JP5602938B2 - ロータ - Google Patents

Description

本発明は、基体を有しており、該基体に少なくとも１つの載置面が形成されており、該載置面には少なくとも１つの永久磁石エレメントが取り付けられている、電気モータ用のロータに関する。さらに本発明は、電気モータ用のロータを製造する方法に関する。

冒頭で述べた形式の電気モータ用のロータは公知であり、多様に使用されている。この場合、永久磁石エレメントをロータの基体に固定する種々様々な措置がある。例えば、ドイツ連邦共和国特許出願公開第１０２００５０５２８７０号明細書により、永久磁石エレメントを完全にプラスチックによって射出成形により取り囲み、基体に位置固定することが公知である。しかしながらこの場合、永久磁石エレメントを射出成形中に正確に位置保持するのは極めて困難である。射出成形中、射出成形材料は極めて高圧で射出されるので、永久磁石エレメントは射出成形中、基体におけるその位置がずらされてしまうことがある。永久磁石エレメントを基体に接着することもできる。しかしながらこれは極めて困難かつコストのかかるプロセスであり、しかもしばしば不十分な結果が生じる。

従って本発明の課題は、少なくとも１つの永久磁石エレメントが安価に、かつ正確な所定の位置で基体に固定されている電気モータ用のロータを提供することである。

この課題は、独立請求項の特徴により解決される。

前記基体が、室壁を有した接合スリーブによって部分的に取り囲まれており、前記室壁は前記載置面と共に少なくとも１つの室を形成し、該室内には少なくとも１つの前記永久磁石エレメントが配置されていることにより、少なくとも１つの永久磁石エレメントは極めて正確に載置面上に位置保持される。これにより、極めて良好にバランスのとれたロータが得られ、このようなロータは高速回転の際にもアンバランスにならず、ロータの軸受は殆ど負荷されない。これにより、電気モータの寿命は著しく長くなる。接合スリーブが前記永久磁石エレメントを半径方向で基体において位置固定しているので、射出成形中ひいては、ロータの製造後も半径方向での永久磁石エレメントの摺動は阻止される。ロックエレメントが前記基体に固着されていて、前記ロックエレメントは室を閉鎖していて、永久磁石エレメントを軸方向で基体において位置固定するので、電気モータ用の価値の高いロータを安価に製造することができる。

別の構成では、前記基体に少なくとも１つの通路が形成されていて、該通路は軸方向で前記基体全体にわたって延びていて、２つの載置面を互いに分離しており、前記接合スリーブの１つの室壁が前記通路に係合する。室壁が通路に係合することにより、接合スリーブは好ましくは基体に、回動しないように固定される。

前記通路がアンダカットを有しており、前記室壁に固定部材が形成されており、該固定部材は前記アンダカットに形状接続的に係合するならば、基体における接合スリーブの極めて耐久性があり位置安定的な固定が保証されている。

前記基体に複数の通路が形成されていて、該通路は複数の載置面を互いに分離しており、前記接合スリーブに相応に複数の室壁が形成されており、該室壁が一つ置きに固定部材を有しており、該固定部材は対応配置された通路のアンダカットに形状接続的に係合することにより、一方では接合スリーブ、ひいては永久磁石エレメントを基体に極めて安定的に位置固定することができ、他方では、完全に塞がれていない通路が基体に残されており、これらの通路を通って、ロックエレメントの固着の際に射出成形材料の一部が流れ、これにより、一方の端面にのみ射出成形材料を射出した場合でも、基体の両端面にロックエレメントを形成することができる。射出成形の際には、液状の射出成形材料が、基体の射出成形側の端面から、基体の完全には塞がれていない通路を通って、基体の射出成形側の端面とは反対側の面へと押圧される。この場合、射出成形前には完全に塞がれていなかった通路も射出成形材料によって完全に塞がれる。

一実施形態では、前記基体は磁気伝導材料から成っている。このために、例えばフェロメタル材料が適しているが、プラスチックに結合されたフェロメタル粒子から成る材料も使用することができる。磁気伝導性材料から成る基体は、電気モータの効率を上げ、ひいては性能を上げる。この場合、前記基体は打ち抜き薄板部品の積層体から成っていると特に有利である。

さらに前記課題は、電気モータ用のロータを製造する方法であって、前記ロータは基体を有していて、該基体には少なくとも１つの載置面が形成されているものにより解決される。前記載置面に少なくとも１つの永久磁石エレメントを取り付け、該永久磁石エレメントをもっぱら保持工具によって保持し、次いで前記基体と前記永久磁石エレメントに、室壁を備えた接合スリーブを軸方向で被せ嵌める。これにより、永久磁石エレメントは接合スリーブによって保持され、保持工具を取り外すことができる。永久磁石エレメントが前記接合スリーブと前記載置面とによって半径方向で前記基体に十分位置固定されることが保証される。次いで前記接合スリーブを完全に前記永久磁石エレメント上に被せ嵌め、ロックエレメントを射出成形法によって前記基体に固着する。前記ロックエレメントは前記永久磁石エレメントを前記基体に軸方向で位置固定する。ここに示した方法は、接着や溶接のような手間のかかるプロセスを完全に省くことができるので、極めて簡単かつ安価である。接合スリーブは別個の射出成形プロセスで、ロータへの組み付け前に、極めて安価に高い精度で製造することができる。ここで示したロータを製造する方法は、ロータの製造を完全に自動化するのに特に適している。これにより製造コストは抑えられ、故障頻度は最小にされる。

さらに前記課題は、電気モータ用のロータを製造する方法であって、ロータが基体を有しており、該基体には少なくとも１つの載置面が形成されているものにより解決される。前記基体に、室壁を備えた接合スリーブを軸方向で被せ嵌め、これにより前記載置面と前記室壁とによって少なくとも１つの室を形成する。該室内に永久磁石エレメントを軸方向で挿入し、これにより永久磁石エレメントを前記接合スリーブと前記載置面とによって半径方向で十分に前記基体に位置固定する。次いでロックエレメントを射出成形により前記基体に固着し、前記ロックエレメントは前記永久磁石エレメントを前記基体に前記軸方向で位置固定する。この方法では、永久磁石エレメントのための保持工具すら省くことができる。ロータを製造するこのような方法も、ロータ製造の完全自動化のために特に適している。

次に本発明を図面につき詳しく説明する。

電気モータを示す図である。 ロータの構造を示す図である。 基体を示す図である。 基体に設けられた通路とアンダカットとを示す図である。 接合スリーブを示す図である。 金属製の基体を備えたロータを示す図である。 本発明によるロータの部分断面図である。 射出成形法により製造されたロックエレメントを個別に示す図である。

図１に示した電気モータ１は、ステータ２とロータ４とを有している。このモータ１は例えばいわゆるリラクタンスモータであって良い。ステータ２にはコイル３が取り付けられていて、このコイル３には整流された電流を流すことができ、これにより交流磁界を発生させることができる。ロータ４は軸６に回転可能に支承されていて、基体１０と永久磁石エレメント５を有する。この永久磁石エレメント５は基体１０上に、接合スリーブ９とロックエレメント８とによって保持される。矢印によって軸方向７が示されており、この方向で例えば接合スリーブ９を基体１０上に被せ嵌めることができる。永久磁石エレメント５はここでは直方体状に形成されており、これは特に安価である。しかしながらシェル状に形成されていても良い。

ロータ４の構造は図２に詳しく示されている。基体１０の円筒状の外面に配置されている複数の永久磁石エレメント５が示されている。この場合、永久磁石エレメント５は直方体状に形成されている。基体１０に取り付けられた永久磁石エレメント５は、接合スリーブ９によって半径方向１９で位置固定され、ロックエレメント８によって軸方向で位置固定される。さらに回転軸６が示されており、ロータ４が電気モータ１に取り付けられる場合、この回転軸６を中心としてロータ４は回転する。

図３には、フェロメタル材料から形成することができる基体１０が示されている。基体１０が打ち抜き薄板パッケージから成っていると特に好ましい。さらに、基体１０を、強磁性粒子が混合されたプラスチックから形成することも考えられる。基体１０には、軸方向７で基体１０全体にわたって延びる複数の通路１１が形成されている。１つの通路１１が２つの載置面１３を互いに分離している。これらの通路１１はアンダカット１２を有している。ロータ４を完成させるためには図示した基体１０に、載置面１３上に固定される永久磁石エレメント５を装着しなくてはならない。永久磁石エレメント５はこのために、既に磁化された永久磁石エレメント５として、又は磁化されていない永久磁石エレメント５として、製造プロセスで基体１０上に載置することができる。磁化されていない永久磁石エレメント５である場合、永久磁石エレメント５の磁化はロータ４の完成後に行われる。

図４には、載置面１３上に載置された永久磁石エレメント５を備えた基体１０が示されている。永久磁石エレメント５はこの実施例では、接合スリーブ９が少なくとも部分的に基体１０及び永久磁石エレメント５上に案内されるまで、保持工具１４によって載置面１３上で位置保持されている。図４には基体１０に設けられた通路１１とアンダカット１２とが示されている。さらに図４には、基体１０の端面２０が示されている。図５に示した接合スリーブ９は、図４に示した構成の上に軸方向７で被せ嵌めることができる。この場合、接合スリーブ９に設けられた固定部材１６が、基体１０に設けられたアンダカット１２に形状接続的に係合する。

図５には接合スリーブ９が示されている。接合スリーブ９は例えば射出成形法により、ロータ４への組み付け前に、別個の構成部分として製造することができる。図５には、接合スリーブ９の室壁１５には一つ置きに固定部材１６が形成されていることが示されている。基体１０には、接合スリーブ９に設けられた室壁１５と同数の、アンダカット１２を備えた通路１１が設けられているが、固定部材１６は、接合スリーブ９の室壁１５に一つ置きにしか設けられていないので、接合スリーブ９が基体１０に被せ嵌められた場合、基体１０における通路１８は一つ置きに部分的に塞がれていない状態で残される。さらに図５には、室壁１５によって形成された室１７が示されており、この室１７には、接合スリーブ９を基体１０に被せ嵌める際に永久磁石エレメント５が進入する。これは図６に示されている。

図６には、金属製の基体１０と、載置面１３上に載置された永久磁石エレメント５とを備えたロータ４が示されており、この場合、永久磁石エレメント５と基体１０上には接合スリーブ９が被せ嵌められている。基体１０のアンダカット１２が、接合スリーブ９の固定部材１６によって一つ置きに塞がれていることが判る。塞がれていない通路１８とそのアンダカット１２とは、ロックエレメント８を固着する際に特に有利である。これについては後でまた説明する。一つ置き以外にも、ｎ個置きの室壁に固定部材を設けることができ、これにより、接合スリーブ９が基体１０に被せ嵌められる場合、ｎ個置きの通路のみがアンダカットに至るまで完全に塞がれる（ｎは自然数であって、ｎ＝２、３、４、・・・である）。さらに、載置面１３に永久磁石エレメント５を取り付ける順序も変更可能である。このために、図３の基体１０に接合スリーブ９を被せ嵌め、その後初めてこれにより生じた室１７に永久磁石エレメント５を挿入することもできる。このような手順では保持工具１４すら省くことができる。さらに、上記の両手順のいかなる組み合わせも可能である。基体１０に永久磁石エレメント５を取り付け、接合スリーブ９を基体１０及び永久磁石エレメント５上の所定の位置に取り付けた後に、ロックエレメント８の固着が行われる。図６の構造体を射出成形型に挿入し、基体１０の一方の端面２０からのみ射出成形材料を基体１０に向かって射出することができ、この射出成形材料は通路１１とアンダカット１２の自由領域を通って基体１０の反対側の端面２０へと流れる。この場合、ロックエレメント８が基体１０の両端面２０に形成され、これは、ロックエレメント８が硬化した際に永久磁石エレメント５の軸方向の運動を完全に阻止する。射出成形材料が通路１１の自由領域を貫流する際、ロックエレメント８の、端面２０に当接する両領域の間にウエブ２１が形成されることにより、基体１０における永久磁石エレメント５の特に耐久性があり長寿命の固定が形成される。

図７にはこのように製造された本発明によるロータ４が一部断面されて示されている。さらに、基体１０の一方の端面２０が示されている。基体１０にはアンダカット１２を備えた複数の通路１１が設けられていることが判る。各通路１１は少なくとも部分的に室壁１５によって塞がれている。しかしながら一つ置き（又はｎ個置き）の通路１１は半分までしか塞がれておらず、アンダカット１２は自由に残されている。完全に塞がれた通路１２には、室壁１５の固定部材１６が形状接続的に係合している。完全に塞がれていない通路を通って特にアンダカット１２の領域に、ロックエレメント８の射出成形材料が進入する。この場合、基体１０の射出される端面２０にも反対側の端面２０にもロックエレメント８を形成することができる。ロックエレメント８のこのような上方及び下方の構成は、ウエブ２１によって結合されている。これらのウエブ２１は、それ以前は空いていた通路１８を完全かつ形状接続的に充填している。ここに図示したロータは極めて安価で、生産は完全自動化可能であり、極めて長期間の安定性があり、永久磁石エレメントの極めて精密な配置により、図示したロータ４は極めて良好に均衡がとれている。ロータがこのようにバランスがとれていると、本発明によるロータを備えた電気モータ１は特に長寿命となる。

図８には射出成形過程により生じるロックエレメント８が個別に示されている。基体１０と永久磁石エレメント５とはここには図示されていない。ロックエレメント８は上方及び下方のリングを有しており、これらのリングは永久磁石エレメント５の軸方向の摺動を効果的に阻止する。さらに、ロックエレメント８を固着する間に両リング間に形成されたウエブ２１が示されている。ロックエレメント８は好ましくは、１つの端面２０のみから基体１０に射出成形により固着されるが、ロックエレメント８を両端面２０から基体１０に固着することも考えられる。

Claims (3)

1. 基体（１０）を有しており、該基体（１０）に少なくとも１つの載置面（１３）が形成されており、該載置面（１３）には少なくとも１つの永久磁石エレメント（５）が取り付けられている、電気モータ（１）用のロータ（４）において、
   前記基体（１０）は、室壁（１５）を有した接合スリーブ（９）によって部分的に取り囲まれており、前記室壁（１５）は前記載置面（１３）と共に少なくとも１つの室（１７）を形成し、該室（１７）内には少なくとも１つの前記永久磁石エレメント（５）が配置されており、前記接合スリーブ（９）は前記永久磁石エレメント（５）を半径方向（１９）で前記基体（１０）において位置固定しており、ロックエレメント（８）が前記基体（１０）に固着されていて、前記ロックエレメント（８）は前記室（１７）を閉鎖していて、前記永久磁石エレメント（５）を軸方向（７）で前記基体（１０）において位置固定し、
   前記基体（１０）に少なくとも１つの通路（１１）が形成されていて、該通路（１１）は軸方向（７）で前記基体（１０）全体にわたって延びていて、２つの載置面（１３）を互いに分離しており、前記接合スリーブ（９）の１つの室壁（１５）が前記通路（１１）に係合し、
   前記通路（１１）がアンダカット（１２）を有しており、前記室壁（１５）に固定部材（１６）が形成されており、該固定部材（１６）は前記アンダカット（１２）に形状接続的に係合し、
   前記基体（１０）に複数の通路（１１）が形成されていて、該通路（１１）は複数の載置面（１３）を互いに分離しており、前記接合スリーブ（９）に相応に複数の室壁（１５）が形成されており、該室壁（１５）が一つ置きに固定部材（１６）を有しており、該固定部材（１６）は対応配置された通路（１１）のアンダカット（１２）に形状接続的に係合することを特徴とするロータ。
2. 前記基体（１０）は磁気伝導材料から成っている、請求項１記載のロータ。
3. 前記基体（１０）は打ち抜き薄板部品の積層体から成っている、請求項２記載のロータ。

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