(57)【要約】【課題】  シャフトの領域で漂遊磁束が発生する問題を回避できるだけでなく、製造が容易で部品点数が少ない、埋め込まれた永久磁石を有するモータ用ロータ本体を提供する。【解決手段】  略円筒形状に形成されたロータコア部２２と、ロータコア部２２の中心部にシャフトを取り付けるために設けられる中心開口部２８と、ロータコア部２２を内周側から外周側に向けて略スポーク形状で貫く方向に配置されてロータコア部２２に埋め込まれる永久磁石３０とを備え、ロータコア部２２が一体式の筺体として形成され、ロータコア部２２には、その半径方向内周側、もしくは、半径方向外周側の少なくとも何れか一方の位置において、選択された２個の永久磁石３０の各端部を橋架する形状および配置のロータ内凹部３２が設けられる。【選択図】  図２
2004328992.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
略円筒形状に形成されたロータコア部と、該ロータコア部の中心部にシャフトを取り付けるために設けられる中心開口部と、前記ロータコア部を内周側から外周側に向けて略スポーク形状で貫く方向に配置されて前記ロータコア部に埋め込まれる永久磁石とを備えるモータ用のロータ本体であって、
前記ロータコア部が一体式の筺体として形成され、前記ロータコア部には、その半径方向内周側、もしくは、半径方向外周側の少なくとも何れか一方の位置において、選択された２個の前記永久磁石の各端部を橋架する形状および配置のロータ内凹部が設けられる
ことを特徴とするモータ用ロータ本体。
【請求項２】
前記選択される前記永久磁石は、隣接する２個の永久磁石であり、
前記ロータ内凹部は、前記隣接する２個の永久磁石における半径方向内周側、もしくは、半径方向外周側の少なくとも何れか一方において、各端部を橋架するように前記ロータコア部に設けられる
ことを特徴とする請求項１に記載のモータ用ロータ本体。
【請求項３】
前記ロータコア部に設けられたロータ内凹部は、前記隣接する２個の永久磁石の半径方向内周側に位置する端部において、各永久磁石における各同極側の磁極が橋架するように設けられる
ことを特徴とする請求項２に記載のモータ用ロータ本体。
【請求項４】
前記隣接する２個の永久磁石は、前記ロータコア部に、各々の磁化方向が略同様である一対の永久磁石が２重のスポーク形状となるように配置され、
前記ロータコア部に設けられたロータ内凹部は、前記隣接する永久磁石の一対の一方と、それと直接に隣り合う永久磁石の一対の一方とが、各々における半径方向内周側に位置する端部を橋架するように設けられる
ことを特徴とする請求項２に記載のモータ用ロータ本体。
【請求項５】
前記ロータ本体には、該ロータ本体の外周側に位置する外周側境界辺部の外周表面部分において、均等もしくは不均等に配置される外周面凹部が設けられる
ことを特徴とする請求項４に記載のモータ用ロータ本体。
【請求項６】
前記ロータコア部では、前記永久磁石の半径方向内周側に位置する端部、もしくは、半径方向外周側に位置する端部の少なくとも一方を閉塞させる
ことを特徴とする請求項１〜５の何れか１項に記載のモータ用ロータ本体。
【請求項７】
前記ロータコア部の前記中心開口部側には、前記ロータ内凹部とその周囲との境界を形成する内周側境界辺部が設けられている
ことを特徴とする請求項１〜６の何れか１項に記載のモータ用ロータ本体。
【請求項８】
前記内周側境界辺部は、前記永久磁石の各端部と共に前記ロータ内凹部の周囲に閉塞された環形状を形成する
ことを特徴とする請求項７に記載のモータ用ロータ本体。
【請求項９】
前記ロータ内凹部は、該ロータ内凹部の側面に位置する短い半径方向境界辺部及び前記中心開口部に面する幅広の境界辺部により区切られ、内周側境界辺部は、互いに連結されない
ことを特徴とする請求項７に記載のモータ用ロータ本体。
【請求項１０】
前記内周側境界辺部は、隣接する２個の永久磁石の半径方向内周側に位置する端部を各々橋架するように設けられる
ことを特徴とする請求項７又は８に記載のモータ用ロータ本体。
【請求項１１】
前記ロータ内凹部は、空気又はその他の非磁性の媒体が充填される
ことを特徴とする請求項１〜１０の何れか１項に記載のモータ用ロータ本体
【請求項１２】
前記ロータコア部は、強磁性の材質により形成される
ことを特徴とする請求項１〜１１の何れか１項に記載のモータ用ロータ本体。
【請求項１３】
前記ロータコア部は、積層された金属薄板により形成される
ことを特徴とする請求項１〜１２の何れか１項に記載のモータ用ロータ本体。
【請求項１４】
前記ロータコア部は、前記永久磁石が挿入されるスリットを有する
ことを特徴とする請求項１〜１３の何れか１項に記載のモータ用ロータ本体。
【請求項１５】
略円筒形状に形成されたロータコア部と、該ロータコア部の中心部にシャフトを取り付けるために設けられる中心開口部と、前記ロータコア部を内周側から外周側に向けて略スポーク形状で貫く方向に配置されて前記ロータコア部に埋め込まれる永久磁石とを備えるモータ用のロータ本体であって、
前記ロータコア部が一体式の筺体として形成され、前記ロータコア部には、該ロータコア部の磁界に影響を与えるためのロータ内凹部が設けられる
ことを特徴とするモータ用ロータ本体。
【請求項１６】
前記ロータ内凹部は、前記選択された永久磁石に面して形成される
ことを特徴とする請求項１５に記載のモータ用ロータ本体。
【請求項１７】
前記請求項１〜１６の何れか１項に記載のモータ用ロータ本体と、該ロータ本体を回転駆動させるためのステータ本体とを具備するモータであって、
前記ロータ本体は、シャフトに取り付けられ、前記ステータ本体は、前記ロータ本体を囲むように設けられる
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、永久磁石を具備する電子整流式ブラシレスＤＣ（直流）モータ等のモータ、及び、永久磁石を具備するその他のモータのロータに関し、特に、インナーロータ型のモータに具備され、略円筒型であって中心開口部を有するロータコア部と、そのロータコア部をスポーク形状に貫いて埋め込まれた永久磁石を備えるロータ本体に関する。
【背景技術】
【０００２】
一般的に、インナーロータ型モータは、モータのシャフトに取り付けられ、且つ、１個又は複数個の永久磁石を含むロータユニットと、多数の金属薄板が積層されて構成されることで巻線を担持してロータを回転駆動させるステータ本体と称されるステータユニットとを含んでいる。ロータユニットはステータユニットと同軸になるように挿入される。また、アウターロータ型モータの場合は、ロータユニットがステータを囲んでいることになる。
【０００３】
図８は、従来のモータの全体的な構成を概略的に示す側面側から見た断面図である。
図８は、モータの基本的な構造を示している。冒頭で述べたように、本発明は、略円筒型であって中心開口部を有するロータコア部を備え、そのロータコア部に永久磁石が埋め込まれているロータ本体を備えるモータのロータ本体に関する。
【０００４】
図８は、ハウジング１１４を備え、そのハウジング１１４の中には、ステータユニット１１８、ロータユニット１１６だけでなく、ロータユニットを回転可能に支持するためのベアリング１２６、１２８を含んでいるモータの構造を示している。ステータユニット１１８には、複数の金属薄板１５５および巻線１６０を備え、ロータユニット１１６を挿入可能な空胴が内周側に設けられている。ロータユニット１１６は、シャフト１１０、ヨーク１１２および永久磁石１２２を含んでいる。また、ロータユニットを軸支するベアリング１２６、１２８は、モータのハウジング１１４のフランジ１２４に一体に組み込まれていてもよい。
【０００５】
永久磁石が埋め込まれたロータは、従来技術で説明されるように一般的に公知である。埋め込まれた永久磁石の横断面の長辺がラジアル方向にスポーク形状に広がって配置されるロータの構成が知られている（例えば、非特許文献１参照）。非特許文献１に示されるように、ロータ本体を囲むリングまたはチューブにより保護された永久磁石が、その埋め込み時横断面の長辺がラジアル方向に向くようにロータ本体に埋め込んで形成することは公知である。また、永久磁石が埋め込まれるロータ本体は、ヨークの機能を有している。
【０００６】
埋め込まれた永久磁石を備える通常のロータは知られている（例えば、特許文献１参照）。特許文献１には、永久磁石を外周側からロータ本体に挿入する目的でロータ本体に形成されたスリットに挿入された複数の永久磁石が示されている。この文献では、永久磁石の半径方向内周側に位置する端部がロータコア部の部材により覆われている。
【０００７】
永久磁石を埋め込む形式のロータは、永久磁石を完全に密閉できるという利点を有している。このため、例えば腐食から守るための特別な表面処理を実施しないままのロータを、腐食性の強い媒体と接触させても永久磁石の部材には腐食等の問題が発生しない。しかしながら、これまでに説明したロータの構成では、ロータコア部のシャフトの近傍において漂遊磁束を発生させるという欠点を有している。
【０００８】
このような漂遊磁束の発生を避けるため、従来の技術では、磁気誘導性が非常に小さい部材、もしくは、磁気誘導性を有していない部材により形成され、且つ、複数の磁気誘導性を有する磁束誘導性部材が固定されるスリーブがシャフトに取り付けられ、その複数の磁束誘導部材の間に永久磁石を埋め込む構造が提案されている（例えば、特許文献２、３、４参照）。このような構造では、ロータ本体における磁気ループ及び磁束密度の分布については、従来の技術と比較して大幅に改善されるが、製造の工数が多く必要になるだけでなく、部品点数が多くなることから誤差寸法が拡大するという機構的な問題を有している。
【０００９】
特許文献３では、永久磁石を外部から完全に保護するため、永久磁石を受け入れるスリットの外周に境界辺部が設けられている形態を示している。
【００１０】
また、各磁極についてより多くの極（永久磁石）を有するモータ用永久磁石型ロータが知られている（例えば、特許文献５参照）。この文献では、各永久磁石は、それらの磁束を集中させるように配置されている。各永久磁石は、平面に囲まれた立方体形状であり、ロータ本体に並んで固定された各磁束誘導部材の間に形成されるロータ内凹部に、ロータのシャフトから半径方向で、スポーク形状に配置されている。永久磁石及び磁束誘導部材の取り付けに際しては、１つの磁極について、各々２分の１の磁極となる永久磁石及び磁束誘導部材の組み合わせにおける同極同士が面するように隣接させて配置し、スリーブを介してシャフトに取り付ける。
【００１１】
埋め込まれた永久磁石を備えるロータの別な構成が知られている（例えば、特許文献６参照）。特許文献６では、永久磁石がロータ本体の半径方向、もしくは、ロータ本体の半径方向と平行に配置されている。特許文献６では、永久磁石が、いわゆる「２重のスポーク形状」に配置されている。その「２重のスポーク形状」を構成する「永久磁石の組」は、各々の磁化方向が略同様である一対の永久磁石により構成される。その一対の永久磁石は、引用文献６に記載されているように互いに平行に配置されても良いし、相対的に一定の角度に傾いた状態で互いに向き合って配置されていても良い。このように配置することで、モータの回転特性の回転トルクむら、特にコギングによるトルクむらを改善することができる。
【００１２】
永久磁石が埋め込まれるロータの更なる設計の構成が知られている（例えば、特許文献７〜９参照）。
【００１３】
また、複数のステータポールとステータヨークを備えるステータ配置は、インナーロータまたはアウターロータのモータを設計する際の従来技術として一般的に知られている。
【００１４】
【非特許文献１】「ＤＥＳＩＧＮ  ＯＦ  ＢＲＵＳＨＬＥＳＳ  ＰＥＲＭＡＮＥＮＴ−ＭＡＧＮＥＴ  ＭＯＴＯＲＳ」Ｊ．Ｒ．  ＨＥＮＤＥＲＳＨＯＴ  ＪＲ．  ＡＮＤ  ＴＨＥ  ＭＩＬＬＥＲ、  ＭＡＧＮＡ  ＰＨＹＳＩＣＳ  ＰＵＢＬＩＳＨＩＮＧ  ＡＮＤ  ＣＬＡＲＥＮＤＯＮ  ＰＲＥＳＳ、  ＯＸＦＯＲＤ、  １９９４
【特許文献１】欧州特許（ＥＰ：Ａ１）第０６９１７２７号明細書
【特許文献２】欧州特許（ＥＰ：Ａ１）第０６４１０５９号明細書
【特許文献３】欧州特許（ＥＰ：Ｂ１）第０８０３９６２号明細書
【特許文献４】独国特許（ＤＥ）出願公開（Ａ１）第１０１００７１８号明細書
【特許文献５】国際公開（ＷＯ）第００／５７５３７号パンフレット
【特許文献６】欧州特許（ＥＰ）出願公開（Ａ１）第０８７２９４４号明細書
【特許文献７】英国特許（ＧＢ）第１１７７２４７号明細書
【特許文献８】欧州特許（ＥＰ）出願公開（Ａ２）第０９５５７１４号明細書
【特許文献９】米国特許（Ｕ．Ｓ．）出願公開（Ａ１）第２００２／００６７０９６号明細書
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【００１５】
ロータコア部に半径方向に配置の上埋め込まれた永久磁石は、ロータが座しているシャフトの領域で漂遊磁束を発生させる原因になる。シャフトは通常は鋼材であって、ロータコア部による磁束に対する更なるヨークの役目を果たす。このことにより大幅な磁束の漏れによる漂遊損が生じる。この問題には、磁気誘導性が微小であるか、もしくは、磁気誘導性を有さないスリーブであって、且つ、ロータの磁束誘導部材が固定されたスリーブをシャフトに取り付けることで対応できる。ちなみに、前記磁束誘導部材の間にも永久磁石が埋め込まれている。但し、このような構成の場合、製造に手間がかかるだけでなく、部品点数も多くなってしまう。
【００１６】
本発明は、上述した課題を解決するためになされたものであって、本発明の課題は、シャフトの領域で漂遊磁束が発生する問題を回避できるだけでなく、製造が容易で部品点数が少ない、埋め込まれた永久磁石を有するモータ用ロータ本体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】
【００１７】
上記した課題を解決するために、本発明のモータ用ロータ本体は、略円筒形状に形成されたロータコア部と、そのロータコア部の中心部にシャフトを取り付けるために設けられる中心開口部と、ロータコア部を内周側から外周側に向けて略スポーク形状で貫く方向に配置されてロータコア部に埋め込まれる永久磁石とを備えるモータ用のロータ本体であって、ロータコア部は分割できない一体式の筺体として形成され、ロータコア部には、その半径方向内周側、もしくは、半径方向外周側の少なくとも何れか一方の位置において、選択された２個の前記永久磁石の各端部を橋架する形状および配置のロータ内凹部、または、そのロータコア部の磁界に影響を与えるためのロータ内凹部が設けられる。
【００１８】
また、本発明のモータは、上記した本発明のロータ本体を含むロータ部と、ステータ部とを具備するモータであって、ロータ本体は、シャフトに取り付けられ、ステータ部は、ロータ部を囲むように設けられる。
【発明の効果】
【００１９】
本発明では、ロータ本体の構成及びロータ内凹部の配置により、より具体的には、ロータ本体の半径方向内周側に位置する永久磁石の端部を橋架してロータ内凹部を設けることにより、その領域における任意の磁束の流れを妨げて、ロータ内凹部における磁束の流れる量を微少にでき、ロータ本体の内周側境界辺部及び中心開口部、すなわち、ロータ本体とロータ本体が取り付けられているシャフトの間およびシャフトの部分における漂遊磁束の発生を非常に抑制することができる。この結果、スリーブが介在しない通常の従来の永久磁石埋め込み型ロータ本体と比較して、磁束の漏れによる漂遊損の発生を非常に減少させることができる。
【００２０】
さらに、本発明のロータ本体では、磁束線は増幅されてロータ本体の外部に誘導されるので、その結果モータの効率を高めることができ、スリーブを介在させることなく直接に鋼材から成るシャフトに取り付けることができるようになるだけでなく、シャフトが磁気ループを発生させ、これに伴って相当な漂遊磁束が発生する危惧を抱く必要がなくなる。
【００２１】
また、本発明では、簡単な構成で、且つ、モータのシャフトに直接に取り付けられるように中心開口部に対して閉塞された面を有するモータ用のロータ本体を提供でき、永久磁石をロータコア部に完全に埋め込むことで、表面処理を不要にでき、永久磁石を機械的に保護できる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００２２】
以下に、本発明を実施するための望ましい実施形態を、図面を用いて更に詳しく説明する。
【００２３】
まず、本発明の実施形態を説明する前に、本発明の実施形態との比較のため、従来の磁気をループさせる上で理想的と考えられるスリーブを有するロータ本体について説明する。
【００２４】
図１は、磁気をループさせる上で理想的と考えられるスリーブを有するロータ本体の概略構造を示す上面側から見た断面図である。
ロータ本体１０は、通常の鋼材で形成されたシャフト１２に取り付けられる。このために磁気誘導性を有さないスリーブ１４は、シャフト１２に接着又は圧入され、また、スリーブ１４には、複数の磁気誘導性を有する磁束誘導部材１６が固定されている。
【００２５】
尚、複数の磁束誘導部材１６の間には、永久磁石１８が埋め込まれている。スリーブ１４は、磁束誘導部材１６とシャフト１２の間の漂遊磁束の発生を防止する役目を担っている。このためにスリーブ１４は、磁気誘導性が微小であるか、もしくは、磁気誘導性を持たない材質により形成される。
【００２６】
このスリーブ１４を介在させることで、シャフト１２部分における磁束の漏れによる漂遊損を完全に抑制することができる。このことから図１に示されたロータ本体１０の構成は、ロータの磁気をループさせる上で理想的であると言える。しかしながら、この図１のような構成の場合には、発明が解決しようとする課題に示したように、必要となる部品点数が多くなるだけでなく、製造工数が多く必要であるという問題を有している。
【００２７】
＜第１の実施形態＞
図２は、本発明の第１の実施形態であってステータの中に組み込まれたロータ本体の概略構造を示す上面側から見た断面図である。
図２に示された本実施形態のロータ本体２０は、磁束誘導性部材により形成され、ロータ本体２０の外周部に面する外周側境界辺部２４、および、ロータ本体２０の中心開口部２８に面する内周側境界辺部２６を介して一体に繋がって形成されるロータコア部２２を含んでいる。本実施形態では、ロータコア部２２の内周側の内周側境界辺部２６は閉塞された環形状を成しており、この内周側境界辺部２６が中心開口部２８との境界を成している。尚、磁束誘導部材であるロータコア部２２における外周側境界辺部２４と内周側境界辺部２６との間には、ロータ本体２０を半径方向にスポーク形状に貫く永久磁石３０が埋め込まれている。
【００２８】
ロータ本体２０の外周側に位置する外周側境界辺部２４は、永久磁石３０を、ロータ本体２０の中に半径方向外向きに完全に埋め込み、且つ、保護することで、永久磁石３０がロータ本体２０の周囲媒体に接触させない機能を有している。ロータ本体２０の内周側に位置する内周側境界辺部２６も、同様な機能を有している。内周側に位置する内周側境界辺部２６は、この他に、ロータ本体２０とシャフト１２を回転不能に結合させる機能も有している。
【００２９】
本実施形態では、ロータ本体２０を分割できない一体式の筺体として形成できるように、複数の磁束誘導部材であるロータコア部２２が、外周側境界辺部２４及び内周側境界辺部２６により結合されている。これは、本実施形態のロータ本体を理想的に機能させるためには、ロータ本体２０における同一磁極を磁気的に結合させる必要があり、そのためには、磁束誘導部材である各ロータコア部２２を、外周側に位置する外周側境界辺部２４又は内周側に位置する内周側境界辺部２６の少なくとも何れかを用いて結合させる必要があるためである。
【００３０】
図２に示された本実施形態では、内周側に位置する内周側境界辺部２６が閉塞された環形状を構成するため、ロータ本体２０を、従来のようなスリーブを介在させることなく、例えば、圧入又は接着により図示しないシャフトに取り付けることができる。
【００３１】
内周側に位置する内周側境界辺部２６は、短い半径方向境界辺部４２を介して磁束誘導部材であるロータコア部２２と連結されており、各ロータ内凹部３２に個々に面している。図２に示された本実施形態では、ロータ内凹部は、隣接する２個の永久磁石３０の内周側端部を各々橋架するように設けられる。又、この本実施形態では、ロータ本体２０の内周側に位置する内周側境界辺部２６が、各永久磁石３０の同一の磁極が結合されるように設けられる。図２に示されている本実施形態では、内周側境界辺部２６は、各永久磁石３０のＳ極同士を連結するように設けられている。なお、内周側に位置する内周側境界辺部２６により、各永久磁石３０のＮ極同士を連結するように構成しても良いことは言うまでもない。
【００３２】
図２のように構成することにより、内周側境界辺部２６が、永久磁石３０の半径方向内周側に位置する端部を各々橋架するように設けられ、且つ、内周側境界辺部２６が、空気又はその他の、磁気誘導性が微小であるか、もしくは、磁気誘導性を全く有さない媒体に満たされて良いロータ内凹部３２の境界を区切るための構成の一部となってロータ本体２０が形成される。基本的には、内周側境界辺部２６により、例えば本実施形態のＳ極のように、各永久磁石３０の同一の磁極が全て連結されるような構成にしても良いが、後述する第４の実施形態のように、各永久磁石３０の内の２個の同一の磁極を、内周側境界辺部２６を介して連結するだけでも、磁気誘導性を有する通常の鋼材で形成されたシャフト１２に取り付けられることを考慮すれば、切れ目のない磁気誘導性を有する環形状を構成することは可能である。
【００３３】
このように本実施形態のロータ本体２０は、略円筒形状に形成され、その中心部にシャフトを取り付けるために設けられる中心開口部２８を有するロータコア部２２を備える。ロータコア部２２には、そのロータコア部２２を内周側から外周側に向けて略スポーク形状で貫く方向に配置される永久磁石３０が埋め込まれる。本実施形態では、ロータコア部２２は、基本的に分割できない一体式の筺体として形成され、その半径方向内周側の位置において、選択された２個の永久磁石３０の半径方向内周側に位置する各端部を橋架するような形状および配置で、ロータコア部２２の磁界に影響を与えるためのロータ内凹部３２が設けられる。
【００３４】
既に述べたように、従来の技術によるスリーブを有していないロータコア部では、ロータコア部の内周側に位置する端部のシャフトの部分において大きな漂遊磁束が発生するという問題がある。本実施形態は、ロータ本体２０の望まざる漂遊磁束が発生する危険が大きくなる領域においては、ロータコア部を中断させるという発想に基いてなされたものである。
【００３５】
本実施形態では、半径方向内周側に位置する永久磁石３０の端部を橋架して設けられるロータ内凹部３２は、この領域における任意の磁束の流れを妨げている。これにより、ロータ本体２０における磁束の漏れによる漂遊損を大幅に減少させることができる。さらに、本実施形態のロータ本体２０では、図３に示されたように、磁束線は増幅されてロータ本体２０の外部に誘導されるので、その結果モータの効率を高めることができる。
【００３６】
本実施形態のロータ本体２０を本発明の意図に従って機能させるためには、ロータコア部２２が分割できない一体式の筺体として形成されていることが重要である。これは、ロータコア部２２が、半径方向における内周側の端部、もしくは、半径方向における外周側の端部の少なくとも一方において、永久磁石３０を完全に囲む構造を得るためである。言い換えれば、ロータコア部２２は、永久磁石３０の半径方向内周側に位置する端部、もしくは、半径方向外周側に位置する端部の少なくとも一方を完全に閉塞させている。
【００３７】
本実施形態では、ロータ内凹部３２には、中心開口部２８側に位置する内周側境界辺部２６、短い半径方向境界辺部４２、及び、隣接する各２個の永久磁石の内周側端部により境界が形成されている。内周側境界辺部２６は、中心開口部２８の周囲にまたがって閉塞された環形状を形成しており、隣接する２個の永久磁石３０における半径方向内周側に位置する端部を各々橋架するように設けられている。
【００３８】
本実施形態では、ロータ内凹部３２は、空気、もしくは、その他の気体で満たされて良い。別な選択肢として、ロータ内凹部３２を、磁気誘導性が微小であるか、もしくは、磁気誘導性を有さない非磁性の媒体物質で充填するようにしても良い。
【００３９】
本実施形態では、上記したロータ本体２０の構成、及び、特に、図２に示されているロータ内凹部３２の配置により、ロータ本体２０の内周側に位置する内周側境界辺部２６及び中心開口部２８における漂遊磁束の発生を大幅に抑えることができる。この結果、本実施形態のロータ本体２０では、例えば、図１に示されたスリーブ１４を有していないような従来の通常の永久磁石埋め込み型ロータ本体と比較して、磁束の漏れによる漂遊損を大きく減少させることができる。
【００４０】
また、本実施形態では、磁束誘導部材であるロータコア部２２は、うず電流を発生させないために、望ましくは、強磁性の材質である金属薄板を打ち抜いた部材が積層されて形成される。また、積層の金属薄板とは別の選択肢として、例えば、フェライト系の材質を用いて形成しても良い。また、ロータ本体２０の磁束誘導部材であるロータコア部２２は、例えば、永久磁石３０を横方向から挿入する分割できない一体式部材として形成されても良い。この場合には、永久磁石３０を横方向から挿入し後に、ロータ本体２０を閉塞することで、永久磁石３０に表面処理を施さなくても良いよう永久磁石３０を密封する。
【００４１】
本実施形態のロータ本体２０は、ステータ本体３６とステータ巻線３８を含むステータ３４に囲まれている。ステータ本体３６は、ロータを回転駆動させるものであり、巻線を担持するために、従来の技術に記載されたように、打ち抜いた多数の金属薄板を積層して構成しても良い。
【００４２】
本実施形態の永久磁石３０等を形成するための磁気材料としては、永久磁石特性を有するあらゆる材料を用いることができる。例えば、ネオジム鉄ボロン（ＮｄＦｅＢ）、もしくは、サマリウムコバルト（ＳｍＣｏ）等の材料が該当する。
【００４３】
図３は、図２のステータに組み込まれたロータ本体２０の概略断面図に磁束線が追記された断面図である。
図３には、本発明の作用を説明するために、磁束の流れを示す磁束線４０が記入されている。なお、図３では、図２と同様の部材には同一の符号を付与することで重複する部位の詳しい説明を省略する。
【００４４】
図３では、上記したように磁束線が書き込まれており、磁束線の間隔が狭いほど磁界は強いことから、ロータ内凹部３２における磁束の流れる量は微少であることがわかる。このことから、本実施形態では、モータが稼働している時は、ロータ本体２０と、ロータ本体２０が取り付けられているシャフトとの間で漂遊磁束が発生することがないことがわかる。
【００４５】
本実施形態のロータ本体２０の構成の場合、ロータ内凹部３２が隣接する各永久磁石３０における同一の磁極を各々橋架するように設けられるため、図３から、ロータとシャフトの間に従来技術のようなスリーブが介在しなくても、中心開口部２８におけるシャフトの部分で漂遊磁束は発生しないことが明らかである。本実施形態では、これにより、磁束の漏れによる漂遊損の発生を抑えることができる。
【００４６】
本実施形態では、選択される永久磁石３０は、ロータ本体２０内の隣接する２個の永久磁石３０であり、その永久磁石３０の半径方向内周側に位置する端部が、ロータ内凹部３２を介して各々橋架するように設けられる。その際、望ましくは隣接する永久磁石３０の同一磁極が橋渡しされる。言い換えれば、ロータ内凹部３２は、隣接する２個の永久磁石３０における半径方向内周側において、永久磁石３０の各端部を橋架するようにロータコア部２２内に設けられ、さらに、各永久磁石３０の各端部において、各永久磁石３０における各同極側の磁極が橋架するように設けられ、選択された永久磁石３０に面するように形成される。
【００４７】
また、本実施形態では、平面からなる立方体形状の永久磁石を用いた場合について説明したが、ロータ本体２０の外周の磁束の流れる量を増強し、ロータコア部２２の中心開口部２８における望ましくない漂遊磁束を抑制するためには、原則的に、ロータコア部２２に埋め込まれた永久磁石３０の構成に適応させて、適宜、ロータ内凹部３２の形状および配置が選択されるべきである。
【００４８】
上記によってロータコア部２２の中心開口部２８に、シャフトに当接できる閉塞された面を形成することができる。このようにして、本実施形態のロータ本体２０を、スリーブを介在させることなく直接に鋼材から成るシャフトに取り付けることができるようになるだけでなく、シャフトが磁気ループを発生させ、これに伴って相当な漂遊磁束が発生する危惧を抱く必要がなくなる。このような危惧の根拠となる事態は、内周側境界辺部２６および短い半径方向境界辺部４２等により境界が設けられるロータ内凹部２８により回避される。
【００４９】
このようにして、本実施形態では、簡単な構成で、且つ、モータのシャフトに直接に取り付けられるように中心開口部２８に対して閉塞された面を有するモータ用のロータ本体２０を提供できる。本実施形態の構成により、ロータ本体２０とシャフトの間の漂遊磁束は最低限に抑えることができる。尚、本実施形態では、磁気誘導性が微小であるか、もしくは、磁気誘導性を有さない材質から作られたスリーブをロータ本体２０とシャフトとの間に別途に介在させる必要はない。
【００５０】
本実施形態では、内周側境界辺部２６は、好ましくは、隣接する２個の永久磁石３０の半径方向内周側端部を各々橋架するように設けられる。こうすることで、隣接する２個の永久磁石３０における同一磁極を１個の内周側境界辺部２６により連結することができる。当該分野において専門の知識を有する者であれば、ここに述べられた磁極がＮ極とＳ極のいずれであっても良いことが容易に理解できる。
【００５１】
本実施形態では、永久磁石３０は、半径方向外周側に位置する端部においてもロータコア部２２により完全に囲まれて密閉されている。こうすることで永久磁石３０が全面的に埋め込まれたロータ本体２０を得ることができ、ロータを腐食性の強い媒体と接触させても永久磁石の部材には腐食等の問題が発生しない。又、本実施形態に示された永久磁石よりも多くの磁気部材を用いても良く、特に、本実施形態では、磁気部材が外気にさらされる場合には、従来なら追加的な表面保護処理を必要としていた磁気部材を用いることができる。
【００５２】
本実施形態では、うず電流を避けるため、ロータコア部２２は、強磁性の材質である金属を打ち抜いた薄板を積層させて形成されている。積層された金属薄板とは別な選択肢として、フェライト系の材質を用いても良い。また、ロータコア部２２には、永久磁石３０を横から挿入するためのスリットを設けるようにしても良い。この場合、その後に永久磁石３０を密封閉塞するために、ロータコア部２２の側面を閉塞する。こうすることで永久磁石３０に表面処理を施す必要が無くなる。
【００５３】
永久磁石３０等の磁気部材としては、例えば、ネオジム鉄ボロン（ＮｄＦｅＢ）、もしくは、サマリウムコバルト（ＳｍＣｏ）マグネットが用いられる。これらの磁気部材は、本来ならば腐食を防ぐために表面処理を施さなければならないが、本実施形態では、これらの磁気部材から成る永久磁石３０をロータコア部２２に完全に埋め込んで密封することで、表面処理を不要にできる。更に、永久磁石３０をロータコア部２２に完全に埋め込むことで、永久磁石３０は機械的にも保護されることになる。
【００５４】
また、本実施形態のロータ本体２０を、そのロータ本体２０とステータ本体３６とを具備するモータに適用する場合、ロータ本体２０は、シャフトに取り付けられ、ステータ本体３６は、ロータ本体２０を囲むように設けられる。
【００５５】
このように本実施形態では、ロータ本体２０の構成及びロータ内凹部３２の配置により、より具体的には、ロータ本体２０の半径方向内周側に位置する永久磁石３０の端部を橋架してロータ内凹部３２を設けることにより、その領域における任意の磁束の流れを妨げて、ロータ内凹部３２における磁束の流れる量を微少にでき、ロータ本体２０の内周側境界辺部２６及び中心開口部２８、すなわち、ロータ本体２０とロータ本体２０が取り付けられているシャフトの間およびシャフトの部分における漂遊磁束の発生を非常に抑制することができる。
【００５６】
この結果、スリーブが介在しない通常の永久磁石埋め込み型ロータ本体と比較して、磁束の漏れによる漂遊損の発生を非常に減少させることができる。さらに、本実施形態のロータ本体２０では、磁束線は増幅されてロータ本体２０の外部に誘導されるので、その結果モータの効率を高めることができ、スリーブを介在させることなく直接に鋼材から成るシャフトに取り付けることができるようになるだけでなく、シャフトが磁気ループを発生させ、これに伴って相当な漂遊磁束が発生する危惧を抱く必要がなくなる。
【００５７】
また、本実施形態では、簡単な構成で、且つ、モータのシャフトに直接に取り付けられるように中心開口部２８に対して閉塞された面を有するモータ用のロータ本体２０を提供でき、永久磁石３０をロータコア部２２に完全に埋め込むことで、表面処理を不要にでき、永久磁石３０を機械的に保護できる。
【００５８】
＜第２の実施形態＞
図４は、本発明の第２の実施形態であってステータの中に組み込まれたロータ本体の概略構造を示す上面側から見た断面図である。
なお、本実施形態では、各部材に付与された符号以外の構成および動作で、上記した第１の実施形態と同様と考えられる事項については、重複する説明となる記載を省略する。
【００５９】
図４のロータ本体４４は、磁束誘導部材であるロータコア部４６を含み、外周側境界辺部４８を介してロータ本体４４の外周部側で結合されると共に、内周側境界辺部５０を介してロータ本体４４の中心開口部５２側で結合されることで統合されて分割できない一体式筺体を成している。図４に示した本実施形態では、内周側に位置する境界辺部５０により閉塞された環形状が形成されており、その環形状は、中心開口部５２の境界を構成している。
【００６０】
磁束誘導部材であるロータコア部４６の間には、ロータ本体４４を半径方向に「２重のスポーク形状」で貫く複数の永久磁石５４、５４’が埋め込まれている。２個の永久磁石５４、５４’は、互いに直接に隣接し、永久磁石の一対を形成している。しかし、一対である各永久磁石５４、５４’は、ロータ本体４４の半径方向に対して所定の角度に傾いた状態で相対的に互いに向き合って配置されている。
【００６１】
尚、本実施形態の別な実施例（不図示）としては、一対である永久磁石が互いに平行になるよう配置しても良い。一対を形成する永久磁石５４、５４’の磁化方向は、略同様である。言い換えると、Ｎ極とＳ極の着磁方向の配置が同様になるのであるが、このことは図４に書き込まれた矢印により示されている。これにより、一対である永久磁石５４、５４’の間では、磁極は形成されず、磁束線が一対となる永久磁石の内側を最短距離で結合するようになる。このことは、後述する第３の実施形態の図５中の磁束線に示されている。
【００６２】
本実施形態でも、外周側境界辺部４８および内周側境界辺部５０が発揮する機能により、埋め込まれた永久磁石５４、５４’を保護できること、並びに、ロータ本体４４をシャフトに直接に取り付けられることについては、図２を用いて第１の実施形態で説明された内容と同様である。更に、内周側境界辺部５０は、半径方向の短い境界辺部５６と共に、隣接する永久磁石５４、５４’の一対の一方と、それと直接に隣り合う永久磁石５４、５４’の一対の一方の半径方向内周側に位置する各端部とを橋架して設けられるロータ内凹部５８の境界を形成している。
【００６３】
ここに示されている本実施形態では、ロータ本体４４の内周側に位置する内周側境界辺部５０は、一対の永久磁石５４、５４’の間にある部分と、隣接する他の永久磁石対の間にある部分の各々を連結している。これにより形成されたロータ内凹部５８がどのように作用するかについては、図２及び図３を用いて第１の実施形態で説明されており、後述の図５を用いた第３の実施形態中でも再度説明していることである。
【００６４】
図４に示された本実施形態の場合も、ロータ本体４４の磁束誘導部材であるロータコア部４６は、うず電流の発生を避けるために、強磁性を有している金属薄板を打ち抜いたものを積層して形成することが望ましく、また、分割できない一体式筺体として形成されることが望ましい。
【００６５】
図４に示されたロータ本体４４は、第１の実施形態と同様にステータ６０に囲まれているが、ステータ６０の内周側表面とロータ本体４４の外周側表面との間には、隙間６２が存在している。ステータ６０は、ステータ本体６４を含み、ステータ本体６４は、内周側にステータとして機能させるための複数のステータ極を有し、各ステータ極には相巻線６６、６６’が巻かれている。尚、ステータ本体６４は、従来技術に記載されたように、金属薄板を打ち抜いたものを積層して形成しても良い。
【００６６】
つまり、本実施形態では、隣接する２個の永久磁石５４、５４’は、ロータコア部４６に、一対の永久磁石が２重のスポーク形状のように配置され、一対の永久磁石は各々略同一方向に磁化されている。本実施形態では、直接に隣接する永久磁石５４、５４’の一対の一方と、それと直接に隣り合う永久磁石５４、５４’の一対の一方とが、各々における半径方向内周側に位置する端部がロータコア部４６に設けられたロータ内凹部５８により橋架されていることになる。
【００６７】
このように本実施形態のロータ本体２０では、第１の実施形態に記載した効果に加えて、一対の永久磁石５４、５４’は、各々略二重磁石のように作用するので、第１の実施形態よりも、磁石から発生される磁界を増強させることができる。また、１つの所定の角度に基づいて永久磁石５４、５４’を傾けて配置しているので、回転トルク、特にモータのコギングによるトルクむらを改善させることができる。
【００６８】
＜第３の実施形態＞
図５は、本発明の第３の実施形態であってステータの中に組み込まれたロータ本体を上から見た概略構造を示し、磁束線が追記された断面図である。図４と類似する構成が示される図である。
なお、本実施形態でも、各部材に付与された符号以外の構成および動作で、上記した第１及び第２の実施形態と同様と考えられる事項については、重複する説明となる記載を省略する。
【００６９】
図５のロータ本体４４は、ステータ６０に組み込まれており、図５には、本発明の作用を説明するために、磁束の流れを示す磁束線４０が記入されている。なお、図５では、図４と同様の部材が多いため、上記したように同一の符号を付与することで重複する部位の詳しい説明を省略している。
【００７０】
図５に示した本実施形態が、図４に示した第２の実施形態と異なる点は、図５の本実施形態では、ロータ本体４４の外周側に位置する外周側境界辺部４８の部分において、そのロータ本体４４の周囲に、均等もしくは不均等に配置される外周面凹部６８が設けられていることである。
【００７１】
図５には磁束線４０が書き込まれているが、この図からは、ロータ内凹部５８における磁束の流れる量は略零であって、これ故モータの駆動時にはロータ本体４４とロータ本体４４が取り付けられたシャフトとの間には漂遊磁束が発生しないことがわかる。
【００７２】
図６は、図５のロータ本体に永久磁石を挿入する工程の途中段階を示す断面図である。
図６では、図５と同様の部材には図５と同一の符号を付し、詳しい説明は省略する。図６からは、本実施形態のロータ本体を作るには、永久磁石５４、５４’を受け入れるためのスリット７０をロータ本体４４に設けて良いこと、又、前記永久磁石がスリット７０に挿入された後は、ロータ本体４４が閉塞されることがわかる。
【００７３】
このように本実施形態のロータ本体４４では、第１の実施形態に記載した効果に加えて、ロータ本体４４の周囲に外周面凹部６８を形成することにより、モータ駆動時の回転トルク特性を改善できるだけでなく、モータのコギングによるトルクむらも上記した第２の実施形態よりも改善することができる。
【００７４】
＜第４の実施形態＞
図７は、本発明の第４の実施形態であってステータの中に組み込まれたロータ本体の概略構造を示す上面側から見た断面図である。
なお、本実施形態でも、各部材に付与された符号以外の構成および動作で、上記した第１の実施形態と同様と考えられる事項については、重複する説明となる記載を省略する。
【００７５】
図７に示されている本実施形態は、図２に示された第１の実施形態と類似する部分が多いが、図７の本実施形態では、半径方向内周側に位置する内周側境界辺部７２が閉塞された環形状を構成していない。なお、図７では、図２と同様の部材が多いため、上記したように同一の符号を付与することで重複する部位の詳しい説明を省略する。
【００７６】
図７に示されている本実施形態では、ロータ内凹部３２は、そのロータ内凹部３２の側面に位置する短い半径方向境界辺部４２及びロータ本体２０の中心開口部２８に面する幅広の境界辺部７２により区切られる。本実施形態では、半径方向内周側に位置する内周側境界辺部７２は、上記した各実施形態のように互いに連結されていない。また、本実施形態では、外周側の外周側境界辺部２４により、全ての磁束誘導部材２２が繋がっている分割できない一体式ロータ本体２０が形成される。
【００７７】
このように本実施形態では、内周側境界辺部７２が互いに連結されていないが、ロータ内凹部３２が存在することから、ロータ本体２０とシャフトの間に生じる漂遊磁束を、上記した各実施形態と同等のレベルに抑えることができる。従って、内周側境界辺部７２が互いに連結されていない本実施形態のロータ本体２０でも、第１の実施形態と同様の効果を得ることができる。
【００７８】
つまり、本実施形態でも、磁束の漏れによる漂遊損の発生を減少させることができ、モータの効率を高めることができ、スリーブを介在させることなく直接に鋼材から成るシャフトに取り付けることができ、シャフトが磁気ループを発生させ、これに伴って相当な漂遊磁束が発生する危惧を抱く必要がなくなり、簡単な構成で、且つ、モータのシャフトに直接に取り付けられるように中心開口部２８に対して閉塞された面を有するモータ用のロータ本体２０を提供でき、永久磁石３０をロータコア部２２に完全に埋め込むことで、表面処理を不要にでき、永久磁石３０を機械的に保護できる。但し、本実施形態では、ロータ本体２０の中心開口部２８における機械的強度は、上記した各実施形態と比べた場合に若干劣ることがある。
【００７９】
また、本発明は、上記した各実施形態に示された本発明の特徴を、単独で利用しても良いし、任意の組み合わせで使用しても良い。
【００８０】
また、上記各実施形態に示された本発明によるロータ本体は、例えば、ブラシレスＤＣモータ、または、ブラシレスＤＣモータとは異なる永久磁石型シンクロモータに対して好適に用いられることができる。このような本発明のロータ本体を用いたモータは、例えば、ハードディスクドライブ用スピンドルモータ、自動車のパワーアシストステアリング或いはブレーキシステムのような、モータにより補助される自動車関連の機構、又は、電動工具等の多種多様の用途に用いることができる。
【００８１】
また、上記した各実施形態では、本発明のロータ本体がインナーロータ型モータに適用される場合について説明したが、本発明は、これに限られるものではなく、例えば、アウターロータ型モータにも適用することができる。その場合、隣接する２個の永久磁石を橋架するように設けられるロータ内凹部は、ロータコア部の外周側の近辺に設けられることになる。
【図面の簡単な説明】
【００８２】
【図１】磁気をループさせる上で理想的と考えられるスリーブを有するロータ本体の概略構造を示す上面側から見た断面図である。
【図２】本発明の第１の実施形態であってステータの中に組み込まれたロータ本体の概略構造を示す上面側から見た断面図である。
【図３】図２のステータに組み込まれたロータ本体の概略断面図に磁束線が追記された断面図である。
【図４】本発明の第２の実施形態であってステータの中に組み込まれたロータ本体の概略構造を示す上面側から見た断面図である。
【図５】本発明の第３の実施形態であってステータの中に組み込まれたロータ本体を上から見た概略構造を示し、磁束線が追記された断面図である。図４と類似する構成が示される図である。
【図６】図５のロータ本体に永久磁石を挿入する工程の途中段階を示す断面図である。
【図７】本発明の第４の実施形態であってステータの中に組み込まれたロータ本体の概略構造を示す上面側から見た断面図である。
【図８】従来のモータの全体的な構成を概略的に示す側面側から見た断面図である。
【符号の説明】
【００８３】
１０、２０、４４  ロータ本体
１２、１１０  シャフト
１４  スリーブ
１６  磁束誘導部材
１８、５４、５４’、１２２  永久磁石
２２、４６  ロータコア部（磁束誘導部材）
２４、４８  外周側境界辺部
２６、５０  内周側境界辺部
２８、５２  中心開口部
３０  永久磁石
３２、５８  ロータ内凹部
３４、６０  ステータ
３６、６４  ステータ本体
３８  ステータ巻線
４０  磁束線
４２、５６  短い半径方向境界辺部
６２  隙間
６６、６６’  （ステータの）相巻線
６８  外周面凹部
７０  スリット
７２  幅広の境界辺部
１１２  ヨーク
１１４  ハウジング
１１６  ロータユニット  
１１８  ステータユニット  
１２４  フランジ
１２６、１２８  ベアリング
１５５  金属薄板
１６０  巻線
【図１】
2004328992.tif 000003
【図２】
2004328992.tif 000004
【図３】
2004328992.tif 000005
【図４】
2004328992.tif 000006
【図５】
2004328992.tif 000007
【図６】
2004328992.tif 000008
【図７】
2004328992.tif 000009
【図８】
2004328992.tif 000010