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発明の名称 ロータ
発行国 日本国特許庁(JP)
公報種別 公開特許公報(A)
公開番号 特開2007−14178(P2007−14178A)
公開日 平成19年1月18日(2007.1.18)
出願番号 特願2005−195319(P2005−195319)
出願日 平成17年7月4日(2005.7.4)
代理人 【識別番号】100068755
【弁理士】
【氏名又は名称】恩田 博宣
発明者 宮田 大介 / 石川 龍也
要約 課題
磁石の極性の位置にかかわらず、モータの応答性を向上することができるロータを提供する。

解決手段
ロータ10は、回転軸11と、回転軸に一体回転するように固定されたロータバックヨーク12と、ロータバックヨークの外周面に固着された永久磁石13とを備える。ロータバックヨーク12は、軸方向中間部において、永久磁石13と接する外周部12cを除く部分に、肉抜き部12bを有する。外周部12cの磁路幅W1を磁束の飽和を生じない寸法とする。
特許請求の範囲
【請求項1】
回転軸と、該回転軸に一体回転するように固定されたロータバックヨークと、該ロータバックヨークの外周面に固着された永久磁石とを備えるロータにおいて、
前記ロータバックヨークは、前記永久磁石と接する外周部を除く部分に肉抜き部を有し、前記外周部の磁路幅を磁束の飽和を生じない寸法とす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、
前記肉抜き部は、前記ロータバックヨークの軸方向両端部において、内周面から径方向外側に凹設されてなることを特徴とするロータ。
【請求項3】
請求項1に記載のロータにおいて、
前記肉抜き部は、前記ロータバックヨークの軸方向中間部において、内周面から径方向外側に凹設されてなることを特徴とするロータ。
【請求項4】
回転軸と、該回転軸に一体回転するように固定されたロータバックヨークと、該ロータバックヨークの外周面に固着された永久磁石とを備えるロータにおいて、
前記ロータバックヨークは、前記回転軸の軸方向と平行であり、円周方向に所定角度ごとに設けられた複数の孔を備え、該孔は前記回転軸からそれぞれ同一の距離に配置され、ロータバックヨークの内周面と各孔の内周面との間の磁路幅(W4)、各孔の内周面とロータバックヨークの外周面との間の磁路幅(W5)、および各孔と孔との間の磁路幅(W6)は、磁束の飽和が生じない磁路幅が確保されるように設定することを特徴とするロータ。
【請求項5】
請求項4に記載のロータにおいて、
前記ロータバックヨークの内周面には、前記回転軸に固定する際の圧入荷重を低減させるための複数の切り欠きが軸方向と平行に所定角度ごとに形成されており、
前記複数の孔は、各隣接する前記切り欠きの中央部の角度位置に配置されていることを特徴とするロータ。
【請求項6】
請求項5に記載のロータにおいて、
前記切り欠きの先端と前記孔の内周面との間の磁路幅(W3)は磁束の飽和が生じない磁路幅が確保されるように設定することを特徴とするロータ。
発明の詳細な説明
【技術分野】
【0001】
本発明は、モータの備えるロータに関するものである。
【背景技術】
【0002】
従来、例えばブラシレスモータでは、固定子(ステータ)側に巻線を備え、回転子(ロータ)側に永久磁石を備えている。そして、回転子としては、その回転軸(シャフト)と永久磁石との間にロータバックヨークを備えたものも知られている(例えば特許文献1など)。このロータバックヨークは、回転軸及び永久磁石を一体回転するように固定するための機能と、永久磁石の磁束を効率よく通す磁路としての機能を併せ有している。
【0003】
図4(a)(b)及び図5(a)(b)は、こうした回転子の従来形態を示す平面図及び縦断面図である。同図に示されるように、回転子90は、回転軸91と、回転軸91に一体回転するように固定されたロータバックヨーク92と、ロータバックヨーク92の外周面に固着された永久磁石93とを備えている。なお、図4では、磁性粉体を成形(焼結)してなるロータバックヨーク92Aを示しており、図5では、鋼板を積層してなるロータバックヨーク92Bを示している。
【特許文献1】特開平9−275669号公報
【特許文献2】特開平9−275652号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【0004】
ところで、図4及び図5に示したいずれのロータバックヨーク92A,92Bであっても、回転軸91及び永久磁石93間全体に充満される磁性体の塊となるため、回転子のイナーシャ(慣性モーメント)が大きくなってモータの応答性が損なわれることになっている。
【0005】
一方、特許文献2の技術においては、断面円弧状に複数に分割された磁石の中心の延長上に空間部を設けている。この場合において、分割されないリング状の磁性体をロータバックヨークの外周に設けた後、磁性体を着磁することにより磁石を作成する方法をとろうとすると、磁化する位置決めを正確に行う必要がある。また、更に、軸方向に向かうにつれ磁極が円周方向にずれるようなスキュー着磁を行うと、空間部を螺旋状に設けなくてはならなくなる。
【0006】
そこで、本発明は、磁石の極性の位置にかかわらず、モータの応答性を向上することを課題とする。
【課題を解決するための手段】
【0007】
上記問題点を解決するために、請求項1に記載の発明は、回転軸と、該回転軸に一体回転するように固定されたロータバックヨークと、該ロータバックヨークの外周面に固着された永久磁石とを備えるロータにおいて、前記ロータバックヨークは、前記永久磁石と接する外周部を除く部分に肉抜き部を有し、前記外周部の磁路幅を磁束の飽和を生じない寸法とすることを要旨とする。
【0008】
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、前記肉抜き部は、前記ロータバックヨークの軸方向両端部において、内周面から径方向外側に凹設されてなることを要旨とする。
【0009】
請求項3に記載の発明は、請求項1に記載のロータにおいて、前記肉抜き部は、前記ロータバックヨークの軸方向中間部において、内周面から径方向外側に凹設されてなることを要旨とする。
【0010】
請求項4に記載の発明は、回転軸と、該回転軸に一体回転するように固定されたロータバックヨークと、該ロータバックヨークの外周面に固着された永久磁石とを備えるロータにおいて、前記ロータバックヨークは、前記回転軸の軸方向と平行であり、円周方向に所定角度ごとに設けられた複数の孔を備え、該孔は前記回転軸からそれぞれ同一の距離に配置され、ロータバックヨークの内周面と各孔の内周面との間の磁路幅、各孔の内周面とロータバックヨークの外周面との間の磁路幅、および各孔と孔との間の磁路幅は、磁束の飽和が生じない磁路幅が確保されるように設定することを要旨とする。
【0011】
請求項5に記載の発明は、請求項4に記載のロータにおいて、前記ロータバックヨークの内周面には、前記回転軸に固定する際の圧入荷重を低減させるための複数の切り欠きが軸方向と平行に所定角度ごとに形成されており、前記複数の孔は、各隣接する前記切り欠きの中央部の角度位置に配置されていることを要旨とする。
【0012】
請求項6に記載の発明は、請求項5に記載のロータにおいて、前記切り欠きの先端と前記孔の内周面との間の磁路幅は磁束の飽和が生じない磁路幅が確保されるように設定することを要旨とする。
【0013】
(作用)
請求項1又は2に記載の発明によれば、前記ロータバックヨークは、前記永久磁石と接する外周部を除く部分に肉抜き部を有することで、その形成に伴う軽量化の分だけ、ロータのイナーシャ(慣性モーメント)が低減されて、該ロータを備えるモータの応答性が向上される。また、前記外周部の磁路幅が磁束の飽和を生じない寸法とされることで、例えば分割されないリング状の磁性体をロータバックヨークの外周に設けた後、磁性体を着磁することにより磁石を作成する方法をとる場合であっても、磁化する位置決めを正確に行う必要はない。
【0014】
請求項3に記載の発明によれば、前記肉抜き部は、前記ロータバックヨークの軸方向中間部において、内周面から径方向外側に凹設されていることで、該ロータバックヨークは、その軸方向両端部において、両持ち支持で前記回転軸に固定される。従って、前記ロータバックヨークは、より安定した姿勢で前記回転軸に固定・支持される。
【0015】
請求項4に記載の発明によれば、前記ロータバックヨークは、前記回転軸の軸方向と平行であり、円周方向に所定角度ごとに設けられた複数の孔を備えることで、その形成に伴う軽量化の分だけ、ロータのイナーシャが低減されて、該ロータを備えるモータの応答性が向上される。また、前記複数の孔は前記回転軸からそれぞれ同一の距離に配置され、ロータバックヨークの内周面と各孔の内周面との間の磁路幅(W4)、各孔の内周面とロータバックヨークの外周面との間の磁路幅(W5)、および各孔と孔との間の磁路幅(W6)は、磁束の飽和が生じない磁路幅が確保されるように設定されることで、例えば分割されないリング状の磁性体をロータバックヨークの外周に設けた後、磁性体を着磁することにより磁石を作成する方法をとる場合であっても、磁化する位置決めを正確に行う必要はない。特に、前記複数の孔が配設される角度位置であっても、前記ロータバックヨークの径方向両側に磁路が形成されるため、所要の磁路幅に対し前記複数の孔を該ロータバックヨークのより外周側に配置することができ、この場合にはロータのイナーシャがより低減される。
【0016】
請求項5又は6に記載の発明によれば、前記複数の孔は、各隣接する前記切り欠きの中央部の角度位置に配置されていることで、例えばこれら孔及び切り欠きを互いに同一の角度位置に配置する場合に比べて、所定の磁路幅を確保する際の該孔の開口面積をより増大することができ、この場合にはロータのイナーシャがより低減される。
【発明の効果】
【0017】
請求項1乃至6に記載の発明では、磁石の極性の位置にかかわらず、モータの応答性を向上することができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【0018】
(第1の実施形態)
以下、本発明をブラシレスモータのロータに具体化した第1の実施形態について図1に従って説明する。なお、図1(a)は、本実施形態のロータ10を示す平面図であり、図1(b)は、図1(a)の1B−1B線に沿った断面図である。同図に示されるように、このロータ10は、回転軸11と、ロータバックヨーク12と、永久磁石13とを備えている。
【0019】
前記ロータバックヨーク12は、鋼板を積層することで成形されており、回転軸11の外径と同等の内径を有して略円筒状に形成されている。そして、上記ロータバックヨーク12の内周面には、複数(10個)の切り欠き12aが軸方向と平行に所定角度ごとに形成されている。このロータバックヨーク12は、前記回転軸11に圧入されることで、回転軸11に一体回転するように固定されている。この際、前記複数の切り欠き12aにより、回転軸11及びロータバックヨーク12間の圧入荷重が低減されている。
【0020】
また、上記ロータバックヨーク12には、その軸方向中間部において、内周面から径方向外側に同心円状に凹設された肉抜き部12bが形成されている。つまり、上記ロータバックヨーク12は、前記永久磁石13と接する外周部12cを除く部分に肉抜き部12bを有している。上記肉抜き部12bは、ロータバックヨーク12が軸方向に直交する面に対し対称構造となるように形成されている。この肉抜き部12bは、軸方向両端部と中間部とで積層する鋼板の形状を変更することで形成されている。つまり、軸方向両端部においてそれぞれ積層される鋼板14は、前記回転軸11の外径と同等の内径を有する円盤状に成形されている。一方、軸方向中間部において積層される鋼板15は、前記回転軸11の外径よりも大きい内径及び鋼板14と同等の外径を有する円盤状に成形されている。なお、上記ロータバックヨーク12の肉抜き寸法(回転軸11の外周面から肉抜き部12bの内周面までの径方向の距離)は、同ロータバックヨーク12の外周部12cに所要の磁路幅W1が確保されて、磁束の飽和が生じない寸法に設定されている。
【0021】
前記永久磁石13は、前記ロータバックヨーク12の外径と同等の内径を有する円筒状に形成されており、ロータバックヨーク12の外周面に固着されている。この永久磁石13は、所定角度ごとに互い違いとなる極性(N極、S極)を有している。なお、この永久磁石13は、円弧状の複数の永久磁石を極性が互い違いになるように円筒状に一体化させたものであってもよく、円筒状の単独の素材を互い違いの極性で着磁したものであってもよい。
【0022】
このような構造をなすロータ10は、巻線を備える周知のステータの内側に回転自在に収容されて、巻線の給電制御により回転駆動される。
以上詳述したように、本実施形態によれば、以下に示す効果が得られるようになる。
【0023】
(1)本実施形態では、前記ロータバックヨーク12は、前記永久磁石13と接する外周部12cを除く部分に肉抜き部12bを有することで、その形成に伴う軽量化の分だけ、ロータ10のイナーシャを低減することができ、同ロータ10を備えるモータの応答性を向上することができる。
【0024】
また、前記外周部12cの磁路幅W1が磁束の飽和を生じない寸法とされることで、例えば分割されないリング状の磁性体をロータバックヨーク12の外周に設けた後、磁性体を着磁することにより磁石を作成する方法をとる場合であっても、磁化する位置決めを正確に行う必要はない。
【0025】
(2)本実施形態では、前記肉抜き部12bは、前記ロータバックヨーク12の軸方向中間部において、内周面から径方向外側に凹設されていることで、同ロータバックヨーク12は、その軸方向両端部において、両持ち支持で前記回転軸11に固定される。従って、前記ロータバックヨーク12を、より安定した姿勢で前記回転軸11に固定・支持することができる。
【0026】
(第2の実施形態)
以下、本発明をブラシレスモータのロータに具体化した第2の実施形態を図2に従って説明する。なお、第2の実施形態は、ロータバックヨークの軸方向両端部に肉抜き部を形成した構成であるため、同様の部分についてはその詳細な説明は省略する。
【0027】
図2(a)は、本実施形態のロータ20を示す平面図であり、図2(b)は、図2(a)の2B−2B線に沿った断面図である。同図に示されるように、このロータ20の備えるロータバックヨーク21は、鋼板を積層することで成形されており、前記回転軸11の外径と同等の内径を有して略円筒状に形成されている。そして、上記ロータバックヨーク21には、その軸方向両端部において、内周面から径方向外側に同心円状に凹設された肉抜き部21a,21bが形成されている。上記肉抜き部21a,21bは、ロータバックヨーク21が軸方向に直交する面に対し対称構造となるように形成されている。これら肉抜き部21a,21bは、軸方向両端部と中間部とで積層する鋼板の形状を変更することで形成されている。つまり、軸方向中間部において積層される鋼板22は、前記回転軸11の外径と同等の内径を有する円盤状に成形されている。一方、軸方向両端部においてそれぞれ積層される鋼板23は、前記回転軸11の外径よりも大きい内径及び鋼板22と同等の外径を有する円盤状に成形されている。なお、上記ロータバックヨーク21の肉抜き寸法(回転軸11の外周面から肉抜き部21a,21bの内周面までの径方向の距離)は、同ロータバックヨーク12の外周部21cに所要の磁路幅W2が確保されて、磁束の飽和が生じない寸法に設定されている。
【0028】
以上詳述したように、本実施形態によれば、前記第1の実施形態における(1)と同様の効果が得られるようになる。
(第3の実施形態)
以下、本発明をブラシレスモータのロータに具体化した第3の実施形態を図3に従って説明する。なお、第3の実施形態は、肉抜き部として、ロータバックヨークの軸方向と平行に貫通する複数の孔を採用した構成であるため、同様の部分についてはその詳細な説明は省略する。
【0029】
図3(a)は、本実施形態のロータ30を示す平面図であり、図3(b)は、図3(a)の3B−3B線に沿った断面図である。同図に示されるように、このロータ30の備えるロータバックヨーク31は、同一形状の鋼板を積層することで成形されており、前記回転軸11の外径と同等の内径を有して略円筒状に形成されている。そして、上記ロータバックヨーク31には、その軸方向と平行に所定角度ごとに貫通する複数(10個)の孔32が形成されている。上記孔32は、前記回転軸11からそれぞれ同一の距離に配置されている。これら複数の孔32は、前記切り欠き12aの外周側において、各隣接する切り欠き12aの中央部の角度位置に配置されている。換言すれば、前記複数の切り欠き12aは、各隣接する孔32の中央部の角度位置に配置されている。これら孔32は、実質的に所要の磁路幅が確保されるようにその開口面積及び径方向の位置等が設定されている。例えば、孔32の内周側の磁束の流れに対しては、隣接する前記各切り欠き12aの先端と各孔32の内周面との間に磁路幅W3が、ロータバックヨーク31の内周面(回転軸11の外周面)と各孔32の内周面との間に磁路幅W4がそれぞれ確保されている。また、孔32の外周側の磁束の流れに対しては、孔32の内周面とロータバックヨーク31の外周面との間に磁路幅W5が確保されている。さらに、隣り合う孔32の内周面の間に磁路幅W6が確保されている。これら磁路幅W3〜W6は、磁束の飽和が生じない実質的な磁路幅が確保されるように設定されている。
【0030】
以上詳述したように、本実施形態によれば、前記第1の実施形態における(1)の効果に加えて以下に示す効果が得られるようになる。
(1)本実施形態では、前記ロータバックヨーク31は、前記回転軸11の軸方向と平行であり、円周方向に所定角度ごとに設けられた複数の孔32を備えることで、その形成に伴う軽量化の分だけ、ロータ30のイナーシャを低減することができ、同ロータ30を備えるモータの応答性を向上することができる。
【0031】
また、前記複数の孔32は前記回転軸11からそれぞれ同一の距離に配置され、ロータバックヨーク31の内周面と各孔32の内周面との間の磁路幅W4、各孔32の内周面とロータバックヨーク31の外周面との間の磁路幅W5、および各孔32と孔32との間の磁路幅W6は、磁束の飽和が生じない磁路幅が確保されるように設定されることで、例えば分割されないリング状の磁性体をロータバックヨーク31の外周に設けた後、磁性体を着磁することにより磁石を作成する方法をとる場合であっても、磁化する位置決めを正確に行う必要はない。さらに、磁性体に対し、軸方向に向かうにつれ磁極が円周方向にずれるようなスキュー着磁を行って磁石を作成する方法をとる場合であっても、孔32を螺旋状に設ける必要はなく、ロータバックヨーク31を簡易に製造することができる。
【0032】
特に、前記複数の孔32が配設される角度位置であっても、前記ロータバックヨーク31の径方向両側に磁路が形成されるため、所要の磁路幅に対し前記複数の孔32を同ロータバックヨーク31のより外周側に配置することができ、この場合にはロータ30のイナーシャをより低減することができる。
【0033】
(2)本実施形態では、前記複数の孔32は、各隣接する前記切り欠き12aの中央部の角度位置に配置されていることで、例えばこれら孔32及び切り欠き12aを互いに同一の角度位置に配置する場合に比べて、所定の磁路幅を確保する際の同孔32の開口面積をより増大することができ、この場合にはロータのイナーシャをより低減することができる。
【0034】
なお、上記実施形態は以下のように変更してもよい。
・前記第3の実施形態において、孔32の形成によって回転軸11及びロータバックヨーク31間の圧入荷重が十分に低減されるのであれば、切り欠き12aを割愛してもよい。この場合、ロータバックヨーク31の形状をより簡易化することができる。
【0035】
・前記第3の実施形態において、孔32の形状は、円形に限らず、楕円形や多角形であってもよい。また、孔32の個数及び配置も任意である。さらに、孔32は、ロータバックヨーク31を軸方向に貫通する貫通孔とするとよいが、完全に貫通していない孔としてもよい。
【0036】
・前記各実施形態において、ロータバックヨークは、磁性粉体を成形(焼結)したものであってもよい。
・本発明は、ロータバックヨークを備えた永久磁石ロータであればよく、例えばステータ側に巻線及び整流子を備え、ロータ側に整流子に摺接するブラシを備えた直流ブラシモータに本発明を適用してもよい。なお、ロータ側のブラシへの給電は、回転に伴いステータ側の電極に摺接する適宜の電極にて行えばよい。
【0037】
・本発明において定義される肉抜き部は、回転軸及びロータバックヨーク間の圧入荷重を低減させるために、回転軸直近でロータバックヨークに設けられる切り欠きやガイドなど、実質的なイナーシャの低減に寄与し得ない形状とは区別されるべきものである。
【図面の簡単な説明】
【0038】
【図1】(a)(b)は、本発明の第1の実施形態を示す平面図及び断面図。
【図2】(a)(b)は、本発明の第2の実施形態を示す平面図及び断面図。
【図3】(a)(b)は、本発明の第3の実施形態を示す平面図及び断面図。
【図4】(a)(b)は、従来形態を示す平面図及び断面図。
【図5】(a)(b)は、従来形態を示す平面図及び断面図。
【符号の説明】
【0039】
10,20,30…ロータ、11…回転軸、12,21,31…ロータバックヨーク、12a…切り欠き、12b,21a,21b…肉抜き部、12c,21c…外周部、13…永久磁石、32…孔。




 

 


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