JP6435758B2 - 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、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、径方向に延びるティースを周方向に複数有するステータコア、及び前記ティースに巻装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、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蓋部を有するケース内に収容するモータであって、前記ヨークハウジングは、少なくとも底部において溝部を形成することで軸方向に切った断面の大きさが一部異なるような構成とされる。

この構成によれば、ヨークハウジングの底部において軸方向に切った断面の大きさが一部異なるような構成とされることで、断面形状の小さな部分で磁気抵抗が増加することとなる。このため、漏れ磁束が抑えられ出力特性を向上させることができる。

この構成によれば、溝部を形成することで軸方向に切った断面の大きさが一部異なるような構成とし、断面の小さな部分で磁気抵抗が増加することとなる。このため、漏れ磁束が抑えられ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、ヨークハウジングは、前記底部の前記ロータと軸方向において対向する位置又はそれよりも径方向内側に前記溝部を形成することで軸方向に切った断面の大きさが一部異なるような構成とされることが好ましい。

この構成によれば、主磁束を発生させる界磁磁石を有するロータからヨークハウジングの底部に漏れる磁束と、前記ロータとヨークハウジングとの間にステータを介在して漏れる磁束との両方が通る部分に溝部が形成されることとなる。このため、漏れ磁束の集中し易い箇所で予め漏れ磁束を低減させることができる。

上記モータにおいて、ヨークハウジングは、前記底部において前記ロータ側に開口するように前記溝部を形成することで軸方向に切った断面の大きさが一部異なるような構成とされることが好ましい。

この構成によれば、底部において前記ロータ側に開口するように前記溝部を形成するため、ヨークハウジングの底部の少なくとも溝部が形成される位置において、ロータから離間させることができる。これにより、磁束を発生させる界磁磁石を有するロータからヨークハウジングの底部に漏れる磁束を低減させることができる。

本発明のモータによれば、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である。 同上におけるブラシレス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。 別例におけるブラシレスモータの断面図である。

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、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、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は磁性体（例えば鉄）で構成される。また前記エンドプレート１４は非磁性体（例えば樹脂材料）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を有している。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させる。

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（先端）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及び図２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５２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（軸線Ｌ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５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が圧入されるとともに、第１及び第２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一定の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、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。

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に出力する。

次に、本実施形態のヨークハウジング１３について詳細に説明する。
ヨークハウジング１３は、略円筒状の筒状部５１と、筒状部５１の端部に位置する底部５２とで略有底筒状をなすように構成される。

底部５２は、ステータ対向部５３と、ロータ対向部５４と、軸受収容部５５とを有する。
ステータ対向部５３は、筒状部５１の径方向内側であって筒状部５１の軸方向端部から連続するともにステータ１６と軸方向において対向するように構成される。ステータ対向部５３は、ステータ１６と対向する対向面５３ａ側に略円環状の溝部５３ｂが形成される。溝部５３ｂは軸方向において対向するステータ１６側に開口するように形成される。このとき、溝部５３ｂが形成される対向面５３ａとは反対側の面５３ｃは平面状をなすように構成される。即ち、ステータ対向部５３において、溝部５３ｂが形成される箇所の厚さＴ１は、溝部５３ｂが形成されない箇所の厚さＴ２よりも薄く、軸方向に切った断面の大きさが異なるような構成とされる。

ロータ対向部５４は、ステータ対向部５３よりも径方向内側であって、ロータ対向部５４は、ロータ２１と軸方向において対向するように構成される。またロータ対向部５４は、ステータ対向部５３の径方向内側の端部と筒状部５７を介してステータ対向部５３から連続するように構成される。また、筒状部５７は、前記ステータ対向部５３の径方向内側の端部から前記筒状部５１の開口部側（エンドプレート１４側）に延出するように構成され、その先端部においてロータ対向部５４の径方向外側の端部と連続するように構成される。このため、ロータ対向部５４は、ステータ対向部５３よりも軸方向においてエンドプレート１４側（ヨークハウジング１３の開口部側）に近接するような構成とされる。

ロータ対向部５４は、ロータ２１と対向する対向面５４ａ側に略円環状の溝部５４ｂが形成される。溝部５４ｂは軸方向において対向するロータ２１側に開口するように形成される。このとき、溝部５４ｂが形成される対向面５４ａとは反対側の面５４ｃは平面状をなすように構成される。即ち、ロータ対向部５４において、溝部５４ｂが形成される箇所の厚さＴ３は、溝部５４ｂが形成されない箇所の厚さＴ４よりも薄く、軸方向に切った断面の大きさが異なるような構成とされる。

軸受収容部５５は、ロータ対向部５４よりも径方向内側であって軸受２３を収容するように有底筒状をなすように構成される。
次に、上記のように構成されたブラシレスモータ１１の作用を説明する。

本実施形態のブラシレスモータ１１は、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、ロータ２１の軸方向一端面側に磁性体（鉄製）のヨークハウジング１３が位置し、ロータ２１の軸方向他端面側に樹脂製のエンドプレート１４が位置することで、ロータ２１の環状磁石３３からの磁束の一部がケース１２側（ヨークハウジング１３側）に漏れてしまい磁気バランスが崩れる虞がある。

そこで、本実施形態では、漏れ磁束の磁路となり得るヨークハウジング１３の底部５２（ステータ対向部５３及びロータ対向部５４）に溝部５３ｂ，５４ｂを設けて断面の大きさを狭めて磁気抵抗を高めて漏れ磁束が飽和しやすい構成を図っている。

次に、本実施形態の効果を記載する。
（１）ヨークハウジング１３の底部５２において軸方向に切った断面の大きさが一部異なるような構成とされることで、断面形状の小さな部分で磁気抵抗が増加することとなる。このため、漏れ磁束が抑えられ出力特性を向上させることができる。

（２）底部５２に溝部５３ｂ，５４ｂを形成することで軸方向に切った断面の大きさが一部異なるような構成とし、断面の小さな部分で磁気抵抗が増加することとなる。このため、漏れ磁束が抑えられ出力特性を向上させることができる。

（３）主磁束を発生させる環状磁石３３を有するロータ２１からヨークハウジング１３の底部５２に漏れる磁束と、ロータ２１とヨークハウジング１３との間にステータ１６を介在して漏れる磁束との両方が通る部分（ロータ対向部５４）に溝部５４ｂが形成されることとなる。このため、漏れ磁束の集中し易い箇所で予め漏れ磁束を低減させることができる。

（４）底部５２においてロータ２１側に開口するように溝部５４ｂを形成するため、ヨークハウジング１３の底部５２の少なくとも溝部５４ｂが形成される位置において、ロータ２１から離間させることができる。これにより、磁束を発生させる環状磁石３３を有するロータ２１からヨークハウジング１３の底部５２に漏れる磁束を低減させることができる。

（５）溝部５３ｂ，５４ｂは、ヨークハウジング１３の底部５２に円環状に形成することで、周方向において溝部５３ｂ，５４ｂが途切れることがないため、より確実に漏れ磁束を抑えることができる。

（６）ヨークハウジング１３の筒状部５１を経由して底部５２側に漏れる磁束をロータ２１と軸方向において対向する位置よりも径方向外側の溝部５３ｂで抑えることができる。

なお、上記実施形態は、以下のように変更してもよい。
・上記実施形態では、各溝部５３ｂ，５４ｂを設ける際に、対向面５３ａ，５４ａとは反対側の面５３ｃ，５４ｃを平面形状としたが、これに限らない。

図５に示すように、半抜き形状の溝部５８，５９を設ける構成を採用してもよい。この場合、対向面５３ａ，５４ａとは反対側の面５３ｃ，５４ｃについて、溝部５８，５９の部分では前記面５３ｃ，５４ｃよりも軸方向に延出するような突出面５８ａ，５９ａが形成されることとなる。このとき、上記実施形態同様に、ステータ対向部５３において、溝部５８が形成される箇所の厚さＴ５は、溝部５８が形成されない箇所の厚さＴ２よりも薄く、軸方向に切った断面の大きさが異なるような構成とする。同様に、ロータ対向部５４において、溝部５９が形成される箇所の厚さＴ６は、溝部５９が形成されない箇所の厚さＴ４よりも薄く、軸方向に切った断面の大きさが異なるような構成とする。

・上記実施形態では、各溝部５３ｂ，５４ｂは軸方向においてそれぞれ対向するステータ１６及びロータ２１側に開口するように形成したが、これに限らない。例えば、各溝部５３ｂ，５４ｂを前記対向面５３ａ，５４ａとは反対側の面５３ｃ，５４ｃに形成してもよい。また、対向面５３ａ，５４ａ及び反対側の面５３ｃ，５４ｃに溝部を形成することで断面の大きさを一部異なるような構成を採用してもよい。

・上記実施形態では、ステータ対向部５３とロータ対向部５４との両方に溝部５３ｂ．５４ｂを設ける構成としたが、これに限らず、ステータ対向部５３とロータ対向部５４との一方に溝部を設ける構成を採用してもよい。

また、ステータ対向部５３とロータ対向部５４との両方に１つの溝部５３ｂ，５４ｂを設ける構成としたが、ステータ対向部５３とロータ対向部５４との少なくとも一方に複数の溝部を設ける構成を採用してもよい。

・上記実施形態では、ステータ対向部５３とロータ対向部５４とに設けられる溝部５３ｂ，５４ｂを円環状としたが、これに限らない。また、環状で無くてもよい。要は、断面の大きさを異なるようにすることで、部分的に漏れ磁束の磁路となり得る部分を小さくすることができればよい。

・上記実施形態では、ステータ対向部５３とロータ対向部５４とに溝部５３ｂ，５４ｂを設ける構成としたが、例えばステータ対向部５３とロータ対向部５４との間の筒状部５７に溝部を設ける構成を採用してもよい。

・底部５２に加えて筒状部５１に溝部を設ける構成を採用してもよい。
・上記実施形態並びに上記各別例は適宜組み合わせてもよい。
次に、上記実施形態及び別例から把握できる技術的思想を以下に追記する。

（付記１）
前記溝部は、周方向に連続して環状をなすように形成されることを特徴とする。

これにより、ヨークハウジングの底部に環状の溝部を形成することで、周方向において溝部が途切れることがないため、より確実に漏れ磁束を抑えることができる。
（付記２）
前記ヨークハウジングは、前記底部の前記ロータと軸方向において対向する位置よりも径方向外側に前記溝部を形成することで軸方向に切った断面の大きさが一部異なるような構成とされることを特徴とする。

これにより、ヨークハウジングの筒状部を経由して底部側に漏れる磁束をロータと軸方向において対向する位置よりも径方向外側の溝部で抑えることができる。

１１…モータ、１２…ケース、１３…ヨークハウジング、１４…蓋部としてのエンドプレート、１６…ステータ、１７…ステータコア、１７ａ…ティース、２０…巻線、２１…ロータ、３１，３２…ロータコア、３１…第１ロータコア、３１ｂ，３２ｂ…爪状磁極、３２…第２ロータコア、５２…底部、５３…底部を構成するステータ対向部、５３ｂ…溝部、５４…底部を構成するロータ対向部、５４ｂ…溝部、５５…底部を構成する軸受収容部、５８…溝部、５９…溝部。

Claims (3)

1. 径方向に延びるティースを周方向に複数有するステータコア、及び前記ティースに巻装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、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蓋部を有するケース内に収容するモータであって、
   前記ヨークハウジングは、少なくとも底部において溝部を形成することで軸方向に切った断面の大きさが一部異なるような構成と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、
   前記ヨークハウジングは、前記底部の前記ロータと軸方向において対向する位置又はそれよりも径方向内側に前記溝部を形成することで軸方向に切った断面の大きさが一部異なるような構成とされることを特徴とするモータ。
3. 請求項１又は２に記載のモータにおいて、
   前記ヨークハウジングは、前記底部において前記ロータ側に開口するように前記溝部を形成することで軸方向に切った断面の大きさが一部異なるような構成とされることを特徴とするモータ。