JP6312329B2 - ロータ及びモータ - Google Patents

Description

本発明は、ロータ及びモータ、特に、プラスチックマグネットをコアに一体成型してロータ、及びそのロータを用いたモータに関する。

従来、図５に示すように、プラスチックマグネット（回転子マグネット）２をコア３に一体成型したロータ１０は、コア３とプラスチックマグネット２間の回転方向及び軸１の方向に対する固定を確実とするために、コア３にローレット４の加工を施して凹凸を設けている。

例えば、特開２００２−１０１５８３（「先行文献１」）には、ローレット加工して綾目状の凹凸を設けた軸にプラスチックマグネットを一体成型したモータが記載されている。

また、例えば、特開２００９−１８９１５５（「先行文献２」）には、磁性体のバックヨークの表面にリング状のマグネットを配置した同期電動機の回転子において、マグネットは、外周面が略真円であり、磁極の中心部分である極中心が肉厚で、磁極の切り替わる極間部が薄肉であり、極中心に、周方向に所定の長さ、半径方向の肉厚が均一となる均一肉厚部を備える同期電動機の回転子が記載されている。すなわち、コアの周方向の外周面が断面多角形状に形成されている。

しかしながら、コアとプラスチックマグネット（回転子マグネット）は温度による膨張率が異なり、ロータの環境温度の変化によりローレット加工の凹凸部等の角に応力集中が起きプラスチックマグネット（回転子マグネット）に割れが入り固定が緩むという問題があった。

特開２００２−１０１５８３号公報 特開２００９−１８９１５５号公報

本発明は上述のような課題に鑑み、温度変化に伴う応力集中によってプラスチックマグネット（回転子マグネット）の割れが発生せず、コアとプラスチックマグネット（回転子マグネット）間の固定が確実なロータ、及びそのロータを用いたモータを提供することを目的とする。

本発明は、上記目的を達成するために、以下の構成によって把握される。
（１）本発明の第１の観点は、モータのロータであって、軸と、前記軸が挿通される貫通穴が軸方向に形成され、周方向の外周面が断面多角形状に形成されたコアと、前記コアの外周に一体に形成され、その外周面が略真円に形成されたロータマグネットと、を備え、前記コアが外周面の周方向に沿って溝部を有することを特徴とする。

（２）上記（１）の構成において、前記コアの前記溝部は、軸方向の中心に形成されていてもよい。

（３）上記（１）又は（２）の構成において、前記コアの前記外周面は、１６角以上であってもよい。

（４）上記（１）から（３）のいずれか１つの構成において、前記コアの軸方向の全長をＬ、前記溝部の幅をｄＬとするとき、１０％以下の溝幅率｛（ｄＬ／Ｌ）×１００｝を有してもよい。

（５）上記（１）から（４）のいずれか１つの構成において、前記コアの前記溝部は、前記コアの半径をｒ、前記溝部の溝最深部の長さをｄｒとするとき、７〜１０％の範囲の溝深さ率｛（ｄｒ／ｒ）×１００｝を有してもよい。

（６）本発明の第２の観点は、モータであって、上記（１）から（５）のいずれか１つに記載のロータと、ステータと、を備えることを特徴とする。

本発明によれば、温度変化に伴う応力集中によってプラスチックマグネット（回転子マグネット）の割れが発生せず、コアとプラスチックマグネット（回転子マグネット）間の固定を確実なロータ、及びそのロータを用いたモータを提供することができる。

本発明の実施形態に係るロータのコアの斜視図である。 図１Ａの溝部周辺を示す拡大図である。 コアの角数と主応力との関係を説明する図である。 コアの溝部の幅ｄＬと主応力との関係を説明する図である。 コアの溝部の深さｄｒと主応力との関係を説明する図である。 従来のロータの斜視図である。

以下、本発明を実施するための形態（以下、「実施形態」という）を、添付図面に基づいて詳細に説明する。なお、実施形態の説明の全体を通して同じ要素には同じ番号を付している。

本実施形態に係るロータ１０は、図５に示すものと同じように、軸１と、軸１が挿通される貫通穴３ｃが軸方向に形成されたコア３と、コア３の外周に一体に形成され、その外周面が略真円に形成された回転子マグネット２と、を備えている。しかし、コア３は、図５に示すものとは異なって図１Ａ及び図１Ｂに示すように、周方向の外周面が断面多角形状に形成された第１の側のコア３ａ及び第２の側のコア３ｂと、コア３の外周面の周方向に沿った溝部５と、を有している。ここで、溝部５は、第１の側のコア３ａと第２の側のコア３ｂとの間にあって軸方向の中心に形成されていることが回転動作のバランスの観点から好ましい。また、第１の側のコア３ａと第２の側のコア３ｂは、後述するように、１６角形の断面を有する場合を示している。

コア３は、軸径がφ６ｍｍ以下の小型モータに好適に用いることができるが、ここでは、例えば、コア３の全長Ｌを１８．５ｍｍ、軸１の中心とコア３の頂点までの距離ｒを６．４ｍｍとした例で説明する。もちろん、コア３の寸法はこれらの数値に限定されるものではなく、必要に応じて、任意に設定してよい。ここで、以下、コア３の軸方向の全長をＬ、溝部５の幅をｄＬ、コア３の半径をｒ（以上、図１Ａ参照）、溝部５の底からコア３の頂点までの距離すなわち溝最深部の長さをｄｒ（図１Ｂ参照）で表す。

図２は、環境温度を９０℃から−４０℃に変化させたときにプラスチックマグネット２（回転子マグネット）に作用する主応力とコア３の角数の関係について、角数を８角、１０角、１２角、１６角及び２４角とした場合を示している。図２の従来とは、図５に示したような円筒のコアであって中央部にローレット４の加工が施されたものである。なお、このデータは、コア３の全長Ｌを１８．５ｍｍ、軸１の中心とコア３の頂点までの距離ｒを６．４ｍｍとし、溝部５を設けないで測定したときのものである。

図２によれば、コア３の角数が大きいほど、主応力は小さくなることから、角数は大きい方が熱収縮によるプラスチックマグネット２（回転子マグネット）の変形が小さくなる。すなわち、コア３の角数が大きいほど、コア３を取り巻くプラスチックマグネット２（回転子マグネット）の割れを抑制することができる。

ここで、ブラシレスモータにおいて、一般にモータのトルクはロータ極数が大きくなるほど大きなトルクが得られるとともにトルクリップルを抑制することができる。また、角数はロータ極数との最小公倍数にすることでトルクリップルを抑制することができる。このような観点から、コア３の角数は、従来のローレット４の加工のものに比べて十分に主応力が小さく、かつ、モータトルクを大きく設定できる角数である１６角以上が好ましい。

次に、図３は、角数が１６角のコア３において、その軸方向の中心に溝部５を追加した場合の溝部５の幅ｄＬと主応力との関係を、溝幅率｛（ｄＬ／Ｌ）×１００｝を用いて示している。なお、このデータは、前述と同じ寸法のコア３を用いて測定したものである。

図３によれば、溝部５の幅ｄＬのコア３の全長Ｌに対する比である溝幅率｛（ｄＬ／Ｌ）×１００｝が０％（溝なし）の状態から大きくなるにしたがって、主応力が増加していることが分かる。ここで、溝部５の深さは、溝最深部ｄｒのコア３の半径ｒに対する比である溝深さ率｛（ｄｒ／ｒ）×１００｝を５％に設定している。

そして、図４は、角数が１６角のコア３で、かつ、その軸方向の中心に溝幅率｛（ｄＬ／Ｌ）×１００｝を１０％とする溝部５を追加した場合の溝部５の深さと主応力との関係を、溝深さ率｛（ｄｒ／ｒ）×１００｝を用いて示している。なお、このデータは、前述と同じ寸法のコア３を用いて測定したものである。

図３及び図４において、ａの位置、すなわち、溝深さ率｛（ｄｒ／ｒ）×１００｝が５％から大きくなるにしたがって主応力が減少するとともに、溝深さ率｛（ｄｒ／ｒ）×１００｝が１０％を超えると主応力が増加に転じる。すなわち、溝深さ率｛（ｄｒ／ｒ）×１００｝が７〜１０％のときに主応力σ_１は３０ＭＰａ程度となる。従来のローレット４の加工を施したロータの主応力σ_１が６３ＭＰａ程度（図２参照）と比べると、主応力を半分以下にすることができることから、プラスチックマグネット２（回転子マグネット）の割れを抑制できることが分かる。

以上で説明したコア３を設けたロータ１０と、ステータ（不図示）とを備えるモータ（不図示）は、例えば、軸径がφ６ｍｍ以下の小型モータであっても、温度変化に伴う応力集中によってプラスチックマグネット（回転子マグネット）の割れが発生せず、コアとプラスチックマグネット（回転子マグネット）間の固定を確実なモータとすることができる。

以上、実施形態を具体的に述べたが、本発明は上記の実施形態に限定されるものではなく、種々の変更を行ったものも含まれるものであり、そのことは、当業者にとって特許請求の範囲の記載から明らかである。

１…軸
２…プラスチックマグネット（回転子マグネット）
３…コア
３ａ…第１の側のコア
３ｂ…第２の側のコア
３ｃ…貫通穴
４…ローレット
５…溝部
１０…ロータ

Claims (5)

1. ステータと、
   ロータと、を備え、
   前記ロータは、
   軸と、
   前記軸が挿通された貫通穴を有するコアと、
   前記コアの外周面に一体成型された回転子マグネットと、を備え、
   前記回転子マグネットはプラスチックマグネットであり、
   前記コアは、
   断面形状が多角形状である第１の側のコアと、
   断面形状が多角形状である第２の側のコアと、
   周方向に延在する溝部と、を備え、
   前記溝部は、軸方向において、前記第１の側のコアと前記第２の側のコアとの間にあり、
   前記溝部が、前記コアの軸方向の全長をＬ、前記溝部の幅をｄＬとするとき、１０％以下の溝幅率｛（ｄＬ／Ｌ）×１００｝を有することを特徴とするモータ。
2. 前記溝部が、軸方向の中心に形成されていることを特徴とする請求項１に記載のモータ。
3. 前記多角形状は１６角以上であることを特徴とする請求項１又は請求項２に記載のモータ。
4. 前記溝部が、前記コアの半径をｒ、前記溝部の溝最深部の長さをｄｒとするとき、７〜１０％の範囲の溝深さ率｛（ｄｒ／ｒ）×１００｝を有することを特徴とする請求項１から請求項３のいずれか１項に記載のモータ。
5. モータのロータであって、
   軸と、
   前記軸が挿通された貫通穴を有するコアと、
   前記コアの外周面に一体成型された回転子マグネットと、を備え、
   前記コアは、
   断面形状が多角形状である第１の側のコアと、
   断面形状が多角形状である第２の側のコアと、
   周方向に延在する溝部と、を備え、
   前記溝部は、軸方向において、前記第１の側のコアと前記第２の側のコアとの間にあり、
   前記回転子マグネットがプラスチックマグネットであることを特徴とするロータ。