特許 7574682 ロータ及びそれを備える減速装置

(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】2024-10-21

(45)【発行日】2024-10-29

(54)【発明の名称】ロータ及びそれを備える減速装置

(51)【国際特許分類】

   H02K 1/278 20220101AFI20241022BHJP

【ＦＩ】

H02K1/278

【請求項の数】 11

(21)【出願番号】P 2021018629

(22)【出願日】2021-02-08

(65)【公開番号】P2022121332

(43)【公開日】2022-08-19

【審査請求日】2024-01-24

(73)【特許権者】

【識別番号】000232302

【氏名又は名称】ニデック株式会社

(74)【代理人】

【識別番号】110001933

【氏名又は名称】弁理士法人 佐野特許事務所

(72)【発明者】

【氏名】上田 智哉

(72)【発明者】

【氏名】佐々木 利幸

(72)【発明者】

【氏名】胡 亞波

【審査官】池田 貴俊

(56)【参考文献】

【文献】特開２０１１－１０３７５９（ＪＰ，Ａ）

【文献】特開２０１２－０９５４０１（ＪＰ，Ａ）

【文献】特開２０１３－０２１８２６（ＪＰ，Ａ）

【文献】米国特許出願公開第２０１４／０２３９７４９（ＵＳ，Ａ１）

【文献】米国特許出願公開第２０２０／０３１３４８０（ＵＳ，Ａ１）

(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】

中心軸に沿って延びるシャフトと、
前記シャフトを囲む筒状のロータコアと、
前記ロータコアの径方向外側に配置され、周方向に配列された複数のマグネットと、
を備え、
前記ロータコアは、径方向内面上に径方向外側に凹む複数の第１凹部が、周方向に配列され、
各前記第１凹部は、各前記マグネットとそれぞれ径方向に重なり、
前記ロータコアの径方向内側に配置され、前記ロータコアと前記シャフトとを連結する連結部材をさらに備え、
前記ロータコアの径方向内面から径方向内側に突出する雄部と、前記連結部材の径方向外面から径方向内側に凹み、前記雄部を収容する雌部と、を有し、
前記雄部は、前記ロータコアの径方向内面における、周方向に隣接する一対の前記第１凹部の周方向中心部分に形成された凸状の部分に設けられている、ロータ。

【請求項2】

２つの前記雄部を備え、
２つの前記雄部は、径方向に対向して設けられている、請求項１に記載のロータ

【請求項3】

各前記第１凹部の周方向の中心は、各前記マグネットの周方向の中心とそれぞれ径方向に重なる、請求項１又は請求項２に記載のロータ。

【請求項4】

前記第１凹部は、径方向外側に湾曲して凹み、周方向に線対称に形成される、請求項１～請求項３のいずれかに記載のロータ。

【請求項5】

前記第１凹部の径方向の深さは、前記ロータコアの径方向外面と前記第１凹部の径方向外端との径方向における距離よりも大きい、請求項１～請求項４のいずれかに記載のロータ。

【請求項6】

前記第１凹部の径方向の深さは、前記マグネットの径方向における厚みの最大値よりも小さい、請求項１～請求項５のいずれかに記載のロータ。

【請求項7】

前記ロータコアは、径方向外面上に径方向内側に凹む複数の第２凹部が、周方向に配列され、
各前記第２凹部は、各前記マグネットとそれぞれ径方向に重なる、請求項１～請求項６のいずれかに記載のロータ。

【請求項8】

前記第２凹部の周方向の長さは、前記マグネットの周方向の長さの半分以下である、請求項７に記載のロータ。

【請求項9】

前記第２凹部の径方向の深さは、前記第１凹部の径方向の深さよりも小さい、請求項７又は請求項８に記載のロータ。

【請求項10】

前記第２凹部に収容される接着剤を有し、
前記接着剤は、前記マグネットと前記ロータコアとを接着する、請求項７～請求項９のいずれかに記載のロータ。

【請求項11】

前記連結部材は、径方向外面から径方向外側に突出して周方向に配列された複数の凸部を有し、
各前記凸部は、各前記第１凹部に嵌め合う、請求項１～請求項１０のいずれかに記載のロータ。

【発明の詳細な説明】

【技術分野】

【0001】

本発明は、ロータ及びそれを備える減速装置に関する。

【背景技術】

【0002】

従来のロータは、シャフトと、ロータコアと、マグネットと、を備える。ロータコアは、シャフトを囲み筒状に形成される。マグネットは、ロータコアの径方向外側に配置され、周方向に複数配列される。（例えば、特許文献１参照）。

【先行技術文献】

【特許文献】

【0003】

【文献】特開２００３－３７９５４号公報

【発明の概要】

【発明が解決しようとする課題】

【0004】

しかしながら、従来のロータでは、ロータコアの重量が大きく、ロータの回転効率が低下する可能性があった。

【0005】

本発明は、回転効率を向上できるロータ及びそれを備える減速装置を提供することを目的とする。

【課題を解決するための手段】

【0006】

本発明の例示的なロータは、シャフトと、筒状のロータコアと、複数のマグネットと、を備える。シャフトは、中心軸に沿って延びる。ロータコアは、シャフトを囲む。複数のマグネットは、ロータコアの径方向外側に配置され、周方向に配列される。ロータコアは、径方向内面上に径方向外側に凹む複数の第１凹部が、周方向に配列される。各第１凹部は、各マグネットとそれぞれ径方向に重なる。

【発明の効果】

【0007】

例示的な本発明によれば、回転効率を向上できるロータ及びそれを備える減速装置を提供することができる。

【図面の簡単な説明】

【0008】

【図1】図１は、本発明の第１実施形態に係る減速装置の斜視図である。

【図2】図２は、本発明の第１実施形態に係るモータの縦断面斜視図である。

【図3】図３は、本発明の第１実施形態に係るモータの横断面斜視図である。

【図4】図４は、本発明の第１実施形態に係るロータの一部を拡大して示す模式的な縦断面図である。

【図5】図５は、本発明の第１実施形態に係るロータの一部を拡大して示す模式的な横断面図である。

【図6】図６は、本発明の第２実施形態に係るロータの一部を拡大して示す模式的な横断面図である。

【発明を実施するための形態】

【0009】

以下、本発明の例示的な実施形態について、図面を参照しながら詳細に説明する。なお、本明細書では、減速装置１００において、シャフト１１の回転軸を「中心軸Ｃ」と呼び、中心軸Ｃと平行な方向を「軸方向」と呼ぶ。また、シャフト１１の中心軸Ｃに直交する方向を「径方向」、シャフト１１の中心軸Ｃを中心とする円弧に沿う方向を「周方向」、とそれぞれ呼ぶ。また、本願では、軸方向を上下方向とし、各部の形状や位置関係を説明する。なお、上下方向は単に説明のために用いられる呼称であり減速装置１００における実際の位置関係及び方向を限定しない。

【0010】

＜第１実施形態＞
＜１．減速装置の全体構成＞
本発明の例示的な実施形態の減速装置について以下説明する。図１は、本実施形態にかかる減速装置１００の斜視図である。なお、図１中において、減速装置１００の外殻であるハウジングは図示しない。

【0011】

減速装置１００は、第１回転数の回転運動を第１回転数よりも低い第２回転数の回転運動に変換する。減速装置１００は、例えば、電動アシスト自転車の駆動機構に、組み込まれて使用される。ただし、本発明の減速装置１００は、他の用途に使用されるものであってもよい。

【0012】

減速装置１００は、後述するロータ１０と、シャフト１１に連結された入力ギヤ（ギヤ）１０１と、を有する。具体的には、ロータ１０を備えるモータ１と、入力ギヤ（ギヤ）１０１、中間ギヤ１０２、１０３、１０４、１０５と、出力ギヤ１０６と、ハウジング（不図示）と、を有する。ハウジングは、内部にモータ１と、入力ギヤ１０１と、中間ギヤ１０２、１０３、１０４、１０５と、出力ギヤ１０６と、を収容する。入力ギヤ１０１は、後述するモータ１のシャフト１１に接続され、シャフト１１とともに中心軸Ｃを中心に回転する。

【0013】

出力ギヤ１０６は、出力軸Ｊを中心に回転する。入力ギヤ１０１と出力ギヤ１０６とは、中間ギヤ１０２、１０３、１０４、１０５を介して接続される。

【0014】

モータ１から出力されるトルクは、入力ギヤ１０１、中間ギヤ１０２、１０３、１０４、１０５、出力ギヤ１０６をこの順に介して伝達される。各ギヤのギヤ比及びギヤの個数等は、必要とされる減速比に応じて種々変更可能である。例えば、電動アシスト自転車の駆動機構に組み込まれて使用される減速装置１００において、出力ギヤ１０６は、出力軸Ｊを中心に回転するクランクシャフト１０７の周囲に配置される。クランクシャフト１０７にはスプロケット（不図示）が連結され、スプロケットに接続されたチェーン（不図示）を回すことにより、車輪が回転する。クランクシャフトは、ペダルに連結され、出力ギヤ１０６の回転により、ペダルの踏力を補助できる。

【0015】

＜２．モータの構成＞
図２、図３は、モータ１の縦断面斜視図及び横断面斜視図である。図４は、ロータ１０の一部を拡大して示す模式的な縦断面図である。モータ１は、ロータ１０と、ステータ２０と、を備える。

【0016】

＜２－１．ロータの構成＞
ロータ１０は、上下方向に延びる中心軸Ｃ周りに回転可能である。ロータ１０は、シャフト１１と、ロータコア１２と、連結部材１３と、複数のマグネット１４と、カバー部材１５と、を有する。

【0017】

＜２－１－１．シャフトの構成＞
シャフト１１は、中心軸Ｃに沿って延びる柱状の金属部材である。シャフト１１は、環状部１１１を有する。環状部１１１は、シャフト１１の径方向外面上に突出して設けられる。環状部１１１は、軸方向に貫通するネジ孔１１１ａを有する。ネジ孔１１１ａは、周方向に略等間隔で複数配列される。

【0018】

シャフト１１は、ベアリング（不図示）を介して回転可能に支持される。ベアリングは、例えば、ボールベアリングが用いられる。なお、ボールベアリングに代えて、例えば、すべり軸受や流体動圧軸受等が、使用されてもよい。

【0019】

＜２－１－２．ロータコアの構成＞
ロータコア１２は、環状の電磁鋼板を軸方向に複数積層して筒状に形成され、中央に軸方向に延びる貫通孔１２ａを有する。貫通孔１２ａの内部に連結部材１３及びシャフト１１が、配置され、ロータコア１２は、連結部材１３及びシャフト１１を囲む。

【0020】

ロータコア１２は、突起部１２１と、雄部１２３と、を有する。突起部１２１は、ロータコア１２の径方向外面から径方向外側に突出し、軸方向に延びる。突起部１２１は、周方向に略等間隔で複数配列される（図３参照）。

【0021】

また、ロータコア１２は、径方向内面上に径方向外側に凹む複数の第１凹部１２２が、周方向に略等間隔で配列される。第１凹部１２２を設けることにより、ロータコア１２を軽量化し、ロータ１０の回転効率を向上できる。なお、第１凹部１２２の詳しい形状については後で詳細に説明する。

【0022】

雄部１２３は、ロータコア１２の径方向内面から径方向内側に突出し、径方向に対向して２箇所設けられる。

【0023】

＜２－１－３．連結部材の構成＞
連結部材１３は、ロータコア１２の径方向内側に配置され、ロータコア１２とシャフト１１とを連結する。連結部材１３は、胴部１３１と、フランジ部１３２と、固定部１３３と、を有する。胴部１３１は、シャフト１１を囲み、筒状に形成される。胴部１３１は、雌部１３１ａを有する（図３参照）。雌部１３１ａは、径方向外面から径方向内側に凹み、径方向に対向して２箇所設けられる。胴部１３１は、ロータコア１２の貫通孔１２ａに圧入固定される。このとき、雌部１３１ａ内に雄部１２３が圧入される。すなわち、雌部１３１ａは、雄部１２３を収容する。これにより、連結部材１３とロータコア１２とが周方向に強固に固定される。

【0024】

固定部１３３は、胴部１３１の径方向内面から径方向内側に延び、環状に形成される。固定部１３３は、軸方向に凹む固定ネジ孔（不図示）を有する。固定ネジ孔は、周方向に略等間隔で複数配列される。固定部１３３は、シャフト１１の環状部１１１と軸方向に重ねられる。このとき、ネジ孔１１１ａと固定ネジ孔とが、軸方向に重なり、ネジ（不図示）を介してネジ止めされる。これにより、シャフト１１と連結部材１３とが、固定される。

【0025】

フランジ部１３２は、胴部１３１の軸方向の一端（本実施形態では下端）から径方向外側に延びる。フランジ部１３２の径方向外端は、マグネット１４の径方向外端よりも径方向外側に位置する。これにより、フランジ部１３２は、マグネット１４及びロータコア１２と軸方向に対向し、マグネット１４及びロータコア１２を軸方向に支持する。

【0026】

＜２－１－４．マグネットの構成＞
マグネット１４は、ロータコア１２の径方向外側に配置され、周方向に複数配列される。マグネット１４は、略直方体状であり、磁性部材から成る。マグネット１４は、ロータコア１２の径方向外面に接着剤（不図示）を介して固定される。このとき、周方向に隣り合うマグネット１４は、ロータコア１２の突起部１２１を挟んで配置される。突起部１２１を設けることにより、マグネット１４のロータコア１２に対する位置決めを容易に行うことができる。

【0027】

マグネット１４は、径方向に対向してＳ極及びＮ極を有し、隣り合うマグネット１４は、径方向外面の磁極が異なる。すなわち、径方向外面にＳ極の磁極面を有するマグネット１４と、径方向外面にＮ極の磁極面を有するマグネット１４と、が周方向に交互に配列される。

【0028】

＜２－１－５．カバー部材の構成＞
カバー部材１５は、マグネット１４の径方向外側に配置される。カバー部材１５は、マグネット１４を保持する。カバー部材１５は、鉄等の磁性体から成り、例えば、プレス加工等により形成される。カバー部材１５は、周面部１５１と、庇部１５２と、を有する。周面部１５１は、筒状に形成され、マグネット１４と径方向に対向する。

【0029】

庇部１５２は、周面部１５１の軸方向の他端（本実施形態では上端）から径方向内側に延びる。庇部１５２の径方向内端は、マグネット１４の径方向内端よりも径方向内側に位置し、庇部１５２の少なくとも一部が、軸方向においてロータコア１２と重なる。これにより、庇部１５２は、マグネット１４及びロータコア１２と軸方向に対向し、接触する。庇部１５２は、例えば接着剤を介してロータコア１２に固定される。従って、マグネット１４が、ロータ１０の回転時に軸方向上側に外れることを防止できる。このとき、カバー部材１５が、磁性体から成るため、カバー部材１５は、磁力によってマグネット１４に固定される。従って、マグネット１４が、ロータ１０の回転時に軸方向上側に外れることをより防止できる。

【0030】

＜２－２．ステータの構成＞
ステータ２０は、ロータ１０の径方向外側に対向して配置され、ステータコア２１と、複数のコイル２２と、インシュレータ２３と、を有する。

【0031】

ステータコア２１は、環状の電磁鋼板を軸方向に複数積層して形成される。ステータコア２１は、円環状のコアバック部２１１と、コアバック部２１１から径方向内側へ向けて突出した複数のティース部２１２とを有する。複数のティース部２１２は、周方向に略等間隔に配列される。

【0032】

インシュレータ２３は、絶縁性の樹脂成形品から成り、ステータコア２１の少なくとも一部を覆う。

【0033】

コイル２２は、ティース部２１２の周囲にインシュレータ２３を介して導線２２１を巻き回して形成される。インシュレータ２３により、ステータコア２１と導線２２１とは絶縁される。

【0034】

コイル２２に駆動電流を与えると、複数のティース部２１２に磁束が生じる。ティース部２１２とマグネット１４との間の磁気的な吸引力及び反発力によって、周方向のトルクが発生する。その結果、ステータ２０に対してロータ１０が、中心軸Ｃを中心として回転する。

【0035】

＜３．ロータコアの詳細な構成＞
図５は、ロータ１０の一部を拡大して示す模式的な横断面図である。隣り合うマグネット１４は、径方向内面の磁極が異なり、マグネット１４の径方向内面から発生する磁束は、周方向の両側に分岐し、ロータコア１２を通って両側に隣り合うマグネット１４の径方向内面にそれぞれ向かう。このため、隣り合うマグネット１４の境界部と径方向に対向するロータコア１２の第１領域Ｓ１における磁束密度が、マグネット１４の周方向の中心Ｐ２と径方向に対向するロータコア１２の第２領域Ｓ２における磁束密度よりも大きくなる。

【0036】

第１凹部１２２における磁気抵抗は、ロータコア１２の電磁鋼板上における磁気抵抗よりも大きい。しかし、各第１凹部１２２は、各マグネット１４とそれぞれ径方向に重なる。より詳細には、第１凹部１２２の周方向の中心Ｐ１は、マグネット１４の周方向の中心Ｐ２とそれぞれ径方向に重なる。これにより、第１凹部１２２が、磁束密度が小さい領域に配置され、ロータコア１２全体における磁気損失を低減しながら、ロータコア１２を軽量化できる。

【0037】

また、第１凹部１２２は、径方向外側に湾曲して凹み、周方向に線対称に形成される。これにより、第１凹部１２２における磁気損失が、周方向に線対称になる。これにより、マグネット１４の径方向内面から発生し、周方向の両側に分岐した磁束密度が、周方向において異なることを低減できる。

【0038】

また、第１凹部１２２の径方向の深さＷ１は、マグネット１４の径方向における厚みの最大値Ｗ３よりも小さい。これにより、第１凹部１２２を径方向に小さく形成して、第１凹部１２２における磁気損失を低減することができる。なお、深さＷ１は、ロータコア１２の径方向外面と第１凹部１２２の径方向外端との径方向における距離Ｗ２よりも大きく形成してもよい。これにより、ロータコア１２全体における磁気損失を低減しながら、ロータコア１２をより軽量化できる。

【0039】

また、ロータコア１２は、さらに径方向外面上に径方向内側に凹む第２凹部１２５が、周方向に配列される。第２凹部１２５は、軸方向に延び、周方向に略等間隔で複数配列される。第２凹部１２５おける磁気抵抗は、第１凹部１２２と同様に、ロータコア１２の電磁鋼板上における磁気抵抗よりも大きい。しかし、各第２凹部１２５は、各マグネット１４とそれぞれ径方向に重なる。これにより、第２凹部１２５が、磁束密度が小さい領域に配置され、ロータコア１２全体における磁気損失を低減しながら、ロータコア１２をより軽量化できる。

【0040】

また、第２凹部１２５の周方向の長さＷ４は、マグネット１４の周方向の長さＷ５の半分以下である。また、第２凹部１２５の径方向の深さＷ６は、第１凹部１２２の径方向の深さＷ１よりも小さい。第１凹部１２２よりもマグネット１４の近くに配置される第２凹部１２５を第１凹部１２２よりも径方向に小さく形成し、第２凹部１２５における磁気損失を低減することができる。これにより、ロータコア１２全体における磁気損失を低減することができる。

【0041】

また、ロータコア１２とマグネット１４とを固定する接着剤（不図示）は、第２凹部１２５に塗布される。すなわち、ロータ１０は、第２凹部１２５に収容される接着剤を有し、接着剤は、マグネット１４とロータコア１２とを接着する。第２凹部１２５を設けることにより、接着剤の位置決めが容易になる。また、接着剤の厚みにより、ロータコア１２とマグネット１４との間に隙間が形成されることを低減できる。

【0042】

＜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。図６は、第２実施形態に係るロータ１０の一部を拡大して示す縦断面図である。説明の便宜上、前述の図１～図５に示す第１実施形態と同様の部分には同一の符号を付す。第２実施形態では、連結部材１３の形状が、第１実施形態とは異なる。その他の部分は第１実施形態と同様であり、第１実施形態と同様の効果が得られる。

【0043】

連結部材１３は、凸部１３１ｂを有する。凸部１３１ｂは、胴部１３１の径方向外面から径方向外側に突出して軸方向に延びる。また、凸部１３１ｂは、周方向に複数配列され、各凸部１３１ｂは、各第１凹部１２２に嵌め合う。すなわち、連結部材１３は、径方向外面から径方向外側に突出して周方向に配列された複数の凸部１３１ｂを有し、各凸部１３１ｂは、各第１凹部１２２に嵌め合う。これにより、連結部材１３とロータコア１２とが、周方向により強固に固定される。

【0044】

（４．その他）
上記実施形態は、本発明の例示にすぎない。実施形態の構成は、本発明の技術的思想を超えない範囲で適宜変更されてもよい。また、実施形態は、可能な範囲で組み合わせて実施されてよい。

【0045】

例えば、本実施形態では、連結部材１３に雌部１３１ａを設け、ロータコア１２に雄部１２３を設けたが、連結部材１３に雄部を設け、ロータコア１２に雌部を設けてもよい。このとき、雄部は、連結部材１３の径方向外面から径方向外側に突出し、雌部は、ロータコア１２の径方向内面から径方向外側に凹む。すなわち、連結部材１３の径方向外面又はロータコア１２の径方向内面の一方から径方向に突出する雄部と、連結部材１３の径方向外面又はロータコア１２の径方向内面の他方から径方向に凹み、雄部を収容する雌部と、を有する。

【産業上の利用可能性】

【0046】

本発明は、例えば、ロボット、工作機、電動アシスト自転車、電動車椅子などの駆動機構に、組み込まれて利用可能である。

【符号の説明】

【0047】

１ モータ
２ ハウジング
１０ ロータ
１１ シャフト
１２ ロータコア
１２ａ 貫通孔
１３ 連結部材
１４ マグネット
１５ カバー部材
２０ ステータ
２１ ステータコア
２２ コイル
２３ インシュレータ
１００ 減速装置
１０１ 入力ギヤ
１０２、１０３、１０４、１０５ 中間ギヤ
１０６ 出力ギヤ
１０７ クランクシャフト
１１１ 環状部
１１１ａ ネジ孔
１２１ 突起部
１２２ 第１凹部
１２３ 雄部
１２５ 第２凹部
１３１ 胴部
１３１ａ 雌部
１３１ｂ 凸部
１３２ フランジ部
１３３ 固定部
１５１ 周面部
１５２ 庇部
２１１ コアバック部
２１２ ティース部
２２１ 導線
Ｃ 中心軸
Ｊ 出力軸
Ｐ１ 中心
Ｐ２ 中心
Ｓ１ 第１領域
Ｓ２ 第２領域
Ｗ１ 深さ
Ｗ２ 距離
Ｗ３ 最大値
Ｗ４ 長さ
Ｗ５ 長さ
Ｗ６ 深さ

【図1】

【図2】

【図3】

【図4】

【図5】

【図6】