JP5396972B2 - モータのロータ - Google Patents

Description

本発明は、永久磁石を配置したモータのロータに関する。

ロータコアに永久磁石を周方向に等間隔に埋め込み、この永久磁石をステータの磁極に対向させてロータを回転させる永久磁石式ブラシレスＤＣモータが公知である。そのうち磁石埋込型（Interior Parmanent Magnet型、略してＩＰＭ型ともいう）と呼ばれる複数の永久磁石をロータコアの周方向に等間隔に固定する通常の構造のものでは、永久磁石が形成する磁束の不適当な回り込み（すなわち漏洩磁束）の増大を防ぎ、磁束の有効利用を図るために永久磁石の周方向の両側に空隙が形成されている。すなわち長孔の周方向の幅を永久磁石の周方向の幅よりも大きく設定し、永久磁石の両側に設けた空隙により永久磁石の磁束が周方向に拡大するのを防いでいる。そしてこの長孔内に、この長孔よりも周方向に幅が狭い永久磁石が固定されている。このとき永久磁石は、確実に固定されるよう様々な工夫がされ、永久磁石が位置ずれすることにより発生する磁気特性の変動や、永久磁石が長孔内で動き、長孔内壁と衝突することにより発生する永久磁石の破損等が防止されている。

例えば、特許文献１に示すものでは、コアの磁石挿入穴に磁石が挿入されている。そして磁石挿入穴の周方向両側に設けられた、磁束漏れを防ぐための空隙に非磁性金属パイプが挿入されて、パイプ両端を磁石よりも突出させ、これらの突出端を塑性変形させることによって磁石の動きを規制し長孔内に固定している。

また特許文献２に示すものでは、永久磁石の表面に接着剤を付け、所定の方法によって硬化させながらプレスすることで磁石表面に接着剤シートを形成し、その後コアの磁石挿入穴に挿入する。そしてロータコアを加熱して接着剤シートを発泡させることで磁石を挿入穴に接着して固定している。

特開２００２−１０５４４号公報 特開２００７−１５１３６２号公報

しかしながら、特許文献１に示すものでは、ロータコアの磁石挿入穴が、高温（例えば１６０℃）時には膨張し拡大する。しかし磁石挿入穴に挿入されている永久磁石よりロータコアの熱膨張係数の方が大きいため拡大量に差が生じる。よって高温時においては、ロータコアの磁石挿入穴の内壁と永久磁石との間で、隙間が発生する可能性があり、これによってモータ回転時に発生する様々な振動により永久磁石がロータコアの磁石挿入穴内で揺動され摩損されて、モータの性能低下や寿命低下を引起したり、破損される虞がある。

低温時（例えば−３０℃）においては、永久磁石よりも大きな熱膨張係数をもつ非磁性金属パイプが、大きく収縮し永久磁石の固定が困難になる。これにより高温時と同様にモータ回転時に永久磁石が激しく揺動され摩損されて、モータの性能低下や寿命低下を引起したり、破損される虞がある。また、固定用パイプを設けることにより磁束の漏れが発生しやすくモータ効率を悪化させる可能性もある。

また、特許文献２に示すものは、永久磁石と、永久磁石表面に形成された接着剤シートの熱膨張係数が大きく異なる（約十数倍）ので、高、低温時の膨張、収縮の繰り返しによって接着剤と永久磁石及びロータコアとの界面にクラックが発生し、接着剤によって磁石を固定する能力が低下する虞がある。これにより、モータ回転時に発生する様々な振動によって永久磁石がロータコアの磁石挿入穴内で揺動され摩損されて、モータの性能低下や寿命低下を引起したり、破損される虞がある。また接着剤の熱伝導率が低いため、接着剤が永久磁石の断熱層として作用してしまいモータ発熱時に放熱を妨げ、モータの性能低下や信頼性低下の要因となる虞もある。

本発明は上記の課題に鑑みてなされたものであり、モータの使用される温度環境下において、永久磁石をロータに確実に固定できる、低コストで信頼性の高いモータを提供することを目的とする。

上記課題を解決するため、請求項１に係る発明の特徴は、積層された薄板のコアプレートの中央部に貫通孔が形成されたロータコアと、前記ロータコアに円周方向に並列して所定ピッチで軸線方向に貫通して形成された複数の磁石固定孔にそれぞれ固定された複数の永久磁石と、前記ロータコアの貫通孔に嵌着されるシャフトと、を有するモータのロータにおいて、前記永久磁石が嵌着される挿入孔が形成された非磁性金属製のケースと、前記ケースを前記磁石固定孔に機械的に固定する固定手段と、を備え、前記永久磁石は、前記ケースの挿入孔に高温時においても所定の嵌合代が確保されるように常温時の嵌合代が設定されて圧入され、又は焼嵌めされており、前記永久磁石の熱膨張係数をαｍとし、前記ケースの熱膨張係数をαｋとすると、αｋ＞αｍであることである。

請求項２に係る発明の特徴は、請求項１において、前記固定手段は、前記永久磁石を嵌着された前記ケースが前記磁石固定孔に圧入されていることであり、前記ロータコアの熱膨張係数をαｃとすると、前記αｋ＞前記αｃ＞前記αｍであることである。

請求項３に係る発明の特徴は、請求項２において、前記ケースは、前記永久磁石が嵌着される前記挿入孔が形成された薄肉の周縁部と、該周縁部の両側端面から前記ロータコアの円周方向に突出された肉厚の突起部とを有することである。

請求項４に係る発明の特徴は、請求項１において、前記永久磁石を嵌着された前記ケースが前記磁石固定孔に挿入された後、前記ケースに形成されたカシメ部が前記ロータコアの両端面に圧着するようにカシメられていることである。

請求項５に係る発明の特徴は、請求項１乃至請求項４のいずれか１項において、前記ケースには、前記挿入孔に前記永久磁石が嵌着された後に、前記挿入孔から前記永久磁石が抜け出ることを防止するための永久磁石固定部が備えられることである。

請求項１に係る発明によれば、破損されやすく固定しにくい永久磁石が非磁性金属製のケースに嵌着された後に、ロータコアの磁石固定孔に機械的に固定されている。これにより、従来に比して簡素な構造によって低コストで、永久磁石を保護しつつ、かつガタ無く強固に固定できる。また、熱膨張係数が小さい永久磁石が、熱膨張係数の大きいケースの挿入孔に嵌合代が高温時においても十分残留されるように設定され圧入または焼嵌めされている。これにより、高温時においてはケースの膨張量が、永久磁石の膨張量よりも大きくてもケースと永久磁石との間は離間することなく圧接され、永久磁石は確実にケースに固定され信頼性の向上が図られる。また低温時においては、熱膨張係数の大きいケースが収縮し、熱膨張係数が小さい永久磁石を締め付けるのでケースの永久磁石に対する保持力が大きくなる。焼嵌めによって固定する場合には圧入が困難な弾性係数を有する材料にも適用できるので選択肢が広がり設計が有利になる。

請求項２に係る発明によれば、ケースの熱膨張係数αｋ＞ロータコアの熱膨張係数αｃ＞永久磁石の熱膨張係数αｍの関係があるので、低温時においては、ケースが最も大きく収縮しようとするが、ケース内に固定された熱膨張係数の小さい永久磁石に阻まれケースは永久磁石と略同量しか収縮できない。そしてケースの外側からは永久磁石よりも熱膨張係数が大きいロータコアが収縮してくるため、ケースはケース内の永久磁石と、外側のロータコアとに圧接され、ロータコアとケースと永久磁石とは強固に固定される。これによってロータの回転や振動等によって発生する永久磁石の摩損や破損等が防止される。

請求項３に係る発明によれば、ケースから突出された肉厚の突起部が、ロータコアの円周方向に突出されている。これによって高温時においてはロータコアの熱膨張係数αｃより大きい熱膨張係数αｋをもつケースの突起部が膨張しようとするが突起部外側にあるロータコアに阻まれ膨張できずロータコアとケースとはお互い圧接され強固に固定される。

請求項４に係る発明によれば、永久磁石が嵌着されカシメ部を備えたケースが、磁石固定孔に挿入され、ロータコアの両端面でカシメられて固定されている。これによりケースを、磁石固定孔に圧入するための精度の高い加工や厳重な寸法管理が不要となりコストの低減が図れる。

請求項５に係る発明によれば、永久磁石が抜け出ることを防止するための永久磁石固定部がケースに設けられるため、ケースに嵌着された永久磁石がケースから抜け出る虞はなく、信頼性の更なる向上を図ることができる。

本実施形態にかかるモータの回転軸方向から見た部分平面図である。 第1の実施形態にかかるロータの一部分解斜視図である。 第1の実施形態にかかるケースと永久磁石の拡大部分図である。 図１の４−４断面図である。 第1の実施形態にかかる変形例１である。 第1の実施形態にかかる変形例２である。 第1の実施形態にかかる変形例３である。 第２の実施形態にかかるケースと永久磁石の固定状態斜視図である。 第３の実施形態にかかるケースと永久磁石の固定状態斜視図である。

以下、本発明のモータを具体化した実施形態について図面を参照しつつ説明する。また、本発明におけるモータは、永久磁石埋込型モータ（以下、「ＩＰＭ（Ｉｎｔｅｒｉｏｒ Ｐｅｒｍａｎｅｎｔ Ｍａｇｎｅｔ）モータ」と称する）として説明する。

第１の実施形態であるＩＰＭモータ１０について、図１〜図４を参照して説明する。図１は、第一実施形態のＩＰＭモータ１０の回転軸方向から見た部分平面図である。図２は、本発明に係るロータの斜視図であり、図３は、図１の一部を示す拡大図である。また図４は、図１の４−４断面図である。

ＩＰＭモータ１０は、ステータ２０と、ステータ２０に対して円柱状のシャフト１１の回転軸を中心とし回転自在に設けられるロータ３０とを備える。ステータ２０は、周方向に所定ピッチで複数のティース２２が形成されたステータコア２１を有する。ステータコア２１は、電磁鋼板をロータ３０の軸線方向に積層して形成されている。ステータ２０は、各ティース２２に巻装された巻線（図示しない）に電流を流すことにより、ステータ２０の内部に磁界を形成している。

ロータ３０は、ロータコア３１と、ケース３７と、永久磁石３２と、シャフト１１と、エンドプレート４０とを有する。ロータ３０は、ステータ２０の内側にエアギャップを介在させ、ステータ２０に対して回転自在に設けられている。ロータ３０は、ステータ２０の巻線に電流が流されることにより磁極となったステータコア２１のティース２２から磁力を受けて、シャフト１１の回転軸を中心に回転する。これにより、ＩＰＭモータ１０は、所定のトルクをシャフト１１回転軸から出力する。

ロータコア３１は、中央部に貫通孔を備える薄板の電磁鋼板であるコアプレート３６が回転軸線方向に積層されて形成されている。ロータコア３１は、磁石固定孔３３と、中央部の貫通孔３１ａと、ロータコア本体３８とを有する。貫通孔３１ａには貫通孔３１ａ中心に向って突設されたキー部３１ｂが、ロータコア３１の両端面に亘って軸線と平行に２本対向して設けられている。そしてロータコア３１とシャフト１１とが、ロータコア３１のキー部３１ｂと、シャフト１１の全長に亘って刻設された軸線と平行な２本の溝部１１ａとが係合されることによって嵌着され相対回転を規制されている。

磁石固定孔３３は、ロータコア３１の円周方向に所定ピッチで並列し軸線方向に複数貫設されており、本実施形態においては８個設けられている。磁石固定孔３３は、図３に示すようにロータコア３１における径方向の内方に配置される内面である磁極内面３３ａと、ロータコア３１における径方向の外方に配置される内面である磁極内面３３ｂと、停止部３３ｃと、空隙部３３ｆを形成する略楕円状に形成された両側内面３３ｄと、停止部３３ｃと両側内面３３ｄとをつなぐ連結部３３ｅとから形成されている。なお、磁石固定孔３３において磁極内面３３ｂと、連結部３３ｅとの間は、スロット部３１ｅとされ、後述するケース３７の突起部３７ａが圧入される。

永久磁石３２は、平板形状に形成され、厚み方向に磁化されている磁石であり、例えばネオジム磁石等によって形成される。そして隣合うロータコア３１の磁石固定孔３３には、極性が反転された永久磁石３２が配置され固定される。

一般的に永久磁石は機械的な強度が低いため、大きな圧入荷重には耐えられない。そこで、本発明においては永久磁石３２を均一な圧入面が形成されていない虞のあるロータコア３１の磁石固定孔３３には直接圧入しない。これは磁石固定孔３３が薄板の電磁鋼板が積層されることによって形成されているためである。そしてまず縦弾性係数が比較的低く圧入のし易い例えばアルミ合金で形成されたケース３７の挿入孔３７ｃに圧入し固定する。こうすることにより永久磁石３２はケース３７に保護され取り扱いも容易になる。

そして永久磁石３２がケース３７に嵌着された状態で、ケース３７を機械的に固定手段である圧入によって磁石固定孔３３に固定している。このときケース３７のロータコア３１における径方向の内方では、ケース３７の内面３７ｆと磁石固定孔３３の磁極内面３３ａとが圧接され、またロータコア３１における径方向の外方では、ケース３７の外面３７ｇと磁石固定孔３３の磁極内面３３ｂとが圧接され固定されている。

ケース３７は、ステータ２０によって発生される磁束に影響を及ぼさないように非磁性金属製である上述した例えばアルミ合金（その他ＳＵＳ、銅系金属等でもよい）によって形成されている。ケース３７は、図３に示すように薄肉の周縁部３７ｂと、挿入孔３７ｃと、肉厚の突起部３７ａと、停止部３７ｄと、からなる。

薄肉の周縁部３７ｂは略均一な厚みをもち周囲を囲繞することによって挿入孔３７ｃを形成している。なお、本実施形態において周縁部３７ｂの厚みは永久磁石３２の圧入のし易さを考慮して、永久磁石３２の厚みの１／１０以下とする。

挿入孔３７ｃは永久磁石３２が圧入によって嵌着されるための空間である。挿入孔３７ｃ入口部長方形の短辺の長さおよび永久磁石３２の厚みはＩＰＭモータ１０の最高使用温度を例えば１６０℃とし、該最高使用温度においても挿入孔３７ｃに圧入された永久磁石３２と、ケース３７との間で所定の保持力（または嵌合代）が確保されるよう設定される。また永久磁石３２の熱膨張係数をαｍとし、ケース３７の熱膨張係数をαｋとすると、αｍとαｋとの間の関係はαｋ＞αｍとなるよう構成されている。

肉厚の突起部３７ａは、磁石固定孔３３のスロット部３１ｅに圧入され、常温を上回る高温時におけるケース３７とロータコア本体３８との間の相対移動を規制し強固に固定する機能を持つ。突起部３７ａは、薄肉の周縁部３７ｂの、ロータコア３１の円周方向においての両側端面から所定量だけロータコア３１の円周方向に延在され、ケース３７の圧入方向全長に亘って形成されている。突起部３７ａのロータコア３１における径方向の厚みは永久磁石３２の厚みと略同等寸法で形成されている。

停止部３７ｄは、ロータコア３１においてケース３７の円周方向の移動を規制する機能を持つ。停止部３７ｄは、ロータコア３１の円周方向において、ケース３７の周縁部３７ｂの両側端面の一部が兼用され、ロータコア本体３８の磁石固定孔３３に設けられた停止部３３ｃに当接されて移動が規制されている。

ロータコア３１において磁石固定孔３３の径方向外方には厚肉部３９が設けられている。厚肉部３９は、磁石固定孔３３に永久磁石３２が固定されることにより磁極となる。ロータコア３１周方向において、厚肉部３９の両端部外方にはブリッジ３５が形成されている。そしてブリッジ３５は、磁石固定孔３３を形成する両側内面３３ｄのＡ点で最も肉厚が薄くなり、薄肉部３５ａを形成している。

このブリッジ３５の薄肉部３５ａは、漏れ磁束を低減させるフラックスバリアとして機能するものである。漏れ磁束とは、磁石固定孔３３に固定された永久磁石３２による磁束のうち、隣の磁石固定孔３３に固定された永久磁石３２による磁束の一部と短絡する磁束のことである。漏れ磁束は、ロータ３０の回転駆動に寄与しないため、漏れ磁束を低減させることにより磁気特性の向上を図ることができる。薄肉部３５ａの形状は、ロータコア３１の直径や永久磁石３２磁束密度による磁気回路を考慮して適宜設定される。

そして上記のように構成されたロータ３０を構成する永久磁石３２、ケース３７及びロータコア３１の熱膨張係数をそれぞれ、αｍ、αｋ及びαｃとすると、各熱膨張係数αｍ、αｋ、αｃはαｋ＞αｃ＞αｍの関係となるよう構成されている。

エンドプレート４０は、図４に示すように、ロータコア３１の軸方向両端において、複数の磁石固定孔３３を塞ぐように取り付けられる板状部材であり、第１の実施形態においては省略してもよい。

次に、本実施形態において、上述した構成からなるＩＰＭモータ１０の作用効果について説明する。ＩＰＭモータ１０の実用状態では、まず、ステータ２０の巻線に電流を流すことにより、ステータ２０の内部に磁界が形成される。そして、ロータ３０は、ステータ２０の磁界と、ロータ３０に収容された８個の永久磁石３２との間の磁気力によりトルクを発生し、ステータ２０に対して一定方向に回転駆動する。

そしてＩＰＭモータ１０が回転駆動を続けることによって発熱し温度が上昇し、使用最高使用温度である例えば１６０℃まで到達する場合がある。そこでまず常温（例えば２５℃とする）を上回る、最高温度を例えば１６０℃とする高温側の永久磁石３２の挙動について説明する。

本実施形態においては、永久磁石３２とケース３７とは、上述したように温度が１６０℃＋ΔＴ℃の状態においてロータ３０径方向の嵌合代が０になるように設定され圧入されている。このときΔＴ℃は任意の温度とする。またケース３７は磁石固定孔３３との間で、ロータ３０径方向に若干の嵌合代が確保された状態で圧入されている。またケース３７に設けられている突起部３７ａも、磁石固定孔３３のスロット部３１ｅに、ロータ３０径方向に若干の嵌合代が確保された状態で圧入されている。そして永久磁石３２の熱膨張係数αｍと、ケース３７の熱膨張係数αｋと、ロータコア３１の熱膨張係数αｃとはαｋ＞αｃ＞αｍの関係となるよう構成されている。

このように構成された第１の実施形態において、ＩＰＭモータ１０が常温状態から温度上昇を開始すると、永久磁石３２、ケース３７、磁石固定孔３３は、それぞれ各熱膨張係数αｍ、αｋ、αｃに従って熱膨張を開始する。

このとき永久磁石３２とケース３７との間においては、温度が１６０℃＋ΔＴ℃の状態においてロータ３０径方向の嵌合代が０になるように設定され圧入されているので、１６０℃に到達しても所定の嵌合代が残留されている。よって１６０℃に到達するまでの間は、残留される所定の嵌合代により、ケース３７から永久磁石３２が脱落したり、永久磁石３２との間で隙間が発生し、振動等によって永久磁石３２の揺動が発生し摩損や破損が発生する虞はない。

次にケース３７とケース３７が圧入される磁石固定孔３３との関係について説明する。まず熱によって膨張される伸び量をΔＬとすると、伸び量ΔＬは、ΔＬ＝熱膨張係数α×常温時長さ（肉厚）Ｌ×常温からの温度変化量ΔＴで計算できる。

これより永久磁石３２は、図３に示すように、常温時の厚みをＬｍとすると、常温を上回る温度Ｐ℃においての厚みの伸び量ΔＬｍは、常温を例えば２５℃とした場合、ΔＬｍ＝Ｌｍ×αｍ×（Ｐ℃−２５℃）となる。

同様にケース３７の薄肉の周縁部３７ｂの常温時の厚みをＬ１ｋとすると、常温を上回る温度Ｐ℃における周縁部３７ｂの片側の厚みの伸び量ΔＬ１ｋは、ΔＬ１ｋ＝Ｌ１ｋ×αｋ×（Ｐ℃−２５℃）となる。

これより高温時におけるケース３７のトータルの伸び量ΔＬｋＴは、ケース３７の薄肉の周縁部３７ｂの両側の伸び量ΔＬ１ｋ×２と、ケース３７の挿入孔３７ｃに圧入された永久磁石３２の伸び量ΔＬｍとの合計となるため、ΔＬｋＴ＝ΔＬｍ＋ΔＬ１ｋ×２となる。

次に磁石固定孔３３は温度上昇に伴って磁石固定孔３３を構成する各内面が膨張され孔形状が拡大される。このとき図３に示すように常温時の磁石固定孔３３の磁極内面３３ａと磁極内面３３ｂとの間の距離をＬｃ３とすると、常温を上回る温度Ｐ℃におけるＬｃ３の伸び量ΔＬｃ３は、ΔＬｃ３＝Ｌｃ３×αｃ×（Ｐ℃−２５℃）となる。

以上の結果から高温時におけるケース３７と磁石固定孔３３との嵌合の状態を求めるためには、（Ｐ℃−２５℃）におけるケース３７のトータル伸び量ΔＬｋＴ（＝ΔＬｍ＋ΔＬ１ｋ×２）と、（Ｐ℃−２５℃）における磁石固定孔３３の磁極内面３３ａと磁極内面３３ｂとの間の伸び量ΔＬｃ３（＝Ｌｃ３×αｃ×（Ｐ℃−２５℃））との比較をしてやればよい。

そこで例えば永久磁石３２の熱膨張係数αｍ＝６．３Ｅ−６／℃（ネオジム系磁石の熱膨張係数参照）、ケース３７の熱膨張係数αｋ＝２３．６Ｅ−６／℃（アルミ合金の熱膨張係数参照）、及びロータコア３１の熱膨張係数αｃ＝１１．７Ｅ−６／℃（鉄の熱膨張係数参照）とする。また前述の通りケース３７の周縁部３７ｂの厚みＬ１ｋは永久磁石３２の厚みＬｍの１／１０とする。そして永久磁石３２の厚みＬｍに所定の値を代入し、また温度Ｐ℃にも所定の値を代入して計算することにより、ΔＬｋＴ＞ΔＬｃ３の関係が得られる。

これにより、ＩＰＭモータ１０の温度上昇に伴ってケース３７は磁石固定孔３３を形成する磁極内面３３ａと磁極内面３３ｂとを、ケース３７外側の３７ｆ面および３７ｇ面で圧接して常時固定することになる。よって磁石固定孔３３からケース３７が脱落したり、ケース３７との間で隙間が発生し、振動等によってケース３７が揺動することによって、永久磁石３２が摩損したり破損されることはない。ただし、上記において磁石固定孔３３に圧入されるケース３７の周縁部３７ｂは薄肉である。よってΔＬｋＴ＞ΔＬｃ３においてΔＬｋＴの値がΔＬｃ３よりも極端に大きくなることはない。しかしケース３７が磁石固定孔３３に固定されるには十分な固定力であることが確認されている。

次に図３によってケース３７に設けられた突起部３７ａと、突起部３７ａが圧入された磁石固定孔３３のスロット部３１ｅとの関係について説明する。

突起部３７ａは常温時において、永久磁石３２の常温時の厚みＬｍと略同等寸法の厚みＬｋを備えている。そしてスロット部３１ｅに突起部３７ａの側面が若干の嵌合寸法で圧入されている。また突起部３７ａはロータコア３１の熱膨張係数αｃよりも大きな熱膨張係数αｋを持つ。よって常温を上回る高温Ｐ℃における突起部３７ａの伸び量ΔＬｋは、ΔＬｋ＝Ｌｋ×αｋ×（Ｐ℃−２５℃）となる。

また、常温時のスロット部３１ｅの幅をＬｃ２とすると、高温Ｐ℃におけるＬｃ２の伸び量ΔＬｃ２は、ΔＬｃ２＝Ｌｃ２×αｃ×（Ｐ℃−２５℃）となる。そして上述の通り、Ｌｋ≒Ｌｃ２とし、ΔＬｋとΔＬｃ２とを比較すると、熱膨張係数αｃとαｋの違いによる分だけ、つまりαｋ／αｃ倍だけ突起部３７ａの厚みＬｋの伸び量がスロット部３１ｅの幅Ｌｃ２の伸び量より大きいことがわかる。

これより、ＩＰＭモータ１０の温度上昇に伴って、突起部３７ａはスロット部３１ｅよりも（αｋ／αｃ）倍の速度で膨張し、突起部３７ａはスロット部３１ｅに常時、圧接される。よって高温時において、ケース３７と磁石固定孔３３とは強固に確実に固定される。

次に常温を下回る低温Ｑ℃の場合について説明する。ＩＰＭモータ１０が常温状態よりも低温の環境に置かれた場合、永久磁石３２、ケース３７及び磁石固定孔３３は、それぞれ各熱膨張係数αｍ、αｋ、αｃに従って、上述した高温時における熱膨張とは逆方向に収縮する。なお、低温Ｑ℃時においては、高温時の伸び量ΔＬ＝Ｌ×α×ΔＴの計算式に対し、温度変化量ΔＴがΔｔへと、変更になるだけであるので以下においては計算式を省略して説明する。

まず初めにケース３７と、ケース３７の内部に圧入された永久磁石３２との関係について説明する。ケース３７と、永久磁石３２との間では、永久磁石３２の熱膨張係数αｍより大きい熱膨張係数αｋを持つケース３７が永久磁石３２よりも速く収縮しようとする。しかしケース３７は永久磁石３２に阻まれ永久磁石３２の収縮量ΔＬｍを大きく超えて収縮できない。よって低温Ｑ℃時においては、永久磁石３２はケース３７によって常温時よりも強く締付けられる。これによりケース３７から永久磁石３２が脱落したり、永久磁石３２との間で隙間が発生し、振動等によって永久磁石３２の揺動が発生し摩損されたり破損されることはない。

次にケース３７とケース３７が圧入される磁石固定孔３３との関係について説明する。常温を下回る低温Ｑ℃時においては上述したようにケース３７の収縮量ΔＬｋＴは永久磁石３２の収縮量ΔＬｍを大きく超えて収縮できず、ΔＬｍと略同量となる。しかしケース３７が圧入される磁石固定孔３３の熱膨張係数αｃは、永久磁石３２の熱膨張係数αｍよりも大きい。よって磁石固定孔３３の収縮量をΔＬｃ３とすると、高温時と同様の計算式によって、ケース３７の収縮量ΔＬｋＴ（≒ΔＬｍ）＜磁石固定孔３３の収縮量ΔＬｃ３の関係が得られる。

これにより磁石固定孔３３の磁極内面３３ａ及び磁極内面３３ｂはケース３７の各面３７ｆ、３７ｇの収縮に追いつき圧接してケース３７を強固に固定する。よって常温を下回る低温Ｑ℃時においては、磁石固定孔３３からケース３７が脱落したり、ケース３７との間で隙間が発生し、振動等によってケース３７が揺動することによってケース３７が摩損されたり破損されることはない。延いてはケース３７に圧入される永久磁石３２が摩損されたり破損されることはない。

次に図３によって、ケース３７に設けられた突起部３７ａと、磁石固定孔３３のスロット部３１ｅとの関係について説明する。

高温時に説明したとおり突起部３７ａはロータコア本体３８の熱膨張係数αｃよりも大きな熱膨張係数αｋを持つ。また突起部３７ａは、永久磁石３２の常温時の厚みＬｍと略同等寸法の厚みＬｋを備えている。そして常温を下回る低温Ｑ℃における突起部３７ａの収縮量をΔＬｋとする。また常温時のスロット部３１ｅの幅をＬｃ２とし、低温Ｑ℃におけるスロット部３１ｅの幅の収縮量をΔＬｋとする。

そしてＬｋ≒Ｌｃ２とし、高温時と同様にΔＬｋとΔＬｃ２とを比較すると、熱膨張係数αｃとαｋの違いによる分だけ、つまり（αｋ／αｃ）倍だけ突起部３７ａの収縮量が大きいことがわかる。これにより低温Ｑ℃時においては、突起部３７ａは厚みＬｋがスロット部３１ｅの幅Ｌｃ２よりも大きな速度で収縮し、スロット部３１ｅの幅Ｌｃ２から離間していくので固定力は無くなる。

これにより常温を下回る低温Ｑ℃時においては永久磁石３２が内部に嵌着されたケース３７が、磁石固定孔３３に圧入され固定されている部分のみによってケース３７はロータコア３１に固定される。

これにより常温を下回る低温Ｑ℃時においても磁石固定孔３３からケース３７が脱落したり、ケース３７との間で隙間が発生し、振動等によってケース３７が揺動してケース３７が摩損されたり破損されることはない。延いてはケース３７に圧入される永久磁石３２が摩損されたり破損される虞はない。

なお、第１の実施形態においては、永久磁石３２は非磁性体金属によって形成されたケース３７内に圧入によって固定された。しかし永久磁石３２は、圧入ではなく、ケース３７を加熱し焼嵌めによってケース３７内に固定してもよい。このときも常温時の永久磁石３２とケース３７との嵌合代は、圧入のときと同様の嵌合寸法になるように設定してやればよく、これによっても圧入時と同様の効果が期待できる。

また、第１の実施形態においては、ケース３７には図３に示すような形状の厚肉の突起部３７ａが設けられた。しかし突起部３７ａは図５の変形例１に示す突起部３７ｈのような形状でもよい。図５の変形例に示すものでは、突起部３７ｈは、ケース３７の両側端面の略中央部からロータコア３１の円周方向に、所定量延在され、突起部３７ｈのロータコア３１径方向における外方及び内方の２箇所に停止部３７ｊ、３７ｋが設けられている。これによっても第１の実施形態と同様の効果が得られる。

さらに、図６の変形例２、図７の変形例３に示すように、ケース３７に突起部３７ａ、３７ｈを設けない形状としてもよい。この場合、高温時のケース３７の固定は、ケース３７に永久磁石３２が圧入された部分のみで対応することになる。第１の実施形態において説明したように、磁石固定孔３３に圧入されるケース３７の周縁部３７ｂは薄肉である。これよりケース３７の伸び量ΔＬｋＴ＞磁石固定孔３３伸び量ΔＬｃ３において、ΔＬｋＴの値がΔＬｃ３よりも極端に大きくなることはない。よって突起部３７ａ、３７ｈを設けた場合と比較し、ケース３７を固定する力は減少するが、実用上十分な固定力が確保されることが確認されており、これらによっても効果は十分得られる。

上述から明らかなように、第１の実施形態においては破損されやすく固定しにくい永久磁石３２が非磁性金属製のケース３７に嵌着された後に、ロータコア３１の磁石固定孔３３に機械的に固定されている。これにより、従来に比して簡素な構造によって低コストで、永久磁石を保護しつつ、かつガタ無く強固に固定できる。

また、第１の実施形態においては、熱膨張係数が小さい永久磁石３２が、熱膨張係数の大きいケース３７の挿入孔３７ｃに嵌合代が、高温時である例えば１６０℃においても十分残留されるように設定され圧入または焼嵌めされている。これにより、高温時においてはケース３７の伸び量ΔＬ１ｋが、永久磁石３２の伸び量ΔＬｍよりも大きくてもケース３７と永久磁石３２との間は離間することなく圧接され、永久磁石３２は確実にケース３７に固定され信頼性の向上が図られる。また低温時においては、熱膨張係数の大きいケース３７が収縮し、熱膨張係数が小さい永久磁石３２を締め付けるのでケース３７の永久磁石３２に対する保持力が大きくなる。また焼嵌めによって固定する場合には圧入が困難な弾性係数を有する材料にも適用できるので選択肢が広がり設計が有利になる。

また、第１の実施形態においては、ケース３７の熱膨張係数αｋ＞ロータコアの熱膨張係数αｃ＞永久磁石の熱膨張係数αｍの関係がある。よって低温時においては、ケース３７が最も大きく収縮しようとするが、ケース３７内に固定された熱膨張係数の小さい永久磁石３２に阻まれケース３７は永久磁石３２と略同量しか収縮できない。そしてケース３７の外側からは永久磁石３２よりも熱膨張係数が大きい磁石固定孔３３（ロータコア３１）が収縮してくるため、ケース３７はケース３７内の永久磁石３２と、外側の磁石固定孔３３とに圧接され、ロータコア３１とケース３７と永久磁石３２とは強固に固定される。これによってロータ３０の回転や振動等によって発生する永久磁石の摩損や破損等が防止される。

さらに、第１の実施形態においては、ケース３７から突出された肉厚の突起部３７ａが、ロータコア３１の円周方向に突出されている。これによって常温を上回る高温Ｐ℃時においてはロータコア３１の熱膨張係数αｃより大きい熱膨張係数αｋをもつケース３７の突起部３７ａが膨張しようとする。しかし突起部３７ａ外側にあるロータコア３１のスロット部３１ｅに阻まれ膨張できずロータコア３１とケース３７とはお互い圧接され強固に固定される。

次に第２の実施形態について図８に基づいて説明する。第２の実施形態は第１の実施形態に対し、ロータコア３１の磁石固定孔３３にケース３７を固定する固定手段が、圧入ではなくカシメである点のみが異なる。第１の実施形態と同様の部品には同符号を付し説明は省略するとともに、同様の作用についても説明を省略し、変更点についてのみ説明する。

第２の実施形態においては図８に示すように、常温時において、ケース４７の挿入孔４７ｃに第１の実施形態と同様の嵌合代にて永久磁石３２が圧入され嵌着されている。ケース４７は非磁性金属製である例えばアルミ合金で形成されている。そして永久磁石３２を嵌着されたケース４７が磁石固定孔３３に挿入された後、ケース４７に形成されたカシメ部４８がロータコア３１の両端面に圧着するようにカシメられ、ケース４７がロータコア３１に強固に固定されている。

ケース４７は、図８に示すように薄肉の周縁部４７ｂと、挿入孔４７ｃと、肉厚の突起部４７ａと、停止部４７ｄと、カシメ部４８とからなる。

薄肉の周縁部４７ｂは略均一な厚みをもち周囲を囲繞することによって挿入孔４７ｃを形成している。なお、本実施形態において周縁部４７ｂの厚みは、永久磁石３２の圧入のし易さを考慮して、永久磁石３２の厚みの１／１０以下とする。

挿入孔４７ｃは永久磁石３２が圧入によって嵌着されるための空間である。挿入孔４７ｃの入口部長方形の短辺の長さおよび永久磁石３２の厚みはＩＰＭモータ１０の最高使用温度を例えば１６０℃とし、該最高使用温度においても挿入孔３７ｃに圧入された永久磁石３２と、ケース４７との間で所定の保持力（または嵌合代）が確保されるよう設定される。また永久磁石３２の熱膨張係数をαｍとし、ケース４７の熱膨張係数をαｋとすると、αｍとαｋとの間の関係はαｋ＞αｍとなるよう構成されている。

肉厚の突起部４７ａは、磁石固定孔３３のスロット部３１ｅに圧入され、常温を上回る高温時におけるケース４７とロータコア本体３８との間の相対移動を規制し強固に固定する機能を持つ。突起部４７ａは、薄肉の周縁部４７ｂの、ロータコア３１の円周方向においての両側端面から所定量だけロータコア３１の円周方向に延在され、ケース４７の圧入方向全長に亘って形成されている。突起部４７ａのロータコア３１における径方向厚みは永久磁石３２の厚みと略同等寸法で形成されている。

停止部４７ｄは、ケース４７のロータコア３１において円周方向の移動を規制する機能を持つ。停止部４７ｄは、ロータコア３１の円周方向において、ケース４７の周縁部４７ｂの両側端面の一部が停止部４７ｄとして兼用され、ロータコア本体３８の磁石固定孔３３に設けられた停止部３３ｃに当接され移動が規制されている。

カシメ部４８は、ロータコア３１の磁石固定孔３３に挿入されたケース４７を強固に固定する機能を持つ。カシメ部４８は、初期、薄肉の周縁部４７ｂの長手部の略中央部から周縁部４７ｂの一部が所定量立設され形成される。またカシメ部４８は、ロータコア３１の両端部でカシメられるために、ケース４７の開口部両端部に設けられている。

そしてケース４７は貫通された磁石固定孔３３に挿入され、ロータコア３１の両端面から突出されたカシメ部４８が、図８に示すようにカシメられることにより、ケース４７が磁石固定孔３３に強固に固定される。つまりロータコア３１の両端面のカシメ部４８をカシメ部４８の根元部から直角にロータコア３１の端面方向に折り曲げることによってカシメ部４８の平面部とロータコア３１の両端面とが圧着される。そしてロータコア３１の両端面をカシメ部４８の平面部で挟持することによってケース４７を磁石固定孔３３に強固に固定する。

以上より、第２の実施形態においても、第１の実施形態と同様の理由により低温時及び高温時において、ケース４７と、ケース４７に圧入される永久磁石３２との間に隙間が発生される虞はない。またケース４７と磁石固定孔３３との間についても、ケース４７はカシメによって強固に磁石固定孔３３固定され移動が規制されている。これにより低温時及び高温時において、ケース４７が脱落したり、ケース４７と磁石固定孔３３との間でガタが発生し、振動等によってケース４７の揺動が発生しケース４７が摩損したり破損されることはない。また、延いてはケース４７に圧入される永久磁石３２が摩損されたり破損されることはない。さらにはケース４７を、磁石固定孔３３に圧入するための、磁石固定孔３３の各内面３３ａ、３３ｂへの精度の高い加工や厳重な寸法管理が不要となりコストの低減が図れる。

次に第３の実施形態について図９に基づいて説明する。第３の実施形態は、第１及び第２の実施形態に対し、ケース３７に永久磁石３２をさらに強固に固定するための永久磁石固定部であるカシメ部４７ｅを追加した点のみが異なる。第１及び第２の実施形態と同様の部品には同符号を付し説明は省略するとともに、同様の作用についても説明を省略し、変更点についてのみ説明する。なお、説明には第２の実施形態を利用するが第１の実施形態についても同様に適用できるものである。

第３の実施形態においては図９に示すように、カシメ部４７ｅは、ケース４７の薄肉の周縁部４７ｂの対向する２箇所の長手部の両端部から周縁部４７ｂの一部が２箇所ずつ所定量立設され形成される。またカシメ部４７ｅは、永久磁石３２の上端面、及び下端面でカシメられるために、ケース４７の開口部の両端部に同様に設けられている。

そして、常温時において、ケース４７の挿入孔４７ｃに第１、第２の実施形態と同様の嵌合代にて永久磁石３２が圧入され嵌着される。永久磁石３２が挿入孔４７ｃに嵌着された後に、永久磁石３２の上端面、及び下端面から突出されたケース４７のカシメ部４７ｅが、図９に示すように永久磁石３２の上端面、及び下端面に圧着するようにカシメられ、永久磁石３２がケース４７に強固に固定される。

なお、上述した第３の実施形態において、カシメ部４７ｅは、ケース４７の薄肉の周縁部４７ｂの対向する長手部両端部から２箇所ずつの合計４箇所が立設され形成された。しかしこれに限らず、立設された４箇所のカシメ部４７ｅのうち１箇所以上が形成され、カシメされてもよく、これによっても十分な効果が得られる。

また、カシメ部４７ｅは永久磁石３２の上端面、及び下端面に圧着されて永久磁石３２とケース４７とを強固に固定している。しかしこれに限らず、カシメ部４７ｅの平面部と、永久磁石３２の上端面、及び下端面との間に隙間があるよう構成されてもよい。これによってもケース４７から永久磁石３２が抜け出ることを防止する効果は十分得られる。

上述の説明から明らかなように、第３の実施形態においては、第１、第２の実施形態と同様の効果が得られるのに加え、ケース４７に圧入される永久磁石３２がケース４７から抜け出る虞がなく、信頼性の更なる向上が図られる。

なお、第１、第２及び第３の実施形態においては、ステータ２０の内側にロータ３０が配置されるインナーロータ型のモータ１０について説明したが、これに限らずステータが中央に配置され、ステータの周りに回転されるロータが配置されるいわゆるアウタロータ型のモータにも適用できる。

１０・・・モータ、１１・・・シャフト、２０・・・ステータ、２１・・・ステータコア、２２・・・ティース、３０・・・ロータ、３１・・・ロータコア、３２・・・永久磁石、３３・・・磁石固定孔、３５・・・ブリッジ、３７・・・ケース、３７ａ・・・厚肉の突起部、３７ｂ・・・薄肉の周縁部、３８・・・ロータコア本体、３９・・・厚肉部、４７・・・ケース、４７ｅ・・・永久磁石固定部（カシメ部）、４８・・・カシメ部、Ｌｍ・・・永久磁石厚み、Ｌｋ・・・突起部厚み、Ｌｃ２・・・スロット部幅、Ｌｃ３・・・磁石固定孔幅、Ｌ１ｋ・・・薄肉の周縁部厚み。

Claims (5)

1. 積層された薄板のコアプレートの中央部に貫通孔が形成されたロータコアと、
   前記ロータコアに円周方向に並列して所定ピッチで軸線方向に貫通して形成された複数の磁石固定孔にそれぞれ固定された複数の永久磁石と、
   前記ロータコアの貫通孔に嵌着されるシャフトと、を有するモータのロータにおいて、
   前記永久磁石が嵌着される挿入孔が形成された非磁性金属製のケースと、
   前記ケースを前記磁石固定孔に機械的に固定する固定手段と、を備え、
   前記永久磁石は、前記ケースの挿入孔に高温時においても所定の嵌合代が確保されるように常温時の嵌合代が設定されて圧入され、又は焼嵌めされており、
   前記永久磁石の熱膨張係数をαｍとし、前記ケースの熱膨張係数をαｋとすると、αｋ＞αｍであることを特徴とするモータのロータ。
2. 請求項１において、前記固定手段は、前記永久磁石を嵌着された前記ケースが前記磁石固定孔に圧入されていることであり、
   前記ロータコアの熱膨張係数をαｃとすると、前記αｋ＞前記αｃ＞前記αｍであることを特徴とするモータのロータ。
3. 請求項２において、前記ケースは、前記永久磁石が嵌着される前記挿入孔が形成された薄肉の周縁部と、該周縁部の両側端面から前記ロータコアの円周方向に突出された肉厚の突起部とを有することを特徴とするモータのロータ。
4. 請求項１において、前記永久磁石を嵌着された前記ケースが前記磁石固定孔に挿入された後、前記ケースに形成されたカシメ部が前記ロータコアの両端面に圧着するようにカシメられていることを特徴とするモータのロータ。
5. 請求項１乃至請求項４のいずれか１項において、前記ケースには、前記挿入孔に前記永久磁石が嵌着された後に、前記挿入孔から前記永久磁石が抜け出ることを防止するための永久磁石固定部が備えられることを特徴とするモータのロータ。

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