JP2019134586A - ロータ、モータおよびロータの製造方法 - Google Patents
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Abstract
【課題】部材の破損を防止しつつ、高い同心度でマグネットを回転軸に固定することができるロータ、モータおよびロータの製造方法を提供すること。【解決手段】実施形態に係るロータ5は、筒状のマグネット511と、ホルダ512と、バランス調整部52とを備える。筒状のマグネット511は、回転軸2が挿入される内径部の内径が回転軸2の外径より大きい。ホルダ512は、樹脂製であり、マグネット511の内径部に設けられる筒部およびマグネット511から回転軸2の方向に突出する突出部を有し、回転軸2に圧入される。バランス調整部52は、突出部を介して回転軸2に圧入される。【選択図】図2
Description
本発明は、ロータ、モータおよびロータの製造方法に関する。
従来、モータ等の回転電機におけるロータには、筒状のマグネットの内径部に回転軸が挿入されて構成されるものがある。
ところで、マグネットと回転軸とを固定する場合、両者の間に接着剤を介在させて接着固定する、もしくは、マグネットを回転軸に圧入させて固定することが一般的に行われる。
しかしながら、例えば、接着剤を使用して固定した場合、マグネットおよび回転軸の中心軸が互いにずれて偏心した状態で両者が固定されるおそれがあった。また、マグネットを回転軸に圧入させて固定する場合、挿入の際に回転軸の表面が傷ついたり、あるいは、焼結マグネット等では、マグネット自体が破損するおそれがあった。
本発明は、上記に鑑みてなされたものであって、部材の破損を防止しつつ、高い同心度でマグネットを回転軸に固定することができるロータ、モータおよびロータの製造方法を提供することを目的とする。
上述した課題を解決し、目的を達成するために、本発明の一態様に係るロータは、筒状のマグネットと、ホルダと、固定部とを備える。前記筒状のマグネットは、回転軸が挿入される内径部の内径が当該回転軸の外径より大きい。前記ホルダは、樹脂製であり、前記マグネットの前記内径部に設けられる筒部および前記マグネットから回転軸方向に突出する突出部を有し、前記回転軸に圧入される。前記固定部は、前記突出部を介して前記回転軸に圧入される。
本発明の一態様によれば、部材の破損を防止しつつ、高い同心度でマグネットを回転軸に固定することができるロータ、モータおよびロータの製造方法を提供することができる。
以下、実施形態に係るロータ、モータおよびロータの製造方法について図面を参照して説明する。なお、図面における各要素の寸法の関係、各要素の比率などは、現実と異なる場合がある。図面の相互間においても、互いの寸法の関係や比率が異なる部分が含まれている場合がある。また、以下では、モータの一例としてインナーロータ型のブラシレスモータを挙げて説明する。
まず、図1を用いて実施形態に係るモータの外観について説明する。図1は、実施形態に係るモータ1の斜視図である。
図1に示すように、実施形態に係るモータ1は、回転軸2と、ケース部3とを備える。回転軸2は、円柱状であるケース部3の中心軸を通る位置で延在し、ケース部3から軸方向であるZ軸正方向側へ突出して設けられる。なお、以下では、回転軸2の延在方向であるZ軸方向を回転軸方向と記載する。また、各図面には、説明を分かりやすくするためにかかるZ軸を含む3次元の直交座標系を図示している。
ケース部3は、略円柱状の筐体であり、内部に後述のステータ4やロータ5等を収容する。ここで、図2を用いて、モータ1におけるケース部3の内部構成について説明する。
図2は、実施形態に係るモータ1の断面図である。図2では、図1におけるA−A線で切断した場合のモータ1の断面を示す。図2に示すように、モータ1は、ステータ4とロータ5とを備える。
また、図2に示すように、ステータ4およびロータ5は、ケース部3における本体部31と、第1キャップ32と、第2キャップ33とによってケース部3の内部に収容される。
ステータ4は、モータ1における固定子であり、例えばケイ素鋼板、電磁鋼板等といった軟磁性鋼板等の板状の金属部材が複数積まれて形成される円筒状のステータコア41とステータコア41が備える図示しないティースに巻回されるコイル42とを備える。
ロータ5は、モータ1における回転子であり、マグネットユニット51と、バランス調整部52(固定部の一例)と、軸受部53とを備える。マグネットユニット51は、マグネット511とホルダ512とを備える。マグネット511は、例えば、筒状の永久磁石であり、例えばフェライト磁石やネオジム磁石等の焼結マグネットを用いることができる。具体的には、マグネット511は、回転軸2が挿入される内径部の内径が回転軸2の外径より大きい。
ホルダ512は、例えば、樹脂製であり、マグネット511と一体成形されることでマグネット511を固定する。なお、ホルダ512の詳細については後述する。
バランス調整部52は、マグネット511の回転軸方向における両端に設けられ、ロータ5の回転バランスを調整する。具体的には、バランス調整部52は、例えば実験等により予め測定した回転のアンバランスに応じて外周面を削ることで回転バランスを調整する。なお、バランス調整部52の詳細については後述する。
軸受部53は、マグネットユニット51およびバランス調整部52を回転軸方向であるZ軸方向に挟み込む位置で圧入して1対設けられ、回転軸2を回転自在に支持する。これにより、マグネット511およびバランス調整部52が回転軸方向に位置ずれすることを防止できる。例えば、軸受部53は、ボールベアリング等の転がり軸受で構成できるが、これに限定されず、すべり軸受や磁気軸受等といった他の構造の軸受で構成されてもよい。
ところで、マグネットと回転軸とを固定する場合、両者の間に接着剤を介在させて接着固定する、もしくは、マグネットを回転軸に圧入させて固定することが一般的に行われる。
しかしながら、例えば、接着剤を使用して固定した場合、マグネットおよび回転軸の中心軸が互いにずれて偏心した状態で両者が固定されるおそれがあった。また、マグネットを回転軸に圧入させて固定する場合、挿入の際に回転軸の表面が傷ついたり、あるいは、焼結マグネット等では、マグネット自体が破損するおそれがあった。
そこで、実施形態に係るモータ1は、マグネット511と回転軸2の間に樹脂製のホルダ512を介在させる。具体的には、マグネット511とホルダ512とを一体成形したマグネットユニット51を予め製造しておき、かかるマグネットユニット51を回転軸2に圧入させる。換言すれば、マグネットユニット51の開口の径が回転軸2の外径よりも小さい状態で固定される(しまり嵌めとも呼ばれることがある)。
これにより、マグネット511と回転軸2とが偏心することを防止できる。また、マグネット511と回転軸2との間に樹脂製のホルダ512が介在するため、挿入の際に回転軸2の表面が傷つくこともなく、マグネット511が破損することもない。すなわち、実施形態に係るモータ1によれば、部材の破損を防止しつつ、高い同心度でマグネット511を回転軸2に固定することができる。
図3〜図5を用いて、実施形態に係るマグネットユニット51について詳細に説明する。図3は、実施形態に係るマグネットユニット51の斜視図である。図4および図5は、実施形態に係るマグネットユニット51の断面図である。
図3〜図5に示すように、ホルダ512は、筒部512aと、突出部512bと、フランジ部512cとを備える。筒部512aと、突出部512bと、フランジ部512cとは、樹脂製の材料により一体的に構成される。なお、筒部512aと、突出部512bと、フランジ部512cとは、それぞれ別部材で構成されてもよい。
筒部512aは、マグネット511の内径部に設けられ、回転軸2を押圧した状態で回転軸2に固定される。具体的には、筒部512aは、内径が回転軸2の外径と同じ、もしくは、わずかに小さい。
また、筒部512aの内周面(突出部512bの内周面も含む)は、マグネット511の内径部に比べて滑らかな表面形状を有する。つまり、ホルダ512は、回転軸2と対向する周面がマグネット511の内径部よりも面粗度が高い。面粗度とは、表面粗さを示すパラメータである。
このように、ホルダ512の内周面を滑らかにすることで、挿入の際に、回転軸2が傷つくことを防止することができる。また、ホルダ512に樹脂材料等のような回転軸2より硬度が低い材料を用いることで、回転軸2が傷つくことをさらに防止できる。
突出部512bは、後述するバランス調整部52に挿入される部位である。具体的には、突出部512bは、回転軸2における径方向へ撓み可能である。これにより、マグネットユニット51を回転軸2に挿入する際、突出部512bが外側に撓むことにより、挿入工程を容易に行うことができる。
より具体的には、図3に示すように、突出部512bは、回転軸2における周方向に所定の間隔で並んだ複数のスリットSLを有する。換言すれば、スリットSLは、突出部512bから後述のフランジ部512cに向かう回転軸方向であるZ軸負方向側へ向かって切り欠かれた切欠き部である。
このようにスリットSLを設けることで、新たな部材を追加することなく突出部512bに撓み機能を付与することができる。
また、図3に示す例では、3つのスリットSLを等間隔(120度間隔)で設ける場合を示した。これにより、突出部512bは、回転軸2の該主面に対して均等に押圧できるため、押圧が偏ることによる突出部512bの破損を低減できる。なお、スリットSLの数は、3つに限定されるものではなく、2つであってもよく、4つ以上であってもよい。また、各スリットSLの幅や深さ、形状がすべて同じであってもよく、それぞれが異なっていてもよい。
また、図3に示す例では、突出部512bに複数のスリットSLを設けることで撓み可能に構成されたが、突出部512bが撓み可能であれば、スリットSLに限定されるものではない。
例えば、突出部512bは、マグネット511から離れるに従って肉薄(先細りテーパー状ともいう)となる形状にし、後述のバランス調整部52の押圧により変形可能な形状にしてもよい。
フランジ部512cは、マグネット511の回転軸方向への移動を規制する部材である。これにより、マグネット511が回転軸方向へ位置ずれをすることを防止できる。なお、フランジ部512cは、必ずしも必要な構成ではなく、省略されてもよい。
また、上述したように、マグネットユニット51は、一体成形される。具体的には、マグネットユニット51は、予め製造された筒状のマグネット511に、ホルダ512を型どった金型を装着し、かかる金型に樹脂を流しこみ所定の方法で硬化させることで製造する。
また、図5に示す例では、マグネット511は、リング状である場合を示したが、これに限定されるものではなく、例えば、IPM(Interior Permanent Magnet)等のような、セグメントマグネットであってもよく、筒状であれば形状は任意であってよい。
次に、図6を用いて、バランス調整部52について説明する。図6は、実施形態に係るバランス調整部52の斜視図である。図6に示すように、バランス調整部52は、調整部521(調整部位の一例)と、嵌合部522とを備える。
調整部521は、ロータ5の回転バランスを調整する調整部位であり、例えば真鍮やステンレス鋼等といった金属材料で構成される。具体的には、調整部521は、嵌合部522に向かって下り傾斜となるテーパー状となっており、かかるテーパー形の部位が肉厚状になっている。つまり、調整部521を肉厚状にすることで、削る量が増えるため、回転バランスの調整幅を広くすることができる。
嵌合部522は、上記したホルダ512における突出部512bに嵌合される部位である。つまり、バランス調整部52の嵌合部522は、ホルダ512の突出部512bを介して回転軸2を押圧することで、バランス調整部52を回転軸2に固定する。
また、バランス調整部52の一端である先端部52a側の開口は、他端側の開口よりも径が小さい。また、先端部52aは、回転軸2と接しない状態であることが好ましく、さらには、回転軸2との隙間が極力小さいことが好ましい。
また、先端部52aは、回転軸2における径方向内側に向かって屈曲した屈曲部であるとも言える。先端部52aは、軸受部53がボールベアリングである場合の内輪に接する部位である。つまり、先端部52aを屈曲させることで、軸受部53の内輪と接する面積を大きくできるため、様々な内輪幅の軸受部53に対応できる。また、屈曲させることにより強度を向上させることもできる。
なお、図6では、バランス調整部52は、調整部521と嵌合部522とが一体成形される場合を示したが、調整部521と嵌合部522とを別部材で構成してもよい。
次に、図7を用いて、マグネットユニット51とバランス調整部52との装着について説明する。図7は、マグネットユニット51とバランス調整部52との装着状態を示す図である。図7では、マグネットユニット51が回転軸2に装着した状態で、バランス調整部52を装着する場合を示す。なお、図7の上段には、装着前の状態を示し、下段には、装着後の状態を示す。
図7に示すように、バランス調整部52は、回転軸2と対向する内周面に段差52bを有する。具体的には、段差52bは、バランス調整部52における調整部521側の開口に設けられる。
また、ホルダ512の突出部512bは、バランス調整部52側の一端である先端が先細りとなるテーパー形状になっている。つまり、図7の上段に示すように、マグネットユニット51をバランス調整部52に挿入する際、段差52bと突出部512bのテーパー状の部位とにより、挿入を容易に行うことができ、製造時に突出部512bの破損を防止できる。なお、図7では、段差52bを一例として示したが、例えば、先端部52aに向かうほど開口の径が小さくなるテーパー形状であってもよい。
そして、図7の下段に示すように、バランス調整部52は、調整部521がフランジ部512cに接する位置まで挿入する。これにより、バランス調整部52は、嵌合部522がホルダ512の突出部512bを介して回転軸2を押圧した状態で固定される。
なお、図7では、バランス調整部52は、調整部521とフランジ部512cとが接するまで挿入されて固定される場合を示したが、調整部521とフランジ部512cとが離れた状態で固定されてもよい。
また、図7では、バランス調整部52は、先端部52aがホルダ512の突出部512bの先端と離れた状態で固定されたが、先端部52aがホルダ512の突出部512bの先端と接した状態で固定されてもよい。かかる場合、先端部52aは、突出部512bのストッパとして機能するとも言える。
また、図7の上段では、バランス調整部52が装着される前の段階において、ホルダ512の突出部512bと回転軸2とが接した状態を示したが、突出部512bと回転軸2とが離れた状態であってもよい。つまり、回転軸2から浮いた状態の突出部512bは、バランス調整部52が挿入されて、嵌合部522の押圧を受けることで、回転軸2に接する。
次に、図8および図9を用いて、実施形態に係るロータ5の製造方法について説明する。図8は、実施形態に係るロータ5の分解斜視図である。図9は、実施形態に係るロータ5の斜視図である。なお、マグネットユニット51は、上記した製造方法により予め製造されていることとする。
実施形態に係るロータ5の製造方法では、まず、マグネットユニット51を回転軸2に挿入する(マグネットユニット圧入工程)。回転軸2に挿入されたマグネットユニット51は、ホルダ512が回転軸2を圧入した状態で固定される。
つづいて、マグネットユニット51が回転軸2方向へずれないように位置決めした状態で、1対のバランス調整部52−1,52−2のうち、一方のバランス調整部52−2をホルダ512の突出部512b−2に圧入する。これにより、マグネットユニット51のZ軸負方向側への移動が規制される(固定部圧入工程)。
つづいて、他方のバランス調整部52−1をZ軸正方向側からホルダ512の突出部512b−1を圧入する位置まで挿入する(固定部圧入工程)。これにより、マグネットユニット51のZ軸正方向側への移動が規制される。
つづいて、マグネットユニット51、1対のバランス調整部52−1,52−2を挟み込む位置で圧入するように一対の軸受部53−1,53−2を挿入することで、図9に示すロータ5の製造が完了する。
そして、図9に示す完成後のロータ5の回転バランスを測定し、アンバランスが生じた場合、露出した箇所であるバランス調整部52における調整部521の外周面を削ることでアンバランスを解消する。
上述したように、実施形態に係るロータ5は、筒状のマグネット511と、ホルダ512と、固定部(バランス調整部52)とを備える。筒状のマグネット511は、回転軸2が挿入される内径部の内径が回転軸2の外径より大きい。ホルダ512は、樹脂製であり、マグネット511の内径部に設けられる筒部512aおよびマグネット511から回転軸方向に突出する突出部512bを有し、回転軸2に圧入される。固定部は、ホルダ512の突出部512bを介して回転軸2に圧入される。
これにより、マグネット511と回転軸2とが偏心することを防止できる。また、マグネット511と回転軸2との間に樹脂製のホルダ512が介在するため、挿入の際に回転軸2の表面が傷つくこともなく、マグネット511が破損することもない。すなわち、実施形態に係るモータ1によれば、部材の破損を防止しつつ、高い同心度でマグネット511を回転軸2に固定することができる。
なお、上述した実施形態に係るマグネットユニット51では、マグネット511とホルダ512とが一体成形される場合を示したが、マグネット511とホルダ512とが一体成形されなくともよい。かかる点について、図10を用いて説明する。
図10は、変形例に係るマグネットユニット51の断面図である。図10に示すように、変形例に係るマグネットユニット51は、2つのホルダ512−1,512−2を含んで構成される。
具体的には、2つのホルダ512−1,512−2は、マグネット511を回転軸方向に挟み込む位置で固定される。より具体的には、マグネットユニット51を回転軸2に固定する場合、まず、一方のホルダ512−1をZ軸正方向側から回転軸2に挿入し、回転軸2に圧入する。つづいて、マグネット511をZ軸負方向側から回転軸2に挿入し、ホルダ512−1の筒部512a−1に圧入する。つづいて、他方のホルダ512−2をZ軸負方向側から回転軸2に挿入し、筒部512a−2をマグネット511に圧入する。これにより。マグネットユニット51が回転軸2に固定される。
つまり、ホルダ512−1,512−2を2つに分けて構成することで、マグネットユニット51を一体成形せずに製造できる。
また、図10に示す例では、2つの筒部512a−1,512a−2が互いに回転軸方向で離れている場合を示しているが、2つの筒部512a−1,512a−2が互いに接してもよい。つまり、2つの筒部512a−1,512a−2が互いに接する場合、マグネット511の内径部全体が2つの筒部512a−1,512a−2に覆われる。
また、2つの筒部512a−1,512a−2が互いに離れている場合、つまり、マグネット511の内径部の一部が筒部512a−1,512a−2に覆われる場合、各筒部512a−1,512a−2の回転軸方向への長さは略同じであることが好ましい。これにより、ロータ5の回転バランスが崩れることを防止できる。
なお、上述した実施形態では、バランス調整部52の嵌合部522と、ホルダ512の突出部512bとが対向する面は、それぞれオウトツの無い平坦面であったが、これに限定されるものではない。
例えば、バランス調整部52の嵌合部522と、ホルダ512の突出部512bとが対向する面は、ボルトおよびナットの関係のように、らせん状の突起部と、突起部に対応する窪み部とが形成されてもよい。つまり、バランス調整部52の嵌合部522がホルダ512の突出部512bに締結されて回転軸2に固定されてもよい。これにより、バランス調整部52が回転軸方向へ脱落することを防止できる。
また、上記実施の形態により本発明が限定されるものではない。上述した各構成素を適宜組み合わせて構成したものも本発明に含まれる。また、さらなる効果や変形例は、当業者によって容易に導き出すことができる。よって、本発明のより広範な態様は、上記の実施の形態に限定されるものではなく、様々な変更が可能である。
1 モータ、2 回転軸、3 ケース部、4 ステータ、5 ロータ、31 本体部、32 第1キャップ、33 第2キャップ、41 ステータコア、42 コイル、51 マグネットユニット、52,52−1,52−2 バランス調整部(固定部の一例)、52a 先端部、52b 段差、53,53−1,53−2 軸受部、511 マグネット、512,512−1,512−2 ホルダ、512a,512a−1,512a−2 筒部、512b,512b−1,512b−2 突出部、512c フランジ部、521 調整部(調整部位の一例)、522 嵌合部、SL スリット
Claims (10)
- 回転軸が挿入される内径部の内径が当該回転軸の外径より大きい筒状のマグネットと、
前記マグネットの前記内径部に設けられる筒部および前記マグネットから回転軸方向に突出する突出部を有し、前記回転軸に圧入されている樹脂製のホルダと、
前記突出部を介して前記回転軸に圧入されている固定部と
を備えるロータ。 - 前記固定部は、
前記ロータの回転バランスを調整する調整部位を有する、
請求項1に記載のロータ。 - 前記ホルダは、
前記マグネットと一体成形されている
請求項1または2に記載のロータ。 - 前記突出部は、
前記回転軸における径方向に撓み可能であり、前記固定部の圧入により撓んだ状態で前記回転軸に接する、
請求項1〜3のいずれか1つに記載のロータ。 - 前記突出部は、
前記回転軸方向へのスリットが複数形成されている、
請求項4に記載のロータ。 - 前記固定部、前記ホルダおよび前記マグネットを回転軸方向に挟み込む位置で圧入した状態で設けられ、前記回転軸を回転自在に支持する1対の軸受部をさらに備える、
請求項1〜5のいずれか1つに記載のロータ。 - 前記ホルダは、
前記回転軸より硬度が低い材料である、
請求項1〜6のいずれか1つに記載のロータ。 - 前記ホルダは、
前記回転軸と対向する周面が前記マグネットの前記内径部よりも面粗度が高い、
請求項1〜7のいずれか1つに記載のロータ。 - 請求項1〜8のいずれか1つに記載のロータと、
ステータと、
を備えるモータ。 - 内径部の内径が回転軸の外径より大きい筒状のマグネットと、前記マグネットの前記内径部に設けられる筒部および前記マグネットから回転軸方向に突出する突出部を有する樹脂製のホルダとを備えるマグネットユニットを前記回転軸に圧入するマグネットユニット圧入工程と、
固定部を、前記突出部を介して前記回転軸に圧入する固定部圧入工程と
を含むロータの製造方法。
Priority Applications (5)
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