JP2014155380A - ロータ及びモータ - Google Patents

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Abstract

【課題】歩留まりの向上が可能なロータを提供する。
【解決手段】ロータ13は、界磁磁石41を軸方向に挟む第1及び第2ロータコア21,31を備え、その各ロータコア21,31は、爪状磁極24,34(突極部)をそれぞれ有する複数の分割コア22,32が周方向に環状に配置されて構成される。
【選択図】図2

Description

本発明は、ロータ及びモータに関するものである。
モータに用いられるロータとしては、周方向に複数の突極部(爪状磁極)を有するロータコアを対で用い、対のロータコアの各突極部が周方向に交互となるように組み合わされるとともにその対のロータコアの軸方向間に界磁磁石を配置し、各突極部を交互にN・S磁極に機能させる所謂ランデル型構造のロータが知られている。因みに、例えば特許文献1に開示のランデル型構造のロータは、対のロータコア及び界磁磁石を2組用いた2段構造をなすものである。
実開平5−43749号公報
ところで、上記のようなロータにおいて、鋼板のプレス打ち抜きによってロータコアを成形する方法が考えられるが、この場合の歩留まり向上の点で改善の余地があった。
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、歩留まりの向上が可能な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ロータは、周方向等間隔に複数の突極部を有する一対のロータコアと、該一対のロータコア間に配置される界磁磁石とを備え、一方の前記ロータコアの突極部と他方の前記ロータコアの突極部とを周方向に交互に配置し、前記界磁磁石にて一方の前記ロータコアの突極部と他方の前記ロータコアの突極部を互いに異なる磁極として構成したロータであって、前記ロータコアは、前記突極部をそれぞれ有する複数の分割コアを周方向に環状に配置してなる。
この構成によれば、各分割コアを略直線上に並ぶように鋼板から打ち抜き、その分割コアを周方向に環状に並べて配置することで、ロータコアを構成することが可能となる。このため、ロータコアを周方向に分割しないで鋼板から打ち抜く場合に比べて、鋼板の無駄を少なくすることが可能となり、その結果、歩留まりを向上させることができる。また、各突極部が分割されるため、磁束を各突極部に均等に分布させやすくなり、その結果、出力向上及びトルク脈動の低減が期待できる。
上記ロータにおいて、前記突極部は、軸方向に延出する爪状磁極よりなることが好ましい。
この構成によれば、ステータに対して径方向に対向する対向面を広くとることが可能となり、出力向上に寄与できる。
上記ロータにおいて、前記爪状磁極は、軸方向に屈曲形成されてなることが好ましい。
この構成によれば、鋼板から打ち抜かれた分割コアの一部を屈曲させることで爪状磁極を容易に形成することが可能となる。
上記ロータにおいて、前記爪状磁極は、軸方向に積層された複数の方向性電磁鋼板よりなることが好ましい。
この構成によれば、爪状磁極を構成する各方向性電磁鋼板の磁化方向を径方向(ステータとの対向方向)に揃えることで、爪状磁極において磁束が径方向に流れやすくなり、その結果、出力向上に寄与できる。
上記ロータにおいて、前記分割コアには、周方向に隣接する分割コア同士を連結する連結部が形成されていることが好ましい。
この構成によれば、隣接する分割コア同士が連結部によって連結されることで、各分割コアが一体化され、その結果、モータ品質の向上に寄与できる。また、各分割コアを一体に連結するための連結部材を別途設けずに構成することが可能となり、その場合には部品点数の増加を抑えることができる。
上記ロータにおいて、前記各ロータコアにおける前記各分割コア同士を連結する分割コア間連結部材を備えていることが好ましい。
この構成によれば、連結部材によって各分割コアが一体化されるため、モータ品質の向上に寄与できる。
上記ロータにおいて、前記一対のロータコア同士を連結するロータコア間連結部材を備えていることが好ましい。
この構成によれば、複数の分割コアよりなる一対のロータコアと界磁磁石とを強固に一体化することが可能となり、モータ品質の向上に寄与できる。
また、上記課題を解決するモータは、上記のロータを備えるモータである。
この構成によれば、歩留まりの良いモータを提供することが可能となる。
本発明のロータ及びモータによれば、歩留まりを向上させることが可能となる。
実施形態のモータの断面図である。 同形態のロータの斜視図である。 同形態のロータ(ロータコア、界磁磁石)の分解斜視図である。 同形態のロータコアの製造態様を説明するための模式図である。 同形態のロータコアの製造態様を説明するための模式図である。 別例のロータの斜視図である。 別例のロータの模式断面図である。 別例のロータの斜視図である。 別例のロータの模式断面図である。 別例のロータの斜視図である。 別例のロータの分解斜視図である。 別例のロータコアの製造態様を説明するための模式図である。 別例のロータの斜視図である。
以下、モータの一実施形態について説明する。
図1に示すように、モータ10の有底円筒状をなすハウジング11には、ステータ12及びロータ13等のモータ構成部品が収容され、ハウジング11の開口部を閉塞するエンドプレート14がその開口部に装着されている。
ステータ12は、径方向内側に向けて延びる複数のティースを有した電機子コア15と、該電機子コア15のティースに巻装されるセグメントコンダクタ巻線(SC巻線)16とを備え、ハウジング11の内周面に固定されている。ステータ12の内側にはロータ13が回転可能に配置され、該ロータ13の回転軸20がハウジング11の底部中央及びエンドプレート14の中央に保持される軸受17a,17bにて回転可能に支持されている。
ハウジング11の底部外側には、給電回路等が構成された回路基板18を収容する回路収容ボックス19が取り付けられ、その回路基板18とステータ12の巻線16とが接続されている。そして、回路基板18から巻線16への給電に基づいてステータ12にて回転磁界が発生し、ロータ13が回転駆動される。
図2及び図3に示すように、ロータ13は、回転軸20と、第1及び第2ロータコア21,31と、界磁磁石41とを備え、所謂ランデル型構造にて構成される。
第1ロータコア21は、互いに同形状をなす複数(本実施形態では5個)の分割コア22が周方向に環状に配置されて構成されている。各分割コア22は、方向性電磁鋼板から打ち抜き成形されたものであり、軸方向視で略扇状をなす基部23と、その基部23の外周面の周方向中央に形成された第1爪状磁極24(突極部)を備えている。
各分割コア22の基部23は、周方向に環状に配置されて円板状のコアベース25を構成している。各基部23の周方向端面(周方向に隣接する基部23同士の境界部位)は、回転軸20の軸線に対する径方向に沿って直線状に形成されている。なお、この周方向に隣接する基部23同士の境界部位は、周方向等間隔に形成されている。
各基部23には、その周方向一端面に連結凸部23a(連結部)が形成され、周方向他端面に連結凹部23b(連結部)が形成されている。連結凸部23a及び連結凹部33bは軸方向視で略円形をなし、各基部23の連結凸部23aは、周方向に隣接する基部23の連結凹部23bに嵌合されている。これにより、隣接する基部23同士が周方向に係止されて互いに離間しないように連結されている。また、各基部23からなる円板状のコアベース25の径中心には、回転軸20が挿通されて接着等により固定される軸固定孔25aが形成されている。
第1爪状磁極24は、1つの分割コア22に1つのみ形成され、第1ロータコア21全体としてみると、周方向等間隔に5個設けられている。第1爪状磁極24は、基部23の外周面から径方向外側に突出する突出部24aと、その突出部24aの突出先端から軸方向一方側に延びる爪部24bとを有している。爪部24bは、突出部24aを直角に屈曲することで形成され、爪部24bの外周面がステータ12と対向する。
第2ロータコア31は、第1ロータコア21と同一構成をなしている。即ち、第2ロータコア31は、基部33(連結凸部33a及び連結凹部33bを含む)及び第2爪状磁極34(突出部34a及び爪部34bを含む)を有する複数の分割コア32から構成され、各分割コア32は、第1ロータコア21の分割コア22と同一形状をなしている。
第1及び第2ロータコア21,31は、第1及び第2爪状磁極24,34の突出側が互いに向かい合うように配置され、第1及び第2爪状磁極24,34が周方向等間隔に交互に、また隣り合う第1及び第2爪状磁極24,34の間に所定の隙間が生じるように組み合わされる。また、第1及び第2ロータコア21,31のコアベース25,35の軸方向間には界磁磁石41が挟持されるように配置される。
界磁磁石41は、円環状をなしその中央部が軸挿通孔41aとなっており、回転軸20は、軸挿通孔41aに挿通されるとともに、各コアベース25,35の軸固定孔25a,35aに挿通されて固定される。また、界磁磁石41の外周面は、径方向に隙間を介して各爪状磁極24,34の裏面(内周面)と対向している。この界磁磁石41は、軸方向に磁化されており、例えば第1ロータコア21と当接する軸方向一側面がN極、第2ロータコア31と当接する軸方向一側面がS極となるように配置されている。つまり、この界磁磁石41にて、第1爪状磁極24がN極、第2爪状磁極34がS極として機能するようになっている。界磁磁石41としては、例えばネオジム磁石が用いられる。
[第1及び第2ロータコアの製造方法]
本実施形態の第1及び第2ロータコア21,31の製造方法及び作用について、図4及び図5に従って説明する。なお、図4及び図5では、第1ロータコア21の製造態様を例にとって図示している。
図4に示すように、まず、電磁鋼板51から複数の分割コア用素材52を打ち抜く。このとき、各分割コア用素材52には、基部23と、その基部23から延出する折り曲げ前の第1爪状磁極24が形成され、この各分割コア用素材52は、折り曲げ前の第1爪状磁極24が互いに平行となるように直線上に並んだ状態で打ち抜かれる。また、各分割コア用素材52は、隣り合うもの同士が基部23の外周縁の端部で繋がっている。また、電磁鋼板51は、一方的な方向のみに磁化しやすい方向性電磁鋼板よりなり、その磁気特性の方向(磁化しやすい方向)と、打ち抜く分割コア用素材52の第1爪状磁極24の延出方向とが一致するように設定している。なお、電磁鋼板51の磁気特性の方向は、電磁鋼板51の圧延方向と一致している。
次に、図5に示すように、打ち抜き後において直線上に一列に並ぶ各分割コア用素材52を環状に構成する。このとき、基部23の連結凹部33bに対し、隣の基部23の連結凸部23aを嵌合させることで、隣り合う基部23同士が互いに離間しないように連結される。これにより、各分割コア用素材52が環状に配置された状態で一体化される。
次に、各分割コア用素材52の第1爪状磁極24を同一方向に直角に屈曲させる。これにより、各第1爪状磁極24に前述の爪部24b(図2及び図3参照)が形成される。
以上の工程によって、図3に示すような、円板状のコアベース25の外周に第1爪状磁極24が周方向等間隔に形成された第1ロータコア21が完成する。なお、第2ロータコア31の製法も、上記第1ロータコア21の製法と同様であるため、その詳細な説明を省略する。
このような製造方法によれば、分割コア22,32(分割コア用素材52)が直線上に並んだ状態で電磁鋼板51から打ち抜かれるため、ロータコアを分割しないで環状のまま打ち抜く場合に比べて、電磁鋼板51の無駄が少なくなり、歩留まりが向上される。また、各ロータコア21,31のコアベース25,35が爪状磁極24,34毎に等間隔に分割された構成となるため、磁束を爪状磁極24,34に均等に分布させやすくなり、その結果、出力向上及びトルク脈動の低減が期待できる。
次に、本実施形態の特徴的な効果を記載する。
(1)各ロータコア21,31は、爪状磁極24,34(突極部)をそれぞれ有する複数の分割コア22,32が周方向に環状に配置されて構成される。これにより、各分割コア22,32(分割コア用素材52)を直線上に並ぶように電磁鋼板51から打ち抜き、その分割コア22,32を周方向に環状に並べて配置することで、ロータコア21,31を構成することが可能となる。このため、ロータコアを周方向に分割しないで鋼板から打ち抜く場合に比べて、電磁鋼板51の無駄を少なくすることが可能となり、その結果、歩留まりを向上させることができる。また、各ロータコア21,31のコアベース25,35が爪状磁極24,34毎に等間隔に分割された構成となるため、磁束を爪状磁極24,34に均等に分布させやすくなり、その結果、出力向上及びトルク脈動の低減が期待できる。
(2)各ロータコア21,31の突極部が軸方向に延出する爪状磁極24,34よりなるため、ステータ12に対して径方向に対向する対向面を軸方向に広くとることが可能となり、出力向上に寄与できる。
(3)爪状磁極24,34は、軸方向に屈曲形成されてなるため、電磁鋼板51から打ち抜かれた分割コア用素材52の一部を屈曲させるだけで、軸方向に延出する爪状磁極24,34を容易に形成することができる。
(4)分割コア22,32の基部23,33には、周方向に隣接する基部23,33同士を連結する連結凸部23a,33a及び連結凹部23b,33bが形成される。これにより、隣接する基部23,33同士を互いに離間しないように強固に連結させることができ、その結果、モータ品質の向上に寄与できる。また、分割コア22,32をそれぞれ一体に連結するための連結部材を別途設けずに構成することが可能となり、部品点数の増加を抑えることができる。
(5)分割コア22,32を構成する方向性電磁鋼板の磁気特性の方向が径方向に設定されているため、基部23,33と爪状磁極24,34との間で磁束を流しやすくすることができ、これにより、出力の向上に寄与できる。
なお、上記実施形態は、以下のように変更してもよい。
・上記実施形態において、一対のロータコア21,31同士を連結するロータコア間連結部材を設けてもよい。
例えば、図6及び図7に示す構成では、界磁磁石41を各ロータコア21,31で軸方向に挟んだ一体部品を更に軸方向両側から挟む一対の保持プレート61と、各保持プレート61を軸方向に互いに離間しないように連結する非磁性体のリベット62とを備えている。本例では、保持プレート61及びリベット62がロータコア間連結部材を構成している。
保持プレート61は、非磁性体よりなる円板部材である。保持プレート61は、ロータコア21,31の軸方向外側端面と当接され、その保持プレート61の径は、各爪状磁極24,34の外径と等しく形成されている。
リベット62は、第1ロータコア21を構成する分割コア22,32と同数(本例では5個)に設定され、周方向等間隔に設けられている。各リベット62は、第1ロータコア21の基部23、界磁磁石41、第2ロータコア31の基部33及び各保持プレート61を軸方向に貫通するとともに、各リベット62の軸方向(長手方向)の両端がかしめられることによって、その両端で保持プレート61と軸方向に係止されている。つまり、リベット62は、保持プレート61同士を連結するとともに、各分割コア22,32の基部23,33及び界磁磁石41を貫通することで、その基部23,33及び界磁磁石41に対して周方向及び径方向に係合されている。
このような構成によれば、一対のロータコア21,31と界磁磁石41とを強固に一体化することが可能となり、分割コア22,32の径方向に離脱してしまうことを抑制することができ、その結果、モータ品質の向上に寄与できる。なお、このような保持プレート61及びリベット62を備えた構成では、分割コア22,32の基部23,33には、上記実施形態のような連結凸部23a,33a及び連結凹部23b,33bを形成してもよく、また、連結凸部23a,33a及び連結凹部23b,33bを省略して周方向に隣接する基部23,33同士を単に当接させるだけの構成としてもよい。連結凸部23a,33a及び連結凹部23b,33bを省略した場合には、分割コア22,32の形状を簡素化できる。
・上記実施形態では、分割コア22,32は、基部23,33に一体形成した連結部(連結凸部23a,33a及び連結凹部23b,33b)によって隣接するもの同士で互いに連結されたが、これに限らず、別体の分割コア間連結部材によって分割コア22,32をそれぞれ一体化するように構成してもよい。
例えば、図8及び図9に示す例では、各分割コア22,32の基部23,33の内周端部から軸方向外側(反界磁磁石側)に延出する延出部63が形成され、基部23,33が環状化に配置された状態では、延出部63が回転軸20周りに環状に配置される。そして、環状に配置された延出部63には、リング状の分割コア間連結部材64が外嵌されている。これにより、各ロータコア21,31において、分割コア22,32の基部23,33が一体に連結される。このような構成によれば、第1及び第2ロータコア21,31の分割コア22,32をそれぞれ分割コア間連結部材64によって強固に一体化させることが可能となるため、モータ品質の向上に寄与できる。
・上記実施形態では、爪状磁極24,34(特に、軸方向に延びる爪部24b,34b)は、分割コア用素材52の一部を屈曲させることで形成されたが、これ以外に例えば、複数の電磁鋼板(方向性電磁鋼板)を軸方向に積層することで爪状磁極(爪部)を構成してもよい。
例えば、図10及び図11に示すように、爪状磁極24,34は、基部23,33に一体形成された突出部24a,34aの突出先端から軸方向一方側に延びる爪部24c,34cをそれぞれ有している。各爪部24c,34cは、突出部24a,34aの突出先端にシート部材65が複数枚積層されることで、軸方向に延びる形状をなしている。なお、各爪部24c,34cは、同数のシート部材65から構成されている。各シート部材65は互いに同形状をなし、軸方向に積層される各シート部材65及び突出部24a,34aの先端部は、かしめ固定部66にて互いに固定されている。また、このシート部材65は方向性電磁鋼板よりなり、各シート部材65の磁気特性の方向(磁化しやすい方向)が径方向に沿うように形成されている。
次に、上記構成におけるロータコア21,31の製造態様について、図12に従って説明する。なお、図12には、第1ロータコア21の製造態様を例にとって図示している。同図に示すように、基部23と突出部24a(第1爪状磁極24の一部)を構成する分割コア用素材67と、前記シート部材65とが、同一の電磁鋼板68から打ち抜き成形される。このとき、各分割コア用素材67は、突出部24aが互いに平行となるように直線上に並んだ状態で打ち抜かれ、シート部材65の打ち抜き型は、その各分割コア用素材67の突出部24aの間の位置に設定されている。このようなレイアウトで、各分割コア用素材67及び各シート部材65を打ち抜くことで、電磁鋼板51の無駄をより少なくすることができ、更なる歩留まりの向上に寄与できる。また、分割コア用素材67の突出部24aの延出方向、及びシート部材65の径方向(図12においてシート部材65の短手方向)は、電磁鋼板68の磁気特性の方向と一致するように設定している。
各分割コア用素材67と各シート部材65を打ち抜いた後、各分割コア用素材67の基部23を環状に連結し、各分割コア用素材67の突出部24aにシート部材65を軸方向(分割コア用素材67の板厚方向)に積層してかしめ固定することで、第1ロータコア21が完成する。また、第2ロータコア31の製造態様は、第1ロータコア21の製造態様と同様である。
なお、基部23を環状に連結する工程と、突出部24aに対してシート部材65を積層する工程とは、その順序は問わず、どちらの工程が先であってもよい。また、各シート部材65と突出部24aとの固定は、かしめ固定以外に例えば、接着固定としてもよい。
このような構成によっても、電磁鋼板68の無駄を少なくして歩留まりを向上させることが可能となる。また、第1及び第2爪状磁極24,34の爪部24c,34c(各シート部材65)の磁気特性を径方向と一致させることができるため、爪部24c,34cにおいて磁束が径方向に流れやすくなり、その結果、出力向上に寄与できる。
なお、図10〜図12に示す例では、各分割コア22,32同士を連結する連結凸部23a,33a及び連結凹部23b,33bを楔状としているが、上記実施形態のように円形としてもよい。また反対に、上記実施形態の円形の連結凸部23a,33a及び連結凹部23b,33bを楔状としてもよい。また、連結凸部23a,33a及び連結凹部23b,33bは、基部23にそれぞれ1つずつ形成されたが、それぞれ2つずつ以上形成してもよい。
・図13に示すように、螺旋状に積層された複数の分割コア71によって第1及び第2ロータコア70a,70bを構成してもよい。詳述すると、分割コア71は、上記実施形態の基部23,33と同様の基部72と、基部72から径方向外側に突出する突極部73とを有している。各分割コア71は、電磁鋼板から直線上に配列されるように打ち抜き成形されたものであり、打ち抜き後において、直線上に配列される各分割コア71を螺旋状に積層していくことで、分割コア71が環状に配置され、かつ軸方向に積層される。つまり、本例のロータコア70a,70bでは、周方向に環状化され、かつ軸方向に積層された基部72によりコアベース74が構成され、そのコアベース74の外周の突極部は、分割コア71の突極部73が軸方向に積層されて構成される。つまり、本例の構成は、軸方向に延びる爪部24b,34b(上記実施形態を参照)が省略された構成であるが、突極部73を有する各分割コア71が軸方向に積層された構成であるため、ステータ12に対して径方向に対向する対向面を軸方向に広くとることが可能となっている。また、各分割コア71は、軸方向に積層された基部72がかしめ固定部75にて軸方向にかしめられることで、一体に連結される。また、第1ロータコア70aの突極部73と、第2ロータコア70bの突極部73とは、軸方向視で周方向に交互に配置され、一方の突極部73と他方の突極部73とが互いに異なる磁極として構成される。
このような構成によっても、電磁鋼板51の無駄をより少なくすることが可能となり、歩留まりの向上に寄与できる。
・上記実施形態や図6〜図13に示す別例において、ロータコア21,31,70a,70bの突極部(爪状磁極24,34及び突極部73)の個数等の構成は、適宜変更してもよい。
・上記実施形態では、隣接する分割コア22,32同士を連結凸部23a,33a及び連結凹部23b,33bにて連結したが、これ以外に例えば、接着固定により連結してもよい。
・上記実施形態や図12に示す例では、分割コア用素材52,67が隣り合うもの同士で繋がるように打ち抜いたが、これに限らず、それぞれの分割コア用素材52,67が離別されるように打ち抜いてもよい。
・上記実施形態では、ロータ13をステータ12の内周側に配置したインナロータ型のモータ10に具体化したが、これに特に限定されるものではなく、ロータをステータの外周側に配置したアウタロータ型のモータに具体化してもよい。
・上記の他、ロータ13のみならず、モータ10の構成を適宜変更してもよい。
10…モータ、12…ステータ、13…ロータ、21,70a…第1ロータコア(ロータコア)、22,32,71…分割コア、23a…連結凸部(連結部)、23b…連結凹部(連結部)、24…第1爪状磁極(突極部)、31,70b…第2ロータコア(ロータコア)、33a…連結凸部(連結部)、33b…連結凹部(連結部)、34…第2爪状磁極(突極部)、41…界磁磁石、61…保持プレート(ロータコア間連結部材)、62…リベット(ロータコア間連結部材)、64…分割コア間連結部材、73…突極部。

Claims (8)

  1. 周方向等間隔に複数の突極部を有する一対のロータコアと、該一対のロータコア間に配置される界磁磁石とを備え、一方の前記ロータコアの突極部と他方の前記ロータコアの突極部とを周方向に交互に配置し、前記界磁磁石にて一方の前記ロータコアの突極部と他方の前記ロータコアの突極部を互いに異なる磁極として構成したロータであって、
    前記ロータコアは、前記突極部をそれぞれ有する複数の分割コアを周方向に環状に配置してな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、
    前記突極部は、軸方向に延出する爪状磁極よりなる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、
    前記爪状磁極は、軸方向に屈曲形成されてなる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、
    前記爪状磁極は、軸方向に積層された複数の方向性電磁鋼板よりなることを特徴とするロータ。
  5. 請求項1〜4のいずれか1項に記載のロータにおいて、
    前記分割コアには、周方向に隣接する分割コア同士を連結する連結部が形成されていることを特徴とするロータ。
  6. 請求項1〜5のいずれか1項に記載のロータにおいて、
    前記各ロータコアにおける前記各分割コア同士を連結する分割コア間連結部材を備えていることを特徴とするロータ。
  7. 請求項1〜6のいずれか1項に記載のロータにおいて、
    前記一対のロータコア同士を連結するロータコア間連結部材を備えていることを特徴とするロータ。
  8. 請求項1〜7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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