JP6308874B2 - 永久磁石の固定構造ならびに固定方法、モータおよび永久磁石 - Google Patents

Description

本発明は、モータに用いられる永久磁石をハウジングに固定する技術に関する。

自動車等の電装機器や音響・映像機器、あるいは家電機器から玩具・模型、電動工具に至るまで、ＤＣモータはあらゆる分野および用途に使用されている。

このようなＤＣモータは、筒状のヨークハウジング内に永久磁石を備えている。また、この永久磁石は、ヨークハウジング内で固定されている必要がある。そこで、永久磁石の固定方法として、永久磁石の外周面に接着剤を塗布し、ヨークと接着固定する接着構造が考案されている（特許文献１参照）。

実開平２−１４６９５３号公報

上述の接着構造は、永久磁石の外周面に、軸方向に長い一対の凹溝が所定の間隔を空けて形成されており、その一対の凹溝に挟まれた領域をヨークとの接着部とし、かつ凹溝は接着剤の流出防止部として機能する構成である。

しかしながら、この接着構造は、永久磁石の外周面の周方向への接着剤の流出については考慮されているが、外周面の軸方向への接着剤の流出については考慮されていない。そのため、円筒状ヨークの開口部に向かって接着剤が流出する可能性がある。

本発明はこうした状況に鑑みてなされたものであり、その目的とするところは、モータに用いられるマグネットをハウジングに固定する際に用いる接着剤が所望の領域からはみ出ることを抑制する技術を提供することにある。

上記課題を解決するために、本発明のある態様の永久磁石の固定構造は、モータに用いられる永久磁石をハウジングに固定する永久磁石の固定構造であって、環状の永久磁石と、永久磁石が挿入される開口部を有し、永久磁石を内部に収容する円筒状のハウジングと、ハウジングの内周面と永久磁石の外周面とを接着する接着剤と、を備える。永久磁石は、ハウジングの内周面より外径の小さい筒部と、筒部の外周面に形成され、ハウジングの内周面に当接する環状のリブと、を有する。接着剤は、ハウジングの内周面と永久磁石の筒部との間の隙間に設けられている。

この態様によると、永久磁石の筒部は、ハウジングの内周面と接着剤を介して結合している。そのため、モータ駆動時の各部の振動がハウジングに伝達しにくくなる。また、仮に接着剤がハウジングの開口部に向けてはみ出しそうになっても、リブにより堰き止められる。ここで、環状のリブとは、必ずしも連続していなくてもよく、一部が切り欠かれたりして不連続な部分があってもよい。また、直線状でなくてもよく、一部が湾曲していたり曲線状の部分があったりしてもよい。

リブは、接着剤が設けられている領域よりもハウジングの開口部側に位置していてもよい。これにより、接着剤が開口部側へはみ出ることを抑制できる。

リブは、永久磁石の軸方向の中央よりもハウジングの開口部側に形成されていてもよい。これにより、永久磁石のハウジングへの挿入方向先端からリブまでの領域が広くなるため、接着剤の分布領域を増やすことができる。

リブは、永久磁石の端部にフランジ状に形成されていてもよい。これにより、例えば、永久磁石を射出成型等で製造する場合、金型の簡素化、寸法精度や歩留りの向上が可能となる。

リブは、筒部の外周面の全周にわたり連続して形成されていてもよい。これにより、接着剤が開口部側へはみ出ることがより確実に抑制できる。

リブは、ハウジングの内周面に当接した状態で永久磁石を所定の位置で保持する保持部として機能してもよい。これにより、永久磁石をハウジング内で固定する治具を用いずに、接着剤が固まるまで放置することができる。また、永久磁石の位置が保持されているので、例えば、接着剤を短時間で固めるために加熱するといった処理が必要なく、設備費の削減や磁石特性の低下、軸受油の揮発の懸念を回避できる。

本発明の他の態様はモータである。このモータは、永久磁石の固定構造と、永久磁石の中心に配置されたロータと、を備えている。

本発明の別の態様は、永久磁石の固定方法である。この方法は、モータに用いられる永久磁石をハウジングに固定する永久磁石の固定方法であって、ハウジングの内周面の所定領域に接着剤を塗布する工程と、ハウジングの開口部から環状の永久磁石を挿入する工程と、挿入された永久磁石を所定の位置で保持した状態で接着剤によりハウジングの内周面と永久磁石の外周面とを接着する工程と、を含む。永久磁石は、ハウジングの内周面より外径の小さい筒部と、筒部の外周面に形成され、ハウジングの内周面に当接する環状のリブと、を有する。接着剤は、ハウジングの内周面と永久磁石の筒部との間の隙間に分布している。

この態様によると、接着剤を、ハウジングの内周面と永久磁石の筒部との間の隙間に設けることができるため、永久磁石の筒部は、ハウジングの内周面と接着剤を介して結合される。そのため、モータ駆動時の各部の動作による振動がハウジングに伝達しにくくなる。また、永久磁石をハウジング内へ挿入する際には、リブがハウジングの内周面と当接しながら移動するため、仮に接着剤がハウジングの開口部に向けてはみ出しそうになっても、リブにより堰き止められる。

本発明の更に別の態様は、永久磁石である。この永久磁石は、モータのハウジング内に固定される環状の永久磁石であって、固定されるハウジングの内周面より外径の小さい筒部と、筒部の外周面に形成され、ハウジングの内周面に当接する環状のリブと、を有する。

なお、以上の構成要素の任意の組合せ、本発明の表現を部品、製造方法、システムなどの間で変換したものもまた、本発明の態様として有効である。

本発明によれば、モータに用いられるマグネットをハウジングに固定する際に用いる接着剤が所望の領域からはみ出ることを抑制できる。

本実施の形態に係るＤＣモータの全体側面図である。 本実施の形態に係るＤＣモータに用いられるロータの側面図である。 図３（ａ）は、実施例１に係るヨークハウジングの断面図、図３（ｂ）は、図３（ａ）に示すヨークハウジングを矢印Ａ方向から見た正面図である。 図４（ａ）は、比較例１に係るヨークハウジングの断面図、図４（ｂ）は、図４（ａ）に示すヨークハウジングを矢印Ｂ方向から見た正面図である。 図５（ａ）、図５（ｂ）は、実施例１および比較例１に係るモータの駆動時の振動値を比較したグラフを示す図である。 実施例２に係る永久磁石を側方から見た半断面図である。 図６のＦ領域の拡大図である。 図８（ａ）は、実施例３に係る永久磁石の外観を模式的に示した図、図８（ｂ）は、実施例４に係る永久磁石の外観を模式的に示した図である。 図９（ａ）は、実施例５に係る永久磁石の外観を模式的に示した図、図９（ｂ）は、実施例６に係る永久磁石の外観を模式的に示した図である。

以下、本発明の実施の形態を図面を参照して説明する。なお、図面の説明において同一の要素には同一の符号を付し、重複する説明を適宜省略する。また、以下に述べる構成は例示であり、本発明の範囲を何ら限定するものではない。以下では、ＤＣモータを例に説明する。

（ＤＣモータ）
図１は、本実施の形態に係るＤＣモータの全体側面図である。図２は、本実施の形態に係るＤＣモータに用いられるロータの側面図である。

図１に示すように、ＤＣモータ１０は、後述する永久磁石やロータ等の部品を収納するヨークハウジング１２と、ブラシやターミナルを収納するエンドベル１４と、シャフト１６と、を備える。ロータ１８は、図２に示すように、中心にシャフト１６が貫通しているコア２０と、コア２０に巻き回されたコイル２２と、を有する。

［実施例１］
図３（ａ）は、実施例１に係るヨークハウジング１２の断面図、図３（ｂ）は、図３（ａ）に示すヨークハウジング１２を矢印Ａ方向から見た正面図である。

ヨークハウジング１２は、環状の永久磁石２４が挿入される開口部１２ａを有する円筒状の部材である。永久磁石２４の中心には、図２に示すロータ１８が、ヨークハウジング１２とエンドベル１４が各々有する軸受（図示せず）によって回転可能に支持されている。また、接着剤２６は、ヨークハウジング１２の内周面１２ｂと永久磁石２４の外周面２４ａとを接着する。このように、ヨークハウジング１２、永久磁石２４および接着剤２６により、ＤＣモータ１０に用いられる永久磁石２４をヨークハウジング１２に固定する永久磁石の固定構造１００が構成される。

永久磁石２４は、固定されるヨークハウジング１２の内周面１２ｂより外径の小さい筒部２４ｂと、筒部２４ｂの外周面２４ａに形成され、ヨークハウジング１２の内周面１２ｂに当接する環状のリブ２４ｃと、を有する。永久磁石２４には、様々な種類のものが適用可能であるが、モータ性能を考慮すると、例えば、サマリウム−鉄−窒素系磁石、サマリウム−コバルト系磁石、ネオジウム系磁石等の最大エネルギー積の大きい磁石が好ましい。製造方法としては、例えば、粉末焼結方法や、磁性体粉末と樹脂とを混合したコンパウンド原料を射出成形する方法等が適宜用いられる。

接着剤２６は、ヨークハウジング１２の内周面１２ｂと永久磁石２４の筒部２４ｂとの間の隙間に設けられている。接着剤２６としては、様々な種類のものが適用可能であるが、例えば、エポキシ樹脂系接着剤が利用できる。特に、硬化の際に加熱を必要としない２液性のエポキシ樹脂系接着剤が好ましい。

これにより、永久磁石２４のリブ２４ｃは、ヨークハウジング１２の内周面１２ｂと接着剤２６を介して結合している。そのため、モータ駆動時のロータ１８等の各部の振動がヨークハウジング１２に伝達しにくくなる。また、仮に接着剤２６がヨークハウジング１２の開口部１２ａに向けて移動してはみ出しそうになっても、リブ２４ｃにより堰き止められる。

また、実施例１に係るリブ２４ｃは、接着剤２６が設けられている領域Ｒよりもヨークハウジング１２の開口部１２ａ側に位置している。これにより、接着剤２６が開口部１２ａ側へはみ出ることを抑制できる。

また、リブ２４ｃは、永久磁石２４の軸方向の中央（位置Ｃ）よりもヨークハウジング１２の開口部１２ａ側に形成されている。これにより、永久磁石２４のヨークハウジング１２への挿入方向先端Ｅからリブ２４ｃまでの領域Ｘが広くなるため、接着剤２６の分布領域を増やすことができる。

また、リブ２４ｃは、永久磁石２４の端部２４ｄにフランジ状に形成されている。これにより、例えば、永久磁石２４を射出成型等で製造する場合、金型の簡素化、寸法精度や歩留りの向上が可能となる。なお、フランジ状のリブ２４ｃは、図３に示すように、永久磁石２４の開口部１２ａ側の端面２４ｅと一部が共通である場合だけでなく、永久磁石の成型性や公差、材質に応じて端面２４ｅからわずかに離れた位置に形成されていてもよい。

また、リブ２４ｃは、筒部２４ｂの外周面２４ａの全周にわたり連続して形成されている（図３（ｂ）参照）。これにより、接着剤２６が開口部１２ａ側へはみ出ることがより確実に抑制できる。

また、リブ２４ｃは、ヨークハウジング１２の内周面１２ｂに当接した状態で永久磁石２４を所定の位置で保持する保持部として機能する。これにより、永久磁石２４をハウジング内で固定する治具を用いずに、接着剤が固まるまで放置することができる。そのため、硬化まで時間がかかるが加熱の必要がない２液性のエポキシ樹脂系接着剤を接着剤として用いることができる。その結果、接着剤を硬化させる工程で加熱処理が不要となり、設備費の削減や磁石特性の低下、軸受油の揮発の懸念を回避できる。

［比較例１］
図４（ａ）は、比較例１に係るヨークハウジング１２の断面図、図４（ｂ）は、図４（ａ）に示すヨークハウジング１２を矢印Ｂ方向から見た正面図である。なお、図４（ａ）に示す断面図は、図４（ｂ）に示すヨークハウジングのＤ−Ｄ断面である。

比較例１に係る永久磁石２８は、固定されるヨークハウジング１２の内周面１２ｂより外径の小さい筒部２８ｂと、筒部２８ｂの外周面２８ａに形成され、ヨークハウジング１２の内周面１２ｂに当接する４つのリブ２８ｃと、を有する。リブ２８ｃは、ヨークハウジング１２の軸方向に延びており、筒部の一方の端部から他方の端部まで形成されている。また、リブ２８ｃは、周方向には延びていない。なお、比較例１に係るモータは、永久磁石２８以外の構成は、ＤＣモータ１０と同様である。

比較例１では、ヨークハウジング１２、永久磁石２８および接着剤２６により、ＤＣモータ１０に用いられる永久磁石２８をヨークハウジング１２に固定する永久磁石の固定構造２００が構成される。そのため、ヨークハウジング１２に永久磁石２８が接着固定された状態では、隣接するリブ２８ｃ同士の間に貫通部３０が形成される。つまり、接着剤２６は、貫通部３０を経由して比較的容易に開口部１２ａまではみ出す可能性があり、不具合の一因となりうる。

また、接着剤２６を用いてヨークハウジング１２に永久磁石２８を固定する固定構造では、永久磁石２８は、４つのリブ２８ｃによりヨークハウジング１２の軸方向の長い領域においてヨークハウジング１２と接触した状態で接着固定されている。そのため、永久磁石２８の筒部２８ｂは、非常に強固にヨークハウジング１２に連結されており、モータ駆動時のロータ１８等の各部の振動がヨークハウジング１２に伝達されやすくなっている。

（振動比較）
図５（ａ）、図５（ｂ）は、実施例１および比較例１に係るモータの駆動時の振動値を比較したグラフを示す図である。図５（ａ）は基本次数の振動、図５（ｂ）は２倍の基本次数の振動を比較したものである。図５（ａ）、図５（ｂ）に示すように、実施例１に係る固定構造１００は、比較例１に係る固定構造２００と比較して、振動値が大きく減少している。なお、永久磁石の極数やロータの極数により、比較に適した振動の基本次数は変わりうる。しかしながら、いずれの極構成であっても、実施例１に係るモータの振動低減効果は同様の傾向を示す。

［実施例２］
図６は、実施例２に係る永久磁石３２を側方から見た半断面図である。図７は、図６のＦ領域の拡大図である。直径が３５ｍｍ程度の円筒状の永久磁石３２の一方の端面３２ａには、複数の凹部３２ｂが形成されている。凹部３２ｂの深さＧは、２ｍｍ程度である。永久磁石３２の外周部を一周するように形成された環状のリブ３２ｃは、凹部３２ｂの形状に沿って、一部がクランク状に形成されている。リブ３２ｃの幅Ｗは、０．８〜１．０ｍｍ程度である。また、リブ３２ｃの高さは、０．０４５〜０．１０５ｍｍ程度である。リブ３２ｃが低すぎると、ヨークハウジング１２と永久磁石３２との隙間に接着剤２６が十分に塗布されない。一方、リブ３２ｃが高すぎると、筒部の直径を小さくする必要があり磁石としての性能が低下するととともに、ヨークハウジング１２に永久磁石３２を挿入した際に、永久磁石３２が傾きやすくなる。

［実施例３、実施例４］
図８（ａ）は、実施例３に係る永久磁石の外観を模式的に示した図、図８（ｂ）は、実施例４に係る永久磁石の外観を模式的に示した図である。

図８（ａ）に示す永久磁石３４は、一方の端面３４ａ近傍に環状のリブ３４ｃが全周にわたり形成されている点において前述の永久磁石２４と同様である。一方、永久磁石３４の他方の端面３４ｄは、一方の端面３４ａよりも直径が小さくなっており、筒部３４ｂの直径は、他方の端面３４ｄに近づくにつれて徐々に小さくなっている。これにより、ヨークハウジング１２に永久磁石３４をＹ方向に挿入する際に、接着剤２６が他方の端面３４ｄで掻き取られにくくなる。

図８（ｂ）に示す永久磁石３６は、一方の端面３６ａ近傍に環状のリブ３６ｃが全周にわたり形成されていることに加え、リブ３６ｃから軸方向Ａｘに向けて形成された複数の軸方向リブ３６ｅが形成されている。これにより、永久磁石３６をヨークハウジング１２の内部に挿入した際に筒部３６ｂが傾きにくくなる。

［実施例５、実施例６］
図９（ａ）は、実施例５に係る永久磁石の外観を模式的に示した図、図９（ｂ）は、実施例６に係る永久磁石の外観を模式的に示した図である。

図９（ａ）に示す永久磁石３８は、一方の端面３８ａ近傍に環状のリブ３８ｃが全周にわたり形成されている点において前述の永久磁石２４と同様である。リブ３８ｃは、直線ではなく、一部が折れ線のように形成されたＵ字部、Ｖ字部あるいはＷ字部（折れ線部３８ｅ）を有している。これにより、永久磁石３８をヨークハウジング１２の内部に挿入した際に筒部３８ｂが傾きにくくなる。

図９（ｂ）に示す永久磁石４０は、一方の端面４０ａから他方の端面４０ｄに向かって、リブ４０ｃが螺旋状に形成されている。また、リブ４０ｃは複数周にわたり形成されている。これにより、接着剤２６のはみ出しがリブ４０ｃで抑制される。

（永久磁石の固定方法）
上述の各実施例に記載の永久磁石をヨークハウジング１２に固定する方法について説明する。はじめに、所定の形状のヨークハウジング１２や永久磁石を準備する。次に、ヨークハウジング１２の内周面１２ｂの所定領域に接着剤２６を塗布する。接着剤２６が塗布される所定領域は、ヨークハウジング１２内で最終的に永久磁石が接着固定される位置を考慮して設定される。具体的には、固定された永久磁石のリブよりも挿入方向側の領域に接着剤を塗布する。その後、ヨークハウジング１２の開口部１２ａから環状の永久磁石を挿入する。そして、挿入された永久磁石を所定の位置で保持した状態で接着剤２６によりヨークハウジング１２の内周面１２ｂと永久磁石の外周面とを接着する。

以上、本発明を上述の実施の形態や実施例を参照して説明したが、本発明は上述の実施の形態や実施例に限定されるものではなく、実施の形態や実施例の構成を適宜組み合わせたものや置換したものについても本発明に含まれるものである。また、当業者の知識に基づいて実施の形態や実施例における組合せや処理の順番を適宜組み替えることや各種の設計変更等の変形を実施の形態に対して加えることも可能であり、そのような変形が加えられた実施の形態も本発明の範囲に含まれうる。

１０ ＤＣモータ、 １２ ヨークハウジング、 １２ａ 開口部、 １２ｂ 内周面、 １８ ロータ、 ２４ 永久磁石、 ２４ａ 外周面、 ２４ｂ 筒部、 ２４ｃ リブ、 ２４ｄ 端部、 ２４ｅ 端面、 ２６ 接着剤、 １００ 固定構造。

Claims (8)

1. モータに用いられる永久磁石をハウジングに固定する永久磁石の固定構造であって、
   環状の永久磁石と、
   前記永久磁石が挿入される開口部を有し、前記永久磁石を内部に収容する円筒状のハウジングと、
   前記ハウジングの内周面と前記永久磁石の外周面とを接着する接着剤と、を備え、
   前記永久磁石は、
   前記ハウジングの内周面より外径の小さい筒部と、
   前記筒部の外周面に形成され、前記ハウジングの内周面に当接する環状のリブと、を有し、
   前記接着剤は、前記ハウジングの内周面と前記永久磁石の前記筒部との間の隙間に設けられており、
   前記リブは、前記永久磁石の軸方向の中央よりも前記ハウジングの開口部側に形成されていることを特徴とする永久磁石の固定構造。
2. 前記リブは、前記接着剤が設けられている領域よりも前記ハウジングの開口部側に位置していることを特徴とする請求項１に記載の永久磁石の固定構造。
3. 前記リブは、前記永久磁石の端部にフランジ状に形成されていることを特徴とする請求項１または２に記載の永久磁石の固定構造。
4. 前記リブは、前記筒部の外周面の全周にわたり連続して形成されていることを特徴とする請求項１乃至３のいずれか１項に記載の永久磁石の固定構造。
5. 前記リブは、前記ハウジングの内周面に当接した状態で前記永久磁石を所定の位置で保持する保持部として機能することを特徴とする請求項１乃至４のいずれか１項に記載の永久磁石の固定構造。
6. 請求項１乃至５のいずれか１項に記載の永久磁石の固定構造と、
   前記永久磁石の中心に配置されたロータと、
   を備えたモータ。
7. モータに用いられる永久磁石をハウジングに固定する永久磁石の固定方法であって、
   前記ハウジングの内周面の所定領域に接着剤を塗布する工程と、
   前記ハウジングの開口部から環状の永久磁石を挿入する工程と、
   挿入された前記永久磁石を所定の位置で保持した状態で前記接着剤により前記ハウジングの内周面と前記永久磁石の外周面とを接着する工程と、を含み、
   前記永久磁石は、
   前記ハウジングの内周面より外径の小さい筒部と、
   前記筒部の外周面に形成され、前記ハウジングの内周面に当接する環状のリブと、を有し、
   前記接着剤は、前記ハウジングの内周面と前記永久磁石の前記筒部との間の隙間に分布しており、
   前記リブは、前記永久磁石の軸方向の中央よりも前記ハウジングの開口部側に形成されていることを特徴とする永久磁石の固定方法。
8. モータのハウジング内に固定される環状の永久磁石であって、
   固定されるハウジングの内周面より外径の小さい筒部と、
   前記筒部の外周面に形成され、前記ハウジングの内周面に当接する環状のリブと、を有し、
   前記リブは、前記永久磁石の軸方向の中央よりも前記ハウジングの開口部側に形成されていることを特徴とする永久磁石。

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