JP2014192955A - ロータ、及びモータ - Google Patents

Abstract

【課題】コアベースの中央部の中央孔に回転軸を圧入する際の外力や高速回転時の遠心力等が加わっても、爪状磁極が基端部から変形してしまうことを抑えることができるロータを提供すること。
【解決手段】ロータ２１は、第１コアベース３１ｂの外周部に複数の第１爪状磁極３１ｃが形成された第１ロータコア３１と第２コアベース３２ｂの外周部に複数の第２爪状磁極３２ｃが形成された第２ロータコア３２と、第１及び第２コアベース３１ｂ，３２ｂ同士の軸方向の間に配置され軸方向に磁化されることで第１爪状磁極３１ｃを第１の磁極として機能させ、第２爪状磁極３２ｃを第２の磁極として機能させる環状磁石３３とを備える。第１及び第２ロータコア３１，３２には、第１及び第２コアベース３１ｂ，３２ｂと第１及び第２爪状磁極３１ｃ，３２ｃとに亘るリブ３１ｄ，３２ｄが形成される。
【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。

モータのロータとしては、中央部が回転軸に固定される略円板状のコアベースの外周部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）。

実開平５−４３７４９号公報

しかしながら、上記のようなロータでは、例えば、ロータコアの板厚が薄いと、コアベースの中央部の中央孔に回転軸を圧入する際の外力や高速回転時の遠心力等によって、爪状磁極が基端部から変形してしまう（曲がってしまう）という虞があった。

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、コアベースの中央部の中央孔に回転軸を圧入する際の外力や高速回転時の遠心力等が加わっても、爪状磁極が基端部から変形してしまうこと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ロータは、それぞれ中央部が回転軸に固定される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備えたロータであって、前記第１及び第２ロータコアには、前記コアベースと前記爪状磁極とに亘るリブが形成される。

同構成によれば、第１及び第２ロータコアには、コアベースと爪状磁極とに亘るリブが形成されるため、例えば、コアベースの中央部の中央孔に回転軸を圧入する際の外力や高速回転時の遠心力等が加わっても、爪状磁極が基端部から変形してしまう（曲がってしまう）ことを抑えることができる。

上記ロータにおいて、前記リブは、前記コアベースの径方向内側端部から形成されることが好ましい。
同構成によれば、前記リブは、コアベースの径方向内側端部から形成されるため、例えば、コアベースの中央部の中央孔に回転軸を圧入する際の外力が加わっても、コアベースの径方向内側が変形してしまうことを抑えることができる。

上記ロータにおいて、前記リブは、前記爪状磁極の径方向外側端部まで形成されることが好ましい。
同構成によれば、前記リブは、爪状磁極の径方向外側端部まで形成されるため、爪状磁極の径方向外側が変形してしまうことを抑えることができる。

上記ロータにおいて、前記リブは、径方向に沿って設けられるとともに前記爪状磁極毎に該爪状磁極の周方向中心位置に設けられることが好ましい。
同構成によれば、リブは、径方向に沿って設けられるとともに前記爪状磁極毎に該爪状磁極の周方向中心位置に設けられるため、バランス良く各爪状磁極の変形を抑えることができる。

上記ロータにおいて、前記リブは、プレス加工によって成形されることが好ましい。
同構成によれば、リブは、プレス加工によって成形されるため、その製造が容易となる。

上記課題を解決するモータは、上記ロータと、回転磁界を発生するステータとを備える。
同構成によれば、モータにおいて、上記した効果を得ることができる。

本発明のロータ、及びモータでは、コアベースの中央部の中央孔に回転軸を圧入する際の外力や高速回転時の遠心力等が加わっても、爪状磁極が基端部から変形してしまうことを抑えることができる。

一実施形態におけるモータの断面図。 同形態におけるモータの一部断面斜視図。 同形態における第１及び第２ロータコアの平面図。 別例におけるモータの一部断面斜視図。 （ａ）〜（ｄ）は、別例における第１及び第２ロータコアの平面図。 （ａ），（ｂ）は、参考例における第１及び第２ロータコアの平面図。

以下、モータの一実施形態を図１〜図３に従って説明する。
図１に示すように、モータとしてのブラシレスモータ１１のモータケース１２は、有底筒状に形成された筒状ハウジング１３と、該筒状ハウジング１３のフロント側（図１中、左側）の開口部を閉塞するフロントエンドプレート１４とを有している。

図１に示すように、筒状ハウジング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（本実施形態では１２個）の集中巻用ティースとしてのティース１７ａを有する電機子コア１７と、電機子コア１７のティース１７ａにインシュレータ１８を介して巻回される巻線１９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１９に駆動電流が供給されることで回転磁界を発生する。

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は金属シャフトであって、筒状ハウジング１３の底部１３ａ及びフロントエンドプレート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１及び図２に示すように、ロータ２１は、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とを備える。

第１ロータコア３１は、その中央部に回転軸２２が貫通される中央孔３１ａが形成された略円板状の第１コアベース３１ｂ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３１ｃ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。

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、その中央部に回転軸２２が貫通される中央孔３２ａが形成された略円板状の第２コアベース３２ｂの外周部に、等間隔に複数の第２爪状磁極３２ｃ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３１ａ，３２ａに回転軸２２が圧入されることで回転軸２２に対して固定される。この際、第２ロータコア３２は、各第２爪状磁極３２ｃが周方向に隣り合う第１爪状磁極３１ｃ間に配置されるようにして、且つ第１コアベース３１ｂと第２コアベース３２ｂ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、中央孔が形成された円環状に形成され、第１爪状磁極３１ｃ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３２ｃ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５つの第１爪状磁極３１ｃと、Ｓ極となる５つの第２爪状磁極３２ｃとが周方向に交互に配置されており、極数が１０極（極対数が５個）となる。即ち、本実施形態では、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」に設定されている。

ここで、図１〜図３に示すように、前記第１及び第２ロータコア３１，３２の軸方向の端面には、第１及び第２コアベース３１ｂ，３２ｂと第１及び第２爪状磁極３１ｃ，３２ｃとに亘るリブ３１ｄ，３２ｄが形成されている。

詳しくは、本実施形態のリブ３１ｄ，３２ｄは、第１及び第２コアベース３１ｂ，３２ｂの径方向内側端部から形成されている。又、本実施形態のリブ３１ｄ，３２ｄは、第１及び第２爪状磁極３１ｃ，３２ｃの径方向外側端部まで形成されている。又、リブ３１ｄ，３２ｄは、径方向に沿って（放射状に）設けられている。又、リブ３１ｄ，３２ｄは、第１及び第２爪状磁極３１ｃ，３２ｃ毎に該第１及び第２爪状磁極３１ｃ，３２ｃの周方向中心位置に設けられている。又、リブ３１ｄ，３２ｄは、第１及び第２ロータコア３１，３２の平坦面から突出した断面が四角形に形成されている。そして、上記した形状のリブ３１ｄ，３２ｄは、プレス加工によって成形されている。

又、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、中央に固定ボス部４１ａが形成された円板部４１ｂと、該円板部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、その固定ボス部４１ａが回転軸２２に外嵌されて固定されている。

そして、フロントエンドプレート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１９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１９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。

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）第１及び第２ロータコア３１，３２には、第１及び第２コアベース３１ｂ，３２ｂと第１及び第２爪状磁極３１ｃ，３２ｃとに亘るリブ３１ｄ，３２ｄが形成される。よって、例えば、第１及び第２コアベース３１ｂ，３２ｂの中央部の中央孔３１ａ，３２ａに回転軸２２を圧入する際の外力や高速回転時の遠心力等が加わっても、第１及び第２爪状磁極３１ｃ，３２ｃが基端部から変形してしまう（曲がってしまう）ことを抑えることができる。

（２）リブ３１ｄ，３２ｄは、第１及び第２コアベース３１ｂ，３２ｂの径方向内側端部から形成されるため、例えば、第１及び第２コアベース３１ｂ，３２ｂの中央部の中央孔３１ａ，３２ａに回転軸２２を圧入する際の外力が加わっても、第１及び第２コアベース３１ｂ，３２ｂの径方向内側が変形してしまうことを抑えることができる。

（３）リブ３１ｄ，３２ｄは、第１及び第２爪状磁極３１ｃ，３２ｃの径方向外側端部まで形成されるため、第１及び第２爪状磁極３１ｃ，３２ｃの径方向外側が変形してしまうことを抑えることができる。

（４）リブ３１ｄ，３２ｄは、径方向に沿って設けられるとともに第１及び第２爪状磁極３１ｃ，３２ｃ毎に該第１及び第２爪状磁極３１ｃ，３２ｃの周方向中心位置に設けられるため、バランス良く第１及び第２爪状磁極３１ｃ，３２ｃの変形を抑えることができる。又、第１及び第２爪状磁極３１ｃ，３２ｃの周方向中央を肉厚にするため、磁気のバランスも良好となる。

（５）リブ３１ｄ，３２ｄは、プレス加工によって成形されるため、その製造が容易となる。
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、第１及び第２コアベース３１ｂ，３２ｂの中央部には単に中央孔３１ａ，３２ａが形成されるとしたが、これに限定されず、第１及び第２コアベース３１ｂ，３２ｂの中央部に軸方向に突出して回転軸２２が圧入されるボス部を形成してもよい。

例えば、図４に示すように、変更してもよい。この例では、第１コアベース３１ｂの中央部に軸方向に突出して回転軸２２が圧入されるボス部３１ｅが形成されている。そして、この例のリブ３１ｆは、ボス部３１ｅから連続して（ボス部３１ｅと繋がって）形成されている。又、この例のリブ３１ｆは、第１爪状磁極３１ｃの径方向外側端部まで形成されるが、径方向外側端部まで徐々に高さが低くなるように形成されている。又、第２ロータコア３２についても、同様に構成されている。

このようにしても、上記実施形態の効果と同様の効果を得ることができる。又、ボス部３１ｅが形成されるため、広い軸方向の範囲で第１及び第２ロータコア３１，３２を回転軸２２と固定することができ、回転軸２２との固定強度を高くすることができる。更に、リブ３１ｆはボス部３１ｅから連続して形成されるため、互いに強度が高められ、第１及び第２コアベース３１ｂ，３２ｂの径方向内側が変形してしまうことをより抑えることができる。

・上記実施形態のリブ３１ｄ，３２ｄは、第１及び第２コアベース３１ｂ，３２ｂと第１及び第２爪状磁極３１ｃ，３２ｃとに亘っていれば、他の形状に変更してもよい。
例えば、図５（ａ）に示すように、変更してもよい。この例のリブ５１は、第１及び第２コアベース３１ｂ，３２ｂにおける径方向中間部から第１及び第２爪状磁極３１ｃ，３２ｃにおける径方向中間部まで径方向に沿って設けられている。

又、例えば、図５（ｂ）に示すように、変更してもよい。この例の第１及び第２ロータコア３１，３２は、上記実施形態のリブ３１ｄ，３２ｄに加えて、第１及び第２爪状磁極３１ｃ，３２ｃが形成されていない周方向の位置にも補助リブ５２が設けられている。この補助リブ５２は、第１及び第２コアベース３１ｂ，３２ｂの径方向内側端部から径方向外側端部まで径方向に沿って設けられている。このようにすると、補助リブ５２によって、第１及び第２コアベース３１ｂ，３２ｂが変形してしまうことをより抑えることができる。

又、例えば、図５（ｃ）に示すように、変更してもよい。この例のリブ５３は、第１及び第２コアベース３１ｂ，３２ｂにおける径方向中間部から第１及び第２爪状磁極３１ｃ，３２ｃにおける径方向外側端部まで径方向に沿って設けられている。又、第１及び第２コアベース３１ｂ，３２ｂの径方向中間部には、各リブ５３の径方向内側端部同士を繋ぐように環状の環状リブ５４が設けられている。このようにすると、リブ５３の強度を高めることができる。

又、例えば、図５（ｄ）に示すように、変更してもよい。この例のリブ５５は、第１及び第２コアベース３１ｂ，３２ｂと第１及び第２爪状磁極３１ｃ，３２ｃの平坦面の外縁に沿って環状に形成された縁取りリブ５６の一部であって、第１及び第２コアベース３１ｂ，３２ｂと第１及び第２爪状磁極３１ｃ，３２ｃとに亘るように径方向に沿って延びる部分がリブ５５とされている。この例では、第１及び第２爪状磁極３１ｃ，３２ｃのそれぞれに一対のリブ５５が設けられることになるため、第１及び第２爪状磁極３１ｃ，３２ｃが基端部から変形してしまう（曲がってしまう）ことをより抑えることができる。

又、上記実施形態では、リブ３１ｄ，３２ｄは、第１及び第２ロータコア３１，３２の平坦面から突出した断面が四角形に形成されるとしたが、これに限定されず、例えば、断面が円弧形状や三角形のものに変更してもよい。

・上記実施形態では、リブ３１ｄ，３２ｄは、プレス加工によって成形されるとしたが、これに限定されず、例えば、同様の形状を焼結によって成形してもよい。
・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。

・上記実施形態のロータ２１において、第１及び第２爪状磁極３１ｃ，３２ｃの径方向内側（背面）に、その部分の漏れ（短絡）磁束を抑えるべく径方向に磁化された背面補助磁石を設けてもよい。

・上記実施形態のロータ２１において、第１及び第２爪状磁極３１ｃ，３２ｃ同士の周方向の各間に、その部分の漏れ磁束を抑えるべく周方向に磁化された極間磁石を設けてもよい。

・図６（ａ）に示す参考例は、第１及び第２ロータコア３１，３２の第１及び第２コアベース３１ｂ，３２ｂのみに多角形リブ６１を設けたものであって、多角形リブ６１は、この例では軸方向から見て正五角形に形成され、各頂点（角）は、第１及び第２爪状磁極３１ｃ，３２ｃと対応した周方向位置に配置されている。

このようにすると、多角形リブ６１は、第１及び第２コアベース３１ｂ，３２ｂにおいて径方向に変位することなどから、第１及び第２コアベース３１ｂ，３２ｂが変形してしまうことを効果的に抑えることができる。

・図６（ｂ）に示す参考例は、第１及び第２ロータコア３１，３２の第１及び第２コアベース３１ｂ，３２ｂのみに内側リブ６２を設けたものであって、内側リブ６２は、第１及び第２コアベース３１ｂ，３２ｂの径方向内側端部から第１及び第２コアベース３１ｂ，３２ｂの径方向中間部まで径方向に沿って設けられている。

このようにすると、内側リブ６２は、第１及び第２コアベース３１ｂ，３２ｂにおいて径方向に変位することなどから、第１及び第２コアベース３１ｂ，３２ｂが変形してしまうことを効果的に抑えることができる。特に、内側リブ６２は、第１及び第２コアベース３１ｂ，３２ｂの径方向内側端部から形成されるため、例えば、第１及び第２コアベース３１ｂ，３２ｂの中央部の中央孔３１ａ，３２ａに回転軸２２を圧入する際の外力が加わっても、第１及び第２コアベース３１ｂ，３２ｂの径方向内側が変形してしまうことを抑えることができる。

上記実施形態等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２に記載のロータにおいて、前記コアベースの中央部には、軸方向に突出して前記回転軸が圧入されるボス部が形成され、前記リブは、前記ボス部から連続して形成されたことを特徴とするロータ。

同構成によれば、リブはボス部から連続して形成されるため、互いに強度が高められ、コアベースの径方向内側が変形してしまうことをより抑えることができる。
（ロ）それぞれ中央部が回転軸に固定される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備えたロータであって、前記第１及び第２ロータコアには、その径方向内側端部から径方向に延びるリブが形成されたことを特徴とするロータ。

同構成によれば、第１及び第２ロータコアには、径方向内側端部から径方向に延びる（変位する）リブが形成されるため、例えば、コアベースの中央部の中央孔に回転軸を圧入する際の外力によって、コアベースの径方向内側が変形してしまうことを抑えることができる。

１６…ステータ、２１…ロータ、２２…回転軸、３１…第１ロータコア、３１ｂ…第１コアベース（コアベース）、３１ｃ…第１爪状磁極（爪状磁極）、３１ｄ，３２ｄ，３１ｆ，５１，５３，５５…リブ、３２…第２ロータコア、３２ｂ…第２コアベース（コアベース）、３２ｃ…第２爪状磁極（爪状磁極）、３３…環状磁石（界磁磁石）。

Claims (6)

1. それぞれ中央部が回転軸に固定される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
   を備えたロータであって、
   前記第１及び第２ロータコアには、前記コアベースと前記爪状磁極とに亘るリブが形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、
   前記リブは、前記コアベースの径方向内側端部から形成されたことを特徴とするロータ。
3. 請求項１又は２に記載のロータにおいて、
   前記リブは、前記爪状磁極の径方向外側端部まで形成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、
   前記リブは、径方向に沿って設けられるとともに前記爪状磁極毎に該爪状磁極の周方向中心位置に設けられたことを特徴とするロータ。
5. 請求項１乃至４のいずれか１項に記載のロータにおいて、
   前記リブは、プレス加工によって成形されたことを特徴とするロータ。
6. 請求項１乃至５のいずれか１項に記載のロータと、
   回転磁界を発生するステータと
   を備えたことを特徴とするモータ。