JP2019122084A - モータ用ロータ及びモータ - Google Patents

Abstract

【課題】マグネットが円筒状ヨークから外れることを防止した構造を備える小型高性能のモータ用ロータ及びモータを提供する。【解決手段】ヨークの円筒外周面に、複数の円弧状マグネットを均等に配置したロータ本体を備えるモータ用ロータを、マグネットの外側円弧の端部は面取りし、ロータ本体の両端面に薄板円盤形状のマグネット保持部品を配置し、このマグネット保持部品の端部が、円弧状マグネットの面取りされている部分に向かって折り曲げられた形状とする。【選択図】 図６

Description

本発明は、複数の円弧状のマグネットを均等に配置したモータ用ロータ及び、このロータを備えるモータに関するものである。

インナーロータタイプのブラシレスモータなどに使用されるロータとして、複数の円弧状のマグネット（永久磁石）を円筒状のヨークに対して均等に接着配置して多極を形成したものがある。このようなロータは、そのままでは、ロータとして使用する中で、接着した円弧状のマグネットが、円筒状ヨークから外れてしまうといった重大な不具合が発生する可能性が考えられる。このような不具合の発生を防ぐための手段として、従来より、マグネットに形成した切欠溝又は段付部に嵌め合わせる固定具を介して、円弧状マグネットと円筒状ヨークとを固定する方法がある（例えば、特許文献１参照）。あるいは、円筒状のヨークの外周に配置した円弧状のマグネットの表面に、テープ等を巻き付ける方法がある（例えば、特許文献２参照）。

実開昭５６−６６１８８号公報 特開２００１−１３６６９２号公報

マグネットに形成した切欠溝又は段付部に嵌め合わせる固定具を介して、円弧状マグネットと円筒状ヨークとを固定する形態では、マグネットを含むロータ本体部の軸方向の長さが、固定具の分だけ長くなってしまう。また、小径サイズのロータになるほど、マグネットの切欠溝や段付部及びこれに嵌め合わすことのできる固定具を形成することは困難となる。

マグネットの表面に、テープ等を巻き付ける方法では、モータを構成する場合に、ロータマグネットと対向するステータとの空隙を、テープ等の厚さの分大きくしなければならないため、モータとしての特性が悪くなる。

上記課題を解決するための一手段は、ヨークの円筒外周面に、複数の円弧状マグネットを均等に配置したロータ本体を備えるモータ用ロータを、マグネットの外側円弧の端部は面取りし、ロータ本体の両端面に薄板円盤形状のマグネット保持部品を配置し、このマグネット保持部品の端部が、円弧状マグネットの面取りされている部分に向かって折り曲げられた形状となるようにしたものである。また、このモータ用ロータを使用したモータを構成したものである。

本発明によれば、モータ特性を悪くすることなく、ロータサイズの大きな増加をおさえながら、マグネットが円筒状ヨークから外れることを防ぐことができる。また、小径のモータ用のロータに対しても適用が容易となる。

本発明の実施の形態に係わるモータ用ロータの側面図である。 本モータ用ロータの断面図である。 本モータ用ロータの要部拡大図である。 本モータ用ロータを一方の軸方向からみた図である。 本モータ用ロータで一方のマグネット保持部品を配置していない状態を図４と同じ方向からみた図である。 本発明の実施の形態に係わるモータの断面図である。

本実施の形態の特徴の一つは、ヨークの円筒外周面に、複数の円弧状マグネットを均等に配置したロータ本体を備えるモータ用ロータを、マグネットの外側円弧の端部は面取りし、ロータ本体の両端面に薄板円盤形状のマグネット保持部品を配置し、このマグネット保持部品の端部が、円弧状マグネットの面取りされている部分に向かって折り曲げられた形状となるようにした。
この構成によれば、モータ特性を悪くすることなく、ロータサイズの大きな増加をおさえながら、マグネットが円筒状ヨークから外れることを防ぐことができる。また、小径のモータ用のロータに対しても容易に適用できる。

他の特徴としては、マグネット保持部品の端部の折り曲げ量（マグネットの面取りされている部分に向かって折り曲げられた形状のロータ軸方向の折り曲げ量）を、円弧状マグネットの面取りされている部分のロータ軸方向の面取り量よりも小さくするとともに、マグネット保持部品の直径サイズは、ロータ本体の外周のサイズよりも小さくした。
この構成によれば、マグネット保持部品がロータ本体の径方向に突出しないので、モータを構成する場合に、ロータマグネットと対向するステータとの空隙を最小限に抑えることができる。あるいは、ロータマグネットとステータが対向する軸方向の範囲を最大限確保できる。

他の特徴としては、マグネット保持部品は円盤形状の中央部分が貫通しており、貫通している部分の端部で、ヨークに対してレーザ溶着した。
この構成によれば、薄板円盤形状のマグネット保持部品をヨークに対して確実に固着できる。

他の特徴としては、上記の何れかの特徴を備えるモータ用ロータと、回転磁界を発生するコイルを有するステータでモータを構成した点にある。
この構成によれば、ロータ本体の両端面に薄板円盤形状のマグネット保持部品を配置したモータ用ロータ備えることで、モータとしても耐久性と信頼性に優れるとともに、モータサイズに対してトルク特性に優れるモータとすることができる。

次に、上記特徴を有する好ましい実施例を、図面に基づいて詳細に説明する。

以下、本発明の実施例を図に基づいて説明する。
図１は、本発明の実施の形態に係わるモータ用ロータの側面図である。図２は、図１におけるモータ用ロータの断面図である。図３は、図２におけるＡ部の拡大図である。図４は、同モータ用ロータを一方の軸方向からみた図である。図５は、同モータ用ロータでマグネット保持部品を配置していない状態のものを図４と同じ方向からみた図である。図６は、同モータ用ロータを使用するモータの構造の一例を示す断面図である。

図１〜図５において、１０は本実施例のモータ用ロータを示している。モータ用ロータ１０は、主にロータ本体１とシャフト５で構成されている。ロータ本体１は、マグネット２とヨーク３とで構成されている。シャフト５は、ロータ本体１の中心軸であってヨーク３の中心部を挿通している。ロータ本体１の両端面には、マグネット保持部品４ｆ、４ｂが配置されている。

マグネット２は、同じ形状の４つの円弧状マグネット２ａ，２ｂ，２ｃ，２ｄを均等に配置して構成されている（図５参照）。円弧状マグネット２ａ，２ｂ，２ｃ，２ｄは、互いに接着されており、中空円筒形状のマグネット２を構成している。円弧状マグネット２ａ，２ｂ，２ｃ，２ｄは、必ずしも円弧形状に成形された状態で互いに接着しなくとも、例えば、直方体又は立方体形状をした４つのマグネットの垂直面同士を接着したあと、中空円筒形状に加工することにより、マグネット２とすることができる。

マグネット２の内周面とヨーク３の外周面とは接着されており、ロータ本体１を構成している。更に、ヨーク３の中心部を挿通しているシャフト５は、ヨーク３に接着固定されている。最終的に、シャフト５を加工中心軸として両端を保持し、マグネット２の外周面を真円形状に研削加工することで、マグネット２を構成する各円弧状マグネット同士間の継ぎ目が、外観的にほとんど目立たない状態となる。また、バランスに優れるロータとなることなどから、モータ用ロータとして使用した場合に、小型で高性能なモータを実現できる。このロータマグネットの加工調整については、特許第４６８６６７５号公報に開示されている。

ロータ本体１の一方の端面に配置されているマグネット保持部品４ｆは、非磁性体の金属材料からなる薄板円盤形状の部品である。そして、このマグネット保持部品４ｆは、溶着部３ｗ（図３、４参照）でヨーク３にレーザ溶着されている。また、図３に示すように、マグネット保持部品４ｆの端部４ｆｃは、面取り２ｆｃが施されているマグネット２の外周円端部に向かって折り曲げられた形状としている。また、マグネット保持部品４ｆの端部の折り曲げ量（マグネットの面取りされている部分に向かって折り曲げられた形状のロータ軸方向の折り曲げ量）は、マグネットの面取り２ｆｃ面取り量よりも小さくするとともに、マグネット保持部品４ｆの直径サイズは、ロータ本体の外周のサイズよりも小さくしている。面取り２ｆｃは、平面的な面取りでなくともよく、例えば、曲面を形成したいわゆるＲ面取り形状としてもよい。

マグネット保持部品４ｆが配置されているロータ本体１の一方の端面（図２では左側）に対して、他方側の端面（図２では右側）にはマグネット保持部品４ｂが配置されている。マグネット保持部品４ｂもマグネット保持部品４ｆと同様に、ヨーク３にレーザ溶着されているとともに、面取りが施されているマグネット２の外周円端部に向かって折り曲げられた形状している。

ロータ本体１の両端面に配置したマグネット保持部品４ｆ、４ｂにより、ロータのサイズの大きな増加をおさえながら、マグネット２を構成する円弧状マグネット２ａ，２ｂ，２ｃ，２ｄがヨーク３から外れるといったことを防ぐことができる。また、マグネット保持部品４ｆ、４ｂの形状は比較的シンプルなので、例えば、外径φ１２mm以下といった小径のモータ用のロータに対しても容易に適用できる。

モータ用ロータ１０を完成するまでの最終段階又は途中の段階において、マグネット２を構成する円弧状マグネット２ａ，２ｂ，２ｃ，２ｄは、隣り合う円弧状マグネット同士が反対の極性を持つように着磁する。これにより、モータ用ロータ１０は、４極のマグネットロータとなっている。

図６は、モータ用ロータ１０を組み込んだモータの一例であるモータ１００を断面図で示している。モータ１００は、モータ用ロータ１０の周囲に位置するコイルユニット３０と、コイルユニット３０の周囲に位置するステータコア４０と、これらコイルユニット３０及びステータコア４０の周囲及び前端部を覆うハウジング５０と、配線基板６０と、エンドプレート７０などで構成されるインナーロータ型のブラシレスモータである。

コイルユニット３０は、コイル３１とコイルホルダー３２とで構成されている。導電性の線材で形成されたコイル３１は、モータ用ロータ１０の周囲を１２０°間隔で３つ配置されており、樹脂製のコイルホルダー３２がコイル３１を保持している。
ステータコア４０は、薄肉円環状の磁性体を、ロータ軸方向に複数積層するとともにかしめ加工により接続することで、略円筒状に構成されている。
ロータに対して、コイルユニット３０とステータコア４０がステータの主要部となっている。

ハウジング５０に固定される軸受５１と、エンドプレート７０に固定される軸受７１とで、ロータ１０のシャフト５を両側で回転自在に支持している。シャフト５には出力歯車２１が固定されている。

ステータの主要部を構成するコイルユニット３０のコイル３１への通電により、回転磁界を発生し、ロータ１０を回転させる。ロータ１０が回転するとき、出力歯車２１を介してモータ１００の回転出力を外部に伝達できる。

ロータ１０のマグネット２の外周と、ステータを構成するコイルユニット３０との間には、空隙ｇがある。薄板円盤形状のマグネット保持部品４ｆ（４ｂ）の直径は、マグネット２の外径を越えて径方向に突出しないように設定しているので、空隙ｇの距離を最小限に抑えることができる。また、薄板状の部材でマグネット保持部品４ｆ（４ｂ）を形成しているので、モータ１００の軸方向の全長を抑えつつロータマグネットとステータが対向する軸方向の範囲を最大限確保できる。

この構成により、モータ１００は、耐久性と信頼性に優れるとともに、モータサイズに対してトルク特性に優れるモータとなっている。

以上、本発明の実施形態について説明したが、本発明は上述した実施例に限定されず、本発明の要旨を変更しない範囲で適宜変更が可能である。

例えば、上記実施例によればモータ用ロータ１０のマグネット２は４分割されるピースで構成される４極マグネットロータとしたが、更に分割したピースで構成される多極のマグネットロータとすることができる。

また、上記実施例によれば、マグネット２を構成する円弧状マグネットを互いに接着して中空円筒形状としたが、必ずしも互いに接着された中空円筒形状としなくとも、各円弧状マグネット間に一定の間隔がある状態で均等にヨーク３の円筒外周面に接着して配置固定してもよい。

また、上記実施例によれば、モータ１００をコイルユニット３０の外周側にステータコア４０を配置した形態のモータとしたが、ステータコアを構成するティースにコイルを巻回した形態、さらに、ステータコア４０を省いて磁性材からなるハウジング５０をコアとして作用させるようにした形態などのモータにも適用できる。

本発明のロータ及びモータは、高性能な小型ロボットの関節駆動用及び、小型モータを搭載する各種産業機器の使用に適している。

１：ロータ本体
２：マグネット
２ａ，２ｂ，２ｃ，２ｄ：円弧状マグネット
３：ヨーク
４ｆ，４ｂ：マグネット保持部品
５：シャフト
１０：モータ用ロータ
３０：コイルユニット
４０：ステータコア
５０：ハウジング
５１：軸受
６０：配線基板
７０：エンドプレート
７１：軸受
１００：モータ

Claims (4)

1. ヨークの円筒外周面に、複数の円弧状マグネットを均等に配置したロータ本体を備え、
   前記円弧状マグネットの外側円弧の端部は面取りされており、
   前記ロータ本体の両端面に、薄板円盤形状のマグネット保持部品が配置されており、
   前記マグネット保持部品は、前記薄板円盤形状の端部が、前記円弧状マグネットの前記面取りされている部分に向かって折り曲げられた形状をしていることを特徴とするモータ用ロータ。
2. 前記面取りされている部分に向かって折り曲げられた形状のロータ軸方向の折り曲げ量は、前記円弧状マグネットの面取りされている部分のロータ軸方向の面取り量よりも小さく、
   前記マグネット保持部品の直径サイズは、前記ロータ本体の外周のサイズよりも小さいことを特徴とする請求項１記載のモータ用ロータ。
3. 前記マグネット保持部品は、円盤形状の中央部分が貫通しており、
   前記貫通している部分の端部で、前記ヨークに対してレーザ溶着されていることを特徴とする請求項１又は２記載のモータ用ロータ。
4. 請求項１から３何れか１項記載のモータ用ロータと、回転磁界を発生するコイルを有するステータを備えるモータ。

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