２に記載のロータの製造方法であって、
前記磁石のうちの周方向に１個置きのものを、該磁石、前記カバー部材及び前記回転軸のいずれかの圧入によって前記回転軸と前記カバー部材との間に固定した後、残りの前記磁石を前記回転軸と前記カバー部材との間に圧入することを特徴とするロータの製造方法。
請求項２に記載のロータの製造方法において、
前記磁石を、そのうちの周方向に１個置きのものを軸方向にずらした状態で、前記回転軸と前記カバー部材との間に圧入することを特徴とするロータの製造方法。