JPH0956093A

JPH0956093A - 同期モータ

Info

Publication number: JPH0956093A
Application number: JP7225902A
Authority: JP
Inventors: Hiyoshi Yamada; 日吉山田; Hiroyuki Hirano; 弘之平野; Shigenori Kinoshita; 繁則木下; Kenji Endo; 研二遠藤; Nobuyuki Tokiwa; 信行常盤
Original assignee: Daido Steel Co Ltd; Fuji Electric Co Ltd; Nissan Motor Co Ltd
Current assignee: Daido Steel Co Ltd; Fuji Electric Co Ltd; Nissan Motor Co Ltd
Priority date: 1995-08-10
Filing date: 1995-08-10
Publication date: 1997-02-25

Abstract

(57)【要約】【課題】磁石の脱落や磁石の破損の恐れがなく、かつ
確実に磁石とヨーク部が固定された、耐久性の高い同期
モータを提供する。【解決手段】ロータ６は、ステータ３内に回転可能に
配置される。一端にツバ状突起部６２を備え、モータ軸
５９を中心とする円筒状のヨーク部６０の外周上には、
磁極が周方向に沿って互い違いに隣合うように着磁され
た２個の円筒状の磁石６３ａと６３ｂが中間リング６４
を挟んで同心状に配置される。中間リング６４は長孔６
５を通るピン６７により、回転方向に位置決めされる。
押力発生装置６８の皿バネ７０の押力を磁石６３ａの端
部へ加え、各磁石と中間リング６４を、側板６９とツバ
状突起部６２の間に固定する。磁石の間に中間リング６
４を設けることにより、磁石とヨーク部６０側の接触面
数が増加して、押力が小さくとも、十分な伝達トルクが
得られる。したがって、磁石に加わる圧縮応力が低減さ
れる。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】この発明は、ステータ内側に
円筒状磁石を用いたロータを設けた同期モータの構造に
関する。

【０００２】

【従来の技術】従来の同期モータとしては、例えば図１
１に示すようなものがある。この同期モータは、ステー
タ３内にロータ８を、回転可能に配置している。ロータ
８は、モータ軸５９とモータ軸５９に一体形成された磁
性体で作られている円筒状のヨーク部９０と、磁石９２
を有し、軸受け４を介してケース１およびカバー２によ
り支持される。磁石９２は、図１２の着磁模式図に示す
ように、径方向に磁極を有し、その磁極が周方向に沿っ
て互い違いに隣合うように着磁された円筒状の永久磁石
であり、ヨーク部９０の外周上に接着剤９１を介して固
定される。ステータ３は、薄板状の電磁鋼板をモータ軸
方向に積層したステータコア３１と、ステータコア３１
の軸方向に設けられる複数のスロット内に導線を巻き付
けた電気コイル３２から構成され、ケース１に固定され
る。例えば３相６極モータであれば、図１３の電気コイ
ル結線図に示される様に、３本の電力供給線Ｕ、Ｖ，Ｗ
により、交流電力を供給する。電気コイル３２に電力が
供給されると、ステータコア３１に回転磁界が発生し、
ロータ８の磁石９２との間で吸引および反発力が生じ、
ロータ８が回転する。回転検出器５で、ロータ８の回転
数、角速度、位相差等を検出し、モータ回転数や回転ト
ルクを制御する。

【０００３】他の従来の同期モータとしては、例えば図
１４に示すようなものがある。ロータ９は、モータ軸５
９とモータ軸５９に一体形成された磁性体で作られた円
筒状のヨーク部９３から構成されている。ヨーク部９３
の一端には、ツバ状突起部９４が一体形成されている。
ヨーク部９３の他端側に配置された押力発生装置６８は
側板６９、皿バネ７０、ナット７１、廻り止め７２から
構成され、磁石の端部へ軸方向の押力を加え、磁石９２
をヨーク部９３のツバ状突起部９４に押し付ける。磁石
９２とツバ状突起部９４と側板６９の間に発生する摩擦
力により、磁石９２はヨーク部９３に固定され、ロータ
９は一体で回転する。他の構成は図１１に示す従来例と
同様である。

【０００４】

【発明が解決しようとする課題】しかしながら、このよ
うな従来の同期モータのうち、ヨーク部と磁石を接着剤
によって固定する構造では、接着作業の不備や接着剤充
填不良による接着力不足や、熱疲労や繰り返し疲労によ
る接着力の低下から、磁石がヨーク部から脱落したり、
ヨーク部と磁石の熱膨張差のため、磁石が破損すること
があった。また、磁石を軸方向に押し付けて摩擦力によ
り固定する構造では、摩擦面が磁石とヨーク部のツバ状
突起部間と磁石と側板間の２箇所しかないため、ロータ
に加わる力が大きい場合には、磁石を押し付ける力、即
ち皿バネの荷重も大きくする必要が有り、磁石に過大な
軸方向圧縮応力が発生し、磁石の破損を招くことがあっ
た。したがって本発明は、上記従来の問題点に鑑み、磁
石の脱落や磁石の破損の恐れがなく、かつ確実に磁石と
ヨーク部が固定された、耐久性の高い同期モータを提供
することを目的とする。

【０００５】

【課題を解決するための手段】上記目的を達成するため
に、本発明は、円筒状のステータ内にロータを回転可能
に配置した同期モータにおいて、ロータは、モータ軸
と、モータ軸を中心とする円筒状で一端にツバ状突起部
を備えるヨーク部と、ヨーク部の外周上に配置され、径
方向に磁極を有し、磁極が周方向に沿って互い違いに隣
合うように着磁され、モータ軸方向に複数個に分割され
た円筒状の磁石と、ヨーク部の他端側に配置され、前記
磁石の端部へ、軸方向の押力を加える押力発生装置と、
ヨーク部外周面上の各磁石間に配置された中間リングと
中間リングの固定装置とを有するものとした。

【０００６】

【作用】分割した磁石の間に、ヨーク部に固定された中
間リングを設け、軸方向から押力を加えることで、磁石
とヨーク部側との接触面数を多くすることができる。磁
石に働く力をモータ軸へ伝達する場合の伝達トルクをＴ
Ｒとすると、ＴＲは磁石とヨーク部の接触部の半径を
ｒ、接触部摩擦係数をｂ、軸方向押力をＦ、磁石とヨー
ク部の接触面数をｎとすると、ＴＲ＝ｒ×ｂ×Ｆ×ｎと表せる。したがって、同一の伝達トルクを得る場合に
は、磁石とヨーク部の接触面数ｎが多くなれば、必要な
軸方向押力Ｆは反比例して小さくなる。軸方向押力Ｆが
小さくなれば、磁石に作用する軸方向圧縮応力も小さく
なる。したがって、過大な軸方向圧縮応力による磁石の
破損を防止できる。

【０００７】

【発明の実施の形態】つぎに本発明の実施の形態を実施
例により説明する。図１、図２、図３および図４は本発
明の第１の実施例の構成を示す図である。図１は全体の
構成図である。図２は、ロータ部のみを取り出して示す
図である。図３は図２におけるＢ方向からの矢視図であ
り、図４は図２におけるＡ−Ａ部断面図である。この同
期モータは、ステータ３内にロータ６を、回転可能に配
置している。ケース１、カバー２、ステータ３、軸受け
４及び回転検出器５の構成は図１４に示す従来例と同様
である。ロータ６の円筒状のヨーク部６０は、モータ軸
５９と一体形成され、磁性体で作られている。ヨーク部
６０の軸方向の略中央の位置には、リング状の島部６１
が、一端には、ツバ状突起部６２が一体形成されてい
る。ヨーク部６０の外周上には、径方向に磁極を有し、
それらの磁極が周方向に沿って互い違いに隣合うように
着磁された円筒状の磁石６３ａと６３ｂが同心状に配置
されている。

【０００８】磁石６３ａ及び磁石６３ｂの内周面とヨー
ク部６０の外周面との間には、最高使用温度時に接触に
よる破損を防止するための隙間ｔ１を設けてある。隙間
ｔ１は、ヨーク部６０の半径をｒ１、使用最高温度をＴ
２、使用常温をＴ１、ヨーク部６０の線熱膨張係数をａ
２、磁石６３ａ及び６３ｂの線熱膨張係数をａ１とする
とｔ１＞ｒ１×（Ｔ２−Ｔ１）×（ａ２−ａ１）に設定される。２個の磁石６３ａと６３ｂの間には、各
磁石の端部に挟まれた中間リング６４が設置されてい
る。中間リング６４の内径は、島部６１の外径と略同一
であり、また軸方向の幅は島部６１の軸方向の幅よりも
広い。とくに図３に示されるように、中間リング６４に
は周方向等間隔に４個の軸方向を長寸法とする長孔６５
が設けられている。

【０００９】また、図４に示される様に、ヨーク部６０
の外周上の、中間リング６４に設けられた長孔６５に対
応する位置に、孔６６が設けられている。長孔６５を通
して孔６６にはピン６７が圧入され、ピン６７は孔６６
に固定されている。ピン６７の頭部は中間リング６４の
外周面より、突出しているが、ヨーク部６０の外周面上
からの高さは、隙間ｔ１に磁石の肉厚を加えた高さより
低い。中間リング６４はピン６７をガイドとして、軸方
向には長孔６５の長寸法の範囲内で移動自由に、円周方
向には、揺るみがなく、ヨーク部６０の外周上に設置さ
れる。中間リング６４およびピン６７は、セラミックや
チタン系材料等の非磁性材料から作られ、本実施例の運
転時に中間リング６４およびピン６７に渦電流が発生す
ることが防止される。なお、ステンレス材料等の弱磁性
材料を用いても同様の効果が得られる。

【００１０】押力発生装置６８は側板６９、皿バネ７
０、ナット７１、廻り止め７２から構成される。側板６
９は磁石６３ａの端面に当接され、皿バネ７０の発生す
る押力を磁石６３ａの端面に均一な面圧として伝える。
皿バネ７０は側板６９とナット７１の間に取り付けら
れ、軸方向変位が与えられることにより、荷重を発生
し、ヨーク部６０のツバ状突起部６２と側板６９の間に
挟まれた磁石６３ａと中間リング６４と磁石６３ｂに軸
方向押力を作用させる。ナット７１はモータ軸５９に設
けられたネジ７３に噛み合い、軸心方向にねじ込まれ、
規定位置に取り付けられ、皿バネ７０に変位を与える。
廻り止め７２は内周の爪状部をモータ軸５９に設けられ
ている溝に噛み合わせ、ナット７１の緩みを防止してい
る。なお、ロータ６はモータ軸５９とヨーク部６０が一
体形成されたものを使用したが、ヨーク部６０をロータ
軸５９へ固定したものでもよい。

【００１１】次に組み付け方法を説明する。図５は組み
付け作業を行う時の要領図である。ヨーク部６０の外周
上に磁石６３ａ、中間リング６４および磁石６３ｂを順
に配置した後、中間リング６４の長孔６５とヨーク部６
０の外周に設けられた孔６６の位置を合わせて、ピン６
７を打ち込む。組み付けには、モータ軸５９の精度良く
円筒に加工されている軸受けの取り付け部分と同心上に
設けられた円筒状の円筒内面７４を有する組付治具７５
を用いる。磁石６３ａおよび６３ｂの外周面に組付治具
７５をかぶせ、磁石６３ａ及び６３ｂの外周面を円筒内
面７４と接する様に整列させる。これにより、磁石６３
ａおよび磁石６３ｂの内周面とヨーク部６１の外周面の
全域にわたって均一に隙間ｔ１が確保される。この状態
で側板６９、皿バネ７０、廻り止め７２およびナット７
１を順次取り付ける。皿バネ７０の発生する荷重特性図
を図６に示す。皿バネ７０の変位δが変位δの増減に対
して荷重Ｐの増減が少ない領域である座屈域となるよう
に、取り付け高さｔ２を設定する。したがって、熱膨張
等で皿バネ７０の変位が変化しても荷重の変化、すなわ
ち磁石６３ａ、中間リング６４及び磁石６３ｂに作用す
る応力の変化を緩やかにできる。ナット７１が規定位置
に取り付けられた後で、廻り止め７２の外周部をカシメ
て、ナット７１を固定する。

【００１２】本実施例は以上のように構成され、磁石６
３ａ及び６３ｂとヨーク部６０側の接触面数を多くする
ことができるので、磁石６３ａ及び６３ｂとモータ軸５
９間の必要な伝達トルクを確保しながら、磁石６３ａ及
び６３ｂに作用する軸方向圧縮応力を小さくすることが
出来る。したがって、過大な軸方向圧縮応力による磁石
６３ａ及び６３ｂの破損を防止できる。また、組付治具
７５を使用して磁石６３ａおよび６３ｂの外周面をモー
タ軸５９と同心に、かつ直線状に整列させているため、
磁石６３ａおよび６３ｂの外周面とステータ３間の隙間
が不足して、磁石６３ａおよび６３ｂとステータ３の接
触がおこり、磁石６３ａおよび６３ｂが破損したり、回
転軸がずれたりすることがない。さらに、磁石６３ａお
よび６３ｂの内周面とヨーク部６０の間に隙間ｔ１を確
保しているため、高温使用時にヨーク部６０の熱膨張に
より磁石６３ａおよび６３ｂが破壊されることが無い。
したがって、磁石の脱落や磁石の破損の恐れがなく、か
つ確実に磁石とヨーク部が固定された、耐久性の高い同
期モータを提供できる。磁石に加わる軸方向圧縮応力に
余裕があれば、伝達トルクを向上することができ、同期
モータの信頼性を損なうことなく、モータ出力の増大が
可能である。また、従来例と異なる使用部品は少ないの
で、モジュール設計を行うことが出来る。

【００１３】次に、中間リングの支持構造を変えた、第
２の実施例について説明する。図７、図８および図９は
本発明の第２の実施例の構成を示す図である。図７は、
ロータ部のみを取り出して示す図である。図８は図７に
おけるＢ’方向からの矢視図であり、図９は図７におけ
るＡ’−Ａ’部断面図である。ロータ７において、円筒
状のヨーク部７７はモータ軸５９と一体形成され、磁性
体で作られている。ヨーク部７７の軸方向の略中央の位
置にはリング状の島部７８が、一端にはツバ状突起部７
９が一体形成されている。２個の磁石６３ａと６３ｂの
間には、各磁石の端部に挟まれた中間リング８０が設置
されている。中間リング８０の内径は、島部７８の外径
と略同一寸法を有する。とくに図８に示されるように、
中間リング８０には周方向等間隔に４個のネジ孔８１が
設けられている。また、図９に示されるように、ネジ孔
８１には先端にテーパ部を有する止めビス８２がねじ込
まれ、この止めビス８２により、中間リング８０とヨー
ク部７７は固定される。他の構成は図１に示す第１の実
施例と同様である。

【００１４】次に組み付け方法を説明する。図１０は組
み付け作業を行う時の要領図である。ヨーク部７７の外
周上に磁石６３ａ、中間リング８０および磁石６３ｂを
順に配置した後、組付治具７５を磁石６３ａおよび６３
ｂの外周面にかぶせ、磁石６３ａ及び６３ｂの外周面を
組付治具７５の円筒内面７４と接する様に整列させ、磁
石６３ａ及び磁石６３ｂの内周面とヨーク部６０の外周
面との間に隙間ｔ１を確保する。この状態で側板６９、
皿バネ７０、廻り止め７２およびナット７１を順次取り
付ける。ナット７１をねじ込み、皿バネ７０の変位が座
屈域内に入る様に取り付け高さｔ２を設定する。ナット
７１が規定位置に取り付けられた後廻り止め７２の外周
部をカシメてナット７１を固定する。組付治具７５を取
りはずし、中間リング８０のネジ孔８１に、止めビス８
２を、先端のテーパ部がヨーク部７７の外周面に食い込
む様にねじ込む。このとき、中間リング８０の内径と島
部７８の外径は略同一なので、止めビス８２をねじ込ん
でも、中間リング８０の径方向の位置がずれることはな
い。止めビス８２のネジ部に接着剤が塗布され、ネジ孔
８１に固定される。

【００１５】これにより、第１の実施例と同様の効果が
得られ、さらにヨーク部７７の外周面の孔あけ加工が不
要になり、かつ、中間リング８０の周方向の位置合わせ
が不要になるので、製造コストが低減できる。また、中
間リング８０とヨーク部７７の回転方向の緩みがなく、
結合強度が向上するので、さらにモータ出力を増大させ
ることができる。

【００１６】この実施例は以上のように構成されている
ので、磁石の脱落や磁石の破損の恐れがなく、かつ確実
に磁石とヨーク部が固定された、さらに耐久性の高い同
期モータを提供できる。また、第１の実施例および第２
の実施例においては、押力発生装置として皿バネを使用
した装置をもちいたが、これに限るものではなく、磁石
と中間リングに押力を加え、磁石をヨーク部へ固定する
装置であればよい。

【００１７】

【発明の効果】以上の通り、本発明は、円筒状のステー
タ内にロータを回転可能に配置した同期モータにおい
て、ロータは、モータ軸と、モータ軸を中心とする円筒
状で一端にツバ状突起部を備えるヨーク部と、ヨーク部
の外周上に配置され、径方向に磁極を有し、それらの磁
極が周方向に沿って互い違いに隣合うように着磁され、
モータ軸方向に複数個に分割された円筒状の磁石と、ヨ
ーク部の他端側に配置され、磁石の端部へ、軸方向の押
力を加える押力発生装置と、前記ヨーク外周面上の各磁
石間に配置された中間リングと中間リングの固定装置と
を有するものとしたので、磁石とヨーク部側の接触面数
を多くすることができ、磁石とモータ軸間の必要な伝達
トルクを確保しながら、磁石に作用する軸方向圧縮応力
を小さくすることが出来る。したがって、磁石の脱落や
磁石の破損の恐れがなく、かつ確実に磁石とヨーク部が
固定された、耐久性の良い同期モータを提供できる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の第１の実施例を示す図である。

【図２】第１の実施例のロータ部を示す図である。

【図３】第１の実施例の部分矢視図である。

【図４】第１の実施例の断面図である。

【図５】皿バネの荷重特性模式図である。

【図６】第１の実施例の組立要領図である。

【図７】第２の実施例のロータ部を示す図である。

【図８】第２の実施例の部分矢視図である。

【図９】第２の実施例の断面図である。

【図１０】第２の実施例の組立要領図である。

【図１１】従来例を示す図である。

【図１２】電気コイル結線図である。

【図１３】ロータ着磁模式図である。

【図１４】他の従来例を示す図である。

【符号の説明】

１ケース２カバー３ステータ４軸受け５回転検出器６、７、８、９ロータ３１ステータコア３２電気コイル５９モータ軸６０、７７、９０、９３ヨーク部６１７８島部６２、７９、９４ツバ状突起部６３ａ、６３ｂ、９２磁石６４、８０中間リング６５長孔６６孔６７ピン６８押力発生装置６９側板７０皿バネ７１ナット７２廻り止め７３ネジ７４円筒内面７５組付治具８１ネジ孔８２止めビス９１接着剤

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者平野弘之神奈川県横浜市神奈川区宝町２番地日産自動車株式会社内 (72)発明者木下繁則神奈川県川崎市川崎区田辺新田１番１号富士電機株式会社内 (72)発明者遠藤研二神奈川県川崎市川崎区田辺新田１番１号富士電機株式会社内 (72)発明者常盤信行神奈川県川崎市川崎区田辺新田１番１号富士電機株式会社内

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】円筒状のステータ内にロータを回転可能
に配置した同期モータにおいて、前記ロータは、モータ
軸と、該モータ軸を中心とする円筒状で一端にツバ状突
起部を備えるヨーク部と、該ヨーク部の外周上に配置さ
れ、径方向に磁極を有し、該磁極が周方向に沿って互い
違いに隣合うように着磁され、モータ軸方向に複数個に
分割された円筒状の磁石と、前記ヨーク部の他端側に配
置され、前記磁石の端部へ、軸方向の押力を加える押力
発生装置と、前記ヨーク部外周面上の各磁石間に配置さ
れた中間リングと該中間リングの固定装置とを有するこ
とを特徴とする同期モータ。
【請求項２】前記押力発生装置は、ヨーク部の端部に
設けられた側板と、該側板と前記モータ軸間で荷重を発
生するように取り付けられた皿バネと、前記モータ軸に
取り付けられ前記皿バネに変位を与えるナットから構成
され、前記皿バネの変位量は、皿バネに加わる変位に対
して発生する荷重の増減が少ない座屈域となる様に設定
されていることを特徴とする請求項１記載の同期モー
タ。
【請求項３】前記磁石は前記ヨーク部の外周面と隙間
をおいて配置され、該隙間は、同期モータの使用温度範
囲内では、前記磁石と前記ヨーク部の熱膨張差により、
前記磁石と前記ヨーク部とが接触することがない寸法を
有することを特徴とする請求項１または２記載の同期モ
ータ。
【請求項４】前記固定装置は、前記中間リングに軸方
向に長寸法を有する長孔を設け、長孔の短寸法に相当す
る径を有しヨーク部外周面から突出させて固定したピン
を前記長孔に通して構成し、前記中間リングを回転方向
には緩みなく、軸方向には前記長孔の長寸法の範囲で移
動自由としたことを特徴とする請求項１、２または３記
載の同期モータ。
【請求項５】前記固定装置は、前記中間リングにネジ
孔を設け、止めビスを前記ネジ孔にねじ込んで構成し、
前記止めビスの先端をヨーク部に食い込ませて、前記中
間リングを前記ヨーク部に固定することを特徴とする請
求項１、２または３記載の同期モータ。
【請求項６】前記中間リング及び前記ピンは非磁性材
料または弱磁性材料から作られることを特徴とする請求
項４記載の同期モータ。
【請求項７】前記中間リング及び前記止めビスは非磁
性材料または弱磁性材料から作られることを特徴とする
請求項５記載の同期モータ。
【請求項８】モータ軸と、該モータ軸を中心とする円
筒状で一端にツバ状突起部を備えるヨーク部と、該ヨー
ク部の外周上に配置され、径方向に磁極を有し、該磁極
が周方向に沿って互い違いに隣合うように着磁され、モ
ータ軸方向に複数個に分割された円筒状の磁石と、前記
ヨーク部の他端側に配置され、前記磁石の端部へ、軸方
向の押力を加える押力発生装置と、前記ヨーク部外周面
上の各磁石間に配置された中間リングと該中間リングの
固定装置とからなる同期モータのロータの組み付け方法
であって、前記モータ軸と同心加工された、磁石内径と
同径の内周面を有する組付治具を用いて、前記組付治具
の内周面に前記磁石の外周面を整列させた後に、前記押
力発生装置により、押力を磁石の端部へ加えることを特
徴とする同期モータのロータの組み付け方法。
【請求項９】モータ軸と、該モータ軸を中心とする円
筒状で一端にツバ状突起部を備えるヨーク部と、該ヨー
ク部の外周上に配置され、径方向に磁極を有し、該磁極
が周方向に沿って互い違いに隣合うように着磁され、モ
ータ軸方向に複数個に分割された円筒状の磁石と、前記
ヨーク部の他端側に配置され、前記磁石の端部へ、軸方
向の押力を加える押力発生装置と、前記ヨーク部外周面
上の各磁石間に配置された中間リングと、前記中間リン
グに設けたネジ孔に止めビスをねじ込んで前記中間リン
グをヨーク部へ固定する固定装置とからなる同期モータ
のロータの組み付け方法であって、前記磁石の端部へ軸
方向の押力を加えた後に、前記止めビスをねじ込み、前
記中間リングを前記ヨーク部に固定することを特徴とす
る同期モータのロータの組み付け方法。