JP2013099102A - ロータ及びモータ - Google Patents

Abstract

【課題】爪状磁極内に生じる渦電流が抑制でき、ひいてはモータの高出力化に寄与できるロータを提供する。
【解決手段】第１及び第２ロータコア２１，２２は、第１及び第２爪状磁極２１ｂ，２２ｂの爪部２１ｄ，２２ｄが第１及び第２コアベース２１ａ，２２ａ及び突出部２１ｃ，２２ｃ（本体側部分）と別体として互いが接合され、その境界部分にて渦電流の低減効果が生じるように構成される。
【選択図】図３

Description

本発明は、ロータ及びモータに関するものである。

モータに使用されるロータとしては、周方向に複数の爪状磁極をそれぞれ有して組み合わされるロータコアを備え、それらの間に界磁磁石を配置して各爪状磁極を交互に異なる磁極に機能させる所謂永久磁石界磁のランデル型構造のロータがある（例えば、特許文献１参照）。このようなロータでは、爪状磁極がコアベース（文献では円盤部）の外周部から径方向外側に突出されるとともに軸方向に延出形成されている。

実開平５−４３７４９号公報

ところで、上記したようなロータでは、回転駆動における磁束の変化により、爪状磁極内において所謂渦電流が生じて損失（渦電流損）が発生し、モータの出力が低下してしまうという問題があった。

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、爪状磁極内に生じる渦電流が抑制でき、ひいてはモータの高出力化に寄与できるロータ、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、略円盤状の第１コアベースの外周部に、等間隔に複数の第１爪状磁極が径方向外側に突出されるとともに軸方向に延出形成された第１ロータコアと、略円盤状の第２コアベースの外周部に、等間隔に複数の第２爪状磁極が径方向外側に突出されるとともに軸方向に延出形成され、前記各第２爪状磁極がそれぞれ対応する前記第１ロータコアの各第１爪状磁極間に配置された第２ロータコアと、前記第１コアベースと第２コアベースとの軸方向の間に配置され、前記軸方向に磁化されることで、前記第１爪状磁極を第１の磁極として機能させ、前記第２爪状磁極を第２の磁極として機能させる界磁磁石とを備えたロータであって、前記第１及び第２爪状磁極の少なくとも一部分を含む磁極構成部分と、それ以外の前記第１及び第２ロータコアの本体側部分とが互いに異材料、又は同材料別体、又は異性質で構成されたことをその要旨とする。

この発明では、第１及び第２爪状磁極の少なくとも一部分を含む磁極構成部分と、それ以外の第１及び第２ロータコアの本体側部分とが互いに異材料、又は同材料別体、又は異性質で構成されることで、その境界部分において各爪状磁極内に生じ得る渦電流が抑制され、モータの高出力化を図ることが可能となる。

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、前記磁極構成部分は、前記爪状磁極の外周面部分を少なくとも含むことをその要旨とする。
この発明では、磁極構成部分は爪状磁極の外周面部分を少なくとも含むため、ロータと対向させるステータに向かって磁束を発生する爪状磁極の外周面部分における渦電流が好適に抑制でき、モータの一層の高出力化に寄与することができる。

請求項３に記載の発明は、請求項２に記載のロータにおいて、前記磁極構成部分は、圧粉磁心にて構成されたことをその要旨とする。
この発明では、磁極構成部分は圧粉磁心にて構成されるため、磁性粉末と絶縁物との配分量を調整することで、渦電流の抑制量を容易に調整することが可能である。

請求項４に記載の発明は、請求項２に記載のロータにおいて、前記磁極構成部分は、複数枚の鋼板が積層されて構成されたことをその要旨とする。
この発明では、磁極構成部分は鋼板が積層されて構成されるため、自身の鋼板間にも境界部分が形成され、これによる磁束の整流効果から渦電流の発生を好適に抑制することが可能となる。

請求項５に記載の発明は、請求項４に記載のロータにおいて、前記磁極構成部分は、前記鋼板が周方向に積層されて構成されたことをその要旨とする。
この発明では、磁極構成部分が鋼板の周方向の積層よりなるため、磁束の周方向の整流効果から渦電流の発生を好適に抑制することができる。また、この積層態様とすることで、磁束の軸方向に対する流れが抑制されないため、界磁磁石の磁束を爪状磁極の先端においても流すことができる。

請求項６に記載の発明は、請求項４に記載のロータにおいて、前記磁極構成部分は、前記鋼板が軸方向に積層されて構成されたことをその要旨とする。
この発明では、磁極構成部分が鋼板の軸方向の積層よりなるため、磁束の軸方向の整流効果から渦電流の発生を好適に抑制することができる。

請求項７に記載の発明は、請求項１〜６のいずれか一項に記載のロータにおいて、前記磁極構成部分と前記本体側部分とは、別体で互いに嵌合されて構成されたことをその要旨とする。

この発明では、磁極構成部分と本体側部分とは別体で互いに嵌合されるため、固定が容易であるととともに、嵌合部分が境界部分をなし、渦電流の発生を好適に抑制することができる。

請求項８に記載の発明は、請求項１〜７のいずれか一項に記載のロータを備えたモータである。
この発明では、爪状磁極内に生じる渦電流を抑制して高出力化を図ったモータを提供することができる。

本発明によれば、爪状磁極内に生じる渦電流が抑制でき、ひいてはモータの高出力化に寄与できるロータ、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。

実施形態におけるモータの断面図。 実施形態のロータにおいて、一部を切断した状態を示す斜視図。 実施形態のロータコアの分解斜視図。 （ａ）〜（ｃ）別例におけるロータコアの斜視図。 （ａ）〜（ｃ）別例におけるロータコアの平面図。

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に示すように、モータ１のモータケース２は、有底筒状に形成された筒状ハウジング３と、該筒状ハウジング３のフロント側（図１中、左側）の開口部を閉塞するフロントエンドプレート４とを有している。また、筒状ハウジング３のリア側（図１中、右側）の端部には、回路基板等の電源回路を収容した回路収容ボックス５が取り付けられている。筒状ハウジング３の内周面にはステータ６が固定されている。ステータ６は、径方向内側に延びる複数のティースを有する電機子コア７と、電機子コア７のティースに巻装されたセグメントコンダクタ（ＳＣ）巻線８とを有する。モータ１のロータ１１は回転軸１２を有し、ステータ６の内側に配置されている。回転軸１２は非磁性体の金属シャフトであって、筒状ハウジング３の底部３ａ及びフロントエンドプレート４に支持された軸受１３，１４により回転可能に支持されている。

ロータ１１は、図２及び図３に示すように、第１及び第２ロータコア２１，２２と、界磁磁石としての環状磁石２３とを備える。第１ロータコア２１は、略円盤状の第１コアベース２１ａの外周部に、等間隔に複数（本実施形態では５つ）の第１爪状磁極２１ｂが形成されている。第１爪状磁極２１ｂは、突出部２１ｃと爪部２１ｄとを有し、それぞれが別体で接合されて構成されている。突出部２１ｃは、第１コアベース２１ａから径方向外側に突出するようにして一体形成されており、軸直交方向断面が扇形状となっている。第１コアベース２１ａ及び突出部２１ｃは、軸方向の厚さが同一となっている。爪部２１ｄは、略直方体に形成され、軸直交方向断面が扇形状となっている。爪部２１ｄは、背面２１ｅ（径方向内側の面）が突出部２１ｃの外周面２１ｆに例えば接着にて固定されて軸方向に延出している。突出部２１ｃと爪部２１ｄとの径方向間には、第１ロータコア２１の本体側部分（第１コアベース２１ａ及び突出部２１ｃ）と爪状磁極２１ｂの爪部２１ｄとを別体で接合する態様としたことで、爪部２１ｄの背面２１ｅと突出部２１ｃの外周面２１ｆとの間に境界部分が形成される。

第１コアベース２１ａ及び突出部２１ｃと、爪部２１ｄとは、異なる材料にて形成されている。例えば第１コアベース２１ａ及び突出部２１ｃは鉄系焼結金属にて形成され、爪部２１ｄは、圧粉磁心にて形成されている（図３参照）。爪部２１ｄは、例えば鉄粉等の磁性粉末と樹脂等の絶縁物を混ぜて金型で加熱プレス成形される。

第１爪状磁極２１ｂ（突出部２１ｃ及び爪部２１ｄ）の周方向端面２１ｇ，２１ｈは、径方向に延びる（軸方向から見て径方向に対して傾斜していない）平坦面となっている。また、各第１爪状磁極２１ｂの周方向の角度、即ち前記周方向端面２１ｇ，２１ｈ間の角度は、周方向に隣り合う第１爪状磁極２１ｂ同士の隙間の角度より小さく設定されている。

第２ロータコア２２は、第１ロータコア２１と同形状及び同材料であって、略円盤状の第２コアベース２２ａの外周部に、等間隔に複数（本実施形態では５つ）の第２爪状磁極２２ｂの突出部２２ｃが形成されている。突出部２２ｃの外周面２２ｆには、爪部２２ｄの背面２２ｅが例えば接着にて固定されている。第２爪状磁極２２ｂ（突出部２２ｃ及び爪部２２ｄ）の周方向端面２２ｇ，２２ｈは、径方向に延びる平坦面となっている。また、各第２爪状磁極２２ｂの周方向の角度、即ち周方向端面２２ｇ，２２ｈ間の角度は、周方向に隣り合う第２爪状磁極２２ｂ同士の隙間の角度より小さく設定されている。

そして、第２ロータコア２２は、各第２爪状磁極２２ｂの爪部２２ｄがそれぞれ対応する各第１爪状磁極２１ｂの爪部２１ｄ間に配置されるようにして、第１コアベース２１ａと第２コアベース２２ａとの軸方向の間に環状磁石２３が配置（挟持）されるようにして第１ロータコア２１に対して組み付けられる。爪部２１ｄ，２２ｄの軸方向の長さは、組付け後の各爪部２１ｄ，２２ｄの先端面２１ｉ，２２ｉが、第１及び第２ロータコア２１，２２の軸方向外側の端面２１ｊ，２２ｊと互いに面一となるように設定されている。

第１及び第２爪状磁極２１ｂ，２２ｂの周方向間には、軸方向に沿った空隙Ｋが設けられている。空隙Ｋは、爪部２１ｄの背面２１ｅと、第２コアベース２２ａ及び環状磁石２３との間に設けられた隙間を介して連通している。また空隙Ｋは、爪部２２ｄの背面２２ｅと第１コアベース２１ａ及び環状磁石２３との間に設けられた隙間を介して連通している。

環状磁石２３は、その外径が第１及び第２コアベース２１ａ，２２ａの外径と同じに設定され、第１爪状磁極２１ｂを第１の磁極（本実施形態ではＮ極）として機能させ、第２爪状磁極２２ｂを第２の磁極（本実施形態ではＳ極）として機能させるように、軸方向に磁化されている。従って、本実施形態のロータ１１は、界磁磁石として環状磁石２３を用いた所謂ランデル型構造のロータである。環状磁石２３としては、例えばネオジム磁石を用いることができる。

次に、上記のように構成されたモータ１の作用について説明する。
上記のように構成されたモータ１では、回路収容ボックス５内の電源回路を介してセグメントコンダクタ（ＳＣ）巻線８に駆動電流が供給されると、ステータ６でロータ１１を回転させるための磁界が発生され、ロータ１１が回転駆動される。ロータ１１には、回転駆動時に生じる磁束により、第１及び第２ロータコア２１，２２内において渦電流が生じる。本実施形態の各爪状磁極２１ｂ，２２ｂでは、別体とした爪部２１ｄ，２２ｄと突出部２１ｃ，２２ｃとの境界部分が構成されており、この境界部分において爪状磁極２１ｂ，２２ｂ内に生じ得る渦電流が抑制される。これにより、モータ１の高出力化を図ることが可能となる。また、爪部２１ｄ，２２ｄを圧粉磁心としたことで、磁性粉末と絶縁物との配分量を調整することで、渦電流の抑制量を容易に調整することが可能である。

次に、本実施形態の特徴的な効果を記載する。
（１）ロータ１１では、第１及び第２爪状磁極２１ｂ，２２ｂの爪部２１ｄ，２２ｄが第１及び第２コアベース２１ａ，２２ａ及び突出部２１ｃ，２２ｃ（本体側部分）と別体として互いを接合させて構成されている。従って、その境界部分において各爪状磁極２１ｂ，２２ｂ内に生じ得る渦電流が抑制され、モータ１の高出力化を図ることができる。

（２）爪状磁極２１ｂ，２２ｂの外周面部分を含む爪部２１ｄ，２２ｄが別体で構成されているため、ステータ６に向かって磁束を発生させる外周面部分における渦電流を好適に抑制でき、モータ１の一層の高出力化を図ることができる。

（３）爪部２１ｄ，２２ｄが圧粉磁心（異材料）で構成されているため、磁性粉末と絶縁物との配分量を調整することで、渦電流の抑制量を容易に調整することができる。
尚、本発明の実施形態は、以下のように変更してもよい。

・上記実施形態において、ロータ１１の構成及び材料は一例であり、適宜変更してもよい。例えば、図４（ａ）（ｂ）（ｃ）のように変更してもよい。尚、図４には、第１ロータコア３１，３２，３３のみを示し、同形状の第２ロータコアは省略している。

図４（ａ）に示す第１ロータコア３１では、突出部２１ｃを含む第１爪状磁極２１ｂ全体が第１コアベース２１ａと別体で設けられ、圧粉磁心にて形成される。この場合、第１コアベース２１ａが本体側部分となる。第１ロータコア３１の第１爪状磁極２１ｂは、内周面２１ｋが第１コアベース２１ａの外周面２１ｌに対して例えば接着にて固定される。つまり、コアベース２１ａと爪状磁極２１ｂとの径方向間に境界部分が構成される。このような境界部分が設けられることで、上記実施形態と同様に、渦電流の発生を好適に抑制することができる。

図４（ｂ）（ｃ）に示す第１ロータコア３２，３３では、第１爪状磁極２１ｂの別体で構成される部分が複数枚の磁性鋼板４１，４２の積層にて構成される。図４（ｂ）に示す第１ロータコア３２では、爪部２１ｄ全体が鋼板４１の積層よりなり、この場合周方向に積層して構成される。爪部２１ｄは、突出部２１ｃの外周面２１ｆに例えば接着にて固定される。このような構成では、接合部分が境界部分をなすことで、同様に渦電流の発生が抑制される。また、爪部２１ｄ全体が鋼板４１の周方向の積層よりなるため、各鋼板４１間においても境界部分が形成されることとなり、磁束の周方向の整流効果から渦電流の発生を好適に抑制することができる。また、この積層態様とすることで、磁束の軸方向に対する流れが抑制されないため、環状磁石２３の磁束を爪状磁極２１ｂの先端まで流すことができる。

図４（ｃ）に示す第１ロータコア３３では、爪部２１ｄの径方向外側半分が磁性鋼板４２の積層にて構成され、この場合軸方向に積層して構成される。爪部２１ｄの径方向外側半分は、残りの内側半分に対して例えば接着にて固定される。このような構成では、接合部分が境界部分をなすことで、同様に渦電流の発生が抑制される。またこの場合も、爪部２１ｄの外側半分が鋼板４２の軸方向の積層よりなるため、各鋼板４２間においても境界部分が形成されることとなり、磁束の軸方向の整流効果から渦電流の発生を好適に抑制することができる。

・上記実施形態では、別体で構成した爪部２１ｄ，２２ｄの突出部２１ｃ，２２ｃに対する固定を例えば接着にて行ったが、これに限定されない。例えば、図５（ａ）（ｂ）（ｃ）のように嵌合固定とし、固定を容易としてもよい。尚、図５においても、第１ロータコア３４，３５，３６のみを示し、同形状の第２ロータコアは省略している。

図５（ａ）に示す第１ロータコア３４では、第１爪状磁極２１ｂ全体が第１コアベース２１ａと別体に構成され、互いがタブテール構造の嵌合部４４，４５にて嵌合される。このような構成でも、嵌合部分が境界部分をなし、渦電流の発生を好適に抑制することができる。

図５（ｂ）に示す第１ロータコア３５では、第１爪状磁極２１ｂの爪部２１ｄが突出部２１ｃを含むロータコア３５の本体側部分と別体に構成され、同様に互いがタブテール構造をなす嵌合部４６，４７にて嵌合される。このような構成でも、嵌合部分が境界部分をなし、渦電流の発生を好適に抑制することができる。また、タブテール構造は側面が主として潰れて磁気抵抗が増加することから、タブテール構造にて結合がなされる爪部２１ｄでの磁束の整流効果も期待できる。

図５（ｃ）に示す第１ロータコア３６では、第１爪状磁極２１ｂの爪部２１ｄが突出部２１ｃを含むロータコア３６の本体側部分と別体に構成され、互いに設けた嵌合凹部４８，４９間に連結部材５０を用いて嵌合、この場合もタブテール構造による嵌合が行われる。尚、連結部材５０は、周囲部材よりも磁気抵抗が高い材料、例えば樹脂、ステンレス鋼（ＳＵＳ）及び真鍮等が用いられる。このような構成においても、嵌合部分が境界部分をなし、渦電流の発生を好適に抑制することができる。また、連結部材５０自身が磁気抵抗となることで、爪部２１ｄでの磁束の整流効果も期待できる。

また、接着や嵌合以外であってもよい。例えば、ロータコア２１，２２の本体側部分に対して爪部２１ｄ，２２ｄ又は爪状磁極２１ｂ，２２ｂ全体といった磁極構成部分を一体成形してもよい。このようにしても境界部分が形成され、これにより渦電流の発生が抑制できる。また、この磁極構成部分をレーザ照射等の加工にて異性質としてもよく、この場合も境界部分が形成され、渦電流の発生が抑制できる。

・上記実施形態において、各爪状磁極２１ｂ，２２ｂの爪部２１ｄ，２２ｄの背面２１ｅ，２２ｅや各爪状磁極２１ｂ，２２ｂの周方向間の空隙Ｋのいずれか又は両方に補助磁石を備え、漏れ磁束の低減を図る構成としてもよい。

１…モータ、１１…ロータ、２１，３１〜３６…第１ロータコア、２１ａ…第１コアベース（本体側部分）、２１ｂ…第１爪状磁極（磁極構成部分，本体側部分）、２２…第２ロータコア、２２ａ…第２コアベース（本体側部分）、２２ｂ…第２爪状磁極（磁極構成部分，本体側部分）、２３…環状磁石（界磁磁石）、４１，４２…鋼板。

Claims (8)

1. 略円盤状の第１コアベースの外周部に、等間隔に複数の第１爪状磁極が径方向外側に突出されるとともに軸方向に延出形成された第１ロータコアと、
   略円盤状の第２コアベースの外周部に、等間隔に複数の第２爪状磁極が径方向外側に突出されるとともに軸方向に延出形成され、前記各第２爪状磁極がそれぞれ対応する前記第１ロータコアの各第１爪状磁極間に配置された第２ロータコアと、
   前記第１コアベースと第２コアベースとの軸方向の間に配置され、前記軸方向に磁化されることで、前記第１爪状磁極を第１の磁極として機能させ、前記第２爪状磁極を第２の磁極として機能させる界磁磁石と
   を備えたロータであって、
   前記第１及び第２爪状磁極の少なくとも一部分を含む磁極構成部分と、それ以外の前記第１及び第２ロータコアの本体側部分とが互いに異材料、又は同材料別体、又は異性質で構成された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、
   前記磁極構成部分は、前記爪状磁極の外周面部分を少なくとも含むことを特徴とするロータ。
3. 請求項２に記載のロータにおいて、
   前記磁極構成部分は、圧粉磁心にて構成されたことを特徴とするロータ。
4. 請求項２に記載のロータにおいて、
   前記磁極構成部分は、複数枚の鋼板が積層されて構成されたことを特徴とするロータ。
5. 請求項４に記載のロータにおいて、
   前記磁極構成部分は、前記鋼板が周方向に積層されて構成されたことを特徴とするロータ。
6. 請求項４に記載のロータにおいて、
   前記磁極構成部分は、前記鋼板が軸方向に積層されて構成されたことを特徴とするロータ。
7. 請求項１〜６のいずれか一項に記載のロータにおいて、
   前記磁極構成部分と前記本体側部分とは、別体で互いに嵌合されて構成されたことを特徴とするロータ。
8. 請求項１〜７のいずれか一項に記載のロータを備えたことを特徴とするモータ。