JP2007014178A - ロータ - Google Patents

Abstract

【課題】 磁石の極性の位置にかかわらず、モータの応答性を向上することができるロータを提供する。
【解決手段】 ロータ１０は、回転軸１１と、回転軸に一体回転するように固定されたロータバックヨーク１２と、ロータバックヨークの外周面に固着された永久磁石１３とを備える。ロータバックヨーク１２は、軸方向中間部において、永久磁石１３と接する外周部１２ｃを除く部分に、肉抜き部１２ｂを有する。外周部１２ｃの磁路幅Ｗ１を磁束の飽和を生じない寸法とする。
【選択図】 図１

Description

本発明は、モータの備えるロータに関するものである。

従来、例えばブラシレスモータでは、固定子（ステータ）側に巻線を備え、回転子（ロータ）側に永久磁石を備えている。そして、回転子としては、その回転軸（シャフト）と永久磁石との間にロータバックヨークを備えたものも知られている（例えば特許文献１など）。このロータバックヨークは、回転軸及び永久磁石を一体回転するように固定するための機能と、永久磁石の磁束を効率よく通す磁路としての機能を併せ有している。

図４（ａ）（ｂ）及び図５（ａ）（ｂ）は、こうした回転子の従来形態を示す平面図及び縦断面図である。同図に示されるように、回転子９０は、回転軸９１と、回転軸９１に一体回転するように固定されたロータバックヨーク９２と、ロータバックヨーク９２の外周面に固着された永久磁石９３とを備えている。なお、図４では、磁性粉体を成形（焼結）してなるロータバックヨーク９２Ａを示しており、図５では、鋼板を積層してなるロータバックヨーク９２Ｂを示している。
特開平９−２７５６６９号公報 特開平９−２７５６５２号公報

ところで、図４及び図５に示したいずれのロータバックヨーク９２Ａ，９２Ｂであっても、回転軸９１及び永久磁石９３間全体に充満される磁性体の塊となるため、回転子のイナーシャ（慣性モーメント）が大きくなってモータの応答性が損なわれることになっている。

一方、特許文献２の技術においては、断面円弧状に複数に分割された磁石の中心の延長上に空間部を設けている。この場合において、分割されないリング状の磁性体をロータバックヨークの外周に設けた後、磁性体を着磁することにより磁石を作成する方法をとろうとすると、磁化する位置決めを正確に行う必要がある。また、更に、軸方向に向かうにつれ磁極が円周方向にずれるようなスキュー着磁を行うと、空間部を螺旋状に設けなくてはならなくなる。

そこで、本発明は、磁石の極性の位置にかかわらず、モータの応答性を向上することを課題とする。

上記問題点を解決するために、請求項１に記載の発明は、回転軸と、該回転軸に一体回転するように固定されたロータバックヨークと、該ロータバックヨークの外周面に固着された永久磁石とを備えるロータにおいて、前記ロータバックヨークは、前記永久磁石と接する外周部を除く部分に肉抜き部を有し、前記外周部の磁路幅を磁束の飽和を生じない寸法とすることを要旨とする。

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、前記肉抜き部は、前記ロータバックヨークの軸方向両端部において、内周面から径方向外側に凹設されてなることを要旨とする。

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、前記肉抜き部は、前記ロータバックヨークの軸方向中間部において、内周面から径方向外側に凹設されてなることを要旨とする。

請求項４に記載の発明は、回転軸と、該回転軸に一体回転するように固定されたロータバックヨークと、該ロータバックヨークの外周面に固着された永久磁石とを備えるロータにおいて、前記ロータバックヨークは、前記回転軸の軸方向と平行であり、円周方向に所定角度ごとに設けられた複数の孔を備え、該孔は前記回転軸からそれぞれ同一の距離に配置され、ロータバックヨークの内周面と各孔の内周面との間の磁路幅、各孔の内周面とロータバックヨークの外周面との間の磁路幅、および各孔と孔との間の磁路幅は、磁束の飽和が生じない磁路幅が確保されるように設定することを要旨とする。

請求項５に記載の発明は、請求項４に記載のロータにおいて、前記ロータバックヨークの内周面には、前記回転軸に固定する際の圧入荷重を低減させるための複数の切り欠きが軸方向と平行に所定角度ごとに形成されており、前記複数の孔は、各隣接する前記切り欠きの中央部の角度位置に配置されていることを要旨とする。

請求項６に記載の発明は、請求項５に記載のロータにおいて、前記切り欠きの先端と前記孔の内周面との間の磁路幅は磁束の飽和が生じない磁路幅が確保されるように設定することを要旨とする。

（作用）
請求項１又は２に記載の発明によれば、前記ロータバックヨークは、前記永久磁石と接する外周部を除く部分に肉抜き部を有することで、その形成に伴う軽量化の分だけ、ロータのイナーシャ（慣性モーメント）が低減されて、該ロータを備えるモータの応答性が向上される。また、前記外周部の磁路幅が磁束の飽和を生じない寸法とされることで、例えば分割されないリング状の磁性体をロータバックヨークの外周に設けた後、磁性体を着磁することにより磁石を作成する方法をとる場合であっても、磁化する位置決めを正確に行う必要はない。

請求項３に記載の発明によれば、前記肉抜き部は、前記ロータバックヨークの軸方向中間部において、内周面から径方向外側に凹設されていることで、該ロータバックヨークは、その軸方向両端部において、両持ち支持で前記回転軸に固定される。従って、前記ロータバックヨークは、より安定した姿勢で前記回転軸に固定・支持される。

請求項４に記載の発明によれば、前記ロータバックヨークは、前記回転軸の軸方向と平行であり、円周方向に所定角度ごとに設けられた複数の孔を備えることで、その形成に伴う軽量化の分だけ、ロータのイナーシャが低減されて、該ロータを備えるモータの応答性が向上される。また、前記複数の孔は前記回転軸からそれぞれ同一の距離に配置され、ロータバックヨークの内周面と各孔の内周面との間の磁路幅（Ｗ４）、各孔の内周面とロータバックヨークの外周面との間の磁路幅（Ｗ５）、および各孔と孔との間の磁路幅（Ｗ６）は、磁束の飽和が生じない磁路幅が確保されるように設定されることで、例えば分割されないリング状の磁性体をロータバックヨークの外周に設けた後、磁性体を着磁することにより磁石を作成する方法をとる場合であっても、磁化する位置決めを正確に行う必要はない。特に、前記複数の孔が配設される角度位置であっても、前記ロータバックヨークの径方向両側に磁路が形成されるため、所要の磁路幅に対し前記複数の孔を該ロータバックヨークのより外周側に配置することができ、この場合にはロータのイナーシャがより低減される。

請求項５又は６に記載の発明によれば、前記複数の孔は、各隣接する前記切り欠きの中央部の角度位置に配置されていることで、例えばこれら孔及び切り欠きを互いに同一の角度位置に配置する場合に比べて、所定の磁路幅を確保する際の該孔の開口面積をより増大することができ、この場合にはロータのイナーシャがより低減される。

請求項１乃至６に記載の発明では、磁石の極性の位置にかかわらず、モータの応答性を向上することができる。

（第１の実施形態）
以下、本発明をブラシレスモータのロータに具体化した第１の実施形態について図１に従って説明する。なお、図１（ａ）は、本実施形態のロータ１０を示す平面図であり、図１（ｂ）は、図１（ａ）の１Ｂ−１Ｂ線に沿った断面図である。同図に示されるように、このロータ１０は、回転軸１１と、ロータバックヨーク１２と、永久磁石１３とを備えている。

前記ロータバックヨーク１２は、鋼板を積層することで成形されており、回転軸１１の外径と同等の内径を有して略円筒状に形成されている。そして、上記ロータバックヨーク１２の内周面には、複数（１０個）の切り欠き１２ａが軸方向と平行に所定角度ごとに形成されている。このロータバックヨーク１２は、前記回転軸１１に圧入されることで、回転軸１１に一体回転するように固定されている。この際、前記複数の切り欠き１２ａにより、回転軸１１及びロータバックヨーク１２間の圧入荷重が低減されている。

また、上記ロータバックヨーク１２には、その軸方向中間部において、内周面から径方向外側に同心円状に凹設された肉抜き部１２ｂが形成されている。つまり、上記ロータバックヨーク１２は、前記永久磁石１３と接する外周部１２ｃを除く部分に肉抜き部１２ｂを有している。上記肉抜き部１２ｂは、ロータバックヨーク１２が軸方向に直交する面に対し対称構造となるように形成されている。この肉抜き部１２ｂは、軸方向両端部と中間部とで積層する鋼板の形状を変更することで形成されている。つまり、軸方向両端部においてそれぞれ積層される鋼板１４は、前記回転軸１１の外径と同等の内径を有する円盤状に成形されている。一方、軸方向中間部において積層される鋼板１５は、前記回転軸１１の外径よりも大きい内径及び鋼板１４と同等の外径を有する円盤状に成形されている。なお、上記ロータバックヨーク１２の肉抜き寸法（回転軸１１の外周面から肉抜き部１２ｂの内周面までの径方向の距離）は、同ロータバックヨーク１２の外周部１２ｃに所要の磁路幅Ｗ１が確保されて、磁束の飽和が生じない寸法に設定されている。

前記永久磁石１３は、前記ロータバックヨーク１２の外径と同等の内径を有する円筒状に形成されており、ロータバックヨーク１２の外周面に固着されている。この永久磁石１３は、所定角度ごとに互い違いとなる極性（Ｎ極、Ｓ極）を有している。なお、この永久磁石１３は、円弧状の複数の永久磁石を極性が互い違いになるように円筒状に一体化させたものであってもよく、円筒状の単独の素材を互い違いの極性で着磁したものであってもよい。

このような構造をなすロータ１０は、巻線を備える周知のステータの内側に回転自在に収容されて、巻線の給電制御により回転駆動される。
以上詳述したように、本実施形態によれば、以下に示す効果が得られるようになる。

（１）本実施形態では、前記ロータバックヨーク１２は、前記永久磁石１３と接する外周部１２ｃを除く部分に肉抜き部１２ｂを有することで、その形成に伴う軽量化の分だけ、ロータ１０のイナーシャを低減することができ、同ロータ１０を備えるモータの応答性を向上することができる。

また、前記外周部１２ｃの磁路幅Ｗ１が磁束の飽和を生じない寸法とされることで、例えば分割されないリング状の磁性体をロータバックヨーク１２の外周に設けた後、磁性体を着磁することにより磁石を作成する方法をとる場合であっても、磁化する位置決めを正確に行う必要はない。

（２）本実施形態では、前記肉抜き部１２ｂは、前記ロータバックヨーク１２の軸方向中間部において、内周面から径方向外側に凹設されていることで、同ロータバックヨーク１２は、その軸方向両端部において、両持ち支持で前記回転軸１１に固定される。従って、前記ロータバックヨーク１２を、より安定した姿勢で前記回転軸１１に固定・支持することができる。

（第２の実施形態）
以下、本発明をブラシレスモータのロータに具体化した第２の実施形態を図２に従って説明する。なお、第２の実施形態は、ロータバックヨークの軸方向両端部に肉抜き部を形成した構成であるため、同様の部分についてはその詳細な説明は省略する。

図２（ａ）は、本実施形態のロータ２０を示す平面図であり、図２（ｂ）は、図２（ａ）の２Ｂ−２Ｂ線に沿った断面図である。同図に示されるように、このロータ２０の備えるロータバックヨーク２１は、鋼板を積層することで成形されており、前記回転軸１１の外径と同等の内径を有して略円筒状に形成されている。そして、上記ロータバックヨーク２１には、その軸方向両端部において、内周面から径方向外側に同心円状に凹設された肉抜き部２１ａ，２１ｂが形成されている。上記肉抜き部２１ａ，２１ｂは、ロータバックヨーク２１が軸方向に直交する面に対し対称構造となるように形成されている。これら肉抜き部２１ａ，２１ｂは、軸方向両端部と中間部とで積層する鋼板の形状を変更することで形成されている。つまり、軸方向中間部において積層される鋼板２２は、前記回転軸１１の外径と同等の内径を有する円盤状に成形されている。一方、軸方向両端部においてそれぞれ積層される鋼板２３は、前記回転軸１１の外径よりも大きい内径及び鋼板２２と同等の外径を有する円盤状に成形されている。なお、上記ロータバックヨーク２１の肉抜き寸法（回転軸１１の外周面から肉抜き部２１ａ，２１ｂの内周面までの径方向の距離）は、同ロータバックヨーク１２の外周部２１ｃに所要の磁路幅Ｗ２が確保されて、磁束の飽和が生じない寸法に設定されている。

以上詳述したように、本実施形態によれば、前記第１の実施形態における（１）と同様の効果が得られるようになる。
（第３の実施形態）
以下、本発明をブラシレスモータのロータに具体化した第３の実施形態を図３に従って説明する。なお、第３の実施形態は、肉抜き部として、ロータバックヨークの軸方向と平行に貫通する複数の孔を採用した構成であるため、同様の部分についてはその詳細な説明は省略する。

図３（ａ）は、本実施形態のロータ３０を示す平面図であり、図３（ｂ）は、図３（ａ）の３Ｂ−３Ｂ線に沿った断面図である。同図に示されるように、このロータ３０の備えるロータバックヨーク３１は、同一形状の鋼板を積層することで成形されており、前記回転軸１１の外径と同等の内径を有して略円筒状に形成されている。そして、上記ロータバックヨーク３１には、その軸方向と平行に所定角度ごとに貫通する複数（１０個）の孔３２が形成されている。上記孔３２は、前記回転軸１１からそれぞれ同一の距離に配置されている。これら複数の孔３２は、前記切り欠き１２ａの外周側において、各隣接する切り欠き１２ａの中央部の角度位置に配置されている。換言すれば、前記複数の切り欠き１２ａは、各隣接する孔３２の中央部の角度位置に配置されている。これら孔３２は、実質的に所要の磁路幅が確保されるようにその開口面積及び径方向の位置等が設定されている。例えば、孔３２の内周側の磁束の流れに対しては、隣接する前記各切り欠き１２ａの先端と各孔３２の内周面との間に磁路幅Ｗ３が、ロータバックヨーク３１の内周面（回転軸１１の外周面）と各孔３２の内周面との間に磁路幅Ｗ４がそれぞれ確保されている。また、孔３２の外周側の磁束の流れに対しては、孔３２の内周面とロータバックヨーク３１の外周面との間に磁路幅Ｗ５が確保されている。さらに、隣り合う孔３２の内周面の間に磁路幅Ｗ６が確保されている。これら磁路幅Ｗ３〜Ｗ６は、磁束の飽和が生じない実質的な磁路幅が確保されるように設定されている。

以上詳述したように、本実施形態によれば、前記第１の実施形態における（１）の効果に加えて以下に示す効果が得られるようになる。
（１）本実施形態では、前記ロータバックヨーク３１は、前記回転軸１１の軸方向と平行であり、円周方向に所定角度ごとに設けられた複数の孔３２を備えることで、その形成に伴う軽量化の分だけ、ロータ３０のイナーシャを低減することができ、同ロータ３０を備えるモータの応答性を向上することができる。

また、前記複数の孔３２は前記回転軸１１からそれぞれ同一の距離に配置され、ロータバックヨーク３１の内周面と各孔３２の内周面との間の磁路幅Ｗ４、各孔３２の内周面とロータバックヨーク３１の外周面との間の磁路幅Ｗ５、および各孔３２と孔３２との間の磁路幅Ｗ６は、磁束の飽和が生じない磁路幅が確保されるように設定されることで、例えば分割されないリング状の磁性体をロータバックヨーク３１の外周に設けた後、磁性体を着磁することにより磁石を作成する方法をとる場合であっても、磁化する位置決めを正確に行う必要はない。さらに、磁性体に対し、軸方向に向かうにつれ磁極が円周方向にずれるようなスキュー着磁を行って磁石を作成する方法をとる場合であっても、孔３２を螺旋状に設ける必要はなく、ロータバックヨーク３１を簡易に製造することができる。

特に、前記複数の孔３２が配設される角度位置であっても、前記ロータバックヨーク３１の径方向両側に磁路が形成されるため、所要の磁路幅に対し前記複数の孔３２を同ロータバックヨーク３１のより外周側に配置することができ、この場合にはロータ３０のイナーシャをより低減することができる。

（２）本実施形態では、前記複数の孔３２は、各隣接する前記切り欠き１２ａの中央部の角度位置に配置されていることで、例えばこれら孔３２及び切り欠き１２ａを互いに同一の角度位置に配置する場合に比べて、所定の磁路幅を確保する際の同孔３２の開口面積をより増大することができ、この場合にはロータのイナーシャをより低減することができる。

なお、上記実施形態は以下のように変更してもよい。
・前記第３の実施形態において、孔３２の形成によって回転軸１１及びロータバックヨーク３１間の圧入荷重が十分に低減されるのであれば、切り欠き１２ａを割愛してもよい。この場合、ロータバックヨーク３１の形状をより簡易化することができる。

・前記第３の実施形態において、孔３２の形状は、円形に限らず、楕円形や多角形であってもよい。また、孔３２の個数及び配置も任意である。さらに、孔３２は、ロータバックヨーク３１を軸方向に貫通する貫通孔とするとよいが、完全に貫通していない孔としてもよい。

・前記各実施形態において、ロータバックヨークは、磁性粉体を成形（焼結）したものであってもよい。
・本発明は、ロータバックヨークを備えた永久磁石ロータであればよく、例えばステータ側に巻線及び整流子を備え、ロータ側に整流子に摺接するブラシを備えた直流ブラシモータに本発明を適用してもよい。なお、ロータ側のブラシへの給電は、回転に伴いステータ側の電極に摺接する適宜の電極にて行えばよい。

・本発明において定義される肉抜き部は、回転軸及びロータバックヨーク間の圧入荷重を低減させるために、回転軸直近でロータバックヨークに設けられる切り欠きやガイドなど、実質的なイナーシャの低減に寄与し得ない形状とは区別されるべきものである。

（ａ）（ｂ）は、本発明の第１の実施形態を示す平面図及び断面図。 （ａ）（ｂ）は、本発明の第２の実施形態を示す平面図及び断面図。 （ａ）（ｂ）は、本発明の第３の実施形態を示す平面図及び断面図。 （ａ）（ｂ）は、従来形態を示す平面図及び断面図。 （ａ）（ｂ）は、従来形態を示す平面図及び断面図。

符号の説明

１０，２０，３０…ロータ、１１…回転軸、１２，２１，３１…ロータバックヨーク、１２ａ…切り欠き、１２ｂ，２１ａ，２１ｂ…肉抜き部、１２ｃ，２１ｃ…外周部、１３…永久磁石、３２…孔。

Claims (6)

1. 回転軸と、該回転軸に一体回転するように固定されたロータバックヨークと、該ロータバックヨークの外周面に固着された永久磁石とを備えるロータにおいて、
   前記ロータバックヨークは、前記永久磁石と接する外周部を除く部分に肉抜き部を有し、前記外周部の磁路幅を磁束の飽和を生じない寸法とす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、
   前記肉抜き部は、前記ロータバックヨークの軸方向両端部において、内周面から径方向外側に凹設されてな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、
   前記肉抜き部は、前記ロータバックヨークの軸方向中間部において、内周面から径方向外側に凹設されてなることを特徴とするロータ。
4. 回転軸と、該回転軸に一体回転するように固定されたロータバックヨークと、該ロータバックヨークの外周面に固着された永久磁石とを備えるロータにおいて、
   前記ロータバックヨークは、前記回転軸の軸方向と平行であり、円周方向に所定角度ごとに設けられた複数の孔を備え、該孔は前記回転軸からそれぞれ同一の距離に配置され、ロータバックヨークの内周面と各孔の内周面との間の磁路幅（Ｗ４）、各孔の内周面とロータバックヨークの外周面との間の磁路幅（Ｗ５）、および各孔と孔との間の磁路幅（Ｗ６）は、磁束の飽和が生じない磁路幅が確保されるように設定することを特徴とするロータ。
5. 請求項４に記載のロータにおいて、
   前記ロータバックヨークの内周面には、前記回転軸に固定する際の圧入荷重を低減させるための複数の切り欠きが軸方向と平行に所定角度ごとに形成されており、
   前記複数の孔は、各隣接する前記切り欠きの中央部の角度位置に配置されていることを特徴とするロータ。
6. 請求項５に記載のロータにおいて、
   前記切り欠きの先端と前記孔の内周面との間の磁路幅（Ｗ３）は磁束の飽和が生じない磁路幅が確保されるように設定することを特徴とするロータ。

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