JP6301662B2 - モータ - Google Patents

Description

本発明は、ケース内にステータとロータとを収容するモータに関するものである。

従来、モータに使用されるロータとして、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、それらの軸方向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知られている（例えば、特許文献１参照）。そして、このようなロータは、巻線を有するステータの内側に回転可能に設けられ、該ステータと共に、有底筒状のヨークハウジング及び該ヨークハウジングの開口部を閉塞する蓋部からなるケース内に収容される。

特開２０１２−１１５０８５公報

ところで、上記のようなモータでは、ロータの軸方向一端面側に磁性体のヨークハウジング（その底部）が位置している。これにより、ロータの界磁磁石からの磁束の一部がヨークハウジングに漏れてしまい、出力特性の悪化を招く虞がある。

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、漏れ磁束を抑え出力特性を向上させることができるモータを提供することにある。

上記課題を解決するモータは、径方向内側に延びる複数のティースを有するステータコア、及び、前記ティースに巻回される巻線を有するステータと、それぞれ略円板状のコアベースの外周部に等間隔に複数の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、互いのコアベースが対向されつつ爪状磁極が周方向に交互に配置された第１及び第２ロータコア、及び、前記コアベース同士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、第１ロータコアの前記爪状磁極を第１の磁極として機能させ、前記第２ロータコアの前記爪状磁極を第２の磁極として機能させる界磁磁石を有し前記ステータの内側に回転可能に設けられるロータとを、有底筒状のヨークハウジング及び該ヨークハウジングの開口部を閉塞する蓋部を有するケース内に収容するモータであって、前記有底筒状のヨークハウジングは、円筒状部と底部とを有しており、前記円筒状部は磁性体部からなり、前記ロータの軸方向両側には、該ロータと軸方向に対向する位置に、前記ヨークハウジングの前記底部と前記ケースの前記蓋部とが設けられており、前記ロータの軸方向一方側に位置する前記底部は非磁性体部からなるとともに、前記ロータの軸方向他方側に位置する前記蓋部は非磁性体よりなる。

同構成によれば、有底筒状のヨークハウジングは、磁性体部と非磁性体部を有するため、磁性体部によりステータの磁路の一部を構成させつつ、非磁性体部によりロータのヨークハウジングへの漏れ磁束を抑えるようにすることが可能となる。よって、出力特性を向上させることができる。

上記モータにおいて、前記ロータの前記界磁磁石の軸方向一方側には、前記非磁性体部からなる前記底部が位置しているとともに、前記ロータの前記界磁磁石の軸方向他方側には、非磁性体よりなる前記蓋部が位置している。

本発明のモータでは、漏れ磁束を抑え出力特性を向上させることができる。

一実施形態におけるブラシレスモータの断面図。 一実施形態におけるブラシレスモータの平面図。 一実施形態におけるロータの斜視図。 一実施形態におけるロータの断面図。 別例におけるブラシレスモータの断面図。 別例におけるブラシレスモータの断面図。 （ａ），（ｂ）は別例におけるヨークハウジングの製造方法を説明するための模式図。

以下、モータの一実施形態を図１〜図４に従って説明する。
図１に示すように、モータとしてのブラシレスモータ１１のケース１２は、略有底円筒状に形成されたヨークハウジング１３と、このヨークハウジング１３の開口部を閉塞する非磁性体である樹脂材よりなる蓋部としてのエンドプレート１４とを有している。

図１に示すように、ヨークハウジング１３の内周面にはステータ１６が固定されている。ステータ１６は、径方向内側に延びる複数のティース１７ａを有するステータコア１７と、ステータコア１７のティース１７ａにインシュレータ１９を介して巻回される巻線２０とを備えている。ステータ１６は、外部の制御回路Ｓから巻線２０に駆動電流が供給されることで回転磁界を発生する。

図２に示すように、本実施形態のステータコア１７は、周方向に１２個のティース１７ａを有している。従って、ティース１７ａ間に形成されるスロット１７ｂの数も１２個とされている。

図２に示すようにティース１７ａは、巻回部１８ａと、巻回部１８ａの径方向内側の端部から周方向両側に突出する突出部１８ｂとを備える。巻回部１８ａには、Ｕ相、Ｖ相、Ｗ相の巻線２０が集中巻にて巻回されている。

図１に示すように、ブラシレスモータ１１のロータ２１は回転軸２２を有し、ステータ１６の内側に配置されている。回転軸２２は非磁性体である金属シャフトであって、ヨークハウジング１３の底部１３ａ及びエンドプレート１４の各中央にそれぞれ支持された軸受２３，２４により軸中心Ｌで回転可能に支持されている。

図３及び図４に示すように、ロータ２１は、前記回転軸２２が圧入されることで互いの軸方向の間隔が保持されつつ回転軸２２に固定される第１及び第２ロータコア３１，３２と、第１ロータコア３１と第２ロータコア３２との軸方向の間に介在される界磁磁石としての環状磁石３３とを備える。更に、ロータ２１は、背面補助磁石３４，３５と、極間磁石３６，３７とを備える。

図３及び図４に示すように、第１ロータコア３１は、略円板状の第１コアベース３１ａの外周部に、等間隔に複数（本実施形態では４つ）の第１爪状磁極３１ｂが径方向外側に突出されるとともに軸方向に延出して形成されている。

図３及び図４に示すように、第２ロータコア３２は、第１ロータコア３１と同形状であって、略円板状の第２コアベース３２ａの外周部に、等間隔に複数の第２爪状磁極３２ｂが径方向外側に突出されるとともに軸方向に延出して形成されている。そして、第１及び第２ロータコア３１，３２は、その中央孔に回転軸２２が圧入されて該回転軸２２に対して圧入固定される。この際、第２ロータコア３２は、各第２爪状磁極３２ｂが周方向に隣り合う第１爪状磁極３１ｂ間に配置されるようにして、且つ第１コアベース３１ａと第２コアベース３２ａとの対向する軸方向の間に環状磁石３３が配置（挟持）されるようにして第１ロータコア３１に対して組み付けられている。

環状磁石３３は、フェライト磁石やネオジム磁石等の磁石であって、中央孔が形成された円環状に形成され、第１爪状磁極３１ｂ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３２ｂ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。即ち、本実施形態のロータ２１は、界磁磁石としての環状磁石３３を用いた所謂ランデル型構造のロータである。ロータ２１は、Ｎ極となる４つの第１爪状磁極３１ｂと、Ｓ極となる４つの第２爪状磁極３２ｂとが周方向に交互に配置されており、極数が８極（極対数が４個）となる。すなわち、本実施形態では、ロータ２１の極数が「８」に設定され、ステータ１６のティース１７ａの数が「１２」に設定されている。

各第１爪状磁極３１ｂの背面３１ｃ（径方向内側の面）と第２コアベース３２ａの外周面３２ｄとの間には、背面補助磁石３４が配置されている。背面補助磁石３４は、その軸直交方向断面が略扇形状とされ、第１爪状磁極３１ｂの背面３１ｃに当接する側が第１爪状磁極３１ｂと同極のＮ極に、第２コアベース３２ａの外周面３２ｄに当接する側が同第２コアベース３２ａと同極のＳ極となるように磁化されている。

また、各第２爪状磁極３２ｂの背面３２ｃと第１コアベース３１ａの外周面３１ｄとの間には、第１爪状磁極３１ｂと同様に、背面補助磁石３５が配置されている。背面補助磁石３５は、その軸直交方向断面が扇形状とされ、背面３２ｃに当接する側がＳ極に、第１コアベース３１ａの外周面３１ｄに当接する側がＮ極となるように磁化されている。背面補助磁石３４，３５としては、例えばフェライト磁石を用いることができる。

図２及び図３に示すように、第１爪状磁極３１ｂと第２爪状磁極３２ｂとの周方向の間には、極間磁石３６，３７が配置されている。
また、図１に示すように、ロータ２１には、略円板状のマグネット固定部材４１を介してセンサ磁石４２が設けられている。詳しくは、マグネット固定部材４１は、中央にボス部４１ａが形成された円板部４１ｂと、この円板部４１ｂの外縁から筒状に延びる筒部４１ｃとを有し、該筒部４１ｃの内周面及び円板部４１ｂの表面に当接するように環状のセンサ磁石４２が固着されている。そして、マグネット固定部材４１は、第１ロータコア３１と近い側で、そのボス部４１ａが回転軸２２に外嵌されて固定されている。

そして、エンドプレート１４において、センサ磁石４２と軸方向に対向する位置には磁気センサとしてのホールＩＣ４３が設けられている。ホールＩＣ４３は、センサ磁石４２に基づくＮ極とＳ極の磁界を感知するとそれぞれＨレベルの検出信号とＬレベルの検出信号とを前記制御回路Ｓに出力し、該制御回路Ｓは前記検出信号に基づいて巻線２０に駆動電流を供給する。

ここで、本実施形態のヨークハウジング１３は、磁性体である鉄よりなる磁性体部５１と非磁性体である非磁性の金属（ステンレス鋼（ＳＵＳ）やアルミ等）よりなる非磁性体部５２とを有している。

詳しくは、本実施形態のヨークハウジング１３は、前記ステータ１６（ステータコア１７）が内嵌される略円筒状の磁性体部５１と、ロータ２１と軸方向に対向する面に設けられるものであって、磁性体部５１の一方の開口部に固定され前記底部１３ａを構成する略円板状の非磁性体部５２とからなる。非磁性体部５２は、その外周縁に磁性体部５１が内嵌可能な縁部５２ａを有し、該縁部５２ａに磁性体部５１の端部が内嵌され該部分が溶接されることにより磁性体部５１と固定されている。

又、非磁性体部５２は、前記ロータ２１の外縁と対向する位置で軸方向のロータ２１側に筒状に延びる筒部５２ｂと、該筒部５２ｂの先端部から径方向内側に延びて前記ロータ２１と軸方向に一定の距離で対向される環状板部５２ｃと、該環状板部５２ｃの内縁からロータ２１と軸方向に離間する側に延びる有底筒状の軸受収容部５２ｄとを有する。この軸受収容部５２ｄには、前記軸受２３が収容保持されることになる。

次に、上記のように構成されたブラシレスモータ１１の作用について説明する。
制御回路Ｓから巻線２０に３相の駆動電流が供給されると、ステータ１６にて回転磁界が発生され、ロータ２１が回転駆動される。この際、ホールＩＣ４３と対向するセンサ磁石４２が回転することで、ホールＩＣ４３から出力される検出信号のレベルがロータ２１の回転角度（位置）に応じて切り替わり、その検出信号に基づいて制御回路Ｓから巻線２０に最適なタイミングで切り替わる３相の駆動電流が供給される。これにより、良好に回転磁界が発生され、ロータ２１が良好に連続して回転駆動される。

次に、上記実施の形態の特徴的な効果を以下に記載する。
（１）有底筒状のヨークハウジング１３は、磁性体部５１と非磁性体部５２を有するため、磁性体部５１によりステータ１６の磁路の一部を構成させつつ、非磁性体部５２によりロータ２１のヨークハウジング１３への漏れ磁束を抑えるようにすることが可能となる。よって、出力特性を向上させることができる。

（２）非磁性体部５２は、ロータ２１と軸方向に対向する面に設けられるため、ロータ２１と軸方向に対向する面であって本実施形態では環状板部５２ｃをロータ２１に近づけてブラシレスモータ１１の小型化を図りながらも、ロータ２１のヨークハウジング１３への漏れ磁束を抑えることができる。

（３）非磁性体部５２は非磁性の金属（ステンレス鋼（ＳＵＳ）やアルミ等）にて構成されるため、該部分の強度を確保することができる。
上記実施形態は、以下のように変更してもよい。

・上記実施形態では、ヨークハウジング１３は、略円筒状の磁性体部５１と、磁性体部５１の一方の開口部に固定されヨークハウジング１３の底部１３ａを構成する略円板状の非磁性体部５２とからなるとしたが、これに限定されず、他の構成に変更してもよい。即ち、磁性体部によりステータ１６の磁路の一部を構成させつつ、非磁性体部によりロータ２１のヨークハウジングへの漏れ磁束を抑えることができれば、他の構成に変更してもよい。

例えば、図５に示すように、変更してもよい。この例のヨークハウジング１３は、全体の形状が上記実施形態と同様でありながら、前記ロータ２１と軸方向に対向する部分のみ、即ち上記実施形態の環状板部５２ｃと対応した部分のみ非磁性体部６１が設けられ、その他の部分は磁性体部６２，６３とされている。

このようにすると、上記実施形態に比べて非磁性体部６１を少なくすることができる。よって、例えば、非磁性体部６１をステンレス鋼（ＳＵＳ）にて構成した場合等、材料費を安価とすることができる。

又、例えば、図６に示すように、変更してもよい。この例のヨークハウジング１３は、全体の形状が上記実施形態と同様でありながら、非磁性体部７１は、前記ロータ２１と軸方向に対向する表面に設けられ、その裏面には磁性体部７２が設けられて部分的に２層構造とされている。尚、この例の非磁性体部７１は、上記実施形態の非磁性体部５２（底部１３ａ）と略対応した部分におけるケース１２内部側全面に設けられている。又、この例（図６参照）のヨークハウジング１３は、図７（ａ）及び図７（ｂ）に模式的に示すように、冷間鍛造により成形されている。即ち、図７（ａ）に示すように、非磁性材料７３と磁性材料７４とを重ねてパンチ７５によりプレスすることで、図７（ｂ）に示すように、非磁性体部７１と磁性体部７２の２層構造のヨークハウジング１３を成形している。

このようにすると、磁性体部７２はロータ２１との間に非磁性体部７１が介在される分、ロータ２１から遠ざかり、ロータ２１のヨークハウジング１３への漏れ磁束を抑えることができる。そして、非磁性体部７１を少なくすることができ、例えば、非磁性体部７１をステンレス鋼（ＳＵＳ）にて構成した場合等、材料費を安価とすることができる。又、例えば、磁性体部７２を薄型化しても、非磁性体部７１との２層構造とされることで、該部分の強度を確保することができる。

・上記実施形態では、非磁性体部５２は非磁性の金属（ステンレス鋼（ＳＵＳ）やアルミ等）にて構成されるとしたが、これに限定されず、非磁性の樹脂材にて構成してもよい。

・上記実施形態では、ロータ２１の極数が「８」に設定され、ステータ１６のティース１７ａの数が「１２」に設定されたブラシレスモータに具体化したが、ロータ２１の極数やステータ１６のティース１７ａの数は変更してもよい。例えば、ロータ２１の極数が「１０」に設定され、ステータ１６のティース１７ａの数が「１２」に設定されたブラシレスモータに具体化してもよい。

・上記実施形態では、ロータ２１は、背面補助磁石３４，３５を備えるとしたが、これに限定されず、背面補助磁石３４，３５を備えていないロータとしてもよい。
・上記実施形態では、ロータ２１は、極間磁石３６，３７を備えるとしたが、これに限定されず、極間磁石３６，３７を備えていないロータとしてもよい。

上記実施形態等から把握できる技術的思想について、以下にその効果とともに記載する。
（イ）前記非磁性体部は、前記ロータと軸方向に対向する部分のみに設けられたことを特徴とする。

同構成によれば、非磁性体部は、ロータと軸方向に対向する部分のみに設けられるため、非磁性体部をできるだけ少なくすることができる。よって、例えば、非磁性体部をステンレス鋼（ＳＵＳ）にて構成した場合等、材料費を安価とすることができる。

（ロ）前記非磁性体部は非磁性の金属にて構成されたことを特徴とする。
同構成によれば、非磁性体部は非磁性の金属（ステンレス鋼（ＳＵＳ）やアルミ等）にて構成されるため、該部分の強度を確保することができる。

１２…ケース、１３…ヨークハウジング、１４…エンドプレート（蓋部）、１６…ステータ、１７…ステータコア、１７ａ…ティース、２０…巻線、２１…ロータ、３１…第１ロータコア、３１ａ…第１コアベース（コアベース）、３１ｂ…第１爪状磁極（爪状磁極）、３２…第２ロータコア、３２ａ…第２コアベース（コアベース）、３２ｂ…第２爪状磁極（爪状磁極）、３３…環状磁石（界磁磁石）、５１，６２，６３，７２…磁性体部、５２，６１，７１…非磁性体部。

Claims (2)

1. 径方向内側に延びる複数のティースを有するステータコア、及び、前記ティースに巻回される巻線を有するステータと、
   それぞれ略円板状のコアベースの外周部に等間隔に複数の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、互いのコアベースが対向されつつ爪状磁極が周方向に交互に配置された第１及び第２ロータコア、及び、前記コアベース同士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、第１ロータコアの前記爪状磁極を第１の磁極として機能させ、前記第２ロータコアの前記爪状磁極を第２の磁極として機能させる界磁磁石を有し前記ステータの内側に回転可能に設けられるロータとを、
   有底筒状のヨークハウジング及び該ヨークハウジングの開口部を閉塞する蓋部を有するケース内に収容するモータであって、
   前記有底筒状のヨークハウジングは、円筒状部と底部とを有しており、
   前記円筒状部は磁性体部からなり、
   前記ロータの軸方向両側には、該ロータと軸方向に対向する位置に、前記ヨークハウジングの前記底部と前記ケースの前記蓋部とが設けられており、
   前記ロータの軸方向一方側に位置する前記底部は非磁性体部からなるとともに、前記ロータの軸方向他方側に位置する前記蓋部は非磁性体よりなることを特徴とするモータ。
2. 請求項１に記載のモータにおいて、
   前記ロータの前記界磁磁石の軸方向一方側には、前記非磁性体部からなる前記底部が位置しているとともに、
   前記ロータの前記界磁磁石の軸方向他方側には、非磁性体よりなる前記蓋部が位置していることを特徴とするモータ。