JP6084864B2 - ロータ、モータ、及びロータの製造方法 - Google Patents

Description

本発明は、ロータ、モータ、及びロータの製造方法に関するものである。

モータのロータとしては、それぞれ中央部が回転軸に固定されるコアベースの外周部に複数の爪状磁極をそれぞれ有して組み合わされる２つのロータコアと、それらの間に配置され軸方向に磁化された界磁磁石とを備え、各爪状磁極を交互に異なる磁極に機能させるいわゆる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）。

実開平５−４３７４９号公報

しかしながら、上記のようなロータでは、例えば、コアベースの板厚が薄いと回転軸と狭い軸方向の間で固定（例えば圧入）されるため、固定強度が低くなってしまうという問題がある。又、例えば、コアベースの内径側同士の間で漏れ磁束が発生する等、軸方向の漏れ磁束によってモータ効率が低くなるという問題があった。

本発明は、上記問題点を解決するためになされたものであって、その目的は、コアベースと回転軸との固定強度を高くできるとともに、軸方向の漏れ磁束を低減することができるロータ、モータ、及びロータの製造方法を提供することにある。

上記課題を解決するロータは、それぞれ中央部が回転軸に固定される略円板状のコアベースの外周部に、等間隔に複数の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、互いのコアベースが対向されつつ爪状磁極が周方向に交互に配置された第１及び第２ロータコアと、前記コアベース同士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、第１ロータコアの前記爪状磁極を第１の磁極として機能させ、前記第２ロータコアの前記爪状磁極を第２の磁極として機能させる界磁磁石とを備えたロータであって、前記コアベースの中央部には、前記爪状磁極とは反対側の軸方向であって且つ前記界磁磁石から離れる方向に突出して前記回転軸が貫通されるボス部がバーリング加工により形成される。

同構成によれば、爪状磁極とは反対側の軸方向に突出して回転軸が貫通されるボス部は、バーリング加工により形成され、金属はバーリング加工のように圧力が加えられると金属の塑性変形により磁気抵抗が増加することから、該ボス部の磁気抵抗が高くなる。又、ボス部は、爪状磁極とは反対側の軸方向に突出するため、回転軸との接触部位が互いに離間してそれらの間で磁気経路が長くなる。これらによって、例えば、コアベースの内径側同士の間で発生する軸方向の漏れ磁束を低減することができ、ひいてはモータ効率を高めることができる。又、ボス部によってコアベースの板厚よりも広い軸方向の範囲で第１及び第２ロータコアを回転軸と固定することができるので、回転軸との固定強度を高くすることができる。

上記ロータにおいて、前記ボス部は前記回転軸が貫通した状態でかしめられて該回転軸に固定されることが好ましい。
同構成によれば、ボス部は回転軸が貫通した状態でかしめられて該回転軸に固定され、金属はかしめられて圧力が加えられると金属の塑性変形により磁気抵抗が増加することから、該ボス部の磁気抵抗が更に高くなる。これによって、例えば、コアベースの内径側同士の間で発生する軸方向の漏れ磁束をより低減することができ、ひいてはモータ効率をより高めることができる。

上記ロータにおいて、前記界磁磁石の内径は、前記ボス部の外径よりも大きく設定されることが好ましい。
同構成によれば、界磁磁石の内径は、ボス部の外径よりも大きく設定されるため、より効果的に軸方向の漏れ磁束を低減することができる。

上記ロータにおいて、前記ボス部の内周は、非円形状に形成されることが好ましい。
同構成によれば、前記ボス部の内周は、非円形状に形成されるため、回転軸との固定強度をより高くすることができる。特に、ボス部（ひいては第１及び第２ロータコア）と回転軸とが相対回転してしまうことが防止される。

上記課題を解決するモータは、上記ロータと、回転磁界を発生するステータとを備える。
同構成によれば、モータにおいて、上記した効果を得ることができる。

上記課題を解決するロータの製造方法は、前記ボス部を成形するバーリング加工工程を備える。
同方法によれば、バーリング加工工程によって、ボス部が成形され、金属はバーリング加工のように圧力が加えられると金属の塑性変形により磁気抵抗が増加することから、該ボス部の磁気抵抗が高くなる。これによって、コアベースの内径側同士の間で発生する漏れ磁束を低減することができ、ひいてはモータ効率を高めることができる。又、ボス部によってコアベースの板厚よりも広い軸方向の範囲で回転軸と固定することができるので、回転軸との固定強度を高くすることができる。

上記ロータの製造方法において、前記ボス部を前記回転軸が貫通した状態でかしめて該回転軸に固定するかしめ工程を備えることが好ましい。
同方法によれば、かしめ工程によって、ボス部は回転軸が貫通した状態でかしめられて該回転軸に固定され、金属はかしめられて圧力が加えられると金属の塑性変形により磁気抵抗が増加することから、該ボス部の磁気抵抗が更に高くなる。これによって、コアベースの内径側同士の間で発生する漏れ磁束をより低減することができ、ひいてはモータ効率をより高めることができる。

本発明のロータ、モータ、及びロータの製造方法では、コアベースと回転軸との固定強度を高くできるとともに、コアベースの内径側同士の間で発生する漏れ磁束を低減することができる。

一実施形態におけるモータの断面図。 同形態におけるモータの一部断面斜視図。 同形態におけるロータの一部拡大断面図。 （ａ）〜（ｃ）は、それぞれ別例におけるボス部の平面図。

以下、モータの一実施形態を図１〜図３に従って説明する。
図１に示すように、モータとしてのブラシレスモータ１１のモータケース１２は、有底筒状に形成された筒状ハウジング１３と、該筒状ハウジング１３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１４とを有している。

図１に示すように、筒状ハウジング１３の内周面にはステータ１６が固定されている。ステータ１６は、径方向内側に延びる複数（本実施形態では１２個）の集中巻用ティースとしてのティース１７ａを有する電機子コア１７と、電機子コア１７のティース１７ａにインシュレータ１８を介して巻回される巻線１９とを備えている。ステータ１６は、外部の制御回路Ｓから巻線１９に駆動電流が供給されることで回転磁界を発生する。

図１に示すように、ブラシレスモータ１１のロータ２１は回転軸２２を有し、ステータ１６の内側に配置されている。回転軸２２は金属シャフトであって、筒状ハウジング１３の底部１３ａ及びフロントエンドプレート１４に支持された軸受２３，２４により回転可能に支持されている。

図１及び図２に示すように、ロータ２１は、互いの軸方向の間隔が保持されつつ回転軸２２に固定される第１及び第２ロータコア３１，３２と、第１ロータコア３１と第２ロータコア３２との軸方向の間に介在される界磁磁石としての環状磁石３３とを備える。

第１ロータコア３１は、その中央部に回転軸２２が貫通される略円筒状のボス部３１ａが形成された略円板状の第１コアベース３１ｂ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３１ｃが径方向外側に突出されるとともに前記ボス部３１ａとは反対側の軸方向に延出して形成されている。

第２ロータコア３２は、第１ロータコア３１と同形状であって、その中央部に回転軸２２が貫通される略円筒状のボス部３２ａが形成された略円板状の第２コアベース３２ｂの外周部に、等間隔に複数の第２爪状磁極３２ｃが径方向外側に突出されるとともに前記ボス部３２ａとは反対側の軸方向に延出して形成されている。そして、第２ロータコア３２は、各第２爪状磁極３２ｃが周方向に隣り合う第１爪状磁極３１ｃ間に配置されるようにして、且つ第１コアベース３１ｂと第２コアベース３２ｂとの軸方向の間に環状磁石３３が配置されるようにして第１ロータコア３１に対して組み付けられている。

ここで、図３に示すように、本実施形態の第１及び第２コアベース３１ｂ，３２ｂに形成されたボス部３１ａ，３２ａは、バーリング加工により形成されている。そして、ボス部３１ａ，３２ａは回転軸２２が貫通した状態で径方向外側からかしめられて該回転軸２２に固定されている。

環状磁石３３は、フェライト磁石やネオジム磁石等の磁石であって、中央孔が形成された円環状に形成され、第１爪状磁極３１ｃ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３２ｃ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。即ち、本実施形態のロータ２１は、界磁磁石としての環状磁石３３を用いた所謂ランデル型構造のロータである。ロータ２１は、Ｎ極となる５つの第１爪状磁極３１ｃと、Ｓ極となる５つの第２爪状磁極３２ｃとが周方向に交互に配置されており、極数が１０極（極対数が５個）となる。すなわち、本実施形態では、ロータ２１の極数が「１０」に設定され、ステータ１６のティース１７ａの数が「１２」に設定されている。そして、本実施形態の環状磁石３３の内径は、前記ボス部３１ａ，３２ａの外径よりも大きく設定されている。

又、図１に示すように、ロータ２１には、略円板状のマグネット固定部材４１を介してセンサ磁石４２が設けられている。詳しくは、マグネット固定部材４１は、中央に固定ボス部４１ａが形成された円板部４１ｂと、該円板部４１ｂの外縁から筒状に延びる筒部４１ｃとを有し、該筒部４１ｃの内周面及び円板部４１ｂの表面に当接するように環状のセンサ磁石４２が固着されている。そして、マグネット固定部材４１は、第１ロータコア３１と近い側で、その固定ボス部４１ａが回転軸２２に外嵌されて固定されている。

そして、フロントエンドプレート１４において、センサ磁石４２と軸方向に対向する位置には磁気センサとしてのホールＩＣ４３が設けられている。ホールＩＣ４３は、センサ磁石４２に基づくＮ極とＳ極の磁界を感知するとそれぞれＨレベルの検出信号とＬレベルの検出信号とを前記制御回路Ｓに出力する。

次に、上記のように構成されたロータ２１の製造方法とその作用について説明する。
ロータ２１の製造方法は、バーリング加工工程及びかしめ工程を備える。バーリング加工工程では、第１及び第２コアベース３１ｂ，３２ｂにボス部３１ａ，３２ａをバーリング加工により成形する。この際、ボス部３１ａ，３２ａの内周面側となる部分には、強い圧力が加えられ、その部分の磁気抵抗が高くなる。又、かしめ工程では、ボス部３１ａ，３２ａを回転軸２２が貫通した状態でかしめて該回転軸２２に固定する。この際、ボス部３１ａ，３２ａの外周面には、強い圧力が加えられ、その部分の磁気抵抗が高くなる。

次に、上記実施の形態の特徴的な効果を以下に記載する。
（１）第１及び第２爪状磁極３１ｃ，３２ｃとは反対側の軸方向に突出して回転軸２２が貫通されるボス部３１ａ，３２ａは、バーリング加工により形成され、金属はバーリング加工のように圧力が加えられると金属の塑性変形により磁気抵抗が増加することから、該ボス部３１ａ，３２ａの磁気抵抗が高くなる。又、ボス部３１ａ，３２ａは、第１及び第２爪状磁極３１ｃ，３２ｃとは反対側の軸方向に突出するため、回転軸２２との接触部位が互いに離間してそれらの間で磁気経路が長くなる。これらによって、例えば、第１及び第２コアベース３１ｂ，３２ｂの内径側同士の間で発生する軸方向の漏れ磁束を低減することができ、ひいてはモータ効率を高めることができる。又、ボス部３１ａ，３２ａによって第１及び第２コアベース３１ｂ，３２ｂの板厚よりも広い軸方向の範囲で第１及び第２ロータコア３１，３２を回転軸２２と固定することができるので、回転軸２２との固定強度を高くすることができる。

（２）ボス部３１ａ，３２ａは回転軸２２が貫通した状態でかしめられて該回転軸２２に固定され、金属はかしめられて圧力が加えられると金属の塑性変形により磁気抵抗が増加することから、該ボス部３１ａ，３２ａの磁気抵抗が更に高くなる。これによって、例えば、第１及び第２コアベース３１ｂ，３２ｂの内径側同士の間で発生する軸方向の漏れ磁束をより低減することができ、ひいてはモータ効率をより高めることができる。

（３）環状磁石３３の内径は、ボス部３１ａ，３２ａの外径よりも大きく設定されるため、より効果的に軸方向の漏れ磁束を低減することができる。
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、ボス部３１ａ，３２ａを、単なる円筒状としたが、これに限定されず、例えば、その内周を非円形状に形成してもよい。
例えば、図４（ａ）に示すように、軸方向から見てボス部５１の内周５１ａをＤカット形状としてもよい。尚、この場合、回転軸もボス部５１の内周５１ａと対応した形状とする。

又、例えば、図４（ｂ）に示すように、軸方向から見てボス部５２の内周５２ａを２面幅形状としてもよい。尚、この場合、回転軸もボス部５２の内周５２ａと対応した形状とする。

又、例えば、図４（ｃ）に示すように、軸方向から見てボス部５３の内周５３ａをセレーション形状としてもよい。尚、この場合、回転軸もボス部５３の内周５３ａと対応した形状とする。

又、例えば、軸方向から見てボス部の内周をスプライン形状（図示略）としてもよい。尚、この場合、回転軸もボス部の内周と対応した形状とする。
これらのように変更すると、ボス部５１〜５３の内周５１ａ〜５３ａが、非円形状に形成されるため、回転軸との固定強度をより高くすることができる。特に、ボス部５１〜５３（ひいては第１及び第２ロータコア）と回転軸とが相対回転してしまうことが防止される。

・上記実施形態では、ボス部３１ａ，３２ａは回転軸２２が貫通した状態でかしめられて該回転軸２２に固定されるとしたが、これに限定されず、ボス部３１ａ，３２ａに回転軸を圧入することで固定してもよい。

・上記実施形態では、環状磁石３３の内径は、ボス部３１ａ，３２ａの外径よりも大きく設定されるとしたが、これに限定されず、環状磁石３３の内径をボス部３１ａ，３２ａの外径以下に設定してもよい。

・上記実施形態では、ロータ２１の極数が「１０」に設定され、ステータ１６のティース１７ａの数が「１２」に設定されたブラシレスモータに具体化したが、ロータ２１の極数やステータ１６のティース１７ａの数は変更してもよい。例えば、ロータ２１の極数が「８」に設定され、ステータ１６のティース１７ａの数が「１２」に設定されたブラシレスモータに具体化してもよい。

・上記実施形態のロータ２１において、第１及び第２爪状磁極３１ｃ，３２ｃの径方向内側（背面）に、その部分の漏れ（短絡）磁束を抑えるべく径方向に磁化された背面補助磁石を設けてもよい。

・上記実施形態のロータ２１において、第１及び第２爪状磁極３１ｃ，３２ｃ同士の周方向の各間に、その部分の漏れ磁束を抑えるべく周方向に磁化された極間磁石を設けてもよい。

又、参考例として、ボス部３１ａ，３２ａをバーリング加工により形成せずに、例えば、焼結等により成形して、そのボス部を回転軸が貫通した状態でかしめて回転軸に固定してもよい。このようにしても、上記実施形態の効果（２）と同様の効果を得ることができる。

上記実施形態等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）それぞれ中央部が回転軸に固定される略円板状のコアベースの外周部に、等間隔に複数の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、互いのコアベースが対向されつつ爪状磁極が周方向に交互に配置された第１及び第２ロータコアと、前記コアベース同士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、第１ロータコアの前記爪状磁極を第１の磁極として機能させ、前記第２ロータコアの前記爪状磁極を第２の磁極として機能させる界磁磁石とを備えたロータであって、前記コアベース部の中央部には、前記爪状磁極とは反対側の軸方向に突出して前記回転軸が貫通するボス部が形成され、前記ボス部は前記回転軸が貫通した状態でかしめられて該回転軸に固定されたことを特徴とするロータ。

同構成によれば、ボス部は回転軸が貫通した状態でかしめられて該回転軸に固定され、金属はかしめられて圧力が加えられると金属の塑性変形により磁気抵抗が増加することから、該ボス部の磁気抵抗が高くなる。これによって、コアベースの内径側同士の間で発生する漏れ磁束を低減することができ、ひいてはモータ効率を高めることができる。又、ボス部によってコアベースの板厚よりも広い軸方向の範囲で第１及び第２ロータコアを回転軸と固定することができるので、回転軸との固定強度を高くすることができる。

１６…ステータ、２１…ロータ、２２…回転軸、３１…第１ロータコア、３１ａ，３２ａ，５１〜５３…ボス部、３１ｂ…第１コアベース（コアベース）、３１ｃ…第１爪状磁極（爪状磁極）、３２…第２ロータコア、３２ｂ…第２コアベース（コアベース）、３２ｃ…第２爪状磁極（爪状磁極）、３３…環状磁石（界磁磁石）、５１ａ〜５３ａ…内周。

Claims (7)

1. それぞれ中央部が回転軸に固定される略円板状のコアベースの外周部に、等間隔に複数の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、互いのコアベースが対向されつつ爪状磁極が周方向に交互に配置された第１及び第２ロータコアと、
   前記コアベース同士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、第１ロータコアの前記爪状磁極を第１の磁極として機能させ、前記第２ロータコアの前記爪状磁極を第２の磁極として機能させる界磁磁石と
   を備えたロータであって、
   前記コアベースの中央部には、前記爪状磁極とは反対側の軸方向であって且つ前記界磁磁石から離れる方向に突出して前記回転軸が貫通されるボス部がバーリング加工により形成された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、
   前記ボス部は前記回転軸が貫通した状態でかしめられて該回転軸に固定された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、
   前記界磁磁石の内径は、前記ボス部の外径よりも大きく設定されたことを特徴とするロータ。
4. 請求項１乃至３のいずれか１項に記載のロータにおいて、
   前記ボス部の内周は、非円形状に形成されたことを特徴とするロータ。
5. 請求項１乃至４のいずれか１項に記載のロータと、
   回転磁界を発生するステータと
   を備えたことを特徴とするモータ。
6. 請求項１乃至４のいずれか１項に記載のロータの製造方法であって、
   前記ボス部を成形するバーリング加工工程を備えたことを特徴とするロータの製造方法。
7. 請求項６に記載のロータの製造方法において、
   前記ボス部を前記回転軸が貫通した状態でかしめて該回転軸に固定するかしめ工程を備えたことを特徴とするロータの製造方法。