JP5611656B2 - ロータ及びモータ - Google Patents
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Description
この発明では、磁束分離部はマグネットの背面と当接して設けられるため、マグネット背面の磁束をより確実に好適に分離することが可能となる。
請求項4に記載の発明は、請求項1〜3のいずれか1項に記載のロータにおいて、前記突極の内部に、前記突極内を通過する磁束の向きを強制的に変更する磁束整流部が設けられていることをその要旨とする。
この発明では、磁気バランスの向上したロータが用いられるため、モータの高トルク化や低振動化に寄与できる。
以下、本発明を具体化した第1実施形態を図面に従って説明する。
図1及び図2は、インナロータ型のブラシレスモータMを示す。本実施形態のモータMに用いるロータ10Aは、回転軸11の外周面に磁性金属材料よりなる略円環状のロータコア12が固着されており、該コア12の周方向にN極のマグネット13が7個配置されるとともに、コア12に一体形成された突極14が各マグネット13間に配置され、該突極14をS極として機能させる14磁極の所謂コンシクエントポール型にて構成されている。尚、ステータ20には、ステータコア21の12個のティース21aにコイル22が所定の巻回態様にて巻回された12磁極で構成されたものが用いられる。尚、コイル22は、各ティース部21aに集中巻にて巻回されている。また、ステータ20のコイル22は、U・V・W相の三相で構成され、時計回りにU相(正巻き)、バーU相(逆巻き)、バーV相、V相、W相、バーW相、バーU相、U相、V相、バーV相、バーW相、W相というように同相毎で正巻きと逆巻きとが隣同士で並ぶようにして三相が順に構成されている。マグネット13及び突極14は、ロータ10Aの外周部に等角度間隔で交互に設けられている。
(1)本実施形態のロータ10Aにおいて、マグネット13の背面(内側面13a)と当接するロータコア12の固着面12aに、そのマグネット13の背面側の磁束を周方向両側に強制的に分離させる磁束分離部としてスリット12bが設けられている。つまり、磁束の強制力の無い突極14の影響からマグネット13の背面側の磁束に周方向に偏りが生じていたものが、スリット12bを設けて分離する磁束量が好適に調整されている。これにより、ロータ10Aの磁気バランスが向上(本実施形態では磁束を均等に分離し確実に向上)してトルク向上や振動低減といった回転性能の向上が図られ、モータMの高トルク化や低振動化を図ることができる。また本実施形態では、スリット12bの寸法を適正化がなされ、より確実に回転性能の向上が図られている。
(3)本実施形態では、磁束分離を図るスリット12bはマグネット13の背面(内側面13a)と当接して設けられているため、マグネット13の背面側の磁束をより確実に分離することができる。
以下、本発明を具体化した第2実施形態を図面に従って説明する。
図5及び図6に示すように、本実施形態のロータ10Bに用いるロータコア12には、前記スリット12bに加え、各突極14部分にも1つのスリット12cが形成されている。スリット12cは、突極14の周方向中央部に位置し、長手方向が径方向に沿うように長方形状をなしている。スリット12cは、軸方向視で径方向内側端部が前記スリット12bと同様にロータコア12の内周縁近傍に設定され、径方向外側端部が突極14の突出中間位置(突極14部分の径方向中央部)に設定されている。つまり、スリット12cは、ロータコア12の内周縁近傍から突極14の基端部(根元部分)よりも径方向外側に延びるように設けられている。また、このスリット12cにおいても、ロータコア12の軸方向に貫通している。このようなスリット12cは、磁気抵抗であるため、突極14内を通過する磁束を径方向に向ける磁束整流部として機能している。
(1)本実施形態のロータ10Bにおいても、前記第1実施形態の(1)〜(3)と同様の作用効果を得ることができる。
図9に示すように、本実施形態のロータ10Cでは、マグネット13が固着されるロータコア12の固着面12aが周方向中央部側が凹となるV字状に形成され、該固着面12aに一対の傾斜面12a1,12a2が設けられている。またこれに対応し、マグネット13の内側面13aは、周方向中央部側が凸となる三角形状に形成され、該内側面13aに一対の傾斜面13a1、13a2が設けられている。マグネット13側の各傾斜面13a1、13a2は、ロータコア12側の各傾斜面12a1,12a2に対して面接触して固着され、またその固着時の位置決めも容易となっている。
(1)本実施形態のロータ10C,10Dにおいて、マグネットの背面(内側面13a)に形成された互いに周方向両側に向けた一対の傾斜面13a1,13a2,13a3,13a4が磁束分離部として機能する。これにより、各傾斜面13a1,13a2,13a3,13a4にて磁束の方向が変更され、マグネット13の背面側の磁束を好適に分離することができる。
・上記各実施形態についての数値範囲は、状況等に応じて適宜変更してもよい。
・上記各実施形態でのロータ10A〜10D及びステータ20の各磁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。
・上記第1実施形態のスリット12bを例えば、図14(a)や図14(b)に示すような構成としてもよい。また、上記第2実施形態のスリット12b及びスリット12cの形状を例えば、図14(a)に示すような構成としてもよい。図14(a)に示す構成では、スリット12bは、その周方向に対向する一対の内側面12dがそれぞれ平面状をなすとともに、径方向内側に向かうほど互いに離間するように形成されている。即ち、スリット12bは、スリット幅(短手方向長さ)が径方向内側に向かうほど大きくなるように形成されている。尚、上記第1及び第2実施形態では、スリット12bの各内側面12dは、互いに平行をなしている。この図14(a)に示す構成のように、スリット12bを幅広形状とすれば、上記第1及び第2実施形態のようにスリット12bを平行形状にする構成に比べて、磁束を突極14に流れ易くさせることが可能となる。
周方向両端部における径方向厚みを厚くしやすい形状となり、その結果、より大きな磁束を発するロータを得ることが可能となる。
以下、本発明を具体化した第4実施形態を図面に従って説明する。
図16及び図17は、インナロータ型のブラシレスモータMを示す。本実施形態のモータMに用いるロータ10Eは、回転軸31の外周面に例えばアルミ等の非磁性体からなる円筒状の非磁性部32が固着され、その非磁性部32の外周面には、磁性金属材料よりなる略円環状のロータコア33が固着されている。
(1)本実施形態のロータ10Eにおいて、マグネット34の内側面34a(ステータ36と対峙する面とは反対側の面)側におけるロータコア33の各突極ブロック部35間に、そのマグネット34の内側面34a側の磁束を周方向両側に強制的に分離する間隙部Sが設けられる。つまり、磁束の強制力の無い突極41の影響からマグネット34の内側面34a側の磁束に周方向に偏りが生じていたものを、間隙部Sを設けたことにより例えば周方向中央部から両側に均等に分離するというように分離する磁束量が好適に調整される。これにより、ロータ10Eの磁気バランスが向上し、トルク向上や振動低減といった回転性能の向上に寄与できる。更に、本実施形態では、各間隙部Sに設けられ周方向に隣り合う突極ブロック部35同士を繋ぐ連結部43が、マグネット34の内側面34a側の磁束により磁気飽和するように構成される。このため、隣り合う2つの突極ブロック部35の一方側に通過させたいマグネット34の内側面34aの磁束が、連結部43を通って他方の突極ブロック部35側に回り込んでしまうことが抑制され、その結果、マグネット34の周方向両側に分離する磁束量をより好適に調整することができる。
・上記第4実施形態では、連結部43がマグネット34の内側面34aと当接する構成(G/T=0)としたが、特にこれに限定されるものではなく、当接しない構成(0<G/T≦0.4)としてもよい(例えば図25を参照)。このような構成でも、連結部43をマグネット34の内側面34a側の磁束により磁気飽和させることが可能となるため、上記した磁束の回り込みを抑制でき、ティース37aとの位置関係によらず常に周方向中央部から両側に均等に分離することが可能となる。また、連結部43とマグネット34の内側面34aとの間に、ロータコア33の積層鋼板間の溶接固着部を設定することが可能となり、これにより、回転特性に与える影響を抑制しつつ、ロータコア33の剛性を向上させることが可能となる。
・上記第4実施形態において、例えば、連結部43に応力をかけて形状を変化させて磁気特性を劣化させたり、連結部43の材質を変更したり、レーザ照射により連結部43の磁気特性を変化させたりすることで、連結部43の磁気抵抗を高くしてもよい。
・上記第4実施形態についての数値範囲は、状況等に応じて適宜変更してもよい。
・上記第4実施形態では、マグネット34をS極とし、突極41をN極として機能させるように構成したが、反対にマグネット34をN極とし、突極41をS極として機能させるように構成してもよい。
また、本発明の上記各実施形態に、以下の第5〜第8実施形態に示すような構成を加えてもよい。
以下、本発明を具体化した第5実施形態を図面に従って説明する。
図26及び図27は、インナロータ型のブラシレスモータMを示す。本実施形態のモータMに用いるロータ10Fは、回転軸51の外周面に磁性金属材料よりなる略円環状のロータコア52が固着されており、該コア52の周方向にN極のマグネット53が7個配置されるとともに、コア52に一体形成された突極54が各マグネット53間に配置され、該突極54をS極として機能させる14磁極の所謂コンシクエントポール型にて構成されている。尚、ステータ60には、ステータコア61の12個のティース61aにコイル62が所定の巻回態様にて巻回された12磁極で構成されたものが用いられる。マグネット53及び突極54は、ロータ10Fの外周部に等角度間隔で交互に設けられている。
(1)本実施形態のロータ10Fにおいて、図27のように突極54の外側面54a、若しくは図31及び図32の変形例のように突極54の内部にスリット54bが設けられている。つまり、突極54にスリット54bを設けることで、その突極54内及びティース61a内の磁束の流れが良好となり、マグネット53側の磁束の流れに近似させることができる。これにより、ロータ10Fの磁気的バランスを向上でき、モータ振動の低減を図ることができる。
以下、本発明を具体化した第6実施形態を図面に従って説明する。
図33及び図34に示すように、本実施形態のモータMに用いるロータ10Gにおいても同様に、突極54の外側面54aに軸方向に連続する3つのスリット54dが等角度間隔に設けられている。各スリット54dは、スリット幅(周方向幅)W1及び所定のスリット深さ(径方向長さ)D1がそれぞれ所定値に設定されており、このスリット深さD1が突極54の突出長さ(径方向長さ)と比べて小さく設定されている。
図37では、D1/W1を変化させたときのコギングトルク比が示され、D1/W1=0、即ちスリット54dを設けない場合のコギングトルクを100%とすると、そのD1/W1が大きくなるに連れてコギングトルクが次第に小さくなり、D1/W1が約0.25でコギングトルクが約43%まで小さくなる。そこからD1/W1が約0.5まで大きくなるとコギングトルクが約38%まで小さくなり、それ以降はD1/W1が大きくなっても略一定となる。同図37より、0.25≦D1/W1の範囲でコギングトルクの低減効果が得られるため、この範囲のいずれかに設定するのが望ましい。特に0.5の範囲内ではコギングトルクの低減効果がより得られるため、より望ましい。
(1)本実施形態のロータ10Gにおいて、図34のように突極54の外側面54aにスリット54dが設けられている。つまり、突極54にスリット54dを設けることで、本実施形態においても突極54内及びティース61a内の磁束の流れが良好となり、マグネット53側の磁束の流れに近似させることができる。これにより、ロータ10Gの磁気的バランスを向上でき、モータ振動の低減を図ることができる。
以下、本発明を具体化した第7実施形態を図面に従って説明する。
図39及び図40に示すように、本実施形態のモータMに用いるロータ10Hでは、突極54部分の所定位置にかしめ部55が設けられている。詳述すると、本実施形態のロータ10Hに用いるロータコア52は、複数枚の鋼板を軸方向に積層してなる積層型コアよりなり、各鋼板の突極54部分に形成した長方形状のスリット55a(コア52の軸方向に連続)にかしめ部材55bを軸方向に嵌挿させる構成のかしめ部55にて軸方向の鋼板同士が連結されてなる。このようなかしめ部55は、ロータコア52の各突極54に1つずつ設けられ、各突極54の周方向中央位置に位置し、また突極54の外側面54aから若干径方向内側に位置している。また、かしめ部55(スリット55a)は軸方向から見て長方形状をなし、その長辺が径方向に沿うように設けられている。
図43では、Ty/Tmを変化させたときのトルクリップル比が示され、Ty/Tm=1とした場合のトルクリップルを100%とすると、Ty/Tm=1より大きい範囲ではTy/Tmが約1.2でトルクリップルが約105%まで増加し、それ以降は略一定となる。Ty/Tm=1より小さい範囲では、Ty/Tmが約0.5で最小値約95%となる。Ty/Tmが約0.5から小さくなるとトルクリップルが次第に大きくなり、Ty/Tmが約0.2で約120%、Ty/Tmが約0.1で約145%となる。
(1)本実施形態のロータ10Hにおいて、図40のように突極54の内部にスリット55a(かしめ部55)が設けられている。つまり、突極54にスリット55aを設けることで、本実施形態においても突極54内及びティース61a内の磁束の流れが良好となり、マグネット53側の磁束の流れに近似させることができる。これにより、ロータ10Hの磁気的バランスを向上でき、モータ振動の低減を図ることができる。
以下、本発明を具体化した第8実施形態を図面に従って説明する。
図44及び図45に示すように、本実施形態のモータMに用いるロータ10Iでは、各突極54の外側面54aに径方向外側から見てロータ10Iの軸線L1に対して傾斜する1つのスリット54eが設けられている。つまり、スリット54eを設けたことにより、上記実施形態と同様に、突極54内及びティース61a内においても磁束の流れが周方向に分散する良好な流れになるのに加えて、突極54内の磁束の流れが滑らかに変化してコギングトルク波形がなまるようになる所謂スキュー効果が得られるようになり、これによりモータMの振動低減が図られている。
(1)本実施形態のロータ10Iにおいて、図44のように突極54の外側面54aにスリット54eが設けられている(変形例ではスリット54f〜54h)。つまり、突極54にスリット54eを設けることで、本実施形態においても突極54内及びティース61a内の磁束の流れが良好となり、マグネット53側の磁束の流れに近似させることができる。これにより、ロータ10Iの磁気的バランスを向上でき、モータ振動の低減を図ることができる。
・上記第5〜第8実施形態についての数値範囲は、状況等に応じて適宜変更してもよい。
次に、以上の実施形態から把握することのできる技術的思想をその効果とともに記載する。
この構成によれば、上記付記に記載のロータが備えられるため、低振動なモータとして提供できる。
Claims (5)
- ロータコアの周方向に一方の磁極のマグネットが複数配置されるとともに、前記ロータコアに一体形成された突極が各マグネット間に空隙を以て配置され、前記突極を他方の磁極として機能するように構成されたロータであって、
前記マグネットの背面側のロータコア部分に、前記マグネットの背面側の磁束を周方向両側に強制的に分離させる磁束分離部が設けられ、
前記磁束分離部は、前記ロータコアに形成したスリットにて構成され、
前記スリットのスリット幅Wsと、前記マグネットの周方向幅Wmとの比Ws/Wmが、0<Ws/Wm≦0.3の範囲内に設定された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、
前記磁束分離部は、前記マグネットの背面と当接して設けられていることを特徴とするロータ。 - 請求項1又は2に記載のロータにおいて、
前記磁束分離部は、前記マグネットの背面側の磁束を周方向中央部で両側に分離させるように構成さ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項に記載のロータにおいて、
前記突極の内部に、前記突極内を通過する磁束の向きを強制的に変更する磁束整流部が設けられていることを特徴とするロータ。 - 請求項1〜4のいずれか1項に記載のロータを備えたことを特徴とするモータ。
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