JP6083523B2 - ロータおよびモータ - Google Patents

Description

本発明は、ロータおよびモータに関する。

従来、電機子の内側にロータが配置された、いわゆるインナーロータ型のモータが知られている。インナーロータ型のモータに使用されるロータは、主として、ロータコアの外周面に複数のマグネットが貼り付けられたＳＰＭ（Surface Permanent Magnet）タイプのロータと、ロータコアの内部にマグネットが埋め込まれたＩＰＭ（Interior Permanent Magnet）タイプのロータとに、分類される。

一般的なＩＰＭタイプのロータにおいては、ＳＰＭタイプのロータと同様、各マグネットは、一対の磁極面が径方向外側および径方向内側を向くように、配置される。このため、マグネットの径方向外側の磁極面のみが、モータの駆動に寄与することとなる。そこで、近年では、マグネットの磁極面を有効に利用するために、マグネットの一対の磁極面がそれぞれ周方向を向くように配置された、いわゆるスポーク型のロータ構造が、提案されている。

マグネットの一対の磁極面が周方向を向くように配置された従来のロータについては、例えば、特開２０１０−６３２８５号公報に開示されている。特開２０１０−６３２８５号公報の回転子は、軸部の周囲に略等間隔に配置される略直方体状の磁石を備えている。また、各磁石は、一対の磁極面が周方向を向くように配置され、隣り合う磁石同士は同極が向かい合うように配置されている（段落００６０、図４）。
特開２０１０−６３２８５号公報

特開２０１０−６３２８５号公報に記載されているように、スポーク型のロータ構造においては、マグネットの磁極面が有効に利用されている。そのため、ＳＰＭタイプのロータやスポーク型以外のＩＰＭタイプのロータと、スポーク型のロータ構造と、を比較すると、同じ磁力を発生させようとした場合に、スポーク型のロータ構造の方が、ロータの径を小さく設計することができる。

しかしながら、近年、モータの小型化だけでなく、トルクを向上させることが求められている。すなわち、ロータの径を大きくすることなく、ロータの磁力を増加させることが求められている。

本発明の目的は、スポーク型ＩＰＭタイプのロータにおいて、ロータの径を大きくすることなく、ロータの磁力を増加する技術を提供することである。

本願の例示的な第１発明は、インナーロータ型のモータに用いられるロータであって、上下に延びる中心軸の周囲に、周方向に配列された複数のマグネットと、磁性体からなるロータコアと、を有し、前記ロータコアは、前記マグネットより径方向内側において、軸方向に筒状に延びる内コア部と、前記内コア部より径方向外側において、周方向に配列された複数の外コア部と、を有し、複数の前記外コア部と、複数の前記マグネットとが、周方向に交互に配列され、前記マグネットは、磁極面である一対の周方向端面を有し、複数の前記マグネットの同極の磁極面同士が、周方向に対向し、前記一対の周方向端面の少なくとも一方は、その内端と外端とを繋ぐ平面よりも周方向に突出し、前記平面からの距離が最も大きい頂部を有する突出面であり、前記マグネットは、外端面の周方向の幅よりも周方向の幅の広い部分を有する、ロータである。

本願の例示的な第１発明によれば、ロータの径を大きくすることなく、マグネットの体積を大きくできる。これにより、ロータの径を大きくすることなく、ロータの磁力を増加できる。その結果、当該ロータをモータに組み込んだ際、モータのトルクを向上できる。

図１は、第１実施形態に係るロータの横断面図である。 図２は、第２実施形態に係るモータの縦断面図である。 図３は、第２実施形態に係るロータの横断面図である。 図４は、第２実施形態に係るロータの部分横断面図である。 図５は、変形例に係るロータの横断面図である。 図６は、変形例に係るロータの横断面図である。 図７は、変形例に係るロータの横断面図である。 図８は、変形例に係るロータの横断面図である。 図９は、変形例に係るロータの横断面図である。 図１０は、従来型マグネットを有するロータの横断面図である。 図１１は、シミュレーションの結果を表した図である。

以下、本発明の例示的な実施形態について、図面を参照しながら説明する。なお、本願では、モータの中心軸と平行な方向を「軸方向」、モータの中心軸に直交する方向を「径方向」、モータの中心軸を中心とする円弧に沿う方向を「周方向」、とそれぞれ称する。また、本願では、軸方向を上下方向とし、ベース部に対してロータ側を上として、各部の形状や位置関係を説明する。ただし、この上下方向の定義により、本発明に係るモータの使用時の向きを限定する意図はない。

また、本願において「平行な方向」とは、略平行な方向も含む。また、本願において「直交する方向」とは、略直交する方向も含む。

＜１．第１実施形態＞
図１は、第１実施形態に係るモータのロータ３１Ａの横断面図である。図１に示すように、ロータ３１Ａは、上下に延びる中心軸９Ａを中心とした略円柱型である。ロータ３１Ａは、インナーロータ型のモータに用いられるロータであって、中心軸９Ａを中心に回転する。

図１に示すように、ロータ３１Ａは、ロータコア４Ａと、中心軸９Ａの周囲に周方向に配列された複数のマグネット５Ａと、を有する。

ロータコア４Ａは、内コア部４１Ａおよび複数の外コア部４２Ａを有し、磁性体からなる。内コア部４１Ａは、マグネット５Ａより径方向内側において、軸方向に筒状に延びる。複数の外コア部４２Ａは、内コア部４１Ａより径方向外側において、周方向に配列される。また、複数の外コア部４２Ａと、複数のマグネット５Ａとは、周方向に交互に配列される。

マグネット５Ａは、磁極面である一対の周方向端面を有する。本実施形態では、マグネット５Ａの一対の周方向端面の一方は、突出面５１Ａであり、他方は、平坦面５２Ａである。突出面５１Ａは、その内端と外端とを繋ぐ平面５０Ａよりも周方向に突出する。突出面５１Ａは、平面５０Ａからの距離が最も大きい頂部５１０Ａを有する。また、平坦面５２Ａは、その内端と外端とを繋ぐ平面５０Ａと略同一面上に位置する。

磁極面の一方が平坦面５２Ａであるマグネット５Ａは、磁極面の両方が突出面であるマグネットよりも製造コストが低い。したがって、磁極面の一方が突出面５１Ａで有り、他方が平坦面５２Ａであるマグネット５Ａを使用することにより、製造コストを抑えつつ、マグネットの体積を大きくすることができる。

また、マグネット５Ａは、最も周方向の幅が広い幅広部５５Ａを有する。ここで、本実施形態では、マグネット５Ａの内端面５３Ａの周方向の幅と、外端面５４Ａの周方向の幅とは、略同一である。そのため、幅広部５５Ａの周方向の幅は、外端面５４Ａの周方向の幅よりも広い。なお、本実施形態では、幅広部５５Ａの周方向端部の一方は、突出面５１Ａの頂部５１０Ａと重なる。

このように、マグネット５Ａは、外端面５４Ａよりも周方向の幅の広い部分を有する。これにより、ロータ３１Ａの径を大きくすることなく、マグネット５Ａの体積を大きくできる。すなわち、ロータ３１Ａの径を大きくすることなく、ロータ３１Ａの磁力を増加できる。その結果、ロータ３１Ａをモータに組み込んだ際、モータのトルクを向上できる。

ここで、ロータ３１Ａが回転した時に、マグネット５Ａには、径方向外側に向かう遠心力がかかり、マグネット５Ａが、ロータコア４Ａの外側に飛びだそうとする。しかし、このロータ３１Ａでは、マグネット５Ａが、外端面５４Ａの周方向の幅よりも周方向の幅の広い幅広部５５Ａを有する。すなわち、マグネット５Ａの周方向の両側に隣接する外コア部４２Ａの外端において、外コア部４２Ａ同士の間隔が幅広部５５Ａよりも狭い。そのため、マグネット５Ａが径方向外側へ抜けるのが抑制される。

複数のマグネット５Ａは、同極の磁極面同士が周方向に対向して配置される。また、図１に示すように、本実施形態の複数のマグネット５Ａは、突出面５１Ａと、平坦面５２Ａとが周方向に対向して配置される。すなわち、Ｎ極突出面５１１ＡおよびＳ極平坦面５２２Ａを有するマグネット５Ａと、Ｓ極突出面５１２ＡおよびＮ極平坦面５２１Ａを有するマグネット５Ａとが、周方向に交互に配置される。

したがって、１つのマグネット５ＡのＮ極突出面５１１Ａと、その隣りに位置するマグネット５ＡのＮ極平坦面５２１Ａとが外コア部４２Ａを介して周方向に対向する。同様に、１つのマグネット５ＡのＳ極突出面５１２Ａと、その隣りに位置するマグネット５ＡのＳ極平坦面５２２Ａとが外コア部４２Ａを介して周方向に対向する。

このように、突出面５１Ａと平坦面５２Ａとが周方向に対向することにより、複数の外コア部４２Ａの形状が同一となる。これにより、ロータ３１Ａの回転時に、各外コア部４２Ａにかかる力が均一となる。

＜２．第２実施形態＞
＜２−１．モータの全体構成＞
次に、本発明の第２実施形態について、説明する。図２は、モータ１の縦断面図である。モータ１は、例えば、自動車のエンジン冷却用ファンに使用される。ただし、本発明のモータ１は、自動車の他の部位や、自動車以外の機器に使用されるものであってもよい。例えば、本発明のモータ１は、ＯＡ機器、医療機器、産業用の大型設備等に搭載されるものであってもよい。

このモータ１は、電機子２４の径方向内側にロータ３１が配置された、いわゆるインナーロータ型のモータである。図２に示すように、モータ１は、静止部２と回転部３とを有する。静止部２は、自動車等の機器の枠体に固定される。回転部３は、静止部２に対して、回転可能に支持される。

本実施形態の静止部２は、シャフト２１と、ベース部２２と、モータフレーム２３と、電機子２４と、回路基板２５とを有する。

シャフト２１は、中心軸９に沿って上下方向に延びる柱状の部材である。シャフト２１の下端部は、ベース部２２に固定される。

ベース部２２は、回転部３の下方において、径方向に広がる。ベース部２２はアルミニウムなどの金属製である。モータフレーム２３は、中心軸９を中心とする円筒形状の円筒部２３１を有する。ベース部２２と、モータフレーム２３の下端部とは、ネジ止めにて固定される。

電機子２４は、駆動電流に応じて磁束を発生させる。電機子２４は、ベース部２２の上方において、ロータ３１の径方向外側に配置される。電機子２４は、ステータコア２４１、インシュレータ２４２、および複数のコイル２４３を有する。ステータコア２４１は、例えば、複数の電磁鋼板が軸方向に積層された積層鋼板により形成されている。ステータコア２４１は、円環状のコアバック７１と、コアバック７１から径方向内側へ向けて突出した複数のティース７２とを有する。コアバック７１は、モータフレーム２３の円筒部２３１の内周面に、固定される。複数のティース７２は、周方向に略等間隔に配列されている。

インシュレータ２４２は、絶縁体である樹脂により形成される。各ティース７２の上面、下面、および周方向の両端面は、インシュレータ２４２に覆われている。コイル２４３は、インシュレータ２４２の周囲に巻かれた導線により、構成される。インシュレータ２４２は、ティース７２とコイル２４３との間に介在することによって、ティース７２とコイル２４３とが電気的に短絡することを、防止している。なお、インシュレータ２４２に代えて、ティース７２の表面に絶縁塗装が施されていてもよい。

回路基板２５は、ベース部２２の下方に配置されている。回路基板２５には、モータ１を駆動するための電子部品が、実装される。コイル２４３を構成する導線の端部は、回路基板２５に半田付け、または溶接され、回路基板２５上の電子部品と電気的に接続される。外部電源から供給される電流は、回路基板２５を介して、コイル２４３へ流れる。

回転部３は、ロータ３１およびロータホルダ３２を有し、シャフト２１に対して回転可能に支持されている。シャフト２１と、ロータ３１およびロータホルダ３２との間には、軸受機構１２が介在している。本実施形態の軸受機構１２には、球体を介して外輪と内輪とを相対回転させるボールベアリングが、使用されている。ただし、ボールベアリングに代えて、すべり軸受や流体軸受等の他方式の軸受が使用されてもよい。

ロータ３１は、電機子２４の径方向内側に配置されて、中心軸９を中心として回転する。ロータ３１の外周面は、電機子２４の複数のティース７２の内端面と、径方向に対向する。ロータホルダ３２は、ロータ３１を保持する樹脂製の部材である。ロータホルダ３２は、例えば、ロータ３１をインサート部品とするインサート成型により形成される。ロータホルダ３２は、例えば、ファンのインペラ等の駆動部にネジ止めにて連結される。

このようなモータ１において、静止部２のコイル２４３に駆動電流を与えると、ステータコア２４１の複数のティース７２に、径方向の磁束が生じる。そして、ティース７２とロータ３１との間の磁束の作用により、周方向のトルクが発生する。その結果、静止部２に対して回転部３が、中心軸９を中心として回転する。

＜２−２．ロータの構成＞
続いて、ロータ３１の詳細な構造について、説明する。図３は、ロータ３１の横断面図である。図４は、ロータ３１の部分横断面図である。

ロータ３１は、中心軸９を中心とした略円柱型である。ロータ３１は、ロータコア４と、中心軸９の周囲に周方向に配列された複数のマグネット５とを有する。

ロータコア４は、シャフト２１を包囲する筒状の部材である。本実施形態のロータコア４は、磁性体である電磁鋼板を軸方向に積層させた積層鋼板からなる。ロータコア４は、内コア部４１および複数の外コア部４２を有する。

内コア部４１は、マグネット５より径方向内側において、軸方向に筒状に延びる。内コア部４１の略中央には、軸方向に内コア部４１を貫通するシャフト孔４３が設けられる。シャフト孔４３には、シャフト２１が挿入される。

複数の外コア部４２は、内コア部４１より径方向外側において、周方向に配列される。外コア部４２の内端は、内コア部４１と接続する。また、複数の外コア部４２と、複数のマグネット５とは、周方向に交互に配列される。なお、隣接する外コア部４２とマグネット５とは、周方向に対向する面同士が接触している。ロータコア４の詳細な構成については、後述する。

各マグネット５は、磁極面である一対の周方向端面を有する。複数のマグネット５は、同極の磁極面同士が周方向に対向して配置される。本実施形態では、各マグネット５の一対の周方向端面は、いずれも突出面５１である。図３に示すように、本実施形態では、Ｎ極突出面５１１同士が外コア部４２を介して周方向に対向し、Ｓ極突出面５１２同士が外コア部４２を介して周方向に対向する。

突出面５１は、その内端と外端とを繋ぐ平面５０よりも周方向に突出している。突出面５１は、平面５０からの距離が最も大きい頂部５１０を有する。

また、本実施形態の突出面５１は、滑らかな曲面である。すなわち、突出面５１は、その内端から頂部５１０に向かう面が、曲面である。また、突出面５１は、その外端から頂部５１０に向かう面が、曲面である。これにより、突出面５１の外端から頂部５１０に向かう面が平面である場合と比較して、径方向外側に向かうにつれ、突出面５１の法線が径方向外側を向く。その結果、外コア部４２において、突出面５１からの磁束が径方向外側を向きやすい。したがって、ロータ３１をモータ１に組み込んだ際、モータ１のトルクをより向上させることができる。

各マグネット５は、内端面５３の周方向の幅と、外端面５４の周方向の幅とが、略同一である。各突出面５１はそれぞれ、突出面５１の内端と頂部５１０との距離と、突出面５１の外端と頂部５１０との距離とが、略同一である。このため、マグネット５のうち、最も周方向の幅が広い幅広部５５の両端部は、一対の突出面５１のそれぞれの頂部５１０と重なる。

幅広部５５は、内端面５３および外端面５４よりも周方向の幅が広い。これにより、マグネット５の周方向の両側に隣接する外コア部４２の外端面同士の間隔が、幅広部５５よりも狭い。したがって、マグネット５が径方向外側へ抜けるのが抑制される。同様に、マグネット５が径方向内側に移動するのが抑制される。

このように、マグネット５は、外端面５４の周方向の幅よりも周方向の幅の広い部分を有する。これにより、ロータ３１の径を大きくすることなく、マグネット５の体積を大きくできる。すなわち、ロータ３１の径を大きくすることなく、ロータ３１の磁力を増加できる。その結果、ロータ３１をモータ１に組み込んだ際、モータ１のトルクを向上できる。本実施形態では、マグネット５の一対の周方向端面の両方が突出面５１であることから、マグネット５の体積をより大きくすることができる。したがって、モータ１のトルクをより向上できる。

また、マグネット５は、内端面５３の周方向の幅よりも周方向の幅の広い部分を有する。これにより、内端面５３の周方向の幅を大きくせずに済む。すなわち、外コア部４２と内コア部４１とを接続する部位の幅を確保しやすい。よって、ロータコア４を製造しやすい。

なお、本実施形態のマグネット５は、フェライト系マグネットである。近年では、希土類磁石の価格が高騰している。このため、低コスト化を実現するために、希土類磁石に比べて価格の安いフェライト系マグネットを使用することがある。しかしながら、低コスト化と併せて、従来のモータより高いトルクを得たいという技術的要求がある。この点、本実施形態のロータ３１の構造を採用すれば、フェライト系マグネットを使用し、かつ、マグネット５の体積を大きくして、モータ１のトルクを向上させることができる。このように、フェライト系マグネットを用いたロータにおいて、本発明は特に有用である。

ただし、本発明のロータは、フェライト系マグネット以外のマグネットを使用したものであってもよい。例えば、ネオジム系マグネットを使用してもよい。この場合、マグネットの使用量を低減すべく、ロータの径をより一層小さくしたり、マグネットの磁極面である一対の周方向端面のうち一方が突出面であり、他方が平坦面であるマグネットを使用したりすることにより、低コスト化という要求を可能な限り満足するロータを提供することができる。

ここで、図３に示すように、本実施形態の各マグネット５は、第１磁石片６１および第２磁石片６２の２つの磁石片からなる。第１磁石片６１と第２磁石片６２とは、周方向に隣接している。

第１磁石片６１および第２磁石片６２はそれぞれ、磁極面である一対の周方向端面を有する。第１磁石片６１の一方の周方向端面は、マグネット５のＮ極突出面５１１をなす。第１磁石片６１の他方の周方向端面は、Ｓ極の平坦な磁極面であり、第２磁石片６２と吸着するＳ極吸着面６１１である。同様に、第２磁石片６２の一方の周方向端面は、Ｎ極の平坦な磁極面であり、第１磁石片６１と吸着するＮ極吸着面６２１である。第２磁石片６２の他方の周方向端面は、マグネット５のＳ極突出面５１２をなす。第１磁石片６１のＳ極吸着面６１１と、第２磁石片６２のＮ極吸着面６２１とは、磁力により互いに吸着する。

このように、各マグネット５は、磁極面の一方が突出面であり、他方が平坦面である２つの磁石片６１，６２からなる。磁極面の一方が平坦面である磁石は、磁極面の両方が突出面である磁石よりも製造コストが低い。したがって、各マグネット５が、磁極面の両方が突出面である単独の磁石からなる場合と比べて、製造コストを抑えられる。

また、各マグネット５が、複数の磁石片から構成されていることにより、渦電流損を抑制できる。これにより、ロータ３１をモータ１に組み込んだ際、モータ１のトルクをさらに向上させることができる。

なお、本実施形態では、各マグネット５は、２つの磁石片からなるが、本発明はこれに限られない。各マグネット５は、単独の磁石片であってもよい。また、各マグネット５は、周方向に隣接する３つ以上の磁石片からなってもよい。その場合、当該３つ以上の磁石片のうち、周方向両端の磁石片は、外コア部４２と周方向に隣接する面が突出面５１となる。

続いて、ロータコア４の構成について、詳細を説明する。

各外コア部４２には、軸方向に外コア部４２を貫通する貫通孔４４が設けられる。これにより、ロータ３１の重量が低減される。なお、本実施形態では、全ての外コア部４２に貫通孔４４が設けられるが、本発明はこれに限られない。複数の外コア部４２には、貫通孔４４が設けられなくてもよい。また、複数の外コア部４２のうちのいずれか１つ、または２つ以上の外コア部４２に貫通孔４４が設けられてもよい。

図４に示すように、本実施形態では、貫通孔４４は、いわゆる涙型の形状をしている。具体的には、貫通孔４４は、周方向外側に向かうにつれ互いに離れる２つの略平面部４４１と、２つの略平面部４４１の内端を繋ぐ内側接続部４４２と、２つの略平面部４４１の外端を繋ぐ外側接続部４４３とに囲まれている。

ここで、外コア部４２の周方向の端面のうち、中心軸９に直交する断面における接線が略平面部４４１と平行となる点を、平行点４２１とする。外コア部４２のうち、平行点４２１の周辺部４２２においては、略平面部４４１と、外コア部４２の周方向の端面との周方向の間隔が略一定である。本実施形態では、略平面部４４１の内端付近と外コア部４２の周方向端面との間に、周辺部４２２が位置している。すなわち、貫通孔４４の内端付近では、貫通孔４４の縁と、外コア部４２の周方向の端面との周方向の間隔が略一定である。

また、周辺部４２２より径方向外方では、貫通孔４４の縁と、外コア部４２の周方向の端面との周方向の間隔が、径方向外側に向かうにつれて広がっている。当該形状により、マグネット５からロータコア４の磁極面である外コア部４２の外端面に向かう磁束の流れが効率よく案内される。これにより、貫通孔の縁と、外コア部の周方向の端面との周方向の間隔が、径方向外側へ向かうにつれて広がっていない貫通孔を設けたロータと比較して、貫通孔４４によるモータ１のトルクの低下を抑制できる。

図３に示すように、各マグネット５の内端面５３と、内コア部４１の外周面との間には、非磁性体層４５が介在する。これにより、各マグネット５の径方向内側における磁束の短絡が抑制されている。本実施形態では、非磁性体層４５は、ロータホルダ３２を構成する樹脂である。なお、非磁性体層４５は、他の非磁性体であってもよい。また、非磁性体層４５に代えて、各マグネット５の内端面５３と、内コア部４１の外周面との間に、空隙が介在してもよい。

ロータコア４は、内コア部４１の外周面から非磁性体層４５内に突出する、突起４６を有する。突起４６は、マグネット５の内端面５３と接触する。これにより、マグネット５の径方向内側への位置ずれを抑制できる。

なお、本実施形態の突起４６は、内コア部４１の外周面から非磁性体層４５内に突出したが、本発明はこの限りではない。突起４６は、外コア部４２の周方向の側面から非磁性体層４５内に突出し、マグネット５の内端面５３と接触してもよい。

また、本実施形態の外コア部４２は、マグネット５の外端面５４と径方向に重ならない。これにより、マグネット５の径方向外側における磁束の短絡を抑制できる。したがって、モータ１のトルクの低下を防止できる。

ここで、前述の通り、仮に、マグネット５が径方向外側に抜けるのを抑制するために、外コア部４２の外端面の周方向端部から、マグネット５の外端面５４に沿って延びる固定部を設けると、隣り合う２つの外コア部４２の固定部同士が、マグネット５の外端面５４に沿って対向し、磁路を形成する。そうすると、各マグネット５の径方向外側において、Ｎ極側の外コア部４２の固定部およびＳ極側の外コア部４２の固定部を介して、当該マグネット５のＮ極からＳ極へと磁束が短絡する。この場合、ロータ３１の有効磁束が低下し、モータ１のトルクが低下する。

本実施形態のロータ３１では、マグネット５は、外端面５４よりも周方向の幅の広い部分を有するため、マグネット５の径方向外側への抜けが抑制されている。したがって、固定部を設ける必要がない。

＜３．変形例＞
以上、本発明の例示的な実施形態について説明したが、本発明は上記の実施形態に限定されるものではない。

図５は、一変形例に係るロータ３１Ｂの横断面図である。図５の例では、各マグネット５Ｂの一対の周方向端面の一方は、突出面５１Ｂであり、他方は、平坦面５２Ｂである。

複数のマグネット５Ｂは、同極の磁極面同士が周方向に対向して配置される。また、図５の例では、複数のマグネット５Ｂは、突出面５１Ｂ同士が周方向に対向する。すなわち、複数のマグネット５Ｂは、平坦面５２Ｂ同士が周方向に対向する。

したがって、複数の外コア部４２Ｂは、その一対の周方向端面の両方が突出面５１Ｂと接するか、または、その一対の周方向端面の両方が平坦面５２Ｂと接する。これにより、モータの非稼働時において、外コア部４２Ｂにおいて、その周方向両側に隣り合うマグネット５Ｂからの磁束の流れが、対称性を有する。このようなロータ３１Ｂは、正逆両回転のモータに使用する場合に有用である。

図６は、他の変形例に係るロータ３１Ｃの横断面図である。図６の例では、各マグネット５Ｃの一対の周方向端面は、いずれも突出面５１Ｃである。突出面５１Ｃは、その内端と外端とを繋ぐ平面５０Ｃよりも周方向に突出している。突出面５１Ｃは、平面５０Ｃからの距離が最も大きい頂部５１０Ｃを有する。

図６の例では、突出面５１Ｃの内端と頂部５１０Ｃの距離は、突出面５１Ｃの外端と頂部５１０Ｃとの距離よりも小さい。これにより、外コア部４２Ｃのうち外端面に近い部分を広くとれる。これにより、マグネット５Ｃの表面から出た磁束が、外コア部４２Ｃの外端面に向かいやすい。

図７は、他の変形例に係るロータ３１Ｄの横断面図である。図７の例では、各マグネット５Ｄの一対の周方向端面は、いずれも突出面５１Ｄである。突出面５１Ｄは、その内端と外端とを繋ぐ平面５０Ｄよりも周方向に突出している。突出面５１Ｄは、平面５０Ｄからの距離が最も大きい頂部５１０Ｄを有する。

図７の例では、頂部５１０Ｄは、径方向に幅を有する、平面５０Ｄと平行な平面である。すなわち、頂部５１０Ｄは、軸方向に延びる平面である。このように、頂部５１０Ｄは、中心軸に直交する断面において点ではなく、径方向の幅を有する線であってもよい。これにより、マグネット５Ｄの周方向の幅が広い部分を大きくとれる。したがって、マグネット５Ｄの体積をより大きくできる。その結果、ロータ３１Ｄをモータに組み込んだ際に、モータのトルクをより向上できる。

なお、上記の実施形態では、突出面が滑らかな曲面であったが、本発明はこの限りではない。図７の例では、突出面５１Ｄは、その外端から頂部５１０Ｄに向かう面と、内端から頂部５１０Ｄに向かう面とが、曲面である。また、頂部５１０Ｄは平面である。このように、突出面５１Ｄは、曲面と平面とにより構成されてもよい。

図８は、他の変形例に係るロータ３１Ｅの横断面図である。図８の例では、各マグネット５Ｅの一対の周方向端面は、いずれも突出面５１Ｅである。突出面５１Ｅは、その内端と外端とを繋ぐ平面５０Ｅよりも周方向に突出している。突出面５１Ｅは、平面５０Ｅからの距離が最も大きい頂部５１０Ｅを有する。

図８の例では、突出面５１Ｅは、その内端から頂部５１０Ｅに向かう面が、平面である。また、突出面５１Ｅは、その外端から頂部５１０Ｅに向かう面が、平面である。これにより、突出面５１Ｅの外端から頂部５１０Ｅに向かう面が曲面である場合と比較して、外コア部４２Ｅの外端面に近い部分を広くとれる。したがって、突出面５１Ｅからの磁束が、外コア部４２Ｅの外端面に向かいやすい。

なお、図８の例では、突出面５１Ｅの外端から頂部５１０Ｅに向かう面と、内端から頂部５１０Ｅに向かう面の両方が平面であったが、本発明はこれに限られない。突出面５１Ｅは、曲面と平面との組み合わせにより構成されてもよい。

図９は、他の変形例に係るロータ３１Ｆの横断面図である。図９の例では、マグネット５Ｆにおいて、最も周方向の幅が広い幅広部５５Ｆは、内端面５３Ｆよりも周方向の幅が広い。すなわち、マグネット５Ｆは、内端面５３Ｆの周方向の幅よりも周方向の幅の広い部分を有する。これにより、マグネット５Ｆの径方向内側への位置ずれが抑制されている。

各マグネット５Ｆの内端面５３Ｆと、内コア部４１Ｆの外周面との間には、非磁性体層４５Ｆが介在する。これにより、各マグネット５Ｆの径方向内側において、磁束が短絡するのが抑制される。したがって、ロータ３１Ｆをモータに組み込んだ際に、モータのトルクを向上できる。

また、図９の例では、マグネット５Ｆの内端面５３Ｆ全体が、非磁性体層４５Ｆと隣接している。すなわち、上述の実施形態では、ロータコアがマグネットの内端面に接触する突起を有していたが、図９の例では、ロータコア４Ｆは、突起を有さない。これにより、各マグネット５Ｆの径方向内側において、磁束が短絡するのがさらに抑制される。したがって、ロータ３１Ｆをモータに組み込んだ際に、モータのトルクをさらに向上できる。

また、各部材の細部の形状については、本願の各図に示された形状と、相違していてもよい。また、上記の実施形態や変形例に登場した各要素を、矛盾が生じない範囲で、適宜に組み合わせてもよい。

＜４．シミュレーション＞
最後に、マグネットの突出面の有無による、ロータの表面磁束密度の違いについて述べる。図１０は、略直方体形状の従来型のマグネット５Ｇを有する、ロータ３１Ｇの断面図である。図１１は、ロータ３１Ｇおよびロータ３１Ｂの表面磁束密度のシミュレーション結果を表した図である。

図１０に示す、磁極面である一対の周方向端面の両方が平坦面５２Ｇであるマグネット５Ｇを有するロータ３１Ｇについて、表面磁束密度を計測するシミュレーションを行った。ロータ３１Ｇは、マグネット５Ｇおよび外コア部４２Ｇの周方向の両端面の形状以外は、ロータ３１Ｂと同様の形状および寸法である。

具体的には、中心軸９Ｇを中心とし、かつ、最突出点４２２Ｇを通る円４２３Ｇ上において、最突出点４２２Ｇの１つを起点として、中心軸９Ｇを中心に０．５度間隔で磁束密度をシミュレーションにより計算した。ここで、最突出点４２２Ｇとは、外コア部４２Ｇの外端面のうち、中心軸９Ｇからの距離が最も大きい点である。ここでは、各位置における磁束密度の二乗平均平方根を表面磁束密度と定義する。

また、同様に、図５に示す、磁極面である一対の周方向端面の一方が突出面５１Ｂであり、他方が平坦面５２Ｂであるマグネット５Ｂを有するロータ３１Ｂについて、表面磁束密度を計測するシミュレーションを行った。

具体的には、中心軸９Ｂを中心とし、かつ、最突出点４２２Ｂを通る円４２３Ｂ上において、最突出点４２２Ｂの１つを起点として、中心軸９Ｂを中心に０．５度間隔で磁束密度をシミュレーションにより計算した。ここで、最突出点４２２Ｂとは、外コア部４２Ｂの外端面のうち、中心軸９Ｂからの距離が最も大きい点である。ここでは、ロータ３１Ｇの場合と同様に、各位置における磁束密度の二乗平均平方根を表面磁束密度と定義する。

図１１に示すように、ロータ３１Ｂの表面磁束密度は、ロータ３１Ｇの表面磁束密度と比較して約７．６％大きい。すなわち、一対の周方向端面の一方が突出面であるマグネット５Ｂを有するロータ３１Ｂは、一対の周方向端面の両方が平坦面であるマグネット５Ｇを有するロータ３１Ｇと比較して、表面磁束密度が大きい。

この結果より、従来型のマグネット５Ｇを有するロータ３１Ｇと比較して、本発明の特徴を有するマグネット５Ｂを有するロータ３１Ｂは、ロータの径を大きくすることなく、ロータの磁力を増加しているといえる。

なお、図１１に示す表面磁束密度の数値は、例えばマグネットの材料やコアの材料等の、諸条件を変更すると、変化する。その場合であっても、それらの諸条件が同一の下で比較すれば、従来型のロータの表面磁束密度と、本発明の特徴を有するロータの表面磁束密度とが、逆転することはない。すなわち、従来型のロータと比較して、本発明の特徴を有するロータは、表面磁束密度の数値が大きくなる。

本発明は、ロータおよびモータに利用できる。

１ モータ
４，４Ａ，４Ｆ ロータコア
５，５Ａ，５Ｂ，５Ｃ，５Ｄ，５Ｅ，５Ｆ マグネット
９，９Ａ 中心軸
３１，３１Ａ，３１Ｂ，３１Ｃ，３１Ｄ，３１Ｅ，３１Ｆ ロータ
３２ ロータホルダ
４１，４１Ａ，４１Ｆ 内コア部
４２，４２Ａ，４２Ｂ，４２Ｃ，４２Ｅ 外コア部
４３ シャフト孔
４４ 貫通孔
４５，４５Ｆ 非磁性体層
４６ 突起
５０，５０Ａ，５０Ｃ，５０Ｄ，５０Ｅ 平面
５１，５１Ａ，５１Ｂ，５１Ｃ，５１Ｄ，５１Ｅ 突出面
５２Ａ，５２Ｂ 平坦面
５３，５３Ａ，５３Ｆ 内端面
５４，５４Ａ，５４Ａ 外端面
５５，５５Ａ，５５Ｆ 幅広部
６１ 第１磁石片
６２ 第２磁石片
４２１ 平行点
４２２ 周辺部
４４１ 略平面部
５１０，５１０Ａ，５１０Ｃ，５１０Ｄ，５１０Ｅ 頂部
５１１，５１１Ａ Ｎ極突出面
５１２，５１２Ａ Ｓ極突出面
５２１Ａ Ｎ極平坦面
５２２Ａ Ｓ極平坦面
６１１ Ｎ極吸着面
６２１ Ｓ極吸着面

Claims (19)

1. 
   インナーロータ型のモータに用いられるロータであって、
   
   上下に延びる中心軸の周囲に、周方向に配列された複数のマグネットと、
   
   磁性体からなるロータコアと、
   
   を有し、
   
   前記ロータコアは、
   
   前記マグネットより径方向内側において、軸方向に筒状に延びる内コア部と、
   
   前記内コア部より径方向外側において、周方向に配列された複数の外コア部と、
   
   を有し、
   
   複数の前記外コア部と、複数の前記マグネットとが、周方向に交互に配列され、
   
   前記マグネットは、磁極面である一対の周方向端面を有し、
   
   複数の前記マグネットの同極の磁極面同士が、周方向に対向し、
   
   前記一対の周方向端面の少なくとも一方は、その内端と外端とを繋ぐ平面よりも周方向に突出し、前記平面からの距離が最も大きい頂部を有する突出面であり、
   
   前記マグネットは、外端面の周方向の幅よりも周方向の幅の広い部分を有し、
   
   複数の前記外コア部の少なくとも１つは、軸方向に貫通する貫通孔を有し、
   
   前記貫通孔は、周方向外側に向かうにつれ互いに離れるに２つの略平面部と、２つの略平面部の内端を繋ぐ内側接続部と、２つの略平面部の外端を繋ぐ外側接続部とに囲まれおり、
   
   前記貫通孔の縁と、前記外コア部の周方向の端面との周方向の間隔が、略一定または径方向外側へ向かうにつれて広がっている、
   
   ロータ。
   
2. 
   請求項１に記載のロータにおいて、
   
   前記マグネットの前記一対の周方向端面の一方は、前記突出面であり、他方は、平坦面である、ロータ。
   
3. 
   請求項２に記載のロータにおいて、
   
   複数の前記マグネットは、前記突出面と、前記平坦面とが周方向に対向する、ロータ。
   
4. 
   請求項２に記載のロータにおいて、
   
   複数の前記マグネットの前記突出面同士が、周方向に対向する、ロータ。
   
5. 
   請求項１に記載のロータにおいて、
   
   前記マグネットの前記一対の周方向端面の両方が前記突出面である、ロータ。
   
6. 
   請求項５に記載のロータにおいて、
   
   前記マグネットは、周方向に隣接する複数の磁石片からなり、
   
   前記複数の磁石片のうち、周方向両端の磁石片は、前記外コア部と周方向に隣接する面が前記突出面である、ロータ。
   
7. 
   請求項１から請求項６までのいずれかに記載のロータにおいて、
   
   前記マグネットの内端面と前記内コア部の外周面との間に空隙または非磁性体層が介在し、
   
   前記ロータコアは、前記内コア部の外周面または前記外コア部の周方向の側面から前記空隙または非磁性体層内に突出し、前記マグネットの内端面と接触する突起を有する、ロータ。
   
8. 
   請求項１から請求項６までのいずれかに記載のロータにおいて、
   
   前記マグネットは、内端面の周方向の幅よりも周方向の幅の広い部分を有する、ロータ。
   
9. 
   請求項８に記載のロータにおいて、
   
   前記マグネットの内端面全体が、空隙または非磁性体層と隣接する、ロータ。
   
10. 
    請求項１から請求項９までのいずれかに記載のロータにおいて、
    
    前記突出面は、前記内端から前記頂部に向かう面が平面である、ロータ。
    
11. 
    請求項１から請求項９までのいずれかに記載のロータにおいて、
    
    前記突出面は、前記内端から前記頂部に向かう面が曲面である、ロータ。
    
12. 
    請求項１から請求項１１までのいずれかに記載のロータにおいて、
    
    前記突出面は、前記外端から前記頂部に向かう面が平面である、ロータ。
    
13. 
    請求項１から請求項１１までのいずれかに記載のロータにおいて、
    
    前記突出面は、前記外端から前記頂部に向かう面が曲面である、ロータ。
    
14. 
    請求項１から請求項１３までのいずれかに記載のロータにおいて、
    
    前記内端と前記頂部との距離は、前記外端と前記頂部との距離よりも小さい、ロータ。
    
15. 
    請求項１から請求項１４までのいずれかに記載のロータにおいて、
    
    前記頂部は、軸方向に延びる平面である、ロータ。
    
16. 
    請求項１から請求項１５までのいずれかに記載のロータにおいて、
    
    前記ロータコアの前記外コア部は、前記マグネットの外端面と径方向に重ならない、ロータ。
    
17. 
    請求項１から請求項１６までのいずれかに記載のロータにおいて、
    
    前記マグネットは、フェライト系マグネットである、ロータ。
    
18. 
    請求項１から請求項１７までのいずれかに記載のロータにおいて、
    
    前記マグネットは、ネオジム系マグネットである、ロータ。
    
19. 
    静止部と、
    
    前記静止部に対して回転可能に支持される回転部と、
    
    を備え、
    
    前記回転部は、
    
    請求項１から請求項１８までのいずれかに記載のロータ
    
    を有し、
    
    前記静止部は、
    
    前記ロータの径方向外側に配置された電機子
    
    を有するモータ。

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