WO2016093051A1 - 永久磁石の固定構造、モータ、および永久磁石の固定方法 - Google Patents

Abstract

　永久磁石の固定構造１００は、筒状のハウジングと、ハウジングの内側に収納される永久磁石２４と、ハウジングと永久磁石２４との隙間Ｇに形成されており、永久磁石２４をハウジングに固定する接着剤２６を有する接着層２５と、を備える。接着層２５は、永久磁石２４の軸方向の一端側２４ｄより他端側２４ｅの隙間の方が接着剤２６の充填率が高くなるように形成されている。永久磁石２４は、軸方向の一端側２４ｄの密度より他端側２４ｅの密度が高くなるように構成されている。

Description

永久磁石の固定構造、モータ、および永久磁石の固定方法

　本発明は、モータに用いられる永久磁石の固定構造に関する。

　従来、固定子に永久磁石を使い、回転子（電機子）にコイルを使ったＤＣモータが考案されている。一般的に、永久磁石は、ハウジングの内側に接着剤を用いて固定されている。固定方法は種々考案されているが、例えば、ケース側壁の内周面に接着剤を予め塗布し、永久磁石の先端面で接着剤を伸ばしながら永久磁石をケースに挿入することで、接着剤が永久磁石外周面とケース内周面との間に広がり、所望の位置に永久磁石を固定することができる（特許文献１参照）。また、固定子に使う永久磁石の製造方法として、磁性粉を含む溶融樹脂材を射出してリング状のボンド磁石を製造する方法が考案されている（特許文献２参照）。

実開昭６２－１６８７７１号公報 特開２００９－１３７１３８号公報

　ところで、永久磁石やケース、接着剤のそれぞれの線膨張係数に差異があると、温度変化により永久磁石にストレスが加わることになり、永久磁石の割れの要因となる。また、前述のように、予めケースの内周面に接着剤を塗布しておいてから永久磁石を挿入する場合、永久磁石の端面や側面の動きによって接着剤の一部が挿入方向へ引きずられるため、ケースの内周面と永久磁石の外周面との間の接着剤の塗布量を全面にわたって均一にすることは困難である。

　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、永久磁石の割れ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、筒状のハウジングと、ハウジングの内側に収納される永久磁石と、ハウジングと永久磁石との隙間に形成されており、永久磁石をハウジングに固定する接着剤を有する接着層と、を備える。接着層は、永久磁石の軸方向の一端側より他端側の隙間の方が接着剤の充填率が高くなるように形成されている。永久磁石は、軸方向の一端側の密度より他端側の密度が高くなるように構成されている。

　この態様によると、接着層は、永久磁石の軸方向の一端側より他端側の隙間の方が接着剤の充填率が高くなるように形成されている。このような場合、温度変化により線膨張係数が異なる各部が膨張あるいは収縮した際に、接着剤の充填率が高い永久磁石の他端側に発生するストレスが大きくなりがちである。そこで、軸方向の一端側の密度より他端側の密度が高くなるように永久磁石を構成することで、永久磁石の他端側の強度が高まり、他端側で発生するストレスによる永久磁石の割れを抑制できる。

　永久磁石は、磁性体を分散したボンド磁石であってもよい。これにより、軸方向の一端側の密度より他端側の密度が高くなるように永久磁石を構成することが比較的容易となる。

　永久磁石は、射出成形により製造された永久磁石であってもよい。これにより、例えば、射出温度を下げることで、軸方向の一端側の密度より他端側の密度が高くなるように永久磁石を構成することができる。

　永久磁石は、ＳｍＦｅＮ系の磁石であってもよい。これにより、例えば、射出温度を下げて製造することで、磁気特性の低下を抑制しながら軸方向の一端側の密度より他端側の密度を高めることができる。

　接着層は、エポキシ系またはアクリル系の接着剤を有していてもよい。これにより、ハウジングに対する永久磁石の位置決め精度を向上できる。その結果、例えば、永久磁石の中心に配置されたロータとのギャップを小さくできる。

　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塗布工程と、ハウジングの開口部から永久磁石を挿入し、接着剤を挿入方向へ伸ばしながら所定位置まで押し込む挿入工程と、伸ばされた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が接着される接着工程と、を含む。挿入工程は、永久磁石の両端部のうち密度が高い方の端部を先端にしてハウジングに挿入する。

　この態様によると、永久磁石の軸方向の一端側より他端側の隙間の方が接着剤の充填率が高くなるように接着層を形成できる。また、接着層の構成に合わせて、軸方向の一端側の密度より他端側の密度が高くなるように永久磁石を配置できる。

　なお、以上の構成要素の任意の組合せ、本発明の表現を方法、装置、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、永久磁石の割れを抑制できる。

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。 本実施の形態に係るヨークハウジングの断面図である。 図３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５（ａ）は、図３の領域Ｒ１の拡大図、図５（ｂ）は、図３の領域Ｒ２の拡大図である。 本実施の形態に係る永久磁石の固定方法を説明するための模式図である。

　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。

　図３は、本実施の形態に係るヨークハウジング１２の断面図である。図４は、図３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。なお、図３に示す断面図は、図４に示すヨークハウジングのＢ－Ｂ断面である。

　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、接着層２５が有する接着剤２６（図４では図示省略）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。つまり、永久磁石２４の外周面２４ａ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。

　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４つの筋状のリブ２４ｃと、を有する。リブ２４ｃは、永久磁石２４をヨークハウジング１２に挿入した際に、永久磁石２４がヨークハウジング１２内で傾いたり、永久磁石２４がヨークハウジング１２から脱落したりしない程度の仮留めの役割を果たす形状が好ましい。また、リブ２４ｃは、ヨークハウジング１２の内周面１２ｂに当接するものであればよく、１つ以上の筋状、または永久磁石２４の外周面２４ａを一周する凸状であっても良い。

　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やアクリル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。これらの接着剤は、接着後のモータ使用時の硬さが、ゴム系接着剤よりも硬いため、永久磁石２４の位置ズレを抑えることができる。

　このように、本実施の形態に係る永久磁石の固定構造１００は、ヨークハウジング１２の内側に収納される永久磁石２４と、ヨークハウジング１２と永久磁石２４との隙間Ｇに形成されており、永久磁石２４をヨークハウジング１２に固定する接着剤２６を有する接着層２５と、を備える。

　図５（ａ）は、図３の領域Ｒ１の拡大図、図５（ｂ）は、図３の領域Ｒ２の拡大図である。図５（ａ）、図５（ｂ）に示すように、接着層２５は、永久磁石２４の軸方向の一端側（領域Ｒ２側）より他端側（領域Ｒ１側）の隙間Ｇの方が接着剤２６の充填率が高くなるように形成されている。

　具体的には、図５（ａ）に示すように、領域Ｒ１においては、永久磁石２４をヨークハウジング１２に挿入する際に挿入方向に押し出された接着剤２６が接着剤溜まり２６ａとなっている。そのため、この領域Ｒ１では、接着剤２６の充填率が相対的に高い。一方、図５（ｂ）に示すように、領域Ｒ２においては、永久磁石２４をヨークハウジング１２に挿入する際に、予め塗布されていた接着剤２６の一部が永久磁石２４に引きずられながら挿入方向（領域Ｒ１に向かう方向）に移動するため、ところどころ空間２６ｂが生じる。そのため、領域Ｒ２では、接着剤２６の充填率が相対的に低い。なお、接着剤の「充填率」とは、接着層の単位空間において接着剤が占める割合と捉えることができる。換言すると、接着剤の単位体積当たりの重さ（充填密度）と捉えることもできる。

　このように充填率が場所によって異なる接着層２５が形成されている場合、以下の現象が生じる可能性がある。本実施の形態に係る接着剤２６の線膨張係数は、ヨークハウジング１２を構成する珪素鋼や低炭素鋼等の金属材料の線膨張係数よりも高い。そのため、永久磁石２４を含むモータ全体が温度変化した場合、接着剤２６の膨張収縮によるストレスが永久磁石２４に加わることになる。

　領域Ｒ１における接着剤２６は充填率が高いため、永久磁石２４のヨークハウジング１２の奥側に位置する部分では、ヨークハウジング１２で変形が規制されている接着剤２６と永久磁石２４との間に加わるストレスが比較的高くなり、永久磁石２４の割れの要因となる。

　前述のように、温度変化により線膨張係数が異なるヨークハウジング１２、永久磁石２４および接着剤２６が膨張あるいは収縮した際に、接着剤２６の充填率が高い永久磁石の他端側２４ｅに発生するストレスが大きくなりがちである。そこで、本実施の形態では、軸方向の一端側２４ｄの密度より他端側２４ｅの密度が高くなるように永久磁石２４を構成することで、永久磁石２４の他端側２４ｅの強度が高まり、他端側２４ｅに加わるストレスによる永久磁石２４の割れを抑制できる。

　本実施の形態に係る永久磁石２４は、射出成形に適した樹脂材料に磁性体を分散したボンド磁石であってもよい。永久磁石２４の磁気特性を考慮すると、永久磁石２４における磁性体の割合は８０％以上、より好ましくは８５％以上、更に好ましくは９０％以上である。これにより、殆どが磁性体からなる焼結磁石と比較して、軸方向の一端側の密度より他端側の密度が高くなるように永久磁石２４を構成することが比較的容易となる。

　また、永久磁石２４は、射出成形により製造された永久磁石である。射出成形により製造した永久磁石は、射出温度が低かったり冷却速度が速かったりすると、一部の種類の永久磁石では、金型のゲート近傍部分の密度が高く、ゲートから離れた部分の密度が低くなる傾向がある。これにより、例えば、射出温度を下げることで、軸方向の一端側の密度より他端側の密度が高くなるように永久磁石２４を構成することができる。

　なお、射出温度を高くしたり冷却速度を遅くしたりすることで、部品全体の密度を均一化することができるが、冷却に時間がかかるため生産性という観点では好ましくない。特に、射出温度を高くすると、サマリウム－鉄－窒素系磁石（ＳｍＦｅＮ系）といった一部の種類の永久磁石では、製造された磁石の磁気特性が加熱による減磁により、所望の値よりも低下してしまう。一方、ＳｍＦｅＮ系磁石は、サマリウム－コバルト系磁石よりも安価であり、コバルトを用いない希土類磁石として有望である。そのため、射出温度を下げることができれば、ボンド磁石としての用途も大きく広がる。

　そこで、永久磁石としてＳｍＦｅＮ系の磁石を用いる場合は、射出温度を下げて製造することで、磁石の磁気特性の低下を抑制しながら軸方向の一端側の密度より他端側の密度を高めることができる。

　接着層２５は、前述のように、エポキシ系またはアクリル系の接着剤２６を有している。これにより、ヨークハウジング１２に対する永久磁石２４の位置決め精度の向上や、温度変化による位置ズレを抑制できる。その結果、例えば、永久磁石２４の中心に配置されたロータ１８とのギャップを小さく設定でき、モータの特性を向上できる。

　（永久磁石の固定方法）
　図６は、本実施の形態に係る永久磁石の固定方法を説明するための模式図である。本実施の形態に係る永久磁石の固定方法は、モータに用いられる永久磁石２４をヨークハウジング１２に固定する方法である。この方法は、ヨークハウジング１２の内周面１２ｂの所定領域に接着剤２６を環状に塗布する塗布工程と、ヨークハウジング１２の開口部１２ａから永久磁石２４を挿入し、接着剤２６を挿入方向（軸方向）Ｘへ伸ばしながら所定位置（図３に示す位置）まで押し込む挿入工程と、伸ばされた接着剤２６によりヨークハウジング１２の内周面１２ｂと永久磁石２４の外周面２４ａとが接着される接着工程と、を含む。挿入工程では、永久磁石２４の両端部のうち密度が高い他端側２４ｅ（ゲート側端部）を先端にしてヨークハウジング１２に挿入する。その結果、図３に示すように、永久磁石２４の両端部のうち密度が高い他端側２４ｅであるゲート側端部と、接着剤溜まり２６ａの位置が一致することになる。

　これにより、図３に示す永久磁石の固定構造１００のように、永久磁石２４の軸方向の一端側２４ｄより他端側２４ｅの隙間の方が接着剤２６の充填率が高くなるように接着層２５を形成できる。また、接着層２５の構成に合わせて、軸方向の一端側２４ｄの密度より他端側２４ｅの密度が高くなるように永久磁石２４を配置できる。

　以上、本発明を上述の実施の形態を参照して説明したが、本発明は上述の実施の形態に限定されるものではなく、実施の形態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。

　上述の実施の形態ではヨークハウジング１２や永久磁石２４の外周形状が円形の場合を例に説明したが、各部材の外周形状が多角形の場合であってもよい。

　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、　２４ｄ　一端側、　２４ｅ　他端側、　２５　接着層、　２６　接着剤、　２６ｂ　空間、　１００　永久磁石の固定構造。

　本発明は、モータに用いられる永久磁石の固定構造に利用できる。

Claims (7)

1. 　筒状のハウジングと、
   　前記ハウジングの内側に収納される永久磁石と、
   　前記ハウジングと前記永久磁石との隙間に形成されており、前記永久磁石を前記ハウジングに固定する接着剤を有する接着層と、を備え、
   　前記接着層は、永久磁石の軸方向の一端側より他端側の隙間の方が前記接着剤の充填率が高くなるように形成されており、
   　前記永久磁石は、軸方向の前記一端側の密度より前記他端側の密度が高くなるように構成されている、
   　ことを特徴とする永久磁石の固定構造。
2. 　前記永久磁石は、磁性体を分散したボンド磁石であ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. 　前記永久磁石は、射出成形により製造された永久磁石であ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. 　前記永久磁石は、ＳｍＦｅＮ系の磁石であ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. 　前記接着層は、エポキシ系またはアクリル系の接着剤を有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、
   　を備えるモータ。
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塗布工程と、
   　前記ハウジングの開口部から前記永久磁石を挿入し、前記接着剤を挿入方向へ伸ばしながら所定位置まで押し込む挿入工程と、
   　伸ばされた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が接着される接着工程と、を含み、
   　前記挿入工程は、前記永久磁石の両端部のうち密度が高い方の端部を先端にして前記ハウジングに挿入することを特徴とする永久磁石の固定方法。

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