JP5852367B2 - ロータ及びモータ - Google Patents

Description

本発明は、ロータ及びモータに関するものである。

従来、ロータコアに貫通孔を有し、この貫通孔に磁石を配設した所謂ＩＰＭ型のロータが広く知られている（例えば特許文献１参照）。
特許文献１のロータでは、貫通孔に挿通配置される磁石にめっき等の被覆処理が施されており、磁石の防錆効果が期待される。また、同ロータでは、磁石が挿入配置される貫通孔の長手方向の２辺の一部に対向する突出部が形成され、この突出部にて磁石が保持されるようになっている。

特許第４６６６５００号公報

しかしながら、前記突出部の寸法誤差や磁石の寸法誤差によっては、磁石を過度に圧縮して磁石を損傷させる虞がある。
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、被覆処理された磁石の損傷を抑えることができるロータ及びモータ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、貫通孔を有する円筒状のロータコアと、該ロータコアの貫通孔に挿入配置される磁石とを備えて径方向においてステータと対向配置されるロータであって、前記磁石は、永久磁石材料と該永久磁石材料の外面に被覆処理がなされた被覆部とを備え、前記ロータコアの貫通孔には、径方向外側で前記磁石と当接する外側突起と、径方向内側で前記磁石と当接する内側突起とを備え、前記外側突起及び前記内側突起は、前記被覆部の被覆代部分で前記磁石を圧入する態様で形成され、更に前記磁石との当接方向において外側突起及び内側突起が対向しない位置に形成され、前記ロータコアは、前記貫通孔に前記磁石を圧入配置する際に、前記内側突起及び前記外側突起による前記磁石への過剰圧を撓みによって調整する過剰圧調整部を備え、前記過剰圧調整部は、前記貫通孔側に開口されて軸方向に沿って形成されるスリット部であって、該スリット部は、前記貫通孔の径方向外側の位置であって且つ該貫通孔の周方向両端側の位置に形成されたことをその要旨とする。

この発明では、磁石は、永久磁石材料と該永久磁石材料の外面に被覆処理が施されてなる被覆部とを備え、ロータコアの貫通孔には、径方向外側で磁石と当接する外側突起と、径方向内側で磁石と当接する内側突起とを備える。これら外側突起及び内側突起は、被覆部の被覆代部分で磁石を圧入する態様で形成され、更に磁石との当接方向において外側突起及び内側突起が対向しない位置に形成される。このように、磁石を圧入によって固定させる突起が磁石の当接方向において対向しない位置に形成されるため、圧入による応力が集中することが抑制され、磁石の損傷を抑えることができる。また、磁石の僅かな撓みを利用して圧入固定することができるため、この点においても磁石の損傷を抑えることができる。

この発明では、過剰圧調整部は、貫通孔側に開口されて軸方向に沿って形成されるスリット部であるため、このスリット部が撓むことによって貫通孔の形状を僅かながらでも撓ませることができ、磁石への過剰圧（過剰な応力）を与えることを抑え、磁石の損傷を抑えることができる。

請求項２に記載の発明は、請求項１に記載のロータにおいて、前記外側突起及び前記内側突起は、少なくとも合計で３つ形成されて３点で前記磁石を圧入固定することをその要旨とする。

この発明では、磁石が外側突起及び内側突起によって径方向外側及び内側の計３点以上で安定して固定することができる。
請求項３に記載の発明は、請求項１又は２に記載のロータにおいて、前記磁石には、前記外側突起及び前記内側突起の少なくとも一方と前記ロータコアの周方向で係合する係合部を備えたことをその要旨とする。

この発明では、磁石には、外側突起及び内側突起の少なくとも一方とロータコアの周方向で係合する係合部を備えるため、磁石を前記各突起の少なくとも一方及び係合部で周方向への移動を抑えることができる。

請求項４に記載の発明は、請求項３に記載のロータにおいて、前記係合部は、径方向に凹状をなす凹部であり、前記外側突起及び前記内側突起の少なくとも一方が前記凹部と周方向において係合することをその要旨とする。

この発明では、係合部は、外側突起及び内側突起の少なくとも一方と周方向において係合する径方向に凹状をなす凹部であり、この凹部によって磁石の周方向への移動を規制しつつ、磁石の圧入時の位置決めを行うことができる。
請求項５に記載のモータは、請求項１〜４のいずれか一項に記載のロータを備えたことをその要旨とする。

従って、上記記載の発明によれば、被覆処理された磁石の損傷を抑えることができるロータ及びモータを提供することができる。

本実施形態におけるモータの断面図である。 同上におけるロータ及びステータの断面図である。 同上におけるロータの要部拡大図である。 別例におけるロータの要部拡大図である。 別例におけるロータの要部拡大図である。 別例におけるロータの要部拡大図である。 別例におけるロータの要部拡大図である。

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、本実施形態のモータ１０を構成するモータケース１１は、ケース本体１２と、このケース本体１２の開口部を閉塞する略円板状のカバープレート１３とから構成されている。

有底円筒状をなすケース本体１２は、円筒状の筒状部１２ａと、同筒状部１２ａの軸方向の一端（図１では上端）を閉塞する閉塞部１２ｂと、同筒状部１２ａの軸方向の他端部から径方向外側に延びる円環状のフランジ部１２ｃとから構成されている。尚、筒状部１２ａ、閉塞部１２ｂ及びフランジ部１２ｃは一体に形成されている。また、本実施形態のケース本体１２は、磁性体からなる金属板材にプレス加工を施して形成されている。そして、ケース本体１２のフランジ部１２ｃに前記カバープレート１３が固定されることにより、ケース本体１２の開口部は該カバープレート１３にて閉塞されている。

筒状部１２ａの内周面には、円筒状のステータ２１が固定されている。このステータ２１は、円筒状のステータコア２２と、このステータコア２２に巻装されたコイル２３とを備えている。

図１及び図２に示すように、ステータコア２２は、筒状部１２ａに固定される円筒状のステータ固定部２２ａと、該ステータ固定部２２ａから径方向内側に延びて前記コイル２３が巻回された複数のティース２２ｂとを有する。そして、このステータコア２２は、周方向に配置されティース２２ｂをそれぞれ有する複数（本実施形態では１２個）の分割コア２４から構成されている。

図２に示すように、各分割コア２４は、軸方向から見た形状が円弧状をなす分割固定部２４ａと、この分割固定部２４ａの内周面から径方向内側に延びる前記ティース２２ｂとから構成されている。各分割コア２４において、ティース２２ｂは、分割固定部２４ａの周方向の中央部から径方向内側に延びるとともに、各分割コア２４は、軸方向から見た形状が略Ｔ字状をなしている。

そして、図２に示すように、複数の分割コア２４は、ティース２２ｂの先端が径方向内側を向くように、且つ、分割固定部２４ａにて円筒状のステータ固定部２２ａが形成されるように連結されることによりステータコア２２を形成している。

前記ステータ２１の内側には、ロータ３１が配置されている。ロータ３１は、円柱状の回転軸３２と、この回転軸３２に一体回転可能に固定されたロータコア３３と、このロータコア３３にて保持された複数（本実施形態では４個）の磁石３４とから構成されている。

回転軸３２は、円柱状をなし、通常は鋼材が用いられ、磁束の漏れを抑制したい場合にはステンレス等の非磁材料が用いられる。この回転軸３２の反出力側である基端部（図１において上側の端部）は、閉塞部１２ｂの径方向の中央部に設けられた軸受３２ａによって軸支される。一方、同回転軸３２の出力側である先端側の部位は、前記カバープレート１３の径方向の中央部に設けられた軸受３２ｂによって軸支されている。そして、回転軸３２は、ステータコア２２の径方向内側で同ステータコア２２と同心状に配置されている。また、回転軸３２の先端部は、カバープレート１３の径方向の中央部を貫通してモータケース１１の外部に突出（露出）して出力軸を形成する。

図１及び図２に示すように、前記ロータコア３３は、磁性体よりなる金属板材をプレス加工により打ち抜いて形成した複数枚のコアシート３５を積層して構成され、筒状の固定部３３ａと、この固定部３３ａの外周に固定部３３ａと一体に形成された４個の疑似磁極３３ｂとを備えている。

固定部３３ａの径方向の中央部に形成された固定孔３３ｃは、固定部３３ａを軸方向に貫通するとともに、固定孔３３ｃの内径は、回転軸３２の外径よりも若干小さく設定されている。

また、固定部３３ａの外周面には、疑似磁極３３ｂ間となる部分に軸方向に貫通する貫通孔３６が形成されている。この貫通孔３６には、磁石３４が挿入されている。各磁石３４は、ロータコア３３の軸方向に長い直方体状をなすように形成されている。この磁石３４は、図３に示すように永久磁石材料３４ａと、この永久磁石材料３４ａの外面を覆う被覆部としてのめっき部３４ｂとで構成される。

貫通孔３６には、図１〜図３に示すように、前記磁石３４を圧入固定する複数の突起４０，４１が形成されている。この突起４０，４１は、径方向外側から前記磁石３４と当接する外側突起４０と、径方向内側から前記磁石３４と当接する内側突起４１とを備える。

内側突起４１は、図３に示すように貫通孔３６のロータコア３３における周方向略中心位置から径方向外側に延出するように形成される。
また、外側突起４０は、前記内側突起４１よりも周方向にずれた位置に計２つ形成される。言い換えれば、外側突起４０及び内側突起４１は、それぞれが径方向（各突起４０，４１と磁石３４との当接方向）において対向しない位置に形成されている。

また、各突起４０，４１は、前記磁石３４を貫通孔３６に圧入する際に、磁石３４のめっき部３４ｂの被覆代としてのめっき代（径方向におけるめっき部３４ｂの厚みＤ）内で前記磁石３４と当接、つまり永久磁石材料３４ａとは直接当接しないように構成される。

また、貫通孔３６は、図３に示すようにこの貫通孔３６側に開口されて軸線Ｌ１方向（図１参照）に沿って形成されるスリット部４５を備える。このスリット部４５は、貫通孔３６の径方向外側且つ周方向両端側の位置にそれぞれ１つ、計２つ形成される。このスリット部４５は、外圧がかかることで適宜撓むものであり、例えば前記磁石３４を貫通孔３６に圧入する際に、磁石３４と各突起４０，４１が当接することで撓むようになっている。

なお、貫通孔３６に圧入固定される磁石３４は、本実施形態では、径方向外側の端部がＮ極、径方向内側の端部がＳ極となるようにそれぞれ着磁されている。従って、本実施形態のロータ３１では、Ｓ極及びＮ極のうちＮ極の磁極を径方向外側とした磁石３４がロータコア３３に対して周方向に４個配置されている。そして、各磁石３４が貫通孔３６に挿入されることにより、周方向に隣り合う磁石３４間にそれぞれ疑似磁極３３ｂが配置され、その結果、Ｎ極の磁石３４と疑似磁極３３ｂとが周方向に交互に配置される。疑似磁極３３ｂを有するロータコア３３に対して磁石３４がこのように配置されることにより、疑似磁極３３ｂは、疑似的に径方向外側をＳ極として機能する。即ち、本実施形態のロータ３１は、一方の磁極の磁石３４と他方の磁極として機能する疑似磁極３３ｂとが周方向に交互に配置されたコンシクエントポール型のロータである。

図１に示すように、前記回転軸３２には、同回転軸３２の先端面（図１において下側の端面）とロータコア３３との間となる位置に、環状のセンサマグネット３７が同回転軸３２と一体回転可能に固定されている。センサマグネット３７は、Ｎ極とＳ極とが周方向に交互となるように着磁されている。

また、前記カバープレート１３の内側面には、モータ１０を制御するための図示しない回路素子が搭載された回路基板３８が固定されている。この回路基板３８上には、前記センサマグネット３７と軸方向に対向するようにホールセンサ３９が配置されている。ホールセンサ３９は、ホール素子を備えたホールＩＣである。また、回路基板３８は、モータ１０の外部に設けられる駆動制御回路（図示略）に電気的に接続されている。

次に、上記構成のモータ１０の作用を記載する。
本実施形態のロータ３１を構成するロータコア３３には、磁石３４を挿入（圧入）配置するための貫通孔３６が形成される。そして、この貫通孔３６に磁石３４を圧入すると、貫通孔３６に形成される各突起４０，４１によって前記磁石３４のめっき部３４ｂに圧接されて、永久磁石材料３４ａと各突起４０，４１が当接しない状態で磁石３４が固定される。このとき、各突起４０，４１は前記磁石３４との当接方向である径方向において各突起４０，４１同士が対向しないような態様で前記磁石３４を圧入固定する。

また、貫通孔３６には、貫通孔３６側に開口されて軸線Ｌ１方向に沿って形成されるスリット部４５が形成され、前記磁石３４圧入時に過剰圧（過剰な応力）が加わる前にスリット部４５が撓んでその過剰圧の発生を抑える。

次に、本実施形態の特徴的な効果を記載する。
（１）磁石３４は、永久磁石材料３４ａと永久磁石材料３４ａの外面にめっき処理が施されてなるめっき部３４ｂとを備え、ロータコア３３の貫通孔３６には、径方向外側で磁石３４と当接する外側突起４０と、径方向内側で磁石３４と当接する内側突起４１とを備える。これら外側突起４０及び内側突起４１は、めっき部３４ｂのめっき代部分で磁石３４を圧入する態様で形成され、更に磁石３４との当接方向において外側突起４０及び内側突起４１が対向しない位置に形成される。このように、磁石３４を圧入によって固定させる各突起４０，４１が磁石３４の当接方向（略径方向）において対向しない位置に形成されるため、圧入による応力が集中することが抑制され、磁石３４の損傷を抑えることができる。また、磁石３４の僅かな撓みを利用して圧入固定することができるため、この点においても磁石３４の損傷を抑えることができる。

（２）ロータコア３３は、貫通孔３６に磁石３４を圧入配置する際に、内側突起４１及び外側突起４０による磁石３４への過剰圧を撓みによって調整する過剰圧調整部としてのスリット部４５を備える。このスリット部４５は、貫通孔３６側に開口されて軸方向に沿って形成される。従って、このスリット部４５が撓むことによって磁石３４への過剰圧（過剰な応力）を与えることを抑え、磁石３４の損傷をより抑えることができる。

（４）磁石３４が外側突起４０及び内側突起４１によって径方向外側及び内側の計３点以上で安定して固定することができる。
（５）磁石３４の永久磁石材料３４ａは、めっき部３４ｂにて覆われているため、永久磁石材料３４ａの錆（酸化）の発生を抑えることができる。

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、過剰圧調整部としてのスリット部４５を貫通孔３６に設ける構成としたが、これに限らない。例えば図４に示すように、ロータコア３３の径方向外側の外表面に開口されて軸方向に沿ってスリット部４５ａを形成して過剰圧調整部を構成してもよい。このような構成としても、上記実施形態の（２）の効果と同様の効果を奏することができる。

また、スリット部４５，４５ａに限らず、例えば、図６に示すように、内側突起４１に軸方向（軸線Ｌ１方向（図１参照））に貫通する調整用孔部４１ａを形成してもよい。このように調整用孔部４１ａを形成することで、磁石３４を貫通孔３６に圧入する際に調整用孔部４１ａが形成された突起４１が撓みやすくなるため、突起４０，４１による過剰圧（過剰な応力）を磁石３４に与えることが抑えられ、磁石３４の損傷を抑えることができる。また、前記調整用孔部４１ａは内側突起４１に限らず、外側突起４０に形成してもよい。

・上記実施形態では、特に言及していないが、例えば、磁石３４（磁石材料３４ａ）には、外側突起４０及び内側突起４１の少なくとも一方とロータコア３３の周方向で係合する係合部を備える構成とすることが好ましい。その一例として、図５に示すように、磁石３４（磁石材料３４ａ）の幅方向（紙面左右方向）の略中央位置の径方向内側面に、前記径方向外側に凹状をなす係合凹部３４ｃを形成する。この係合凹部３４ｃには、前記内側突起４１が嵌合されて、周方向において係合凹部３４ｃと内側突起４１とが当接係合する。このような構成とすることで、磁石３４の周方向への移動を規制しつつ、磁石３４の圧入時の位置決めを行うことができる。

・上記実施形態では、内側突起４１を１つ、外側突起４０を２つ形成したが、この数は適宜変更してもよい。但し、各突起４０，４１の合計数が３つ以上で各突起４０，４１にて３点以上で磁石を保持（圧入固定）する構成が望ましい。その他の例として、図７に示すような構成とすることで、各突起４０，４１を１つ、計２つの突起４０，４１で対応することができる。ロータ３１は、図７に示すように、各突起４０，４１が当接方向（径方向）において対向しないように１つずつ形成し、各突起４０，４１による保持に加えて、磁石３４（磁石材料３４ａ）の角部を貫通孔３６の内周面３６ａで保持するように構成される。このとき、前記貫通孔の内周面３６ａの内で、前記磁石３４（磁石材料３４ａ）の角部が当接する部位Ｐの径方向内側に過剰圧緩和孔５１を形成する。この過剰圧緩和孔５１は、前記磁石３４（磁石材料３４ａ）の角部に過剰圧（過剰な応力）が加わる前に、自身が撓むことで、磁石３４への過剰圧を抑えられる。このような構成とすることで、突起４０，４１の数を減らして最小としつつ、３点固定で安定して磁石３４を固定することができ、磁石３４の損傷も抑えることができる。

・上記実施形態では、永久磁石材料３４ａの外面を覆う被覆部としてめっき部３４ｂを採用したが、塗装や樹脂コーティング等を被覆部として採用してもよい。
・上記実施形態では、所謂コンシクエントポール型としてロータ３１を構成したが、これに限らず、極性の異なる磁石を周方向において交互に配置した構成を採用してもよい。要は、ロータコア３３内に磁石を埋設する所謂ＩＰＭ型のロータであればよい。

次に、上記実施形態及び別例から把握できる技術的思想を以下に追記する。
（イ） 前記外側突起及び内側突起は、少なくとも１つずつ形成され、前記磁石は前記各突起及び前記貫通孔の内周面で圧入固定され、前記貫通孔と前記磁石との当接時の過剰圧を撓みによって吸収する過剰圧緩和孔が形成されたことを特徴とする。

これにより、各突起の数を最小としつつ、３点固定で安定して固定することができ、過剰圧緩和孔にて磁石への過剰圧（過剰な応力）を抑え、磁石の損傷を抑えることができる。

２１…ステータ、３１…ロータ、３３…ロータコア、３４…磁石、３４ａ…永久磁石材料、３４ｂ…被覆部としてのめっき部、３４ｃ…係合凹部（係合部）、３６…貫通孔、４０…外側突起、４１…内側突起、４１ａ…調整用孔部、４５，４５ａ…スリット部。

Claims (5)

1. 貫通孔を有する円筒状のロータコアと、該ロータコアの貫通孔に挿入配置される磁石とを備えて径方向においてステータと対向配置されるロータであって、
   前記磁石は、永久磁石材料と該永久磁石材料の外面に被覆処理がなされた被覆部とを備え、
   前記ロータコアの貫通孔には、径方向外側で前記磁石と当接する外側突起と、径方向内側で前記磁石と当接する内側突起とを備え、
   前記外側突起及び前記内側突起は、前記被覆部の被覆代部分で前記磁石を圧入する態様で形成され、更に前記磁石との当接方向において外側突起及び内側突起が対向しない位置に形成され、
   前記ロータコアは、前記貫通孔に前記磁石を圧入配置する際に、前記内側突起及び前記外側突起による前記磁石への過剰圧を撓みによって調整する過剰圧調整部を備え、
   前記過剰圧調整部は、前記貫通孔側に開口されて軸方向に沿って形成されるスリット部であって、該スリット部は、前記貫通孔の径方向外側の位置であって且つ該貫通孔の周方向両端側の位置に形成されたことを特徴とするロータ。
2. 請求項１に記載のロータにおいて、
   前記外側突起及び前記内側突起は、少なくとも合計で３つ形成されて３点で前記磁石を圧入固定することを特徴とするロータ。
3. 請求項１又は２に記載のロータにおいて、
   前記磁石には、前記外側突起及び前記内側突起の少なくとも一方と前記ロータコアの周方向で係合する係合部を備えたことを特徴とするロータ。
4. 請求項３に記載のロータにおいて、
   前記係合部は、径方向に凹状をなす凹部であり、
   前記外側突起及び前記内側突起の少なくとも一方が前記凹部と周方向において係合することを特徴とするロータ。
5. 請求項１〜４のいずれか一項に記載のロータを備えたことを特徴とするモータ。

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