JP5944683B2 - 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。

モータに用いられるロータとしては、周方向に複数の爪状磁極を有するロータコアと、ロータコア内に円板磁石とによって構成され、各爪状磁極が交互に異なる磁極に機能させる所謂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）。

実開平５−４３７４９号公報

ところで、ランデル型のロータ構造は、爪状磁極の形状が、コアベースから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３次元形状であった。そのため、軸方向の断面形状が全ての位置で同じ形状の従来のロータと異なり、容易に出力特性の調整ができず、目的特性毎に、爪状磁極の形状を変更することになりコストアップに繋がる。

本発明は、上記問題点を解消するためになされたものであって、その目的は、ロータの形状を変えることなく、出力調整が容易にできるロータ、及びそのロータを備えたモータを提供することにある。

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部材とを備えたロータであって、前記界磁部材は、複数の永久磁石を軸方向に重ねて構成され、前記複数の永久磁石は、磁束密度の異なる永久磁石を含むことを特徴とする。
請求項２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部材とを備えたロータであって、前記界磁部材は、複数の永久磁石を軸方向に重ねて構成され、前記複数の永久磁石は、厚さの異なる永久磁石を含むことを特徴とする。

請求項１及び請求項２に記載の発明によれば、界磁部材は、複数の永久磁石を軸方向に重ねて構成したことで、ロータの形状を変えることなく、出力調整が容易にできる。

請求項３に記載の発明は、請求項１又は２に記載のロータを備えたことを特徴とするモータ。
請求項３に記載の発明によれば、ロータの形状を変えることなく、出力調整が容易にできるモータを実現することができる。

本発明によれば、ロータの形状を変えることなく、出力調整が容易にできるロータ、及びそのロータを備えたモータを実現できる。

実施形態のモータの断面図。 同じくモータの縦断面図。 同じくロータの斜視図。 同じくロータの断面図。 同じくロータの分解斜視図。 ロータの別例を説明するための断面図。 同じくロータの別例を説明するための断面図。

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、図２に示すように、径方向内側に延びる複数のティース７ａを有する電機子コア７と、電機子コア７のティース７ａ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）
ロータ１１は、図３、図４及び図５に示すように、第１及び第２ロータコア２０，３０と、界磁部材としての環状界磁部材４０（図４及び図５参照）とを備える。

（第１ロータコア２０）
図３、図４及び図５に示すように、第１ロータコア２０は、略円盤状に形成された第１コアベース２１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２２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２２の周方向端面２２ａ，２２ｂ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２２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２２の周方向の角度、即ち前記周方向端面２２ａ，２２ｂ間の角度は、周方向に隣り合う第１爪状磁極２２同士の隙間の角度より小さく設定されている。

（第２ローコア３０）
第２ロータコア３０は、図３、図４及び図５に示すように、第１ロータコア２０と同形状であって、略円盤状の第２コアベース３１の外周部に、等間隔に複数の第２爪状磁極３２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３２の周方向端面３２ａ，３２ｂは径方向に延びる平坦面とされ、第２爪状磁極３２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３２の周方向の角度、即ち前記周方向端面３２ａ，３２ｂ間の角度は、周方向に隣り合う第２爪状磁極３２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３０は、前記各第２爪状磁極３２がそれぞれ対応する各第１爪状磁極２２間に配置される。そして、このとき、第２ロータコア３０は、第１コアベース２１と第２コアベース３１との軸方向の間に環状界磁部材４０（図４参照）が配置（挟持）されるようにして第１ロータコア２０に対して組み付けられる。

詳述すると、環状界磁部材４０は、第１コアベース２１の第２コアベース３１側の面（対向面２１ａ）と第２コアベース３１の第１コアベース２１側の面（対向面３１ａ）の間に挟持される。

このとき、第１爪状磁極２２の一方の周方向端面２２ａと第２爪状磁極３２の他方の周方向端面３２ｂとが軸方向に沿って平行をなすように形成されるため、両端面２２ａ，３２ｂ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。また、第１爪状磁極２２の他方の周方向端面２２ｂと第２爪状磁極３２の一方の周方向端面３２ａとが軸方向に沿って平行をなすように形成されるため、両端面２２ｂ，３２ａ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。

（環状界磁部材４０）
図４及び図５に示すように、第１ロータコア２０と第２ロータコア３０との間に挟持された環状界磁部材４０は、複数（本実施形態では２個）の単位永久磁石４１が重なり合って形成されている。単位永久磁石４１は、その外径が第１及び第２コアベース２１，３１の外径と同じに設定され、厚さが予め定めた設定された厚さである。

そして、環状界磁部材４０が単位永久磁石４１を重ねて使用する個数は、本実施形態では、第１爪状磁極２２及び第２爪状磁極３２の軸方向に長さによって決めている。
つまり、第１ロータコア２０と第２ロータコア３０との間に環状界磁部材４０を挟持したとき、第１爪状磁極２２の先端面２２ｃと第２コアベース３１の反対向面３１ｂとが面一になるとともに、第２爪状磁極３２の先端面３２ｃと第１コアベース２１の反対向面２１ｂと面一になるようにしている。

そして、本実施形態では、２個の単位永久磁石４１を重ねて環状界磁部材４０を形成し、第１爪状磁極２２の先端面２２ｃと第２コアベース３１の反対向面３１ｂとが面一になるとともに、第２爪状磁極３２の先端面３２ｃと第１コアベース２１の反対向面２１ｂと面一になるようにしている。

つまり、２個の単位永久磁石４１を重ねて環状界磁部材４０を形成して、ロータ１１の軸方向の長さを、電機子コア７の軸方向の長さとほぼ同じする。
換言すれば、単位永久磁石４１の個数を変更し環状界磁部材４０の厚さを調整することで、ロータ１１の軸方向の長さを調整することができるようにしている。

環状界磁部材４０の２個の単位永久磁石４１は、その磁化方向が同じになるように重ね合わされていて、図４中の実線で示す矢印は磁化方向（Ｓ極からＮ極向く方向）を示している。

そして、環状界磁部材４０は、第１爪状磁極２２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３２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、環状界磁部材４０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２２と、Ｓ極となる第２爪状磁極３２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。ここで、極対数が３以上の奇数であるため、ロータコア単位で見ると同極の爪状磁極同士が周方向１８０°対向位置とならないため、磁気振動に対して安定する形状となる。

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３相の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、上記のように構成した実施形態の作用を以下に記載する。
単位永久磁石４１を用意し、重ね合わせる単位永久磁石４１の個数を変更するだけで環状界磁部材４０の厚さが調整される。そして、軸方向の長さが異なる種々のロータ１１に対して、単位永久磁石４１の個数を変更することで、軸方向の長さの異なる種々のロータに対応することができることになる。

さらに、例えば、２個の単位永久磁石４１をそれぞれ異なる磁束密度を有する単位永久磁石に変えることで、モータ１のサイズを変更することなく、出力特性を適宜に変更調整することができる。

上記実施形態によれば以下の効果を有する。
（１）本実施形態によれば、第１ロータコア２０と第２ロータコア３０との間に挟持される環状界磁部材４０を、複数（２個）の単位永久磁石４１を重ね合わせて構成した。そして、単位永久磁石４１の個数を変更し環状界磁部材４０の厚さを調整することで、ロータ１１の軸方向の長さを調整し適正化することができるようにした。

従って、単位永久磁石４１という１種類の永久磁石部品を用意するだけで、種々異なるサイズのロータ１１に対応できる。その結果、１種類の永久磁石部品となることから、部品管理が容易となるとともに部品の均一適正化を図ることができる。

（２）本実施形態によれば、環状界磁部材４０を、複数の単位永久磁石４１を重ね合わせて構成した。すなわち、環状界磁部材（永久磁石）４０の厚さ（軸方向の長さ）を、複数の単位永久磁石４１にて厚くすることができる。

従って、製造が難しくコストの高い厚い１つの永久磁石を環状界磁部材として使用する必要がないことから、出力を落とすことなくコストダウンを図ることができる。
（３）また、本実施形態によれば、環状界磁部材４０を、２個の単位永久磁石４１をそれぞれ異なる磁束密度を有する単位永久磁石４１を用いることで、モータ１のサイズを変更することなく、出力特性を適宜に変更調整することができる。

なお、上記実施形態は以下のように変更して実施してもよい。
・上記実施形態では、環状界磁部材４０を２個の単位永久磁石４１で構成したが、これに限定されるものではなく、ロータのサイズに合わせて、３個、それ以上の個数を重ね合わせて実施してもよい。

また、本実施形態では、単位永久磁石４１は、厚さが同じ１種類の物であったが、厚さが異なる複数種類の単位永久磁石を用意し、これらを適宜組み合わせて重ね合わせることによって、ロータの軸方向の長さを精度よく微調整することができる。

・上記実施形態では、環状界磁部材４０を２個の単位永久磁石４１で構成した。これを、図６に示すように、１つの単位永久磁石４１の両側に第１及び第２ロータコア２０，３０と同じ磁性材料よりなる磁性部材４２を配置して実施してもよい。なお、この場合、磁性部材４２は、第１及び第２ロータコア２０，３０と異なる、例えば高透磁率の磁性材料に変更して実施してもよい。これによって、モータ１の出力向上を図るようにして実施してもよい。

・上記実施形態では、環状界磁部材４０を２個の単位永久磁石４１で構成した。これを、図７に示すように、２個の単位永久磁石４１を用意し、その２個の単位永久磁石４１の間に、第１及び第２ロータコア２０，３０と同じ磁性材料よりなる磁性部材４３を配置して実施してもよい。なお、この場合も同様に、磁性部材４３は、第１及び第２ロータコア２０，３０と異なる、例えば高透磁率の磁性材料に変更して実施してもよい。これによって、モータ１の出力向上を図るようにして実施してもよい。

１…モータ、２…モータケース、３…筒状ハウジング、４…フロントエンドプレート、５…回路収容ボックス、６…ステータ、７…電機子コア、７ａ…ティース、８…セグメントコンダクタ巻線、１１…ロータ、１２…回転軸、１３，１４…軸受、２０…第１ロータコア、２１…第１コアベース、２１ａ…対向面、２１ｂ…反対向面、２２…第１爪状磁極、２２ａ、２２ｂ…周方向端面、２２ｃ…先端面、３０…第２ロータコア、３１…第２コアベース、３１ａ…対向面、３１ｂ…反対向面、３２…第２爪状磁極、３２ａ、３２ｂ…周方向端面、３２ｃ…先端面、４０…環状界磁部材、４１…単位永久磁石、４２，４３…磁性部材。

Claims (3)

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部材と
   を備えたロータであって、
   前記界磁部材は、複数の永久磁石を軸方向に重ねて構成され、
   前記複数の永久磁石は、磁束密度の異なる永久磁石を含むことを特徴とするロータ。
2. 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部材と
   を備えたロータであって、
   前記界磁部材は、複数の永久磁石を軸方向に重ねて構成され、
   前記複数の永久磁石は、厚さの異なる永久磁石を含むことを特徴とするロータ。
3. 請求項１又は２に記載のロータを備えたことを特徴とするモータ。