JP6380112B2 - 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、界磁磁石本体部と、爪状磁極と界磁磁石本体部との間に配置されその部分で漏れ磁束を抑えるための背面磁石部と、周方向に隣り合う爪状磁極（背面磁石部）の間に配置されその部分で漏れ磁束を抑えるための極間磁石部とが一体成形されてなる一体永久磁石を備えたものがある（例えば特許文献１参照）。このロータでは、漏れ磁束を抑える背面磁石部及び極間磁石部によって出力向上を図りつつも、それらを界磁磁石本体部と一体形成することで部品点数の増加を抑えることができる。

特開２０１３−１１８８０１号公報

しかしながら、上記したロータでは、背面磁石部及び極間磁石部が、界磁磁石本体部が形成される軸方向範囲から軸方向に突出した形状であるため、一体永久磁石の成形が困難であり、ロータ、ひいてはモータの製造が複雑化してしまう。

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、容易に製造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本体部と、前記爪状磁極と前記界磁磁石本体部との間に配置されその部分で漏れ磁束を抑えるべく磁化された背面磁石部と、周方向に隣り合う前記背面磁石部の間に配置されその部分で漏れ磁束を抑えるべく磁化された極間磁石部とが一体成形されてなる一体永久磁石とを備えたロータであって、前記背面磁石部及び前記極間磁石部は、前記界磁磁石本体部が形成される軸方向範囲内と同一の軸方向範囲内に形成され、前記一体永久磁石は、前記界磁磁石本体部と、前記背面磁石部及び前記極間磁石部との境界部位に溝部を有することを特徴とするロータ。

同構成によれば、前記背面磁石部及び前記極間磁石部は、前記界磁磁石本体部が形成される軸方向範囲内と同一の軸方向範囲内に形成されるため、界磁磁石本体部が形成される軸方向範囲から軸方向に突出する部位を有するものに比べて、一体永久磁石を容易に成形することができる。よって、ロータを容易に製造することができる。
又、一体永久磁石は、前記界磁磁石本体部と、前記背面磁石部及び前記極間磁石部との境界部位に溝部を有するため、着磁の際の磁化方向の精度を高くすることができる。即ち、界磁磁石本体部は軸方向に磁化され、背面磁石部は径方向に磁化され、極間磁石部は周方向に磁化されることが望ましいが、着磁する際の磁束が、溝部が形成された部位を越え難くなることで、着磁する対象を越えた範囲に影響を与え難くなり、望ましい磁化方向に近づけ易くなる。

上記ロータにおいて、前記一体永久磁石の外周は、前記爪状磁極の径方向内側端面に沿った円形に形成されることが好ましい。
同構成によれば、一体永久磁石の外周は、前記爪状磁極の径方向内側端面に沿った円形に形成されるため、極間磁石部の部位が径方向外側に突出するものに比べて、一体永久磁石を容易に成形することができる。

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、容易に製造することができる。

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。 別例における一体永久磁石の斜視図。 （ａ）は別例における一体永久磁石の斜視図。（ｂ）は同じく一体永久磁石の断面図。

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と、一体永久磁石４０とを有している。
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との軸方向の間に一体永久磁石４０の界磁磁石本体部４１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、一体永久磁石４０の界磁磁石本体部４１は、中央孔を有した円板状に形成され、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。

又、一体永久磁石４０は、前記界磁磁石本体部４１と、第１及び第２爪状磁極２２，３２と界磁磁石本体部４１との間に配置されその部分で漏れ磁束を抑えるべく磁化された背面磁石部４２と、周方向に隣り合う背面磁石部４２の間に配置されその部分（第１及び第２爪状磁極２２，３２の間の部分）で漏れ磁束を抑えるべく磁化された極間磁石部４３とが一体成形されてなる。

詳しくは、界磁磁石本体部４１の径方向外側において、背面磁石部４２と極間磁石部４３とは周方向に交互に設けられ、それらで環状をなしている。そして背面磁石部４２及び極間磁石部４３は、図４及び図５中に模式的に矢印で示すように背面磁石部４２の外周面から周方向に隣り合う背面磁石部４２の外周面に亘って配向され、背面磁石部４２及び極間磁石部４３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、背面磁石部４２と極間磁石部４３は、各背面磁石部４２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。これにより、背面磁石部４２は主に径方向に磁化され、極間磁石部４３は主に周方向に磁化されることになる。尚、図４及び図５では、界磁磁石本体部４１と、背面磁石部４２及び極間磁石部４３との境界部位を模式的に２点鎖線で図示している。

ここで、背面磁石部４２及び極間磁石部４３は、界磁磁石本体部４１が形成される軸方向範囲内と同一の軸方向範囲内に形成されている。詳しくは、本実施形態の一体永久磁石４０は、界磁磁石本体部４１と、背面磁石部４２及び極間磁石部４３との境界部位を含めて軸方向端面全体が一つの平坦面とされている。又、一体永久磁石４０の外周は、前記第１及び第２爪状磁極２２，３２の径方向内側端面に沿った円形に形成されている。

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、背面磁石部４２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、極間磁石部４３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）界磁磁石本体部４１と背面磁石部４２と極間磁石部４３とが一体永久磁石４０として一体成形されるため、部品点数の増加を抑えながら、高効率化を図ることができる。そして、背面磁石部４２及び極間磁石部４３は、界磁磁石本体部４１が形成される軸方向範囲内と同一の軸方向範囲内に形成されるため、界磁磁石本体部４１が形成される軸方向範囲から軸方向に突出する部位を有するものに比べて、一体永久磁石４０を容易に成形することができる。よって、ロータ４、ひいてはブラシレスモータＭを容易に製造することができる。

（２）一体永久磁石４０は、界磁磁石本体部４１と、背面磁石部４２及び極間磁石部４３との境界部位を含めて軸方向端面全体が一つの平坦面とされるため、例えば、境界部位に溝部を有するものに比べて、より容易に成形することができる。

（３）一体永久磁石４０の外周は、第１及び第２爪状磁極２２，３２の径方向内側端面に沿った円形に形成されるため、極間磁石部４３の部位が径方向外側に突出するものに比べて、一体永久磁石４０を容易に成形することができる。

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、一体永久磁石４０の外周は、第１及び第２爪状磁極２２，３２の径方向内側端面に沿った円形に形成されるとしたが、これに限定されず、図６に示すように、極間磁石部４３は、背面磁石部４２の径方向外側端面よりも径方向外側に突出した極間突出部４３ａを有する形状としてもよい。このようにすると、極間突出部４３ａを有していないもの（上記実施形態）に比べて、より漏れ磁束を抑えることができる。

・上記実施形態では、一体永久磁石４０は、界磁磁石本体部４１と、背面磁石部４２及び極間磁石部４３との境界部位を含めて軸方向端面全体が一つの平坦面とされるとしたが、これに限定されず、図７（ａ）及び図７（ｂ）に示すように、前記境界部位に溝部４４を有するものとしてもよい。このようにすると、着磁の際の磁化方向の精度を高くすることができる。即ち、界磁磁石本体部４１は軸方向に磁化され、背面磁石部４２は径方向に磁化され、極間磁石部４３は周方向に磁化されることが望ましいが、着磁する際の磁束が、溝部４４が形成された部位を越え難くなることで、着磁する対象を越えた範囲に影響を与え難くなり、望ましい磁化方向に近づけ易くなる。

・上記実施形態では、特に言及していないが、一体永久磁石４０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に記載のロータにおいて、前記一体永久磁石は、前記界磁磁石本体部と、前記背面磁石部及び前記極間磁石部との境界部位を含めて軸方向端面全体が一つの平坦面とされたことを特徴とするロータ。

同構成によれば、一体永久磁石は、前記界磁磁石本体部と、前記背面磁石部及び前記極間磁石部との境界部位を含めて軸方向端面全体が一つの平坦面とされるため、例えば、境界部位に溝部を有するものに比べて、より容易に成形することができる。

（ロ）請求項１に記載のロータにおいて、前記極間磁石部は、前記背面磁石部の径方向外側端面よりも径方向外側に突出した極間突出部を有することを特徴とするロータ。
同構成によれば、極間磁石部は、背面磁石部の径方向外側端面よりも径方向外側に突出した極間突出部を有するため、極間突出部を有していないものに比べて、より漏れ磁束を抑えることができる。

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…一体永久磁石、４１…界磁磁石本体部、４２…背面磁石部、４３…極間磁石部、４４…溝部。

Claims (4)

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本体部と、前記爪状磁極と前記界磁磁石本体部との間に配置されその部分で漏れ磁束を抑えるべく磁化された背面磁石部と、周方向に隣り合う前記背面磁石部の間に配置されその部分で漏れ磁束を抑えるべく磁化された極間磁石部とが一体成形されてなる一体永久磁石と
   を備えたロータであって、
   前記背面磁石部及び前記極間磁石部は、前記界磁磁石本体部が形成される軸方向範囲内と同一の軸方向範囲内に形成され、
   前記一体永久磁石は、前記界磁磁石本体部と、前記背面磁石部及び前記極間磁石部との境界部位に溝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、
   前記溝部は円形であ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、
   前記一体永久磁石の外周は、前記爪状磁極の径方向内側端面に沿った円形に形成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。