JP6444533B2 - ロータ、回転電機及びロータの製造方法 - Google Patents

Description

本発明は、回転電機のロータ、回転電機及びロータの製造方法に関し、特にセンサマグネットを固定する構造に関するものである。

回転電機において、内部に磁石が埋め込まれた埋込磁石ロータを搭載し、高効率で高トルクを実現する回転電機が注目されている。以下の説明において、埋込磁石ロータは、英語表記のＩｎｔｅｒｉｏｒ Ｐｅｒｍａｎｅｎｔ Ｍａｇｎｅｔの略称を用いて、ＩＰＭロータと称する。ＩＰＭロータにおいては、回転用のメインマグネットとは別に、ロータの回転位置検出用のセンサマグネットが装着されることがある。

特許文献１には、センサマグネットを２つのボスで挟み、センサマグネットが取り付けられるロータのシャフトに固定する技術が開示されている。また、特許文献２には、弾性片が設けられ断面がＤ字状の装着部をセンサマグネットに取付け、そのセンサマグネットを、断面がＤ字状の装着部が設けられたロータのシャフトに取付ける技術が開示されている。センサマグネットは、センサマグネットの装着部に設けられた弾性片に生じた復元力により固定される。

特開平７−１１５７６１号公報 特開平１１−２８９７３６号公報

特許文献１の方法では、センサマグネットがシャフトから抜け落ちないよう、センサマグネットを挟む２つのボスを機械的に締めなければならないため、センサマグネットを十分固定し、且つ、センサマグネットの破損を回避することが困難である。また、特許文献２の方法では、センサマグネット側の装着部と、シャフト側の装着部との少なくとも２つの部品を取り付ける必要があり、センサマグネットの装着に要する工数も、部品点数も増加することになる。

更に、いずれの引用文献に記載された方法を採用した場合も、取付時にセンサマグネットと他の構成部品とが個別に配置されるため、精度よく位置決めし、取付することが困難である。取付時の位置決めの精度が悪く、センサマグネットとシャフトやロータとが位置ずれして隙間ができると、モータ駆動時にがたつきなどが発生し騒音や破損の原因となってしまう。

本発明は、上述のような課題を解決するためになされたものであり、取付に必要な部品の点数を低減し、取付が容易で、且つ、センサマグネットとロータとの位置ずれを抑制できるロータ、回転電機及びロータの製造方法を提供することを目的とする。

本発明に係るロータは、複数の挿入孔が形成された円筒状のロータコアと、前記ロータコアと同軸上に配置された円環状のセンサマグネットと、を備え、前記センサマグネットは、前記ロータコアの方向に突出する複数の突起部を有し、前記突起部が前記挿入孔に挿入され、前記ロータコアと、前記センサマグネットとが樹脂により固着され、前記樹脂は、前記センサマグネットの全体を覆う。

本発明に係るロータによれば、ロータコアの挿入孔にセンサマグネットの突起部を挿入し、樹脂によりロータコアとセンサマグネットとを固着して一体化させる。これにより、ロータコアとセンサマグネットとを固定するために個別の部品を必要とせずに容易に固定できる上に、樹脂により固定されることで位置ずれを抑制できる。

実施の形態に係るロータの上面図である。 図１のロータの内部構造を模式的に示す説明図である。 図１のロータコアを構成する外輪の上面図である。 図１のロータコアを構成する内輪の上面図である。 外輪に収容されるメインマグネットの斜視図である。 図１のロータを構成するセンサマグネットの上面図である。 図６のセンサマグネットの側面図である。 図３のＡ―Ａ部分におけるロータとピンとの接合部を説明する図である。 図３のＢ―Ｂ部分におけるロータとテーパ部との接合部を説明する図である。 ロータの取付構造を模式的に示す説明図である。 ロータが用いられた回転電機の斜視図である。

実施の形態．
本実施の形態に係るロータは、ＩＰＭロータと称される内部に磁石が埋め込まれた埋込磁石型のロータコアと、ロータコアに固定され、ロータコアの回転位置を検出するセンサマグネットとから成る。ロータは、ロータが取り付けられるロータシャフト及びステータと共に回転電機を構成するものである。なお、ＩＰＭとは、Ｉｎｔｅｒｉｏｒ Ｐｅｒｍａｎｅｎｔ Ｍａｇｎｅｔの略称である。

図１は、本実施の形態に係るロータ１０の上面図であり、図２は、図１のロータ１０の内部構造を模式的に示す説明図である。図２に示すように、ロータ１０は、外輪５と内輪７と図示しないメインマグネットとから成るロータコア１２と、ロータコア１２の同軸上に固着され、ロータコア１２の回転位置を検出するセンサマグネット１と、を備える。ロータコア１２とセンサマグネット１とは、樹脂１１により一体に固着されている。

図３は、図１のロータコア１２を構成する外輪５の上面図であり、図４は、図１のロータコア１２を構成する内輪７の上面図であり、図５は、外輪５に収容されるメインマグネット９の斜視図である。図３、及び、図４に示すように、外輪５及び内輪７は、上面視で円環状であり、材料に、例えば、電磁鋼板などが用いられる。また、メインマグネット９は、平板状に形成されている。ロータコア１２は、図３及び図４の形状の薄板から成る外輪５及び内輪７が所定の厚さに積層されて形成されている。薄板の外輪５、内輪７には、凹凸部５ａ、７ａが形成されており、凹凸部５ａ、７ａをかしめて積層する外輪５同士、内輪７同士の散逸が防止されている。また、外輪５に形成された引っかかり５ｂと、内輪７に形成された引っかかり７ｂとは互いに係合し、回転トルクの作用により外輪５と内輪７とがずれることを防止している。

外輪５の上面には、複数のメインマグネット挿入孔６ａが外輪５の円周方向に沿って形成されている。メインマグネット挿入孔６ａは、メインマグネット９が挿入される孔である。それぞれのメインマグネット挿入孔６ａの両端には、センサマグネット１の突起部が挿入されるセンサマグネット挿入孔６ｂが設けられている。なお、センサマグネット挿入孔６ｂは、本発明の挿入孔に相当する。外輪５の中心には、内輪７が配置される円形の空間５ｃが形成されている。内輪７の中心には、シャフトが挿入されるシャフト挿入孔８ａが設けられている。外輪５と、外輪５の上面に配置されたメインマグネット９と、外輪５の中心に配置された内輪７とによりロータコア１２が形成されている。外輪５と内輪７との個別の部品によりロータコア１２を構成することでロータ１０の電食が抑制される。

図６は、図１のロータ１０を構成するセンサマグネット１の平面図である。図７は、図６のセンサマグネット１の側面図である。図６、及び、図７に示すように、センサマグネット１は、円環状であり、一方の面に上方に突出する複数のピン２と、下方に凹んだ複数の切り欠き３とが形成され、円環の内縁部がテーパ部４になっている。センサマグネット１は、ピン２が形成された面が、ロータコア１２の上面に対向するように配置される。ピン２は、センサマグネット１から突出する円柱状の部分である。なお、ピン２は、本発明の突起部の一例である。切り欠き３は、ロータコア１２とセンサマグネット１とを固着する際に樹脂１１の流動性を向上させる目的で設けられる。図２に示すロータ１０の断面図に現れるセンサマグネット１は、切り欠き３が形成された領域のセンサマグネット１である。テーパ部４は、センサマグネット１の内縁部に形成され、ロータコア１２に向く方向に、ピン２が設けられた面から他方の面に向かって内径を減少させた領域である。

図８は、図３のＡ―Ａ部分におけるロータ１０とピン２との接合部を説明する図である。図８に示すように、ロータ１０の外輪５に形成されたセンサマグネット挿入孔６ｂには、センサマグネット１のピン２が挿入される。ピン２により、センサマグネット１のロータコア１２に対する取付位置が保障される。

図９は、図３のＢ―Ｂ部分におけるロータ１０とテーパ部４との接合部を説明する図である。図９に示すように、ロータ１０とセンサマグネット１とは、センサマグネット１のテーパ部４がロータ１０の方向に向くように接合されている。テーパ部４がロータコア１２に向く方向に形成されることで、テーパ部４は、センサマグネット１とロータコア１２との間の樹脂１１によりロータコア１２から離れる方向に押し上げられる。

センサマグネット１に形成されるピン２の形状は、円柱の他、円錐、三角柱などの形状であってもよく、数も２つ以上でもよく、限定されない。また、センサマグネット１に形成される切り欠き３の場所、及び、数も限定されない。更に、テーパ部４は、センサマグネット１の内縁部に代えて、ロータコア１２に向く方向に、ピン２が設けられた面の外縁部に、他方の面に向かって内径が増大するように設けてもよい。

ロータコア１２と、その上面のセンサマグネット１とは、間に介在する樹脂１１により固着され、ロータ１０が構成されている。なお、樹脂１１として、熱可塑性のポリブチレンテレフタレート樹脂や、熱硬化性の不飽和ポリエステル樹脂などを用いることができる。

続いて、本実施の形態に係るロータ１０の製造方法について説明する。まず、一体成形金型を用意し、その一体成形金型に外輪５と、内輪７とを配置する。そして、外輪５のメインマグネット挿入孔６ａのそれぞれにメインマグネット９を挿入する。次に、外輪５のセンサマグネット挿入孔６ｂと、センサマグネット１のピン２とを対向させ、ピン２をセンサマグネット挿入孔６ｂに挿入させながら、外輪５の上面にセンサマグネット１を載置する。そして、金型を閉じて内部に樹脂１１を充填する。

金型に充填される樹脂１１は、金型の底部から徐々に堆積し、センサマグネット１に設けられた切り欠き３を通って流動しながらセンサマグネット１の全体をむらなく覆う。このとき、センサマグネット１のテーパ部４は、嵩が上昇する樹脂１１により押し上げられることでセンサマグネット１が浮上する。そして、センサマグネット１は、センサマグネット挿入孔６ｂに挿入されたピン２によりロータコア１２に対する位置関係を維持しながらロータコア１２から離れる方向に移動し、金型内部の上面に当たって停止する。

その後、樹脂１１の充填を完了させ、樹脂１１を硬化させる。これにより、図１に示す、ロータコア１２とセンサマグネット１とが固着されて一体化されたロータ１０が得られる。このように、ロータコア１２とセンサマグネット１とが樹脂１１により一体成形されることでロータコア１２とセンサマグネット１との取付を容易にし、固定に必要な部品の点数の増加を抑制できる上に、取付時にセンサマグネット１が破損しにくくなる。

図１０は、ロータ１０の取付構造を模式的に示す説明図である。また、図１１は、ロータ１０が用いられた回転電機１００の斜視図である。図１０、及び、図１１に示すように、回転電機１００は、ロータ１０と、ロータ１０のシャフト挿入孔８ａに挿通するシャフト８と、シャフト８を支持するベアリング１３と、により構成されている。ロータ１０が駆動すると、シャフト８を介して接続された外部機器に回転運動が伝達される。ロータ１０は、回転駆動するロータコア１２と、ロータコア１２の回転位置を検出するセンサマグネット１とが樹脂１１により一体成形されている。一体成形されたロータ１０を用いることで、ロータコア１２とセンサマグネット１とが位置ずれすることなくロータ１０が回転駆動することができる。

なお、上述の説明において、ロータコア１２を外輪５と内輪７とから構成した例について説明しているが、ロータコア１２の構造として外輪５と内輪７とが一体となった１つの部品から形成してもよい。また、センサマグネット１とロータコア１２との間の距離は、金型内面に設けた高さ位置調節ピンなどにより調整すればよい。

以上説明した本発明に係るロータ１０は、センサマグネット１にピン２が形成されており、ロータコア１２に挿入されたピン２によりセンサマグネット１とロータコア１２との位置関係が維持されたまま一体成形金型により固定される。これにより、センサマグネット１とロータコア１２とを個別に取り付けることや、機械的な固定具により固定する必要がなくなり、ロータ１０が破損してしまう可能性が低減する。

センサマグネット１に形成された切り欠き３により、金型に充填された樹脂１１が切り欠き３を流動し、センサマグネット１をくまなく覆うことができる。

センサマグネット１の突起が形成された面の縁部にテーパ部４が形成されており、金型に樹脂１１が充填されると、センサマグネット１が押し上げられ、浮上する。これにより、センサマグネット１とロータコア１２との距離が一定に保たれる。

テーパ部４は、センサマグネット１の内周縁部に設ければよい。

テーパ部４は、センサマグネット１の外周縁部に設けられていてもよい。

ロータコア１２は、外輪５と、外輪５と同軸上の内側に配置された内輪７と、により形成されているため、ロータ１０の電食を抑制することができる。

ロータコア１２とセンサマグネット１とが一体成形された回転電機１００は、駆動によるがたつきが生じることがないため、駆動時の騒音を低減することができる。

ロータ１０の製造過程においては、センサマグネット１のピン２をセンサマグネット挿入孔６ｂに挿入した状態で金型に樹脂１１が充填され、センサマグネット１とロータコア１２とが固着される。このとき、センサマグネット１は、樹脂１１の嵩の増加に伴い、金型内部の上面まで浮上した状態で固着されることになる。これにより、センサマグネット１とロータコア１２との距離が一定なロータ１０を容易に得ることができる。また、センサマグネット１とロータコア１２は、一体成形されるため、それらを個別に取り付ける作業や、そのための部品を不要にできる。

１ センサマグネット、２ ピン、３ 切り欠き、４ テーパ部、５ 外輪、５ａ、７ａ 凹凸部、５ｂ、７ｂ 引っかかり、５ｃ 空間、６ａ メインマグネット挿入孔、６ｂ センサマグネット挿入孔、７ 内輪、８ シャフト、８ａ シャフト挿入孔、９ メインマグネット、１０ ロータ、１１ 樹脂、１２ ロータコア、１３ ベアリング、１００ 回転電機。

Claims (10)

1. 複数の挿入孔が形成された円筒状のロータコアと、
   前記ロータコアと同軸上に配置された円環状のセンサマグネットと、
   を備え、
   前記センサマグネットは、
   前記ロータコアの方向に突出する複数の突起部を有し、
   前記突起部が前記挿入孔に挿入され、
   前記ロータコアと、前記センサマグネットとが樹脂により固着され、
   前記樹脂は、前記センサマグネットの全体を覆う、
   ロータ。
2. 前記センサマグネットは、
   前記突起部が設けられた面に形成された複数の切り欠きを有する、
   請求項１に記載のロータ。
3. 前記センサマグネットは、
   前記センサマグネットの縁部に形成され、前記ロータコアの方向を向くテーパ部を有する、
   請求項１又は２に記載のロータ。
4. 前記テーパ部は、
   前記センサマグネットの内周縁部に形成された、
   請求項３に記載のロータ。
5. 前記テーパ部は、
   前記センサマグネットの外周縁部に形成された、
   請求項３に記載のロータ。
6. 前記ロータコアは、
   外輪と、
   前記外輪と同軸上に配置された内輪と、から形成される、
   請求項１〜５のいずれか一項に記載のロータ。
7. 複数の挿入孔が形成された円筒状のロータコアと、
   前記ロータコアと同軸上に配置された円環状のセンサマグネットと、
   を備え、
   前記センサマグネットは、
   前記ロータコアの方向に突出する複数の突起部と、
   前記突起部が設けられた面に形成された複数の切り欠きと、を有し、
   前記突起部が前記挿入孔に挿入され、
   前記ロータコアと、前記センサマグネットとが樹脂により固着された、
   ロータ。
8. 複数の挿入孔が形成された円筒状のロータコアと、
   前記ロータコアと同軸上に配置された円環状のセンサマグネットと、
   を備え、
   前記センサマグネットは、
   前記ロータコアの方向に突出する複数の突起部と、
   前記センサマグネットの縁部に形成され、前記ロータコアの方向を向くテーパ部と、を有し、
   前記突起部が前記挿入孔に挿入され、
   前記ロータコアと、前記センサマグネットとが樹脂により固着された、
   ロータ。
9. 請求項１〜８のいずれか一項に記載のロータを備えた、
   回転電機。
10. 複数の挿入孔が形成された円筒上のロータコアと、表面から突出する複数の突起部が形成された円環状のセンサマグネットとを同軸上に配置する工程と、
    前記突起部を前記挿入孔に挿入して位置決めする工程と、
    位置決めされた前記ロータコアと、前記センサマグネットとを樹脂により一体成形し、前記センサマグネットの全体を前記樹脂により覆う工程と、を有する、
    ロータの製造方法。

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