JP2016123219A - モータ - Google Patents

Abstract

【課題】爪状磁極とステータとの間での有効磁束を増大させて、出力トルクの向上を図り得るモータを提供する。
【解決手段】一対のロータコア１７，１８の間に界磁磁石２１を挟んだロータ１３と、各ロータコアに設けられ、ロータの外周面に交互に延設される爪状磁極２３と、ロータの周囲に配設され、複数のティースにそれぞれ巻線８が巻回されるステータ４とを備えたモータにおいて、爪状磁極２３と、該爪状磁極と対向するティースの先端面に、ロータ１３を支持する回転軸１４の軸方向に凹凸となる凹凸部３５，３６をロータの周方向に沿ってそれぞれ設けた。
【選択図】図１

Description

この発明は、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ものである。

従来、モータに使用されるロータの一種類として、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。

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（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、そ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。

特開２０１２−１１５０８５号公報

上記のようなランデル型モータでは、有効磁束を効率よく活用して、出力トルクの向上を図ることが必要となっている。
特許文献１には、爪状磁極間の漏れ磁束を減らして、出力トルクの向上を図る構成が開示されているが、爪状磁極とステータとの間での漏れ磁束の低減を図る構成は開示されていない。

この発明の目的は、爪状磁極とステータとの間での有効磁束を増大させて、出力トルクの向上を図り得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、一対のロータコアの間に界磁磁石を挟んだロータと、前記各ロータコアに設けられ、前記ロータの外周面に交互に延設される爪状磁極と、前記ロータの周囲に配設され、複数のティースにそれぞれ巻線が巻回されるステータとを備えたモータにおいて、前記爪状磁極と、該爪状磁極と対向するティースの先端面に、凹凸部をそれぞれ設けた。

この構成によれば、爪状磁極とティースとの対向面の面積が増大する。
上記モータおいて、前記凹凸部は、前記ロータを支持する回転軸の軸方向に連続するように形成した。

この構成によれば、連続して複数設けられる凹凸部で爪状磁極とティースとの対向面の面積が増大する。
上記モータにおいて、前記爪状磁極の凹凸部の凸部を、前記爪状磁極間に配設される極間磁石より前記ロータの径方向に突出させ、前記ロータの外周面に位置する前記極間磁石の表面には、凹凸部を設けない。

この構成によれば、極間磁石に凹凸部を加工する必要がない。
上記モータにおいて、前記凹凸部は、断面矩形とした。
この構成によれば、断面矩形の凹凸部により、爪状磁極とティースとの対向面の面積が増大する。

上記モータにおいて、前記凹凸部は、断面台形とした。
この構成によれば、断面台形の凹凸部により、爪状磁極とティースとの対向面の面積が増大する。

上記モータにおいて、前記凹凸部は、断面山形とした。
この構成によれば、断面山形の凹凸部により、爪状磁極とティースとの対向面の面積が増大する。

上記モータにおいて、前記凹凸部は、断面波形とした。
この構成によれば、断面波形の凹凸部により、爪状磁極とティースとの対向面の面積が増大する。

本発明によれば、爪状磁極とステータとの間での有効磁束を増大させて、出力トルクの向上を図ることができる。

一実施形態のブラシレスモータを示す断面図である。 一実施形態のブラシレスモータを示す平面図である。 ロータを示す斜視図である。 ロータの爪状磁極とステータの対向面を示す断面図である。 （ａ）〜（ｃ）は爪状磁極の製造工程を示す説明図である。 凹凸部の別例を示す断面図である。 凹凸部の別例を示す断面図である。 凹凸部の別例を示す断面図である。

以下、モータの一実施形態を図面に従って説明する。図１に示すブラシレスモータは、ケース１は、略有底円筒状に形成されたヨークハウジング２と、ヨークハウジング２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３とを有している。ヨークハウジング２は磁性体（例えば鉄）で構成される。エンドプレート３は、非磁性体（例えば合成樹脂）で構成される。

ヨークハウジング２の内周面にはステータ４が固定されている。ステータ４は、径方向内側に延びる複数のティース５を有するステータコア６と、ステータコア６のティース５にインシュレータ７を介して巻回される巻線８を有している。ステータ４は、外部の制御回路９から巻線８に駆動電流が供給されることで回転磁界を発生させる。

図２に示すように、ステータコア６は１２個のティース５を有している。従って、ティース５間に形成されるスロット１０も１２個である。
図２に示すように、ステータコア６は１２個のティース５を有している。従って、ティース５間に形成されるスロット１０の数も１２個である。そして、各ティース５の巻回部１１にＵ相、Ｖ相、Ｗ相の巻線８が集中巻にて巻回されている。

ブラシレスモータのロータ１３は回転軸１４を有し、ステータ４の内側に配置されている。回転軸１４は、非磁性体の金属シャフトであって、ヨークハウジング２及びエンドプレート３に配設された軸受１５，１６に回転可能に支持されている。

図３に示すように、ロータ１３は第一及び第二のロータコア１７，１８と、第一のロータコア１７と第二のロータコア１８との間に介在される環状の界磁磁石２１と、背面補助磁石１９，２０と、極間磁石２７，２８を備える。

第一のロータコア１７は、略円板状のコアベース２２の外周部に、等間隔に複数の爪状磁極２３が外周側に突出されるとともに、回転軸１４に沿う方向に延出して形成されている。

第二のロータコア１８は、第一のロータコア１７と同一形状であって、略円板状のコアベース２５の外周部に、等間隔に複数の爪状磁極２６が外周側に突出されるとともに、回転軸１４に沿う方向に延出して形成されている。

そして、第一及び第二のロータコア１７，１８は、コアベース２２，２５間に界磁磁石２１を挟んだ状態で中心部に回転軸１４が圧入され、爪状磁極２３，２６が互い違いに噛み合うように保持される。

界磁磁石２１は、フェライト磁石やネオジウム磁石で形成され、爪状磁極２３，２６の一方がＮ極、他方がＳ極となるように磁化する。
図１に示すように、第一のロータコア１７の爪状磁極２３と第二のロータコア１８のコアベース２５との間には背面補助磁石１９が配設されている。同様に、第二のロータコア１８の爪状磁極２６と第一のロータコア１７のコアベース２２との間には背面補助磁石２０が配設されている。背面補助磁石１９，２０は、フェライト磁石で構成され、爪状磁極２３，２６の磁化を補強する機能を備えている。また、図２及び図３に示すように、爪状磁極２３，２６の間には、極間磁石２７，２８が配設されて、爪状磁極２３，２６間の磁束を整流するようになっている。

図１に示すように、ロータ１３には略円板状のマグネット固定部材２９を介してセンサ磁石３０が設けられている。詳しくは、マグネット固定部材２９は中央にボス部３１が形成された円板部３２と、この円板部３２の外縁から筒状に延びる筒部３３とを有し、筒部３３の内周面及び円板部３２の表面に当接するように環状のセンサ磁石３０が固着されている。そして、マグネット固定部材２９はボス部３１が回転軸１４に外嵌されて固定されている。

エンドプレート３には、センサ磁石３０と対向する位置にホールＩＣ３４が設けられている。ホールＩＣ３４は、ロータ１３とともに回転するセンサ磁石３０の回転を検出し、その検出信号を制御回路９に出力する。

図１に示すように、ステータコア６のティース５の先端面、すなわちロータ１３に対向する対向面には、回転軸１４の軸方向に凹凸となる断面矩形状の凹凸部３５がロータ１３の周方向に４条設けられている。この凹凸部３５は、金属板を積層して形成されるステータコア６のティース５部分の内径を１層毎に異なる径とすることにより形成されている。

図１及び図３に示すように、ロータ１３の爪状磁極２３，２６の外周面には、ティース５の凹凸部３５と同様な形状の４条の凹凸部３６がロータ１３の全周に亘って形成されている。そして、図４に示すように、ステータ４側の凹凸部３５とロータ１３側の凹凸部３６とが一定の間隔を隔てて対向するとともに、一方の凸部が他方の凹部内に突出して、互い違いに噛み合うように配設されている。

従って、凹凸部３５，３６は、径方向に対向する面と、軸方向に対向する面とで互いに対向しているので、ステータ４とロータ１３との対向面積が増大する。
上記のような爪状磁極２３，２６の凹凸部３６は、図５（ａ）〜（ｃ）に示すように、第一及び第二のロータコア１７，１８を形成するための金属板材３７にプレス成型で凹凸部３６を形成する。そして、金属板材３７の凹凸部３６を形成した先端部分を直角に折り曲げて爪状磁極２３あるいは同２６を形成する。

図３に示すように、ロータ１３の外周面上に露出される極間磁石２７，２８の表面には凹凸部は形成されず、爪状磁極２３，２６に形成された凹凸部３６の凸部先端は、極間磁石２７，２８の表面より径方向に突出している。従って、極間磁石２７，２８の表面はステータ４の凹凸部３５に対し互い違いに噛み合うことはない。

次に、上記のように構成されたブラシレスモータの作用を説明する。
ブラシレスモータの作動時には、制御回路９から巻線８に３層の駆動電流が供給され、ステータ４に回転磁界が生成され、ロータ１３が回転駆動される。このとき、ホールＩＣ３４に対向するセンサ磁石３０の回転に基づいてホールＩＣ３４から出力される検出信号の電圧レベルがロータ１３の回転角度に応じて切り替わる。

すると、その検出信号に基づいて制御回路９から巻線８に供給される駆動電流が切り替えられ、ロータ１３の回転が継続される。
ステータ４で回転磁界を生成する磁束は、ティース５の先端面と爪状磁極２３，２６との間で流れるが、ティース５の先端面と爪状磁極２３，２６の外周面にはそれぞれ凹凸部３５，３６が形成されて、所定間隔を隔てて互いに噛み合う位置にある。

すると、ティース５と爪状磁極２３，２６との間で軸方向に対向する面と、径方向に対向する面が形成されて、対向する面積が増大するため、ティース５と爪状磁極２３，２６の間を流れる有効磁束が増大し、漏れ磁束が減少する。

この結果、ティース５及び爪状磁極２３，２６に凹凸部３５，３６を形成しない場合に比して、ステータ４及びロータ１３を介して回転軸１４から出力される出力トルクが向上する。

上記のように構成されたブラシレスモータでは、次に示す効果を得ることができる。
（１）ティース５と爪状磁極２３，２６との間で対向する面積を増大させることができる。従って、ステータ４とロータ１３との間の有効磁束を増大させて、出力トルクを向上させることができる。
（２）プレス成型により、第一及び第二のロータコア１７，１８の爪状磁極２３，２６に凹凸部３６を容易に形成することができる。
（３）爪状磁極２３，２６の凹凸部３５，３６間において、極間磁石２７，２８には凹凸部を設けないので、極間磁石の構造を変更する必要はなく、極間磁石の製造コストを上昇させることもない。

上記実施形態は、以下の態様で実施してもよい。
・図６に示すように、上記実施形態の凹凸部３５，３６に代えて、互いに対向する断面台形状の凹凸部４１，４２としてもよい。
・図７に示すように、上記実施形態の凹凸部３５，３６に代えて、互いに対向する断面山形の凹凸部４３，４４としてもよい。
・図８に示すように、上記実施形態の凹凸部３５，３６に代えて、互いに対向する断面波形の凹凸部４５，４６としてもよい。

４…ステータ、５…ティース、８…巻線、１３…ロータ、１４…回転軸、１７…第一のロータコア、１８…第二のロータコア、２１…界磁磁石、２３，２６…爪状磁極、３５，３６，４１，４２，４３，４４，４５，４６…凹凸部。

Claims (6)

1. 一対のロータコアの間に界磁磁石を挟んだロータと、
   前記各ロータコアに設けられ、前記ロータの外周面に交互に延設される爪状磁極と、
   前記ロータの周囲に配設され、複数のティースにそれぞれ巻線が巻回されるステータとを備えたモータにおいて、
   前記爪状磁極と、該爪状磁極と対向する前記ティースの先端面に、前記ロータを支持する回転軸の軸方向に凹凸となる凹凸部を前記ロータの周方向に沿ってそれぞれ設けたことを特徴とするモータ。
2. 前記爪状磁極の凹凸部の凸部を、前記爪状磁極の間に配設される極間磁石より前記ロータの径方向に突出させ、前記ロータの外周面に位置する前記極間磁石の表面には、凹凸部を設けないことを特徴とする請求項１記載のモータ。
3. 前記凹凸部は、断面矩形としたことを特徴とする請求項１又は２に記載のモータ。
4. 前記凹凸部は、断面台形としたことを特徴とする請求項１又は２に記載のモータ。
5. 前記凹凸部は、断面山形としたことを特徴とする請求項１又は２に記載のモータ。
6. 前記凹凸部は、断面波形としたことを特徴とする請求項１又は２に記載のモータ。