(57)【要約】【課題】リラクタンストルクとマグネットトルクの両方を好適に確保することを可能としたロータを提供する。【解決手段】永久磁石２２は、径方向に対をなす外周側の第１径方向側面３１及び内周側の第２径方向側面３２と、周方向に対をなし第１及び第２径方向側面３１，３２の周方向端部間を繋ぐ一対の周方向側面３３とを備える。周方向側面３３は、軸方向視において、周方向に隣り合う永久磁石２２との間の磁極境界部Ｐｂと回転軸線Ｌ１とを結ぶ仮想線Ｌｖに対して平行な直線状をなす。第１径方向側面３１は、回転軸線Ｌ１を中心とし周方向側面３３の外周側端部を通る仮想円Ｃｖよりも内周側に位置する第１構成面３１ａを有している。そして、永久磁石２２における第１構成面３１ａと周方向側面３３との間の厚さＴは、当該永久磁石２２の周方向中心線Ｌ２に向かうにつれて大きくなるように形成されている。【選択図】図２
2019068649.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
回転軸と、
前記回転軸に一体回転可能に固定された略円筒状をなすロータコアと、
前記ロータコアの内部に、周方向に間隔を空けて埋設された複数の永久磁石と
を備えたロータであって、
前記永久磁石は、径方向に対をなす外周側の第１径方向側面及び内周側の第２径方向側面と、周方向に対をなし前記第１及び第２径方向側面の周方向端部間を繋ぐ一対の周方向側面とを備え、
前記周方向側面は、軸方向視において、周方向に隣り合う前記永久磁石との間の磁極境界部と回転軸線とを結ぶ仮想線に対して平行な直線状をなし、
前記第１径方向側面は、回転軸線を中心とし前記周方向側面の外周側端部を通る仮想円よりも内周側に位置する構成面を有し、
前記周方向側面と直交する方向における該周方向側面と前記構成面との間の厚さが、径方向内側に向かうにつれて厚くなるように形成されていることを特徴とするロータ。
【請求項２】
請求項１に記載のロータにおいて、
前記構成面は、軸方向視において、径方向内側に窪む形状をなすことを特徴とするロータ。
【請求項３】
請求項１又は２に記載のロータにおいて、
前記仮想線に沿う方向における前記周方向側面の長さは、前記第１径方向側面の周方向中心から前記ロータコアの外周面までの径方向長さよりも長く設定されていることを特徴とするロータ。
【請求項４】
請求項１〜３のいずれか１項に記載のロータにおいて、
前記永久磁石は、前記周方向側面と交差する磁化配向を有していることを特徴とするロータ。
【請求項５】
請求項１〜４のいずれか１項に記載のロータを備えたことを特徴とするモータ。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、ロータ及びモータに関するものである。
【背景技術】
【０００２】
従来、永久磁石がロータコアに埋設されて構成された所謂ＩＰＭ型のロータが知られている。ＩＰＭ型のロータでは、リラクタンストルクを得るための構造が考えられており、例えば特許文献１のロータでは、永久磁石の形状を径方向内側に湾曲する円弧状に構成することで、ロータコアにおける永久磁石の外周側に位置する部位の体積を確保して、リラクタンストルクの向上を図っている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００３】
【特許文献１】特開２０１３−１４３７９１号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
近年ではモータの小型化が進んでいるが、小型モータにおいてはマグネットトルクを如何に確保するかが課題となっている。しかしながら、上記特許文献１のロータのように、永久磁石を単に円弧状とした構成では、リラクタンストルクは確保できるものの、永久磁石の体積が小さくなってしまい、マグネットトルクを向上させる点において改善の余地があった。
【０００５】
本発明は、上記課題を解決するためになされたものであって、その目的は、リラクタンストルクとマグネットトルクの両方を好適に確保することを可能としたロータ及び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】
上記課題を解決するロータは、回転軸と、前記回転軸に一体回転可能に固定された略円筒状をなすロータコアと、前記ロータコアの内部に、周方向に間隔を空けて埋設された複数の永久磁石とを備えたロータであって、前記永久磁石は、径方向に対をなす外周側の第１径方向側面及び内周側の第２径方向側面と、周方向に対をなし前記第１及び第２径方向側面の周方向端部間を繋ぐ一対の周方向側面とを備え、前記周方向側面は、軸方向視において、周方向に隣り合う前記永久磁石との間の磁極境界部と回転軸線とを結ぶ仮想線に対して平行な直線状をなし、前記第１径方向側面は、回転軸線を中心とし前記周方向側面の外周側端部を通る仮想円よりも内周側に位置する構成面を有し、前記周方向側面と直交する方向における該周方向側面と前記構成面との間の厚さが、径方向内側に向かうにつれて厚くなるように形成されている。
【０００７】
この構成によれば、永久磁石の第１径方向側面は、回転軸線を中心とし周方向側面の外周側端部を通る仮想円よりも内周側に位置する構成面を有するため、ロータコアにおける永久磁石の外周側に位置する部位の体積を確保でき、その結果、リラクタンストルクを確保することができる。また、この構成によれば、周方向側面と直交する方向における該周方向側面と構成面との間の厚さが、径方向内側に向かうにつれて厚くなるように形成される。このため、従来の円弧状の永久磁石を用いる場合と比較して、永久磁石の体積比率を増加させることが可能となり、その結果、マグネットトルクの向上を図ることができる。また、永久磁石の周方向端部近傍において永久磁石の体積が増加されるため、周方向端部近傍において永久磁石が外部磁界によって減磁されることを効果的に抑制でき、その結果、マグネットトルクを効果的に向上させることができる。
【０００８】
上記ロータにおいて、前記構成面は、軸方向視において、径方向内側に窪む形状をなす。
この構成によれば、ロータコアにおける永久磁石の外周側に位置する部位の径方向厚さを好適に確保することができ、その結果、リラクタンストルクを効果的に向上させることができる。
【０００９】
上記ロータにおいて、前記仮想線に沿う方向における前記周方向側面の長さは、前記第１径方向側面の周方向中心から前記ロータコアの外周面までの径方向長さよりも長く設定されている。
【００１０】
この構成によれば、永久磁石における周方向側面と第１径方向側面の構成面との間の厚さを厚く構成できる。このため、周方向端部近傍において永久磁石が外部磁界によって減磁されることをより効果的に抑制でき、その結果、マグネットトルクの更なる向上を図ることができる。
【００１１】
上記ロータにおいて、前記永久磁石は、前記周方向側面と交差する磁化配向を有している。
この構成によれば、永久磁石の磁化配向が周方向側面と交差するため、永久磁石における周方向側面と構成面との間の厚さを確保しやすい本構成では、永久磁石の周方向側面と交差する磁路を長く構成できる。その結果、永久磁石の周方向側面と構成面との間におけるパーミアンスが向上されて、当該部分における減磁耐性が向上する。
【００１２】
上記課題を解決するモータは、上記記載のロータを備えている。
この構成によれば、リラクタンストルクとマグネットトルクの両方を好適に確保することを可能としたモータを提供できる。
【発明の効果】
【００１３】
本発明のロータ及びモータによれば、リラクタンストルクとマグネットトルクの両方を好適に確保することが可能となる。
【図面の簡単な説明】
【００１４】
【図１】実施形態のモータの断面図である。
【図２】同形態のロータを部分的に示す平面図である。
【図３】変形例のロータを部分的に示す平面図である。
【発明を実施するための形態】
【００１５】
以下、ロータ及びモータの一実施形態について説明する。
図１に示す本実施形態のモータ１０は、ブラシレスモータである。モータ１０は、モータハウジング１１の内周面に固定された円環状のステータ１２と、ステータ１２の径方向内側に配置され、回転軸１３を有するロータ１４とを備えている。
【００１６】
ステータ１２は、円筒状のステータコア１５を有し、そのステータコア１５の外周面がモータハウジング１１に固定されている。ステータコア１５の内側には、軸線方向に沿って形成され、かつ、周方向に等ピッチに配置される複数（本実施形態では１２個）のティース１６が、径方向内側に向かって延出形成されている。各ティース１６は、Ｔ型のティースであって、その径方向の内周面１６ａは、回転軸１３の軸線（回転軸線Ｌ１）を中心とする同心円の円弧を軸線方向に延出した円弧面である。各ティース１６には、３相の巻線１７が集中巻きにて巻回されている。そして、各相の巻線１７に３相電源電圧を印加してステータ１２に回転磁界を形成し、同ステータ１２の内側に配置した回転軸１３に固着されたロータ１４を回転させるようになっている。
【００１７】
ステータ１２の内側に配設されたロータ１４は、回転軸１３に一体回転可能に固定された円筒状のロータコア２１と、ロータコア２１の内部に埋設された複数（本実施形態では８個）の永久磁石２２とを備える埋込磁石型（ＩＰＭ型）のロータとして構成されている。ロータコア２１は、複数の電磁鋼板が軸方向に積層されて構成されている。また、回転軸１３は、モータハウジング１１に対し軸受（図示略）を介して回転可能に支持されている。
【００１８】
複数の永久磁石２２は、周方向に交互に異極となるロータ１４の複数の磁極部１４ｐをそれぞれ構成している。すなわち、本実施形態のロータ１４は８極で構成されている。また、ロータ１４は、その全ての磁極部１４ｐが永久磁石２２で構成されたフルマグネット型ロータである。各永久磁石２２は、互いに同形状（同一サイズ）をなし、周方向において等間隔（本実施形態では４５°間隔）に配置されている。なお、永久磁石２２は、ロータコア２１に軸方向に沿って貫通形成された磁石収容孔２１ａ内に、ほぼ隙間無く充填されていることが好ましい。
【００１９】
次に、永久磁石２２の形状について説明する。
図２に示すように、永久磁石２２は、軸方向視において、径方向内側に向かって凸となるようにやや湾曲した形状をなしている。また、永久磁石２２は、その周方向中心線Ｌ２（回転軸線Ｌ１と直交し永久磁石２２の周方向中心を通る直線）に対して線対称をなすように形成されている。
【００２０】
詳述すると、永久磁石２２は、径方向に対をなす第１及び第２径方向側面３１，３２と、周方向に対をなす周方向側面３３とを有している。なお、対をなす径方向側面において、外周側の面を第１径方向側面３１とし、内周側の面を第２径方向側面３２としている。
【００２１】
各周方向側面３３は、軸方向視において、周方向に隣り合う永久磁石２２との間の磁極境界部Ｐｂと回転軸線Ｌ１とを結ぶ仮想線Ｌｖに対して平行な直線状をなしている。第１径方向側面３１は、各周方向側面３３の外周側端部同士を繋ぐ面であり、第２径方向側面３２は、各周方向側面３３の内周側端部同士を繋ぐ面である。換言すれば、各周方向側面３３は、第１及び第２径方向側面３１，３２の周方向端部間を繋ぐ面である。なお、周方向側面３３は、周方向に隣り合う永久磁石２２の周方向側面３３に対して平行をなしている。
【００２２】
第１径方向側面３１は、その周方向中間部に位置する第１構成面３１ａと、第１構成面３１ａの周方向両側に位置する第２構成面３１ｂとを有している。第１構成面３１ａは、軸方向視において径方向内側に窪む円弧状をなしている。また、第１構成面３１ａは、その全体が回転軸線Ｌ１を中心とし各周方向側面３３の外周側端部を通る仮想円Ｃｖよりも内周側に位置するように形成されている。
【００２３】
第２構成面３１ｂは、前記仮想円Ｃｖ上に位置し、第１構成面３１ａの周方向端部と周方向側面３３の外周側端部とを繋ぐ面である。また、第２径方向側面３２は、第１構成面３１ａに対して同心円弧状をなし、軸方向視において径方向内側に窪む曲面となっている。
【００２４】
そして、永久磁石２２において、周方向側面３３と直交する方向における該周方向側面３３と第１構成面３１ａとの間の厚さＴは、径方向内側に向かうにつれて厚くなるように形成されている。また、仮想線Ｌｖに沿う方向における周方向側面３３の長さＤ１は、第１径方向側面３１の周方向中心３１ｃからロータコア２１の外周面までの径方向長さＤ２よりも長く設定されている。なお、径方向における第１構成面３１ａとロータコア２１の外周面との間の距離（つまり、ロータコア２１における第１構成面３１ａの外周側に位置する磁石外側コア部２１ｂの径方向厚さ）は、周方向中心３１ｃで最長となっている。また、本実施形態では、第１構成面３１ａの周方向中心３１ｃは、永久磁石２２の周方向中心線Ｌ２と一致している。
【００２５】
図２には、永久磁石２２の磁化配向を矢印で示している。永久磁石２２の磁化配向は、Ｓ極の永久磁石２２から隣接のＮ極の永久磁石２２に向けて、径方向内側が凸となるように湾曲する配向（極異方配向）に設定されている。つまり、永久磁石２２の磁化配向は、径方向外側（ステータ１２側）に向かうにつれて、当該永久磁石２２の周方向中心線Ｌ２側に傾斜するようになっている。また、本実施形態の永久磁石２２の磁化配向は、周方向側面３３と交差（略直交）するとともに、前記仮想線Ｌｖと直交するように設定されている。
【００２６】
なお、各永久磁石２２は、例えば、磁石粉を樹脂と混合して成型固化したボンド磁石（プラスチックマグネットやゴムマグネットなど）や焼結磁石などからなる。なお、ボンド磁石は、焼結磁石に比べて形状の自由度が高く、また、寸法精度を高く形成することが可能である。永久磁石２２をボンド磁石とする場合には、サマリウム鉄窒素（ＳｍＦｅＮ）系磁石、サマリウムコバルト（ＳｍＣｏ）系磁石、ネオジム磁石等の希土類磁石で構成されることが好ましい。また、永久磁石２２を焼結磁石とする場合には、フェライト磁石や、サマリウムコバルト（ＳｍＣｏ）磁石、ネオジム磁石等の希土類磁石で構成されることが好ましい。
【００２７】
次に、本実施形態の作用について説明する。
ステータ１２の巻線１７に３相電源電圧を印加して回転磁界を形成すると、その回転磁界に基づいてロータ１４が回転する。具体的には、ロータ１４は、前記回転磁界と各永久磁石２２の磁界との作用で生じるマグネットトルク、及び、前記回転磁界がロータコア２１に作用して生じるリラクタンストルクによって回転するようになっている。
【００２８】
次に、本実施形態の効果を記載する。
（１）永久磁石２２の第１径方向側面３１は、回転軸線Ｌ１を中心とし周方向側面３３の外周側端部を通る仮想円Ｃｖよりも内周側に位置する第１構成面３１ａを有する。これにより、ロータコア２１における永久磁石２２の外周側に位置する磁石外側コア部２１ｂの体積を確保でき、その結果、リラクタンストルクを確保することができる。そして、周方向側面３３と直交する方向における該周方向側面３３と第１構成面３１ａとの間の厚さＴは、径方向内側に向かうにつれて厚くなるように形成されている。このため、単に円弧状とした従来の永久磁石（径方向の両側面が互いに平行をなすもの）を用いる場合と比較して、永久磁石２２の体積比率を増加させることが可能となり、その結果、マグネットトルクの向上を図ることができる。また、永久磁石２２の周方向端部近傍において永久磁石２２の体積が増加されるため、周方向端部近傍において永久磁石２２が外部磁界によって減磁されることを効果的に抑制でき、その結果、マグネットトルクを効果的に向上させることができる。
【００２９】
（２）第１構成面３１ａは、軸方向視において、径方向内側に窪む形状をなす。これにより、磁石外側コア部２１ｂの径方向厚さを好適に確保することができ、その結果、リラクタンストルクを効果的に向上させることができる。
【００３０】
（３）仮想線Ｌｖに沿う方向における周方向側面３３の長さＤ１は、第１径方向側面３１の周方向中心３１ｃからロータコア２１の外周面までの径方向長さＤ２よりも長く設定される。これにより、永久磁石２２における周方向側面３３と第１構成面３１ａとの間の厚さＴを厚く構成できる。従って、周方向端部近傍において永久磁石２２が外部磁界によって減磁されることをより効果的に抑制でき、その結果、マグネットトルクの更なる向上を図ることができる。
【００３１】
（４）永久磁石２２は、周方向側面３３と交差する磁化配向を有している。すなわち、永久磁石２２における周方向側面３３と第１構成面３１ａとの間の厚さＴを確保しやすい本構成では、永久磁石２２の周方向側面３３と交差する磁路を長く構成できる。その結果、永久磁石２２の周方向側面３３と第１構成面３１ａとの間におけるパーミアンスが向上されて、当該部分における減磁耐性が向上する。
【００３２】
なお、上記実施形態は、以下のように変更してもよい。
・上記実施形態における永久磁石２２の磁化配向は例示であって、極異方配向以外の例えばラジアル配向やパラレル配向としてもよい。
【００３３】
また、図３に示すような磁化配向としてもよい。同図に示すように、永久磁石２２の磁化配向は直線的に設定されるとともに、永久磁石２２の周方向中心線Ｌ２（磁極中心線）のステータ１２側（径方向外側）への延長線上にある１点（磁束集中点Ｆ）に向かうように設定されている。このような構成によっても、上記実施形態と略同様の効果を得ることができる。
【００３４】
・上記実施形態における永久磁石２２の寸法設定は例示であり、適宜変更してもよい。例えば、周方向側面３３の前記長さＤ１を前記径方向長さＤ２と同一、又は、周方向側面３３の前記長さＤ１を前記径方向長さＤ２よりも短く設定してもよい。
【００３５】
・上記実施形態では、第１構成面３１ａは、軸方向視において径方向内側に窪む円弧状をなすが、第１構成面３１ａの全体が前記仮想円Ｃｖよりも内周側に位置していれば、円弧状以外の形状に変更可能である。例えば、第１構成面３１ａを１つ又は複数の平面によって構成してもよい。すなわち、第１構成面３１ａを径方向（周方向中心線Ｌ２）と直交する平面状に形成してもよい。なお、第２径方向側面３２についても、同様に変更可能である。
【００３６】
・上記実施形態では、第１径方向側面３１が第１構成面３１ａと一対の第２構成面３１ｂとから構成されたが、これに限らず、例えば、第１径方向側面３１から第２構成面３１ｂを省略し、第１構成面３１ａの周方向端が周方向側面３３の外周側端部と直接繋がる構成としてもよい。
【００３７】
・上記実施形態におけるロータ１４の極数とステータ１２のスロット数は例示であり、適宜変更できる。例えば、ロータ１４の極数とスロット数との関係が２ｎ：３ｎ（但し、ｎは自然数）となるように、ロータ１４の極数とスロット数を適宜変更してもよい。なお、ロータ１４の極数とスロット数との関係は必ずしも２ｎ：３ｎである必要はなく、例えば、ロータ１４の極数とスロット数との関係を１０：１２や１４：１２等で構成してもよい。
【００３８】
・上記実施形態では、ブラシレスモータに適用したが、これに限らず、例えば、ブラシ付きモータに適用してもよい。
・上記した実施形態並びに各変形例は適宜組み合わせてもよい。
【符号の説明】
【００３９】
１０…モータ、１４…ロータ、１３…回転軸、２１…ロータコア、２２…永久磁石、３１…第１径方向側面、３１ａ…第１構成面（構成面）、３２…第２径方向側面、３３…周方向側面、Ｌ１…回転軸線、Ｐｂ…磁極境界部、Ｌｖ…仮想線、Ｃｖ…仮想円。
【図１】
2019068649.tif 000003
【図２】
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【図３】
2019068649.tif 000005