JP6330217B2 - 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。

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）。

また、ランデル型構造のロータにおいては、モータの高出力化を図るために、交互に配置された爪状磁極の間に、磁路を整流するための極間磁石を配置したものも提案されている（例えば特許文献２参照）。このようなモータは、有底筒状のヨークハウジングとこのヨークハウジングの一端に設けられるエンドフレームとを有するケース内に、前記ロータと前記ステータとが収容されている。

実開平５−４３７４９号公報 特開２０１２−１１５０８５号公報

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が位置し、ロータの軸方向他端面側に樹脂製のエンドフレームが位置することとなる。この場合、ロータの界磁磁石からの磁束の一部がケース側（ヨークハウジング側）に漏れてしまい、Ｎ極とＳ極とで磁束量のアンバランスが発生し、コギングトルクがアンバランスとなり音や振動の悪化の要因となる虞がある。

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、コギングトルクのバランスを良好とす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、ステータコア及び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ロータコアと、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、前記第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とを有するロータとを、有底筒状で磁性体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非磁性体の蓋部を有するケース内に収容するモータであって、前記第１ロータコアのコアベースが軸方向において第２ロータコアのコアベースよりも前記ヨークハウジング側に配置されるとき、前記第１ロータコアの爪状磁極の最外周部の周方向幅が前記第２ロータコアの爪状磁極の最外周部の周方向幅よりも広く構成される。

この構成によれば、一方のロータコアの爪状磁極の最外周部の周方向幅が、他方のロータコアの爪状磁極の最外周部の周方向幅よりも広く構成されるため、軸方向においてヨークハウジングと遠い側のロータコアのトルク成分を低減することができる。これにより、軸方向においてヨークハウジングと近い側のロータコアはヨークハウジング側に漏れ磁束が発生することでヨークハウジングと違い側のロータコアのトルク成分が低減してもコギングトルクのバランスを良好とすることができる。

上記モータにおいて、前記第２ロータコアの爪状磁極の外周側における周方向両側が面取り形状又はＲ曲面形状とされて、前記第１ロータコアの爪状磁極の最外周部の周方向幅が前記第２ロータコアの爪状磁極の最外周部の周方向幅よりも広く構成されることが好ましい。

この構成によれば、最外周部の周方向幅のみを変更し、爪状磁極の径方向内側部分である根本部分については、その周方向幅を各ロータコアで同じとすることが可能となる。これによって磁路面積をいずれもバランス良く確保することが可能となる。

本発明のモータによれば、コギングトルクのバランスを良好とすることができる。

実施形態におけるモータの断面図である。 同上におけるモータの平面図である。 同上におけるロータの斜視図である。 同上におけるロータの断面図である。 同上におけるロータの平面図である。 同上におけるロータのコギングトルクについて説明するためのグラフである。 別例におけるロータの平面図である。

以下、モータの一実施形態について説明する。
図１に示すように、モータとしてのブラシレスモータ１１のモータケース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のフロント側（図１中、左側）の開口部を閉塞する蓋部としてのエンドプレート１４とを有している。前記ヨークハウジング１３は例えば磁性体の鉄で構成される。また、前記エンドプレート１４は例えば非磁性体の樹脂材料で構成される。

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に示すようにステータコア１７は、計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は非磁性体の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に支持された軸受２３，２４により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に固定される一対のロータコア３１，３２と、各ロータコア３１，３２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、ロータコア３１は、略円板状のコアベース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。詳しくは、爪状磁極３１ｂは、コアベース３１ａの外周部から径方向外側に突出した突出部３１ｃと、該突出部３１ｃの先端に設けられ軸方向に延びる爪部３１ｄとを有する。突出部３１ｃは、軸方向から見て扇形状に形成されている。爪部３１ｄは、軸直交方向断面が扇形状に形成されている。また、図５に示すように爪状磁極３１ｂ（爪部３１ｄ）の径方向外側面３１ｇは、軸方向視した際にロータ中心Ｏを中心とした同一円周上を通るような円弧形状をなすように形成される。

図３及び図４に示すように、ロータコア３２は、略円板状のコアベース３２ａの外周部に、等間隔に複数の爪状磁極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。詳しくは、爪状磁極３２ｂは、コアベース３２ａの外周部から径方向外側に突出した突出部３２ｃと、該突出部３２ｃの先端に設けられ軸方向に延びる爪部３２ｄとを有する。突出部３２ｃは、ロータコア３１の突出部３１ｃと同様に、軸方向から見て扇形状に形成されている。爪部３２ｄは、軸直交方向断面が扇形状に形成されている。また、図５に示すように、爪状磁極３２ｂ（爪部３２ｄ）の径方向外側面３２ｇは、軸方向視した際にロータ中心Ｏを中心とした同一円周上を通るような円弧形状をなすように形成される。

図５に示すように、一方のロータコア３２の爪状磁極３２ｂは、その径方向外側面３２ｇの周方向幅Ｗ１が他方のロータコア３１の爪状磁極３１ｂの径方向外側面３１ｇの周方向幅Ｗ２よりも長く構成される。なお、周方向幅Ｗ１は、ロータ中心Ｏと径方向外側面３２ｇの周方向一方側の角部Ｋａ１とを結んだ仮想線ＶＬ１と、ロータ中心Ｏと径方向外側面３２ｇの周方向他方側の角部Ｋａ２とを結んだ仮想線ＶＬ２とがなす角度幅である。また、周方向幅Ｗ２は、ロータ中心Ｏと径方向外側面３１ｇの周方向一方の角部Ｋａ３とを結んだ仮想線ＶＬ３と、ロータ中心Ｏと径方向外側面３１ｇの周方向他方側の角部Ｋａ４とを結んだ仮想線ＶＬ４とがなす角度幅である。

上記のように構成された各ロータコア３１，３２は、その中央孔に回転軸２２が圧入されるとともに、各コアベース３１ａ，３２ａの軸方向の外側（相反する側）の距離が予め設定された距離となるように回転軸２２に対して圧入固定される。この際、ロータコア３２は、爪状磁極３２ｂが周方向に隣り合う他方のロータコア３１の爪状磁極３１ｂ間に配置されるようにして、且つコアベース３１ａとコアベース３２ａとの軸方向の間に環状磁石３３が配置（挟持）されるようにしてロータコア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、ロータコア３１の爪状磁極３１ｂを第１の磁極（本実施形態ではＮ極）として機能させ、ロータコア３２の爪状磁極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つの爪状磁極３１ｂと、Ｓ極となる４つの爪状磁極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。

ロータコア３１の各爪状磁極３１ｂの背面３１ｅ（径方向内側の面）とロータコア３２のコアベース３２ａの外周面３２ｆ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、爪状磁極３１ｂの背面３１ｅに当接する側が爪状磁極３１ｂと同極のＮ極に、ロータコア３２のコアベース３２ａの外周面３２ｆに当接する側がコアベース３２ａと同極のＳ極となるように磁化されている。

また、ロータコア３２の各爪状磁極３２ｂの背面３２ｅとロータコア３１のコアベース３１ａの外周面３１ｆとの間には、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、爪状磁極３２ｂの背面３２ｅに当接する側がＳ極に、ロータコア３１のコアベース３１ａの外周面３１ｆ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、爪状磁極３１ｂと爪状磁極３２ｂとの周方向の間には、極間磁石３６，３７が配置されている。
上記のように構成されたロータ２１は、一方のロータコア３２のコアベース３２ａが、他方のロータコア３１のコアベース３１ａよりも軸方向においてヨークハウジング１３側（底部１３ａ側）に配置される。このため、ロータコア３２が第１ロータコアに相当し、ロータコア３１が第２ロータコアに相当する。

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、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に出力する。

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。

ここで、例えば各ロータコア３１，３２の爪状磁極３１ｂ，３２ｂの径方向外側面３１ｇ，３２ｇの周方向幅が略同一の場合を考える。この場合、ヨークハウジング１３（底部１３ａ）と軸方向において遠いロータコア３１においては、ヨークハウジング１３とロータコア３１との間で漏れ磁束がほとんど無いため、図６においてＸ１で示すようにコギングトルクが高くなりやすい。一方、ヨークハウジング１３（底部１３ａ）と軸方向において近いロータコア３２においてはヨークハウジング１３とロータコア３２との間で漏れ磁束が発生するため、図６においてＸ２で示すようにコギングトルクが低くなりやすい。このため、コギングトルクがＮ極とＳ極とでアンバランスとなる。

そこで、上述したように、ヨークハウジング１３と軸方向において相対的に近接配置されるロータコア３２は、その爪状磁極３２ｂの径方向外側面３２ｇの周方向幅Ｗ１が他方のロータコア３１の径方向外側面３１ｇの周方向幅Ｗ２よりも広く（Ｗ１＞Ｗ２）形成する。これにより、漏れ磁束の発生が少ないロータコア３１の爪状磁極３１ｂが他方のロータコア３２の爪状磁極３２ｂよりも周方向幅が狭いことでステータ１６との間で作用する磁束量が減るため、図６においてＹ１で示すように、コギングトルクを低減させることができる。その結果、図６においてＹ２で示す他方の極のコギングトルクとの差が減少し、コギングトルクのバランス化が図られる。

更に、ヨークハウジング１３から比較的遠いロータコア３１については、ヨークハウジング１３への漏れ磁束が少ないため、爪状磁極３１ｂの径方向外側面３１ｇの周方向幅Ｗ２を狭めても十分に磁束量を確保できるようになっている。

次に、本実施形態の効果を記載する。
（１）一方のロータコア３２の爪状磁極３２ｂの最外周部としての径方向外側面３２ｇの周方向幅Ｗ１が、他方のロータコア３１の爪状磁極３１ｂの最外周部としての径方向外側面３１ｇの周方向幅Ｗ２よりも広く構成される。このため、軸方向においてヨークハウジング１３と遠い側のロータコア３１のトルク成分（コギングトルク）を低減することができる。これにより、軸方向においてヨークハウジング１３と近い側のロータコア３２はヨークハウジング１３側に漏れ磁束が発生してもヨークハウジング１３と違い側のロータコア３１のトルク成分も低減するため、コギングトルクのバランスを良好とすることができる。

尚、上記実施形態は、以下のように変更してもよい。
・上記実施形態では特に言及していないが、例えば、次のような構成によって各爪状磁極３１ｂ，３２ｂの径方向外側面３１ｇ，３２ｇの周方向幅Ｗ１，Ｗ２を異なるようにしてもよい。

図７に示すように、ロータコア３１の爪状磁極３１ｂ（爪部３１ｄ）の径方向外側における周方向両側を面取り（Ｃ面取り）することで、径方向外側面３１ｇの周方向幅Ｗ２を他方のロータコア３２の径方向外側面３２ｇの周方向幅Ｗ１よりも狭く（Ｗ１＞Ｗ２）形成する。なお、ロータコア３１は、上記実施形態のロータコア３１と同様にヨークハウジング１３（底部１３ａ）と軸方向において相対的に離間配置されるものである。このような構成とすることで、爪状磁極３１ｂ，３２ｂの径方向内側部分である根本部分（コアベース３１ａ，３２ａとの境界部分）については、その周方向幅Ｗ３，Ｗ４を各爪状磁極３１ｂ，３２ｂ（各ロータコア３１，３２）で同じとすることが可能となる。これによって磁路面積をいずれもバランス良く確保することが可能となる。

なお、周方向両側をＲ曲面形状とすることで径方向外側面３１ｇの周方向幅Ｗ２を他方のロータコア３２の径方向外側面３２ｇの周方向幅Ｗ１よりも狭く（Ｗ１＞Ｗ２）形成してもよい。

・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。

・上記実施形態では、ロータ２１に、背面補助磁石３４，３５と極間磁石３６，３７とを設ける構成としたが、これに限らない。例えば背面補助磁石のみを設ける構成、極間磁石のみを設ける構成、背面補助磁石及び極間磁石を省略する構成を採用してもよい。

・上記実施形態では、ステータ１６のティース１７ａに巻線２０を巻装する構成としたが、これに限らない。例えば、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ステータコアを備え、それらの間に巻線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構成を採用してもよい。

・上記実施形態並びに各変形例は適宜組み合わせてもよい。

１１…モータ、１３…ヨークハウジング、１６…ステータ、１７…ステータコア、２０…巻線、２１…ロータ、３１…ロータコア（第２ロータコア）、３１ａ…コアベース、３１ｂ…爪状磁極、３１ｇ…径方向外側面（最外周部）、３２…ロータコア（第１ロータコア）、３２ａ…コアベース、３２ｂ…爪状磁極、３２ｇ…径方向外側面（最外周部）、３３…環状磁石（界磁磁石）、Ｗ１，Ｗ２…周方向幅。

Claims (2)

1. ステータコア及び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ロータコアと、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、前記第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とを有するロータとを、
   有底筒状で磁性体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非磁性体の蓋部を有するケース内に収容するモータであって、
   前記第１ロータコアのコアベースが軸方向において第２ロータコアのコアベースよりも前記ヨークハウジング側に配置されるとき、前記第１ロータコアの爪状磁極の最外周部の周方向幅が前記第２ロータコアの爪状磁極の最外周部の周方向幅よりも広く構成され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、
   前記第２ロータコアの爪状磁極の外周側における周方向両側が面取り形状又はＲ曲面形状とされて、前記第１ロータコアの爪状磁極の最外周部の周方向幅が前記第２ロータコアの爪状磁極の最外周部の周方向幅よりも広く構成されることを特徴とするモータ。