JP6054840B2 - ランデル型ロータ及びランデル型モータ - Google Patents
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Description
ランデル型ロータは、周方向に複数の爪状磁極をそれぞれ有して組み合わされる2つのロータコアと、それら2つのロータコアの間に配置された界磁磁石とを備え、各爪状磁極を交互に異なる磁極として機能させるロータである。そして、このランデル型ロータにおいて、隣り合う爪状磁極の間に極間補助磁石を配置して、ロータの漏れ磁束を低減させモータ出力の向上を図るようにしている。同様に、各爪状磁極の背面と界磁磁石及び他方の爪状磁極を有するロータコアの外周面との間に背面補助磁石を配置している。
上記ランデル型ロータにおいて、前記スリーブは、前記回転軸に対して非圧入されていることが好ましい。
上記ランデル型ロータにおいて、前記スリーブは、その外周面が前記界磁磁石の貫通穴と硬化樹脂性の接着剤にて接着固定されていることが好ましい。
上記ランデル型ロータにおいて、前記第1及び第2爪状磁極のそれぞれの磁極部の径方向内側面に、背面補助磁石が配置され、その背面補助磁石の径方向内側面と前記界磁磁石の外側面との間を接着剤で固定することが好ましい。
上記課題を解決するためのランデル型モータは、上記各ランデル型ロータを備えている。
図1〜図3に示すように、本実施形態のブラシレスモータMは、ランデル型モータであって、車両エンジンルームに配置される位置制御装置用、詳しくはエンジンに連結されるバルブタイミング可変装置に用いられるモータである。
図3に示すように、筒状フロントハウジング2の内周面にはステータ5が固定されている。ステータ5は、円筒状のステータコア11を有し、そのステータコア11の外周面が筒状フロントハウジング2の内側面に固定されている。図4に示すように、ステータコア11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のティース12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12は、T型のティースであって、その径方向の内周面は、回転軸6の中心軸線Oを中心として同心円の円弧を軸線方向に延出した円弧面である。
図3及び図4に示すように、回転軸6に固着されたロータ7は、ステータ5の内側に配置されている。
(第1ロータコア20)
図6に示すように、第1ロータコア20は、軟磁性材よりなる電磁鋼板にて形成され、エンドプレート3側に配置されている。第1ロータコア20は、円板状の第1コアベース21を有し、その中心位置に貫通穴21aが貫通形成されている。貫通穴21aのエンドプレート3側の外周部には、略円筒状のボス部21eが突出形成されている。本実施形態では、バーリング加工により、貫通穴21aとボス部21eを同時に形成している。ここで、ボス部21eの外径D1は、回転軸6の一側を回転可能に支持する軸受9の外径Da、即ち、エンドプレート3の設けた軸受9を収容固定する軸受保持部3aの内径より短く形成されている。
θ1=(1/2+n)・φ
なお、nは整数であって、本実施形態は、n=0としている。
この時、ロータ7の磁極数は後記するように8、ステータ5のスロット数は12であることから、最小公倍数は24となる。そして、コギングトルクの周期φは、15(=360/24)度となる。
そして、径方向外側面f1において、中心線L1を中心に時計回り方向及び反時計回り方向にそれぞれ7.5度変位した位置ある第1直線L1aと第2直線L1bを周方向の中間位置として一定の幅を有した溝を軸線方向にそれぞれ凹設する。
図6に示すように、第2ロータコア30は、第1ロータコア20と同一材質及び同形状であって、筒状フロントハウジング2側に配置される。第2ロータコア30は、円板状の第2コアベース31を有し、その中心位置に貫通穴31aが貫通形成されている。
なお、nは整数であって、本実施形態は、n=0としている。コギングトルクの周期φは、前記と同様に、15(=360/24)度である。
そして、径方向外側面f2において、中心線L2を中心に時計回り方向及び反時計回り方向にそれぞれ7.5度変位した位置ある第1直線L2aと第2直線L2bを周方向の中間位置として一定の幅を有した溝を軸線方向にそれぞれ凹設する。
図6及び図9に示すように、界磁磁石40は、フェライト磁石よりなる円板状の永久磁石であって、その中央部に貫通穴40aが形成されている。界磁磁石40は、その貫通穴40aに円筒状のスリーブ41が貫挿されている。
この時、界磁磁石40の一方の側面40bと第1コアベース21の対向面21cとの間、及び、界磁磁石40の他方の側面40cと第2コアベース31の対向面31cとの間、僅かに隙間がそれぞれ生じる。そこで、これら隙間を埋めるために、硬化性樹脂よりなる接着剤を両側面40b,40cに塗布して、側面40bと対向面21c及び側面40cと対向面31cをそれぞれ接着材を介して密接し、同接着剤にて接着固定されるようにしてもよい。
図6、図8(a)、図9に示すように、第1磁極部24の背面24a(径方向内側の面)であって、第2コアベース31の外周面31d、界磁磁石40の外周面40d、第1基部23の第2ロータコア30側の面23aとで形成される空間には、第1背面補助磁石43が配置されている。
図6、図8(b)、図9に示すように、第2磁極部34の背面34a(径方向内側の面)であって、第1コアベース21の外周面21d、界磁磁石40の外周面40d、第2基部33の第1ロータコア20側の面33aとで形成される空間には、第2背面補助磁石44が配置されている。
図6〜図8に示すように、第1背面補助磁石43が配置された第1爪状磁極22と第2背面補助磁石44が配置された第2爪状磁極32との周方向の間には、第1及び第2極間補助磁石45,46がそれぞれ配置固定されている。第1及び第2極間補助磁石45,46は、本実施形態ではフェライト磁石にて形成されていて、その軸直交方向断面が扇形状の略直方体形状に形成されている。そして、配置固定された状態での第1及び第2極間補助磁石45,46は、その径方向外側面の中心軸線Oを中心とする外径が、第1及び第2磁極部24,34の径方向外側面f1,f2の中心軸線Oを中心とする外径より短くしている。
回転軸6に組み付けられたロータ7には、ロータカバー50が装着されている。
図5に示すように、ロータカバー50は、第1ロータコア20(軸方向外側面)側に配置される第1プレート51と第2ロータコア30(軸方向外側面)側に配置される第2プレート52とからなり、共に非磁性体であって本実施形態では真鍮にて形成されている。
第1プレート51は、円板状の第1ベース部53を有している。第1ベース部53はその中心部に回転軸6が貫通する貫通窓53aが形成されている。一方、第1ベース部53は、中心軸線Oを中心とするその外径が、ロータ7に組み付けられた第1及び第2極間補助磁石45,46の径方向外側面の中心軸線Oを中心とする外径と同じなるように形成されている。
第2プレート52は、円板状の第2ベース部57を有している。第2ベース部57はその中心部に回転軸6が貫通する貫通窓57aが形成されている。一方、第2プレート52は、中心軸線Oを中心とするその外径が、ロータ7に組み付けられた第1及び第2極間補助磁石45,46の径方向外側面の中心軸線Oを中心とする外径と同じなるように形成されている。
まず、回転軸6をスリーブ41に挿通して、スリーブ41を回転軸6に非圧入で挿通する。例えば、スリーブ41の一方の開口部(例えば、第2端面41b側の開口部)を回転軸6に当てた状態で、スリーブ41の環状の第1端面41aを円筒形の治具を使って軸方向に押圧する。スリーブ41の第1端面41aが、円筒形の治具にて押圧されることによって、スリーブ41は、回転軸6が同スリーブ41の他方の開口部から挿入されていく。
このとき、スリーブ41の軸方向の長さDxは、界磁磁石40の厚さ(軸方向の長さDy)より長いことから、スリーブ41の軸方向の第1端面41aと第2端面41bは、界磁磁石40のそれぞれの側面40b,40cから僅かに突出するように、スリーブ41に対して、界磁磁石40を配置する。そして、磁束を通さない硬化性樹脂よりなる接着剤にて接着固定する。
次に、第2コアベース31の対向面31cと界磁磁石40の側面40cとが相対向させた状態で、第2ロータコア30(第2コベース31)の貫通穴31aを回転軸6に上記の方法で圧入させる。このとき、先に固定された第1ロータコア20との間の周方向の相対位置合わせ調整を行いながら圧入していく。
やがて、第2ロータコア30は、その貫通穴31aの対向面31c側開口部周辺がスリーブ41の第2端面41bに当接する。そして、第2ロータコア30は、それ以上軸方向(界磁磁石40側)への圧入が規制される。従って、第2ロータコア30は、圧入による界磁磁石40への荷重負荷を加えることはない。その結果、界磁磁石40は、第2ロータコア30を回転軸6に圧入する際に、同第2ロータコア30からの荷重が直接に加えられないので、割れ等の損傷は生じない。
これによって、第1及び第2ロータコア20,30は回転軸6に対して圧入固定される。また、圧入固定された第1ロータコア20と第2ロータコア30の間に、スリーブ41が回転軸6に対して非圧入で挿通される。さらに、界磁磁石40は、スリーブ41に対して固定される。
具体的には、第1極間補助磁石45を、第1爪状磁極22の一方の周方向端面22aと前記第1背面補助磁石43の周方向端面とで形成される平坦面と、第2爪状磁極32の他方の周方向端面32bと前記第2背面補助磁石44の周方向端面とで形成される平坦面との間に配置する。そして、第1極間補助磁石45の径方向内側面45aに硬化性樹脂よりなる接着剤を塗布して、同径方向内側面45aと第1及び第2コアベース21,31の外周面21d,31d並びに界磁磁石40の外周面40dとを接着固定させる。
次に、上記のように構成した実施形態の作用を以下に記載する。
界磁磁石40によって、第1ロータコア20の第1爪状磁極22はN極となり、第2ロータコア30の第2爪状磁極32はS極となっている。このとき、第1及び第2コアベース21,31のボス部21e,31eは、軸受保持部2a,3aに収容固定された軸受8,9に対して、軸方向において離間して配置されている。しかも、ボス部21e,31eの外径D1,D2は軸受8,9の外径Da,Dbよりも小さくしている。
しかも、非磁性体で形成したスリーブ41の外径Dsは第1及び第2コアベース21,31に形成したボス部21e,31eの外径D1,D2以上にした。そのため、界磁磁石40の磁束が、ボス部21e,31eを通って漏れ難くなり、即ち、モータケース1へより漏れ難くなることからさらなるブラシレスモータMの出力アップにつながる。
今、ブラシレスモータMにおいて、ステータコア11の各相巻線14,15,16に3相の駆動電流が供給されてステータ5に回転磁界を形成すると、同ステータ5の内側に配置した回転軸6に固着されたロータ7は、その回転磁界に基づいて回転する。
さらに、ロータ7の極数が2×n(但し、nは自然数)に設定されるとともに、ステータ5のティース12の数が3×nに設定されるため、最小公倍数が小さくなり、第1及び第2爪状磁極22,32とティース12とを多く正対させることができる。その結果、ディテントトルクをさらに大きくすることができる。つまり、非駆動時に、車両エンジンルーム内の振動等でロータ7が回転してしまうことを抑えることができる。
(1)本実施形態では、スリーブ41の軸方向の長さを、界磁磁石40の軸方向の長さより長くし、スリーブ41の第1端面41aを界磁磁石40の側面40bから僅かに突出させるようにした。従って、第1ロータコア20を回転軸6に圧入する際、第1ロータコア20は、その貫通穴21aの対向面21c側開口部周辺が、界磁磁石40の側面40bから僅かに突出したスリーブ41の第1端面41aに当接して、それ以上軸方向(界磁磁石40側)への圧入が規制される。
(5)本実施形態によれば、第1及び第2極間補助磁石45,46を接着剤にて固定し、動かないようにした。従って、第1及び第2極間補助磁石45,46が動くことによって生じる異音や、損傷は生じない。さらには、第1及び第2背面補助磁石43,44が動くことによって生じる磁束の乱れは生じない。その結果、磁束の乱れが生じないことから、ロータを精度よく回転制御させることができる。
(6)本実施形態によれば、ロータ7にロータカバー50を設け、そのロータカバー50の各固定部材59が対応する第1及び第2極間補助磁石45,46の径方向外側面を押さえ付けるようにした。従って、回転による遠心力が第1及び第2極間補助磁石45,46に加えられて、万が一、接着剤が剥がれても第1及び第2ロータコア20,30から飛び出すのを防止できる。
(11)本実施形態によれば、非磁性体で形成したスリーブ41を、界磁磁石40の内側に配置したので、同スリーブ41を介して内側への漏れ磁束を防止することができる。
(13)本実施形態によれば、界磁磁石40は、スリーブ41を回転軸6に非圧入で挿通したので、スリーブ41は回転軸6に対して自由に設置できる。
○上記実施形態では、回転軸6に対してスリーブ41を挿通したが、挿通した後に、例えば磁束を通さない接着剤にて固定してもよい。
○上記実施形態では、第1背面補助磁石43の径方向内側面43aは、第2コアベース31の外周面31d及び界磁磁石40の外周面40dの両方に接着固定されるように接着剤を塗布した。これを、第1背面補助磁石43の径方向内側面43aが、界磁磁石40の外周面40dに対してのみ接着固定されるように接着剤を塗布してもよい。
Claims (5)
- 周方向に複数の第1爪状磁極が等間隔に形成された第1ロータコアと、周方向に複数の第2爪状磁極が等間隔に形成された第2ロータコアと、前記第1及び第2ロータコアの間に配置された界磁磁石とを備え、
前記第1爪状磁極と前記第2爪状磁極が周方向に交互に相対配置されるように、第1及び第2ロータコアを回転軸に固定するとともに、前記界磁磁石によって前記第1爪状磁極を第1の磁極に、前記第2爪状磁極を第2の磁極として機能させるようにしたランデル型ロータであって、
前記第1及び第2ロータコアは、そのコアベースの中央部に形成した貫通穴に前記回転軸に対して圧入し、同回転軸に対して固定され、
前記第1及び第2ロータコアの間の回転軸には、軸方向の長さが前記界磁磁石の軸方向の長さよりも長い筒状のスリーブが、同回転軸に対して挿通され、
前記スリーブは、同スリーブの外径よりも大きい内径の前記界磁磁石の中央部に形成した貫通穴に貫挿されていることを特徴とするランデル型ロータ。 - 請求項1に記載のランデル型ロータにおいて、
前記スリーブは、前記回転軸に対して非圧入されていることを特徴とするランデル型ロータ。 - 請求項1又は2に記載のランデル型ロータにおいて、
前記スリーブは、その外周面が前記界磁磁石の貫通穴と硬化樹脂性の接着剤にて接着固定されていることを特徴とするランデル型ロータ。 - 請求項1〜3のいずれか1つに記載のランデル型ロータにおいて、
前記第1及び第2爪状磁極のそれぞれの磁極部の径方向内側面に、背面補助磁石が配置され、その背面補助磁石の径方向内側面と前記界磁磁石の外側面との間を接着剤で固定することを特徴とするランデル型ロータ。 - 請求項1〜4のいずれか1つに記載のランデル型ロータを備えたことを特徴とするランデル型モータ。
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