JPH02262863A - 永久磁石回転機 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】 ［発明の目的］ （産業上の利用分野） 本発明はＤＣブラシレスモータ、同期モータ等に用いら
れるロータ等の永久磁石回転機に関する。

この永久磁石回転機は例えば数万ｒｐｍ〜数十万ｒｐｍ
以上の超高速で回転する場合に適用できる。

（従来の技術） 従来より例えばＤＣブラシレスモータでは、永久磁石回
転機として偏平形ロータを使用したものがある。この偏
平形ロータは、第１０図および第１１図に示すように、
固定板９００にベアリング９０１を介して回転可能に保
持されたシャフト９０２と、シャフト９０２に同軸的に
ストッパ９０３を介して固定されたディスク９０４と、
ディスク９０４に保持された適数個の永久磁石９０５と
で構成されている。永久磁石９０５は軸方向に磁極とし
てのＮ極、Ｓ極をもつ。そして第１１図に示すように永
久磁石９０５のＮ極およびＳ極が円周上にそって交互に
配置されている。このロータでは、各永久磁石９０５は
ディスク９０４に接着剤により接着されている。

そして、固定板９００に保持されている駆動コイル９０
６に通電して、永久磁石９０５の（ｆａｔ　％の位置に
応じて回転磁界を与えると、ロータがシャフト９０２と
共にシャフト９０２を中心として回転する。

（弁明が解決しようとする課題） ところで上記したロータでは、ロータの回転数が超高速
回転になると、例えば１万ｒｐｍを越えると、遠心力が
極めて大きくなるので、永久磁石９０５をディスク９０
４に固定している接着剤が剥がれることがある。殊にロ
ータの回転のスタート時やストップ時に接着剤が剥がれ
易い。このとき、永久磁石９０５が脆い材料からなる場
合には、永久磁石９０５が遠心力で外方へ移動し破壊す
ることになる。そのため超高速回転する従来の回転機で
は永久磁石９０５として、脆い材料、例えば、残留磁束
密度や保磁力が優れているが極めて脆いザマリウムーコ
バルト系の焼結材料を用いることか事実上不可能であっ
た。

本発明は上記した実情に鑑みなされたものであり、その
目的は、永久磁石の破壊を回避するのに有利であり、永
久磁石をサマリウム−コバルト系の焼結材料のように脆
い材料で形成した場合であっても超高速で回転するのに
適する永久磁石回転機を提供することにある。

［発明の構成］ （課題を解決するための手段） 本発明の永久磁石回転機は、回転可能に保持されるシャ
フトと、シャフトに同軸的に固定され少なくとも片面に
開口する凹部をもつ非磁性金属材料からなるディスクと
、凹部と対応する形状をもち凹部に嵌装されシャフトの
長さ方向に異なる磁極をもつ永久磁石と、永久磁石を凹
部に１矢装した状態でディスクに溶接で固定され凹部の
少なくとも一方の開口を閉じる強磁性金属材料からなる
カバー部とで構成され、永久磁石はディスクとカバー部
とで又は相対向する前記カバー部とで挟持されているこ
とを特徴とするものでおる。

非磁性金属材料としては例えばオーステナイト系のステ
ンレス鋼を採用でき、強磁性金属材料としてはフェライ
ト系又はマルテンサイト系のステンレス鋼を採用できる
。

溶接手段としては、熱影響部が少なくて済みかつ溶は込
みが狭くて深いレーザビーム溶接または電子ビーム溶接
を採用できる。電子ビーム溶接は通常、減圧下あるいは
真空下で行う。

永久磁石をディスクとカバー部とで、又は相対向するカ
バー部とで挟持するにあたっては、例えば、凹部の深さ
寸法よりも永久磁石の長さ寸法を若干太き目に設定し、
そして、互いに溶接で結合されたディスクとカバー部と
で、又は相対向するカバー部とで永久磁石を挟持する構
造にできる。

この場合、永久磁石の長さ寸法が３〜７ｍｍ程度の場合
には、永久磁石は凹部の深さ寸法よりも０゜０５〜Ｑ、
２ｍｍ程度太き目に設定できる。

溶接する一例について説明する。即ち、レーザビームや
電子ビームを照射する照射装置をディスクに対向させ、
その状態で照ｔＪＪ装置及びディスクの少なくとも一方
を周方向に相対回転させることにより行なうことができ
る。また、照射装置の出力値を下げた状態で、ディスク
とカバー部との溶接すべき境界部分にビームを照射させ
る合わせ工程と、合わせ工程後に照射装置の出力値を上
げた状態で、ディスクとカバー部との溶接すべき境界部
分にビームを照射さける溶接工程とを順に実施すること
ができる。

（作用） 凹部に嵌装された永久磁石はディスクとカバー部とで、
又は、相対向するカバー部とで挟持されているので、永
久磁石の凹部での動きは抑止される。従って、ディスク
が超高速で回転する場合であっても、永久磁石は破壊し
にくくなる。

（実施例） 以下本発明の永久磁石回転機を、ＤＣブラシレスモータ
の偏平ロータに適用した一実施例にしたがって第１図〜
第３図を参照して説明する。

本実施例では、第１図〜第３図に示すように、永久磁石
回転機としてのロータは、非磁性又は強磁性の金属又は
セラミックスからなるシャフト１と、非磁性金属材料と
してのオーステティ１〜系ステンレスｉ閾（ＳＵＳ３０
４）からなるディスク２と、サマリウム−コバルト系の
焼結材料からなる永久磁石３と、強磁性金属材料として
のマルテンサイト系ステンレス＆ｌ１ｌｌ　（ＳＵＳ６
３０）からなるカバー部４とで構成されている。

更に説明を加える。即ち、シャフト１はその一端が固定
板５の軸受１０に回転可能に保持されている。

ディスク２の中央部にはシャフト孔２０が形成されてい
る。更にディスク２のうち固定板５側の片面には、永久
磁石３嵌装用の凹部２１が形成されている。本実施例で
は、凹部２１は、浅底状でかつディスク２の軸芯のまわ
りをリング状に連続する第１凹部２１０と、第１凹部２
１０の底部に第１凹部２１０よりも深く形成された円筒
空洞状の適数個の第２凹部２１１とで形成されている。

第１図に示すように第１凹部２１０は、幅がＤ１寸法で
かつ深さが８１寸法とされている。また、第２凹部２１
１は、径がＤ２寸法でかつ深さがＨ２寸法とされている
。

このようにディスク２に浅底状の第１凹部２１０が形成
されているので、第２図に示すようにディスク２には内
周リング部２３および外周リング部２４が形成されてい
る。そしてディスク２のシャフト孔２０にシャフト１を
挿通した状態で、ディスク２はシャフト１に止め輪２５
を介してシャフト１と同軸的に固定されている。

永久磁石３は軸長が短い円柱形状をなしており、第２凹
部２１１と酷似する形状とされている。永久磁石３は焼
結材料で形成されているので、焼結の際の収縮等の影響
を受けて寸法安定性が厳密な意味では充分でない。その
ため各永久磁石３は現物合わせにより第２凹部２１１に
嵌装されている。

第２凹部２１１に嵌装された永久磁石３は、シャフト１
の長さ方向に異なる磁極をもつ。即ち、固定板５側の平
面形態をあられす第２図に示すように、隣設し合う３個
の永久磁石３は固定板５側がＳ極とされ、また、別の部
分で隣設し合う３個の永久磁石３は固定板５側がＮ極と
されている。尚、永久磁石３の長さ寸法は４ｍｍ程度で
あり、第２凹部２１１の深さ寸法Ｈ２よりもＱ、１ｍｍ
程度太き目に設定されている。

カバー部４は薄肉の半リング状をなしている。

そして、各永久磁石３を第２凹部２１１に嵌装した状態
で、浅底状の第１凹部２１０にカバー部４を嵌合すると
共に、非磁性材料としてのオーステナイト系ステンレス
鋼（ＳＵＳ３０４）からなる仕切板６をカバー部４１間
に実質的に隙間なく装備する。そしてその状態で、カバ
ー部４の内周部と内周リング部２３とを溶接するととも
に仕切板６の内周部と内周リング部２３とを溶接し、こ
れにより内周側でリング状に連続する溶接部位２６で結
合し、更に、カバ二部４の外周部と外周リング部２４と
を溶接するとともに仕切板６の外周部と外周リング部２
４とを溶接し、これにより外周側でリング状に連続する
溶接部位２７で結合している。これにより各カバー部４
は仕切板６と共にディスク２に一体的に固定され、以て
カバー部４は仕切板６と共に第１凹部２１０の開口を密
閉している。この状態では強磁性材料からなる各カバー
部４は永久磁石３により磁化される。尚、仕切板６は磁
力線のショートを防止するためのものである。

本実施例では上記した溶接を行なう手段としてはレーザ
ビーム溶接を採用している。レーザビーム溶接は熱影響
部が極めて少ないので、永久磁石３の熱劣化を抑制し得
るかあるいは無くし得る利点がある。

前記したようにカバー部４は仕切板６と共に外周部およ
び内周部において溶接されてディスク２に固定されてい
るので、第２凹部２１１内に嵌装された永久磁石３はデ
ィスク２とカバー部４とで挟持されている。従って永久
磁石３は、永久磁石３と酷似した形状をもつ第２凹部２
１１内でずれ動くことを抑止されている。

特に本実施例では永久磁石３の軸方向の長さ寸法は第２
凹部２１１の深さ寸法よりも若干太き目に設定されてい
るため、永久磁石３の挟持度が増加する。そのため、永
久磁石３の動きも一層確実に抑止される。

なお、前記した固定板５には駆動コイル５０が４相配列
で配置されている。

ざて、駆動コイル５０に通電して、永久磁石３の磁極の
位置に応じて適当な回転磁界を与えると、ディスク２つ
まりロータがシャフト１を中心として回転する。ロータ
の回転数が数万ｒｐｍ〜数十万ｒｐｍと超高速になった
場合には遠心力が極めて大きくなるが、永久磁石３はカ
バー部４とディスク２とによって挟持され動きが規制さ
れているので、高速回転時、超高速回転時において永久
磁石３が動いて動的なバランスがくずれることを回避で
き、故に永久磁石３はこの遠心力に耐えることが可能と
なり、従って、遠心力に起因する永久磁石３の破壊を回
避できる。

更に溶接後にカバー部４に、永久磁石３を挟持する方向
に作用する熱収縮が作用することを期待できる場合には
、永久ｍ石３をディスク２とカバー部４とで挟持する力
の向上を期待できるので、超高速回転時における永久磁
石３の破壊回避に一層有利でおる。

更に本実施例では第２図から明らかなように永久磁石３
は径小の円柱状をなしているので、永久磁石３を溶接部
位２６．２７から遠ざけ得て、永久磁石３と溶接部位２
６．２７との距離を確保できるので、溶接時における永
久磁石３の熱劣化を防止するのに有利であり、従って永
久磁石３の磁気特性維持に有利である。

本発明の異なる実施例を第４図〜第６図に示す。

この例の場合にもＤＣブラシレスモータの偏平形ロータ
に適用した場合である。第４図〜第６図に示す例は、前
記した実施例の場合と基本的には同じ構成である。但し
、第２凹部２１１の形状は、幅寸法Ｄ３の半円リング状
をなしており、永久磁石３の形状も第２凹部２１１に酷
似するように半円リング状をなしている。そして永久磁
石３はこれの軸方向に磁極をもち、第５図に示すように
平面形態において半分がＮ極とされ、他の半分がＳ極と
されている。この実施例においても、ロータの回転数が
数万ｒｐｍ〜数十万ｒｐｍと超高速になった場合にも、
永久磁石３はカバー部４とディスク２とによって挟持さ
れ動きが規制されているので、永久磁石３はこの遠心力
に耐えることが可能となり、従って、遠心力に起因する
永久磁石３の破壊を回避できる。又、第４図〜第６図に
示す例にかかる永久磁石３は半円リング状をなしている
ので、同じ磁石材質で作製する場合であっても、磁極面
積を増加させ得、残留磁束密度を大目にできる。

本発明の更に異なる実施例を第７図〜第９図に示す。こ
の例の場合にはＤＣブラシレスモータの偏平形ロータに
適用した場合である。第７図〜第９図に示す例は、前記
した第１図〜第３図に示した実施例の場合と基本的には
同じ構成である。但し、第９図に示すように固定板５に
はリング状の基盤５１を介して適数個のホール素子５２
が等間隔で分散して設けられている。

この実施例においてロータがシャフト１と共に回転する
と、永久磁石３もシャフト１のまわりを回転し、永久磁
石３がホール素子５２に文種磁界を与え、ホール素子５
２の出力電圧が変化する。

従って、ディスク２ひいてはシャフト１の回転角度位置
を検出することができる。この実施例においても、ロー
タの回転数が数万ｒｐｍ〜数十万ｒｐｍと超高速になっ
た場合にも、永久磁石３はカバー部４とディスク２とに
よって挟持され動きが規制されているので、前述同様に
遠心力に起因する永久磁石３の破壊を回避できる。

本発明の別の実施例を第１２図〜第１５図に示す。第１
２図に示す実施例は第１図〜第３図に示す実施例と基本
的には同じ構成をしている。但し、永久磁石３嵌装用の
凹部２１は貫通して厚み方向の両側が開口しており、適
数個形成された貫通する第２凹部２１１の両側に浅底状
の第１凹部２１０がリング状に形成されている。そして
永久磁石３は、相対向するように第１凹部２１０に嵌合
されたカバー部４で両側から挟持されている。この実施
例では駆動コイル５０も両側に配置されている。この実
施例では、もれ磁束の回避に有利であり、永久磁石３の
軸方向の両側で全ての磁束を有効に利用することができ
、永久磁石３を小型化するのに有利である。

その他、本発明は上記しかつ図面に示す実施例のみに限
定されるものではなく、例えば、永久磁石３と駆動コイ
ル５０との間の磁気的なギャップが大きくできる場合に
は、カバー部４および仕切板６を非磁性金属材料で一体
的に形成してもよく、また、永久磁石３はサマリウム−
コバルト系の焼結材料以外のもの例えばネオジウム−鉄
−ボロン系でもよい等、必要に応じて適宜変更して実施
し得るものである。

［発明の効果］ 本発明の永久磁石回転機によれば、凹部に永久磁石を嵌
装した状態でディスクにカバー部が溶接で固定されてい
るので、永久磁石はカバー部とディスクで挟持され、又
は相対向するカバー部で挟持され、動きが規制されてお
り、従って、ディスクが超高速で回転する場合であって
も、永久磁石は破壊しにくくなる。

【図面の簡単な説明】

第１図〜第３図は本発明の一実施例を示し、第１図は断
面図、第２図は第１図のＢ−Ｂ線矢視図、第３図は第１
図のＣ−Ｃ線矢視図である。 第４図〜第６図は本発明の異なる実施例を示し、第４図
は断面図、第５図は第４図の８−８線矢視図、第６図は
第４図のＣ−Ｃ線矢視図である。 第７図〜第９図は本発明の更に異なる実施例を示し、第
７図は断面図、第８図は第７図のＢ−Ｂ線矢視図、第９
図は第７図のＣ−Ｃ線矢視図である。 第１０図および第１１図は従来を示し、第１０図は断面
図、第１１図は第１０図のＢ−Ｂ線矢視図である。 第１２図〜第１５図は本発明の別の実施例を示し、第１
２図は断面図、第１３図は第１２図のＢ−Ｂ線矢視図、
第１４図は第１２図のＣ−Ｃ線矢視図、第１５図は第１
２図のＤ−Ｄ線矢視図である。 図中、１はシャフト、２はディスク、２１は凹部、２１
０は第１凹部、２１１は第２凹部、３は永久磁石、４は
カバー部を示す。 特許出願人　　アイシン精機株式会社

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. （１）回転可能に保持されるシャフトと、前記シャフト
   に同軸的に固定され少なくとも片面に開口する凹部をも
   つ非磁性金属材料からなるディスクと、前記凹部と対応
   する形状をもち凹部に嵌装され前記シャフトの長さ方向
   に異なる磁極をもつ永久磁石と、前記永久磁石を凹部に
   嵌装した状態で前記ディスクに溶接で固定され前記凹部
   の少なくとも一方の開口を閉じる強磁性金属材料からな
   るカバー部とで構成され、前記永久磁石は前記ディスク
   と前記カバー部とで又は相対向する前記カバー部とで挟
   持されていることを特徴とする永久磁石回転機。