WO2022107714A1

WO2022107714A1 - モータ

Info

Publication number: WO2022107714A1
Application number: PCT/JP2021/041864
Authority: WO
Inventors: 浩威西野
Original assignee: ミネベアミツミ株式会社
Priority date: 2020-11-19
Filing date: 2021-11-15
Publication date: 2022-05-27
Also published as: JP2022081294A

Abstract

モータ（ＭＴ）は、ロータ（ＲＴ）と、ステータ（ＳＴ）とを有する。前記ロータ（ＲＴ）は、ロータコア（１０）と、前記ロータコア（１０）に取り付けられる磁石（３０）と、前記ロータコア（１０）及び前記磁石（３０）の外周に位置する筒状部材（５０）と、を備える。前記ロータコア（１０）は、径方向に突出する凸部（１１）を有する。前記筒状部材（５０）は、前記凸部（１１）に固定される。

Description

モータ

　本発明は、モータに関する。

　モータや発電機等の回転電機のロータにおいて、ロータコアの外周に複数の磁石を装着した表面磁石型（ＳＰＭ）ロータが多く使用されている。その際、ロータコアに貼り付けられるセグメント磁石の飛散防止のため、磁石が装着されたロータコアをカバーで覆う技術が知られている。

特開２０１６－９２８５８号公報特開２０１３－１８８００５号公報特開２０００－２７０５０３号公報

　しかしながら、ロータコアの外周に磁石を装着する場合、ロータの外径が、それぞれの磁石の厚みに影響される場合がある。この場合、磁石の厚みの誤差により、ロータの真円度精度を担保することが難しくなる。また、複数の磁石を近接して並べると、磁束がロータの外側に設けられるステータコアに向かわずに、隣接する磁石に漏れやすくなる。このような真円度精度の低下や磁束の漏れは、モータに印加される電流に対して発生するトルクの効率低下の原因となる場合がある。

　一つの側面では、効率を向上できるモータを提供することを目的とする。

　一つの態様において、モータは、ロータと、ステータとを有する。前記ロータは、ロータコアと、前記ロータコアに取り付けられる磁石と、前記ロータコア及び前記磁石の外周に位置する筒状部材と、を備える。前記ロータコアは、径方向に突出する凸部を有する。前記筒状部材は、前記凸部に固定される。

　一つの態様によれば、効率を向上できる。

図１は、実施形態にかかるロータの一例を示す斜視図である。図２は、実施形態にかかるロータコアを構成する鋼板の一例を示す平面図である。図３は、実施形態にかかる磁石が取り付けられたロータコアの一例を示す断面図である。図４は、実施形態にかかる円筒部材に挿通されたロータコアの一例を示す断面図である。図５は、実施形態にかかるロータコアの凸部と磁石との位置関係を示す拡大断面図である。図６は、実施形態にかかるステータに挿通されたロータの一例を示す断面図である。図７は、実施形態にかかるロータコアの凸部と空隙との位置関係を示す拡大断面図である。図８は、実施形態にかかるモータにおける磁束の流れを説明する図である。図９は、実施形態にかかるロータコアの円筒部材への圧入工程の一例を示す斜視図である。図１０は、実施形態にかかるロータコアが圧入された円筒部材の一例を示す斜視図である。図１１は、実施形態にかかるロータの一例を示す断面図である。

　以下に、本願の開示するモータの実施形態を図面に基づいて詳細に説明する。なお、図面における各要素の寸法の関係、各要素の比率などは、現実と異なる場合がある。図面の相互間においても、互いの寸法の関係や比率が異なる部分が含まれている場合がある。各図面において、説明を分かりやすくするために、後に説明するモータＭＴにおける軸方向（モータＭＴの回転軸方向）、径方向及び周方向のうち、少なくともいずれかを含む座標系を図示する場合がある。また、以下において、モータＭＴの回転軸方向を、単に「軸方向」と表記する場合がある。

　図１は、実施形態にかかるロータの一例を示す斜視図である。図１に示すように、実施形態におけるロータＲＴは、ロータコア１０と、底板２０と、複数の磁石３０と、円筒部材５０とから形成される。なお、円筒部材５０は、筒状部材の一例である。

　ロータコア１０は、ケイ素鋼板等の軟磁性材料で形成された、複数枚の鋼板のコアを積層することによって得られる、積層構造を有する。図２は、実施形態にかかるロータコアを構成する鋼板の一例を示す平面図である。図２に示すように、ロータコア１０を構成する鋼板の中央部には、シャフト（不図示）を挿通するための孔部１２が設けられる。また、実施形態におけるロータコア１０には、複数の凸部１１ａ乃至１１ｈが周方向に離間して形成される。なお、凸部１１ａ乃至１１ｈを区別せずに表現する場合に、単に凸部１１と表記する場合がある。また、ロータコア１０を構成する各鋼板には、例えば、他の鋼板とカシメにより固定させるためのボス部１３が形成される。なお、ロータコア１０には、回転体のイナーシャを低減するために、肉抜き部１４がさらに形成されていてもよい。

　図１に戻って、底板２０は、例えば非磁性のステンレス鋼などにより形成される、円形の板材である。底板２０の直径は、例えば、円筒部材５０と同一か、又は円筒部材５０よりもやや大きくなるように形成される。底板２０は、積層構造を有するロータコア１０の軸方向における一方側に接合され、円筒部材５０の脱落を抑制する抜け止めとして機能する。なお、底板２０は、底部の一例である。

　磁石３０は、例えばネオジム焼結のセグメント磁石である。実施形態において、磁石３０は、ロータコア１０の各凸部１１の間に、周方向において離間して複数配置される。なお、以下において、複数の磁石３０を区別して表現する場合に、磁石３１乃至３８と表記する場合がある。

　図３は、実施形態にかかる磁石が取り付けられたロータコアの一例を示す断面図である。図３に示すように、例えば、磁石３１は、ロータコア１０の凸部１１ａと凸部１１ｂとの間に配置され、磁石３２は、ロータコア１０の凸部１１ｂと凸部１１ｃとの間に配置される。

　円筒部材５０は、例えば底板２０と同じ非磁性のステンレス鋼等により形成され、ロータコア１０及び磁石３０の径方向における外周面を覆うロータカバーとして機能する。円筒部材５０の軸方向における一方は、底板２０と接する。円筒部材５０の軸方向における一方は、後に説明するように、ロータコア１０が圧入された場合において、ロータコア１０及び磁石３０の軸方向における一方の端部よりも軸方向において外側に位置する。実施形態において、円筒部材５０は、軸方向の両端部のいずれにおいても底面を有さない。

　実施形態において、底板２０及び磁石３０が装着されたロータコア１０は、円筒部材５０に圧入されることにより、ロータＲＴを構成する。図４は、実施形態にかかる円筒部材に挿通されたロータコアの一例を示す断面図である。ロータコア１０が円筒部材５０に圧入される際、円筒部材５０の真円度精度は、円筒部材５０の内側の面と接する部分の寸法、例えば図３に示すロータコア１０の凸部１１（１１ａ）と中心Ｃとの距離Ｈ１に左右される。図４に示す例においては、磁石３０の外周面とロータコア１０の中心Ｃとの距離Ｈ２は、磁石３０の厚みＴと、ロータコア１０の凸部１１を除く部分ＩＣの半径とを合わせた距離となる。

　実施形態においては、図４に示すように、円筒部材５０の内周側の面は、ロータコア１０の各凸部１１ａ乃至１１ｈが接する。また、図４に示す磁石３０の径方向における寸法Ｔは、図５に示す凸部１１の径方向における寸法Ｈａよりも小さい。この場合、ロータＲＴの真円度精度は、磁石３０の外周面とロータコア１０の中心Ｃとの距離Ｈ２には影響されない。

　磁石３０は、設計上の誤差等により、厚みにばらつきが生じる場合がある。この場合において、円筒部材５０の内側の面が磁石３０と接すると、磁石３０の厚みのばらつきにより、円筒部材５０の真円度精度が損なわれる。例えば、ロータコア１０が凸部１１を有さず、ロータコア１０の凸部１１を除く部分ＩＣが真円形状に形成される場合、ロータＲＴの真円度精度は、磁石３０の厚みのばらつきに反比例する。

　一方、実施形態におけるロータコア１０の各凸部１１ａ乃至１１ｈの径方向における寸法のばらつきを抑制することは、磁石３０の厚みのばらつきを抑制することよりも容易である。このため、図３に示すロータコア１０の凸部１１とロータコア１０の中心Ｃとの距離Ｈ１が、ロータコア１０に配置された３０の外周面とロータコア１０の中心Ｃとの距離Ｈ２よりも大きい場合、ロータＲＴの真円度精度を担保することができる。

　図５は、実施形態にかかるロータコアの凸部と磁石との位置関係を示す拡大断面図である。図５は、図４の枠Ｆ１に示す部分を拡大した図である。図５において、凸部１１ａの部分の高さＨａ（距離Ｈ１から、ロータコア１０の凸部１１を除く部分ＩＣの半径を差し引いた高さ）は、凸部１１ｇの部分の高さＨｇ及び凸部１１ｈの部分の高さＨｈと略同一になるように形成される。すなわち、ロータコア１０の凸部１１ｇと中心Ｃとの距離、及びロータコア１０の凸部１１ｈと中心Ｃとの距離は、いずれもロータコア１０の凸部１１ａと中心Ｃとの距離Ｈ１と略同一となる。

　また、図５に示すように、磁石３７の厚みＴｙ、及び磁石３８の厚みＴｘは、いずれも凸部１１ａの高さＨａよりも小さい。すなわち、ロータコア１０は、凸部１１ａ乃至１１ｈが円筒部材５０の内周側の面と接するように、円筒部材５０に圧入される。

　この場合において、磁石３０の高さが低い場合、円筒部材５０は、各凸部１１に引っ張られて変形することにより、内周側の面が磁石３０に接することがある。この場合において、例えば磁石３７の厚みＴｙと、磁石３８の厚みＴｘとにばらつきがあると、円筒部材５０のうち、図５に示す磁石３７に対向する部分５ｙと、磁石３８に対向する部分５ｘとでは、磁石３０と円筒部材５０との隙間の大きさ等に差異が生じる。しかし、円筒部材５０全体としては、高さが略同一である複数の凸部１１ａ乃至１１ｈに円筒部材５０の内周側の面の各部が支持されることにより、真円度精度は担保される。

　図６は、実施形態にかかるステータに挿通されたロータの一例を示す断面図である。図６に示すように、ロータＲＴは、円筒部材５０の外周側の面において、ステータＳＴの内周側の面と対向する。この場合において、磁石３０の厚みのばらつきに伴い、磁石３０とステータＳＴとの隙間等に差異が生じても、ステータＳＴの内周側の面と対向して回転するロータＲＴの外周側の面の真円度精度は担保される。

　また、ロータコア１０の凸部１１は、隣接する磁石３０間での磁束の漏れを抑制する。図６に示すステータＳＴに装着されたロータＲＴにおいて、磁束は矢印Ｍに示すように径方向外側へ向かい、隣接する磁石３１へと向かうことが好ましい。その場合、矢印ＭＭに示すような磁束の漏れが抑制されることが望まれる。

　図７は、実施形態にかかるロータコアの凸部と空隙との位置関係を示す拡大断面図である。図７は、図４の枠Ｆ２に示す部分を拡大した図である。図７に示すように、凸部１１ａは、周方向の一方（図面における左側）にある磁石３８のＮ極と、周方向の他方（図面における右側）にある磁石３７のＳ極との間に位置する。また、凸部１１ａと磁石３７との間には、間隙ＦＢが形成される。

　図７において、矢印ＭＭに示すような磁束の漏れは、凸部１１の径方向全域と磁石３０との間に形成される間隙ＦＢにより遮られる。すなわち、間隙ＦＢは、フラックスバリアとして作用する。この場合において、図８に示すような磁束の流れが形成される。図８は、実施形態にかかるモータにおける磁束の流れを説明する図である。図８において、部分Ｐ１に示す模様は、磁束密度が高い部分を示し、部分Ｐ２に示す模様は、磁束密度が比較的低い、すなわち磁束が小さい部分を示す。図８に示すように、図６の矢印Ｍに示す部分においては磁束密度が高く、図６の矢印ＭＭに示す部分においては、磁束密度が比較的低くなる。このように、実施形態においては、隣接する磁石３０の間での磁束の漏れが抑制されるとともに、ロータの組み立てやすさが向上する。

　図４に戻って、磁石３０が配置されたロータコア１０は、上で述べたように、円筒部材５０に圧入される。図９は、実施形態にかかるロータコアの円筒部材への圧入工程の一例を示す斜視図である。図９に示すように、ロータコア１０は、矢印に示す方向に圧入される。すなわち、ロータコア１０は、軸方向において、底板２０が接合された側とは反対側が円筒部材５０に圧入される。

　図９に示すように、円筒部材５０の軸方向における長さＬ２は、ロータコア１０の軸方向における長さＬ１よりも大きい。この場合、円筒部材５０は、ロータコア１０が圧入され、軸方向における一方の端部が底板２０と接合された状態において、軸方向における他方の端部が、図１０に示すようにロータコア１０の他方の端部よりも延長している。図１０は、実施形態にかかるロータコアが圧入された円筒部材の一例を示す斜視図である。図１０に示すように、ロータコア１０が圧入された円筒部材５０と、ロータコア１０の軸方向における底板２０とは反対側の端部との間には、延長部ＯＨが形成される。図１に示す径方向の内側に突出した突出部であるカシメ部５１は、かかる延長部ＯＨにおいて、磁石３０と軸方向に対向する位置に形成される。

　図１１は、実施形態にかかるロータの一例を示す断面図である。図１１に示すように、カシメ部５１は、例えば、磁石３１の周方向における中央部付近に形成される。すなわち、実施形態において、カシメ部５１は、磁石３０の外周側の面と、円筒部材５０の内周側の面とが接する位置に形成される。また、上で述べたように、円筒部材５０の軸方向における一方の端部は、底板２０に接合される。これにより、磁石３０の軸方向における抜け落ちを防止することができる。

　以上説明したように、実施形態におけるモータＭＴは、ロータＲＴと、ステータＳＴとを有する。ロータＲＴは、ロータコア１０と、ロータコア１０に取り付けられる磁石３０と、ロータコア１０及び磁石３０の外周に位置する筒状部材５０とを備える。ロータコア１０は、径方向に突出する凸部１１を有し、筒状部材５０は、凸部１１に固定される。これにより、モータＭＴの効率を向上できる。

　さて、これまで本発明の実施形態について説明したが、本発明は上述した実施形態以外にも、種々の異なる形態にて実施されてよいものである。例えば、磁石３０が円筒部材５０の内周側の面との間に空隙を有する構成について説明したが、実施の形態はこれに限られない。ロータRTの真円度を低下させないものであれば、例えば、円筒部材５０の内周側の面と磁石３０とが接触するような構成であってもよい。

　また、カシメ部５１は、磁石３０の抜け止めとして作用すれば、磁石３０の周方向における中央部付近以外に対向する位置に形成されてもよい。また、カシメ部５１と磁石３０とは、必ずしも一対一で対応していなくてもよく、例えば１つの磁石３０に対して、複数のカシメ部５１が形成されていたり、周方向に１つおきの磁石３０にカシメ部５１を設けたりしてもよい。すなわち、カシメ部５１を設けた磁石３０の隣に、カシメ部５１を設けない磁石３０を設けたりしてもよい。

　また、上記実施の形態により本発明が限定されるものではない。上述した各構成素を適宜組み合わせて構成したものも本発明に含まれる。また、さらなる効果や変形例は、当業者によって容易に導き出すことができる。よって、本発明のより広範な態様は、上記の実施の形態に限定されるものではなく、様々な変更が可能である。

　１０　ロータコア、１１（１１ａ～１１ｈ）　凸部、１２　孔部、１３　ボス部、１４　肉抜き部、２０　底板、３０（３１～３８）　磁石、５０　円筒部材、５１　カシメ部、ＲＴ　ロータ、ＳＴ　ステータ、ＭＴ　モータ

Claims

　ロータと、ステータとを有し、
　前記ロータは、
　ロータコアと、
　前記ロータコアに取り付けられる磁石と、
　前記ロータコア及び前記磁石の外周に位置する筒状部材と、を備え、
　前記ロータコアは、径方向に突出する凸部を有し、
　前記筒状部材は、前記凸部に固定される、モータ。
　前記凸部の径方向外側端部と前記ロータコアの中心との最大距離は、前記磁石の径方向外側端部と前記ロータコアの中心との最大距離よりも大きい、請求項１に記載のモータ。
　複数の前記磁石を有し、前記凸部は、複数の前記磁石の間に配置される、請求項１又は２に記載のモータ。
　前記凸部と前記磁石との間に空隙を有する、請求項１乃至３のいずれか１つに記載のモータ。
　前記空隙は、前記凸部の径方向全域と前記磁石との間に形成される、請求項４に記載のモータ。
　前記ロータは、前記ロータコアの軸方向における一端部に、底部をさらに備え、
　前記筒状部材の軸方向における一方の端部は、前記底部と接する、請求項１乃至５のいずれか１つに記載のモータ。
　前記筒状部材の軸方向における長さは、前記磁石の軸方向における長さよりも大きく、
　前記筒状部材の他方の端部には、前記磁石と対向する位置に突出部が形成される、請求項６に記載のモータ。