JP2021057992A - ロータ及びモータ - Google Patents

Abstract

【課題】センサマグネットを組み込みながら大型化を防止できるロータ及びそれを備えたモータを提供する。【解決手段】ロータ１０は、シャフト１１と、ロータマグネットと、センサマグネットと、を備える。シャフトは、上下方向に延びる中心軸Ｃに沿って延びる。ロータマグネットは、ロータコアの外周部に配置され、異なる磁極が周方向に複数交互に配列される。センサマグネットは、ロータマグネットの上面に配置され、上面において異なる磁極が周方向に複数交互に配列される。【選択図】図４

Description

本発明は、ロータ及びモータに関する。

従来のロータは、例えば、ロータと一体に回転して上下方向に延びる回転軸（シャフト）を備える。回転軸の一端にはロータの回転位置を検知するためのセンサマグネットが配置される（例えば、特開２０１７−３４９９１号公報参照）。

特開２０１７−３４９９１号公報

しかしながら、従来のロータでは、回転軸の一端に配置されたセンサマグネットによりロータ全体が軸方向に長くなり、大型化する問題があった。

本発明は、センサマグネットを組み込みながら大型化を防止できるロータ及びそれを備えたモータを提供することを目的とする。

本発明の例示的なロータは、ロータは、シャフトと、ロータマグネットと、センサマグネットと、を備える。シャフトは、上下方向に延びる中心軸に沿って延びる。ロータマグネットは、ロータコアの外周部に配置され、異なる磁極が周方向に複数交互に配列される。センサマグネットは、ロータマグネットの上面に配置され、上面において異なる磁極が周方向に複数交互に配列される。

例示的な本発明によれば、センサマグネットを組み込みながら大型化を防止できるロータ及びモータを提供することができる。

図１は、本発明のモータの縦断面図である。 図２は、本発明のロータの斜視図である。 図３は、本発明のロータの斜視断面図である。 図４は、本発明のロータの一部を示す斜視図である。 図５は、本発明のロータの一部を示す分解斜視図である。 図６は、本発明のロータの一部の変形例を示す斜視図である。

以下、本発明の例示的な実施形態について、図面を参照しながら詳細に説明する。なお、本明細書では、モータの中心軸と平行な方向を「軸方向」、モータの中心軸に直交する方向を「径方向」、モータの中心軸を中心とする円弧に沿う方向を「周方向」、とそれぞれ称する。また、本願では、軸方向を上下方向とし、ステータコアに対して回路基板側を上として、各部の形状や位置関係を説明する。なお、上下方向は単に説明のための用いられる名称であって、実際の位置関係及び方向を限定しない。

また、本願において「平行な方向」とは、略平行な方向も含む。また、本願において「直交する方向」とは、略直交する方向も含む。

（１．モータの構成）
本発明の例示的な一実施形態のモータについて説明する。図１は、本発明のモータ１の縦断面図である。

モータ１は、ロータ１０と、ステータ２０と、ハウジング３０と、下ベアリング３４と、上ベアリング３５と、を備える。
を備える

ロータ１０は、上下方向に延びる中心軸Ｃ周りに回転可能である。ロータ１０は、シャフト１１と、ロータコア１２と、ロータマグネット１３と、センサマグネット１４と、ホルダ１５と、ロータカバー１６と、を有する。シャフト１１は、中心軸Ｃに沿って延びる柱状の金属部材である。ロータコア１２は、環状の電磁鋼板を軸方向に複数積層して形成される。ロータコア１２は、その中央に軸方向に延びる貫通孔１２ａを有する。貫通孔１２ａにシャフト１１が圧入される。これにより、ロータコア１２は、シャフト１１に固定される。

ロータマグネット１３は、ロータコア１２の外周部に配置される。センサマグネット１４は、円環状に形成され、ロータマグネット１３の上面上に配置される。ホルダ１５は、ロータマグネット１３及びロータコア１２を保持する。ロータカバー１６は、センサマグネット１４と、ロータマグネット１３と、ホルダ１５と、を一体に保持する。なお、ロータ１０の詳しい構造については後で詳細に説明する。

ステータ２０は、ロータ１０の径方向外側に対向して配置され、ステータコア２１と、複数のコイル２２と、インシュレータ２３と、回路基板２４と、を有する。

ステータコア２１は、環状の電磁鋼板を軸方向に複数積層して形成される。ステータコア２１は、円環状のコアバック部２１ａと、コアバック部２１ａから径方向内側へ向けて突出した複数のティース部２１ｂとを有する。複数のティース部２１ｂは、周方向に略等間隔に配列される。

インシュレータ２３は、絶縁性の樹脂成形品から成り、ステータコア２１の少なくとも一部を覆う。具体的には、ステータコア２１の表面のうち、少なくとも、各ティース部２１ｂの上面、下面、および側面は、インシュレータ２３により覆われる。インシュレータ２３は、インシュレータ２３の上部から軸方向上側に突出する外壁部２３ａ及び内壁部２３ｂを有する。外壁部２３ａは、コアバック部２１ａの軸方向上側であってコイル２２の径方向外側に位置する。内壁部２３ｂは、ティース部２１ｂの径方向内端部の軸方向上側であってコイル２２の径方向内側に位置する。

コイル２２は、ティース部２１ｂの周囲にインシュレータ２３を介して導線２２ａを巻き回して形成される。インシュレータ２３により、ステータコア２１と導線２２ａとは絶縁される。また、外壁部２３ａ及び内壁部２３ｂが、ティース部２１ｂに巻き回された導線２２ａを径方向に支持し、導線の巻き崩れを防止できる。

回路基板２４は、インシュレータ２３の内壁部２３ｂの上面に配置される。回路基板２４の径方向内端は、センサマグネット１４の径方向内端よりも径方向内側まで延び、回路基板２４の内周部は、ロータコア１２と軸方向に対向する。回路基板２４には、回転センサ２４ａが実装される。回転センサ２４ａを回路基板２４に実装することにより、回転センサ２４ａの位置決めが容易になるとともに、位置精度が向上する。回転センサ２４ａは、センサマグネット１４と軸方向に対向し、中心軸Ｃ周りに回転するセンサマグネット１４の磁束変化からロータ１０の回転位置を検知する。

なお、回路基板２４は、インシュレータ２３の外壁部２３ａの上面に配置されてもよい。その場合、外壁部２３ａの上面は、コイル２２の上端よりも軸方向上側に位置する。これにより、回路基板２４も、コイル２２の上端よりも軸方向上側に配置される。また、回路基板２４は、外壁部２３ａからセンサマグネット１４に向かって径方向内側に延び、回路基板２４の内周部は、ロータコア１２と軸方向に対向する。

ハウジング３０は、筒状に形成され、ステータ２０を収容する。ハウジング３０は、底面部３１と、周面部３２と、カバー３３と、を有する。底面部３１は、ステータ２０の軸方向下側に配置され、径方向に広がる。周面部３２は、底面部３１の径方向外端部から軸方向上側に延びる。周面部３２の内周面に、ステータ２０が圧入固定される。カバー３３は、ステータ２０の軸方向上側に配置され、周面部３２の上部に固定される。

下ベアリング３４は、底面部３１に保持される。上ベアリング３５は、カバー３３に保持される。下ベアリング３４及び上ベアリング３５には、例えば、複数の球体を介して外輪と内輪とを相対回転させるボールベアリングが用いられる。下ベアリング３４の外輪は、底面部３１に固定される。上ベアリング３５の外輪は、カバー３３に固定される。また、下ベアリング３４及び上ベアリング３５の各々の内輪は、シャフト１１に固定される。これにより、下ベアリング３４及び上ベアリング３５は、シャフト１１をハウジング３０に対して回転可能に支持する。下ベアリング３４及び上ベアリング３５に代えて、例えば、すべり軸受や流体動圧軸受等が、使用されてもよい。

コイル２２に駆動電流を与えると、複数のティース部２１ｂに磁束が生じる。ティース部２１ｂとロータマグネット１３との間の磁気的な吸引力及び反発力によって、周方向のトルクが発生する。その結果、ステータ２０に対してロータ１０が、中心軸Ｃを中心として回転する。

（２．ロータの構造）
図２、図３は、ロータ１０の斜視図及び斜視断面図である。また、図４、図５は、ロータ１０のロータカバー１６を省いた斜視図及び分解斜視図である。

ロータマグネット１３は、ロータコア１２の外周部に配置される。本実施形態では、ロータマグネット１３が、ロータコア１２の径方向外面に配置されたＳＰＭ（Ｓｕｒｆａｃｅ Ｐｅｒｍａｎｅｎｔ Ｍａｇｎｅｔ）型を例に説明する。ロータコア１２は、略正八角柱状に形成され、貫通孔１２ａ及び溝部１２ｂを有する。貫通孔１２ａは、中心軸Ｃ上に形成され、シャフト１１が圧入される。これにより、ロータコア１２が、シャフト１１に固定される。溝部１２ｂは、ロータコア１２の各角部に形成され、軸方向に延びる。

ホルダ１５は、樹脂製の部材であり、連結部１５ａ及び仕切部１５ｂを有する。連結部１５ａは、円環状に形成され、ロータコア１２の底面と接触する。また、連結部１５ａは、仕切部１５ｂの軸方向下端を連結する。

仕切部１５ｂは、連結部１５ａから軸方向上側に向かって延び、周方向に等間隔で複数配置される。仕切部１５ｂは、突出部１５ｃ及び支持部１５ｄを有する。突出部１５ｃは、仕切部１５ｂの径方向内面から径方向内側に向かって延び、溝部１２ｂと嵌りあう。突出部１５ｃの径方向外端部は、ロータコア１２の径方向外面よりも径方向外側に位置する。支持部１５ｄは、仕切部１５ｂの径方向外端部から周方向両側に延びる。

ロータマグネット１３は、硬質磁性部材から成る略直方体状のマグネット１３ａ、１３ｂを４個ずつ有する。マグネット１３ａ、１３ｂは、周方向に隣り合う仕切部１５ｂの間に圧入されて組み立てられる。このとき、マグネット１３ａとマグネット１３ｂとは、周方向に交互に配列される。組み立てられた状態において、マグネット１３ａ、１３ｂの径方向内面は、ロータコア１２の径方向外面に接触し、マグネット１３ａ、１３ｂの径方向外面は、支持部１５ｄと接触する。また、マグネット１３ａ、１３ｂの下面は、連結部１５ａと接触する。

マグネット１３ａ、１３ｂは、径方向に対向してＳ極及びＮ極を有し、マグネット１３ａとマグネット１３ｂとは、径方向外面の磁極が異なる。すなわち、マグネット１３ａは、径方向外面にＳ極の磁極面を有する。また、マグネット１３ｂは、径方向外面にＮ極の磁極面を有する。これにより、ロータマグネット１３は、径方向外面において異なる磁極が周方向に複数交互に配列される。

なお、本実施形態では、ロータマグネット１３は、マグネット１３ａ、１３ｂを周方向に複数配列して構成されるが、筒状の硬質磁性部材を着磁して磁極の異なる磁極面を周方向に複数交互に形成してもよい。

また、本実施形態では、マグネット１３ａ、１３ｂが、ロータコア１２の径方向外側に配置されたＳＰＭ型であるがこれに限られない。例えば、ＩＰＭ（Ｉｎｔｅｒｉｏｒ Ｐｅｒｍａｎｅｎｔ Ｍａｇｎｅｔ）型でもよい。

センサマグネット１４の上面に配列される磁極の数は、ロータマグネット１３の径方向外面に配列される磁極の数と同じである。本実施形態では、センサマグネット１４は、円環状の硬質磁性部材から成り、センサマグネット１４は、上面に、Ｎ極の磁極面１４ａとＳ極の磁極面１４ｂとを４個ずつ有する。また、センサマグネット１４の上面の磁極面１４ａの軸方向下側にはマグネット１３ａが配置される。センサマグネット１４の上面の磁極面１４ｂの軸方向下側にはマグネット１３ｂが配置される。これにより、センサマグネット１４の磁束の一部が、ロータマグネット１３からの磁力により打ち消されることを低減できる。

センサマグネット１４は、上面において異なる磁極が周方向に複数交互に配列されている。本実施形態では、磁極面１４ａ及び磁極面１４ｂは、上面視において円弧状であり、全て同一形状である。磁極面１４ａと磁極面１４ｂとは、周方向に交互に配列する。

なお、センサマグネット１４は、軸方向に対向して対になったＳ極及びＮ極を有する。このため、磁極面１４ａと軸方向に対向するセンサマグネット１４の下面には、Ｓ極の磁極面（不図示）が配される。また、磁極面１４ｂと軸方向に対向するセンサマグネット１４の下面には、Ｎ極の磁極面（不図示）が配される。

センサマグネット１４は、ロータマグネット１３の上面に配置される。また、ロータマグネット１３の周方向に隣り合う異なる磁極間に形成される境界と、センサマグネット１４の周方向に隣り合う異なる磁極間に形成される境界１４ｃと、が軸方向に重なる。本実施形態では、隣り合う磁極面１４ａと磁極面１４ｂとの境界１４ｃは、仕切部１５ｂ上に配置される。言い換えると、仕切部１５ｂは、隣り合うマグネット１３ａ、１３ｂの周方向の境界に配置されている。

これにより、センサマグネット１４の磁極面１４ａ又は磁極面１４ｂが、ロータマグネット１３の異なる２つ以上の磁極と隣り合わない。したがって、センサマグネット１４の磁束の一部が、ロータマグネット１３からの磁力により打ち消されることをより低減できる。これにより、回転センサ２４ａは、センサマグネット１４の磁束変化をより精度よく検知できる。

また、軸方向に重なるロータマグネット１３の径方向外面の磁極と、センサマグネット１４の上面の磁極とは、異なる。本実施形態では、マグネット１３ａの径方向外面は、Ｓ極であり、磁極面１４ａは、Ｎ極である。一方、マグネット１３ｂの径方向外面は、Ｎ極であり、磁極面１４ｂは、Ｓ極である。これにより、センサマグネット１４の上面とロータマグネット１３の径方向外面との間に径方向に延びる強い磁束が形成される。従って、センサマグネット１４の磁束の一部が、ロータマグネット１３からの磁力により打ち消されることをより低減できる。

ロータカバー１６は、鉄、アルミニウム等の非磁性体の金属製であり、例えば、プレス加工等により形成される。ロータカバー１６は、筒部１６ａと、上面部１６ｂと、下面部１６ｃと、を有する。筒部１６ａは円筒状であり、ロータマグネット１３の径方向外側に配置される。上面部１６ｂは、筒部１６ａの軸方向上端から径方向内側に屈曲してセンサマグネット１４の上面と接触する。下面部１６ｃは、筒部１６ａの軸方向下端から径方向内側に屈曲してホルダ１５の下面と接触する。

このとき、センサマグネット１４をロータマグネット１３の上面に配置することにより、ロータ１０の軸方向の長さを変えることなくセンサマグネット１４をロータ１０に組み込むことができる。従って、ロータ１０の大型化を防止しながらセンサマグネット１４が組み込まれたロータ１０を提供できる。また、センサマグネット１４は、ロータマグネット１３の上面と、上面部１６ｂとで軸方向に挟まれ、保持される。これにより、センサマグネット１４をロータ１０に容易に組み込むことができる。また、センサマグネット１４が、ロータ１０の回転時に軸方向上側に抜けることを防止できる。

なお、ロータカバー１６は、非磁性体の金属の代わりに、熱収縮性を有する樹脂フィルムで形成されてもよい。このとき、筒状のロータカバー１６を熱収縮させて容易に上面部１６ｂ及び下面部１６ｃを形成することができ、ロータ１０の組み立て効率を向上できる。

また、ロータマグネット１３及びセンサマグネット１４は、ロータカバー１６により保持された後に、着磁される。これにより。組み立て時に、ロータマグネット１３及びセンサマグネット１４が反発して組み立て効率が低下することを防止できる。また、センサマグネット１４の周方向の位置決めを組み立て時に行う必要がないため、ロータ１０の組み立て効率をより向上できる。

なお、図６はロータ１０の変形例を示す斜視図であり、ロータカバー１６を省いて示す。センサマグネット１４の上面に配列される磁極の数は、ロータマグネット１３の径方向外面に配列される磁極の数よりも多くてもよい。例えば、センサマグネット１４は、上面に、Ｎ極の磁極面１４ａとＳ極の磁極面１４ｂとを８個ずつ有する。

このとき、隣り合う磁極面１４ａと磁極面１４ｂとの境界１４ｃの一部は、隣り合うマグネット１３ａ、１３ｂの周方向の境界と軸方向に重ならない。しかし、センサマグネット１４の磁極面１４ａ又は磁極面１４ｂが、ロータマグネット１３の異なる２つ以上の磁極と隣り合わない。これにより、センサマグネット１４の磁束の一部が、ロータマグネット１３からの磁力により打ち消されること低減しながら、センサマグネット１４の上面に配列される磁極の数を増やすことができる。したがって、回転センサ２４ａは、ロータ１０の回転位置をより精度よく検知できる。

（４．その他）
上記実施形態は、本発明の例示にすぎない。実施形態の構成は、本発明の技術的思想を超えない範囲で適宜変更されてもよい。また、実施形態は、可能な範囲で組み合わせて実施されてよい。

例えば、ＩＰＭ型のロータコア１２を用いる場合、ＩＰＭ型は、ロータコア１２が、軸方向に貫通して周方向に並ぶ複数のマグネット挿入孔を有し、マグネット１３ａ、１３ｂは、マグネット挿入孔に挿入される。このとき、マグネット１３ａ、１３ｂを保持するホルダ１５を省くことができる。

本発明のモータは、例えば、車載用のモータに利用することができる。

１ モータ
１０ ロータ
１１ シャフト
１２ ロータコア
１２ａ 挿入孔
１２ｂ 溝部
１３ ロータマグネット
１３ａ、１３ｂ マグネット
１４ センサマグネット
１４ａ、１４ｂ 磁極面
１４ｃ 境界
１５ ホルダ
１５ａ 連結部
１５ｂ 仕切部
１５ｃ 突出部
１５ｄ 支持部
１６ ロータカバー
１６ａ 筒部
１６ｂ 上面部
１６ｃ 下面部
２０ ステータ
２１ ステータコア
２１ａ コアバック部
２１ｂ ティース部
２２ コイル
２２ａ 導線
２３ インシュレータ
２３ａ 外壁部
２３ｂ 内壁部
２４ 回路基板
２４ａ 回転センサ
３０ ハウジング
３１ 底面部
３２ 周面部
３３ カバー
３４ 下ベアリング
３５ 上ベアリング
Ｃ 中心軸

Claims (8)

1. 上下方向に延びる中心軸に沿って延びるシャフトと、
   前記シャフトに固定される環状のロータコアと、
   前記ロータコアの外周部に配置され、異なる磁極が周方向に複数交互に配列されたロータマグネットと、
   前記ロータマグネットの上面に配置され、上面において異なる磁極が周方向に複数交互に配列されたセンサマグネットと、
   を備える、ロータ。
2. 前記ロータマグネットの周方向に隣り合う異なる磁極間に形成される境界と、前記センサマグネットの周方向に隣り合う異なる磁極間に形成される境界と、が軸方向に重なる、請求項１に記載のロータ。
3. 前記センサマグネットの上面に配列される磁極の数は、前記ロータマグネットの径方向外面に配列される磁極の数と同じ、請求項１又は請求項２に記載のロータ。
4. 前記センサマグネットの上面に配列される磁極の数は、前記ロータマグネットの径方向外面に配列される磁極の数と同じであり、
   軸方向に重なる前記ロータマグネットの径方向外面の磁極と、前記センサマグネットの上面の磁極とは、異なる、請求項２に記載のロータ。
5. 前記センサマグネットの上面に配列される磁極の数は、前記ロータマグネットの径方向外面に配列される磁極の数よりも多い、請求項１又は請求項２に記載のロータ。
6. 前記ロータマグネットの下面及び前記ロータコアの下面と接触する底面部を有し、前記ロータコア及び前記ロータマグネットを保持するホルダと、
   前記ロータマグネットの径方向外側に配置される円筒状の筒部と、前記筒部の軸方向上端から径方向内側に屈曲して前記センサマグネットの上面と接触する上面部と、前記筒部の軸方向下端から径方向内側に屈曲して前記ホルダの下面と接触する下面部と、を有し、前記ホルダと、前記ロータコアと、前記ロータマグネットと、前記センサマグネットと、を収容するロータカバーと、をさらに備え、
   前記センサマグネットは、前記ロータマグネットと、前記上面部とで軸方向に挟まれる、請求項１〜請求項５のいずれかに記載のロータ。
7. 前記ロータカバーは、熱収縮性を有する樹脂フィルムで形成される、請求項６に記載のロータ。
8. 請求項１〜請求項７のいずれかに記載のロータと、
   前記ロータの径方向外側に対向して配置され、複数のコイルを有するステータと、
   を備える、モータ。

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