(58)【調査した分野】(Int.Cl.,DB名)
前記回転軸の外周面に、複数の凸条部を周方向に等間隔に形成すると共に、前記ロータコアの内周面の前記凸条部に対応する箇所に、この凸条部を受け入れ可能な凹部を形成し、
前記凸条部に、前記永久磁石の径方向内側端面を当接させたことを特徴とする請求項1に記載のロータ。
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【0005】
しかしながら、上述の従来技術にあっては、ロータコアの径方向内側での漏れ磁束について、減少されない場合がある。つまり、各スロットは、内部開口部で開放されているが、この内部開口部には、回転軸(シャフト)が挿入される。回転軸に磁性体を用いる場合、回転軸側に迂回する磁束量が多くなって漏れ磁束が増加してしまうという課題がある。このため、効果的にモータ特性の低下を防止するとはいい難い。
【0006】
また、例えば、環境温度の変化により回転軸とロータコアとが膨張・収縮等した場合、これら回転軸とロータコアとの固着力が低下し、回転軸とロータコアとが相対回転してしまう虞がある。このような場合、回転軸とロータコアとの相対位置がずれ、回転制御を高精度に行うことが困難になるという課題がある。
【0007】
そこで、この発明は、上述した事情に鑑みてなされたものであって、漏れ磁束の増加を抑制し、モータ特性の低下を防止しつつ、回転軸とロータコアとの相対位置のずれを防止し、高精度に回転制御を行うことが可能なロータ、及び電動モータを提供するものである。
【課題を解決するための手段】
【0008】
上記の課題を解決するために、本発明に係るロータは、少なくとも外周面が非磁性体の回転軸と、前記回転軸に外嵌固定され、複数の磁性材の金属板を積層してなるロータコアと、前記ロータコアの径方向に沿うように、且つ周方向に放射状に配置される複数の永久磁石とを備え、前記金属板は、前記回転軸を挿通可能な軸孔と、
前記永久磁石が挿入され、周方向に等間隔に形成される複数のスリットと、周方向で隣り合う2つの前記スリットの間の中央に位置するように、且つ前記軸孔に前記回転軸を中心にして対向するように形成され
ると共に、
径方向内側に向かって延出するように形成された一対の舌片部とを有し、前記舌片部は、前記金属板の所定枚置きに軸方向に並んで配置されて
いると共に、各前記スリットの間に配置され、前記回転軸の外周面、及び前記ロータコアの内周面に、互いの相対回転を防止するための回り止め部を形成すると共に、前記永久磁石の径方向内側端面は、前記回転軸の外周面に当接されていることを特徴とする。
【0009】
このように構成することで、永久磁石からの磁束量のうち、回転軸側に迂回する磁束量を減少させることができ、モータ特性の低下を防止することができる。
また、回転軸の外周面、及びロータコアの内周面に、互いの相対回転を防止するための回り止め部が形成されているので、回転軸とロータコアとの相対位置のずれを防止し、高精度に回転制御を行うことが可能になる。
【0010】
本発明に係るロータは、前記回転軸の外周面に、複数の凸条部を周方向に等間隔に形成すると共に、前記ロータコアの内周面の前記凸条部に対応する箇所に、この凸条部を受け入れ可能な凹部を形成し、前記凸条部に、前記永久磁石の径方向内側端面を当接させたことを特徴とする。
【0011】
このように構成することで、簡素な構造で、漏れ磁束の増加を抑制し、モータ特性の低下を防止しつつ、回転軸とロータコアとの相対位置のずれを防止し、高精度に回転制御を行うことが可能なロータを提供できる。
【0012】
本発明に係るロータは、前記回転軸の外周面に複数の凹部を周方向に等間隔に形成し、これら凹部に前記永久磁石の径方向内側端を挿入したことを特徴とする。
【0013】
このように構成することで、簡素な構造で、漏れ磁束の増加を抑制し、モータ特性の低下を防止しつつ、回転軸とロータコアとの相対位置のずれを防止し、高精度に回転制御を行うことが可能なロータを提供できる。また、ロータコアの外径を変更することなく、永久磁石の径方向の長さを長く設定することができる。このため、モータ特性を向上させることが可能になる。
【0014】
本発明に係るロータは、前記ロータコアにおける前記永久磁石の径方向外側端に対応する箇所に、空隙部を形成したことを特徴とする。
【0015】
このように構成することで、永久磁石からの磁束量のうち、ロータコアの外周面側に迂回する磁束量を減少させることができ、モータ特性の低下を防止することができる。
【0016】
本発明に係る電動モータは、請求項1〜請求項4の何れか1項に記載のロータと、このロータの周囲を取り囲むように形成され、巻線が巻装されているステータとを備えたことを特徴とする。
【0017】
このように構成することで、漏れ磁束の増加を抑制し、モータ特性の低下を防止しつつ、回転軸とロータコアとの相対位置のずれを防止し、高精度に回転制御を行うことが可能な電動モータを提供できる。
【発明の効果】
【0018】
本発明によれば、永久磁石からの磁束量のうち、回転軸側に迂回する磁束量を減少させることができ、モータ特性の低下を防止することができる。
また、回転軸の外周面、及びロータコアの内周面に、互いの相対回転を防止するための回り止め部が形成されているので、回転軸とロータコアとの相対位置のずれを防止し、高精度に回転制御を行うことが可能になる。
【発明を実施するための形態】
【0020】
(第1
参考例)
(ブラシレスモータ)
次に、この発明の第1
参考例を
図1、
図2に基づいて説明する。
図1は、ブラシレスモータの構成図、
図2は、
図1のA部拡大図である。
図1、
図2に示すように、ブラシレスモータ1は所謂インナーロータであって、ステータ2と、ステータ2の径方向内側に回転自在に配置されたロータ3とを有している。
【0021】
ステータ2は、略円筒形のステータハウジング11と、ステータハウジング11に内嵌固定されている略円筒状のステータコア12とで構成されている。
ステータコア12は、外周部を形成する環状のコア本体15を有しており、このコア本体15の外周面がステータハウジング11の内周面に焼嵌め等によって固定されている。コア本体15は、ステータコア12の環状の磁路を形成する部分である。
【0022】
コア本体15には、径方向内側に向かって複数(この
参考例では12個)のティース部14が周方向に等間隔で突設されている。各ティース部14は、軸方向平面視で略T字状に形成されており、不図示のインシュレータを装着した上から巻線16が巻装される。また、周方向に隣接するティース部14間には、蟻溝状のスロット17が軸方向に延びて形成されており、このスロット17に巻線16が挿通される。
【0023】
巻装された巻線16の端末部は、不図示の基板を介して外部電源に電気的に接続されており、これによって、コイルに電流が供給されるようになっている。
尚、ステータコア12は、周方向に分割して各々ティース部14を有する複数のコアユニットを互いに接合して構成してもよいし、周方向に分割せずに一体成形としてもよい。
【0024】
(ロータ)
ロータ3は、例えば、アルミ焼結材等の非磁性材により形成された回転軸21を有している。この回転軸21の外周面には、ステータコア12に対応する箇所に、スプライン22が形成されている。スプライン22は、軸方向に沿って延びる複数の凸条部22aが周方向に等間隔に配置されることにより形成される。すなわち、回転軸21の外周面は、ステータコア12に対応する箇所に、軸方向に沿って延びる凸条部22aと、各凸条部22aの間に形成され、軸方向に延びる凹部22bとが交互に形成された状態になっている。
【0025】
回転軸21のスプライン22が形成されている箇所には、磁性材からなるロータコア23が外嵌固定されている。ロータコア23は、複数の磁性材の金属板6を積層して円柱状に形成し、この径方向中央に、回転軸21を圧入可能な軸孔24を形成したものである。また、ロータコア23には、回転軸21の凸条部22aに対応する位置に、それぞれスリット25が形成されている。
スリット25は、径方向に沿って、軸孔24からロータコア23の外周面23aよりもやや手前に至る間に延出するように形成されている。また、ロータコア23の軸方向全体に亘ってスリット25が形成されている。
【0026】
これにより、ロータコア23は、スリット25の径方向外側端部に、薄肉部23bが形成される。一方、ロータコア23の軸孔24には、スリット25と、各スリット25間に形成され、軸方向に延びる凸条部26とが交互に形成される。そして、ロータコア23の凸条部26が回転軸21の凹部22bに嵌まり込んだ状態になる。
【0027】
この結果、回転軸21とロータコア23との相対回転が確実に防止される。すなわち、回転軸21のスプライン22と、このスプライン22に対応するように形成されたロータコア23のスリット25、及び凸条部26は、回転軸21とロータコア23との相対回転を防止するための回り止め部5として機能する。
ここで、スリット25の周方向の幅W1と、回転軸21の凸条部22aの周方向の幅W2は、ほぼ同一に設定されており、回転軸21にロータコア23を外嵌固定させた状態では、スリット25と凸条部22aとが面一になる。
【0028】
ロータコア23のスリット25には、永久磁石27が挿入される。永久磁石27は、ロータコア23のスリット25と、回転軸21の凸条部22aとにより囲まれる空間に対応するように平板状に形成されたものであって、厚さ方向(ロータコア23の周方向)両側に、それぞれ異なる磁極が着磁されている。そして、スリット25に永久磁石27が隙間なく配置され、不図示の接着剤によりスリット25内に固着される。また、回転軸21の凸条部22aに、永久磁石27の径方向内側端面27aが当接した状態になっている。
このような構成のもと、ロータコア23に、ステータコア12に巻装された巻線16鎖交する磁束が形成される。
【0029】
ここで、各永久磁石27の径方向両端部では、永久磁石27の厚さ方向一面から厚さ方向他面側に磁束が回り込もうとする(
図2における矢印Y1参照)。しかしながら、永久磁石27の径方向外側端と、ロータコア23の外周面23aとの間には、薄肉部23bが形成されているだけなので、殆ど磁束が回り込むことがない。
一方、永久磁石27の径方向内側端面27aは、非磁性材からなる回転軸21に当接した状態になっており、磁路が絶たれている。このため、永久磁石27の厚さ方向一面から厚さ方向他面への磁束の回り込みが防止される。
【0030】
(効果)
したがって、上述の第1
参考例によれば、永久磁石27からの磁束量のうち、ロータコア23側に迂回する磁束量を減少させることができる。とりわけ、永久磁石27の径方向内側端面27aにあっては、非磁性材からなる回転軸21に当接しているので、磁束の回り込みが確実に防止できる。このためブラシレスモータ1のモータ特性の低下を防止することができる。
【0031】
また、回転軸21の外周面にスプライン22を形成、つまり、凸条部22aと凹部22bを形成する一方、ロータコア23の軸孔24に、凸条部22aや凹部22bに嵌まり込むスリット25や凸条部26を形成しているので、これらを回転軸21とロータコア23との相対回転を防止するための回り止め部5として機能させることができる。このため、簡素な構造で回転軸21とロータコア23との相対位置のずれを防止することができ、高精度に回転制御を行うことが可能になる。
【0032】
(第2
参考例)
次に、この発明の第2
参考例を
図3に基づいて説明する。
図3は、第2
参考例におけるブラシレスモータの構成図である。尚、第1
参考例と同1態様には、同一符号を付して説明する(以下の
参考例、及び実施形態についても同様)。
この第2
参考例において、ブラシレスモータ101は所謂インナーロータであって、ステータ2と、ステータ2の径方向内側に回転自在に配置されたロータ103とを有している点、ステータ2は、径方向内側に向かって突設された複数のティース部14を有するステータコア12を備えている点、ロータ103は、回転軸21と、回転軸21に外嵌固定されたロータコア23とを有し、ロータコア23に放射状に形成され、且つ軸孔24に連通するように形成された複数のスリット25に、平板状の永久磁石27が挿入されている点、永久磁石27の径方向内側端面27aが回転軸21に当接している点等の基本的構成は、前述の第1
参考例と同様である(以下の
参考例、及び実施形態についても同様)。
【0033】
ここで、
図3に示すように、第2
参考例と第1
参考例の相違点は、第1
参考例のロータコア23のスリット25には、隙間なく永久磁石27が配置されているのに対し、第2
参考例のロータコア23のスリット25と永久磁石27との間には、空隙部K1、K2が形成されている点にある。
すなわち、永久磁石27の径方向内側端面27aは、回転軸21の凸条部22aに当接している一方、永久磁石27の径方向外側端面27bとスリット25との間には、空隙部K1が形成されている。また、永久磁石27の厚さ方向一面27cとスリット25との間には、空隙部K2が形成されている。
【0034】
このように配置された永久磁石27は、スリット25との間に不図示の接着剤を充填することによりロータコア23に固着される。尚、永久磁石27の接着面に接着剤を塗布する一方、空隙部K1,K2に樹脂等を充填してもよい。
このような構成のもと、空隙部K1によって永久磁石27の径方向外側端面27b側の磁路が絶たれる。また、空隙部K2によって永久磁石27の厚さ方向一面27c側の磁路が絶たれる。
【0035】
したがって、上述の第2
参考例によれば、前述の第1
参考例と同様の効果に加え、さらに確実に漏れ磁束を低減できるので、ブラシレスモータ101のモータ特性をより向上させることが可能になる。
【0036】
(第3
参考例)
次に、この発明の第3
参考例を
図4に基づいて説明する。
図4は、第3
参考例におけるロータの平面図である。
この第3
参考例と第1
参考例との相違点は、第3
参考例のロータ203の形状と第1
参考例のロータ3の形状とが異なる点にある。
より具体的には、
図4に示すように、第3
参考例の回転軸221の外周面には、ステータコア12に対応する箇所に、軸方向に沿って延びる凸条部222aと、各凸条部222aの間に形成され、軸方向に延びる凹部222bとが交互に形成されている。これら凸条部222a、及び凹部222bの形状が、第1
参考例と異なる。
【0037】
ここで、回転軸221の凸条部222aの周方向の幅W3は、ロータコア223のスリット25の周方向の幅W1よりも幅広に設定されている。
一方、ロータコア223の軸孔224の形状は、回転軸221の形状に対応するように形成されている。すなわち、ロータコア223の軸孔224には、スリット25と、各スリット25間に形成され、軸方向に延びる凸条部226とが交互に形成され、回転軸221に、ロータコア223が外嵌固定される。
【0038】
したがって、上述の第3
参考例によれば、回転軸221の凸条部222aの周方向の幅W3がスリット25の周方向の幅W1よりも幅広に設定されているので、永久磁石27の径方向内側端面27aにおける磁束の回り込みを確実に抑制できる。
【0039】
尚、前述の第1、第2
参考例では、ロータコア23に、径方向に沿う平板状の永久磁石27が12個配置されている場合について説明し、この第3
参考例では、ロータコア223〜823に、径方向に沿う平板状の永久磁石27が6個配置されている場合について説明した。しかしながら、これに限られるものではなく、永久磁石27の個数は任意に設定することが可能である。この場合、永久磁石27の個数に応じて回転軸221の形状、及びロータコア223の形状を変更すればよい(以下の
参考例、及び実施形態についても同様)。
すなわち、例えば、第3
参考例にあっては、回転軸221の凸条部222aの個数を永久磁石27の個数に応じて設定すればよい。
【0040】
(第4
参考例)
次に、この発明の第4
参考例を
図5、
図6に基づいて説明する。
図5は、第4
参考例におけるロータの平面図、
図6は、
図5のB−B線に沿う断面図である。
この第4
参考例と第3
参考例との相違点は、第4
参考例の回転軸321は、軸本体305と、この軸本体305に外嵌固定されているリブ部306の2重構造に構成されているのに対し、第3
参考例では、回転軸221が2重構造に構成されていない点にある。
【0041】
ここで、
図5に示すように、軸本体305は、鉄等の磁性材により形成されている。軸本体305は、ステータコア12に対応する箇所が最も拡径された最拡径部305aになっており、軸方向両端側が段差により縮径形成されている。この最拡径部305aに、筒状のリブ部306が外嵌固定されている。リブ部306は、アルミ焼結材等の非磁性材により形成されたものであって、その外周面は、前述の第3
参考例における回転軸221の外周面の形状と同一形状に形成されている。このため、リブ部306の外周面形状については説明を省略する。
【0042】
したがって、上述の第4
参考例によれば、前述の第3
参考例と同様の効果を奏することができる。また、これに加え、回転軸321を、軸本体305、及びリブ部306の2重構造とすることにより、永久磁石27の径方向内側端面27aにおける磁束の回り込みを抑制しつつ、回転軸321の剛性を高めることができる。
【0043】
(第5
参考例)
次に、この発明の第5
参考例を
図7に基づいて説明する。
図7は、第5
参考例におけるロータの平面図である。
この第5
参考例と前述の第1
参考例との相違点は、第5
参考例におけるロータ403の回転軸421の外周面に形成されている凸条部422a、及び凹部422bの位置が、第1
参考例の回転軸21の外周面に形成されている凸条部22a、及び凹部22bの位置と逆になっている点にある。
【0044】
すなわち、
図7に示すように、第5
参考例の回転軸421の外周面には、ロータコア423に放射状に形成されている複数のスリット425に対応する箇所に、凹部422bが形成されている。そして、各凹部422bの間に、凸条部422aが形成されている。
また、凹部422bの溝幅W4は、スリット425の周方向の幅W5とほぼ同一に設定されている。このため、回転軸421にロータコア423を外嵌固定させた状態では、スリット425と凹部422bとが面一になる。
【0045】
このような構成のもと、ロータコア423のスリット425と、回転軸421の凹部422bとにより囲まれる空間には、隙間なく略平板状の永久磁石427が挿入され、不図示の接着剤により固着される。すなわち、永久磁石427の径方向内側端面427aは、回転軸421の凹部422bに挿入された状態になっている。
【0046】
したがって、上述の第5
参考例によれば前述の第1
参考例と同様の効果を奏することができる。これに加え、回転軸421の凹部422bに至るまで、永久磁石427が径方向に延在しているので、この分、永久磁石427の断面積を大きく確保することができる。この結果、モータ特性をさらに向上させることができる。
【0047】
(第6
参考例)
次に、この発明の第6
参考例を
図8に基づいて説明する。
図8は、第6
参考例におけるロータの平面図である。
この第6
参考例と前述の第1
参考例との相違点は、第6
参考例におけるロータ503の回転軸521の外周面に形成されている凸条部522a、及び凹部522bの形状が、第1
参考例の回転軸21の外周面に形成されている凸条部22a、及び凹部22bの形状と異なる点にある。
【0048】
すなわち、
図8に示すように、回転軸521の凸条部522aは、断面略ダブテール状に形成されている。このため、各凸条部522aの間に形成されている凹部522bも断面略ダブテール状に形成される。一方、ロータコア523に形成されているスリット525の径方向内側の開口も、凸条部522aに対応するようにダブテール状に形成されている。
【0049】
(第7
参考例)
次に、この発明の第7
参考例を
図9に基づいて説明する。
図9は、第7
参考例におけるロータの平面図である。
この第7
参考例と第1
参考例との相違点は、第7
参考例のロータ603の形状と第1
参考例のロータ3の形状とが異なる点にある。
より具体的には、
図9に示すように、第7
参考例の回転軸621は、断面略6角形状に形成されている。一方、第7
参考例のロータコア623の軸孔624も回転軸621の形状に対応するように、断面略6角形状に形成されている。
【0050】
また、回転軸621は、この外周面の頂点部621aがロータコア623に形成されているスリット25とスリット25との間に位置するように形成されている。これにより、回転軸621の外周面における平坦部621bに、永久磁石27の径方向内側端面27aが当接するようになっている。
このような構成のもと、回転軸621の断面略6角形状が、この回転軸621とロータコア623との相対回転を防止する回り止め部605として機能する。
【0051】
したがって、上述の第7
参考例によれば、前述の第1
参考例と同様の効果に加え、回転軸621の外周面を凹凸状に形成する必要がないので、回転軸621、及びロータコア623の剛性を高めることができる。
尚、回転軸621の形状は、断面略6角形状に限られるものではなく、回り止め部605として機能するように多角形状であればよい。また、回転軸621の平坦部621bに、永久磁石27の径方向内側端面27aが当接可能な形成であればよい。
【0052】
(第8
参考例)
次に、この発明の第8
参考例を
図10に基づいて説明する。
図10は、第8
参考例におけるロータの平面図である。
同図に示すように、この第8
参考例と第1
参考例との相違点は、第8
参考例におけるロータ703の回転軸721には、外周面にキー溝721aが3箇所形成されているのに対し、第1
参考例の回転軸21の外周面には、スプライン22が形成されている点にある。各キー溝721aは、ロータコア723に形成されているスリット25に対応する位置を避けるように、周方向に等間隔で3箇所配置されている。
【0053】
したがって、上述の第8
参考例によれば、前述の第1
参考例と同様の効果に加え、第1
参考例の回転軸21と比較して加工費を抑えることができる。
【0054】
(
実施形態)
次に、この発明の
実施形態を
図11、
図12に基づいて説明する。
図11は、
実施形態におけるロータコアの斜視図、
図12は、
図11のC部拡大図である。
この
実施形態と第3
参考例との相違点は、
実施形態のロータコア823を構成する複数の金属板806と、第3
参考例のロータコア223を構成する複数の金属板206(
図4参照)との形状が異なる点にある。
【0055】
すなわち、
図11、
図12に示すように、
実施形態におけるロータ803のロータコア823は、複数の磁性材からなる金属板806を60°ずつ回転させながら積層する所謂回転積層することにより形成されている。
金属板806は、略円板状に形成されたものであって、径方向中央に回転軸221を圧入可能な軸孔824が形成されている。軸孔824には、回転軸Oを中心にして対向するように一対の舌片部824a,824aが径方向内側に向かって延出形成されている。
【0056】
また、金属板806には、径方向に沿って軸孔524から金属板806の外周面806aよりもやや手前に至る間に延出するようにスリット825が6箇所形成されている。また、各スリット825は、周方向に等間隔に、且つ隣り合うスリット825の中央に舌片部824aが位置するように形成されている。
【0057】
このように構成された金属板806を60°ずつ回転させながら積層すると、各スリット825の間に、それぞれ舌片部824aが金属板806の2枚置きに軸方向に並んで配置された状態になる。そして、これら軸方向に並んで配置された複数の舌片部824aが、回転軸221の凹部222b(
図4参照)に挿入される凸条部826を形成する。
【0058】
したがって、上述の
実施形態によれば、一対の舌片部824a,824aを有する金属板806を回転積層させてロータコア823を形成するので、第3
参考例のロータコア223と比較して軽量化することができる。
【0059】
尚、本発明は上述の実施形態に限られるものではなく、本発明の趣旨を逸脱しない範囲において、上述の実施形態に種々の変更を加えたものを含む。
例えば、上述の第1
参考例では、ステータコア12のコア本体15に、12個のティース部14が突設されている場合について説明したが、これに限られるものではなく、ティース部14の個数を任意に設定することが可能である。