JP2014176128A - モータ - Google Patents

Abstract

【課題】ロータの磁気バランスの悪化を抑えることができるモータを提供する。
【解決手段】モータ１１は、有底筒状のヨークハウジング１３及び該ヨークハウジング１３の開口部を閉塞するエンドプレートを有するケース内に、ロータ２１及びステータ１６とを備える。ステータ１６のステータコア１７には複数のティース１７ａが形成される。ティース１７ａの先端面１８ｃにおける周方向略中心に、磁気飽和させるためのティース側溝部５０が形成されている。
【選択図】図２

Description

本発明は、ケース内にステータとロータとを収容するモータに関する。

モータのロータとしては、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２つのロータコアと、それらの間に配置され軸方向に磁化された界磁磁石とを備え、各爪状磁極を交互に異なる磁極に機能させるいわゆる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）。

このようなモータは、有底筒状のヨークハウジングとこのヨークハウジングの一端に設けられるエンドプレートとを有するケース内に、前記ロータと前記ステータとが収容されている。

特開２０１２−１１５０８５号公報

ところで、上記のようなモータでは、ロータの軸方向一端面側に磁性体のヨークハウジングが位置し、ロータの軸方向他端面側に樹脂製のエンドプレートが位置することとなる。この場合、ロータの界磁磁石からの磁束の一部がケース側（ヨークハウジング側）に漏れてしまい磁気バランスが崩れる虞がある。これにより、極性毎に磁束が異なるロータとなり、モータトルクの低下や振動の増加等の性能の悪化を招く虞がある。

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、ロータの磁気バランスの悪化を抑えることができるモータを提供することにある。

上記課題を解決するモータは、径方向に延びるティースを周方向に複数有するステータコア、及び前記ティースに巻装される巻線を有するステータと、それぞれ略円板状のコアベースの外周部に、等間隔に複数の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、互いのコアベースが対向されつつ爪状磁極が周方向に交互に配置された第１及び第２ロータコアと、前記コアベース同士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、第１ロータコアの前記爪状磁極を第１の磁極として機能させ、前記第２ロータコアの前記爪状磁極を第２の磁極として機能させる界磁磁石とを有するロータとを、有底筒状で磁性体のヨークハウジング及び該ヨークハウジングの開口部を閉塞する非磁性体の蓋部を有するケース内に収容するモータであって、前記ティースの先端部表面における周方向略中心に、磁気飽和させるための溝部が形成されている。

この構成によれば、ティースの先端部表面における周方向略中心に形成された溝部により、ティースを磁気飽和させてヨークハウジング側に漏れる磁束を抑えることができる。これにより、ロータの磁気バランスの悪化が抑えられる。

上記モータにおいて、前記ティースは、巻線を巻回する巻回部と、該巻回部の前記ロータ側の端部で周方向両側に突出する突出部とを有するものであり、前記溝部の径方向長さをｃ、前記ティースの突出部の径方向長さをＨとしたとき、前記溝部は、０．６＜ｃ／Ｈ≦１．２の範囲となるように形成されることが好ましい。

この構成によれば、０．６＜ｃ／Ｈ≦１．２の範囲となるように溝部を形成することで、図７に示すようにコギングトルクを大きくして、コギング偏りを小さくすることが可能となる。

上記モータにおいて、前記溝部の周方向幅をｂ、前記ステータのティース間に形成されるスロットの開口幅をＷとしたとき、前記溝部は、０．６≦ｂ／Ｗ≦１．３の範囲となるように形成されることが好ましい。

この構成によれば、０．６≦ｂ／Ｗ≦１．３の範囲となるように溝部を形成することで、図８に示すようにコギング偏りを小さくすることが可能となる。
上記モータにおいて、前記ロータの極数を２ｎ（但しｎは自然数）、前記ステータのスロットの数を３ｎとして極数とスロット数の比が２：３となるように構成されることが好ましい。

この構成によれば、極数とスロット数の比が２：３のモータに対して前述のような効果を奏することができる。

本発明のモータによれば、ロータの磁気バランスの悪化を抑えることができる。

一実施形態におけるブラシレスモータの断面図である。 同上におけるブラシレスモ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。 同上におけるロータの断面図である。 同上におけるティースについて説明するための概略図である。 ケースの影響によるコギングトルクの偏りについて説明するための説明図である。 （ａ）溝部の径方向長さ（深さ）の違いによるコギングトルクの変化について説明するための説明図であり、（ｂ）溝部の径方向長さ（深さ）の違いによるコギング偏りの変化について説明するための説明図である。 溝部の周方向幅の違いによるコギング偏りの変化について説明するための説明図である。

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、モータとしてのブラシレスモータ１１のモータケース１２は、略有底円筒状に形成されたヨークハウジング１３と、このヨークハウジング１３のフロント側（図１中、左側）の開口部を閉塞するエンドプレート１４とを有している。前記ヨークハウジング１３は例えば磁性体の鉄で構成される。また、前記エンドプレート１４は例えば非磁性体の樹脂材料で構成される。

図１に示すように、ヨークハウジング１３の内周面にはステータ１６が固定されている。ステータ１６は、径方向内側に延びる複数のティース１７ａを有するステータコア１７と、ステータコア１７のティース１７ａにインシュレータ１９を介して巻回される巻線２０とを備えている。ステータ１６は、外部の制御回路Ｓから巻線２０に駆動電流が供給されることで回転磁界を発生する。

図２に示すようにステータコア１７は、計１２個のティース１７ａを有している。従って、ティース１７ａ間に形成されるスロット１７ｂの数も１２個とされている。
図２及び図５に示すようにティース１７ａは、巻回部１８ａと、巻回部１８ａの径方向内側の端部から周方向両側に突出する突出部１８ｂとを備える。巻回部１８ａは、Ｕ相、Ｖ相、Ｗ相の巻線２０が集中巻にて巻回されている。

図２に示すように、各ティース１７ａの先端面１８ｃ（径方向内側面）は、モータ１１の軸線Ｌを中心とする円弧状をなしている。なお、ティース１７ａの先端面１８ｃは、一方の突出部１８ｂから他方の突出部１８ｂに亘って形成されている。

図２及び図５に示すように、各ティース１７ａの先端面１８ｃには、ティース側溝部５０が形成されている。ティース側溝部５０は、径方向に凹状をなす溝が、１つ、軸方向（前記軸線Ｌの延びる方向）に沿って連続して形成される。各ティース側溝部５０は、各ティース１７ａの周方向略中心に形成される。図５に示すように、各ティース１７ａは、その周方向中心線Ｌ１に対して線対称となるように構成される。

また、ティース側溝部５０は、周方向に対向する一対の側面部５１，５２を有する。ティース側溝部５０の一方の側面部５１と他方の側面部５２との間の長さ（ティース側溝部５０の周方向幅）をｂとし、前記スロット１７ｂの開口幅をＷとしたとき、前記ティース側溝部５０は、１．５≦ｂ／Ｗ≦２．０の範囲となるように設定されている。ちなみに、スロット１７ｂの開口幅Ｗとは、周方向において隣り合うティース１７ａのうちで、周方向において隣り合う突出部１８ｂ同士の周方向における長さのことである。

また、ティース側溝部５０は、その径方向長さ（ティース側溝部５０の深さ）をｃとし、前記ティース１７ａの先端部としての突出部１８ｂの径方向長さ（厚さ）をＨとしたとき、前記ティース側溝部５０は、０．６＜ｃ／Ｈ≦１．２の範囲となるように設定されている。

図１に示すように、ブラシレスモータ１１のロータ２１は回転軸２２を有し、ステータ１６の内側に配置されている。回転軸２２は非磁性体の金属シャフトであって、ヨークハウジング１３の底部１３ａ及びエンドプレート１４に支持された軸受２３，２４により回転可能に支持されている。

図３及び図４に示すように、ロータ２１は、前記回転軸２２が圧入されることで互いの軸方向の間隔が保持されつつ回転軸２２に固定される第１及び第２ロータコア３１，３２と、第１ロータコア３１と第２ロータコア３２との軸方向の間に介在される界磁磁石としての環状磁石３３を備える。更に、ロータ２１は、背面補助磁石３４，３５と、極間磁石３６，３７とを備える。

図３及び図４に示すように、第１ロータコア３１は、略円板状の第１コアベース３１ａ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３１ｂが径方向外側に突出されるとともに軸方向に延出して形成されている。

図３及び図４に示すように、第２ロータコア３２は、第１ロータコア３１と同形状であって、略円板状の第２コアベース３２ａの外周部に、等間隔に複数の第２爪状磁極３２ｂが径方向外側に突出されるとともに軸方向に延出して形成されている。そして、第１及び第２ロータコア３１，３２は、その中央孔に回転軸２２が圧入されるとともに、第１及び第２コアベース３１ａ，３２ａの軸方向の外側（相反する側）の距離が予め設定された一定の距離となるように回転軸２２に対して圧入固定される。この際、第２ロータコア３２は、各第２爪状磁極３２ｂが周方向に隣り合う第１爪状磁極３１ｂ間に配置されるようにして、且つ第１コアベース３１ａと第２コアベース３２ａとの軸方向の間に環状磁石３３が配置（挟持）されるようにして第１ロータコア３１に対して組み付けられている。

環状磁石３３は、フェライト磁石やネオジム磁石等の磁石であって、中央孔が形成された円環状に形成され、第１爪状磁極３１ｂ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３２ｂ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。即ち、本実施形態のロータ２１は、界磁磁石としての環状磁石３３を用いた所謂ランデル型構造のロータである。ロータ２１は、Ｎ極となる４つの第１爪状磁極３１ｂと、Ｓ極となる４つの第２爪状磁極３２ｂとが周方向に交互に配置されており、極数が８極（極対数が４個）となる。すなわち、本実施形態では、ロータ２１の極数が「８」に設定され、ステータ１６のティース１７ａの数が「１２」に設定されている。つまり、前記ロータ２１の極数を２ｎ（但しｎは自然数であり、本実施形態では４）、スロット１７ｂの数（スロット数）を３ｎとして、極数とスロット数の比が２：３となるように構成されている。

各第１爪状磁極３１ｂの背面３１ｃ（径方向内側の面）と第２コアベース３２ａの外周面３２ｄとの間には、背面補助磁石３４が配置されている。背面補助磁石３４は、その軸直交方向断面が略扇形状とされ、第１爪状磁極３１ｂの背面３１ｃに当接する側が第１爪状磁極３１ｂと同極のＮ極に、第２コアベース３２ａの外周面３２ｄに当接する側が同第２コアベース３２ａと同極のＳ極となるように磁化されている。

また、各第２爪状磁極３２ｂの背面３２ｃと第１コアベース３１ａの外周面３１ｄとの間には、第１爪状磁極３１ｂと同様に、背面補助磁石３５が配置されている。背面補助磁石３５は、その軸直交方向断面が扇形状とされ、背面３２ｃに当接する側がＳ極に、第１コアベース３１ａの外周面３１ｄに当接する側がＮ極となるように磁化されている。背面補助磁石３４，３５としては、例えばフェライト磁石を用いることができる。

図２大日図３に示すように、第１爪状磁極３１ｂと第２爪状磁極３２ｂとの周方向の間には、極間磁石３６，３７が配置されている。
また、図１に示すように、ロータ２１には、略円板状のマグネット固定部材４１を介してセンサ磁石４２が設けられている。詳しくは、マグネット固定部材４１は、中央にボス部４１ａが形成された円板部４１ｂと、この円板部４１ｂの外縁から筒状に延びる筒部４１ｃとを有し、該筒部４１ｃの内周面及び円板部４１ｂの表面に当接するように環状のセンサ磁石４２が固着されている。そして、マグネット固定部材４１は、第１ロータコア３１と近い側で、そのボス部４１ａが回転軸２２に外嵌されて固定されている。

そして、エンドプレート１４において、センサ磁石４２と軸方向に対向する位置には磁気センサとしてのホールＩＣ４３が設けられている。ホールＩＣ４３は、センサ磁石４２に基づくＮ極とＳ極の磁界を感知するとそれぞれＨレベルの検出信号とＬレベルの検出信号とを前記制御回路Ｓに出力する。

次に、上記のように構成されたブラシレスモータ１１の作用について説明する。
制御回路Ｓから巻線２０に３相の駆動電流が供給されると、ステータ１６にて回転磁界が発生され、ロータ２１が回転駆動される。この際、ホールＩＣ４３と対向するセンサ磁石４２が回転することで、ホールＩＣ４３から出力される検出信号のレベルがロータ２１の回転角度（位置）に応じて切り替わり、その検出信号に基づいて制御回路Ｓから巻線２０に最適なタイミングで切り替わる３相の駆動電流が供給される。これにより、良好に回転磁界が発生され、ロータ２１が良好に連続して回転駆動される。

ここで、ロータ２１の軸方向一端面側に磁性体（鉄製）のヨークハウジング１３が位置し、ロータ２１の軸方向他端面側に樹脂製のエンドプレート１４が位置することで、ロータ２１の環状磁石３３からの磁束の一部がケース１２側（ヨークハウジング１３側）に漏れてしまい磁気バランスが崩れる虞がある。すなわち、図６に示すように、一方の磁極によって発生するコギングトルクＣ１と他方の磁極によって発生するコギングトルクＣ２がＣ１＞Ｃ２となり、コギング偏りＣＸ（＝Ｃ１−Ｃ２）が発生してしまう。そこで、本実施形態では、ティースの先端部表面における周方向略中心に形成されたティース側溝部５０により、ティース１７ａを磁気飽和させてヨークハウジング１３側に漏れる磁束を抑えられて、ロータの磁気バランスの悪化が抑えられる。０．６＜ｃ／Ｈ≦１．２の範囲となるようにティース側溝部５０の溝の深さを深く形成することで、図７に示すようにコギングトルクを大きくして、コギング偏りが小さくなる。０．６≦ｂ／Ｗ≦１．３の範囲となるようにティース側溝部５０の溝の幅を広く形成することで、図８に示すようにコギング偏りが小さくなる。

次に、上記実施の形態の効果を以下に記載する。
（１）ティース１７ａの先端面１８ｃにおける周方向略中心に形成されたティース側溝部５０により、ティー１７ａスを磁気飽和させてヨークハウジング１３側に漏れる磁束を抑えることができる。これにより、ロータ２１の磁気バランスの悪化が抑えられる。

（２）０．６＜ｃ／Ｈ≦１．２の範囲となるようにティース側溝部５０を形成することで、図７に示すようにコギングトルクを大きくして、コギング偏りを小さくすることが可能となる。

（３）０．６≦ｂ／Ｗ≦１．３の範囲となるようにティース側溝部５０を形成することで、図８に示すようにコギング偏りを小さくすることが可能となる。
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、ロータ２１の極数が「１０」に設定され、ステータ１６のティース１７ａの数が「１２」に設定されたブラシレスモータに具体化したが、ロータ２１の極数やステータ１６のティース１７ａの数は変更してもよい。例えば、ロータ２１の極数が「８」に設定され、ステータ１６のティース１７ａの数が「１２」に設定されたブラシレスモータに具体化してもよい。

・上記実施形態では、ロータ２１に、背面補助磁石３４，３５と極間磁石３６，３７とを設ける構成としたが、これに限らない。例えば背面補助磁石のみを設ける構成、極間磁石のみを設ける構成、背面補助磁石及び極間磁石を省略する構成を採用してもよい。

・上記各変形例同士を適宜組み合わせてもよい。

１１…モータ、１２…ケース、１３…ヨークハウジング、１４…蓋部としてのエンドプレート、１６…ステータ、１７…ステータコア、１７ａ…ティース、１７ｂ…スロット、１８ａ…巻回部、１８ｂ…突出部、１８ｃ…先端部表面としての先端面、２０…巻線、２１…ロータ、３１…第１ロータコア、３２…第２ロータコア、５０…ティース側溝部（溝部）、Ｗ…開口幅。

Claims (4)

1. 径方向に延びるティースを周方向に複数有するステータコア、及び前記ティースに巻装される巻線を有するステータと、
   それぞれ略円板状のコアベースの外周部に、等間隔に複数の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、互いのコアベースが対向されつつ爪状磁極が周方向に交互に配置された第１及び第２ロータコアと、前記コアベース同士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、第１ロータコアの前記爪状磁極を第１の磁極として機能させ、前記第２ロータコアの前記爪状磁極を第２の磁極として機能させる界磁磁石とを有するロータとを、
   有底筒状で磁性体のヨークハウジング及び該ヨークハウジングの開口部を閉塞する非磁性体の蓋部を有するケース内に収容するモータであって、
   前記ティースの先端部表面における周方向略中心に、磁気飽和させるための溝部が形成されていることを特徴とするモータ。
2. 請求項１に記載のモータにおいて、
   前記ティースは、巻線を巻回する巻回部と、該巻回部の前記ロータ側の端部で周方向両側に突出する突出部とを有するものであり、
   前記溝部の径方向長さをｃ、前記ティースの突出部の径方向長さをＨとしたとき、前記溝部は、０．６＜ｃ／Ｈ≦１．２の範囲となるように形成されることを特徴とするモータ。
3. 請求項１又は２に記載のモータにおいて、
   前記溝部の周方向幅をｂ、前記ステータのティース間に形成されるスロットの開口幅をＷとしたとき、前記溝部は、０．６≦ｂ／Ｗ≦１．３の範囲となるように形成されることを特徴とするモータ。
4. 請求項１〜３のいずれか一項に記載のモータにおいて、
   前記ロータの極数を２ｎ（但しｎは自然数）、前記ステータのスロットの数を３ｎとして極数とスロット数の比が２：３となるように構成されることを特徴とするモータ。