JP7235074B2 - 永久磁石式回転電機、及び磁石の位置決め構造 - Google Patents

Description

本発明は、永久磁石式回転電機、及び磁石の位置決め構造に関する。

従来、アウターロータ型の回転電機であって、ステータと対向するロータの内周面に永久磁石を固定する永久磁石式回転電機が知られている。特許文献１では、樹脂等の非磁性材料のマグネットホルダを永久磁石が嵌まる形状に加工し、マグネットホルダによって永久磁石の位置決めをする構造を開示している。

特許第６３２６６６２号公報

しかしながら、特許文献１では樹脂等の非磁性材料のマグネットホルダを用いるため、マグネットホルダの強度に問題があるという問題があった。このため、マグネットホルダを固定するねじの締結力を高めることが出来ず、例えば、ロータの内周面に永久磁石を接着剤で接着してあっても、接着剤がはがれた場合には、永久磁石に対し周方向にかかる力がねじの締結力に抗いマグネットホルダを周方向に移動させるおそれがあった。また、樹脂部品の製作には高価な型の制作が必要であり、寸法や形状を変更する際にはその都度、型の制作が必要であった。このため、従来、磁石の位置決めに改善の余地があった。

本発明は、磁石の位置決めを改善した永久磁石式回転電機を提供することを目的とする。

本発明の一態様に係る永久磁石式回転電機は、ステータと、前記ステータの径方向外側に配置されたロータと、を有する永久磁石式回転電機であって、前記ロータは、前記ステータとギャップを介して対向するロータヨークと、前記ロータヨークの面のうち前記ステータと対向する対向面に配置された永久磁石と、前記永久磁石の周方向位置を位置決めする板部材と、を有し、前記対向面は、径方向外側に凹むスリットを有し、前記板部材は、前記スリットに嵌まり周方向位置を固定された嵌合部と、前記嵌合部から径方向内側に突出する凸部と、を有し、前記永久磁石は、その周方向端が前記凸部に接し、前記凸部の軸方向一方側端は、前記永久磁石の軸方向一方側端よりも軸方向他方側に位置し、前記凸部の軸方向他方側端は、前記永久磁石の軸方向他方側端よりも軸方向一方側に位置する。

上記の一態様の永久磁石式回転電機において、前記嵌合部は、軸方向に延びるピンによって前記ロータヨークに固定される。

上記の一態様の永久磁石式回転電機において、前記対向面は、前記嵌合部よりも径方向内側に位置する。

上記の一態様の永久磁石式回転電機において、前記永久磁石の径方向内側の面は、前記凸部よりも径方向内側に位置する。

本発明の一態様に係る磁石の位置決め構造は、環状のロータヨークの内周面に永久磁石を位置決めする磁石の位置決め構造であって、前記永久磁石の周方向位置を位置決めする板部材を有し、前記ロータヨークの内周面は、径方向外側に凹むスリットを有し、前記板部材は、前記スリットに嵌まり周方向位置を固定された嵌合部と、前記嵌合部から径方向内側に突出する凸部と、を有し、前記永久磁石は、その周方向端が前記凸部に接することで位置決めされ、前記凸部の軸方向一方側端は、前記永久磁石の軸方向一方側端よりも軸方向他方側に位置し、前記凸部の軸方向他方側端は、前記永久磁石の軸方向他方側端よりも軸方向一方側に位置する。

本発明の一態様によれば、磁石の位置決めを改善した永久磁石式回転電機を提供することが出来る。

本発明の第１実施形態に係るモータの斜視図である。 第１実施形態のモータ１０の側断面である。 第１実施形態のモータ１０の側面図に対し、底面が見えるように傾けて示す図である。 第１実施形態のモータ１０を、ピン３０を通り軸方向と平行な面で切断して示す側断面図であって、ピン３０の近傍を拡大して示す図である。 図３の永久磁石１９及び板部材２０を抜き出して示す図である。 図５の永久磁石１９及び板部材２０を、－Ｙ側から見た斜視図である。

以下、図面を参照しながら、本発明の実施形態に係る永久磁石式回転電機について説明する。なお、以下の図面においては、各構成をわかり易くするために、実際の構造と各構造における縮尺及び数等を異ならせる場合がある。

また、図面においては、適宜３次元直交座標系としてＸＹＺ座標系を示す。ＸＹＺ座標系において、Ｚ軸方向は、図１に示す中心軸Ｊの軸方向と平行な方向とする。Ｘ軸方向は、中心軸Ｊに対する径方向のうち図２の左右方向とする。Ｙ軸方向は、Ｚ軸方向及びＸ軸方向の両方と直交する方向とする。Ｘ軸方向、Ｙ軸方向、及びＺ軸方向のいずれにおいても、図中に示す矢印が指す側を＋側、反対側を－側とする。

また、以下の説明においては、Ｚ軸方向の正の側（＋Ｚ側）を「一方側」と呼び、Ｚ軸方向の負の側（－Ｚ側）を「他方側」と呼ぶ。なお、一方側及び他方側とは、単に説明のために用いられる名称であって、実際の位置関係及び方向を限定しない。また、特に断りのない限り、中心軸Ｊに平行な方向（Ｚ軸方向）を単に「軸方向」と呼び、中心軸Ｊを中心とする径方向を単に「径方向」と呼び、中心軸Ｊを中心とする周方向、すなわち、中心軸Ｊの軸周りを単に「周方向」と呼ぶ。径方向において中心軸Ｊに近づく側を「径方向内側」と呼び、中心軸Ｊから遠ざかる側を「径方向外側」と呼ぶ。

なお、本明細書において、「軸方向に延びる」とは、厳密に軸方向（Ｚ軸方向）に延びる場合に加えて、軸方向に対して、４５°未満の範囲で傾いた方向に延びる場合も含む。また、本明細書において、「径方向に延びる」とは、厳密に径方向、すなわち、軸方向（Ｚ軸方向）に対して垂直な方向に延びる場合に加えて、径方向に対して、４５°未満の範囲で傾いた方向に延びる場合も含む。また「平行」とは、厳密に平行な場合に加えて、互いに成す角が４５°未満の範囲で傾いた場合も含む。

＜第１実施形態＞
図１は、本発明の第１実施形態に係るモータの斜視図である。図１のモータ１０は、永久磁石式回転電機の一例である。図２は、第１実施形態のモータ１０の側断面である。図１においては、固定軸１３並びに軸受１４及び１５の図示を省略している。

モータ１０は、中心軸Ｊに沿って延びる固定軸１３と、ステータ１２と、ステータ１２の径方向外側にギャップを介して配置されたロータ１１とを有する。ステータ１２の構成は本発明の要部ではないので、ステータ１２の詳細な構成の図示は省略する。固定軸１３は、例えばステータ１２に固定される。ロータ１１は、径方向内側に中空軸部１６を有する。固定軸１３は、中空軸部１６を貫通する。ロータ１１は、中心軸Ｊを回転中心にして回転可能なように軸受１４及び１５を介して固定軸１３に軸支される。

ロータ１１は、ステータ１２とギャップを介して対向するロータヨーク１７を有する。ロータヨーク１７は、円環状部材である。ロータヨーク１７は、電磁鋼板を軸方向に積層して成る積層鋼板で形成される。ロータヨーク１７は、積層鋼板ではなく、鉄心をくり抜いたものを用いてもよい。ロータ１１は、永久磁石１９（図３参照）を有する。永久磁石１９は、ロータヨーク１７の内周面１８ａに固定される。ロータヨーク１７は、内周面１８ａ及び内周面１８ｂを有する。内周面１８ａは、ステータ１２と対向する対向面の一例である。内周面１８ｂは、内周面１８ａよりも径方向内側に位置する。永久磁石１９の軸方向一方側端が、内周面１８ｂと内周面１８ａとの径方向の段差に接するようにしてもよい。

図３は、第１実施形態のモータ１０の側面図に対し、底面が見えるように傾けて示した図である。ロータヨーク１７の内周面１８ａは、径方向外側に凹むスリット１８ｃを有する。スリット１８ｃは、内周面１８ａの全周に亘って形成される。スリット１８ｃは、旋盤等による切削加工で形成してもよい。スリット１８ｃの形成は、スリット１８ｃを形成したい軸方向位置に、内周面１８ａよりも内径が大きい電磁鋼板を挟んで電磁鋼板を積層することで行ってもよい。

ロータ１１は、板部材２０を有する。ロータヨーク１７のスリット１８ｃに嵌まる。板部材２０は、永久磁石１９の周方向位置を位置決めする。永久磁石１９は、周方向の全周に亘って配置されるが、図３では５個の永久磁石１９だけを図示している。板部材２０は、周方向の全周に亘って配置されるが、図３では３個の板部材２０だけを図示している。ロータヨーク１７は、スリット１８ｃに嵌まった板部材２０を固定するピン３０が挿入される貫通孔１１ａを有する。貫通孔１１ａは軸方向に延びる。

図４は、第１実施形態のモータ１０を、ピン３０を通り軸方向と平行な面で切断して示す側断面図であって、ピン３０の近傍を拡大して示す図である。貫通孔１１ａは、ロータヨーク１７の軸方向他方側端からスリット１８ｃへと貫通する。貫通孔１１ａは、スリット１８ｃから更にロータヨーク１７の軸方向一方側へと延びてもよい。板部材２０は、軸方向に延びる貫通孔２０ｃを有する。板部材２０がスリット１８ｃに嵌まることで、貫通孔１１ａと貫通孔２０ｃとが連通する。連通する貫通孔１１ａ及び貫通孔２０ｃにピン３０が嵌まることで、スリット１８ｃに板部材２０が固定される。

図５は、図３の永久磁石１９及び板部材２０を抜き出して示す図である。図６は、図５の永久磁石１９及び板部材２０を、－Ｙ側から見た斜視図である。永久磁石１９は、立方体形状である。永久磁石１９の面のうち径方向内側の面である面１９ａは、ステータ１２と対向する。永久磁石１９の面のうち径方向外側の面である面１９ｂは、ロータヨーク１７の内周面１８ａと対向する。

板部材２０は、嵌合部２０ａと、嵌合部２０ａから径方向内側に突出する凸部２０ｂと、を有する。嵌合部２０ａは、平板上の部材である。スリット１８ｃの軸方向の幅は、板部材２０の軸方向の厚さとほぼ等しく、嵌合部２０ａはスリット１８ｃに嵌まる。嵌合部２０ａは、軸方向に貫通する貫通孔２０ｃを有する。本実施形態では、１つの板部材２０は、３つの凸部２０ｂを有する。１つの板部材２０に設ける凸部２０ｂの数は３つ以外であってもよい。本実施形態では、１つの板部材２０は、２つの貫通孔２０ｃを有する。１つの板部材２０に設ける貫通孔２０ｃの数は２つ以外であってもよい。嵌合部２０ａは、スリット１８ｃに嵌まった状態で、ロータヨーク１７の貫通孔１１ａと貫通孔２０ｃとを連通してピンが挿入されることで、周方向位置を固定される。なお、スリット１８ｃ内の嵌合部２０ａとロータヨーク１７とを、ねじ止めする構成であってもよい。貫通孔１１ａと貫通孔２０ｃとを連通するピンとしては、貫通孔１１ａ及び貫通孔２０ｃと隙間なく接するピンであることが望ましく、例えば平行ピンまたはノックピンを用いることが出来る。

或る凸部２０ｂと、この或る凸部２０ｂと周方向で隣接する別の凸部２０ｂとの間の周方向長さは、永久磁石１９の周方向長さとほぼ等しく、永久磁石１９は、この凸部２０ｂ同士の間に嵌まる。永久磁石１９は、その周方向端が凸部２０ｂに接することで、周方向位置を固定される。

本実施形態の板部材２０は、１つの板部材２０で３つの永久磁石１９の位置決めをし、或る板部材２０と、この或る板部材２０と別の板部材２０とを周方向で並べた場合、或る板部材２０の凸部２０ｂのうち別の板部材２０に最も近い凸部２０ｂと、別の板部材２０の凸部２０ｂのうち或る板部材２０に最も近い凸部２０ｂとの間に、永久磁石１９を１つ配置し、位置決めすることが出来る。このとき、板部材２０の凸部２０ｂのうち最も周方向外側の凸部２０ｂから、その凸部２０ｂに近い側の嵌合部２０ａの周方向端までの周方向長さは、永久磁石１９の周方向長さの１／２以下である。

板部材２０は、例えば板金である。このため、嵌合部２０ａとロータヨーク１７との締結力を高めることが出来る。板部材２０が非磁性材料の場合、板部材２０部分の磁石のパーミアンスが低下し磁束密度が下がるため、板部材２０は磁性材料であることが望ましい。板部材２０の材質は、例えばＳＰＨＣである。板部材２０は、板部材２０にかかる力に対して強度（応力、面圧）を満たす材質であることが望ましい。

ロータヨーク１７の内周面１８ａは、嵌合部２０ａよりも径方向内側に位置する。または、嵌合部２０ａは、内周面１８ａよりも径方向内側に突出しない。これにより、永久磁石１９の内周面１８ａへの接着剤による固定がしやすい。

永久磁石１９の径方向内側の面である面１９ａは、凸部２０ｂよりも径方向内側に位置する。または、凸部２０ｂは、永久磁石１９の面１９ａよりも径方向内側に突出しない。これにより、ロータ１１とステータ１２との間のギャップに凸部２０ｂを突出させることがない。凸部２０ｂが、内周面１８ａから径方向内側に突出する突出量は、永久磁石１９の周方向位置を固定するために必要な強度（応力、面圧）を満たす突出量とする。凸部２０ｂが径方向内側に延びる長さを長くすると、板部材２０が磁性材料なので漏れ磁束が増え、ギャップの磁束密度が低下する。従って、凸部２０ｂの径方向長さは、機械的に強度を満たす範囲で最小限の高さとするのが望ましい。

本実施形態のロータ１１を製造するにあたっては、まず、円環状のロータヨーク１７にスリット１８ｃを形成する。続いて、板部材２０をスリット１８ｃに嵌め、ピンで固定する。続いて、ロータヨーク１７の内周面１８ａに接着剤を塗布し、板部材２０の凸部２０ｂを基準にして永久磁石１９を位置決めし、永久磁石１９を内周面１８ａに接着して固定する。

本実施形態によれば、スリット１８ｃの形成に要する時間は短く、加工時間の短縮が実現できる。また、本実施形態によれば、板部材２０は、例えばレーザー加工により比較的容易に製作が可能である。また、本実施形態によれば、永久磁石１９の位置を決めるための部品は、板金の板部材２０であるため樹脂成形のような型を必要とせず、型製作費用、および寸法や形状を変更する際の費用が発生しない。また、本実施形態によれば、板部材２０はピンによってロータヨーク１７に保持されているため、モータトルクを受けた際に板部材２０が動くことはない。

本発明は、上記実施形態に限定されることなく、本発明の趣旨を逸脱しない範囲において、種々の改良並びに設計の変更を行ってもよい。加えて、今回開示された実施形態は、全ての点で例示であって制限的なものではないと考えられるべきである。本発明の範囲は、上記した説明ではなくて特許請求の範囲によって示され、特許請求の範囲と均等の意味及び範囲内での全ての変更が含まれることが意図される。

１０…モータ、１１…ロータ、１２…ステータ、１３…固定軸、１７…ロータヨーク、１８ｃ…スリット、１９…永久磁石、２０…板部材

Claims (5)

1. ステータと、前記ステータの径方向外側に配置されたロータと、を有する永久磁石式回転電機であって、
   前記ロータは、前記ステータとギャップを介して対向するロータヨークと、前記ロータヨークの面のうち前記ステータと対向する対向面に配置された永久磁石と、前記永久磁石の周方向位置を位置決めする板部材と、を有し、
   前記対向面は、径方向外側に凹むスリットを有し、
   前記板部材は、前記スリットに嵌まり周方向位置を固定された嵌合部と、前記嵌合部から径方向内側に突出する凸部と、を有し、
   前記永久磁石は、その周方向端が前記凸部に接し、
   前記凸部の軸方向一方側端は、前記永久磁石の軸方向一方側端よりも軸方向他方側に位置し、前記凸部の軸方向他方側端は、前記永久磁石の軸方向他方側端よりも軸方向一方側に位置する、
   永久磁石式回転電機。
2. 前記嵌合部は、軸方向に延びるピンによって前記ロータヨークに固定される、
   請求項１に記載の永久磁石式回転電機。
3. 前記対向面は、前記嵌合部よりも径方向内側に位置する、
   請求項１又は２に記載の永久磁石式回転電機。
4. 前記永久磁石の径方向内側の面は、前記凸部よりも径方向内側に位置する、
   請求項１から３のいずれか１項に記載の永久磁石式回転電機。
5. 環状のロータヨークの内周面に永久磁石を位置決めする磁石の位置決め構造であって、
   前記永久磁石の周方向位置を位置決めする板部材を有し、
   前記ロータヨークの内周面は、径方向外側に凹むスリットを有し、
   前記板部材は、前記スリットに嵌まり周方向位置を固定された嵌合部と、前記嵌合部から径方向内側に突出する凸部と、を有し、
   前記永久磁石は、その周方向端が前記凸部に接することで位置決めされ、
   前記凸部の軸方向一方側端は、前記永久磁石の軸方向一方側端よりも軸方向他方側に位置し、前記凸部の軸方向他方側端は、前記永久磁石の軸方向他方側端よりも軸方向一方側に位置する、
   磁石の位置決め構造。

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