JP3889232B2 - ロータ及び電動機 - Google Patents
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Description
【発明の属する技術分野】
本発明は、電動機及び電動機のロータに関するものである。
【0002】
【従来の技術】
図14は、回転磁界型電動機に用いられるロータの一例を示す。ロータ50は、回転軸51、スペーサ52及び8個の永久磁石53から構成されている。即ち、スペーサ52は、金属(磁性体)で略円柱状に形成され、その外周面52aに平断面形状が円弧状の永久磁石53がそれぞれ接着剤により固定される。又、スペーサ52の中心部には、平断面形状が円形の貫通孔52bが形成され、該貫通孔52bには金属よりなる円柱状の回転軸51が圧入され固定される。
【0003】
尚、永久磁石53は、図16(a)〜(c)に示すような工程を経て製造される。即ち、図16(a)に示すように、プレス成形された永久磁石ブロック材54から図16(b)に示すような所定厚さの直方体の永久磁石素材55が切り出され、その永久磁石素材55に切削加工や研磨加工等を施すことにより、図16(c)に示すように断面円弧状の永久磁石53が製造される。
【0004】
【発明が解決しようとする課題】
ところで、前記永久磁石53のスペーサ52との固定面53aの曲率と、スペーサ52の外周面52aの曲率が一致しない場合、図15に示すように、磁石固定用の治具ピン56を使って磁石53をスペーサ52に押え付け、永久磁石53の固定面53aとスペーサ52の外周面52aとが密着するようにしていた。そのため、永久磁石53が割れたり位置ずれしたりする虞があった。
【0005】
そこで、永久磁石53の固定面53aの曲率と、スペーサ52の外周面52aの曲率をできるだけ一致させるよう、永久磁石53とスペーサ52は高い寸法精度の曲面加工が要求された。
【0006】
しかしながら、このように永久磁石53とスペーサ52とを高い寸法精度で曲面加工するには高度な加工技術が必要となり、ロータ50のコストが上昇してしまう。
【0007】
又、上記したように、回転軸51とスペーサ52の貫通孔52bの平断面形状はともに円形状であるので、該回転軸51とスペーサ52とは面接触する。従って、回転軸51をスペーサ52の貫通孔52bに圧入する際、相互の部材が変形し難いので圧入し難い。しかも、このことは圧入代が大きくなると顕著になるので、その圧入代の寸法精度を高くする必要があり、回転軸51とスペーサ52(貫通孔52b)には高い寸法精度の曲面加工が要求される。そのため、上記と同様に、高度な加工技術が必要となり、ロータ50のコストが上昇するという問題があった。
【0008】
本発明は、上記問題点を解決するためになされたものであって、その目的は、コストを低減することができるロータ及びそのロータを備えた電動機を提供することにある。
【0012】
【課題を解決するための手段】
上記問題点を解決するために、請求項1に記載の発明は、円柱状の回転軸と、複数の外側面を有する多角柱形状に形成されるとともに、中心部に前記回転軸が圧入される断面多角形状の貫通孔を有するスペーサと、断面矩形状に形成され、前記スペーサの外側面に固定される永久磁石とを備え、前記スペーサの外形形状及び前記貫通孔の形状を同一の多角形形状とし、前記貫通孔の多角形の頂点が前記スペーサの外形を構成する辺の中央となるように、前記貫通孔を配置したロータである。
【0013】
請求項2に記載の発明は、円柱状の回転軸と、複数の外側面を有する多角柱形状に形成されるとともに、中心部に前記回転軸が圧入される断面多角形状の貫通孔を有するスペーサと、断面矩形状に形成され、前記スペーサの外側面に固定される永久磁石とを備え、前記貫通孔を、その頂点が前記永久磁石の磁極の中央となるような多角形形状に形成したロータである。
【0014】
請求項3に記載の発明は、円柱状の回転軸と、複数の外側面を有する多角柱形状に形成されるとともに、中心部に前記回転軸が圧入される断面多角形状の貫通孔を有するスペーサと、断面矩形状に形成され、前記スペーサの外側面に固定される永久磁石とを備え、前記スペーサ及び前記永久磁石を軸方向においてk分割するとともに、その分割した前記スペーサ及び前記永久磁石をそれぞれ同一回転方向に相対的にずれ角θだけずらして配置するものであり、前記スペーサの貫通孔を、360°/θ=sで求まる正s角形とし、その貫通孔が分割した前記スペーサ間で軸方向に一致するように該スペーサを構成したロータである。
【0015】
請求項4に記載の発明は、請求項3に記載のロータにおいて、前記スペーサは、複数枚のシート材を軸方向に積層してなる。
請求項5に記載の発明は、請求項1〜4のいずれか1項に記載のロータにおいて、前記永久磁石を、回転方向において同極磁石間に挟まれる異極磁石の分割数mが2以上となるように分割するとともに、前記スペーサを、その分割数mと前記永久磁石の磁極数Pとの積(P×m)と同数の外側面を有する多角柱形状に形成した。
請求項6に記載の発明は、請求項1〜5のいずれか1項に記載のロータにおいて、前記スペーサを、8以上の外側面を有する多角形形状に形成するとともに、前記永久磁石を、前記外側面にそれぞれ固定した。
請求項7に記載の発明は、請求項1〜6のいずれか1項に記載のロータにおいて、前記回転軸は、回転方向に係合する係合部を有するものであり、その係合部は、前記スペーサから突出する部位に設けられている。
【0016】
請求項8に記載の発明は、請求項1〜7のいずれか1項に記載のロータにおいて、前記スペーサに固定された永久磁石は、樹脂モールド材にてモールドされている。
【0017】
請求項9に記載の発明は、請求項1〜8のいずれか1項に記載のロータを有する電動機である。
【0021】
(作用)
請求項1に記載の発明によれば、ロータは、多角柱形状に形成されたスペーサの外側面に断面矩形状に形成された永久磁石が固定され、該スペーサの中心部に形成された断面多角形状の貫通孔に円柱状の回転軸が圧入されて構成される。従って、スペーサ及び永久磁石は直線的な形状であるので、従来のような高度な加工技術が必要ない。又、回転軸とスペーサとは線接触になるので、該回転軸をスペーサの貫通孔に圧入する際、相互の部材が変形し易いので圧入し易い。従って、圧入代の寸法精度を高くしなくてもよく、従来のような高度な加工技術が必要ない。そのため、ロータのコストを低減できる。また、スペーサの外形形状及び貫通孔の形状が同一の多角形形状に形成される。従って、スペーサ内での各永久磁石の磁気抵抗が等しくなるので、ロータの磁気バランスが良くなる。その結果、ロータの回転を安定させることができる。また、貫通孔の多角形の頂点がスペーサの外形を構成する辺の中央となるように、貫通孔が配置される。従って、スペーサ内での永久磁石の磁気抵抗が回転方向の両方向において等しくなるので、ロータの磁気バランスがより良くなる。その結果、ロータの回転をより安定させることができる。又、スペーサ内の磁束が通過する経路を径方向に太くできるので、磁気抵抗を小さくでき、効率が良くなる。
【0022】
請求項2に記載の発明によれば、ロータは、多角柱形状に形成されたスペーサの外側面に断面矩形状に形成された永久磁石が固定され、該スペーサの中心部に形成された断面多角形状の貫通孔に円柱状の回転軸が圧入されて構成される。従って、スペーサ及び永久磁石は直線的な形状であるので、従来のような高度な加工技術が必要ない。又、回転軸とスペーサとは線接触になるので、該回転軸をスペーサの貫通孔に圧入する際、相互の部材が変形し易いので圧入し易い。従って、圧入代の寸法精度を高くしなくてもよく、従来のような高度な加工技術が必要ない。そのため、ロータのコストを低減できる。また、貫通孔は、その頂点が永久磁石の磁極の中央となるような多角形形状に形成される。従って、スペーサ内の異なる永久磁石間の磁束が通過する経路を径方向に最も太くできるので、磁気抵抗をより小さくでき、効率が良くなる。
【0023】
請求項3に記載の発明によれば、ロータは、多角柱形状に形成されたスペーサの外側面に断面矩形状に形成された永久磁石が固定され、該スペーサの中心部に形成された断面多角形状の貫通孔に円柱状の回転軸が圧入されて構成される。従って、スペーサ及び永久磁石は直線的な形状であるので、従来のような高度な加工技術が必要ない。又、回転軸とスペーサとは線接触になるので、該回転軸をスペーサの貫通孔に圧入する際、相互の部材が変形し易いので圧入し易い。従って、圧入代の寸法精度を高くしなくてもよく、従来のような高度な加工技術が必要ない。そのため、ロータのコストを低減できる。また、スペーサ及び永久磁石は、軸方向においてk分割されるとともに、その分割したスペーサ及び永久磁石は、それぞれ同一回転方向に相対的にずれ角θだけずらして配置される。このスペーサに設けた回転軸を圧入するための貫通孔は、360°/θ=sで求まる正s角形に形成され、その貫通孔が分割したスペーサ間で軸方向に一致するように該スペーサが構成される。これにより、分割したスペーサを相対的に回転方向にずれ角θだけずらす毎に、貫通孔が軸方向において一致する。従って、貫通孔の軸方向の一致を確認することにより、分割したスペーサがずれ角θとなるように該スペーサを容易に位置決めでき、またそのずれ角θの精度を向上できる。
【0024】
請求項4に記載の発明によれば、スペーサは複数枚のシート材を軸方向に積層して構成されるので個々のシート材毎に位置決めする必要があるが、貫通孔の軸方向の一致を確認することにより、各シート材毎の位置決めを容易かつ正確に行うことが可能となる。
請求項5に記載の発明によれば、永久磁石は、回転方向において同極磁石間に挟まれる異極磁石の分割数mが2以上となるように分割され、スペーサはその分割数mと永久磁石の磁極数Pとの積(P×m)と同数の外側面を有する多角柱形状に形成される。従って、ロータとステータとの平均ギャップを小さくでき、漏れ磁束を少なくできる。その結果、該ロータを用いた電動機の高出力化を図ることができる。
請求項6に記載の発明によれば、スペーサは8以上の外側面を有する多角形形状に形成され、永久磁石はその外側面にそれぞれ固定される。従って、ロータとステータとの平均ギャップを小さくでき、漏れ磁束を少なくできる。その結果、該ロータを用いた電動機の高出力化を図ることができる。
【0025】
請求項7に記載の発明によれば、回転軸は回転方向に係合する係合部を有し、その係合部はスペーサから突出する部位に設けられる。従って、係合部により、回転軸は負荷側の連結部に対して回転方向に係合し、相対回転不能に確実に連結するため、回転軸の駆動力(回転力)を負荷側に確実に伝達できる。又、回転軸の圧入部分は円柱状であるため、スペーサに対して確実に圧入固定できる。
【0026】
請求項8に記載の発明によれば、スペーサに固定された永久磁石は樹脂モールド材にてモールドされるので、永久磁石がスペーサから脱落・飛散することを防止できる。
【0027】
請求項9に記載の発明によれば、電動機は、請求項1〜8のいずれか1項に記載のロータを有しているので、コストを低減できる。
【0028】
【発明の実施の形態】
(第1実施形態)
以下、本発明をに具体化した第1実施形態を図面に従って説明する。
【0029】
図1は、本実施形態の回転磁界型電動機1の概略構成を示す。電動機1のステータ2はアウタコア3及びインナコア4を備え、該コア3,4は複数枚の鋼板を軸方向に積層して構成されている。アウタコア3は円環状をなしており、インナコア4は、径方向に延び、かつ回転方向に等間隔(「40°」間隔)に配置された9つのティース4a〜4iを備えている。
【0030】
ティース4a〜4iの基端部(外側端部)は、アウタコア3と連結される。ティース4a〜4iの先端部(内側端部)は、隣接するそれと相互に連結され、この連結により円環部4jが形成される。そして、各ティース4a〜4iにはコイル巻線5a〜5iがそれぞれ巻着され、回転磁界を回転磁界を発生させるための9極の突極磁極6a〜6iが構成されている。尚、本実施形態では、回転方向に連続する3つのティース4a〜4i毎に、それぞれU・V・W相の励磁コイルがコイル巻線5a〜5iにより構成される。
【0031】
一方、電動機1のロータ10は、回転軸11、スペーサ12及び8個の永久磁石13からなり、前記ステータ2の円環部4j内側に回転可能に支持されている。
【0032】
スペーサ12は、金属(磁性体)よりなり、その外形が電動機の磁極数Pと同極磁石間に挟まれる異極磁石の分割数mとの積(つまりP×m)と同じ数の辺の外側面12aを有する正多角柱形状に形成されている。本実施形態では、電動機の磁極数Pは「8」で、同極(例えばN極)磁石間に挟まれる異極(S極)磁石の数(分割数)mが「1」、即ち磁石を分割しないように設定されている。従って、本実施形態のスペーサ12は、8個の外側面12aを有する正八角柱形状(P×m=8)に形成される。そして、各辺の外側面12aには、平断面形状が矩形状の永久磁石13がそれぞれ接着剤により固定される。
【0033】
尚、永久磁石13は、図2(a)(b)に示すような工程を経て製造される。即ち、図2(a)(b)に示すように、永久磁石13は、所定大きさの立方体(又は、直方体)の永久磁石ブロック材14から所定厚さだけ切り出されて、断面矩形状の永久磁石13が製造される。
【0034】
又、スペーサ12の中心部には、平断面形状が正八角形の貫通孔12bが形成され、該貫通孔12bはその八角形の頂点が各辺の外側面12aの中央となるように設けられる。この貫通孔12bには、金属よりなる円柱状の回転軸11が圧入され固定される。
【0035】
本実施形態のロータ10は、以下のような特徴を有している。
(1)ロータ10は、正八角柱形状に形成されたスペーサ12の外側面12aに断面矩形状に形成された永久磁石13が固定され、該スペーサ12の中心部に形成された断面正八角形状の貫通孔12bに円柱状の回転軸11が圧入されて構成される。従って、スペーサ12及び永久磁石13は直線的な形状であるので、従来のような高度な加工技術が必要ない。又、回転軸11とスペーサ12とは線接触になるので、該回転軸11をスペーサ12の貫通孔12bに圧入する際、相互の部材が変形し易いので圧入し易い。従って、圧入代の寸法精度を高くしなくてもよく、従来のような高度な加工技術が必要ない。そのため、ロータ10のコストを低減でき、ひいては電動機1の低コスト化に貢献できる。
【0036】
(2)永久磁石13を断面矩形状としたので、該磁石13を簡単に形成できるとともに、単位当たりのブロック材14から多くの永久磁石13を形成できる。
従って、永久磁石13のコストを低減でき、ひいてはロータ10のコストを低減できる。
【0037】
(3)スペーサ12の外形形状及び貫通孔12bの形状が同一の多角形形状に形成されるとともに、貫通孔12bの多角形の頂点がスペーサ12の外形を構成する辺の中央となるように、貫通孔12bが配置される。しかも、貫通孔12bは、その頂点が永久磁石13の磁極の中央となるように配置される。従って、スペーサ12内での永久磁石13の磁気抵抗が回転方向の両方向において等しくなるので、ロータ10の磁気バランスがより良くなる。その結果、ロータ10の回転をより安定させることができる。又、スペーサ12内の異なる永久磁石13間の磁束が通過する経路を径方向に最も太くできるので、磁気抵抗をより小さくでき、効率がいい。
【0038】
(4)ロータ10は、磁極数P(=8)と同極磁石13間に挟まれる異極磁石13の分割数m(=1)との積(つまりP×m)が「8」である。従って、図3に示すように、ロータ10とステータ(図示略)との平均ギャップを小さくでき、漏れ磁束を少なくできる。その結果、ロータ10を用いた電動機の高出力化を図ることができる。
【0039】
尚、本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、永久磁石13の磁極数Pを「8」とし、同極磁石13間に挟まれる異極磁石13の分割数mを「1」としてロータ10を構成したが、この構成に限定されるものではなく、例えば、図4のようにロータを構成してもよい。
【0040】
図4に示すように、永久磁石の磁極数Pを「8」とし、同極磁石間に挟まれる異極磁石の分割数mを「2」としたロータ10aとしてもよい。即ち、P×m=16となるので、ロータ10aは、スペーサ12が16個の外側面12cを有する断面正一六角形状に形成され、各外側面12cに前記永久磁石13が2等分割された永久磁石13aが固定されて構成される。このように構成すれば、図3に示すように、ロータ10aとステータ(図示略)との平均ギャップを上記実施形態より小さくでき、漏れ磁束を少なくできる。その結果、ロータ10aを用いた電動機をより高出力とすることができる。又、P×mを「8」以上にすれば、永久磁石の磁極数Pを「4」又は「6」にし、分割数mを「2」以上にして実施してもよい。更に、磁極数Pを「8」にし、分割数mを「3」以上にして実施してもよい。
【0041】
○上記実施形態では、スペーサ12の外形形状及び貫通孔12bの形状を同一の多角形形状に形成するとともに、貫通孔12bの多角形の頂点がスペーサ12の外形を構成する辺の中央となるように貫通孔12bを配置し、しかも貫通孔12bを、その頂点が永久磁石13の磁極の中央となるように配置したが、この構成に限定されるものではなく、例えば、図4〜図7のように変更してもよい。
【0042】
図4に示すロータ10aは、スペーサ12が断面正一六角形状に形成され、貫通孔12bは、断面正八角形状に形成されている。尚、貫通孔12bは、その頂点が永久磁石13aの磁極の中央となるように配置されている。このようにすれば、スペーサ12内での永久磁石13aの磁気抵抗が回転方向の両方向において等しくなるので、ロータ10aの磁気バランスがより良くなる。その結果、ロータ10aの回転をより安定させることができる。又、スペーサ12内の異なる永久磁石13a間の磁束が通過する経路を径方向に最も太くできるので、磁気抵抗をより小さくでき、効率がいい。
【0043】
図5に示すロータ10bは、図4に示すロータ10aと同様に、スペーサ12が断面正一六角形状に形成され、貫通孔12dも断面正一六角形状に形成されている。因みに、同図5は、回転軸11を外した状態を示している。尚、貫通孔12dは、その多角形の頂点がスペーサ12の外形を構成する辺の中央となるように配置されるが、その頂点が永久磁石13の磁極の中央となるように配置されていない。このようにすれば、スペーサ12内での永久磁石13aの磁気抵抗が回転方向の両方向において等しくなるので、ロータ10bの磁気バランスがより良くなる。その結果、ロータ10bの回転をより安定させることができる。又、スペーサ12内の異なる永久磁石13a間の磁束が通過する経路を径方向に太くできるので、磁気抵抗を小さくでき、効率がいい。
【0044】
又、図示しないが、単にスペーサの外形形状と貫通孔の形状とを同一の多角形形状に形成してもよい。つまり、貫通孔の多角形の頂点がスペーサの外形を構成する辺の中央となるように貫通孔を配置しなくてもよい。又、貫通孔を、その頂点が永久磁石の磁極の中央となるように配置しなくてもよい。このようにしても、スペーサ内での各永久磁石の磁気抵抗が等しくなるので、ロータの磁気バランスが良くなる。その結果、ロータの回転を安定させることができる。
【0045】
又、図6に示すロータ10cや、図7に示すロータ10dのように、スペーサ12の外形形状(図6のスペーサ12は断面正八角形状、図7のスペーサ12は断面正一六角形状)と、貫通孔12eの形状(図6及び図7の貫通孔12eはともに断面正六角形状)を異なる多角形形状としてもよい。
【0046】
○上記実施形態では、永久磁石13を、各外側面12aに接着剤にて固定したが、その他の固定手段を用いて固定するようにしてもよい。又、永久磁石13を覆うように樹脂モールド材にてモールドするようにしてもよい。このようにすれば、永久磁石13の脱落・飛散を確実に防止することができる。
【0047】
○上記実施形態のステータ2の構成を適宜変更してもよい。例えば、ティースの数を変更してもよい。
(第2実施形態)
以下、本発明をに具体化した第2実施形態を図面に従って説明する。尚、本実施形態の電動機1aのステータ2は、前記第1実施形態と同様に構成されているため同一の符号を付して説明を簡略化し、以下には、ロータ20を中心に説明する。
【0048】
本実施形態の電動機1aのロータ20は、図8〜図10に示すように、回転軸21、スペーサ22及び永久磁石23a〜23h,24a〜24hからなり、前記ステータ2の円環部4j内側に回転可能に支持されている。
【0049】
スペーサ22は、金属(磁性体)よりなり、図11に示すように、軸方向の中央から一方の端部の間を第1ブロック25とし、軸方向の中央から他方の端部の間を第2ブロック26としている。第1,第2ブロック25,26はともに正八角柱状に形成され、それぞれ8つの外側面25a〜25h,26a〜26hを有している。これらブロック25,26からなるスペーサ22は、金属(磁性体)よりなる板材をプレス加工により形成したシート材28を複数枚、軸方向に積層して構成されている。
【0050】
ここで、図9において、隣接する外側面25a〜25h,26a〜26hに垂直で、かつロータ20の回転中心Oを通る直線La1〜La8,Lb1〜Lb8のなす角は、それぞれ「45°」になっている。そして、各ブロック25,26は、その半分の「22.5°」だけ相対的に回転方向にずらして設けられている。これら各外側面25a〜25h,26a〜26hには、直方体(径方向断面が長方形状)よりなる永久磁石23a〜23h,24a〜24hが回転方向に交互に異なる磁極となるように接着剤等により固定される。この永久磁石23a〜23h,24a〜24hは、所定大きさの直方体(又は、立方体)の永久磁石ブロック材から所定厚さだけ切り出されて形成される(図2参照)。
【0051】
こうして、図9〜図11に示すように、各永久磁石23a〜23h,24a〜24hは軸方向に第1,第2ブロック25,26の2つに分割され、前記スペーサ22の形状より、第1ブロック25に固定される永久磁石23a〜23hと第2ブロック26に固定される永久磁石24a〜24hの同極が相対的に回転方向に「22.5°」ずれて配置される。このとき、各永久磁石23a〜23h,24a〜24hは、その回転方向の中心が前記直線La1〜La8,Lb1〜Lb8を通るように配置される。従って、永久磁石23a〜23h,24a〜24hの回転方向の中心を通る前記直線La1〜La8,Lb1〜Lb8が、軸方向からみて、各ブロック25,26で交互に「22.5°」の等間隔に配置される。
【0052】
そして、図8に示すように、永久磁石23a〜23h,24a〜24hは、回転時の遠心力や振動等によるスペーサ22からの脱落・飛散を防止するために樹脂モールド材27によりモールドされる。この樹脂モールド材27は、永久磁石23a〜23h,24a〜24hをモールドするだけでなく、図10に示すように、スペーサ22の軸方向両端部を含めた該スペーサ22全体が円柱状となるようにモールドする。
【0053】
ここで、本実施形態の電動機1aは、以下の条件式
P=8n、かつ、T=9n(但し、nは1以上の整数)
の「n」を「1」に設定した永久磁石磁極数Pが「8」、突極磁極数Tが「9」であって、更に永久磁石の軸方向の分割数kが「2」である電動機である。このような電動機1aにおいて、図13には、各ブロック25,26間の永久磁石23a〜23h,24a〜24hの相対的な回転方向のずれ角θを0°〜90°/((k−1)×n)、即ち0°〜90°まで変化させたときのコギングトルクの大きさが示されている。尚、同図13では、ずれ角θが「0°」、即ち各ブロック間の永久磁石が相対的にずれていない場合のコギングトルクの大きさを「1」としている。
【0054】
同図13より、各ブロック25,26の永久磁石23a〜23h,24a〜24hの回転方向の相対的なずれ角が「0°〜22.5°」に増加するに伴って、コギングトルクが小さくなっていく。特に、ずれ角θが「10°〜22.5°」の範囲内は、コギングトルクの大きさが約「0.5」以下となる好ましい範囲である。
【0055】
次に、ずれ角が「22.5°〜67.5°」の範囲内(図13の斜線部分)においては、コギングトルクが約「0.2」以下と小さく、好ましいように見える。しかしながら、各ブロック25,26の永久磁石23a〜23h,24a〜24h間で異極同士が近づく配置となるため、電動機1a自体の出力が大きく低下してしまう。従って、この範囲内のずれ角の設定は適さない。
【0056】
次に、ずれ角が「67.5°〜90°」においては、ずれ角が「0°〜22.5°」と対称的に変化する。従って、詳細な説明を省略し、以下には「0°〜22.5°」のみ場合を記載する。
【0057】
従って、このような測定結果により、ずれ角θを「22.5°」に設定すれば、ずれ角の有効な範囲内において、コギングトルクの大きさが最も小さくなる約「0.2」となる。つまり、ずれ角θを「22.5°」に設定した本実施形態の電動機1aは、コギングトルクが確実に低減される。
【0058】
前記スペーサ22の中心部、即ち第1,第2ブロック25,26の中心部には、図12に示すように、平断面形状が正十六角形の貫通孔25z,26zが形成され、該貫通孔25z,26zはその正十六角形の頂点が隣り合う外側面25a〜25h,26a〜26h間(各ブロック25,26の角部)及び各辺の外側面25a〜25h,26a〜26hの中央となるように設けられている。この貫通孔25z,26zには、金属よりなる円柱状の前記回転軸21が圧入され固定される。
【0059】
ここで、前記貫通孔25z,26zは、前記ずれ角θを用いた以下の式
360°/θ=s
により正s角形に設定されている。尚、この式は、sが3以上の整数になり得るずれ角θに設定された場合に用いられる。これにより、各ブロック25,26を相対的に回転方向にずれ角θだけずらす毎に、貫通孔25z,26zが軸方向において一致するようになる。
【0060】
本実施形態では、ずれ角θが「22.5°」であるため、上記式よりs=16となり、貫通孔25z,26zが正十六角形に設定されている。そのため、各ブロック25,26を相対的に回転方向に「22.5°」ずらす毎に、貫通孔25z,26zが軸方向において一致する。従って、本実施形態では、貫通孔25z,26zの軸方向の一致を確認することにより、各ブロック25,26のずれ角θが「22.5°」となるように各ブロック25,26を容易に位置決めでき、またそのずれ角θの精度を向上することができる。
【0061】
前記回転軸21には、スペーサ22から突出する部位において、一部が平面状に面取りされた断面略D形状の係合部21aが形成されている。この係合部21aは、図示しない負荷側の連結部に対して回転方向に係合し、相対回転不能に確実に連結する。そのため、回転軸21の駆動力(回転力)が負荷側に確実に伝達するようになっている。
【0062】
上記したように、本実施の形態によれば、以下に示す作用効果を有する。
(1)ロータ20は、正八角柱形状に形成されたスペーサ22の外側面25a〜25h,26a〜26hに断面矩形状に形成された永久磁石23a〜23h,24a〜24hが固定され、該スペーサ22の中心部に形成された断面正十六角形状の貫通孔25z,26zに円柱状の回転軸21が圧入されて構成される。従って、前記第1実施形態と同様に、スペーサ22及び永久磁石23a〜23h,24a〜24hは直線的な形状であるので、従来のような高度な加工技術が必要ない。又、回転軸21とスペーサ22とは線接触になるので、該回転軸21をスペーサ22の貫通孔25z,26zに圧入する際、相互の部材が変形し易いので圧入し易い。従って、圧入代の寸法精度を高くしなくてもよく、従来のような高度な加工技術が必要ない。そのため、ロータ20のコストを低減でき、ひいては電動機1aの低コスト化に貢献できる。
【0063】
(2)永久磁石23a〜23h,24a〜24hを断面矩形状としたので、前記第1実施形態と同様に、該磁石23a〜23h,24a〜24hを簡単に形成できるとともに、単位当たりのブロック材から多くの永久磁石23a〜23h,24a〜24hを形成できる。従って、永久磁石23a〜23h,24a〜24hのコストを低減でき、ひいてはロータ20のコストを低減できる。
【0064】
(3)スペーサ22は軸方向に第1,第2ブロック25,26の2つに分割され、第1ブロック25の永久磁石23a〜23hと第2ブロック26の永久磁石24a〜24hの同極が相対的に回転方向に「22.5°」ずれて配置される。このようにすれば、図13に示すようにずれ角θの有効な範囲内において、電動機1aのコギングトルクを極めて小さく抑えることができる。
【0065】
(4)スペーサ22に設けた回転軸21を圧入するための貫通孔25z,26zは、360°/θ=sで求まる正s角形(本実施形態では、ずれ角θが「22.5°」であり、貫通孔25z,26zは正十六角形)に形成され、その貫通孔25z,26zがブロック25,26間で軸方向に一致するように該スペーサ22が構成される。これにより、各ブロック25,26を相対的に回転方向にずれ角θ(本実施形態では「22.5°」)だけずらす毎に、貫通孔25z,26zが軸方向において一致する。従って、貫通孔25z,26zの軸方向の一致を確認することにより、各ブロック25,26がずれ角θとなるように該スペーサを容易に位置決めでき、またそのずれ角θの精度を向上できる。
【0066】
(5)スペーサ22は複数枚のシート材28を軸方向に積層して構成されるので個々のシート材28毎に位置決めする必要があるが、貫通孔25z,26zの軸方向の一致を確認することにより、各シート材28毎の位置決めを容易かつ正確に行うことができる。
【0067】
(6)回転軸21は回転方向に係合する係合部21aを有し、その係合部21aはスペーサ22から突出する部位に設けられる。従って、係合部21aにより、回転軸21は負荷側の連結部に対して回転方向に係合し、相対回転不能に確実に連結するため、回転軸21の駆動力(回転力)を負荷側に確実に伝達できる。
又、回転軸21の圧入部分は円柱状であるため、スペーサ22に対して確実に圧入固定できる。
【0068】
(7)樹脂モールド材27により、永久磁石23a〜23h,24a〜24hやスペーサ22の軸方向両端部を含めた該スペーサ22全体が円柱状にモールドされる。従って、永久磁石23a〜23h,24a〜24hがスペーサ22から脱落・飛散することを防止することができる。
【0069】
尚、本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、スペーサ22及び永久磁石23a〜23h,24a〜24hを軸方向に2分割したが、これ以上に分割するようにしてもよい。この場合、分割したスペーサ及び永久磁石を所定のずれ角θだけ同一回転方向にずらす必要がある。又、上記したように、同極磁石を回転方向に2分割以上で分割するようにしてもよい。
【0070】
○上記実施形態では、各ブロック25,26のずれ角θを「22.5°」に設定したが、この角度に限定されるものではなく、適宜変更してもよい。
○上記実施形態の貫通孔25z,26zの形状は、これに限定されるものではなく、適宜変更してもよい。
【0071】
○上記実施形態では、永久磁石23a〜23h,24a〜24hは樹脂モールド材27によりモールドされたが、樹脂モールド材27以外の部材を用いて永久磁石の脱落・飛散を防止するようにしてもよい。又、特に、樹脂モールド材27を用いなくてもよい。
【0072】
○上記実施形態では、スペーサ22を複数毎のシート材28を軸方向に積層して構成したが、ブロック25,26毎に単体で構成するようにしてもよい。
【0073】
【発明の効果】
以上詳述したように、本発明によれば、コストを低減することができるロータ及びそのロータを備えた電動機を提供することができる。
【図面の簡単な説明】
【図1】第1実施形態の回転磁界型電動機の概略構成図である。
【図2】第1実施形態の永久磁石の製造工程を説明するための図である。
【図3】永久磁石磁極数Pと分割数mの積に対するロータ・ステータ間の平均ギャップを示す特性図である。
【図4】別例のロータの平断面図である。
【図5】別例のロータの平断面図である。
【図6】別例のロータの平断面図である。
【図7】別例のロータの平断面図である。
【図8】第2実施形態の回転磁界型電動機の概略構成図である。
【図9】ロータの永久磁石の配置を示す平面図である。
【図10】ロータの永久磁石の配置を示す側面図である。
【図11】ロータの構成を示す斜視図である。
【図12】(a)は、スペーサの第1ブロックの平面図であり、(b)は、スペーサの第2ブロックの平面図である。
【図13】ずれ角に対するコギングトルクの変化を示す特性図である。
【図14】従来のロータの平断面図である。
【図15】従来のロータの要部拡大断面図である。
【図16】従来の永久磁石の製造工程を説明するための図である。
【符号の説明】
10,10a〜10d…ロータ、11…回転軸、12…スペーサ、12a,12c…外側面、12b,12d,12e…貫通孔、13…永久磁石、20…ロータ、21…回転軸、21a…係合部、22…スペーサ、23a〜23h,24a〜24…永久磁石、25a〜25h,26a〜26h…外側面、25z,26z…貫通孔、27…樹脂モールド材、28…シート材、P…磁極数、k…軸方向の分割数、m…回転方向の分割数、s…正多角形の角数、θ…ずれ角。
Claims (9)
- 円柱状の回転軸と、
複数の外側面を有する多角柱形状に形成されるとともに、中心部に前記回転軸が圧入される断面多角形状の貫通孔を有するスペーサと、
断面矩形状に形成され、前記スペーサの外側面に固定される永久磁石と
を備え、
前記スペーサの外形形状及び前記貫通孔の形状を同一の多角形形状とし、
前記貫通孔の多角形の頂点が前記スペーサの外形を構成する辺の中央となるように、前記貫通孔を配置したことを特徴とするロータ。 - 円柱状の回転軸と、
複数の外側面を有する多角柱形状に形成されるとともに、中心部に前記回転軸が圧入される断面多角形状の貫通孔を有するスペーサと、
断面矩形状に形成され、前記スペーサの外側面に固定される永久磁石と
を備え、
前記貫通孔を、その頂点が前記永久磁石の磁極の中央となるような多角形形状に形成したことを特徴とするロータ。 - 円柱状の回転軸と、
複数の外側面を有する多角柱形状に形成されるとともに、中心部に前記回転軸が圧入される断面多角形状の貫通孔を有するスペーサと、
断面矩形状に形成され、前記スペーサの外側面に固定される永久磁石と
を備え、
前記スペーサ及び前記永久磁石を軸方向においてk分割するとともに、その分割した前記スペーサ及び前記永久磁石をそれぞれ同一回転方向に相対的にずれ角θだけずらして配置するものであり、
前記スペーサの貫通孔を、360°/θ=sで求まる正s角形とし、その貫通孔が分割した前記スペーサ間で軸方向に一致するように該スペーサを構成したことを特徴とするロータ。 - 請求項3に記載のロータにおいて、
前記スペーサは、複数枚のシート材を軸方向に積層してなることを特徴とするロータ。 - 請求項1〜4のいずれか1項に記載のロータにおいて、
前記永久磁石を、回転方向において同極磁石間に挟まれる異極磁石の分割数mが2以上となるように分割するとともに、
前記スペーサを、その分割数mと前記永久磁石の磁極数Pとの積(P×m)と同数の外側面を有する多角柱形状に形成したことを特徴とするロータ。 - 請求項1〜5のいずれか1項に記載のロータにおいて、
前記スペーサを、8以上の外側面を有する多角形形状に形成するとともに、
前記永久磁石を、前記外側面にそれぞれ固定したことを特徴とするロータ。 - 請求項1〜6のいずれか1項に記載のロータにおいて、
前記回転軸は、回転方向に係合する係合部を有するものであり、その係合部は、前記スペーサから突出する部位に設けられていることを特徴とするロータ。 - 請求項1〜7のいずれか1項に記載のロータにおいて、
前記スペーサに固定された永久磁石は、樹脂モールド材にてモールドされていることを特徴とするロータ。 - 請求項1〜8のいずれか1項に記載のロータを有する電動機。
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