JP4552267B2

JP4552267B2 - モータ

Info

Publication number: JP4552267B2
Application number: JP2000113750A
Authority: JP
Inventors: 幸典中川; 一浩小原; 能成浅野; 佳生小林
Original assignee: Panasonic Corp; Matsushita Electric Industrial Co Ltd
Current assignee: Panasonic Corp; Panasonic Holdings Corp
Priority date: 2000-04-14
Filing date: 2000-04-14
Publication date: 2010-09-29
Anticipated expiration: 2020-04-14
Also published as: JP2001298887A

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、家電製品等に用いられる永久磁石を用いたモータの構造に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
従来、永久磁石を用いたロータは、永久磁石を固定する手段として、次のような手段を用いていた。
（１）永久磁石内周とロータヨーク外周を接着剤で固定。
（２）永久磁石外周に、非磁性金属による管を嵌めることで固定。
【０００３】
上記手段によると、（１）においては、高速回転における信頼性が低く、また、ロータヨークと永久磁石の間に接着剤の層ができるため、パーミアンスが低下し、効率が低下する。（２）においては、エアギャップが大きくなり、または、管に発生する渦電流によりモータ効率が低下していた。
【０００４】
これらの課題を解決する一方法として、特許公開２０００−７８７８７号公報に示された電動機のロータがある。図１１は、特許公開２０００−７８７８７号公報に示された電動機のロータの断面図である。永久磁石４３と、ロータヨーク４２と、出力伝達部４４を連結し、これらを樹脂４６、４８により永久磁石４３をロータヨーク４２外周に固定し、かつ、ロータヨーク４４と出力伝達部４４を固定し、かつ、永久磁石４３と出力軸４５を絶縁している。
【０００５】
【発明が解決しようとする課題】
上述のような、特許公開２０００−７８７８７号公報に示された電動機のロータにおいては、樹脂の強度や、樹脂モールド成形後の樹脂収縮の面で課題がある。特にフェライトの焼結磁石を用いた場合、樹脂の収縮による永久磁石の割れが発生する場合がある。
【０００６】
また、永久磁石の外周部に樹脂があるため、磁気的エアギャップが大きくなり、効率が低下する。
【０００７】
本発明は、上記課題を解決し、十分な強度を持ち、成形後の樹脂収縮においても安定したモータを提供することができる。
【０００８】
【課題を解決するための手段】
上記課題を解決するため本発明は、永久磁石の外周部はロータ回転中心に対して真円とせず、永久磁石の外周のロータ回転中心からの距離が、それぞれの永久磁石の円周方向中心付近で最大となり、円周方向端部において小さく、互いに隣接する永久磁石間に一定の隙間を設る。さらに、少なくとも、前記永久磁石の端部の外側と、互いに隣接する永久磁石間の隙間に樹脂を流しこみ、永久磁石をロータヨークに固定したものである。
【０００９】
また、軸方向両端部にも樹脂を流しこみ、永久磁石の軸方向両端部のうち、互いに隣接する永久磁石間に、樹脂収縮緩和用穴または溝を設けた。
【００１０】
【発明の実施の形態】
本発明の請求項１に記載の発明は、ロータとステータを有するモータにおいて、前記ロータは複数の略円弧状の永久磁石を、鉄などの高透磁率材からなるロータヨークの表面に、樹脂モールドにより固定され、永久磁石の外周部はロータ回転中心に対して真円とせず、
永久磁石の外周のロータ回転中心からの距離が、それぞれの永久磁石の円周方向中心付近で最大となり、円周方向端部において小さく、
少なくとも、前記永久磁石の円周方向端部の外側と、軸方向両端部に樹脂を流しこみ、永久磁石をロータヨークに固定したロータであって、
永久磁石の軸方向両端部のうち、互いに隣接する永久磁石間に、樹脂収縮緩和用穴または溝を設けたことを特徴とするロータを用いたモータであって、非磁性絶縁物を介さず、永久磁石の磁束をロータヨークに直接伝達可能であるという作用を有し、また、樹脂モールド成形後、樹脂の収縮を緩和し、信頼性の高いモータを提供することができる。
【００１１】
本発明の請求項２に記載の発明は、ロータヨーク外周はロータ回転軸を中心とする円筒形であり、永久磁石の厚みを不均一とした、請求項１記載のモータであって、ロータヨークの加工が容易となり、ギャップ磁束密度を正弦波状とすることができる。
【００１２】
本発明の請求項３に記載の発明は、永久磁石の厚みはほぼ均一であり、永久磁石外周の曲率半径がロータ回転中心から永久磁石外周までの距離よりちいさく、かつ、ヨーク外周を、永久磁石の内径形状にあわせて花びら状とした、請求項１記載のモータであって、磁石の加工が容易となり、ギャップ磁束密度を正弦波状とすることができる。
【００１３】
本発明の請求項４に記載の発明は、ロータの外周側において、永久磁石の円周方向中心付近が樹脂で覆われていないことを特徴とする請求項１から請求項3のいずれか一項記載のモータであって、エアギャップを小さくでき、効率の高いモータを提供することができる。
【００２０】
【実施例】
以下、本発明の実施例について図１から図１０を用いて説明する。
【００２１】
（実施例１）
図１は、本発明のモータに用いられるロータの斜視図である。図２は、本発明のモータに用いられるロータの、モールド前の分解斜視図である。図３は、本発明のモータに用いられるロータのＡ−Ａ’断面図である。図４は、本発明のモータに用いられるロータのＢ−Ｂ’断面図である。図５は、本発明のモータに用いられるロータのC−Ｏ−Ｄ断面図である。図６は、本発明のモータに用いられるステータの平面図である。なお、渡り線、リード線等は便宜上省いてある。また、モールドしたステータの場合においても、モールド樹脂図は省略した。図７は、本発明のモータに用いられるステータのステータコアシートの打ちぬきパターンを示す図である。図８は，本発明のモータに用いられるステータのステータコアを展開した状態を示す図である。図９は、本発明のモータの平面図である。なお、ステータをモールドする場合においては、モールド直前の状態を示し、シャフトやベアリング、ブラケット、また、渡り線やリード線は省略した。
【００２２】
鉄などの高透磁率材からなるロータヨーク１２の表面に、８個の略円弧状の永久磁石１１を配置している。永久磁石１１の外周部はロータ回転中心に対して真円とせず、永久磁石の外周のロータ回転中心からの距離が、それぞれの永久磁石の円周方向中心付近で最大値Ｒｍａｘをとり、円周方向端部において最小値Ｒｍｉｎをとる。
【００２３】
互いに隣接する永久磁石間に一定の隙間Ｗを設ける。
【００２４】
また、永久磁石１１は、円周方向の中心部１１ｃで厚く、円周方向の端部１１ｅで薄くなっており、ロータヨーク１２の外周部はロータの回転中心を中心とした円筒形である。すなわち、ステータ内部と永久磁石との磁気的エアギャップは、永久磁石１１の円周方向中央部１１ｃにおいて最も小さく、永久磁石１１の円周方向両端部１１ｅにおいて大きくなる。
【００２５】
永久磁石１１、ロータヨーク１２、ボス１３を樹脂１５でモールドし、これらを固定している。
【００２６】
本構成により、エアギャップの磁束密度が正弦波状となり、トルク脈動が小さく、振動や騒音を低減できる。
【００２７】
ロータヨーク１２の内周には、一定の距離をおいてシャフトと勘合し出力伝達部となるボス１３が設けられている。ロータヨーク１２の内側とボス１３の外側には、わずかな距離をおいて互いに対向した3個の突起１２ｔ、１３ｔが等間隔に設けられている。それぞれの突起の数３は、ロータ極数８とは互いに素である。
【００２８】
本構成により、ロータヨーク１２と出力軸との間が絶縁され、ロータヨークに発生した電流が出力軸に伝達せず、音の原因となるベアリングの電触等が発生しにくくなる。また、樹脂の強度は鉄に比べて弱いため、わずかな距離をもって互いに対向した突起１２ｔ、１３ｔの存在により、半径方向の磁気吸引力や負荷の重力等による荷重に対して高い剛性を保つことが可能である。さらに、樹脂の収縮による芯ずれも防止できる。また、それぞれの突起の数３と、ロータ極数８とは互いに素であるため、モータ運転時にロータ極数個発生する振動モードの節と、前記突起により剛性が向上する部分とが完全に一致することがない。すなわち、８極の場合、磁気吸引力は１周当り４または８箇所、等間隔に強くなっているが、半径方向に対して剛性の強い部分を３個所等間隔に持ってるため、剛性の弱い部分と、磁気吸引力が大きくなる部分が、完全に一致することがなく、ステータの円環振動が発生しにくい。
【００２９】
上記永久磁石の外周の形状は、エアギャップの磁束密度の空間分布を正弦波状に近づけるものであるため、騒音、振動を低減することができる。
【００３０】
樹脂モールド成形する際は、永久磁石１１、ロータヨーク１２、ボス１３を仮固定するが、永久磁石は、モールド成形後も樹脂の覆われない、円周方向の中心部１１ｃを外側から押さえれば良い。
【００３１】
モールドした樹脂は、永久磁石１１の円周方向の端部１１ｅの外側１４ａ、互いに隣接する永久磁石１１の間の隙間１４ｂ、永久磁石の軸方向両端部外側空間１４ｃ、場合によってはロータヨーク１２の内周部に流れこみ、永久磁石１１をロータヨーク１２に固定する。この時、永久磁石１１の円周方向中心付近の外側には樹脂でモールドせず、ロータ回転中心から永久磁石の円周方向中心付近が樹脂で覆われていない、すなわち、永久磁石の円周方向中心部の距離をＲｍａｘとすると、半径Ｒｍａｘ未満の範囲のみ樹脂モールドするようにすれば、エアギャップを拡大することなく、モータ効率を低下させることがない。
【００３２】
さらに、ロータヨーク１２内周側とボス１３外周側に設けられた突起部１２ｔ、１３ｔと、対向した突起間の隙間１４ｆを樹脂でモールドし、ロータヨーク１２とボス１３を絶縁している。
【００３３】
ロータヨーク１２とボス１３の間のうち、突起のない部分のモールドの軸方向厚さＬｎが、突起部のモールドの厚さＬｔ（突起部を含む）より小さい。こうすることにより、ロータの強度を確保しつつ、樹脂の使用量も低減できる。また、樹脂量低減は、突起のない部分に貫通孔を介設する（前記Ｌｎに関係せず）、あるいは、突起のない部分を空間とすることでも実現することができる。
【００３４】
永久磁石１１、ロータヨーク１２、ボス１３を樹脂モールド成形した後、樹脂は収縮しようとし、永久磁石に応力を与える。そこで、応力を緩和する必要がある。そこで、永久磁石の軸方向両端部のうち、樹脂量の多い、互いに隣接する永久磁石間に、樹脂収縮緩和用穴１６を設けている。樹脂収縮緩和用穴１６は、生産性の観点から、軸方向に開けられており、永久磁石端部に達するまで、または、その手前までの深さの穴または溝である。
【００３５】
さらに、永久磁石の軸方向両端部内側に施された樹脂モールドのうち、前記突起を半径方向に延長した部分に、樹脂収縮緩和用穴１７を設けている。これは、ロータヨークの突起部１２ｔの軸方向両端部を覆う樹脂が収縮した時、永久磁石１１の軸方向両端部を内周側に力が働き、応力が集中しやすい。そこで、応力の集中しやすい部分付近に樹脂収縮緩和用穴１７を設けている。特に、ロータヨーク１２の軸方向長さが永久磁石１１の軸方向長さより小さく、永久磁石１１の軸方向の両端部において、ロータヨーク１２に接触していない部分を有するとき、特に有効である。なお、必要に応じて、上記以外の穴１８、１９を適当に設けても良い。これらの穴１６，１７，１８，１９を設けることにより、モールド後の樹脂収縮による永久磁石の割れの発生率が約１０分の１に減少した。
【００３６】
上記構成において、ロータヨーク及びボスをパイプ状の材料から引抜き、あるいは鍛造等により成形した場合や、永久磁石の厚みが大きい場合等は、ステータコアは、ティース1個または複数個ごとに分割するとよい。
【００３７】
図８に示すように、ティース1個ごとに分割しステータコアシートピース２２を積層したステータコアピース２３一直線状に接続し、巻線とコアとの間を絶縁し、線状に展開した状態で巻線２５を施し、巻線後に環状にすれば、巻線性も良く、スロット占積率を大きくすることが可能である。また、ステータコアを、電磁鋼板を打ち抜いたステータコアシートを積層して成形する場合、図７に示すような打ち抜きパターンとすれば、材料取りが良く、スクラップを削減することができる。また、ステータコアには、交番磁束が発生するため、鉄損の小さい電磁鋼板を使用すると良いし、ロータヨークには、磁束の変化が小さいため、ステータコアよりも鉄損の大きい材料を使用することが可能である。
【００３８】
なお、永久磁石の円周方向中心付近とは、前記円周方向中心の、ロータ回転中心からの距離を半径としロータ回転中心を中心とした円内に樹脂を成形する場合、樹脂の成形に十分な厚みを設けることのできない範囲である。
（実施例２）
図１０は、本発明のモータに用いられる他のロータの横断面図を示す。
【００３９】
永久磁石３１の厚みはほぼ均一であり、永久磁石外周の曲率半径がロータ回転中心から永久磁石外周までの距離より小さく、従って、ロータ回転中心から永久磁石３１の円周方向中央部３１ｃまでの距離は、ロータ回転中心から永久磁石３１の円周方向両端部３１ｅまでの距離より大きくなっている。すなわち、ステータ内部と永久磁石との磁気的エアギャップは、永久磁石３１の円周方向中央部３１ｃにおいて最も小さく、永久磁石３１の円周方向両端部３１ｅにおいて大きくなる。
【００４０】
かつ、ロータヨーク３２外周を、永久磁石３１の内径形状にあわせて花びら状とし、ロータ回転中心から永久磁石３１の円周方向中央部３１ｃと接する部分３２ｃまでの距離が最も大きく、ロータ回転中心から永久磁石３１の円周方向中央部３１ｅと接する部分３２ｅまでの距離が小さくなっている。
【００４１】
その他の構成及び作用は、実施の形態１と同様であるので省略する。
【００４２】
エアギャップが不均一であり、ギャップ磁束密度を正弦波状とすることができ、振動・騒音を低減することができる。また、永久磁石の厚みが均一であるため、減磁に対して、永久磁石のどの位置においても均一の耐力があり、永久磁石を必要にして最小限の厚みとすることが可能である。また、永久磁石の加工も容易である。
【００４３】
なお、ロータの極数やロータヨークの形状、永久磁石の形状、ボスの形状、また、ステータのスロット数、巻線の方式等は、本発明の趣旨に応じて種種に変形が可能であり、これらを本発明の範囲から排除するものではない。
【００４４】
【発明の効果】
上記説明より明らかなように、本発明の請求項１に記載の発明によれば、永久磁石を固定するために十分な強度を持ち、信頼性の高いモータを提供することができる。
【００４５】
本発明の請求項１に記載の発明によれば、樹脂モールド成形後、樹脂の収縮を緩和し、信頼性の高いモータを提供することができる。
【００４６】
本発明の請求項２に記載の発明によれば、ロータヨークの加工が容易となり、ギャップ磁束密度を正弦波状とし、振動・騒音を低減することができる。
【００４７】
本発明の請求項３に記載の発明によれば、磁石の加工が容易となり、ギャップ磁束密度を正弦波状ととし、振動・騒音を低減することができる。
【００４８】
本発明の請求項４に記載の発明によれば、エアギャップを小さくでき、効率の高いモータを提供することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明のモータに用いられるロータの斜視図
【図２】本発明のモータに用いられるロータの、モールド前の分解斜視図
【図３】本発明のモータに用いられるロータのＡ−Ａ’断面図
【図４】本発明のモータに用いられるロータのＢ−Ｂ’断面図
【図５】本発明のモータに用いられるロータのC−Ｏ−Ｄ断面図
【図６】本発明のモータに用いられるステータの平面図
【図７】本発明のモータに用いられるステータのステータコアシートの打ちぬきパターンを示す図
【図８】本発明のモータに用いられるステータのステータコアを展開した状態を示す図
【図９】本発明のモータの平面図
【図１０】本発明のモータに用いられる他のロータの断面図
【図１１】従来のロータの断面図
【符号の説明】
１１永久磁石
１２ロータヨーク
１３ボス
１５樹脂
１６樹脂収縮緩和用穴
１７樹脂収縮緩和用穴
２２ステータコアシートピース
２３ステータコアピース

Claims

ロータとステータを有するモータにおいて、前記ロータは複数の略円弧状の永久磁石を、鉄などの高透磁率材からなるロータヨークの表面に、樹脂モールドにより固定され、永久磁石の外周部はロータ回転中心に対して真円とせず、
永久磁石の外周のロータ回転中心からの距離が、それぞれの永久磁石の円周方向中心付近で最大となり、円周方向端部において小さく、
少なくとも、前記永久磁石の円周方向端部の外側と、軸方向両端部に樹脂を流しこみ、永久磁石をロータヨークに固定したロータであって、
永久磁石の軸方向両端部のうち、互いに隣接する永久磁石間に、樹脂収縮緩和用穴または溝を設けたことを特徴とするロータを用いたモータ。
ロータヨーク外周はロータ回転軸を中心とする円筒形であり、永久磁石の厚みを不均一とした、請求項１記載のモータ。
永久磁石の厚みはほぼ均一であり、永久磁石外周の曲率半径がロータ回転中心から永久磁石外周までの距離より小さく、かつ、ヨーク外周を、永久磁石の内径形状にあわせて花びら状とした、請求項１記載のモータ。
ロータの外周側において、永久磁石の円周方向中心付近が樹脂で覆われていないことを特徴とする請求項１から請求項３のいずれか一項記載のモータ。