JPWO2019123962A1 - ロータおよびモータ - Google Patents

Abstract

コンシクエント型モータのロータであって、上下方向に沿って延びる中心軸を中心として回転するシャフトと、前記シャフトに固定され複数のマグネット収容部を有するロータコアと、前記ロータコアに内包され、前記中心軸周りの周方向に間隔をあけて設けられ、前記マグネット収容部に収容される複数のマグネットと、を備え、前記ロータコアには、周方向において互いに隣り合う前記マグネット同士の間で、前記中心軸を中心とした径方向の外側に突出する突極部が設けられ、前記マグネットの径方向外側には鉄心部が、前記突極部の外周面の曲率半径は、前記鉄心部の外周面の曲率半径よりも小さい。【選択図】図２

Description

本発明は、ロータおよびモータに関する。

モータのロータは、シャフトとともに回転するロータコアと、ロータコアの周方向に複数設けられたマグネットと、を備える。このようなロータにおいて、いわゆるコンシクエント型のロータが知られている。例えば、特許文献１には、周方向で互いに隣り合うマグネットの間に突極が設けられたコンシクエント型のロータが開示されている。このロータは、マグネットを一方の磁極とし、突極を他方の磁極とする。

日本国公開公報第２０１２−２２７９８９号公報

上記のようなコンシクエント型のロータにおいては、周方向に複数設けられたマグネットで、一方の磁極と他方の磁極とを交互に構成する一般的なロータ（以下、このようなロータをフルマグネット型のロータと称する）に比較すると、振動や騒音が増加しやすいという問題がある。コンシクエント型のロータの場合、実極部（マグネットがある磁極）と擬似極部（マグネットがない鉄心のみの磁極）との周方向の幅が同じである場合、擬似極部からステータへ錯交する磁束の磁束密度と、実極部からステータへ錯交する磁束の磁束密度との間に差が生じる。その結果、ロータとステータとの間における径方向の電磁力が、実極部と疑似極部とでばらつき、ロータの回転や発生するトルクなどが一定にならず、振動や騒音が増加する要因となる。

本発明は、上記事情に鑑みて、作動時における振動や騒音を抑えることができるロータおよびモータを提供することを目的の一つとする。

本発明のロータの一つの態様は、コンシクエント型モータのロータであって、上下方向に沿って延びる中心軸を中心として回転するシャフトと、前記シャフトに固定され複数のマグネット収容部を有するロータコアと、前記ロータコアに内包され、前記中心軸周りの周方向に間隔をあけて設けられ、前記マグネット収容部に収容される複数のマグネットと、を備え、前記ロータコアには、周方向において互いに隣り合う前記マグネット同士の間で、前記中心軸を中心とした径方向の外側に突出する突極部が設けられ、前記マグネットの径方向外側には鉄心部が、前記突極部の外周面の曲率半径は、前記鉄心部の外周面の曲率半径よりも小さい。

本発明のモータの一つの態様は、上記のロータと、前記ロータと径方向に隙間を介して対向するステータと、を備える。

本発明の一つの態様によれば、作動時における振動や騒音を抑えることができるロータおよびモータが提供される。

図１は、一実施形態のモータの断面模式図である。 図２は、一実施形態のモータの断面図である。 図３は、一実施形態のロータの断面図である。 図４は、一実施形態のロータにおいて、鉄心部の周方向の幅を、突極部の周方向の幅よりも大きくした場合の、ロータの周方向における磁束密度の変化を示すグラフである。 図５は、一実施形態のロータにおいて、鉄心部の周方向の幅と突極部の周方向の幅とを等しくした場合の、ロータ１３の周方向における磁束密度の変化（分布）を示すグラフである。

図１は、本実施形態のモータ１０の断面模式図である。図１に示すように、モータ（コンシクエント型モータ）１０は、ハウジング１１と、ステータ１２と、上下方向に延びる中心軸Ｊに沿って配置されるシャフト２０を備えるロータ１３と、ベアリングホルダ１４と、ベアリング１５，１６と、を備える。シャフト２０は、ベアリング１５，１６に回転可能に支持される。シャフト２０は、中心軸Ｊに沿った方向に延びる円柱状である。

以下の説明においては、中心軸Ｊに平行な方向を単に「軸方向」又は「上下方向」と呼び、中心軸Ｊを中心とする径方向を単に「径方向」と呼び、中心軸Ｊを中心とする周方向、すなわち、中心軸Ｊの軸周りを単に「周方向」と呼ぶ。さらに、以下の説明において、「平面視」とは、軸方向から視た状態を意味する。以下の図面においては、各構成をわかりやすくするために、実際の構造と各構造における縮尺や数等を異ならせる場合がある。

図２は、本実施形態のモータの断面図である。図２に示すように、ステータ１２は、ロータ１３の径方向外側においてロータ１３と径方向に隙間を介して対向する。ステータ１２は、周方向に間隔をあけて設けられた複数のティース１７と、各ティース１７に巻き回されたコイル１８と、を備える。ティース１７は、ロータ１３と径方向で対向する。コイル１８は、ロータ１３に印加する磁界を発生する。本実施形態において、ティース１７およびコイル１８は、例えば１２個が設けられている。すなわち、本実施形態のモータ１０は、スロット数が１２である。

図３は、本実施形態のロータの断面図である。なお、図３において、シャフト２０の図示を省略する。図２、図３に示すように、ロータ１３は、シャフト２０（図２参照）と、ロータコア３０と、ロータコア３０に内包された複数のマグネット５０と、を備える。

ロータコア３０は、軸方向に延びる柱状である。図示は省略するが、ロータコア３０は、例えば、複数の板部材が軸方向に積層されて構成される。図３に示すように、ロータコア３０は、固定孔部３１と、マグネット収容部３５と、第一突起部（鉄心部）３７と、第二突起部（突極部）３８と、を備える。

固定孔部３１は、ロータコア３０を軸方向に貫通する。固定孔部３１の軸方向に沿って視た形状は、中心軸Ｊを中心とする円形状である。固定孔部３１には、シャフト２０（図２参照）が通される。固定孔部３１の内周面は、シャフト２０の外周面に固定される。これにより、ロータコア３０は、シャフト２０に固定される。

マグネット収容部３５は、マグネット５０を収容する。マグネット収容部３５は、ロータコア３０の外周部に、周方向に間隔をあけて複数設けられる。複数のマグネット収容部３５は、周方向に等間隔に配置される。複数のマグネット収容部３５は、中心軸Ｊから径方向に等距離の位置に配置され、いわゆる同心状に配置される。ロータコア３０に設けられるマグネット収容部３５の数は、例えば５個である。

マグネット収容部３５は、軸方向に延びる。マグネット収容部３５は、ロータコア３０を軸方向に貫通する貫通孔であるが、ロータコア３０の軸方向の一部に形成される有底状の穴であってもよい。マグネット収容部３５は、内側支持面３５ａと、外側支持面３５ｂと、端部支持面３５ｃ，３５ｃと、を備える。内側支持面３５ａは、マグネット収容部３５において径方向内側に設けられる。内側支持面３５ａは、径方向と直交する平坦な面である。外側支持面３５ｂは、内側支持面３５ａに対して径方向に間隔を空けて、内側支持面３５ａと平行に設けられる。外側支持面３５ｂは、径方向と直交する平坦な面である。端部支持面３５ｃ，３５ｃは、内側支持面３５ａの周方向両端から径方向外側に向かって延びる。端部支持面３５ｃは、内側支持面３５ａと外側支持面３５ｂとを結ぶ方向において、内側支持面３５ａ側の一部のみに設けられている。このため、マグネット収容部３５には、端部支持面３５ｃと外側支持面３５ｂとの間に周方向に開口する開口部３５ｄが設けられる。複数のマグネット収容部３５同士の周方向の間隔は、例えば、互いに同じである。複数のマグネット収容部３５の数は、例えば、５つである。

第一突起部３７および第二突起部３８は、ロータコア３０の外周部に設けられる。第一突起部３７は、各マグネット収容部３５に収容されるマグネット５０の径方向外側に配置される。第一突起部３７は、ロータコア３０と同材料からなる。第一突起部３７は、マグネット５０の径方向外側に位置する鉄心部として設けられる。第一突起部３７は、径方向外側に突出している。第一突起部３７は、延出面３７ａ，３７ａと、外周面３７ｂと、を備える。延出面３７ａ，３７ａは、マグネット収容部３５の外側支持面３５ｂの周方向両端から径方向外側に向かって延びる。外周面３７ｂは、周方向両側の延出面３７ａ，３７ａから径方向外側に向かって膨出する。外周面３７ｂは、軸方向から視て、中心軸Ｊを中心とした曲率半径Ｒ１の円弧状である。第一突起部３７は、ロータコア３０の軸方向の一端部から、ロータコア３０の軸方向の他端部まで一様な断面形状で連続して延びる。

マグネット５０の径方向外側の側面５０ｂと、ロータコア３０の外周面、すなわち第一突起部３７の外周面３７ｂとの間の径方向における寸法Ｔ１は、マグネット５０の径方向の厚さＴ２よりも小さい。つまり、鉄心部としての第一突起部３７の径方向の寸法Ｔ１は、マグネット５０の径方向の厚さＴ２よりも小さい。

第二突起部３８は、周方向において互いに隣り合うマグネット５０同士の間に位置する。第二突起部３８は、径方向外側に突出している。第二突起部３８の径方向外側の外周面３８ａは、軸方向から視て、中心軸Ｊよりも径方向外側に設定された点Ｃを中心とした曲率半径Ｒ２の円弧状である。点Ｃは、軸方向から見て、ロータコア３０の中心軸Ｊから、周方向で互いに隣り合うマグネット５０同士の周方向の中心を通る線Ｌ上に配置される。第二突起部３８は、ロータコア３０の軸方向の一端部から、ロータコア３０の軸方向の他端部まで一様な断面で連続して延びる。

本実施形態において、第一突起部３７の周方向の幅Ｗ１は、第二突起部３８の周方向の幅Ｗ２よりも大きい（Ｗ１＞Ｗ２）。第二突起部３８の外周面３８ａの曲率半径Ｒ２は、第一突起部３７の外周面３７ｂの曲率半径Ｒ１よりも小さい（Ｒ１＞Ｒ３）。図２に示すように、径方向において、第二突起部３８とティース１７との間隙の寸法Ｓ２は、第一突起部３７とティース１７との間隙の寸法Ｓ１と同じである（Ｓ１＝Ｓ２）。

ロータコア３０は、凹部３９を備える。凹部３９は、ロータコア３０の外周部に設けられる。凹部３９は、周方向において、第一突起部３７と第二突起部３８との間に設けられる。すなわち、凹部３９は、第二突起部３８の周方向両側に設けられる。凹部３９は、第一突起部３７および第二突起部３８よりも径方向内側に窪む。

ロータコア３０は、固定孔部３１の径方向外側、かつマグネット収容部３５の径方向内側に、複数の孔４０を備える。複数の孔４０は、周方向に等間隔に並ぶ。本実施形態において、ロータコア３０には、１０個の孔４０が設けられる。各孔４０は、軸方向に延び、ロータコア３０を軸方向に貫通する。

マグネット５０は、横断面が径方向を長手方向とする長方形であり、軸方向に延びる略四角柱である。マグネット５０は、マグネット収容部３５に挿入される。これにより、マグネット５０は、ロータコア３０の外周部に内包される。各マグネット５０は、周方向に隣り合う第二突起部３８同士の間に配置される。複数のマグネット５０は、周方向に等間隔に配置される。すなわち、複数のマグネット５０は、中心軸Ｊ周りの周方向に間隔をあけて設けられる。本実施形態において、ロータ１３に設けられるマグネット５０の数は、５個である。

マグネット５０の径方向内側の側面５０ａは、マグネット収容部３５の内側支持面３５ａに接触する。マグネット５０の径方向外側の側面５０ｂは、マグネット収容部３５の外側支持面３５ｂに接触する。マグネット５０の周方向両側の端面５０ｃの一部は、マグネット収容部３５の端部支持面３５ｃに接触する。マグネット５０は、マグネット収容部３５に収容されることで、周方向および径方向に位置決めされる。マグネット５０の周方向両側の端面５０ｃは、端部支持面３５ｃの径方向外側に位置する外周側端面５０ｄを有する。外周側端面５０ｄは、マグネット収容部３５の開口部３５ｄから、凹部３９に露出する。

上記のようにして、本実施形態のロータ１３は、マグネット５０と第二突起部３８とによって構成される磁極を、１０個備える。

図４は、第一突起部３７の周方向の幅Ｗ１を、第二突起部３８の周方向の幅Ｗ２よりも大きくした場合の、ロータ１３の周方向における磁束密度の変化（分布）を示すグラフである。図４に示すように、本実施形態のロータ１３では、マグネット５０が設けられた実極部である第一突起部３７と、マグネット５０が設けられていない擬似極部である第二突起部３８とで、磁束密度が略等しくなっている。

図５は、本実施形態のロータ１３との比較対象として、第一突起部３７の周方向の幅Ｗ１と第二突起部３８の周方向の幅Ｗ２とを等しくした場合における、ロータ１３の周方向における磁束密度の変化（分布）を示すグラフである。図５に示すように、第一突起部３７の周方向の幅Ｗ１と第二突起部３８の周方向の幅Ｗ２とを等しくしたロータ１３では、マグネット５０が設けられた実極部である第一突起部３７と、マグネット５０が設けられていない擬似極部である第二突起部３８とで、磁束密度が異なっている。具体的には、第一突起部３７における磁束密度は、第二突起部３８における磁束密度よりも高くなっている。これは、第二突起部３８側からステータ１２に鎖交する磁束量の方が、第一突起部３７側からステータ１２に鎖交する磁束量より多いことによる。

本実施形態によれば、コンシクエント型のモータ１０のロータ１３において、マグネット５０がロータコア３０に内包され、マグネット５０の径方向外側に設けられた第一突起部３７の周方向の幅Ｗ１は、第二突起部３８の周方向の幅Ｗ２よりも大きい。これにより、第二突起部３８からステータ１２に鎖交する磁束量を減らし、第一突起部３７および第二突起部３８からステータ１２に鎖交する磁束量を均一化することができる。その結果、磁束の不均一によって生じているラジアル力のバラつきを軽減でき、ロータ１３の作動時における低振動、低騒音化を行うことが可能である。したがって、作動時における振動や騒音を抑えることができるロータ１３およびモータ１０が提供される。

本実施形態のロータ１３は、マグネット５０の径方向外側の側面５０ｂと、ロータコア３０の外周面、すなわち、第一突起部３７の外周面３７ｂとの間の径方向における寸法Ｔ１は、マグネット５０の径方向の厚さＴ２よりも小さい。これにより、マグネット５０をマグネット収容部３５内に保持しつつ、よりステータ１２側へ近づけることができる。したがって、磁束がマグネット５０とティース１７との間以外に漏れることが抑制される。

本実施形態によれば、第二突起部３８の周方向両側に、径方向内側に向かって窪む凹部３９が設けられる。これにより、ステータ１２とマグネット５０との間を流れる磁束が拡散しないようにすることができ、磁束の流れをスムーズなものとすることができる。

本実施形態によれば、マグネット５０の少なくとも一部である外周側端面５０ｄは、凹部３９に露出する。これにより、ロータコア３０の一部を介することなく、マグネット５０とステータ１２との間において磁束が直接流れる。その結果、磁束の流れをスムーズなものとすることができる。

本実施形態によれば、マグネット５０は、マグネット収容部３５内に収容される。これにより、ロータ１３が高速回転した際に、マグネット５０が遠心力によってロータコア３０から外れることが防止される。

本実施形態のモータ１０によれば、径方向において、第二突起部３８とティース１７との間隙の寸法Ｓ２は、第一突起部３７とティース１７との間隙の寸法Ｓ１と同じである。これにより、ロータ１３とステータ１２との間における径方向の電磁力（ラジアル力）を、第一突起部３７が設けられている部分と第二突起部３８が設けられている部分とで均一にすることができる。その結果、モータ１０において発生する振動・騒音を低減することが可能となる。

以上に、本発明の一実施形態を説明したが、実施形態における各構成およびそれらの組み合わせ等は一例であり、本発明の趣旨から逸脱しない範囲内で、構成の付加、省略、置換およびその他の変更が可能である。また、本発明は実施形態によって限定されることはない。

例えば、上述した実施形態およびその変形例のロータを備えるモータの用途は、特に限定されない。上述した実施形態およびその変形例のロータを備えるモータは、例えば、電動ポンプ、および電動パワーステアリング等に搭載される。

１０…モータ（コンシクエント型モータ）、１２…ステータ、１３…ロータ、１７…ティース、２０…シャフト、３０…ロータコア、３５…マグネット収容部、３７…第一突起部（鉄心部）、３７ｂ…外周面、３８…第二突起部（突極部）、３８ａ…外周面、３９…凹部、５０…マグネット、Ｊ…中心軸、Ｒ１、Ｒ２…曲率半径、Ｓ１、Ｓ２…間隙の寸法、Ｗ１、Ｗ２…周方向の幅、Ｔ１…寸法、Ｔ２…厚さ

Claims (7)

1. コンシクエント型モータのロータであって、
   上下方向に沿って延びる中心軸を中心として回転するシャフトと、
   前記シャフトに固定され複数のマグネット収容部を有するロータコアと、
   前記ロータコアに内包され、前記中心軸周りの周方向に間隔をあけて設けられ、前記マグネット収容部に収容される複数のマグネットと、を備え、
   前記ロータコアには、周方向において互いに隣り合う前記マグネット同士の間で、前記中心軸を中心とした径方向の外側に突出する突極部が設けられ、
   前記マグネットの径方向外側には鉄心部が、
   前記突極部の外周面の曲率半径は、前記鉄心部の外周面の曲率半径よりも小さい、ロータ。
2. 前記マグネットの径方向外側の側面と前記ロータコアの外周面との間の径方向における寸法は、前記マグネットの径方向の厚さよりも小さい、請求項１に記載のロータ。
3. 前記ロータコアには、前記突極部の周方向両側に位置し、径方向内側に向かって窪む凹部が設けられる、請求項１又は２に記載のロータ。
4. 前記マグネットの少なくとも一部は、前記凹部に露出する、請求項３に記載のロータ。
5. 前記ロータコアは、軸方向に延びるマグネット収容部を有し、前記マグネットの少なくとも一部は、前記マグネット収容部内に収容される、請求項１〜４の何れか一項に記載のロータ。
6. 請求項１〜５の何れか一項に記載のロータと、
   前記ロータと径方向に隙間を介して対向するステータと、を備える、モータ。
7. 前記ステータは、前記ロータと前記径方向で対向するティースを有し、
   前記径方向において、前記突極部と前記ティースとの間隙の寸法は、前記鉄心部と前記ティースとの間隙の寸法と同じである、請求項６に記載のモータ。

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