JP3983693B2

JP3983693B2 - ロータ及びブラシレスモータ

Info

Publication number: JP3983693B2
Application number: JP2003061131A
Authority: JP
Inventors: 誠也横山; 靖浩外山
Original assignee: Asmo Co Ltd
Current assignee: Asmo Co Ltd
Priority date: 2003-03-07
Filing date: 2003-03-07
Publication date: 2007-09-26
Anticipated expiration: 2023-03-07
Also published as: JP2004274860A

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、極配向磁石よりなるリング磁石を備えたロータ及びそのロータを備えたブラシレスモータに関する。
【０００２】
【従来の技術】
ブラシレスモータのロータとして、例えば、特許文献１（第６図（ｂ））に示されているように、極異方性磁石等の極配向磁石よりなる円筒形磁石（リング磁石）を用いて構成されるものがある。このロータは、略円柱状の回転子コアに極配向磁石よりなる円筒形磁石が外嵌固着されて構成されている。極配向磁石よりなる円筒形磁石は、ステータとの対向面である外周面にのみＮ極とＳ極の磁極が等間隔に現れるように着磁されており、その外周面においてトルクの発生に最も寄与する磁極中心部分の磁束密度は高くなっている。従って、Ｎ極とＳ極の磁極が外周面と内周面共に現れるように着磁される周知のラジアル配向磁石（特許文献１の第６図（ａ））と比べて、同体格ではモータが高トルクとなり、又、モータのトルクを同じとすれば磁石の小型化が可能となって、モータの小型化を図ることができる。
【０００３】
ところで、ロータ回転時において、円筒形磁石には回転子コアに対して回転方向にずれるような力が作用する。そのため、該コアに対する円筒形磁石の固着力、特に回転方向の係合力を向上するために、該コアと該磁石との間に接着剤を用いるのが一般的であった。しかしながら、接着剤を用いる作業は工数がかかる作業であるばかりか、接着剤による固定は信頼性が低いという点等で問題があった。
【０００４】
ここで、特許文献２の第２図に示すように、円筒形磁石の内周面形状を正八角形（正多角形）とするとともに、該円筒形磁石と内嵌する弾性部材（前記回転子コアに相当）の外周面形状も同様に正八角形として、円筒形磁石と弾性部材とが回転方向において係合するようにしている。
【０００５】
このような技術を前記特許文献１に用い、前記回転子コアの外周面と前記円筒形磁石の内周面を正多角形状とし、円筒形磁石と回転子コアとが回転方向において係合するように構成すれば、同方向の係合力が向上して該コアに対する円筒形磁石の固着力が向上するため、接着剤を省略することが可能となる。
【０００６】
【特許文献１】
特開平１１−１４６６１８号公報
【特許文献２】
特開平８−６５９３２号公報
【０００７】
【発明が解決しようとする課題】
ところで、前記特許文献１にて示した円筒形磁石は、外周面にのみ磁極が現れるように着磁される極配向磁石よりなるため、該磁石内の磁束の流れは、外周面の磁極中心部分から一旦内周面側に向かいその後隣接する磁極中心部分に向かって円弧状をなす。
【０００８】
一方で、上記したように円筒形磁石の内周面を正多角形状とすると、その多角形の角部が該磁石内（径方向外側に向かって）に食い込む形状となるため、その角部が形成される部分の径方向幅が他の部分より狭くなり、その角部の部分を跨るような磁束に対してはその流れを妨げる磁気的な抵抗部分となる。従って、その角部の位置を考慮して円筒形磁石の磁極の位置を設定しないと、該磁石の磁気的な効率が低下してしまう。
【０００９】
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、リング磁石の固着面である内周面に係合部を設けて固着力の向上を図りながら、着磁位置を限定することなく容易に着磁を行うことができるロータ及びそのロータを備えたブラシレスモータを提供することにある。
【００１０】
【課題を解決するための手段】
上記問題点を解決するため、請求項１に記載の発明は、回転軸と、前記回転軸と一体回転するように設けられるカラーと、前記カラーに固着され、外周面にのみ磁極が現れるように着磁される極配向磁石よりなるリング磁石と、を備えたロータであって、前記カラーは、軸方向から見て略円形状の外周面を有するとともに該外周面に係合凹部を有し、前記リング磁石は、前記カラーの外周面と固着すべく軸方向から見て略円形状の内周面を有するとともに該内周面に前記カラーの係合凹部と係合する係合凸部を有し、前記リング磁石は、その外周面に現れる磁極中心部分を通過する径方向の直線上に前記係合凸部が位置するように着磁されている。
【００１２】
請求項２に記載の発明は、請求項１に記載のロータにおいて、前記リング磁石の磁極は、等間隔に設けられるものであり、前記係合凹部及び前記係合凸部は、複数個設けられ等間隔に配置されている。
【００１３】
請求項３に記載の発明は、請求項２に記載のロータにおいて、前記係合凹部及び前記係合凸部は、前記リング磁石の極数と同数設けられている。
請求項４に記載の発明は、請求項１〜３のいずれか１項に記載のロータと、前記ロータを回転させるべく回転磁界を発生させるステータと、を備えたブラシレスモータである。
【００１４】
（作用）
請求項１に記載の発明によれば、ロータは、回転軸と一体回転するように設けられるカラーに対して、外周面にのみ磁極が現れるように着磁される極配向磁石よりなるリング磁石が固着されてなる。カラーは、軸方向から見て略円形状の外周面を有するとともに該外周面に係合凹部を有し、リング磁石は、カラーの外周面と固着すべく軸方向から見て略円形状の内周面を有するとともに該内周面にカラーの係合凹部と係合する係合凸部を有している。そして、リング磁石は、内周面に設けた係合凸部とカラーの外周面に設けた係合凹部とが回転方向に係合することで、該カラーに対して強固に固着される。しかも、このリング磁石は、その内部の磁束が該磁石の外周面の磁極中心部分から一旦内周面に向かいその後隣接する磁極中心部分に向かって円弧状をなすものであるが、該磁石の固着力を向上させるために内周面に設けた係合凸部は磁石内（径方向外側に向かって）に食い込む形状でないため、その係合凸部を設けた部分は磁束の流れを妨げる磁気抵抗とならない。つまり、係合凸部を内周面の周方向のいずれの位置に設けても、リング磁石内の磁束に与える影響は極めて小さい。そのため、このリング磁石は、着磁位置を限定することなく容易に着磁を行うことが可能である。
【００１５】
また、リング磁石は、その外周面に現れる磁極中心部分を通過する径方向の直線上に係合凸部が位置するように着磁される。つまり、極配向磁石よりなるリング磁石内の磁束の流れから、内周面の係合凸部近傍は磁束密度の低い部分となっている。そのため、係合凸部を設けることでリング磁石に僅かながらでも影響を与えたとしても、その影響をより確実に小さくできる。
【００１６】
請求項２に記載の発明によれば、リング磁石の磁極は、等間隔に設けられるものであり、係合凹部及び係合凸部は、複数個設けられ等間隔に配置される。つまり、カラーとリング磁石とは回転方向に等間隔に係合するので、互いに回転方向において安定的に係合できる。又、係合凸部を設けることでリング磁石に僅かながらでも影響を与えたとしても、該磁石への影響を回転方向に等間隔に分散できる。
【００１７】
請求項３に記載の発明によれば、係合凹部及び係合凸部は、リング磁石の極数と同数設けられる。つまり、リング磁石において、１つ磁極に対して１つの係合凸部が対応することになり、又、各係合凸部の位置が各磁極に対してそれぞれ同じ位置に配置される。そのため、磁極毎に差が生じることが防止される。
【００１８】
請求項４に記載の発明によれば、リング磁石の固定力が向上されるので、該磁石の脱落を確実に防止でき、ブラシレスモータの長寿命化に貢献できる。又、リング磁石に対して着磁位置を限定することなく容易に着磁を行うことが可能であるので、リング磁石の製造、ひいてはブラシレスモータの製造の容易化に貢献できる。
【００１９】
【発明の実施の形態】
以下、本発明を具体化した一実施形態を図面に従って説明する。
図１は、ブラシレスモータ１の概略構成図である。ブラシレスモータ１は、円環状のステータ２と、該ステータ２の内側に回転可能に収容されるロータ３とを備えている。ステータ２は、図示しないがステータコアのティースに巻線が巻回され、該巻線に駆動電流が供給されることにより、ロータ３を回転させるための回転磁界が発生するように構成されている。
【００２０】
ロータ３は、図１及び図２に示すように、回転軸４と、カラー５と、リング磁石６とを備えている。カラー５は、鉄等の金属材料が用いられて略円盤状に形成されている。カラー５の中心部には軸方向から見て円形状の貫通孔５ａが形成されており、該貫通孔５ａには回転軸４が圧入され固定されている。カラー５の外周面５ｂはリング磁石６の固着面であって、軸方向から見て略円形状に形成されている。この外周面５ｂには、同形状をなす８個の係合凹部５ｃが周方向（回転方向）に等間隔に形成されている。この係合凹部５ｃは、断面半円状をなしており、軸方向に貫通している。そして、カラー５の外周面５ｂには、リング磁石６が圧入され固着される。
【００２１】
リング磁石６は、リング状（円環状）をなしている。リング磁石６の外周面６ａ、即ち前記ステータ２と対向する面は、軸方向から見て円形状をなしている。リング磁石６の内周面６ｂはカラー５の固着面であって、前記カラー５の外周面５ｂに外嵌（圧入）固着すべく該外周面５ｂに対応した形状をなしている。即ち、リング磁石６の内周面６ｂは軸方向から見て略円形状に形成され、該内周面６ｂには同形状をなす８個の係合凸部６ｃが周方向（回転方向）に等間隔に形成されている。この係合凸部６ｃは、断面半円状をなしており、軸方向に連続している。因みに、リング磁石６の内周面６ｂに設けた係合凸部６ｃと前記カラー５の外周面５ｂに設けた係合凹部５ｃの数は、後述するリング磁石６の極数「８」と同数としている。そして、リング磁石６は、内周面６ｂに設けた係合凸部６ｃとカラー５の外周面５ｂに設けた係合凹部５ｃとが回転方向に係合することで、該カラー５に対して強固に固着される。
【００２２】
又、前記リング磁石６は、極異方性磁石若しくは極等方性磁石である外周面６ａにのみ磁極（Ｎ極Ｓ極）が現れる極配向磁石よりなる。因みに、極異方性磁石とは、磁気方向性を揃えた磁性粉体に外部磁界をかけて着磁したい方向に配置し、圧縮又は射出成形で製造後、先ほどの方向に合わせて極配向で着磁して完成される磁石であり、強力な磁石である。一方、極等方性磁石とは、磁気の方向が揃っていない磁性粉体を圧縮又は射出成形で製造後、任意の極配向で着磁して完成される磁石であり、比較的容易に製造できる。磁性粉体の材料としては、両磁石ともネオジ鉄ボロン若しくはサマリウム鉄窒素が利用される。
【００２３】
このリング磁石６は、図１中の破線にて示される磁極の境界線Ｌ０にて区切られるように、磁極が等間隔でありその極数が「８」で構成されている。このリング磁石６は、その内部の磁束Ａの流れ（図１の矢印にて示す）が、外周面６ａの磁極中心部分６ｄから一旦内周面６ｂに向かいその後隣接する磁極中心部分６ｄに向かって円弧状をなすように着磁され、外周面６ａにのみ磁極が現れるように着磁されている。又、この場合、外周面６ａに現れる磁極中心部分６ｄを通過する径方向の直線Ｌ１上に前記係合凸部６ｃが位置するように着磁がなされている。
【００２４】
ここで、リング磁石６の固着力を向上させるために内周面６ｂに設けた係合凸部６ｃは磁石６内（径方向外側に向かって）に食い込む形状でないため、その係合凸部６ｃを設けた部分は磁束Ａの流れを妨げる磁気抵抗とならない。つまり、係合凸部６ｃを内周面６ｂの周方向のいずれの位置に設けても、リング磁石６内の磁束Ａに与える影響は極めて小さい。そのため、このリング磁石６は、着磁位置を限定することなく容易に着磁を行うことができる。
【００２５】
又、上記したように、外周面６ａに現れる磁極中心部分６ｄを通過する径方向の直線Ｌ１上に係合凸部６ｃが位置している。つまり、極配向磁石よりなるリング磁石６内の磁束Ａの流れから、内周面６ｂの係合凸部６ｃ近傍は磁束密度の低い部分となっている。そのため、係合凸部６ｃを設けることでリング磁石６に僅かながらでも影響を与えたとしても、その影響がより確実に小さくなるようにしている。
【００２６】
因みに、このように構成されるロータ３は、先ず着磁前のリング磁石６がカラー５に圧入されて固着され、次にリング磁石６が図示しない着磁装置にて上記したように着磁され、次に回転軸４がカラー５に圧入されて完成される。
【００２７】
次に、本実施形態の特徴的な作用効果を以下に記載する。
（１）ロータ３は、回転軸４と一体回転するように設けられるカラー５に対して、外周面６ａにのみ磁極が現れるように着磁される極配向磁石よりなるリング磁石６が固着されてなる。カラー５は、軸方向から見て略円形状の外周面５ｂを有するとともに該外周面５ｂに係合凹部５ｃを有している。リング磁石６は、カラー５の外周面５ｂと固着すべく軸方向から見て略円形状の内周面６ｂを有するとともに該内周面６ｂにカラー５の係合凹部５ｃと係合する係合凸部６ｃを有している。そして、リング磁石６は、内周面６ｂに設けた係合凸部６ｃとカラー５の外周面５ｂに設けた係合凹部５ｃとが回転方向に係合することで、該カラー５に対して強固に固着される。しかも、このリング磁石６は、その内部の磁束Ａが該磁石６の外周面６ａの磁極中心部分６ｄから一旦内周面６ｂに向かいその後隣接する磁極中心部分６ｄに向かって円弧状をなすものであるが、該磁石６の固着力を向上させるために内周面６ｂに設けた係合凸部６ｃは磁石６内（径方向外側に向かって）に食い込む形状でないため、その係合凸部６ｃを設けた部分は磁束Ａの流れを妨げる磁気抵抗とならない。つまり、係合凸部６ｃを内周面６ｂの周方向のいずれの位置に設けても、リング磁石６内の磁束Ａに与える影響は極めて小さい。そのため、このリング磁石６は、着磁位置を限定することなく容易に着磁を行うことができる。
【００２８】
（２）リング磁石６の固定力が向上されるので、該磁石６の脱落を確実に防止でき、ブラシレスモータ１の長寿命化に貢献することができる。又、リング磁石６に対して着磁位置を限定することなく容易に着磁を行うことが可能であるので、リング磁石６の製造、ひいてはブラシレスモータ１の製造の容易化に貢献することができる。
【００２９】
（３）リング磁石６は、その外周面６ａに現れる磁極中心部分６ｄを通過する径方向の直線Ｌ１上に係合凸部６ｃが位置するように着磁されている。つまり、極配向磁石よりなるリング磁石６内の磁束Ａの流れから、内周面６ｂの係合凸部６ｃ近傍は磁束密度の低い部分となっている。そのため、係合凸部６ｃを設けることでリング磁石６に僅かながらでも影響を与えたとしても、その影響をより確実に小さくすることができる。
【００３０】
（４）リング磁石６の磁極は、等間隔に設けられるものであり、係合凹部５ｃ及び係合凸部６ｃは、複数個（磁極「８」と同数の８個）設けられ等間隔に配置されている。つまり、カラー５とリング磁石６とは回転方向に等間隔に係合するので、互いに回転方向において安定的に係合することができる。又、係合凸部６ｃを設けることでリング磁石６に僅かながらでも影響を与えたとしても、該磁石６への影響を回転方向に等間隔に分散することができる。
【００３１】
（５）係合凸部６ｃ（係合凹部５ｃ）は、リング磁石６の極数と同数設けられている。つまり、リング磁石６において、１つ磁極に対して１つの係合凸部６ｃが対応することになり、又、各係合凸部６ｃの位置が各磁極に対してそれぞれ同じ位置に配置される。そのため、磁極毎に差が生じることが防止される。
【００３２】
（６）リング磁石６は、カラー５に外嵌され該カラー５に対して固着される。そのため、リング磁石６とカラー５とを別々に形成できるので、それらを容易に形成することができる。
【００３３】
尚、本発明の実施形態は、以下のように変更してもよい。
○上記実施形態では、リング磁石６の極数を「８」としたが、極数はこれに限定されるものではなく、適宜変更してもよい。又、磁極を等間隔に設けたが、等間隔でなくてもよい。
【００３４】
○上記実施形態では、リング磁石６の係合凸部６ｃ及びカラー５の係合凹部５ｃを該磁石６の極数「８」と同じ８個としたが、係合凸部６ｃ及び係合凹部５ｃの数は該磁石６の極数と同数でなくてもよい。又、係合凸部６ｃ及び係合凹部５ｃを等間隔に配置したが、等間隔でなくてもよい。又、係合凸部６ｃを外周面６ａに現れる磁極中心部分６ｄを通過する径方向の直線Ｌ１上に配置したが、例えば図３に示すように、直線Ｌ１からずれた位置に係合凸部６ｃを配置してもよい。又、係合凸部６ｃ及び係合凹部５ｃを断面半円状としたが、この形状に限定されるものではなく、例えば、断面三角形状や断面四角形状に変更してもよい。
【００３５】
○上記実施形態では、リング磁石６をカラー５に外嵌することで該カラー５に対して固着するようにしたが、リング磁石６をカラー５に一体成形することで該カラー５に対して固着するようにしてもよい。このようにすれば、ロータ３、ひいてはモータ１の部品点数を低減することができる。
【００３６】
○上記実施形態では、リング磁石６をカラー５に固着した後に着磁するようにしたが、カラー５に固着する前に予めリング磁石６に着磁するようにしてもよい。
【００３７】
○上記実施形態では、カラー５を鉄等の金属材料としたが、鉄以外の磁性金属材料や非磁性金属材料、樹脂材料等に変更してもよい。この場合、リング磁石６は外周面６ａから該外周面６ａに磁束Ａが流れる極配向磁石であるので、カラー５を非磁性材料に変更しても、モータ１の出力に影響を与えるものではない。又、内径側（回転軸４側）を金属材料、外径側（外周面５ｂ側）を樹脂材料としたカラー５としてもよい。又、カラー５に回転軸４を圧入して該カラー５を回転軸４と一体回転するようにしたが、カラー５に回転軸４を一体形成してもよい。
【００３８】
○上記実施形態のリング磁石６を、ロータ３以外の構成のロータに用いてもよい。
○上記実施形態では、ブラシレスモータ１のロータ３に実施したが、ブラシレスモータ１以外のモータのロータに実施してもよい。
【００３９】
上記各実施形態から把握できる技術的思想を以下に記載する。
（イ）前記リング磁石は、前記カラーに外嵌され該カラーに対して固着されている。
【００４０】
このようにすれば、リング磁石とカラーとを別々に形成できるので、それらを容易に形成することができる。
（ロ）前記リング磁石は、前記カラーに一体成形され該カラーに対して固着されている。
【００４１】
このようにすれば、ロータの部品点数を低減することができる。
（ハ）ロータに備えられ、外周面にのみ磁極が現れるように着磁される極配向磁石よりなるリング磁石であって、
前記ロータは、軸方向から見て略円形状の外周面を有するとともに該外周面に係合凹部を有するカラーを有するものであり、
前記カラーの外周面と固着すべく軸方向から見て略円形状の内周面を固着面として備え、該内周面に前記カラーの係合凹部と係合する係合凸部を有していることを特徴とするリング磁石。
【００４２】
このようにすれば、リング磁石は、内周面に設けた係合凸部とカラーの外周面に設けた係合凹部とが回転方向に係合することで、該カラーに対して強固に固着される。しかも、このリング磁石は、その内部の磁束が該磁石の外周面の磁極中心部分から一旦内周面に向かいその後隣接する磁極中心部分に向かって円弧状をなすものであるが、該磁石の固着力を向上させるために内周面に設けた係合凸部は磁石内（径方向外側に向かって）に食い込む形状でないため、その係合凸部を設けた部分は磁束の流れを妨げる磁気抵抗とならない。つまり、係合凸部を内周面の周方向のいずれの位置に設けても、リング磁石内の磁束に与える影響は極めて小さい。そのため、このリング磁石は、着磁位置を限定することなく容易に着磁を行うことができる。
【００４３】
【発明の効果】
以上詳述したように、本発明によれば、リング磁石の固着面である内周面に係合部を設けて固着力の向上を図りながら、着磁位置を限定することなく容易に着磁を行うことができるロータ及びそのロータを備えたブラシレスモータを提供することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本実施形態のロータを有するブラシレスモータの概略構成図。
【図２】ロータを構成するカラーとリング磁石の斜視図。
【図３】別例のロータの概略構成図。
【符号の説明】
２…ステータ、３…ロータ、４…回転軸、５…カラー、５ｂ…外周面、５ｃ…係合凹部、６…リング磁石、６ａ…外周面、６ｂ…内周面、６ｃ…係合凸部、６ｄ…磁極中心部分、Ｌ１…直線。

Claims

回転軸と、
前記回転軸と一体回転するように設けられるカラーと、
前記カラーに固着され、外周面にのみ磁極が現れるように着磁される極配向磁石よりなるリング磁石と、
を備えたロータであって、
前記カラーは、軸方向から見て略円形状の外周面を有するとともに該外周面に係合凹部を有し、
前記リング磁石は、前記カラーの外周面と固着すべく軸方向から見て略円形状の内周面を有するとともに該内周面に前記カラーの係合凹部と係合する係合凸部を有し、
前記リング磁石は、その外周面に現れる磁極中心部分を通過する径方向の直線上に前記係合凸部が位置するように着磁されていることを特徴とするロータ。
請求項１に記載のロータにおいて、
前記リング磁石の磁極は、等間隔に設けられるものであり、
前記係合凹部及び前記係合凸部は、複数個設けられ等間隔に配置されていることを特徴とするロータ。
請求項２に記載のロータにおいて、
前記係合凹部及び前記係合凸部は、前記リング磁石の極数と同数設けられていることを特徴とするロータ。
請求項１〜３のいずれか１項に記載のロータと、
前記ロータを回転させるべく回転磁界を発生させるステータと、
を備えたことを特徴とするブラシレスモータ。