JP6922153B2 - ランデル型ロータ及びランデル型モータ - Google Patents

Description

本発明は、ランデル型ロータ及びランデル型モータに関する。

従来、モータのロータにおいて、周方向に複数の爪状磁極を有する一対のロータコアと、ロータコア内に内包された永久磁石とによって構成されたランデル型ロータを備えたランデル型モータが知られている（例えば特許文献１参照）。ランデル型ロータでは、一方のロータコアの爪状磁極と他方のロータコアの爪状磁極とが周方向に交互に配置されるとともに、軸方向に磁化された前記永久磁石によって各爪状磁極が交互に異なる磁極として機能するようになっている。

また、このようなランデル型ロータでは、爪状磁極の背面に設けられる背面磁石と、周方向における各爪状磁極間に設けられる極間磁石とを予め一体成形した円環状の補助磁石を採用している（例えば特許文献２の図１４参照）。

特開２０１５−８０３８７号公報 特開２０１４−１１７１３１号公報

ところで、上記のようなランデル型ロータでは、円環状の補助磁石とロータコアとの間に緩衝材を用いることが考えられる。しかしながら、ロータコアの爪状磁極の端面と補助磁石の周方向端面との間が面接触するとロータコア（爪状磁極）と補助磁石との間に隙間が生じず、緩衝材を介在させることが難しい虞がある。

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、ロータコアと補助磁石との間に緩衝材を容易に介在させることができるランデル型ロータ及びランデル型モータを提供することにある。

上記課題を解決するランデル型ロータは、周方向に複数の爪状磁極をそれぞれ有し、互いの爪状磁極が周方向に交互となる態様で組み付けられる第１及び第２ロータコアと、前記第１及び第２ロータコアの軸方向間に配置され、該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、前記界磁磁石と前記各爪状磁極との径方向間を通るように配置された円環状の補助磁石と、を備え、前記補助磁石は、ボンド磁石であり、前記補助磁石には、前記爪状磁極と周方向において対向する周方向端面に周方向外側に突出する突起が一体形成され、該突起は、軸方向から見て曲面状をなし、該突起の先端は、該突起の先端と周方向に対向する前記爪状磁極の周方向端面に接触しており、前記補助磁石と前記爪状磁極との周方向間において前記突起の設けられていない径方向位置では、前記突起によって生じる前記補助磁石と前記爪状磁極との隙間に緩衝材が設けられ、該緩衝材は、周方向一方側に対向する前記補助磁石の周方向端面に接触しているとともに、周方向他方側に対向する前記爪状磁極の周方向端面に接触している。

この構成によれば、補助磁石には、爪状磁極と周方向において対向する周方向端面に周方向外側に突出する突起が一体形成されているため、突起によって補助磁石と爪状磁極との周方向間に緩衝材を介在できる程度の隙間を設けることができる。これによって、ロータコアと補助磁石との間に緩衝材を容易に介在させることができる。

この構成によれば、突起を補助磁石に設けることで補助磁石と爪状磁極との隙間に緩衝材を介在させることができる。

また上記課題を解決するランデル型モータは、上記のランデル型ロータを備える。
この構成によれば、ランデル型モータにおいて上記効果を得ることができる。

本発明のランデル型ロータ及びランデル型モータによれば、ロータコアと補助磁石との間に緩衝材を容易に介在させることができる。

一実施形態のブラシレスモータを軸方向から見た正面図。 同形態のブラシレスモータの側面図。 同形態のブラシレスモータの断面図。 同形態のブラシレスモータの分解斜視図。 同形態のロータとセンサマグネットを分解した分解斜視図。 同形態のロータの分解斜視図。 同形態のロータの一部を示す平面図。

以下、ランデル型モータの一実施形態について説明する。
図１〜図３に示すように、本実施形態のブラシレスモータＭは、ランデル型モータであって、例えば車両のエンジンに連結されるバルブタイミング可変装置に用いられるモータである。

ブラシレスモータＭは、モータケース１を有する。モータケース１は、筒状ヨーク２と、ベース部材３と、カバー部材４とを有する。筒状ヨーク２は、有底筒状をなし、その開口側にベース部材３が取り付けられる。ベース部材３は、アルミニウムによりなり、筒状ヨーク２の開口側に取り付けられている。カバー部材４は、略板状をなし、ベース部材３の前記筒状ヨーク２とは反対側に取り付けられている。ベース部材３とカバー部材４とでなる収容空間に回路基板５が収容される。

ブラシレスモータＭは、筒状ヨーク２の内周面にステータ１０が固定され、そのステータ１０の内側には、回転軸６を有するロータ２０が配設されている。回転軸６は、非磁性体のステンレス製シャフトであって、筒状ヨーク２に形成した軸受保持部２ａに収容固定された軸受７及びベース部材３に形成した軸受保持部３ａに収容固定された軸受８にて、モータケース１に対して回転可能に支持されている。なお、軸受８は、非磁性体よりなる。

回転軸６の先端部は、筒状ヨーク２から突出し、ジョイント部材９が取り付けられている。ジョイント部材９は、モータＭから出力される回転トルクを調整機構（図示略）に伝達するため、前記調整機構と連結されている。調整機構はエンジンバルブ（図示略）を開閉するカムシャフト（図示略）と連結されている。即ち、モータＭから出力される回転トルクにて作動された前記調整機構が前記カムシャフトを作動させてエンジンバルブを開閉するタイミングが調整されるようになっている。

［ステータ］
図３及び図４に示すように、筒状ヨーク２の内周面にはステータ１０が固定されている。ステータ１０は、円筒状のステータコア１１を有し、そのステータコア１１には、周方向に等ピッチに配置される複数のティース１２が、径方向内側に向かって延出形成されている。各ティース１２は、Ｔ型のティースであって、その径方向の内周面は、回転軸６の中心軸線Ｌを中心として同心円の円弧を軸線方向に延出した円弧面である。

各ティース１２には、インシュレータ１３を介して３相の巻線のそれぞれが巻回されている。具体的には、図４に示すように、１２個のティース１２には、周方向に３相巻線、即ちＵ相巻線１４、Ｖ相巻線１５、Ｗ相巻線１６が順番に例えば集中巻きにて巻回されている。そして、これら巻回した巻線１４，１５，１６に３相の駆動電流が供給されてステータ１０に回転磁界を形成し、ステータ１０の内側に配置したロータ２０を回転軸６中心に正逆回転させるようになっている。

［ロータ］
図３〜図６に示すように、ロータ２０は、前記回転軸６と、第１及び第２ロータコア２１，３１と、界磁磁石４０と、整流磁石４２と、センサマグネット５０とを有している。

［第１ロータコア］
図３〜図６に示すように、第１ロータコア２１は、軟磁性材料よりなる電磁鋼板にて形成され、ベース部材３側に配置される。第１ロータコア２１は、略円板状の第１コアベース２２を有し、その中心位置に軸方向に貫通する貫通穴２２ａが形成されている。貫通穴２２ａのベース部材３側の外周部には、略円筒状のボス部２２ｂが突出形成されている。本実施形態では、バーリング加工により、貫通穴２２ａとボス部２２ｂを同時に形成している。なお、ボス部２２ｂの外径は、回転軸６の一側を回転可能に支持する軸受８の外径より短く形成される。即ち、ボス部２２ｂの外径は、ベース部材３に設けた軸受８を収容固定する軸受保持部３ａの内径より短く形成されている。

貫通穴２２ａ（ボス部２２ｂ）には回転軸６が圧入して貫挿され、第１コアベース２２が回転軸６に対して圧着固定される。この時、ボス部２２ｂを形成することによって、第１コアベース２２は、回転軸６に対して強固に圧着固定される。そして、この第１コアベース２２が回転軸６に圧着固定されたとき、ボス部２２ｂは、軸受保持部３ａに収容固定された軸受８に対して、軸方向において離間するように配置される（図１参照）。

第１コアベース２２の外周面２２ｃには、等間隔に複数（本実施形態では４つ）の第１爪状磁極２３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。ここで、第１爪状磁極２３において、第１コアベース２２の外周面２２ｃから径方向外側に突出した部分を第１基部２４といい、軸方向に屈曲された先端部分を第１磁極部２５という。

第１基部２４と第１磁極部２５からなる第１爪状磁極２３の周方向両端面２３ａ，２３ｂ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）平坦面となっている。そして、各第１爪状磁極２３の周方向の角度、即ち前記周方向両端面２３ａ，２３ｂ間の角度は、周方向に隣り合う第１爪状磁極２３同士の隙間の角度より小さく設定されている。

また、第１磁極部２５の径方向外側面２６は、軸直交方向断面形状が回転軸６の中心軸線Ｌを中心とする同心円形状の円弧面を有し、その径方向外側面２６に２つの補助溝２７を有している。補助溝２７は、径方向外側面２６の周方向中心から両側にそれぞれ同角度だけずれた位置に形成されている。補助溝２７は、軸直交方向断面形状がＵ字状、即ち底面が湾曲面にて形成されている。

［第２ロータコア］
図３〜図６に示すように、第２ロータコア３１は、第１ロータコア２１と同一材質及び同形状であって、筒状ヨーク２側に配置される。第２ロータコア３１は、円板状の第２コアベース３２を有し、その中心位置に軸方向に貫通する貫通穴３２ａが形成されている。貫通穴３２ａの筒状ヨーク２側の外周部には、略円筒状のボス部３２ｂが突出形成されている。本実施形態では、バーリング加工により、貫通穴３２ａとボス部３２ｂを同時に形成している。なお、ボス部３２ｂの外径は、回転軸６の一側を回転可能に支持する軸受７の外径より短く形成される。即ち、ボス部３２ｂの外径は、筒状ヨーク２に設けた軸受７を収容固定する軸受保持部２ａの内径より短く形成されている。

貫通穴３２ａ（ボス部３２ｂ）には回転軸６が圧入して貫挿され、第２コアベース３２が回転軸６に対して圧着固定される。この時、ボス部３２ｂを形成することによって、第２コアベース３２は、回転軸６に対して強固に圧着固定される。そして、この第２コアベース３２が回転軸６に圧着固定されたとき、ボス部３２ｂは、軸受保持部２ａに収容固定された軸受７に対して、軸方向において離間するように配置されるようになっている（図１参照）。

第２コアベース３２の外周面３２ｃには、等間隔に複数（本実施形態では４つ）の第２爪状磁極３３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。ここで、第２爪状磁極３３において、第２コアベース３２の外周面３２ｃから径方向外側に突出した部分を第２基部３４といい、軸方向に屈曲された先端部分を第２磁極部３５という。

第２基部３４と第２磁極部３５からなる第２爪状磁極３３の周方向両端面３３ａ，３３ｂは径方向に延びる平坦面とされている。そして、各第２爪状磁極３３の周方向の角度、即ち前記周方向両端面３３ａ，３３ｂ間の角度は、周方向に隣り合う第２爪状磁極３３同士の隙間の角度より小さく設定されている。

また、第２磁極部３５の径方向外側面３６は、軸直交方向断面形状が回転軸６の中心軸線Ｌを中心とする同心円形状の円弧面を有し、その径方向外側面３６に２つの補助溝３７を有している。補助溝３７は、径方向外側面３６の周方向中心から両側にそれぞれ同角度だけずれた位置に形成されている。補助溝３７は、軸直交方向断面形状がＵ字状、即ち底面が湾曲面にて形成されている。

そして、このような第２ロータコア３１は、各第２爪状磁極３３が第１ロータコア２１の各第１爪状磁極２３間となるようにして第１ロータコア２１と対向させて組み合わされる。このとき、第２コアベース３２の内側面３２ｄと第１コアベース２２の内側面２２ｄとの軸方向の間に界磁磁石４０が介在される。

［界磁磁石］
図６に示すように、界磁磁石４０は、円板状の永久磁石であって、その中央部に貫通穴４０ａが形成されている。界磁磁石４０は、その貫通穴４０ａに円筒状のスリーブ４１が貫挿されている。スリーブ４１は、非磁性体よりなり本実施形態では回転軸６と同じステンレス製にて形成されている。界磁磁石４０の外径は、第１及び第２コアベース２２，３２の外径と一致するように設定されている。従って、界磁磁石４０の外周面４０ｂが第１及び第２コアベース２２，３２の外周面２２ｃ，３２ｃと面一となる。

界磁磁石４０は、円板状の永久磁石であって、その中央部に貫通穴４０ａが形成されている。界磁磁石４０は、その貫通穴４０ａに円筒状のスリーブ４１が貫挿されている。スリーブ４１は、非磁性体よりなり本実施形態では回転軸６と同じステンレス製にて形成されている。界磁磁石４０の外径は、第１及び第２コアベース２２，３２の外径と一致するように設定されている。従って、界磁磁石４０の外周面４０ｂが第１及び第２コアベース２２，３２の外周面２２ｃ，３２ｃと面一となる。

従って、本実施形態のロータ２０は、界磁磁石４０を用いた所謂ランデル型ロータである。ロータ２０は、Ｎ極となる第１爪状磁極２３と、Ｓ極となる第２爪状磁極３３とが周方向に交互に配置されており、磁極数が８極となる。すなわち、本実施形態のブラシレスモータＭは、ロータ２０の極数が２×ｎ（但し、ｎは自然数）に設定されるとともに、ステータ１０のティース１２の数が３×ｎに設定され、具体的には、ロータ２０の極数が「８」に設定され、ステータ１０のティース１２の数が「１２」に設定されている。

［整流磁石（補助磁石）］
ロータ２０は、界磁磁石４０の外周側に補助磁石としての整流磁石４２を備えている。整流磁石４２は、円環状をなすよう形成される。なお、界磁磁石４０と整流磁石４２とは、異なる材料で構成される。具体的には、界磁磁石４０は、例えば異方性の焼結磁石であり、例えばフェライト磁石、サマリウムコバルト（ＳｍＣｏ）磁石、ネオジム磁石等で構成される。整流磁石４２は、例えばボンド磁石（プラスチックマグネット、ゴムマグネット等）であり、例えばサマリウム鉄窒素（ＳｍＦｅＮ）系磁石、サマリウムコバルト（ＳｍＣｏ）系磁石、ネオジム磁石等などの希土類磁石で構成される。

図６に示すように、整流磁石４２は、背面磁石部４３，４４と極間磁石部４５とを有し、背面磁石部４３，４４及び極間磁石部４５のそれぞれで漏れ磁束を抑えるように磁化された極異方性磁石である。

詳述すると、一方の背面磁石部４３は、第１爪状磁極２３の第１磁極部２５の内周面と、第２コアベース３２の外周面３２ｃとの間に配置される。そして、背面磁石部４３は、第１磁極部２５の内周面に近接する側がその第１磁極部２５と同極のＮ極に、第２コアベース３２の外周面３２ｃに近接する側がその第２コアベース３２と同極のＳ極となるように径方向成分を主として磁化されている。

他方の背面磁石部４４は、第２爪状磁極３３の第２磁極部３５の内周面と、第１コアベース２２の外周面２２ｃとの間に配置される。そして、背面磁石部４４は、第２磁極部３５の内周面に近接する側がその第２磁極部３５と同極のＳ極に、第１コアベース２２の外周面２２ｃに近接する側がその第１コアベース２２と同極のＮ極となるように径方向成分を主として磁化されている。

極間磁石部４５は、第１爪状磁極２３と第２爪状磁極３３との周方向の間に配置されている。極間磁石部４５は、周方向において第１爪状磁極２３側がＮ極に、第２爪状磁極３３側がＳ極となるように周方向成分を主として磁化されている。

［センサマグネット］
センサマグネット５０は、断面略矩形状で円環状をなしているが、軸方向一端面において、径方向中央部分がロータ２０の本体側の固定部位Ａ１に対して固定するための固定面５１となっている。固定面５１は、センサマグネット５０の全周に亘って設けられる円環状の平坦面をなしている。

これに対し、センサマグネット５０を固定するためのロータ２０の本体側の固定部位Ａ１としては、第１ロータコア２１と整流磁石４２とに跨る円環状の面、詳しくは、第１コアベース２２の第１爪状磁極２３における第１基部２４の端面と、整流磁石４２における背面磁石部４４の端面及び極間磁石部４５の端面の一部とがなす周方向に略面一となる円環状の平坦面である。

そして、センサマグネット５０は、固定面５１とロータ２０の本体側の固定部位Ａ１との間に塗布される接着剤にてその固定部位Ａ１に対して加圧されて接着固定される。このようにしてセンサマグネット５０は、自身の磁極とロータ２０の磁極、即ち第１及び第２爪状磁極２３，３３とが対応するようにして接着固定されている。

［磁気センサ］
また、本実施形態のブラシレスモータＭは、回路基板５にセンサマグネット５０に対して軸方向に所定の間隔を有して対向するホールＩＣ等の磁気センサ６０が設けられる。そして、ロータ２０と一体的にセンサマグネット５０が回転することで、磁気センサ６０はそのセンサマグネット５０の磁極に応じた検出信号を出力する。磁気センサ６０からの検出信号を受けた制御回路（図示略）は、その検出信号に基づいてロータ２０の回転位置（角度）を算出するとともに回転数（速度）等を算出し、ブラシレスモータＭの駆動制御を行う。

次に、本実施形態のランデル型ロータとして構成されるロータ２０の特徴部分について説明する。
図７に示すように、本実施形態の整流磁石４２の極間磁石部４５には、整流磁石４２を第１ロータコア２１及び第２ロータコア３１と組み付けた状態において第１ロータコア２１の爪状磁極２３と周方向において対向する周方向端面４５ａに、周方向外側に突出する突起４５ｂが設けられる。より詳しくは、突起４５ｂは、整流磁石４２を第１ロータコア２１及び第２ロータコア３１と組み付けた状態において、磁極部２５よりも径方向内側であって極間磁石部４５の径方向の中心位置よりも径方向外側の位置に整流磁石４２（極間磁石部４５）と一体形成される。なお、図示しないものの、極間磁石部４５には、整流磁石４２を第１ロータコア２１及び第２ロータコア３１と組み付けた状態において第２ロータコア３１の爪状磁極３３と周方向において対向する周方向端面４５ｃに、周方向外側に突出する突起４５ｂと同様の突起が設けられる。

また、極間磁石部４５と各ロータコア２１，３１との周方向間、及び、背面磁石部４３，４４と各ロータコア２１，３１との径方向間には緩衝材７０が設けられる。緩衝材７０は例えば接着材であって、整流磁石４２と各ロータコア２１，３１とを組み付けた状態で隙間に注入される。

ここで、前述したように本実施形態のロータ２０では、極間磁石部４５の周方向端面４５ａに突起４５ｂが設けられるため、整流磁石４２と各ロータコア２１，３１とを組み付けた場合に、少なくとも突起４５ｂの突出分だけ隙間が生じることとなる。その結果、整流磁石４２と極間磁石部４５との間から緩衝材７０である接着材を流し込むことが可能となり、ロータコアと補助磁石との間に緩衝材を容易に介在させることが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）整流磁石４２と爪状磁極２３，３３との周方向間において整流磁石４２に周方向外側に突出する突起４５ｂが設けられるため、突起４５ｂによって整流磁石４２と爪状磁極２３，３３との周方向間に緩衝材７０を介在できる程度の隙間を設けることができる。これによって、ロータコア２１，３１と整流磁石４２との間に緩衝材７０を容易に介在させることができる。

（２）突起４５ｂを整流磁石４２のみに設けることで整流磁石４２と爪状磁極２３，３３との隙間に緩衝材７０を介在させることができる。
（３）整流磁石４２は比較的柔らかいボンド磁石で構成されるため、突起４５ｂによる応力がロータコア２１，３１側に作用した場合であっても整流磁石４２（突起４５ｂ）が比較的柔らかいため、過度な摩耗を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、突起４５ｂの位置は適宜変更してもよい。
例えば、爪状磁極２３，３３の各磁極部２５，３５と当接する位置に突起４５ｂを形成してもよい。

また、ロータコア２１，３１側に突起４５ｂを形成したり、ロータコア２１，３１と整流磁石４２の両方に突起４５ｂを形成してもよい。
・上記実施形態では、緩衝材７０として接着剤を採用したが、これに限らず、接着を伴わない緩衝材を採用してもよい。

・上記実施形態では、突起４５ｂと整流磁石４２とを予め一体形成としたが、後加工によって一体とする構成としてもよい。
・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。

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）
請求項２に記載のランデル型ロータにおいて、
前記補助磁石はボンド磁石であることを特徴とするランデル型ロータ。

この構成によれば、突起が設けられる補助磁石をボンド磁石で構成することで、突起による応力がロータコア側に作用した場合であっても補助磁石（突起）が比較的柔らかいため、過度な摩耗を抑えることができる。

Ｍ…ブラシレスモータ（ランデル型モータ）、２０…ロータ（ランデル型ロータ）、２１…第１ロータコア、２３…第１爪状磁極（爪状磁極）、３１…第２ロータコア、３３…第２爪状磁極（爪状磁極）、４０…界磁磁石、４２…整流磁石（補助磁石）、４３，４４…整流磁石を構成する背面磁石部、４５…整流磁石を構成する極間磁石部、４５ａ…周方向端面、４５ｂ…突起、４５ｃ…周方向端面、７０…緩衝材。

Claims (2)

1. 周方向に複数の爪状磁極をそれぞれ有し、互いの爪状磁極が周方向に交互となる態様で組み付けられる第１及び第２ロータコアと、
   前記第１及び第２ロータコアの軸方向間に配置され、該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、
   前記界磁磁石と前記各爪状磁極との径方向間を通るように配置された円環状の補助磁石と、
   を備え、
   前記補助磁石は、ボンド磁石であり、
   前記補助磁石には、前記爪状磁極と周方向において対向する周方向端面に周方向外側に突出する突起が一体形成され、該突起は、軸方向から見て曲面状をなし、該突起の先端は、該突起の先端と周方向に対向する前記爪状磁極の周方向端面に接触しており、
   前記補助磁石と前記爪状磁極との周方向間において前記突起の設けられていない径方向位置では、前記突起によって生じる前記補助磁石と前記爪状磁極との隙間に緩衝材が設けられ、該緩衝材は、周方向一方側に対向する前記補助磁石の周方向端面に接触しているとともに、周方向他方側に対向する前記爪状磁極の周方向端面に接触していることを特徴とするランデル型ロータ。
2. 請求項１に記載のランデル型ロータを備えたことを特徴とするランデル型モータ。

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