JP6459536B2 - モータ - Google Patents

Description

本発明は、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円板磁石とを備え、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）。そして、このようなロータを備えたモータのステータは、ヨークハウジングに支持され、前記ロータのシャフトは、ヨークハウジングに支持された軸受を介して回転可能に支持される。

特開２０１３−２１２０３６号公報

しかしながら、上記のようなモータでは、各部材を磁性体にて構成すると、ステータからヨークハウジング、軸受、及びシャフトを介してロータコアに磁路が繋がり、同経路で磁束漏れが生じるという虞があった。

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、漏れ磁束を抑えることができるモータを提供することにある。

上記課題を解決するモータは、ヨークハウジングに支持され、回転磁界を発生するステータと、前記ヨークハウジングに支持されたヨークハウジング側軸受と、前記ヨークハウジングを閉塞するエンドハウジングに支持されたエンドハウジング側軸受と、前記ヨークハウジング側軸受に回転可能に支持されるシャフトと、該シャフトに支持されるそれぞれ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前記第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円板磁石とを有するロータとを備え、前記ロータを挟んで軸方向一方側に前記ヨークハウジング側軸受が配置されるとともに軸方向他方側にエンドハウジング側軸受が配置されたモータであって、前記ヨークハウジング側軸受における前記ヨークハウジングと前記シャフトとの間の少なくとも一部は、非磁性体からなり、前記シャフトの外周と前記円板磁石の内周との間に非磁性体からなるスペーサ部材を備えており、軸方向において、前記ヨークハウジング側軸受及び前記エンドハウジング側軸受の両外周端よりも径方向内側に前記円板磁石の一部と前記スペーサ部材が位置するとともに、前記ヨークハウジング側軸受及び前記エンドハウジング側軸受の両外周端よりも径方向外側に前記円板磁石の外周端が位置する。

同構成によれば、ヨークハウジング側軸受における前記ヨークハウジングと前記シャフトとの間の少なくとも一部は、非磁性体からなるため、ヨークハウジング側軸受を介した経路での漏れ磁束を抑えることができる。
又、シャフトの外周と円板磁石の内周との間に非磁性体からなるスペーサ部材を備えるため、円板磁石のがたつきが抑えられ、例えば、駆動時のシャフトの振動によって円板磁石が破損してしまうことを抑えることができる。又、スペーサ部材を磁性体からなるものとした場合に比べて、スペーサ部材を介した経路での漏れ磁束を抑えることができる。

上記モータにおいて、前記シャフトは、非磁性体からなることが好ましい。
同構成によれば、シャフトは非磁性体からなるため、より漏れ磁束を抑えることができる。

上記モータにおいて、前記シャフトは、磁性体からなることが好ましい。
同構成によれば、シャフトは磁性体からなるため、例えば、非磁性体（例えばステンレス鋼等）からなるシャフトに比べて、容易に強度を高くすることができる。

上記モータにおいて、前記円板磁石の内周と前記スペーサ部材の外周とは互いに周方向に係合すべく非円形に形成されることが好ましい。
同構成によれば、円板磁石の内周とスペーサ部材の外周とは互いに周方向に係合すべく非円形に形成されるため、スペーサ部材に対して円板磁石が回転してしまうことを防ぐことができる。よって、例えば円板磁石の破損をより抑えることができる。

本発明のモータでは、漏れ磁束を抑えることができる。

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。 別例における極異方性磁石の斜視図。 別例におけるブラシレスモータの一部断面図。 別例におけるスペーサ部材と円板磁石を説明するための平面図。 （ａ）〜（ｄ）は別例におけるスペーサ部材と円板磁石を説明するための平面図。 別例におけるブラシレスモータの一部断面図。

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のケース１２は、略有底円筒状に形成されたヨークハウジング１３と、このヨークハウジング１３の開口部を閉塞する非磁性体であるアルミ合金よりなるエンドハウジング１４とを有している。

図１に示すように、ヨークハウジング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のティース１７ａを有するステータコア１７と、ステータコア１７のティース１７ａにインシュレータ１９を介して巻回される巻線２０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２０に駆動電流が供給されることで回転磁界を発生する。

図２に示すように、本実施形態のステータコア１７は、周方向に１２個のティース１７ａを有している。従って、ティース１７ａ間に形成されるスロット１７ｂの数も１２個とされている。

図２に示すように、ティース１７ａは、巻回部１８ａと、巻回部１８ａの径方向内側の端部から周方向両側に突出する突出部１８ｂとを備える。巻回部１８ａには、Ｕ相、Ｖ相、Ｗ相の巻線２０が集中巻にて巻回されている。

図１に示すように、ブラシレスモータ１１のロータ２１はシャフト２２を有し、ステータ１６の内側に配置されている。シャフト２２は、ヨークハウジング１３の底部１３ａの中央に支持された軸受としてのボールベアリング２３とエンドハウジング１４の中央に支持されたエンドハウジング側軸受としてのエンドハウジング側ボールベアリング２４により軸中心Ｌで回転可能に支持されている。

図１及び図３に示すように、ロータ２１は、前記シャフト２２が圧入されることで互いの軸方向の間隔が保持されつつシャフト２２に支持（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円板磁石（界磁磁石）３３とを備える。更に、ロータ２１は、背面補助磁石３４，３５と、極間磁石３６，３７とを備える。

詳しくは、第１ロータコア３１は、略円板状の第１コアベース３１ａの外周部に、等間隔に複数（本実施形態では４つ）の第１爪状磁極３１ｂが径方向外側に突出されるとともに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、略円板状の第２コアベース３２ａの外周部に、等間隔に複数の第２爪状磁極３２ｂが径方向外側に突出されるとともに軸方向に延出して形成されている。そして、第１及び第２ロータコア３１，３２は、その中心孔３１ｃ，３２ｃにシャフト２２が貫通されるとともに圧入されて該シャフト２２に対して固定（支持）される。この際、第２ロータコア３２は、各第２爪状磁極３２ｂが周方向に隣り合う第１爪状磁極３１ｂ間に配置されるようにして、且つ第１コアベース３１ａと第２コアベース３２ａとの対向する軸方向の間に円板磁石３３が配置（挟持）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。

円板磁石３３は、フェライト磁石やネオジム磁石等の磁石であって、シャフト２２が貫通される中心孔３３ａが形成された円環状に形成され、第１爪状磁極３１ｂ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３２ｂ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、界磁磁石としての円板磁石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４つの第１爪状磁極３１ｂと、Ｓ極となる４つの第２爪状磁極３２ｂ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」に設定されている。

各第１爪状磁極３１ｂの背面（径方向内側の面）と第２コアベース３２ａの外周面との間には、背面補助磁石３４が配置されている。背面補助磁石３４は、その軸直交方向断面が略扇形状とされ、第１爪状磁極３１ｂの背面に当接する側が第１爪状磁極３１ｂと同極のＮ極に、第２コアベース３２ａの外周面に当接する側が同第２コアベース３２ａと同極のＳ極となるように磁化されている。

また、各第２爪状磁極３２ｂの背面（径方向内側の面）と第１コアベース３１ａの外周面との間には、第１爪状磁極３１ｂと同様に、背面補助磁石３５が配置されている。背面補助磁石３５は、その軸直交方向断面が扇形状とされ、第２爪状磁極３２ｂの背面に当接する側がＳ極に、第１コアベース３１ａの外周面に当接する側がＮ極となるように磁化されている。

又、図２及び図３に示すように、第１爪状磁極３１ｂと第２爪状磁極３２ｂとの周方向の間には、周方向に磁化された極間磁石３６，３７が配置されている。
また、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、中央にボス部４１ａが形成された円板部４１ｂと、この円板部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と対向する側で、そのボス部４１ａがシャフト２２に外嵌されて固定されている。

そして、エンドハウジング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に出力し、該制御回路Ｓは前記検出信号に基づいて巻線２０に駆動電流を供給する。

ここで、本実施形態におけるボールベアリング２３は、外輪２３ａと内輪２３ｂとボール２３ｃとからなるものであり、それら各構成部材が非磁性体であるステンレス鋼からなる。尚、エンドハウジング側ボールベアリング２４は各構成部材が磁性体である金属材料からなる。

次に、上記のように構成されたブラシレスモータ１１の作用について説明する。
制御回路Ｓから巻線２０に３相の駆動電流が供給されると、ステータ１６にて回転磁界が発生され、ロータ２１が回転駆動される。この際、ホールＩＣ４３と対向するセンサ磁石４２が回転することで、ホールＩＣ４３から出力される検出信号のレベルがロータ２１の回転角度（位置）に応じて切り替わり、その検出信号に基づいて制御回路Ｓから巻線２０に最適なタイミングで切り替わる３相の駆動電流が供給される。これにより、良好に回転磁界が発生され、ロータ２１が良好に連続して回転駆動される。

次に、上記実施形態の特徴的な効果を以下に記載する。
（１）ボールベアリング２３は、非磁性体からなるため、ボールベアリング２３を介した経路（ステータ１６からヨークハウジング１３、ボールベアリング２３、及びシャフト２２を介して第１及び第２ロータコア３１，３２に向かう経路）での漏れ磁束を抑えることができる。その結果、有効磁束を増やすことができ、ひいてはブラシレスモータ１１の高トルク化を図ることができる。

（２）エンドハウジング１４は、非磁性体からなるため、エンドハウジング１４及びエンドハウジング側ボールベアリング２４を介した経路（ステータ１６からエンドハウジング１４、エンドハウジング側ボールベアリング２４、及びシャフト２２を介して第１及び第２ロータコア３１，３２に向かう経路）での漏れ磁束を抑えることができる。そして、エンドハウジング側ボールベアリング２４は一般的な磁性体からなるものとすることで、安価とすることができる。

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、特に言及していないが、シャフト２２においても、例えば、ステンレス鋼等の非磁性体かなるものとしてもよい。このようにすると、より漏れ磁束を抑えることができる。又、シャフト２２は、磁性体である金属材料からなるものとしてもよい。このようにすると、例えば、非磁性体（例えばステンレス鋼等）からなるシャフトに比べて、容易に強度を高くすることができる。

・上記実施形態では、ボールベアリング２３は、各構成部材（外輪２３ａ、内輪２３ｂ、及びボール２３ｃ）が非磁性体（ステンレス鋼）からなるとしたが、ヨークハウジング１３とシャフト２２との間の少なくとも一部が非磁性体からなるものであればよく、構成部材の少なくとも１つが非磁性体からなるものであればよい。例えば、外輪２３ａ、内輪２３ｂ、及びボール２３ｃのいずれか１つのみ非磁性体からなるボールベアリング２３としてもよく、この場合、非磁性体の部材以外の構成部材を一般的な磁性体からなるものとすることで、安価とすることができる。

・上記実施形態では、エンドハウジング１４は非磁性体からなり、エンドハウジング側ボールベアリング２４は磁性体からなるとしたが、これに限定されず、例えば、エンドハウジング１４を磁性体からなるものとしてエンドハウジング側ボールベアリング２４を非磁性体からなるものとしてもよい。

・上記実施形態のボールベアリング２３は、ヨークハウジング１３とシャフト２２との間の少なくとも一部が非磁性体からなる軸受であれば、他の構成の軸受に変更してもよい。

・上記実施形態では、非磁性体であるステンレス鋼からなる軸受（ボールベアリング２３）としたが、合成樹脂材等の他の非磁性体からなる軸受としてもよい。
・上記実施形態の背面補助磁石３４，３５及び極間磁石３６，３７は、図４に示すように、背面磁石部５１と極間磁石部５２とが交互に設けられた環状の極異方性磁石５３に変更してもよい。極異方性磁石５３は、図４中に模式的に矢印で示すように背面磁石部５１の外周面から周方向に隣り合う背面磁石部５１の外周面に亘って配向されることで背面磁石部５１及び極間磁石部５２のそれぞれで漏れ磁束を抑えるように磁化されている。

・上記実施形態におけるシャフト２２と円板磁石３３との間に、図５及び図６に示すように、非磁性体からなるスペーサ部材６１を設けてもよい。この例では、図６に示すように、円板磁石３３の内周（中心孔）とスペーサ部材６１の外周６１ａとは互いに周方向に係合すべく非円形であって正五角形に形成されている。又、スペーサ部材６１の内周（中心孔）は、シャフト２２が圧入可能な円形に形成されている。又、スペーサ部材６１は、この例では合成樹脂材からなるが、ステンレス鋼やアルミ合金等からなるものとしてもよい。

このようにすると、円板磁石３３のがたつきが抑えられ、例えば、駆動時のシャフト２２の振動によって円板磁石３３が破損してしまうことを抑えることができる。特にこの例では、スペーサ部材６１が合成樹脂材からなるため、円板磁石３３に衝撃が伝わり難く、円板磁石３３が破損してしまうことをより抑えることができる。又、スペーサ部材６１を磁性体からなるものとした場合に比べて、スペーサ部材６１を介した経路での漏れ磁束を抑えることができる。

又、円板磁石３３の内周とスペーサ部材６１の外周６１ａとは互いに周方向に係合すべく非円形に形成されるため、スペーサ部材６１に対して円板磁石３３が回転してしまうことを防ぐことができる。よって、例えば、円板磁石３３の破損をより抑えることができる。

円板磁石３３の内周（中心孔）とスペーサ部材６１の外周６１ａとは互いに周方向に係合する他の形状に変更してもよい。例えば、図７（ａ）に示すように、円板磁石３３の内周（中心孔）とスペーサ部材６１の外周６１ｂをＤ字状に形成してもよい。又、例えば、図７（ｂ）に示すように、円板磁石３３の内周（中心孔）とスペーサ部材６１の外周６１ｃを三角形に形成してもよい。又、例えば、図７（ｃ）に示すように、円板磁石３３の内周（中心孔）とスペーサ部材６１の外周６１ｄを四角形に形成してもよい。又、例えば、図７（ｄ）に示すように、円板磁石３３の内周（中心孔）とスペーサ部材６１の外周６１ｅを十角形に形成してもよい。又、円板磁石３３の内周（中心孔）とスペーサ部材６１の外周は、ロータ２１の極数と同じ正多角形（例えば極数が「８」の場合、正八角形）としてもよく、このようにすると、各第１及び第２爪状磁極３１ｂ，３２ｂの磁気バランスを良好（均一）とすることができる。

又、円板磁石３３の内周（中心孔）とスペーサ部材６１の外周とは互いに周方向に係合しない円形としてもよい。又、円板磁石３３とスペーサ部材６１を一体成形（インサート成形）や圧入によって相対回動しないようにしてもよい。

又、スペーサ部材６１は、図８に示すように、第１及び第２ロータコア３１，３２の内側に配置される位置まで軸方向に延出した軸方向延出部６１ｆを有する形状として、第１及び第２ロータコア３１，３２の内周（中心孔）を軸方向延出部６１ｆが圧入可能な形状としてもよい。このようにすると、シャフト２２と第１及び第２ロータコア３１，３２との間にもスペーサ部材６１の軸方向延出部６１ｆが介在されるため、その部分を介した経路での漏れ磁束を抑えることができる。

・上記実施形態及び別例では、背面補助磁石３４，３５や極間磁石３６，３７や極異方性磁石５３が設けられた構成としたが、それらが設けられていないロータとしてもよい。
・上記実施形態では、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１１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「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）前記ヨークハウジングを閉塞するエンドハウジングと、前記エンドハウジングに支持され前記シャフトを回転可能に支持するエンドハウジング側軸受とを備え、前記エンドハウジングは、非磁性体からなり、前記エンドハウジング側軸受は磁性体からなることを特徴とする。

同構成によれば、エンドハウジングは、非磁性体からなるため、エンドハウジング及びエンドハウジング側軸受を介した経路での漏れ磁束を抑えることができる。そして、エンドハウジング側軸受は一般的な磁性体からなるものとすることで、安価にすることができる。

（ロ）前記軸受は、外輪と内輪とボールとからなるボールベアリングであり、前記外輪、前記内輪、及び前記ボールの内のいずれか１つのみ非磁性体からなることを特徴とする。

同構成によれば、軸受は、外輪と内輪とボールとからなるボールベアリングであり、外輪、内輪、及びボールの内のいずれか１つのみ非磁性体からなるため、非磁性体の部材以外の構成部材を一般的な磁性体からなるものとすることで、安価とすることができる。

１３…ヨークハウジング、１６…ステータ、２１…ロータ、２２…シャフト、２３…ボールベアリング（軸受）、３１…第１ロータコア、３１ａ…第１コアベース（コアベース）、３１ｂ…第１爪状磁極（爪状磁極）、３２…第２ロータコア、３２ａ…第２コアベース（コアベース）、３２ｂ…第２爪状磁極（爪状磁極）、３３…円板磁石、６１…スペーサ部材。

Claims (4)

1. ヨークハウジングに支持され、回転磁界を発生するステータと、
   前記ヨークハウジングに支持されたヨークハウジング側軸受と、
   前記ヨークハウジングを閉塞するエンドハウジングに支持されたエンドハウジング側軸受と、
   前記ヨークハウジング側軸受に回転可能に支持されるシャフトと、該シャフトに支持されるそれぞれ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前記第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円板磁石とを有するロータと
   を備え、前記ロータを挟んで軸方向一方側に前記ヨークハウジング側軸受が配置されるとともに軸方向他方側にエンドハウジング側軸受が配置されたモータであって、
   前記ヨークハウジング側軸受における前記ヨークハウジングと前記シャフトとの間の少なくとも一部は、非磁性体からなり、
   前記シャフトの外周と前記円板磁石の内周との間に非磁性体からなるスペーサ部材を備えており、
   軸方向において、前記ヨークハウジング側軸受及び前記エンドハウジング側軸受の両外周端よりも径方向内側に前記円板磁石の一部と前記スペーサ部材が位置するとともに、前記ヨークハウジング側軸受及び前記エンドハウジング側軸受の両外周端よりも径方向外側に前記円板磁石の外周端が位置することを特徴とするモータ。
2. 請求項１に記載のモータにおいて、
   前記シャフトは、非磁性体からなることを特徴とするモータ。
3. 請求項１に記載のモータにおいて、
   前記シャフトは、磁性体からなることを特徴とするモータ。
4. 請求項１乃至３のいずれか１項に記載のモータにおいて、
   前記円板磁石の内周と前記スペーサ部材の外周とは互いに周方向に係合すべく非円形に形成されたことを特徴とするモータ。