JP5981365B2 - ロータ及びモータ - Google Patents

Description

本発明は、ロータ及び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、円板状のコアベースの外周に複数の爪状磁極を有するロータコアを対で用い、対のロータコアの各爪状磁極が周方向に交互となるように組み合わされるとともにその対のロータコア（コアベース）の軸方向間に界磁磁石を配置し、各爪状磁極を交互にＮ・Ｓ磁極に機能させる所謂ランデル型構造のロータが知られている。因みに、例えば特許文献１に開示のランデル型構造のロータは、対のロータコア及び界磁磁石を２組用いた２段構造をなすものである。

実開平５−４３７４９号公報

ところで、上記のようなロータでは、主に起動性の向上のために軽量化が望まれており、この点においてなお改善の余地があった。
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、軽量化を図ることができるロータ及びモータを提供することにある。

上記課題を解決するロータは、周方向等間隔に複数の第１爪状磁極を有する第１ロータコアと、周方向等間隔に複数の第２爪状磁極を有する第２ロータコアと、前記第１及び第２ロータコアの間に配置された界磁磁石とを備え、前記第１及び第２爪状磁極を周方向に交互に配置し、前記界磁磁石にて前記第１及び第２爪状磁極を互いに異なる磁極として構成したロータであって、前記各ロータコアは、前記爪状磁極毎に分割されて構成されており、前記第１及び第２爪状磁極は、径方向に延びる延出部と、該延出部の径方向外側端部から軸方向に延びる爪部とをそれぞれ有し、前記延出部は、前記界磁磁石の軸方向端面と当接する当接部を含んでおり、各前記第１爪状磁極の当接部は、隣接する当接部同士が径方向内側端部で互いに固定されているとともに、各前記第２爪状磁極の当接部は、隣接する当接部同士が径方向内側端部で互いに固定されており、前記界磁磁石は、前記第１爪状磁極の当接部と前記第２爪状磁極の当接部との間に配置されるとともに、該界磁磁石の軸方向端面が前記第１及び第２爪状磁極の各当接部間の隙間から露出されている。

この構成によれば、界磁磁石を挟む円板部位（コアベース）をロータコアに設けた構成と比べて、第１及び第２ロータコアの体積を小さく抑えることができ、それにより、軽量化を図ることができる。

この構成によれば、分割された各爪状磁極を直線上に並ぶように鋼板から打ち抜き、その爪状磁極を環状に配置することで、各ロータコアを構成することが可能となる。このため、ロータコアを周方向に分割しないで鋼板から打ち抜く場合に比べて、鋼板の無駄を少なくすることが可能となり、その結果、歩留まりを向上させることができる。また、爪状磁極毎に分割されることで、磁束を各爪状磁極に均等に分布させやすくなり、その結果、出力向上及びトルク脈動の低減が期待できる。

上記ロータにおいて、前記各爪状磁極は、方向性電磁鋼板から打ち抜き成形されてなり、該方向性電磁鋼板の磁気特性の方向が前記爪状磁極の延出部の長手方向と一致するように形成されていることが好ましい。

この構成によれば、各爪状磁極の延出部において磁束が径方向に流れやすくなり、その結果、出力向上に寄与できる。
上記ロータにおいて、前記各爪状磁極の爪部は、軸方向に屈曲形成されてなることが好ましい。

この構成によれば、各爪状磁極の延出部の径方向外側端部を屈曲させることで爪部を容易に形成することが可能となる。
また、上記課題を解決するモータは、上記のロータを備えるモータである。

この構成によれば、モータの軽量化を図ることができる。

本発明のロータ及びモータによれば、軽量化を図ることができる。

実施形態のモータの斜視図である。 同形態のロータの斜視図である。 同形態における単一のロータの分解斜視図である。 同形態のロータの製造態様を説明するための模式図である。 同形態のロータの製造態様を説明するための模式図である。 別例のロータの斜視図である。

以下、モータの一実施形態について説明する。
図１は、本実施形態のブラシレスモータＭの全体斜視図を示し、回転軸１１に固着されたロータ１２の外側にモータハウジング（図示せず）に固着された環状のステータ１３が配置されている。ブラシレスモータＭは、単一のモータ部を軸方向に３段積層していて、上からＵ相モータ部Ｍｕ、Ｖ相モータ部Ｍｖ、Ｗ相モータ部Ｍｗの順に構成されている。

図２に示すように、ロータ１２は、Ｕ相ロータ１２ｕ、Ｖ相ロータ１２ｖ、Ｗ相ロータ１２ｗの３つから構成されている。各相のロータ１２ｕ，１２ｖ，１２ｗは、同一の構成を有している。

図２及び図３に示すように、各相のロータ１２ｕ，１２ｖ，１２ｗは、第１ロータコア１４と、第２ロータコア１５と、界磁磁石１６とを備え、所謂ランデル型構造にて構成される。界磁磁石１６は、中心に軸挿通孔１６ａを有する円板状をなし、その軸方向両端面は平面状に形成されている。

第１ロータコア１４は、互いに同形状をなす複数（本実施形態では１２個）の第１分割爪状磁極２１が周方向に環状に配置されて構成されている。各第１分割爪状磁極２１は、方向性電磁鋼板から打ち抜き成形されたものであり、径方向に延びる延出部２２と、その延出部２２の径方向外側端部から軸方向一方側に延びる爪部２３とを有している。

各第１分割爪状磁極２１の延出部２２は、界磁磁石１６の軸方向一端面と当接する当接部２４と、その当接部２４から外周側に突出する外周突出部２５とからなる。各第１分割爪状磁極２１の当接部２４は、回転軸１１の軸線を中心とする放射状に並べられて、隣接する当接部２４同士が径方向内側端部で接着や溶接等により互いに固定されている。当接部２４は、周方向幅が内周側ほど狭くなるように形成され、各当接部２４の内周端面は、回転軸１１が挿通固定される軸固定孔１４ａを構成している。また、隣接する当接部２４同士の境界線が径方向に沿った直線状をなすとともに、その境界線が周方向等間隔に位置するように構成されている。

外周突出部２５は、界磁磁石１６の外周面よりも外周側に位置しており、界磁磁石１６とは接触しないように構成されている。なお、当接部２４の外周端部の周方向幅は、外周突出部２５よりも広く形成されている。また、外周突出部２５は、軸方向視において外周側ほど幅狭となる台形形状をなしている。

前記爪部２３は、外周突出部２５の外周端部を直角に屈曲することで形成され、爪部２３の外周面がステータ１３と対向する。
第２ロータコア１５は、第１ロータコア１４と同一構成をなしている。即ち、第２ロータコア１５は、延出部３２（当接部３４及び外周突出部３５を含む）及び爪部３３を有する複数の第２分割爪状磁極３１から構成され、各第２分割爪状磁極３１は、第１ロータコア１４の第１分割爪状磁極２１と同一形状をなしている。

第１及び第２ロータコア１４，１５は、各爪部２３，３３の突出側が互いに向かい合うように配置され、爪部２３，３３が周方向等間隔に交互に、また隣り合う爪部２３，３３の間に所定の隙間が生じるように組み合わされる。

また、第１分割爪状磁極２１の当接部２４と、第２分割爪状磁極３１の当接部３４との間には、界磁磁石１６が挟持されるように配置される。当接部２４，３４は、軸方向両端面に対してそれぞれ当接されている。そして、各当接部２４間の隙間から界磁磁石１６の軸方向一端面が露出され、各当接部３４間の隙間から界磁磁石１６の軸方向他端面が露出されている。

回転軸１１は、界磁磁石１６の軸挿通孔１６ａに挿通されるとともに、各ロータコア１４，１５の軸固定孔１４ａ，１５ａに挿通されて接着等により固定される。また、界磁磁石１６の外周面は、径方向に隙間を介して各爪部２３，３３の裏面（内周面）と対向している。この界磁磁石１６は、軸方向に磁化されており、例えば第１ロータコア１４と当接する軸方向一側面がＮ極、第２ロータコア１５と当接する軸方向一側面がＳ極となるように配置されている。つまり、この界磁磁石１６にて、第１分割爪状磁極２１の爪部２３がＮ極、第２分割爪状磁極３１の爪部３３がＳ極として機能するようになっている。界磁磁石１６としては、例えばネオジム磁石が用いられる。

以上のように構成された各相のロータ１２ｕ，１２ｖ，１２ｗは、界磁磁石１６を用いた所謂ランデル型構造のロータとなる。なお、各相のロータ１２ｕ，１２ｖ，１２ｗは、電気角で１２０度位相をずらしつつ軸方向に積層されている（図２参照）。

なお、本実施形態では、各相のモータ部Ｍｕ，Ｍｖ，Ｍｗのステータ１３には、爪状磁極４１ａを有する一対のステータコア４１とコイル部４２とからなる所謂ランデル型構造のステータを採用している（図１参照）。そして、各相のステータ１３のコイル部４２にそれぞれ対応する相の交流電圧が印加されることで、回転磁界が発生してロータ１２が回転する。

［第１及び第２ロータコアの製造方法］
本実施形態の第１及び第２ロータコア１４，１５の製造方法及び作用について、図４及び図５に従って説明する。なお、図４及び図５では、第１ロータコア１４の製造態様を例にとって図示している。

図４に示すように、まず、電磁鋼板５０から複数の第１分割爪状磁極２１をプレスにより打ち抜く。このとき、各第１分割爪状磁極２１には、延出部２２と、折り曲げ前の爪部２３が形成され、この各第１分割爪状磁極２１は、延出部２２が互いに平行となるように直線上に列をなして並んだ状態で打ち抜かれる。また、電磁鋼板５０は、一方的な方向のみに磁化しやすい方向性電磁鋼板よりなり、その磁気特性の方向（磁化しやすい方向）と、打ち抜く第１分割爪状磁極２１（延出部２２）の長手方向とが一致するように設定している。なお、電磁鋼板５０の磁気特性の方向は、電磁鋼板５０の圧延方向と一致している。

次に、図５に示すように、打ち抜いた各第１分割爪状磁極２１を、基端部（反爪部側の端部）が接触するように放射状に配置し、その基端部を接着や溶接等により固定する。
次に、各第１分割爪状磁極２１の爪部２３を同一方向に直角に屈曲させる。これにより、第１ロータコア１４が完成する。なお、第２ロータコア１５の製法も、上記第１ロータコア１４の製法と同様であるため、その詳細な説明を省略する。

このような製造方法によれば、第１及び第２分割爪状磁極２１，３１が直線上に並んだ状態で電磁鋼板５０から打ち抜かれるため、ロータコアを分割しないで環状のまま打ち抜く場合に比べて、電磁鋼板５０の無駄が少なくなり、歩留まりが向上されるようになっている。

次に、本実施形態の特徴的な効果を記載する。
（１）第１及び第２分割爪状磁極２１，３１は、径方向に延びる延出部２２，３２と、該延出部２２，３２の径方向外側端部から軸方向に延びる爪部２３，３３とをそれぞれ有する。そして、界磁磁石１６は、延出部２２，３２の軸方向間に配置されるとともに、該界磁磁石１６の軸方向端面が各延出部２２，３２間の隙間から露出される。この構成によれば、界磁磁石１６を挟む円板部位（コアベース）をロータコアに設けた構成と比べて、第１及び第２ロータコア１４，１５の体積を小さく抑えることができ、それにより、軽量化を図ることができる。

（２）各ロータコア１４，１５は、互いに分割された分割爪状磁極２１，３１にて構成される。これにより、各分割爪状磁極２１，３１を直線上に並ぶように電磁鋼板５０から打ち抜き、その分割爪状磁極２１，３１を環状（放射状）に配置することで、各ロータコア１４，１５を構成することが可能となる。このため、ロータコアを周方向に分割しないで鋼板から打ち抜く場合に比べて、電磁鋼板５０の無駄を少なくすることが可能となり、その結果、歩留まりを向上させることができる。また、磁極毎に分割されることで、磁束を各分割爪状磁極２１，３１に均等に分布させやすくなり、その結果、出力向上及びトルク脈動の低減が期待できる。

（３）各分割爪状磁極２１，３１は、方向性電磁鋼板よりなる電磁鋼板５０から打ち抜き成形されてなり、その電磁鋼板５０の磁気特性の方向が分割爪状磁極２１，３１（延出部２２，３２）の長手方向と一致するように形成される。これにより、各分割爪状磁極２１，３１の延出部２２，３２において磁束が径方向に流れやすくなり、その結果、出力向上に寄与できる。

（４）各分割爪状磁極２１，３１の爪部２３，３３は、軸方向に屈曲形成されてなるため、爪部２３，３３を容易に形成することが可能となる。
なお、上記実施形態は、以下のように変更してもよい。

・上記実施形態では、爪部２３，３３を屈曲成形したが、これ以外に例えば、爪部２３，３３を延出部２２，３２とは別体で構成してもよい。
・第１分割爪状磁極２１（第２分割爪状磁極３１）同士の固定は、接着や溶接等に限定されるものではない。例えば、各分割爪状磁極２１，３１の内周端部（当接部２４，３４の内周端部）を軸方向外側（反界磁磁石側）に突出させ、その突出部位をまとめて円環状の連結部材に内嵌することで第１分割爪状磁極２１（第２分割爪状磁極３１）同士を連結してもよい。

・上記実施形態では、各分割爪状磁極２１，３１を打ち抜き成形した後に、それら互いに連結することで各ロータコア１４，１５を形成したが、これに特に限定されるものではなく、例えば図６に示すように、爪状磁極が分割されていない一体の状態で打ち抜いてもよい。つまり、上記実施形態のような爪状磁極が磁極毎に分割された構成に限定されない。

・各分割爪状磁極２１，３１の個数（即ち、磁極数）は、上記実施形態に限定されるものではなく、構成に応じて適宜変更してもよい。
・上記実施形態では、ロータ１２をステータ１３の内周側に配置したインナロータ型のブラシレスモータＭに具体化したが、これに特に限定されるものではなく、ロータをステータの外周側に配置したアウタロータ型のモータに具体化してもよい。

Ｍ…ブラシレスモータ、１２…ロータ、１２ｕ…Ｕ相ロータ、１２ｖ…Ｖ相ロータ、１２ｗ…Ｗ相ロータ、１４…第１ロータコア、１５…第２ロータコア、１６…界磁磁石、２１…第１分割爪状磁極（第１爪状磁極）、２２，３２…延出部、２３，３３…爪部、３１…第２分割爪状磁極（第２爪状磁極）。

Claims (4)

1. 周方向等間隔に複数の第１爪状磁極を有する第１ロータコアと、
   周方向等間隔に複数の第２爪状磁極を有する第２ロータコアと、
   前記第１及び第２ロータコアの間に配置された界磁磁石と
   を備え、前記第１及び第２爪状磁極を周方向に交互に配置し、前記界磁磁石にて前記第１及び第２爪状磁極を互いに異なる磁極として構成したロータであって、
   前記各ロータコアは、前記爪状磁極毎に分割されて構成されており、
   前記第１及び第２爪状磁極は、径方向に延びる延出部と、該延出部の径方向外側端部から軸方向に延びる爪部とをそれぞれ有し、
   前記延出部は、前記界磁磁石の軸方向端面と当接する当接部を含んでおり、
   各前記第１爪状磁極の当接部は、隣接する当接部同士が径方向内側端部で互いに固定されているとともに、各前記第２爪状磁極の当接部は、隣接する当接部同士が径方向内側端部で互いに固定されており、
   前記界磁磁石は、前記第１爪状磁極の当接部と前記第２爪状磁極の当接部との間に配置されるとともに、該界磁磁石の軸方向端面が前記第１及び第２爪状磁極の各当接部間の隙間から露出されていることを特徴とするロータ。
2. 請求項１に記載のロータにおいて、
   前記各爪状磁極は、方向性電磁鋼板から打ち抜き成形されてなり、該方向性電磁鋼板の磁気特性の方向が前記爪状磁極の延出部の長手方向と一致するように形成されていることを特徴とするロータ。
3. 請求項１又は２に記載のロータにおいて、
   前記各爪状磁極の爪部は、軸方向に屈曲形成されてなることを特徴とするロータ。
4. 請求項１〜３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。