JP2010252554A - ロータ及びモータ - Google Patents

Abstract

【課題】出力低下を抑制しながら、十分なマグネットの飛散防止構造を構成することができるロータを提供する。
【解決手段】コンシクエントポール型構造のロータ１０は、マグネット１３よりも突極１２ａが径方向外側に相対的に突出するように構成され、隣接の突極１２ａ間においてマグネット１３を覆うためのカバー部材１４が突極１２ａよりも突出しないように突極１２ａの側面先端側に係止する構成とした。
【選択図】図２

Description

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

モータに用いられるロータとしては、例えば特許文献１にて示されているように、ロータコアの周方向に一方の磁極のマグネットが複数配置され、該コアに一体形成された突極が各マグネット間に配置され、該突極を他方の磁極として機能させる所謂コンシクエントポール型構造のロータが知られている。

ところで、マグネットと突極の境界部分においては、ステータとの対向面における表面磁束密度の急峻な変化が生じ、このことがトルク脈動の増大に繋がるため、その磁束密度の急峻な変化を抑制することが望まれている。特許文献１のロータでは、隣接のマグネットと突極との間に空隙（周方向の隙間）を設けているため、マグネットと突極の境界部分における磁束密度の急峻な変化が抑制される構成となっている。

また、コンシクエントポール型構造のロータでは、突極の磁束密度がマグネットの磁束密度よりも小さくなることから、ステータ（ティース）に対して突極側の磁極（例えばＳ極）とマグネット側の磁極（例えばＮ極）とが与える磁界の強さに差が生じ、モータトルクやトルク脈動等の回転性能が低くなっていた。

そこで、例えば特許文献２にて示されているように、突極がマグネットよりも相対的に径方向外側に突出、即ちステータに対する突極側の空隙距離がマグネット側の空隙距離よりも小さい構成とすることで、突極側のギャップパーミアンスが大きくなり、ステータに与える磁界の強さを大きくでき、ロータの回転性能の向上が可能である。

特開平９−３２７１３９号公報 特開２００４−３５７４８９号公報

ところで、ロータコアの外周面にマグネットを固着する構造（ＳＰＭ構造）のロータにおいて、そのマグネットの飛散を防止する対策として従来一般的に行われているのは、ロータの外周面に非磁性材料よりなる円筒状のカバー部材を装着するものである。

しかしながら、マグネットの外周面を覆うとともに突極の外周面をも覆うため、ロータとステータとの磁気的な離間距離にカバー部材の厚み分も加味する必要がある。しかも、特許文献２にて示されるロータのように突極がマグネットよりも相対的に突出する構造をなしていると、そのマグネット部分でのステータとの間の磁気的離間距離がより拡大するため、カバー部材の装着によりロータとステータとの間の磁気抵抗が増大し、モータ出力が大きく低下してしまうことが懸念される。

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、出力低下を抑制しながら、十分なマグネットの飛散防止構造を構成することができるロータ、及びそのロータを備えた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、ロータコアの周方向に一方の磁極のマグネットが複数配置されるとともに、前記ロータコアの一体形成された突極が各マグネット間に空隙を以て配置され、前記突極を他方の磁極として機能するように構成されたロータであって、前記マグネットよりも前記突極が径方向外側に相対的に突出するように構成し、隣接の前記突極間において前記マグネットを覆うためのカバー手段が前記突極よりも突出しないように前記ロータコアに係止されて設けられていることをその要旨とする。

この発明では、ロータはマグネットよりも突極が径方向外側に相対的に突出するように構成され、隣接の突極間においてマグネットを覆うためのカバー手段が突極よりも突出しないようにロータコアに係止されて設けられる。つまり、突極には当然ながらカバー手段が必要ないため突極をカバー手段にて覆わない構成とするのに加え、マグネットが突極よりも相対的に後退させているその後退分のスペースにカバー手段を配置して突極よりもカバー手段が径方向外側に突出しない構成とすることで、突極部分とステータとの空隙、即ち磁気的な離間距離を極めて小さいまま維持できる。これにより、突極とステータとの間の磁気抵抗を小さいまま維持でき、モータ出力の低下の抑制が図られる。

請求項２に記載の発明は、請求項１に記載のロータにおいて、前記カバー手段は、非磁性金属板材にて構成され、前記突極の先端側に設けた係止部と係止させて前記マグネットを覆うように装着されていることをその要旨とする。

この発明では、カバー手段は、非磁性金属板材よりなり、突極の先端側に設けた係止部と係止させてマグネットを覆うように装着される。つまり、カバー手段にて覆われるマグネットの外側面と突極の先端部との高さ（径方向位置）が近いため、カバー手段を係止する係止部をその突極の先端部に設けることで、カバー手段の形状の簡素化、ひいては加工の容易化に寄与できる。

請求項３に記載の発明は、請求項１に記載のロータにおいて、前記カバー手段は、非磁性金属板材にて構成され、前記突極の基端側に設けた係止孔と係止させて前記マグネットを覆うように装着されていることをその要旨とする。

この発明では、カバー手段は、非磁性金属板材よりなり、突極の基端側に設けた係止孔と係止させてマグネットを覆うように装着される。つまり、係止孔の位置する突極の基端側部分は、磁束の曲がりがきつく磁束量の比較的少ない部分であるため、カバー手段の装着にかかる孔の形成による磁気的影響を小さくすることが可能である。また、この孔の形成により突極の基端側部分とマグネットの径方向内側部分との間の空隙が拡大するため、この部分での磁束漏れの低減も可能となる。

請求項４に記載の発明は、請求項１に記載のロータにおいて、前記カバー手段は、前記マグネットを覆うように樹脂材料が前記ロータコアに一体成形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、カバー手段は、マグネットを覆うように樹脂材料がロータコアに一体成形されて構成されるため、ロータの部品数の低減が可能となる。
請求項５に記載の発明は、請求項１〜４のいずれか１項に記載のロータを備えたモータである。

この発明では、上記のロータを用いることで、出力低下の抑制が図られた十分なマグネットの飛散防止構造が構成されたモータを提供できる。

本発明によれば、出力低下を抑制しながら、十分なマグネットの飛散防止構造を構成することができるロータ、及びそのロータを備えたモータを提供することができる。

本実施形態におけるモータの平面図である。 同実施形態におけるモータの部分拡大図である。 別例におけるモータの部分拡大図である。 別例におけるモータの部分拡大図である。

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及び図２は、インナロータ型のブラシレスモータＭを示す。本実施形態のモータＭに用いるロータ１０は、回転軸１１の外周面に磁性金属材料よりなる略円環状のロータコア１２が固着されており、該コア１２の周方向にＮ極のマグネット１３が７個配置されるとともに、コア１２に一体形成された突極１２ａが各マグネット１３間に配置され、該突極１２ａをＳ極として機能させる１４磁極の所謂コンシクエントポール型にて構成されている。尚、ステータ２０には、ステータコア２１の１２個のティース２１ａにコイル２２が巻回された１２磁極で構成されたものが用いられる。マグネット１３及び突極１２ａは、ロータ１０の外周部に等角度間隔で交互に設けられている。

マグネット１３は、突極１２ａよりも周方向長さが若干大きく、周方向に同一厚さの湾曲形状、即ち内側面１３ａと外側面１３ｂとが平行な湾曲形状をなすように形成されている。マグネット１３は、その内側面１３ａがロータコア１２の隣接する突極１２ａ間に設けた同じく湾曲形状をなす固着面１２ｂに固着され、隣接の突極１２ａとの間に空隙（周方向の隙間）Ｓ１が設けられている。マグネット１３の外側面１３ｂは、同一円周上となるような曲率の湾曲形状をなしている。

突極１２ａは、マグネット１３よりも周方向長さが若干小さく、略扇状に径方向外側に突出し、更にマグネット１３の外側面１３ｂよりも径方向外側に突出する形状をなしている。突極１２ａは、マグネット１３の外側面１３ｂよりも曲率の大きい湾曲形状にて周方向中央部が両端部より盛り上がる形状の外側面１２ｃを有し、その外側面１２ｃの端部でもマグネット１３の外側面１３ｂより径方向外側に位置している。つまり、ロータ１０とステータ２０との間の空隙Ｓ２において、マグネット１３部分の空隙Ｓ２よりも突極１２ａ部分の空隙Ｓ２の方が小さく、また突極１２ａの外側面１２ｃでの空隙Ｓ２は周方向中央部から両端部に向かうほど次第に大きくなるように変化する構成となっている。

突極１２ａの両側面における先端部分（突極１２ａの先端角部の若干手前部分）には、それぞれ係止溝１２ｄが形成されている。係止溝１２ｄは、隣接する突極１２ａの対向する側面に設けられたもので対をなし、各係止溝１２ｄを用いてカバー部材１４が装着される。カバー部材１４は、マグネット１３の外側面１３ｂに倣った湾曲形状をなしてその外側面１３ｂと当接し、また隣接する突極１２ａ間の周方向長さよりも長く形成され、周方向両端部１４ａが各係止溝１２ｄ内に例えば軸方向から嵌挿されて隣接の突極１２ａ間に跨るようにして固定される。このようなカバー部材１４は、マグネット１３の磁界を妨げないステンレス（ＳＵＳ）や銅合金といった非磁性金属板材にて形成され、マグネット１３の固着面１２ｂからの剥がれを未然に防止し、またマグネット１３の欠けた一部の飛散等を防止すべく、各マグネット１３のそれぞれに対して設けられている。

また本実施形態では、突極１２ａがマグネット１３よりも相対的に突出、即ちマグネット１３が突極１２ａよりも相対的に後退させているため、その後退分のスペースにカバー部材１４を配置し、突極１２ａの先端部よりもマグネット１３を覆うカバー部材１４が径方向外側に突出しない構成としている。つまり、突極１２ａには当然ながらカバー部材１４が必要ないため、突極１２ａをカバー部材１４にて覆わない構成とするのに加え、カバー部材１４の配置位置の工夫から突極１２ａとステータ２０との空隙Ｓ２、即ち磁気的な離間距離が極めて小さいまま維持される。これにより、突極１２ａとステータ２０との間の磁気抵抗を小さいまま維持でき、モータ出力の低下の抑制が図られる。

次に、本実施形態の特徴的な作用効果を記載する。
（１）本実施形態のロータ１０は、マグネット１３よりも突極１２ａが径方向外側に相対的に突出するように構成されており、隣接の突極１２ａ間においてマグネット１３を覆うためのカバー部材１４が突極１２ａよりも突出しないように突極１２ａの側面先端側に係止されて設けられている。つまり、突極１２ａには当然ながらカバー部材１４が必要ないため突極１２ａをカバー部材１４にて覆わない構成とするのに加え、マグネット１３が突極１２ａよりも相対的に後退させているその後退分のスペースにカバー部材１４を配置して突極１２ａよりもカバー部材１４が径方向外側に突出しない構成とすることで、突極１２ａ部分とステータ２０との空隙Ｓ２、即ち磁気的な離間距離を極めて小さいまま維持することができる。これにより、突極１２ａとステータ２０との間の磁気抵抗を小さいまま維持することができ、モータＭの出力低下の抑制を図ることができる。

（２）本実施形態では、カバー部材１４は、非磁性金属板材よりなり、突極１２ａの先端側に設けた係止溝１２ｄと係止させてマグネット１３を覆うように装着されている。つまり、カバー部材１４にて覆われるマグネット１３の外側面１３ｂと突極１２ａの先端部との高さ（径方向位置）が近いため、カバー部材１４を係止する係止溝１２ｄをその突極１２ａの先端部に設けることで、本実施形態のように単なる湾曲形状というようにカバー部材１４の形状の簡素化、ひいては加工の容易化に寄与することができる。

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、マグネット１３の飛散防止のためのカバー部材１４を突極１２ａの先端部に設けた係止溝１２ｄに嵌挿して固定したが、固定態様はこれに限定されるものではない。

例えば図３に示すように、突極１２ａの両側面における基端部分（突極１２ａの基端角部）に例えば半円状の係止孔１２ｅが設けられ、非磁性金属板材よりなるカバー部材１４には、マグネット１３の周方向両端部を覆いながら突極１２ａの基端側に延びる側壁部１４ｂがそれぞれ設けられ、各側壁部１４ｂの先端部（径方向内側端部）を鋭角に折り返した係止片１４ｃが設けられている。係止片１４ｃの先端部が係止孔１２ｅに挿入されて係止することで、カバー部材１４がロータコア１２に対して装着される。因みに、このカバー部材１４は、マグネット１３の径方向外側から装着、具体的には係止片１４ｃを弾性変形により突極１２ａとマグネット１３との間の空隙Ｓ１を径方向内側に向かって通過させ、係止片１４ｃが係止孔１２ｅ内で形状復帰して係止状態となることで装着される。尚、このカバー部材１４は、予め係止片１４ｃを係止孔１２ｅ内に挿入させながらの軸方向からの装着も可能である。

このようなカバー部材１４の取付態様とすることで設けた係止孔１２ｅの位置する突極１２ａの基端角部は、磁束の曲がりがきつく磁束量の比較的少ない部分であるため、孔を設けたことによる磁気的な影響は小さい。また突極１２ａの基端部とマグネット１３の径方向内側部分との間の空隙Ｓ１が拡大するため、この部分での磁束漏れが低減される。

また上記のように、カバー部材１４を係止するために突極１２ａに係止溝１２ｄや係止孔１２ｅを形成したが、凸部であってもよい。また、カバー部材１４を突極１２ａのみならず、突極１２ａ以外で例えば固着面１２ｂに係止する態様としてもよい。

また、例えば図４に示すように、マグネット１３を覆うように非磁性の樹脂材料を一体成形（ロータコア１２に固着）し、マグネット１３の飛散防止のための樹脂カバー１５を構成してもよい。この場合、樹脂カバー１５が突極１２ａの先端部よりも径方向外側に突出しないように構成される。このようにすれば、ロータ１０の部品数の低減を図ることができる。また、樹脂カバー１５を予め作製しておき、上記のカバー部材１４と同様に装着させる態様としてもよい。

・上記実施形態のカバー部材１４について特に言及していないが、マグネット１３毎に独立した部品としてもよいが、例えばロータ１０の軸方向一側で各マグネット１３に対応するカバー部材１４を連結して一体とした構成であってもよい。

・上記実施形態では、７個の突極１２ａと７個のマグネット１３とで構成した１４磁極のロータ１０に適用したが、磁極数を適宜変更してもよい。これに伴い、ステータ側の磁極数も適宜変更する。

１０…ロータ、１２…ロータコア、１２ａ…突極、１２ｄ…係止溝（係止部）、１２ｅ…係止孔、１３…マグネット、１４…カバー部材（カバー手段）、１５…樹脂カバー（カバー手段）、Ｓ１…空隙。

Claims (5)

1. ロータコアの周方向に一方の磁極のマグネットが複数配置されるとともに、前記ロータコアの一体形成された突極が各マグネット間に空隙を以て配置され、前記突極を他方の磁極として機能するように構成されたロータであって、
   前記マグネットよりも前記突極が径方向外側に相対的に突出するように構成し、隣接の前記突極間において前記マグネットを覆うためのカバー手段が前記突極よりも突出しないように前記ロータコアに係止されて設けられていることを特徴とするロータ。
2. 請求項１に記載のロータにおいて、
   前記カバー手段は、非磁性金属板材にて構成され、前記突極の先端側に設けた係止部と係止させて前記マグネットを覆うように装着されていることを特徴とするロータ。
3. 請求項１に記載のロータにおいて、
   前記カバー手段は、非磁性金属板材にて構成され、前記突極の基端側に設けた係止孔と係止させて前記マグネットを覆うように装着されていることを特徴とするロータ。
4. 請求項１に記載のロータにおいて、
   前記カバー手段は、前記マグネットを覆うように樹脂材料が前記ロータコアに一体成形されて構成されていることを特徴とするロータ。
5. 請求項１〜４のいずれか１項に記載のロータを備えたことを特徴とするモータ。

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