WO2023032040A1 - モータ - Google Patents

Abstract

モータ（１）は、ヨーク（３０）と、第１マグネット（４１）と、当該第１マグネット（４１）と対向する第２マグネット（４２）と、を有するロータ（２０）と、ステータ（１０）と、を備える。ヨーク（３０）は、孔（３８）と、当該孔（３８）を囲む枠（３９）と、を備える。第１マグネット（４１）は、ヨーク（３０）の孔（３８）内に配置されており、第２マグネット（４２）は、周方向においてヨーク（３０）の枠（３８）に対向する第１の面（４ａ）と、径方向においてステータ（１０）に対向する第２の面（４ｂ）と、を備える。

Description

モータ

　本発明は、モータに関する。

　ロータヨークの表面に、磁束の向きが異なる複数のマグネットを配置する、いわゆるハルバッハ配列のモータが知られている。ハルバッハ配列のモータにおいては、例えばインナーロータ構造のモータにおいて、回転時の遠心力によるマグネットの飛び出しを抑制するために、マグネット保持部材にマグネットを埋め込む技術が知られている。

特開２００７－００６５４５号公報 特開２０１０－２０７０６７号公報 国際公開第２０１４／１１５６５５号

　しかし、ハルバッハ配列のモータにおいて、マグネットからステータ側に流れる磁束の量が低下する場合がある。この場合、モータの出力トルクが低下する。

　一つの側面では、出力トルク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、ヨークと、第１マグネットと、当該第１マグネットと対向する第２マグネットと、を有するロータと、ステータと、を備える。前記ヨークは、孔と、当該孔を囲む枠と、を備える。前記第１マグネットは、前記ヨークの孔内に配置されており、前記第２マグネットは、周方向において前記ヨークの枠に対向する第１の面と、径方向において前記ステータに対向する第２の面と、を備える。

　一つの態様によれば、出力トルクを向上できる。

図１は、実施形態におけるモータの一例を示す斜視図である。 図２は、実施形態におけるモータの一例を示す分解斜視図である。 図３は、実施形態におけるモータの一例を示す拡大斜視図である。 図４は、実施形態におけるモータの一例を示す拡大上面図である。 図５は、実施形態におけるマグネットを取り外したロータの一例を示す拡大斜視図である。 図６は、実施形態におけるロータの一例を示す拡大斜視図である。 図７は、第１の変形例におけるロータの一例を示す拡大上面図である。 図８は、第２の変形例におけるモータの一例を示す斜視図である。 図９は、第２の変形例におけるモータの一例を示す拡大斜視図である。 図１０は、第３の変形例におけるロータの一例を示す拡大上面図である。 図１１は、第４の変形例におけるロータの一例を示す拡大上面図である。

　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、モータの回転軸が延在する方向を軸方向とする座標系を図示する場合がある。

［実施形態］
　まず、実施形態におけるモータについて、図１及び図２を用いて説明する。図１は、実施形態におけるモータの一例を示す斜視図である。図２は、実施形態におけるモータの一例を示す分解斜視図である。図１に示すように、実施形態におけるモータ１は、ステータ１０と、ロータ２０とを備える。実施形態におけるモータ１は、例えば、ステータコアの軸方向における長さに対して、径方向における長さの方が大きい、いわゆる扁平モータである。モータ１は、例えば、図示しないフレームに収容され、図示しない回転軸により、駆動力を外部に伝達する。

　図２に示すように、ステータ１０は、ステータコア１１と、インシュレータ１２と、コイル１３とを備える。ステータコア１１は、例えばケイ素鋼板、電磁鋼板、軟磁性鋼板等の板状の金属部材又は磁性体を軸方向に複数積層することによって形成される。インシュレータ１２は、例えば樹脂等の絶縁体により形成され、ステータコア１１に、軸方向の正方向側及び負方向側から装着される。コイル１３は、インシュレータ１２を介して、ステータコア１１に巻き回される。コイル１３からは、図２に示すように、引出線として、導線の端部１４が同一方向（軸方向の正方向側）に引き出されている。導線の端部１４は、例えばコイル１３の端子として用いられる。

　図１及び図２に示すように、ロータ２０は、径方向において、ステータ１０の内周側に配置される。すなわち、実施形態におけるモータ１は、インナーロータ型のモータである。図２に示すように、ロータ２０は、磁路を形成するヨーク３０と、複数の第１マグネット４１と、複数の第２マグネット４２と、複数の第３マグネット４３とを備える。なお、以下において、第１マグネット４１乃至第３マグネット４３を区別せずに表現する場合に、マグネット４０と表記する場合がある。また、第１マグネット４１を主マグネットと表記し、第２マグネット４２及び第３マグネット４３を、補助マグネットと表記する場合がある。実施形態においては、１つの主マグネット４１に対して、２種類の補助マグネット４２及び４３が配置される。

　ヨーク３０は、例えば鉄で形成された継鉄であり、環状部３６と、孔３８と、孔３８を囲む枠３９とを備える。ヨーク３０は、複数の孔３８と、複数の枠３９を備えている。図２に示すように、環状部３６は、周方向に延在し、複数の枠３９は、例えば、周方向に等間隔に並んで形成される。なお、以下の実施形態及び各変形例において、ヨークの材質は鉄に限らず、その他の磁性体であってもよい。

　第１マグネット４１は、枠３９に囲まれる孔３８内に配置され、第２マグネット４２及び第３マグネット４３は、周方向において、隣接する２つの枠３９の間に配置される。実施形態において、周方向に隣接する２つの枠３９の間には、２つの補助マグネット４２及び４３が配置される。

　実施形態において、第２マグネット４２と第３マグネット４３とは、略同一の形状を備えるが、後に説明するように磁束の向きが異なる。第２マグネット４２と第３マグネット４３とは、図４に示す、第１マグネット４１の周方向の中心とロータ２０の中心とを結ぶ直線Ｌ１を対称の軸として左右対称になるように配置される。図３は、実施形態におけるモータの一例を示す拡大斜視図である。図４は、モータの一例を示す拡大上面図である。図３及び図４は、図１の枠Ｆ１に示す部分を拡大した図である。なお、図４においては、ステータ１０を簡略化して図示している。

　径方向において、図３及び図４に示すステータ１０の内周面１９と、ロータ２０の外周面２９との間には、図４に示すように、周方向に延在する磁気ギャップＧ１が形成される。磁気ギャップＧ１は、ステータ１０とロータ２０の枠３９の第１の壁３１との間に形成される第１の部分と、ステータ１０と第２マグネット４２との間に形成される第２の部分と、ステータ１０と第３マグネット４３との間に形成される第３の部分とを備える。図４に示すように、第１の部分における磁気ギャップの径方向における幅はＷ１であり、第２の部分及び第３の部分における磁気ギャップの径方向における幅はＷ２である。

　図４に示すように、第２マグネット４２は、径方向において、環状部３６の磁気ギャップＧ１側の側面、例えば径方向における外側の側面Ｓ１に隣接する。また、第３マグネット４３も、環状部３６の側面Ｓ１に隣接する。

　ヨーク３０の枠３９は、図５に示すように、第１の壁３１と、第２の壁３２と、第３の壁３３とから形成される。図５は、実施形態におけるマグネットを取り外したロータの一例を示す拡大斜視図である。図５は、図４に示すロータ２０に、第１マグネット４１、第２マグネット４２及び第３マグネット４３が配置される前の状態を示す。

　図５に示すように、実施形態において、第２の壁３２及び第３の壁３３は、環状部３６と径方向において隣接し、径方向に延在する。第１の壁３１は、周方向に延在し、径方向において、第２の壁３２及び第３の壁３３を介して、環状部３６と連結される。孔３８は、かかる第１の壁３１、第２の壁３２及び第３の壁３３を含む枠３９により囲まれる。

　図６に示すように、孔３８に収容される第１マグネット４１は、径方向において、第１の壁３１と、環状部３６との間に位置する。図６は、実施形態におけるロータの一例を示す拡大斜視図である。図６は、図３の枠Ｆ３に示す部分を拡大した図である。

　また、図６に示すように、実施形態において、第１の壁３１の径方向における厚さＴ１は、第２の壁３２の周方向における厚さＴ２よりも大きい。なお、実施形態において、第３の壁３３の周方向における厚さは、第２の壁３２の厚さＴ２と略同一である。すなわち、第１の壁３１の厚さＴ１は、第３の壁３３の周方向における厚さよりも大きい。

　また、図５及び図６に示すように、枠３９において、第１の壁３１と第２の壁３２とが交差する部分には、係合部３４が形成される。同様に、枠３９において、第１の壁３１と第３の壁３３とが交差する部分には、係合部３５が形成される。なお、係合部３５は、他の係合部の一例である。図示の例では、第２マグネット４２の角部（外周部の第１の面４ａと第２の面４ｂとが交差する部分付近）、第３マグネット４３の角部（外周部の第１の面と第２の面とが交差する部分付近）が、それぞれ係合部３４、係合部３５に対する被係合部となっている。係合部３４、３５は突出部として形成されており、係合部３４、３５は第２マグネット４２、第３マグネット４３の角部（外周部）に向かって延在している。係合部３４、３５は第２マグネット４２、第３マグネット４３の角部に対向している。

　図４及び図６に示すように、第２マグネット４２は、第１の面４ａと、第２の面４ｂとを備える。第１の面４ａは、周方向において、ヨーク３０の枠３９と対向する。具体的には、第１の面４ａは、枠３９の第２の壁３２と対向する。例えば、実施形態において、第１の面４ａは、枠３９の第２の壁３２と、周方向において接する。また、第２の面４ｂは、径方向において、ステータ１０と対向する。同様に、第３マグネット４３は、図４に示すように、枠３９の第３の壁３３と対向する第１の面４ｃと、ステータ１０と対向する第２の面４ｄとを備える。より具体的には、第２マグネット４２の第２の面４ｂは、径方向において、磁気ギャップＧ１を介して、ステータ１０と直接対向し、第３マグネット４３の第２の面４ｄは、径方向において、磁気ギャップＧ１を介して、ステータ１０と直接対向する。

　実施形態において、第２マグネット４２及び第３マグネット４３は、第１マグネット４１と対向する。周方向において、第１マグネット４１と第２マグネット４２の第１の面４ａとの間には、第２の壁３２があり、第１マグネット４１と第３マグネット４３の第１の面４ｃとの間には、第３の壁３３がある。例えば、図４及び図６に示すように、第２マグネット４２は、第１マグネット４１と、第２の壁３２を挟んで、周方向において対向する。また、図４に示すように、第３マグネット４３は、第１マグネット４１と、第３の壁３３を挟んで、周方向において対向する。

　図４に戻って、第１マグネット４１の磁束は、矢印Ｍ１が示す方向、例えば径方向外側（ステータ１０側）に向かう。実施形態において、第１の壁３１は、第１マグネット４１に対して、第１マグネット４１の磁束が向く方向Ｍ１に位置する。具体的には、第１の壁３１は、第１マグネット４１の径方向外側に配置される。かかる構成によれば、第１マグネット４１が、ロータ２０の回転時の遠心力や磁石の反発力により、ロータ２０から飛び出すことが抑制される。

　また、第２マグネット４２の磁束は、第１マグネットの磁束の方向Ｍ１よりも、周方向に傾斜した方向Ｍ２を向く。同様に、第３マグネット４３の磁束の方向Ｍ３は、第１マグネット４１の磁束の方向Ｍ１よりも、周方向に傾斜した方向であって、第２マグネットの磁束の方向Ｍ２とは異なる方向Ｍ３を向く。

　さらに、第２マグネット４２は、係合部３４に係合し、第３マグネット４３は、係合部３５に係合する。より具体的には、図４及び図６に示すように、係合部３４は、第２マグネット４２の磁束の方向Ｍ２に応じて配置される。また、係合部３５は、第３マグネット４３の磁束の方向Ｍ３に応じて配置される。実施形態において、係合部３４は、第２マグネットの径方向外側に配置され、係合部３５は第３マグネットの径方向外側に配置される。かかる構成によれば、第２マグネット４２及び第３マグネット４３が、ロータ２０の回転時の遠心力や磁石の反発力により、ロータ２０から飛び出すことが抑制される。

　また、第２マグネット４２及び第３マグネット４３の径方向外側の面である第２の面４ｂ及び４ｄに、それぞれ磁性体が配置されない。言い換えると、第２マグネット４２と第３マグネット４３との径方向外側には、ヨーク３０が配置されていない。第２マグネット４２及び第３マグネット４３は、それぞれ、径方向において、ステータ１０と直接対向している。これにより、第２マグネット４２及び第３マグネット４３の磁束がステータ１０に流れやすくなり、また、第２マグネット４２と第３マグネット４３との間で磁束が循環することを抑制する。

　また、図４及び図６に示すように、ヨーク３０の第１の壁３１の厚さＴ１を大きくすることにより、第１マグネットの径方向外側の面は、第２マグネット４２の第２の面４ｂおよび第３マグネット４３の第２の面４ｄよりも径方向内側に位置する。これにより、第２マグネット４２及び第３マグネット４３による磁束の循環が抑制されることで、ステータ１０へ流れる磁束が増加する。また、第２の壁３２及び第３の壁３３の周方向における厚さを薄くすることで、第２の壁３２および第３の壁３３が磁気飽和することにより、第２マグネット４２及び第３マグネット４３による磁束の循環が抑制され、ステータ１０へ流れる磁束がより増加する。

　以上説明したように、実施形態におけるモータ１は、ヨーク３０と、第１マグネット４１と、第１マグネット４１に隣接する第２マグネット４２と、を有するロータ２０と、ステータ１０と、を備える。ヨーク３０は、孔３８と、孔３８を囲む枠３９と、を備える。第１マグネット４１は、ヨーク３０の孔３８内に配置されており、第２マグネット４２は、周方向においてヨーク３０の枠３９に対向する第１の面４ａと、径方向においてステータ１０に対向する第２の面４ｂと、を備える。かかる構成によれば、マグネット４１乃至４３からステータ１０へ流れる磁束が増加することで、出力トルクを向上できる。

　［変形例］
　以上、実施形態における構成について説明したが、実施形態はこれに限られない。例えば、２種類の補助マグネット４２及び４３を備える構成について説明したが、これに限られず、図７に示すように補助マグネットを１種類だけ含む構成であってもよい。また、実施形態の枠３９における、第１の壁３１の厚さと第２の壁３２及び第３の壁３３の厚さとの関係は、図６に示すものに限られない。図７は、第１の変形例におけるロータの一例を示す拡大上面図である。なお、以下の各変形例において、先に説明した図面に示す部位と同一の部位には同一の符号を付し、重複する説明は省略する。

　図７に示すように、第１の変形例におけるロータ５０において、枠５９を形成する第１の壁５１の径方向における厚さＴ４は、図６に示す、実施形態における第１の壁３１の径方向における厚さＴ１よりも小さい。なお、この場合においても、第１の壁５１の厚さＴ４は、第２の壁５２及び第３の壁５３の周方向における厚さＴ５よりも大きいことが好ましい。

　また、図７に示すように、第１の変形例において、枠５９に囲まれる孔５８には、実施形態における第１マグネット４１とは形状が異なる、第１マグネット６１が配置される。また、第１の変形例において、第１マグネット６１は、周方向において、２つの第２マグネット６２に囲まれる。第１の変形例において、２つの第２マグネット６２は、略同一の形状を備える。また、２つの第２マグネット６２の磁束の方向Ｍ８及びＭ９は、それぞれ反対の方向を向く。

　図７に示すような第１マグネット６１と第２マグネット６２とを有する構成の場合、製造が容易である。一方、図４に示すような第１マグネット４１と第２マグネット４２と第３マグネット４３とを有する構成の場合、減磁の影響を小さくすることができる。また、第１マグネット６１を大きくすることにより、第１マグネット６１からステータ１０へ流れる磁束を大きくすることができる。

　また、実施形態におけるモータ１はインナーロータ型のモータであるが、これに限られず、例えば図８に示すようなアウターロータ型のモータであってもよい。図８は、第２の変形例におけるモータの一例を示す斜視図である。図９は、第２の変形例におけるモータの一例を示す拡大斜視図である。図９は、図８の枠Ｆ３に示す部分を拡大した図である。

　図８に示すように、第２の変形例におけるモータ２において、ロータ８０は、ステータ７０よりも、径方向において外側に配置される。また、図９に示すように、アウターロータ型のモータ２においては、ロータ８０の環状部８６が、径方向において、マグネット４０よりも外側に位置する。例えば、第１マグネット４１は、第１の壁８１と、第２の壁８２と、第３の壁８３とから形成される枠８９内に配置される。

　この場合においては、遠心力によるマグネット４０の飛び出しの可能性は小さいが、実施形態と同様に、第１の壁８１の径方向における厚さを、第２の壁８２及び第３の壁８３の周方向における厚さよりも厚くするとともに、ロータ８０に係合部８４及び８５を設けることで、磁束の量を向上させることができる。

　なお、第２の変形例におけるモータ２も、実施形態におけるモータ１と同様に、扁平モータであるが、これに限られず、インナーロータ型及びアウターロータ型のいずれにおいても、軸方向におけるモータの長さが、径方向における長さより大きくてもよい。

　さらに、実施形態においては、孔３８の形状と、第１マグネット４１の形状とが、いずれも略矩形状である構成を説明したが、実施の形態はこれに限られない。例えば、孔及びマグネットが、曲線形状を含むように形成されてもよい。また、図１０及び図１１に示すように、曲線形状を含む孔に、矩形状のマグネットが収容されていてもよく、また矩形状に形成された孔に、曲線形状を含むマグネットが収容されていてもよい。図１０は、第３の変形例におけるロータの一例を示す拡大上面図である。図１１は、第４の変形例におけるロータの一例を示す拡大上面図である。

　図１０に示すように、第３の変形例におけるロータ９０において、第１の壁９１、第２の壁９２及び第３の壁９３から形成される枠９９に囲まれる孔９８は、径方向外側の面が弧状に湾曲した形状を備える。また、第３の変形例における孔９８には、実施形態と同様に、第１マグネット４１が配置される。

　図１１に示すように、第４の変形例においては、第１の変形例と同様のロータ５０の孔５８に、第１マグネット６９が配置される。第１マグネット６９は、径方向外側の面及び径方向内側の面の双方が、弧状に湾曲している点において、実施形態における第１マグネット４１及び第１の変形例における第１マグネット６１とは異なる。

　以上説明したように、ロータの枠、及び第１マグネットは、径方向における外側の面と内側の面とが互いに異なる形状であってもよく、略同一の形状であってもよい。また、ロータの枠の径方向外側の面の形状と径方向内側の面の形状とは、図１０に示すように互いに異なってもよく、略同一であってもよい。第１マグネットも同様に、径方向外側の面の形状と径方向内側の面の形状とは、互いに異なってもよく、図１１に示すように略同一であってもよい。

　以上、本発明を実施形態及び各変形例に基づき説明したが、本発明は実施形態及び各変形例に限定されるものではなく、本発明の要旨を逸脱しない範囲での種々の変更が可能であることも言うまでもない。そのような要旨を逸脱しない範囲での種々の変更を行ったものも本発明の技術的範囲に含まれるものであり、そのことは、当業者にとって特許請求の範囲の記載から明らかである。

　１，２　モータ、１０，７０　ステータ、１１　ステータコア、１２　インシュレータ、１３　コイル、１４　導線の端部、２０，５０，８０，９０　ロータ、３０　ヨーク、３１，５１，８１，９１　第１の壁、３２，５２，８２，９２　第２の壁、３３，５３，８３，９３　第３の壁、３４，３５，８４，８５　リブ（係合部）、３６，８６　環状部、３８，５８，９８　孔、３９，５９，８９，９９　枠、４１，６１，６９　第１マグネット、４２，６２　第２マグネット、４３　第３マグネット、Ｇ１　磁気ギャップ

Claims (12)

1. 　ヨークと、第１マグネットと、当該第１マグネットと対向する第２マグネットと、を有するロータと、
   　ステータと、
   　を備え、
   　前記ヨークは、孔と、当該孔を囲む枠と、を備え、
   　前記第１マグネットは、前記ヨークの孔内に配置されており、
   　前記第２マグネットは、周方向において前記ヨークの枠に対向する第１の面と、径方向において前記ステータに対向する第２の面と、を備える、
   　モータ。
2. 　前記枠は、第１の壁と、第２の壁及び第３の壁とを備え、
   　前記ヨークは、径方向において前記第２の壁及び前記第３の壁に隣接する環状部を備え、
   　前記第１マグネットは、径方向において、前記第１の壁と前記環状部との間にある、
   　請求項１に記載のモータ。
3. 　径方向における前記第１の壁の幅は、周方向における前記第２の壁又は前記第３の壁の幅に対して大きい、請求項２に記載のモータ。
4. 　周方向において、前記第１マグネットと前記第２マグネットの前記第１の面との間には、前記第２の壁がある、請求項２又は３に記載のモータ。
5. 　周方向に延在する磁気ギャップを備え、
   　前記磁気ギャップの第１の部分は、径方向において、前記第１の壁と前記ステータとで形成され、
   　前記磁気ギャップの第２の部分は、径方向において、前記第２マグネットの前記第２の面と前記ステータとで形成され、
   　前記第２マグネットは、径方向において、前記環状部の前記磁気ギャップ側の側面に接触する、
   　請求項２乃至４のいずれか１つに記載のモータ。
6. 　前記第２の壁と前記第１の壁とが交差する部分に係合部が設けられており、
   　前記係合部に前記第２マグネットが係合している、
   　請求項２乃至５のいずれか１つに記載のモータ。
7. 　前記第１マグネットの磁束の向きは、径方向を向き、
   　前記第２マグネットの磁束の向きは、前記第１マグネットの磁束の向きよりも、周方向に傾斜した方向を向く、請求項２乃至６のいずれか１つに記載のモータ。
8. 　前記ロータは、前記第１マグネットと対向する第３マグネットを備え、
   　前記第３マグネットは、周方向において前記ヨークの枠に対向する第１の面と、径方向において前記ステータに対向する第２の面と、を備える、
   　請求項２乃至７のいずれか１つに記載のモータ。
9. 　周方向において、前記第２マグネットと前記第３マグネットとの間に前記第１マグネットはあり、前記第１マグネットと前記第３マグネットの前記第１の面との間には、前記第３の壁がある、請求項８に記載のモータ。
10. 　周方向に延在する磁気ギャップを備え、
    　前記磁気ギャップの第３の部分は、径方向において、前記第３マグネットの前記第２の面と前記ステータとで形成され、
    　前記第３マグネットは、前記環状部の前記磁気ギャップ側の側面に接触している、
    　請求項８又は９に記載のモータ。
11. 　前記第３の壁と前記第１の壁とが交差する部分に、他の係合部が設けられており、
    　前記他の係合部に前記第３マグネットが係合している、
    　請求項８乃至１０のいずれか１つに記載のモータ。
12. 　前記第１マグネットの磁束の向きは、径方向を向き、
    　前記第３マグネットの磁束の向きは、前記第１マグネットの磁束の向きよりも、周方向に傾斜した方向であって、前記第２マグネットの磁束の向きとは異なる方向を向く、請求項８乃至１１のいずれか１つに記載のモータ。

Images