JP2016158330A - ロータ及びモータ - Google Patents

Abstract

【課題】部品点数の増加を抑えて組み付け性向上を図ることができるロータを提供する。【解決手段】略円板状のコアベース３２，４２の外周部から少なくとも軸方向に延出するそれぞれの爪状磁極３６，４６が周方向に交互に配置される爪状磁極３６，４６を有するロータコア３１，４１と、前記コアベース３２，４２同士の軸方向の間に配置され、極異方配向されることで、ロータコア３１の爪状磁極３６を第１の磁極として機能させ、ロータコア４１の爪状磁極４６を第２の磁極として機能させる環状磁石５１とを備える。【選択図】図２

Description

本発明は、ロータ及びモータに関する。

従来、例えばロータコア内に磁石を埋め込んだ磁石埋込型（ＩＰＭ型）のロータが知られている（例えば特許文献１参照）。
特許文献１のロータでは、ロータコア内に周方向に複数形成した挿通孔に対して、径方向外側の磁極がＮ極となる磁石と、径方向外側の磁極がＳ極となる磁石とが周方向において交互となるように挿通されている。

特開２００２−２５２９４７号公報

ところで、上記のようなロータでは、複数の磁石を用いるため部品点数が多くなる傾向になり、組み付け性の面で改善の余地が残されている。
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、部品点数の増加を抑えて組み付け性向上を図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、略円板状のコアベースと該コアベースの外周部から少なくとも軸方向に延出し周方向に複数設けられる爪状磁極とを有する１つ以上のロータコアと、前記爪状磁極と径方向において当接して極異方配向されることで、複数設けられる前記爪状磁極を周方向において異なる磁極として機能させる環状磁石とを備えた。

この構成によれば、極異方配向された環状磁石によって周方向に複数設けられた爪状磁極を周方向において異なる磁極として機能させるため、１つの環状磁石によって爪状磁極を異なる磁極として機能させることができる。これにより、部品点数を抑えることができ、組み付け性向上を図ることができる。また、環状磁石は極異方配向であるため、ラジアル配向とした場合と比較して磁束を集中させることができるため、本構成のロータを利用したモータの高出力化に寄与できる。

上記ロータにおいて、前記１つ以上のロータコアとして第１ロータコア及び第２ロータコアの２つを備えるものであり、前記第１及び第２ロータコアは、互いの前記コアベースが対向されるとともに、それぞれの前記爪状磁極が周方向に交互に配置され、前記環状磁石は、前記コアベース同士の軸方向の間に配置され、極異方配向されることで、前記第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ことが好ましい。

この構成によれば、異なる磁極で利用するロータコアを分けることで、異なる磁極間で爪状磁極及びコアベースを通過する磁束の漏れや短絡磁束を抑制できる。これにより、本構成のロータを利用したモータの高出力化に寄与できる。

上記ロータにおいて、前記コアベースには、少なくともその一部に前記爪状磁極よりも磁気特性の低い部位が設けられることが好ましい。
この構成によれば、コアベースには、少なくともその一部に前記爪状磁極よりも磁気特性の低い部位が設けられるため、環状磁石の磁束がコアベースを通過しようとする短絡磁束を抑えることができる。これにより、本構成のロータを利用したモータの高出力化に寄与できる。

上記ロータにおいて、前記磁気特性の低い部位は、前記コアベースに対して円環状に設けられることが好ましい。
この構成によれば、コアベースに対して円環状に磁気特性の低い部位が設けられるため、環状磁石の磁束がコアベースを通過しようとする短絡磁束をより確実に抑えることができる。

上記ロータにおいて、前記爪状磁極は、その外周面に軸方向に沿った溝部又は軸方向に沿ったスリットが形成されることが好ましい。
この構成によれば、溝部やスリットによって磁束分布を変更（調整）することができるため、コギングトルクやトルクリップルを調整でき、ロータの低振動化に寄与できる。

上記課題を解決するモータは、上記いずれかに記載の構成のロータと、該ロータと対向配置されるステータとを有する。
この構成によれば、モータにおいて、上記いずれかの効果を奏することができる。

本発明のロータ及びモータによれば、部品点数を抑えつつ部品点数の増加を抑えて組み付け性向上を図ることができる。

一実施形態におけるモータの断面図である。 同上におけるロータの分解斜視図である。 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。 別例におけるロータコアの斜視図である。 同上におけるロータの平面図である。 別例におけるロータの分解斜視図である。 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平面図である。

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、略有底筒状に形成されたヨークハウジング１３と、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。

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が発生する。

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２〜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３１，４１と、各ロータコア３１，４１の軸方向の間に介在される環状磁石５１とを有する。

図２及び図３に示すように、ロータコア３１は、略円板状のコアベース３２の外周部に、周方向等間隔に複数（本実施形態では５つ）の爪状磁極３６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。

コアベース３２は、内側コアベース３３と、内側コアベース３３の外側に位置する中間コアベース３４と、中間コアベース３４の外側に位置する外側コアベース３５とを一体成形して構成される。内側コアベース３３及び外側コアベース３５は、磁性体で構成され、一例として鉄で構成することができる。中間コアベース３４は、例えば非磁性体で構成される。これにより、例えば中間コアベース３４は内側コアベース３３及び外側コアベース３５よりも磁気特性（例えば透磁率）が低くなっている。

爪状磁極３６は、コアベース３２（外側コアベース３５）の外周部から径方向外側に突出した突出部３７と、突出部３７の先端に設けられ軸方向に延びる爪部３８とを有する。突出部３７は、軸方向から見て略扇形状に形成されている。爪部３８は、軸直交方向断面が略扇形状に形成されている。なお、爪状磁極３６は、磁性体で構成され、一例として内側コアベース３３及び外側コアベース３５と同じ鉄で構成することができる。

図２に示すように、ロータコア４１は、ロータコア３１と略同形状であって、略円板状のコアベース４２の外周部に、周方向等間隔に複数（本実施形態では５つ）の爪状磁極４６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。

コアベース４２は、内側コアベース４３と、内側コアベース４３の外側に位置する中間コアベース４４と、中間コアベース４４の外側に位置する外側コアベース４５とを一体成形して構成される。内側コアベース４３及び外側コアベース４５は、磁性体で構成され、一例として鉄で構成することができる。中間コアベース４４は、例えば非磁性体で構成される。これにより、例えば中間コアベース４４は内側コアベース４３及び外側コアベース４５よりも磁気特性（例えば透磁率）が低くなっている。

爪状磁極４６は、コアベース４２（外側コアベース４５）の外周部から径方向外側に突出した突出部４７と、突出部４７の先端に設けられ軸方向に延びる爪部４８とを有する。突出部４７は、軸方向から見て略扇形状に形成されている。爪部４８は、軸直交方向断面が略扇形状に形成されている。なお、爪状磁極４６は、磁性体で構成され、一例として内側コアベース４３及び外側コアベース４５と同じ鉄で構成することができる。

図２〜図４に示すように、環状磁石５１は、円板部５２と突出部５３とを有する。円板部５２は、各ロータコア３１，４１のコアベース３２，４２の直径よりも大きな直径となるような構成とされる。具体的には、円板部５２の直径は、各コアベース３２，４２の直径と突出部３７，４７の径方向長さとを足し合わせた長さとなっている。このため、環状磁石５１を各ロータコア３１，４１で挟持した状態で爪状磁極３６，４６の爪部３８，４８の内面３８ａ，４８ａと円板部５２とが径方向において当接する構成となっている。突出部５３は、周方向において爪状磁極３６の爪部３８と爪状磁極４６の爪部４８との間に位置するようになっている。

図４に示すように、環状磁石５１は、その軸方向長さ（厚さ）が略一定とされる。また、環状磁石５１は各ロータコア３１，４１の爪状磁極３６，４６（爪部３８，４８）よりも軸方向長さが短くなっている。

また、図２及び図４に示すように、環状磁石５１は、極異方配向とされ、当接するロータコア３１の爪状磁極３６（爪部３８）をＳ極として、当接するロータコア４１の爪状磁極４６（爪部４８）をＮ極として機能させるようになっている。これにより、周方向に交互に異なる磁極が現れることとなる。すなわち、ロータコア３１とロータコア４１とで磁極が異なるようになっている。ここで、前述したように各爪状磁極３６，４６は、それぞれ５つ形成されるため、環状磁石５１によって極数が１０極（極対数が５個）となる。

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６１を介してセンサ磁石６２が設けられている。詳しくは、マグネット固定部材６１は、中央にボス部６１ａが形成された円板部６１ｂと、円板部６１ｂの外縁から筒状に延びる筒部６１ｃとを有し、筒部６１ｃの内周面及び円板部６１ｂの表面に当接するように環状のセンサ磁石６２が固定されている。そして、マグネット固定部材６１は、ロータコア３１と近い側で、そのボス部６１ａが回転軸２２に外装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６２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ＩＣ６３が設けられている。ホールＩＣ６３は、センサ磁石６２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の作用を説明する。
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ＩＣ６３と対向するセンサ磁石６２が回転することで、ホールＩＣ６３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。

ここで、本実施形態のロータ２１では、極異方配向された１つの環状磁石５１によって各ロータコア３１，４１の爪状磁極３６，４６を周方向において異なる磁極として機能させるようになっている。

次に、本実施形態の効果を記載する。
（１）極異方配向された環状磁石５１によって周方向に複数設けられた爪状磁極３６，４６を周方向において異なる磁極として機能させるため、１つの環状磁石５１によって爪状磁極３６，４６を異なる磁極として機能させることができる。これにより、部品点数を抑えることができ、組み付け性向上を図ることができる。

（２）また、環状磁石５１は極異方配向であるため、ラジアル配向とした場合と比較して磁束を集中させることができるため、モータ１１の高出力化に寄与できる。
（３）異なる磁極で利用するロータコア３１，４１を分けることで、異なる磁極間で爪状磁極３６，４６及びコアベース３２，４２を通過する磁束の漏れや短絡磁束が抑制できる。これにより、モータ１１の高出力化に寄与できる。

（４）コアベース３２，４２には、少なくともその一部に爪状磁極３６，４６よりも磁気特性の低い部位として中間コアベース３４，４４が設けられるため、環状磁石５１の磁束がコアベース３２，４２を通過しようとする短絡磁束を抑えることができる。これにより、モータ１１の高出力化に寄与できる。

（５）コアベース３２，４２に対して円環状に中間コアベース３４，４４が設けられるため、環状磁石５１の磁束がコアベース３２，４２を通過しようとする短絡磁束をより確実に抑えることができる。

なお、上記実施形態は、以下のように変更してもよい。
・上記実施形態では、中間コアベース３４，４４を非磁性体で構成したが、爪状磁極３６及び爪状磁極４６よりも磁気特性が低ければ、中間コアベース３４，４４を磁性体で構成してもよい。

・上記実施形態では、環状磁石５１に爪状磁極３６及び爪状磁極４６よりも磁気特性の低い中間コアベース３４，４４を設ける構成としたが、中間コアベース３４，４４を爪状磁極３６及び爪状磁極４６と同じ磁気特性の部材で構成してもよい。

また、コアベース３２，４２自体を爪状磁極３６及び爪状磁極４６よりも磁気特性の低い部材で構成してもよい。
・図５及び図６に示すように例えば爪状磁極３６，４６の爪部３８，４８に径方向に凹状をなして軸方向に沿った溝部３８ｂ，４８ｂを設ける構成を採用してもよい。図６では各爪部３８，４８のそれぞれに２つの溝部３８ｂ，４８ｂを形成しているが、これらは適宜変更してもよい。

また、溝部に限らず、径方向に貫通し軸方向に沿ったスリットを設ける構成を採用してもよい。このように、溝部やスリットを形成することによって磁束分布を変更（調整）することができるため、コギングトルクやトルクリップルを調整でき、ロータの低振動化に寄与できる。

・上記実施形態では、環状磁石５１を円板部５２と突出部５３とを有する構成としたが、これに限らない。例えば、図７〜図９に示すように円板部５２のみで環状磁石５１を構成してもよい。このように、円板部５２のみで環状磁石５１を構成することで、環状磁石５１の形状を簡素化することができる。

・上記実施形態では、２つのロータコア３１，４１を用いる構成としたが、これに限らず、例えば１つのロータコアを用いる構成を採用してもよい。この場合、ロータコア３１の爪状磁極３６とロータコア４１の爪状磁極４６を一方のロータコアに形成することで同じ環状磁石５１を用いた際に上記実施形態のロータの極数と同じとすることができる。

・上記実施形態では、環状磁石５１と爪状磁極３６，４６とによる極数を１０極としたが、これらは任意に変更可能である。
・上記実施形態並びに上記各変形例は適宜組み合わせてもよい。

１１…ブラシレスモータ（モータ）、１６…ステータ、２１…ロータ、３１…ロータコア（第１ロータコア）、３２…コアベース、３４…中間コアベース（磁気特性の低い部位）、４１…ロータコア（第２ロータコア）、４２…コアベース、４４…中間コアベース（磁気特性の低い部位）、３６，４６…爪状磁極、３８ｂ，４８ｂ…溝部、５１…環状磁石。

Claims (6)

1. 略円板状のコアベースと該コアベースの外周部から少なくとも軸方向に延出し周方向に複数設けられる爪状磁極とを有する１つ以上のロータコアと、
   前記爪状磁極と径方向において当接して極異方配向されることで、複数設けられる前記爪状磁極を周方向において異なる磁極として機能させる環状磁石と
   を備え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１つ以上のロータコアとして第１ロータコア及び第２ロータコアの２つを備えるものであり、
   前記第１及び第２ロータコアは、互いの前記コアベースが対向されるとともに、それぞれの前記爪状磁極が周方向に交互に配置され、
   前記環状磁石は、前記コアベース同士の軸方向の間に配置され、極異方配向されることで、前記第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、
   前記コアベースには、少なくともその一部に前記爪状磁極よりも磁気特性の低い部位が設けられることを特徴とするロータ。
4. 請求項３に記載のロータにおいて、
   前記磁気特性の低い部位は、前記コアベースに対して円環状に設けられることを特徴とするロータ。
5. 請求項１〜４のいずれか一項に記載のロータにおいて、
   前記爪状磁極は、その外周面に軸方向に沿った溝部又は軸方向に沿ったスリットが形成されることを特徴とするロータ。
6. 請求項１〜５のいずれか一項に記載のロータと、該ロータと対向配置されるステータとを有することを特徴とするモータ。