JP2010142006A

JP2010142006A - モータ

Info

Publication number: JP2010142006A
Application number: JP2008315198A
Authority: JP
Inventors: Yoshiaki Takemoto; 佳朗竹本; Seiya Yokoyama; 誠也横山; Hirotsugu Yamada; 洋次山田
Original assignee: Asmo Co Ltd
Current assignee: Asmo Co Ltd
Priority date: 2008-12-11
Filing date: 2008-12-11
Publication date: 2010-06-24
Anticipated expiration: 2028-12-11
Also published as: JP5290726B2

Abstract

【課題】ロータ及びハウジングの各構成を好適とし、低振動化を図ることができるモータを提供する。
【解決手段】ロータ２１は、両極のマグネットを使用した通常構成の第１構成部２１Ａと、単極のマグネットのみを使用し他極はロータコアの突極で構成したコンシクエントポール型の第２構成部２１Ｂとを備えて構成され、モータ１０は、そのロータ２１の第２構成部２１Ｂが第１構成部２１Ａよりもハウジング１５の開放部１５ａ側に配置されて構成される。
【選択図】図２

Description

本発明は、部分的にコンシクエントポール型構造を採用したロータを備えるモータに関するものである。

モータのロータには、例えば特許文献１の第５図に示されているように、マグネットの磁極のみで構成されるロータや、同文献１の第８図に示されているように、単一磁極のマグネットとロータコアに形成された突極（コンシクエントポール）とで構成されるロータ等が用いられている。

一方、モータのステータは、コイルが巻装された円環状のステータコアが筒型のハウジングの内側面に固定されている。このとき、ハウジングには圧入又は焼き嵌め等にてステータコアが固定されるのが一般的なため、ハウジングの一端又は両端が開放形状のものがよく用いられている。そして、ハウジングの開放部にはエンドフレームが装着され、該開放部がエンドフレームにて閉塞されている。
特開２００８−１２５２０３号公報

ところで、本発明者は、マグネットの磁極のみで構成される部分（第１構成部）とコンシクエントポールにて構成される部分（第２構成部）とを混在させた１つのロータを構成することを検討している。その際、第１構成部と第２構成部との磁力が異なることから、ロータのマグネットとの吸引反発力にてステータコアに作用するラジアル力がその第１構成部と第２構成部で異なることになる。即ち、ロータの回転時にステータコアに作用するラジアル力は周方向に不均一であり、これがハウジングの振動に繋がることから、第１構成部と第２構成部との対向部分でそのラジアル力に差が生じ、ハウジングの部分によって振動の大きさに差が生じる。加えて、エンドフレームが装着されるハウジングの開放部は剛性が低いため、この開放部近傍のステータコアに大きなラジアル力を受けると、ハウジングの変形が大きくなり振動が大きくなってしまう。

本発明は、上記課題を解決するためになされたものであって、その目的は、ロータ及びハウジングの各構成を好適とし、低振動化を図ることができるモータを提供することにある。

上記課題を解決するために、請求項１に記載の発明は、ティースにコイルが巻回された円環状のステータコアの内側に、ロータコアにマグネットが固定されたロータが回転可能に収容され、少なくとも一端側が開放形状をなす筒型のハウジングの内側面に前記ステータコアが固定され、そのハウジングの開放部がエンドフレームにて閉塞されて構成されてなるモータであって、前記ロータは、Ｎ極及びＳ極のマグネットが周方向に交互に配置された第１構成部と、Ｎ極及びＳ極の一方側のマグネットが前記第１構成部の同極のマグネットと軸方向に並んで配置されるその一方側のマグネットと、他方側の磁極として機能する前記コアに設けた突極とが周方向に交互に配置された第２構成部とを備えており、前記ロータの第２構成部が第１構成部よりも前記ハウジングの開放部側に配置されて構成されていることをその要旨とする。

この発明では、ロータは、両極のマグネットを使用した通常構成の第１構成部と、単極のマグネットのみを使用し他極は突極で構成したコンシクエントポール型の第２構成部とを備えて構成され、モータは、そのロータの第２構成部が第１構成部よりもハウジングの開放部側に配置され構成される。ここで、第２構成部は第１構成部に対して使用するマグネットが少なく磁力が小さくなることから、ロータの各構成部の対向によりステータコアに作用するラジアル力が第１構成部よりも第２構成部の方が小さくなる。これを踏まえ、ラジアル力の小さい第２構成部がハウジングの剛性の低い開放部側に配置され、ラジアル力の大きい第１構成部がその開放部から離間した剛性の高い部分に配置されるというように、各構成部がハウジングの剛性を踏まえた合理的な配置とされ、そのラジアル力によるハウジングの変形が好適に抑制される。これにより、ステータコアに作用するラジアル力に起因するハウジングの振動が抑制され、モータの一層の低振動化が図られる。

請求項２に記載の発明は、請求項１に記載のモータにおいて、前記ハウジングは一端が開放形状の有底筒状をなし、その一端の開放部が前記エンドフレームにて閉塞されて構成されるものであり、前記ロータの第１及び第２構成部は、それぞれ１つで互いに軸方向に並んで配置され、前記第２構成部が前記第１構成部よりも前記ハウジングの開放部側に配置されてなることをその要旨とする。

この発明では、ハウジングは一端が開放形状の有底筒状をなし、その一端の開放部がエンドフレームにて閉塞される構成に対し、ロータの第１及び第２構成部は、それぞれ１つで互いに軸方向に並んで配置され、第２構成部が第１構成部よりもハウジングの開放部側に配置される。これにより、ロータの構成を簡素な構成として製造を容易としつつ、ハウジングの振動抑制にてモータの低振動化が図られる。

請求項３に記載の発明は、請求項１に記載のモータにおいて、前記ハウジングは両端が開放形状の筒状をなし、その両端の開放部が前記エンドフレームにてそれぞれ閉塞されて構成されるものであり、前記ロータの第２構成部は、２分割されて前記第１構成部の軸方向両側にそれぞれ配置され、前記第１構成部よりも前記ハウジングの開放部側に配置されてなることをその要旨とする。

この発明では、ハウジングは両端が開放形状の筒状をなし、その両端の開放部がエンドフレームにてそれぞれ閉塞される構成に対し、ロータの第２構成部は、２分割されて第１構成部の軸方向両側にそれぞれ配置され、第１構成部よりもハウジングの開放部側に配置される。これにより、両端が開放形状の筒状とすることでハウジングの構成を簡素な構成として製造を容易としつつ、ハウジングの振動抑制にてモータの低振動化が図られる。

本発明によれば、ロータ及びハウジングの各構成が好適となり、低振動化を図ることができるモータを提供することができる。

以下、本発明を具体化した一実施形態を図面に従って説明する。
図１（ａ）（ｂ）及び図２は、本実施形態のブラシレスモータ１０を示す。尚、図２はモータの軸方向断面を示し、図１（ａ）はその図２のＡ−Ａ断面図、図１（ｂ）はその図２のＢ−Ｂ断面図である。

本実施形態のブラシレスモータ１０は、円環状をなすステータ１１の内側にロータ２１が回転可能に配置されたインナロータ型のブラシレスモータで構成されている。
ステータ１１には、径方向内側に向けて延びる同形状の１２個のティース１２ａが周方向に等角度間隔に設けられる円環状のステータコア１２が用いられている。ステータコア１２は、磁性金属板を軸方向に複数枚積層して構成される積層型コアよりなる。ステータコア１２の各ティース１２ａには、個々にコイルが集中巻きにて巻回、この場合、Ｕ・Ｖ・Ｗ相の三相のコイル１３ｕ１〜１３ｕ４，１３ｖ１〜１３ｖ４，１３ｗ１〜１３ｗ４がそれぞれ所定箇所に巻回され、ステータ１１側の磁極数が「１２」として構成されている。

前記コイルの巻回態様について、本実施形態では、各相４個ずつ合計１２個のコイル１３ｕ１〜１３ｕ４，１３ｖ１〜１３ｖ４，１３ｗ１〜１３ｗ４を有し、同相の２個が隣接するようにＵ相、Ｖ相、Ｗ相、Ｕ相、Ｖ相、Ｗ相の順に巻回されている。同相の隣同士ではコイル巻回方向が逆とされ、また１８０°対向位置同士でもコイル巻回方向が逆とされている。

ステータ１１は、一端が開放形状をなす有底円筒状のハウジング１５の内周面にその開放部１５ａから挿入され圧入又は焼き嵌めにより固定されている。尚、ハウジング１５を磁気回路の一部として構成してもよく、また磁気回路に含まない構成とすることもできる。ハウジング１５の開放部１５ａには円板状のエンドフレーム１６が装着され、該エンドフレーム１６にてハウジング１５の開放部１５ａが閉塞されている。ハウジング１５の底部１５ｂの中央部及びエンドフレーム１６の中央部には、ロータ２１の回転軸２６を回転可能に支持するための軸受１７，１８がそれぞれ備えられている。

ロータ２１は、軸方向に第１構成部２１Ａと第２構成部２１Ｂとの２つの構成が組み合わされ回転軸２６に固定されて構成されている。第１構成部２１Ａは、前記ステータコア１２の軸方向長さの１／２をなし該ステータコア１２の対向部位における軸方向一方側に配置され、軸方向長さが同じく１／２の第２構成部２１Ｂは、第１構成部２１Ａと連続させてステータコア１２の対向部位における軸方向他方側に配置されている。

第１構成部２１Ａでは、磁性金属板材を複数枚積層してなる円筒状のロータコア２２を有し、該ロータコア２２は回転軸２６に圧入固定されている。ロータコア２２の外周面には、周方向に磁極が交互となるようにＮ極及びＳ極の合計１０個のマグネット２３ｎ，２３ｓがそれぞれ固着され、この第１構成部２１Ａにおける磁極数は「１０」として構成されている。マグネット２３ｎ，２３ｓは、径方向視で矩形状、軸方向視で周方向に一定厚さの円弧状をなし、３６°の等角度間隔に並んで配置されている。マグネット２３ｎ，２３ｓは、径方向の着磁がなされたラジアル配向磁石が用いられている。

第２構成部２１Ｂでは、磁性金属板材を複数枚積層して構成され、７２°の等角度間隔に５個の突極２４ａを有する略円筒状のロータコア２４が用いられ、該ロータコア２４は、前記ロータコア２２と同じ軸方向長さで該ロータコア２２と一体に連結されて共に回転軸２６に圧入固定されている。ロータコア２４に一体に形成される突極２４ａは、マグネット２３ｎ（２３ｓ，２５ｎ）と同一形状とされている。また、突極２４ａは、前記第１構成部２１ＡのＳ極のマグネット２３ｓと軸方向に並ぶように設けられている。

ロータコア２２の各突極２４ａ間の凹所には、Ｎ極のみの合計５個のマグネット２５ｎがそれぞれ固着、この場合、７２°の等角度間隔にそれぞれ固着されている。マグネット２５ｎは、前記マグネット２３ｎ，２３ｓと同一形状で同じくラジアル配向磁石が用いられている。このＮ極のマグネット２５ｎは、前記第１構成部２１ＡのＮ極のマグネット２３ｎと軸方向に並ぶように設けられている。そして、この第２構成部２１Ｂにおいても、Ｎ極のマグネット２５ｎにて磁極数が「５」、結果的にＳ極となる突極２４ａ（所謂コンシクエントポール）にて磁極数が「５」で合計「１０」の磁極が構成されている。

ここで、図３は、両極のマグネット２３ｎ，２３ｓを有する通常構成の第１構成部２１Ａと、一方の極のみのマグネット２５ｎを有するコンシクエントポール型の第２構成部２１Ｂとにおいて発生するコギングトルクの波形を示す。

同図３に示すように、コンシクエントポール型の第２構成部２１Ｂにて生じるコギングトルクの脈動は、通常構成の第１構成部２１Ａにて生じるコギングトルクの脈動に対して電気角で１８０°ずれた位相、即ち逆位相で生じるようになるため、両構成部２１Ａ，２１Ｂをともに持つ本実施形態のロータ２１では、それぞれのコギングトルクの脈動が互いに打ち消し合うように作用する。つまり、その合成コギングトルクの脈動は極めて小さなものとなり、このロータ２１を用いる本実施形態のブラシレスモータ１０では、回転駆動時の振動が低減されることになる。

また図４は、ロータ２１との吸引反発力にてステータコア１２に作用するラジアル力を示す。尚、ラジアル力は、ステータコア１２の周方向位置と対応して示され、径方向外側に向かうほどその大きさが大きくなるように示されている。このステータコア１２に作用するラジアル力は、ハウジング１５を変形させ振動を誘発させるものである。

本実施形態のように、マグネット２３ｎ，２３ｓを用いる通常構成の第１構成部２１Ａと、マグネット２５ｎのみを用いるコンシクエントポール型の第２構成部２１Ｂとでは磁力が異なるため、ステータコア１２に作用するラジアル力は、その磁力の小さい第２構成部２１Ｂの方が第１構成部２１Ａよりも小さくなる。尚、ロータ２１の回転時にステータコア１２に作用するラジアル力は周方向に不均一であり、これがステータコア１２を振動させ、結果的にハウジング１５を振動させることになる。

これを考慮し、本実施形態のモータ１０は、ロータ２１の第２構成部２１Ｂを第１構成部２１Ａよりもハウジング１５の開放部１５ａ側に配置する構成としている。即ち、ラジアル力の小さい第２構成部２１Ｂをハウジング１５の剛性の低い開放部１５ａ側に配置し、ラジアル力の大きい第１構成部２１Ａをハウジング１５の剛性の高い底部１５ｂ側に配置するというように、本実施形態ではハウジング１５の剛性を踏まえた合理的な各構成部２１Ａ，２１Ｂの配置とし、ハウジング１５の変形を好適に抑制している。これにより、ハウジング１５の振動が抑制され、上記コギングトルクの低減と合わせて、ブラシレスモータ１０の一層の低振動化が図られている。

次に、本実施形態の特徴的な作用効果を記載する。
（１）本実施形態では、ロータ２１は、両極のマグネット２３ｎ，２３ｓを使用した通常構成の第１構成部２１Ａと、単極のマグネット２５ｎのみを使用し他極は突極２４ａで構成したコンシクエントポール型の第２構成部２１Ｂとを備えて構成され、モータ１０は、そのロータ２１の第２構成部２１Ｂが第１構成部２１Ａよりもハウジング１５の開放部１５ａ側に配置され構成されている。即ち、第２構成部２１Ｂは第１構成部２１Ａに対して使用するマグネットが少なく磁力が小さくなることから、ロータ２１の各構成部２１Ａ，２１Ｂの対向によりステータコア１２に作用するラジアル力が第１構成部２１Ａよりも第２構成部２１Ｂの方が小さくなる。これを踏まえ、ラジアル力の小さい第２構成部２１Ｂをハウジング１５の剛性の低い開放部１５ａ側に配置し、ラジアル力の大きい第１構成部２１Ａをハウジング１５の剛性の高い底部１５ｂ側に配置するというように、各構成部２１Ａ，２１Ｂをハウジング１５の剛性を踏まえた合理的な配置とし、そのラジアル力によるハウジング１５の変形が好適に抑制される。これにより、ステータコア１２に作用するラジアル力に起因するハウジング１５の振動が抑制され、モータ１０の一層の低振動化を図ることができる。また、振動抑制のために必要とした部材を無くしたり、ハウジング１５の開放部１５ａにロータ２１及びステータ１１を近接して構成できるため、部品点数の低減やハウジング１５の小型化にも貢献できる。

（２）本実施形態では、ハウジング１５は一端が開放形状の有底筒状をなし、その一端の開放部１５ａがエンドフレーム１６にて閉塞される構成に対し、ロータ２１の第１及び第２構成部２１Ａ，２１Ｂは、それぞれ１つで互いに軸方向に並んで配置され、第２構成部２１Ｂが第１構成部２１Ａよりもハウジング１５の開放部１５ａ側に配置されている。これにより、ロータ２１の構成を簡素な構成として製造を容易としつつ、ハウジング１５の振動抑制にてモータ１０の低振動化を図ることができる。

尚、本発明の実施形態は、以下のように変更してもよい。
・上記実施形態では、有底円筒状のハウジング１５が用いられ、それぞれ１つで軸方向に並設されるロータ２１の第１及び第２構成部２１Ａ，２１Ｂのその第２構成部２１Ｂ側がハウジング１５の開放部１５ａとなるように構成されているが、ロータ２１とハウジング１５の構成の組み合わせはこれに限定されるものではない。

例えば、図５に示すように、ハウジング１５は両端が開放形状の円筒状をなし、その両端の開放部１５ａがエンドフレーム１６にてそれぞれ閉塞されている。これに対し、ロータ２１の第２構成部２１Ｂは、２分割されて第１構成部２１Ａの軸方向両側にそれぞれ配置され、第１構成部２１Ａよりもハウジング１５の開放部１５ａ側に配置されている。つまり、ラジアル力の小さい各第２構成部２１Ｂがハウジング１５の剛性の低い開放部１５ａ側にそれぞれ配置され、ラジアル力の大きい第１構成部２１Ａがハウジング１５のその開放部１５ａから離間した剛性の高い中央部分に配置される合理的な配置とされている。これにより、ステータコア１２に作用するラジアル力に起因するハウジング１５の振動が抑制され、モータ１０の一層の低振動化を図ることができる。また、両端が開放形状の筒状とすることでハウジング１５の構成が簡素な構成となり、該ハウジング１５の製造が容易となる。

因みに、２分割された第２構成部２１ＢのマグネットをいずれもＮ極又はＳ極とし同極にて構成してもよい。また、２分割された第２構成部２１Ｂを、その分割毎に磁極の異なるマグネットを用いて構成してもよく、この場合、第２構成部２１Ｂの磁気的バランスが良好となる。

・上記実施形態では、第１及び第２構成部２１Ａ，２１Ｂにおけるマグネット２３ｎ，２３ｓ，２５ｎについて特に言及しなかったが、各構成部２１Ａ，２１Ｂ間でそれぞれ分割して形成してもよい。このようにすれば、第１及び第２構成部２１Ａ，２１Ｂ間でのマグネット２３ｎ，２３ｓ，２５ｎの大きさ（軸方向長さ等）を容易に調整できる。

またこの場合、第１及び第２構成部２１Ａ，２１Ｂ間に、例えば空隙や非磁性材料よりなる磁気的な離間部を設けてもよい。このようにすれば、第１構成部２１Ａのマグネット２３ｓから第２構成部２１Ｂの突極２４ａへの漏れ磁束が低減される。

また、第１及び第２構成部２１Ａ，２１Ｂにおける同極のマグネット２３ｎ，２５ｎを、各構成部２１Ａ，２１Ｂを越えて一体に形成してもよい。この場合、ロータ２１を少ない部品数で構成できる。

・上記実施形態では、ロータコア２２，２４及びステータコア１２を磁性金属板材の積層にて構成したが、このような積層型のコアに限らず、例えば磁性粉体の成形にてコアを構成してもよい。

・上記実施形態では、ステータ１１側の磁極数が「１２」、ロータ２１側の磁極数が「１０」で構成されているが、ステータ１１側の磁極数及びロータ２１側の磁極数をそれぞれ適宜変更した構成としてもよい。

次に、上記実施形態及び別例から把握できる技術的思想を以下に追記する。
（イ）請求項１〜３のいずれか１項に記載のモータにおいて、
前記第２構成部は、２分割され、その分割毎に磁極の異なるマグネットを用いて構成されていることを特徴とするモータ。

この構成では、２分割された第２構成部は、その分割毎に磁極の異なるマグネットを用いて構成されるため、第２構成部の磁気的バランスが良好となる。
（ロ）請求項１〜３及び上記（イ）のいずれか１項に記載のモータにおいて、
前記第１及び第２構成部におけるマグネットは、各構成部間でそれぞれ分割して形成されていることを特徴とするモータ。

この構成では、第１及び第２構成部におけるマグネットは、各構成部間でそれぞれ分割して形成されるため、各構成部間でのマグネットの大きさ（軸方向長さ等）を容易に調整できる。また、第１及び第２構成部間に磁気的な離間部を設ければ、その第１構成部のマグネットから第２構成部の突極への磁束漏れが低減される。

（ハ）請求項１〜３及び上記（イ）のいずれか１項に記載のモータにおいて、
前記第１及び第２構成部における同極のマグネットは、各構成部を越えて一体に形成されていることを特徴とするモータ。

この構成では、第１及び第２構成部における同極のマグネットは、各構成部を越えて一体に形成されるため、ロータを少ない部品数で構成できる。

本実施形態におけるブラシレスモータの径方向断面図であり、（ａ）はその第１構成部の断面図、（ｂ）はその第２構成部の断面図である。同ブラシレスモータの軸方向断面図である。同ブラシレスモータのコギングトルクを示す波形図である。同ブラシレスモータのステータコアに作用するラジアル力を説明するための説明図である。別例におけるブラシレスモータの軸方向断面図である。

符号の説明

１０…ブラシレスモータ（モータ）、１２…ステータコア、１２ａ…ティース、１３ｕ１〜１３ｕ４，１３ｖ１〜１３ｖ４，１３ｗ１〜１３ｗ４…コイル、１５…ハウジング、１５ａ…開放部、１６…エンドフレーム、２１…ロータ、２１Ａ…第１構成部、２１Ｂ…第２構成部、２２，２４…ロータコア、２３ｎ，２３ｓ，２５ｎ…マグネット、２４ａ…突極。

Claims

ティースにコイルが巻回された円環状のステータコアの内側に、ロータコアにマグネットが固定されたロータが回転可能に収容され、少なくとも一端側が開放形状をなす筒型のハウジングの内側面に前記ステータコアが固定され、そのハウジングの開放部がエンドフレームにて閉塞されて構成されてなるモータであって、
前記ロータは、
Ｎ極及びＳ極のマグネットが周方向に交互に配置された第１構成部と、
Ｎ極及びＳ極の一方側のマグネットが前記第１構成部の同極のマグネットと軸方向に並んで配置されるその一方側のマグネットと、他方側の磁極として機能する前記ロータコアに設けた突極とが周方向に交互に配置された第２構成部と
を備えており、
前記ロータの第２構成部が第１構成部よりも前記ハウジングの開放部側に配置されて構成されていることを特徴とするモータ。
請求項１に記載のモータにおいて、
前記ハウジングは一端が開放形状の有底筒状をなし、その一端の開放部が前記エンドフレームにて閉塞されて構成されるものであり、
前記ロータの第１及び第２構成部は、それぞれ１つで互いに軸方向に並んで配置され、前記第２構成部が前記第１構成部よりも前記ハウジングの開放部側に配置されてなることを特徴とするモータ。
請求項１に記載のモータにおいて、
前記ハウジングは両端が開放形状の筒状をなし、その両端の開放部が前記エンドフレームにてそれぞれ閉塞されて構成されるものであり、
前記ロータの第２構成部は、２分割されて前記第１構成部の軸方向両側にそれぞれ配置され、前記第１構成部よりも前記ハウジングの開放部側に配置されてなることを特徴とするモータ。