JP2005057955A - モータ及びその回転子の製造方法 - Google Patents

Abstract

【課題】 従来のモータより出力トルクを向上させると共に、磁石の飛散を防止することが可能なモータ及びその回転子の製造方法を提供する。
【解決手段】 本発明のモータでは、界磁用の複数の焼結磁石１２をボンド磁石層１４に埋設したことで、それら焼結磁石１２の飛散防止を図ることができると共に、焼結磁石１２同士の間の空間をボンド磁石１３で埋めて、焼結磁石１２を安定して固定することができる。しかも、焼結磁石１２のみならずボンド磁石１３も磁束を有するので、モータの出力トルクの向上が可能になる。また、本実施形態のモータの回転子１０の製造方法では、焼結磁石１２をボンド磁石用成形型２２に挿入して、ボンド磁石１３を成形したので、焼結磁石１２とボンド磁石１３との一体化が深まり、焼結磁石１２を安定して固定することが可能になる。
【選択図】 図１

Description

本発明は、回転子に複数の焼結磁石を円周方向等間隔に並べて備えたモータ及びその回転子の製造方法に関する。

従来、この種のモータの回転子では、回転シャフトの外周面に複数の焼結磁石を接着剤にて固着し、それら焼結磁石の周りをステンレス製のパイプで囲み、焼結磁石の飛散防止を図っていた（例えば、特許文献１参照）。
特開２００２−１０５４３号公報（第１図 段落［００１６］〜［００１８］）

しかしながら、上記した飛散防止用のパイプは、非磁性体のステンレス製であったので磁気抵抗が大きく、磁力を有効利用することができなかった。このため、モータの出力トルクの向上が図れなかった。また、パイプの内側において、隣り合った焼結磁石同士の間に空間が存在していたので、焼結磁石が回転シャフト鉄心から剥がれて位置ずれを起こし、モータの出力トルクが低下する虞があった。

本発明は、上記事情に鑑みてなされたもので、従来のモータより出力トルクを向上させると共に、磁石の飛散を防止することが可能なモータ及びその回転子の製造方法の提供を目的とする。

上記目的を達成するためになされた請求項１の発明に係るモータは、回転子の円周方向等間隔に並べた界磁用の複数の焼結磁石の全体を、外側からボンド磁石で囲んで固定したところに特徴を有する。

請求項２の発明に係るモータは、回転子の外周縁にボンド磁石を固化してなるボンド磁石層を設け、そのボンド磁石層に界磁用の複数の焼結磁石を円周方向等間隔に並べて埋設したところに特徴を有する。

請求項３の発明は、請求項１又は２に記載のモータにおいて、複数の焼結磁石の内側に磁性体金属で構成された軸部を設け、その軸部の外周面に焼結磁石を密着させると共に、焼結磁石を回転子の径方向に着磁させたところに特徴を有する。

請求項４の発明は、請求項１又は２に記載のモータにおいて、複数の焼結磁石は、円筒を縦割分割してなる円弧体の形状をなすと共に、磁束が円弧体の外側曲面における一端寄り位置で貫通して円弧体の内側に向かい、円弧体の内部で周方向に延び、さらに、円弧体の外側曲面における他端寄り位置で貫通して円弧体から外側に向かうように着磁され、それら複数の円弧体を円環状に繋げかつ隣り合った円弧体の磁極を対称に配置して極配向リング磁石を構成したところに特徴を有する。

請求項５の発明に係るモータの回転子の製造方法は、回転子に備えた軸部の外周面に沿って界磁用の複数の焼結磁石を円周方向等間隔に並べて配置し、それら複数の焼結磁石の全体を、外側からボンド磁石で覆って固定したモータの回転子の製造方法において、軸部の外周面に複数の焼結磁石を固定した状態にしてボンド磁石用成形型に挿入し、ボンド磁石用成形型に溶融状態のボンド磁石を充填して回転子を成形したところに特徴を有する。

請求項６の発明は、請求項５に記載のモータの回転子の製造方法は、焼結磁石を焼結する際に磁界を付与して配向させておき、ボンド磁石用成形型から回転子を取り出し、再度磁界を付与して、各焼結磁石を着磁させるところに特徴を有する。

請求項７の発明は、請求項６に記載のモータの回転子の製造方法において、ボンド磁石が溶融状態から固化する間に磁界を付与して、ボンド磁石を配向させておくところに特徴を有する。

請求項８の発明は、請求項７に記載のモータの回転子の製造方法において、軸部をボンド磁石用成形型に挿入した状態で、その軸部の両端から互いに逆向きの磁界を付与してボンド磁石を回転子の径方向に配向させるところに特徴を有する。

［請求項１の発明］
請求項１のモータでは、界磁用の複数の焼結磁石をボンド磁石で囲むことで、それら焼結磁石の飛散防止を図ることが可能になる。しかも、焼結磁石のみならずボンド磁石も磁束を有するので、モータの出力トルクの向上が可能になる。

［請求項２の発明］
請求項２のモータでは、界磁用の複数の焼結磁石をボンド磁石層に埋設したことで、それら焼結磁石の飛散防止を図ることができると共に、焼結磁石同士の間の空間をボンド磁石で埋めて、各焼結磁石を安定して固定することが可能になる。しかも、焼結磁石のみならずボンド磁石も磁束を有するので、モータの出力トルクの向上が可能になる。

［請求項３の発明］
請求項３のモータでは、焼結磁石を回転子の径方向に着磁させたから、磁束が、ボンド磁石、焼結磁石、軸部に貫通する。ここで、ボンド磁石、焼結磁石、軸部が密着しているので、パーミアンス係数を向上させることができ、モータの出力アップが可能になる。

［請求項４の発明］
請求項４のモータによれば、円弧体の形状をなした複数の焼結磁石をボンド磁石によって円環状に繋げて固定することが可能になる。そして、各円弧体の磁極が対称になるように配置することで極配向リング磁石を構成することが可能になる。この極配向リング磁石によれば、ステータと回転子との間のエアギャップ磁束密度が高まり、モータの出力トルクを向上させることができる。

［請求項５の発明］
請求項５のモータの回転子の製造方法では、軸体の外周面に複数の焼結磁石を固定した状態にしてボンド磁石用成形型に挿入し、ボンド磁石用成形型に溶融状態のボンド磁石を充填して回転子を成形したので、焼結磁石とボンド磁石との一体化が深まり、焼結磁石を安定して固定することが可能になる。

［請求項６の発明］
請求項６のモータの回転子の製造方法では、焼結磁石を配向させておくので、回転子をボンド磁石用成形型から取り出し、磁界を付与したときに、容易に各焼結磁石を着磁させることができる。なぜなら、「着磁」により、磁束が通る「方向」及び「向き」を固定するにあたり、予め「配向」によって磁束が通る「方向」のみが固定されるからである。

［請求項７の発明］
請求項７のモータの回転子の製造方法では、ボンド磁石が溶融状態から固化する間に磁界を付与して、ボンド磁石を配向させておくので、回転子をボンド磁石用成形型から取り出してから磁界を付与したときに、容易にボンド磁石を着磁させることができる。

［請求項８の発明］
請求項８のモータの回転子の製造方法では、ボンド磁石用成形型に充填したボンド磁石が溶融状態のときに、軸部の両端部から互いに逆向きとなった磁界を付与して、ボンド磁石を回転子の径方向に配向させておくことことができる。

［第１実施形態］
以下、本発明の一実施形態を図１に基づいて説明する。本第１実施形態のモータは、例えばブラシレスＤＣモータであって図示しないステータコアの中心に、図１に示した回転子１０を備える。ステータコアは、円筒体の内周面から複数のティースを内側に突出させた構造をなし、各ティースには電線が巻回されて電磁石を構成している。

図１には、回転子１０を軸方向から見た断面が示されている。この回転子１０は、例えば、本発明に係る「軸部」に相当する鉄心１１の外周面に沿って、界磁用の複数（例えば、８個）の焼結磁石１２を円周方向等間隔に並べて備える。そして、それら複数の焼結磁石１２の全体を、外側からボンド磁石１３で囲んで固定した構造になっている。換言すると、回転子１０の外周縁にボンド磁石１３を固化してなるボンド磁石層１４を設け、そのボンド磁石層１４に界磁用の複数の焼結磁石１２を円周方向等間隔に並べて埋設した構造になっている。

各焼結磁石１２は、全体として略板状構造をなしており、焼結磁石１２のうち軸方向から見た断面形状の扁平方向（短手方向）が、回転子１０の径方向に向けられている。また、焼結磁石１２のうち鉄心１１側には曲面が備えられており、その曲面が鉄心１１の外周面に密着されている。そして、焼結磁石１２は、回転子１０の径方向に磁束（図１の矢印）が向いている。また、隣り合った焼結磁石１２同士の磁束の向きは、互いに逆向きになっている。

上記のように構成された回転子１０の製造方法について以下説明する。
まずは、図２に示した磁性粉末用成形型２０にて焼結磁石１２を成形して焼結する。具体的には、磁性粉末用成形型２０の成形空間２０Ａに磁性粉末１２Ａを充填し、加圧体２０Ｂにて加圧しながら加熱する。これにより、磁性粉末１２Ａが焼結して焼結磁石１２が成形される。この焼結工程の間に、焼結磁石１２の外部に配置した図示しない電磁コイルにより磁界を付与して、磁性粉末用成形型２０内の成形空間の扁平方向（図２の上下方向）に磁束を貫通させる。これにより、磁性粉末用成形型２０から取り出された焼結磁石１２は、回転子１０の径方向に配向される。

次いで、焼結磁石１２の曲面に接着剤を塗布し、図３に示すように、鉄心１１の外周面を等配する位置に、それぞれ焼結磁石１２を貼り付けて固定する。このとき、焼結磁石１２は、配向はされているが着磁まではされていないので、焼結磁石１２の極性を気にすることなく鉄心１１の外周面に配置することができる。

次いで、図４に示すように、焼結磁石１２が一体化された鉄心１１を、ボンド磁石用成形型２２に備えた円柱状の成形空間２２Ａに挿入する。そして、ボンド磁石用成形型２２を閉じると、ボンド磁石用成形型２２の円柱状の成形空間２２Ａの軸心部に鉄心１１が配置された状態に保持される。このとき、ボンド磁石用成形型２２から外側に露出した鉄心１１の両端面に１対の電磁コイル２３を対向配置しておく。

そして、ボンド磁石用成形型２２内に溶融状態のボンド磁石１３を充填する。すると、溶融状態のボンド磁石１３が焼結磁石１２の全体を外側から覆いかつ焼結磁石１２，１２同士の間の隙間にも流れ込む。これにより、焼結磁石１２の周りが隙間なく覆われる。

また、ボンド磁石１３が溶融状態から固化する間に、電磁コイル２３を励磁し、鉄心１１内に互いに同極の磁界を付与する。これにより、鉄心１１内で磁束（図４の符号Ｊ参照）が干渉して、鉄心１１から半径方向外側に放射され、ボンド磁石１３を径方向に配向させておくことことができる。

次いで、ボンド磁石用成形型２２内でボンド磁石１３が固化したら、これをボンド磁石用成形型２２から取り出す。そして、図５に示すように、回転子１０の側方領域において、各焼結磁石１２に対応させて電磁コイル２５を配置し、各電磁コイル２５を励磁する。これにより、焼結磁石１２が回転子１０の径方向に着磁されかつ、隣り合った焼結磁石１２同士の磁極が互いに逆向きになる。また、ボンド磁石１３も焼結磁石１２と同様に着磁される。このとき、焼結磁石１２及びボンド磁石１３はそれらの成形工程で予め配向させてあるので、容易に着磁させることができる。なぜなら、「着磁」により、磁束が通る「方向」及び「向き」を固定するにあたり、予め「配向」によって磁束が通る「方向」のみが固定されるからである。
以上により本第１実施形態の回転子１０が製造される。そして、図示しないステータの中心に回転子１０を組み付けてモータが完成する。

このように本第１実施形態のモータでは、界磁用の複数の焼結磁石１２をボンド磁石層１４に埋設したことで、それら焼結磁石１２の飛散防止を図ることができると共に、焼結磁石１２同士の間の空間をボンド磁石１３で埋めて、焼結磁石１２を安定して固定することが可能になる。しかも、焼結磁石１２のみならずボンド磁石１３も磁束を有するので、モータの出力トルクの向上が可能になる。また、焼結磁石１２を回転子１０の径方向に着磁させたから、磁束は、ボンド磁石１３、焼結磁石１２、鉄心１１に貫通し、これらボンド磁石１３、焼結磁石１２、鉄心１１が互いに密着しているので、パーミアンス係数を向上させることができる。このことによっても、モータの出力トルクの向上が可能になる。

さらに、本第１実施形態の回転子１０の製造方法では、焼結磁石１２をボンド磁石用成形型２２に挿入してボンド磁石１３を成形したので、焼結磁石１２とボンド磁石１３との一体化が深まり、焼結磁石１２を安定して固定することが可能になる。

［第２実施形態］
本第２実施形態の回転子３０は、図６に示されており、焼結磁石３１の構造が第１実施形態の焼結磁石１２と異なる。本第２実施形態の複数の焼結磁石３１は、円筒を縦割りに均等分割してなる円弧体の形状をなしている。そして、各焼結磁石３１は、磁束が前記円弧体の外側曲面３１Ａにおける円周方向一端寄り位置で貫通して円弧体の内側に向かい、円弧体の内部で周方向に延び、さらに、円弧体の外側曲面３１Ａにおける円周方向他端寄り位置で貫通して円弧体から外側に向かうように着磁されている。より具体的には、各焼結磁石３１を回転子３０に組みつける前に、図７に示すように、各焼結磁石３１の外周曲面３１Ａに沿わせて、回転子３０の軸方向と平行に延びた電路３２を配置し、その電路３２に直流電流を流すことで、電路３２を中心とした磁界を発生させる。これにより、上記の如く焼結磁石３１が着磁される。

図６に示すように、複数の焼結磁石３１は、円環状に繋げられかつ隣り合った焼結磁石３１の磁極を対称に配置して極配向リング磁石３３が構成されている。そして、その極配向リング磁石３３が、外側をボンド磁石１３で覆われて固定されている。上記以外は、前記第１実施形態と同じ構成なので、同一部位に関しては、同一符号を付して重複説明は省略する。

本第２実施形態によれば、第１実施形態と同様に界磁用の複数の焼結磁石３１をボンド磁石１３で囲むことで、それら焼結磁石３１（極配向リング磁石３３）の飛散防止を図ることができる。しかも、焼結磁石３１のみならずボンド磁石１３も磁束を有するので、モータの出力トルクの向上が可能になる。そして、複数の焼結磁石３１によって極配向リング磁石３３を構成したので、ステータと回転子３０との間のエアギャップの磁束密度を焼結磁石３１の残留磁束密度以上に高めることができ、モータの出力トルクを向上させることができる。

なお、本第２実施形態では、極配向リング磁石３３の外側をボンド磁石１３で覆ったが、極配向リング磁石３３を飛散防止用のパイプ材で覆ってもよい。また、本第２実施形態では、極配向リング磁石３３の内側に備えた軸部は、磁性体でなくてもよい。

［第３実施形態］
本第３実施形態の回転子３５は、図８に示されており、前記第１実施形態の焼結磁石１２の着磁方向を異ならせた構成になっている。また、図８において符合２１で示した軸部には、非磁性体が用いられており、それ以外は第１実施形態と同じ構成になっている。以下第１実施形態と異なる構成に関してのみ説明する。

本第３実施形態の複数の焼結磁石３６は、図８に示すように、回転子３５の軸方向から見た断面形状のうち、回転子３５の径方向と直交する方向（焼結磁石３６の断面の長手方向）に磁束が貫通するように着磁されている。そして、隣り合った焼結磁石３６の近い側の端部が同極となるように配置されている。

本第３実施形態の構成によれば、各焼結磁石３６の長手方向に磁束が貫通しているので、焼結磁石３６の短手（径）方向に磁束が貫通したものより焼結磁石３６による磁路を長くすることができる。そして、焼結磁石３６のうち磁束が貫通した長手方向を、回転子３５の径方向と直交した方向に向けたので、回転子３５を径方向に大型化せずにパーミアンス係数を向上させることができ、出力トルクを大きくすることが可能になる。

［他の実施形態］
本発明は、前記実施形態に限定されるものではなく、例えば、以下に説明するような実施形態も本発明の技術的範囲に含まれ、さらに、下記以外にも要旨を逸脱しない範囲内で種々変更して実施することができる。

（１）前記第１実施形態では、焼結磁石１２を鉄心１１に密着させて焼結磁石１２の外側をボンド磁石１３で覆っていたが、焼結磁石１２を鉄心に接触させず、焼結磁石１２を全体的にボンド磁石１３で覆うように、ボンド磁石１３に焼結磁石１２を埋設した構成にしてもよい。

（２）本発明の焼結磁石の形状は、前記各実施形態に限定されるものではなく、例えば、軸方向から見て焼結磁石の断面形状が、台形、正方形、三角形等となるように構成してもよい。

本発明の第１実施形態に係るモータの回転子の断面図 焼結磁石を成形する成形型の断面図 鉄心に焼結磁石を接着させた状態の側断面図 鉄心の両端から互いに逆向きの磁界を付与した状態の斜視図 焼結磁石を着磁させている状態の断面図 第２実施形態のモータの回転子の断面図 その焼結磁石を着磁させている状態の断面図 第３実施形態のモータの回転子の断面図

符号の説明

１０，３０，３５ 回転子
１１ 鉄心
１２，３１，３６ 焼結磁石
１３ ボンド磁石
１４ ボンド磁石層
２０ 磁性粉末用成形型
２２ ボンド磁石用成形型
３３ 極配向リング磁石

Claims (8)

1. 回転子の円周方向等間隔に並べた界磁用の複数の焼結磁石の全体を、外側からボンド磁石で囲んで固定したことを特徴とするモータ。
2. 回転子の外周縁にボンド磁石を固化してなるボンド磁石層を設け、そのボンド磁石層に界磁用の複数の焼結磁石を円周方向等間隔に並べて埋設したことを特徴とするモータ。
3. 前記複数の焼結磁石の内側に磁性体金属で構成された軸部を設け、その軸部の外周面に前記焼結磁石を密着させると共に、前記焼結磁石を前記回転子の径方向に着磁させたことを特徴とする請求項１又は２に記載のモータ。
4. 前記複数の焼結磁石は、円筒を縦割分割してなる円弧体の形状をなすと共に、磁束が前記円弧体の外側曲面における一端寄り位置で貫通して前記円弧体の内側に向かい、前記円弧体の内部で周方向に延び、さらに、前記円弧体の外側曲面における他端寄り位置で貫通して前記円弧体から外側に向かうように着磁され、それら複数の円弧体を円環状に繋げかつ隣り合った前記円弧体の磁極を対称に配置して極配向リング磁石を構成したことを特徴とする請求項１又は２に記載のモータ。
5. 回転子に備えた軸部の外周面に沿って界磁用の複数の焼結磁石を円周方向等間隔に並べて配置し、それら複数の焼結磁石の全体を、外側からボンド磁石で覆って固定したモータの回転子の製造方法において、
   前記軸部の外周面に前記複数の焼結磁石を固定した状態にしてボンド磁石用成形型に挿入し、前記ボンド磁石用成形型に溶融状態の前記ボンド磁石を充填して前記回転子を成形したことを特徴とするモータの回転子の製造方法。
6. 前記焼結磁石を焼結する際に磁界を付与して配向させておき、前記ボンド磁石用成形型から前記回転子を取り出し、再度磁界を付与して、前記各焼結磁石を着磁させることを特徴とする請求項５に記載のモータの回転子の製造方法。
7. 前記ボンド磁石が溶融状態から固化する間に磁界を付与して、前記ボンド磁石を配向させておくことを特徴とする請求項６に記載のモータの回転子の製造方法。
8. 前記軸部を前記ボンド磁石用成形型に挿入した状態で、その軸部の両端から互いに逆向きの磁界を付与して前記ボンド磁石を前記回転子の径方向に配向させることを特徴とする請求項７に記載のモータの回転子の製造方法。
   

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