JP5840919B2 - 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。

モータに使用されるロータとしては、周方向に複数の爪状磁極をそれぞれ有して組み合わされるロータコアを備え、それらの間に界磁磁石を配置して各爪状磁極を交互に異なる磁極に機能させる所謂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）。

実開平５−４３７４９号公報

ところで、上記のようなロータを採用したモータでは、出力の向上が望まれる一方で、必要となる部品点数を少なく抑えたいという要望がある。
本発明は、上記課題を解決するためになされたものであって、その目的は、部品点数の増加を抑えつつ、モータの高出力化に寄与できるロータ、及びそのロータを備えたモータを提供することにある。

上記課題を解決するために、請求項１に記載の発明は、略円盤状の第１コアベースの外周部に、等間隔に複数の第１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た第１ロータコアと、略円盤状の第２コアベースの外周部に、等間隔に複数の第２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、前記各第２爪状磁極がそれぞれ対応する前記第１ロータコアの各第１爪状磁極間に配置された第２ロータコアと、前記第１コアベースと第２コアベースと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爪状磁極を第１の磁極として機能させ、前記第２爪状磁極を第２の磁極として機能させる界磁磁石とを備えたロータであって、前記第１爪状磁極と前記第２爪状磁極との周方向の間に配置され、各爪状磁極と同極性が対向するように磁化された極間磁石が、前記第１及び第２爪状磁極を合わせた磁極数より少ない数で規則的に配置されて構成されており、前記極間磁石の数が前記第１及び第２爪状磁極を合わせた磁極数の半分で構成され、極対数が偶数で構成されるものであり、前記第１及び第２爪状磁極のどちらか一方の磁極に着目したとき、前記極間磁石が両側に配置される磁極と、前記極間磁石が両側に配置されない磁極とが同数となるように構成されたことをその要旨とする。

この発明では、第１爪状磁極と第２爪状磁極との周方向の間に、各爪状磁極と同極性が対向するように磁化された極間磁石が、磁極数より少ない数で規則的に配置されて構成される。極間磁石を配置したことにより各爪状磁極間で発生する漏れ磁束が低減するとともに、その極間磁石を規則的な配置とすることでロータの磁気的バランスが改善されコギングトルクが低減することが期待できる。つまり、極間磁石を適切な位置に配置することで部品点数の増加を抑えつつ、少ない極間磁石で効果的にモータ出力の向上を図ることができる。また、少ない極間磁石を適切に配置することにより、ロータの多極化にともなう部品点数の増加が抑えられる。これにより、ロータの組付け性を向上させ製造コストの低減を図ることができる。

この発明では、極間磁石の数が第１及び第２爪状磁極を合わせた磁極数の半分で構成されているため、第１及び第２爪状磁極の周方向間に極間磁石を容易に規則的に配置することができる。

この発明では、極対数が偶数で構成されたロータに対して、極間磁石が周方向両側に配置される磁極と、極間磁石が両側に配置されない磁極とが同数となるように構成することで容易に規則的に配置することができ、部品点数の増加を抑えつつ、少ない極間磁石で効果的にモータ出力の向上を図ることができる。

請求項２に記載の発明は、請求項１に記載のロータにおいて、前記極間磁石が両側に配置される磁極と、前記極間磁石が両側に配置されない磁極とが交互に配置されて構成されたことをその要旨とする。

この発明では、部品点数の増加を抑えつつ、少ない極間磁石で効果的にモータ出力の向上を図ることができる。
請求項３に記載の発明は、請求項１又は２に記載のロータにおいて、前記第１及び第２爪状磁極の径方向内側の面に配置され、前記第１及び第２の磁極と同極性が径方向外側となるように磁化された補助磁石を備えたことをその要旨とする。

この発明では、第１及び第２爪状磁極の径方向内側の面に、第１及び第２の磁極と同極性が径方向外側となるように磁化された補助磁石が配置されることで、第１及び第２爪状磁極のそれぞれと界磁磁石との間で発生する漏れ磁束が低減され、モータの一層の高出力化に寄与することができる。

請求項４に記載の発明は、請求項１〜３のいずれか一項に記載のロータを備えたモータである。
この発明では、部品点数の増加を抑えつつ、少ない極間磁石で効果的に出力の向上を図ったモータを提供することができる。

本発明によれば、部品点数の増加を抑えつつ、モータの高出力化に寄与できるロータ、及びそのロータを備えたモータを提供することができる。

実施形態におけるモータの断面図。 （ａ）（ｂ）は実施形態におけるロータの斜視図。 実施形態におけるロータの断面図。 ロータの平面図。 （ａ）（ｂ）は別例のロータの平面図。

以下、本発明を具体化した一実施形態を図面に従って説明する。
図１に示すように、モータ１のモータケース２は、有底筒状に形成された筒状ハウジング３と、該筒状ハウジング３のフロント側（図１中、左側）の開口部を閉塞するフロントエンドプレート４とを有している。また、筒状ハウジング３のリア側（図１中、右側）の端部には、回路基板等の電源回路を収容した回路収容ボックス５が取り付けられている。筒状ハウジング３の内周面にはステータ６が固定されている。ステータ６は、径方向内側に延びる複数のティースを有する電機子コア７と、電機子コア７のティースに巻装されたセグメントコンダクタ（ＳＣ）巻線８とを有する。モータ１のロータ１１は回転軸１２を有し、ステータ６の内側に配置されている。回転軸１２は非磁性体の金属シャフトであって、筒状ハウジング３の底部３ａ及びフロントエンドプレート４に支持された軸受１３，１４により回転可能に支持されている。

ロータ１１は、図２及び図３に示すように、第１及び第２ロータコア２１，２２と、界磁磁石としての環状磁石２３（図３参照）と、第１及び第２背面補助磁石２４，２５と、極間磁石２６とを備える。尚、図２及び図３中の実線で示す矢印は各磁石２３，２４，２５，２６の磁化方向（Ｓ極からＮ極向き）を示している。

図２（ａ）に示すように、第１ロータコア２１は、略円盤状の第１コアベース２１ａの外周部に、等間隔に複数（本実施形態では５つ）の第１爪状磁極２１ｂ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１爪状磁極２１ｂの周方向端面２１ｃ，２１ｄは径方向に延びる（軸方向から見て径方向に対して傾斜していない）平坦面とされ、第１爪状磁極２１ｂは軸直交方向断面が扇形状とされている。各第１爪状磁極２１ｂの周方向の角度、即ち前記周方向端面２１ｃ，２１ｄ間の角度は、周方向に隣り合う第１爪状磁極２１ｂ同士の隙間の角度より小さく設定されている。

第２ロータコア２２は、図２（ｂ）に示すように、第１ロータコア２１と同形状であって、略円盤状の第２コアベース２２ａの外周部に、等間隔に複数の第２爪状磁極２２ｂ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爪状磁極２２ｂの周方向端面２２ｃ，２２ｄは径方向に延びる平坦面とされ、第２爪状磁極２２ｂは軸直交方向断面が扇形状とされている。各第２爪状磁極２２ｂの周方向の角度、即ち前記周方向端面２２ｃ，２２ｄ間の角度は、周方向に隣り合う第２爪状磁極２２ｂ同士の隙間の角度より小さく設定されている。そして、第２ロータコア２２は、前記各第２爪状磁極２２ｂがそれぞれ対応する各第１爪状磁極２１ｂ間に配置されるようにして、第１コアベース２１ａと第２コアベース２２ａとの軸方向の間に環状磁石２３（図３参照）が配置（挟持）されるようにして第１ロータコア２１に対して組み付けられる。

図３に示すように、環状磁石２３は、その外径が第１及び第２コアベース２１ａ，２２ａの外径と同じに設定され、第１爪状磁極２１ｂ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２２ｂ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。従って、本実施形態のロータ１１は、界磁磁石として環状磁石２３を用いた所謂ランデル型構造のロータである。ロータ１１は、Ｎ極となる第１爪状磁極２１ｂと、Ｓ極となる第２爪状磁極２２ｂとが周方向に交互に配置されており、磁極数が１０極（極対数が５個）となる。

各第１爪状磁極２１ｂの背面２１ｅ（径方向内側の面）と第２コアベース２２ａの外周面２２ｆとの間には、第１背面補助磁石２４が配置されている。第１背面補助磁石２４は、その軸直交方向断面が扇形状とされ、第１爪状磁極２１ｂの背面２１ｅに当接する側が第１爪状磁極２１ｂと同極のＮ極に、第２コアベース２２ａの外周面２２ｆに当接する側が第２コアベース２２ａと同極のＳ極となるように径方向に磁化されている。

また、各第２爪状磁極２２ｂの背面２２ｅと第１コアベース２１ａの外周面２１ｆとの間には、第２背面補助磁石２５が配置されている。第２背面補助磁石２５は、その軸直交方向断面が扇形状とされ、背面２２ｅに当接する側が第２爪状磁極２２ｂと同極のＳ極に、外周面２１ｆに当接する側が第１コアベース２１ａと同極のＮ極となるように径方向に磁化されている。

第１背面補助磁石２４と第２背面補助磁石２５とは、環状磁石２３が配置されるロータ１１の軸方向位置で互いに軸方向に重なるように、言い換えると、ロータ１１の両面から環状磁石２３が配置される軸方向位置に達するまで配置されるように軸方向の長さが設定されている。このような構成のロータ１１では、軸方向において第１コアベース２１ａを含む部分では、第２背面補助磁石２５が配置された第２爪状磁極２２ｂと、第１爪状磁極２１ｂとが周方向に交互に配置された構造となる。また、軸方向において環状磁石２３を含む部分では、第１及び第２背面補助磁石２４，２５によって、通常の（周方向に交互に異なる磁極の永久磁石が配置された）ロータと同様の構造となる。また、軸方向において第２コアベース２２ａを含む部分では、第１背面補助磁石２４が配置された第１爪状磁極２１ｂと、第２爪状磁極２２ｂとが周方向に交互に配置された構造となる。

図２及び図４に示すように、第１爪状磁極２１ｂと第２爪状磁極２２ｂとの周方向の間には、極間磁石２６が配置されている。詳述すると、極間磁石２６は、第１及び第２爪状磁極２１ｂ，２２ｂの片側にのみ配置されており、第１爪状磁極２１ｂの一方（反時計回り方向側）の周方向端面２１ｄと前記第１背面補助磁石２４の周方向端面とで形成される平坦面と、第２爪状磁極２２ｂの他方（時計回り方向側）の周方向端面２２ｃと前記第２背面補助磁石２５の周方向端面とで形成される平坦面との間に嵌合され固定されている。極間磁石２６は、爪状磁極２１ｂ，２２ｂのそれぞれと同極性が対向するように（第１爪状磁極２１ｂ側がＮ極で、第２爪状磁極２２ｂ側がＳ極となるように）周方向に磁化されている。極間磁石２６の径方向内側端面２６ａと、第１及び第２コアベース２１ａ，２２ａの外周面２１ｆ，２２ｆとの間には、空隙Ｋが形成されている。尚、第１爪状磁極２１ｂの他方（時計回り方向側）の周方向端面２１ｃと第２爪状磁極２２ｂの一方（反時計回り方向側）の周方向端面２２ｄとの間は空隙となっている。

上記のように構成されたモータ１は、回路収容ボックス５内の電源回路を介してセグメントコンダクタ（ＳＣ）巻線８に駆動電流が供給されると、ステータ６でロータ１１を回転させるための磁界が発生され、ロータ１１が回転駆動される。

次に、上記のように構成されたモータ１の作用について説明する。
ロータ１１では、第１及び第２爪状磁極２１ｂ，２２ｂの周方向間に、同極性が対向するように磁化された極間磁石２６が配置されることで、爪状磁極２１ｂ，２２ｂ間での漏れ磁束が低減される。この極間磁石２６は、第１及び第２爪状磁極２１ｂ，２２ｂの片側（周方向端面２１ｄ，２２ｃ側）のみに配置され、その数が磁極数の半分である５個となっている。

ここで、上記したモータ１（ロータ１１）において、例えば第１及び第２爪状磁極２１ｂ，２２ｂの周方向間のすべてに極間磁石２６を（全部で１０個）配置した場合に比べて、一つも配置しない（０個）場合には、モータ１の出力が約４０％低下する。一方で、本実施形態のロータ１１のように、第１及び第２爪状磁極２１ｂ，２２ｂの片側に極間磁石２６を配置した場合には、周方向間すべてに配置した場合に比べてモータ出力の低下が２０％未満に抑えられる。つまり、極間磁石２６を単純に省略する場合に比べて、総数を減らした極間磁石２６を規則的に配置することで、ロータ１１の磁気的バランスが改善されコギングトルクが低減することにより、極間磁石２６の削減にともなう出力の低下（減少率）を抑えることができる。従って、部品点数の増加を抑えつつ、磁極数より少ない極間磁石２６で効果的にモータ１の出力の向上を図ることができる。また、このようなロータ１１は、極間磁石２６の削減による出力の変動の影響が比較的少ない小出力型のモータに適用する場合に特に有効となる。

また、極間磁石２６を周方向間すべてに配置する場合には、極間磁石２６がロータ１１の磁極数だけ必要となるため、多極化にともなって部品点数が増加するだけでなく、組付け作業が煩雑となる。これに対し、本実施形態のロータ１１のように、極間磁石２６の数を減らすことにより、多極化にともなう部品点数の増加が抑えられる。つまり、組付け性を向上させ製造コストの低減を図ることができる。

次に、本実施形態の特徴的な効果を記載する。
（１）本実施形態のロータ１１では、第１爪状磁極２１ｂと第２爪状磁極２２ｂとの周方向の間に、各爪状磁極２１ｂ，２２ｂと同極性が対向するように磁化された極間磁石２６が磁極数より少ない数（５個）で規則的（爪状磁極２１ｂ，２２ｂの片側）に配置されている。極間磁石２６を配置したことにより各爪状磁極２１ｂ，２２ｂ間で発生する漏れ磁束が低減するとともに、その極間磁石２６を規則的な配置とすることでロータ１１の磁気的バランスが改善されコギングトルクが低減する。つまり、極間磁石２６を適切な位置に配置することで部品点数の増加を抑えつつ、少ない極間磁石２６で効果的にモータ１の出力の向上を図ることができる。

また、少ない極間磁石２６を適切に配置することにより、ロータ１１の多極化にともなう部品点数の増加が抑えられる。これにより、ロータ１１の組付け性を向上させ製造コストの低減を図ることができる。

（２）極間磁石２６の数が磁極数の半分となっており、第１及び第２爪状磁極２１ｂ，２２ｂ間に極間磁石２６を容易に規則的に配置することができる。
（３）第１及び第２爪状磁極２１ｂ，２２ｂの背面２１ｅ，２２ｅに、各爪状磁極２１ｂ，２２ｂの磁極と同極性が径方向外側となるように磁化された第１及び第２背面補助磁石２４，２５が配置されている。これにより、各爪状磁極２１ｂ，２２ｂのそれぞれと、環状磁石２３（界磁磁石）との間で発生する漏れ磁束を低減でき、モータ１の一層の高出力化に寄与することができる。

尚、本発明の実施形態は、以下のように変更してもよい。
・上記実施形態において、極間磁石２６の数及び配置する位置は一例であり、適宜変更してもよい。例えば極間磁石２６は、第１爪状磁極２１ｂと第２爪状磁極２２ｂとの周方向間に、少なくとも一つを省略して配置してもよい。尚、この場合、極間磁石２６は、規則的に配置されることが好ましい。

また、上記実施形態では、磁極数が１０極（極対数が５個）、即ち極対数が奇数となるロータ１１を用いたが、例えば図５（ａ）に示す磁極数が８極（極対数が４個）のロータ３１や、図５（ｂ）に示す磁極数が１２極（極対数が６個）のロータ３２のように極対数が偶数のロータ３１，３２を用いてもよい。ロータ３１，３２では、極間磁石２６が周方向両側に配置された第２爪状磁極２２ｂと、極間磁石２６が周方向両側に配置されていない第２爪状磁極２２ｂとが同数（磁極数の半分）に設定され、これらの規則的な配置が容易、この場合、周方向に交互に配置される。これにより、部品点数の増加を抑えつつ、少ない極間磁石２６で効果的にモータ１の出力の向上を図ることができる。尚、極間磁石２６の配置は、周方向一方側や両側に配置された磁極及び配置されていない磁極をそれぞれ組み合わせてもよい。また、このような組み合わせを、極対数が奇数のロータ１１に適用してもよい。

・上記実施形態において、極間磁石２６の形状は一例であり、その形状を適宜変更してもよい。例えば、空隙Ｋに完全に嵌合する形状に形成してもよい。
・上記実施形態において、第１及び第２背面補助磁石２４，２５を省略した構成に変更してもよい。

・上記実施形態では特に言及していないが、ロータ１１及びステータ６は、例えば磁性金属板材の積層や磁性粉体の成形にて構成してもよい。

１…モータ、１１，３１，３２…ロータ、２１…第１ロータコア、２１ａ…第１コアベース、２１ｂ…第１爪状磁極、２１ｅ，２２ｅ…背面、２２…第２ロータコア、２２ａ…第２コアベース、２２ｂ…第２爪状磁極、２３…環状磁石（界磁磁石）、２４…第１背面補助磁石（補助磁石）、２５…第２背面補助磁石（補助磁石）、２６…極間磁石。

Claims (4)

1. 略円盤状の第１コアベースの外周部に、等間隔に複数の第１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た第１ロータコアと、
   略円盤状の第２コアベースの外周部に、等間隔に複数の第２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、前記各第２爪状磁極がそれぞれ対応する前記第１ロータコアの各第１爪状磁極間に配置された第２ロータコアと、
   前記第１コアベースと第２コアベースと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爪状磁極を第１の磁極として機能させ、前記第２爪状磁極を第２の磁極として機能させる界磁磁石と
   を備えたロータであって、
   前記第１爪状磁極と前記第２爪状磁極との周方向の間に配置され、各爪状磁極と同極性が対向するように磁化された極間磁石が、前記第１及び第２爪状磁極を合わせた磁極数より少ない数で規則的に配置されて構成されており、
   前記極間磁石の数が前記第１及び第２爪状磁極を合わせた磁極数の半分で構成され、
   極対数が偶数で構成されるものであり、
   前記第１及び第２爪状磁極のどちらか一方の磁極に着目したとき、前記極間磁石が両側に配置される磁極と、前記極間磁石が両側に配置されない磁極とが同数となるように構成された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、
   前記極間磁石が両側に配置される磁極と、前記極間磁石が両側に配置されない磁極とが交互に配置されて構成された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、
   前記第１及び第２爪状磁極の径方向内側の面に配置され、前記第１及び第２の磁極と同極性が径方向外側となるように磁化された補助磁石を備えたことを特徴とするロータ。
4. 請求項１〜３のいずれか一項に記載のロータを備えたことを特徴とするモータ。