JP5611680B2 - モータ - Google Patents

Description

本発明は、コンシクエントポール型構造を採用したロータを備えるモータに関するものである。

モータに用いられるロータとしては、例えば特許文献１にて示されているように、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、該コアに一体形成された突極が各マグネット間に配置され、該突極を他方の磁極として機能させる所謂コンシクエントポール型構造のロータが知られている。

特開平９−３２７１３９号公報

ところで、特許文献１のようなコンシクエントポール型構造のロータは、磁束の強制力（誘導）のあるマグネットと、磁束の強制力のないロータコアに一体形成された突極とが混在する磁極にて構成されている。このため、理想的には突極から対向するステータ（そのティース先端部）に向かう磁束が、他の方向に向かってしまいモータトルクに寄与しない漏れ磁束となり、ひいてはモータの出力を低下させる原因となっていた。

本発明は、上記課題を解決するためになされたものであって、その目的は、高出力化を図ることができるモータを提供することにある。

上記問題点を解決するために、請求項１に記載の発明では、ハウジングに収容され、径方向に延びるティースが周方向に複数設けられ、該ティースに巻線が巻装されたステータと、前記ハウジングに回転可能に支持され、前記ステータと対向する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、前記ロータコアの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とを備えたモータであって、前記ステータと前記突極との径方向の空隙の距離Ａと、前記ロータコアと前記ハウジングにおける磁性材料部との軸方向の空隙の距離Ｂとの比率Ｂ／Ａが、１．０＜Ｂ／Ａ≦１０．０を満たすように設定されたことを要旨とする。

同構成によれば、ステータと突極との径方向の空隙の距離Ａと、ロータコアとハウジングにおける磁性材料部との軸方向の空隙の距離Ｂとの比率Ｂ／Ａが、１．０＜Ｂ／Ａ≦１０．０を満たすように設定されるため、漏れ磁束が（例えば、Ｂ／Ａ＝１．０の場合より）小さくなる（図３参照）。又、不必要にロータコアとハウジングにおける磁性材料部との軸方向の空隙の距離Ｂを大きくしてしまうことがない。よって、モータの軸方向の不必要な大型化を避けながら、漏れ磁束を小さくして高出力化を図ることができる。

請求項２に記載の発明では、請求項１に記載のモータにおいて、前記比率Ｂ／Ａが、
４．０≦Ｂ／Ａ≦８．５を満たすように設定されたことを要旨とする。
同構成によれば、前記比率Ｂ／Ａが、変極点である４．０≦Ｂ／Ａ≦漏れ磁束低減効果が小さくなる８．５を満たすように設定されるため、Ｂ／Ａが１．０の場合の漏れ磁束比を効果的に２／３から１／２の間に大きく減少させることができる（図３参照）。

請求項３に記載の発明では、ハウジングに収容され、径方向に延びるティースが周方向に複数設けられ、該ティースに巻線が巻装されたステータと、前記ハウジングに回転軸が回転可能に支持され、前記回転軸の外周側に設けられて前記ステータと対向する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、前記ロータコアの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とを備えたモータであって、前記回転軸と前記ロータコアとを径方向に高磁気抵抗部を介して固定し、前記ステータと前記突極との径方向の空隙の距離Ａと、前記ロータコアと前記回転軸との径方向の距離Ｃとの比率Ｃ／Ａが、８．０≦Ｃ／Ａを満たすように設定されたことを要旨とする。

同構成によれば、回転軸とロータコアとが径方向に高磁気抵抗部を介して固定され、前記ステータと前記突極との径方向の空隙の距離Ａと、前記ロータコアと前記回転軸との径方向の距離Ｃとの比率Ｃ／Ａが、変極点である８．０≦Ｃ／Ａを満たすように設定されるため、漏れ磁束が効果的に小さくなる（図５参照）。よって、効果的に高出力化を図ることができる。

請求項４に記載の発明では、請求項３に記載のモータにおいて、前記高磁気抵抗部は、前記ロータコアから前記回転軸にスポーク状に延びる周方向に複数の連結部にて構成されることを要旨とする。

同構成によれば、高磁気抵抗部は、ロータコアから回転軸にスポーク状に延びる周方向に複数の連結部にて構成されるため、各連結部の周方向間に空隙が形成されることで回転軸とロータコア間の磁気抵抗が高くなり、具体的に簡単な構成で（例えば、非磁性材料を別途設けることなく）請求項３に記載の発明の効果を得ることができる。又、各連結部の周方向間に空隙が形成されることから軽量化を図ることができる。

本発明によれば、高出力化を図ることができるモータを提供することができる。

（ａ）第１の実施の形態におけるモータの平面図。（ｂ）同じくモータの部分拡大図。 第１の実施の形態におけるモータの断面図。 比率Ｂ／Ａと漏れ磁束比との関係を示す特性図。 （ａ）第２の実施の形態におけるモータの平面図。（ｂ）同じくモータの部分拡大図。 比率Ｃ／Ａと漏れ磁束比との関係を示す特性図。 （ａ）別例におけるモータの平面図。（ｂ）同じくモータの一部底面図。 （ａ）〜（ｃ）別例におけるモータの一部断面図。 別例におけるモータの一部底面図。

（第１の実施の形態）
以下、本発明を具体化した第１の実施の形態を図１〜図３に従って説明する。
図１（ａ）及び図２は、インナロータ型のブラシレスモータ（以下、単にモータという）Ｍを示す。図１（ａ）及び図２に示すように、モータＭのステータ１０は、ハウジング１１に収容保持され、径方向内側に延びるティース１２ａが周方向に複数（本実施の形態では１２個）設けられたステータコア１２と、前記ティース１２ａに巻装された巻線１３とを備える。

又、モータＭのロータ２０は、図２に示すように、その回転軸２１が前記ハウジング１１に回転可能に支持されている。詳しくは、本実施の形態のハウジング１１は、磁性金属材料よりなる略有底筒状のハウジング本体１１ａと、例えば、樹脂やＳＵＳや真鍮等の非磁性材料よりなりハウジング本体１１ａの開口端を略閉塞するためのカバー部材１１ｂとからなる。そして、ハウジング本体１１ａの底部中央に形成された軸受保持部１１ｃと、カバー部材１１ｂの中央に形成された軸受保持部１１ｄとにそれぞれ保持された軸受（ボールベアリング）１４，１５にてロータ２０の回転軸２１が回転可能に支持されている。

ロータ２０において、回転軸２１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２２が固着されており、該コア２２の外周部の周方向にＮ極のマグネット２３が７個配置されるとともに、該コア２２の外周部に一体形成された突極２２ａが各マグネット２３間に空隙Ｋを以て配置されている。つまり、各マグネット２３及び突極２２ａは等角度間隔に交互に配置（マグネット２３と突極２２ａとが１８０°反対位置に配置）され、ロータ２０は、Ｎ極のマグネット２３に対して突極２２ａ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。

ここで、ステータ（ティース１２ａの先端部）１０と突極２２ａとの（最短の）径方向の空隙の距離Ａ（図１（ｂ）参照）と、ロータコア２２とハウジング１１における磁性材料部（本実施の形態では、軸受保持部１１ｃ）との（最短の）軸方向の空隙の距離Ｂ（図２参照）との比率Ｂ／Ａが、１．０＜Ｂ／Ａ≦１０．０を満たすように設定されている。更に、本実施の形態では、前記比率Ｂ／Ａが、４．０≦Ｂ／Ａ≦８．５を満たすように、８．５（Ｂ／Ａ＝８．５）に設定されている。

次に、上記第１の実施の形態の特徴的な作用効果を以下に記載する。
（１）ステータ（ティース１２ａの先端部）１０と突極２２ａとの径方向の空隙の距離Ａと、ロータコア２２とハウジング１１における磁性材料部（軸受保持部１１ｃ）との軸方向の空隙の距離Ｂとの比率Ｂ／Ａが、１．０＜Ｂ／Ａ≦１０．０を満たすように設定されるため、漏れ磁束が（例えば、Ｂ／Ａ＝１．０の場合より）小さくなる（図３参照）。又、不必要にロータコア２２とハウジング１１における磁性材料部（軸受保持部１１ｃ）との軸方向の空隙の距離Ｂを大きくしてしまうことがない。詳しくは、図３は、実験によって前記比率Ｂ／Ａを変化させたときの漏れ磁束比を示している。図３に示すように、前記比率Ｂ／Ａが、１．０＜Ｂ／Ａを満たす場合、単純に前記距離Ａと前記距離Ｂとを同じ（即ち、比率Ｂ／Ａを１．０）とした場合に比べて、漏れ磁束比が小さくなることが分かる。又、図３に示すように、前記比率Ｂ／Ａが、１．０＜Ｂ／Ａ≦１０．０を満たす場合では徐々に漏れ磁束比が小さくなるものの、１０．０より大きくなっても、漏れ磁束比は略変化しないことが分かる。そこで、本実施の形態では、前記比率Ｂ／Ａを、１．０＜Ｂ／Ａ≦１０．０を満たすように設定している。よって、モータＭの軸方向の不必要な大型化を避けながら、漏れ磁束を小さくして高出力化を図ることができる。

（２）図３に示すように、前記比率Ｂ／Ａが、変極点である４．０≦Ｂ／Ａ≦漏れ磁束低減効果が小さくなる８．５を満たすように設定されるため、Ｂ／Ａが１．０の場合の漏れ磁束比（１００％）を効果的に２／３（６７％）から１／２（５０％）の間に大きく減少させることができる。

（第２の実施の形態）
以下、本発明を具体化した第２の実施の形態を図４〜図５に従って説明する。尚、第２の実施の形態において第１の実施の形態と同様の部分については、同様の符号を付す等してその詳細な説明を一部省略する。

この例のロータ２０において、回転軸２１の外周面には、図４（ａ），（ｂ）に示すように、高磁気抵抗部３１を介してロータコア３２が固定されている。詳しくは、高磁気抵抗部３１は、ロータコア３２から回転軸２１にスポーク状に延びる周方向に複数の連結部３３にて構成されている。この連結部３３は、前記突極２２ａと対応した周方向位置に設けられている。又、連結部３３は、突極２２ａの周方向幅（径方向と直交する方向の幅）より細く形成されるとともに、突極２２ａの周方向の中心位置と対応して設けられている。又、ロータコア３２は、コアシートを軸方向に積層してなるものであって、この例の連結部３３は、前記コアシートの軸方向厚さより薄く形成された（コアシート用の板材が潰されてなる）ものが軸方向に隙間を有して複数並設されてなる。

ここで、ステータ（ティース１２ａの先端部）１０と突極２２ａとの（最短の）径方向の空隙の距離Ａ（図４（ｂ）参照）と、ロータコア３２（連結部３３を除く）と回転軸２１との（最短の）径方向の距離Ｃ（図４（ｂ）参照）との比率Ｃ／Ａは、８．０≦Ｃ／Ａ
を満たすように設定されている。

次に、上記第２の実施の形態の特徴的な作用効果を以下に記載する。
（１）回転軸２１とロータコア３２とが径方向に高磁気抵抗部３１（連結部３３）を介して固定される。そして、ステータ（ティース１２ａの先端部）１０と突極２２ａとの径方向の空隙の距離Ａと、ロータコア３２と回転軸２１との径方向の距離Ｃとの比率Ｃ／Ａが、変極点である８．０≦Ｃ／Ａを満たすように設定されるため、漏れ磁束が効果的に小さくなる（図５参照）。よって、効果的に高出力化を図ることができる。尚、図５は、実験によって前記比率Ｃ／Ａを変化させたときの漏れ磁束比を示している。又、この実験（図５参照）は、前記比率Ｂ／Ａを１０．０とした状態で行ったものである。

（２）高磁気抵抗部３１は、ロータコア３２から回転軸２１にスポーク状に延びる周方向に複数の連結部３３にて構成されるため、各連結部３３の周方向間に空隙が形成されることで回転軸２１とロータコア３２間の磁気抵抗が高くなり、具体的に簡単な構成で（例えば、非磁性材料を別途設けることなく）上記（１）に記載の効果を得ることができる。又、各連結部３３の周方向間に空隙が形成されることから軽量化を図ることができる。

（３）連結部３３は、突極２２ａと対応した周方向位置に設けられるため、マグネット２３と対応した周方向位置に設けられた場合に比べて、漏れ磁束の回路が形成され難く、漏れ磁束を効果的に小さくすることができる。

（４）連結部３３は、軸方向に積層されてロータコア３２を構成するコアシートの軸方向厚さより薄く形成された（潰されてなる）ものが軸方向に隙間を有して複数並設されてなるため、軸方向に隙間無く設けられてなるものに比べて漏れ磁束を小さくすることができる。

上記実施の形態は、以下のように変更してもよい。
・上記第１の実施の形態と略同様のモータＭにおいて、前記ハウジング１１（ハウジング本体１１ａ）、前記回転軸２１、及び前記回転軸２１を回転可能に支持する軸受１４の少なくとも一部に、前記ロータ２０の漏れ磁束を低減するための高磁気抵抗部を設けてもよい。

又、例えば、図６（ａ），（ｂ）に示すように、前記ハウジング１１のハウジング本体１１ａの底部において前記ステータ１０と軸方向に対向する位置に環状の高磁気抵抗部４１を設けてもよい。この高磁気抵抗部４１は、例えば、樹脂やＳＵＳや真鍮等の非磁性材料よりなり、ステータコア１２から回転軸２１側（ロータコア２２）に伝ってしまう漏れ磁束を抑えるように設けられている。このようにしても、高出力化を図ることができる。

又、例えば、図７（ａ）に示すように、前記ハウジング１１のハウジング本体１１ａの底部において前記ロータ２０と軸方向に対向する位置であって、ロータ２０と軸方向に最も近い位置に環状の高磁気抵抗部４２を設けてもよい。この高磁気抵抗部４１は、例えば、樹脂やＳＵＳや真鍮等の非磁性材料よりなり、ロータコア２２から軸方向のハウジング１１（ハウジング本体１１ａ）に漏れてしまう漏れ磁束、及びステータコア１２から回転軸２１側（ロータコア２２）に伝ってしまう漏れ磁束を抑えるように設けられている。このようにしても、高出力化を図ることができる。

又、例えば、図７（ｂ）に示すように、前記軸受保持部１１ｃに（軸受１４との間に）環状の高磁気抵抗部４３を設けてもよい。この高磁気抵抗部４３は、例えば、樹脂やＳＵＳや真鍮等の非磁性材料よりなり、ハウジング１１（ハウジング本体１１ａ）から回転軸２１を介してロータコア２２に伝ってしまう漏れ磁束を抑えるように設けられている。このようにしても、高出力化を図ることができる。

又、例えば、図７（ｃ）に示すように、前記回転軸２１に（軸受１４との間に）環状の高磁気抵抗部４４を設けてもよい。この高磁気抵抗部４４は、例えば、樹脂やＳＵＳや真鍮等の非磁性材料よりなり、ハウジング１１（ハウジング本体１１ａ）から回転軸２１を介してロータコア２２に伝ってしまう漏れ磁束を抑えるように設けられている。このようにしても、高出力化を図ることができる。

又、例えば、図８に示すように、前記ハウジング１１のハウジング本体１１ａの底部において前記ステータ１０と軸方向に対向する位置に周方向に複数の空隙（貫通孔）４５を設けて高磁気抵抗部４６としてもよい。この高磁気抵抗部４６は、周方向に複数の空隙４５が形成されることでその径方向位置での磁気抵抗を高くし、ステータコア１２から回転軸２１側（ロータコア２２）に伝ってしまう漏れ磁束を抑えるように設けられている。このようにしても、高出力化を図ることができる。

又、例えば、回転軸２１全体を、樹脂やＳＵＳや真鍮等の非磁性材料よりなる高磁気抵抗部としてもよい。このようにすると、ハウジング１１（ハウジング本体１１ａ）から回転軸２１を介してロータコア２２に伝ってしまう漏れ磁束を抑えることができる。よって、高出力化を図ることができる。

・上記第１の実施の形態では、前記比率Ｂ／Ａが、４．０≦Ｂ／Ａ≦８．５を満たすように設定されるとしたが、１．０＜Ｂ／Ａ≦１０．０を満たしながら、４．０≦Ｂ／Ａ≦８．５を満たさないように変更してもよい。このようにしても、上記第１の実施の形態の効果（１）と同様の効果を得ることができる。

・上記第１の実施の形態では、カバー部材１１ｂは、樹脂やＳＵＳや真鍮等の非磁性材料よりなるとしたが、ロータコア２２からの軸方向の空隙の距離Ｂが、１．０＜Ｂ／Ａ≦１０．０を満たすように設定されれば、磁性（金属）材料よりなるものに変更してもよい。

・上記第２の実施の形態では、高磁気抵抗部３１は、ロータコア３２から回転軸２１にスポーク状に延びる連結部３３にて構成されるとしたが、高磁気抵抗で回転軸２１とロータコア３２（連結部３３を除く）とを径方向に連結することができれば、他の（例えば、樹脂やＳＵＳや真鍮等の非磁性材料よりなる）高磁気抵抗部に変更してもよい。

・上記第２の実施の形態では、連結部３３は、突極２２ａと対応した周方向位置に設けられるとしたが、これに限定されず、マグネット２３と対応した周方向位置に設けてもよい。

・上記第２の実施の形態では、連結部３３は、軸方向に積層されてロータコア３２を構成するコアシートの軸方向厚さより薄く形成された（潰されてなる）ものが軸方向に隙間を有して複数並設されてなるとしたが、これに限定されず、軸方向に隙間無く設けられてなるものに変更してもよい。

・上記各実施の形態において、高磁気抵抗とする部分（空隙や非磁性材料よりなる部分）を、応力を掛けて高磁気抵抗に変化させたものや、レーザ照射により高磁気抵抗に変化させたものに置き換えてもよい。

・上記実施の形態では、ティース１２ａ（及び巻線１３）の数を１２個とし、マグネット２３（突極２２ａ）の数を７個、即ちロータ２０を１４極としたが、これに限定されず、それらの数は他の数に変更してもよい。

・上記各実施の形態では、ステータ１０を集中巻形としたが、巻線１３が複数のティースに跨って巻装される分布巻形のステータに変更してもよい。
・上記各実施の形態では、ロータ２０を表面磁石型としたが、（所謂コンシクエントポール型でありながらも）マグネットがロータコア内に埋設される埋込磁石型（ＩＰＭ）のロータに変更してもよい。

上記各実施の形態から把握できる技術的思想について、以下にその効果とともに記載する。
（イ）請求項４に記載のモータにおいて、前記連結部は、前記突極と対応した周方向位置に設けられたことを特徴とするモータ。

同構成によれば、前記連結部は、前記突極と対応した周方向位置に設けられるため、マグネットと対応した周方向位置に設けられた場合に比べて、漏れ磁束の回路が形成され難く、漏れ磁束を効果的に小さくすることができる。

（ロ）請求項４又は上記（イ）に記載のモータにおいて、前記ロータコアは、コアシートを軸方向に積層してなるものであって、前記連結部は、前記コアシートの軸方向厚さより薄く形成された（潰されてなる）ものが軸方向に隙間を有して複数並設されてなることを特徴とするモータ。

同構成によれば、前記連結部は、前記コアシートの軸方向厚さより薄く形成された（潰されてなる）ものが軸方向に隙間を有して複数並設されてなるため、軸方向に隙間無く設けられてなるものに比べて漏れ磁束を小さくすることができる。

（ハ）ハウジングに収容され、径方向に延びるティースが周方向に複数設けられ、該ティースに巻線が巻装されたステータと、前記ハウジング内に回転軸が回転可能に支持され、前記回転軸の外周側に設けられて前記ステータと対向する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、前記ロータコアの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とを備えたモータであって、
前記ステータと前記突極との径方向の空隙の距離Ａと、前記ロータコアと前記ハウジングにおける磁性材料部との軸方向の空隙の距離Ｂとの比率Ｂ／Ａが、１．０＜Ｂ／Ａ≦１０．０を満たすように設定され、且つ、前記回転軸と前記ロータコアとを径方向に高磁気抵抗部材を介して固定し、前記ステータと前記突極との径方向の空隙の距離Ａと、前記ロータコアと前記回転軸との径方向の距離Ｃとの比率Ｃ／Ａが、８．０≦Ｃ／Ａを満たすように設定されたことを特徴とするモータ。

同構成によれば、ステータと突極との径方向の空隙の距離Ａと、ロータコアとハウジングにおける磁性材料部との軸方向の空隙の距離Ｂとの比率Ｂ／Ａが、１．０＜Ｂ／Ａ≦１０．０を満たすように設定されるため、漏れ磁束が（例えば、Ｂ／Ａ＝１．０の場合より）小さくなる（図３参照）。又、不必要にロータコアとハウジングにおける磁性材料部との軸方向の空隙の距離Ｂを大きくしてしまうことがない。よって、モータの軸方向の不必要な大型化を避けながら、漏れ磁束を小さくして高出力化を図ることができる。

しかも、回転軸とロータコアとが径方向に高磁気抵抗部を介して固定され、前記ステータと前記突極との径方向の空隙の距離Ａと、前記ロータコアと前記回転軸との径方向の距離Ｃとの比率Ｃ／Ａが、変極点である８．０≦Ｃ／Ａを満たすように設定されるため、漏れ磁束が効果的に小さくなる（図５参照）。よって、更なる高出力化を図ることができる。

１０…ステータ、１１…ハウジング、１２ａ…ティース、１３…巻線、１４…軸受、２０…ロータ、２１…回転軸、２２，３２…ロータコア、２２ａ…突極、２３…マグネット、３１，４１〜４４，４６…高磁気抵抗部、３３…連結部、Ａ〜Ｃ…距離、Ｋ…空隙。

Claims (4)

1. ハウジングに収容され、径方向に延びるティースが周方向に複数設けられ、該ティースに巻線が巻装されたステータと、
   前記ハウジングに回転可能に支持され、前記ステータと対向する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、前記ロータコアの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と
   を備えたモータであって、
   前記ステータと前記突極との径方向の空隙の距離Ａと、前記ロータコアと前記ハウジングにおける磁性材料部との軸方向の空隙の距離Ｂとの比率Ｂ／Ａが、
   １．０＜Ｂ／Ａ≦１０．０
   を満たすように設定されたことを特徴とするモータ。
2. 請求項１に記載のモータにおいて、
   前記比率Ｂ／Ａが、
   ４．０≦Ｂ／Ａ≦８．５
   を満たすように設定されたことを特徴とするモータ。
3. ハウジングに収容され、径方向に延びるティースが周方向に複数設けられ、該ティースに巻線が巻装されたステータと、
   前記ハウジングに回転軸が回転可能に支持され、前記回転軸の外周側に設けられて前記ステータと対向する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、前記ロータコアの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と
   を備えたモータであって、
   前記回転軸と前記ロータコアとを径方向に高磁気抵抗部を介して固定し、
   前記ステータと前記突極との径方向の空隙の距離Ａと、前記ロータコアと前記回転軸との径方向の距離Ｃとの比率Ｃ／Ａが、
   ８．０≦Ｃ／Ａ
   を満たすように設定されたことを特徴とするモータ。
4. 請求項３に記載のモータにおいて、
   前記高磁気抵抗部は、前記ロータコアから前記回転軸にスポーク状に延びる周方向に複数の連結部にて構成されることを特徴とするモータ。

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