JP4848584B2

JP4848584B2 - 永久磁石ロータ、永久磁石ロータの製造方法、モータ

Info

Publication number: JP4848584B2
Application number: JP2000388314A
Authority: JP
Inventors: 裕明田中; 竜次北紺; 久孝加藤; 能成浅野
Original assignee: Panasonic Corp; Matsushita Electric Industrial Co Ltd
Current assignee: Panasonic Corp; Panasonic Holdings Corp
Priority date: 2000-12-21
Filing date: 2000-12-21
Publication date: 2011-12-28
Anticipated expiration: 2020-12-21
Also published as: JP2002191144A

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、モータに用いる永久磁石ロータ、特に、樹脂製の永久磁石をロータコア外周部に成形し、または、焼結の永久磁石をロータコア外周部に密着させた状態で樹脂でモールドし固定してなる永久磁石ロータの構造及び製造方法に関する。
【０００２】
【従来の技術】
従来、樹脂製の永久磁石をロータコア外周部に成形してなる永久磁石において、樹脂とロータコア材（通常鉄）との熱膨張係数の違いから、２６０℃から３００℃程度の高温にて樹脂製の磁石を成形した後、金型から取りだし、常温の雰囲気中に放置することにより温度が低下するにつれ、ロータコアの収縮より樹脂の収縮が勝り、樹脂の内部に応力が集中し、ロータコアは剛性を有するため、樹脂が割れることがあった。この樹脂の収縮による圧力は、５ｋｇｆ／ｍｍ^２程度にも及び、この圧力によってロータコアがロータコアと樹脂の収縮の差より、十分に小さい変位しか発生させない時、樹脂側に応力が集中していた。
【０００３】
代表的な樹脂の熱膨張係数は、樹脂製の磁石が４×１０^−５（／℃）程度、ナイロン（登録商標）が１２×１０^−５（／℃）程度であり、鉄の熱膨張係数は１．１×１０^−５（／℃）程度である。かりに、ロータコアをアルミで成形した場合、アルミの熱膨張係数は２．３×１０^−５（／℃）程度であり、また、真鍮の熱膨張係数は１．８×１０^−５（／℃）程度であり、また、銅の熱膨張係数は１．７×１０^−５（／℃）程度である。このいずれの場合も樹脂の熱膨張係数より、ロータコア材の熱膨張係数の方が、小さい。
【０００４】
また、特開平５−２９２６８９号公報には、永久磁石部で発生したトルク脈動を、シャフトに伝えないため、図１３に示すように、回転子鉄心を永久磁石５に固着結合させる外周部１と、軸に締結する中心部２とで構成し、外周部１と中心部２の間に空隙４を設け、外周部１と中心部２を複数の締結材３で連結している。本構成は、締結材３の幅を十分に小さくすることで、円周方向に弾性を持たせることができ、トルク脈動を吸収しているが、同様に、半径方向の応力に対しても、ロータコアが弾性変形することにより、樹脂の収縮による応力を吸収することが可能である。
【０００５】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、上記構成においては、半径方向にあまりに剛性が小さいため、樹脂の収縮による応力により、塑性変形をしてしまい、回転中心がずれる等の不具合が生じる可能性がある。また、締結材３を太くすれば、半径方向の剛性が向上するが、逆に、締結材３に対向した樹脂に応力が集中し、かえって、樹脂の割れを発生しやすくしていた。
【０００６】
本発明の目的は、永久磁石の割れを防止することができる、信頼性の高い永久磁石ロータ、及びそれを用いたモータを提供することである。
【０００７】
【課題を解決するための手段】
本発明は上記課題を解決するものであり、成形後のロータコアと永久磁石の熱収縮率の違いによる応力を半径方向に吸収するための手段をロータコアの外周付近の全周に渡って設けた。前記応力を吸収するための手段がロータコアの外周付近に設けられた貫通孔であり、かつ、ロータコアの最外周に設けられた外周側貫通孔と、前記外周側貫通孔の内周部にわずかな距離をおいて設けられた内周側貫通孔との、少なくとも半径方向に２段に設けられている。具体的には、つぎのとおりである。
【０００８】
本件出願の第１の発明は、鉄などの金属からなる略円筒形のロータコアの外周に樹脂製の永久磁石を前記ロータコアの外周にリング状に一体成形してなる永久磁石ロータにおいて、成形後の前記ロータコアと永久磁石の熱収縮率の違いによる応力を前記ロータコアの半径方向に吸収するための手段を前記ロータコアの外周付近の全周に渡って設けた構成を有する永久磁石ロータであり、さらに前記応力を前記ロータコアの半径方向に吸収するための手段が前記ロータコアの外周付近に設けられた貫通孔であり、前記貫通孔が、前記ロータコアの最外周に設けられた外周側貫通孔と、前記外周側貫通孔の内周部にわずかな距離をおいて設けられた内周側貫通孔との、少なくとも半径方向に２段に設けられる構成であり、前記外周側貫通孔及び前記内周側貫通孔とも、略等間隔にそれぞれ３個以上設けられ、かつ前記外周側貫通孔及び前記内周側貫通孔の数をどちらもｎ個としたとき、それぞれの外周側貫通孔の円周方向の中心と、互いに隣接する内周側貫通孔の中間とが、半径方向に同一の線上にある構成を具備する永久磁石ロータである。本発明によれば、ロータコアが弾性変形して応力を吸収するため、成形後に永久磁石が割れることがない。
【０００９】
また、本発明によれば、ロータコア外周付近が弾性変形して応力を吸収するため、成形後に永久磁石が割れることがない。
【００１０】
また、本発明によれば、ロータコア形状の工夫のみによって、ロータコアが弾性変形して応力を吸収するため、成形後に永久磁石が割れることがない。
【００１１】
また、本発明によれば、全周に渡ってロータコアが弾性変形して応力を吸収するため、成形後に永久磁石が割れることがない。
【００１２】
また、本発明によれば、全周に渡ってほぼ均一にロータコアが弾性変形して応力を吸収するため、特定の箇所への応力集中を緩和でき、成形後に永久磁石が割れることがない。
【００１３】
本件出願の第２の発明は、上記第１の発明において外周側貫通孔の数をｎ個とした時、１個の外周側貫通孔の永久磁石ロータ回転中心からの角度が、（３６０／２ｎ）°を超える永久磁石ロータであり、全周に渡ってロータコアがしなやかに弾性変形して応力を吸収するため、成形後に永久磁石が割れることがない。
【００１４】
本件出願の第３の発明は、上記第１、第２の発明において外周側貫通孔と内周側貫通孔は、円周方向にオーバーラップした部分を有する永久磁石ロータであり、全周に渡ってロータコアがしなやかに弾性変形して応力を吸収するため、成形後に永久磁石が割れることがない。
【００１５】
本件出願の第４の発明は、上記第１乃至第３の発明において外周側貫通孔とロータコア外周との間に、略等幅の薄肉部を有する永久磁石ロータであり、ロータコアの外周付近がしなやかに弾性変形して応力を吸収するため、成形後に永久磁石が割れることがない。
【００１６】
本件出願の第５の発明は、上記第４の発明において永久磁石の配向が極異方である永久磁石ロータであり、ロータコアがバックヨークとして働かないため、磁路を妨げず、孔を設けることができる。
【００１７】
本件出願の第６の発明は、上記第１乃至第３の発明において外周側貫通孔の長手方向の両端が、ロータコア外周部に近接する位置まで伸び、外周側貫通孔の長手方向の中央部が、ロータコア外周部から離れている永久磁石ロータであり、ロータコアがバックヨークとして働く場合においても、孔によって磁路を妨げることを最小限に抑えることができる。
【００１８】
本件出願の第７の発明は、上記第６の発明において内周側貫通孔の長手方向両端部が、外周側貫通孔の長手方向の中心部付近に近接する位置まで伸びている永久磁石ロータであり、全周に渡ってほぼ均一にロータコアが弾性変形して応力を吸収するため、成形後に永久磁石が割れることがない。
【００１９】
本件出願の第８の発明は、上記第６、第７の発明において永久磁石ロータの極数が２ｍであるとき、外周側貫通孔及び内周側貫通孔の数がともに２ｍであり、かつ、永久磁石の極中心付近において、外周側貫通孔の長手方向の両端がロータコア外周部に近接している永久磁石ロータであり、ロータコアがバックヨークとして働く場合であっても、磁路を妨げることなく、従って、磁束量を最大限に利用することができる。
【００２０】
本件出願の第９の発明は、上記第８の発明において永久磁石の配向がラジアル異方または平行異方である永久磁石ロータであり、孔がロータコアを通る磁路を妨げないため、空隙の無い十分に広いバックヨークを提供できる。
【００２１】
本件出願の第１０の発明は、上記第１乃至第９の発明においてロータコアは、打ち抜かれた電磁鋼板を積層してなり、互いに隣接する外周側貫通孔の中間、または、互いに隣接する内周側貫通孔の中間、または、その両方に、打ち抜かれた電磁鋼板間を固着させるカラマセ部を設けた永久磁石ロータであり、電磁鋼板間の固着が強固であり、ロータコアのバラケ等が防止できる。
【００２２】
本件出願の第１１の発明は、鉄などの金属からなる略円筒形のロータコアの外周に複数の略円弧状の焼結の永久磁石を配置し、その外周部の一部または全てを樹脂でモールドすることにより、前記ロータコアと前記磁石を固定してなる永久磁石ロータにおいて、成形後の前記ロータコアと永久磁石の熱収縮率の違いによる応力を前記ロータコアの半径方向に吸収するための手段を前記ロータコアの外周付近の全周に渡って設けた構成を有する永久磁石ロータであり、さらに前記応力を前記ロータコアの半径方向に吸収するための手段が前記ロータコアの外周付近に設けられた貫通孔であり、前記貫通孔が、前記ロータコアの最外周に設けられた外周側貫通孔と、前記外周側貫通孔の内周部にわずかな距離をおいて設けられた内周側貫通孔との、少なくとも半径方向に２段に設けられる構成であり、前記外周側貫通孔及び前記内周側貫通孔とも、略等間隔にそれぞれ３個以上設けられ、かつ前記外周側貫通孔及び前記内周側貫通孔の数をどちらもｎ個としたとき、それぞれの外周側貫通孔の円周方向の中心と、互いに隣接する内周側貫通孔の中間とが、半径方向に同一の線上にある構成を具備する永久磁石ロータである。本発明によれば、ロータコアが弾性変形して応力を吸収するため、成形後に樹脂が割れることがない。
【００２３】
また、本発明によれば、ロータコアが弾性変形して応力を吸収するため、成形後に樹脂が割れることがない。
【００２４】
また、本発明によれば、ロータコア形状の工夫のみによって、ロータコアが弾性変形して応力を吸収するため、成形後に樹脂が割れることがない。
【００２５】
また、本発明によれば、全周に渡ってロータコアが弾性変形して応力を吸収するため、成形後に樹脂が割れることがない。
【００２６】
また、本発明によれば、全周に渡ってロータコアがほぼ均一に弾性変形して応力を吸収するため、成形後に樹脂が割れることがない。
【００２７】
本件出願の第１２の発明は、上記第１１の発明において外周側貫通孔の数をｎ個とした時、１個の外周側貫通孔の永久磁石ロータ回転中心からの角度が、（３６０／２ｎ）°を超える永久磁石ロータであり、全周に渡ってロータコアがしなやかに弾性変形して応力を吸収するため、成形後に樹脂が割れることがない。
【００２８】
本件出願の第１３の発明は、上記第１１、第１２の発明において外周側貫通孔と内周側貫通孔は、円周方向にオーバーラップした部分を有する、永久磁石ロータであり、全周に渡ってロータコアがしなやかに弾性変形して応力を吸収するため、成形後に樹脂が割れることがない。
【００２９】
本件出願の第１４の発明は、上記第１１の発明において外周側貫通孔とロータコア外周との間に、略等幅の薄肉部を有する永久磁石ロータであり、ロータコアの外周付近がしなやかに弾性変形して応力を吸収するため、成形後に樹脂が割れることがない。
【００３０】
本件出願の第１５の発明は、上記第１１乃至第１３の発明において外周側貫通孔の長手方向の両端が、ロータコア外周部に近接する位置まで伸び、外周側貫通孔の長手方向の中央部が、ロータコア外周部から離れている永久磁石ロータであり、ロータコアがバックヨークとして働く場合であっても、磁路を妨げることなく、従って、磁束量を最大限に利用することができる。
【００３１】
本件出願の第１６の発明は、上記第１５の発明において内周側貫通孔の長手方向両端部が、外周側貫通孔の長手方向の中心部付近に近接する位置まで伸びている永久磁石ロータであり、全周に渡ってほぼ均一にロータコアが弾性変形して応力を吸収するため、成形後に樹脂が割れることがない。
【００３２】
本件出願の第１７の発明は、上記第１５、第１６の発明において永久磁石ロータの極数が２ｍであるとき、外周側貫通孔及び内周側貫通孔の数がともに２ｍであり、かつ、永久磁石の極中心付近において、外周側貫通孔の長手方向の両端がロータコア外周部に近接している永久磁石ロータであり、ロータコアがバックヨークとして働く場合であっても、磁路を妨げることなく、従って、磁束量を最大限に利用することができる。
【００３３】
本件出願の第１８の発明は、上記第１７の発明において永久磁石の配向がラジアル異方または平行異方である永久磁石ロータであり、孔がロータコアを通る磁路を妨げないため、空隙の無い十分に広いバックヨークを提供できる。
【００３４】
本件出願の第１９の発明は、上記第１１乃至第１８の発明においてロータコアは、打ち抜かれた電磁鋼板を積層してなり、互いに隣接する外周側貫通孔の中間、または、互いに隣接する内周側貫通孔の中間、または、その両方に、打ち抜かれた電磁鋼板間を固着させるカラマセ部を設けた永久磁石ロータであり、電磁鋼板間の固着が強固であり、ロータコアのバラケ等が防止できる。
【００３５】
本件出願の第２０の発明は、上記第１１乃至第１９の発明において外周側貫通孔の長手方向中心と、隣接する永久磁石の中間が、半径方向に同一の線上にある永久磁石ロータであり、孔がロータコアを通る磁路を妨げないため、空隙の無い十分に広いバックヨークを提供できる。
【００３６】
本件出願の第２１の発明は、上記第２０の発明において永久磁石の厚みが、円周方向の中心部付近において最も大きく、両端部において、小さくなる永久磁石ロータであり、誘起電圧を正弦波に近づけ、コギングトルクを低減するのに効果的であり、さらに、樹脂の厚みが永久磁石の円周方向の両端部に近づくほど大きくなるため、樹脂の厚い部分ほど収縮が大きいため、応力の大きい部分において、ロータコアの変形がしやすく、成形後に樹脂が割れることがない。
【００３７】
本件出願の第２２の発明は、上記第２０の発明において隣接する永久磁石同士が密着しておらず、それらの間に、樹脂が入りこむ隙間を有する永久磁石ロータであり、樹脂の厚い部分ほど収縮が大きいため、応力の大きい部分において、ロータコアの変形がしやすく、成形後に樹脂が割れることがない。
【００３８】
本件出願の第２３の発明は、上記第１乃至第２２の発明において樹脂製の磁石または樹脂の成形時におけるゲートが、円周方向に略等間隔に、３箇所以上設けた永久磁石ロータであり、樹脂圧がほぼ均一になり、樹脂の密度もほぼ均一にできる。
【００３９】
本件出願の第２４の発明は、上記第２３の発明において樹脂製の磁石または樹脂の成形時におけるゲートが、外周側貫通孔の円周方向中心と半径方向に同一の線上にある永久磁石ロータであり、最も樹脂圧が大きく密度も高いゲート部付近の応力が最も大きくなるため、応力の最も大きい部分が、最もロータコアが変形しやすいようにすることにより、成形後に樹脂が割れることがない。
【００４０】
本件出願の第２５の発明は、上記第１１の発明において樹脂製の磁石または樹脂の成形時に、少なくとも外周側貫通孔に、成形時の応力によってロータコアが変形しないようなサポートを挿入する永久磁石ロータの製造方法であり、成形圧によって、ロータコアが変形することを防止できる。
【００４１】
本件出願の第２６の発明は、上記第１乃至第２４の発明において、サポートは、外周側貫通孔内部において半径方向に自由度を有し、成形時には、外周側貫通孔の外周部に密着し、成形後は、外周側貫通孔の外周部から離して取り外す永久磁石ロータの製造方法でありって、成形時のロータコアの剛性を保ちつつ、成形後に、ロータコアからサポートを取り外しやすくできる。
【００４２】
本件出願の第２７の発明は、上記第１乃至第２４の発明の永久磁石ロータを用いたモータであり、ロータを構成する永久磁石の割れを防止できるモータを得ることができる。
【００４３】
【発明の実施の形態】
以下、発明の実施の形態について、実施例を示し、説明する。
【００４４】
【実施例】
（実施例１）
第一の実施例について、図１から図６を用いて説明する。
【００４５】
図１は、本発明の第一の実施例における永久磁石ロータの平面図である。図２は、本発明の第一の実施例における永久磁石ロータのＡ−Ａ’断面図である。
【００４６】
略円筒形のロータコア１１の外周に、樹脂製の永久磁石１２をロータコアと一体としてリング状に成形している。永久磁石１２は、通常、樹脂製の磁石を２６０℃から３００℃程度の高温の金型内部で成形してなる。永久磁石の成形時に、磁場配向を行うための強力な永久磁石を金型に組み込んであり、成形された永久磁石１２は、極異方配向を有する。この時、永久磁石の内部磁化が極異方であるため、永久磁石内周部からロータコア１１に磁束が流れることはなく、バックヨークを必要としない。
【００４７】
ロータコア１１は、中心に設けられた軸孔１３に軸１４を通し、軸を回転自在に保持し、ロータの外周部に対向するステータ（図示せず）にほどこされた３相巻線に、電気的スイッチング素子によって整流された電流が流れ発生する回転磁界によって、軸１４を中心に回転している。
【００４８】
永久磁石の成形時は高温であり、永久磁石１２もロータコア１１も膨張するが、成形後、金型から取り出すと、永久磁石１２もロータコア１１も収縮する。このとき、従来の技術にて述べたように、永久磁石を構成する樹脂の熱膨張係数は、ロータコア材の熱膨張係数より小さいため、ロータコア１１外周部には、応力がかかる。この応力は反作用としてロータコア材より脆い永久磁石を構成する樹脂に働くが、ロータコア１１には、その応力を半径方向に緩和するための孔が設けられている。従って、応力によりロータコア１１が弾性変形するため、樹脂にかかる応力が小さくなり、樹脂の割れを防止できる。
【００４９】
応力を半径方向に緩和する孔は、ロータコアの最外周に設けられた外周側貫通孔１５と、その外周側貫通孔１５の内周側にわずかな距離をおいて設けられた内周側貫通孔１６とからなる。外周側貫通孔１５及び内周側貫通孔１６は、ともに３個ずつあり、それらは同一形状であり、等間隔に設けられている。また、外周側貫通孔１５とロータコア外周との間には、略等間隔の薄肉部１９があり、これにより、外圧に対するしなやかさを保つことができる。これにより、隣接する孔の相互間にあるスポーク１７、１８が等間隔に並び、それぞれの孔の数を３個以上とすることにより、スポーク１７、１８がそれぞれ３個以上となるので、ほぼ全周に渡って安定して均一に応力がかかることになる。仮に、スポーク１７、１８がそれぞれ２本しかなかったとすると、仮にロータコア１１の外周に働く応力にわずかなアンバランスが生じた場合、容易に一方向に曲げられてしまい、軸心がずれてしまう。
【００５０】
さらに、外周側貫通孔１５の円周方向中心と、隣接する内周側貫通孔１６間のスポーク１８とは、半径方向に同一の線上にあり、かつ、内周側貫通孔１６の円周方向中心と、隣接する外周側貫通孔１５間のスポーク１７とは、半径方向に同一の線上にある。また、少なくとも外周側貫通孔１５のロータ回転中心からの角度は、６０°（＝３６０／６）以上であり、１周のうち、半分以上が孔となっている。さらに、外周側貫通孔１５と内周側貫通孔１６は、円周方向にオーバーラップした部分を有する。これにより、ロータコア１１の外周に均一に応力が働いた場合、外周側貫通孔１５の中央付近の薄肉部１９ｃが大きく変形し、スポーク１７部は剛性があるため、変形しにくく応力が集中する。このときの変形図を図３に示す。このとき、スポーク１７のある部分にのみ応力が集中するが、その応力が、外周側貫通孔１５と内周側貫通孔１６の円周方向にオーバーラップした部分の間にある薄肉部２０が変形し、応力を緩和する。この時の変形図を図４に示す。この双方の変形状態がバランスが取れれば、ロータコア１１の全周に渡って同一量の変位により、均一な応力緩和効果が得られる。特に、外周側貫通孔１５の間にあるスポーク１７が内周側貫通孔１６に向かって変位する場合、スポーク１７に対して、外周側貫通孔１５と内周側貫通孔１６の円周方向にオーバーラップした部分の間にある薄肉部２０の長さが、両側で同一の長さであれば、半径方向にのみ力がかかるため、アンバランスによる偏芯を最小限に抑えることが可能である。
【００５１】
また、ロータコアは電磁鋼板を金型で打ち抜いたロータコアシートを積層してなるが、ロータコアシート同士の固着に、コアシートの半抜き部分により行うカラマセが用いられる。カラマセ穴は、外周側カラマセ２１と内周側カラマセ２２からなる。外周側カラマセ２１は、隣接する外周側貫通孔１５の間のスポーク１７上にあり、内周側カラマセ２２は、隣接する内周側貫通孔１６の間のスポーク１８上にある。これにより、ロータコアシートが強固にカラマセにより一体化される。なお、ロータコアは、鋳物やアルミダイカスト等でもよく、その場合は、カラマセは不要である。特に、極異方配向なので、ロータコアは磁性体である必要がなく、アルミダイカスト等を用いれば、形状の自由度が高く、生産性も高くできるという利点もある。
【００５２】
また、樹脂製の永久磁石１２を成形する際の金型のゲート位置は、円周方向に等間隔に設ければ、樹脂圧が均等となり、軸芯がアンバランスになることがなく、好適である。この時、最も樹脂圧に対して剛性の低くなる、外周側貫通孔１５の中央部の半径方向に延長した部分には、ゲート２３を設けるとよい。ゲート位置付近は、樹脂の充填密度が他より高くなるため、樹脂圧も大きくなる可能性があるためである。場合によっては、上記ゲート２３の間に、補助的にゲート２４を設けてもよい。
【００５３】
図３は、ロータコア全周に均一に樹脂圧がかかったときのロータコア１１の変形図を示している。図中の矢印は、圧力の方向である。図より、外周側貫通孔１５の部分は大きく変形しているが、外周側スポーク１７付近は変形が少ない。従って、外周側貫通孔１５の部分は結果的に圧力が小さくなり、外周側スポーク１７付近に圧力が集中する。図４は、外周側スポーク１７付近にのみ圧力がかかったときのロータコア１１の変形図である。この時、外周側貫通孔１５と内周側貫通孔１６との間の薄肉部２０が変形することにより、ロータコア１１の外周が変形し、圧力を低減可能であることがわかる。この時、外周側貫通孔１５の外周側の角部１５Ａ及び内周側貫通孔１６の外周側の角部１６Ａは、特に応力が集中しやすく、ここのフィレットを、それぞれの内周側の角部に比べて大きくとるとよい。また、特に外周側貫通孔１５の円周方向の幅は、少なくとも６０°以上とすることによって、円周方向の半分を超える部分が孔となる。
【００５４】
金型内で樹脂製の磁石を成形するとき、成形圧がロータコア外周部にかかり、これは、樹脂の収縮による圧力より大きいため、この時の変形を防止するため、図５に示すように、サポート２５を外周側貫通孔１５に挿入するとよい。このとき、サポート２５は、外周側貫通孔１５の外周部の壁にのみ密着するよう、半径方向の外側に向かって（図中の矢印の方向に）圧力をかけるとよい。また、樹脂製の磁石を成形した後は、図６に示すように、サポート２５を半径方向の内側に向かって移動させることで外周側貫通孔１５からサポート２５を容易にはずすことが可能である。サポートの形状は、必ずしも図に示す形状である必要はない。
【００５５】
（実施例２）
第二の実施例について、図７から図８を用いて説明する。
【００５６】
図７は、本発明の第二の実施例における永久磁石ロータの平面図である。図８は、本発明の第二の実施例における永久磁石ロータのＢ−Ｂ’断面図である。
【００５７】
略円筒形のロータコア３１の外周に、樹脂製の永久磁石３２をロータコアと一体としてリング状に成形している。永久磁石３２は、通常、樹脂製の磁石を２６０℃から３００℃程度の高温の金型内部で成形してなる。永久磁石の成形時に、略平行異方に磁場配向するか、特に磁場配向をさせない。磁場配向をさせない場合は、成形後、着磁器により着磁を行う。このとき、磁化方向は、略平行異方または、ラジアル異方となり、永久磁石３２の内周側に磁束が流れ出るため、バックヨークを必要とする。
【００５８】
ロータコア３１は、中心に設けられた軸孔３３に軸３４を通し、軸を回転自在に保持し、ロータの外周部に対向するステータ（図示せず）にほどこされた３相巻線に、電気的スイッチング素子によって整流された電流が流れ発生する回転磁界によって、軸３４を中心に回転している。
【００５９】
樹脂製の磁石の成形及び成形後の収縮による振る舞いは、実施例１と同様であるので省略する。外周側貫通孔３５と内周側貫通孔３６の形状が異なる。外周側貫通孔３５及び内周側貫通孔３６は、ともに４個ずつあり、それらは同一形状であり、等間隔に設けられている。また、外周側貫通孔３５とロータコア外周との間には、略等間隔の薄肉部３９があり、これにより、外圧に対するしなやかさを保つことができる。これにより、隣接する孔の相互間にあるスポーク３７、３８が等間隔に並び、それぞれの孔の数を極数と同一の４個とすることにより、スポーク３７、３８がそれぞれ４個となるので、ほぼ全周に渡って安定して均一に応力がかかることになる。
【００６０】
さらに、外周側貫通孔３５の円周方向中心と、隣接する内周側貫通孔３６間のスポーク３８とは、半径方向に同一の線上にあり、かつ、内周側貫通孔３６の円周方向中心と、隣接する外周側貫通孔３５間のスポーク３７とは、半径方向に同一の線上にある。
【００６１】
この時、外周側貫通孔３５の長手方向両端部は、ロータコア３１の外周部付近まで近接しているため、磁路を妨害するが、外周側貫通孔３５の長手方向両端部を永久磁石の磁極中心付近に位置させることにより、外周側貫通孔３５の外周側にバックヨークを確保することができる。
【００６２】
また、ロータコアは電磁鋼板を金型で打ち抜いたロータコアシートを積層してなるが、ロータコアシート同士の固着に、コアシートの半抜き部分により行うカラマセが用いられる。カラマセ穴は、外周側カラマセ４１と内周側カラマセ４２からなる。外周側カラマセ４１は、隣接する外周側貫通孔３５とロータコア外周部との間にあり、内周側カラマセ４２は、外周側貫通孔３５と内周側貫通孔３６の間にある。これにより、ロータコアシートが強固にカラマセにより一体化される。
【００６３】
また、樹脂製の永久磁石３２を成形する際の金型のゲート位置は、円周方向に等間隔に設ければ、樹脂圧が均等となり、軸芯がアンバランスになることがなく、好適である。この時、最も樹脂圧に対して剛性の低くなる、外周側貫通孔３５の中央部の半径方向に延長した部分には、ゲート４３を設けるとよい。ゲート位置付近は、樹脂の充填密度が他より高くなるため、樹脂圧も大きくなる可能性があるためである。場合によっては、上記ゲート４３の間に、補助的にゲート４４を設けてもよい。
【００６４】
この際、ゲートは、永久磁石の磁極中心または磁極境界、またはそれらの両方に設けると、磁気的アンバランスも防止できる。
【００６５】
（実施例３）
第三の実施例について、図９から図１１を用いて説明する。
【００６６】
図９は、本発明の第三の実施例における永久磁石ロータの平面図である。図１０は、本発明の第三の実施例における永久磁石ロータの横断面図である。図１１は、本発明の第三の実施例における永久磁石ロータのＣ−Ｃ’断面図である。
【００６７】
略円筒形のロータコア５１の外周に、複数の略円弧状の焼結の永久磁石５２をロータコア５１の外周部に密着させ、永久磁石５２とロータコア５１を樹脂６６で一体モールドして固定している。永久磁石５２は、内周部がロータコア外周部と密着するような円弧であり、円周方向の中央部付近で最も厚く、端部に行くに従って薄くなる。本形状により、コギングトルクを低減でき、騒音の低減が図れる。また、永久磁石５２の円周方向端部の外側に樹脂を流しても、永久磁石５２の円周方向中央部は樹脂に覆われないようにし、それより外周側に樹脂が流れないようにすれば、ステータとロータの間のエアギャップを最小にすることが可能であり、効率面でも有利である。また、隣接する永久磁石５２間に隙間ができ、その間に樹脂が流れるようにすれば、モールドによる永久磁石の固定が強固になる。
【００６８】
ロータコア５１には、樹脂の収縮による応力を半径方向に緩和するための孔が設けられている。従って、応力によりロータコア５１が弾性変形するため、樹脂にかかる応力が小さくなり、樹脂の割れを防止できる。
【００６９】
応力を半径方向に緩和する孔の配置は、実施例１と同一の思想によっている。すなわち、ロータコアの最外周に設けられた外周側貫通孔５５と、その外周側貫通孔５５の内周側にわずかな距離をおいて設けられた内周側貫通孔５６とからなる。外周側貫通孔５５及び内周側貫通孔５６は、ともに８個ずつあり、それらは同一形状であり、等間隔に設けられている。また、外周側貫通孔５５とロータコア外周との間には、略等間隔の薄肉部５９があり、これにより、外圧に対するしなやかさを保つことができる。これにより、隣接する孔の相互間にあるスポーク５７、５８が等間隔に並び、それぞれの孔の数を８個とすることにより、スポーク５７、５８がそれぞれ８個となるので、ほぼ全周に渡って安定して均一に応力がかかることになる。
【００７０】
さらに、外周側貫通孔５５の円周方向中心と、隣接する内周側貫通孔５６間のスポーク１８とは、半径方向に同一の線上にあり、かつ、内周側貫通孔５６の円周方向中心と、隣接する外周側貫通孔５５間のスポーク５７とは、半径方向に同一の線上にある。また、少なくとも外周側貫通孔５５のロータ回転中心からの角度は、２２．５°（＝３６０／１６）以上であり、１周のうち、半分以上が孔となっている。さらに、外周側貫通孔５５と内周側貫通孔は、円周方向にオーバーラップした部分を有する。
【００７１】
樹脂が収縮した時のロータコア５１に設けられた外周側貫通孔５５及び内周側貫通孔５６の働きについては、実施例１と同様である。
【００７２】
特に、外周側貫通孔５５の間にあるスポーク５７が内周側貫通孔５６に向かって変位する場合、スポーク５７に対して、外周側貫通孔５５と内周側貫通孔５６の円周方向にオーバーラップした部分の間にある薄肉部６０の長さが、両側で同一の長さであれば、半径方向にのみ力がかかるため、アンバランスによる偏芯を最小限に抑えることが可能である。
【００７３】
この時、樹脂量の多い、隣接する永久磁石５２間の隙間が、樹脂の収縮による圧力が最も大きくなるため、隣接する永久磁石５２間の隙間と、外周側貫通孔５５の円周方向中心とは半径方向に同一の線上に設けるとよい。また、ゲート位置付近は樹脂の充填密度が大きくなるため、樹脂の収縮の際の圧力も大きくなるため、ゲート位置と、外周側貫通孔５５の円周方向中心とは半径方向に同一の線上に設けるとよい。
【００７４】
また、ロータコアは電磁鋼板を金型で打ち抜いたロータコアシートを積層してなるが、ロータコアシート同士の固着に、コアシートの半抜き部分により行うカラマセが用いられる。カラマセ穴は、外周側カラマセ６１と内周側カラマセ６２からなる。外周側カラマセ６１は、隣接する外周側貫通孔５５の間のスポーク５７上にあり、内周側カラマセ６２は、隣接する内周側貫通孔５６の間のスポーク５８上にある。なお、全スポーク状にカラマセを設ける必要もなく、必要に応じてカラマセを設ければよい。本実施例では、外周側カラマセ６１、内周側カラマセ６２とも、それぞれ４個ずつ設けている。
【００７５】
（実施例４）
第四の実施例について、図１２を用いて説明する。
【００７６】
図１２は、本発明の第四の実施例における永久磁石ロータの平面図である。
【００７７】
ロータコア７１と永久磁石７２、樹脂８６との関係は実施例３と同様であり、省略する。
【００７８】
外周側貫通孔７５は、長手方向の両端が、永久磁石７２の極中心付近に近接した、内周側に対して凸の円弧形状である。これにより、永久磁石７２の内周側からでた磁束を通すバックヨークとしての磁路を確保することができる。また、内周側貫通孔７６は、長手方向の両端が、外周側貫通孔７５の長手方向中心付近に近接した、内周側に対して凸の円弧形状である。
【００７９】
作用については、実施例２と同様であるので省略する。
【００８０】
また、ロータコアは電磁鋼板を金型で打ち抜いたロータコアシートを積層してなるが、ロータコアシート同士の固着に、コアシートの半抜き部分により行うカラマセが用いられる。カラマセ穴は、外周側貫通孔８１と内周側カラマセ８２からなる。外周側カラマセ８１は、外周側貫通孔７５とロータコア外周との間にあり、内周側カラマセ８２は、隣接する内周側貫通孔８６の間のスポーク８８上にある。外周側カラマセ６１、内周側カラマセ６２とも、それぞれ４個ずつ設けている。また、外周側カラマセ６１と内周側カラマセ６２は、半径方向に同一の線上にあるため、機械的、また、磁気的なアンバランスも解消できる。
【００８１】
【発明の効果】
第１の発明によれば、ロータコアが弾性変形して応力を吸収するため、成形後に永久磁石が割れることがなく、ロータの信頼性を高めることができる。
【００８２】
また、第１の発明によれば、ロータコア外周付近が弾性変形して応力を吸収するため、成形後に永久磁石が割れることがない。
【００８３】
また、第１の発明によれば、ロータコア形状の工夫のみによって、ロータコアが弾性変形して応力を吸収するため、成形後に永久磁石が割れることがない。
【００８４】
また、第１の発明によれば、全周に渡ってロータコアが弾性変形して応力を吸収するため、成形後に永久磁石が割れることがない。
【００８５】
また、第１の発明によれば、全周に渡ってほぼ均一にロータコアが弾性変形して応力を吸収するため、特定の箇所への応力集中を緩和でき、成形後に永久磁石が割れることがない。
【００８６】
第２の発明によれば、全周に渡ってロータコアがしなやかに弾性変形して応力を吸収するため、成形後に永久磁石が割れることがない。
【００８７】
第３の発明によれば、全周に渡ってロータコアがしなやかに弾性変形して応力を吸収するため、成形後に永久磁石が割れることがない。
【００８８】
第４の発明によれば、ロータコアの外周付近がしなやかに弾性変形して応力を吸収するため、成形後に永久磁石が割れることがない。
【００８９】
第５の発明によれば、ロータコアがバックヨークとして働かないため、磁路を妨げず、孔を設けることができる。
【００９０】
第６の発明によれば、ロータコアがバックヨークとして働く場合においても、孔によって磁路を妨げることを最小限に抑えることができる。
【００９１】
第７の発明によれば、全周に渡ってほぼ均一にロータコアが弾性変形して応力を吸収するため、成形後に永久磁石が割れることがない。
【００９２】
第８の発明によれば、ロータコアがバックヨークとして働く場合であっても、磁路を妨げることなく、従って、磁束量を最大限に利用することができる。
【００９３】
第９の発明によれば、孔がロータコアを通る磁路を妨げないため、空隙の無い十分に広いバックヨークを提供できる。
【００９４】
第１０の発明によれば、電磁鋼板間の固着が強固であり、ロータコアのバラケ等が防止できる。
【００９５】
第１１の発明によれば、ロータコアが弾性変形して応力を吸収するため、成形後に樹脂が割れることがない。
【００９６】
また、第１１の発明によれば、ロータコアが弾性変形して応力を吸収するため、成形後に樹脂が割れることがない。
【００９７】
また、第１１の発明によれば、ロータコア形状の工夫のみによって、ロータコアが弾性変形して応力を吸収するため、成形後に樹脂が割れることがない。
【００９８】
また、第１１の発明によれば、全周に渡ってロータコアが弾性変形して応力を吸収するため、成形後に樹脂が割れることがない。
【００９９】
また、第１１の発明によれば、全周に渡ってロータコアがほぼ均一に弾性変形して応力を吸収するため、成形後に樹脂が割れることがない。
【０１００】
第１２の発明によれば、全周に渡ってロータコアがしなやかに弾性変形して応力を吸収するため、成形後に樹脂が割れることがない。
【０１０１】
第１３の発明によれば、全周に渡ってロータコアがしなやかに弾性変形して応力を吸収するため、成形後に樹脂が割れることがない。
【０１０２】
第１４の発明によれば、ロータコアの外周付近がしなやかに弾性変形して応力を吸収するため、成形後に樹脂が割れることがない。
【０１０３】
第１５の発明によれば、ロータコアがバックヨークとして働く場合であっても、磁路を妨げることなく、従って、磁束量を最大限に利用することができる。
【０１０４】
第１６の発明によれば、全周に渡ってほぼ均一にロータコアが弾性変形して応力を吸収するため、成形後に樹脂が割れることがない。
【０１０５】
第１７の発明によれば、ロータコアがバックヨークとして働く場合であっても、磁路を妨げることなく、従って、磁束量を最大限に利用することができる。
【０１０６】
第１８の本発明の請求項２６に記載の発明によれば、孔がロータコアを通る磁路を妨げないため、空隙の無い十分に広いバックヨークを提供できる。
【０１０７】
第１９の発明によれば、電磁鋼板間の固着が強固であり、ロータコアのバラケ等が防止できる。
【０１０８】
第２０の発明によれば、孔がロータコアを通る磁路を妨げないため、空隙の無い十分に広いバックヨークを提供できる。
【０１０９】
第２１の発明によれば、誘起電圧を正弦波に近づけ、コギングトルクを低減するのに効果的であり、さらに、樹脂の厚みが永久磁石の円周方向の両端部に近づくほど大きくなるため、樹脂の厚い部分ほど収縮が大きいため、応力の大きい部分において、ロータコアの変形がしやすく、成形後に樹脂が割れることがない。
【０１１０】
第２２の発明によれば、樹脂の厚い部分ほど収縮が大きいため、応力の大きい部分において、ロータコアの変形がしやすく、成形後に樹脂が割れることがない。
【０１１１】
第２３の発明によれば、樹脂圧がほぼ均一になり、樹脂の密度もほぼ均一にできる。
【０１１２】
第２４の発明によれば、最も樹脂圧が大きく密度も高いゲート部付近の応力が最も大きくなるため、応力の最も大きい部分が、最もロータコアが変形しやすいようにすることにより、成形後に樹脂が割れることがない。
【０１１３】
第２５の発明によれば、成形圧によって、ロータコアが変形することを防止できる。
【０１１４】
第２６の発明によれば、成形時のロータコアの剛性を保ちつつ、成形後に、ロータコアからサポートを取り外しやすくできる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の第一の実施例における永久磁石ロータの平面図
【図２】本発明の第一の実施例における永久磁石ロータのＡ−Ａ’断面図
【図３】ロータコア全周に均一に樹脂圧がかかったときのロータコアの変形図
【図４】外周側スポーク付近にのみ圧力がかかったときのロータコアの変形図
【図５】樹脂製の磁石を成形する際のサポートを挿入した状態を示す平面図
【図６】樹脂製の磁石を成形した後のサポートを移動した状態を示す平面図
【図７】本発明の第二の実施例における永久磁石ロータの平面図
【図８】本発明の第二の実施例における永久磁石ロータのＢ−Ｂ’断面図
【図９】本発明の第三の実施例における永久磁石ロータの平面図
【図１０】本発明の第三の実施例における永久磁石ロータの横断面図
【図１１】本発明の第三の実施例における永久磁石ロータのＣ−Ｃ’断面図
【図１２】本発明の第四の実施例における永久磁石ロータの平面図
【図１３】（ａ）従来の永久磁石ロータの平面図
（ｂ）従来の永久磁石ロータのＡ−Ａ断面図
【符号の説明】
１１ロータコア
１２永久磁石
１３軸孔
１４軸
１５外周側貫通孔
１６内周側貫通孔
１７外周側スポーク
１８内周側スポーク
１９薄肉部
２０薄肉部
２１外周側カラマセ
２２内周側カラマセ
２３、２４ゲート
２５サポート

Claims

鉄などの金属からなる略円筒形のロータコアの外周に樹脂製の永久磁石を前記ロータコアの外周にリング状に一体成形してなる永久磁石ロータにおいて、成形後の前記ロータコアと永久磁石の熱収縮率の違いによる応力を前記ロータコアの半径方向に吸収するための手段を前記ロータコアの外周付近の全周に渡って設けた構成を有する永久磁石ロータであり、さらに前記応力を前記ロータコアの半径方向に吸収するための手段が前記ロータコアの外周付近に設けられた貫通孔であり、前記貫通孔が、前記ロータコアの最外周に設けられた外周側貫通孔と、前記外周側貫通孔の内周部にわずかな距離をおいて設けられた内周側貫通孔との、少なくとも半径方向に２段に設けられる構成であり、前記外周側貫通孔及び前記内周側貫通孔とも、略等間隔にそれぞれ３個以上設けられ、かつ前記外周側貫通孔及び前記内周側貫通孔の数をどちらもｎ個としたとき、それぞれの外周側貫通孔の円周方向の中心と、互いに隣接する内周側貫通孔の中間とが、半径方向に同一の線上にある構成を具備する永久磁石ロータ。
外周側貫通孔の数をｎ個とした時、１個の外周側貫通孔の永久磁石ロータ回転中心からの角度が、（３６０／２ｎ）°を超える、請求項１記載の永久磁石ロータ。
外周側貫通孔と内周側貫通孔は、円周方向にオーバーラップした部分を有する、請求項１又は請求項２のいずれか１項記載の永久磁石ロータ。
外周側貫通孔とロータコア外周との間に、略等幅の薄肉部を有する、請求項１から請求項３のいずれか１項記載の永久磁石ロータ。
永久磁石の配向が極異方である、請求項４記載の永久磁石ロータ。
外周側貫通孔の長手方向の両端が、ロータコア外周部に近接する位置まで伸び、外周側貫通孔の長手方向の中央部が、ロータコア外周部から離れている請求項１から請求項３のいずれか１項記載の永久磁石ロータ。
内周側貫通孔の長手方向両端部が、外周側貫通孔の長手方向の中心部付近に近接する位置まで伸びている、請求項６記載の永久磁石ロータ。
永久磁石ロータの極数が２ｍであるとき、外周側貫通孔及び内周側貫通孔の数がともに２ｍであり、かつ、永久磁石の極中心付近において、外周側貫通孔の長手方向の両端がロータコア外周部に近接している、請求項６または請求項７記載の永久磁石ロータ。
永久磁石の配向がラジアル異方または平行異方である請求項８記載の永久磁石ロータ。
ロータコアは、打ち抜かれた電磁鋼板を積層してなり、互いに隣接する外周側貫通孔の中間、または、互いに隣接する内周側貫通孔の中間、または、その両方に、打ち抜かれた電磁鋼板間を固着させるカラマセ部を設けたことを特徴とする請求項１から請求項９のいずれか１項記載の永久磁石ロータ。
鉄などの金属からなる略円筒形のロータコアの外周に複数の略円弧状の焼結の永久磁石を配置し、その外周部の一部または全てを樹脂でモールドすることにより、前記ロータコアと前記磁石を固定してなる永久磁石ロータにおいて、成形後の前記ロータコアと永久磁石の熱収縮率の違いによる応力を前記ロータコアの半径方向に吸収するための手段を前記ロータコアの外周付近の全周に渡って設けた構成を有する永久磁石ロータであり、さらに前記応力を前記ロータコアの半径方向に吸収するための手段が前記ロータコアの外周付近に設けられた貫通孔であり、前記貫通孔が、前記ロータコアの最外周に設けられた外周側貫通孔と、前記外周側貫通孔の内周部にわずかな距離をおいて設けられた内周側貫通孔との、少なくとも半径方向に２段に設けられる構成であり、前記外周側貫通孔及び前記内周側貫通孔とも、略等間隔にそれぞれ３個以上設けられ、かつ前記外周側貫通孔及び前記内周側貫通孔の数をどちらもｎ個としたとき、それぞれの外周側貫通孔の円周方向の中心と、互いに隣接する内周側貫通孔の中間とが、半径方向に同一の線上にある構成を具備する永久磁石ロータ。
外周側貫通孔の数をｎ個とした時、１個の外周側貫通孔の永久磁石ロータ回転中心からの角度が、（３６０／２ｎ）°を超える、請求項１１記載の永久磁石ロータ。
外周側貫通孔と内周側貫通孔は、円周方向にオーバーラップした部分を有する、請求項１１又はから請求項１２のいずれか１項記載の永久磁石ロータ。
外周側貫通孔とロータコア外周との間に、略等幅の薄肉部を有する、請求項１１から請求項１３のいずれか１項記載の永久磁石ロータ。
外周側貫通孔の長手方向の両端が、ロータコア外周部に近接する位置まで伸び、外周側貫通孔の長手方向の中央部が、ロータコア外周部から離れている請求項１１から請求項１３のいずれか１項記載の永久磁石ロータ。
内周側貫通孔の長手方向両端部が、外周側貫通孔の長手方向の中心部付近に近接する位置まで伸びている、請求項１５記載の永久磁石ロータ。
永久磁石ロータの極数が２ｍであるとき、外周側貫通孔及び内周側貫通孔の数がともに２ｍであり、かつ、永久磁石の極中心付近において、外周側貫通孔の長手方向の両端がロータコア外周部に近接している、請求項１５または請求項１６記載の永久磁石ロータ。
永久磁石の配向がラジアル異方または平行異方である請求項１７記載の永久磁石ロータ。
ロータコアは、打ち抜かれた電磁鋼板を積層してなり、互いに隣接する外周側貫通孔の中間、または、互いに隣接する内周側貫通孔の中間、または、その両方に、打ち抜かれた電磁鋼板間を固着させるカラマセ部を設けたことを特徴とする請求項１１から請求項１８のいずれか１項記載の永久磁石ロータ。
外周側貫通孔の長手方向中心と、隣接する永久磁石の中間が、半径方向に同一の線上にある、請求項１１から請求項１９のいずれか１項記載の永久磁石ロータ。
永久磁石の厚みが、円周方向の中心部付近において最も大きく、両端部において、小さくなる、請求項２０記載の永久磁石ロータ。
隣接する永久磁石同士が密着しておらず、それらの間に、樹脂が入りこむ隙間を有する請求項２０記載の永久磁石ロータ。
樹脂製の磁石または樹脂の成形時におけるゲートが、円周方向に略等間隔に、３箇所以上設けた、請求項１から請求項２２のいずれか１項記載の永久磁石ロータ。
樹脂製の磁石または樹脂の成形時におけるゲートが、外周側貫通孔の円周方向中心と半径方向に同一の線上にある、請求項２３記載の永久磁石ロータ。
樹脂製の磁石または樹脂の成形時に、少なくとも外周側貫通孔に、成形時の応力によってロータコアが変形しないようなサポートを挿入することを特徴とした、請求項１から請求項２４のいずれか１項記載の永久磁石ロータの製造方法。
サポートは、外周側貫通孔内部において半径方向に自由度を有し、成形時には、外周側貫通孔の外周部に密着し、成形後は、外周側貫通孔の外周部から離して取り外す、請求項２５記載の永久磁石ロータの製造方法。
請求項１から請求項２４記載のいずれか１項記載の永久磁石ロータを用いたことを特徴とするモータ。