説明

ロータ及びモータ

【課題】トルクリップルを抑えることができるロータを提供する。
【解決手段】軸方向両端の第1及び第4ロータコア21,24が有する爪状磁極21b,24b基端側である突出部21c,24cの周方向の幅としての周方向角度H1は、他のロータコア22,23が有する爪状磁極21b,24bの基端側である突出部22c、23cの周方向の幅としての周方向角度H3よりも広く形成される。

【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【0001】
本発明は、ロータ及びモータに関するものである。
【背景技術】
【0002】
モータに使用されるロータとしては、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対とな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ランデル型構造のロータがある(例えば、特許文献1参照)。
【先行技術文献】
【特許文献】
【0003】
【特許文献1】実開平5−43749号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【0004】
ところで、上記のようなロータでは、モータ出力向上を図るべく、対となる同一形状のロータコアを軸方向に複数段積層配置した所謂タンデム構造とすることができる。しかしながら、ロータコアが軸方向に複数段積層配置することで、界磁磁石に挟まれるロータコアと、界磁磁石よりも軸方向両側に位置するロータコアとで爪状磁極における磁束密度が異なることとなる。これにより、トルクリップルが発生して騒音や振動が発生してしまう虞がある。
【0005】
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、トルクリップルを抑えることができるロータ及びモータを提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【0006】
上記課題を解決するために、請求項1に記載の発明は、回転軸に沿って配列された複数対のロータコアと、各対のロータコア間に配置され、軸方向に沿って磁化された界磁磁石と、を備え、各対のロータコアは、円盤状のコアベースの外周部から突出するとともに軸方向に沿って互いに逆方向に延出形成され、周方向に沿って交互に配置された複数の爪状磁極をそれぞれ有し、前記複数対のロータコアは、同磁極のロータコアが隣接するように配置され、軸方向両端のロータコアが有する爪状磁極基端の周方向に沿った断面の面積は、他のロータコアが有する爪状磁極基端の周方向に沿った断面の面積よりも広く形成されたことをその要旨とする。
【0007】
この発明では、外表面に露出する軸方向両端のロータコアが有する爪状磁極基端の周方向に沿った断面の面積は、他のロータコアが有する爪状磁極基端の周方向に沿った断面の面積よりも広く形成される。これにより、外部に漏れそうな磁束を取り込んで爪状磁極への磁束を確実に流し、軸方向両端のロータコアと他のロータコアとで爪状磁極における磁束密度を均一とすることが可能となり、その結果トルクリップルの発生を抑えて騒音や振動の発生を抑えることが可能となる。
【0008】
請求項2に記載の発明は、請求項1に記載のロータにおいて、前記爪状磁極の径方向外側面は、全て同形状とされたことをその要旨とする。
この発明では、爪状磁極の径方向外側面は、全て同形状とされるため、ステータと対向する対向面が各爪状磁極において同一面積となり、ステータから発生される回転磁界の影響を各爪状磁極において均等にすることが可能となる。
【0009】
請求項3に記載の発明は、請求項1又は2に記載のロータにおいて、周方向に隣り合う前記爪状磁極の間に配置され、前記周方向に隣り合う爪状磁極と同極性が対向するように磁化された極間磁石を備えたことをその要旨とする。
【0010】
この発明では、周方向に隣り合う爪状磁極の間に配置され、周方向に隣り合う爪状磁極と同極性が対向するように磁化された極間磁石を備えるため、各爪状磁極間で発生しうる漏れ磁束を低減させてモータ出力の向上を図ることができる。
【0011】
請求項4に記載の発明は、請求項3に記載のロータにおいて、前記極間磁石は、前記軸方向一端のロータコアの端面から前記軸方向他端のロータコアの端面まで延びるように形成されたことをその要旨とする。
【0012】
この発明では、極間磁石は、軸方向一端のロータコアの端面から軸方向他端のロータコアの端面まで延びるように形成されるため、部品点数の増加を抑えることができる。これにより、極間磁石組み付け時にかかる工数を抑えることが可能となる。
【0013】
請求項5に記載の発明は、請求項1〜4のいずれか1項に記載のロータを備えたことをその要旨とする。
この発明では、トルクリップルを抑えたロータを備えたモータを提供することができる。
【発明の効果】
【0014】
従って、上記記載の発明によれば、トルクリップルを抑えることができるロータ及びモータを提供することができる。
【図面の簡単な説明】
【0015】
【図1】実施形態におけるモータの断面図。
【図2】同上におけるロータの斜視図。
【図3】同上におけるロータの断面図。
【図4】(a)は軸方向両端のロータコアの爪状磁極を示す斜視図、(b)は軸方向中心側のロータコアの爪状磁極を示す斜視図。
【発明を実施するための形態】
【0016】
以下、本発明を具体化した一実施形態を図面に従って説明する。
図1に示すように、モータ1のモータケース2は、有底筒状に形成された筒状ハウジング3と、該筒状ハウジング3のフロント側(図1中、左側)の開口部を閉塞するフロントエンドプレート4とを有している。また、筒状ハウジング3のリア側(図1中、右側)の端部には、回路基板等の電源回路を収容した回路収容ボックス5が取着されている。
【0017】
筒状ハウジング3の内周面にはステータ6が固定されている。ステータ6は、径方向内側に延びる複数のティースを有する電機子コア7と、電機子コア7のティースに巻装されたセグメントコンダクタ(SC)巻線8とを有する。モータ1のロータ11は回転軸12を有し、ステータ6の内側に配置されている。回転軸12は非磁性体の金属シャフトであって、筒状ハウジング3の底部3a及びフロントエンドプレート4に支持された軸受13,14により回転可能に支持されている。
【0018】
ロータ11は、図2及び図3に示すように、対となる第1及び第2ロータコア21,22と、対となる第3及び第4ロータコア23,24と、界磁磁石としての環状磁石25,26(図4参照)と、極間磁石27,28とを備える。尚、図2及び図3中の実線で示す矢印は各磁石25,26,27,28の磁化方向(S極からN極向き)を示している。
【0019】
図2に示すように、第1ロータコア21は、略円盤状の第1コアベース21aの外周部に、等間隔に複数(本実施形態では7つ)の第1爪状磁極21bが形成されている。第1爪状磁極21bは、第1コアベース21aに対して径方向外側に突出された突出部21cと、この突出部21cから軸方向に延出形成された爪部21dとを有する。
【0020】
第1爪状磁極21bの周方向端面21e,21f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)平坦面とされ、突出部21cは軸直交方向断面が扇形状とされている。突出部21cの径方向外側の端部部分には、爪部21dが周方向の幅を一定として軸方向に沿って延出形成されている。各第1爪状磁極21bの周方向の角度、即ち前記周方向端面21e,21f間の角度は、周方向に隣り合う第1爪状磁極21b同士の隙間の角度より小さく設定されている。
【0021】
また、第1爪状磁極21bの突出部21cは、周方向幅としての周方向角度H1が、第1爪状磁極21bの爪部21dの周方向角度H2と同角度とされる。なお、第1爪状磁極21bは、前述したように扇形状とされ、径方向外側ほど周方向幅(長さ)は広がるため、突出部21c内で最も周方向幅の広い径方向外側における周方向幅よりも、爪部21dの周方向幅の方が長くなるように設定されることとなる。
【0022】
図2及び図3に示すように、第2ロータコア22は、略円盤状の第2コアベース22aの外周部に、等間隔に複数の第2爪状磁極22bの突出部22cが形成されている。突出部22cは、軸直交方向断面が扇形状とされ、径方向外側の端部部分には爪部22dが軸方向に沿って延出形成されている。この爪部22dは、前記突出部22cよりも周方向両側に迫り出すように形成される。このため、第2爪状磁極22bの突出部22cの周方向幅としての周方向角度H3が、第2爪状磁極22bの爪部22dの周方向角度H4よりも小さい設定とされる。また、第2爪状磁極22bの爪部22dの周方向角度H4は、第1爪状磁極21bの突出部21c及び爪部21dの周方向角度H1,H2と同等と設定される。そして、第2爪状磁極22bの突出部22cの周方向角度H3は、第1爪状磁極21bの突出部21c及び爪部21dの周方向角度H1,H2よりも小さく、即ち周方向幅が狭く設定される。
【0023】
第2爪状磁極22bの周方向端面22e,22fは径方向に延びる平坦面とされ、第2爪状磁極22bは軸直交方向断面が扇形状とされている。各第2爪状磁極22bの周方向の角度、即ち前記周方向端面22e,22f間の角度は、周方向に隣り合う第2爪状磁極22b同士の隙間の角度より小さく設定されている。
【0024】
そして、第2ロータコア22は、各第2爪状磁極22bの爪部22dがそれぞれ対応する各第1爪状磁極21bの爪部21d間に配置されるようにして、第1コアベース21aと第2コアベース22aとの軸方向の間に環状磁石25(図3参照)が配置(挟持)されるようにして第1ロータコア21に対して組み付けられる。このとき、第1爪状磁極21bの一方の周方向端面21eと第2爪状磁極22bの他方の周方向端面22fとが軸方向に沿って平行をなすように形成されるため、各端面21e,22f間の間隙が軸方向に沿って略直線状をなすように形成されることとなる。また、第1爪状磁極21bの他方の周方向端面21fと第2爪状磁極22bの一方の周方向端面22eとが軸方向に沿って平行をなすように形成されるため、各端面21f,22e間の間隙が軸方向に沿って略直線状をなすように形成されることとなる。
【0025】
ここで、環状磁石25は、その外径が第1及び第2コアベース21a,22aの外径と同じに設定され、第1爪状磁極21b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22b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。
【0026】
また、第1及び第2ロータコア21,22及び環状磁石25が組み付けられると、図3に示すように、第1及び第2コアベース21a,22aの径方向外側面21i,22i及び環状磁石25の径方向外側面25aと、第1及び第2爪状磁極21b,22bの爪部21d,22dの背面21j,22jとの径方向間に間隙Kが設けられている。
【0027】
第3ロータコア23は、図2及び3に示すように、前記第2ロータコア22を軸直交方向を基準に反転したものであり、略円盤状の第3コアベース23aの外周部に、等間隔に複数(本実施形態では7つ)の第3爪状磁極23bが形成されている。第3爪状磁極23bは、第3コアベース23aに対して径方向外側に突出された突出部23cと、この突出部23cから軸方向に延出形成された爪部23dとを有する。
【0028】
前記第3ロータコア23は、図3に示すように、その軸方向一端側の端面23gが第2ロータコア22の軸方向他端側の端面22gと当接するように回転軸12に組み付けられる。このため、前記爪部23dは、第2ロータコア22の爪部22dと軸方向反対側に延出するように構成される。
【0029】
第3爪状磁極23bの周方向端面23e,23f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)平坦面とされ、突出部23cは軸直交方向断面が扇形状とされている。突出部23cの径方向外側の端部部分には、爪部23dが周方向の幅を一定として軸方向に沿って延出形成されている。各第3爪状磁極23bの周方向の角度、即ち前記周方向端面23e,23f間の角度は、周方向に隣り合う第3爪状磁極23b同士の隙間の角度より小さく設定されている。
【0030】
また、第4ロータコア24は、前記第1ロータコア21を軸直交方向を基準に反転したものであり、第3ロータコア23と略同形状であって、略円盤状の第4コアベース24aの外周部に、等間隔に複数の第4爪状磁極24bの突出部24cが形成されている。突出部24cは、軸直交方向断面が扇形状とされ、径方向外側の端部部分には爪部24dが軸方向に沿って延出形成されている。
【0031】
第4爪状磁極24bの周方向端面24e,24fは径方向に延びる平坦面とされ、第4爪状磁極24bは軸直交方向断面が扇形状とされている。各第4爪状磁極24bの周方向の角度、即ち前記周方向端面24e,24f間の角度は、周方向に隣り合う第4爪状磁極24b同士の隙間の角度より小さく設定されている。
【0032】
そして、第4ロータコア24は、各第4爪状磁極24bの爪部24dがそれぞれ対応する各第3爪状磁極23bの爪部23d間に配置されるようにして、第3コアベース23aと第4コアベース24aとの軸方向の間に環状磁石26(図3参照)が配置(挟持)されるようにして第3ロータコア23に対して組み付けられる。このとき、第3爪状磁極23bの一方の周方向端面23eと第4爪状磁極24bの他方の周方向端面24fとが軸方向に沿って平行をなすように形成されるため、各端面23e,24f間の間隙が軸方向に沿って略直線状をなすように形成されることとなる。また、第3爪状磁極23bの他方の周方向端面23fと第4爪状磁極24bの一方の周方向端面24eとが軸方向に沿って平行をなすように形成されるため、各端面23f,24e間の間隙が軸方向に沿って略直線状をなすように形成されることとなる。また、第4爪状磁極24bは、その爪部24dの軸方向先端面24gが第1爪状磁極21bの爪部21dの軸方向先端面21gと軸方向において当接するように第3ロータコア23及び回転軸12と組み付けられる。
【0033】
また、第3及び第4ロータコア23,24及び環状磁石26が組み付けられると、図3に示すように、第3及び第4コアベース23a,24aの径方向外側面23i,24i及び環状磁石26の径方向外側面26aと、第3及び第4爪状磁極23b,24bの爪部23d,23d背面23j,24jとの径方向間に間隙Kが設けられている。
【0034】
図4(a)(b)に示すように、第1〜第4爪状磁極21b,22b,23b,24bの爪部21d,22d,23d,24dは、全て同形状とされて、その径方向外側に位置する外側面21h,22h,23h,24hが略同一の面積を有するように構成される。
【0035】
環状磁石26は、前記環状磁石25とその磁化方向が逆方向となるように設けられる。環状磁石26は、その外径が第3及び第4コアベース23a,24aの外径と同じに設定され、第3爪状磁極23bを第2の磁極(本実施形態ではS極)として機能させ、第4爪状磁極24bを第1の磁極(本実施形態ではN極)として機能させるように、軸方向に磁化されている。
【0036】
また、図2に示すように、第1爪状磁極21bと第2爪状磁極22bとの周方向の間、且つ、第3爪状磁極23bと第4爪状磁極24bとの周方向の間には、極間磁石27,28が配置されている。詳しくは、本実施形態の極間磁石27は、第1爪状磁極21bの一方の周方向端面21eと、第2爪状磁極22bの他方の周方向端面22fとの間、且つ第3爪状磁極23bの他方の周方向端面23fと、第4爪状磁極24bの一方の周方向端面24eとの間に配置されている。そして、もう一方の極間磁石28は、第1爪状磁極21bの他方の周方向端面21fと、第2爪状磁極22bの一方の周方向端面22eとの間、且つ第3爪状磁極23bの一方の周方向端面23eと、第4爪状磁極24bの他方の周方向端面24fとの間に配置されている。そして、各極間磁石27,28は、第1〜第4爪状磁極21b〜24bとそれぞれ同極性が対向するように(第1爪状磁極21b及び第4爪状磁極24b側がN極で、第2爪状磁極22b及び第3爪状磁極23b側がS極となるように)周方向に磁化されている。
【0037】
また、各極間磁石27,28は、軸方向一端のロータコア21の端面21kから軸方向他端のロータコア24の端面24kまで延びるように形成されて、各端面21k,24kと面一となるように配置される。このとき、これら各極間磁石27,28の径方向内側面と、各コアベース21a,22a,23a,24aの径方向外側面21i,22i,23i,24i及び環状磁石25,26の径方向外側面25a,26aとの間に前記間隙Kと同様の間隙Kを以て組み付けられる。
【0038】
上記のように構成されたモータ1は、回路収容ボックス5内の電源回路を介してセグメントコンダクタ(SC)巻線8に駆動電流が供給されると、ステータ6でロータ11を回転させるための磁界が発生され、ロータ11が回転駆動される。
【0039】
次に、上記のように構成されたモータ1の作用について説明する。
ロータ11では、第1〜第4爪状磁極21b,22b,23b,24bの周方向間に、同極性が対向するように磁化された極間磁石27,28が配置されることで、爪状磁極21b,22b,23b,24b間での漏れ磁束が低減され、ひいては環状磁石25,26の磁束をモータ1の出力に有効利用することができる。
【0040】
図4(a)(b)に示すように、軸方向両端の第1及び第4ロータコア21,24が有する爪状磁極21b,24b基端側である突出部21c,24cの周方向の幅としての周方向角度H1は、他のロータコア22,23が有する爪状磁極22b,23b基端側である突出部22c,23cの周方向の幅としての周方向角度H3よりも広く形成される。このような構成とすることで、軸方向両端のロータコア21,24と他のロータコア22,23とで爪状磁極21b、22b,23b,24bの磁束密度が均一とされる。
【0041】
次に、本実施形態の特徴的な効果を記載する。
(1)外表面に露出する軸方向両端の第1及び第4ロータコア21,24が有する爪状磁極21b,24b基端である突出部21c,24cの周方向の幅としての周方向角度H1は、他のロータコア22,23が有する爪状磁極21b,24b基端側である突出部22c、23cの周方向の幅としての周方向角度H3よりも広く形成される。このような構成とすることで、それぞれのロータコア21,22,23,24の軸方向厚みを同一とした場合に、ロータコア21,24が有する爪状磁極21b,24bの基端である突出部21c,24cの周方向に沿った断面積が、他の突出部22c,23cの周方向に沿った断面積よりも広く形成される。これにより、外部に漏れそうな磁束を取り込み、爪状磁極21b,22b,23b,24bへの磁束を確実に流し、軸方向両端のロータコア21,24と他のロータコア22,23とで磁束密度を均一とすることが可能となる。その結果、トルクリップルの発生を抑えて騒音や振動の発生を抑えることが可能となる。
【0042】
(2)第1〜第4爪状磁極21b,22b,23b,24bの爪部21d,22d,23d,24dの径方向外側面21h,22h,23h,24hは、全て同形状とされる。このため、ステータ6と対向する対向面が各爪状磁極21b,22b,23b,24bにおいて同一面積となり、ステータ6から発生される回転磁界の影響を各爪状磁極21b,22b,23b,24bにおいて均等にすることが可能となる。
【0043】
(3)周方向に隣り合う爪状磁極21b,22b,23b,24bの間に配置され、周方向に隣り合う爪状磁極21b,22b,23b,24bと同極性が対向するように磁化された極間磁石27,28を備えるため、各爪状磁極21b,22b,23b,24b間で発生しうる漏れ磁束を低減させてモータ出力の向上を図ることができる。
【0044】
(4)極間磁石27,28は、軸方向一端のロータコア21の端面21kから軸方向他端のロータコア24の端面24kまで延びるように形成されるため、部品点数の増加を抑えることができる。これにより、極間磁石27,28組み付け時にかかる工数を抑えることが可能となる。
【0045】
尚、本発明の実施形態は、以下のように変更してもよい。
・上記実施形態では、第1〜第4爪状磁極21b,22b,23b,24bの爪部21d,22d,23d,24dは、全て同一形状として爪部21d,22d,23d,24dの外側面21h,22h,23h,24hの表面積を均一としたが、これに限らない。
【0046】
・上記実施形態では、第1〜第4爪状磁極21b,22b,23b,24b間に配置される極間磁石27,28は、軸方向一方側のロータコア21の軸方向一方側の端面21kから軸方向他方側のロータコア24の軸方向他方側の端面24kまで至るような構成として1部材としたが、これに限らない。例えば、軸方向において極間磁石を複数に(例えば対となるロータコアの個数に応じて)分割して配置する構成を採用してもよい。
【0047】
・上記実施形態では、第1〜第4爪状磁極21b,22b,23b,24b間に極間磁石27,28を設ける構成としたが、省略した構成を採用してもよい。
・上記実施形態では、対となる第1及び第2ロータコア21,22と、対となる第3及び第4ロータコア23,24とを軸方向に積層する態様で回転軸12に組み付ける構成としたが、これらを複数個、回転軸12に組み付ける構成としてもよい。
【0048】
・上記実施形態では、突出部21c,22c,23c,24cの周方向角度H1,H3(幅)に着眼して、軸方向両端のロータコア21,24の爪状磁極21b,24b基端(突出部21c,24c)の断面積を、他のロータコア22,23の爪状磁極22b,23b基端(突出部22c,23c)の断面積よりも広くしたが、これに限らない。例えば、軸方向両端のロータコア21,24の突出部21c,24cの厚みが異なる場合において、軸方向両端のロータコア21,24の爪状磁極21b,24b基端(突出部21c,24c)の断面積を、他のロータコア22,23の爪状磁極22b,23b基端(突出部22c,23c)の断面積よりも広くなる態様の構成とすればよい。
【0049】
・上記実施形態では、対となる第1及び第2ロータコア21,22と対となる第3及び第4ロータコア23,24とのそれぞれに界磁磁石として1つの環状磁石25,26を設けたが、これに限らない。例えば、複数に分割した永久磁石を回転軸12の周囲で対となるロータコア21,22のコアベース21a,22aと、対となるロータコア23,24のコアベース21a,22aとのそれぞれの軸方向間に配置する構成を採用してもよい。
【0050】
・上記実施形態では、特に言及していないが、第1〜第4ロータコア21〜24と電機子コア7は、例えば磁性金属板材の積層や、磁性粉体の成形にて構成してもよい。
【符号の説明】
【0051】
1…モータ、11…ロータ、12…回転軸、21,22,23,24…ロータコア、21a,22a,23a,24a…コアベース、21b,22b,23b,24b…爪状磁極、21c,22c,23c,24c…爪状磁極の基端側としての突出部、21k,24k…端面、21h,22h,23h,24h…径方向外側面、27,28…極間磁石、H1,H2,H3,H4…周方向角度。

【特許請求の範囲】
【請求項1】
回転軸に沿って配列された複数対のロータコアと、
各対のロータコア間に配置され、軸方向に沿って磁化された界磁磁石と、
を備え、
各対のロータコアは、円盤状のコアベースの外周部から突出するとともに軸方向に沿って互いに逆方向に延出形成され、周方向に沿って交互に配置された複数の爪状磁極をそれぞれ有し、
前記複数対のロータコアは、同磁極のロータコアが隣接するように配置され、
軸方向両端のロータコアが有する爪状磁極基端の周方向に沿った断面の面積は、他のロータコアが有する爪状磁極基端側の周方向に沿った断面の面積よりも広く形成された、
ことを特徴とするロータ。
【請求項2】
請求項1に記載のロータにおいて、
前記爪状磁極の径方向外側面は、全て同形状とされたことを特徴とするロータ。
【請求項3】
請求項1又は2に記載のロータにおいて、
周方向に隣り合う前記爪状磁極の間に配置され、前記周方向に隣り合う爪状磁極と同極性が対向するように磁化された極間磁石を備えたことを特徴とするロータ。
【請求項4】
請求項3に記載のロータにおいて、
前記極間磁石は、前記軸方向一端のロータコアの端面から前記軸方向他端のロータコアの端面まで延びるように形成されたことを特徴とするロータ。
【請求項5】
請求項1〜4のいずれか1項に記載のロータを備えたことを特徴とするモータ。

【図1】
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【図2】
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【図3】
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【図4】
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【公開番号】特開2013−99103(P2013−99103A)
【公開日】平成25年5月20日(2013.5.20)
【国際特許分類】
【出願番号】特願2011−239514(P2011−239514)
【出願日】平成23年10月31日(2011.10.31)
【出願人】(000101352)アスモ株式会社 (1,622)
【Fターム(参考)】