JP2019134586A

JP2019134586A - ロータ、モータおよびロータの製造方法

Info

Publication number: JP2019134586A
Application number: JP2018014643A
Authority: JP
Inventors: 準大村; Jun Omura
Original assignee: MinebeaMitsumi Inc
Current assignee: MinebeaMitsumi Inc
Priority date: 2018-01-31
Filing date: 2018-01-31
Publication date: 2019-08-08
Anticipated expiration: 2038-01-31
Also published as: WO2019150630A1; JP6967987B2; US11322998B2; CN111630754A; US20210057947A1; CN111630754B; DE112018006990T5

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。

特開２００７−１３５３３２号公報

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。

図１は、実施形態に係るモータの斜視図である。図２は、実施形態に係るモータの断面図である。図３は、実施形態に係るマグネットユニットの斜視図である。図４は、実施形態に係るマグネットユニットの断面図である。図５は、実施形態に係るマグネットユニットの断面図である。図６は、実施形態に係るバランス調整部の斜視図である。図７は、マグネットユニットとバランス調整部との装着状態を示す図である。図８は、実施形態に係るロータの分解斜視図である。図９は、実施形態に係るロータの斜視図である。図１０は、変形例に係るマグネットユニットの断面図である。

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。

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。

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

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。