JP6330216B2 - 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（例えば、特許文献１参照）。

特開２０１３−９９０９７号公報

ところで、モータは、用途に応じて、僅かに異なる出力特性の仕様のものが必要となる場合がある。しかしながら、上記のようなロータでは、ロータコアの形状が爪状磁極によって３次元的であり、仕様毎に爪状磁極の形状の変更も行うと、仕様毎の製造コストが増大してしまうという問題がある。

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、容易に出力特性を所望の値に調整す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を備えたロータであって、前記第１及び第２ロータコアの少なくとも一方には、軸方向における反界磁磁石側の端面に、軸方向の板厚を調整するための調整用磁性部材が当接した状態で重ねて設けられており、前記調整用磁性部材は、該調整用磁性部材が当接する前記反界磁磁石側の端面の形状と同一形状に形成された。

同構成によれば、第１及び第２ロータコアの少なくとも一方には、軸方向における反界磁磁石側の端面に、軸方向の板厚を調整するための調整用磁性部材が当接した状態で重ねて設けられるため、例えば、調整用磁性部材の板厚や枚数を変更するだけで、容易にモータの出力特性を所望の値に調整することができる。
又、調整用磁性部材は、該調整用磁性部材が当接する上記反界磁磁石側の端面の形状と同一形状に形成されるため、該端面形状と対応する部分の板厚が均一になり、単純な形状となる。

上記ロータにおいて、前記調整用磁性部材は、前記第１及び第２ロータコアの板厚よりも薄く形成されることが好ましい。
同構成によれば、前記調整用磁性部材は、前記第１及び第２ロータコアの板厚よりも薄く形成されるため、出力特性の微調整が可能となる。

上記ロータにおいて、前記調整用磁性部材は、前記第１及び第２ロータコアとは材質が異なることが好ましい。
同構成によれば、前記調整用磁性部材は、前記第１及び第２ロータコアとは材質が異なるため、例えば、調整用磁性部材を薄くしてロータ全体の厚みを大幅に変更することなく、出力特性を大きく調整するといったことが可能となる。

上記ロータにおいて、前記調整用磁性部材は、前記界磁磁石とで前記第１又は第２ロータコアを挟むように設けられることが好ましい。
同構成によれば、前記調整用磁性部材は、前記界磁磁石とで前記第１又は第２ロータコアを挟むように設けられるため、例えば、界磁磁石と第１又は第２ロータコアとを予め組み付けておき、その組み付け状態（接触状態）を解除することなく、後から調整用磁性部材を適宜変更することが可能となる。

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、容易に出力特性を所望の値に調整することができる。

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斜視図。 一実施形態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及び図３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、及び調整用磁性部材５０，６０を有している。
図３に示すように、第１ロータコア２０は、磁性材よりなり、回転軸３が圧入される中央孔２１ａ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５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が圧入される中央孔３１ａ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５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、その中央孔２１ａ，３１ａ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３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５つの第１爪状磁極２２と、Ｓ極となる５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４の磁極の数（極数）が「１０」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。

そして、本実施形態の第１及び第２ロータコア２０，３０には、軸方向の板厚を調整するための調整用磁性部材５０，６０が軸方向に重ねて設けられている。
詳述すると、本実施形態の調整用磁性部材５０、６０は、第１及び第２ロータコア２０、３０と同一材質（磁性材）であって、板状に形成されている。又、調整用磁性部材５０、６０は、第１及び第２ロータコア２０，３０の板厚（詳しくは第１及び第２コアベース２１，３１の板厚）よりも薄く形成されている。

又、調整用磁性部材５０は、界磁磁石４０とで第１ロータコア２０（詳しくは第１コアベース２１）を挟むように第１ロータコア２０に設けられ、調整用磁性部材６０は、界磁磁石４０とで第２ロータコア３０（詳しくは第２コアベース３１）を挟むように第２ロータコア３０に設けられている。又、調整用磁性部材５０，６０は、第１及び第２ロータコア２０，３０の当接される端面形状（即ち、第１及び第２コアベース２１，３１と第１及び第２爪状磁極２２，３２の径方向外側に突出した部分）と同一形状に形成されている。

そして、調整用磁性部材５０，６０は、第１及び第２ロータコア２０，３０にそれぞれ接着により固定されている。又、調整用磁性部材５０，６０は、それぞれ中央孔５０ａ，６０ａを有し、その中央孔５０ａ，６０ａ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。

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ロータコア２０，３０には、軸方向の板厚を調整するための調整用磁性部材５０，６０が軸方向に重ねて設けられるため、例えば、調整用磁性部材５０，６０の板厚や枚数を変更するだけで、容易に仕様等の変更ができ、ブラシレスモータＭの出力特性を所望の値に調整することができる。

（２）調整用磁性部材５０，６０は、第１及び第２ロータコア２０，３０の板厚よりも薄く形成されるため、出力特性の微調整が可能となる。
（３）調整用磁性部材５０，６０は、界磁磁石４０とで第１及び第２ロータコア２０，３０を挟むように設けられるため、例えば、界磁磁石４０と第１及び第２ロータコア２０，３０とを予め組み付けておき、その組み付け状態（接触状態）を解除することなく、後から調整用磁性部材５０，６０を適宜変更することが可能となる。その結果、例えば、界磁磁石４０と第１及び第２ロータコア２０，３０とを予め組み付けておいた部品を標準部品として製造しておき、後に、仕様毎に調整用磁性部材５０，６０の板厚や枚数を変更することで、出力特性を所望の値に調整することができる。

（４）調整用磁性部材５０，６０は、第１及び第２ロータコア２０，３０の当接される端面形状と同一形状に形成されるため、該端面形状と対応する部分の板厚が均一になり、単純な形状となる。

（５）調整用磁性部材５０，６０は、第１及び第２ロータコア２０，３０に接着により固定されるため、例えば、単に調整用磁性部材５０，６０の各中央孔５０ａ，６０ａに回転軸３が圧入されることにより間接的に第１及び第２ロータコア２０，３０に固定された場合に比べて、調整用磁性部材５０，６０の脱落を抑えることができる。

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、調整用磁性部材５０，６０は、界磁磁石４０とで第１及び第２ロータコア２０，３０を挟むように設けられるとしたが、これに限定されず、図４に示すように、調整用磁性部材７０，８０が、界磁磁石４０と第１及び第２ロータコア２０，３０とで挟まれるように設けられたロータ４としてもよい。このようにすると、例えば、調整用磁性部材７０，８０を強固に保持することが可能となる。尚、この例では、設ける調整用磁性部材７０，８０の板厚に応じて界磁磁石４０の軸方向の厚さを変更して、ロータ４全体の軸方向の厚さを変更することなく、出力特性を調整することもできる。

・上記実施形態では、第１及び第２ロータコア２０，３０を１つずつ有するロータ４としたが、これに限定されず、第１及び第２ロータコア２０，３０をそれぞれ複数有して軸方向に積層されたロータとしてもよい。

例えば、図５に示すように、変更してもよい。この例のロータ９０は、第１及び第２ロータコア２０，３０を２つずつ有している。そして、この例では、調整用磁性部材９１〜９３がロータ９０の軸方向両端面（各第１ロータコア２０）とロータ９０の軸方向中間部分（第２ロータコア３０同士の間）とに設けられている。

又、例えば、図６に示すように、変更してもよい。この例のロータ９０は、第１及び第２ロータコア２０，３０を２つずつ有している。そして、この例では、調整用磁性部材９１，９２がロータ９０の軸方向両端面（各第１ロータコア２０）に設けられている。

このようにしても、容易に仕様等の変更ができ、ブラシレスモータＭの出力特性を所望の値に調整することができる。尚、ロータ９０の軸方向中間部分では、第２ロータコア３０同士が同極となって磁束が（ロータ９０の軸方向両端部に比べて）軸方向に漏れ難く径方向に向かい易い構成となるため、磁気飽和が特性に与える影響は少ない。

・上記実施形態では、調整用磁性部材５０，６０は、第１及び第２ロータコア２０，３０の板厚（詳しくは第１及び第２コアベース２１，３１の板厚）よりも薄く形成されるとしたが、これに限定されず、同一の厚さとしてもよいし、第１及び第２ロータコア２０，３０の板厚よりも厚く形成してもよい。

又、上記実施形態では、特に言及していないが、調整用磁性部材を複数種類用意しておき、仕様に応じて種類を決定して第１及び第２ロータコア２０，３０にその調整用磁性部材を設ける方法でロータを製造するようにしてもよい。このとき用意しておく調整用磁性部材は、単純に板厚が異なるものでもよいし、材質が異なるもの（飽和磁束密度が異なるものであって圧粉磁芯やアモルファス磁性合金や電磁鋼板や電磁軟鉄やパーマロイやパーメンジュール等よりなるもの）でもよい。

このようにすると、容易にブラシレスモータＭの出力特性を細かく所望の値に調整することができる。特に、材質が異なる調整用磁性部材を用いると、例えば、調整用磁性部材を薄くしてロータ全体の厚みを大幅に変更することなく、出力特性を大きく調整するといったことが可能となる。

又、勿論、板厚の薄い調整用磁性部材を多数用意しておき、仕様に応じて枚数を決定して第１及び第２ロータコア２０，３０にその枚数の調整用磁性部材を設ける方法でロータを製造するようにしてもよい。

・上記実施形態では、調整用磁性部材５０，６０は、第１及び第２ロータコア２０，３０の当接される端面形状と同一形状に形成されるとしたが、これに限定されず、当接される端面形状と異なる形状に変更してもよい。

・上記実施形態では、調整用磁性部材５０，６０は、第１及び第２ロータコア２０，３０に接着により固定されるとしたが、これに限定されず、例えば、かしめ、又は溶接により固定される構成としてもよい。又、単に調整用磁性部材５０，６０の各中央孔５０ａ，６０ａに回転軸３が圧入されることにより間接的に第１及び第２ロータコア２０，３０に固定（当接）された構成としてもよい。

・上記実施形態では、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「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に具体化してもよい。

・上記実施形態の第１及び第２爪状磁極２２，３２の径方向内側（背面）に、該部分の漏れ磁束を抑えるための背面磁石を設けてもよい。
・上記実施形態の第１爪状磁極２２と第２爪状磁極３２との周方向の間に、該部分の漏れ磁束をおさえるための極間磁石を設けてもよい。

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）前記調整用磁性部材は、前記第１又は第２ロータコアに、かしめ、又は溶接、又は接着により固定されていることを特徴とする。

同構成によれば、調整用磁性部材は、第１又は第２ロータコアに、かしめ、又は溶接、又は接着により固定されるため、例えば、単に第１及び第２ロータコアと調整用磁性部材の各中央孔に単一の回転軸が圧入されることにより間接的に固定された場合に比べて、調整用磁性部材の脱落を抑えることができる。

（ロ）前記調整用磁性部材を複数種類用意しておき、仕様に応じて種類を決定して前記調整用磁性部材を設けることを特徴とする。

同方法によれば、調整用磁性部材を複数種類用意しておき、仕様に応じて種類が決定されて調整用磁性部材が設けられるため、容易にモータの出力特性を細かく所望の値に調整することができる。

２…ステータ、４，９０…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、５０，６０，７０，８０，９１〜９３…調整用磁性部材。

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を備えたロータであって、
   前記第１及び第２ロータコアの少なくとも一方には、軸方向における反界磁磁石側の端面に、軸方向の板厚を調整するための調整用磁性部材が当接した状態で重ねて設けられており、
   前記調整用磁性部材は、該調整用磁性部材が当接する前記反界磁磁石側の端面の形状と同一形状に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、
   前記調整用磁性部材は、前記第１及び第２ロータコアの板厚よりも薄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、
   前記調整用磁性部材は、前記第１及び第２ロータコアとは材質が異なる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、
   前記調整用磁性部材は、前記界磁磁石とで前記第１又は第２ロータコアを挟むように設けら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。