JP2013219930A - ロータ - Google Patents

Abstract

【課題】高出力化や小型軽量化や低コスト化を図ることができるとともに、簡単な構成で永久磁石の軸方向の飛び出しを防止することができるロータを提供すること。
【解決手段】ロータ１１は、ロータコア１３の周方向に一方の磁極を構成する永久磁石１４が複数配置されるとともに、ロータコア１３に設けられた突極１３ｃが各永久磁石１４間に空隙Ｋを以て配置され、突極１３ｃを他方の磁極として機能するように構成される。そして、非磁性体よりなり、空隙Ｋに軸方向から挿入される圧入突起２２ｂを有し、該圧入突起２２ｂがロータコア１３と圧接して固定され、永久磁石１４の軸方向端部を覆うプレート２２を備える。
【選択図】図２

Description

本発明は、コンシクエントポール型構造のロ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、ロータコアの外周面の周方向に一方の磁極を構成する永久磁石が複数配置されるとともに、該ロータコアに一体形成された突極が各永久磁石間に空隙を以て配置され、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。このようなロータでは、例えば、高出力化や小型軽量化や低コスト化を図ることが可能となる。

又、ロータとしては、永久磁石を含むロータコアの外周と永久磁石の軸方向両端部とを覆うようにシュリンクチューブが収縮固定されたものがある（例えば、特許文献２参照）。このようなロータでは、シュリンクチューブによって、例えば、接着された永久磁石をより強固にコアに固定させることができるとともに、何らかの理由で永久磁石が破損しても、その破片が飛散してしまうことを防止することができる。

特開平９−３２７１３９号公報 特許第３５９２０８９号公報

しかしながら、上記のようなシュリンクチューブを用いたロータでは、例えば、モータを大出力下で使用する場合等にあっては、たとえ永久磁石を接着にシュリンクチューブを加えて固定したとしてもその固定力が不十分となり、永久磁石が剥れシュリンクチューブを破って飛び出してしまう虞がある。

本発明は、上記問題点を解決するためになされたものであって、その目的は、高出力化や小型軽量化や低コスト化を図ることができるとともに、簡単な構成で永久磁石の軸方向の飛び出しを防止することができるロータを提供することにある。

請求項１に記載の発明では、ロータコアの周方向に一方の磁極を構成する永久磁石が複数配置されるとともに、前記ロータコアに設けられた突極が各永久磁石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、非磁性体よりなり、前記ロータコアに周方向及び径方向の少なくとも一方に圧接して固定され、前記永久磁石の軸方向端部を覆うプレートを備えたことを要旨とする。

同構成によれば、ロータコアの周方向に一方の磁極を構成する永久磁石が複数配置されるとともに、前記ロータコアに設けられた突極が各永久磁石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るため、例えば、高出力化や小型軽量化や低コスト化を図ることが可能となる。

そして、非磁性体よりなり、ロータコアに周方向及び径方向の少なくとも一方に圧接して固定され、永久磁石の軸方向端部を覆うプレートを備えるため、例えば、シュリンクチューブで覆うもののようなシュリンクチューブの破れを回避することができ、簡単な構成で永久磁石の軸方向の飛び出しを防止することができる。

請求項２に記載の発明では、請求項１に記載のロータにおいて、前記プレートは、前記ロータコアにおける前記突極と前記永久磁石間の空隙に軸方向から挿入される圧入突起を有し、該圧入突起が前記ロータコアと圧接して固定されたことを要旨とする。

同構成によれば、プレートは、ロータコアにおける突極と永久磁石間の空隙に軸方向から挿入される圧入突起を有し、該圧入突起がロータコアと圧接して固定されるため、突極と永久磁石間の空隙を利用した構成となり、例えば、ロータコアにプレートの一部を圧入するための新たな被圧入部等を形成することなく、簡単な構成とすることができる。

請求項３に記載の発明では、請求項２に記載のロータにおいて、前記圧入突起は、前記突極を周方向に挟持するように圧接して固定されたことを要旨とする。
同構成によれば、圧入突起は、前記突極を周方向に挟持するように圧接して固定されるため、永久磁石側に周方向の圧力が掛からない構成とすることができ、例えば、周方向の圧力による永久磁石の破損等を防止することができる。

請求項４に記載の発明では、請求項１乃至３のいずれか１項に記載のロータにおいて、前記ロータコアは、その外周面に前記永久磁石が固定される複数の磁石固定凹部が形成されることで、該磁石固定凹部間に前記突極が形成されるものであって、非磁性体よりなり、前記永久磁石を含む前記ロータコアの外周に前記永久磁石を前記磁石固定凹部に圧接するように外嵌される円筒カバー部材を備えたことを要旨とする。

同構成によれば、ロータコアは、その外周面に永久磁石が固定される複数の磁石固定凹部が形成されることで、該磁石固定凹部間に突極が形成される所謂表面磁石型のものである。このような表面磁石型の場合、永久磁石の径方向外側への飛び出しが懸念されるが、非磁性体よりなり、永久磁石を含むロータコアの外周に永久磁石を磁石固定凹部に圧接するように外嵌される円筒カバー部材を備えるため、永久磁石の径方向外側への飛び出しは防止される。

請求項５に記載の発明では、請求項４に記載のロータにおいて、前記プレートは、前記ロータコアの軸方向端部から軸方向に突出した前記円筒カバー部材の軸方向突出部に圧入されることを要旨とする。

同構成によれば、プレートは、ロータコアの軸方向端部から軸方向に突出した円筒カバー部材の軸方向突出部に圧入されるため、より強固に固定され、永久磁石の軸方向の飛び出しをより防止することができる。

請求項６に記載の発明では、請求項５に記載のロータにおいて、前記円筒カバー部材は、前記軸方向突出部から更に軸方向に突出するとともに突出するほど径が大きくなる圧入案内部を有することを要旨とする。

同構成によれば、円筒カバー部材は、軸方向突出部から更に軸方向に突出するとともに突出するほど径が大きくなる圧入案内部を有するため、円筒カバー部材に対するプレートの軸直交方向の位置決めが容易となり、その組み付けが容易となる。

請求項７に記載の発明では、請求項１乃至６のいずれか１項に記載のロータにおいて、前記プレートは、前記永久磁石の軸方向端部を軸方向に付勢する付勢部を有することを要旨とする。

同構成によれば、プレートは、永久磁石の軸方向端部を軸方向に付勢する付勢部を有するため、永久磁石が軸方向にがたつくことが防止される。

本発明によれば、高出力化や小型軽量化や低コスト化を図ることができるとともに、簡単な構成で永久磁石の軸方向の飛び出しを防止することができるロータを提供することができる。

本実施の形態におけるモータの一部断面平面図。 本実施の形態におけるロータの一部分解斜視図。 本実施の形態におけるロータの一部断面図。 別例におけるロータの一部断面図。 別例におけるロータの一部分解斜視図。 別例におけるロータの一部断面図。 別例におけるロータの一部分解斜視図。 別例におけるロータの一部断面図。

以下、本発明を具体化した一実施の形態を図１〜図３に従って説明する。
図１に示すように、モータ１のステータ２は、電機子コア３を備える。電機子コア３は、環状部４と該環状部４から径方向内側に延びる周方向に複数のティース５とを有する。本実施形態では、ティース５、及びティース５間に形成されるスロットＳは、それぞれ６０個形成されている。電機子コア３には、複数のセグメント導体６同士が電気的に接続されて構成される３相（Ｕ相、Ｖ相、Ｗ相）のセグメント巻線７が巻装されている。尚、前記セグメント導体６とは、周方向位置の異なるスロットＳを貫通するとともにスロットＳ内において異なる径方向位置（内側と外側）に配置される２本の直線部と、それら直線部を繋ぐ連結部とを有して略Ｕ字状に形成されたものである。

図１に示すように、ロータ１１は、前記ステータ２に対して回転可能に支持された回転軸１２に固定され、ステータ２の内側に配置されている。本実施の形態のロータ１１は、コンシクエントポール型のロータである。

図１〜図３に示すように、ロータ１１は、ロータコア１３を有し、該ロータコア１３の中心孔１３ａに回転軸１２（図１及び図３参照）が圧入されている。尚、本実施形態の回転軸１２は、非磁性体の金属シャフトである。

ロータコア１３の外周面には、周方向に５個の磁石固定凹部１３ｂが等角度間隔に、軸方向全体に凹設されている。そして、その磁石固定凹部１３ｂが形成されることで、ロータコア１３の外周面（磁石固定凹部１３ｂの間）には５個の突極１３ｃが形成されている。

各磁石固定凹部１３ｂには、前記突極１３ｃの周方向側端面と周方向に僅かに離間させて（空隙Ｋを以て）永久磁石１４が固定されている。５個の永久磁石１４は、ロータコア１３に対して、径方向内側の面がＳ極に、径方向外側（ステータ２側）の面がＮ極となるように配置されている。これにより、永久磁石１４に対し周方向に隣り合う突極１３ｃの外側面（ステータ２側の面）は永久磁石１４の外側面と異なる磁極であるＳ極となる。

又、本実施形態のロータコア１３は、前記突極１３ｃの径方向内側に軸方向に貫通する貫通孔１３ｄを有している。本実施形態の貫通孔１３ｄは、前記突極１３ｃの角度（軸方向から見て回転軸１２を軸中心とした場合の１つの突極１３ｃが形成される範囲の角度）よりも大きな角度の範囲で形成され、その径方向外側における周方向中央（突極１３ｃの周方向中央と対応した位置）には、径方向外側に突出した貫通孔突出部１３ｅが形成されている。尚、この貫通孔１３ｄは、永久磁石１４と突極１３ｃ間の磁路（その断面積）が確保されるように、その形状や大きさが設定されている。例えば、前記貫通孔突出部１３ｅは、貫通孔１３ｄの他の部分よりも最も径方向外側まで形成されるが、突極１３ｃの周方向中央と対応させることで突極１３ｃとその両隣りの永久磁石１４と間の各磁路が局部的に小さくなって効率を低下させるといったことがないように設定されている。

又、図２及び図３に示すように、ロータ１１は、永久磁石１４を含むロータコア１３の外周に、非磁性体（本実施形態ではステンレス材）よりなり、永久磁石１４を磁石固定凹部１３ｂに圧接するように外嵌される円筒カバー部材２１を備えている。本実施形態の円筒カバー部材２１は、単純な円筒であって、その軸方向長さはロータコア１３の軸方向長さと同じに設定されている。

又、ロータ１１は、非磁性体（本実施形態ではステンレス材）よりなり、ロータコア１３に周方向及び径方向の少なくとも一方に圧接して固定され、永久磁石１４の軸方向端部を覆う一対のプレート２２を備えている。

詳述すると、本実施形態のプレート２２は、前記円筒カバー部材２１の外径と同じ外径の円盤形状に形成され、その中心孔２２ａの直径（内径）は、回転軸１２の外径よりも大きく設定されている。

そして、プレート２２は、ロータコア１３における突極１３ｃと永久磁石１４間の各空隙Ｋに軸方向から挿入される圧入突起２２ｂを有し、該圧入突起２２ｂがロータコア１３と圧接して固定されている。詳しくは、本実施形態の圧入突起２２ｂは、突極１３ｃを周方向に挟持するように圧接（突極１３ｃの周方向側端面と圧接）して固定されている。尚、本実施形態の圧入突起２２ｂは、永久磁石１４の周方向側端面とは僅かな隙間を有するように設定されている。

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。
上記モータ１では、図示しない電源からセグメント巻線７に駆動電流が供給されると、ステータ２でロータ１１を回転させるための磁界が発生され、ティース５とロータ１１間で磁束が授受されつつロータ１１が回転駆動される。この際、永久磁石１４には遠心力が掛かるが、円筒カバー部材２１にて永久磁石１４の径方向外側への飛び出しは規制される。又、振動等が発生しても、プレート２２にて永久磁石１４の軸方向の飛び出しは規制される。

次に、上記実施の形態の特徴的な効果を以下に記載する。
（１）ロータコア１３の周方向に一方の磁極を構成する永久磁石１４が複数配置されるとともに、ロータコア１３に設けられた突極１３ｃが各永久磁石１４間に空隙Ｋを以て配置され、前記突極１３ｃを他方の磁極として機能するように構成されるため、例えば、高出力化や小型軽量化や低コスト化を図ることが可能となる。

そして、非磁性体よりなり、ロータコア１３に周方向及び径方向の少なくとも一方に圧接して固定され、永久磁石１４の軸方向端部を覆うプレート２２を備えるため、例えば、シュリンクチューブで覆うもののようなシュリンクチューブの破れを回避することができ、簡単な構成で永久磁石１４の軸方向の飛び出しを防止することができる。

（２）プレート２２は、ロータコア１３における突極１３ｃと永久磁石１４間の空隙Ｋに軸方向から挿入される圧入突起２２ｂを有し、該圧入突起２２ｂがロータコア１３と圧接して固定される。よって、突極１３ｃと永久磁石１４間の空隙Ｋを利用した構成となり、例えば、ロータコア１３にプレートの一部を圧入するための新たな被圧入部等を形成することなく、簡単な構成とすることができる。

（３）圧入突起２２ｂは、突極１３ｃを周方向に挟持するように圧接して固定されるため、永久磁石１４側に周方向の圧力が掛からない構成とすることができ、例えば、周方向の圧力による永久磁石１４の破損等を防止することができる。

（４）ロータコア１３は、その外周面に永久磁石１４が固定される複数の磁石固定凹部１３ｂが形成されることで、該磁石固定凹部１３ｂ間に突極１３ｃが形成される所謂表面磁石型のものである。このような表面磁石型の場合、永久磁石１４の径方向外側への飛び出しが懸念されるが、非磁性体よりなり、永久磁石１４を含むロータコア１３の外周に永久磁石１４を磁石固定凹部１３ｂに圧接するように外嵌される円筒カバー部材２１を備えるため、永久磁石１４の径方向外側への飛び出しは防止される。

上記実施形態は、以下のように変更してもよい。
・上記実施形態では、円筒カバー部材２１は単純な円筒であって、一対のプレート２２が設けられる構成としたが、これに限定されず、例えば、図４に示すように、円筒カバー部材３１は、その軸方向一端部に永久磁石１４の軸方向一端部を覆う被覆部３１ａを有し、プレート３２は、永久磁石１４の軸方向他端部側のみに設けられる構成としてもよい。このようにすると、上記実施形態に比べて、部品点数を低減することができる。

又、この例（図４参照）の円筒カバー部材３１は、ロータコア１３の軸方向端部から軸方向に突出した軸方向突出部３１ｂを有し、プレート３２は、前記軸方向突出部３１ｂに圧入される構成とされている。このようにすると、プレート３２は、より強固に固定され、永久磁石１４の軸方向の飛び出しをより防止することができる。

又、この例（図４参照）の円筒カバー部材３１は、前記軸方向突出部３１ｂから更に軸方向に突出するとともに突出するほど径が大きくなる圧入案内部３１ｃを有している。このようにすると、組み付け時にプレート３２が圧入案内部３１ｃに案内されるため、円筒カバー部材３１に対するプレート３２の軸直交方向の位置決めが容易となり、その組み付けが容易となる。

・上記実施形態では、ロータ１１は、表面磁石型のものとしたが、これに限定されず、例えば、図５及び図６に示すように、ロータコア４１が、永久磁石４２が軸方向から挿入される複数の磁石収容孔４１ａを有するものとされた所謂埋込磁石型のものとしてもよい。尚、勿論、この場合も、ロータコア４１には、永久磁石４２間に空隙Ｋを以て突極４１ｂが形成され、該突極４１ｂが永久磁石４２とは異なる磁極として機能する構成（コンシクエントポール型）とされている。そして、この例（図５及び図６参照）では、上記実施形態の円筒カバー部材２１は設けられず、プレート４３は、ロータコア４１の外径と同じ外径の円盤形状に形成され、上記実施形態の圧入突起２２ｂと同様の圧入突起４３ａを備えている。

このようにすると、円筒カバー部材２１を設けることなく、永久磁石４２の径方向外側への飛び出しは防止される。
・上記実施形態では、プレート２２は、ロータコア１３における突極１３ｃと永久磁石１４間の空隙Ｋに軸方向から挿入される圧入突起２２ｂ（４３ａ）を有し、該圧入突起２２ｂがロータコア１３と圧接して固定されるとしたが、プレートはロータコアに周方向及び径方向の少なくとも一方に圧接して固定されれば、他の構成に変更してもよい。

例えば、図７に示すように、変更してもよい。この例（図７参照）では、上記別例（図５及び図６参照）のプレート４３における圧入突起４３ａが、ロータコア４１の上記実施形態と同様の貫通孔１３ｄ（詳しくはその貫通孔突出部１３ｅ）に軸方向から挿入される内側圧入突起５１ａに変更されたプレート５１が用いられ、該内側圧入突起５１ａがロータコア４１と圧接して固定されている。この構成では、まずロータコア４１は、突極４１ｂの径方向内側に軸方向に貫通する貫通孔１３ｄを有するため、永久磁石４２と突極４１ｂ間の磁路（その断面積）を確保しながら、軽量化を図ることができる。しかも、プレート５１は、ロータコア４１における貫通孔１３ｄ（詳しくはその貫通孔突出部１３ｅ）に軸方向から挿入される内側圧入突起５１ａを有し、該内側圧入突起５１ａがロータコア４１と圧接して固定される。よって、前記貫通孔１３ｄを利用した構成となり、ロータコア４１にプレートの一部を圧入するための新たな被圧入部等を形成することなく、簡単な構成とすることができる。

又、勿論、プレートは、前記圧入突起２２ｂ（４３ａ）と前記内側圧入突起５１ａとを共に有したものに変更してもよい。
・上記実施形態のプレート２２は、図８に示すように、永久磁石１４の軸方向端部を軸方向に付勢する付勢部２２ｃを有するものとしてもよい。このようにすると、永久磁石１４が軸方向にがたつくことが防止される。尚、この例（図８参照）の付勢部２２ｃは、板状のプレート２２から切り起こすことで形成されている。又、上記した圧入突起２２ｂ（４３ａ）及び内側圧入突起５１ａについても、板状のプレートから切り起こすことで形成してもよい。

・上記実施形態では、圧入突起２２ｂは、突極１３ｃを周方向に挟持するように圧接（突極１３ｃの周方向側端面と圧接）して固定され、永久磁石１４の周方向側端面とは僅かな隙間を有するとしたが、永久磁石１４の周方向側端面にも圧接して固定されるようにしてもよい。又、上記実施形態では、特に言及していないが、圧入突起２２ｂは、ロータコア１３と径方向に圧接して固定されるようにしてもよい。又、プレート２２（３２，４３，５１）は、回転軸１２に対しても圧入固定されるようにしてもよい。

・上記実施の形態では、円筒カバー部材２１及びプレート２２はステンレス材よりなるとしたが、それぞれ他の非磁性体よりなるものに変更してもよい。
上記各実施の形態から把握できる技術的思想について、以下にその効果とともに記載する。

（イ）請求項１乃至３、及び請求項１乃至３のいずれか１つに従属する請求項７のいずれか１項に記載のロータにおいて、前記ロータコアは、前記永久磁石が軸方向から挿入される複数の磁石収容孔を有するものであることを特徴とするロータ。

同構成によれば、ロータコアは、前記永久磁石が軸方向から挿入される複数の磁石収容孔を有する所謂埋込磁石型のものであるため、永久磁石の径方向外側への飛び出しは防止される。

（ロ）請求項４乃至６、及び請求項４乃至６のいずれか１つに従属する請求項７のいずれか１項に記載のロータにおいて、前記円筒カバー部材は、その軸方向一端部に前記永久磁石の軸方向一端部を覆う被覆部を有し、前記プレートは、前記永久磁石の軸方向他端部側のみに設けられたことを特徴とするロータ。

同構成によれば、円筒カバー部材は、その軸方向一端部に永久磁石の軸方向一端部を覆う被覆部を有し、プレートは、永久磁石の軸方向他端部側のみに設けられるため、例えば、円筒カバー部材が被覆部を有さず、プレートが永久磁石の軸方向両端部側にそれぞれ設けられる場合に比べて、部品点数を低減することができる。

（ハ）請求項１乃至７、及び上記（イ）、（ロ）のいずれか１つに記載のロータにおいて、前記ロータコアは、前記突極の径方向内側に軸方向に貫通する貫通孔を有するものであり、前記プレートは、前記ロータコアにおける前記貫通孔に軸方向から挿入される内側圧入突起を有し、該内側圧入突起が前記ロータコアと圧接して固定されたことを特徴とするロータ。

同構成によれば、ロータコアは、突極の径方向内側に軸方向に貫通する貫通孔を有するため、永久磁石と突極間の磁路（その断面積）を確保しながら、軽量化を図ることができる。しかも、プレートは、ロータコアにおける前記貫通孔に軸方向から挿入される内側圧入突起を有し、該内側圧入突起がロータコアと圧接して固定されるため、前記貫通孔を利用した構成となり、ロータコアにプレートの一部を圧入するための新たな被圧入部等を形成することなく、簡単な構成とすることができる。

１３，４１…ロータコア、１３ｂ…磁石固定凹部、１３ｃ，４１ｂ…突極、１４，４２…永久磁石、２１，３１…円筒カバー部材、２２，３２，４３，５１…プレート、２２ｂ，４３ａ…圧入突起、２２ｃ…付勢部、３１ｂ…軸方向突出部、３１ｃ…圧入案内部、Ｋ…空隙。

Claims (7)

1. ロータコアの周方向に一方の磁極を構成する永久磁石が複数配置されるとともに、前記ロータコアに設けられた突極が各永久磁石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、
   非磁性体よりなり、前記ロータコアに周方向及び径方向の少なくとも一方に圧接して固定され、前記永久磁石の軸方向端部を覆うプレートを備え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、
   前記プレートは、前記ロータコアにおける前記突極と前記永久磁石間の空隙に軸方向から挿入される圧入突起を有し、該圧入突起が前記ロータコアと圧接して固定された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、
   前記圧入突起は、前記突極を周方向に挟持するように圧接して固定されたことを特徴とするロータ。
4. 請求項１乃至３のいずれか１項に記載のロータにおいて、
   前記ロータコアは、その外周面に前記永久磁石が固定される複数の磁石固定凹部が形成されることで、該磁石固定凹部間に前記突極が形成されるものであって、
   非磁性体よりなり、前記永久磁石を含む前記ロータコアの外周に前記永久磁石を前記磁石固定凹部に圧接するように外嵌される円筒カバー部材を備え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、
   前記プレートは、前記ロータコアの軸方向端部から軸方向に突出した前記円筒カバー部材の軸方向突出部に圧入されることを特徴とするロータ。
6. 請求項５に記載のロータにおいて、
   前記円筒カバー部材は、前記軸方向突出部から更に軸方向に突出するとともに突出するほど径が大きくなる圧入案内部を有することを特徴とするロータ。
7. 請求項１乃至６のいずれか１項に記載のロータにおいて、
   前記プレートは、前記永久磁石の軸方向端部を軸方向に付勢する付勢部を有することを特徴とするロータ。