JP6692870B2 - アウターロータ型電動機用ロータ - Google Patents

Description

本発明は、円筒状の側壁を有した有底円筒状のロータケースと、前記側壁の内周に固定される磁性金属製のリング状のヨークと、射出成形で前記ヨークの内面にモールド結合される樹脂ボンド永久磁石とを備えるアウターロータ型電動機用ロータの改良に関する。

ロータケースの内周の複数箇所に設けられる凹部にヨークの外周に設けられる凸部が係合することでロータケースおよびヨークの相対回転が規制され、ヨークの内周に突設される複数の突起が樹脂ボンド永久磁石の外周に食い込むことでヨークおよび樹脂ボンド永久磁石の相対回転が規制されるようにしたアウターロータ型電動機用ロータが、特許文献１で知られている。

特開２０１６−１１１７３８号公報

ところが、上記特許文献１で開示されるものでは、ヨークの内周に樹脂ボンド永久磁石を形成してヨーク組立体を得る工程と、そのヨーク組立体をロータケースの内周に固定する工程とを相互に分離して行なっており、製造工程が煩雑化している。

本発明は、かかる事情に鑑みてなされたものであり、樹脂ボンド永久磁石を成形する一工程でロータケース、ヨークおよび樹脂ボンド永久磁石をそれらの相対回転の防止を可能として組み付けてロータが得られるようにしたアウターロータ型電動機用ロータを提供することを目的とする。

上記目的を達成するために、本発明は、円筒状の側壁を有した有底円筒状のロータケースと、前記側壁の内周に固定される磁性金属製のリング状のヨークと、射出成形で前記ヨークの内面にモールド結合される樹脂ボンド永久磁石とを備えるアウターロータ型電動機用ロータにおいて、前記ロータの軸方向に延びる軸方向溝が前記側壁の内面の周方向に間隔をあけた複数箇所に形成され、前記ヨークに、当該ヨークの周方向で前記軸方向溝に対応した複数箇所に配置される透孔が形成されることを第１の特徴とする。

また本発明は、第１の特徴の構成に加えて、前記側壁の内面に、前記軸方向溝に共通に連なって周方向に延びる周方向溝が、全周にわたって形成されることを第２の特徴とする。

本発明は、第１の特徴の構成に加えて、前記側壁の内周の全周にわたって形成される凹部に、前記ヨークの全部もしくは一部が嵌合されることを第３の特徴とする。

さらに本発明は、第１〜第３の特徴の構成のいずれかに加えて、前記軸方向溝が、前記側壁の軸方向全長にわたって形成されることを第４の特徴とする。

本発明の第１の特徴によれば、ロータケースに対してヨークが位置決めされた状態で樹脂ボンド永久磁石の射出成形が行なわれると、樹脂ボンド永久磁石を成形するための成形用材料がヨークの透孔からロータケースの側壁の軸方向溝に流入し、ロータケースに対するヨークの相対回転が阻止されるとともにヨークに対する樹脂ボンド永久磁石の相対回転が阻止されることになるので、樹脂ボンド永久磁石を成形する一工程でロータケース、ヨークおよび樹脂ボンド永久磁石をそれらの相対回転の防止を可能として組み付けてロータを得ることが可能となり、製造工程の削減によるコスト低減を図ることができる。

また本発明の第２の特徴によれば、樹脂ボンド永久磁石を成形するための成形用材料が周方向溝にも流入することで、ロータケースに対する樹脂ボンド永久磁石の軸方向相対移動が阻止されるとともに、ヨークの透孔に成形用材料が留まることでヨークに対する樹脂ボンド永久磁石の軸方向相対移動が阻止されることになり、ヨークおよび樹脂ボンド永久磁石のロータケースからの離脱を防止することができる。

本発明の第３の特徴によれば、ヨークの全部もしくは一部が、側壁の内周の凹部に嵌合されることでロータケースに対するヨークの軸方向相対移動が阻止されるとともに、ヨークの透孔に樹脂ボンド永久磁石を成形するための成形用材料が留まることでヨークに対する樹脂ボンド永久磁石の軸方向相対移動が阻止されることになり、ヨークおよび樹脂ボンド永久磁石のロータケースからの離脱を防止することができる。

さらに本発明の第４の特徴によれば、軸方向溝が側壁の軸方向全長にわたって形成されるので、軸方向溝の形成が容易となる。

第１の実施の形態のアウターロータ型電動機用ロータおよびそのロータを用いたアウターロータ型電動機の断面図である。 ロータケースをその開放端側から見た斜視図である。 ヨークの斜視図である。 樹脂ボンド永久磁石用の射出成形装置の縦断面図である。 第２の実施の形態のアウターロータ型電動機用ロータの縦断面図である。 ロータケースをその開放端側から見た斜視図である。 ヨークの斜視図である。

以下、本発明の実施の形態について添付の図面を参照しながら説明する。

本発明の第１の実施の形態について図１〜図４を参照しながら説明すると、先ず図１において、このアウターロータ型電動機は、たとえばドローンに用いられるものであり、ケーシング１１に固定されるステータ１２と、そのステータ１２を覆うロータ１３を備え、前記ステータ１２と同軸に配置されるとともに前記ケーシング１１で回転自在に支持される回転軸１４の一端部に前記ロータ１３が締結される。

前記ステータ１２は、複数枚の磁性鋼板が積層、結合されて成るリング状のステータコア１７と、該ステータコア１７に装着される合成樹脂製のボビン１８と、該ボビン１８に巻装されるコイル１９とを備え、前記ステータコア１７の周方向に間隔をあけた複数箇所に設けられる挿通孔２０に挿通される第１のボルト２１を前記ケーシング１１に螺合して締め付けることによって前記ステータ１２が前記ケーシング１１に固定される。

前記ロータ１３は、前記回転軸１４に締結される軽金属または合成樹脂製のロータケース２３Ａと、このロータケース２３Ａの内面に固定される磁性金属製のリング状のヨーク２４Ａと、該ヨーク２４Ａの内面に設けられる樹脂ボンド永久磁石２５とで構成され、前記軽金属は、たとえばアルミニウム、マグネシウムまたはチタン等である。

前記ケーシング１１の中央部には、前記回転軸１４と同軸に延びる支持孔２６が設けられており、この支持孔２６の中間部および一端部には、相互に反対側に臨む第１および第２の環状段部２６ａ，２６ｂが形成される。前記回転軸１４は前記支持孔２６に挿通されており、この回転軸１４の他端部は前記ケーシング１１に第１のボールベアリング２７を介して回転自在に支持され、前記回転軸１４の中間部は前記ケーシング１１に第２のボールベアリング２８を介して回転自在に支持される。

すなわち前記第１のボールベアリング２７のインナーレース２７ａは前記回転軸１４の他端部に圧入され、前記第１のボールベアリング２７のアウターレース２７ｂは、前記支持孔２６の第１の環状段部２６ａと、前記回転軸１４の他端部に複数個の第２のボルト２９で締結される円板状のプレート３０の外周部との間に挟持される。また前記第２のボールベアリング２８のインナーレース２８ａは、前記回転軸１４の中間部に形成された第３の環状段部１４ａに当該するようにして前記回転軸１４に圧入され、前記第２のボールベアリング２８のアウターレース２８ｂは、前記支持孔２６に圧入されるか、第２の環状段部２６ｂに近接、対向もしくは当接するようにして前記支持孔２６に嵌入される。

図２を併せて参照して、前記ロータケース２３Ａは、円筒状の側壁３１Ａと、この側壁３１Ａの一端開口部を閉じるようにして当該側壁３１Ａの一端部に連設される皿状の端壁３２とを一体に有して有底円筒状に形成され、前記端壁３２には、複数個の冷却風排出孔３３が形成される。また図１で示すように、前記ケーシング１１には該ケーシング１１を前記端壁３２とは反対側から覆うカバー１５が取付けられており、このカバー１５には、冷却風を流通させるための複数個の冷却風導入孔１６が形成される。

前記回転軸１４の一端部には、周方向に等間隔をあけた４個のねじ孔３４を有するフランジ１４ｂが一体に形成され、周方向に等間隔をあけて前記端壁３２に形成される４個の挿通孔３５に挿通される第３のボルト３６を前記ねじ孔３４に螺合して締め付けることで、前記ロータケース２３Ａにおける前記端壁３２の中央部に前記回転軸１４の一端部が締結される。

前記ロータケース２３Ａにおける前記側壁３１Ａの内面の周方向に間隔をあけた複数箇所、この第１の実施の形態では前記側壁３１Ａの内面の周方向に等間隔をあけた１６箇所には、前記ロータケース２３Ａの軸方向に延びる軸方向溝３７が、当該側壁３１Ａの軸方向全長にわたって形成される。また前記側壁３１Ａの前記端壁３２とは反対側の端部寄りの内面には、前記軸方向溝３７に共通に連なる周方向溝３８が全周にわたって形成される。さらに前記ロータケース２３Ａにおける前記端壁３２の外周寄りの部分の周方向複数箇所には、樹脂ボンド永久磁石２５の射出成形時に成形用材料５３（後述の図４参照）を注入するための注入孔４０が穿設される。

図３に注目して、リング状である前記ヨーク２４Ａには、当該ヨーク２４Ａの周方向で前記軸方向溝３７に対応した複数箇所に配置される透孔３９が形成され、この第１の実施の形態では、前記ヨーク２４Ａの周方向に等間隔をあけた１６箇所に、当該ヨーク２４Ａの軸方向に間隔をあけた２個ずつの透孔３９が形成される。

前記樹脂ボンド永久磁石２５は、射出成形で前記ヨーク２４Ａの内面にモールド結合される。この際、当該樹脂ボンド永久磁石２５は、その外周側および内周側で複数ずつのＮ極およびＳ極に着磁されるとともに、着磁された極の極性が前記ヨーク２４Ａの周方向で隣接する極同士では前記外周側および前記内周側で異なるようにしつつ全体としてリング状となるようにした、いわゆるラジアル着磁をして、前記ヨーク２４Ａの内面にモールド結合される場合がある。また、その他にも色々な着磁パターンがあり、たとえばリング形状の内周面側もしくは外周面側のみに周方向にＮ極およびＳ極が隣接する磁極を有するようにした、いわゆる極異方着磁もある。

また異方性磁石粉末を使用する場合には、溶融樹脂内での配向磁場中で各磁石粉末の磁化容易軸方向を整列させる磁場配向処理を予め行なう。これにより等方性磁石粉末を使用した場合よりも優れた磁気特性を有する異方性樹脂ボンド磁石を得ることができる。異方性樹脂ボンド磁石の製造には、磁場配向処理および着磁処理が必要とされる。

異方性磁石粉末としては、フェライト磁石粉末、希土類磁石粉末があり、希土類磁石粉末には一例として、Ｎｄ−Ｆｅ−Ｂ系磁石粉末、ＳｍーＣｏ系磁石粉末、Ｓｍ−Ｆｅ−Ｎ系磁石粉末等がある。

前記ロータケース２３Ａの前記軸方向溝３７および前記ヨーク２４Ａの前記透孔３９は、前記樹脂ボンド永久磁石２５のＮ極およびＳ極の極中央に配置される。これにより前記透孔３９からの磁束の漏れを最小限に抑えることができ、アウターロータ型電動機の出力性能低下への影響を最小限に留めることができる。

前記樹脂ボンド永久磁石２５の射出成形にあたっては、図４で示す射出成形装置４１が用いられ、この射出成形装置４１は、金型装置４２と、射出機４３とで構成される。

前記金型装置４２は、第１金型４４と、前記回転軸１４が締結されるとともに前記ヨーク２４Ａが組み付けられた状態の前記ロータケース２３Ａを第１金型４４との間に挟持する第２金型４５と、第１金型４４に取付けられるリング状の磁場配向用磁石４６とを備える。しかも前記ロータケース２３Ａへの前記ヨーク２４Ａの組み付けにあたっては、前記ロータケース２３Ａの側壁３１Ａの内面の軸方向溝３７に前記透孔３９が対応する位置に在るように前記側壁３１Ａに対する前記ヨーク２４Ａの位置決めがなされた状態で、前記ヨーク２４Ａが前記側壁３１Ａに圧入されるか、前記側壁３１Ａに嵌入された前記ヨーク２４Ａが接着材で当該側壁３１Ａに仮止めされる。

前記金型装置４２内には、第１金型４４、第２金型４５、前記磁場配向用磁石４６、前記ロータケース２３Ａおよび前記ヨーク２４Ａにより、樹脂ボンド永久磁石２５に対応したキャビティ４７が形成される。すなわち前記樹脂ボンド永久磁石２５の射出成形にあたって前記金型装置４２には、前記ヨーク２４Ａが周方向位置を定めて組み付けられるとともに前記回転軸１４が締結されされた状態で、前記ロータケース２３Ａがセットされることになる。

第２金型４５には、前記射出機４３の先端のノズル４９に接続されるスプルー５０と、前記注入孔４０に接続される複数個のゲート５１と、それらのゲート５１および前記スプルー５０間を結ぶランナー５２とが形成される。異方性磁石粉末を用いた場合で説明すると、コーティングされる樹脂で磁粉が覆われて成る粉末状の成形用材料（コンパウンド）５３は、加熱溶融されて前記射出機４３の前記ノズル４９から射出されるものであり、前記ノズル４９から前記スプルー５０、前記ランナー５２、前記ゲート５１および前記注入孔４０を経て前記キャビティ４７に注入される。加熱溶融された前記成形用材料５３は前記キャビティ４７での成形と同時に前記磁場配向用磁石４６によって配向着磁され、リング状に一体となった樹脂ボンド永久磁石２５が前記ヨーク２４Ａの内面にモールド結合され、前記ヨーク２４Ａの内面にモールド結合（型成形による樹脂の固着および樹脂ボンド永久磁石２５とヨーク２４Ａとの磁気吸引力により）される。この成形の場合、前記配向磁場によって必要な磁気特性まで着磁を完了し得ない場合があり、その場合には、リング状の樹脂ボンド磁石を再度、着磁することとなる。

しかも前記成形用材料５３は、前記ヨーク２４Ａの透孔３９から前記ロータケース２３Ａにおける前記側壁３１Ａの軸方向溝３７および周方向溝３８に流入し、射出成形完了状態で前記透孔３９、前記軸方向溝３７および前記周方向溝３８に前記成形用材料５３は留まったままとなる。

次にこの第１の実施の形態の作用について説明すると、有底円筒状であるロータケース２３Ａが有する円筒状の側壁３１Ａの内面の周方向に間隔をあけた複数箇所には、前記ロータケース２３Ａの軸方向に延びる軸方向溝３７が形成され、ヨーク２４Ａには、当該ヨーク２４Ａの周方向で前記軸方向溝３７に対応した複数箇所に配置される透孔３９が形成されるので、前記ロータケース２３Ａに対して前記ヨーク２４Ａが位置決めされた状態で樹脂ボンド永久磁石２５の射出成形が行なわれると、樹脂ボンド永久磁石２５を形成する成形用材料５３が前記ヨーク２４Ａの透孔３９から前記ロータケース２３Ａの側壁３１Ａの軸方向溝３７に流入することになり、前記ロータケース２３Ａに対する前記ヨーク２４Ａの相対回転が阻止されるとともに前記ヨーク２４Ａに対する樹脂ボンド永久磁石２５の相対回転が阻止されることになり、樹脂ボンド永久磁石２５を成形する一工程で前記ロータケース２３Ａ、前記ヨーク２４Ａおよび前記樹脂ボンド永久磁石２５をそれらの相対回転の防止を可能として組み付けてロータ１３を得ることが可能となり、製造工程の削減によるコスト低減を図ることができる。

また前記樹脂ボンド永久磁石２５の射出成形後に、前記成形用材料５３は前記ロータケース２３Ａの複数の注入孔４０に留まったままとなるので、これによっても前記ロータケース２３Ａに対する前記樹脂ボンド永久磁石２５および前記ヨーク２４Ａの相対回転が阻止される。

また前記側壁３１Ａの内面に、前記軸方向溝３７に共通に連なる周方向溝３８が全周にわたって形成されるので、前記樹脂ボンド永久磁石２５を形成する成形用材料５３が前記軸方向溝３７から前記周方向溝３８にも流入することになり、前記ロータケース２３Ａに対する樹脂ボンド永久磁石２５の軸方向相対移動が阻止されるとともに、前記ヨーク２４Ａの前記透孔３８に成形用材料５３が留まることで前記樹脂ボンド永久磁石２５に対する前記ヨーク２４Ａの軸方向相対移動が阻止されることになり、前記ヨーク２４Ａおよび前記樹脂ボンド永久磁石２５の前記ロータケース２３Ａからの離脱を防止することができる。

しかも前記軸方向溝３７が前記側壁３１Ａの軸方向全長にわたって形成されるので、軸方向溝３７の形成が容易となる。

本発明の第２の実施の形態について図５および図６を参照しながら説明するが、上記第１の実施の形態に対応する部分には同一の参照符号を付して図示するのみとし、詳細な説明は省略する。

ロータケース２３Ｂは、円筒状の側壁３１Ｂと、この側壁３１Ｂの一端開口部を閉じるようにして当該側壁３１Ｂの一端部に連設される皿状の端壁３２とを一体に有して、有底円筒状に形成される。

前記側壁３１Ｂの内周には、その全周にわたる凹部５６が形成される。また前記側壁３１Ｂの内面の周方向に間隔をあけた複数箇所、この実施の形態では前記側壁３１Ｂの内面の周方向に等間隔をあけた１６箇所には、第１の実施の形態と同様にしてロータケース２３Ｂの軸方向に延びる軸方向溝５７が、当該側壁３１Ｂの軸方向全長にわたって形成される。

図７において、リング状に形成される前記ヨーク２４Ｂには、前記ロータケース２３Ｂにおける前記側壁３１Ｂの内面の前記軸方向溝５７に周方向で対応した複数箇所に２個ずつ配置される透孔３９が形成される。

前記ロータケース２３Ｂの前記軸方向溝５７および前記ヨーク２４Ｂの前記透孔３９は、樹脂ボンド永久磁石２５（第１の実施の形態参照）のＮ極およびＳ極の極中央に配置される。これにより前記透孔３９からの磁束の漏れを最小限に抑えることができ、アウターロータ型電動機の出力性能低下への影響を最小限に抑えることができる。

また前記ヨーク２４Ｂの周方向１箇所には、軸方向に延びるスリット５８が形成されており、このスリット５８は、前記側壁３１Ｂの前記軸方向溝５７とは周方向で異なる位置に配置される。これにより前記軸方向溝５７および前記スリットスリット５８が周方向で同位置に配置されることによって生じる強度低下が回避される。

前記側壁３１Ｂの前記凹部５６には、前記ヨーク２４Ｂの全部もしくは一部が嵌合されるものであり、この第２の実施の形態では、前記スリット５８を有する前記ヨーク２４Ｂを縮径しつつ、当該ヨーク２４Ｂの軸方向全長のうち半径方向外方側の半部が前記凹部５６に嵌合される。

この第２の実施の形態によれば、側壁３１Ｂの内面の周方向に間隔をあけた複数箇所に軸方向溝５７が形成され、ヨーク２４Ｂは、前記軸方向溝５７に対応した複数箇所に配置される透孔３９を有するので、第１の実施の形態と同様に、前記ヨーク２４Ｂの前記ロータケース２３Ｂに対する相対回転が阻止されるとともに樹脂ボンド永久磁石２５の前記ヨーク２４Ｂに対する相対回転が阻止されることになり、製造工程の削減によるコスト低減を図ることができるとともに、ロータケース２３Ｂの側壁３１Ｂの内周の全周にわたって形成される凹部５６に、前記ヨーク２４Ｂの全部もしくは一部が嵌合されるので、ヨーク２４Ｂのロータケース２３Ｂに対する軸方向相対移動が阻止されるとともに、ヨーク２４Ｂの透孔３９に成形用材料５３（第１の実施の形態参照）が存在することで樹脂ボンド永久磁石２５のヨーク２４Ｂに対する軸方向相対移動が阻止されることになり、ヨーク２４Ｂおよび樹脂ボンド永久磁石２５のロータケース２３Ｂからの離脱を防止することができる。

上述の第２の形態において、前記ロータケース２３Ｂが軽金属から成り、当該ロータケース２３Ｂの前記凹部５６に、スリット５８を有しない前記ヨーク２４Ｂの全部もしくは一部が焼き嵌めで嵌合されるようにしてもよい。

以上、本発明の実施の形態について説明したが、本発明は上記実施の形態に限定されるものではなく、特許請求の範囲に記載された本発明を逸脱することなく種々の設計変更を行うことが可能である。

１３・・・ロータ
２３Ａ，２３Ｂ・・・ロータケース
２４Ａ，２４Ｂ・・・ヨーク
２５・・・樹脂ボンド永久磁石
３１Ａ，３１Ｂ・・・側壁
３７，５７・・・軸方向溝
３８・・・周方向溝
３９・・・透孔
５６・・・凹部

Claims (4)

1. 円筒状の側壁（３１Ａ，３１Ｂ）を有した有底円筒状のロータケース（２３Ａ，２３Ｂ）と、前記側壁（３１Ａ，３１Ｂ）の内周に固定される磁性金属製のリング状のヨーク（２４Ａ，２４Ｂ）と、射出成形で前記ヨーク（２４Ａ，２４Ｂ）の内周面にモールド結合される樹脂ボンド永久磁石（２５）とを備えるアウターロータ型電動機用ロータにおいて、前記ロータケース（２３Ａ，２３Ｂ）の軸方向に延びる軸方向溝（３７，５７）が前記側壁（３１Ａ，３１Ｂ）の内面の周方向に間隔をあけた複数箇所に形成され、前記ヨーク（２４Ａ，２４Ｂ）に、当該ヨーク（２４Ａ，２４Ｂ）の周方向で前記軸方向溝（３７，５７）に対応した複数箇所に配置される透孔（３９）が形成されることを特徴とするアウターロータ型電動機用ロータ。
2. 前記側壁（３１Ａ）の内面に、前記軸方向溝（３７）に共通に連なって周方向に延びる周方向溝（３８）が、全周にわたって形成されることを特徴とする請求項１に記載のアウターロータ型電動機用ロータ。
3. 前記側壁（３１Ｂ）の内周の全周にわたって形成される凹部（５６）に、前記ヨーク（２４Ｂ）の全部もしくは一部が嵌合されることを特徴とする請求項１に記載のアウターロータ型電動機用ロータ。
4. 前記軸方向溝（３７，５７）が、前記側壁（３１Ａ，３１Ｂ）の軸方向全長にわたって形成されることを特徴とする請求項１〜３のいずれか１項に記載のアウターロータ型電動機用ロータ。

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