JP2023087339A - モータ - Google Patents

Abstract

【課題】出力トルクを向上する。【解決手段】モータは、ロータを備える。前記ロータは、外周部を有する第１磁性体と、内周部を有する環状の第２磁性体と、前記径方向において、前記第１磁性体の外周部と前記第２磁性体の内周部に対向する、第１マグネット及び第２マグネットと、を備える。径方向において、前記第２磁性体の内周部と、前記第１マグネットのコーナとの間には、間隙がある。【選択図】図３

Description

本発明は、モータに関する。

ロータヨークの表面に、磁束の向きが異なる複数のマグネットを配置する、いわゆるハルバッハ配列のモータが知られている。ハルバッハ配列のモータにおいては、例えばインナーロータ構造のモータにおいて、回転時の遠心力によるマグネットの飛び出しを抑制するために、マグネット保持部材にマグネットを埋め込む技術が知られている。

特開２００７－００６５４５号公報 特開２０１０－２０７０６７号公報 国際公開第２０１４／１１５６５５号

しかし、ハルバッハ配列のモータにおいて、マグネットからステータ側に流れる磁束の量が低下する場合がある。この場合、モータの出力トルクが低下する。

一つの側面では、出力トルクを向上できるモータを提供することを目的とする。

一つの態様において、モータは、ロータを備える。前記ロータは、外周部を有する第１磁性体と、内周部を有する環状の第２磁性体と、前記径方向において、前記第１磁性体の外周部と前記第２磁性体の内周部に対向する、第１マグネット及び第２マグネットと、を備える。径方向において、前記第２磁性体の内周部と、前記第１マグネットのコーナとの間には、間隙がある。

一つの態様によれば、出力トルクを向上できる。

図１は、実施形態におけるモータの一例を示す斜視図である。 図２は、実施形態におけるモータの一例を示す分解斜視図である。 図３は、実施形態におけるモータの一部の一例を示す上面図である。 図４は、実施形態におけるモータの一部の一例を示す拡大上面図である。 図５は、変形例におけるモータの一部の一例を示す拡大上面図である。

以下に、本願の開示するモータの実施形態を図面に基づいて詳細に説明する。なお、図面における各要素の寸法の関係、各要素の比率などは、現実と異なる場合がある。図面の相互間においても、互いの寸法の関係や比率が異なる部分が含まれている場合がある。各図面において、説明を分かりやすくするために、モータの回転軸が延在する方向を軸方向とする座標系を図示する場合がある。

［実施形態］
まず、実施形態におけるモータについて、図１及び図２を用いて説明する。図１は、実施形態におけるモータの一例を示す斜視図である。図２は、実施形態におけるモータの一例を示す分解斜視図である。図１に示すように、実施形態におけるモータ１は、ステータ１０と、ロータ２０とを備える。実施形態におけるモータ１は、例えば、ステータの軸方向における長さに対して、径方向における長さの方が大きい、いわゆる扁平モータである。実施形態において、モータ１は、例えば、フレームレスモータである。モータ１は、例えば、図示しない回転軸により、駆動力を外部に伝達する。

図１に示すように、ステータ１０は、ステータコア１１と、インシュレータ１２と、コイル１３とを備える。ステータコア１１は、例えばケイ素鋼板、電磁鋼板等の軟磁性鋼板等の板状の金属部材を軸方向に複数積層することによって形成される。インシュレータ１２は、例えば樹脂等の絶縁体により形成される。コイル１３は、例えば、インシュレータ１２を介して、ステータコア１１に巻き回される。

図１及び図２に示すように、ロータ２０は、径方向において、ステータ１０の内周側に配置される。すなわち、実施形態におけるモータ１は、例えば、インナーロータ型のモータである。図２に示すように、ロータ２０は、ヨーク３０と、複数の第１マグネット４１と、複数の第２マグネット４２と、複数の主マグネット４３と、リング６０とを備える。なお、ヨーク３０は、第１磁性体の一例であり、リング６０は、環状の第２磁性体の一例である。また、以下において、第１マグネット４１、第２マグネット４２及び主マグネット４３を区別せずに表現する場合に、マグネット４０と表記する場合がある。

ヨーク３０は、例えば鉄で形成された継鉄である。リング６０は、例えばステータコア１１と同一の素材、望ましくはケイ素鋼板等の磁性体により形成される。リング６０は、図１及び図２に示すように、ヨーク３０の径方向外側に配置される。より具体的には、リング６０の内周部６１は、マグネット４０を介して、径方向においてヨーク３０の外周部３１と対向する。

リング６０の内周部６１には、図２及び図３に示すように、凹部６２が形成される。図３は、実施形態におけるモータの一部の一例を示す上面図である。図３は、図１の枠Ｆ１に示す部分を拡大した図である。なお、図３以降においては、ステータ１０を簡略化して図示する場合がある。例えば、図３においては、インシュレータ１２の図示を省略している。

マグネット４０は、径方向において、リング６０の内周部６１と、ヨーク３０の外周部３１との間隙に配置される。その際、第１マグネット４１と第２マグネット４２とは、周方向において相互に隣接するように配置される。なお、以下において、第１マグネット４１及び第２マグネット４２を合わせて補助マグネット群と表記する場合がある。また、複数の主マグネット４３を区別して表現する場合に、それぞれ主マグネット４３Ａ乃至４３Ｔと表記する場合がある。

実施形態において、ロータ２０は、第１マグネット４１と第２マグネット４２との並び方が異なる、２種類の補助マグネット群を備える。例えば、図３において、補助マグネット群４Ａと、補助マグネット群４Ｂとでは、第１マグネット４１と第２マグネット４２との並び方が反対になっている。実施形態において、２種類の補助マグネット群は、周方向において交互にならんでいる。

また、主マグネット４３は、周方向において、２つの補助マグネット群に挟まれる位置に配置される。例えば、図３に示すように、主マグネット４３Ａは、周方向において、補助マグネット群４Ａと、補助マグネット群４Ｂとの間に位置する。この場合において、主マグネット４３のうち一部は、周方向において第１マグネット４１に挟まれ、別の一部は周方向において第２マグネット４２に挟まれる。例えば、図３に示す主マグネット４３Ａは、周方向において、２つの第２マグネット４２と対向し、主マグネット４３Ｂは、周方向において、２つの第１マグネット４１と対向する。

実施形態において、第１マグネット４１と第２マグネット４２とは、略同一の形状を備えるが、図４に示すように、磁束の向きが異なる。図４は、実施形態におけるモータの一部の一例を示す拡大上面図である。図４に示すように、主マグネット４３の磁束の向きＤ３は、径方向に略一致する一方、第１マグネット４１の磁束の向きＤ１と、第２マグネット４２の磁束の向きＤ２とは、いずれもＤ３に対して傾いている。この場合において、第１マグネット４１と第２マグネット４２とが隣り合う位置は、磁極の切り替わり部となる。言い換えると、隣り合う第１マグネット４１と第２マグネット４２とが接触する接触線が磁極の転換部となって、磁極が切り替わる。具体的には、主マグネット４３Ａと、周方向において主マグネット４３Ａと隣り合う複数の第２マグネット４２とがなす磁極の境界線は、複数の第２マグネット４２が、それぞれ、主マグネット４３Ａと反対に位置する第１マグネット４１と隣り合う位置となる。なお、磁極の切り替わり部を形成するためには、第１マグネット４１と第２マグネット４２とは接触をしている必要はなく、第１マグネット４１と第２マグネット４２とが離間している場合には、第１マグネット４１と第２マグネット４２との周方向における中間位置が磁極の切り替わり部となる。

実施形態において、第１マグネット４１及び第２マグネット４２は、図３及び図４に示すように、径方向において、リング６０の凹部６２に対向するように配置される。図４に示すように、リング６０の凹部６２は、径方向において、第１マグネット４１の外周部に形成されたコーナ４７と対向する。また、凹部６２は、第２マグネット４２の外周部に形成されたコーナ４８とも、径方向において対向する。この場合において、凹部６２と、コーナ４７及び４８との間には、径方向において、間隙Ｂ１が形成される。

実施形態において、間隙Ｂ１は、ロータ２０のマグネット４０の磁極から出た磁束がロータ２０内を流れてしまうことを防止する、フラックスバリアとして作用する。これにより、第２マグネット４２と主マグネット４３とが隣り合う磁極切り替わり部において、第２マグネット４２と主マグネット４３との間で磁極が回り込むことが抑制されるので、ロータ２０からステータ１０側に流れる磁束を担保できる。これにより、モータ１のトルク低下が抑制される。さらに、間隙Ｂ１を設け、リング６０の径方向の大きさが小さい領域を設けることによって、当該領域を磁気飽和させ、第２マグネット４２と主マグネット４３との間で磁極が回り込むことを抑制することができる。

以上説明したように、実施形態におけるモータ１は、ロータ２０を備える。ロータ２０は、外周部３１を有する第１磁性体３０と、内周部６１を有する環状の第２磁性体６０と、径方向において、第１磁性体３０の外周部３１と第２磁性体６０の内周部６１に対向する、第１マグネット４１及び第２マグネット４２とを備える。径方向において、第２磁性体６０の内周部６１と、第１マグネット４１のコーナ４７との間には、間隙Ｂ１がある。かかる構成によれば、第１マグネット４１からステータ１０へ流れる磁束が増加することで、出力トルクを向上できる。また、別個に形成された複数のマグネット４０の周囲がリング６０により囲まれることにより、ロータ２０の真円度を担保しやすい。言い換えると、真円度の値を低下させることができる。

［変形例］
以上、実施形態における構成について説明したが、実施形態はこれに限られない。例えば、マグネット４０は、軸方向においてヨーク３０よりも突出しなければよい。この場合において、マグネット４０の軸方向における長さを、例えばヨーク３０よりも軸方向における長さより小さくしてもよい。また、実施形態におけるモータ１はインナーロータ型の扁平モータであるが、これに限られず、例えばアウターロータ型のモータであってもよく、軸方向におけるモータの長さが、径方向における長さより大きくてもよい。さらに、実施形態及び各変形例に示すヨークの材質は鉄に限らず、その他の磁性体であってもよい。

また、マグネット４０は、焼結等の成形された磁石に限られない。例えば、ボンド磁石等を用いて、射出成型機等によって、ヨーク３０とリング６０との間に任意の形状で成形してもよい。

また、コーナ４７及びコーナ４８の形状は、アールが形成されたものに限られず、テーパや切り欠きが形成されたものであってもよい。かかる構成によれば、間隙Ｂ１をより大きくとることができるので、磁束の漏れをより抑制できる。

また、リングは凹部６２を備えるものに限られず、第１マグネット４１のコーナ４７及び第２マグネット４２のコーナ４８との間に間隙を形成するものであればよい。図５は、変形例におけるモータの一部の一例を示す拡大上面図である。なお、以下の変形例において、先に説明した図面に示す部位と同一の部位には同一の符号を付し、重複する説明は省略する。

変形例において、モータ２は、リング６０に代えて、リング９０を備える。図５に示すように、変形例におけるリング９０の内周部９１には、凹部６２が形成されない。この場合においても、リング９０と、コーナ４７及びコーナ４８との間には、径方向において、間隙Ｂ９が形成される。この場合において、間隙Ｂ９の大きさを担保するために、コーナ４７及びコーナ４８の形状を変更してもよい。

本発明の実施形態及び各変形例に記載のロータまたはステータをアクチュエータや電子機器等に搭載させても構わない。具体的には、アクチュエータや電子機器のフレームあるいは筐体、ボディ等に対して、本発明の実施形態及び各変形例に記載のロータまたはステータを収容し、当該アクチュエータや電子機器の駆動要素として用いてもよい。

以上、本発明を実施形態及び各変形例に基づき説明したが、本発明は実施形態及び各変形例に限定されるものではなく、本発明の要旨を逸脱しない範囲での種々の変更が可能であることも言うまでもない。そのような要旨を逸脱しない範囲での種々の変更を行ったものも本発明の技術的範囲に含まれるものであり、そのことは、当業者にとって特許請求の範囲の記載から明らかである。

１，２ モータ、１０ ステータ、１１ ステータコア、１２ インシュレータ、１３ コイル、２０ ロータ、３０ ヨーク、３１ 外周部、４１ 第１マグネット、４２ 第２マグネット、４３ 主マグネット、４７，４８ コーナ、６０，９０ リング、６１，９１ 内周部、６２ 凹部

Claims (6)

1. ロータを備え、
   前記ロータは、
   外周部を有する第１磁性体と、
   内周部を有する環状の第２磁性体と、
   径方向において、前記第１磁性体の外周部と前記第２磁性体の内周部とに対向する、第１マグネット及び第２マグネットと、
   を備え、
   径方向において、前記第２磁性体の内周部と、前記第１マグネットのコーナとの間には、間隙がある、
   モータ。
2. 径方向において、前記第２磁性体の内周部は凹部を備え、
   前記第２磁性体の凹部は、径方向において、前記第１マグネットのコーナに対向している、
   請求項１に記載のモータ。
3. 前記間隙は、径方向において、前記第２マグネットのコーナと対向する、請求項１又は２に記載のモータ。
4. 前記第１マグネットの磁束の向き及び前記第２マグネットの磁束の向きは、互いに傾斜した向きである、請求項１乃至３のいずれか１つに記載のモータ。
5. 前記ロータは、前記第１マグネットと前記第２マグネットとを含む補助マグネット群を有し、
   前記ロータは、複数の前記補助マグネット群と、複数の主マグネットとを備え、
   前記補助マグネット群は、周方向において対向する第１の前記主マグネットと第２の前記主マグネットとの間に配置され、
   前記主マグネットの磁束の向きは径方向に向いており、
   前記第１マグネットの磁束の向き及び前記第２マグネットの磁束の向きは、前記主マグネットの磁束の向きに対して傾斜した向きである、
   請求項１乃至４のいずれか１つに記載のモータ。
6. 前記主マグネットは、周方向の一方側の端面が、前記第１マグネットと周方向において隣接し、周方向の他方側の端面が、前記第２マグネットと周方向において隣接する、請求項５に記載のモータ。

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