JP6001380B2 - 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。

モータに使用されるロータとしては、周方向に複数の爪状磁極をそれぞれ有して組み合わされるロータコアを備え、それらの間に界磁磁石を配置して各爪状磁極を交互に異なる磁極に機能させる所謂永久磁石界磁のランデル型構造のロータがある（例えば、特許文献１参照）。

特許文献１のロータでは、爪状磁極の背面（同文献ではフランジ部内周面）と界磁磁石との間に背面磁石（同文献では補助磁石）を介在させて漏れ磁束の低下を図っている。また、特許文献１の図３に示されるように背面磁石は、例えば環状に一体化することで部品点数の増加を抑えている。

実開平５−４３７４９号公報

ところで、上記のようなロータでは、背面磁石を環状に一体化することで部品点数の増加を図っているが、漏れ磁束を更に抑えることが望まれている。
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、部品点数を抑えつつ、漏れ磁束を抑え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ために、請求項１に記載の発明は、略円盤状の第１コアベースの外周部に、等間隔に複数の第１爪状磁極が径方向外側に突出されるとともに軸方向に延出形成された第１ロータコアと、略円盤状の第２コアベースの外周部に、等間隔に複数の第２爪状磁極が径方向外側に突出されるとともに軸方向に延出形成され、前記各第２爪状磁極がそれぞれ対応する前記第１ロータコアの各第１爪状磁極間に配置された第２ロータコアと、前記第１コアベースと第２コアベースとの軸方向の間に配置され、前記軸方向に磁化されることで、前記第１爪状磁極を第１の磁極として機能させ、前記第２爪状磁極を第２の磁極として機能させる界磁磁石と、前記第１及び第２爪状磁極の背面に配置されるとともに前記第１及び第２の磁極と同極性が径方向外側となるように磁化された背面磁石とを備え、前記背面磁石は、前記第１爪状磁極の背面に配置される第１背面磁石部と前記第２爪状磁極の背面に配置されるとともに前記第１背面磁石部と周方向において隣接する第２背面磁石部とが一体形成されてなる磁石ブロック部を極対数と同数個備え、前記第１及び第２背面磁石部が前記第１及び第２爪状磁極の背面全体と当接するように構成されており、前記磁石ブロック部は、前記第１背面磁石部と前記第２背面磁石部とが互いに軸方向にずれて径方向視で段差を有する構成となっていることをその要旨とする。

この発明では、背面磁石を備えることで漏れ磁束を抑えることができる。さらに、背面磁石は爪状磁極の背面全てに当接して、より一層漏れ磁束の発生を抑えることができる。また、磁石ブロック部は極性の異なる第１背面磁石部と第２背面磁石とを有するため、各磁石ブロック部毎での着磁を容易とすることができる。

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、前記第１背面磁石部及び第２背面磁石部は、それらの径方向内側面及び径方向外側面が軸方向視で同曲率の円弧状となるように構成されることをその要旨とする。

この発明では、第１背面磁石部及び第２背面磁石部は、それらの径方向内側面及び径方向外側面が軸方向視で同曲率の円弧状となるように構成してシンプルな構造・形状とされるため、第１背面磁石部及び第２背面磁石部を有する磁石ブロック部（背面磁石）の着磁を容易とすることができる。

請求項３に記載の発明は、請求項１に記載のロータにおいて、前記第１及び第２爪状磁極間に配置され、前記第１及び第２爪状磁極と同じ極となるように磁化される極間磁石を備えたことをその要旨とする。

この発明では、第１及び第２爪状磁極間に配置され、第１及び第２爪状磁極と同じ極となるように磁化される極間磁石を備えて爪状磁極間での漏れ磁束の発生を抑えることができる。

請求項４に記載の発明は、請求項１〜３のいずれか一項に記載のロータにおいて、前記背面磁石は、極異方性磁石であることをその要旨とする。
この発明では、背面磁石は、極異方性磁石であるため、ある特定方向に向く強い磁束を、各爪状磁極に発生させることで、ロータのトルク確保に効果が高い。

請求項５に記載の発明は、請求項１〜４のいずれか一項に記載のロータを備えたことをその要旨とする。
この発明では、請求項１〜４の効果と同様の効果を奏することができるモータを提供することができる。

従って、上記記載の発明によれば、部品点数を抑えつつ、漏れ磁束を抑えることができるロータ及びモータを提供することができる。

実施形態におけるモータの断面図。 同上におけるロータの斜視図。 同上におけるロータの断面図。 （ａ）は同上におけるロータの平面図、（ｂ）は図３のＡ−Ａ断面図。 同上における背面磁石の斜視図。 同上における背面磁石の平面図。 同上における背面磁石の着磁方法について説明するための説明図 同上における環状磁石の着磁方法について説明するための説明図。 別例における背面磁石の平面図。

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に示すように、モータ１のモータケース２は、有底筒状に形成された筒状ハウジング３と、該筒状ハウジング３のフロント側（図１中、左側）の開口部を閉塞するフロントエンドプレート４とを有している。また、筒状ハウジング３のリア側（図１中、右側）の端部には、回路基板等の電源回路を収容した回路収容ボックス５が取り付けられている。筒状ハウジング３の内周面にはステータ６が固定されている。ステータ６は、径方向内側に延びる複数のティースを有する電機子コア７と、電機子コア７のティースに巻装されたセグメントコンダクタ（ＳＣ）巻線８とを有する。モータ１のロータ１１は回転軸１２を有し、ステータ６の内側に配置されている。回転軸１２は非磁性体の金属シャフトであって、筒状ハウジング３の底部３ａ及びフロントエンドプレート４に支持された軸受１３，１４により回転可能に支持されている。

ロータ１１は、図２及び図３に示すように、第１及び第２ロータコア２１，２２と、環状磁石２３（図３参照）と、背面磁石２４とを備える。なお、図２及び図４中の実線で示す矢印は各磁石２３，２４の磁化方向（Ｓ極からＮ極向き）を示している。

図２及び図３に示すように、第１ロータコア２１は、略円盤状の第１コアベース２１ａの外周部に、等間隔に複数（本実施形態では５つ）の第１爪状磁極２１ｂが径方向外側に突出されるとともに軸方向に延出形成されている。第１爪状磁極２１ｂの周方向端面２１ｃ，２１ｄは径方向に延びる（軸方向から見て径方向に対して傾斜していない）平坦面とされ、第１爪状磁極２１ｂは軸直交方向断面が扇形状とされている。各第１爪状磁極２１ｂの周方向の角度、即ち前記周方向端面２１ｃ，２１ｄ間の角度は、周方向に隣り合う第１爪状磁極２１ｂ同士の隙間の角度より小さく設定されている。

第２ロータコア２２は、図２及び図３に示すように、第１ロータコア２１と同形状であって、略円盤状の第２コアベース２２ａの外周部に、等間隔に複数の第２爪状磁極２２ｂが径方向外側に突出されるとともに軸方向に延出形成されている。第２爪状磁極２２ｂの周方向端面２２ｃ，２２ｄは径方向に延びる平坦面とされ、第２爪状磁極２２ｂは軸直交方向断面が扇形状とされている。各第２爪状磁極２２ｂの周方向の角度、即ち前記周方向端面２２ｃ，２２ｄ間の角度は、周方向に隣り合う第２爪状磁極２２ｂ同士の隙間の角度より小さく設定されている。そして、第２ロータコア２２は、前記各第２爪状磁極２２ｂがそれぞれ対応する各第１爪状磁極２１ｂ間に配置されるようにして、第１コアベース２１ａと第２コアベース２２ａとの軸方向の間に環状磁石２３（図４参照）が配置（挟持）されるようにして第１ロータコア２１に対して組み付けられる。このとき、第１爪状磁極２１ｂの一方の周方向端面２１ｃと第２爪状磁極２２ｂの他方の周方向端面２２ｄとが軸方向に沿って平行をなすように形成されるため、各端面２１ｃ，２２ｄ間の間隙が軸方向に沿って略直線状をなすように形成されることとなる。また、第１爪状磁極２１ｂの他方の周方向端面２１ｄと第２爪状磁極２２ｂの一方の周方向端面２２ｃとが軸方向に沿って平行をなすように形成されるため、各端面２１ｄ，２２ｃ間の間隙が軸方向に沿って略直線状をなすように形成されることとなる。

図３に示すように、環状磁石２３は、その外径が第１及び第２コアベース２１ａ，２２ａの外径と同じ、即ち第１及び第２ロータコア２１，２２の爪状磁極２１ｂ，２２ｂを有しない箇所の外径と同じに設定される。そして環状磁石２３は、第１爪状磁極２１ｂを第１の磁極（本実施形態ではＮ極）として機能させ、第２爪状磁極２２ｂを第２の磁極（本実施形態ではＳ極）として機能させるように、軸方向に磁化されている。従って、本実施形態のロータ１１は、界磁磁石としての環状磁石２３を用いた所謂ランデル型構造のロータである。ロータ１１は、Ｎ極となる第１爪状磁極２１ｂと、Ｓ極となる第２爪状磁極２２ｂとが周方向に交互に配置されており、磁極数が１０極（極対数が５個）となる。ここで、極対数が３以上の奇数であるため、ロータコア単位で見ると同極の爪状磁極同士が周方向１８０°対向位置とならないため、磁気振動に対して安定する形状となる。

図４に示すように、背面磁石２４は、第１背面磁石部２５ａと第２背面磁石部２５ｂが一体形成される磁石ブロック部２５を複数（本実施形態では５個）備える。
図５及び図６に示すように各磁石ブロック部２５は、それぞれ周方向において所定の間隙Ｋを有するように周方向に設けられ、図６に示すように軸方向視で各内周面に沿った仮想円及び各外周面に沿った仮想円が略真円状を成すように配置される。

磁石ブロック部２５の第１背面磁石部２５ａは、図２〜図４に示すように前記第１爪状磁極２１ｂの背面２１ｅ（径方向内側の面）と第２コアベース２２ａの外周面２２ｆとの間に配置されている。第１背面磁石部２５ａは、その軸直交方向断面が扇形状とされ、第１爪状磁極２１ｂの背面２１ｅに当接する側が第１爪状磁極２１ｂと同極のＮ極に、第２コアベース２２ａの外周面２２ｆに当接する側が同第２コアベース２２ａと同極のＳ極となるように磁化されている。本実施形態の第１背面磁石部２５ａは、第１爪状磁極２１ｂの背面２１ｅよりも周方向幅が広くなるよう形成される。

磁石ブロック部２５の第２背面磁石部２５ｂは、図２〜図４に示すように前記第２爪状磁極２２ｂの背面２２ｅ（径方向内側の面）と第１コアベース２１ａの外周面２１ｆとの間に配置されている。第２背面磁石部２５ｂは、その軸直交方向断面が扇形状とされ、第２爪状磁極２２ｂの背面２２ｅに当接する側がＳ極に、第１コアベース２１ａの外周面２１ｆに当接する側がＮ極となるように磁化されている。本実施形態の第２背面磁石部２５ｂは、第２爪状磁極２２ｂの背面２２ｅよりも周方向幅が広くなるよう形成される。

ここで、第１背面磁石部２５ａと第２背面磁石部２５ｂとは、図２及び図３に示すようにロータ１１の軸方向端面から環状磁石２３が配置される軸方向位置に達するまで配置されるように軸方向の長さが設定されている。すなわち、第１及び第２背面磁石部２５ａ，２５ｂは、第１及び第２爪状磁極２１ｂ，２２ｂの背面２１ｅ，２２ｅと軸方向長さが略同一とされ、第１及び第２爪状磁極２１ｂ，２２ｂの背面２１ｅ，２２ｅの全てが第１及び第２背面磁石部２５ａ，２５ｂと径方向において当接する構成とされる。

また、磁石ブロック部２５は、第１背面磁石部２５ａと第２背面磁石部２５ｂとの軸方向長さが略同一とされ、互いに軸方向にずれて径方向視で段差を有する構成とされる。このため、磁石ブロック部２５を周方向に配置することで、軸方向に段差を有する第１背面磁石部２５ａと第２背面磁石部２５ｂとが周方向において交互に配置されることとなる。

また、第１背面磁石部２５ａ及び第２背面磁石部２５ｂは径方向外側面及び径方向内側面のそれぞれが軸方向視で同曲率を有する円弧状をなすように形成されている。
次に、上記の背面磁石２４及び環状磁石２３の着磁方法について説明する。

図８には、環状磁石２３に対する着磁を行う第１着磁装置３１が示され、第１着磁装置３１の異なる磁極の着磁部３１ａ，３１ｂが環状磁石２３の表裏面にそれぞれ対向し、環状磁石２３の厚さ方向（軸方向）に沿った磁化が行われる。また、図７及び図８には、背面磁石２４に対する着磁を行う第２着磁装置３２が示され、第２着磁装置３２の異なる磁極の着磁部３２ａ，３２ｂがそれぞれ対向し、背面磁石２４（磁石ブロック部２５）の外側面（径方向外側面）から一括して着磁が行われ、隣接する第１及び第２背面磁石部２５ａ，２５ｂ間に跨って湾曲する磁化、即ち極異方配向が行われる。

また、環状磁石２３と背面磁石２４との着磁順について、環状磁石２３及び背面磁石２４の着磁を同時に行えば、着磁工程が少なくて済むという利点がある。また、環状磁石２３と、背面磁石２４との着磁を時間的にずらすようにすれば、環状磁石２３と、背面磁石２４とを着磁する際の互いの磁束の干渉を防止できる。特に、環状磁石２３側の着磁を先に行えば、環状磁石２３側の磁化を着実とすることが期待でき、背面磁石２４側の着磁を先に行えば、背面磁石２４側の磁化を着実とすることが期待できる。

次に、上記のように構成されたロータ１１の作用について説明する。
本実施形態のモータ１のロータ１１は、円環状に一体形成される背面磁石２４を備える。この背面磁石２４の第１及び第２背面磁石部２５ａ，２５ｂは、第１及び第２爪状磁極２１ｂ，２２ｂの背面２１ｅ，２２ｅの軸方向における長さと同等の長さを有する。このため、第１及び第２背面磁石部２５ａ，２５ｂを有する背面磁石２４を第１及び第２ロータコア２１，２２と取着すると、自ずと第１及び第２背面磁石部２５ａ，２５ｂが背面２１ｅ，２２ｅ全体と当接し、より一層漏れ磁束を抑えることができる。さらに、背面磁石２４は、第１及び第２背面磁石部２５ａ，２５ｂを１組とした磁石ブロック部２５を複数備えて構成される。このため、磁石ブロック部２５毎に容易に着磁を行うことが可能となる。

次に、本実施形態の特徴的な効果を記載する。
（１）背面磁石２４を備えることで漏れ磁束を抑えることができる。さらに、背面磁石２４の第１及び第２背面磁石部２５ａ，２５ｂが各爪状磁極２１ｂ，２２ｂの背面２１ｅ，２２ｅ全てに当接して、より一層漏れ磁束の発生を抑えることができる。また、背面磁石２４は円環状に一体形成されるため、部品点数の増加を抑えることができる。

（２）背面磁石２４は、極異方性磁石であるため、ある特定方向に向く強い磁束を、各爪状磁極２１ｂ，２２ｂに発生させることで、ロータのトルク確保に効果が高い。
（３）また、本実施形態の背面磁石２４は、径方向に凹凸形状を有しない構成、即ち第１背面磁石部２５ａ及び第２背面磁石部２５ｂ（磁石ブロック部２５）の径方向外側面及び径方向内側面が軸方向視で同曲率を有する円弧状をなすように形成されている。このように背面磁石２４の磁石ブロック部２５はシンプルな形状であるため、着磁装置３２による着磁を容易に行うことが可能となっている。

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、特に言及していないが、第１爪状磁極２１ｂと第２爪状磁極２２ｂとの周方向間に、極間磁石を設ける構成を採用してもよい。この極間磁石は、第１及び第２爪状磁極２１ｂ，２２ｂのそれぞれと同極性が対向するように（第１爪状磁極２１ｂ側がＮ極で、第２爪状磁極２２ｂ側がＳ極となるように）周方向に磁化されている。このような構成とすることで、爪状磁極間での漏れ磁束の発生を抑えることができる。

・上記実施形態では、背面磁石２４を極異方性磁石で構成したが、その他の異方性磁石で構成してもよい。また、図９に示すように背面磁石２４の第１背面磁石部２５ａと、第２背面磁石部２５ｂとの着磁方向を径方向としてもよい。

また、背面磁石２４は、例えば焼結磁石、ボンド磁石（プラスチックマグネット、ゴムマグネット等）で構成してもよい。このような構成とすることで、例えば圧縮成形や射出成形のどちらでも形成することが可能となるので、製造方法が１通りに限定されてしまうことがない。背面磁石２４は、例えばフェライト磁石、ＳｍＦｅＮ系磁石、ＳｍＣｏ系磁石、ネオジム磁石などの汎用的な材料によっても背面磁石２４を製造することができる。また、上記変形例のように極間磁石を用いた場合でも、この極間磁石について各種の磁石を使用することが可能である。

・上記実施形態では、界磁磁石として１つの環状磁石２３を用いたが、複数に分割した永久磁石を回転軸１２の周囲で第１及び第２コアベース２１ａ，２２ａの軸方向間に配置する構成を採用してもよい。

・上記実施形態では、特に言及していないが、第１及び第２ロータコア２１，２２と電機子コア７は、例えば磁性金属板材の積層や、磁性粉体の成形にて構成してもよい。
・上記実施形態では、ステータ６のティースへの巻線の巻回方法について特に言及していないが、集中巻や分布巻を用いてもよい。

１０…モータ、１１…ロータ、２１…第１ロータコア、２１ａ…第１コアベース、２１ｂ…第１爪状磁極、２１ｅ，２２ｅ…背面、２２…第２ロータコア、２２ａ…第２コアベース、２２ｂ…第２爪状磁極、２４…背面磁石、２５…磁石ブロック部、２５ａ…第１背面磁石部、２５ｂ…第２背面磁石部。

Claims (5)

1. 略円盤状の第１コアベースの外周部に、等間隔に複数の第１爪状磁極が径方向外側に突出されるとともに軸方向に延出形成された第１ロータコアと、
   略円盤状の第２コアベースの外周部に、等間隔に複数の第２爪状磁極が径方向外側に突出されるとともに軸方向に延出形成され、前記各第２爪状磁極がそれぞれ対応する前記第１ロータコアの各第１爪状磁極間に配置された第２ロータコアと、
   前記第１コアベースと第２コアベースとの軸方向の間に配置され、前記軸方向に磁化されることで、前記第１爪状磁極を第１の磁極として機能させ、前記第２爪状磁極を第２の磁極として機能させる界磁磁石と、
   前記第１及び第２爪状磁極の背面に配置されるとともに前記第１及び第２の磁極と同極性が径方向外側となるように磁化された背面磁石とを備え、
   前記背面磁石は、前記第１爪状磁極の背面に配置される第１背面磁石部と前記第２爪状磁極の背面に配置されるとともに前記第１背面磁石部と周方向において隣接する第２背面磁石部とが一体形成されてなる磁石ブロック部を極対数と同数個備え、前記第１及び第２背面磁石部が前記第１及び第２爪状磁極の背面全体と当接するように構成されており、
   前記磁石ブロック部は、前記第１背面磁石部と前記第２背面磁石部とが互いに軸方向にずれて径方向視で段差を有する構成となっ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、
   前記第１背面磁石部及び第２背面磁石部は、それらの径方向内側面及び径方向外側面が軸方向視で同曲率の円弧状となるように構成され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、
   前記第１及び第２爪状磁極間に配置され、前記第１及び第２爪状磁極と同じ極となるように磁化される極間磁石を備えたことを特徴とするロータ。
4. 請求項１〜３のいずれか一項に記載のロータにおいて、
   前記背面磁石は、極異方性磁石であることを特徴とするロータ。
5. 請求項１〜４のいずれか一項に記載のロータを備えたことを特徴とするモータ。