(58)【調査した分野】(Int.Cl.,DB名)
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【0005】
ところで、ランデル型のロータ構造では、出力特性がロータコア内の円板磁石から発生する主磁束によって左右される。従って、モータの高出力化を図る上でロータの更なる形状の適正化が望まれている。
【0006】
本発明は、上記問題点を解消するためになされたものであって、その目的は、ロータの形状を変えることなく、出力調整が容易で、高出力化を図ることができるロータ及びそのロータを備えた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】
【0007】
請求項1に記載の発明は、略円盤状の第1コアベースの外周部に、等間隔に複数の第1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た第1ロータコアと、略円盤状の第2コアベースの外周部に、等間隔に複数の第2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、前記第2爪状磁極がそれぞれ対応する前記第1ロータコアの各第1爪状磁極間に配置された第2ロータコアと、前記第1コアベースと第2コアベースと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、前記第1爪状磁極を第1の磁極として機能させ、前記第2爪状磁極を第2の磁極として機能させる界磁磁石とを備えたロータであって、前記界磁磁石の軸方向端面
は、その全面が前記磁化方向に対し
て直交しない面
であってロータの軸に向かって縮径するテーパ面に形成されていることを特徴とする。
【0008】
請求項1に記載の発明
及び以下の請求項2,4に記載の発明によれば、第1ロータコアと第2ロータコアとの間に配置される界磁磁石において、第1コアベースと第2コアベースに当接する界磁磁石の当接面の表面積を大きくでき、第1及び第2コアベースに対する磁束密度の増大を図ることができ、モータの高出力化を実現できる。
【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、前記界磁磁石の上下両端面
は、
上下各端面の全面が、テーパ面
に形成されている。
請求項
3に記載の発明によれば、界磁磁石の上下
各端面の
全面が、テーパ面
に形成
されることにより、第1コアベースと第2コアベースに当接する界磁磁石の当接面の表面積を大きくでき、第1及び第2コアベースに対する磁束密度の増大を図ることができ、モータの高出力化を実現できる。
【0010】
請求項
4に記載の発明は、
略円盤状の第1コアベースの外周部に、等間隔に複数の第1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た第1ロータコアと、
略円盤状の第2コアベースの外周部に、等間隔に複数の第2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、前記第2爪状磁極がそれぞれ対応する前記第1ロータコアの各第1爪状磁極間に配置された第2ロータコアと、前記第1コアベースと第2コアベースと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、前記第1爪状磁極を第1の磁極として機能させ、前記第2爪状磁極を第2の磁極として機能させる界磁磁石とを備えたロータであって、前記界磁磁石の軸方向端面には、前記磁化方向に対して少なくとも一部に直交しない面が形成され、前記界磁磁石の上下面に、ベローズ状又は蛇腹状の折れ面が形成されている。
請求項
4に記載の発明によれば、界磁磁石の上下面に、ベローズ状又は蛇腹状の折れ面を形成することにより、第1コアベースと第2コアベースに当接する界磁磁石の当接面の表面積を大きくでき、第1及び第2コアベースに対する磁束密度の増大を図ることができ、モータの高出力化を実現できる。
【0011】
請求項
2に記載の発明は、
略円盤状の第1コアベースの外周部に、等間隔に複数の第1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た第1ロータコアと、
略円盤状の第2コアベースの外周部に、等間隔に複数の第2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、前記第2爪状磁極がそれぞれ対応する前記第1ロータコアの各第1爪状磁極間に配置された第2ロータコアと、前記第1コアベースと第2コアベースと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、前記第1爪状磁極を第1の磁極として機能させ、前記第2爪状磁極を第2の磁極として機能させる界磁磁石とを備えたロータであって、前記界磁磁石の軸方向端面には、前記磁化方向に対して少なくとも一部に直交しない面が形成され、前記界磁磁石は、軸方向端面が、同軸方向端面の形状に合わせた面形状を有する磁性部材よりなるスペーサを介してそれぞれ前記第1コアベースと第2コアベースの対向面と当接している。
【0012】
請求項
2に記載の発明によれば、スペーサによって、第1及び第2コアベースの形状を変えることなく、第1及び第2コアベースに対する磁束密度の増大を図ることができ、モー
タの高出力化を実現できる。
【0013】
請求項5に記載の発明は、請求項1〜4のいずれか1つに記載のロータを備えたモータ。
請求項5に記載の発明によれば、ロータのサイズを変えることなく高出力のモータを実現することができる。
【発明の効果】
【0014】
本発明によれば、ロータの形状を変えることなく、出力調整が容易で、高出力化を図ることができる。
【発明を実施するための形態】
【0016】
(第1実施形態)
以下、本発明を具体化した第1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が取り付けられている。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、
図2に示すように、径方向内側に延びる複数のティース7aを有する電機子コア7と、電機子コア7のティース7a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。
【0017】
(ロータ11)
ロータ11は、
図3、
図4及び
図5に示すように、第1及び第2ロータコア20,30と、界磁磁石40(
図4及び
図5参照)とを備える。
【0018】
(第1ロータコア20)
図3、
図4及び
図5に示すように、第1ロータコア20は、略円盤状に形成された第1コアベース21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22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。第1爪状磁極22の周方向端面22a,22b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、第1爪状磁極22は軸直交方向断面が扇形状とされている。各第1爪状磁極22の周方向の角度、即ち前記周方向端面22a,22b間の角度は、周方向に隣り合う第1爪状磁極22同士の隙間の角度より小さく設定されている。
【0019】
略円盤状に形成された第1コアベース21は、その中心位置に回転軸12を貫通固着する軸孔21cが形成されている。また、第1コアベース21の第2ロータコア30側の対向面21aは、凹設されていて、同対向面21aが軸孔21cに向かって縮径する円錐台形状をなす面となるように凹設されている。そして、本実施形態では、円錐台形状に凹設された対向面21aを第1嵌合凹部23という。
【0020】
(第2ローコア30)
第2ロータコア30は、
図3、
図4及び
図5に示すように、第1ロータコア20と同形状であって、略円盤状の第2コアベース31の外周部に、等間隔に複数の第2爪状磁極32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。第2爪状磁極32の周方向端面32a,32bは径方向に延びる平坦面とされ、第2爪状磁極32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32の周方向の角度、即ち前記周方向端面32a,32b間の角度は、周方向に隣り合う第2爪状磁極32同士の隙間の角度より小さく設定されている。
【0021】
略円盤状に形成された第2コアベース31は、その中心位置に回転軸12を貫通固着する軸孔31cが形成されている。また、第2コアベース31の第1ロータコア20側の対向面31aは、凹設されていて、同対向面31aが軸孔31cに向かって縮径する円錐台形状をなす面となるように凹設されている。そして、本実施形態では、円錐台形状に凹設された対向面31aを第2嵌合凹部33という。
【0022】
そして、第2ロータコア30は、前記各第2爪状磁極32がそれぞれ対応する各第1爪状磁極22間に配置されるようにして、第1コアベース21と第2コアベース31との軸方向の間に界磁磁石40(
図4参照)が配置(挟持)されるようにして第1ロータコア20に対して組み付けられる。
【0023】
詳述すると、界磁磁石40は、第1コアベース21の第1嵌合凹部23と第2コアベース31の第2嵌合凹部33の間に挟持される。
このとき、第1爪状磁極22の一方の周方向端面22aと第2爪状磁極32の他方の周方向端面32bとが軸方向に沿って平行をなすように対向配値される。そのため、両端面22a,32b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、同様に第1爪状磁極22の他方の周方向端面22bと第2爪状磁極32の一方の周方向端面32aとが軸方向に沿って平行をなすように対向配置される。そのため、両端面22b,32a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。
【0024】
(界磁磁石40)
図4及び
図5に示すように、第1ロータコア20と第2ロータコア30との間に挟持された界磁磁石40は、永久磁石であって、円柱状に形成され、その外径が第1及び第2コアベース21,31の外径と同じに設定されている。そして、円柱状の界磁磁石40は、その中心位置に回転軸12を貫通固着する軸孔40aが形成されている。
【0025】
また、界磁磁石40の第1ロータコア20側の端面40bは、凸設されていて、同端面40bが軸孔40aに向かって縮径する円錐台形状をなすテーパ面となるように凸設されている。そして、本実施形態では、円錐台形状に凸設された端面40bを、第1嵌合凸部41という。従って、界磁磁石40の第1ロータコア20側の端面40bは、軸方向に対して直交しないようにして、表面積を大きくしている。
【0026】
さらに、界磁磁石40の第2ロータコア30側の端面40cは、凸設されていて、同端面40cが軸孔40aに向かって縮径する円錐台形状をなすテーパ面となるように凸設されている。そして、本実施形態では、円錐台形状に凸設された端面40cを、第2嵌合凸部42という。従って、界磁磁石40の第2ロータコア30側の端面40cは、軸方向に対して直交しないようにして、表面積を大きくしている。
【0027】
なお、第1ロータコア20と第2ロータコア30との間に界磁磁石40を挟持したとき、第1嵌合凹部23と第1嵌合凸部41は密着するとともに、第2嵌合凹部33と第2嵌合凸部42は密着する。さらに、第1爪状磁極22の先端面22cと第2コアベース31の反対向面31bとが面一になるとともに、第2爪状磁極32の先端面32cと第1コアベース21の反対向面21bと面一になるようにしている。
【0028】
界磁磁石40は、
図4中の矢印で示す磁化方向(S極からN極向く方向)に磁化されている。そして、界磁磁石40は、第1爪状磁極22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32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。
【0029】
従って、本実施形態のロータ11は、界磁磁石40を用いた所謂ランデル型構造のロータである。ロータ11は、N極となる第1爪状磁極22と、S極となる第2爪状磁極32とが周方向に交互に配置されており、磁極数が10極(極対数が5個)となる。ちなみに、極対数が3以上の奇数であるため、ロータコア単位で見ると同極の爪状磁極同士が周方向180°対向位置とならないため、磁気振動に対して安定する形状となる。
【0030】
また、このとき、第1ロータコア20と第2ロータコア30との間に界磁磁石40を挟持したとき、界磁磁石40の第1ロータコア20側の端面40b及び第2ロータコア30側の端面40cは、テーパ面にして表面積を大きくした。そのため、第1及び第2コアベース21,31に対する磁束密度の増大を図ることができる。
【0031】
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3相の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。
【0032】
次に、上記のように構成した第1実施形態の作用を以下に記載する。
ランデル型構造のロータ11において、第1ロータコア20と第2ロータコア30との間に挟持される界磁磁石40の両端面40b,40cには、円錐台形状に凸設して形成された第1及び第2嵌合凸部41,42をそれぞれ設けた。一方、第1及び第2ロータコア20,30の対向面21a,31aには、円錐台形状に凹設して形成されて形成された第1及び第2嵌合凹部23,33をそれぞれ設けた。
【0033】
第1ロータコア20と第2ロータコア30との間に界磁磁石40を挟持すると、第1ロータコア20の第1嵌合凹部23と界磁磁石40の第1嵌合凸部41が嵌着し、第2ロータコア30の第2嵌合凹部33と界磁磁石40の第2嵌合凸部42が嵌着する。
【0034】
このとき、第1ロータコア20の対向面21aと界磁磁石40の端面40bとの当接する面は、第1嵌合凸部41と第1嵌合凹部23が円錐台形状であるため、軸方向に直交した面ではなく、軸方向に対して傾斜した面となる。
【0035】
従って、第1嵌合凸部41(端面40b)と第1嵌合凹部23(対向面21a)が当接する当接面の表面積が大きくなり、磁気抵抗を低減でき、第1コアベース21への磁束密度の増大を図ることができる。
【0036】
同様に、第2ロータコア30の対向面31aと界磁磁石40の端面40cとの当接する面は、第2嵌合凸部42と第2嵌合凹部33が円錐台形状であるため、軸方向に直交した面ではなく、軸方向に対して傾斜した面となる。
【0037】
従って、第2嵌合凸部42(端面40c)と第2嵌合凹部33(対向面31a)が当接する当接面の表面積が大きくなり、磁気抵抗を低減でき、第2コアベース31からの磁束密度の増大を図ることができる。
【0038】
上記実施形態によれば以下の効果を有する。
(1)本実施形態によれば、第1ロータコア20の第1コアベース21に円錐台形状に凹設した第1嵌合凹部23と界磁磁石40の端面40bに円錐台形状に凸設した第1嵌合凸部41を設けた。
【0039】
また、第2ロータコア30の第2コアベース31に円錐台形状に凹設した第2嵌合凹部33と界磁磁石40の端面40cに円錐台形状に凸設した第2嵌合凸部42を設けた。
そして、界磁磁石40が第1及び第2コアベース21,31と当接する当接面の表面積を大きくし、磁気抵抗を小さくした。
【0040】
そのため、第1及び第2コアベース21,31に対する磁束密度の増大を図ることができ、モータ1の高出力化を実現できる。
(2)また、本実施形態によれば、第1及び第2嵌合凹部23,33の深さを変更し、これに合わせて、第1及び第2嵌合凸部41,42の軸方向の長さを変更することによって、ロータ11の全体形状を変えることなく出力調整が容易にできる。
【0041】
(第2実施形態)
次に、本発明の第2実施形態について説明する。本実施形態は、界磁磁石40の形状に特徴を有し、これに合わせて第1及び第2コアベース21,31の対向面21a,31aに特徴を有するものである。そこで、第1実施形態と相違する特徴部分を詳細に説明し、他の共通部分は説明の便宜上省略する。
【0042】
図6に示すように、第1コアベース21と第2コアベース31との間に挟持される界磁磁石40は、その第1コアベース21側の端面40bが径方向外側に向かってベローズ状(断面正弦波状)に形成されている。従って、界磁磁石40の第1コアベース21側の端面40bは、軸方向に対して直交しない表面となり、その表面積が大きくなる。
【0043】
また、同様に、界磁磁石40において、その第2コアベース31側の端面40cは、同様に径方向外側に向かってベローズ状(断面正弦波状)に形成されている。従って、界磁磁石40の第2コアベース31側の端面40cは、軸方向に対して直交しない表面となり、その表面積が大きくなる。
【0044】
一方、第1コアベース21の対向面21aは、
図7に示すように、ベローズ状(断面正弦波状)に形成された界磁磁石40の端面40bと嵌合するように径方向外側に向かってベローズ状(断面正弦波状)に形成されている。従って、第1コアベース21の対向面21aは、軸方向に対して直交しない表面となり、その表面積が大きくなる。
【0045】
同様に、第2コアベース31の対向面31aは、
図7に示すように、ベローズ状(断面正弦波状)に形成された界磁磁石40の端面40cと嵌合するように径方向外側に向かってベローズ状(断面正弦波状)に形成されている。従って、第2コアベース31の対向面31aは、軸方向に対して直交しない表面となり、その表面積が大きくなる。
【0046】
これによって、第1ロータコア20と第2ロータコア30との間に界磁磁石40を挟持したとき、界磁磁石40が第1及び第2コアベース21,31の当接する当接面の表面積を大きくし、磁気抵抗を小さくすることができる。
【0047】
従って、第2実施形態によれば、第1実施形態と同様な効果を有する。
(第3実施形態)
次に、本発明の第3実施形態について説明する。本実施形態は、第2実施形態と同様に、界磁磁石40の形状に特徴を有し、これに合わせて第1及び第2コアベース21,31の対向面21a,31aに特徴を有するものである。そこで、第1実施形態と相違する特徴部分を詳細に説明し、他の共通部分は説明の便宜上省略する。
【0048】
図8に示すように、第1及び第2コアベース21,31の対向面21a,31aを軸方向に対して直交する平面とする。そして、これら対向面21a,31aと界磁磁石40のとの間に磁性部材よりなる第1及び第2スペーサS1,S2が設けられている。
【0049】
第1スペーサS1は、対向面21a側の面が平面で形成されている。第1スペーサS1の界磁磁石40側の面S1aは、界磁磁石40の第1嵌合凸部(端面40b形状)に対応して、円錐台形状をなす面となるように凹設されている。そして、本実施形態では、円錐台形状に凹設された第1スペーサS1の面S1aが第1嵌合凹部23となる。
【0050】
従って、界磁磁石40の第1スペーサS1側(第1コアベース21側)の端面40bは、軸方向に対して直交しない表面となり、その表面積が大きくなる。
第2スペーサS2は、対向面31a側の面が平面で形成されている。第2スペーサS2の界磁磁石40側の面S2aは、界磁磁石40の第2嵌合凸部(端面40c形状)に対応して円錐台形状をなす面となるように凹設されている。そして、本実施形態では、円錐台形状に凹設された第2スペーサS2の面S2aが第2嵌合凹部33となる。
【0051】
従って、界磁磁石40の第2スペーサS2側(第2コアベース31側)の端面40cは、軸方向に対して直交しない表面となり、その表面積が大きくなる。
つまり、第1ロータコア20と第2ロータコア30との間に第1及び第2スペーサS1,S2を介して、界磁磁石40を挟持したとき、界磁磁石40が第1及び第2スペーサS1,S2の当接する当接面の表面積を大きくし、磁気抵抗を小さくすることができる。
【0052】
従って、第3実施形態によれば、第1実施形態の効果に加えて、第1及び第2ロータコア20,30の形状を変えることなく、第1及び第2コアベース21,31に対する磁束密度の増大を図ることができ、モータ1の高出力化を実現できる。
【0053】
なお、上記実施形態は以下のように変更して実施してもよい。
・上記第1実施形態では、界磁磁石40の両端面40b,40cの全面を円錐台形状に凸設し、これに合わせて、第1及び第2コアベース21,31の対向面21a,31aの全面を円錐台形状に凹設した。これを、界磁磁石40の両端面40b,40cの一部の面を円錐台形状に凸設し、これに合わせて、第1及び第2コアベース21,31の対向面21a,31aの一部を円錐台形状に凹設して実施してもよい。
【0054】
・上記第1実施形態では、界磁磁石40の両端面40b,40cを円錐台形状に凸設し、これに合わせて、第1及び第2コアベース21,31の対向面21a,31aを円錐台形状に凹設した。これを、界磁磁石40の両端面40b,40cを多角錐台形状に凸設し、これに合わせて、第1及び第2コアベース21,31の対向面21a,31aを多角錐台形状に凹設して実施してもよい。
【0055】
勿論、多角錐台形状において、その一部の面を曲面にするように実施してもよい。
・上記第2実施形態では、界磁磁石40の両端面40b,40cを径方向外側に向かってベローズ状(断面正弦波状)に形成し、これに合わせて、第1及び第2コアベース21,31の対向面21a,31aをベローズ状に形成した。
【0056】
これを、界磁磁石40の両端面40b,40cを径方向外側に向かって鋸歯状に形成し、これに合わせて、第1及び第2コアベース21,31の対向面21a,31aを鋸歯状に形成して実施してもよい。
【0057】
勿論、鋸歯状に形成される界磁磁石40の両端面40b,40cの一部に鋸歯面を形成し、これに合わせて、第1及び第2コアベース21,31の対向面21a,31aの一部に鋸歯面を形成して実施してもよい。
【0058】
・上記第2実施形態では、界磁磁石40の両端面40b,40cを径方向外側に向かってベローズ状に形成し、これに合わせて、第1及び第2コアベース21,31の対向面21a,31aをベローズ状に形成した。
【0059】
これを、界磁磁石40の両端面40b,40cを、周方向に周回するベローズ状又は鋸歯状の面にし、これに合わせて、第1及び第2コアベース21,31の対向面21a,31aを周方向に周回するベローズ状又は鋸歯状に形成して実施してもよい。