JP2012120366A

JP2012120366A - 永久磁石モータ及びその磁石並びにその磁石接着構造

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Publication number: JP2012120366A
Application number: JP2010269283A
Authority: JP
Inventors: Michio Ogawa; 道雄小川; Akiyoshi Sawai; 章能澤井
Original assignee: Mitsubishi Electric Corp
Current assignee: Mitsubishi Electric Corp
Priority date: 2010-12-02
Filing date: 2010-12-02
Publication date: 2012-06-21
Also published as: CN102487223A

Abstract

【課題】従来の永久磁石モータの問題点であった、磁石の両端の２辺と被着部材との線近接部における異物噛み込みによる磁石の位置精度への悪影響や、磁石の両端部で発生する接着剤への空気の噛み込みによる接着信頼性への悪影響を解決し、モータ性能信頼性が大幅に向上する永久磁石モータ及びその磁石並びにその磁石接着構造を得る。
【解決手段】永久磁石モータは、磁石１はシャフト３との接着面における隅部の少なくとも３箇所以上に凸部２２を備えた構造を有し、凸部２２はシャフト３と点近接し、磁石１は凸部２２とシャフト３側の磁石１対向面とシャフト３の表面に囲まれた隙間に形成された接着剤２からなる接着剤層２１にて接着固定される。
【選択図】図１

Description

この発明は、回転型及びリニア型の永久磁石モータとその磁石とその磁石接着構造に関する。

従来の回転型及びリニア型の永久磁石モータは、磁石断面におけるシャフト（ロータ）側の動径方向の形状は略円弧状で、かつその曲率をシャフトの曲率よりも大きくすることで、磁石のシャフト側とシャフトの表面に囲まれる領域に隙間が形成され、シャフト軸に沿う磁石の両端の２辺がシャフト（ロータ）及び固定子（ステータ）である被着部材に近接し、磁石と被着部材の間に発生する隙間に接着剤を充填して接着している（例えば、特許文献１、特許文献２参照）。

特許第４２６７３０９号公報（第１３頁、第８図）特開２０１０−１８７５３６号公報（第８頁、第２図）

従来の永久磁石モータは、以上のように構成されているので、回転型の永久磁石モータでは、接着剤を磁石もしくはシャフト（ロータ）である被着部材に塗布した後、磁石と被着部材を貼り合わせる場合、磁石の両端の２辺が被着部材に近接していると、被着部材への線接触での磁石近接となるため、被着部材への点接触による磁石近接に比べ線近接部に異物を噛み込み易く、磁石が傾いて接着される等、磁石の位置精度に影響を与え易いといった問題点がある。また、磁石の両端部において、空気が接着剤に噛み込み易く、接着信頼性に影響を与えるといった問題点がある。

さらに、リニア型の永久磁石モータでは、磁石と固定子（ステータ）である被着部材が同一形状の場合、例えば、磁石と被着部材が共に平行平板の場合、磁石と被着部材の間にはほとんど接着剤を充填する隙間が発生しないため、接着剤の厚みが薄くなり、かつ接着剤の厚みを制御する構造も存在しないため、安定した接着強度を得ることができないといった問題点がある。

この発明は、上述のような問題を解決するためになされたもので、その目的は、従来の永久磁石モータの製造と同等の生産性を持ちながら、磁石と被着部材の近接部に発生する異物噛み込みによる磁石位置精度の低下や、磁石の両端部で発生する空気の噛み込みによる接着信頼性の低下や、磁石と被着部材が同一形状の場合に発生する接着剤の厚みが薄いことに起因した接着信頼性の低下を抑制する永久磁石モータ及びその磁石接着構造を得るものである。

この発明に係る永久磁石モータにおいては、ロータ又はステータと、ロータ又はステータに磁石を接着剤により接着固定した永久磁石モータであって、磁石はロータ又はステータとの接着面における隅部の少なくとも３箇所以上に凸部を備えた構造を有し、凸部はロータ又はステータと点近接し、磁石は凸部とロータ又はステータ側の磁石対向面とロータ又はステータに囲まれた隙間に形成された接着剤からなる接着剤層にて接着固定される。

この発明は、磁石と被着部材間に所望の隙間を設けて接着剤により磁石と被着部材を接着固定する構造とすることで、一定の接着剤の厚みを確保し、安定した接着強度を得ることができると共に、磁石の凸部と被着部材間を点近接とすることで、従来の磁石と被着部材間の２辺の線近接と比べて異物や空気の噛み込みを抑制し、磁石位置精度への影響を低減させ、安定した接着強度を得ることができるので、永久磁石モータの性能信頼性が大幅に向上する。

この発明の実施の形態１を示す回転型の永久磁石モータの磁石接着構造図である。この発明の実施の形態１を示す永久磁石モータの接着強度の接着層厚依存性を表す図である。この発明の実施の形態１を示す回転型の永久磁石モータの磁石接着構造図である。この発明の実施の形態２を示す回転型の永久磁石モータの磁石接着構造図である。この発明の実施の形態３を示す回転型の永久磁石モータの磁石接着構造図である。

実施の形態１．
図１は、この発明を実施するための実施の形態１における回転型の永久磁石モータの磁石接着構造図である。図１において、１は磁石、２は接着剤、３はロータとしてのシャフトである。２１は磁石１とシャフト３の間に囲まれた隙間に形成された接着剤２からなる接着剤層、２２は磁石１の底面に存在する凸部であり、この実施の形態１では、凸部２２は磁石１の角部に４箇所存在する。磁石１のシャフト３側の表面は、シャフト３の動径方向の曲率よりも大きい曲率を有した凹状の球形状に加工されている。一方、磁石１のシャフト３側の表面と対向する表面は、シャフト３の動径方向に沿う方向に対しては、シャフト３の動径方向の曲率よりも大きい曲率を有した凹状の曲面形状であり、シャフト３の軸方向に沿う方向に対しては、平板形状である、すなわち、略円弧状であるように加工されている。

接着剤２を用いて磁石１をシャフト３に接着する構造において、磁石１とシャフト３は磁石１の４箇所の凸部２２で点近接し、接着剤層２１は接着剤２が塗布され、磁石１とシャフト３が接着固定されている。この実施の形態１では、接着剤２を磁石１もしくはシャフト３に塗布した後に、磁石１とシャフト３を貼り合わせ、接着剤層２１の接着剤２を硬化させることで接着固定させる。

図１において、Ａ−Ａ’とＢ−Ｂ’とＣ−Ｃ’は、磁石１をシャフト３の動径方向に沿って切断したときの断面方向を表し、Ｄ−Ｄ’とＥ−Ｅ’とＦ−Ｆ’は、磁石１をシャフト３の軸方向に沿って切断したときの断面方向を表す。Ａ−Ａ’断面とＣ−Ｃ’断面は、磁石１の凸部２２の断面が存在する断面となるため、シャフト３に凸部２２が近接している状態の断面となるが、Ｂ−Ｂ’断面は磁石１の中央部の断面となるため、磁石１の両端部とシャフト３の間には接着剤層２１が存在する断面となる。同様に、Ｄ−Ｄ’断面とＦ−Ｆ’断面は、磁石１の凸部２２の断面が存在する断面となるため、シャフト３に凸部２２が近接している状態の断面となるが、Ｅ−Ｅ’断面は磁石１の中央部の断面となるため、磁石１の両端部とシャフト３の間には接着剤層２１が存在する断面となる。

図２は、この発明の実施の形態１を示す永久磁石モータの接着強度の接着層厚依存性を表す図である。図２において、縦軸は接着強度、横軸は接着層の接着厚さである。図２に示すように、接着強度は接着厚さに対して急峻に増大し、極大値を示した後、徐々に低下する曲線になるため、接着の際には最適な接着厚さを選択する必要がある。

磁石の位置決め精度の観点から、点近接する３箇所以上の磁石１の凸部２２とシャフト３の近接部は接着強度を得る必要は無く、たとえ接着しても最大の接着強度の５０％未満の強度で済む距離２５μｍ以下であることが望ましく、それ以外の接着剤２の接着剤層２１は、接着強度の最適化の観点から、最大の接着強度の５０％以上の強度が確保できる５０〜２００μｍの接着厚さとなることが望ましい。また、点近接する凸部２２の１箇所当たりの面積ついて、凸部２２の接着面積が大きいと、その分接着強度に寄与しない面積が増え、強度が低下する。一般に、接着面積は磁石面積の５０％以上確保できれば良いとされており、凸部２２の１箇所当たりの接着面積が磁石接着総面積の１０％以下であれば、たとえ４箇所の凸部２２での点近接においても６０％以上の面積を確保できるため、凸部２２の１箇所当たりの接着面積は、磁石接着総面積の１０％以下とすることが望ましい。

この実施の形態１における回転型の永久磁石モータにおいては、着磁済み磁石の接着においても一定の接着厚さを確保できるため、安定した接着強度を得ることができる。また、従来の永久磁石モータのような磁石１の両端がシャフト３と線近接している場合と異なり、磁石１の４箇所の凸部２２とシャフト３の間を点近接とすることで異物の噛み込みを抑制し、異物と磁石１もしくはシャフト３の近接部が干渉して磁石１の位置精度に影響を与えるといった可能性を抑制する。さらに、磁石１の凸部２２での接着面への空気の噛み込みを抑制することで、嫌気性接着剤使用時の接着剤の硬化不良の発生や実効接着面積の減少による接着の信頼性低下を防止することができる。

また、磁石１の４箇所の凸部２２とシャフト３の間に異物が噛み込んだ場合でも、この実施の形態１のような点近接の場合では、磁石１をシャフト３に押え付ける際に、異物が凸部２２とシャフト３の間に留まる場合は少なく、押え付けた際に異物がずれる確率の方が高く、かつ異物がずれる方向は凸部２２を中心として全方向に渡ってほぼ均等である。従って、押え付けたことにより異物が磁石１とシャフト３の間のさらに内部にずれてしまう確率は略２５％であると言える。

一方、従来の線近接の場合でも磁石１をシャフト３に押え付けたことにより異物がずれる場合もあるが、線近接の場合、異物がずれる方向は、異物が噛み込んでいる線を中心に、磁石１とシャフト３の間のさらに内部に移動してしまう方向か、それとも外に移動してしまう方向の２方向しかない。従って、線近接の場合、押え付けたことにより異物が磁石１とシャフト３の間のさらに内部にずれてしまう確率は略５０％であると言え、この点からも、この実施の形態１で説明した点近接の方が、従来の線近接よりも異物が噛み込みにくいという効果がある。

このように、この実施の形態１における回転型の永久磁石モータを採用することで、従来の回転型の永久磁石モータの課題を解決することができ、回転型の永久磁石モータの性能信頼性が大幅に向上する。

なお、図１では、磁石１のシャフト３側の表面は中央部が凹状の球形状に加工されている磁石１を示したが、図３に示すように、磁石１のシャフト３側の表面がシャフト３の動径方向と動径方向と直交する軸方向の２方向に対して、シャフト３の動径方向の曲率よりも大きい曲率を有する凹状の曲面形状に加工されている場合についても、同様の効果が得られる。

実施の形態２．
図４は、この発明を実施するための実施の形態２における回転型の永久磁石モータの磁石接着構造図である。図４において、５は突起構造部である磁石突起部、２３は磁石突起部５がシャフト３の表面と点近接する突起底面部である。この実施の形態２は、図４に示すように、磁石１の角部４箇所に磁石突起部５を設け、この磁石突起部５の突起底面部２３がシャフト３との近接部となり、接着剤２を磁石１もしくはシャフト３に塗布した後に、磁石１とシャフト３を貼り合わせ、接着剤２を硬化させることで得られる磁石接着構造である。磁石１の形状は、実施の形態１で説明した形状と同様である。磁石突起部５の材料は、磁石材料や金属材料である。

実施の形態１と同様に、図４において、Ａ−Ａ’とＢ−Ｂ’とＣ−Ｃ’は、磁石１をシャフト３の動径方向に沿って切断したときの断面方向を表し、Ｄ−Ｄ’とＥ−Ｅ’とＦ−Ｆ’は、磁石１をシャフト３の軸方向に沿って切断したときの断面方向を表す。Ａ−Ａ’断面とＣ−Ｃ’断面は、磁石突起部５の断面が存在する断面となるため、シャフト３に磁石突起部５が近接している状態の断面となるが、Ｂ−Ｂ’断面は磁石１の中央部の断面となるため、磁石１の両端部とシャフト３の間には接着剤層２１が存在する断面となる。同様に、Ｄ−Ｄ’断面とＦ−Ｆ’断面は、磁石突起部５の断面が存在する断面となるため、シャフト３に磁石突起部５が近接している状態の断面となるが、Ｅ−Ｅ’断面は磁石１の中央部の断面となるため、磁石１の両端部とシャフト３の間には接着剤層２１が存在する断面となる。

接着強度は、実施の形態１で説明したように、接着厚さに依存するため、最適な接着厚さを選択する必要がある。実施の形態１と同様に、磁石の位置決め精度の観点から、３箇所以上の磁石１の磁石突起部５は、突起底面部２３とシャフト３の近接部が距離２５μｍ以下、かつ、接着剤層２１は接着強度の最適化の観点から５０〜２００μｍの接着厚さとなることが望ましい。また、突起底面部２３の１箇所あたりの面積は、実施の形態１と同様に、磁石接着総面積の１０％以下とすることが望ましい。

この実施の形態２においては、磁石突起部５により、接着剤２の接着剤層２１で一定の接着剤２の厚みを確保することができるため、最適な接着厚さの面積を増やすことができ、着磁済み磁石の接着においても一定の接着厚さを確保でき、安定した接着強度が得られ、接着信頼性を向上させることができる。また、実施の形態１と同様に、突起底面部２３とシャフト３の間を点近接とすることで異物の噛み込みを抑制し、異物と磁石１もしくはシャフト３の近接部が干渉して磁石１の位置精度に影響を与えるといった可能性を抑制する。また、磁石両端部での接着面への空気の噛み込みを抑制することで、嫌気性接着剤使用時の接着剤の硬化不良の発生や実効接着面積の減少による接着の信頼性低下を防止することができる。

さらに、実施の形態１のような断面が複雑な湾曲構造を持つ磁石でなくとも、この実施の形態２の磁石突起部５を付与することで、例えば、断面が長尺の矩形形状の磁石においても同等の接着硬化が得られる。

このように、この実施の形態２における回転型の永久磁石モータを採用することで、従来の回転型の永久磁石モータの課題を解決することができ、回転型の永久磁石モータの性能信頼性が大幅に向上する。

実施の形態３．
図５は、この発明を実施するための実施の形態３における回転型の永久磁石モータの磁石接着構造図である。図５に示すように、磁石１にシャフト３の動径方向に沿うように多角形状加工を施し、この多角形状加工を施した磁石１の４箇所の角部に実施の形態２のような磁石突起部５を持たせている。多角形状加工を施した磁石１に磁石突起部５を持たせる場合は、それに用いる材料は磁石材料や金属材料である。この実施の形態３は、磁石１に設けられた磁石突起部５がシャフト３との点近接部となり、接着剤２を磁石１もしくはシャフト３に塗布した後に、磁石１とシャフト３を貼り合わせ、接着剤２を硬化させることで得られる磁石接着構造である。

実施の形態１と同様に、図５において、Ａ−Ａ’とＢ−Ｂ’とＣ−Ｃ’は、磁石１をシャフト３の動径方向に沿って切断したときの断面方向を表し、Ｄ−Ｄ’とＥ−Ｅ’とＦ−Ｆ’は、磁石１をシャフト３の軸方向に沿って切断したときの断面方向を表す。Ａ−Ａ’断面とＣ−Ｃ’断面は、磁石突起部５の断面が存在する断面となるため、シャフト３に磁石突起部５が近接している状態の断面となるが、Ｂ−Ｂ’断面は磁石１の中央部の断面となるため、磁石１の両端部とシャフト３の間には接着剤層２１が存在する断面となる。同様に、Ｄ−Ｄ’断面とＦ−Ｆ’断面は、磁石突起部５の断面が存在する断面となるため、シャフト３に磁石突起部５が近接している状態の断面となるが、Ｅ−Ｅ’断面は磁石１の中央部の断面となるため、磁石１の両端部とシャフト３の間には接着剤層２１が存在する断面となる。

この実施の形態３では、実施の形態１と同様に、磁石の位置決め精度の観点から、３箇所以上の磁石１の磁石突起部５は、突起底面部２３とシャフト３の近接部が距離２５μｍ以下、かつ、接着剤層２１は接着強度の最適化の観点から５０〜２００μｍの接着厚さとなることが望ましい。また、突起底面部２３の１箇所あたりの面積は、実施の形態１と同様に、磁石接着総面積の１０％以下とすることが望ましい。

この実施の形態３においては、磁石接着面に多角形状加工を施すことで、磁石１の実効接着面積を増やし、着磁済み磁石の接着においても一定の接着厚さを確保し、安定した接着強度が得られ、接着強度を向上させることができる。実施の形態１や実施の形態２と同様に、突起底面部２３とシャフト３の間を点近接とすることで異物の噛み込みを抑制し、異物と磁石１もしくはシャフト３の近接部が干渉して磁石１の位置精度に影響を与えるといった可能性を抑制する。また、磁石両端部での接着面への空気の噛み込みを抑制することで、嫌気性接着剤使用時の接着剤の硬化不良の発生や実効接着面積の減少による接着の信頼性低下を防止することができる。

このように、この実施の形態３における回転型の永久磁石モータを採用することで、従来の回転型の永久磁石モータの課題を解決することができ、回転型の永久磁石モータの性能信頼性が大幅に向上する。

なお、実施の形態２や実施の形態３に示した磁石突起部５の材料は、磁石材料や金属材料であったが、樹脂材料であっても良い。この場合、樹脂材料の線膨張係数は、接着剤２と近いことが望ましく、接着剤２の材料と同一であっても良い。このように、磁石突起部５を接着剤２と同様な線膨張係数を持つ樹脂材料とすることで、耐熱衝撃性を向上させることができる。

また、実施の形態１から実施の形態３では、回転型の永久磁石モータの磁石とシャフト（ロータ）を接着する場合について説明したが、この発明の永久磁石モータの磁石接着構造をリニア型の永久磁石モータの磁石と固定子（ステータ）を接着する場合に適用しても同様の効果が得られる。

１磁石、２接着剤、３シャフト、５磁石突起部、２１接着剤層、２２凸部、２３突起底面部。

Claims

ロータ又はステータと、該ロータ又はステータに接着剤により磁石を接着固定した永久磁石モータであって、
前記磁石は前記ロータ又はステータとの接着面における隅部の少なくとも３箇所以上に凸部を備えた構造を有し、前記凸部は前記ロータ又はステータと点近接し、前記磁石は前記凸部と前記ロータ又はステータ側の前記磁石対向面と前記ロータ又はステータの表面に囲まれた隙間に形成された前記接着剤からなる接着剤層にて接着固定されたことを特徴とする永久磁石モータ。
前記凸部は突起構造部で構成され、該突起構造部は前記ロータ又はステータの表面と少なくとも３箇所で点近接したことを特徴とする請求項１に記載の永久磁石モータ。
ロータ又はステータと、該ロータ又はステータに接着剤により磁石を接着固定した永久磁石モータであって、
前記磁石は前記ロータ又はステータとの接着面における隅部の少なくとも３箇所以上に、樹脂材料から成る突起構造部を介して前記ロータ又はステータと点近接し、前記磁石は前記突起構造部と前記ロータ又はステータ側の前記磁石対向面と前記ロータ又はステータの表面に囲まれた隙間に形成された前記接着剤からなる接着剤層にて接着固定されたことを特徴とする永久磁石モータ。
前記磁石断面における前記ロータ又はステータ側の形状は、前記ロータ又はステータの動径方向の曲率よりも大きい曲率を有する中央部が凹状の球形状であることを特徴とする請求項１乃至請求項３のいずれかに記載の永久磁石モータ。
前記磁石断面における前記ロータ又はステータ側の形状は、前記ロータ又はステータの動径方向と動径方向と直交する軸方向の２方向に対して、前記ロータ又はステータの動径方向の曲率よりも大きい曲率を有する中央部が凹状の曲面形状であることを特徴とする請求項１乃至請求項３のいずれかに記載の永久磁石モータ。
前記磁石断面における前記ロータ又はステータ側の形状は、前記ロータ又はステータの動径方向に沿った中央部が凹状の多角形状であることを特徴とする請求項１乃至請求項３のいずれかに記載の永久磁石モータ。
被着部材との接着面における隅部の少なくとも３箇所以上に前記被着部材と点近接する凸部を備えた磁石であって、前記凸部と前記被着部材側の前記磁石対向面と前記被着部材の表面に囲まれた隙間に形成された接着剤からなる接着剤層にて接着可能であることを特徴とする磁石。
前記凸部は突起構造部で構成され、該突起構造部は前記被着部材の表面と少なくとも３箇所で点近接したことを特徴とする請求項７に記載の磁石。
被着部材との接着面における隅部の少なくとも３箇所以上に前記被着部材と点近接する樹脂材料から成る突起構造部を備えた磁石であって、前記突起構造部と前記被着部材側の前記磁石対向面と前記被着部材の表面に囲まれた隙間に形成された接着剤からなる接着剤層にて接着可能であることを特徴とする磁石。
前記磁石断面における前記被着部材側の形状は、前記被着部材の動径方向の曲率よりも大きい曲率を有する中央部が凹状の球形状であることを特徴とする請求項７乃至請求項９のいずれかに記載の磁石。
前記磁石断面における前記被着部材側の形状は、前記被着部材の動径方向と動径方向と直交する軸方向の２方向に対して、前記被着部材の動径方向の曲率よりも大きい曲率を有する中央部が凹状の曲面形状であることを特徴とする請求項７乃至請求項９のいずれかに記載の磁石。
前記磁石断面における前記被着部材側の形状は、前記被着部材の動径方向に沿った中央部が凹状の多角形状であることを特徴とする請求項７乃至請求項９のいずれかに記載の磁石。
被着部材に接着剤により磁石を接着固定した磁石接着構造であって、
前記磁石は前記被着部材との接着面における隅部の少なくとも３箇所以上に凸部を備えた構造を有し、前記凸部は前記被着部材と点近接し、前記磁石は前記凸部と前記被着部材側の前記磁石対向面と前記被着部材の表面に囲まれた隙間に形成された前記接着剤からなる接着剤層にて接着固定されたことを特徴とする磁石接着構造。
前記凸部は突起構造部で構成され、該突起構造部は前記被着部材の表面と少なくとも３箇所で点近接したことを特徴とする請求項１３に記載の磁石接着構造。
被着部材に接着剤により磁石を接着固定した磁石接着構造であって、
前記磁石は前記被着部材との接着面における隅部の少なくとも３箇所以上に、樹脂材料から成る突起構造部を介して前記被着部材と点近接し、前記磁石は前記突起構造部と前記被着部材側の前記磁石対向面と前記被着部材の表面に囲まれた隙間に形成された前記接着剤からなる接着剤層にて接着固定されたことを特徴とする磁石接着構造。
前記磁石断面における前記被着部材側の形状は、前記被着部材の動径方向の曲率よりも大きい曲率を有する中央部が凹状の球形状であることを特徴とする請求項１３乃至請求項１５のいずれかに記載の磁石接着構造。
前記磁石断面における前記被着部材側の形状は、前記被着部材の動径方向と動径方向と直交する軸方向の２方向に対して、前記被着部材の動径方向の曲率よりも大きい曲率を有する中央部が凹状の曲面形状であることを特徴とする請求項１３乃至請求項１５のいずれかに記載の磁石接着構造。
前記磁石断面における前記被着部材側の形状は、前記被着部材の動径方向に沿った中央部が凹状の多角形状であることを特徴とする請求項１３乃至請求項１５のいずれかに記載の磁石接着構造。