JP6295161B2 - 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。

モータのロータとしては、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、それらの軸方向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。そして、このようなロータとしては、爪状磁極と界磁磁石との間に配置された背面磁石部と、周方向に隣り合う爪状磁極の間に配置された極間磁石部とが環状に一体成形され、それぞれの部分で漏れ磁束を抑えるべく磁化された極異方性磁石を備えたものがある（例えば、特許文献１、図１０参照）。

特開２０１３−２１２０３６号公報

しかしながら、上記のようなロータでは、極異方性磁石は、背面磁石部の外周面から周方向に隣り合う背面磁石部の外周面に亘って配向され、背面磁石部の周方向中央部分の内面部分はこの配向にほぼ関与しないため、高出力化を図る上で、スペースをあまり有効活用できていないという問題がある。

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、高出力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、それぞれ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、前記爪状磁極と前記界磁磁石との間に配置された背面磁石部と、周方向に隣り合う前記爪状磁極の間に配置された極間磁石部とが環状に一体成形され、それぞれの部分で漏れ磁束を抑えるべく磁化された極異方性磁石とを備えたロータであって、前記背面磁石部の周方向中央部分の内面には凹部が形成され、前記界磁磁石は、前記凹部内に入り込む凸部を有する。

同構成によれば、背面磁石部の周方向中央部分の内面には凹部が形成されるため、ほぼ無駄となってしまう磁石の量を減らすことができる。即ち、上記構成における漏れ磁束を抑えるための極異方性磁石は、背面磁石部の外周面から周方向に隣り合う背面磁石部の外周面に亘って配向され、背面磁石部の周方向中央部分の内面部分はこの配向にほぼ関与しないため、この部分に凹部を形成することで、ほぼ無駄となってしまう磁石の量を減らすことができる。そして、界磁磁石は、前記凹部内に入り込む凸部を有するため、凸部を有さないものに比べて、例えば、界磁磁石の量を増やすことができ、ロータのサイズを変更することなく、高出力化を図ることが可能となる。

上記ロータにおいて、前記凹部は、前記背面磁石部の周方向中心ほど深く形成されることが好ましい。
同構成によれば、凹部は、前記背面磁石部の周方向中心ほど深く形成されるため、ほぼ無駄となってしまう磁石の量を好適に減らすことができる。即ち、上記構成における漏れ磁束を抑えるための極異方性磁石は、背面磁石部の内面部分における中心ほど配向にほぼ関与しないため、ほぼ無駄となってしまう磁石の量を好適に減らすことができる。

上記ロータにおいて、前記極間磁石部の内面には内方凸部が形成されることが好ましい。
同構成によれば、極間磁石部の内面には内方凸部が形成されるため、極異方性磁石の配向を良好とすることができる。即ち、上記構成における漏れ磁束を抑えるための極異方性磁石は、背面磁石部の外周面から周方向に隣り合う背面磁石部の外周面に亘って配向され、極間磁石部の内面部分はこの配向に大きく関与する（磁路となる）ため、この部分に内方凸部を形成することで、極異方性磁石の配向を良好とすることができる。よって、より良好に漏れ磁束を抑えることができ、高出力化を図ることができる。

上記課題を解決するロータは、それぞれ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、前記爪状磁極と前記界磁磁石との間に配置された背面磁石部と、周方向に隣り合う前記爪状磁極の間に配置された極間磁石部とが環状に一体成形され、それぞれの部分で漏れ磁束を抑えるべく磁化された極異方性磁石とを備えたロータであって、前記極間磁石部の内面には内方凸部が形成される。

同構成によれば、極間磁石部の内面には内方凸部が形成されるため、極異方性磁石の配向を良好とすることができる。即ち、上記構成における漏れ磁束を抑えるための極異方性磁石は、背面磁石部の外周面から周方向に隣り合う背面磁石部の外周面に亘って配向され、極間磁石部の内面部分はこの配向に大きく関与する（磁路となる）ため、この部分に内方凸部を形成することで、極異方性磁石の配向を良好とすることができる。よって、より良好に漏れ磁束を抑えることができ、高出力化を図ることができる。

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。

本発明のロータ、及びモータでは、高出力化を図ることができる。

一実施形態におけるブラシレスモータの一部断面図。 一実施形態におけるロータの一部断面図。 一実施形態におけるロータの斜視図。 一実施形態におけるロータの分解斜視図。 図２におけるＡ−Ａ断面図。 別例におけるロータの一部断面図。 別例におけるロータの一部断面図。 別例におけるロータの一部断面図。 別例におけるロータの断面図。 別例におけるロータの断面図。 別例におけるロータの一部断面図。 別例におけるロータの一部断面図。 別例におけるロータの一部断面図。

以下、ブラシレスモータの一実施形態を図１〜図５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Ｍは、モータハウジング１の内周面にステータ２が固定され、そのステータ２の内側には、回転軸３に固定され同回転軸３とともに一体回転する所謂ランデル型構造のロータ４が配設されている。回転軸３は、被磁性体のステンレス製シャフトであって、モータハウジング１に設けた図示しない軸受にて、モータハウジング１に対して回転可能に支持されている。

ステータ２は、円筒状のステータコア１０を有し、そのステータコア１０の外周面がモータハウジング１の内側面に固定されている。ステータコア１０の内側には、軸線方向に沿って形成され、かつ、周方向に等ピッチに配置される複数のティース１１が、径方向内側に向かって延出形成されている。各ティース１１は、Ｔ型のティースであって、その径方向内側の内周面１１ａは、回転軸３の中心軸線Ｏを中心とする同心円形状の円弧を軸線方向に延出した円弧面である。

ティース１１同士の周方向の間には、スロット１２が形成される。本実施形態では、ティース１１の数は１２個であって、スロット１２の数は、ティース１１の数と同じ１２個である。１２個のティース１１には、周方向に３相巻線、即ち、Ｕ相巻線１３ｕ、Ｖ相巻線１３ｖ、Ｗ相巻線１３ｗが順番に集中巻きにて巻回され、それらはスロット１２内に配置されている。

そして、これら各相巻線１３ｕ，１３ｖ，１３ｗに３相電源電圧を印加してステータ２に回転磁界を発生させ、同ステータ２の内側に配置した回転軸３に固定されたロータ４を回転させるようになっている。

図２〜図５に示すように、ロータ４は、第１及び第２ロータコア２０，３０、界磁磁石４０、及び極異方性磁石Ｇを有している。
第１ロータコア２０は、軟磁性材よりなり本実施形態では電磁鋼板にて形成され、回転軸３が圧入されるボス部２０ａが形成された略円板状の第１コアベース２１を有している。第１コアベース２１の外周部には、等間隔に複数（本実施形態では４つ）の第１爪状磁極２２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ロータコア３０は、第１ロータコア２０と同一材質及び同形状であって、回転軸３が圧入されるボス部３０ａが形成された略円板状の第２コアベース３１を有している。第２コアベース３１の外周部には、等間隔に複数（本実施形態では４つ）の第２爪状磁極３２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。

そして、第１及び第２ロータコア２０，３０は、そのボス部２０ａ，３０ａに回転軸３が圧入されることで回転軸３に対して固定される。この際、第２ロータコア３０は、各第２爪状磁極３２が周方向に隣り合う第１爪状磁極２２間に配置されるようにして、且つ第１コアベース２１と第２コアベース３１との軸方向の間に界磁磁石４０が配置（挟持）されるようにして第１ロータコア２０に対して組み付けられる。

図２、図４及び図５に示すように、前記界磁磁石４０は、中央孔を有した略円板状の永久磁石であって、前記第１爪状磁極２２を第１の磁極（本実施形態ではＮ極）として機能させ、前記第２爪状磁極３２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４は、所謂ランデル型構造のロータである。ロータ４は、Ｎ極となる４つの第１爪状磁極２２と、Ｓ極となる４つの第２爪状磁極３２とが周方向に交互に配置されており、極数が８極（極対数が４個）となる。すなわち、本実施形態では、ロータ４の磁極の数（極数）が「８」に設定され、ステータ２のティース１１（スロット１２）の数が「１２」に設定されたブラシレスモータＭとされている。

極異方性磁石Ｇは、背面磁石部５０と極間磁石部５１とが交互に設けられた環状に一体形成されてなる。詳しくは、背面磁石部５０は、軸方向から見て第１及び第２爪状磁極２２，３２の径方向内側（背面）であって界磁磁石４０との間に設けられ、その部分の漏れ（短絡）磁束を抑えるべく磁化されている。又、極間磁石部５１は、軸方向から見て第１及び第２爪状磁極２２，３２同士の周方向の各間に設けられ、その部分の漏れ磁束を抑えるべく磁化されている。言い換えると、この極間磁石部５１は、軸方向から見て周方向に隣り合う背面磁石部５０同士を繋ぐように形成されて極異方性磁石Ｇを環状とするとともに、第１及び第２爪状磁極２２，３２の軸方向に延びる（先端）部分同士の間にも配置されるように背面磁石部５０よりも径方向外側に突出した形状とされている。

この極異方性磁石Ｇは、図５中に模式的に矢印で示すように背面磁石部５０の外周面から周方向に隣り合う背面磁石部５０の外周面に亘って配向されることで背面磁石部５０及び極間磁石部５１のそれぞれで漏れ磁束を抑えるように磁化されている。尚、極異方性磁石Ｇは、各背面磁石部５０の外周面に近接されるコイルに大電流を流すことで磁化される。

ここで、極異方性磁石Ｇにおける背面磁石部５０の周方向中央部分の内面には凹部５０ａが形成されている。本実施形態の凹部５０ａは、背面磁石部５０の周方向中心ほど（回転軸３の中心軸線Ｏを中心とする同心円形状に対して）深く形成されている。詳しくは、本実施形態の凹部５０ａは背面磁石部５０の周方向中央部分のみに形成され、極異方性磁石Ｇの他の内面は回転軸３の中心軸線Ｏを中心とする同心円形状の円弧形状に形成されている。そして、凹部５０ａは、背面磁石部５０の周方向中心ほど径方向外側となる２つの平面により形成されている。

又、界磁磁石４０は、前記凹部５０ａ内に入り込む凸部４０ａを有している。本実施形態の凸部４０ａは、凹部５０ａと同形状（略隙間無く嵌る形状）に形成されている。
次に、上記のように構成されたブラシレスモータＭの作用について説明する。

ステータコア１０の各相巻線１３ｕ，１３ｖ，１３ｗに３相電源電圧が印加されてステータ２にて回転磁界が発生されると、同ステータ２の内側に配置した回転軸３に固着されたロータ４は、その回転磁界に基づいて回転駆動される。

この際、ロータ４は、極異方性磁石Ｇにおける背面磁石部５０によってその部分の（径方向の）漏れ磁束が抑えられるとともに、極異方性磁石Ｇにおける極間磁石部５１によってその部分の（周方向の）漏れ磁束が抑えられるため、高効率でステータ２の回転磁界と作用して回転駆動される。

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）極異方性磁石Ｇにおける背面磁石部５０の周方向中央部分の内面には凹部５０ａが形成されるため、ほぼ無駄となってしまう磁石の量を減らすことができる。即ち、上記構成における漏れ磁束を抑えるための極異方性磁石Ｇは、背面磁石部５０の外周面から周方向に隣り合う背面磁石部５０の外周面に亘って配向され、背面磁石部５０の周方向中央部分の内面部分はこの配向にほぼ関与しないため、この部分に凹部５０ａを形成することで、ほぼ無駄となってしまう磁石の量を減らすことができる。そして、界磁磁石４０は、前記凹部５０ａ内に入り込む凸部４０ａを有するため、凸部４０ａを有さないものに比べて、例えば、界磁磁石４０の量を増やすことができ、ロータ４のサイズを変更することなく、高出力化を図ることが可能となる。又、例えば、凸部４０ａが凹部５０ａ内に入り込むことで、界磁磁石４０の回り止めを行うことができる。

（２）凹部５０ａは、背面磁石部５０の周方向中心ほど深く形成されるため、ほぼ無駄となってしまう磁石の量を好適に減らすことができる。即ち、上記構成における漏れ磁束を抑えるための極異方性磁石Ｇは、背面磁石部５０の内面部分における中心ほど配向にほぼ関与しないため、ほぼ無駄となってしまう磁石の量を好適に減らすことができる。

（３）界磁磁石４０の凸部４０ａは、凹部５０ａと同形状に形成されるため、無駄な隙間を無くして、より高出力化を図ることが可能となる。
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、凹部５０ａは、２つの平面によって背面磁石部５０の周方向中心ほど（回転軸３の中心軸線Ｏを中心とする同心円形状に対して）深く形成されるとしたが、これに限定されず、他の形状に変更してもよい。又、界磁磁石４０の凸部４０ａは、凹部の形状に応じて変更してもよい。

例えば、図６に示すように、軸方向から見て、方形状の凹部５０ｂに変更してもよい。尚、この例では、界磁磁石４０の凸部４０ｂが凹部５０ｂと同形状（略隙間無く嵌る形状）に形成されている。

又、例えば、図７に示すように、軸方向から見て、台形状の凹部５０ｃに変更してもよい。尚、この例では、界磁磁石４０の凸部４０ｃが凹部５０ｃと同形状（略隙間無く嵌る形状）に形成されている。

又、例えば、図８に示すように、軸方向から見て、湾曲した形状の凹部５０ｄに変更してもよい。尚、この例では、界磁磁石４０の凸部４０ｄが凹部５０ｄと同形状（略隙間無く嵌る形状）に形成されている。

又、例えば、図９に示すように、軸方向から見て、極異方性磁石Ｇの内面が正多角形とされることで形成された凹部５０ｅとしてもよい。又、この例では、界磁磁石４０の凸部４０ｅが凹部５０ｅと同形状（略隙間無く嵌る形状）であって、界磁磁石４０全体が軸方向から見て正多角形に形成されている。尚、この場合では、極異方性磁石Ｇ及び界磁磁石４０を単純な形状とすることができ、例えば、それらの設計及び製造が容易となる。

・上記実施形態では、極異方性磁石Ｇの凹部５０ａを除く内面は回転軸３の中心軸線Ｏを中心とする同心円形状の円弧形状に形成されるとしたが、これに限定されず、例えば、極間磁石部５１の内面に内方凸部を形成してもよい。又、この場合、界磁磁石に内方凸部と同形状（内方凸部が略隙間無く嵌る形状）の内方凹部を形成してもよい。

例えば、図１０に示すように、極異方性磁石Ｇの内面を、軸方向から見て、背面磁石部５０の周方向中心で径方向外側に位置する点と極間磁石部５１の周方向中心で径方向内側に位置する点とを結ぶ直線からなる形状として、背面磁石部５０の内面に凹部５０ｆを形成するとともに、極間磁石部５１の内面に内方凸部５１ａを形成してもよい。尚、この例では、界磁磁石４０の外面が極異方性磁石Ｇの内面と同形状（略隙間無く嵌る形状）とされ、詳しくは、界磁磁石４０は、凹部５０ｆと同形状（凹部５０ｆに略隙間無く嵌る形状）の凸部４０ｆと、内方凸部５１ａと同形状（内方凸部５１ａが略隙間無く嵌る形状）の内方凹部４０ｇとを有する形状とされている。

このようにしても、上記実施形態の効果と同様の効果を得ることができる。又、このようにすると、極間磁石部５１の内面に内方凸部５１ａが形成されるため、極異方性磁石Ｇの配向を良好とすることができる。即ち、漏れ磁束を抑えるための極異方性磁石Ｇは、背面磁石部５０の外周面から周方向に隣り合う背面磁石部５０の外周面に亘って配向（図１０中、矢印参照）され、極間磁石部５１の内面部分はこの配向に大きく関与する（磁路となる）ため、この部分に内方凸部５１ａを形成することで、極異方性磁石Ｇの配向を良好とすることができる。よって、より良好に漏れ磁束を抑えることができ、高出力化を図ることができる。

又、例えば、図１１に示すように、軸方向から見て、方形状の凹部５０ｂを有した上記別例（図６参照）の極異方性磁石Ｇにおいて、極間磁石部５１の内面に方形状の内方凸部５１ｂを形成してもよい。尚、この例では、界磁磁石４０は、内方凸部５１ｂと同形状（内方凸部５１ｂが略隙間無く嵌る形状）の内方凹部４０ｈを有する。

又、例えば、図１２に示すように、軸方向から見て、台形状の凹部５０ｃを有した上記別例（図７参照）の極異方性磁石Ｇにおいて、極間磁石部５１の内面に台形状の内方凸部５１ｃを形成してもよい。尚、この例では、界磁磁石４０は、内方凸部５１ｃと同形状（内方凸部５１ｃが略隙間無く嵌る形状）の内方凹部４０ｊを有する。

又、例えば、図１３に示すように、軸方向から見て、湾曲した形状の凹部５０ｄを有した上記別例（図８参照）の極異方性磁石Ｇにおいて、極間磁石部５１の内面に湾曲した形状の内方凸部５１ｄを形成してもよい。尚、この例では、界磁磁石４０は、内方凸部５１ｄと同形状（内方凸部５１ｄが略隙間無く嵌る形状）の内方凹部４０ｋを有する。

これら（図１１〜図１３参照）のようにしても、上記別例（図１０参照）の効果と略同様の効果を得ることができる。尚、勿論、極異方性磁石Ｇにおける凹部の形状と内方凸部の形状は、異なる形状の組み合わせとしてもよい。

・上記実施形態では、凸部４０ａは、凹部５０ａと同形状（略隙間無く嵌る形状）に形成されるとしたが、これに限定されず、異なる形状に変更してもよい。
・上記実施形態では、特に言及していないが、界磁磁石４０及び極異方性磁石Ｇの材質や製造方法による種類は特に限定されず、各種磁石を用いてもよい。例えば、フェライト磁石や、サマリウム鉄窒素系磁石や、サマリウムコバルト系磁石や、ネオジム磁石や、アルニコ磁石としてもよい。又、例えば、焼結磁石や、ボンド磁石としてもよい。又、ボンド磁石とする場合、圧縮成形としてもよいし、射出成形としてもよい。

・上記実施形態では、ロータ４の極数が「８」に設定され、ステータ２のティース１１の数が「１２」に設定されたブラシレスモータＭに具体化したが、ロータ４の極数やステータ２のティース１１の数は変更してもよい。例えば、ロータ４の極数が「１０」に設定され、ステータ２のティース１１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。

上記実施形態及び別例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１又は２に記載のロータにおいて、前記凹部は、前記極異方性磁石の内面が正多角形とされることで形成されたことを特徴とするロータ。

同構成によれば、凹部は、前記極異方性磁石の内面が正多角形とされることで形成されるため、極異方性磁石を単純な形状とすることができ、例えば、その設計及び製造が容易となる。

（ロ）請求項１、２、及び上記（イ）のいずれか１項に記載のロータにおいて、前記凸部は、前記凹部と同形状に形成されたことを特徴とするロータ。
同構成によれば、前記凸部は、前記凹部と同形状に形成されるため、無駄な隙間を無くして、より高出力化を図ることが可能となる。

２…ステータ、４…ロータ、２０…第１ロータコア、２１…第１コアベース（コアベース）、２２…第１爪状磁極（爪状磁極）、３０…第２ロータコア、３１…第２コアベース（コアベース）、３２…第２爪状磁極（爪状磁極）、４０…界磁磁石、４０ａ〜４０ｆ…凸部、５０…背面磁石部、５０ａ〜５０ｆ…凹部、５１…極間磁石部、５１ａ〜５１ｄ…内方凸部、Ｇ…極異方性磁石。

Claims (5)

1. それぞれ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、
   前記爪状磁極と前記界磁磁石との間に配置された背面磁石部と、周方向に隣り合う前記爪状磁極の間に配置された極間磁石部とが環状に一体成形され、それぞれの部分で漏れ磁束を抑えるべく磁化された極異方性磁石と
   を備えたロータであって、
   前記背面磁石部の周方向中央部分の内面には凹部が形成され、
   前記界磁磁石は、前記凹部内に入り込む凸部を有す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、
   前記凹部は、前記背面磁石部の周方向中心ほど深く形成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、
   前記極間磁石部の内面には内方凸部が形成されたことを特徴とするロータ。
4. それぞれ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、
   前記爪状磁極と前記界磁磁石との間に配置された背面磁石部と、周方向に隣り合う前記爪状磁極の間に配置された極間磁石部とが環状に一体成形され、それぞれの部分で漏れ磁束を抑えるべく磁化された極異方性磁石と
   を備えたロータであって、
   前記極間磁石部の内面には内方凸部が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。