JP2005102390A - 電動機の回転子及び電動機の回転子の製造方法及び電動機の回転子の樹脂成形金型及び電動機及び空気調和機 - Google Patents

Abstract

【課題】 シャフトと回転子の樹脂マグネット外径との同軸度を精度よく組み立てることができ、生産性、品質の向上を図ることができる電動機の回転子を得ること。
【解決手段】 この発明に係る電動機の回転子は、リング状の回転子マグネットと位置検出用マグネットとをシャフトと一体に樹脂成形する電動機の回転子において、リング状の回転子マグネットの一方の端面の内径に、樹脂成形時の位置決めとなる切欠きを複数設けたことを特徴とする。
【選択図】 図１

Description

この発明は、リング状の回転子の樹脂マグネットと位置検出用樹脂マグネットとが離れて組合わされ、シャフトと熱可塑性樹脂にて一体化される電動機の回転子に関するもので、シャフトとリング状の回転子の樹脂マグネットとを精度良く組立てる方法に関するものである。

従来の無刷子電動機は、電子部品を実装したプリント基板を電動機内部に内蔵しても、振動が大きくなるなど特性の劣化を生じることがなく、小型化・軽量化・低消費電力化・高品質化できるようにすることを目的として、主磁極部と、この主磁極部の内径より小径のセンサー用磁極部とを同一のフェライト樹脂マグネットで主磁極部を極配向、センサー用磁極部を等方性に磁性粉体であるフェライト微粒子の磁化容易軸の配向を形成し、一体形成した磁石回転子の構成により、固定子鉄心と主磁極部の磁気中心が一致し、磁気飽和が抑制され、鎖交磁束が正弦波になり、誘起電圧位相に対して最適な通電位相になるので、トルクリップル等の増大が抑制され、軸および回転方向の振動の増大が抑制される。また、部品点数および加工工数が削減するため、コスト低減ができ、低コスト・低振動・小型化の無刷子電動機が得られる。また、そのような無刷子電動機の回転子が、フェライト焼結極異方性磁石による主磁極部とフェライト焼結等方性磁石によるセンサー用磁極部とシャフトがＰＢＴ（ポリブチレンテレフタレート）等の熱可塑性樹脂で一体的に成形固化されて構成されている例もある（例えば、特許文献１参照）。

また、従来の合成樹脂モールド構造を有する回転子構造は、構造が簡単で、回転子と結合部と円筒型マグネットが強固に結合し、しかも組立の際にリング状の薄型マグネットが破損せず、安価な回転電機の回転子構造を提供するために、円筒型マグネットと側板と回転軸部分とを射出成型用の型内に載置し、結合用の合成樹脂を型内に射出して結合部を形成し、これにより円筒型マグネットと側板と回転軸部分とを一体に形成して回転子構造を形成する（例えば、特許文献２参照）。

また、従来のプラスチックマグネットロータは、低価格で伝達加振力の低減、低騒音化が可能なプラスチックマグネットロータを得るために、極配向したプラスチックマグネットで成形された磁極部と、中心軸線上に配置された軸と、軸を中心として半径方向に放射状に配置された軸方向のリブを有し、リブ間に軸方向に貫通した空洞が形成され、プラスチックマグネットより柔らかい熱可塑性樹脂で成形された連結部品と、を備え、磁極部を連結部品を介して軸と結合している（例えば、特許文献３参照）。
特開２０００−３２４７８５号公報 特開平７−３１１２０号公報 特開２００１−３２０８４４号公報

従来の極配向されたリング状の回転子の樹脂マグネットと平行配向された位置検出用樹脂マグネットをシャフトと熱可塑性樹脂にて一体化される電動機の回転子では、回転子の樹脂マグネットは成形され製作されることから、内径と外径寸法には成形条件、材料、環境等により、仕上り幅を持つことになる。回転子の樹脂マグネットとシャフトとの熱可塑性樹脂による一体化を行うとき、回転子の樹脂マグネットの外径を保持する金型構造とした場合、回転子の樹脂マグネットの外径の仕上がり幅、固定側金型への挿入するためのすき間、シャフトと金型のシャフト挿入部のすき間等が蓄積され、シャフトと回転子の樹脂マグネット外径の同軸度が悪化し、電動機に組付けた際、音、振動の要因となっていた。

この発明は、上記のような問題点を解決するためになされたもので、生産性、品質の向上を図ることが出来る電動機の回転子及び電動機の回転子の製造方法及び電動機の回転子の樹脂成形金型及び電動機及び空気調和機を得ることを目的とする。

この発明に係る電動機の回転子は、リング状の回転子マグネットと位置検出用マグネットとをシャフトと一体に樹脂成形する電動機の回転子において、リング状の回転子マグネットの一方の端面の内径に、樹脂成形時の位置決めとなる切欠きを複数設けたことを特徴とする。

この発明に係る電動機の回転子は、リング状の回転子マグネットの一方の端面の内径に、樹脂成形時の位置決めとなる切欠きを複数設けたことにより、シャフトと回転子マグネット外径の同軸度が向上することから品質の向上が図られる。

実施の形態１．
図１乃至４は実施の形態１を示す図で、図１は電動機の回転子を示す図、図２は回転子の樹脂マグネットを示す図、図３は回転子の樹脂成形を行う金型を示す図、図４は電動機の回転子の製造フローを示す図である。

図１に示すように、リング状の回転子の樹脂マグネット６に位置検出用樹脂マグネット３が回転子の樹脂マグネット６の端面から所定距離離して組付けられ、ローレット２を施されたシャフト１と熱可塑性の樹脂９にて成形され一体化されている。段差５を備えた位置検出用樹脂マグネット３は、取付け足４により回転子の樹脂マグネット６に取り付けられる。シャフト１外周の樹脂９の両端面はベアリング設置面１０となる。詳しくは後述するが、シャフト１との一体成形時のゲート１１が回転子の樹脂マグネット６の内径よりもさらに内側に凸形状で配置されている。また、シャフト１との一体成形時、位置検出用樹脂マグネット３の外周に薄皮１２が形成される。

ここで、回転子の樹脂マグネット６は熱可塑性樹脂に磁性材が混合され成形されたもので、図２に示すように、極配向され、磁極の内径に片方の端面からテーパ状に切欠き８を設け、また、切欠き８のある端面の反対側の端面に、位置検出用樹脂マグネット３を据える台座部１３を備えている。

台座部１３により位置検出用樹脂マグネット３を回転子の樹脂マグネット６の端面から離すことが可能となり、位置検出用樹脂マグネット３の肉厚を最小、かつ、任意の位置に配置することが可能となり、樹脂マグネットより安価な熱可塑性樹脂を充填することで、コストの低減が可能となっている。また、位置検出用樹脂マグネット３の材質を回転子の樹脂マグネット６とは別の安価なものにすることもできる。

台座部１３には、位置検出用樹脂マグネット３に備える取付け足４が嵌り込む取付け穴が設けられ、回転子の樹脂マグネット６に組み付けられた時の回り止めとなっている。また、シャフト１との樹脂成形時に可動側金型１６の回り止め押さえ部２４により位置決めされるように、台座部１３に位置決め用突起７を設けている。

リング状の回転子の樹脂マグネット６の内径には、複数箇所に回り止め突起１４を備え、シャフト１との樹脂成形の際に埋設されることにより、回り止め突起１４より回転トルクがシャフト１に伝達される。

尚、シャフト１との一体成形時には、位置検出用樹脂マグネット３の外周にも薄皮１２が形成され、位置検出用樹脂マグネット３の外径のばらつきにも対応し、位置検出用樹脂マグネット３の表出する端面及び回転子の樹脂マグネット６の両端面で樹脂をせき止めるため、位置検出用樹脂マグネット３及び回転子の樹脂マグネット６の外周におけるバリの発生を抑えることが可能となり品質の向上が図られている。

また、シャフト１との一体成形時のゲート１１を回転子の樹脂マグネット６の内径よりもさらに内側に凸形状で配置することで、圧力の集中を緩和し、樹脂の充填が容易に、また、凸部を位置決めに利用することも可能となっている。

図４の製造フローにより、電動機の回転子の製造方法を簡単に説明する。回転子の樹脂マグネット６及び位置検出用樹脂マグネット３を成形した後それぞれを脱磁し、位置検出用樹脂マグネット３を回転子の樹脂マグネット６に組付ける。一方、シャフト１を所定の形状に加工する。シャフト１と位置検出用樹脂マグネット３が組付けられた回転子の樹脂マグネット６が金型にセットされ、ＰＢＴ等の熱可塑性樹脂が射出成形されて樹脂成形されることにより一体化される。そして、それぞれのマグネットを着磁し、ベアリングを組付けて完了する。

図３により、回転子の樹脂成形金型について説明する。可動側金型１６は、金型合わせ面１８、位置検出用樹脂マグネット押さえ面１９、シャフト挿入部２３、回り止め押さえ部２４を有する。固定側金型１７は、金型合わせ面１８、回転子の樹脂マグネット挿入部２０、回転子の樹脂マグネット設置面２１、切欠き押さえ部２２、シャフト挿入部２３を有する。

図３に示すように、シャフト１と位置検出用樹脂マグネット３が組付けられた回転子の樹脂マグネット６が金型にセットされ、樹脂成形されることにより一体化される。ここで、回転子の樹脂マグネット６に位置検出用樹脂マグネット３が組付けられ、固定側金型１７にセットされるが、固定側金型１７に備える切欠き押さえ部２２に回転子の樹脂マグネット６の切欠き８が嵌め込まれている。

この時、固定側金型１７の回転子の樹脂マグネット設置面２１と回転子の樹脂マグネット６の端面に微小の隙間をとり、固定側金型１７の回転子の樹脂マグネット挿入部２０と回転子の樹脂マグネット６の外径にも隙間が出来る。そして、固定側金型１７の金型合わせ面１８より回転子の樹脂マグネット６の端面が突出する段差が、回転子の樹脂マグネット６の端面と固定側金型１７の回転子の樹脂マグネット設置面２１との隙間よりも大きい金型寸法とする。

また、位置検出用樹脂マグネット３の端面と回転子の樹脂マグネット６の端面の距離に対して、可動側金型１６の位置検出用樹脂マグネット押さえ面１９と可動側金型１６の固定側金型１７との金型合わせ面１８との距離が小さい金型寸法とする。

固定側金型１７のシャフト挿入部２３にシャフト１が挿入され、可動側金型１６が閉じられることにより、回転子の樹脂マグネット６の端面が固定側金型１７の回転子の樹脂マグネット設置面２１と可動側金型１６の金型合わせ面１８、かつ位置検出用樹脂マグネット３が可動側金型１６の位置検出用樹脂マグネット押さえ面１９に押し付けられて、それぞれのベアリング設置面１０からの距離が確保される。

ＰＢＴ等の熱可塑性樹脂が射出成形され、回転子が形成されるが、このとき、回転子の樹脂マグネット６の切欠き８の一部と、回り止め突起１４が熱可塑性樹脂に埋設され回転トルクの伝達部分となり、回転子の樹脂マグネット６の回転トルクが確実にシャフト１に伝達される。また、樹脂成形後に表出する回転子の樹脂マグネット６の切欠き８をマグネットの着磁の際の位置決めに利用することもできる。

回転子の樹脂マグネット６は成形され製作されることから、内径と外径との同軸度には成形する金型の同軸度のみが反映されるが、内径と外径寸法には成形条件、材料、環境等により、仕上り幅を持つことになる。

回転子の樹脂マグネット６とシャフト１との熱可塑性樹脂による一体化を行うとき、回転子の樹脂マグネット６の外径を保持する金型構造とした場合、回転子の樹脂マグネット６の外径の仕上がり幅、固定側金型１７への挿入するための隙間、シャフト１と金型のシャフト挿入部２３の隙間等が集積され、シャフト１と回転子の樹脂マグネット６外径との同軸度が悪化し、電動機に組付けた際、音、振動の要因となっていた。

しかし、本実施の形態の回転子では、固定側金型１７の切欠き押さえ部２２とシャフト挿入部２３の同軸を金型加工時に出せば、シャフト１と金型のシャフト挿入部２３の隙間のみがシャフト１と回転子の樹脂マグネット６外径との同軸度に反映され、同軸度の向上による品質の向上が可能となっている。

また、回転子の樹脂マグネット６の外周と固定側金型１７の回転子の樹脂マグネット挿入部２０との間に隙間を確保することが出来ることにより、回転子の樹脂マグネット６の金型へのセット作業が容易となり、生産性の向上が可能となっている。

上記実施の形態では、回転子と位置検出用のマグネットの両方を樹脂マグネットとしたが、例えば、どちらか一方、または、両方のマグネットをフェライトの焼結マグネットとし、同軸を出す機能を備えた緩衝部品をフェライト焼結マグネットに組付けてもよい。

また、樹脂マグネットに対し、ゴム、エラストマに磁性材が混合されたマグネットでもよい。

また、回転子のマグネットの内径に複数箇所に切欠きを設ける構造とし、切欠きの反対の端面に位置決めの突起を備えることを示したが、回転方向の位置決めを除去し、かつ、内径をテーパ状にし同軸度のみを得る構造としてもよい。

また、回転子の樹脂マグネット６の切欠き８は、図２に示すように、磁極と対向する位置関係としたが、この位置関係を変更してもよい。

また、位置検出用樹脂マグネット３を別部品としないで、回転子の樹脂マグネット６に付加してもよい。

また、金型の固定側、可動側の関係を逆にしてもよい。

また、金型と樹脂マグネットの寸法関係を言及しているが一部または全部が異なるものでもよい。

上述の実施の形態では、回転子の樹脂マグネット６とシャフト１を樹脂にて一体にする際、金型で回転子の樹脂マグネット６の内径の切欠き８とシャフト１を位置決めするため、シャフト１と回転子の樹脂マグネット６外径の同軸度が向上することから電動機の品質の向上が図られる。

また、回転子の樹脂マグネット６の外径と金型の回転子の樹脂マグネット挿入部２０の隙間を大きく取ることが可能となることから、マグネットのセット作業が容易となり、生産性の向上とそれに伴うコストの低減が図られる。

実施の形態２．
図５は実施の形態２を示す図で、電動機を示す図である。
図５に示すように、実施の形態１のベアリング２７を取り付けた電動機の回転子２５を、位置検出センサー２６を有するモールド固定子２８と組合せて電動機が完成する。

電動機に組付けた場合、ベアリング設置面１０と位置検出用樹脂マグネット３との距離は樹脂成形で製作されるため精度が良いことから、位置検出センサー２６と位置検出用樹脂マグネット３との距離を詰めることが可能となり、位置検出の精度の向上が図れ、品質の向上が可能となる。

実施の形態３．
図６は実施の形態３を示す図で、空気調和機の構成を示す図である。図に示すように、空気調和機は、空気調和機の室内機２９と、空気調和機の室外機３０とを備え、空気調和機の室外機３０は送風機３１を有する。

空気調和機の室内機２９は空気調和機の室外機３０に接続され、実施の形態２で示した電動機で駆動される送風機３１を有している。音、振動が抑えられる電動機を空気調和機用の主要部品である送風機用電動機として用いることは好適である。

実施の形態１を示す図で、電動機の回転子を示す図である。 実施の形態１を示す図で、回転子の樹脂マグネットを示す図である。 実施の形態１を示す図で、回転子の樹脂成形を行う金型を示す図である。 実施の形態１を示す図で、電動機の回転子の製造フローを示す図である。 実施の形態２を示す図で、電動機を示す図である。 実施の形態３を示す図で、空気調和機の構成を示す図である。

符号の説明

１ シャフト、２ ローレット、３ 位置検出用樹脂マグネット、４ 取付け足、５ 段差、６ 回転子の樹脂マグネット、７ 位置決め用突起、８ 切欠き、９ 樹脂、１０ ベアリング設置面、１１ ゲート、１２ 薄皮、１３ 台座部、１４ 回り止め突起、１５ 取付け穴、１６ 可動側金型、１７ 固定側金型、１８ 金型合わせ面、１９ 位置検出用樹脂マグネット押さえ面、２０ 回転子の樹脂マグネット挿入部、２１ 回転子の樹脂マグネット設置面、２２ 切欠き押さえ部、２３ シャフト挿入部、２４ 回り止め押さえ部、２５ 電動機の回転子、２６ 位置検出センサー、２７ ベアリング、２８ モールド固定子、２９ 空気調和機の室内機、３０ 空気調和機の室外機、３１ 送風機。

Claims (8)

1. リング状の回転子マグネットと位置検出用マグネットとをシャフトと一体に樹脂成形する電動機の回転子において、
   前記リング状の回転子マグネットの一方の端面の内径に、前記樹脂成形時の位置決めとなる切欠きを複数設けたことを特徴とする電動機の回転子。
2. 前記リング状の回転子マグネットの切欠きが、樹脂成形によりシャフトと一体化される時に、一部が埋設されることを特徴とする請求項１に記載の電動機の回転子。
3. リング状の回転子マグネットと位置検出用マグネットとをシャフトと一体に樹脂成形する電動機の回転子において、
   前記位置検出用マグネットを前記回転子マグネットの端面から所定距離離して設け、前記回転子マグネットの端面と前記位置検出用マグネットの間に成形用樹脂を充填したことを特徴とする電動機の回転子。
4. リング状の回転子マグネットと位置検出用マグネットとをシャフトと一体に樹脂成形する電動機の回転子の製造方法において、
   前記樹脂成形の際に、前記回転子マグネットの一方の端面の内径に設けた切欠きに、金型の切欠き押さえ部が嵌め合わされて位置決めされることを特徴とする電動機の回転子の製造方法。
5. 前記回転子マグネット及び位置検出用マグネットを着磁する際に、樹脂成形後に表出する前記回転子マグネットに設けた切欠きを位置決めに利用することを特徴とする請求項４に記載の電動機の回転子の製造方法。
6. リング状の回転子マグネットと位置検出用マグネットとをシャフトと一体に樹脂成形する電動機の回転子の樹脂成形金型において、
   前記回転子マグネットの一方の端面の内径に設けた切欠きに嵌め合わされて位置決めされる切欠き押さえ部を備えたことを特徴とする電動機の回転子の樹脂成形金型。
7. 請求項１乃至３の何れかの電動機の回転子を用い、位置検出用マグネットの位置を検出する位置検出センサーを備えたことを特徴とする電動機。
8. 請求項７記載の電動機を送風機用電動機に用いたことを特徴とする空気調和機。

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