JP2013153637A - ロータ及びモータ - Google Patents

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Abstract

【課題】コギングトルクを抑えることができるロータ及びモータを提供する。
【解決手段】マグネット磁極部33がS極とされる第1ロータ部23と、この第1ロータ部23との磁気抵抗となる軸方向空隙Kを介して軸方向に重なる態様で配置されるとともにマグネット磁極部43が第1ロータ部23と異なる極性(N極)とされる第2ロータ部24とを備える。第1ロータ部23のマグネット磁極部33とこのマグネット磁極部33と同極性の第2ロータ部24の鉄心部47とが軸方向において重なるとともに、第2ロータ部24のマグネット磁極部43とこのマグネット磁極部43と同極性の第1ロータ部23の鉄心部37とが軸方向において重なる態様で配置される。鉄心部は、周方向一方側に傾斜した鉄心部37と、周方向他方側に傾斜した鉄心部47とを備える。
【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。
省資源や低コスト等の観点から、ロータコアの外周面の周方向に一方の磁極のマグネットが複数配置され、他方の磁極を各マグネット間に空隙を以て配置されたロータコアの鉄心部(突極)で代用する所謂コンシクエントポール型のロータ(ハーフマグネット型ロータともいう)を備えたモータが考案されている(例えば特許文献1参照)。
特開平9−327139号公報
ところで、上記のようなコンシクエントポール型のロータでは、磁束の強制力のない鉄心部(突極)とマグネットとが混在するため、磁気的にアンバランスが生じやすくコギングトルクの発生の虞がある。
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、コギングトルクを抑えることができるロータ及び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てマグネット磁極部が形成されるとともに、各マグネット磁極部間には前記ロータコアに形成された鉄心部がそれぞれマグネット磁極部との各境界部に空隙を以て配置され、前記鉄心部を他方の磁極として機能させるように構成されたロータであって、前記マグネット磁極部がN極及びS極のいずれか一方の極性とされる第1ロータ部と、該第1ロータ部との磁気抵抗となる磁気抵抗部を介して軸方向に重なる態様で配置されるとともに前記マグネット磁極部が第1ロータ部と異なる極性とされる第2ロータ部とを備え、前記第1ロータ部のマグネット磁極部と該マグネット磁極部と同極性の第2ロータ部の前記鉄心部とが軸方向において重なるとともに、第2ロータ部のマグネット磁極部と該マグネット磁極部と同極性の第1ロータ部の前記鉄心部とが軸方向において重なる態様で配置され、前記鉄心部は、周方向一方側に傾斜した鉄心部と、周方向他方側に傾斜した鉄心部とを備えることをその要旨とする。
この発明では、マグネット磁極部がN極及びS極のいずれか一方の極性とされる第1ロータ部と、この第1ロータ部との磁気抵抗となる磁気抵抗部を介して軸方向に重なる態様で配置されるとともに前記マグネット磁極部が第1ロータ部と異なる極性とされる第2ロータ部とを備える。このように、自ら磁束を発生させることのできるマグネット磁極部を第1ロータ部と第2ロータ部とで極性を変えて備えることで、磁気バランスを整えることができる。また、第1ロータ部のマグネット磁極部とこのマグネット磁極部と同極性の第2ロータ部の前記鉄心部とが軸方向において重なるとともに、第2ロータ部のマグネット磁極部とこのマグネット磁極部と同極性の第1ロータ部の鉄心部とが軸方向において重なる態様で配置される。鉄心部は、周方向一方側に傾斜した鉄心部と、周方向他方側に傾斜した鉄心部とを備える。これにより、周方向一方側に傾斜する鉄心部と周方向他方側に傾斜する鉄心部とでのコギングトルクのピークをずらしてロータ全体におけるコギングトルクを抑えることができる。
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、周方向一方側に傾斜する前記鉄心部は、前記第1ロータ部のみに形成され、周方向他方側に傾斜する鉄心部は前記第2ロータ部のみに形成されることをその要旨とする。
この発明では、周方向一方側に傾斜する鉄心部は、第1ロータ部のみに形成され、周方向他方側に傾斜する鉄心部は第2ロータ部のみに形成されるため、それぞれのロータ部の形状をシンプルにすることが可能となる。
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、前記第1及び第2ロータ部は、軸方向と直交する同一平面上に周方向一方側に傾斜する鉄心部と周方向他方側に傾斜する鉄心部とを備えることをその要旨とする。
この発明では、第1及び第2ロータ部は、軸方向と直交する同一平面上に周方向一方側に傾斜する鉄心部と周方向他方側に傾斜する鉄心部とを備える構成とすることで、各ロータ部において複数種類のロータコアを用いることなく各ロータ部を構成することが可能となる。
請求項4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てマグネット磁極部が形成されるとともに、各マグネット磁極部間には前記ロータコアに形成された鉄心部がそれぞれマグネット磁極部との各境界部に空隙を以て配置され、前記鉄心部を他方の磁極として機能させるように構成されたロータであって、前記マグネット磁極部がN極及びS極のいずれか一方の極性とされる第1ロータ部と、該第1ロータ部と磁気抵抗となる磁気抵抗部を介して軸方向に重なる態様で配置されるとともに前記マグネット磁極部が第1ロータ部と異なる極性とされる第2ロータ部とを備え、前記第1ロータ部のマグネット磁極部と該マグネット磁極部と同極性の第2ロータ部の前記鉄心部とが軸方向において重なるとともに、第2ロータ部のマグネット磁極部と該マグネット磁極部と同極性の第1ロータ部の前記鉄心部とが軸方向において重なる態様で配置され、前記空隙は、前記鉄心部の周方向両側に周方向一方側と他方側とで周方向幅の異なる態様で形成され、前記各鉄心部の周方向一方側の空隙同士の周方向幅を足し合わせた総和と周方向他方側の空隙同士の周方向幅を足し合わせた総和とが等しくなるように構成されることをその要旨とする。
この発明では、マグネット磁極部がN極及びS極のいずれか一方の極性とされる第1ロータ部と、該第1ロータ部と磁気抵抗となる磁気抵抗部を介して軸方向に重なる態様で配置されるとともに前記マグネット磁極部が第1ロータ部と異なる極性とされる第2ロータ部とを備える。このように、自ら磁束を発生させることのできるマグネット磁極部を第1ロータ部と第2ロータ部とで極性を変えて備えることで、磁気バランスを整えることができる。また、第1ロータ部のマグネット磁極部と該マグネット磁極部と同極性の第2ロータ部の前記鉄心部とが軸方向において重なるとともに、第2ロータ部のマグネット磁極部と該マグネット磁極部と同極性の第1ロータ部の前記鉄心部とが軸方向において重なる態様で配置される。そして、空隙は、鉄心部の周方向両側に周方向一方側と他方側とで周方向幅の異なる態様で形成され、各鉄心部の周方向一方側の空隙同士の周方向幅を足し合わせた総和と周方向他方側の空隙同士の周方向幅を足し合わせた総和とが等しくなるように構成される。このように、空隙は、鉄心部の周方向両側に周方向一方側と他方側とで周方向幅の異なる態様で形成されるため、実質的に鉄心部のマグネット磁極部間における位置や形状が異なることとなるため、各鉄心部に起因して発生するコギングトルクのピークをずらしてロータ全体におけるコギングトルクを抑えることができる。
請求項5に記載の発明は、請求項1〜4のいずれか一項に記載のロータを備えたことをその要旨とする。
この発明では、請求項1〜4の効果と同様の効果を奏することができるモータを提供することができる。
従って、上記記載の発明によれば、コギングトルクを抑えることができるロータ及び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概略構成を示す平面図である。 (a)(b)は、同上におけるロータの平面図である。 同上におけるロータの斜視図である。 同上のモータにおけるコギングトルクについて説明するためのグラフである。 同上のモータにおけるトルクリップルについて説明するためのグラフである。 (a)(b)は、別例におけるロータの平面図である。 同上におけるロータの斜視図である。 同上のモータにおけるコギングトルクについて説明するためのグラフである。 同上のモータにおけるトルクリップルについて説明するためのグラフである。 (a)(b)は、別例におけるロータの平面図である。 同上におけるロータの斜視図である。 (a)(b)は、別例におけるロータの平面図である。 同上におけるロータの斜視図である。 (a)(b)は、別例におけるロータの平面図である。 同上におけるロータの斜視図である。 同上のロータにおけるコギングトルクについて説明するためのグラフである。 同上のロータにおける誘起電圧について説明するためのグラフである。 別例におけるモータの概略構成を示す平面図である。 (a)はマグネット飛散防止カバーを取り外した状態の第1ロータ部の平面図であり、(b)はマグネット飛散防止カバーを取り外した状態の第2ロータ部の平面図である。 マグネット飛散防止カバーを取り外した状態の第1及び第2ロータ部の斜視図である。 マグネット飛散防止カバーについて説明するための斜視図である。 (a)はマグネット飛散防止カバーを取り外した状態の第1ロータ部の平面図であり、(b)はマグネット飛散防止カバーを取り外した状態の第2ロータ部の平面図である。 マグネット飛散防止カバーを取り外した状態の第1及び第2ロータ部の斜視図である。 (a)はマグネット飛散防止カバーを取り外した状態の第1ロータ部の平面図であり、(b)はマグネット飛散防止カバーを取り外した状態の第2ロータ部の平面図である。 マグネット飛散防止カバーを取り外した状態の第1及び第2ロータ部の斜視図である。 (a)はマグネット飛散防止カバーを取り外した状態の第1ロータ部の平面図であり、(b)はマグネット飛散防止カバーを取り外した状態の第2ロータ部の平面図である。 マグネット飛散防止カバーを取り外した状態の第1及び第2ロータ部の斜視図である。 別例におけるマグネット飛散防止カバーについて説明するための斜視図である。 別例におけるマグネット飛散防止カバーについて説明するための斜視図である。
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に示すように、モータ10は、図示しないモータハウジングの内周面に沿って配設された環状のステータ11と、そのステータ11の内側において回転可能に配設されたロータ21とを備えている。
ステータ11は、複数(本実施形態では12個)のティース12を有し、それらティース12が円環状に配置されて各ティース12間には複数(本実施形態では12個)のスロットが形成されている。そして、これら各ティース12には、例えば集中巻により巻線13が巻回され、その巻回された巻線13には3相交流が通電されるようになっている。
ロータ21は、図1〜図3に示すように、回転軸22と、この回転軸22に固着される第1及び第2ロータ部23,24とを備える。
回転軸22は、その中心軸線L1が環状のステータ11の中心軸線と一致するように配置され、回転軸22の軸線方向の両側が前記モータハウジングに設けた図示しない軸受に回転可能に支持されている。従って、ロータ21は、ステータ11の内側において中心軸線L1を回転中心として回転可能に支持されている。
第1ロータ部23は、図2(a)及び図3に示すように、前記回転軸22に固着された略円柱状のロータコア31を有している。
ロータコア31は、図3に示すように略同一形状のコアシート32を複数積層して形成される。ロータコア31の外周部には、同ロータコア31を包囲する前記ステータ11の各ティース12(図1参照)と径方向において対向する複数のマグネット磁極部33が形成されている。
詳述すると、図1〜図3に示すように、本実施形態では、各マグネット磁極部33は、ロータコア31の周縁部に略平板状のマグネット34を埋設することにより形成される。具体的には、ロータコア31の周縁部には、その軸線方向に穿設された磁石収容孔35が周方向に等間隔(本実施形態では略90度間隔)で設けられている。そして、各マグネット磁極部33は、これら各磁石収容孔35に、ロータコア31の径方向と直交する態様で各マグネット34を収容・固定することにより形成されている。
各マグネット34は、ロータコア31の径方向外側の磁極面が同極(例えばS極)となるように配置されている。これにより、本実施形態の第1ロータ部23には、同極性(S極)を有する4つのマグネット磁極部33が、その周方向に沿って略等間隔(略90度間隔)で形成されている。
また、各マグネット磁極部33は、その周方向両端に2つの空隙36a,36bが形成される。そして、これらの各空隙36a,36bが磁気抵抗となることで、各マグネット磁極部33間には、その周方向において各マグネット磁極部33とは磁気的に区画された疑似磁極としての鉄心部37が形成されている。
即ち、各マグネット磁極部33の磁束は、その周方向両端に形成された各空隙36a,36bを迂回するようにロータコア31の内部を経由して各鉄心部37に流入する。そして、その磁束が径方向外側に向って各鉄心部37を通過することにより、各鉄心部37は、隣接するマグネット磁極部33とは極性の異なる擬似的な磁極が形成されるようになっている。つまり、本実施形態の第1ロータ部23は、所謂コンシクエントポール型のロータとして構成されている。
また、ロータコア31の鉄心部37は、図2(a)及び図3に示すように、周方向の一方に傾斜した形状に形成される。この鉄心部37は、周方向一方側(図2において時計回り方向)に空隙36aが位置し、周方向他方側(図2において反時計回り方向)に空隙36bが位置するように形成されて、鉄心部37の径方向外側が周方向一方側(図2において時計回り方向)に傾斜する態様で形成される。このとき、鉄心部37の磁気中心も鉄心部37の傾斜角度に倣って同様に傾斜するようになっている。
第2ロータ部24は、図2(b)及び図3に示すように、前記回転軸22に固着された略円柱状のロータコア41を有している。
ロータコア41は、図3に示すように略同一形状のコアシート42を複数積層して形成される。ロータコア41の外周部には、同ロータコア41を包囲する前記ステータ11の各ティース12(図1参照)と径方向において対向する複数のマグネット磁極部43が形成されている。
詳述すると、図1〜図3に示すように、本実施形態では、各マグネット磁極部43は、ロータコア41の周縁部に略平板状のマグネット44を埋設することにより形成される。具体的には、ロータコア41の周縁部には、その軸線方向に穿設された磁石収容孔45が周方向に等間隔(本実施形態では略90度間隔)で設けられている。そして、各マグネット磁極部43は、これら各磁石収容孔45に、ロータコア41の径方向と直交する態様で各マグネット44を収容・固定することにより形成されている。
各マグネット44は、ロータコア41の径方向外側の磁極面が前記マグネット34と同極(例えばN極)となるように配置されている。これにより、本実施形態の第2ロータ部24には、同極性(N極)を有する4つのマグネット磁極部43が、その周方向に沿って略等間隔(略90度間隔)で形成されている。
また、各マグネット磁極部43は、その周方向両端に2つの空隙46a,46bが形成される。そして、これらの各空隙46a,46bが磁気抵抗となることで、各マグネット磁極部43間には、その周方向において各マグネット磁極部43とは磁気的に区画された疑似磁極としての鉄心部47が形成されている。
即ち、各マグネット磁極部43の磁束は、前記マグネット磁極部33と同様に、周方向両端に形成された各空隙46a,46bを迂回するようにロータコア41の内部を経由して各鉄心部47に流入する。そして、その磁束が径方向外側に向って各鉄心部47を通過することにより、各鉄心部47は、隣接するマグネット磁極部43とは極性の異なる擬似的な磁極が形成されるようになっている。つまり、本実施形態の第2ロータ部24は、所謂コンシクエントポール型のロータとして構成されている。
また、ロータコア41の鉄心部47は、図2(b)及び図3に示すように、周方向の他方に傾斜した形状に形成される。この鉄心部47は、周方向他方側(図2において反時計回り方向)に空隙46aが位置し、周方向一方側(図2において時計回り方向)に空隙46bが位置するように形成されて、鉄心部47の径方向外側が周方向他方側(図2において反時計回り方向)に傾斜する態様で形成される。このとき、鉄心部47の磁気中心も鉄心部47の傾斜角度に倣って同様に傾斜するようになっている。また、鉄心部47は、前記第1ロータ部23の鉄心部37と同数個(4個)形成される。
また、上記のように構成された第1及び第2ロータ部23,24は、第1ロータ部23のマグネット磁極部33とこのマグネット磁極部33と同極性の第2ロータ部24の鉄心部47とが軸方向において重なる態様で配置される。また、第2ロータ部24のマグネット磁極部43とこのマグネット磁極部43と同極性の第1ロータ部23の鉄心部37とが軸方向において重なる態様で配置される。
また、第1ロータ部23及び第2ロータ部24の軸方向間では、図3に示すように軸方向長さX1の磁気抵抗部としての軸方向空隙Kを有して各ロータ部23,24が軸方向に重なる態様で配置される。そして、第1ロータ部23のマグネット磁極部33の極性(S極)と、第2ロータ部24のマグネット磁極部43の極性(N極)とが異なるように構成される。
また、第1ロータ部23及び第2ロータ部24は、例えば各鉄心部37,47の周方向中心を起点として反転させた対称形状とされる。換言すると、例えば第1ロータ部23の鉄心部37と周方向において隣接する各空隙36a,36bの位置関係を反対とすることで第2ロータ部24の鉄心部47と同一形状となる。このため、鉄心部37,47の周方向一方側の各空隙36a,46bのロータコア31,41における周方向幅の総和と周方向他方側の各空隙36b,46aのロータコア31,41における周方向幅の総和とが等しくなるように設定されている。
次に、本実施形態の作用を記載する。
本実施形態のモータ10は、ステータ11の巻線13に通電されることでロータ21を回転させる回転磁界を発生させる。これにより、ロータ21が回転されるようになっている。
このとき、第1ロータ部23のロータコア31は、周方向他方側に傾斜される鉄心部37を備え、第2ロータ部24のロータコア41は、前記鉄心部37と傾斜方向が周方向において逆側(周方向一方側)に傾斜される鉄心部47とを備える。このため、各鉄心部37,47に起因して発生するトルクリップル及びコギングトルクのピーク値が図4及び図5に示すようにずらすことができる。このため、各鉄心部37,47に起因して発生するコギングトルク同士で相殺してロータ21全体におけるトルクリップル及びコギングトルクを抑えることができる。
次に、本実施形態の特徴的な効果を記載する。
(1)マグネット磁極部33がS極とされる第1ロータ部23と、この第1ロータ部23との磁気抵抗となる軸方向空隙Kを介して軸方向に重なる態様で配置されるとともにマグネット磁極部43が第1ロータ部23と異なる極性(N極)とされる第2ロータ部24とを備える。このように、自ら磁束を発生させることのできるマグネット磁極部33,43を第1ロータ部23と第2ロータ部24とで極性を変えて備えることで、磁気バランスを整えることができる。また、第1ロータ部23のマグネット磁極部33とこのマグネット磁極部33と同極性の第2ロータ部24の鉄心部47とが軸方向において重なるとともに、第2ロータ部24のマグネット磁極部43とこのマグネット磁極部43と同極性の第1ロータ部23の鉄心部37とが軸方向において重なる態様で配置される。鉄心部は、周方向一方側に傾斜した鉄心部37と、周方向他方側に傾斜した鉄心部47とを備える。これにより、周方向一方側に傾斜する鉄心部37と周方向他方側に傾斜する鉄心部47とでのコギングトルクのピークをずらしてロータ21全体におけるコギングトルクを抑えることができる。
(2)周方向一方側に傾斜する鉄心部37は、第1ロータ部23のみに形成され、周方向他方側に傾斜する鉄心部47は第2ロータ部24のみに形成されるため、それぞれのロータ部23,24の形状をシンプルにすることが可能となる。
(3)第1ロータ部23と第2ロータ部24との間の磁気抵抗部として軸方向空隙Kを採用することで、別途磁気抵抗部として部材を配置せずに磁気的に離間させることができる。
(4)ロータコア31,41は、同一形状のコアシート32,42を複数積層して構成されるため、形状の異なるコアシートを使う必要が無いため部品の種類を抑えてコアシートをプレス成形する際の工数増加を抑えることができる。
(第2実施形態)
以下、本発明を具体化した第2実施形態を図面に従って説明する。また、本実施形態では、第1実施形態と比較して第1及び第2ロータ部の形状が異なる。具体的には、第1実施形態では第1及び第2ロータ部23,24のそれぞれに傾斜方向が同方向の鉄心部37,47を備える構成としているが、本実施形態では1つのロータ部に傾斜方向の異なる鉄心部を2種類備えて構成している。そのため、この点について詳細に説明し、上記第1実施形態と同一の構成に同一の符号を付してその説明を割愛する。
本実施形態のロータ21は、図6及び図7に示すように、第1ロータ部51と、この第1ロータ部51と磁気抵抗としての前記軸方向空隙Kを有して軸方向に重ねて配置される第2ロータ部52とを備える。
第1ロータ部51の各マグネット磁極部55は、図6(a)に示すように、周方向両端に空隙56aが2つ形成される第1マグネット磁極部55aと、周方向両端に前記空隙56aと周方向幅等が異なる空隙56bが2つ形成される第2マグネット磁極部55bを備えている。このため、マグネット磁極部55a,55bの周方向間に位置する鉄心部は、周方向の他方に傾斜した形状の第1鉄心部57aと、周方向の一方に傾斜した形状の第2鉄心部57bとで構成される。第1鉄心部57aは、周方向一方側(図6(a)において時計回り方向)に空隙56aが位置し、周方向他方側(図6(a)において反時計回り方向)に空隙56bが位置するように形成されて第1鉄心部57aが周方向他方側(図6(a)において反時計回り方向)に傾斜する態様で形成される。一方、第2鉄心部57bは、周方向一方側(図6(a)において時計回り方向)に空隙56bが位置し、周方向他方側(図6(a)において反時計回り方向)に空隙56aが位置するように形成されて第2鉄心部57bが周方向一方側(図6(a)において時計回り方向)に傾斜する態様で形成される。つまり、第1ロータ部51は、軸方向と直交する同一平面上において周方向一方側に傾斜する鉄心部57bと周方向他方側に傾斜する鉄心部57aとを有する。
一方、第2ロータ部52の各マグネット磁極部58は、図6(b)に示すように、周方向両端に空隙59aが2つ形成される第1マグネット磁極部58aと、周方向両端に前記空隙59aと周方向幅等が異なる空隙59bが2つ形成される第2マグネット磁極部58bを備えている。このため、マグネット磁極部58a,58bの周方向間に位置する鉄心部は、周方向の他方に傾斜した形状の第1鉄心部60aと、周方向の一方に傾斜した形状の第2鉄心部60bとで構成される。第1鉄心部60aは、周方向一方側(図6(b)において時計回り方向)に空隙59aが位置し、周方向他方側(図6(b)において反時計回り方向)に空隙59bが位置するように形成されて第1鉄心部60aが周方向他方側(図6(b)において反時計回り方向)に傾斜する態様で形成される。一方、第2鉄心部60bは、周方向一方側(図6(b)において時計回り方向)に空隙59bが位置し、周方向他方側(図6(b)において反時計回り方向)に空隙59aが位置するように形成されて第2鉄心部60bが周方向一方側(図6(b)において時計回り方向)に傾斜する態様で形成される。つまり、第2ロータ部52は、軸方向と直交する同一平面上において周方向一方側に傾斜する鉄心部60bと周方向他方側に傾斜する鉄心部60aとを有する。
また、上記のように構成された第1及び第2ロータ部51,52は、第1ロータ部51の第1マグネット磁極部55aとこのマグネット磁極部55aと同極性の第2ロータ部52の第1鉄心部60aとが軸方向において重なる態様で配置される。第1ロータ部51の第2マグネット磁極部55bとこのマグネット磁極部55bと同極性の第2ロータ部52の第2鉄心部60bとが軸方向において重なる態様で配置される。また、第2ロータ部52の第1マグネット磁極部58aとこのマグネット磁極部58aと同極性の第1ロータ部51の第1鉄心部57aとが軸方向において重なる態様で配置される。第2ロータ部52の第2マグネット磁極部58bとこのマグネット磁極部58bと同極性の第1ロータ部51の第2鉄心部57bとが軸方向において重なる態様で配置される。
また、第1ロータ部51及び第2ロータ部52の軸方向間では、図7に示すように軸方向長さX1の磁気抵抗部としての軸方向空隙Kを有して各ロータ部51,52が軸方向に重なる態様で配置される。そして、第1ロータ部51のマグネット磁極部55a,55bの極性(例えばS極)と、第2ロータ部52のマグネット磁極部58a,58bの極性(例えばN極)とが異なるように構成される。
次に、本実施形態の作用を記載する。
本実施形態のモータ10は、第1ロータ部51は、周方向他方側に傾斜される鉄心部57aと周方向一方側に傾斜される鉄心部57bを備え、第2ロータ部52は、周方向他方側に傾斜される鉄心部60aと周方向一方側に傾斜される鉄心部60bとを備える。このため、各鉄心部57a,57b,60a,60bに起因して発生するトルクリップル及びコギングトルクのピーク値が図8及び図9に示すようにずらすことができる。このため、各鉄心部57a,57b,60a,60bに起因して発生するコギングトルク同士で相殺してロータ21全体におけるトルクリップル及びコギングトルクを抑えることができる。
上述したように、本第2実施形態によれば、上記第1実施形態の(1),(3)及び(4)と同様の効果に加えて、以下の効果を有する。
(5)第1及び第2ロータ部51,52は、軸方向と直交する同一平面上に周方向一方側に傾斜する鉄心部57b,60bと周方向他方側に傾斜する鉄心部57a,60aとを備える構成とすることで、各ロータ部51,52において複数種類のロータコアを用いることなく各ロータ部51,52を構成することが可能となる。
尚、本発明の各実施形態は、以下のように変更してもよい。
・上記各実施形態に限らず、例えば次のような構成(A)〜(C)の第1及び第2ロータ部を採用してもよい。
(構成A)
図10に示すように、第1ロータ部71は、周方向一方側に傾斜する第1鉄心部71aと、周方向他方側に傾斜する第2鉄心部71bを備え、第1鉄心部71aの周方向180度反対側が第2鉄心部71bとなるように構成される。そして、第2ロータ部72は、周方向一方側に傾斜する第1鉄心部72aと、周方向他方側に傾斜する第2鉄心部72bを備え、第1鉄心部72aの周方向180度反対側が第2鉄心部72bとなるように構成される。そして、第1及び第2ロータ部71,72は、第1ロータ部71の第1マグネット磁極部71cとこのマグネット磁極部71cと同極性の第2ロータ部72の第1鉄心部72aとが軸方向において重なる態様で配置される。第1ロータ部71の第2マグネット磁極部71dとこのマグネット磁極部71dと同極性の第2ロータ部72の第2鉄心部72bとが軸方向において重なる態様で配置される。また、第2ロータ部72の第1マグネット磁極部72cとこのマグネット磁極部72cと同極性の第1ロータ部71の第1鉄心部71aとが軸方向において重なる態様で配置される。第2ロータ部72の第2マグネット磁極部72dとこのマグネット磁極部72dと同極性の第1ロータ部71の第2鉄心部71bとが軸方向において重なる態様で配置される。そして、第1ロータ部71及び第2ロータ部72の軸方向間では、図11に示すように軸方向長さX1の磁気抵抗部としての軸方向空隙Kを有して各ロータ部71,72が軸方向に重なる態様で配置される。
(構成B)
図12に示すように、第1ロータ部81は、周方向一方側に傾斜する第1鉄心部81aと、周方向他方側に傾斜する第2鉄心部81bを備え、第1鉄心部81aの周方向180度反対側が同一形状の第1鉄心部81a、第2鉄心部81bの周方向180度反対側が同一形状の第2鉄心部81bとなるように構成される。そして、第2ロータ部82は、周方向一方側に傾斜する第1鉄心部82aと、周方向他方側に傾斜する第2鉄心部82bを備え、第1鉄心部82aの周方向180度反対側が第2鉄心部82bとなるように構成される。そして、第1及び第2ロータ部81,82は、第1ロータ部81の第1マグネット磁極部81cとこのマグネット磁極部81cと同極性の第2ロータ部82の第1鉄心部82aとが軸方向において重なる態様で配置される。第1ロータ部81の第2マグネット磁極部81dとこのマグネット磁極部81dと同極性の第2ロータ部82の第2鉄心部82bとが軸方向において重なる態様で配置される。また、第2ロータ部82の第1マグネット磁極部82cとこのマグネット磁極部82cと同極性の第1ロータ部81の第1鉄心部81aとが軸方向において重なる態様で配置される。第2ロータ部82の第2マグネット磁極部82dとこのマグネット磁極部82dと同極性の第1ロータ部71の第2鉄心部71bとが軸方向において重なる態様で配置される。そして、第1ロータ部81及び第2ロータ部82の軸方向間では、図13に示すように軸方向長さX1の磁気抵抗部としての軸方向空隙Kを有して各ロータ部81,82が軸方向に重なる態様で配置される。
上記構成A及び構成Bであっても上記第1実施形態の(1)の効果と同様の効果を奏することができる。
(構成C)
図15に示すように、本構成のロータ100は、回転軸22と、この回転軸22に固着される第1及び第2ロータ部101,102とを備える。
図15に示すように、第1ロータ部101と第2ロータ部102とは、軸方向長さX1の磁気抵抗部としての軸方向空隙Kを有するように回転軸22に固着される。
第1ロータ部101は、図14(a)に示すように、前記回転軸22に固着された略円柱状のロータコア111を有している。
図15に示すように、ロータコア111は、略同一形状のコアシート112を複数積層して構成される。
図14(a)に示すように、ロータコア111の外周部には、マグネット磁極部113と、鉄心部114とを備える。
図14(a)に示すように、マグネット磁極部113は、周方向略90度間隔で4つ形成される。各マグネット磁極部113は、マグネット34を挿通可能な磁石収容孔35が形成される。また、各マグネット磁極部113は、径方向外側に凸となる湾曲形状とされた第1外表面113aと、この第1外表面113aから連続して径方向内側に湾曲凹状となるように形成された第2外表面113bとを備える。第2外表面113bは、第1外表面113aの周方向一方(図中時計回り方向)側で、第1外表面113aを通る円Cよりも径方向内側に位置する。即ち、マグネット磁極部113の周方向一方側に位置する空隙115は、空隙延長部115aを有し、マグネット磁極部113の周方向他方側に位置する空隙116よりも周方向幅及び体積が大きくなっている。
鉄心部114は、図14(a)に示すように、鉄心部114の外表面114aが湾曲形状をなして、鉄心部114を軸方向視(平面視)すると扇形状をなすように形成される。
第2ロータ部102は、図14(b)に示すように、前記回転軸22に固着された略円柱状のロータコア121を有している。
図15に示すように、ロータコア121は、略同一形状のコアシート122を複数積層して構成される。
図14(b)に示すように、ロータコア121の外周部には、マグネット磁極部123と、鉄心部124とを備える。
図14(b)に示すように、マグネット磁極部123は、周方向略90度間隔で4つ形成される。各マグネット磁極部123は、マグネット44を挿通可能な磁石収容孔45が形成される。
図14(b)に示すように、鉄心部124は、周方向略90度間隔で4つ形成される。鉄心部124は、径方向外側に凸となる湾曲形状とされた第1外表面124aと、この第1外表面124aから連続して径方向内側に湾曲凹状となるように形成された第2外表面124bとを備える。第2外表面124bは、第1外表面124aの周方向他方(図中反時計回り方向)側で、第1外表面124aを通る円Cよりも径方向内側に位置する、即ち、鉄心部124の周方向他方側に位置する空隙125は、空隙延長部125aを有し、鉄心部124の周方向位置方側に位置する空隙126よりも周方向幅及び体積が大きくなっている。
上記のように構成された第1ロータ部101及び第2ロータ部102は、それぞれのコアシート112,122を例えば同数枚積層し、回転軸22に固着されてロータが構成される。このとき、第1ロータ部101(ロータコア111)の鉄心部114と、第2ロータ部102(ロータコア121)のマグネット磁極部123とが軸方向において重なるように積層され、第2ロータ部102(ロータコア121)の鉄心部124と、第1ロータ部101(ロータコア111)のマグネット磁極部113とが軸方向において重なるように積層される。このような構成とすることで、図16に示すように、コギングトルクを低減できる。また、図17に示すように、誘起電圧ピッチの均等化を図ることができる。 ・上記実施形態では、磁気抵抗部として空隙Kを採用したが、第1ロータ部71及び第2ロータ部72の軸方向間での磁気移動を抑えることができる部材を配置して磁気抵抗部として採用してもよい。
・上記各実施形態では、コアシート32,42を積層してロータコア31,41を構成したが、これに限らない。
・上記各実施形態並びに上記各変形例では、マグネット34,44を磁石収容孔35,45に収容するIPM型のロータとして構成したが、マグネット34,44をロータコア31,41の外周面に配置するSPM型のロータとして構成してもよい。以下に、SPM構造のロータを備えたモータの一例を説明する。
(SPM構造の第1例)
図18に示すように、モータ150は、図示しないモータハウジングの内周面に沿って配設された略環状のステータ11と、そのステータ11の内側において回転可能に配設されたロータ151とを備えている。ステータ11は、上記第1実施形態のステータ11と同様の構成であるため、詳細な説明を割愛する。
図19(a)(b)に示すように、ロータ151は、回転軸22と、この回転軸22に固着される第1及び第2ロータ部152,153と、各ロータ部152,153の径方向外側において各ロータ部152,153を覆うマグネット飛散防止カバー154とを備える。
第1ロータ部152は、前記回転軸22に固着された略円柱状のロータコア161と、このロータコア161の径方向外側に設けられるマグネット磁極部を構成するマグネット162とを有している。
第1ロータ部152のロータコア161は、図20に示すように略同一形状のコアシート163を複数積層して形成される。また、第1ロータ部152のロータコア161は、前記マグネット162の磁気を受けて一方の磁極として機能する複数の鉄心部164を備える。この鉄心部164は、径方向外側に延出して径方向外側の外表面164aが湾曲状をなすように形成される。鉄心部164は、周方向一方側に傾斜する形状とされる。また、第1ロータ部152のロータコア161は、前記鉄心部164間に載置面165を備える。この載置面165は、軸方向視で径方向と直交する方向に延びる態様の平面形状とされる。
一方、第2ロータ部153は、前記回転軸22に固着された略円柱状のロータコア171と、このロータコア171の径方向外側に設けられるマグネット172とを有している。
第2ロータ部153のロータコア171は、図20に示すように略同一形状のコアシート173を複数積層して形成される。また、第2ロータ部153のロータコア171は、前記マグネット172の磁気を受けて一方の磁極として機能する複数の鉄心部174を備える。この鉄心部174は、径方向外側に延出して径方向外側の外表面174aが湾曲状をなすように形成される。鉄心部174は、周方向他方側に傾斜する形状とされる。また、第2ロータ部153のロータコア171は、前記鉄心部174間に載置面175を備える。この載置面175は、軸方向視で径方向と直交する方向に延びる態様の平面形状とされる。
各マグネット162,172は、第1及び第2ロータ部152,153のロータコア161,171の載置面165,175に固着された状態で、径方向内側の位置に平面状の平面部162a,172aを備え、径方向外側の位置に湾曲状の外表面162b,172bを備える。また、マグネット磁極部を構成する各マグネット162,172と各鉄心部164,174との間には、空隙166,167,176,177が形成される。
図19(a)に示すように、第1ロータ部152の鉄心部164の周方向一方側に形成される空隙166は、同鉄心部164の周方向他方側に形成される空隙167よりも周方向幅及びその体積が小さくなるような構成とされる。図19(b)に示すように、第2ロータ部153の鉄心部174の周方向一方側に形成される空隙176は、同鉄心部174の周方向他方側に形成される空隙177よりも周方向幅及びその体積が大きくなるような構成とされる。また、第1ロータ部152の鉄心部164の周方向一方側に形成される空隙166は、第2ロータ部153の鉄心部174の周方向他方側に形成される空隙177と周方向幅及び体積が略同一となるような構成とされる。一方、第1ロータ部152の鉄心部164の周方向他方側に形成される空隙167は、第2ロータ部153の鉄心部174の周方向一方側に形成される空隙176と周方向幅及び体積が略同一となるような構成とされる。
図18及び図21に示すようにマグネット飛散防止カバー154は、第1及び第2ロータ部152,153を覆うものであり、略円筒形状とされる。マグネット飛散防止カバー154は、図19(a)及び図21に示すように、第1ロータ部152において鉄心部164及びマグネット162間の空隙166,167の一方の空隙に入り込んで周方向に当接する当接凹部154aを備える。また、飛散防止カバー154は、図19(b)及び図21に示すように、第2ロータ部153において鉄心部174及びマグネット172間の空隙176,177の一方の空隙に入り込んで周方向に当接する当接凹部154bを備える。各当接凹部154a,154bは、それぞれ周方向に4つずつ、計8つ形成される。そして、各マグネット飛散防止カバー154の各当接凹部154a,154bと、マグネット飛散防止カバー154の内周面154cと、各ロータコア161,171の載置面165,175とで第1及び第2ロータ部152,153のマグネット162,172が挟み込まれることで径方向及び周方向の移動が抑えられている。
なお、上記の第1例では、ロータ151は、第1ロータ部152に周方向一方側に傾斜する鉄心部164を備え、第2ロータ部153に周方向他方側に傾斜する鉄心部174を備える構成としたが、これに限らず、以下のように適宜変更してもよい。
(SPM構造の第2例)
図22(a)に示すように第1ロータ部181は、軸方向と直交する同一平面上において周方向一方側に傾斜する鉄心部181aと周方向他方側に傾斜する鉄心部181bとを備え、鉄心部181aの周方向180度反対側が同一形状の鉄心部181a、鉄心部181bの周方向180度反対側が同一形状の鉄心部181bとなるように構成される。図22(a)に示すように、鉄心部181aは、周方向一方側(図中、時計回り方向)に空隙191が位置し、周方向他方側(図中、反時計回り方向)に前記空隙191よりも周方向幅が広い空隙192が位置するように形成されて、鉄心部181aが周方向一方側(図中、反時計回り方向)に傾斜する態様で形成される。図22(a)に示すように、鉄心部181bは、周方向一方側(図中、時計回り方向)に空隙193が位置し、周方向他方側(図中、反時計回り方向)に前記空隙193よりも周方向幅が狭い空隙194が位置するように形成されて、鉄心部181bが周方向他方側(図中、時計回り方向)に傾斜する態様で形成される。空隙193は、前記空隙192と周方向幅及び体積が略同一とされ、空隙194は、前記空隙191と周方向幅及び体積が略同一とされる。
図22(b)に示すように第2ロータ部182は、軸方向と直交する同一平面上において周方向一方側に傾斜する鉄心部182aと周方向他方側に傾斜する鉄心部182bとを備え、鉄心部182aの周方向180度反対側が同一形状の鉄心部182a、鉄心部182bの周方向180度反対側が同一形状の鉄心部182bとなるように構成される。図22(b)に示すように、鉄心部182aは、周方向一方側(図中、時計回り方向)に空隙195が位置し、周方向他方側(図中、反時計回り方向)に前記空隙195よりも周方向幅が広い空隙196が位置する態様で形成されて、鉄心部182aが周方向一方側(図中、反時計回り方向)に傾斜する態様で形成される。図22(b)に示すように鉄心部182bは、周方向一方側(図中、時計回り方向)に空隙197が位置し、周方向他方側(図中、反時計回り方向)に前記空隙197よりも周方向幅が狭い空隙198が位置するように形成されて、鉄心部182bが周方向一方側(図中、時計回り方向)に傾斜する態様で形成される。空隙198は、前記空隙195と周方向幅及び体積が略同一とされ、空隙197は、前記空隙196と周方向幅及び体積が略同一とされる。
また、上記のように構成された第1及び第2ロータ部181,182は、図22及び図23に示すように、第1ロータ部181の4つのマグネット162の内の周方向180度反対側に位置するマグネット162と、このマグネット162と同極性の第2ロータ部182の鉄心部182aとが軸方向において重なる態様で配置される。第1ロータ部181のマグネット162の内の残りのマグネット162と、このマグネット162と同極性の第2ロータ部182の鉄心部182bとが軸方向において重なる態様で配置される。また、第2ロータ部182の4つのマグネット172の内の周方向180度反対側に位置するマグネット172と、このマグネット172と同極性の第1ロータ部181の鉄心部181aとが軸方向において重なる態様で配置される。第2ロータ部182のマグネット172の内の残りのマグネット172と、このマグネット172と同極性の第1ロータ部181の鉄心部181bとが軸方向において重なる態様で配置される。
また、第1ロータ部181及び第2ロータ部182の軸方向間では、図23に示すように軸方向長さX1の磁気抵抗部としての軸方向空隙Kを有して各ロータ部181,182が軸方向に重なる態様で配置される。そして、第1ロータ部181のマグネット162の極性(例えばS極)と、第2ロータ部182のマグネット172の極性(例えばN極)とが異なるように構成される。
(SPM構造の第3例)
図24(a)に示すように、第1ロータ部201は、周方向一方側に傾斜する鉄心部201aと、周方向他方側に傾斜する鉄心部201bを備え、鉄心部201aの周方向180度反対側が鉄心部201bとなるように構成される。図24(b)に示すように、第2ロータ部202は、周方向一方側に傾斜する鉄心部202aと、周方向他方側に傾斜する第2鉄心部202bを備え、鉄心部202aの周方向180度反対側が鉄心部202bとなるように構成される。
図24及び図25に示すように、第1及び第2ロータ部201,202は、第1ロータ部201の4つのマグネット162の内の2つのマグネット162と、このマグネット162と同極性の第2ロータ部202の鉄心部202aとが軸方向において重なる態様で配置される。第1ロータ部201のマグネット162の内の残りのマグネット162と、このマグネット162と同極性の第2ロータ部202の鉄心部202bとが軸方向において重なる態様で配置される。また、第2ロータ部202の4つのマグネット172の内の2つのマグネット172と、このマグネット172と同極性の第1ロータ部201の鉄心部201aとが軸方向において重なる態様で配置される。第2ロータ部202の残りのマグネット172とこのマグネット172と同極性の第1ロータ部201の鉄心部201bとが軸方向において重なる態様で配置される。そして、第1ロータ部201及び第2ロータ部202の軸方向間では、図25に示すように軸方向長さX1の磁気抵抗部としての軸方向空隙Kを有して各ロータ部201,202が軸方向に重なる態様で配置される。
(SPM構造の第4例)
図26(a)に示すように、第1ロータ部211は、周方向一方側に傾斜する鉄心部211aと、周方向他方側に傾斜する鉄心部211bを備え、鉄心部211aの周方向180度反対側が同一形状の鉄心部211a、鉄心部211bの周方向180度反対側が同一形状の鉄心部211bとなるように構成される。図26(b)に示すように、第2ロータ部212は、周方向一方側に傾斜する鉄心部212aと、周方向他方側に傾斜する鉄心部212bを備え、鉄心部212aの周方向180度反対側が鉄心部212bとなるように構成される。
図26及び図27に示すように、第1及び第2ロータ部211,212は、第1ロータ部211の4つのマグネット162の内2つのマグネット162と、このマグネット162と同極性の第2ロータ部212の鉄心部212aとが軸方向において重なる態様で配置される。第1ロータ部211のマグネット162の内の残りのマグネット162と、このマグネット162と同極性の第2ロータ部212の鉄心部212bとが軸方向において重なる態様で配置される。また、第2ロータ部212の4つのマグネット172の内の周方向180度反対側に位置するマグネット172と、このマグネット172と同極性の第1ロータ部211の鉄心部211aとが軸方向において重なる態様で配置される。第2ロータ部212の残りのマグネット172と、このマグネット172と同極性の第1ロータ部211の鉄心部211bとが軸方向において重なる態様で配置される。そして、第1ロータ部211及び第2ロータ部212の軸方向間では、図27に示すように軸方向長さX1の磁気抵抗部としての軸方向空隙Kを有して各ロータ部211,212が軸方向に重なる態様で配置される。
なお、上記第1〜第4例の構成ではマグネット飛散防止カバー154を単純な円筒形状としたが、これに限らない。例えば図28に示すように、マグネット飛散防止カバー154の一部に径方向に貫通するとともに軸方向に切り欠かれる切り欠き部154dを形成してもよい。また、第1ロータ部と、第2ロータ部とのそれぞれ個別に対応するべく、例えば図29に示すように、別体の飛散防止カバー155,156を用いる構成を採用してもよい。
10…モータ、21,100,151…ロータ、22…回転軸、23,51,71,81,101,152,153,181,201,211…第1ロータ部、31,41,111,121,161,171…ロータコア、24,52,72,82,102,153,182,202,212…第2ロータ部、33,43,55,55a,55b,58,58a,58b,71c,71d,72c,72d,81c,81d,82c,82d,113,123…マグネット磁極部、34,44…マグネット、37,47,57a,57b,60a,60b,114,124,164,174,181a,181b,182a,182b,201a,201b,202a,202b,211a,211b,212a,212b…鉄心部、36a,36b,46a,46b,56a,56b,59a,59b,115,116,125,126,166,167,176,177,191〜198…空隙、162,172…マグネット磁極部を構成するマグネット、K…磁気抵抗部としての軸方向空隙。

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てマグネット磁極部が形成されるとともに、各マグネット磁極部間には前記ロータコアに形成された鉄心部がそれぞれマグネット磁極部との各境界部に空隙を以て配置され、前記鉄心部を他方の磁極として機能させるように構成されたロータであって、
    前記マグネット磁極部がN極及びS極のいずれか一方の極性とされる第1ロータ部と、該第1ロータ部との磁気抵抗となる磁気抵抗部を介して軸方向に重なる態様で配置されるとともに前記マグネット磁極部が第1ロータ部と異なる極性とされる第2ロータ部とを備え、
    前記第1ロータ部のマグネット磁極部と該マグネット磁極部と同極性の第2ロータ部の前記鉄心部とが軸方向において重なるとともに、第2ロータ部のマグネット磁極部と該マグネット磁極部と同極性の第1ロータ部の前記鉄心部とが軸方向において重なる態様で配置され、
    前記鉄心部は、周方向一方側に傾斜した鉄心部と、周方向他方側に傾斜した鉄心部とを備え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、
    周方向一方側に傾斜する前記鉄心部は、前記第1ロータ部のみに形成され、周方向他方側に傾斜する鉄心部は前記第2ロータ部のみに形成され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、
    前記第1及び第2ロータ部は、軸方向と直交する同一平面上に周方向一方側に傾斜する鉄心部と周方向他方側に傾斜する鉄心部とを備えることを特徴とするロータ。
  4. 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てマグネット磁極部が形成されるとともに、各マグネット磁極部間には前記ロータコアに形成された鉄心部がそれぞれマグネット磁極部との各境界部に空隙を以て配置され、前記鉄心部を他方の磁極として機能させるように構成されたロータであって、
    前記マグネット磁極部がN極及びS極のいずれか一方の極性とされる第1ロータ部と、該第1ロータ部と磁気抵抗となる磁気抵抗部を介して軸方向に重なる態様で配置されるとともに前記マグネット磁極部が第1ロータ部と異なる極性とされる第2ロータ部とを備え、
    前記第1ロータ部のマグネット磁極部と該マグネット磁極部と同極性の第2ロータ部の前記鉄心部とが軸方向において重なるとともに、第2ロータ部のマグネット磁極部と該マグネット磁極部と同極性の第1ロータ部の前記鉄心部とが軸方向において重なる態様で配置され、
    前記空隙は、前記鉄心部の周方向両側に周方向一方側と他方側とで周方向幅の異なる態様で形成され、前記各鉄心部の周方向一方側の空隙同士の周方向幅を足し合わせた総和と周方向他方側の空隙同士の周方向幅を足し合わせた総和とが等しくなるように構成されることを特徴とするロータ。
  5. 請求項1〜4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。
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