(57)【要約】【課題】磁気飽和の発生を抑制することのできるロータ、及びこれを備えたモータを提供する。【解決手段】ロータ３を、非磁性材料からなる回転軸２１に固定されたロータコア２２に一方の磁極のマグネット２３を周方向に複数埋め込んでマグネット磁極部２４を形成するとともに、ロータコア２２に形成されたコア磁極部２５をマグネット２３間にそれぞれ配置し、コア磁極部２５を他方の磁極として機能するように構成した。そして、回転軸２１におけるロータコア２２が固定される部位に小径部２１ａを設け、小径部２１ａの外周に磁性材料からなる磁路増補体４１を設けた。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
非磁性材料からなる回転軸に固定されたロータコアに一方の磁極のマグネットが周方向に複数埋め込まれてマグネット磁極部が形成されるとともに、前記ロータコアに形成されたコア磁極部が前記マグネット間にそれぞれ配置され、前記コア磁極部が他方の磁極として機能するように構成されたロータであって、
前記回転軸には、前記ロータコアが固定される部位に小径部が設けられ、
前記小径部の外周には、磁性材料からなる磁路増補手段が設けられた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、
前記マグネットは、前記回転軸の軸方向と直交する断面が長方形状に形成された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、
前記小径部には、前記回転軸の軸方向に延びる補強リブが形成されたことを特徴とするロータ。
【請求項４】
請求項３に記載のロータにおいて、
前記補強リブは、前記回転軸の径方向において前記マグネットの周方向中央部と対向するように設けられたことを特徴とするロータ。
【請求項５】
請求項１〜４のいずれか一項に記載のロータを備えたモータ。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、コンシクエントポール型構造を採用したロータ、及びこれを備えたモータに関する。
【背景技術】
【０００２】
従来、モータおいて、回転軸に固定されたロータコアに一方の磁極のマグネットが周方向に複数埋め込まれてマグネット磁極部が形成されるとともに、該コアに一体形成されたコア磁極部が各マグネット間に空隙を以て配置され、該コア磁極部を他方の磁極として機能させる所謂コンシクエントポール型構造のロータを有するものが知られている（例えば、特許文献１）。このようなモータでは、性能の低下を小さく抑えつつもロータのマグネットを半数に減らすことが可能となるため、省資源化や低コスト化等の点で有利である。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００３】
【特許文献１】特開２００４−２０１４０６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、コンシクエントポール型構造のロータにおいて、コア磁極部はロータに備えられたマグネットと異なる磁極として機能するものの、同マグネットのような磁束の強制力（誘導）はない。そのため、マグネットの磁束は、ロータにおけるコア磁極部以外の部分にも流れ易く、例えば同磁束が回転軸に流れ込むことがある。そこで、ロータの回転軸を、例えばステンレス鋼等の非磁性材料により構成することで漏れ磁束を低減することが考えられる。
【０００５】
しかし、上記特許文献１のようにマグネットがロータコアに埋め込まれるＩＰＭ（埋込磁石）型のモータでは、回転軸が非磁性材料により構成されると、ロータコアにおけるマグネットの内周側の径方向に沿った肉厚が薄くなり、磁束の通過する磁路面積を十分に確保できくなる虞がある。その結果、磁気飽和が生じ易くなり、有効磁束を増加させようとすると、例えばロータが大型化する等の問題があった。
【０００６】
本発明は、上記問題点を解決するためになされたものであって、その目的は、磁気飽和の発生を抑制することのできるロータ、及びこれを備えた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】
【０００７】
上記目的を達成するため、請求項１に記載の発明は、非磁性材料からなる回転軸に固定されたロータコアに一方の磁極のマグネットが周方向に複数埋め込まれてマグネット磁極部が形成されるとともに、前記ロータコアに形成されたコア磁極部が前記マグネット間にそれぞれ配置され、前記コア磁極部が他方の磁極として機能するように構成されたロータであって、前記回転軸には、前記ロータコアが固定される部位に小径部が設けられ、前記小径部の外周には、磁性材料からなる磁路増補手段が設けられたことを要旨とする。
【０００８】
上記構成によれば、小径部に設けられた磁路増補手段により、ロータにおけるマグネットの内周側での磁路面積を十分に確保することが可能になる。そのため、ロータの大型化を招くことなく、磁気飽和の発生を抑制することができ、有効磁束の増加を図ることができる。
【０００９】
請求項２に記載の発明は、請求項１に記載のロータにおいて、前記マグネットは、前記回転軸の軸方向と直交する断面が長方形状に形成されたことを要旨とする。
上記構成によれば、マグネットが簡単な形状であるため、例えばコストの低減を図ることができる。また、マグネットの断面を長方形状とすると、ロータにおけるマグネットの内周側での磁路が狭く（磁路面積が小さく）なり易いため、請求項１のように回転軸の小径部に磁路増補手段を設ける効果は大である。
【００１０】
請求項３に記載の発明は、請求項１又は２に記載のロータにおいて、前記小径部には、前記回転軸の軸方向に延びる補強リブが形成されたことを要旨とする。
上記構成によれば、小径部に補強リブが形成されるため、回転軸に小径部を設けることによる強度低下を抑制することができる。
【００１１】
請求項４に記載の発明は、請求項３に記載のロータにおいて、前記補強リブは、前記回転軸の径方向において前記マグネットの周方向中央部と対向するように設けられたことを要旨とする。
【００１２】
ここで、マグネットの磁束は、主にロータコアの周方向両側に隣り合って設けられたコア磁極部を通過して同マグネットに戻る。そのため、ロータにおけるマグネットの内周側での磁束密度は、マグネットの周方向両側部分で高くなるのに対し、マグネットの周方向中央部分では高くなり難い。したがって、上記構成のように、回転軸の径方向においてマグネットの周方向中央部と対向するように補強リブを設けることで、磁気飽和の発生を好適に抑制しつつ、回転軸の強度を確保することができる。
【００１３】
請求項５に記載の発明は、請求項１〜４のいずれか一項に記載のロータを備えたモータであることを要旨とする。
上記構成によれば、ロータを大型化せずに有効磁束の増加を図ることができるため、小型で高出力のモータを提供することができる。
【発明の効果】
【００１４】
本発明によれば、磁気飽和の発生を抑制することのできるロータ、及びこれを備えたモータを提供することができる。
【図面の簡単な説明】
【００１５】
【図１】（ａ）一実施形態のモータの断面図、（ｂ）同じく回転軸の斜視図。
【図２】一実施形態のロータの拡大断面図。
【図３】磁路増補体の径方向に沿った厚みと、モータで発生する誘起電圧の最大値の増加率との関係を示すグラフ。
【図４】（ａ）別例のロータの断面図、（ｂ）同じく回転軸の斜視図。
【図５】（ａ）別例のロータの断面図、（ｂ）同じく回転軸の斜視図。
【図６】（ａ）別例のロータの断面図、（ｂ）同じく回転軸の斜視図。
【図７】（ａ）別例のロータの断面図、（ｂ）同じく回転軸の斜視図。
【図８】（ａ）別例のロータの断面図、（ｂ）同じく回転軸の斜視図。
【発明を実施するための形態】
【００１６】
以下、本発明を具体化した一実施形態を図面に従って説明する。
図１（ａ）に示すように、モータ１は、略円環状のステータ２の内周側にロータ３が配置されて構成されている。ステータ２は、径方向内側に延びるティース１１ａが周方向に複数（本実施形態では、１２個）設けられたステータコア１１と、各ティース１１ａに巻回されたコイル１２とを備えている。
【００１７】
ロータ３は、非磁性材料（例えば、ステンレス鋼等）からなる円柱状の回転軸２１と、回転軸２１の外周に固定された略円環状のロータコア２２とを備えている。そして、ロータコア２２の中心には、内径が軸方向の全体に亘って一定となる貫通孔２６が形成される一方、ロータコア２２の外周部には、同ロータコア２２の周方向に複数（本実施形態では、４個）のマグネット２３が埋め込まれることにより複数のマグネット磁極部２４が形成されている。各マグネット２３間には、ロータコア２２の外周部に一体形成されたコア磁極部２５が空隙Ｋを以て配置されている。つまり、本実施形態のロータ３には、Ｎ極のマグネット磁極部２４に対してコア磁極部２５をＳ極として機能させる８磁極の所謂コンシクエントポール型構造が採用されている。なお、各マグネット磁極部２４とコア磁極部２５とは、等角度間隔（４５°間隔）で交互に配置されている。
【００１８】
詳しくは、各マグネット２３は、ロータコア２２の軸方向に長い略直方体状に形成されており、ロータコア２２の軸方向と直交する断面が長方形状に形成されている。そして、各マグネット２３は、その長手方向が中央で径方向と直交するように配置されるとともに、径方向外側がＮ極となり、径方向内側がＳ極となるように配置されている。
【００１９】
図２に示すように、ロータコア２２の外周部には、軸方向に貫通した複数のマグネット孔３１が同ロータコア２２の周方向に等間隔で形成されている。マグネット孔３１は、その軸方向視でマグネット２３と略同一の長方形状に形成された保持部３１ａ、及び保持部３１ａにおける周方向両側に形成される一対の空隙部３１ｂから構成されている。空隙部３１ｂは、軸方向視で保持部３１ａの短手方向（図２における上下方向）に沿った長さがマグネット２３の短手方向長さよりも短く形成されるとともに、保持部３１ａにおけるロータコア２２の径方向外側端部に配置されている。これにより、マグネット孔３１の内周面における径方向内側の内側面３２は、周方向の中央部が径方向内側に凹んだ段付き形状となっており、この凹部３２ａにマグネット２３が嵌合している。なお、マグネット孔３１は、マグネット２３の長手方向の中心を通る径方向の線に対して線対称な形状に形成されるとともに、ロータコア２２の軸方向の全体に亘って同一形状となるように形成されている。
【００２０】
また、マグネット磁極部２４の外側面２４ａ（保持部３１ａの径方向外側に配置された部分の径方向外側の側面）には、その周方向両側に向かうにつれて径方向に沿った深さが徐々に深くなる略円弧状の溝部３４がロータコア２２の軸方向に沿って延設されている。そして、マグネット磁極部２４とコア磁極部２５とは、空隙部３１ｂ（空隙Ｋ）の径方向外側に配置されたブリッジ部３５により連結されている。なお、ブリッジ部３５の径方向に沿った肉厚は、十分に薄く形成されており、その磁気抵抗を高くすることでマグネット２３の磁束が同ブリッジ部３５を通過することが抑制されている。
【００２１】
ここで、図１（ａ），（ｂ）に示すように、回転軸２１には、ロータコア２２が固定される部位に他の部位よりも小径の小径部２１ａが設けられるとともに、小径部２１ａの外周には磁性材料からなる磁路増補手段としての磁路増補体４１が複数（本実施形態では、４個）固定されている。
【００２２】
詳述すると、回転軸２１は、小径部２１ａと、同小径部２１ａの両端に設けられる小径部２１ａよりも大径の大径部２１ｂとを有している。小径部２１ａの軸方向長さは、ロータコア２２の貫通孔２６の軸方向長さと略等しく形成されている。小径部２１ａには、軸方向に延びる複数（本実施形態では、４つ）の補強リブ４２が一体形成されている。各補強リブ４２は、回転軸２１の周方向に等角度間隔（９０°間隔）で配置されており、マグネット２３の周方向中央部２３ａと対向するように配置されている。なお、本実施形態では、各補強リブ４２は、回転軸２１の軸方向に沿った直線状に形成されるとともに、径方向に沿った厚みが小径部２１ａの半径と大径部２１ｂの半径との差と略等しくなる断面略四角形状に形成されている。
【００２３】
各磁路増補体４１は、略円弧板状に形成されており、小径部２１ａの外周面における補強リブ４２間に固定されている。磁路増補体４１の径方向に沿った厚みは、補強リブ４２の径方向に沿った厚みと略等しく形成され、磁路増補体４１の軸方向に沿った長さは、ロータコア２２と略等しく形成されている。また、磁路増補体４１の周方向に沿った長さは、隣り合う補強リブ４２間の周方向の間隔と略等しく形成されている。そして、ロータコア２２は、磁路増補体４１及び補強リブ４２の外周に圧入されることにより、回転軸２１の小径部２１ａの外周に固定されている。
【００２４】
以上記述したように、本実施形態によれば、以下の作用効果を奏することができる。
（１）回転軸２１におけるロータコア２２が固定される部位に小径部２１ａを設け、小径部２１ａの外周に磁性材料からなる磁路増補体４１を設けたため、マグネット２３の内周側での磁路面積を十分に確保できるようになる。そのため、ロータ３の大型化を招くことなく、磁気飽和の発生を抑制することができ、有効磁束の増加を図ることができる。その結果、コイル１２に鎖交する磁束量に比例する値である誘起電圧の最大値が、磁路増補体４１の径方向に沿った厚み（小径部２１ａの半径と大径部２１ｂの半径との差）の増大に応じて、図３に示す増加率で増加する。これにより、小型で高出力のモータ１を提供することができる。
【００２５】
（２）マグネット２３を回転軸２１の軸方向と直交する断面が長方形状に形成した。上記構成によれば、マグネット２３が簡単な形状であるため、例えばコストの低減を図ることができる。また、マグネット２３の断面を長方形状とすると、マグネット２３の内周側での磁路が狭く（磁路面積が小さく）なり易いため、小径部２１ａに磁路増補体４１を設ける効果は大である。
【００２６】
（３）小径部２１ａに回転軸２１の軸方向に延びる補強リブ４２を形成したため、回転軸２１に小径部２１ａを設けることによる強度低下を抑制することができる。
（４）補強リブ４２を、回転軸２１の径方向においてマグネット２３における周方向中央部２３ａと対向するように設けた。ここで、マグネット２３の磁束は、主にロータコア２２の周方向両側に隣り合って設けられたコア磁極部２５を通過して同マグネット２３に戻る。そのため、ロータ３におけるマグネット２３の内周側での磁束密度は、マグネット２３の周方向両側部分（おおよそ図２における破線で囲まれた範囲Ａ）で高くなる一方、マグネット２３の周方向中央部分では高くなり難い。したがって、上記構成のように、回転軸２１の径方向においてマグネット２３の周方向中央部２３ａと対向するように補強リブ４２を設けることで、磁気飽和の発生を好適に抑制しつつ、回転軸２１の強度を確保することができる。
【００２７】
なお、上記実施形態は、これを適宜変更した以下の態様にて実施することもできる。
・上記実施形態では、小径部２１ａにマグネット２３と同数の補強リブ４２を形成した。しかし、補強リブ４２の数はいくつでもよく、例えば図４（ａ），（ｂ）に示すようにマグネット２３の２倍の数の補強リブ４２を形成してもよい。なお、図４（ａ），（ｂ）に示す例では、補強リブ４２は、各マグネット２３の周方向中央部２３ａと対向する位置、及びコア磁極部２５の周方向中央部と対向する位置に形成されている。この構成では、上記実施形態と同様の作用効果を奏することができる。
【００２８】
また、小径部２１ａに補強リブ４２を形成せず、例えば図５（ａ），（ｂ）に示すように、磁路増補体４１を略円筒状に形成してもよい。このように構成しても、上記実施形態の（１），（２）と同様の作用効果を奏することができる。
【００２９】
・上記実施形態では、補強リブ４２をマグネット２３の周方向中央部２３ａと対向するように設けたが、これに限らず、補強リブ４２をマグネット２３の周方向中央部２３ａ以外と対向するように設けてもよい。
【００３０】
・上記実施形態では、補強リブ４２の断面形状を四角形状とし、同補強リブ４２の周方向に沿った周方向幅を回転軸２１の径方向位置に関係なく、略一定となるように形成した。しかし、これに限らず、例えば図６（ａ），（ｂ）に示すように、補強リブ４２の周方向幅を回転軸２１の径方向外側に向かって徐々に小さくなるように形成してもよい。なお、図６（ａ），（ｂ）に示す例では、磁路増補体４１は、略半円柱状に形成されている。
【００３１】
・上記実施形態では、小径部２１ａの外周に、ロータコア２２とは別体で構成された磁路増補体４１を設けた。しかし、これに限らず、例えば図７（ａ），（ｂ）に示すように、ロータコア２２の貫通孔２６の内周面に径方向内側に突出して小径部２１ａに当接する磁路増補手段としての円弧状の延出部２２ａを一体形成するとともに、回転軸２１を小径部２１ａの一端側にのみ大径部２１ｂが設けられる構成とし、ロータコア２２を回転軸２１の軸方向他端側から圧入するようにしてもよい。
【００３２】
また、回転軸２１を小径部２１ａの一端側にのみ大径部２１ｂが設けられる構成において、例えば図８（ａ），（ｂ）に示すように、補強リブ４２の周方向幅を回転軸２１の径方向外側に向かって徐々に小さくなるように形成してもよい。なお、図８（ａ），（ｂ）に示す例では、ロータコア２２の貫通孔２６の内周面に一体形成される延出部２２ａは、略半円柱状に形成されている。図７及び図８に示す構成では、上記実施形態と同様の作用効果に加え、別途磁路増補体を設けずともよいため、部品点数の増加を抑制することができる。
【００３３】
なお、回転軸２１を小径部２１ａの一端側にのみ大径部２１ｂが設けられる構成において、補強リブ４２の周方向幅を回転軸２１の径方向外側に向かって徐々に大きくなるように形成してもよい。
【００３４】
・上記実施形態では、補強リブ４２の径方向に沿った厚みを小径部２１ａの半径と大径部２１ｂの半径との差と略等しくなるように形成したが、これに限らず、当該差より大きくても小さくてもよい。また、補強リブ４２は、回転軸２１の軸方向に延びる直線状に限らず、例えば波状に湾曲した形状としてもよい。
【００３５】
・上記実施形態では、マグネット２３の回転軸２１の軸方向と直交する断面を長方形状に形成したが、これに限らず、例えば円弧状に形成してもよい。
・上記実施形態では、マグネット２３を径方向外側がＮ極、径方向内側がＳ極となるように配置したが、これに限らず、マグネット２３を、径方向外側がＳ極、径方向内側がＮ極となるように配置してもよい。
【００３６】
・上記実施形態において、コア磁極部２５が他方の磁極として機能するように構成されるのであれば、マグネット磁極部２４及びコア磁極部２５の形状は適宜変更してもよい。
・上記実施形態では、ティース１１ａ（及びコイル１２）の数を１２個とし、マグネット２３（コア磁極部２５）の数を４個、すなわちロータ３を８磁極としたが、これに限定されず、それらの数は他の数に変更してもよい。
【符号の説明】
【００３７】
１…モータ、３…ロータ、２１…回転軸、２１ａ…小径部、２１ｂ…大径部、２２…ロータコア、２２ａ…磁路増補手段としての延出部、２３…マグネット、２３ａ…周方向中央部、２４…マグネット磁極部、２５…コア磁極部、３１…マグネット孔、３５…ブリッジ部、４１…磁路増補手段としての磁路増補体、４２…補強リブ、Ｋ…空隙。
【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】
2013085333.tif 000008
【図７】
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【図８】
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