JP3677752B2

JP3677752B2 - Ｄｃブラシレスモータのロータ

Info

Publication number: JP3677752B2
Application number: JP08273096A
Authority: JP
Inventors: 俊明村上
Original assignee: 日本電産シバウラ株式会社
Priority date: 1996-04-04
Filing date: 1996-04-04
Publication date: 2005-08-03
Anticipated expiration: 2016-04-04
Also published as: JPH09275652A

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、ＤＣブラシレスモータのロータに関する。
【０００２】
【従来の技術】
家庭用機器から産業用機器に至るまでの広い範囲で、駆動源としてのモータが用いられている。
上記モータは、普通、ＡＣモータが採用されており、これは回転軸に外嵌される円筒状のロータと、このロータ外周面と狭小の間隙を存して配置され、密閉ケースの内周壁に固定されるステータとから構成される。
【０００３】
しかるに、このようなＡＣモータは原理的にすべりが避けられず、効率の向上が容易には得られない。これに対して、ＤＣモータはＡＣモータと比較してすべりがなく、効率向上が望まれるところから、採用化が促進されている。
【０００４】
上記ＤＣモータも、基本的な構成はＡＣモータと同様、回転子であるロータと、固定子であるステータとから構成されることには変わりがない。
従来、たとえば図５に示すように、ＤＣブラシレスモータのロータが構成される。
【０００５】
このロータ１は、複数枚の円形プレート２…を同一方向に積層してなるヨーク３と、このヨーク３内に挿入されるマグネット４とを有する。
上記プレート２は円板状のもので、中央軸芯部には円形の貫通孔２ａが、外縁部には周方向に沿って円弧状の４つのスリット２ｂ…が、かつこれら貫通孔２ａとスリット２ｂ…との間に複数のピン挿通用孔２ｃ…がそれぞれ設けられる。
【０００６】
ロータ１を組立てるには、複数枚のプレート２…の貫通孔２ａおよびスリット２ｂを互いに一致させた状態で積層しヨーク３を構成したあと、プレート２…の積層方向に連通するスリット２ｂ内に、このスリットと略同形状の横断面を有するマグネット４を嵌挿する。
【０００７】
そして、このヨーク３の積層方向に沿う両端面に、中央部に貫通孔５ａを有する一対の押え板５，５を設け、これら押え板と積層されたプレート２…のピン挿通用孔２ｃ…を貫通する位置決めピン６の両端部を固着することで、プレート２…およびマグネット４が固定される。
【０００８】
このようにして成形されたロータ１は、同図（Ｂ）に示すように、内径部１ａと外径部１ｂとを有することになり、上記内径部１ａにシャフト７を挿入し、かつ所定の手段で固定してなる。
【０００９】
上記ロータ１の外周囲には、狭小の間隙を存して固定子であるステータが配置され、これらでＤＣブラシレスモータが構成される。したがって、ロータ１自体は、インナロータタイプと呼ばれる。
【００１０】
【発明が解決しようとする課題】
ところで、上記ヨーク３には、軸芯部に貫通孔２ａ、中間部にピン挿通用孔２ｃ…、外縁部にはスリット２ｂ…がそれぞれ設けられているが、モータとして組立てられると、いずれの孔部も埋められて中実状態となる。
【００１１】
ロータを構成するヨーク３とマグネット４との質量比は、断然、ヨーク３がマグネット４よりも大である。
しかるに、モータの駆動時に、ロータ全体に亘って均一に磁力線が通るのではなく、磁路として使われない部分が存在するとともに、磁束密度が低く、回転特性に影響の少ない部分もある。
【００１２】
ヨーク３における磁路として使われない部分や、磁束密度が低く、回転特性に影響の少ない部分としては、それぞれのマグネット４の極中心の延長上に沿う部分であり、使われるマグネット３の極数だけ上記部分が存在することになる。
【００１３】
いわば、ロータとして無駄な質量を有していることになり、ロータ全体の質量が重くなるばかりでなく、その影響でイナーシャが高い。すなわち、モータへの駆動停止信号に対する応答性が低下するという不具合につながっている。
【００１４】
本発明は上記事情に着目してなされたものであり、その目的とするところは、ロータ構造を改良して、質量の軽減を図り、イナーシャを低くしてモータとしての応答性を向上させたＤＣブラシレスモータのロータを提供しようとするものである。
【００１５】
【課題を解決するための手段】
上記目的を達成するために本発明のＤＣブラシレスモータのロータは、円筒体からなるヨークと、断面円弧状に形成され、上記ヨークの内周面に、かつヨークの軸方向に沿って取着される複数のマグネットとを具備したインナロータタイプのＤＣブラシレスモータのロータにおいて、
上記ヨークは、上記各マグネットの極中心の延長上に沿う部位に、ヨーク外周面に対向して切欠きが設けられるとともに、この切欠きからヨークの中心軸に向かって断面略三角状に形成される空間部が設けられる。
【００１６】
そして、上記マグネットは、内径側の両側端に面取り部が設けられ、この面取り部に上記ヨークの外周面に設けられる突起が当接することを特徴とする。
【００１９】
このような課題を解決する手段を採用することにより、特に、ヨークにおける磁路として使われない部分や、磁束密度が低く特性に影響の少ない部分である、マグネットの極中心の延長上に沿う部分の、ロータとして無駄な質量を除去し、ロータ全体の質量を軽減してイナーシャの低減化を図り、よってモータの応答性が良好となる。
【００２０】
【発明の実施の形態】
以下、本発明の実施の形態を図面にもとづいて説明する。
図１に、ＤＣブラシレスモータを構成するロータの平面視を示す。
このロータは、中心軸Ｏから所定の半径の内径孔１０ａを有する円筒体に形成されたヨーク１０と、このヨーク１０の外周面に沿って所定の手段で取着される複数（６個）のマグネット１１…とを有する。
【００２１】
上記マグネット１１…は、ここではヨーク１０の外周面に沿って取着されるところから、いわゆるインナロータタイプと呼ばれるロータである。
上記ヨーク１０は、非磁性体材料であるケイ素鋼板やＳＳ４１相当品が用いられ、その軸方向長さは、たとえば７０mmのものと７５mmのものとの、２種類が用意される。
【００２２】
上記ヨーク１０は断面円環状をなしており、内径孔１０ａの直径寸法は約１０mmφ、外径寸法は２６mmφに設定されており、外周面に所定角度（６０°）を存して、幅および突出長さが１mm以下の複数の突起１０ｂが一体に設けられる。
【００２３】
隣設される突起１０ｂ，１０ｂ相互のちょうど中間部に、後述する空間部であるスロット１２が設けられる。すなわち、スロット１２自体、所定角度（６０°）を存して、複数設けられることになる。
【００２４】
スロット１２のヨーク１０外周面に対向する部分は、幅１mm以下の切欠き１２ａとなっており、ここからヨーク１０の中心軸Ｏに向かって三角状に形成される。そして、隣接するスロット１２，１２の対向する辺部１２ｂ，１２ｂ相互が並行に形成され、かつ上記内径孔１０ａと所定の間隔をもった円弧状の辺部１２ｃを有しており、全体的に略三角状をなす。
【００２５】
このようなスロット１２を有するヨーク１０の外周面に取着される上記マグネット１１…は、それぞれの素材として、たとえば磁束密度が低い代りに、抗磁力が高いという性質を持ち、そのため厚さ方向の着磁が可能なフェライト系焼結磁石が用いられる。
【００２６】
それぞれのマグネット１１は、断面円弧状に形成されており、内径側の曲率半径が１３mm、外径側の曲率半径が２０mmであって、両側端面は約６０°に近い。そして、軸方向長さは約８０mmに設定される。
【００２７】
このようなマグネット１１の内径側の周面が、上記ヨーク１０外周面に取着され、かつ隣接するマグネット相互に若干（１mm以下）の隙間（図示せず）を存している。
【００２８】
しかも、マグネット１１の内径側の両側端に形成されるＲ状の面取り部１１ａが上記ヨーク１０の外周面に設けられる突起１０ｂに、その両側から当接する。換言すれば、ヨーク１０の突起１０ｂは、この両側のマグネット１１，１１の位置決めをなす。
【００２９】
このように、上記突起１０ｂはマグネット１１の位置決めのため形成されたものであり、治具などを用いて上記スロット１２に対するマグネット１１の位置決めができれば、この突起１０ｂは不要となる。
【００３０】
それぞれのマグネット１１の磁極は、ヨーク１０の周囲に沿って、順次、Ｎ極とＳ極とが交互になるよう配置される。すなわち、図の上側（１２時）の位置にあるマグネット１０は、その外周側がＮ極、内周側がＳ極であり、このマグネットの時計回り方向に隣接するマグネット１１は、外周側がＳ極、内周側がＮ極となる。以下、同方向に沿ってマグネットの磁極は交互に変る。
【００３１】
ここで、上記マグネット１１の極中心をヨーク１０に対して延長すると、この極中心の延長上に沿って上記ヨーク１０に設けられる複数のスロット１２…が位置している。
【００３２】
しかして、上記ヨーク１０とマグネット１１からなるロータが成形され、ヨーク１０の内径孔１０ａにはシャフトが挿嵌され、かつロータの外周面に所定の間隙を存してステータ（いずれも図示しない）が配置されて、ＤＣブラシレスモータを得る。
【００３３】
このようなＤＣブラシレスモータが駆動状態にあるとき、マグネット１１のＮ，Ｓ磁極相互の最短経路に沿って磁力線が導かれる。換言すれば、それぞれのマグネット１１の極中心に沿う部分は、磁路としてほとんど使われておらず、かつ磁束密度が低く、回転特性に影響の少ない部分である。
【００３４】
しかるに、このロータでは、上記ヨーク１０の極中心の延長上に沿って空間部であるスロット１２を設けており、回転特性に影響のないことは勿論、ロータ自体の質量の軽減をなすところから、イナーシャの低減が確実となる。そのため、ＤＣブラシレスモータとしての軽量化が得られ、かつ応答性が向上して、効率のよい駆動をなす。
【００３５】
図２に示すような、ロータ構成であってもよい。
この場合、マグネット１１は、後述するヨーク２０の外周面に沿って取着されるインナロータタイプであることは変わりがない。すなわち、マグネット１１の形状構造は先に図１において説明したものと全く同一であってよいので、同番号を付して新たな説明は省略する。
【００３６】
そして、これらマグネット１１が、その外周面に取着されるヨーク２０は、後述するスロット２１以外の形状寸法は、先に説明したものと全く同一でよい。
ここで、ヨーク２０に設けられるスロット２１は、その中心軸が各マグネットの極中心の延長上に設定され、断面円形状をなす。各スロット２１のピッチ円は１７mm、それぞれの直径は６mmφを予定しており、このような寸法設定であれば、ヨークの外径部は勿論、内径孔にかかることがなく、また相互に干渉しない。
【００３７】
しかして、このようなロータを備えたＤＣブラシレスモータが駆動状態にあるとき、マグネット１１のＮ，Ｓ磁極相互の最短経路に沿って磁力線が導かれ、極中心に沿う部分は、磁路としてほとんど使われておらず、かつ磁束密度が低く、回転特性に影響が少ない。
【００３８】
しかるに、このロータでは、上記ヨーク２０の極中心の延長上に沿って空間部であるスロット２１を設けており、回転特性に影響のないことは勿論、ロータ自体の質量の軽減をなすところから、イナーシャの低減が確実となる。そのため、ＤＣブラシレスモータとしての軽量化が得られ、かつ応答性が向上して、効率のよい駆動をなす。
【００３９】
図３に示すような、ロータ構成であってもよい。
この場合、マグネット３０…は、ヨーク３１の内周面に沿って取着されるアウタロータタイプである。そして、上記マグネット３０は、円弧状に形成されるとともに、ここでは４つ備えられ、図の縦横十文字方向に極中心が形成される。
【００４０】
上記ヨーク３１は、本来、円環状に形成されており、この内周側に上記マグネット３０…が取着され、外周側に薄肉円筒体（キャン）３２が嵌着され、位置決め固定される。
【００４１】
そして上記ヨーク３１には、各マグネット３０の極中心の延長上に、空間部であるスロット３３…が形成される。これらスロット３３は、マグネット３０の極中心を頂点として、ほぼ三角状に拡開形成されており、上記薄肉円筒体３２に沿う部分は、必要最低限の強度を保持するよう肉幅の部分が残される。
【００４２】
しかして、このようなロータを備えたＤＣブラシレスモータが駆動状態にあるとき、マグネット３０のＮ，Ｓ磁極相互の最短経路に沿って磁力線が導かれ、極中心に沿う部分は、磁路としてほとんど使われておらず、かつ磁束密度が低く、回転特性に影響が少ない。
【００４３】
しかるに、このロータでは、上記ヨーク３１の極中心の延長上に沿って空間部であるスロット３３を設けており、回転特性に影響のないことは勿論、ロータ自体の質量の軽減をなすところから、イナーシャの低減が確実となる。そのため、ＤＣブラシレスモータとしての軽量化が得られ、かつ応答性が向上して、効率のよい駆動をなす。
【００４４】
なお、上記薄肉円筒体（キャン）３２はヨーク３１などの強度をあげるために設けたものであるが、必ずしも薄肉円筒体３２は必要としない。すなわち、図４に示すように、マグネット３０とヨーク３１とからなるロータ構成であってもよい。この場合は、ヨーク３１の谷の部分がスロットとなる。
【００４５】
【発明の効果】
以上説明したように本発明では、インナロータタイプで、円筒体からなるヨークの内周面に、断面円弧状で、この軸方向に沿って複数のマグネットを取着し、各マグネットの極中心の延長上に沿うヨーク部位に、ヨーク外周面に対向して切欠きが設けられるとともに、この切欠きからヨークの中心軸に向かって断面略三角状に形成される空間部を設けた。
【００４６】
そして、上記マグネットは、内径側の両側端に面取り部が設けられ、この面取り部に上記ヨークの外周面に設けられる突起が当接する。
【００４８】
このような本発明によれば、ロータの質量の軽減化を図り、よってイナーシャが低減して、モータとしての応答性が向上し、かつ回転効率の向上化を図れるなどの効果を奏する。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の実施の形態を示す、ＤＣブラシレスモータのロータの横断平面図。
【図２】他の実施の形態の、ＤＣブラシレスモータのロータの横断平面図。
【図３】さらに他の実施の形態の、ＤＣブラシレスモータのロータの横断平面図。
【図４】さらに他の実施の形態の、ＤＣブラシレスモータのロータの横断平面図。
【図５】従来の形態の、ＤＣブラシレスモータのロータの横断平面図。
【符号の説明】
１０，２０，３１…ヨーク、
１１，３０…マグネット、
１２，２１，３３…空間部（スロット）。

Claims

円筒体からなるヨークと、
断面円弧状に形成され、上記ヨークの内周面に、かつヨークの軸方向に沿って取着される複数のマグネットとを具備したインナロータタイプのＤＣブラシレスモータのロータにおいて、
上記ヨークは、上記各マグネットの極中心の延長上に沿う部位に、ヨーク外周面に対向して切欠きが設けられるとともに、この切欠きからヨークの中心軸に向かって断面略三角状に形成される空間部が設けられ、
上記マグネットは、内径側の両側端に面取り部が設けられ、この面取り部に上記ヨークの外周面に設けられる突起が当接することを特徴とするＤＣブラシレスモータのロータ。