JP5295023B2 - 電動機 - Google Patents

Description

本発明は、ロータおよびステータを備えた電動機に関するものである。

従来、この種の電動機として、ロータとステータとからなる回転電機が知られている（例えば、特許文献１参照）。この回転電機において、ロータは、ロータコアと、ロータコアの軸方向両外側に設けられると共にアルミニウム合金で構成された一対のエンドプレートと、を備え、各エンドプレートとロータコアとの間には、ステンレス鋼で構成されたステンレスプレートがそれぞれ配設されている。なお、アルミニウム合金およびステンレス鋼は非磁性体の金属である。

特開２００６−２３８５３１号公報

しかしながら、非磁性体の材料として、ステンレスを用い、各エンドプレートを構成すると、材料が高価であるため、材料コストの抑制を図ることが困難となる。また、材料としてステンレスを用いた場合、ステンレスの特性である粘りの強さにより加工性が悪くなってしまい、加工コストが高くなってしまう。また、材料としてアルミニウムを用いた場合、エンドプレートに穴を空けて回転バランスを修正するロータについては、アルミニウムの特性である比重の小ささにより、ロータの回転バランスがとりにくくなるため、ロータのバランスを調整するための加工時間が余分に必要となり、この場合も、加工コストが高くなってしまう。なお、各エンドプレートは、磁束のリークを防止する点から、非磁性体の材料であることが好ましい。

本発明は、上記に鑑みてなされたものであって、安価な材料を用い、低コストで加工することができる安価な電動機を提供することを目的とする。

上述した課題を解決し、目的を達成するために、本発明は、回転可能なロータと、ロータの径方向外側に固定して配設されるステータとを備えた電動機において、ロータは、内部に磁石を有するロータコアと、ロータコアの軸方向両外側にそれぞれ配設され、非磁性体で構成された一対の第１サイドプレートと、一対の第１サイドプレートの軸方向両外側にそれぞれ配設され、磁性体で構成された一対の第２サイドプレートと、を備えたことを特徴とする。

本発明によれば、一対の第１サイドプレートを非磁性体とし、一対の第２サイドプレートを磁性体とすると共に、非磁性体の材料および磁性体の材料を任意の材料とすることで、電動機を安価に構成することができる。つまり、非磁性体の材料として、例えば、アルミニウムを使用し、磁性体の材料として、例えば、鉄を使用することで、材料コストを抑制することができ、また、比重を大きくすることができるため、ロータの回転バランスを安定させるための加工時間を必要最小限とすることができるという効果を奏する。また、磁性体の材料として、例えば、鉄を使用することで、加工を容易に行うことが可能となるため、加工コストを低減することも可能となる。

図１は、実施の形態１にかかるモータの構造を模式的に表した軸断面図である。 図２は、ロータを径方向から見た側面図である。 図３は、ロータを軸方向から見た正面図である。 図４は、実施の形態２にかかる電動機のロータを径方向から見た側面図である。 図５は、実施の形態２にかかる第２サイドプレートを軸方向から見た平面図である。 図６は、変形例１にかかる第２サイドプレートを軸方向から見た平面図である。 図７は、変形例２にかかる第２サイドプレートを軸方向から見た平面図である。 図８は、変形例３にかかる第２サイドプレートを軸方向から見た平面図である。

以下に、本発明にかかる電動機の実施の形態を図面に基づいて詳細に説明する。なお、この実施の形態によりこの発明が限定されるものではない。

実施の形態１．
図１は、本発明にかかる電動機（モータ）の実施の形態１の構造を示す軸断面図であり、図２は、ロータを径方向から見た側面図であり、図３は、ロータを軸方向から見た正面図である。

図１に示すように、実施の形態１にかかる電動機は、いわゆる、埋込磁石型のモータ１であり、このモータ１は、そのロータ５の内部に永久磁石２２が用いられると共に、そのステータ６に電磁石３５が用いられており、ステータ６に電力を供給することで、ロータ５が回転可能に構成されている。なお、実施の形態１において、電動機として、埋込磁石型のモータ１を例示したが、これに限らず、表面磁石型のモータ等であってもよい。そして、モータ１は、回転軸となるシャフト７と、回転側となるロータ５と、固定側となるステータ６とで構成されている。

ここで、ロータ５について説明するに、図２および図３に示すように、ロータ５は、内部に永久磁石２２を有するロータコア１０と、ロータコア１０の軸方向両外側に設けられた一対の第１サイドプレート１１と、第１サイドプレート１１の軸方向両外側に設けられた一対の第２サイドプレート１２と、で構成され、リベット１３により各第１サイドプレート１１と各第２サイドプレート１２とをロータコア１０に固定している。

ロータコア１０は、板状の電磁鋼板を軸方向に積層して円柱状に構成されており、その軸心には、シャフト７を挿通する軸孔２０が貫通形成されている。また、ロータコア１０には、リベット１３を挿通するリベット挿通孔２１ａが複数（実施の形態１では、例えば２つ）貫通形成され、また、複数（偶数個：実施の形態１では、例えば４つ）の永久磁石２２を装着するための磁石装着穴２３が複数形成されている。

複数の磁石装着穴２３は、例えば、４つ形成されており、４つの磁石装着穴２３は、回転軸を中心に各位相を９０°ずつ異ならせて形成されている。また、各磁石装着穴２３は、径方向に直交する直交方向に延在すると共に軸方向に延在する平板形状に形成された矩形部２３ａと、矩形部２３ａの径方向両端部から外側へ向けて円弧状に形成された一対の円弧部２３ｂと、で構成されている。そして、４つの磁石装着穴２３の各矩形部２３ａに、４つの永久磁石２２が、極性が交互となるように装着される。

一対の第１サイドプレート１１は、非磁性体で構成されており、例えば、ＰＥＴフィルムで構成されている。各第１サイドプレート１１は、ロータコア１０の径よりも短径となる円盤状に形成されており、その盤面には、上記のリベット１３を挿通するリベット挿通孔２１ｂが複数（実施の形態１では、例えば２つ）貫通形成されている。そして、図３に示すように、各第１サイドプレート１１の厚さＤ１は、ロータ５とステータ６との間の間隙Ｄ２の長さと、同長に形成されている。なお、実施の形態１では、非磁性体として、ＰＥＴフィルムを用いたがこれに限らず、アルミニウム、ステンレス、紙、樹脂フィルム、ゴム、または樹脂テープ等の材料を用いて形成してもよい。また、実施の形態１では、第１サイドプレート１１を単層構造としたが、非磁性体の材料を各種用いて多層構造としてもよい。さらに、実施の形態１では、第１サイドプレート１１の径をロータコア１０の径よりも短径に構成したが、同径以下であれば良い。

一対の第２サイドプレート１２は、磁性体で構成されており、例えば、鉄で構成されている。このとき、各第２サイドプレート１２は鉄で構成されているため、加工が容易となっている。そして、各第２サイドプレート１２は、ロータコア１０の径よりも短径となる円盤状に形成されており、その盤面には、上記のリベット１３を挿通するリベット挿通孔２１ｃが複数（実施の形態１では、例えば２つ）貫通形成され、また、ロータ５の回転バランスを調整するためのバランス調整穴２５が貫通形成されている。このとき、各第２サイドプレート１２の径は、各第１サイドプレート１１の径と同径となるように形成されている。なお、実施の形態１では、第２サイドプレート１２を単層構造としたが、磁性体の材料と非磁性体の材料を混在させて多層構造としてもよい。また、実施の形態１では、第２サイドプレート１２の径をロータコア１０の径よりも短径に構成したが、同径以下であれば良い。

従って、ロータコア１０の４つの磁石装着穴２３に永久磁石２２を装着し、ロータコア１０の軸方向両外側に一対の第１サイドプレート１１をそれぞれ配設すると共に、一対の第１サイドプレート１１の軸方向両外側に一対の第２サイドプレート１２をそれぞれ配設する。そして、ロータコア１０、第１サイドプレート１１および第２サイドプレート１２にそれぞれ形成された２つのリベット挿通孔２１ａ，２１ｂ，２１ｃに２つのリベット１３をそれぞれ挿通し、各リベット１３の端部をつぶして、これらが一体となるよう固定することで、ロータ５が作成される。

次に、図１を参照して、ステータ６について説明するに、ステータ６は、内部に電磁石３５を有するステータコア３０を備えており、ステータコア３０は、板状の電磁鋼板を軸方向に積層して円筒状に構成されている。また、ステータコア３０の内周面には、マグネットワイヤーを巻き付け可能なスロット３１が複数（実施の形態１では、例えば１２）没入形成されている。そして、スロット３１ａからスロット３１ｂ，３１ｃを介してスロット３１ｄとの間にマグネットワイヤーを巻き掛けてなるコイル３２ａと、スロット３１ｅからスロット３１ｆ，３１ｇを介してスロット３１ｈとの間にマグネットワイヤーを巻き掛けてなるコイル３２ｂと、スロット３１ｉからスロット３１ｊ，３１ｋを介してスロット３１ｌとの間にマグネットワイヤーを巻き掛けてなるコイル３２ｃと、スロット３１ｃからスロット３１ｄ，３１ｅを介してスロット３１ｆとの間にマグネットワイヤーを巻き掛けてなるコイル３２ｄと、スロット３１ｇからスロット３１ｈ，３１ｉを介してスロット３１ｊとの間にマグネットワイヤーを巻き掛けてなるコイル３２ｅと、スロット３１ｋからスロット３１ｌ，３１ａを介してスロット３１ｂとの間にマグネットワイヤーを巻き掛けてなるコイル３２ｆと、を有している。そして、これらコイル３２ａ，３２ｂ，３２ｃ，３２ｄ，３２ｅ，３２ｆに電力を供給することで、コイルの軸心および周囲に磁束が発生し、電磁石３５となる。

ここで、各第１サイドプレート１１の厚さＤ１は、ロータ５とステータ６との間の間隙Ｄ２の長さと、同長に形成されているため、第２サイドプレート１２を通る磁束経路Ｋ１の磁気抵抗と、ステータコア３０を通る磁束経路Ｋ２の磁気抵抗とは、ほぼ同一となる。

次に、実施の形態１にかかるモータ１の一連の動作について説明する。モータ１のステータ６に電力が供給されると、巻回されたコイル３２に電流が流れることでステータ６に磁力が生じる。このとき、ステータ６に発生した磁力とロータ５の永久磁石２２の磁力との間には引斥力が働き、これにより、ステータ６に対しロータ５が回転する。このとき、ロータ５は、各第１サイドプレート１１を非磁性体の材料を用いて構成しているため、永久磁石２２の磁束のリークを防止することができ、また、各第２サイドプレート１２を磁性体の材料を用いて構成しているため、安価な材料で構成することができると共に、バランス調整穴２５を容易に加工することが可能となる。

以上の構成によれば、各第１サイドプレート１１を非磁性体で構成する一方、各第２サイドプレート１２を磁性体で構成することができるため、非磁性体の使用割合を低減すると共に、安価な磁性体を使用することができ、これにより、モータ１の材料コストを低減することができる。また、各第２サイドプレート１２を、加工容易な磁性体を使用することで、加工コストの低減も図ることができる。従って、モータ１の材料コストおよび加工コストを低減することができ、モータ１の製造コストを低減することができる。

また、加工容易な各第２サイドプレート１２にバランス調整穴２５を形成することで、ロータ５の回転バランスを安定させることができる。

さらに、各第１サイドプレート１１の厚さＤ１を、ロータ５とステータ６との間の間隙Ｄ２の長さと、同長に形成することができるため、モータ１の作動効率の低減を抑制することができる。なお、実施の形態１では、各第１サイドプレート１１の厚さＤ１とロータ５とステータ６との間の間隙Ｄ２の長さとを同長としたが、これに限らず、各第１サイドプレート１１の厚さＤ１を、ロータ５とステータ６との間の間隙Ｄ２の長さよりも長くしても良い。この場合、各第１サイドプレート１１の厚さＤ１は増すが、モータ１の作動効率の低減を好適に抑制することが可能となる。

実施の形態２．
次に、実施の形態２にかかるモータ５０について説明する。なお、重複した記載を避けるべく、異なる部分についてのみ説明する。図４は、実施の形態２にかかるモータを径方向から見た側面図であり、図５は、各第２サイドプレートを軸方向内側から見た平面図である。実施の形態１のモータ１において、各第１サイドプレート１１の厚さＤ１を、ロータ５とステータ６との間の間隙Ｄ２の長さと同長に形成したが、このように形成した場合、モータ１の仕様によっては、モータ１の作動効率が低減してしまう場合がある。この場合、実施の形態２のモータ５０において、各第２サイドプレート５２を、円盤状に形成すると共に軸方向内側に複数の突出部５３を形成することで、モータ５０の作動効率の低減を抑制することが可能となる。以下、図４および図５を参照し、実施の形態２にかかるモータ５０の各第２サイドプレート５２について説明する。

一対の第２サイドプレート５２は、実施の形態１と同様に、磁性体で構成されており、例えば、鉄で構成されている。そして、各第２サイドプレート５２は、ロータコア１０の径に対し同径以下となる円盤状に形成されており、その盤面には、シャフト７を挿通する軸孔２０と、各リベット１３をそれぞれ挿通する複数（実施の形態２では、例えば２つ）のリベット挿通孔２１ｃと、が貫通形成されている。また、各第２サイドプレート５２の軸方向内側には、複数の突出部５３が突出形成されており、複数の突出部５３は回転軸を中心として同心円状に形成されている。具体的に、複数の突出部５３は、径方向最内側に形成された同心円状の突出部５３ａと、突出部５３ａの径方向外側に形成された同心円状の突出部５３ｂと、突出部５３ｂの径方向外側に形成された同心円状の突出部５３ｃと、突出部５３ｃの径方向最外側に形成された同心円状の突出部５３ｄと、を有している。そして、複数の突出部５３ａ，５３ｂ，５３ｃ，５３ｄは径方向における離間距離がそれぞれ同じ距離となっている。

ここで、ロータコア１０の軸方向両外側に一対の第１サイドプレート１１をそれぞれ配設し、一対の第１サイドプレート１１の軸方向両外側に一対の第２サイドプレート５２をそれぞれ配設し、各リベット１４により固定する。すると、各第１サイドプレート１１の軸方向外側には、各突出部５３ａ，５３ｂ，５３ｃ，５３ｄが当接する。この場合、各突出部５３ａ，５３ｂ，５３ｃ，５３ｄは、各第１サイドプレート１１に設置する設置面積が小さくなるため、磁気飽和が生じやすくなる。

以上の構成によれば、各突出部５３ａ，５３ｂ，５３ｃ，５３ｄにおいて、磁気飽和を生じさせることにより、モータ５０の作動効率の低減を抑制することができる。なお、実施の形態２にかかるモータ５０では、各第２サイドプレート５２の複数の突出部５３を同心円状に配設したが、これに限らず、複数の突出部５３を、図６ないし図８に示す変形例１ないし３のように形成してもよい。

先ず、図６を参照して、変形例１にかかる第２サイドプレート８０について説明するに、第２サイドプレート８０の軸方向内側に突出して形成された複数の突出部８１は、回転軸の中心から径方向外側へ向かうように放射状に突出形成されている。このとき、複数の突出部７１は、回転軸を中心として等間隔となる位相となるように形成されている。

次に、図７を参照して、変形例２にかかる第２サイドプレート９０について説明するに、第２サイドプレート９０の軸方向内側に突出して形成された複数の突出部９１は、径方向に直交する直交方向に延在して形成されると共に、軸孔の周囲を取り囲むように方形状に配置されている。

さらに、図８を参照して、変形例３にかかる第２サイドプレート１００について説明するに、第２サイドプレート１００の軸方向内側に突出して形成された複数の突出部１０１は、断面円形となる複数の突起で形成されている。

以上の変形例１ないし３にかかる第２サイドプレート８０，９０，１００においても、各突出部８１，９１，１０１において、磁気飽和を生じさせることができるため、モータ５０の作動効率の低減を抑制することができる。

以上のように、本発明にかかるモータは、内部に永久磁石を有するロータと内部に電磁石を有するステータとを備えたものに有用であり、特に、モータの製造コストを低減する場合に適している。

１ モータ
５ ロータ
６ ステータ
７ シャフト
１０ ロータコア
１１ 第１サイドプレート
１２ 第２サイドプレート
１３ リベット
２０ 軸孔
２１ａ リベット挿通孔（ロータコア）
２１ｂ リベット挿通孔（第１サイドプレート）
２１ｃ リベット挿通孔（第２サイドプレート）
２２ 永久磁石
２３ 磁石装着穴
２３ａ 矩形部
２３ｂ 円弧部
２５ バランス調整穴
３０ ステータコア
３１ スロット
３２ コイル
３５ 電磁石
５０ モータ（実施の形態２）
５２ 第２サイドプレート
５３ａ，５３ｂ，５３ｃ，５３ｄ 突出部
８０ 第２サイドプレート（変形例１）
８１ 突出部
９０ 第２サイドプレート（変形例２）
９１ 突出部
１００ 第２サイドプレート（変形例３）
１０１ 突出部
Ｄ１ 第１サイドプレートの厚さ
Ｄ２ ロータとステータとの間隙
Ｋ１ 磁束経路（第２サイドプレート）
Ｋ２ 磁束経路（ステータコア）

Claims (3)

1. 回転可能なロータと、前記ロータの径方向外側に固定して配設されるステータとを備えた電動機において、
   前記ロータは、
   内部に磁石を有するロータコアと、
   前記ロータコアの軸方向両外側にそれぞれ配設され、非磁性体で構成された一対の第１サイドプレートと、
   前記一対の第１サイドプレートの軸方向両外側にそれぞれ配設され、磁性体で構成された一対の第２サイドプレートと、を備え、
   前記一対の第２サイドプレートの少なくとも一方には、前記ロータの回転バランスを調整するためのバランス調整穴が形成され、
   前記各第１サイドプレートは、その厚み方向における長さが、径方向において前記ロータと前記ステータとの間に形成される間隙の長さ以上に形成され、
   前記各第２サイドプレートの軸方向内側には、複数の突出部が形成されていることを特徴とする電動機。
2. 前記各第１サイドプレートは、多層構造であることを特徴とする請求項１に記載の電動機。
3. 前記各第１サイドプレートは、アルミニウム、紙、樹脂フィルム、ゴム、または樹脂テープで構成されていることを特徴とする請求項１または２に記載の電動機。

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