ロータ及びモータ
【課題】少ない部品点数で爪状磁極に強い磁束を発生させて高出力を確保することができるロータ及びモータを提供する。
【解決手段】モータのロータ3は、一対の第1回転子4及び第2回転子5と、これらの間に配置された軟磁性材6とを有する。回転子4,5は、磁石からなり、互いの爪状磁極9,12がロータ周方向において交互に配置されるように組み付けられる。第1回転子4は、各爪状磁極9の外周がN極となるように磁化されている。第2回転子5は、各爪状磁極12の外周がS極となるように磁化されている。軟磁性材6は、鉄等により形成され、シャフト7に圧入固定等により強固に組み付けられる。回転子4,5は、自らの磁力によって軟磁性材6に吸着して、シャフト7に対してロータ周方向に位置決めされる。
【解決手段】モータのロータ3は、一対の第1回転子4及び第2回転子5と、これらの間に配置された軟磁性材6とを有する。回転子4,5は、磁石からなり、互いの爪状磁極9,12がロータ周方向において交互に配置されるように組み付けられる。第1回転子4は、各爪状磁極9の外周がN極となるように磁化されている。第2回転子5は、各爪状磁極12の外周がS極となるように磁化されている。軟磁性材6は、鉄等により形成され、シャフト7に圧入固定等により強固に組み付けられる。回転子4,5は、自らの磁力によって軟磁性材6に吸着して、シャフト7に対してロータ周方向に位置決めされる。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【0001】
本発明は、マグネット界磁のランデル型ロータ及びモータに関する。
【背景技術】
【0002】
従来、モータの一種として、図12に示すようなマグネット界磁のランデル型ロータ81を有するモータ(回転電機)が周知である(例えば特許文献1等参照)。この型のモータのロータ81は、周方向に複数の爪状磁極82a,83aを有する鉄製の回転子鉄心82,83と、回転子鉄心82,83の間に配置された円板磁石84とを備える。そして、円板磁石84の磁界によって各爪状磁極82a,83aが周方向において交互に異なる磁極を生成することにより、いわゆるマグネット界磁のランデル型ロータとして機能する。
【0003】
ところで、この型のモータは、爪状磁極82a,83aが鉄で形成されているので、磁束のとり得る方向が自由で、実際のところ爪状磁極82a,83aの構造的な工夫だけでは、磁束のコントロール、つまり漏れ磁束を少なく抑えてモータの出力を確保するには限界がある。よって、特許文献1では、爪状磁極82a,83aの間に磁束整流用磁石を設けて、漏れ磁束を少なく抑える対策がなされている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【0004】
【特許文献1】実開平5−43749号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【0005】
しかし、特許文献1は、磁束整流用磁石が別途必要となるので、部品点数が増加したり、部品の組み付け工数が増加したりするなどの問題があった。よって、これらがモータのコストアップに繋がってしまうので、この種のマグネット界磁のランデル型ロータを有するモータにおいて、簡素な構造で爪状磁極に強い磁束を発生させて、モータの出力を確保することができる技術の開発ニーズがあった。
【0006】
本発明の目的は、少ない部品点数で爪状磁極に強い磁束を発生させて高出力を確保することができる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】
【0007】
前記問題点を解決するために、本発明では、周方向に複数の爪状磁極を有する第1回転子及び第2回転子が設けられ、これら一方の爪状磁極が他方の爪状磁極間の切欠部に入り込む組み付け状態をとり、前記第1回転子及び前記第2回転子を磁石で形成することにより、当該磁石の磁界によって複数の前記爪状磁極を周方向において交互にN極/S極として形成するロータであることを要旨とする。
【0008】
本発明の構成によれば、第1回転子及び第2回転子のそれぞれを磁石で形成するので、第1回転子及び第2回転子のそれぞれが自ら磁極を持つ部材となり、第1回転子及び第2回転子の各々の爪状磁極は磁束の方向性を持つことになる。このため、背景技術で述べたような磁束整流用磁石を用意しなくとも、各爪状磁極に強い磁束にてN極/S極を生じさせることが可能となる。よって、少ない部品点数で爪状磁極に強い磁束を発生させて、ロータの高出力を確保することが可能となる。
【0009】
本発明では、前記磁石は、ある特定の方向に磁化が向く異方性磁石であることを要旨とする。この構成によれば、第1回転子及び第2回転子を異方性磁石により形成するので、ある特定方向に向く強い磁束を、各爪状磁極に発生させるのに効果が高くなる。よって、ロータのトルク確保に効果が高い。
【0010】
本発明では、前記第1回転子及び前記第2回転子の間には、シャフトに取り付け固定された軟磁性材の板材が、前記第1回転子及び前記第2回転子の位置決め用の部材として設けられていることを要旨とする。この構成によれば、軟磁性材はシャフトに対し、例えば圧入固定などでしっかりと組み付けられ、この軟磁性材に磁石製の第1回転子及び第2回転子が磁力により吸着することにより、第1回転子及び第2回転子がシャフトに対して位置決めされる。このため、爪状磁極の周方向における等角配置(均等配置)が確保され、ロータの所望出力の確保に効果が高くなる。
【0011】
本発明では、前記第1回転子及び前記第2回転子の間には、これらを位置決めする部材としての軟磁性材の板材が設けられておらず、当該第1回転子及び第2回転子がシャフトに直接取り付けられていることを要旨とする。この構成によれば、軟磁性材を使用しないことにより、部品点数が削減されるので、ロータ体格の小型化に寄与する。
【0012】
本発明では、前記磁石は、焼結磁石又はボンド磁石であることを要旨とする。この構成によれば、第1回転子や第2回転子を圧縮成型や射出成形のどちらでも製造することが可能となるので、製造方法が1通りに限定されてしまうことがない。
【0013】
本発明では、前記磁石は、フェライト磁石、サマリウムコバルト系磁石、サマリウム鉄窒素系磁石、ネオジム磁石又はアルニコ磁石であることを要旨とする。この構成によれば、これら汎用的な材料によっても第1回転子や第2回転子を製造することも可能である。
【0014】
本発明では、前記軟磁性材は、軟鉄、金属ガラス、パーメンジュール又はアモルファスであることを要旨とする。この構成によれば、軟磁性材を剛性の高い材料で形成することが可能となるので、軟磁性材をシャフトに対し強固に固定することが可能となる。よって、軟磁性材に磁力にて固定された第1回転子及び第2回転子を、シャフトに対してずれ難くすることが可能となる。
【0015】
本発明では、前記第1回転子及び前記第2回転子の組からなるロータユニットを、お互いの同極同士が接触する向きで軸方向に複数積層したタンデム構造であることを要旨とする。この構成によれば、ロータの外周面において各爪状磁極が形成するN極/S極の面積を広くとることが可能となるので、トルク向上に効果が高くなる。
【0016】
本発明では、周方向に複数の爪状磁極を有する第1回転子及び第2回転子が設けられ、これら一方の爪状磁極が他方の爪状磁極間の切欠部に入り込む組み付け状態をとり、前記第1回転子及び前記第2回転子を磁石で形成することにより、当該磁石の磁界によって複数の前記爪状磁極が周方向において交互にN極/S極となるロータと、当該ロータを回転可能に支持するステータとを備えたモータであることを要旨とする。
【発明の効果】
【0017】
本発明によれば、少ない部品点数で爪状磁極に強い磁束を発生させて高出力を確保することができる。
【図面の簡単な説明】
【0018】
【図1】第1実施形態のモータの構成図。
【図2】ロータの外観を示す斜視図。
【図3】ロータの部品構成を示す分解斜視図。
【図4】第1回転子に発生する磁界を説明する斜視図。
【図5】第1回転子及び第2回転子に発生する磁界を説明する断面図。
【図6】第2実施形態のロータに発生する磁界を説明する断面図。
【図7】第3実施形態のロータに発生する磁界を説明する断面図。
【図8】他の実施形態のロータに発生する磁界を説明する断面図。
【図9】他の実施形態のロータの構成を示す分解斜視図。
【図10】他の実施形態のロータの構成を示す分解斜視図。
【図11】他の実施形態のロータに発生する磁界を説明する断面図。
【図12】従来のロータの部品構成を示す分解斜視図。
【発明を実施するための形態】
【0019】
(第1実施形態)
以下、本発明を具体化したロータ及びモータの第1実施形態を図1〜図5に従って説明する。
【0020】
図1に示すように、モータ1には、モータ1の固定側となるステータ2が設けられ、このステータ2の内部に、モータ1の回転側となるロータ3がステータ2に対して回転可能に設けられている。そして、ステータ2の鉄心に巻かれた巻線に電流が流されると、ステータ2とロータ3との間のマグネット界磁(永久磁石界磁)に発生する磁界によって、ロータ3がステータ2に対して回転する。
【0021】
図2及び図3に示すように、本例のようなマグネット界磁のランデル型ロータ3には、例えば永久磁石からなる一対の回転子4,5と、これら一対の回転子4,5の間に挟まれた板材の軟磁性材6とが設けられている。本例のモータ1は、2枚の回転子4,5からなる一層構造をなしている。本例の場合、紙面上側を第1回転子4とし、紙面下側を第2回転子5とする。ロータ3の軸中心には、ロータ3の回転軸となる非磁性体のシャフト7が取り付けられている。
【0022】
第1回転子4において略円板状の回転子本体部8の周縁には、周方向に沿って等間隔に並ぶ複数の爪状磁極9,9…が、外側に向かって放射状に突設されている。さらに、第1回転子4の爪状磁極9は、モータ軸方向に沿って延出する形状、つまり図2及び図3において紙面下方向に飛び出す形状をなし、隣同士の爪状磁極9,9の間が切欠部10となっている。第2回転子5は、第1回転子4と略同一形状をなし、第1回転子4と同様に回転子本体部11、爪状磁極12及び切欠部13を有する。第1回転子4及び第2回転子5は、一方の爪状磁極9(12)が他方の切欠部13(10)の入り込むように、かつ逆の磁極同士が接するように、上下逆さまの組み付け状態をとる。これにより、第1回転子4の爪状磁極9と第2回転子5の爪状磁極12とは、ロータ周方向において交互に配置される。各回転子4,5の中心には、シャフト7を挿通する通し孔14,15が各々貫設されている。
【0023】
爪状磁極9(12)は、ロータ径方向から見て長方形に形成されている。なお、爪状磁極9(12)は、例えば正四角形状や台形状に形成されてもよい。また、回転子本体部8と爪状磁極9(12)との間の隙間は、断面が長方形状となるように形成されている。さらに、隣り合う爪状磁極9,12の間は、ロータ径方向から見て長方形の空間をなすように離間する。
【0024】
本例の第1回転子4及び第2回転子5は、異方性磁石(極異方性磁石)からなる。異方性磁石は、ある特定の方向に磁化された磁石であって、その特定方向に強い磁力を有する。異方性磁石は、例えば焼結磁石、ボンド磁石(プラスチックマグネット、ゴムマグネット等)などが使用されている。また、これ以外に、例えばフェライト磁石、サマリウム鉄窒素(Sm−Fe−N)系磁石、サマリウムコバルト系磁石、ネオジム磁石、アルニコ磁石などを使用してもよい。
【0025】
軟磁性材6は、円板状をなすとともに、例えば軟鉄、金属ガラス、パーメンジュール、アモルファスのいずれかからなる。軟磁性材6は、中央の通し孔16にシャフト7が通されるとともに、シャフト7に圧入固定されている。即ち、軟磁性材6が圧入固定によってシャフト7に強固に固定され、この軟磁性材6に回転子4,5が磁力によって吸着することにより、回転子4,5が位置決め固定されている。これにより、回転子4,5のシャフト7に対する位置合わせがなされる。
【0026】
図4及び図5に示すように、第1回転子4は、回転子本体部8の内面17から爪状磁極9の方向に磁気モーメントが向くように着磁されている。よって、第1回転子4は、各爪状磁極9,9…の外周面がN極(外周側N極)となり、回転子本体部8の内面17、つまり軸方向垂直面がS極(軸垂直面側S極)となっている。図5に示すように、第2回転子5は、爪状磁極12,12…から回転子本体部11の内面18の方向に磁気モーメントが向くように着磁されている。よって、第2回転子5は、各爪状磁極12,12…の外周側がS極(外周側S極)となり、回転子本体部11の内面18、つまり軸方向垂直面がN極(軸垂直面側N極)となっている。
【0027】
よって、第1回転子4と第2回転子5とを組み付けると、第1回転子4のN極の爪状磁極9,9…が第2回転子5の各切欠部13,13…に入り込み、第2回転子5のS極の爪状磁極12,12…が第1回転子4の各切欠部10,10…に入り込む配置位置をとる。このため、ロータ3の周方向において、N極とS極とが交互に並び、ロータ3がマグネット界磁のランデル型ロータとして機能することになる。
【0028】
次に、本例のモータ1の作用を、図4及び図5を用いて説明する。
図4及び図5に示すように、第1回転子4と第2回転子5とを鉄ではなく永久磁石により形成し、第1回転子4を外周側N極となるように着磁し、第2回転子5を外周側S極となるように着磁する。このため、図5に示すように、第2回転子5の外周側S極から軸垂直面側N極に向かい、さらに軟磁性材6を通って、第1回転子4の軸垂直面側S極から外周側N極に向かう磁束通路が形成される。これにより、ステータ2が通電された際には、ロータ3がステータ2に対して回転可能となる。
【0029】
以上により、本例においては、第1回転子4及び第2回転子5を磁石(異方性磁石)により形成するので、第1回転子4及び第2回転子5のそれぞれが、自ら磁極を持つ部材となる。このため、各回転子4,5の各爪状磁極9,12は、自ら磁束の方向性を持つことになり、爪状磁極9,12に発生されるべき磁束の強度が確保される。よって、背景技術で述べたような磁束整流用磁石を用意しなくとも、各爪状磁極9,12に強い磁束でN極/S極を発生させることが可能となる。これにより、少ない部品点数で爪状磁極9,12に強い磁束を発生させて、ロータ3(モータ1)の高出力を確保することが可能となる。
【0030】
ところで、第1回転子4及び第2回転子5を、軟磁性材6を用いずにシャフト7に直に固定することも想定されるが、仮に第1回転子4及び第2回転子5を焼結磁石やボンド磁石で形成すると、割れたり緩んだりしてシャフト7との結合を確保することができない現状がある。また、第1回転子4や第2回転子5のシャフト7に対する組み付けが緩いと、第1回転子4や第2回転子5がシャフト7に対して周方向にずれ、ロータ周方向における等角配置(均等配置)が崩れる可能性がある。こうなると、ロータ3から不均等な磁束が発生されてしまい、所望の出力を得ることができない問題に繋がる。
【0031】
そこで、本例の場合、第1回転子4及び第2回転子5の間に軟磁性材6を設け、これを圧入固定等でシャフト7に強固に組み付け固定する。そして、第1回転子4及び第2回転子5を、磁石の磁力によって軟磁性材6に強固に吸着することにより、第1回転子4及び第2回転子5に位置決めする。このため、第1回転子4及び第2回転子5がシャフト7に対して周方向に動き難くなるので、第1回転子4及び第2回転子5の周方向における等角配置(均等配置)が確保される。これにより、ロータ3の所望出力の確保に効果が高くなる。
【0032】
本実施形態の構成によれば、以下に記載の効果を得ることができる。
(1)第1回転子4及び第2回転子5を磁石(異方性磁石)で形成したので、第1回転子4及び第2回転子5の各爪状磁極9,12に磁束の方向性を持たせることが可能となり、背景技術で述べたような磁束整流用磁石が不要となる。よって、少ない部品点数で爪状磁極9,12に強い磁束を発生させて、ロータ3(モータ1)の高出力を確保することができる。また、本例の構造は、ロータ3の多極化にも有利である。
【0033】
(2)第1回転子4及び第2回転子5を異方性磁石により形成するので、ある特定方向(N極/S極)に向く強い磁束を、各爪状磁極9,12に発生させるのに効果が高くなる。よって、ロータ3(モータ1)のトルク確保に効果が高くなる。
【0034】
(3)第1回転子4と第2回転子5との間に、シャフト7に圧入固定等により強固に固定された軟磁性材6を設け、この軟磁性材6に磁石製の第1回転子4及び第2回転子5が磁力によって吸着することにより、第1回転子4及び第2回転子5がシャフト7に対して周方向に位置決めされる。このため、爪状磁極9,12のロータ周方向における等角配置(均等配置)が確保され、ロータ3(モータ1)の所望出力の確保に効果が高くなる。
【0035】
(4)第1回転子4や第2回転子5を焼結磁石やボンド磁石とした場合、第1回転子4や第2回転子5を例えば圧縮成形や射出成形のどちらでの形成することが可能となるので、製造方法が1通りに限定されてしまうことがない。
【0036】
(5)第1回転子4や第2回転子5を、フェライト磁石、サマリウムコバルト系磁石、サマリウム鉄窒素系磁石、ネオジム磁石、アルニコ磁石で形成することも可能であるので、これら汎用的な材料によっても第1回転子4や第2回転子5を製造することができる。
【0037】
(6)軟鉄、金属ガラス、パーメンジュール、アモルファス等の剛性の高い材料で軟磁性材6を形成すれば、軟磁性材6をシャフト7に対し、より強固に固定することができる。よって、軟磁性材6に磁力にて吸着する第1回転子4及び第2回転子5を、シャフト7に対してロータ周方向に位置ずれし難くすることができる。
【0038】
(7)第1回転子4(第2回転子5)の外周面に一方の磁極を持たせ、回転子本体部8(11)の軸方向垂直面に他方の磁極を持たせた。このため、第1回転子4(第2回転子5)において磁束を発生させる磁性材を、ロータ径方向の中央部まで配置することが可能となるので、磁性材の粒子が多くなり、磁束量を増やすことができる。
【0039】
(第2実施形態)
次に、第2実施形態を図6に従って説明する。なお、第2実施形態は、第1実施形態に記載の軟磁性材6を省略した構成であって、他の基本的な構成は同じである。よって、第1実施形態と同一部分には同一符号を付して詳しい説明を省略し、異なる部分についてのみ詳述する。
【0040】
図6に示すように、本例のロータ3の場合、軟磁性材6を省略し、第1回転子4と第2回転子5とを直に当接させる構造をとる。この場合、第1回転子4及び第2回転子5は、例えば接着等によってシャフト7に取り付け固定されている。このように、ロータ3から軟磁性材6を省略すれば、その分だけロータ3に構成部品が減ることになる。よって、本例の構成は、部品コスト削減や、ロータ3の体格小型化に効果が高くなる。
【0041】
本実施形態の構成によれば、第1実施形態に記載の(1)〜(7)に加え、以下に記載の効果を得ることができる。
(8)軟磁性材6を省略することにより、部品点数が削減されるので、ロータ3の体格小型化に効果が高い。
【0042】
(第3実施形態)
次に、第3実施形態を図7〜図11に従って説明する。なお、第3実施形態は、第1及び第2実施形態ではロータ3をタンデム構造(積層構造)にした点で異なり、他の基本的構成は同じである。よって、本例も異なる部分についてのみ詳述する。
【0043】
図7に示すように、タンデム構造のロータ3は、複数(本例は2つ)のロータユニット31,31からなる。本例のロータユニット31は、第1実施形態で記載したロータ3そのものである。そして、タンデム構造の場合、これらロータユニット31,31は、ロータ3の軸方向において上下逆向きに配置されることにより、N極同士(又はS極同士)が接触する向きにて取り付けられる。
【0044】
さて、本例の場合、ロータユニット31を複数設けるので、ロータ3の外周面においてN極やS極が広い面積にて形成される。よって、ロータ3のトルクを高く設定することが可能となり、モータ1を出力の高いものとして使用することが可能となる。
【0045】
なお、タンデム構造の場合、図8に示すように、2つのロータユニット31,31の間に、軟磁性材6を配置してもよい。なお、軟磁性材6は、図9に示すような円板状でもよいし、図10に示すような複数の歯32,32…を有する形状でもよい。軟磁性材6が歯32,32…を有する形状の場合、これら歯32,32…は、各ロータユニット31の一方の磁極の爪状磁極9,9に合わせて周方向に等間隔で形成される。
【0046】
また、図11に示すように、本例のロータ3は、第2実施形態に記載した軟磁性材6を持たないロータユニット33,33を使用することも可能である。この場合、軟磁性材6を持たない2つのロータユニット33,33の間に軟磁性材6を設けて、ロータユニット33,33のシャフト7に対する位置決めを確保する。
【0047】
本実施形態の構成によれば、第1及び第2実施形態に記載の(1)〜(8)に加え、以下に記載の効果を得ることができる。
(9)ロータ3の外周面におけるN極、S極の面積を広くとることが可能となるので、トルク向上に効果が高い。また、ロータ3を通過する磁束量も増え、これもトルク向上に寄与する。
【0048】
なお、実施形態はこれまでに述べた構成に限らず、以下の態様に変更してもよい。
・第3実施形態において、ロータユニット31(33)の個数は、2つに限定されず、3つ以上でもよい。
【0049】
・第3実施形態において、図7のタンデム構造の場合、同極で接触する回転子4(又は回転子5)同士を一体に形成してもよい。
・各実施形態において、軟磁性材6及びシャフト7は、一体形成された1部材でもよい。
【0050】
・各実施形態において、爪状磁極9,12の個数は、実施形態に記載した個数に限定されず、他の個数に変更可能である。
・各実施形態において、第1回転子4や第2回転子5に形成される磁気モーメントの向きは、適宜変更可能である。
【0051】
・各実施形態において、回転子4,5及び軟磁性材6の材質は、実施形態に記載以外のものを適宜採用可能である。
・各実施形態において、回転子4,5及び軟磁性材6の形状は、実施形態に記載したような形状に限定されず、他の形状に適宜変更可能である。
【符号の説明】
【0052】
1…モータ、2…ステータ、3…マグネット界磁のロータ、4…第1回転子、5…第2回転子、6…軟磁性材、7…シャフト、9…爪状磁極、10…切欠部、12…爪状磁極、13…切欠部、31,33…ロータユニット。
【技術分野】
【0001】
本発明は、マグネット界磁のランデル型ロータ及びモータに関する。
【背景技術】
【0002】
従来、モータの一種として、図12に示すようなマグネット界磁のランデル型ロータ81を有するモータ(回転電機)が周知である(例えば特許文献1等参照)。この型のモータのロータ81は、周方向に複数の爪状磁極82a,83aを有する鉄製の回転子鉄心82,83と、回転子鉄心82,83の間に配置された円板磁石84とを備える。そして、円板磁石84の磁界によって各爪状磁極82a,83aが周方向において交互に異なる磁極を生成することにより、いわゆるマグネット界磁のランデル型ロータとして機能する。
【0003】
ところで、この型のモータは、爪状磁極82a,83aが鉄で形成されているので、磁束のとり得る方向が自由で、実際のところ爪状磁極82a,83aの構造的な工夫だけでは、磁束のコントロール、つまり漏れ磁束を少なく抑えてモータの出力を確保するには限界がある。よって、特許文献1では、爪状磁極82a,83aの間に磁束整流用磁石を設けて、漏れ磁束を少なく抑える対策がなされている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【0004】
【特許文献1】実開平5−43749号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【0005】
しかし、特許文献1は、磁束整流用磁石が別途必要となるので、部品点数が増加したり、部品の組み付け工数が増加したりするなどの問題があった。よって、これらがモータのコストアップに繋がってしまうので、この種のマグネット界磁のランデル型ロータを有するモータにおいて、簡素な構造で爪状磁極に強い磁束を発生させて、モータの出力を確保することができる技術の開発ニーズがあった。
【0006】
本発明の目的は、少ない部品点数で爪状磁極に強い磁束を発生させて高出力を確保することができる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】
【0007】
前記問題点を解決するために、本発明では、周方向に複数の爪状磁極を有する第1回転子及び第2回転子が設けられ、これら一方の爪状磁極が他方の爪状磁極間の切欠部に入り込む組み付け状態をとり、前記第1回転子及び前記第2回転子を磁石で形成することにより、当該磁石の磁界によって複数の前記爪状磁極を周方向において交互にN極/S極として形成するロータであることを要旨とする。
【0008】
本発明の構成によれば、第1回転子及び第2回転子のそれぞれを磁石で形成するので、第1回転子及び第2回転子のそれぞれが自ら磁極を持つ部材となり、第1回転子及び第2回転子の各々の爪状磁極は磁束の方向性を持つことになる。このため、背景技術で述べたような磁束整流用磁石を用意しなくとも、各爪状磁極に強い磁束にてN極/S極を生じさせることが可能となる。よって、少ない部品点数で爪状磁極に強い磁束を発生させて、ロータの高出力を確保することが可能となる。
【0009】
本発明では、前記磁石は、ある特定の方向に磁化が向く異方性磁石であることを要旨とする。この構成によれば、第1回転子及び第2回転子を異方性磁石により形成するので、ある特定方向に向く強い磁束を、各爪状磁極に発生させるのに効果が高くなる。よって、ロータのトルク確保に効果が高い。
【0010】
本発明では、前記第1回転子及び前記第2回転子の間には、シャフトに取り付け固定された軟磁性材の板材が、前記第1回転子及び前記第2回転子の位置決め用の部材として設けられていることを要旨とする。この構成によれば、軟磁性材はシャフトに対し、例えば圧入固定などでしっかりと組み付けられ、この軟磁性材に磁石製の第1回転子及び第2回転子が磁力により吸着することにより、第1回転子及び第2回転子がシャフトに対して位置決めされる。このため、爪状磁極の周方向における等角配置(均等配置)が確保され、ロータの所望出力の確保に効果が高くなる。
【0011】
本発明では、前記第1回転子及び前記第2回転子の間には、これらを位置決めする部材としての軟磁性材の板材が設けられておらず、当該第1回転子及び第2回転子がシャフトに直接取り付けられていることを要旨とする。この構成によれば、軟磁性材を使用しないことにより、部品点数が削減されるので、ロータ体格の小型化に寄与する。
【0012】
本発明では、前記磁石は、焼結磁石又はボンド磁石であることを要旨とする。この構成によれば、第1回転子や第2回転子を圧縮成型や射出成形のどちらでも製造することが可能となるので、製造方法が1通りに限定されてしまうことがない。
【0013】
本発明では、前記磁石は、フェライト磁石、サマリウムコバルト系磁石、サマリウム鉄窒素系磁石、ネオジム磁石又はアルニコ磁石であることを要旨とする。この構成によれば、これら汎用的な材料によっても第1回転子や第2回転子を製造することも可能である。
【0014】
本発明では、前記軟磁性材は、軟鉄、金属ガラス、パーメンジュール又はアモルファスであることを要旨とする。この構成によれば、軟磁性材を剛性の高い材料で形成することが可能となるので、軟磁性材をシャフトに対し強固に固定することが可能となる。よって、軟磁性材に磁力にて固定された第1回転子及び第2回転子を、シャフトに対してずれ難くすることが可能となる。
【0015】
本発明では、前記第1回転子及び前記第2回転子の組からなるロータユニットを、お互いの同極同士が接触する向きで軸方向に複数積層したタンデム構造であることを要旨とする。この構成によれば、ロータの外周面において各爪状磁極が形成するN極/S極の面積を広くとることが可能となるので、トルク向上に効果が高くなる。
【0016】
本発明では、周方向に複数の爪状磁極を有する第1回転子及び第2回転子が設けられ、これら一方の爪状磁極が他方の爪状磁極間の切欠部に入り込む組み付け状態をとり、前記第1回転子及び前記第2回転子を磁石で形成することにより、当該磁石の磁界によって複数の前記爪状磁極が周方向において交互にN極/S極となるロータと、当該ロータを回転可能に支持するステータとを備えたモータであることを要旨とする。
【発明の効果】
【0017】
本発明によれば、少ない部品点数で爪状磁極に強い磁束を発生させて高出力を確保することができる。
【図面の簡単な説明】
【0018】
【図1】第1実施形態のモータの構成図。
【図2】ロータの外観を示す斜視図。
【図3】ロータの部品構成を示す分解斜視図。
【図4】第1回転子に発生する磁界を説明する斜視図。
【図5】第1回転子及び第2回転子に発生する磁界を説明する断面図。
【図6】第2実施形態のロータに発生する磁界を説明する断面図。
【図7】第3実施形態のロータに発生する磁界を説明する断面図。
【図8】他の実施形態のロータに発生する磁界を説明する断面図。
【図9】他の実施形態のロータの構成を示す分解斜視図。
【図10】他の実施形態のロータの構成を示す分解斜視図。
【図11】他の実施形態のロータに発生する磁界を説明する断面図。
【図12】従来のロータの部品構成を示す分解斜視図。
【発明を実施するための形態】
【0019】
(第1実施形態)
以下、本発明を具体化したロータ及びモータの第1実施形態を図1〜図5に従って説明する。
【0020】
図1に示すように、モータ1には、モータ1の固定側となるステータ2が設けられ、このステータ2の内部に、モータ1の回転側となるロータ3がステータ2に対して回転可能に設けられている。そして、ステータ2の鉄心に巻かれた巻線に電流が流されると、ステータ2とロータ3との間のマグネット界磁(永久磁石界磁)に発生する磁界によって、ロータ3がステータ2に対して回転する。
【0021】
図2及び図3に示すように、本例のようなマグネット界磁のランデル型ロータ3には、例えば永久磁石からなる一対の回転子4,5と、これら一対の回転子4,5の間に挟まれた板材の軟磁性材6とが設けられている。本例のモータ1は、2枚の回転子4,5からなる一層構造をなしている。本例の場合、紙面上側を第1回転子4とし、紙面下側を第2回転子5とする。ロータ3の軸中心には、ロータ3の回転軸となる非磁性体のシャフト7が取り付けられている。
【0022】
第1回転子4において略円板状の回転子本体部8の周縁には、周方向に沿って等間隔に並ぶ複数の爪状磁極9,9…が、外側に向かって放射状に突設されている。さらに、第1回転子4の爪状磁極9は、モータ軸方向に沿って延出する形状、つまり図2及び図3において紙面下方向に飛び出す形状をなし、隣同士の爪状磁極9,9の間が切欠部10となっている。第2回転子5は、第1回転子4と略同一形状をなし、第1回転子4と同様に回転子本体部11、爪状磁極12及び切欠部13を有する。第1回転子4及び第2回転子5は、一方の爪状磁極9(12)が他方の切欠部13(10)の入り込むように、かつ逆の磁極同士が接するように、上下逆さまの組み付け状態をとる。これにより、第1回転子4の爪状磁極9と第2回転子5の爪状磁極12とは、ロータ周方向において交互に配置される。各回転子4,5の中心には、シャフト7を挿通する通し孔14,15が各々貫設されている。
【0023】
爪状磁極9(12)は、ロータ径方向から見て長方形に形成されている。なお、爪状磁極9(12)は、例えば正四角形状や台形状に形成されてもよい。また、回転子本体部8と爪状磁極9(12)との間の隙間は、断面が長方形状となるように形成されている。さらに、隣り合う爪状磁極9,12の間は、ロータ径方向から見て長方形の空間をなすように離間する。
【0024】
本例の第1回転子4及び第2回転子5は、異方性磁石(極異方性磁石)からなる。異方性磁石は、ある特定の方向に磁化された磁石であって、その特定方向に強い磁力を有する。異方性磁石は、例えば焼結磁石、ボンド磁石(プラスチックマグネット、ゴムマグネット等)などが使用されている。また、これ以外に、例えばフェライト磁石、サマリウム鉄窒素(Sm−Fe−N)系磁石、サマリウムコバルト系磁石、ネオジム磁石、アルニコ磁石などを使用してもよい。
【0025】
軟磁性材6は、円板状をなすとともに、例えば軟鉄、金属ガラス、パーメンジュール、アモルファスのいずれかからなる。軟磁性材6は、中央の通し孔16にシャフト7が通されるとともに、シャフト7に圧入固定されている。即ち、軟磁性材6が圧入固定によってシャフト7に強固に固定され、この軟磁性材6に回転子4,5が磁力によって吸着することにより、回転子4,5が位置決め固定されている。これにより、回転子4,5のシャフト7に対する位置合わせがなされる。
【0026】
図4及び図5に示すように、第1回転子4は、回転子本体部8の内面17から爪状磁極9の方向に磁気モーメントが向くように着磁されている。よって、第1回転子4は、各爪状磁極9,9…の外周面がN極(外周側N極)となり、回転子本体部8の内面17、つまり軸方向垂直面がS極(軸垂直面側S極)となっている。図5に示すように、第2回転子5は、爪状磁極12,12…から回転子本体部11の内面18の方向に磁気モーメントが向くように着磁されている。よって、第2回転子5は、各爪状磁極12,12…の外周側がS極(外周側S極)となり、回転子本体部11の内面18、つまり軸方向垂直面がN極(軸垂直面側N極)となっている。
【0027】
よって、第1回転子4と第2回転子5とを組み付けると、第1回転子4のN極の爪状磁極9,9…が第2回転子5の各切欠部13,13…に入り込み、第2回転子5のS極の爪状磁極12,12…が第1回転子4の各切欠部10,10…に入り込む配置位置をとる。このため、ロータ3の周方向において、N極とS極とが交互に並び、ロータ3がマグネット界磁のランデル型ロータとして機能することになる。
【0028】
次に、本例のモータ1の作用を、図4及び図5を用いて説明する。
図4及び図5に示すように、第1回転子4と第2回転子5とを鉄ではなく永久磁石により形成し、第1回転子4を外周側N極となるように着磁し、第2回転子5を外周側S極となるように着磁する。このため、図5に示すように、第2回転子5の外周側S極から軸垂直面側N極に向かい、さらに軟磁性材6を通って、第1回転子4の軸垂直面側S極から外周側N極に向かう磁束通路が形成される。これにより、ステータ2が通電された際には、ロータ3がステータ2に対して回転可能となる。
【0029】
以上により、本例においては、第1回転子4及び第2回転子5を磁石(異方性磁石)により形成するので、第1回転子4及び第2回転子5のそれぞれが、自ら磁極を持つ部材となる。このため、各回転子4,5の各爪状磁極9,12は、自ら磁束の方向性を持つことになり、爪状磁極9,12に発生されるべき磁束の強度が確保される。よって、背景技術で述べたような磁束整流用磁石を用意しなくとも、各爪状磁極9,12に強い磁束でN極/S極を発生させることが可能となる。これにより、少ない部品点数で爪状磁極9,12に強い磁束を発生させて、ロータ3(モータ1)の高出力を確保することが可能となる。
【0030】
ところで、第1回転子4及び第2回転子5を、軟磁性材6を用いずにシャフト7に直に固定することも想定されるが、仮に第1回転子4及び第2回転子5を焼結磁石やボンド磁石で形成すると、割れたり緩んだりしてシャフト7との結合を確保することができない現状がある。また、第1回転子4や第2回転子5のシャフト7に対する組み付けが緩いと、第1回転子4や第2回転子5がシャフト7に対して周方向にずれ、ロータ周方向における等角配置(均等配置)が崩れる可能性がある。こうなると、ロータ3から不均等な磁束が発生されてしまい、所望の出力を得ることができない問題に繋がる。
【0031】
そこで、本例の場合、第1回転子4及び第2回転子5の間に軟磁性材6を設け、これを圧入固定等でシャフト7に強固に組み付け固定する。そして、第1回転子4及び第2回転子5を、磁石の磁力によって軟磁性材6に強固に吸着することにより、第1回転子4及び第2回転子5に位置決めする。このため、第1回転子4及び第2回転子5がシャフト7に対して周方向に動き難くなるので、第1回転子4及び第2回転子5の周方向における等角配置(均等配置)が確保される。これにより、ロータ3の所望出力の確保に効果が高くなる。
【0032】
本実施形態の構成によれば、以下に記載の効果を得ることができる。
(1)第1回転子4及び第2回転子5を磁石(異方性磁石)で形成したので、第1回転子4及び第2回転子5の各爪状磁極9,12に磁束の方向性を持たせることが可能となり、背景技術で述べたような磁束整流用磁石が不要となる。よって、少ない部品点数で爪状磁極9,12に強い磁束を発生させて、ロータ3(モータ1)の高出力を確保することができる。また、本例の構造は、ロータ3の多極化にも有利である。
【0033】
(2)第1回転子4及び第2回転子5を異方性磁石により形成するので、ある特定方向(N極/S極)に向く強い磁束を、各爪状磁極9,12に発生させるのに効果が高くなる。よって、ロータ3(モータ1)のトルク確保に効果が高くなる。
【0034】
(3)第1回転子4と第2回転子5との間に、シャフト7に圧入固定等により強固に固定された軟磁性材6を設け、この軟磁性材6に磁石製の第1回転子4及び第2回転子5が磁力によって吸着することにより、第1回転子4及び第2回転子5がシャフト7に対して周方向に位置決めされる。このため、爪状磁極9,12のロータ周方向における等角配置(均等配置)が確保され、ロータ3(モータ1)の所望出力の確保に効果が高くなる。
【0035】
(4)第1回転子4や第2回転子5を焼結磁石やボンド磁石とした場合、第1回転子4や第2回転子5を例えば圧縮成形や射出成形のどちらでの形成することが可能となるので、製造方法が1通りに限定されてしまうことがない。
【0036】
(5)第1回転子4や第2回転子5を、フェライト磁石、サマリウムコバルト系磁石、サマリウム鉄窒素系磁石、ネオジム磁石、アルニコ磁石で形成することも可能であるので、これら汎用的な材料によっても第1回転子4や第2回転子5を製造することができる。
【0037】
(6)軟鉄、金属ガラス、パーメンジュール、アモルファス等の剛性の高い材料で軟磁性材6を形成すれば、軟磁性材6をシャフト7に対し、より強固に固定することができる。よって、軟磁性材6に磁力にて吸着する第1回転子4及び第2回転子5を、シャフト7に対してロータ周方向に位置ずれし難くすることができる。
【0038】
(7)第1回転子4(第2回転子5)の外周面に一方の磁極を持たせ、回転子本体部8(11)の軸方向垂直面に他方の磁極を持たせた。このため、第1回転子4(第2回転子5)において磁束を発生させる磁性材を、ロータ径方向の中央部まで配置することが可能となるので、磁性材の粒子が多くなり、磁束量を増やすことができる。
【0039】
(第2実施形態)
次に、第2実施形態を図6に従って説明する。なお、第2実施形態は、第1実施形態に記載の軟磁性材6を省略した構成であって、他の基本的な構成は同じである。よって、第1実施形態と同一部分には同一符号を付して詳しい説明を省略し、異なる部分についてのみ詳述する。
【0040】
図6に示すように、本例のロータ3の場合、軟磁性材6を省略し、第1回転子4と第2回転子5とを直に当接させる構造をとる。この場合、第1回転子4及び第2回転子5は、例えば接着等によってシャフト7に取り付け固定されている。このように、ロータ3から軟磁性材6を省略すれば、その分だけロータ3に構成部品が減ることになる。よって、本例の構成は、部品コスト削減や、ロータ3の体格小型化に効果が高くなる。
【0041】
本実施形態の構成によれば、第1実施形態に記載の(1)〜(7)に加え、以下に記載の効果を得ることができる。
(8)軟磁性材6を省略することにより、部品点数が削減されるので、ロータ3の体格小型化に効果が高い。
【0042】
(第3実施形態)
次に、第3実施形態を図7〜図11に従って説明する。なお、第3実施形態は、第1及び第2実施形態ではロータ3をタンデム構造(積層構造)にした点で異なり、他の基本的構成は同じである。よって、本例も異なる部分についてのみ詳述する。
【0043】
図7に示すように、タンデム構造のロータ3は、複数(本例は2つ)のロータユニット31,31からなる。本例のロータユニット31は、第1実施形態で記載したロータ3そのものである。そして、タンデム構造の場合、これらロータユニット31,31は、ロータ3の軸方向において上下逆向きに配置されることにより、N極同士(又はS極同士)が接触する向きにて取り付けられる。
【0044】
さて、本例の場合、ロータユニット31を複数設けるので、ロータ3の外周面においてN極やS極が広い面積にて形成される。よって、ロータ3のトルクを高く設定することが可能となり、モータ1を出力の高いものとして使用することが可能となる。
【0045】
なお、タンデム構造の場合、図8に示すように、2つのロータユニット31,31の間に、軟磁性材6を配置してもよい。なお、軟磁性材6は、図9に示すような円板状でもよいし、図10に示すような複数の歯32,32…を有する形状でもよい。軟磁性材6が歯32,32…を有する形状の場合、これら歯32,32…は、各ロータユニット31の一方の磁極の爪状磁極9,9に合わせて周方向に等間隔で形成される。
【0046】
また、図11に示すように、本例のロータ3は、第2実施形態に記載した軟磁性材6を持たないロータユニット33,33を使用することも可能である。この場合、軟磁性材6を持たない2つのロータユニット33,33の間に軟磁性材6を設けて、ロータユニット33,33のシャフト7に対する位置決めを確保する。
【0047】
本実施形態の構成によれば、第1及び第2実施形態に記載の(1)〜(8)に加え、以下に記載の効果を得ることができる。
(9)ロータ3の外周面におけるN極、S極の面積を広くとることが可能となるので、トルク向上に効果が高い。また、ロータ3を通過する磁束量も増え、これもトルク向上に寄与する。
【0048】
なお、実施形態はこれまでに述べた構成に限らず、以下の態様に変更してもよい。
・第3実施形態において、ロータユニット31(33)の個数は、2つに限定されず、3つ以上でもよい。
【0049】
・第3実施形態において、図7のタンデム構造の場合、同極で接触する回転子4(又は回転子5)同士を一体に形成してもよい。
・各実施形態において、軟磁性材6及びシャフト7は、一体形成された1部材でもよい。
【0050】
・各実施形態において、爪状磁極9,12の個数は、実施形態に記載した個数に限定されず、他の個数に変更可能である。
・各実施形態において、第1回転子4や第2回転子5に形成される磁気モーメントの向きは、適宜変更可能である。
【0051】
・各実施形態において、回転子4,5及び軟磁性材6の材質は、実施形態に記載以外のものを適宜採用可能である。
・各実施形態において、回転子4,5及び軟磁性材6の形状は、実施形態に記載したような形状に限定されず、他の形状に適宜変更可能である。
【符号の説明】
【0052】
1…モータ、2…ステータ、3…マグネット界磁のロータ、4…第1回転子、5…第2回転子、6…軟磁性材、7…シャフト、9…爪状磁極、10…切欠部、12…爪状磁極、13…切欠部、31,33…ロータユニット。
【特許請求の範囲】
【請求項1】
周方向に複数の爪状磁極を有する第1回転子及び第2回転子が設けられ、これら一方の爪状磁極が他方の爪状磁極間の切欠部に入り込む組み付け状態をとり、前記第1回転子及び前記第2回転子を磁石で形成することにより、当該磁石の磁界によって複数の前記爪状磁極を周方向において交互にN極/S極として形成する
ことを特徴とするロータ。
【請求項2】
前記磁石は、ある特定の方向に磁化が向く異方性磁石である
ことを特徴とする請求項1に記載のロータ。
【請求項3】
前記第1回転子及び前記第2回転子の間には、シャフトに取り付け固定された軟磁性材の板材が、前記第1回転子及び前記第2回転子の位置決め用の部材として設けられている
ことを特徴とする請求項1又は2に記載のロータ。
【請求項4】
前記第1回転子及び前記第2回転子の間には、これらを位置決めする部材としての軟磁性材の板材が設けられておらず、当該第1回転子及び第2回転子がシャフトに直接取り付けられている
ことを特徴とする請求項1又は2に記載のロータ。
【請求項5】
前記磁石は、焼結磁石又はボンド磁石である
ことを特徴とする請求項1〜4のうちいずれか一項に記載のロータ。
【請求項6】
前記磁石は、フェライト磁石、サマリウムコバルト系磁石、サマリウム鉄窒素系磁石、ネオジム磁石又はアルニコ磁石である
ことを特徴とする請求項1〜4のうちいずれか一項に記載のロータ。
【請求項7】
前記軟磁性材は、軟鉄、金属ガラス、パーメンジュール又はアモルファスである
ことを特徴とする請求項3,5,6のうちいずれか一項に記載のロータ。
【請求項8】
前記第1回転子及び前記第2回転子の組からなるロータユニットを、お互いの同極同士が接触する向きで軸方向に複数積層したタンデム構造である
ことを特徴とする請求項1〜7のうちいずれか一項に記載のロータ。
【請求項9】
周方向に複数の爪状磁極を有する第1回転子及び第2回転子が設けられ、これら一方の爪状磁極が他方の爪状磁極間の切欠部に入り込む組み付け状態をとり、前記第1回転子及び前記第2回転子を磁石で形成することにより、当該磁石の磁界によって複数の前記爪状磁極が周方向において交互にN極/S極となるロータと、
当該ロータを回転可能に支持するステータと
を備えたことを特徴とするモータ。
【請求項1】
周方向に複数の爪状磁極を有する第1回転子及び第2回転子が設けられ、これら一方の爪状磁極が他方の爪状磁極間の切欠部に入り込む組み付け状態をとり、前記第1回転子及び前記第2回転子を磁石で形成することにより、当該磁石の磁界によって複数の前記爪状磁極を周方向において交互にN極/S極として形成する
ことを特徴とするロータ。
【請求項2】
前記磁石は、ある特定の方向に磁化が向く異方性磁石である
ことを特徴とする請求項1に記載のロータ。
【請求項3】
前記第1回転子及び前記第2回転子の間には、シャフトに取り付け固定された軟磁性材の板材が、前記第1回転子及び前記第2回転子の位置決め用の部材として設けられている
ことを特徴とする請求項1又は2に記載のロータ。
【請求項4】
前記第1回転子及び前記第2回転子の間には、これらを位置決めする部材としての軟磁性材の板材が設けられておらず、当該第1回転子及び第2回転子がシャフトに直接取り付けられている
ことを特徴とする請求項1又は2に記載のロータ。
【請求項5】
前記磁石は、焼結磁石又はボンド磁石である
ことを特徴とする請求項1〜4のうちいずれか一項に記載のロータ。
【請求項6】
前記磁石は、フェライト磁石、サマリウムコバルト系磁石、サマリウム鉄窒素系磁石、ネオジム磁石又はアルニコ磁石である
ことを特徴とする請求項1〜4のうちいずれか一項に記載のロータ。
【請求項7】
前記軟磁性材は、軟鉄、金属ガラス、パーメンジュール又はアモルファスである
ことを特徴とする請求項3,5,6のうちいずれか一項に記載のロータ。
【請求項8】
前記第1回転子及び前記第2回転子の組からなるロータユニットを、お互いの同極同士が接触する向きで軸方向に複数積層したタンデム構造である
ことを特徴とする請求項1〜7のうちいずれか一項に記載のロータ。
【請求項9】
周方向に複数の爪状磁極を有する第1回転子及び第2回転子が設けられ、これら一方の爪状磁極が他方の爪状磁極間の切欠部に入り込む組み付け状態をとり、前記第1回転子及び前記第2回転子を磁石で形成することにより、当該磁石の磁界によって複数の前記爪状磁極が周方向において交互にN極/S極となるロータと、
当該ロータを回転可能に支持するステータと
を備えたことを特徴とするモータ。
【図1】
【図2】
【図3】
【図4】
【図5】
【図6】
【図7】
【図8】
【図9】
【図10】
【図11】
【図12】
【図2】
【図3】
【図4】
【図5】
【図6】
【図7】
【図8】
【図9】
【図10】
【図11】
【図12】
【公開番号】特開2013−99106(P2013−99106A)
【公開日】平成25年5月20日(2013.5.20)
【国際特許分類】
【出願番号】特願2011−239518(P2011−239518)
【出願日】平成23年10月31日(2011.10.31)
【出願人】(000101352)アスモ株式会社 (1,622)
【Fターム(参考)】
【公開日】平成25年5月20日(2013.5.20)
【国際特許分類】
【出願日】平成23年10月31日(2011.10.31)
【出願人】(000101352)アスモ株式会社 (1,622)
【Fターム(参考)】
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