特許 7014227 ロータ及び当該ロータを有するモータ

(19)【発行国】日本国特許庁(JP)

(12)【公報種別】特許公報(B2)

(11)【特許番号】

(24)【登録日】2022-01-24

(45)【発行日】2022-02-01

(54)【発明の名称】ロータ及び当該ロータを有するモータ

(51)【国際特許分類】

   H02K 1/2798 20220101AFI20220125BHJP

【ＦＩ】

H02K1/2798

【請求項の数】 12

(21)【出願番号】P 2019520249

(86)(22)【出願日】2018-05-21

(86)【国際出願番号】 JP2018019560

(87)【国際公開番号】W WO2018216667

(87)【国際公開日】2018-11-29

【審査請求日】2020-12-22

(31)【優先権主張番号】201710363923.7

(32)【優先日】2017-05-22

(33)【優先権主張国・地域又は機関】CN

(73)【特許権者】

【識別番号】000232302

【氏名又は名称】日本電産株式会社

(72)【発明者】

【氏名】顔 國智

(72)【発明者】

【氏名】林 秀瑛

(72)【発明者】

【氏名】呉 耿彰

【審査官】池田 貴俊

(56)【参考文献】

【文献】特開２０１０－２７９１８５（ＪＰ，Ａ）

【文献】特開２０１１－２３９５７０（ＪＰ，Ａ）

【文献】特開２００７－０８９２７０（ＪＰ，Ａ）

【文献】国際公開第２０１５／１５９４１８（ＷＯ，Ａ１）

【文献】米国特許第０７４０２９３４（ＵＳ，Ｂ１）

(58)【調査した分野】(Int.Cl.，ＤＢ名)

Ｈ０２Ｋ １／２７

(57)【特許請求の範囲】

【請求項1】

中心軸線を回転中心として回転する回転軸と、
前記回転軸を中心軸として前記回転軸とともに回転する非磁性回転枠と、
前記非磁性回転枠内に分割されて配置されている複数のヨークと、
前記ヨークの表面の少なくとも一面に配置されている磁石と、を備え、
前記非磁性回転枠は、前記複数のヨークと前記磁石とを保持するために、前記回転軸の外周において周方向に沿って配置された第１の環状リブと、前記第１の環状リブの外周から径方向に沿って延伸する複数の放射状リブと、前記第１の環状リブと同心で前記複数の放射状リブと接続された第２の環状リブとからなるロータであって、
前記複数のヨークのうちのいずれか１つには、前記磁石が２つ配置されており、かつ、２つの前記磁石はステータに向かう側がそれぞれ、Ｎ極とＳ極となり、
隣接した前記ヨークに配置されている２つの隣接した前記磁石は、ステータに向かう側が同極であることを特徴とするロータ。

【請求項2】

中心軸線を回転中心として回転する回転軸と、
前記回転軸を中心軸として前記回転軸とともに回転する非磁性回転枠と、
前記非磁性回転枠内に分割されて配置されている複数のヨークと、
前記ヨークの表面の少なくとも一面に配置されている磁石と、を備え、
前記非磁性回転枠は、前記複数のヨークと前記磁石とを保持するために、前記回転軸の外周において周方向に沿って配置された第１の環状リブと、前記第１の環状リブの外周から径方向に沿って延伸する複数の放射状リブと、前記第１の環状リブと同心で前記複数の放射状リブと接続された第２の環状リブとからなるロータであって、
前記複数のヨークのうちのいずれか１つには、前記磁石が２つ配置されており、かつ、２つの前記磁石はステータに向かう側がそれぞれ、Ｎ極とＳ極となり、
複数の前記磁石のうちのいずれか１つが、隣接した２つの前記ヨークに配置されていることを特徴とするロータ。

【請求項3】

複数の前記磁石のうち、ステータに向かう側がＮ極である磁石と、ステータに向かう側がＳ極である磁石とは、周方向に隙間を設けて配置されている、ことを特徴とする請求項１または２に記載のロータ。

【請求項4】

前記非磁性回転枠は、ステンレス鋼の材料で構成されている、ことを特徴とする請求項１または２に記載のロータ。

【請求項5】

前記ヨークは、積層鋼板または軟磁性複合材料で構成されている、ことを特徴とする請求項１または２に記載のロータ。

【請求項6】

前記非磁性回転枠の前記放射状リブは、径方向及び軸方向と垂直な方向でのサイズが２ｍｍ以下である、ことを特徴とする請求項１または２に記載のロータ。

【請求項7】

前記非磁性回転枠の軸方向でのサイズは、前記ヨークと前記磁石との軸方向でのサイズの和以下である、ことを特徴とする請求項１または２に記載のロータ。

【請求項8】

前記ヨークは扇形である、ことを特徴とする請求項１または２に記載のロータ。

【請求項9】

前記ヨークは、前記非磁性回転枠に接着剤によって固定される、ことを特徴とする請求項１または２に記載のロータ。

【請求項10】

前記磁石は、前記ヨークに接着剤によって固定される、ことを特徴とする請求項１または２に記載のロータ。

【請求項11】

前記第１の環状リブの軸方向でのサイズは、前記放射状リブの軸方向でのサイズよりも大きい、ことを特徴とする請求項１または２に記載のロータ。

【請求項12】

請求項１から１１のうちのいずれか１項に記載のロータと、前記ロータに対向して配置されているステータと、を備えた、ことを特徴とする方向隙間型モータ。

【発明の詳細な説明】

【技術分野】

【0001】

本願は、モータ領域に関し、特に、ロータ及び当該ロータを有するモータに関する。

【背景技術】

【0002】

従来技術では、ロータが1つの低炭素鋼で構成された円盤ヨークを含み、かつ、円盤ヨークには、複数の磁石が貼り付けられた軸方向磁束モータがよく見られる。そのうち、円盤ヨークは導磁組立体として磁束回路を案内する。ここで、円盤ヨークには、渦電流による損失が生じてしまう。例えば、特許文献1に記載の軸方向隙間型回転モータが挙げられる。その問題を解決するために、従来技術では、珪素鋼シートを積層することで軸方向磁束モータのヨークを構成することが提案されている。しかし、一般的な径方向モータとは異なり、珪素鋼シートを積層することで特許文献2に記載のようなヨークを製造する場合、その製造が複雑となり、製造コストが高くなる。

【先行技術文献】

【特許文献】

【0003】

特許文献1：日本国特許第5052288号公報
特許文献2：米国特許第8836192号公報
ここで注意すべきなのは、以上の背景技術に対する紹介は、本願の技術案に対してより明瞭かつ完全な説明を行いやすくするためのものであって、当業者が理解しやすいように供するものに過ぎない。それらの方案が本願の背景技術の部分に記載されていることだけで、上記の技術方案が当業者によって公知されたものであると認定してはならない。

【発明の概要】

【0004】

本発明の実施例の第1の態様では、中心軸線を回転中心として回転する回転軸と、前記回転軸を中心軸として前記回転軸とともに回転する非磁性回転枠と、前記非磁性回転枠内に分割されて配置されている複数のヨークと、前記ヨークの表面の少なくとも一面に配置されている磁石と、を備え、前記非磁性回転枠は、前記複数のヨークと前記磁石とを保持するために、前記回転軸の外周において周方向に沿って配置された第1の環状リブと、前記第1の環状リブの外周から径方向に沿って延伸する複数の放射状リブと、前記第1の環状リブと同心で前記複数の放射状リブと接続された第2の環状リブとからなるロータであって、前記複数のヨークのうちのいずれか1つには、前記磁石が2つ配置されており、かつ、2つの前記磁石はステータに向かう側がそれぞれ、N極とS極となることを特徴とするロータを提供する。
本発明の実施例の第2の態様では、上記の第1の様態に記載のロータと、当該ロータに対向して配置されているステータと、を備えたモータを提供する。
本発明の実施例による有益な効果は、ヨークに結びつく磁束経路のループが小さくなるためロータに生じる渦電流による損失を低減し、さらに、モータの効率を向上させることができる。
後述する説明や添付図面を参照して、本発明の実施の形態は詳しく開示されている。理解すべきことは、本発明の実施の形態は、範囲上にそれによって限定されていない。添付される特許請求の範囲の精神及び請求項の範囲内において、本発明の実施の形態は多くの変更、修正及び均等物を含む。
1つの実施の形態の記載及び/又は示された特徴に対して、同様又は類似する様態で1つ又は更に多くのその他の実施の形態に使用され、その他の実施の形態の特徴と組み合わせ、或はその他の実施の形態の特徴を切り替えることができる。
強調すべきことは、術語である「含む/包含する/備える」は本文で特徴、整体部材、又は部品の存在を示すために使われているが、1つ又は更に多くのその他の特徴、整体部材、又は部品の存在或は付加が排除されるわけではない。

【発明の効果】

【0005】

当該ロータの構造によれば、渦電流による損失を低減し、モータの効率を向上させる。

【図面の簡単な説明】

【0006】

以下の添付図面を結び付けた詳細の記載から、本発明の実施例における上記及び他の目的、特徴及び利点がさらに明らかになるだろう。

【図1】図1は、本発明の実施例1におけるロータの1つの概略図である。

【図2】図2は、本発明の実施例1におけるロータの磁石及びヨークの1つの配置方式の概略図である。

【図3】図3は、本発明の実施例1におけるロータの磁石及びヨークのもう1つの配置方式の概略図である。

【図4】図4は、本発明の実施例1におけるロータの非磁性回転枠の1つの概略図である。

【図5】図5は、本発明の実施例2におけるモータの断面図である。

【図6】図6は、本発明の実施例2におけるモータの分解図である。

【図7】図7は、本発明の実施例2におけるモータの概略図である。

【発明を実施するための形態】

【0007】

図面を参照して、以下の明細書によれば、本発明の実施例における上記及びその他の特徴がより明瞭になるであろう。明細書及び図面から、本発明の特定の実施形態は具体的に開示され、本発明の原理を採用可能な実施形態の一部が示されるが、本発明は記載された実施形態に限らず、添付される請求の範囲内に入っている全ての修正、変形及び均等物を含むということに注意されたい。

【0008】

また、本発明の以下の説明において、説明に利便性を図るために、回転軸線に沿って延伸する方向とは平行な方向を「軸方向」と呼び、回転軸線を中心とした半径方向を「径方向」と呼び、回転軸線を中心とした円周方向を「周方向」と呼ぶことにする。
以下は、添付図面を結び付けながら、本発明の実施例におけるロータ及びモータを説明する。

【0009】

実施例1
本実施例1はロータを提供する。図1は、本実施例におけるロータ10の概略図であり、ロータ10の各構成部分及び全体の構造を示す。図1に示されるように、ロータ10は、回転軸11、非磁性回転枠12、複数のヨーク13及び磁石14を含む。図1において、説明の便宜上、1つのヨーク13及び1つの磁石14のみが符号で示される。

【0010】

本実施例では、図1に示されるように、回転軸11は、中心軸線OO’を回転中心として回転し、非磁性回転枠12は、回転軸11を中心軸として回転軸11とともに回転する。複数のヨーク13は非磁性回転枠12内に分割されて配置されており、磁石14はヨーク13の表面の少なくとも一面に配置されている。そのうち、非磁性回転枠12は、複数のヨーク13と磁石14とを保持するために、回転軸11の外周において周方向に沿って配置された第1の環状リブ121と、第1の環状リブ121の外周から径方向に沿って延伸する複数の放射状リブ122と、第1の環状リブ121と同心で複数の放射状リブ122と接続された第2の環状リブ123とからなる。第2の環状リブ123は、第1の環状リブ121の径方向外側に位置する。

【0011】

本実施例では、複数のヨーク13のうちのいずれか1つには、磁石14が2つ配置されており、かつ、2つの磁石14はステータに向かう側がそれぞれ、N極とS極となる（図1に示されない）。すなわち、複数のヨーク13のうち各ヨーク13に対して、磁石14が２つ取り付けられる。上記の実施例によれば、複数のヨーク13が非磁性回転枠12に分割されて配置されるとともに、任意の1つのヨーク13には、ステータに向かう側がそれぞれ、N極とS極である磁石14が2つ配置される。この構成により、複数のヨーク13において結びつく磁束経路のループが小さくなるため、渦電流による損失を低減することができる。その結果、本開示の実施形態によれば、モータの効率を向上させることができる。また、ロータの製造を容易にして、製造コストを低減することができる。また、本開示の実施形態によれば、分割された複数のヨークを用いることで、導磁材料を効果的に利用することができ、不要な磁性材料の使用量を低減することができるため、材料のコストを削減することができる。

【0012】

本実施例では、複数の磁石14のうち、ステータに向かう側がN極である磁石と、ステータに向かう側がS極である磁石とは、周方向に隙間を設けて配置されている。それにより、磁石が発生した磁束を、対向側のステータに効果的に流すことができ、磁束漏れを低減して、モータの性能を向上させることができる。しかし、本実施例はそれに限らず、例えば、磁石の間には隙間が設けられなくてもよい。

【0013】

一実施の形態では、隣接したヨークに配置されている2つの隣接した磁石は、ステータに向かう側が同極である。図2に示されるように、隣接したヨーク13aとヨーク13bに配置されている2つの隣接した磁石14aと14bがともに、N極である。それにより、複数のヨーク13において結びつく磁束経路のループが小さくなるため渦電流による損失を低減することができる。

【0014】

一実施の形態では、複数の磁石のうちのいずれか1つが、隣接した2つのヨークに跨って配置されている。図3に示されるように、磁石14cは、一部がヨーク13aに取り付けられ、他部がヨーク13aに隣接したヨーク13bに取り付けられる。これにより、複数のヨーク13において結びつく磁束経路のループが小さくなるため、磁束変化の程度を低下させ、渦電流による損失を低減することができる。

【0015】

ここで注意すべきなのは、図2～3に示す磁石14の磁極分布が、例示的な説明のためのものに過ぎず、磁石14の磁極分布が他の方式によるものであってもよい。
本実施例では、非磁性回転枠12は、ステンレス鋼の材料で構成されてもよい。それにより、渦電流による損失をさらに低減することができる。しかし、本実施例は、それに限らず、非磁性回転枠12は他の材料で構成されてもよい。

【0016】

本実施例では、ヨーク13は、ベース鋼板または軟磁性複合材料で構成されてもよい。それにより、渦電流による損失をさらに低減することができる。しかし、本実施例はそれに限らず、ヨーク13が他の材料で構成されてもよい。例えば、S10Cの低炭素鋼で構成されてもよい。また、図1に示されるように、ヨーク13の形状は扇形であってもよい。それにより、組合せを容易にすることができる。しかし、本実施例はそれに限らず、ヨークの形状が他の形状であってもよい。

【0017】

本実施例では、ヨーク13は、非磁性回転枠12に接着剤によって固定されてもよいが、しかし、本実施例はそれに限らず、ヨーク13が非磁性回転枠12に他の方式によって固定されてもよい。磁石14はヨーク13に接着剤によって固定されてもよい。それにより、ロータの構造を安定化させることができる。

【0018】

図4は、本発明の実施例における非磁性回転枠の1つの概略図である。図4に示されるように、第1の環状リブ121の軸方向でのサイズd1は、放射状リブ122の軸方向でのサイズd2よりも大きい。それにより、位置決めを行うことができる。例えば、第1の環状リブ121と放射状リブ122とが接続された位置に、アーチ形状部1221が形成されてもよい。それにより、d1がd2よりも大きくなる。しかし、本実施例はそれに限らず、例えば、アーチ形状部1221は他の形状、例えば、三角形、台形などであってもよい。

【0019】

本実施例では、非磁性回転枠12の放射状リブ122は、径方向及び軸方向と垂直な方向でのサイズd3が2mm以下である。それにより、モータが良好な性能を有することは確保された。

【0020】

本実施例では、非磁性回転枠12の軸方向でのサイズは、ヨーク13と磁石14との軸方向でのサイズの和以下である。例えば、図4に示されるように、第2の環状リブ123の軸方向でのサイズd4はヨーク13と磁石14との軸方向でのサイズの和以下である。それにより、モータの薄型化が図れる。

【0021】

本実施例のロータによれば、複数のヨーク13において結びつく磁束経路のループが小さくなるため、渦電流による損失を低減し、モータの効率を向上させることができるだけではなく、ロータの製造を容易にすることで、コストを低減することもできる。

【0022】

実施例2
本実施例2は、ロータを提供する。図5は、本実施例におけるモータの断面図であり、図6は、本実施例におけるモータの各構成部材の概略図の断面図であり、図7は、本実施例におけるモータの全体的概略図である。

【0023】

図5～7に示されるように、モータ50は、ロータ51と、ロータ51に対応して配置されているステータ54とを備える。ロータ51は、上記の実施例1におけるロータ10であってもよい。本実施例のモータにおけるロータの構成は、上記の実施例1に記載された通りであり、ここでは省略されたい。

【0024】

本実施例におけるモータによれば複数のヨーク13において結びつく磁束経路のループが小さくなるため、渦電流による損失を低減し、モータの効率を向上させることができるだけではなく、ロータの製造を容易にすることで、コストを低減することもできる。

【0025】

図5～7に示されるように、モータ50は、軸受け52、コイル53、ステータ54及びケーシング55をさらに備え、しかし、それらに限らず、モータの他の部材について、従来技術が参照されてもよい。

【0026】

本実施例では、当該モータは、任意の電気機器に適用できる。例えば、当該モータは、ロボット関節モータとして、または、移動キャリアのホイールモータとして、使用されてもよい。また、当該モータは、空調機の室内機、空調機の室外機、ウォーターサーバー、掃除機、圧縮機、送風機、ミキサーなどの電気機器におけるモータとして使用されてもよいし、または、種々の情報機器、工業用機器などにおけるモータとして使用されてもよい。

【0027】

以上は、添付図面を参照して、本発明の実施例を詳しく説明し、本発明の原理を利用可能な方式も明示した。しかし、理解すべきなのは、本発明の実施は、上記の実施例における方式に限らず、本発明の主旨から逸脱しない範囲内における全ての変更、補正及び均等物などをさらに含む。

【図1】

【図2】

【図3】

【図4】

【図5】

【図6】

【図7】