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WO2015005045A1 - ロータ、及び電動モータ - Google Patents

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Publication number
WO2015005045A1
WO2015005045A1 PCT/JP2014/065343 JP2014065343W WO2015005045A1 WO 2015005045 A1 WO2015005045 A1 WO 2015005045A1 JP 2014065343 W JP2014065343 W JP 2014065343W WO 2015005045 A1 WO2015005045 A1 WO 2015005045A1
Authority
WO
WIPO (PCT)
Prior art keywords
rotor
rotor core
claw
gap
rotating shaft
Prior art date
Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
Ceased
Application number
PCT/JP2014/065343
Other languages
English (en)
French (fr)
Inventor
石田　久
要介 藤井
透 湯本
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Mitsuba Corp
Original Assignee
Mitsuba Corp
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Mitsuba Corp filed Critical Mitsuba Corp
Publication of WO2015005045A1 publication Critical patent/WO2015005045A1/ja
Anticipated expiration legal-status Critical
Ceased legal-status Critical Current

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Classifications

    • H—ELECTRICITY
    • H02—GENERATION; CONVERSION OR DISTRIBUTION OF ELECTRIC POWER
    • H02K—DYNAMO-ELECTRIC MACHINES
    • H02K1/00—Details of the magnetic circuit
    • H02K1/06—Details of the magnetic circuit characterised by the shape, form or construction
    • H02K1/22—Rotating parts of the magnetic circuit
    • H02K1/32—Rotating parts of the magnetic circuit with channels or ducts for flow of cooling medium
    • H—ELECTRICITY
    • H02—GENERATION; CONVERSION OR DISTRIBUTION OF ELECTRIC POWER
    • H02K—DYNAMO-ELECTRIC MACHINES
    • H02K1/00—Details of the magnetic circuit
    • H02K1/06—Details of the magnetic circuit characterised by the shape, form or construction
    • H02K1/22—Rotating parts of the magnetic circuit
    • H02K1/27—Rotor cores with permanent magnets
    • H02K1/2706—Inner rotors
    • H02K1/272—Inner rotors the magnetisation axis of the magnets being perpendicular to the rotor axis
    • H02K1/274—Inner rotors the magnetisation axis of the magnets being perpendicular to the rotor axis the rotor consisting of two or more circumferentially positioned magnets
    • H02K1/2753—Inner rotors the magnetisation axis of the magnets being perpendicular to the rotor axis the rotor consisting of two or more circumferentially positioned magnets the rotor consisting of magnets or groups of magnets arranged with alternating polarity
    • H02K1/276—Magnets embedded in the magnetic core, e.g. interior permanent magnets [IPM]
    • H02K1/2766—Magnets embedded in the magnetic core, e.g. interior permanent magnets [IPM] having a flux concentration effect
    • H02K1/2773—Magnets embedded in the magnetic core, e.g. interior permanent magnets [IPM] having a flux concentration effect consisting of tangentially magnetized radial magnets
    • H—ELECTRICITY
    • H02—GENERATION; CONVERSION OR DISTRIBUTION OF ELECTRIC POWER
    • H02K—DYNAMO-ELECTRIC MACHINES
    • H02K1/00—Details of the magnetic circuit
    • H02K1/06—Details of the magnetic circuit characterised by the shape, form or construction
    • H02K1/22—Rotating parts of the magnetic circuit
    • H02K1/28—Means for mounting or fastening rotating magnetic parts on to, or to, the rotor structures

Definitions

  • the present invention relates to a rotor and an electric motor.
  • IPM Interior Permanent Magnet
  • a permanent magnet is embedded in a magnetic rotor core constituting a rotor
  • this type of motor has a magnetic body (rotor core) between permanent magnets adjacent in the circumferential direction, the amount of magnetic flux that detours to the rotor core out of the amount of magnetic flux from the permanent magnet increases. Leakage flux increases. For this reason, the magnetic flux linked to the winding around which the stator is wound is reduced, and the motor characteristics are deteriorated.
  • various techniques have been disclosed in IPM motors in order to prevent deterioration of motor characteristics.
  • a substantially cylindrical rotor core (rotor main body) having an internal opening and a plurality of permanent magnets arranged in a plurality of slots formed in the rotor core, the slot extending from the internal opening to the main body
  • each slot is formed with an end having an area in which the slot width is increased in the vicinity of the outer periphery of the rotor core (see, for example, Patent Document 1).
  • the leakage magnetic flux in the vicinity of the outer periphery of the rotor core can be reduced by forming an end portion having an area in which the slot width is enlarged in the vicinity of the outer periphery of the rotor core in each slot. For this reason, the magnetic flux (flux) concentration in the space
  • each slot is opened at the internal opening, and a rotation shaft (shaft) is inserted into the internal opening.
  • a rotation shaft shaft
  • the present invention provides a rotor and an electric motor that prevent a decrease in motor characteristics by suppressing an increase in leakage magnetic flux.
  • the rotor has a non-magnetic rotating shaft, a rotor core that is externally fixed to the rotating shaft, and a radial direction along the radial direction of the rotor core.
  • a plurality of permanent magnets arranged; and a fixing means for fixing the rotating shaft, the rotor core, and the plurality of permanent magnets.
  • a gap is provided in at least a part between the rotor core and the rotating shaft.
  • the rotor core in the rotor according to the first aspect of the present invention, includes a cylindrical first tube portion that is fitted and fixed to one end portion of the rotation shaft, and the first
  • a first rotor core member having a plurality of first claw portions provided on an outer peripheral surface of one cylinder portion and extending in the axial direction of the rotation shaft, and a cylinder that is externally fitted and fixed to the other end portion of the rotation shaft.
  • a second rotor core member having a shape-shaped second cylinder part and a plurality of second claw parts provided on the outer peripheral surface of the second cylinder part and extending between the adjacent first claw parts.
  • the plurality of permanent magnets may be arranged between the first claw portion and the second claw portion.
  • the first rotor core member magnetized on one pole and the second rotor core member magnetized on the other pole are magnetically insulated, and thus are generated by a permanent magnet.
  • the magnetic flux leakage path is interrupted. Thereby, the utilization efficiency of the magnetic flux which generate
  • the first rotor core member and the second rotor core member are integrally formed, it is possible to prevent the rotor core from being displaced due to the rotor core being attracted to the permanent magnet, and to perform rotation control with high accuracy. become.
  • the gap portion is formed between the first cylindrical portion and the second cylindrical portion that are separated in the axial direction.
  • At least one of the first gap, the second gap, and the third gap is nonmagnetic. It is good also as a structure filled with the material of.
  • Structuring as described above facilitates positioning of the first rotor core member and the second rotor core member. Further, even when the axial lengths of the first cylinder part and the second cylinder part are shortened, the first claw part and the second claw part can be stabilized.
  • the permanent magnet is the first claw part or the second claw part.
  • a first abutting surface that abuts from one side in the circumferential direction, and a second abutting surface that abuts the first claw portion or the second claw portion from the other circumferential direction, and the first abutting surface The distance between the surface and the second contact surface may be formed so as to gradually decrease toward the inner side in the radial direction.
  • the radial inner sides of the first claw portion and the second claw portion can be made thicker, so that the strength of the first rotor core member and the second rotor core member can be improved.
  • the fixing means includes the first claw portion and the second claw portion. It may be an annular member that fastens from the outer peripheral side.
  • the rotor according to the first aspect of the present invention two or more rotor cores are arranged along the axial direction of the rotating shaft, and each of the rotor cores is separately provided.
  • the permanent magnet may be arranged on the surface.
  • the plurality of rotor cores may be arranged shifted in the circumferential direction.
  • the permanent magnets are displaced from each other with respect to the axial direction, so that the same effect as when the permanent magnets are skewed can be obtained. That is, the cogging torque of the motor can be reduced and the motor characteristics can be improved.
  • the plurality of permanent magnets are formed by bond magnets, and the bond magnets are also filled in the gaps. Yes.
  • the process of assembling the permanent magnet to the rotor core is not necessary, and the permanent magnet can be attached to the rotor core simply by filling the rotor core with the bond magnet, so that the assembly of the rotor can be improved.
  • the permanent magnet is also disposed in the gap, the amount of magnetic flux of the permanent magnet can be increased, and the motor characteristics can be improved.
  • an electric motor includes a rotor according to the first aspect or the seventh aspect of the present invention, and is formed so as to surround the periphery of the rotor, and a winding is wound thereon. And a stator.
  • the amount of magnetic flux that detours to the rotating shaft side out of the amount of magnetic flux from the permanent magnet can be reduced, and deterioration of motor characteristics can be prevented.
  • FIG. 4 is a sectional view taken along line BB in FIG. 3.
  • FIG. 4 is a sectional view taken along the line CC of FIG.
  • FIG. 4 is a DD cross-sectional view of FIG. 3. It is sectional drawing which follows the axial direction explaining the space
  • FIG. 1 is a perspective view of the brushless motor 1 in the first embodiment
  • FIG. 2 is a configuration diagram of the brushless motor 1.
  • the brushless motor 1 is a so-called inner rotor, and includes a stator 3 press-fitted into the stator housing 2 and a rotor 4 that is rotatably arranged radially inward of the stator 3. is doing.
  • the stator housing 2 has a cylindrical shape, and the stator 3 is press-fitted into the inner periphery of the cylindrical portion.
  • One end of the rotating shaft 5 of the rotor 4 is exposed from one side of the stator housing 2.
  • the protruding side (left side in FIGS. 1 and 2) of the rotating shaft 5 in the brushless motor 1 is defined as one side, and the opposite side (right side in FIGS. 1 and 2) is defined as the other side. To do.
  • One side of the stator housing 2 is closed with a first bracket 6 formed in a substantially disc shape.
  • a first bearing support hole 7 is formed at the center of the first bracket 6.
  • a first bearing 8 that supports the rotary shaft 5 that constitutes the rotor 4 is press-fitted and fixed in the first bearing support hole 7.
  • the stator 3 has a substantially cylindrical stator core 10.
  • the outer peripheral surface of the stator core 10 is fixed to the inner peripheral surface of the stator housing 2 by, for example, press fitting.
  • the stator core 10 has a plurality of teeth (not shown) protruding radially inwardly at equal intervals in the circumferential direction.
  • a coil 12 is wound around the teeth via an insulator 11.
  • the stator core 10 is configured by stacking a plurality of steel plate materials in a laminated form.
  • the terminal portion of the coil 12 wound around each tooth is drawn out toward the other side of the stator housing 2 and connected to the multilayer printed board 13 disposed here.
  • the multilayer printed board 13 supplies electric power from the outside to the coil 12.
  • the multilayer printed circuit board 13 is connected via a terminal 14 to a power connector (not shown) protruding from the outer periphery of the stator housing 2.
  • a power cable connector (both not shown) extending from an external power source is formed on the power connector so as to be fitted and fixed, and power from the outside can be supplied to the multilayer printed board 13.
  • a second bracket 15 that closes the other side of the stator housing 2 is provided.
  • the second bracket 15 is formed in a substantially disk shape, and a second bearing support hole 16 is formed in the center.
  • a second bearing 17 is press-fitted and fixed in the second bearing support hole 16.
  • the brushless motor 1 has a magnetic encoder 20 for detecting the rotational position of the rotor 4.
  • the magnetic encoder 20 has a sensor magnet 21 provided at the end of the rotary shaft 5 so as to rotate integrally with the rotary shaft 5, and a magnetic sensor 22 provided on the inner surface of the third bracket 19. .
  • the sensor magnet 21 has a short cylindrical shape.
  • the sensor magnet 21 is fixed to a recess 23 formed at the other end of the rotating shaft 5 so as to be coaxial with the rotating shaft 5.
  • the inner diameter of the recess 23 is formed to be substantially the same as the outer diameter of the sensor magnet 21, and the sensor magnet 21 is fitted into the recess 23. Further, the recess 23 is formed so that the center position thereof coincides with the center axis of the rotary shaft 5.
  • the magnetic sensor 22 is disposed inside the third bracket 19 so as to face the sensor magnet 21 with a predetermined interval. As the magnetic sensor 22, a Hall element (Hall IC) that reacts to changes in magnetic poles is used.
  • the magnetic sensor 22 outputs a detection signal toward a control board (not shown) when the magnetic poles of the opposing portions change due to the rotation of the sensor magnet 21.
  • a Hall element is used as the magnetic sensor 22
  • the magnetic sensor 22 is not limited to this, and any other magnetic sensor 22 may be used as long as it can detect a change in the magnetic pole of the sensor magnet 21 fixed to the rotating shaft 5. Also good. Further, an optical encoder can be used in place of the magnetic sensor 22.
  • the rotor 4 for an electric motor includes a rotating shaft 5 formed of a nonmagnetic material such as an aluminum sintered material, and a rotor core that is externally fixed to the rotating shaft 5. 25, a plurality of permanent magnets 26 arranged at equal intervals in the circumferential direction in the rotor core 25, and an annular member 28 functioning as a fixing means for fixing the rotor core 25 and the permanent magnet 26 together. .
  • the number of permanent magnets 26 is 14, and the number of poles of the rotor 4 is 14.
  • the rotary shaft 5 is rotatably supported by the first bearing 8 and the second bearing 17 so as to coincide with the central axis O of the brushless motor 1.
  • a flange portion 27 for positioning the rotor core 25 is formed on the rotary shaft 5.
  • the flange portion 27 is a portion that protrudes in a bowl shape (in the radial direction) from the rotating shaft 5 in the vicinity of one end portion of the rotating shaft 5.
  • the outer peripheral surface of the rotating shaft 5 will be described as the outer peripheral surface of the main portion of the rotating shaft 5 excluding the flange portion 27, and the length of the rotating shaft 5 will be described as the length of the main portion of the rotating shaft 5.
  • the axial direction is the axial direction of the rotating shaft 5
  • the radial direction is the radial direction of the rotating shaft 5.
  • the annular member 28 is a ring formed of a nonmagnetic metal material such as SUS304. The annular member 28 is press-fitted into the rotor core 25.
  • the rotor core 25 includes a first rotor core member 29 and a second rotor core member 33 having substantially the same shape.
  • the first rotor core member 29 and the second rotor core member 33 are formed by integrally molding a soft magnetic material containing metal magnetic particles by compression molding (a powder magnetic core).
  • a material constituting the first rotor core member 29 and the second rotor core member 33 an alloy containing cobalt such as permendur, or a low iron loss powder magnetic core (a powder magnetic core coated with a resin) can be used. .
  • the first rotor core member 29 and the second rotor core member 33 have a plurality of claw portions 31 and 35 that are formed at equal intervals in the circumferential direction and extend in the axial direction.
  • the claw portion (first claw portion 31) of the first rotor core member 29 and the claw portion (second claw portion 35) of the second rotor core member 33 are arranged so that the first rotor core member 29 and the second rotor core member 33 are turned into the rotating shaft 5. By being attached, it is configured to be alternately arranged in the circumferential direction.
  • Each permanent magnet 26 is disposed in a space between the first claw portion 31 and the second claw portion 35.
  • FIG. 6 is a perspective view of the first rotor core member 29 in the first embodiment
  • FIG. 7 is a view taken in the direction of arrow E in FIG.
  • the first rotor core member 29 includes a first cylindrical portion 30 that is fitted and fixed to one end portion of the rotating shaft 5, and an outer circumferential surface of the first cylindrical portion 30 in the circumferential direction and the like.
  • a plurality of (seven in this embodiment) first claw portions 31 provided at intervals.
  • the first rotor core member 29 extends in the axial direction and includes a plurality of first claw portions 31 arranged at equal intervals in the circumferential direction and the first claw portions 31 on the radially inner peripheral side. It has the 1st cylinder part 30 to connect.
  • the first cylindrical portion 30 and the plurality of first claw portions 31 are integrally formed, and stabilization of the relative distance between the first claw portions 31 is achieved.
  • the first cylindrical portion 30 has a cylindrical shape and includes a cylindrical inner peripheral surface 37 that is fitted on the outer peripheral surface of the rotary shaft 5 and a cylindrical outer peripheral surface 38.
  • the axial length of the first cylindrical portion 30 is formed to be smaller than 1 ⁇ 2 of the length of the rotary shaft 5. Specifically, the length is about 3/7.
  • Each first claw portion 31 protrudes radially outward from the outer peripheral surface 38 of the cylindrical portion, and extends in one direction beyond one end of the first cylindrical portion 30.
  • the first claw portion 31 includes a base portion 31 a on the first tube portion 30 side and a protruding portion 31 b that protrudes from the first tube portion 30.
  • the length of the first claw portion 31 in the axial direction is substantially the same as the length of the rotary shaft 5.
  • the first claw portion 31 is a long member having a trapezoidal cross section extending in the axial direction of the first cylindrical portion 30.
  • the first claw portion 31 includes a pair of magnet contact surfaces 39 facing in the circumferential direction, an outer peripheral end surface 40 connecting the magnet contact surfaces 39 on the radially outer peripheral side, and a magnet on the radially inner peripheral side in the protruding portion. And an inner peripheral end face 41 that connects the contact faces 39 to each other.
  • the inner peripheral end face 41 is located on the outer peripheral side in the radial direction with respect to the outer peripheral face 38 of the first cylindrical part 30.
  • the inner peripheral end surface 41 is a surface that faces the cylindrical outer peripheral surface 38 of the second rotor core member 33 in the radial direction when the first rotor core member 29 and the second rotor core member 33 are attached to the rotary shaft 5.
  • a gap (third gap 53) is formed between the inner peripheral end face 41 of the first rotor core member 29 and the cylindrical outer peripheral face 38 of the second rotor core member 33.
  • the circumferential width of the first claw portion 31 is formed so as to increase toward the outer circumferential side in the radial direction.
  • the distance between the pair of magnet contact surfaces 39 of the first claw portion 31 is formed so as to be separated toward the radially outer peripheral side.
  • step portions 42 are formed at both axial ends of the outer peripheral end surface 40 of the first claw portion 31.
  • the step portion 42 is a step for attaching the annular member 28.
  • the step portion 42 has a step surface 43 that is formed parallel to the outer peripheral end surface 40 and offset from the outer peripheral end surface 40 toward the radially inner peripheral side.
  • the second rotor core member 33 has substantially the same shape as the first rotor core member 29.
  • the second rotor core member 33 includes a second cylindrical portion 34 that is externally fitted and fixed to the other end portion of the rotary shaft 5, and a plurality of second claws provided on the outer peripheral surface of the second cylindrical portion 34 at equal intervals in the circumferential direction Part 35.
  • the permanent magnet 26 is a long member having a trapezoidal cross section disposed between the first claw portion 31 and the second claw portion 35. In other words, the permanent magnet 26 does not have a rectangular cross section perpendicular to the axial direction.
  • the present invention is not limited to this, and the permanent magnet 26 may be formed into a flat plate (rectangular shape) in consideration of the manufacturing cost of the magnet if the strength of the base of the first claw portion 31 and the second claw portion 35 can be satisfied. .
  • it is good also as trapezoid shape (shape opposite to a present Example) which becomes narrow as it goes to an outer peripheral side in radial direction. By configuring in this way, it is possible to firmly prevent the permanent magnet 26 from jumping out when the rotor 4 is rotated at a high speed due to the wedge effect.
  • FIG. 8 is a perspective view of the permanent magnet 26 in the first embodiment.
  • the permanent magnet 26 includes a first contact surface 45 a that contacts the magnet contact surface 39 of the first claw portion 31 or the magnet contact surface 39 of the second claw portion 35 from one side in the circumferential direction.
  • the second contact surface 45b that contacts the magnet contact surface 39 of the first claw portion 31 or the magnet contact surface 39 of the second claw portion 35 from the other circumferential side.
  • the distance between the first contact surface 45a and the second contact surface 45b is formed so as to gradually decrease toward the radially inner peripheral side. That is, the cross-sectional shape orthogonal to the axial direction of the permanent magnet 26 has a trapezoidal shape that becomes narrower toward the radially inner peripheral side.
  • the first claw portion 31 and the second claw portion 35 have a shape corresponding to such a permanent magnet 26. That is, by combining the plurality of first claw parts 31, the plurality of second claw parts 35, and the plurality of permanent magnets 26 in the circumferential direction, all elements are combined so as to be dense in the circumferential direction. Is formed.
  • a permanent magnet is formed with rare earth magnets, such as neodymium sintering, for example.
  • the rotor 4 is formed by assembling the respective components shown in the exploded view of FIG. Specifically, the first cylindrical portion 30 of the first rotor core member 29 is press-fitted and fixed to one side of the rotary shaft 5, and the second cylindrical portion 34 of the second rotor core member 33 is press-fitted and fixed to the other side of the rotary shaft 5. To do. At this time, the first rotor core member 29 and the second rotor core member 33 are combined so that the protruding portion of the first claw portion 31 and the protruding portion of the second claw portion 35 face each other.
  • the permanent magnet 26 is inserted between the first claw portion 31 of the first rotor core member 29 and the second claw portion 35 of the second rotor core member 33. Subsequently, the whole is fixed by attaching the annular member 28 to the step part 42 of the first claw part 31 and the second claw part 35. At this time, the permanent magnet 26 can be inserted from the radial direction or the axial direction. When the axial length of the permanent magnet 26 is long, insertion from the axial direction is preferable from the viewpoint of ease.
  • the first claw portion 31 sandwiched between one pole (N pole) of the permanent magnet 26 adjacent in the circumferential direction is magnetized to the N pole
  • the other of the permanent magnet 26 The second claw portion 35 sandwiched between the two poles (S pole) is magnetized to the S pole. That is, the first rotor core member 29 constituting the first claw portion 31 is an N pole magnetic pole, and the second rotor core member 33 is an S pole magnetic pole.
  • FIG. 9 is a cross-sectional view taken along the line BB of FIG.
  • the first cylindrical portion 30 of the first rotor core member 29 and the second claw portion 35 of the second rotor core member 33 are separated in the radial direction.
  • a gap (second gap 52) is formed between the first cylinder part 30 and the second claw part 35.
  • FIG. 10 is a cross-sectional view taken along the line CC of FIG.
  • the first cylindrical portion 30 of the first rotor core member 29, the second cylindrical portion 34 of the second rotor core member 33, and the rotating shaft 5 are in the radial direction.
  • a gap is formed between the rotary shaft 5, the first claw part 31, and the second claw part 35.
  • FIG. 11 is a cross-sectional view taken along the line DD of FIG. As shown in FIG. 11, the second cylindrical portion 34 of the second rotor core member 33 and the first claw portion 31 of the first rotor core member 29 are separated from each other in the radial direction. That is, a gap (third gap 53) is formed between the second cylinder portion 34 and the first claw portion 31.
  • the air gap portion including the first air gap portion 51, the second air gap portion 52, and the third air gap portion 53 is formed between the first rotor core member 29 and the second rotor core member 33, and the rotation. Since the shaft 5 is formed of a nonmagnetic material, the first rotor core member 29 and the second rotor core member 33 are magnetically non-short-circuited.
  • FIG. 12 is a cross-sectional view along the axial direction for explaining the gap in the first embodiment. That is, the path of the magnetic flux flowing from the first rotor core member 29 magnetized to the N pole to the second rotor core member 33 magnetized to the S pole as shown by an arrow in FIG. 12 is blocked. Thereby, out of the magnetic flux amount from the permanent magnet 26, the magnetic flux amount detouring to the rotating shaft side can be reduced, and the deterioration of the motor characteristics can be prevented. As a result, it is possible to provide an electric motor capable of controlling rotation with high accuracy while suppressing an increase in leakage magnetic flux and preventing a decrease in motor characteristics.
  • the rotor core 25 is prevented from being displaced due to the rotor core 25 being attracted to the permanent magnet 26, and the rotation control is performed with high accuracy. It becomes possible to do.
  • first claw portion 31, the second claw portion 35, and the permanent magnet 26 arranged so as to be in close contact with each other in the circumferential direction are firmly fixed (press-fitted) while being pressed toward the radially inner peripheral side by the annular member 28.
  • the configuration Thereby, a compressive stress is applied in the direction in which the permanent magnet 26 and the claw are in contact with each other in the circumferential direction, and mutual restraint can be stabilized.
  • the number of poles can be increased only by increasing the number of permanent magnets 26. Thereby, the total magnetic flux can be increased without significantly increasing the number of assembly steps. Further, since the dimensions of the rotor core 25 are stabilized, it is possible to prevent a decrease in magnetic flux and an increase in cogging torque.
  • the flow of magnetic flux toward the rotating shaft 5 is prevented by forming the rotating shaft 5 from a non-magnetic material.
  • the magnetic field intensity in the magnetic sensor 22 is increased, and the sensor magnet 21 can be reduced in size and cost.
  • the recess 23 is formed so that the center position thereof coincides with the center axis of the rotary shaft 5, and the sensor magnet 21 is fitted in the recess 23, thereby detecting the angle of the magnetic encoder 20. The error can be reduced.
  • the cross-sectional shape orthogonal to the axial direction of the permanent magnet 26 has a trapezoidal shape that becomes narrower toward the radially inner peripheral side, so that the radially inner sides of the first claw portion 31 and the second claw portion 35 are formed. Can be thicker. Thereby, the intensity
  • annular member 28 to restrain the plurality of permanent magnets 26 together with the rotor core 25, it is possible to prevent the plurality of permanent magnets 26 from coming out radially outward.
  • an adhesive can be used as a fixing means for replacing the annular member 28. That is, the first rotor core member 29, the second rotor core member 33, and the plurality of permanent magnets 26 may be fixed using a resin mold or an adhesive without using the annular member 28.
  • FIG. 13 is a cross-sectional view showing the rotor 4 in the second embodiment.
  • the first rotor core member 29 of the second embodiment and the second cylinder portion 34 of the second rotor core member 33 are formed such that the axial length is shorter than that of the first embodiment. ing.
  • the first gap 51 is filled with a cylindrical spacer 47 made of, for example, polyacetal resin (POM).
  • the portion to be press-fitted and fixed is reduced by shortening the first cylindrical portion 30 and the second cylindrical portion 34, so that the amount of magnetic flux from the permanent magnet 26 can be further increased.
  • the spacer 47 is disposed in the first gap 51, the rotor core 25 can be easily positioned.
  • the spacer 47 is not always necessary, and the first gap 51 may be a space as in the rotor 4 of the first embodiment.
  • FIG. 14 is a perspective view showing the rotor 4 in the third embodiment.
  • the annular member 28 of the third embodiment is provided with an inner flange portion 48 that protrudes radially inward from the edge on one side in the axial direction over the entire circumference. That is, disk-shaped members formed integrally with the annular member 28 are in contact with both ends of the plurality of permanent magnets 26 in the axial direction.
  • the movement of the plurality of permanent magnets 26 in the axial direction can be restricted by the inner flange portion 48 provided on the annular member 28.
  • FIG. 15 is a cross-sectional view showing the rotor 4 in the fourth embodiment.
  • an escape portion 49 is formed at a connection portion between the claw portion and the cylindrical portion.
  • the circumferential both sides in the vicinity of the central portion are cut out over the entire length in the axial direction, leaving the vicinity in the circumferential center of the contact portion with the permanent magnet 26 on the outer peripheral surface of the cylindrical portion.
  • the contact area between the radially inner circumferential surface of the permanent magnet 26 and the outer circumferential surface of the cylindrical portion of the rotor core 25 is reduced. Thereby, the increase in leakage magnetic flux can be further suppressed.
  • FIGS. 16 is a configuration diagram of the brushless motor 1 in the fifth embodiment
  • FIG. 17 is a side view of the rotor 4 in the fifth embodiment viewed from the radial direction
  • FIG. 18 is the rotor 4 in the fifth embodiment.
  • the axial length of the rotor core 25 of the fifth embodiment is set to be approximately half that of the other embodiments described above.
  • the two rotor cores 25 are arrange
  • the rotor core 25 of the fifth embodiment can be said to have a two-part configuration in the axial direction of the rotor core 25 of the first embodiment.
  • each rotor core 25 is substantially the same as the configuration of the rotor core 25 in the first embodiment, description thereof is omitted.
  • a nonmagnetic spacer 547 is provided between the first cylindrical portion 30 of the first rotor core member 29 and the second cylindrical portion 34 of the second rotor core member 33 in the fifth embodiment.
  • the rotor core 25 in the first embodiment is different from the rotor core 25 in the fifth embodiment.
  • the spacer 547 has a cylindrical shape made of a nonmagnetic material, and is externally fixed to the rotary shaft 5.
  • Examples of the material of the spacer 547 include stainless steel (SUS) and polyacetal resin (POM).
  • the spacer 547 has a role of positioning the first rotor core member 29 and the second rotor core member 33 in the axial direction. That is, the first cylindrical portion 30 of the first rotor core member 29 is in contact with one end of the spacer 547 in the axial direction, and the second cylindrical portion 34 of the second rotor core member 33 is in contact with the other end. As a result, a gap (first gap 51 (see FIG. 2)) is not formed between the rotating shaft 5 and the rotor core 25.
  • the axial length of the permanent magnet 26 provided on the rotor core 25 is approximately half the axial length of the permanent magnet 26 in the first embodiment so as to correspond to the axial length of the rotor core 25, respectively.
  • a partition ring 560 is provided between the two rotor cores 25.
  • the partition ring 560 is for preventing magnetic flux leakage from one rotor core 25 of the two rotor cores 25 to the other rotor core 25.
  • the partition ring 560 is made of non-stainless material such as stainless steel (SUS) or polyacetal resin (POM). It is made of a magnetic material.
  • the two rotor cores 25 are arranged slightly shifted in the circumferential direction. That is, in the two rotor cores 25, the permanent magnets 26 are not completely wrapped in the axial direction, and the positions of the permanent magnets 26 are slightly shifted in the circumferential direction.
  • the length of one rotor core 25 in the axial direction is about half as compared with the first embodiment, the eddy current loss (iron loss) generated in the entire rotor core 25 is reduced accordingly. Can be small. Further, assembling of the permanent magnet 26 to the rotor core 25 can be improved by the amount that the axial direction of the rotor core 25 is shortened.
  • the skew means that the permanent magnet is disposed obliquely with respect to the axial direction or is magnetized obliquely.
  • the permanent magnets 26 of the rotor cores 25 may be actually skewed without disposing the two rotor cores 25 slightly shifted from each other in the circumferential direction.
  • the first claw portion 31 of the first rotor core member 29 constituting the rotor core 25 and the second claw portion 35 of the second rotor core 33 are formed so as to extend obliquely with respect to the axial direction.
  • the permanent magnet 26 is also formed obliquely with respect to the axial direction so as to correspond to the first claw portion 31 and the second claw portion 35.
  • FIG. 20 is a perspective view of the permanent magnet 26 in the sixth embodiment
  • FIG. 21 is a cross-sectional view of the rotor 4 in the sixth embodiment, which corresponds to FIG. 9 described above.
  • FIG. 22 is an enlarged view of a portion E in FIG.
  • the difference between the fifth embodiment and the sixth embodiment is that the permanent magnet 26 of the fifth embodiment is formed of a rare earth magnet such as neodymium sintering.
  • the permanent magnet 26 of the sixth embodiment is formed by a bonded magnet such as a neodymium bond.
  • the permanent magnet (neodymium bond) 26 is manufactured as follows. That is, first, the first rotor core member 29, the second rotor core member 33, the annular member 28, the spacer 547, and the partition ring 560 (all of which are shown in FIG. 18) are assembled to the rotary shaft 5, and then the first rotor core member 29 is assembled. The bond magnet is filled so as to fill a space between the first claw portion 31 and the second claw portion 35 of the second rotor core member 33.
  • the bonded magnet also fills a gap (second gap 52) formed between the first cylindrical portion 30 of the first rotor core member 29 and the second claw portion 35 of the second rotor core member 33. Is done.
  • the gap portion (third gap portion 53) formed between the second cylindrical portion 34 of the second rotor core member 33 and the first claw portion 31 of the first rotor core member 29 is also filled.
  • the bonded magnet has a substantially C-shaped cross section at both axial ends of each rotor core 25.
  • the bonded magnet is magnetized so that the magnetic pole changes in the thickness direction (for example, the outer side is the N pole and the inner side is the S pole). Thereby, manufacture of the permanent magnet (bonded magnet) 26 is completed.
  • the process of assembling the permanent magnet 26 to the rotor core 25 is not necessary, and the permanent magnet 26 can be attached to the rotor core 25 simply by filling the rotor core 25 with the bond magnet. Can be improved. Further, since the permanent magnet 26 is also disposed in the second gap portion 52 and the third gap portion 53, the amount of magnetic flux of the permanent magnet 26 can be increased, and as a result, the motor characteristics can be improved.
  • the technical scope of the present invention is not limited to the above embodiment, and various modifications can be made without departing from the spirit of the present invention.
  • the structure which combined the characteristic demonstrated by said several embodiment arbitrarily may be sufficient.
  • the number of poles is 14 in the rotor 4 of the above embodiment, it is not limited to this and can be changed as appropriate.
  • the number of poles of the rotor 4 can be changed in the range of 10 to 16.
  • the spacer 47 of the second embodiment can also be applied to the rotor 4 of the first embodiment. Furthermore, the permanent magnet 26 of the sixth embodiment can be applied to any of the first to fourth embodiments.
  • the amount of magnetic flux that detours to the rotating shaft side out of the amount of magnetic flux from the permanent magnet can be reduced, and deterioration of motor characteristics can be prevented.

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Abstract

　このロータ（４）は、非磁性体の回転軸（５）と、回転軸（５）に外嵌固定されるロータコア（２５）と、ロータコア（２５）の径方向に沿うように、且つ周方向に放射状に配置される複数の永久磁石と、回転軸（５）とロータコア（２５）と複数の永久磁石とを固着する固着手段（２８）と、を備える。ロータコア（２５）と回転軸（５）との間の少なくとも一部に空隙部（５１），（５２），（５３）が設けられている。

Description

ロータ、及び電動モータ
　本発明は、ロータ、及び電動モータに関するものである。
　従来から、モータの一形態として、ロータを構成する磁性体のロータコアに永久磁石を埋め込んだＩＰＭ（Ｉｎｔｅｒｉｏｒ　Ｐｅｒｍａｎｅｎｔ　Ｍａｇｎｅｔ）モータが知られている。この種のモータは、周方向に隣り合う永久磁石の間に、磁性体（ロータコア）が存在することになるので、永久磁石からの磁束量のうち、ロータコア側に迂回する磁束量が多くなって漏れ磁束が増加してしまう。このため、ステータの巻装されている巻線に鎖交する磁束が減少し、モータ特性が低下してしまう。そこで、ＩＰＭモータにおいて、モータ特性の低下を防止するためにさまざまな技術が開示されている。
　例えば、内部開口部を有する略円筒形状のロータコア（ロータ本体部）と、このロータコアに形成されている複数のスロットに配置された複数の永久磁石とを備え、スロットは、内部開口部から本体部の外周に向かって延伸し、各スロットには、ロータコアの外周近傍に、そのスロット幅が拡大された領域を有する端部が形成されている技術が開示されている（例えば、特許文献１参照）。
　特許文献１によれば、各スロットにおけるロータコアの外周近傍に、そのスロット幅が拡大された領域を有する端部を形成することにより、ロータコアの外周近傍の漏れ磁束を減少させることができる。このため、ステータとロータとの間の空隙における磁束（フラックス）集中を改善でき、モータ特性の低下を防止できる。
特開２００４－１７３４９１号公報
　しかしながら、上述の従来技術にあっては、ロータコアの径方向内側での漏れ磁束について、減少されない場合がある。つまり、各スロットは、内部開口部で開放されているが、この内部開口部には、回転軸（シャフト）が挿入される。回転軸に磁性体を用いる場合、回転軸側に迂回する磁束量が多くなって漏れ磁束が増加してしまうという課題がある。
　このため、効果的にモータ特性の低下を防止できない可能性が有る。
　本発明は、漏れ磁束の増加を抑制することによって、モータ特性の低下を防止するロータ、及び電動モータを提供する。
　本発明の第一の態様によれば、ロータは、非磁性体の回転軸と、前記回転軸に外嵌固定されるロータコアと、前記ロータコアの径方向に沿うように、且つ周方向に放射状に配置される複数の永久磁石と、前記回転軸と前記ロータコアと前記複数の永久磁石とを固着する固着手段と、を備える。前記ロータコアと前記回転軸との間の少なくとも一部に空隙部が設けられている。
　上記のように構成することで、永久磁石からの磁束量のうち、回転軸側に迂回する磁束量を減少させることができ、モータ特性の低下を防止することができる。
　本発明の第二の態様によれば、本発明の第一の態様に係るロータにおいて、前記ロータコアは、前記回転軸の一端部に外嵌固定される円筒形状の第一筒部と、前記第一筒部の外周面に設けられ、前記回転軸の軸方向に延在する複数の第一爪部と、を有する第一ロータコア部材と、前記回転軸の他端部に外嵌固定される円筒形状の第二筒部と、前記第二筒部の外周面に設けられ、隣り合う前記第一爪部の間に延在する複数の第二爪部と、を有する第二ロータコア部材と、を有し、前記複数の永久磁石は、前記第一爪部と前記第二爪部との間に配置されている構成としてもよい。
　上記のように構成することで、一方の極に着磁された第一ロータコア部材と、他方の極に着磁された第二ロータコア部材とが磁気的に絶縁されるため、永久磁石で発生する磁束の漏れ経路が遮断される。これにより、永久磁石で発生する磁束の利用効率が高まり、よりモータ特性の低下を防止することができる。
　また、第一ロータコア部材及び第二ロータコア部材とは一体に形成されているため、ロータコアが永久磁石に吸い寄せられることによってロータコアの位置がずれるのを防止し、高精度に回転制御を行うことが可能になる。
　本発明の第三の態様によれば、本発明の第二の態様に係るロータにおいて、前記空隙部は、軸方向に離間する前記第一筒部と第二筒部との間に形成されている第一空隙部と、径方向に離間する前記第一筒部と前記第二爪部との間に形成されている第二空隙部と、径方向に離間する前記第二筒部と前記第一爪部との間に形成されている第三空隙部と、のうち少なくとも一つである構成としてもよい。
　上記のように構成することで、第一ロータコア部材と第二ロータコア部材との磁気的な絶縁を確実に行うことができる。
　本発明の第四の態様によれば、本発明の第三の態様に係るロータにおいて、前記第一空隙部、前記第二空隙部、及び前記第三空隙部のうち少なくとも一つは、非磁性の材料で充填されている構成としてもよい。
　上記のように構成することで、第一ロータコア部材及び第二ロータコア部材の位置決めが容易となる。また、第一筒部及び第二筒部の軸方向の長さを短くした場合においても、第一爪部及び第二爪部を安定させることができる。
　本発明の第五の態様によれば、本発明の第二の態様から第四の態様のいずれか一の態様に係るロータにおいて、前記永久磁石は、前記第一爪部又は前記第二爪部に周方向一方側から当接する第一当接面と、前記第一爪部又は前記第二爪部に周方向他方側から当接する第二当接面と、を有し、前記第一当接面と前記第二当接面との間の距離は、径方向内側に向かうに従って漸次小さくなるように形成されている構成としてもよい。
　上記のように構成することで、第一爪部及び第二爪部の径方向内側をより太くすることができるため、第一ロータコア部材及び第二ロータコア部材の強度を向上させることができる。
　本発明の第六の態様によれば、本発明の第二の態様から第五の態様のいずれか一の態様に係るロータにおいて、前記固着手段は、前記第一爪部及び前記第二爪部を外周側から締結する環状部材であってよい。
　上記のように構成することで、永久磁石が径方向外側に抜けることを防止することができる。
　本発明の第七の態様によれば、本発明の第一の態様に係るロータにおいて、前記回転軸の軸方向に沿って前記ロータコアを二つ以上の複数個配置し各前記ロータコアに、それぞれ別々に前記永久磁石を配置してもよい。
　このように構成することで、例えば、ロータコアの軸方向の長さを短くし、１つのロータコアを配置する場合のスペースと同一のスペースに複数のロータコアを配置すると、ロータコア全体で生じる渦電流損（鉄損）を小さくすることができる。このため、モータ特性を向上できる。
　本発明の第八の態様によれば、本発明の第七の態様に係るロータにおいて、複数の前記ロータコアを、周方向にずらして配置してもよい。
　上記のように構成することで、軸方向に対して各永久磁石がずれて配置されるので、永久磁石をスキューさせた場合と同様の効果を奏することができる。すなわち、モータのコギングトルクを低減することができ、モータ特性を向上できる。
　本発明の第九の態様によれば、本発明の第一の態様に係るロータにおいて、前記複数の永久磁石は、ボンドマグネットにより形成されており、該ボンドマグネットが前記空隙部にも充填されている。
　上記のように構成することで、永久磁石をロータコアに組み付ける工程が必要なくなり、ロータコアにボンドマグネットを充填させるだけで永久磁石をロータコアに取り付けることが出来るので、ロータの組み付け性を向上させることができる。
　また、空隙部にも永久磁石が配置されるので、永久磁石の磁束量を増大させることができ、モータ特性を向上できる。
　本発明の第十の態様によれば、電動モータは、本発明の第一の態様若しくは第七の態様に係るロータと、このロータの周囲を取り囲むように形成され、巻線が巻装されているステータとを備える。
　上記のように構成することで、漏れ磁束の増加を抑制し、モータ特性の低下を防止しつつ、高精度に回転制御を行うことが可能な電動モータを提供できる。
　上記のロータ若しくは電動モータによれば、永久磁石からの磁束量のうち、回転軸側に迂回する磁束量を減少させることができ、モータ特性の低下を防止することができる。
本発明の第一実施形態におけるブラシレスモータの斜視図である。 本発明の第一実施形態におけるブラシレスモータの構成図である。 本発明の第一実施形態におけるロータの径方向から視た側面図である。 図３のＡ矢視図である。 本発明の第一実施形態におけるロータの分解斜視図である。 本発明の第一実施形態における第一ロータコア部材の斜視図である。 図６のＥ矢視図である。 本発明の第一実施形態における永久磁石の斜視図である。 図３のＢ－Ｂ断面図である。 図３のＣ－Ｃ断面図である。 図３のＤ－Ｄ断面図である。 本発明の第一実施形態における空隙部を説明する軸方向に沿う断面図である。 本発明の第二実施形態におけるロータの軸方向に沿う断面図である。 本発明の第三実施形態におけるロータの斜視図である。 本発明の第四実施形態におけるロータの軸方向から視た断面図である。 本発明の第五実施形態におけるブラシレスモータの構成図である。 本発明の第五実施形態におけるロータの径方向から視た側面図である。 本発明の第五実施形態におけるロータの分解斜視図である。 本発明の第五実施形態の変形例におけるロータの径方向から視た側面図である。 本発明の第六実施形態における永久磁石の斜視図である。 本発明の第六実施形態におけるロータの断面図である。 図２１のＥ部拡大図である。
（第一実施形態）
（ブラシレスモータ）
　本発明の第一実施形態におけるブラシレスモータ１を図１、図２に基づいて説明する。
　図１は、本第一実施形態におけるブラシレスモータ１の斜視図、図２は、ブラシレスモータ１の構成図である。
　図１、図２に示すように、ブラシレスモータ１は所謂インナーロータであって、ステータハウジング２に圧入されたステータ３と、ステータ３の径方向内側に回転自在に配置されたロータ４とを有している。
　ステータハウジング２は、筒形状を有し、筒状部分の内周にステータ３が圧入されている。ステータハウジング２の一方側からは、ロータ４の回転シャフト５の一端が露出している。なお、以下の説明では、ブラシレスモータ１における回転シャフト５の突出側（図１、及び図２の左側）を一方側とし、その反対側（図１、及び図２の右側）を他方側として説明する。
　ステータハウジング２の一方側は、略円盤状に形成されている第一ブラケット６で塞がれている。第一ブラケット６の中央部には第一軸受支持孔７が形成されている。第一軸受支持孔７には、ロータ４を構成する回転シャフト５を支持する第一軸受８が圧入固定されている。
　ステータ３は、略円筒状のステータコア１０を有している。ステータコア１０の外周面は、ステータハウジング２の内周面に、例えば圧入等によって固定されている。ステータコア１０には、径方向内側に向かって複数のティース（不図示）が周方向に等間隔で突設されている。ティースには、インシュレータ１１を介してコイル１２が巻装されている。
　なお、ステータコア１０は複数枚の鋼板材を積層状に重ねて構成されている。
　各ティースに巻装されているコイル１２の端末部は、ステータハウジング２の他方側に向かって引き出され、ここに配置されている多層プリント基板１３に接続されている。多層プリント基板１３は、外部からの電力をコイル１２に供給する。
　多層プリント基板１３は、ターミナル１４を介して、ステータハウジング２の外周部に突設された電源コネクタ（不図示）に接続されている。電源コネクタには、外部電源から延びる電源ケーブルのコネクタ（いずれも不図示）が嵌着固定可能に形成されており、外部からの電力を多層プリント基板１３に供給できる。
　多層プリント基板１３の他方側には、ステータハウジング２の他方側を塞ぐ第二ブラケット１５が設けられている。第二ブラケット１５は略円盤状に形成されており、中央部には第二軸受支持孔１６が形成されている。第二軸受支持孔１６には第二軸受１７が圧入固定されている。
　また、ブラシレスモータ１は、ロータ４の回転位置検出用の磁気式エンコーダ２０を有している。磁気式エンコーダ２０は、回転シャフト５の端部に回転シャフト５と一体に回転するように設けられたセンサマグネット２１と、第三ブラケット１９の内面に設けられた磁気センサ２２とを有している。
　センサマグネット２１は、短尺円柱形状をなしている。センサマグネット２１は、回転シャフト５の他端に形成された凹部２３に、回転シャフト５と同軸となるように固定されている。凹部２３の内径はセンサマグネット２１の外径とは略同一となるように形成されており、センサマグネット２１が凹部２３に嵌合する。また、凹部２３は、その中心位置が回転シャフト５の中心軸と一致するように形成されている。
　磁気センサ２２は、センサマグネット２１に所定の間隔をあけて対向するように第三ブラケット１９の内側に配置されている。磁気センサ２２としては磁極の変化に反応するホール素子（ホールＩＣ）が用いられている。
　この磁気センサ２２はセンサマグネット２１の回転により対向する部分の磁極が変化したときに図示しない制御基板に向けて検出信号を出力する。
　磁気センサ２２としてホール素子が用いられているが、これに限らず、回転シャフト５に固定されるセンサマグネット２１の磁極の変化を検出できるものであれば、他の磁気センサ２２を用いるようにしてもよい。また、磁気センサ２２に代わって光学式エンコーダを用いることも可能である。
（ロータ）
　図３は、本第一実施形態におけるロータ４の径方向から視た側面図、図４は、図３のＡ矢視図、図５は、本第一実施形態におけるロータ４の分解斜視図である。
　図３、図４、図５に示すように、電動機用のロータ４は、例えば、アルミ焼結材等の非磁性体により形成された回転シャフト５と、回転シャフト５に外嵌固定されたロータコア２５と、ロータコア２５内に周方向に沿って等間隔に配置される複数の永久磁石２６と、ロータコア２５と永久磁石２６とを固着する固着手段として機能する環状部材２８と、を有している。本実施形態では永久磁石２６の個数は１４個であり、ロータ４の極数は１４極となる。
　図２に戻って、回転シャフト５は、第一軸受８と第二軸受１７とにより、ブラシレスモータ１の中心軸Ｏと一致するように回転自在に支持されている。
　回転シャフト５には、ロータコア２５を位置決めするためのフランジ部２７が形成されている。フランジ部２７は、回転シャフト５の一方側の端部近傍において、回転シャフト５から鍔状に（径方向に）突出する部位である。
　以下、回転シャフト５の外周面を、フランジ部２７を除く回転シャフト５の主要部の外周面とし、回転シャフト５の長さを回転シャフト５の主要部の長さとして説明する。また、以下の説明において、軸方向とは、回転シャフト５の軸方向であり、径方向とは回転シャフト５の径方向である。
　環状部材２８は、例えば、ＳＵＳ３０４などの非磁性の金属材料によって形成されているリングである。環状部材２８は、ロータコア２５に圧入される。
（ロータコア）
　ロータコア２５は、略同形状の第一ロータコア部材２９と、第二ロータコア部材３３と、から構成されている。第一ロータコア部材２９と、第二ロータコア部材３３とは、金属磁性粒子を含む軟磁性材料を圧縮成形（圧粉磁心）にて一体に成型することによって形成されている。第一ロータコア部材２９及び第二ロータコア部材３３を構成する材料としては、パーメンジュールなどのコバルトを含む合金、また低鉄損圧粉磁心（樹脂でコーティングされた圧粉磁心）を用いることもできる。
　第一ロータコア部材２９と第二ロータコア部材３３とは、それぞれ周方向に等間隔に形成され軸方向に延在する複数の爪部３１，３５を有している。
　第一ロータコア部材２９の爪部（第一爪部３１）と第二ロータコア部材３３の爪部（第二爪部３５）とは、第一ロータコア部材２９及び第二ロータコア部材３３を回転シャフト５に取り付けることによって、周方向に交互に配置されるように構成されている。
　各々の永久磁石２６は、第一爪部３１と第二爪部３５との間の空間に配置される。
　以下、第一ロータコア部材２９と第二ロータコア部材３３の形状の詳細について述べる。ただし、第一ロータコア部材２９と第二ロータコア部材３３は略同形状であるため、第一ロータコア部材２９を用いて説明する。
　図６は、本第一実施形態における第一ロータコア部材２９の斜視図、図７は、図６のＥ矢視図である。
　図６、及び図７に示すように、第一ロータコア部材２９は、回転シャフト５の一端部に外嵌固定される第一筒部３０と、第一筒部３０の外周面に周方向に等間隔に設けられた複数の（本実施形態では、７つ）第一爪部３１と、を有している。
　換言すれば、第一ロータコア部材２９は、軸方向に延在するとともに、周方向に等間隔に配置された複数の第一爪部３１と、第一爪部３１を径方向内周側にて接続する第一筒部３０とを有している。上述したように、第一筒部３０と複数の第一爪部３１とは、一体に成型されており、第一爪部３１同士の相対間隔の安定化が図られている。
　第一筒部３０は、円筒形状をなし、回転シャフト５の外周面に外嵌される筒部内周面３７と、筒部外周面３８と、を有している。第一筒部３０の軸方向の長さは、回転シャフト５の長さの１／２より小さくなるように形成されている。具体的には、３／７程度の長さとされている。
　第一ロータコア部材２９と第二ロータコア部材３３とを回転シャフト５に取り付けることによって、第一ロータコア部材２９の第一筒部３０と第二ロータコア部材３３の第二筒部３４との間には、第一空隙部５１が形成される。
　各々の第一爪部３１は、筒部外周面３８から径方向外周側に突出するとともに、第一筒部３０の一端部を越えて一方向に延在する。第一爪部３１は、第一筒部３０側の基部３１ａと、第一筒部３０から突出する突出部３１ｂとから構成されている。第一爪部３１の軸方向の長さは、回転シャフト５の長さと略同一とされている。
　第一爪部３１は、第一筒部３０の軸方向に延在する断面台形形状の長尺部材である。第一爪部３１は、周方向に面する一対の磁石当接面３９と、径方向外周側で磁石当接面３９同士を接続する外周端面４０と、突出部において径方向内周側で磁石当接面３９同士を接続する内周端面４１と、を有している。
　内周端面４１は、第一筒部３０の筒部外周面３８に対して、径方向外周側に位置している。内周端面４１は、第一ロータコア部材２９と第二ロータコア部材３３とを回転シャフト５に取り付けた際に、第二ロータコア部材３３の筒部外周面３８と径方向に対向する面である。第一ロータコア部材２９の内周端面４１と第二ロータコア部材３３の筒部外周面３８との間には、空隙部（第三空隙部５３）が形成される。
　第一爪部３１の周方向の幅は、径方向外周側に向かうに従って広がるように形成されている。換言すれば、第一爪部３１の一対の磁石当接面３９同士の距離は、径方向外周側に向かうに従って離間するように形成されている。
　また、第一爪部３１の外周端面４０の軸方向両端には段差部４２が形成されている。段差部４２は、環状部材２８を取り付けるための段差である。具体的には、段差部４２は、外周端面４０と平行、かつ、外周端面４０よりも径方向内周側にオフセットされて形成された段差面４３を有している。
　上述したように、第二ロータコア部材３３は、第一ロータコア部材２９と略同形状をなしている。第二ロータコア部材３３は、回転シャフト５の他端部に外嵌固定される第二筒部３４と、第二筒部３４の外周面に周方向に等間隔に設けられた複数の第二爪部３５と、を有している。
　永久磁石２６は、第一爪部３１と第二爪部３５との間に配置される断面台形の長尺部材である。換言すれば、永久磁石２６は、軸方向に直交する断面が長方形状とはなっていない。しかしながら、これに限られるものではなく、第一爪部３１や第二爪部３５の根元の強度が満足できれば、磁石の製造コスト面を考慮して永久磁石２６を平板（長方形）状としてもよい。また、径方向に外周側に向かうに従って、狭くなる台形形状（本実施例とは逆向きの形状）としてもよい。このように構成することで、くさび効果によりロータ４を高速回転させる際の永久磁石２６の飛出しを強固に防止できる。
　図８は、本第一実施形態における永久磁石２６の斜視図である。
　図８に示すように、永久磁石２６は、第一爪部３１の磁石当接面３９又は第二爪部３５の磁石当接面３９に周方向一方側から当接する第一当接面４５ａと、第一爪部３１の磁石当接面３９又は第二爪部３５の磁石当接面３９に周方向他方側から当接する第二当接面４５ｂと、を有している。第一当接面４５ａと第二当接面４５ｂとの距離は、径方向内周側に向かうに従って漸次小さくなるように形成されている。即ち、永久磁石２６の軸方向に直交する断面形状は、径方向内周側に向かうに従って狭くなる台形形状をなしている。
　第一爪部３１及び第二爪部３５は、このような永久磁石２６に対応する形状をなしている。即ち、複数の第一爪部３１、複数の第二爪部３５、及び複数の永久磁石２６とが周方向に組み合わされることによって、全ての要素が周方向に密になるように組み合わさるように形成されている。なお、永久磁石は、例えば、ネオジム焼結などの希土類磁石により形成される。
　ロータ４は、図５の分解図に示す各々の構成要素を組み立てることによって形成される。
　具体的には、回転シャフト５の一方側に第一ロータコア部材２９の第一筒部３０を圧入固定するとともに、回転シャフト５の他方側に第二ロータコア部材３３の第二筒部３４を圧入固定する。この際、第一爪部３１の突出部と第二爪部３５の突出部とが対向するように第一ロータコア部材２９と第二ロータコア部材３３とを組み合わせる。
　次いで、第一ロータコア部材２９の第一爪部３１と第二ロータコア部材３３の第二爪部３５との間に、永久磁石２６を挿入する。次いで、第一爪部３１及び第二爪部３５の段差部４２に環状部材２８を取り付けることによって、全体を固定する。
　この際、永久磁石２６は径方向、又は軸方向から挿入することができる。永久磁石２６の軸長が長い場合は、軸方向からの挿入が容易性の点から好ましい。
　このように組み立てられたロータ４では、周方向に隣り合う永久磁石２６の一方の極（Ｎ極とする）に挟まれた第一爪部３１がＮ極に着磁され、永久磁石２６の他方の極（Ｓ極）に挟まれた第二爪部３５がＳ極に着磁される。即ち、第一爪部３１を構成する第一ロータコア部材２９がＮ極の磁極となり、第二ロータコア部材３３がＳ極の磁極となる。
　次に、空隙部について詳細に説明する。
　図９は、図３のＢ－Ｂ断面図である。
　図９に示すように、第一ロータコア部材２９の第一筒部３０と、第二ロータコア部材３３の第二爪部３５とは、径方向に離間している。即ち、第一筒部３０と第二爪部３５との間には、空隙部（第二空隙部５２）が形成されている。
　図１０は、図３のＣ－Ｃ断面図である。
　図１０に示すように、回転シャフト５の軸方向中央近傍では、第一ロータコア部材２９の第一筒部３０及び第二ロータコア部材３３の第二筒部３４と、回転シャフト５とは、径方向に離間している。即ち、回転シャフト５と第一爪部３１及び第二爪部３５との間には、空隙部（第一空隙部５１）が形成されている。
　図１１は、図３のＤ－Ｄ断面図である。
　図１１に示すように、第二ロータコア部材３３の第二筒部３４と、第一ロータコア部材２９の第一爪部３１とは、径方向に離間している。即ち、第二筒部３４と第一爪部３１との間には、空隙部（第三空隙部５３）が形成されている。
　上記第一実施形態によれば、第一ロータコア部材２９と第二ロータコア部材３３との間に第一空隙部５１、第二空隙部５２、第三空隙部５３からなる空隙部が形成され、回転シャフト５が非磁性の材料で形成されていることによって、第一ロータコア部材２９と第二ロータコア部材３３とが磁気的に非短絡状態となる。
　図１２は、本第一実施形態における空隙部を説明する軸方向に沿う断面図である。
　即ち、図１２に矢印で示すような、Ｎ極に着磁された第一ロータコア部材２９からＳ極に着磁された第二ロータコア部材３３に流れる磁束の経路が遮断される。これにより、永久磁石２６からの磁束量のうち、回転軸側に迂回する磁束量を減少させることができ、モータ特性の低下を防止することができる。ひいては、漏れ磁束の増加を抑制し、モータ特性の低下を防止しつつ、高精度に回転制御を行うことが可能な電動モータを提供できる。
　また、第一ロータコア部材２９及び第二ロータコア部材３３とは一体に形成されているため、ロータコア２５が永久磁石２６に吸い寄せられることによってロータコア２５の位置がずれるのを防止し、高精度に回転制御を行うことが可能になる。
　また、第一爪部３１、第二爪部３５、及び永久磁石２６を周方向に密に当接するように配置したものを環状部材２８によって径方向内周側に押圧しつつ固着（圧入）させる構成とした。
　これにより、永久磁石２６と爪部とが周方向に当接する方向に圧縮応力がかかり、相互の拘束を安定させることができる。
　また、第一ロータコア部材２９及び第二ロータコア部材３３が一体に形成されていることによって、永久磁石２６の個数を増やすだけで極数を増やすことができる。これにより、組み立て工数を大幅に増やすことなく総磁束を増やすことができる。また、ロータコア２５の寸法が安定するため、磁束の低下やコギングトルクの増大を防ぐことができる。
　また、磁気式エンコーダ２０による回転シャフト５の角度検出においては、回転シャフト５を非磁性の材料で形成したことによって、回転シャフト５側への磁束の流れが防止される。これにより、磁気センサ２２における磁界強度が上がり、センサマグネット２１の小型化、及び低コスト化を図ることができる。
　また、凹部２３が、その中心位置が回転シャフト５の中心軸と一致するように形成され、凹部２３にセンサマグネット２１が嵌合するように構成されていることによって、磁気式エンコーダ２０の角度検出誤差を小さくすることができる。
　また、永久磁石２６の軸方向に直交する断面形状が、径方向内周側に向かうに従って狭くなる台形形状をなしていることによって、第一爪部３１及び第二爪部３５の径方向内側をより太くすることができる。これにより、第一ロータコア部材２９及び第二ロータコア部材３３の強度を向上させることができる。
　また、環状部材２８を用いて、ロータコア２５とともに複数の永久磁石２６を拘束することによって、複数の永久磁石２６が径方向外側に抜けることを防止することができる。
　なお、環状部材２８を代替する固着手段として、接着剤を用いることもできる。即ち、環状部材２８を用いることなく、第一ロータコア部材２９、第二ロータコア部材３３、及び複数の永久磁石２６を樹脂モールドまたは接着剤を用いて固着してもよい。
（第二実施形態）
　次に、本発明の第二実施形態を図１３に基づいて説明する。
　図１３は、第二実施形態におけるロータ４を示す断面図である。なお、第一実施形態と同一態様には、同一符号を付して説明する（以下の実施形態についても同様）。
　本第二実施形態の第一ロータコア部材２９第一筒部３０及び第二ロータコア部材３３の第二筒部３４は、第一実施形態と比較して軸方向の長さが短くなるように形成されている。
　また、第一空隙部５１は、例えば、ポリアセタール樹脂（ＰＯＭ）によって形成された円筒形状のスペーサ４７によって充填されている。
　上記第二実施形態によれば、第一筒部３０及び第二筒部３４が短くなることによって圧入固定される部位が減少するため、永久磁石２６からの磁束量をさらに増加させることができる。
　また、第一空隙部５１にスペーサ４７を配置したことによって、ロータコア２５の位置決めが容易となる。
　なお、スペーサ４７は、必ずしも必要ではなく、第一実施形態のロータ４と同様に、第一空隙部５１は空間としてもよい。
（第三実施形態）
　次に、この発明の第三実施形態を図１４に基づいて説明する。
　図１４は、第三実施形態におけるロータ４を示す斜視図である。
　本第三実施形態の環状部材２８には、軸方向一方側の縁部から全周に亘って径方向内周側に突出する内フランジ部４８が設けられている。即ち、複数の永久磁石２６の軸方向の両端には、環状部材２８と一体に形成された円盤状の部材が当接している。
　上記第三実施形態によれば、環状部材２８に設けられた内フランジ部４８によって、複数の永久磁石２６の軸方向の移動を拘束することができる。
（第四実施形態）
　次に、この発明の第四実施形態を図１５に基づいて説明する。
　図１５は、第四実施形態におけるロータ４を示す断面図である。
　本第四実施形態の第一ロータコア部材２９及び第二ロータコア部材３３のうち、爪部と筒部との接続部には、逃げ部４９が形成されている。具体的には、筒部の外周面における永久磁石２６との当接部の周方向中央近傍を残して、この中央部近傍の周方向両側が軸方向全長に亘って切除されている。
　上記第四実施形態によれば、永久磁石２６の径方向内周側の面とロータコア２５の筒部の外周面との接触面積が減少する。これにより、さらに漏れ磁束の増加を抑制することができる。
（第五実施形態）
　次に、この発明の第五実施形態を図１６～図１８に基づいて説明する。
　図１６は、本第五実施形態におけるブラシレスモータ１の構成図、図１７は、本第五実施形態におけるロータ４の径方向から視た側面図、図１８は、本第五実施形態におけるロータ４の分解斜視図である。
　図１６～図１８に示すように、本第五実施形態のロータコア２５の軸方向の長さは、上記の他の実施形態と比較して略半分の長さに設定されている。そして、上記の第一実施形態におけるロータコア２５が配置されているスペースに、２つのロータコア２５が軸方向に並んで配置されている。換言すれば、本第五実施形態のロータコア２５は、上記の第一実施形態におけるロータコア２５を軸方向に二分割構成としたといえる。
　各ロータコア２５の構成は、上記の第一実施形態におけるロータコア２５の構成とほぼ同一であるので、説明を省略する。ここで、第五実施形態における第一ロータコア部材２９の第一筒部３０と、第二ロータコア部材３３の第二筒部３４との間には、非磁性のスペーサ５４７が設けられている。この点、上記の第一実施形態におけるロータコア２５と本第五実施形態におけるロータコア２５とが相違する。
　スペーサ５４７は、非磁性材からなる円筒形状のもので、回転シャフト５に外嵌固定されている。スペーサ５４７の材料としては、例えば、ステンレス（ＳＵＳ）やポリアセタール樹脂（ＰＯＭ）などが挙げられる。
　また、スペーサ５４７は、第一ロータコア部材２９と第二ロータコア部材３３との軸方向の位置決めを行う役割を有している。すなわち、スペーサ５４７の軸方向両端には、一方に第一ロータコア部材２９の第一筒部３０が当接し、他方に第二ロータコア部材３３の第二筒部３４が当接している。これにより、回転シャフト５とロータコア２５との間には、空隙部（第一空隙部５１（図２参照））が形成されない。
　ロータコア２５に設けられる永久磁石２６の軸方向の長さは、それぞれロータコア２５の軸方向の長さに対応するように、上記の第一実施形態における永久磁石２６の軸方向の長さの約半分に設定されている。
　また、２つのロータコア２５の間には、隔壁リング５６０が設けられている。隔壁リング５６０は、２つのロータコア２５のうちの一方のロータコア２５から他方のロータコア２５への磁束漏れを防止するためのものであって、例えば、ステンレス（ＳＵＳ）やポリアセタール樹脂（ＰＯＭ）などの非磁性材により形成されている。
　さらに、図１７に詳示するように、２つのロータコア２５は、周方向に僅かにずれて配置されている。すなわち、２つのロータコア２５は、各々永久磁石２６が軸方向で完全にラップせずに、各々永久磁石２６の位置が僅かに周方向にずれた状態になる。
　上記第五実施形態によれば、第一実施形態と比較して１つのロータコア２５の軸方向の長さが約半分になるので、この分、ロータコア２５全体で生じる渦電流損（鉄損）を小さくすることができる。
　また、ロータコア２５の軸方向が短くなる分、ロータコア２５への永久磁石２６の組み付け性を向上させることができる。
　さらに、２つのロータコア２５を、互いに周方向に僅かにずらして組み付けることにより、各ロータコア２５に設けられている永久磁石２６の位置が僅かに周方向にずれた状態になる。このため、永久磁石２６をスキューさせた場合と同様の効果を奏することができる。すなわち、ブラシレスモータ１のコギングトルクを低減することができ、モータ特性を向上できる。
　なお、スキューとは、永久磁石を軸方向に対して斜めに配置、または斜めに着磁することをいう。
（第五実施形態の変形例）
　ここで、図１９に示すように、２つのロータコア２５を互いに周方向に僅かにずらして配置することなく、各ロータコア２５の永久磁石２６を実際にスキューさせてもよい。
　この場合、ロータコア２５を構成する第一ロータコア部材２９の第一爪部３１と第二ロータコア３３の第二爪部３５を、それぞれ軸方向に対して斜めに延出するように形成する。そして、永久磁石２６も、第一爪部３１及び第二爪部３５に対応するように、軸方向に対して斜めに形成する。
（第六実施形態）
　次に、この発明の第六実施形態を図２０～図２２に基づいて説明する。
　図２０は、本第六実施形態における永久磁石２６の斜視図、図２１は、本第六実施形態におけるロータ４の断面図であって、上記の図９に対応している。図２２は、図２１のＥ部拡大図である。
　図２０、図２１に示すように、上記第五実施形態と本第六実施形態との相違点は、上記第五実施形態の永久磁石２６は、ネオジム焼結などの希土類磁石により形成されるのに対し、本第六実施形態の永久磁石２６は、例えばネオジムボンドなどのボンド磁石により形成される点にある。
　このような構成のもと、永久磁石（ネオジムボンド）２６は以下のように製造される。
　即ち、まず、回転シャフト５に第一ロータコア部材２９、第二ロータコア部材３３、環状部材２８、スペーサ５４７、及び隔壁リング５６０（いずれも図１８参照）を組み付け、この後、第一ロータコア部材２９の第一爪部３１と第二ロータコア部材３３の第二爪部３５との間を埋めるようにボンド磁石を充填する。
　このとき、ボンド磁石は、第一ロータコア部材２９の第一筒部３０と、第二ロータコア部材３３の第二爪部３５との間に形成される空隙部（第二空隙部５２）にも充填される。また、第二ロータコア部材３３の第二筒部３４と、第一ロータコア部材２９の第一爪部３１との間に形成される空隙部（第三空隙部５３）にも充填される。このため、図２１に示すように、各ロータコア２５の軸方向両端側では、ボンド磁石は、断面略Ｃ字状になる。
　次に、各爪部３１，３５に、径方向外側から磁界をかける。すると、図２２に示すように、ボンド磁石は、厚さ方向で磁極が変わるように（例えば、外側がＮ極で内側がＳ極となるように）に着磁される。これにより、永久磁石（ボンド磁石）２６の製造が完了する。
　上記第六実施形態によれば、永久磁石２６をロータコア２５に組み付ける工程が必要なくなり、ロータコア２５にボンド磁石を充填させるだけで永久磁石２６をロータコア２５に取り付けることが出来るので、ロータ４の組み付け性を向上させることができる。
　また、第二空隙部５２及び第三空隙部５３にも永久磁石２６が配置されることになるので、永久磁石２６の磁束量を増大させることができ、この結果、モータ特性を向上できる。
　なお、本発明の技術範囲は上記の実施形態に限定されるものではなく、本発明の趣旨を逸脱しない範囲において、種々の変更を加えることが可能である。また、上記複数の実施形態で説明した特徴を任意に組み合わせた構成であってもよい。
　例えば、上記実施形態のロータ４は、極数が１４とされているがこれに限ることはなく、適宜変更することができる。例えば、ロータ４の極数は１０から１６の範囲で変更することができる。
　また、第二実施形態のスペーサ４７を、第一実施形態のロータ４に適用することもできる。
　さらに、第六実施形態の永久磁石２６を、上記第一実施形態から第四実施形態のいずれかに適用することも可能である。
　上記のロータ若しくは電動モータによれば、永久磁石からの磁束量のうち、回転軸側に迂回する磁束量を減少させることができ、モータ特性の低下を防止することができる。
　１　ブラシレスモータ
　３　ステータ
　４　ロータ　
　５　回転シャフト（回転軸）
　１０　ステータコア
　１１　インシュレータ
　１２　コイル
　２０　磁気式エンコーダ
　２１　センサマグネット
　２２　磁気センサ
　２３　凹部
　２５　ロータコア
　２６　永久磁石
　２８　環状部材（固着手段）
　２９　第一ロータコア部材
　３０　第一筒部
　３１　第一爪部
　３３　第二ロータコア部材
　３４　第二筒部
　３５　第二爪部
　４５ａ　第一当接面
　４５ｂ　第二当接面
　４７　スペーサ
　４８　内フランジ部
　４９　逃げ部
　５１　第一空隙部
　５２　第二空隙部
　５３　第三空隙部

Claims (16)

  1. 　非磁性体の回転軸と、
    　前記回転軸に外嵌固定されるロータコアと、
    　前記ロータコアの径方向に沿うように、且つ周方向に放射状に配置される複数の永久磁石と、
    　前記回転軸と前記ロータコアと前記複数の永久磁石とを固着する固着手段と、を備え、
    　前記ロータコアと前記回転軸との間の少なくとも一部に空隙部が設けられているロータ。
  2. 　前記ロータコアは、
    　前記回転軸の一端部に外嵌固定される円筒形状の第一筒部と、前記第一筒部の外周面に設けられ、前記回転軸の軸方向に延在する複数の第一爪部と、を有する第一ロータコア部材と、
    　前記回転軸の他端部に外嵌固定される円筒形状の第二筒部と、前記第二筒部の外周面に設けられ、隣り合う前記第一爪部の間に延在する複数の第二爪部と、を有する第二ロータコア部材と、を有し、
    　前記複数の永久磁石は、前記第一爪部と前記第二爪部との間に配置されている請求項１に記載のロータ。
  3. 　前記空隙部は、
    　軸方向に離間する前記第一筒部と第二筒部との間に形成されている第一空隙部と、
    　径方向に離間する前記第一筒部と前記第二爪部との間に形成されている第二空隙部と、
    　径方向に離間する前記第二筒部と前記第一爪部との間に形成されている第三空隙部と、のうち少なくとも一つである請求項２に記載のロータ。
  4. 　前記第一空隙部、前記第一空隙部、及び前記第三空隙部のうち少なくとも一つは、非磁性の材料で充填されている請求項３に記載のロータ。
  5. 　前記永久磁石は、前記第一爪部又は前記第二爪部に周方向一方側から当接する第一当接面と、前記第一爪部又は前記第二爪部に周方向他方側から当接する第二当接面と、を有し、前記第一当接面と前記第二当接面との間の距離は、径方向内側に向かうに従って漸次小さくなるように形成されている請求項２に記載のロータ。
  6. 　前記永久磁石は、前記第一爪部又は前記第二爪部に周方向一方側から当接する第一当接面と、前記第一爪部又は前記第二爪部に周方向他方側から当接する第二当接面と、を有し、前記第一当接面と前記第二当接面との間の距離は、径方向内側に向かうに従って漸次小さくなるように形成されている請求項３に記載のロータ。
  7. 　前記永久磁石は、前記第一爪部又は前記第二爪部に周方向一方側から当接する第一当接面と、前記第一爪部又は前記第二爪部に周方向他方側から当接する第二当接面と、を有し、前記第一当接面と前記第二当接面との間の距離は、径方向内側に向かうに従って漸次小さくなるように形成されている請求項４に記載のロータ。
  8. 　前記固着手段は、前記第一爪部及び前記第二爪部を外周側から締結する環状部材である請求項２に記載のロータ。
  9. 　前記固着手段は、前記第一爪部及び前記第二爪部を外周側から締結する環状部材である請求項３に記載のロータ。
  10. 　前記固着手段は、前記第一爪部及び前記第二爪部を外周側から締結する環状部材である請求項４に記載のロータ。
  11. 　前記固着手段は、前記第一爪部及び前記第二爪部を外周側から締結する環状部材である請求項５に記載のロータ。
  12. 　前記回転軸の軸方向に沿って前記ロータコアを二つ以上の複数個配置し、
    　各前記ロータコアに、それぞれ別々に前記永久磁石を配置した請求項１に記載のロータ。
  13. 　複数の前記ロータコアを、周方向にずらして配置した請求項１２に記載のロータ。
  14. 　前記複数の永久磁石は、ボンドマグネットにより形成されており、該ボンドマグネットが前記空隙部にも充填されている請求項１に記載のロータ。
  15. 　請求項１に記載のロータと、
    　このロータの周囲を取り囲むように形成され、巻線が巻装されているステータとを備えた電動モータ。
  16. 　請求項１２に記載のロータと、
    　このロータの周囲を取り囲むように形成され、巻線が巻装されているステータとを備えた電動モータ。
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