JP5869306B2 - 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の回転位置検出を行う場合、ロータに別途センサ用磁石を配置するため、部品点数の増加の虞がある。
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、部品点数を抑えることができるロータ及び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るとともに前記第１及び第２爪状磁極と同じ極極となるように磁化された補助磁石と、前記第１及び第２爪状磁極の背面に配置されるとともに前記第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の少なくとも一方を１つ以上備え、前記補助磁石は、前記第１及び第２コアベースの少なくとも一方の軸方向端面よりも突出させるように配置される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配置されるとともに第１及び第２爪状磁極と同じ極極となるように磁化された補助磁石と、第１及び第２爪状磁極の背面に配置されるとともに第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の少なくとも一方を１つ以上備える。補助磁石は、第１及び第２コアベースの少なくとも一方の軸方向端面よりも突出させるように配置されるため、例えばこの突出される補助磁石と軸方向において対向する検出センサを配置することで、ロータに別途センサ用磁石を設けることなく、ロータの回転位置検出を行うことが可能となる。これにより、部品点数を抑えることができる。

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、前記補助磁石は、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、前記第１及び第２爪状磁極と同じ極極となるように磁化される極間磁石である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配置され、第１及び第２爪状磁極と同じ極極となるように磁化される極間磁石にてセンサ用磁石を兼用することができる。また、極間磁石を設けることで、各爪状磁極間で発生しうる漏れ磁束を低減させて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に記載のロータにおいて、前記補助磁石は、前記第１及び第２爪状磁極の背面に配置されるとともに前記第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背面磁石であることをその要旨とする。

この発明では、第１及び第２爪状磁極の背面に配置されるとともに前記第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背面磁石にてセンサ用磁石を兼用することができる。また、背面磁石を設けることで、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しうる漏れ磁束を低減させて、モータ出力の向上を図ることができる。

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に備えられる前記補助磁石と対向する検出センサとを備えたことをその要旨とする。
この発明では、部品点数を抑えることができるモータを提供することができる。

従って、上記記載の発明によれば、部品点数を抑えることができるロータ及び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。 同上におけるロータの斜視図。 同上におけるロータの断面図。 別例におけるロータの斜視図。 別例におけるロータの斜視図。 別例におけるロータの斜視図。

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が取着されている。

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と、第１及び第２背面補助磁石２４，２５と、第１及び第２極間磁石２６，２７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２３，２４，２５，２６，２７の磁化方向（Ｓ極からＮ極向き）を示している。

図２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。

図２及び図３に示すように、第２ロータコア２２は、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。このとき、第１爪状磁極２１ｂの一方の周方向端面２１ｃと第２爪状磁極２２ｂの他方の周方向端面２２ｄとが軸方向に沿って平行をなすように形成されるため、各端面２１ｃ，２２ｄ間の間隙が軸方向に沿って略直線状をなすように形成されることとなる。また、第１爪状磁極２１ｂの他方の周方向端面２１ｄと第２爪状磁極２２ｂの一方の周方向端面２２ｃとが軸方向に沿って平行をなすように形成されるため、各端面２１ｄ，２２ｃ間の間隙が軸方向に沿って略直線状をなすように形成されることとなる。

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。

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。また、各第２爪状磁極２２ｂの背面２２ｅには、第１爪状磁極２１ｂと同様に、第２背面補助磁石２５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に当接する側と第１コアベース２１ａの外周面２１ｆに当接する側とがＮ極となるように磁化されている。そして、第２背面補助磁石２５は、第２コアベース２２ａの外周面２２ｆに当接する側と第２爪状磁極２２ｂの背面２２ｅに当接する側とが同第２コアベース２２ａと同極のＳ極となるように磁化されている。

各第１及び第２背面補助磁石２４，２５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。

また、第２背面補助磁石２５は、図３に示すように、第１コアベース２１ａの軸方向外側面２１ｇと第２爪状磁極２２ｂの先端面２２ｈよりも軸方向に突出するように構成される。

また、図２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、第１及び第２極間磁石２６，２７が配置されている。より詳しくは、本実施形態の第１極間磁石２６は、第１爪状磁極２１ｂの一方の周方向端面２１ｄと、第２爪状磁極２２ｂの他方の周方向端面２２ｅとの間に配置されている。そして、もう一方の第２極間磁石２６は、第１爪状磁極２１ｂの他方の周方向端面２１ｅと、第２爪状磁極２２ｂの一方の周方向端面２２ｄとの間に配置されている。各第１及び第２極間磁石２６，２７は、第１及び第２爪状磁極２１ｂ，２２ｂとそれぞれ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。また、第１及び第２極間磁石２６，２７の径方向内側である回転軸１２側には、漏れ磁束防止の空隙Ｋが形成される。

ここで、本実施形態のモータ１には、前記ロータ１１の回転位置を検出するための検出センサＳを備えている。この検出センサＳは、図１及び図３に示す支持部材Ｓｉに支持されるものであり、前記ロータ１１を回転させた際に、第２背面補助磁石２５が通る軌道上と軸方向に対向するように配置されている。そして、検出センサＳは、前記第２背面補助磁石２５の磁気を検出してロータ１１の回転位置を検出するようになっている。また、この検出センサＳは、図示しない制御回路と電気的に接続され、前記ロータ１１の回転位置情報を出力する。このため、制御回路はその回転位置情報に基づいてロータ１１及びモータ１の回転制御が可能となっている。

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。
本実施形態のモータ１のロータ１１は、第２背面補助磁石２５が第１コアベース２１ａの軸方向外側面２１ｇと第２爪状磁極２２ｂの先端面２２ｈよりも軸方向に突出するように構成される。そして、第２背面補助磁石２５の回転軌道上において軸方向に対向する検出センサＳが配置される。このため、検出センサＳによって軸方向に突出される第２背面補助磁石２５をセンサ用マグネットとして検出することが可能となり、ロータ１１の回転位置が検出される。

次に、本実施形態の特徴的な効果を記載する。
（１）第１及び第２爪状磁極２１ｂ，２２ｂの背面に配置されるとともに第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としての第１及び第２背面補助磁石２４，２５を備える。第２背面補助磁石２５は、第１コアベース２１ａの軸方向端面としての軸方向外側面２１ｇよりも突出させるように配置されるため、例えばこの突出される第２背面補助磁石２５と軸方向において対向する検出センサＳを配置することで、ロータ１１に別途センサ用磁石を設けることなく、検出センサＳによりロータ１１の回転位置検出を行うことが可能となる。これにより、部品点数を抑えることができる。

（２）また、第１及び第２極間磁石２６，２７を設けることで、各爪状磁極２１ｂ，２２ｂ間で発生しうる漏れ磁束を低減させてモータ出力の向上を図ることができる。
（３）また、第１及び第２背面補助磁石２４，２５を設けることで、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しうる漏れ磁束を低減させて、モータ出力の向上を図ることができる。

尚、本発明の実施形態は、以下のように変更してもよい。
・上記実施形態では、第２背面補助磁石２５を第１コアベース２１ａの軸方向外側面２１ｇ（ロータコア２１の端面）よりも軸方向に突出するように構成したが、これに限らない。例えば第１背面補助磁石２４を第２コアベース２２ａの軸方向外側面２２ｇよりも軸方向に突出するように構成してもよい。この場合、検出センサＳは、ロータ１１を回転させた際に第１背面補助磁石２４の回転軌道上において軸方向に対向するように配置する。

また、第１及び第２背面補助磁石２４，２５ではなく、図４に示すように第１及び第２極間磁石２６，２７を第１コアベース２１ａの軸方向外側面２１ｇ又は第２コアベース２２ａの軸方向外側面２２ｇよりも突出するように構成してもよい。この場合、検出センサＳは、ロータ１１を回転させた際に第１及び第２極間磁石２６，２７の回転軌道上において軸方向に対向するように配置する。

また、図５に示すように、第２背面補助磁石２５に加えて、第１及び第２極間磁石２６，２７を第１コアベース２１ａの軸方向外側面２１ｇ又は第２コアベース２２ａの軸方向外側面２２ｇよりも突出するように構成してもよい。

また、第１及び第２背面補助磁石２４，２５ではなく、図６に示すように第１及び第２極間磁石２６，２７のいずれか一方を第１コアベース２１ａの軸方向外側面２１ｇ又は第２コアベース２２ａの軸方向外側面２２ｇよりも突出するように構成してもよい。この場合、検出センサＳは、ロータ１１を回転させた際に第１及び第２極間磁石２６，２７の回転軌道上において軸方向に対向するように配置する。

・上記実施形態では、第１及び第２ロータコア２１，２２間に界磁磁石として１つの環状磁石２３を設けたが、これに限らない。例えば、複数に分割した永久磁石を回転軸１２の周囲で対のロータコア２１，２２のコアベース２１ａ，２２ａの軸方向間に配置する構成を採用してもよい。

・上記実施形態では、特に言及していないが、第１及び第２ロータコア２１，２２と電機子コア７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…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、２４…補助磁石としての第１背面補助磁石、２５…補助磁石としての第２背面補助磁石、２６…補助磁石としての第１極間磁石、２７…補助磁石としての第２極間磁石、Ｓ…検出センサ。

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るとともに前記第１及び第２爪状磁極と同じ極極となるように磁化された補助磁石と、前記第１及び第２爪状磁極の背面に配置されるとともに前記第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の少なくとも一方を１つ以上備え、
   前記補助磁石は、前記第１及び第２コアベースの少なくとも一方の軸方向端面よりも突出させるように配置される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、
   前記補助磁石は、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、前記第１及び第２爪状磁極と同じ極極となるように磁化される極間磁石であることを特徴とするロータ。
3. 請求項１に記載のロータにおいて、
   前記補助磁石は、前記第１及び第２爪状磁極の背面に配置されるとともに前記第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背面磁石である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に備えられる前記補助磁石と対向する検出センサとを備えたことを特徴とするモータ。