(57)【要約】【課題】風損の低減、重量の低減および磁気特性の改善を図ることができるモータを提供する。【解決手段】突極ロータ２０は、ロータコア２１と非磁性体６０とを具備する。非磁性体６０は、軸方向において電磁鋼板２１ａが積層された第１ロータコア部Ｇ１と第２ロータコア部Ｇ２との間に挟持される固定壁６１と、固定壁６１の径方向外側端部から軸方向両側に延びて、円弧形状の外周面を有する周壁６２と、周壁６２の軸方向両側端部から径方向内側に延びる端壁６３と、固定壁６１と周壁６２と端壁６３とから区画される空洞部６４と、を有する。端壁６３は、隣り合う突極部５１に嵌合される突極嵌合部６５と、隣り合う突極部５１の間の円筒部５０に嵌合される円筒嵌合部６６と、を有する。【選択図】図２
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
突極ロータと、ステータとを備えたモータであって、
前記突極ロータは、
シャフトが嵌合される円筒部と前記円筒部から外周に突出した複数の突極部とを有するロータコアと、
前記突極部間の凹部に配置されて突極ロータを全体として円柱状とする非磁性体と、
を具備し、
前記ロータコアは、軸方向に分割された第１ロータコア部と第２ロータコア部とを有し、
前記非磁性体は、
軸方向において前記第１ロータコア部と前記第２ロータコア部との間に挟持される固定壁と、
前記固定壁の径方向外側端部から軸方向両側に延びて、円弧形状の外周面を有する周壁と、
前記周壁の軸方向両側端部から径方向内側に延びる端壁と、
前記固定壁と前記周壁と前記端壁とから区画される空洞部と、
を有し、
前記端壁は、
隣り合う前記突極部に嵌合される突極嵌合部と、
隣り合う前記突極部の間の前記円筒部に嵌合される円筒嵌合部と、
を有することを特徴とするモータ。
【請求項２】
前記周壁には、径方向に延び前記空洞部と前記周壁の外部とを連通する連通孔が設けられていることを特徴とする請求項１に記載のモータ。
【請求項３】
前記ステータはステータコアを有し、
軸方向における前記ロータコアの長さが、軸方向における前記ステータコアの長さより、少なくとも前記非磁性体の固定壁の軸方向における厚み分だけ長くなっていることを特徴とする請求項１または２に記載のモータ。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、突極ロータを有するモータに関するものである。
【背景技術】
【０００２】
突極ロータを有するモータとして、特許文献１に開示のＳＲモータにおいてはロータコア外周部を非磁性体で埋めて真円化することで空気抵抗（風損）の減少を図っている。特許文献２に開示のＳＲモータにおいては非磁性体の磁束遮蔽板により負トルクの抑制を図るとともにロータコアのスリットにより固定するようにしている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００３】
【特許文献１】特開２００５−２２４０８５号公報
【特許文献２】特開２００１−２８８５１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、突極ロータを有するモータにおいて、全て非磁性体で埋めることで重量が大きくなり、制御性の悪化を招く懸念がある。また、ロータコアに固定用のスリットを設ける場合には磁気特性の悪化が懸念される。
【０００５】
本発明の目的は、風損の低減、重量の低減および磁気特性の改善を図ることができる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】
請求項１に記載の発明では、突極ロータと、ステータとを備えたモータであって、前記突極ロータは、シャフトが嵌合される円筒部と前記円筒部から外周に突出した複数の突極部とを有するロータコアと、前記突極部間の凹部に配置されて突極ロータを全体として円柱状とする非磁性体と、を具備し、前記ロータコアは、軸方向に分割された第１ロータコア部と第２ロータコア部とを有し、前記非磁性体は、軸方向において前記第１ロータコア部と前記第２ロータコア部との間に挟持される固定壁と、前記固定壁の径方向外側端部から軸方向両側に延びて、円弧形状の外周面を有する周壁と、前記周壁の軸方向両側端部から径方向内側に延びる端壁と、前記固定壁と前記周壁と前記端壁とから区画される空洞部と、を有し、前記端壁は、隣り合う前記突極部に嵌合される突極嵌合部と、隣り合う前記突極部の間の前記円筒部に嵌合される円筒嵌合部と、を有することを要旨とする。
【０００７】
請求項１に記載の発明によれば、突極ロータは円柱化による風損の低減が図られるとともに、空洞部による重量の低減が図られる。また、固定壁により非磁性体の固定が容易となる。その結果、風損の低減、重量の低減および磁気特性の改善を図ることができる。
【０００８】
請求項２に記載のように、請求項１に記載のモータにおいて、前記周壁には、径方向に延び前記空洞部と前記周壁の外部とを連通する連通孔が設けられているとよい。
請求項３に記載のように、請求項１または２に記載のモータにおいて、前記ステータはステータコアを有し、軸方向における前記ロータコアの長さが、軸方向における前記ステータコアの長さより、少なくとも前記非磁性体の固定壁の軸方向における厚み分だけ長くなっているとよい。
【発明の効果】
【０００９】
本発明によれば、風損の低減、重量の低減および磁気特性の改善を図ることができる。
【図面の簡単な説明】
【００１０】
【図１】実施形態におけるモータを示す斜視図。
【図２】（ａ）はロータ及びシャフトの正面図、（ｂ）はロータ及びシャフトの側面図、（ｃ）は（ａ）のＡ−Ａ点での断面図、（ｄ）は（ａ）のＢ−Ｂ点での断面図。
【図３】ロータの断面構造を示す斜視図。
【図４】ロータの断面構造を示す斜視図。
【図５】ロータコアを示す斜視図。
【図６】モータの断面図。
【図７】ロータの断面構造を示す斜視図。
【図８】別例のロータの断面図。
【図９】（ａ）別例のロータ及びシャフトの断面図、（ｂ）は別例のロータの断面構造を示す斜視図。
【図１０】（ａ）別例のロータ及びシャフトの断面図、（ｂ）は別例のロータの断面構造を示す斜視図。
【発明を実施するための形態】
【００１１】
以下、本発明をリラクタンスモータに具体化した一実施形態を図面に従って説明する。
図１及び図６に示すように、モータ１０は、突極ロータ２０とステータ３０とを備えている。突極ロータ２０は、ロータコア２１と、非磁性体６０とを具備している。ロータコア２１は、磁性体である電磁鋼板２１ａが積層されている。ステータ３０はステータコア３１とコイル３２とを具備している。ステータコア３１は、電磁鋼板３１ａが積層されている。電磁鋼板２１ａと電磁鋼板３１ａとは同一厚さである。ロータコア２１を構成する電磁鋼板２１ａの枚数とステータコア３１を構成する電磁鋼板３１ａの枚数とは同一である。例えば、電磁鋼板２１ａとして１００枚程度使用されるとともに電磁鋼板３１ａとして１００枚程度使用される。
【００１２】
図２（ａ），（ｂ），（ｃ），（ｄ）、図３及び図４には、ロータコア２１の詳細を示す。図２（ｃ）は、図２（ａ）のＡ−Ａ点での断面図であり、この断面でのロータコア２１の断面構造を図３に示している。図２（ｄ）は、図２（ａ）のＢ−Ｂ点での断面図であり、この断面でのロータコア２１の断面構造を図４に示している。
【００１３】
ロータコア（電磁鋼板）２１はシャフト４０に圧入されている。また、ロータコア２１はシャフト４０にキー溝によって嵌合されても良い。
図５に示すように、ロータコア２１は、軸方向に２つに分割されており、５０枚程度積層された第１ロータコア部Ｇ１と、５０枚程度積層された第２ロータコア部Ｇ２を有する。第１ロータコア部Ｇ１と第２ロータコア部Ｇ２との間において非磁性体を配することにより非磁性体が固定されるので第１ロータコア部Ｇ１及び第２ロータコア部Ｇ２には非磁性体を固定するための凹部が不要となっている。第１ロータコア部Ｇ１を構成する複数枚の電磁鋼板２１ａ同士がかしめられ、第１ロータコア部Ｇ１はカシメにより一体化されている。第２ロータコア部Ｇ２を構成する複数枚の電磁鋼板２１ａ同士がかしめられ、第２ロータコア部Ｇ２はカシメにより一体化されている。図５に示すように、ロータコア２１は、シャフト４０が嵌合される円筒部５０と、円筒部５０から外周に突出した複数（本実施形態では４つ）の突極部５１とを有する。
【００１４】
図１及び図６に示すように、ロータコア２１の外径側にステータコア３１が配置されており、ステータコア３１の内周面とロータコア２１の外周面とがギャップ（空隙）を介して対向配置されている。このギャップ（空隙）に冷媒が通るようになっている。
【００１５】
図２（ａ），（ｂ），（ｃ），（ｄ）、図３及び図４に示すように、非磁性体６０は樹脂よりなる。非磁性体６０は突極部５１，５１間の凹部５２に配置されている。非磁性体６０により、突極ロータ２０は全体として円柱状となっている。つまり、凹部５２が樹脂よりなる非磁性体６０により埋められ、突極ロータ２０は全体形状が円柱状をなしている。
【００１６】
非磁性体６０は、円板状の固定壁６１と、円弧状の周壁６２と、扇状の端壁６３とを有する。固定壁６１と周壁６２と端壁６３とから空洞部６４が区画されている。例えば、樹脂よりなる非磁性体６０をブロー成形することにより空洞部６４が形成されている。
【００１７】
固定壁６１は、軸方向において、電磁鋼板２１ａが積層された第１ロータコア部Ｇ１と、電磁鋼板２１ａが積層された第２ロータコア部Ｇ２との間に挟持される。
周壁６２は、固定壁６１の径方向外側端部から軸方向両側に延びて、円弧形状の外周面を有する。端壁６３は、周壁６２の軸方向両側端部から径方向内側に延びている。
【００１８】
図７に示すように、端壁６３は、突極嵌合部６５と、円筒嵌合部６６とを有する。突極嵌合部６５は、周方向に隣り合う突極部５１，５１に嵌合される。これにより突極嵌合部６５の先端面が突極部５１，５１の表面と接することになる。円筒嵌合部６６は、周方向に隣り合う突極部５１，５１の間の円筒部５０に嵌合される。これにより円筒嵌合部６６の先端面が円筒部５０の表面と接することになる。突極嵌合部６５及び円筒嵌合部６６により電磁鋼板２１ａの積層が容易となる。なお、図７においてはシール部材７０を仮想線で示している。
【００１９】
図２（ｄ）に示すように、電磁鋼板２１ａの内径ｒ１はシャフト４０に圧入できる径であるが、固定壁６１の内径ｒ２は電磁鋼板２１ａの内径ｒ１よりも大きくなっており、固定壁６１はシャフト４０に圧入されずに電磁鋼板２１ａのみがシャフト４０に圧入される。
【００２０】
また、図６に示すように、軸方向におけるロータコア２１の長さＬ１が、軸方向におけるステータコア３１の長さＬ１０より、非磁性体６０の固定壁６１の軸方向における厚み分（Ｌ２）だけ長くなっている。即ち、第１ロータコア部Ｇ１の軸方向における積層厚みと、第２ロータコア部Ｇ２の軸方向における積層厚みとの和は、軸方向におけるステータコア３１の長さＬ１０と等しく、固定壁６１の軸方向における厚みＬ２だけロータコア２１の長さＬ１がステータコア３１の長さＬ１０より長くなっている。
【００２１】
樹脂よりなる非磁性体６０内に区画された空洞部６４の端部はシール部材７０でシールされている。シール部材７０は接着剤よりなる。シール部材７０により空洞部６４に冷媒が入らないようにしている。
【００２２】
次に、作用について説明する。
まず、モータの製造工程について説明する。
図５に示すように、ロータコア２１を構成する第１ロータコア部Ｇ１と第２ロータコア部Ｇ２を用意する。このとき、第１ロータコア部Ｇ１を構成する複数枚の電磁鋼板２１ａ同士がかしめられ、一体化されている。また、第２ロータコア部Ｇ２を構成する複数枚の電磁鋼板２１ａ同士がかしめられ、一体化されている。
【００２３】
そして、第１ロータコア部Ｇ１と第２ロータコア部Ｇ２とを軸方向に離間して配置した状態で、第１ロータコア部Ｇ１及び第２ロータコア部Ｇ２に対し例えばブロー成形により樹脂よりなる非磁性体６０を形成して突極ロータ２０として一体化する。このとき、非磁性体６０において固定壁６１と周壁６２と端壁６３が形成されるとともに空洞部６４が区画形成される。また、端壁６３において突極嵌合部６５と円筒嵌合部６６が形成される。さらに、空洞部６４の端部をシール部材７０でシールする。
【００２４】
その後、シャフト４０に対しロータコア（電磁鋼板）２１を圧入してシャフト４０にロータコア２１を固定する。一方、円筒状のケースにおける内壁にはステータコア３１が圧入され、ステータコア３１にはコイル３２が巻回されている。このようにしてケースに固定されたステータ３０の内方に突極ロータ２０が位置する状態で、シャフト４０をケースに回転可能に支持する。
【００２５】
このようにして組み立てられたモータ１０においては、突極ロータ２０を堅牢な突極構造とすることができ、高回転駆動が可能である。
また、流体との間に発生する抵抗が大きくなることによる風損を低減すべく、突極ロータ２０におけるロータコア２１の凹部５２を非磁性体（樹脂）６０で埋め、突極ロータ（回転体）２０を円柱状にする。この非磁性体（樹脂）６０には固定壁６１、周壁６２、端壁６３（突極嵌合部６５、円筒嵌合部６）を有するとともに空洞部６４が区画されている。よって、ロータコア２１に非磁性体６０を固定するときに磁気特性の悪化を防止できる。即ち、磁気特性を悪化させることなく、風損を低減し、さらに出力を向上できるロータ構造となっている。
【００２６】
より詳しく説明する。
樹脂よりなる非磁性体６０をブロー成形等により空洞部６４を区画することで空洞部６４分だけ重量を小さくでき（軽くなり）、イナーシャ（慣性力）が大きくなることによる制御性、即ち、指令値に対する応答性に優れている。
【００２７】
また、ロータコア２１を構成する電磁鋼板２１ａにおいて非磁性体を固定するための凹部状のスリット（アンカー部）が不要であり、そのため、磁気特性の悪化を防止することができる。
【００２８】
図６に示すように、ステータコア３１の鋼板枚数とロータコア２１の鋼板枚数とを同じとすることで、非磁性体６０の固定壁６１の軸方向における厚み分（Ｌ２）だけオーバーハングさせているので、次の効果を奏する。
【００２９】
ステータコア３１とロータコア２１との間で磁束φが流れてトルクが発生してモータ出力となるが、端部の磁束が漏れ出してしまうおそれがある。本実施形態では、漏れ磁束が発生しようとするが第１ロータコア部Ｇ１と第２ロータコア部Ｇ２との間に非磁性体（樹脂）６０の固定壁６１が挟み込まれている。そして、ロータコア２１の電磁鋼板２１ａとステータコア３１の電磁鋼板３１ａについて、おのおの同一厚さかつ同一枚数とすることにより、ロータコア２１側がステータコア３１側よりも若干軸方向にオーバーハングしている（覆いかぶさっている）。これにより、ステータコア３１側から漏れ出す磁束がロータコア２１側で回収しやすくなり、出力の低下が抑制される。このようにして、オーバーハングの活用によりステータコア３１の端部から軸方向に漏れる磁束を減らすことができ、出力を向上させることができる。即ち、漏れ磁束軽減により出力向上が図られる。
【００３０】
また、非磁性体６０において区画された空洞部６４の端部を、接着剤よりなるシール部材７０でシールしているので、冷媒が空洞部６４に入ることが防止されている。
詳しく説明すると、例えば、コンプレッサとモータとが一体化された一体型電動コンプレッサのように、ケース内にモータ部と圧縮部とを配した構造において、モータを駆動させるときにコイルの通電に伴い発生する熱を逃がすべく、冷媒がモータ収納室から吸入され圧縮部に吸引され圧縮部から圧縮された冷媒が吐出される。この場合、冷媒を流してコイルを冷却する際に、冷媒が空洞部に入ってしまうこと（空洞部に冷媒が溜まってしまい、例えばそれによってロータコア２１の重さが違ってしまうこと）があるが、空洞部６４を形成するときの隙間を接着剤よりなるシール部材７０で封止することにより空洞部６４に冷媒が入るのを防止することができる。
【００３１】
上記実施形態によれば、以下のような効果を得ることができる。
（１）モータ１０の構成として、突極ロータ２０は、電磁鋼板２１ａが積層され、シャフト４０が嵌合される円筒部５０と円筒部５０から外周に突出した複数の突極部５１とを有するロータコア２１と、突極部５１間の凹部５２に配置されて突極ロータ２０を全体として円柱状とする非磁性体６０と、を具備する。ロータコア２１は、軸方向に分割された第１ロータコア部Ｇ１と第２ロータコア部Ｇ２とを有する。非磁性体６０は、軸方向において電磁鋼板２１ａが積層された第１ロータコア部Ｇ１と第２ロータコア部Ｇ２との間に挟持される固定壁６１と、固定壁６１の径方向外側端部から軸方向両側に延びて、円弧形状の外周面を有する周壁６２と、周壁６２の軸方向両側端部から径方向内側に延びる端壁６３を有する。そして、非磁性体６０は、固定壁６１と周壁６２と端壁６３とから区画される空洞部６４を有する。また、端壁６３は、隣り合う突極部５１に嵌合される突極嵌合部６５と、隣り合う突極部５１の間の円筒部５０に嵌合される円筒嵌合部６６と、を有する。
【００３２】
よって、ロータコアにおいて非磁性体を固定するための凹部が不必要のため磁気特性の悪化を防ぐことができる。突極ロータ２０は円柱化による風損の低減が図られるとともに、空洞部６４による重量の低減が図られる。また、突極嵌合部６５及び円筒嵌合部６６により電磁鋼板２１ａの積層が容易となるとともに、固定壁６１により非磁性体６０の固定が容易となる。その結果、風損の低減、重量の低減および磁気特性の改善を図ることができる。
【００３３】
（２）ステータ３０はステータコア３１を有し、軸方向におけるロータコア２１の長さが、軸方向におけるステータコア３１の長さより、少なくとも非磁性体６０の固定壁６１の軸方向における厚み分だけ長くなっている。よって、漏れ磁束を減らして出力を向上させることができる。
【００３４】
実施形態は前記に限定されるものではなく、例えば、次のように具体化してもよい。
○  図８に示すように、非磁性体６０において区画された空洞部６４の端部をシール部材（７０）でシールしない構造であってもよい。
【００３５】
○  図９（ａ），（ｂ）に示すように、非磁性体６０において区画された空洞部６４は、内壁６７により内径側が閉じていてもよい。
○  図１０（ａ），（ｂ）に示すように、非磁性体６０での周壁６２には、径方向に延び空洞部６４と周壁６２の外部とを連通する連通孔８０が設けられている構成としてもよい。即ち、周壁６２には径方向に延びる連通孔８０が設けられ、空洞部６４と外気とを連通する構成としてもよい。つまり、空洞部６４に入った冷媒を遠心力で排出する逃がし穴（連通孔８０）を複数空けてもよい。
【００３６】
○  非磁性体は樹脂により構成したが、これに限ることなく、例えばＣＦＲＰにより構成してもよい。
○  図５においてはロータコア２１を構成する複数枚の電磁鋼板２１ａを第１ロータコア部Ｇ１と第２ロータコア部Ｇ２とに２分割したが、３分割してもよいし、４分割以上であってもよい。そして、分割したロータコア部の間において非磁性体（樹脂等）の固定壁を形成して挟持してもよい。
【００３７】
○  ロータコア及びステータコアは磁性体として電磁鋼板により構成したが、これに限ることなく、例えば磁性体粉末の圧粉磁心により構成してもよいし、アモルファス箔を積層して構成してもよい。
【００３８】
○  ロータは断面が真円の円柱でなくてもよく、若干歪んでいてもよく、断面が多角形でもよく、要は、ロータは円柱状をなしていればよい。つまり、突極ロータ２０における非磁性体６０について、外径部の形状は真円形状に限定されず多角形状でも楕円形状でもよい。
【００３９】
○  モータの種類は問わない。つまり、リラクタンスモータに具体化したが、ＳＲモータでもよいし、リラクタンスモータ以外でもよく、例えば永久磁石を埋め込んだ構造のロータを具備するモータに適用してもよい。要は、突極ロータを有するモータであればよい。
【符号の説明】
【００４０】
１０…リラクタンスモータ、２０…突極ロータ、２１…ロータコア、２１ａ…電磁鋼板、３１…ステータコア、４０…シャフト、５０…円筒部、５１…突極部、５２…凹部、６０…非磁性体、６１…固定壁、６２…周壁、６３…端壁、６４…空洞部、６５…突極嵌合部、６６…円筒嵌合部、８０…連通孔、Ｇ１…第１ロータコア部、Ｇ２…第２ロータコア部。
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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【図８】
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【図９】
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【図１０】
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