説明

モータ及びその製造方法

【課題】 コギングトルクを抑えつつ、モータを軸方向にコンパクトにすることが可能なモータ及びその製造方法を提供する。
【解決手段】 本発明のモータ10によれば、周方向で互いに接近した異極のセグメント磁石24N,24S同士がリング磁石23により互いに隔てられるので、従来のモータで問題になった磁束漏れを防ぐことができる。しかも、リング磁石23は、所定角ずれて対応した同極の各セグメント磁石24N,24N(24S,24S)同士の間をそれらと同じ極性の磁石で連絡するようにスキュー着磁されているので、リング磁石23におけるスキュー着磁部分23N,23Sとセグメント磁石24N,24Sとの間でも、極性が異なる部分同士が互いに隔てられ、磁束漏れが防がれる。これにより、コギングトルクが抑えられ、モータ出力が向上し、かつ、モータを軸方向にコンパクトにすることができる。

【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【0001】
本発明は、ロータにセグメント磁石を備えたモータ及びその製造方法に関する。
【背景技術】
【0002】
一般に、この種のモータに備えたセグメント磁石は、ロータシャフトの径方向の内外に向かってNS極となったセグメント磁石と、逆にSN極になったセグメント磁石とからなり、これら極性が異なるセグメント磁石がロータシャフトの外周面に交互に並べられている。そして、この種のモータでコギングトルクの対策を施したものとして、図6に示すように、ロータ1の周方向に並べられた複数のセグメント磁石2を、ロータ1の回転軸と直交する方向に横割り分割し、それら横割り分割された一方のセグメント磁石群2Aと他方のセグメント磁石群2Bとを周方向に所定角θmずらして分割面同士を接合させた構造のものが知られている(特許文献1参照)。
【特許文献1】特開2001−359266号公報(段落[0018]、第5図)
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【0003】
しかしながら、上記した従来のモータでは、一方と他方のセグメント磁石群2A,2Bの端面を接合させた構造になっているので、本来であればモータのステータコア(図示せず)とセグメント磁石2との間(所謂、ギャップ)を磁束が通過するところを、一方と他方のセグメント磁石群2A,2Bの間に磁束が延び、所謂、磁束漏れが生じる。具体的には、例えば一方のセグメント磁石群2Aにおいて外面側がN極になったセグメント磁石2の外面から、他方のセグメント磁石2Bにおいて外面側がS極になったセグメント磁石2へと磁束が漏れる事態が起こり得る(図6の矢印Y参照)。
【0004】
特に、一方と他方のセグメント磁石群2A,2Bのずれ量が、隣り合ったセグメント磁石の間の隙間より大きくなって、一方と他方のセグメント磁石群2A,2Bの間で極性が異なるセグメント磁石2,2同士が接触した場合には、磁束の漏れ量が増大になる。このため、コギングトルクを抑えかつ磁束漏れによるモータ出力の低下を図るためには、横分割された両セグメント磁石群2A,2Bの間を離すか或いはセグメント磁石を軸方向に長くする必要があり、何れにしてもモータが軸方向に長くなるという問題が生じていた。
【0005】
本発明は、上記事情に鑑みてなされたもので、コギングトルクを抑えつつ、モータを軸方向にコンパクトにすることが可能なモータ及びその製造方法の提供を目的とする。
【課題を解決するための手段】
【0006】
上記目的を達成するためになされた請求項1の発明に係るモータは、ロータシャフトの周方向に並んだ複数のセグメント磁石をロータシャフトの軸方向の途中で少なくとも2つに横割り分割し、それら横割り分割された一方と他方のセグメント磁石群を周方向に所定角ずらして配置することによりコギングトルクの低減を図ったモータにおいて、ロータシャフトのうち一方と他方のセグメント磁石群の間にリング磁石を設け、所定角ずれて対応した同じ極性の各セグメント磁石同士の間をそれらと同じ極性の磁石で連絡するようにリング磁石にスキュー着磁を施したところに特徴を有する。
【0007】
請求項2の発明は、請求項1に記載のモータにおいて、リング磁石は、複数の円弧体を合体させて円筒状に形成されたところに特徴を有する。
【0008】
請求項3の発明は、請求項1又は2に記載のモータにおいて、所定角は、モータのステータにおいて隣り合ったステータスロットの間の角度の半分であるところに特徴を有する。
【0009】
請求項4の発明は、請求項1乃至3の何れかに記載のモータにおいて、スキュー着磁のスキュー角度は、50度〜60度に設定されたところに特徴を有する。
【0010】
請求項5の発明は、請求項1乃至4の何れかに記載のモータにおいて、セグメント磁石とリング磁石とは、共に同じ材質で構成されたところに特徴を有する。
【0011】
請求項6の発明に係るモータの製造方法は、ロータシャフトの周方向に並んだ複数のセグメント磁石をロータシャフトの軸方向の途中で少なくとも2つに横割り分割し、それら横割り分割された一方と他方のセグメント磁石群を周方向で相互に所定角ずらしかつ一方と他方のセグメント磁石群の間に、スキュー着磁されたリング磁石を挟んで備えたモータの製造方法において、リング磁石になる前のリング磁性体と、セグメント磁石になる前のセグメント磁性体とをロータシャフトに固定しておく磁性体固定工程と、所定角ずれて対応した両セグメント磁性体と、リング磁性体のうち両セグメント磁性体同士を連絡する部分とを一度に着磁させる着磁工程とを行うところに特徴を有する。
【0012】
請求項7の発明は、請求項6に記載のモータの製造方法において、着磁工程の前に、セグメント磁性体のみに予備着磁を施す予備着磁工程を行うところに特徴を有する。
【発明の効果】
【0013】
[請求項1の発明]
横割り分割された一方と他方のセグメント磁石群を周方向で所定角ずらすと、それら一方と他方のセグメント磁石群の間で、極性が異なるセグメント磁石同士が周方向で互いに接近する。しかしながら、請求項1の構成によれば、周方向で互いに接近した極性が異なるセグメント磁石同士が、両セグメント磁石群の間に設けたリング磁石により互いに隔てられるので、従来のモータで問題になった磁束漏れを防ぐことができる。しかも、リング磁石は、所定角ずれて対応した同じ極性の各セグメント磁石同士の間をそれらと同じ極性の磁石で連絡するようにスキュー着磁されているので、リング磁石におけるスキュー着磁された部分とセグメント磁石との間でも、極性が異なる部分同士が互いに隔てられ、磁束漏れが防がれる。また、リング磁石とモータのステータとの間でも、モータの出力に寄与する磁力が発生する。このように本発明によれば、一方と他方のセグメント磁石群を、周方向に所定角ずらして配置したことによりコギングトルクを抑えつつ、磁束漏れを防いでモータ出力を向上させることができる。これにより、モータ出力を同じにした場合には、従来に比べてモータを軸方向にコンパクトにすることができる。
【0014】
[請求項2の発明]
請求項2の構成によれば、ロータシャフトの側方から複数の円弧体を宛がって合体させることでリング磁石をロータシャフトの中間部に組み付けた状態にすることができる。
【0015】
[請求項3の発明]
コギングトルクを効果的に抑えるためには、請求項3の構成のように、一方と他方のセグメント磁石群のずれ角である所定角を、ステータスロットの間の角度の半分にすることが好ましい。
【0016】
[請求項4及び5の発明]
請求項4の構成のように、リング磁石をスキュー着磁したそのスキュー角度は、50度〜60度にすることが好ましい。また、請求項5の構成のように、セグメント磁石とリング磁石とを同じ材質で構成することが好ましい。
【0017】
[請求項6の発明]
請求項6のモータの製造方法は、リング磁石になる前のリング磁性体と、セグメント磁石になる前のセグメント磁性体とをロータシャフトに固定しておき、その状態で所定角ずれて対応した両セグメント磁性体と、リング磁性体のうち両セグメント磁性体の端面同士を連絡する部分とを一度に着磁させて、それらセグメント磁性体とリング磁性体とをセグメント磁石とリング磁石とにするので、予め着磁させておいたセグメント磁石とリング磁石とをロータシャフトに組み付ける方法では必要になるリング磁石のスキュー着磁部分とセグメント磁石との位置合わせ作業が不要になり、作業効率が向上する。
【0018】
[請求項7の発明]
請求項7のモータの製造方法によれば、着磁工程の前に、セグメント磁性体に予備着磁を施すのでセグメント磁石の磁力が安定しかつ磁力強度が強くなる。
【発明を実施するための最良の形態】
【0019】
以下、本発明の一実施形態を図1〜図4に基づいて説明する。図1には、本実施形態に係るモータ10の断面図が示されている。同図に示すように、このモータ10のステータ11に備えたステータコア12には、内側に向けて複数(例えば12)のティース13が備えられ、それら隣り合ったティース13,13同士の間がスロット14になっている。そして、各ティース13に巻回されたコイル15が、スロット14内に収まっている。
【0020】
一方、モータ10のロータ20に備えたロータシャフト21Sは、回転円柱体22の中心にロータ芯部材21を貫通してなる。回転円柱体22は、例えば複数の珪素鋼板を積層してなる。図2に示すように、回転円柱体22の軸方向における中間部分にはリング磁石23が嵌合固定され、回転円柱体22のうちリング磁石23より一端側の周面と、他端側の周面とに複数(例えば、8個)のセグメント磁石24がそれぞれ固着されている。
【0021】
各セグメント磁石24は、例えば希土類焼結部材で構成された永久磁石であり、概ね瓦形状になっている。具体的には、図4に示すように、セグメント磁石24は、ロータシャフト21Sを中心とした同心の円弧面を内面24A及び外面24Bとして備えている。また、セグメント磁石24の両側面24C,24Cは、それら両側面24C,24Cを含む面同士がロータシャフト21Sの中心で交差するように構成されている。さらに、セグメント磁石24の両端面24D,24Dは、ロータシャフト21Sの中心軸と直交する平坦面になっている。
【0022】
図1に示すように、各セグメント磁石24は、例えばロータ20の径方向に磁路が向くように着磁している。そして、その径方向の内側から外側に向かってNS極になったセグメント磁石24(以下、適宜、「セグメント磁石24S」という)と、逆に、その径方向の外側から内側に向かってNS極になったセグメント磁石24(以下、適宜、「セグメント磁石24N」という)とがロータ20の周方向に交互に並べられている。
【0023】
ここで図3には、外面側がN極になったセグメント磁石24Nと、外面側がS極になったセグメント磁石24Sとが、ハッチングの種類によって識別可能に示されている。同図に示すように、リング磁石23を挟んで一方側(同図の上側)の全セグメント磁石24(以下、これを、「一方のセグメント磁石群24V」という)と、他方側(同図の下側)の全セグメント磁石24(以下、これを、「他方のセグメント磁石群24W」という)とは、周方向に所定角ずれた配置になっている。具体的には、一方のセグメント磁石群24Vと他方のセグメント磁石群24Wとの間でずれた所定角θ2(図4参照)は、ステータ11において隣り合ったスロット14,14間の角度θ1(図1参照)の半分の大きさになっている。
【0024】
さて、リング磁石23は、セグメント磁石24と同様に、希土類焼結材の磁性体であって、全体として肉厚の円筒状をなし、軸方向の両端面は、ロータシャフト21Sの中心軸と直交する平坦面になっている。そして、リング磁石23には、リング磁石23を挟んで対峙しかつ所定角θ2ずれて対応した同極のセグメント磁石24N,24N(24S,24S)同士の間を、それらと同じ極性の磁石で連絡するようにスキュー着磁されている。また、そのスキュー着磁のスキュー角度は50度〜60度になっている。より具体的には、図3に示すように、リング磁石23において外面側がS極になったスキュー着磁部分23Sが、同じく外面側がS極になったセグメント磁石24S,24S同士の間を連絡するように配置され、リング磁石23において外面側がN極になったスキュー着磁部分23Nが、同じく外面側がN極になったセグメント磁石24N,24N同士の間を連絡するように配置されている。これにより、ロータ20の外側面には、略クランク形状になった磁束貫通面が形成されている。
【0025】
本実施形態のモータ10の構造は以上である。次に、本実施形態のモータ10の製造方法について説明する。セグメント磁石24になる前のセグメント磁性体24J(図5参照)に、予備着磁を施しておく。具体的には、セグメント磁性体24Jの径方向に磁界を付与して配向させておく。そして、図5に示すように、セグメント磁性体24Jと、リング磁石23になる前のリング磁性体23Jとを、ロータシャフト21Sに対して上記した配置に組み付ける。次いで、略クランク形状の着磁ヨーク50を所定角θ2ずれて対応したセグメント磁性体24J,24J及びリング磁性体23Jの外面に宛がい、着磁ヨーク50に巻回された着磁用コイル51を励磁する。このとき、内面から外面に向かって磁束が貫通する着磁ヨーク50(図5の右側に示した着磁ヨーク50)、外面から内面に向かって磁束が貫通する着磁ヨーク50(図5の左側に示した着磁ヨーク50)とがロータシャフト21Sの回りに交互に並ぶように各着磁ヨーク50の着磁用コイル51に通電する。これにより、セグメント磁性体24Jがセグメント磁石24になると共に、リング磁性体23Jがリング磁石23になり、上述した構成のロータ20が完成する。そして、図示しないモータハウジングに収容されたステータ11内に、ロータ20を挿入すると共に、そのロータ20のロータシャフト21Sを図示しないベアリングにて軸支して、モータの製造が完了する。
【0026】
次に、本実施形態のモータ10の作用効果について説明する。本実施形態のモータ10では、横割り分割された一方と他方のセグメント磁石群24V,24Wを周方向で所定角ずらしたので、それら一方と他方のセグメント磁石群24V,24Wの間で、異極のセグメント磁石24N,24S同士が周方向で互いに接近する。しかしながら、周方向で互いに接近した異極のセグメント磁石24N,24S同士が、両セグメント磁石群24V,24Wの間に設けたリング磁石23により互いに隔てられるので、従来のモータで問題になった磁束漏れを防ぐことができる。しかも、リング磁石23は、所定角ずれて対応した同極の各セグメント磁石24N,24N(24S,24S)同士の間をそれらと同じ極性の磁石で連絡するようにスキュー着磁されているので、リング磁石23におけるスキュー着磁部分23S,23Nとセグメント磁石24N,24Sとの間でも、極性が異なる部分同士が互いに隔てられ、磁束漏れが防がれる。また、リング磁石23とモータ10のステータ11との間でも、モータの出力に寄与する磁力が発生する。
【0027】
このように実施形態のモータ10によれば、一方と他方のセグメント磁石群24V,24Wを、周方向に所定角ずらして配置したことによりコギングトルクを抑えつつ、磁束漏れを防いでモータ出力を向上させることができる。これにより、モータ出力を同じにした場合には、従来に比べてモータ10を軸方向にコンパクトにすることができる。また、本実施形態のモータ10の製造方法によれば、リング磁石23になる前のリング磁性体23Jと、セグメント磁石24になる前のセグメント磁性体24Jとをロータシャフト21Sに固定しておき、それらセグメント磁性体24Jとリング磁性体23Jとを一度に着磁させるので、予め着磁させておいたセグメント磁石24とリング磁石23とを組み付ける方法では必要になるリング磁石23のスキュー着磁部分23N,23Sとセグメント磁石24との位置合わせ作業が不要になり、作業効率が向上する。
【0028】
[他の実施形態]
本発明は、前記実施形態に限定されるものではなく、例えば、以下に説明するような実施形態も本発明の技術的範囲に含まれ、さらに、下記以外にも要旨を逸脱しない範囲内で種々変更して実施することができる。
【0029】
(1)本発明に係るリング磁石は、一部品で構成されていてもよいし、例えば複数の円弧体を合体させて円筒状のリング磁石にしてもよい。複数の円弧体を合体させてリング磁石を構成した場合には、ロータシャフトの側方から複数の円弧体を宛がって合体させることでリング磁石をロータシャフトに組み付けることができる。
【0030】
(2)前記実施形態では、リング磁石23とセグメント磁石24とは、共に希土類焼結材で同じ材質であったが、異なる材質としてもよい。具体的には、リング磁石23を希土類のボンド磁石とし、セグメント磁石24を希土類焼結材としてもよい。
【0031】
(3)前記実施形態のセグメント磁石24における両側面24C,24Cが互いに平行になるように構成してもよい。
【図面の簡単な説明】
【0032】
【図1】本発明の一実施形態に係るモータの断面図
【図2】ロータの側面図
【図3】N極とS極とを分けて示したロータの側面図
【図4】着磁を行った後のロータの斜視図
【図5】着磁を行う際の着磁ヨークとロータの斜視図
【図6】従来のロータの斜視図
【符号の説明】
【0033】
10 モータ
11 ステータ
12 ステータコア
13 ティース
14 スロット
15 コイル
20 ロータ
21S ロータシャフト
23 リング磁石
23J リング磁性体
23N,23S スキュー着磁部分
24,24N,24S セグメント磁石
24J セグメント磁性体
50 着磁ヨーク
51 着磁用コイル

【特許請求の範囲】
【請求項1】
ロータシャフトの周方向に並んだ複数のセグメント磁石を前記ロータシャフトの軸方向の途中で少なくとも2つに横割り分割し、それら横割り分割された一方と他方のセグメント磁石群を周方向に所定角ずらして配置することによりコギングトルクの低減を図ったモータにおいて、
前記ロータシャフトのうち一方と他方のセグメント磁石群の間にリング磁石を設け、前記所定角ずれて対応した同じ極性の前記各セグメント磁石同士の間をそれらと同じ極性の磁石で連絡するように前記リング磁石にスキュー着磁を施したことを特徴とするモータ。
【請求項2】
前記リング磁石は、複数の円弧体を合体させて円筒状に形成されたことを特徴とする請求項1に記載のモータ。
【請求項3】
前記所定角は、前記モータのステータにおいて隣り合ったステータスロットの間の角度の半分であることを特徴とする請求項1又は2に記載のモータ。
【請求項4】
前記スキュー着磁のスキュー角度は、50度〜60度に設定されたことを特徴とする請求項1乃至3の何れかに記載のモータ。
【請求項5】
前記セグメント磁石と前記リング磁石とは、共に同じ材質で構成されたことを特徴とする請求項1乃至4の何れかに記載のモータ。
【請求項6】
ロータシャフトの周方向に並んだ複数のセグメント磁石を前記ロータシャフトの軸方向の途中で少なくとも2つに横割り分割し、それら横割り分割された一方と他方のセグメント磁石群を周方向で相互に所定角ずらしかつ前記一方と他方のセグメント磁石群の間に、スキュー着磁されたリング磁石を挟んで備えたモータの製造方法において、
前記リング磁石になる前のリング磁性体と、前記セグメント磁石になる前のセグメント磁性体とを前記ロータシャフトに固定しておく磁性体固定工程と、
前記所定角ずれて対応した両セグメント磁性体と、前記リング磁性体のうち前記両セグメント磁性体同士を連絡する部分とを一度に着磁させる着磁工程とを行うことを特徴とするモータの製造方法。
【請求項7】
前記着磁工程の前に、前記セグメント磁性体のみに予備着磁を施す予備着磁工程を行うことを特徴とする請求項6に記載のモータの製造方法。

【図1】
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【図2】
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【図3】
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【図4】
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【図5】
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【図6】
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【公開番号】特開2006−166515(P2006−166515A)
【公開日】平成18年6月22日(2006.6.22)
【国際特許分類】
【出願番号】特願2004−350829(P2004−350829)
【出願日】平成16年12月3日(2004.12.3)
【出願人】(000003470)豊田工機株式会社 (198)
【Fターム(参考)】