モータ
【課題】フェライトマグネットを放射状に配置し、コギングトルクを低減できる構造を得る。
【解決手段】このモータ１Ａの回転部３Ａは、複数のコアピース５１Ａを有するロータコアと、複数のマグネット５２Ａと、を有する。複数のコアピース５１Ａと、複数のマグネット５２Ａとは、周方向に交互に配列されている。また、コアピース５１Ａの径方向外側の面は、小径面５１２Ａと、小径面より中心軸からの距離が大きな大径面５１１Ａと、を有している。このような構成を採用すれば、大径面５１１Ａの広がりと配置を適切に設定するのみで、コギングトルクの小さなモータを得ることが出来る。また、大径面５１１Ａは、中心軸に直交する断面において、中心軸を中心とする円弧となっている。このため、大径面の全体を、ティース４１２Ａに接近させることができ、ティース４１２Ａと大径面５１１Ａとの間の磁束密度を、高めることができる。
【解決手段】このモータ１Ａの回転部３Ａは、複数のコアピース５１Ａを有するロータコアと、複数のマグネット５２Ａと、を有する。複数のコアピース５１Ａと、複数のマグネット５２Ａとは、周方向に交互に配列されている。また、コアピース５１Ａの径方向外側の面は、小径面５１２Ａと、小径面より中心軸からの距離が大きな大径面５１１Ａと、を有している。このような構成を採用すれば、大径面５１１Ａの広がりと配置を適切に設定するのみで、コギングトルクの小さなモータを得ることが出来る。また、大径面５１１Ａは、中心軸に直交する断面において、中心軸を中心とする円弧となっている。このため、大径面の全体を、ティース４１２Ａに接近させることができ、ティース４１２Ａと大径面５１１Ａとの間の磁束密度を、高めることができる。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、IPM(Internal
Permanent Magnet)型のロータを備えたモータに関する。
【背景技術】
【０００２】
従来、IPM型のロータとしては、積層した珪素鋼板からなるロータコアに、このロータコアを貫通する孔を設け、その中にネオジム磁石などの強い磁力を備えた希土類磁石を収めたものが知られている。この例としては、特開２００８−９９４１８号公報に記載されたものを挙げることができる。このIPM型のロータを用いたモータは、優れた性能を発揮する為、広く用いられてきた。
【特許文献１】特開２００８−９９４１８号公報
【０００３】
しかしながら、ネオジム磁石の原料となるネオジム等の希土類元素は、価格変動が激しく、高騰することがある。そのような場合は、モータの製造コストも上昇し、実質的に商品としての販売が困難になる事がある。このようなリスクを回避する為に、より安価なマグネットを用いて、IPM型のロータを構成することが求められていた。
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
本願の発明者らは、様々の方法を検討した末に、安価なフェライトマグネットをロータ内で放射状に配置する構成にたどり着いた。ネオジムマグネットを用いたIPM型ロータでは、このような構成は一般的ではないが、フェライトマグネットを用いる場合は、好ましい性能が得られる。しかしながら、得られたモータはコギングトルクが大きく、これを低減する必要が生じた。
【０００５】
IPM型ロータを用いたモータにおいて、コギングトルクを低減する方法としては、特開２００８−９９４１８号公報で開示されているように、ロータの表面の曲率半径をロータの半径よりも小さくして、凸面とする方法が知られている。しかし、本願の発明者らは、フェライトマグネットを放射状に配置したIPM型ロータにこの方法を適用したものの、コギングトルクを低減する事は出来なかった。
【０００６】
そこで、本願の発明者らは、フェライトマグネットをロータ内で放射状に配置した構成を備えたIPM型ロータを用いたモータにおいて、コギングトルクを低減することを目的として更に研究を続け、以下に説明する本願の発明を成した。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
本願の例示的な第１発明は、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、を有し、前記静止部は、上下に延びる中心軸に対して放射状に延びる複数のティースを有し、前記回転部は、複数のコアピースを有するロータコアと、複数のマグネットと、を有し、前記マグネットは、フェライトマグネットであり、前記複数のコアピースと、前記複数のマグネットとは、前記複数のティースの径方向内側において、周方向に交互に配列され、前記複数のマグネットの同極同士が周方向に対向し、前記コアピースの径方向外側の面は、小径面と、前記小径面より、前記中心軸からの距離が大きな大径面と、を有し、前記大径面が、前記中心軸に直交する断面において、前記中心軸を中心とする円弧となっているモータである。
【発明の効果】
【０００８】
本願の例示的な第１発明によれば、コアピースの径方向外側の面に、小径面と大径面とが存在する。この基本構成を採用すれば、後は大径面の広がりと配置を適切に設定するのみで、コギングトルクの小さなモータを得ることが出来る。
【図面の簡単な説明】
【０００９】
【図１】図１は、第１実施形態に係るモータの横断面図である。
【図２】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】図３は、第２実施形態に係るロータユニットの横断面図である。
【図４】図４は、第２実施形態に係るロータユニットおよびステータコアの部分横断面図である。
【図５】図５は、コギングトルクおよびトルクリプルの測定結果を示すグラフである。
【図６】図６は、変形例に係るロータユニットの横断面図である。
【図７】図７は、変形例に係るロータユニットの横断面図である。
【図８】図８は、変形例に係るロータユニットの横断面図である。
【図９】図９は、変形例に係るロータユニットの横断面図である。
【図１０】図１０は、変形例に係るロータユニットの横断面図である。
【図１１】図１１は、変形例に係るロータユニットの縦断面図である。
【発明を実施するための形態】
【００１０】
以下、本発明の例示的な実施形態について、図面を参照しつつ説明する。なお、本願では、モータの中心軸に沿う方向を「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、軸方向の一方側を「上」、他方側を「下」として、各部の形状や位置関係を説明する。ただし、これは、あくまで説明の便宜のために上下を定義したものであって、本発明に係るモータの使用時の向きを限定するものではない。
【００１１】
＜１．第１実施形態＞
図１は、本発明の第１実施形態に係るモータ１Ａの横断面図である。図１に示すように、モータ１Ａは、静止部２Ａと回転部３Ａとを有している。回転部３Ａは、静止部２Ａに対して、回転可能に支持されている。
【００１２】
静止部２Ａは、複数のティース４１２Ａを有している。各ティース４１２Ａは、中心軸９Ａに対して放射状に延びている。回転部３Ａは、複数のコアピース５１Ａを有するロータコアと、複数のマグネット５２Ａとを有している。複数のコアピース５１Ａと、複数のマグネット５２Ａとは、複数のティース４１２Ａの径方向内側において、周方向に交互に配列されている。マグネット５２Ａは、フェライトマグネットである。また、複数のマグネット５２Ａは、同極同士が周方向に対向している。
【００１３】
また、コアピース５１Ａの径方向外側の面は、大径面５１１Ａと小径面５１２Ａとを有している。大径面５１１Ａの中心軸９Ａからの距離は、小径面５１２Ａの中心軸９Ａからの距離より、大きい。
【００１４】
複数のティース４１２Ａの間には、磁気的な空隙であるスロット４１４Ａが存在する。このため、仮に、コアピースの径方向外側の面に凹凸が無いとすると、単純に、スロット数と磁極数との最小公倍数の次数を持つコギングトルクが生じる。しかしながら、本実施形態では、コアピース５１Ａの径方向外側の面に、大径面５１１Ａと小径面５１２Ａとが存在する。当該構成を採用すれば、大径面５１１Ａの広がりと配置を適切に設定するのみで、モータ１Ａのコギングトルクを低減できる。
【００１５】
また、大径面５１１Ａは、中心軸９Ａに直交する断面において、中心軸９Ａを中心とする円弧となっている。このため、大径面５１１Ａの全体を、ティース４１２Ａに接近させることができる。したがって、ティース４１２Ａと大径面５１１Ａとの間の磁束密度を、高めることができる。
【００１６】
＜２．第２実施形態＞
＜２−１．モータの全体構成＞
続いて、本発明の第２実施形態について説明する。
【００１７】
本実施形態のモータ１は、例えば、自動車に搭載され、操舵装置の駆動力を発生させるために使用される。ただし、本発明のモータは、他の既知の用途に使用されるものであってもよい。例えば、本発明のモータは、自動車の他の部位、例えばエンジン冷却用ファンの駆動源として使用されるものであってもよい。また、本発明のモータは、産業用機械、家電製品、ＯＡ機器、医療機器等に搭載され、各種の駆動力を発生させるものであってもよい。
【００１８】
図２は、第２実施形態に係るモータ１の縦断面図である。図２に示すように、モータ１は、静止部２と回転部３とを、有している。静止部２は、駆動対象となる装置の枠体に、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。
【００１９】
本実施形態の静止部２は、ハウジング２１、蓋部２２、ステータユニット２３、下軸受部２４、および上軸受部２５を、有している。
【００２０】
ハウジング２１は、略円筒状の側壁と、側壁の下部を塞ぐ底部とを、有している。蓋部２２は、ハウジング２１の上部の開口を覆っている。ステータユニット２３および後述するロータユニット３２は、ハウジング２１と蓋部２２とに囲まれた内部空間に、収容されている。ハウジング２１の底部の中央には、下軸受部２４を配置するための凹部２１１が、設けられている。また、蓋部２２の中央には、上軸受部２５を配置するための円孔２２１が、設けられている。
【００２１】
ステータユニット２３は、駆動電流に応じて磁束を発生させる電機子である。ステータユニット２３は、ステータコア４１、インシュレータ４２、およびコイル４３を有する。ステータコア４１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４１は、円環状のコアバック４１１と、コアバック４１１から径方向内側へ向けて突出した複数本のティース４１２と、を有する。コアバック４１１は、ハウジング２１の側壁の内周面に、固定されている。複数のティース４１２は、周方向に略等間隔に配列されている。各ティース４１２は、中心軸９に対して放射状に延びている。
【００２２】
インシュレータ４２は、絶縁体である樹脂からなり、ティース４１２に取り付けられている。各ティース４１２の上面、下面、および周方向の両端面は、インシュレータ４２に覆われている。また、コイル４３は、インシュレータ４２に巻かれた導線により、構成されている。インシュレータ４２は、ティース４１２とコイル４３との間に介在することによって、ティース４１２とコイル４３とが電気的に短絡することを、防止している。
【００２３】
下軸受部２４および上軸受部２５は、ハウジング２１および蓋部２２と、回転部３側のシャフト３１との間に配置されている。本実施形態の下軸受部２４および上軸受部２５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、使用されていてもよい。
【００２４】
下軸受部２４の外輪２４１は、ハウジング２１の凹部２１１内に配置されて、ハウジング２１に固定されている。また、上軸受部２５の外輪２５１は、蓋部２２の円孔２２１内に配置されて、蓋部２２に固定されている。一方、下軸受部２４および上軸受部２５の内輪２４２，２５２は、シャフト３１に固定されている。これにより、シャフト３１は、ハウジング２１および蓋部２２に対して、回転可能に支持されている。
【００２５】
本実施形態の回転部３は、シャフト３１とロータユニット３２とを、有している。
【００２６】
シャフト３１は、中心軸９に沿って延びる柱状の金属部材である。シャフト３１は、上述した下軸受部２４および上軸受部２５に支持されつつ、中心軸９を中心として回転する。また、シャフト３１は、蓋部２２より上方に突出した頭部３１１を有する。頭部３１１は、ギア等の動力伝達機構を介して、自動車の操舵装置等に連結される。
【００２７】
ロータユニット３２は、ステータユニット２３の径方向内側に配置されて、シャフト３１とともに回転する。ロータユニット３２は、ロータコアを構成する複数のコアピース５１、複数のマグネット５２、円筒部材５３、および内側樹脂部５４を有している。複数のコアピース５１と複数のマグネット５２とは、周方向に交互に配列されている。円筒部材５３は、軸方向に延びる略円筒状の金属部材である。シャフト３１は、円筒部材５３の内側に圧入されている。内側樹脂部５４は、円筒部材５３の外周面と、複数のマグネット５２および複数のコアピース５１との間に、設けられている。
【００２８】
このようなモータ１において、静止部２のコイル４３に駆動電流を与えると、ステータコア４１の複数のティース４１２に、径方向の磁束が生じる。そして、ティース４１２とマグネット５２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。
【００２９】
＜２−２．ロータユニットについて＞
図３は、ロータユニット３２の横断面図である。図２に示されたロータユニット３２の断面は、図３中のＡ−Ａ断面に相当する。また、図４は、ロータユニット３２およびステータコア４１の部分横断面図である。以下では、図２〜図４を参照しつつ、ロータユニット３２のより詳細な構造について、説明する。
【００３０】
複数のコアピース５１は、ステータユニット２３の径方向内側において、周方向に等間隔に配列されている。各コアピース５１は、略扇形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。積層鋼板を構成する各電磁鋼板の間には、絶縁被膜が介在している。これにより、各コアピース５１における渦電流の発生が、抑えられている。
【００３１】
複数のマグネット５２は、複数のコアピース５１の間に、それぞれ配置されている。各マグネット５２は、周方向の両端面が磁極面となっている。複数のマグネット５２は、同極の磁極面同士が周方向に対向するように配置されている。各コアピース５１は、その両側に配置されたマグネット５２により磁化される。その結果、コアピース５１の径方向外側の面が、磁極面となる。つまり、マグネット５２から生じる磁束は、コアピース５１を通って、コアピース５１の径方向外側へ延びる。
【００３２】
図３および図４に示すように、コアピース５１の径方向外側の面は、周方向の中央に位置する単一の大径面５１１と、大径面５１１の周方向両側に位置する一対の小径面５１２と、を含んでいる。中心軸９に対する大径面５１１の径は、中心軸９に対する小径面５１２の径より大きい。また、本実施形態では、大径面５１１と、一対の小径面５１２とが、いずれも、中心軸９に直交する断面において、中心軸９を中心とする円弧となっている。
【００３３】
一方、図４に示すように、ティース４１２の径方向内側の端部には、周方向に広がる内側磁芯部４１３が、設けられている。また、周方向に隣り合う内側磁芯部４１３の間には、磁気的な空隙となるスロット４１４が存在する。このため、仮に、コアピースの径方向外側の面が、中心軸を中心とする一定の曲率を有する凹凸の無い曲面であったとすると、当該モータには、静止部側のスロット数と回転部側の磁極数との最小公倍数の次数を持つコギングトルクが生じる。
【００３４】
しかしながら、本実施形態のモータ１では、コアピース５１の径方向外側の面に、大径面５１１と小径面５１２とが存在する。このような構成を採用すれば、大径面５１１の広がりと配置を適切に設定するのみで、モータ１のコギングトルクを、低減させることができる。
【００３５】
また、本実施形態のモータ１では、大径面５１１と小径面５１２とが存在することにより、ティース４１２に生じる鎖交磁束の脈動が、低減される。鎖交磁束の脈動が低減されると、コイル４３に生じる誘起電圧が低減される。したがって、例えば、１２０°矩形波通電の場合に、入力された矩形電流の脈動が小さくなる。その結果、モータ１の駆動時におけるトルクの変動であるトルクリプルが、低減される。
【００３６】
また、図３および図４に示すように、大径面５１１は、中心軸９に直交する断面において、中心軸９を中心とする円弧となっている。すなわち、大径面５１１自体は、中心軸９に対して一定の径を有する、凹凸の無い曲面となっている。このため、大径面の中心軸に対する径が一定でない場合と比べて、大径面５１１の全体を、内側磁芯部４１３の径方向内側の面に接近させることができる。その結果、大径面５１１と内側磁芯部４１３との間の磁束密度を、高めることができる。
【００３７】
また、本実施形態では、図４に示すように、内側磁芯部４１３の径方向内側の面も、中心軸９Ａに直交する断面において、中心軸９Ａを中心とする円弧となっている。すなわち、内側磁芯部４１３の径方向内側の面も、中心軸９に対して一定の径を有する、凹凸の無い曲面となっている。このため、大径面５１１と、内側磁芯部４１３の径方向内側の面との径方向の間隔が、一定となっている。このようにすれば、大径面５１１と、内側磁芯部４１３の径方向内側の面とを、広範囲に亘って径方向に最接近させることができる。その結果、大径面５１１と内側磁芯部４１３との間の磁束密度を、より高めることができる。
【００３８】
特に、近年では、レアアースであるネオジムの価格が高騰し、ネオジムマグネットを使用することが困難となっている。このため、フェライトマグネットを使用しつつ、静止部と回転部との間の磁束密度を高めたいという技術的要求が強い。この点、本実施形態の構造では、上述の通り、大径面５１１と内側磁芯部４１３との間の磁束密度を高めることができる。したがって、フェライトマグネットを使用しつつ、高い磁束密度を得ることができる。
【００３９】
内側樹脂部５４は、コアピース５１およびマグネット５２の径方向内側、かつ、円筒部材５３の径方向外側に、設けられている。本実施形態では、複数のコアピース５１が径方向内側において繋がっておらず、それに代えて、非磁性の内側樹脂部５４が、複数のコアピース５１および複数のマグネット５２の径方向内側の領域を、満たしている。これにより、コアピース５１およびマグネット５２から径方向内側への磁束の漏れが、抑制されている。このため、マグネット５２の磁束は、効率よくステータユニット２３側へ導かれる。その結果、ロータユニット３２とステータユニット２３との間の磁束密度が、さらに高められる。
【００４０】
内側樹脂部５４を成型するときには、まず、一対の金型によって形成される空洞に、複数のコアピース５１、複数のマグネット５２、および円筒部材５３を配置する。次に、金型内の空洞に、溶融樹脂を流入させる。溶融樹脂は、複数のコアピース５１および複数のマグネット５２の径方向内側、かつ、円筒部材５３の径方向外側の環状の領域に充填される。その後、溶融樹脂を硬化させることにより、内側樹脂部５４が成型される。また、溶融樹脂の硬化と同時に、複数のコアピース５１、複数のマグネット５２、および円筒部材５３と、内側樹脂部５４とが、固定される。
【００４１】
＜２−３．解析例＞
本実施形態と同等の構造を有するモータにおいて、大径面５１１の寸法を変化させ、コギングトルクおよびトルクリプルの値を測定した。図５は、その結果を示したグラフである。図５の横軸は、大径面５１１の周方向の幅を示している。図５の縦軸は、左辺の第１軸がコギングトルクを示し、右辺の第２軸がトルクリプルを示している。
【００４２】
本解析では、静止部２のスロット数Ｎｓを１２、回転部３が有するマグネット５２の数Ｎｐを８とした。また、図４に示されるコアピース５１の径方向外側の面の中心角θｒ１を３０°、複数のティース４１２の周方向のピッチ角θｓ１を３０°、内側磁芯部４１３の径方向内側の面の中心角θｓ２を２４．４°、内側磁芯部４１３の径方向内側の面と大径面５１２との径方向の間隔ｇ１を０．４５ｍｍ、とそれぞれ設定した。また、大径面５１１と小径面５１２との径方向位置の差ｇ２については、０．５ｍｍの場合と、１．０ｍｍの場合とのそれぞれについて調べた。そして、大径面５１１の周方向の幅を、４ｍｍ〜１０ｍｍ（中心角θｒ２＝１１．４°〜２８．８°）の範囲で変化させた。
【００４３】
図５中のデータ曲線Ｃ１は、ｇ２＝１．０ｍｍのときのコギングトルクの変化を示している。図５中のデータ曲線Ｃ２は、ｇ２＝０．５ｍｍのときのコギングトルクの変化を示している。また、図５中のデータ曲線Ｒ１は、ｇ２＝１．０ｍｍのときのトルクリプルの変化を示している。図５中のデータ曲線Ｒ２は、ｇ２＝０．５ｍｍのときのトルクリプルの変化を示している。
【００４４】
図５のグラフを見ると、いずれのデータ曲線も、大径面５１１の周方向の幅が４ｍｍ〜６ｍｍの範囲において、顕著に数値が低下している。すなわち、大径面５１１の中心角θｒ２を１１．４°〜１７．１°の範囲に設定したときに、コギングトルクおよびトルクリプルの値が、著しく低下したことが分かる。また、
α＝｛θｒ２／θｒ１｝／｛（θｓ２／θｓ１）×（Ｎｐ／Ｎｓ）×（ｇ１／ｇ２）｝
というパラメータを定義すれば、上記の解析結果から、０．７５≦α≦２．４を満たすときに、コギングトルクおよびトルクリプルの値を、特に低減できると言える。
【００４５】
＜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。
【００４６】
図６は、一変形例に係るロータユニット３２Ｂの横断面図である。図６の例では、大径面５１１Ｂと小径面５１２Ｂとが、なだらかに連続している。このような場合であっても、コアピース５１Ｂの径方向外側の面に大径面５１１Ｂと小径面５１２Ｂとが設けられているため、大径面５１１Ｂの広がりと配置を適切に設定するのみで、コギングトルクを低減できる。また、図６の例においても、大径面５１１Ｂは、中心軸に直交する断面において、中心軸を中心とする円弧となっている。このため、大径面５１１Ｂの全体を、ティースに接近させることができる。また、大径面５１１Ｂと小径面５１２との間に急な段差がないため、各鋼板の打ち抜きが容易となる。
【００４７】
図７は、他の変形例に係るロータユニット３２Ｃの横断面図である。図７の例では、マグネット５２Ｃおよび小径面５１２Ｃの径方向外側に、外側樹脂部５５Ｃが設けられている。外側樹脂部５５Ｃは、例えば、内側樹脂部５４Ｃとともに、インサート成型される。外側樹脂部５５Ｃは、小径面５１２Ｃと、マグネット５２Ｃの径方向外側の面とを、覆っている。このようにすれば、コアピース５１Ｃおよびマグネット５２Ｃの径方向外側への飛散を防止できる。
【００４８】
また、図７の例では、大径面５１１Ｃが、外側樹脂部５５Ｃから露出している。このため、外側樹脂部５５Ｃによって、大径面５１１Ｃとティースとが引き離されることはない。したがって、大径面５５１Ｃとティースとの間の磁束密度を、高めることができる。
【００４９】
図８は、他の変形例に係るロータユニット３２Ｄの横断面図である。図８の例では、各コアピース５１Ｄが、２つの大径面５１１Ｄと、３つの小径面５１２Ｄとを有している。２つの大径面５１１Ｄの配置および形状は、コアピース５１Ｄの周方向中央を基準として、対称となっている。なお、大径面の数は、３つ以上であってもよい。
【００５０】
図９は、他の変形例に係るロータユニット３２Ｅの横断面図である。図９の例では、コアピース５１Ｅが、単一の小径面５１２Ｅと、一対の大径面５１１Ｅと、を有している。小径面５１２Ｅは、コアピース５１Ｅの径方向外側の面の、周方向の中央に位置している。また、大径面５１１Ｅは、小径面５１２Ｅの周方向両側に位置している。すなわち、コアピース５１Ｅの径方向外側の面の中央に、溝が設けられている。
【００５１】
図８や図９の例においても、コアピースの径方向外側の面に大径面と小径面とが設けられている。このため、大径面の広がりと配置を適切に設定するのみで、コギングトルクを低減できる。また、図８や図９の例においても、各大径面は、中心軸に直交する断面において、中心軸を中心とする円弧となっている。このため、各大径面の全体を、ティースに接近させることができる。
【００５２】
図１０は、他の変形例に係るロータユニット３２Ｆの横断面図である。図１０の例では、複数のコアピース５１Ｆが、径方向内側において繋がっている。このようにすれば、複数のコアピース５１Ｆが、遠心力により径方向外側へ飛散することを、防止できる。なお、一部のコアピースのみが、径方向内側において繋がっていてもよい。
【００５３】
図１１は、他の変形例に係るロータユニット３２Ｇの横断面図である。図１１のロータユニット３２Ｇは、環状板５６Ｇを有している。環状板５６Ｇは、円筒部材５３Ｇの径方向外側において、径方向および周方向に略円板状に広がっている。環状板５６Ｇは、中央に円孔５６０Ｇを有し、当該円孔５６１Ｇに円筒部材５３Ｇが挿入されている。複数のコアピース５１Ｇは、環状板５６Ｇの上側および下側において、それぞれ周方向に等間隔に配列されている。環状板５６Ｇの外周面と、大径面５１１Ｇとは、略同一の径方向位置に配置されている。また、マグネット５２Ｇは、環状板５６Ｇに設けられた第１貫通孔５６１Ｇを通って、軸方向に延びている。環状板５６Ｇの材料には、例えば、非磁性の金属であるアルミニウム、アルミニウム合金、または銅合金が、使用される。
【００５４】
各コアピース５１Ｇの環状板５６Ｇに接する面、すなわち、環状板５６Ｇの上側に配置された各コアピース５１Ｇの下面、および、環状板５６Ｇの下側に配置された各コアピース５１Ｇの上面には、それぞれ、一対の凸部５１３Ｇが設けられている。図１１の例では、各コアピース５１Ｇが、複数の電磁鋼板を固定するためのかしめ部を、２箇所に有している。当該かしめ部によって、各コアピース５１Ｇの端面に、一対の凸部５１３Ｇが形成されている。
【００５５】
各コアピース５１Ｇの凸部５１３Ｇは、環状板５６Ｇに設けられた第２貫通孔５６２Ｇに、圧入されている。これにより、環状板５６Ｇに対して各コアピース５１Ｇが固定されるとともに、各コアピース５１Ｇが、周方向および径方向に位置決めされている。モータを駆動させると、コアピース５１Ｇに遠心力が掛かるが、上述した凸部５１３Ｇと貫通孔５６１Ｇとの嵌め合わせによって、コアピース５１Ｇの径方向外側への飛散が防止される。
【００５６】
なお、環状板５６Ｇの第２貫通孔５６２Ｇを凹部に変更し、当該凹部にコアピース５１Ｇの凸部５１３Ｇを嵌め合わせるようにしてもよい。また、環状板側に凸部を設け、当該凸部を、コアピース側に設けられた凹部または貫通孔に、嵌め合わせるようにしてもよい。すなわち、環状板と各コアピースとは、これらの一方に設けられた凹部または貫通孔と、他方に設けられた凸部との嵌め合わせによって、固定されていればよい。
【００５７】
静止部が有するティースの数や、回転部が有するマグネットの数は、上記の実施形態と相違していてもよい。すなわち、上記の実施形態のようにＮｓ＝１２，かつ，Ｎｐ＝８であってもよいし、Ｎｓ，Ｎｐを異なる値としてもよい。ただし、ＮｓとＮｐとの最小公倍数をＮｍとして、Ｎｍ＜Ｎｓ×Ｎｐを満たす場合は、ＮｓとＮｐとの最小公倍数が小さい。このため、コギングトルクが大きくなりやすい。したがって、Ｎｍ＜Ｎｓ×Ｎｐの場合には、本発明のコギング低減策が、より有用であると言える。
【００５８】
その他、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。
【産業上の利用可能性】
【００５９】
本発明は、IPM型のロータを備えたモータに利用できる。
【符号の説明】
【００６０】
１，１Ａ モータ
２，２Ａ 静止部
３，３Ａ 回転部
９，９Ａ 中心軸
２１ ハウジング
２２ 蓋部
２３ ステータユニット
２４ 下軸受部
２５ 上軸受部
３１ シャフト
３２，３２Ｂ，３２Ｃ，３２Ｄ，３２Ｅ，３２Ｆ，３２Ｇ ロータユニット
４１ ステータコア
４２ インシュレータ
４３ コイル
５１，５１Ａ，５１Ｂ，５１Ｃ，５１Ｄ，５１Ｅ，５１Ｆ，５１Ｇ コアピース
５２，５２Ａ，５２Ｃ，５２Ｇ マグネット
５３，５３Ｇ 円筒部材
５４，５４Ｃ 内側樹脂部
５５Ｃ 外側樹脂部
５６Ｇ 環状板
４１１ コアバック
４１２，４１２Ａ ティース
４１３ 内側磁芯部
４１４，４１４Ａ スロット
５１１，５１１Ａ，５１１Ｂ，５１１Ｃ，５１１Ｄ，５１１Ｅ，５１１Ｇ 大径面
５１２，５１２Ａ，５１２Ｂ，５１２Ｃ，５１２Ｄ，５１２Ｅ 小径面
θｒ１ コアピースの径方向外側の面の中心角
θｒ２ 大径面の中心角
θｓ１ 複数のティースの周方向のピッチ角
θｓ２ ティースの径方向内側の面の中心角
Ｎｓ 静止部が有するティースの数
Ｎｐ 回転部が有するマグネットの数
ｇ１ ティースの径方向内側の面と大径面との径方向の間隔
ｇ２ 大径面と小径面との径方向位置の差
【技術分野】
【０００１】
本発明は、IPM(Internal
Permanent Magnet)型のロータを備えたモータに関する。
【背景技術】
【０００２】
従来、IPM型のロータとしては、積層した珪素鋼板からなるロータコアに、このロータコアを貫通する孔を設け、その中にネオジム磁石などの強い磁力を備えた希土類磁石を収めたものが知られている。この例としては、特開２００８−９９４１８号公報に記載されたものを挙げることができる。このIPM型のロータを用いたモータは、優れた性能を発揮する為、広く用いられてきた。
【特許文献１】特開２００８−９９４１８号公報
【０００３】
しかしながら、ネオジム磁石の原料となるネオジム等の希土類元素は、価格変動が激しく、高騰することがある。そのような場合は、モータの製造コストも上昇し、実質的に商品としての販売が困難になる事がある。このようなリスクを回避する為に、より安価なマグネットを用いて、IPM型のロータを構成することが求められていた。
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
本願の発明者らは、様々の方法を検討した末に、安価なフェライトマグネットをロータ内で放射状に配置する構成にたどり着いた。ネオジムマグネットを用いたIPM型ロータでは、このような構成は一般的ではないが、フェライトマグネットを用いる場合は、好ましい性能が得られる。しかしながら、得られたモータはコギングトルクが大きく、これを低減する必要が生じた。
【０００５】
IPM型ロータを用いたモータにおいて、コギングトルクを低減する方法としては、特開２００８−９９４１８号公報で開示されているように、ロータの表面の曲率半径をロータの半径よりも小さくして、凸面とする方法が知られている。しかし、本願の発明者らは、フェライトマグネットを放射状に配置したIPM型ロータにこの方法を適用したものの、コギングトルクを低減する事は出来なかった。
【０００６】
そこで、本願の発明者らは、フェライトマグネットをロータ内で放射状に配置した構成を備えたIPM型ロータを用いたモータにおいて、コギングトルクを低減することを目的として更に研究を続け、以下に説明する本願の発明を成した。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
本願の例示的な第１発明は、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、を有し、前記静止部は、上下に延びる中心軸に対して放射状に延びる複数のティースを有し、前記回転部は、複数のコアピースを有するロータコアと、複数のマグネットと、を有し、前記マグネットは、フェライトマグネットであり、前記複数のコアピースと、前記複数のマグネットとは、前記複数のティースの径方向内側において、周方向に交互に配列され、前記複数のマグネットの同極同士が周方向に対向し、前記コアピースの径方向外側の面は、小径面と、前記小径面より、前記中心軸からの距離が大きな大径面と、を有し、前記大径面が、前記中心軸に直交する断面において、前記中心軸を中心とする円弧となっているモータである。
【発明の効果】
【０００８】
本願の例示的な第１発明によれば、コアピースの径方向外側の面に、小径面と大径面とが存在する。この基本構成を採用すれば、後は大径面の広がりと配置を適切に設定するのみで、コギングトルクの小さなモータを得ることが出来る。
【図面の簡単な説明】
【０００９】
【図１】図１は、第１実施形態に係るモータの横断面図である。
【図２】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】図３は、第２実施形態に係るロータユニットの横断面図である。
【図４】図４は、第２実施形態に係るロータユニットおよびステータコアの部分横断面図である。
【図５】図５は、コギングトルクおよびトルクリプルの測定結果を示すグラフである。
【図６】図６は、変形例に係るロータユニットの横断面図である。
【図７】図７は、変形例に係るロータユニットの横断面図である。
【図８】図８は、変形例に係るロータユニットの横断面図である。
【図９】図９は、変形例に係るロータユニットの横断面図である。
【図１０】図１０は、変形例に係るロータユニットの横断面図である。
【図１１】図１１は、変形例に係るロータユニットの縦断面図である。
【発明を実施するための形態】
【００１０】
以下、本発明の例示的な実施形態について、図面を参照しつつ説明する。なお、本願では、モータの中心軸に沿う方向を「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、軸方向の一方側を「上」、他方側を「下」として、各部の形状や位置関係を説明する。ただし、これは、あくまで説明の便宜のために上下を定義したものであって、本発明に係るモータの使用時の向きを限定するものではない。
【００１１】
＜１．第１実施形態＞
図１は、本発明の第１実施形態に係るモータ１Ａの横断面図である。図１に示すように、モータ１Ａは、静止部２Ａと回転部３Ａとを有している。回転部３Ａは、静止部２Ａに対して、回転可能に支持されている。
【００１２】
静止部２Ａは、複数のティース４１２Ａを有している。各ティース４１２Ａは、中心軸９Ａに対して放射状に延びている。回転部３Ａは、複数のコアピース５１Ａを有するロータコアと、複数のマグネット５２Ａとを有している。複数のコアピース５１Ａと、複数のマグネット５２Ａとは、複数のティース４１２Ａの径方向内側において、周方向に交互に配列されている。マグネット５２Ａは、フェライトマグネットである。また、複数のマグネット５２Ａは、同極同士が周方向に対向している。
【００１３】
また、コアピース５１Ａの径方向外側の面は、大径面５１１Ａと小径面５１２Ａとを有している。大径面５１１Ａの中心軸９Ａからの距離は、小径面５１２Ａの中心軸９Ａからの距離より、大きい。
【００１４】
複数のティース４１２Ａの間には、磁気的な空隙であるスロット４１４Ａが存在する。このため、仮に、コアピースの径方向外側の面に凹凸が無いとすると、単純に、スロット数と磁極数との最小公倍数の次数を持つコギングトルクが生じる。しかしながら、本実施形態では、コアピース５１Ａの径方向外側の面に、大径面５１１Ａと小径面５１２Ａとが存在する。当該構成を採用すれば、大径面５１１Ａの広がりと配置を適切に設定するのみで、モータ１Ａのコギングトルクを低減できる。
【００１５】
また、大径面５１１Ａは、中心軸９Ａに直交する断面において、中心軸９Ａを中心とする円弧となっている。このため、大径面５１１Ａの全体を、ティース４１２Ａに接近させることができる。したがって、ティース４１２Ａと大径面５１１Ａとの間の磁束密度を、高めることができる。
【００１６】
＜２．第２実施形態＞
＜２−１．モータの全体構成＞
続いて、本発明の第２実施形態について説明する。
【００１７】
本実施形態のモータ１は、例えば、自動車に搭載され、操舵装置の駆動力を発生させるために使用される。ただし、本発明のモータは、他の既知の用途に使用されるものであってもよい。例えば、本発明のモータは、自動車の他の部位、例えばエンジン冷却用ファンの駆動源として使用されるものであってもよい。また、本発明のモータは、産業用機械、家電製品、ＯＡ機器、医療機器等に搭載され、各種の駆動力を発生させるものであってもよい。
【００１８】
図２は、第２実施形態に係るモータ１の縦断面図である。図２に示すように、モータ１は、静止部２と回転部３とを、有している。静止部２は、駆動対象となる装置の枠体に、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。
【００１９】
本実施形態の静止部２は、ハウジング２１、蓋部２２、ステータユニット２３、下軸受部２４、および上軸受部２５を、有している。
【００２０】
ハウジング２１は、略円筒状の側壁と、側壁の下部を塞ぐ底部とを、有している。蓋部２２は、ハウジング２１の上部の開口を覆っている。ステータユニット２３および後述するロータユニット３２は、ハウジング２１と蓋部２２とに囲まれた内部空間に、収容されている。ハウジング２１の底部の中央には、下軸受部２４を配置するための凹部２１１が、設けられている。また、蓋部２２の中央には、上軸受部２５を配置するための円孔２２１が、設けられている。
【００２１】
ステータユニット２３は、駆動電流に応じて磁束を発生させる電機子である。ステータユニット２３は、ステータコア４１、インシュレータ４２、およびコイル４３を有する。ステータコア４１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４１は、円環状のコアバック４１１と、コアバック４１１から径方向内側へ向けて突出した複数本のティース４１２と、を有する。コアバック４１１は、ハウジング２１の側壁の内周面に、固定されている。複数のティース４１２は、周方向に略等間隔に配列されている。各ティース４１２は、中心軸９に対して放射状に延びている。
【００２２】
インシュレータ４２は、絶縁体である樹脂からなり、ティース４１２に取り付けられている。各ティース４１２の上面、下面、および周方向の両端面は、インシュレータ４２に覆われている。また、コイル４３は、インシュレータ４２に巻かれた導線により、構成されている。インシュレータ４２は、ティース４１２とコイル４３との間に介在することによって、ティース４１２とコイル４３とが電気的に短絡することを、防止している。
【００２３】
下軸受部２４および上軸受部２５は、ハウジング２１および蓋部２２と、回転部３側のシャフト３１との間に配置されている。本実施形態の下軸受部２４および上軸受部２５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、使用されていてもよい。
【００２４】
下軸受部２４の外輪２４１は、ハウジング２１の凹部２１１内に配置されて、ハウジング２１に固定されている。また、上軸受部２５の外輪２５１は、蓋部２２の円孔２２１内に配置されて、蓋部２２に固定されている。一方、下軸受部２４および上軸受部２５の内輪２４２，２５２は、シャフト３１に固定されている。これにより、シャフト３１は、ハウジング２１および蓋部２２に対して、回転可能に支持されている。
【００２５】
本実施形態の回転部３は、シャフト３１とロータユニット３２とを、有している。
【００２６】
シャフト３１は、中心軸９に沿って延びる柱状の金属部材である。シャフト３１は、上述した下軸受部２４および上軸受部２５に支持されつつ、中心軸９を中心として回転する。また、シャフト３１は、蓋部２２より上方に突出した頭部３１１を有する。頭部３１１は、ギア等の動力伝達機構を介して、自動車の操舵装置等に連結される。
【００２７】
ロータユニット３２は、ステータユニット２３の径方向内側に配置されて、シャフト３１とともに回転する。ロータユニット３２は、ロータコアを構成する複数のコアピース５１、複数のマグネット５２、円筒部材５３、および内側樹脂部５４を有している。複数のコアピース５１と複数のマグネット５２とは、周方向に交互に配列されている。円筒部材５３は、軸方向に延びる略円筒状の金属部材である。シャフト３１は、円筒部材５３の内側に圧入されている。内側樹脂部５４は、円筒部材５３の外周面と、複数のマグネット５２および複数のコアピース５１との間に、設けられている。
【００２８】
このようなモータ１において、静止部２のコイル４３に駆動電流を与えると、ステータコア４１の複数のティース４１２に、径方向の磁束が生じる。そして、ティース４１２とマグネット５２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。
【００２９】
＜２−２．ロータユニットについて＞
図３は、ロータユニット３２の横断面図である。図２に示されたロータユニット３２の断面は、図３中のＡ−Ａ断面に相当する。また、図４は、ロータユニット３２およびステータコア４１の部分横断面図である。以下では、図２〜図４を参照しつつ、ロータユニット３２のより詳細な構造について、説明する。
【００３０】
複数のコアピース５１は、ステータユニット２３の径方向内側において、周方向に等間隔に配列されている。各コアピース５１は、略扇形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。積層鋼板を構成する各電磁鋼板の間には、絶縁被膜が介在している。これにより、各コアピース５１における渦電流の発生が、抑えられている。
【００３１】
複数のマグネット５２は、複数のコアピース５１の間に、それぞれ配置されている。各マグネット５２は、周方向の両端面が磁極面となっている。複数のマグネット５２は、同極の磁極面同士が周方向に対向するように配置されている。各コアピース５１は、その両側に配置されたマグネット５２により磁化される。その結果、コアピース５１の径方向外側の面が、磁極面となる。つまり、マグネット５２から生じる磁束は、コアピース５１を通って、コアピース５１の径方向外側へ延びる。
【００３２】
図３および図４に示すように、コアピース５１の径方向外側の面は、周方向の中央に位置する単一の大径面５１１と、大径面５１１の周方向両側に位置する一対の小径面５１２と、を含んでいる。中心軸９に対する大径面５１１の径は、中心軸９に対する小径面５１２の径より大きい。また、本実施形態では、大径面５１１と、一対の小径面５１２とが、いずれも、中心軸９に直交する断面において、中心軸９を中心とする円弧となっている。
【００３３】
一方、図４に示すように、ティース４１２の径方向内側の端部には、周方向に広がる内側磁芯部４１３が、設けられている。また、周方向に隣り合う内側磁芯部４１３の間には、磁気的な空隙となるスロット４１４が存在する。このため、仮に、コアピースの径方向外側の面が、中心軸を中心とする一定の曲率を有する凹凸の無い曲面であったとすると、当該モータには、静止部側のスロット数と回転部側の磁極数との最小公倍数の次数を持つコギングトルクが生じる。
【００３４】
しかしながら、本実施形態のモータ１では、コアピース５１の径方向外側の面に、大径面５１１と小径面５１２とが存在する。このような構成を採用すれば、大径面５１１の広がりと配置を適切に設定するのみで、モータ１のコギングトルクを、低減させることができる。
【００３５】
また、本実施形態のモータ１では、大径面５１１と小径面５１２とが存在することにより、ティース４１２に生じる鎖交磁束の脈動が、低減される。鎖交磁束の脈動が低減されると、コイル４３に生じる誘起電圧が低減される。したがって、例えば、１２０°矩形波通電の場合に、入力された矩形電流の脈動が小さくなる。その結果、モータ１の駆動時におけるトルクの変動であるトルクリプルが、低減される。
【００３６】
また、図３および図４に示すように、大径面５１１は、中心軸９に直交する断面において、中心軸９を中心とする円弧となっている。すなわち、大径面５１１自体は、中心軸９に対して一定の径を有する、凹凸の無い曲面となっている。このため、大径面の中心軸に対する径が一定でない場合と比べて、大径面５１１の全体を、内側磁芯部４１３の径方向内側の面に接近させることができる。その結果、大径面５１１と内側磁芯部４１３との間の磁束密度を、高めることができる。
【００３７】
また、本実施形態では、図４に示すように、内側磁芯部４１３の径方向内側の面も、中心軸９Ａに直交する断面において、中心軸９Ａを中心とする円弧となっている。すなわち、内側磁芯部４１３の径方向内側の面も、中心軸９に対して一定の径を有する、凹凸の無い曲面となっている。このため、大径面５１１と、内側磁芯部４１３の径方向内側の面との径方向の間隔が、一定となっている。このようにすれば、大径面５１１と、内側磁芯部４１３の径方向内側の面とを、広範囲に亘って径方向に最接近させることができる。その結果、大径面５１１と内側磁芯部４１３との間の磁束密度を、より高めることができる。
【００３８】
特に、近年では、レアアースであるネオジムの価格が高騰し、ネオジムマグネットを使用することが困難となっている。このため、フェライトマグネットを使用しつつ、静止部と回転部との間の磁束密度を高めたいという技術的要求が強い。この点、本実施形態の構造では、上述の通り、大径面５１１と内側磁芯部４１３との間の磁束密度を高めることができる。したがって、フェライトマグネットを使用しつつ、高い磁束密度を得ることができる。
【００３９】
内側樹脂部５４は、コアピース５１およびマグネット５２の径方向内側、かつ、円筒部材５３の径方向外側に、設けられている。本実施形態では、複数のコアピース５１が径方向内側において繋がっておらず、それに代えて、非磁性の内側樹脂部５４が、複数のコアピース５１および複数のマグネット５２の径方向内側の領域を、満たしている。これにより、コアピース５１およびマグネット５２から径方向内側への磁束の漏れが、抑制されている。このため、マグネット５２の磁束は、効率よくステータユニット２３側へ導かれる。その結果、ロータユニット３２とステータユニット２３との間の磁束密度が、さらに高められる。
【００４０】
内側樹脂部５４を成型するときには、まず、一対の金型によって形成される空洞に、複数のコアピース５１、複数のマグネット５２、および円筒部材５３を配置する。次に、金型内の空洞に、溶融樹脂を流入させる。溶融樹脂は、複数のコアピース５１および複数のマグネット５２の径方向内側、かつ、円筒部材５３の径方向外側の環状の領域に充填される。その後、溶融樹脂を硬化させることにより、内側樹脂部５４が成型される。また、溶融樹脂の硬化と同時に、複数のコアピース５１、複数のマグネット５２、および円筒部材５３と、内側樹脂部５４とが、固定される。
【００４１】
＜２−３．解析例＞
本実施形態と同等の構造を有するモータにおいて、大径面５１１の寸法を変化させ、コギングトルクおよびトルクリプルの値を測定した。図５は、その結果を示したグラフである。図５の横軸は、大径面５１１の周方向の幅を示している。図５の縦軸は、左辺の第１軸がコギングトルクを示し、右辺の第２軸がトルクリプルを示している。
【００４２】
本解析では、静止部２のスロット数Ｎｓを１２、回転部３が有するマグネット５２の数Ｎｐを８とした。また、図４に示されるコアピース５１の径方向外側の面の中心角θｒ１を３０°、複数のティース４１２の周方向のピッチ角θｓ１を３０°、内側磁芯部４１３の径方向内側の面の中心角θｓ２を２４．４°、内側磁芯部４１３の径方向内側の面と大径面５１２との径方向の間隔ｇ１を０．４５ｍｍ、とそれぞれ設定した。また、大径面５１１と小径面５１２との径方向位置の差ｇ２については、０．５ｍｍの場合と、１．０ｍｍの場合とのそれぞれについて調べた。そして、大径面５１１の周方向の幅を、４ｍｍ〜１０ｍｍ（中心角θｒ２＝１１．４°〜２８．８°）の範囲で変化させた。
【００４３】
図５中のデータ曲線Ｃ１は、ｇ２＝１．０ｍｍのときのコギングトルクの変化を示している。図５中のデータ曲線Ｃ２は、ｇ２＝０．５ｍｍのときのコギングトルクの変化を示している。また、図５中のデータ曲線Ｒ１は、ｇ２＝１．０ｍｍのときのトルクリプルの変化を示している。図５中のデータ曲線Ｒ２は、ｇ２＝０．５ｍｍのときのトルクリプルの変化を示している。
【００４４】
図５のグラフを見ると、いずれのデータ曲線も、大径面５１１の周方向の幅が４ｍｍ〜６ｍｍの範囲において、顕著に数値が低下している。すなわち、大径面５１１の中心角θｒ２を１１．４°〜１７．１°の範囲に設定したときに、コギングトルクおよびトルクリプルの値が、著しく低下したことが分かる。また、
α＝｛θｒ２／θｒ１｝／｛（θｓ２／θｓ１）×（Ｎｐ／Ｎｓ）×（ｇ１／ｇ２）｝
というパラメータを定義すれば、上記の解析結果から、０．７５≦α≦２．４を満たすときに、コギングトルクおよびトルクリプルの値を、特に低減できると言える。
【００４５】
＜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。
【００４６】
図６は、一変形例に係るロータユニット３２Ｂの横断面図である。図６の例では、大径面５１１Ｂと小径面５１２Ｂとが、なだらかに連続している。このような場合であっても、コアピース５１Ｂの径方向外側の面に大径面５１１Ｂと小径面５１２Ｂとが設けられているため、大径面５１１Ｂの広がりと配置を適切に設定するのみで、コギングトルクを低減できる。また、図６の例においても、大径面５１１Ｂは、中心軸に直交する断面において、中心軸を中心とする円弧となっている。このため、大径面５１１Ｂの全体を、ティースに接近させることができる。また、大径面５１１Ｂと小径面５１２との間に急な段差がないため、各鋼板の打ち抜きが容易となる。
【００４７】
図７は、他の変形例に係るロータユニット３２Ｃの横断面図である。図７の例では、マグネット５２Ｃおよび小径面５１２Ｃの径方向外側に、外側樹脂部５５Ｃが設けられている。外側樹脂部５５Ｃは、例えば、内側樹脂部５４Ｃとともに、インサート成型される。外側樹脂部５５Ｃは、小径面５１２Ｃと、マグネット５２Ｃの径方向外側の面とを、覆っている。このようにすれば、コアピース５１Ｃおよびマグネット５２Ｃの径方向外側への飛散を防止できる。
【００４８】
また、図７の例では、大径面５１１Ｃが、外側樹脂部５５Ｃから露出している。このため、外側樹脂部５５Ｃによって、大径面５１１Ｃとティースとが引き離されることはない。したがって、大径面５５１Ｃとティースとの間の磁束密度を、高めることができる。
【００４９】
図８は、他の変形例に係るロータユニット３２Ｄの横断面図である。図８の例では、各コアピース５１Ｄが、２つの大径面５１１Ｄと、３つの小径面５１２Ｄとを有している。２つの大径面５１１Ｄの配置および形状は、コアピース５１Ｄの周方向中央を基準として、対称となっている。なお、大径面の数は、３つ以上であってもよい。
【００５０】
図９は、他の変形例に係るロータユニット３２Ｅの横断面図である。図９の例では、コアピース５１Ｅが、単一の小径面５１２Ｅと、一対の大径面５１１Ｅと、を有している。小径面５１２Ｅは、コアピース５１Ｅの径方向外側の面の、周方向の中央に位置している。また、大径面５１１Ｅは、小径面５１２Ｅの周方向両側に位置している。すなわち、コアピース５１Ｅの径方向外側の面の中央に、溝が設けられている。
【００５１】
図８や図９の例においても、コアピースの径方向外側の面に大径面と小径面とが設けられている。このため、大径面の広がりと配置を適切に設定するのみで、コギングトルクを低減できる。また、図８や図９の例においても、各大径面は、中心軸に直交する断面において、中心軸を中心とする円弧となっている。このため、各大径面の全体を、ティースに接近させることができる。
【００５２】
図１０は、他の変形例に係るロータユニット３２Ｆの横断面図である。図１０の例では、複数のコアピース５１Ｆが、径方向内側において繋がっている。このようにすれば、複数のコアピース５１Ｆが、遠心力により径方向外側へ飛散することを、防止できる。なお、一部のコアピースのみが、径方向内側において繋がっていてもよい。
【００５３】
図１１は、他の変形例に係るロータユニット３２Ｇの横断面図である。図１１のロータユニット３２Ｇは、環状板５６Ｇを有している。環状板５６Ｇは、円筒部材５３Ｇの径方向外側において、径方向および周方向に略円板状に広がっている。環状板５６Ｇは、中央に円孔５６０Ｇを有し、当該円孔５６１Ｇに円筒部材５３Ｇが挿入されている。複数のコアピース５１Ｇは、環状板５６Ｇの上側および下側において、それぞれ周方向に等間隔に配列されている。環状板５６Ｇの外周面と、大径面５１１Ｇとは、略同一の径方向位置に配置されている。また、マグネット５２Ｇは、環状板５６Ｇに設けられた第１貫通孔５６１Ｇを通って、軸方向に延びている。環状板５６Ｇの材料には、例えば、非磁性の金属であるアルミニウム、アルミニウム合金、または銅合金が、使用される。
【００５４】
各コアピース５１Ｇの環状板５６Ｇに接する面、すなわち、環状板５６Ｇの上側に配置された各コアピース５１Ｇの下面、および、環状板５６Ｇの下側に配置された各コアピース５１Ｇの上面には、それぞれ、一対の凸部５１３Ｇが設けられている。図１１の例では、各コアピース５１Ｇが、複数の電磁鋼板を固定するためのかしめ部を、２箇所に有している。当該かしめ部によって、各コアピース５１Ｇの端面に、一対の凸部５１３Ｇが形成されている。
【００５５】
各コアピース５１Ｇの凸部５１３Ｇは、環状板５６Ｇに設けられた第２貫通孔５６２Ｇに、圧入されている。これにより、環状板５６Ｇに対して各コアピース５１Ｇが固定されるとともに、各コアピース５１Ｇが、周方向および径方向に位置決めされている。モータを駆動させると、コアピース５１Ｇに遠心力が掛かるが、上述した凸部５１３Ｇと貫通孔５６１Ｇとの嵌め合わせによって、コアピース５１Ｇの径方向外側への飛散が防止される。
【００５６】
なお、環状板５６Ｇの第２貫通孔５６２Ｇを凹部に変更し、当該凹部にコアピース５１Ｇの凸部５１３Ｇを嵌め合わせるようにしてもよい。また、環状板側に凸部を設け、当該凸部を、コアピース側に設けられた凹部または貫通孔に、嵌め合わせるようにしてもよい。すなわち、環状板と各コアピースとは、これらの一方に設けられた凹部または貫通孔と、他方に設けられた凸部との嵌め合わせによって、固定されていればよい。
【００５７】
静止部が有するティースの数や、回転部が有するマグネットの数は、上記の実施形態と相違していてもよい。すなわち、上記の実施形態のようにＮｓ＝１２，かつ，Ｎｐ＝８であってもよいし、Ｎｓ，Ｎｐを異なる値としてもよい。ただし、ＮｓとＮｐとの最小公倍数をＮｍとして、Ｎｍ＜Ｎｓ×Ｎｐを満たす場合は、ＮｓとＮｐとの最小公倍数が小さい。このため、コギングトルクが大きくなりやすい。したがって、Ｎｍ＜Ｎｓ×Ｎｐの場合には、本発明のコギング低減策が、より有用であると言える。
【００５８】
その他、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。
【産業上の利用可能性】
【００５９】
本発明は、IPM型のロータを備えたモータに利用できる。
【符号の説明】
【００６０】
１，１Ａ モータ
２，２Ａ 静止部
３，３Ａ 回転部
９，９Ａ 中心軸
２１ ハウジング
２２ 蓋部
２３ ステータユニット
２４ 下軸受部
２５ 上軸受部
３１ シャフト
３２，３２Ｂ，３２Ｃ，３２Ｄ，３２Ｅ，３２Ｆ，３２Ｇ ロータユニット
４１ ステータコア
４２ インシュレータ
４３ コイル
５１，５１Ａ，５１Ｂ，５１Ｃ，５１Ｄ，５１Ｅ，５１Ｆ，５１Ｇ コアピース
５２，５２Ａ，５２Ｃ，５２Ｇ マグネット
５３，５３Ｇ 円筒部材
５４，５４Ｃ 内側樹脂部
５５Ｃ 外側樹脂部
５６Ｇ 環状板
４１１ コアバック
４１２，４１２Ａ ティース
４１３ 内側磁芯部
４１４，４１４Ａ スロット
５１１，５１１Ａ，５１１Ｂ，５１１Ｃ，５１１Ｄ，５１１Ｅ，５１１Ｇ 大径面
５１２，５１２Ａ，５１２Ｂ，５１２Ｃ，５１２Ｄ，５１２Ｅ 小径面
θｒ１ コアピースの径方向外側の面の中心角
θｒ２ 大径面の中心角
θｓ１ 複数のティースの周方向のピッチ角
θｓ２ ティースの径方向内側の面の中心角
Ｎｓ 静止部が有するティースの数
Ｎｐ 回転部が有するマグネットの数
ｇ１ ティースの径方向内側の面と大径面との径方向の間隔
ｇ２ 大径面と小径面との径方向位置の差
【特許請求の範囲】
【請求項１】
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、
を有し、
前記静止部は、
上下に延びる中心軸に対して放射状に延びる複数のティース
を有し、
前記回転部は、
複数のコアピースを有するロータコアと、
複数のマグネットと、
を有し、
前記マグネットは、フェライトマグネットであり、
前記複数のコアピースと、前記複数のマグネットとは、前記複数のティースの径方向内側において、周方向に交互に配列され、
前記複数のマグネットの同極同士が周方向に対向し、
前記コアピースの径方向外側の面は、
小径面と、
前記小径面より、前記中心軸からの距離が大きな大径面と、
を有し、
前記大径面が、前記中心軸に直交する断面において、前記中心軸を中心とする円弧となっているモータ。
【請求項２】
請求項１に記載のモータにおいて、
前記ティースの径方向内側の端面が、前記中心軸に直交する断面において、前記中心軸を中心とする円弧となっているモータ。
【請求項３】
請求項１または請求項２に記載のモータにおいて、
前記コアピースの径方向外側の面は、
周方向の中央に位置する単一の前記大径面と、
前記大径面の周方向両側に位置する一対の小径面と、
を有するモータ。
【請求項４】
請求項３に記載のモータにおいて、
前記コアピースの径方向外側の面の中心角をθｒ１、
前記大径面の中心角をθｒ２、
前記複数のティースの周方向のピッチ角をθｓ１、
前記ティースの径方向内側の面の中心角をθｓ２、
前記静止部が有する前記ティースの数をＮｓ、
前記回転部が有する前記マグネットの数をＮｐ、
前記ティースの径方向内側の面と前記大径面との径方向の間隔をｇ１、
前記大径面と前記小径面との径方向位置の差をｇ２、
とし、
α＝｛θｒ２／θｒ１｝／｛（θｓ２／θｓ１）×（Ｎｐ／Ｎｓ）×（ｇ１／ｇ２）｝
として、
０．７５≦α≦２．４
を満たすモータ。
【請求項５】
請求項４に記載のモータにおいて、
前記Ｎｓと前記Ｎｐとの最小公倍数をＮｍとして、
Ｎｍ＜Ｎｓ×Ｎｐ
を満たすモータ。
【請求項６】
請求項５に記載のモータにおいて、
Ｎｓ＝１２，かつ，Ｎｐ＝８
であるモータ。
【請求項７】
請求項１または請求項２に記載のモータにおいて、
前記コアピースは、複数の前記大径面を有するモータ。
【請求項８】
請求項７に記載のモータにおいて、
複数の前記大径面の配置および形状は、前記コアピースの周方向中央を基準として、対称になっているモータ。
【請求項９】
請求項７または請求項８に記載のモータにおいて、
前記コアピースの径方向外側の面は、
周方向の中央に位置する単一の前記小径面と、
前記小径面の周方向両側に位置する一対の大径面と、
を有するモータ。
【請求項１０】
請求項１から請求項９までのいずれかに記載のモータにおいて、
前記回転部は、
前記マグネットの径方向外側の面および前記小径面を覆う外側樹脂部
をさらに有し、
前記大径面は、外側樹脂部から露出しているモータ。
【請求項１１】
請求項１から請求項１０までのいずれかに記載のモータにおいて、
少なくとも２つの前記コアピースが、各コアピースの径方向内側において繋がっているモータ。
【請求項１２】
請求項１から請求項１１までのいずれかに記載のモータにおいて、
前記回転部は、
前記中心軸に対して径方向および周方向に広がる環状板
をさらに有し、
前記ロータコアを構成する各コアピースと前記環状板とが、これらの一方に設けられた凹部または貫通孔と、他方に設けられた凸部との嵌め合わせにより固定され、
前記環状板の外周面と、前記大径面とが、略同一の径方向位置に配置されているモータ。
【請求項１】
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、
を有し、
前記静止部は、
上下に延びる中心軸に対して放射状に延びる複数のティース
を有し、
前記回転部は、
複数のコアピースを有するロータコアと、
複数のマグネットと、
を有し、
前記マグネットは、フェライトマグネットであり、
前記複数のコアピースと、前記複数のマグネットとは、前記複数のティースの径方向内側において、周方向に交互に配列され、
前記複数のマグネットの同極同士が周方向に対向し、
前記コアピースの径方向外側の面は、
小径面と、
前記小径面より、前記中心軸からの距離が大きな大径面と、
を有し、
前記大径面が、前記中心軸に直交する断面において、前記中心軸を中心とする円弧となっているモータ。
【請求項２】
請求項１に記載のモータにおいて、
前記ティースの径方向内側の端面が、前記中心軸に直交する断面において、前記中心軸を中心とする円弧となっているモータ。
【請求項３】
請求項１または請求項２に記載のモータにおいて、
前記コアピースの径方向外側の面は、
周方向の中央に位置する単一の前記大径面と、
前記大径面の周方向両側に位置する一対の小径面と、
を有するモータ。
【請求項４】
請求項３に記載のモータにおいて、
前記コアピースの径方向外側の面の中心角をθｒ１、
前記大径面の中心角をθｒ２、
前記複数のティースの周方向のピッチ角をθｓ１、
前記ティースの径方向内側の面の中心角をθｓ２、
前記静止部が有する前記ティースの数をＮｓ、
前記回転部が有する前記マグネットの数をＮｐ、
前記ティースの径方向内側の面と前記大径面との径方向の間隔をｇ１、
前記大径面と前記小径面との径方向位置の差をｇ２、
とし、
α＝｛θｒ２／θｒ１｝／｛（θｓ２／θｓ１）×（Ｎｐ／Ｎｓ）×（ｇ１／ｇ２）｝
として、
０．７５≦α≦２．４
を満たすモータ。
【請求項５】
請求項４に記載のモータにおいて、
前記Ｎｓと前記Ｎｐとの最小公倍数をＮｍとして、
Ｎｍ＜Ｎｓ×Ｎｐ
を満たすモータ。
【請求項６】
請求項５に記載のモータにおいて、
Ｎｓ＝１２，かつ，Ｎｐ＝８
であるモータ。
【請求項７】
請求項１または請求項２に記載のモータにおいて、
前記コアピースは、複数の前記大径面を有するモータ。
【請求項８】
請求項７に記載のモータにおいて、
複数の前記大径面の配置および形状は、前記コアピースの周方向中央を基準として、対称になっているモータ。
【請求項９】
請求項７または請求項８に記載のモータにおいて、
前記コアピースの径方向外側の面は、
周方向の中央に位置する単一の前記小径面と、
前記小径面の周方向両側に位置する一対の大径面と、
を有するモータ。
【請求項１０】
請求項１から請求項９までのいずれかに記載のモータにおいて、
前記回転部は、
前記マグネットの径方向外側の面および前記小径面を覆う外側樹脂部
をさらに有し、
前記大径面は、外側樹脂部から露出しているモータ。
【請求項１１】
請求項１から請求項１０までのいずれかに記載のモータにおいて、
少なくとも２つの前記コアピースが、各コアピースの径方向内側において繋がっているモータ。
【請求項１２】
請求項１から請求項１１までのいずれかに記載のモータにおいて、
前記回転部は、
前記中心軸に対して径方向および周方向に広がる環状板
をさらに有し、
前記ロータコアを構成する各コアピースと前記環状板とが、これらの一方に設けられた凹部または貫通孔と、他方に設けられた凸部との嵌め合わせにより固定され、
前記環状板の外周面と、前記大径面とが、略同一の径方向位置に配置されているモータ。
【図１】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【図８】
【図９】
【図１０】
【図１１】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【図８】
【図９】
【図１０】
【図１１】
【公開番号】特開２０１３−１０６３８８（Ｐ２０１３−１０６３８８Ａ）
【公開日】平成２５年５月３０日（２０１３．５．３０）
【国際特許分類】
【出願番号】特願２０１１−２４６９７５（Ｐ２０１１−２４６９７５）
【出願日】平成２３年１１月１０日（２０１１．１１．１０）
【出願人】（０００２３２３０２）日本電産株式会社 (697)
【Ｆターム（参考）】
【公開日】平成２５年５月３０日（２０１３．５．３０）
【国際特許分類】
【出願日】平成２３年１１月１０日（２０１１．１１．１０）
【出願人】（０００２３２３０２）日本電産株式会社 (697)
【Ｆターム（参考）】
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