JP2015035878A - モータ - Google Patents

Abstract

【課題】漏れ磁束を抑え出力特性を向上させることが可能なモータを提供する。【解決手段】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蓋部を有するケース内に、ステータとロータとが収容される。ロータコア３２のコアベース３２ａが軸方向においてロータコア３１のコアベース３１ａよりもヨークハウジング１３側に配置されるとき、ロータコア３２の爪状磁極３２ｂは、ロータコア３１の爪状磁極３１ｂよりも軸方向に長い。【選択図】図４

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。

従来、モータに使用されるロータとして、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ロータコアを備え、それらの間に界磁磁石を配置して各爪状磁極を交互に異なる磁極に機能させる所謂永久磁石界磁のランデル型構造のロータが知られている（例えば、特許文献１参照）。

また、ランデル型構造のロータにおいては、モータの高出力化を図るために、交互に配置された爪状磁極の間に、磁路を整流するための極間磁石を配置したものも提案されている（例えば特許文献２参照）。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フレーム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。

実開平５−４３７４９号公報 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フレーム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、出力特性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、漏れ磁束を抑え出力特性を向上させることが可能な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、ステータコア及び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蓋部を有するケース内に収容するモータであって、前記第１ロータコアのコアベースが軸方向において第２ロータコアのコアベースよりも前記ヨークハウジング側に配置されるとき、前記第１ロータコアの爪状磁極は、前記第２ロータコアの爪状磁極よりも軸方向に長い。

この構成によれば、磁性体であるヨークハウジングと軸方向において近い第１ロータコアのコアベースからヨークハウジング側に磁束が漏れやすくなるが、第１ロータコアの爪状磁極を長くすることで、爪状磁極とステータとの間の磁気抵抗が小さくなるため、ヨークハウジング側への漏れ磁束を低減することができる。これにより、出力特性を向上させることが可能となる。また、ヨークハウジングから比較的遠い第２ロータコアについては、ヨークハウジングへの漏れ磁束が少ないため、第１ロータコアの爪状磁極と第２ロータコアの爪状磁極の軸方向長さを同一とした場合には、第２ロータコアの爪状磁極とステータ間における磁束量が、第１ロータコアの爪状磁極とステータ間に磁束量よりも多くなりやすい。すなわち、両磁極間での磁束のアンバランスが生じることとなる。このため、第１ロータコアの爪状磁極よりも第２ロータコアの爪状磁極との軸方向長さを短くすることで、第２ロータコアの爪状磁極とステータ間の磁気抵抗が高くなり、両磁極間での磁束のアンバランスを抑えることが可能となる。

上記モータにおいて、前記第１ロータコアのコアベースが軸方向において第２ロータコアのコアベースよりも前記ヨークハウジング側に配置されるとき、前記第２ロータコアの爪状磁極先端面と前記ヨークハウジングとの軸方向における離間距離が、前記第１ロータコアのコアベースの軸方向端面と前記ヨークハウジングとの軸方向における距離よりも長いことが好ましい。

この構成によれば、第２ロータコアの爪状磁極先端面とヨークハウジングとの軸方向における距離が確保できるため、爪状磁極先端面からヨークハウジング側への漏れ磁束を抑えてステータ側への鎖交磁束量を増加させることが可能となる。

本発明のモータによれば、漏れ磁束を抑え出力特性を向上させることが可能となる。

一実施形態におけるモータの断面図である。 同上における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。 同上におけるモータの断面図である。

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蓋部としてのエンドプレート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２つのロータコア３１，３２と、各ロータコア３１，３２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、ロータコア３１は、略円板状のコアベース３１ａの外周部に、等間隔に複数（本実施形態では４つ）の爪状磁極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。詳しくは、爪状磁極３１ｂは、コアベース３１ａの外周部から径方向外側に突出した突出部３１ｃと、該突出部３１ｃの先端に設けられ軸方向に延びる爪部３１ｄとを有する。突出部３１ｃは、軸方向から見て扇形状に形成されている。爪部３１ｄは、軸直交方向断面が扇形状に形成されている。

図３及び図４に示すように、ロータコア３２は、ロータコア３１と同形状であって、略円板状のコアベース３２ａの外周部に、等間隔に複数の爪状磁極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。詳しくは、爪状磁極３２ｂは、コアベース３２ａの外周部から径方向外側に突出した突出部３２ｃと、該突出部３２ｃの先端に設けられ軸方向に延びる爪部３２ｄとを有する。突出部３２ｃは、ロータコア３１の突出部３１ｃと同様に、軸方向から見て扇形状に形成されている。爪部３２ｄは、軸直交方向断面が扇形状に形成されている。また、一方のロータコア３２の爪部３２ｄは、他方のロータコア３１の爪部３１ｄよりも軸方向に長い構成とされる。

そして、各ロータコア３１，３２は、その中央孔に回転軸２２が圧入されるとともに、各コアベース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、ロータコア３２は、爪状磁極３２ｂが周方向に隣り合う他方のロータコア３１の爪状磁極３１ｂ間に配置されるようにして、且つコアベース３１ａとコアベース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、ロータコア３１の爪状磁極３１ｂを第１の磁極（本実施形態ではＮ極）として機能させ、ロータコア３２の爪状磁極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つの爪状磁極３１ｂと、Ｓ極となる４つの爪状磁極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。

ロータコア３１の各爪状磁極３１ｂの背面３１ｅ（径方向内側の面）とロータコア３２のコアベース３２ａの外周面３２ｆ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、爪状磁極３１ｂの背面３１ｅに当接する側が爪状磁極３１ｂと同極のＮ極に、ロータコア３２のコアベース３２ａの外周面３２ｆに当接する側がコアベース３２ａと同極のＳ極となるように磁化されている。

また、ロータコア３２の各爪状磁極３２ｂの背面３２ｅとロータコア３１のコアベース３１ａの外周面３１ｆとの間には、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、爪状磁極３２ｂの背面３２ｅに当接する側がＳ極に、ロータコア３１のコアベース３１ａの外周面３１ｆ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及び図３に示すように、爪状磁極３１ｂと爪状磁極３２ｂとの周方向の間には、極間磁石３６，３７が配置されている。
上記のように構成されたロータ２１は、一方のロータコア３２のコアベース３２ａが、他方のロータコア３１のコアベース３１ａよりも軸方向においてヨークハウジング１３側（底部１３ａ側）に配置される。ちなみに、ロータコア３２が第１ロータコアに相当し、ロータコア３１が第２ロータコアに相当する。

図４に示すように、ロータコア３２の爪状磁極３２ｂの軸方向長さＬ１はロータコア３１の爪状磁極３１ｂの軸方向長さＬ２よりも長くなるように構成される。換言すると、ロータコア３１の爪状磁極３１ｂは、その軸方向長さがロータコア３２の爪状磁極３２ｂの軸方向長さよりも短くなるように構成される。このため、各ロータコア３１，３２のコアベース３１ａ，３２ａと環状磁石３３とを組み付けた状態で、前記ロータコア３２のコアベース３２ａの軸方向端面３２ｇよりも軸方向において反ヨークハウジング１３側に位置することとなる。その結果、ロータコア３１の爪状磁極３１ｂ（爪部３１ｄ）の先端面３１ｇとヨークハウジング１３の軸方向における離間距離Ｄ１が、前記ロータコア３２のコアベース３２ａの軸方向端面３２ｇとヨークハウジング１３との軸方向における離間距離Ｄ２よりも長くなる。

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、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、本実施形態では、ロータコア３２の爪状磁極３２ｂをロータコア３１の爪状磁極３１ｂよりも軸方向において長くなるような構成とされる。これにより、ロータコア３２の爪状磁極３２ｂとステータ１６との間の磁気抵抗が、ロータコア３１の爪状磁極３１ｂとステータ１６との間の磁気抵抗よりも低くなる。ここで、ヨークハウジング１３と軸方向において近いロータコア３２のコアベース３２ａからヨークハウジング１３側に磁束が漏れやすくなるが、前述したようにロータコア３２の爪状磁極３２ｂをロータコア３１の爪状磁極３１ｂよりも軸方向において長くすることで、相対的に磁気抵抗が低くなるためヨークハウジング１３側に磁束が漏れることが抑えられている。更に、ヨークハウジング１３から比較的遠いロータコア３１については、ヨークハウジング１３への漏れ磁束が少ないため、ロータコア３２の爪状磁極３２ｂとロータコア３１の爪状磁極３１ｂの軸方向長さを同一とした場合には、ロータコア３１の爪状磁極３１ｂとステータ１６間における磁束量が、ロータコア３２の爪状磁極３２ｂとステータ１６間の磁束量よりも多くなりやすい。すなわち、両磁極間での磁束のアンバランスが生じることとなる。このため、ロータコア３２の爪状磁極３２ｂよりもロータコア３１の爪状磁極３１ｂとの軸方向長さを短くすることで、ロータコア３１の爪状磁極３１ｂとステータ１６間の磁気抵抗が高くなり、両磁極間での磁束のアンバランスを抑えられている。

次に、本実施形態の効果を記載する。
（１）磁性体であるヨークハウジング１３と軸方向において近いロータコア３２のコアベース３２ａからヨークハウジング１３側に磁束が漏れやすくなるが、ロータコア３２の爪状磁極３２ｂを長くすることで、ロータコア３２の爪状磁極３２ｂとステータ１６との間の磁気抵抗が小さくなる。このため、ヨークハウジング１３側への漏れ磁束を低減することができる。これにより、出力特性を向上させることが可能となる。

（２）また、ロータコア３２の爪状磁極３２ｂよりもロータコア３１の爪状磁極３１ｂとの軸方向長さを短くすることで、ロータコア３１の爪状磁極３１ｂとステータ１６間の磁気抵抗が高くなり、両磁極間での磁束のアンバランスを抑えることが可能となる。

（３）ロータコア３１の爪状磁極３１ｂ（爪部３１ｄ）の先端面３１ｇとヨークハウジング１３との軸方向における距離が確保できるため、爪状磁極３１ｂ（爪部３１ｄ）の先端面３１ｇからヨークハウジング１３側への漏れ磁束を抑えてステータ１６側への鎖交磁束量を増加させることが可能となる。

尚、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「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。

・上記実施形態では、ステータ１６のティース１７ａに巻線２０を巻装する構成としたが、これに限らない。例えば、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ステータコアを備え、それらの間に巻線を配置して各爪状磁極を交互に異なる磁極に機能させる構成を採用してもよい。

・上記実施形態並びに各変形例は適宜組み合わせてもよい。

１０…モータ、１３…ヨークハウジング、１４…エンドプレート（蓋部）、１６…ステータ、１７…ステータコア、１７ａ…ティース、２０…巻線、２１…ロータ、３１ｂ，３２ｂ…爪状磁極、３１ａ，３２ａ…コアベース、３２ｇ…軸方向端面、Ｄ１，Ｄ２…離間距離、Ｌ１，Ｌ２…長さ。

Claims (2)

1. ステータコア及び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蓋部を有するケース内に収容するモータであって、
   前記第１ロータコアのコアベースが軸方向において第２ロータコアのコアベースよりも前記ヨークハウジング側に配置されるとき、
   前記第１ロータコアの爪状磁極は、前記第２ロータコアの爪状磁極よりも軸方向に長い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、
   前記第１ロータコアのコアベースが軸方向において第２ロータコアのコアベースよりも前記ヨークハウジング側に配置されるとき、
   前記第２ロータコアの爪状磁極先端面と前記ヨークハウジングとの軸方向における離間距離が、前記第１ロータコアのコアベースの軸方向端面と前記ヨークハウジングとの軸方向における距離よりも長いことを特徴とするモータ。