JP2000278896A - 電動機のロータ - Google Patents
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Abstract
可能で、しかも少ない工数で製作が容易で安価な電動機
のロータを提供する。 【解決手段】 ロータコア11に設けるフラックスバリ
ア13,14の外周側端部に突出部13a,14aを設
け、永久磁石12の両側のフラックスバリア13,14
の間隔Lを永久磁石12の幅Wよりも短くする。フラッ
クスバリア13,14の突出部13a,14aと永久磁
石12の間には鉄心部分15を設ける。フラックスバリ
ア13,14の形状・寸法は、フラックスバリア先端角
θF が54〜59°(電気角)の範囲にあるのが望まし
い。
Description
石を埋め込んだ電動機のロータの構造に関し、特に、ス
キュー(傾き)などを用いることなく、コギングトルク
を低減することができるものである。
ータ内に永久磁石を埋め込んだIPMモータ(埋込み磁
石型モータ)がある。このモータは、高効率、小型化可
能、高回転化可能という特徴を有するため、電気自動車
などに適したモータとして、現在広く採用されている。
ータにおいては、鉄心によるリラクタンス変化に伴って
ステータとロータの間の吸引力が変動し、この変動によ
ってコギングトルクまたはトルクリプルなどと呼ばれる
角速度変化を伴う周期的なトルク変動(以下、ここでは
コギングトルクと呼ぶ)が発生する。このコギングトル
クは回転の円滑を損ない、振動や異音の発生の原因とも
なるので、小さく抑えることが望まれる。
のための工夫がいろいろなされている。マグネットロー
タの磁極(永久磁石)にスキュー(傾き)を設けるのも
その一つである(例えば、特開昭63−140645号
公報)。また、永久磁石の着磁方向を斜めにして、ロー
タにスキュー効果をもたらすものも開示されている(特
開平5−168181号)。
ては、例えば、永久磁石の幅を中心角で所定の値(また
は範囲)に決めるもの(特開平3−98445号公
報)、磁路を分割するようにロータコアに複数個の空隙
を設けてロータ形状を非円形としたもの(実開平5−9
147号公報)、積層してロータを構成する鉄心片の外
周形状を積層方向に進むに従って変えてロータコア形状
を変えたもの(実開平3−106851号公報)などが
開示されている。
ットロータの磁極にスキューを設ける方法にあっては、
例えば、積層されたロータコアを永久磁石とともに積層
方向に分割し、これら分割されたロータコアに永久磁石
を挿入した後、一定角度ずつ階段状にずらせて軸に取り
付ける必要があるため、工数が増大し、製作する手間と
時間が増加し、コストアップにつながるという問題があ
る。また、永久磁石の着磁方向を斜めにしてスキュー効
果を持たせる方法にあっても、着磁方向を斜めにするた
めの特別の工程を必要とし、製作に手間と時間を要す
る。
て、まず、磁石の幅を決める方法にあっては、欲しい磁
束の量は磁石の幅によって決まるが、この場合には磁石
の幅を任意に決めることができず、コギングトルク低減
のために欲しい磁束の量が得られないおそれがある。ま
た、ロータ形状を非円形にしたりまたはロータコア形状
を変えたりする方法にあっては、ロータまたはロータコ
アの形状が通常の円形ではないため、やはり製作に手間
と時間がかかり、高価になりがちである。
に何らかの変更を加えたりまたはロータもしくはロータ
コアの形状それ自体を変更したりすることは、工数が増
加し、製作に手間と時間を要し、コストアップは避けら
れない。
鑑みてなされたものであり、スキューなどを用いること
なくコギングトルクを低減することができ、しかも少な
い工数で製作が容易で安価な電動機のロータを提供する
ことを目的とする。
記の手段によって達成される。
ータコアの内部に複数個の永久磁石を配置してなる電動
機のロータにおいて、前記複数の永久磁石を前記ロータ
コアの外周部の円周方向に配置し、前記ロータコアの前
記各永久磁石の円周方向端面側の外周部に略径方向の磁
束遮断部を設け、該磁束遮断部の外周側端部には前記永
久磁石の側に突き出た突出部が設けられていることを特
徴とする。
鉄心が存在する。
石の中心とが前記ロータコアの中心を挟む角度は、電気
角で54〜59°である。
る。
束遮断部の外周側端部に永久磁石の側に突き出た突出部
を設け、つまり、磁束遮断部を略L字形にし、永久磁石
の両側の磁束遮断部(の突出部)の間隔が永久磁石の幅
よりも短くなるようにしたので、永久磁石による磁束の
分布が最適化され、スキューなどを用いずにコギングト
ルクを低減することができる。このとき、コギングトル
ク低減の効果はロータコアに設ける磁束遮断部の形状の
みで与えられ、永久磁石自体を変更したりまたはロータ
もしくはロータコアの形状それ自体を変更したりする必
要はなく、磁束遮断部の形状以外の点については通常の
もので足りるため、工数が少なく、製作も容易で、安価
である。
の間に鉄心が存在する形状にした場合には、永久磁石の
磁束を活かすことができるため、ステータコイルとロー
タの永久磁石とが反発、吸引することによるマグネット
トルクを減少させずに、コギングトルクを低減すること
ができる。
出部の先端位置と永久磁石の中心とがロータコアの中心
を挟む角度(以下「磁束遮断部先端角」という)を電気
角で54〜59°にした場合、コギングトルク率(=コ
ギングトルク最大値/定格トルク)がモータ設計上の一
般的な目標値である1.0%(コギングトルク率が1.0
%以下になると回転数変動の低減により振動・異音が著
しく改善されることが知られている)以下となり、望ま
しい結果が得られた。したがって、磁束遮断部先端角を
電気角で54〜59°の範囲に設定するだけで、コギン
グトルクを有効に低減することができる。
による調整であり、磁石の形状や配置には大きな自由度
があるため、永久磁石として製作の容易な板状の磁石を
使用することができ、上記した簡単なロータ構造と相俟
って、コスト的にもきわめて有利である。
は、打抜き用の所定の型を用意するだけで足り、従来行
われていた加工工程でそのまま対応できるため、この点
でのコストアップはない。
施の形態を説明する。
示す要部正面図である。なお、ここでは、1つの磁極部
分に関してのみ記載しており、その他の磁極部分は同一
構成のため省略してある。
磁石を埋め込んだ4極(2極対)のIPMモータ(埋込
み磁石型モータ)である。このロータ10は、薄い(例
えば、0.5mm厚)円形のけい素鋼板を複数枚積層して
なるロータコア11と、該ロータコア11の中心にある
シャフト穴に圧入されたモータシャフト(図示せず)
と、ロータコア11の外周部の円周方向に等間隔に配置
された4個の永久磁石12とからなる。永久磁石12
は、製作の容易な通常の板状磁石を使用する。
周方向端面側の外周部には、略径方向のフラックスバリ
ア(磁束遮断部)13,14がそれぞれ設けられてい
る。フラックスバリア13,14は、ロータコア11の
長手方向に貫通する、磁束を通さない貫通穴である。こ
のフラックスバリア13,14の外周側端部には、永久
磁石12の側に突き出た突出部13a,14aが設けら
れている。すなわち、このフラックスバリア13,14
は、略L字形の形状をしており、フラックスバリア1
3,14(の突出部13a,14a)の間隔Lが永久磁
石12の幅Wよりも短くなるように配置されている。ま
た、永久磁石12の磁束を活かすために、フラックスバ
リア13,14の突出部13a,14aと永久磁石12
との間に隙間15(寸法d)を設けてその部分にも鉄心
が存在する形状にしている。つまり、永久磁石12の表
面には必ず鉄心が存在するようにしている。なお、永久
磁石12およびフラックスバリア13,14は、永久磁
石12の中心とロータコア11の中心とを結ぶ直線Aに
関して対称である。
ングトルク率との関係を示す図面である。ここでは、フ
ラックスバリア先端位置を、フラックスバリア13,1
4の突出部13a,14aの先端位置と永久磁石12の
中心とがロータコア11の中心を挟む角度(以下「フラ
ックスバリア先端角」という)、換言すれば、フラック
スバリア13,14の突出部13a,14aの先端位置
とロータコア11の中心とを結ぶ直線Bと、永久磁石1
2の中心とロータコア11の中心とを結ぶ直線Aとのな
す角度を電気角で表現したもの(θF)によって示す。
また、コギングトルク率は、下記の式、 コギングトルク率=コギングトルク最大値/定格トルク によって定義される。
トルク率は、フラックスバリア先端角θF に依存してお
り、コギングトルクの低減に有効な望ましい範囲が存在
することがわかる。同図によれば、モータ設計上のコギ
ングトルク率の一般的な目標値が1.0%であることを
考慮すると、コギングトルク率が1.0%以下となる5
4〜59°(電気角)の範囲が、フラックスバリア1
3,14(の突出部13a,14a)の形状または寸法
として望ましい範囲である。特に、フラックスバリア先
端角θF が57°(電気角)またはその近傍のとき、コ
ギングトルク低減の効果が最大となり、最も望ましい。
なお、フラックスバリア先端角θF が61°(電気角)
の場合は、図3に示すように、フラックスバリア13,
14に突出部が存在しない場合である。
タコア11に設けるフラックスバリア13,14の外周
側端部に永久磁石12の側に突き出た突出部13a,1
4aを設け、つまり、フラックスバリア13,14を略
L字形にし、永久磁石12の両側のフラックスバリア1
3,14(の突出部13a,14a)の間隔Lが永久磁
石12の幅Wよりも短くなるようにしたので、永久磁石
12による磁束の分布が最適化され、スキューなどを用
いることなくコギングトルクを低減することができる。
このとき、コギングトルク低減の効果はロータコア11
に設けるフラックスバリア13,14の形状のみで与え
られ、永久磁石自体を変更したりロータもしくはロータ
コアの形状それ自体を変更する必要はなく、フラックス
バリア13,14の形状以外の点については通常のもの
で足りるため、例えば、永久磁石12として板状の磁石
を使用でき、ロータ10またはロータコア11の形状も
円形でよいため、工数が少なく、製作も容易で、安価で
ある。
部13a,14aと永久磁石12の間に鉄心が存在する
形状にしたので、永久磁石12の表面には必ず鉄心が存
在することになり、永久磁石12の磁束を活かすことが
できるため、ステータコイルとロータ10の永久磁石1
2とが反発、吸引することによるマグネットトルクを減
少させることなく、コギングトルクを低減することがで
きる。
面図である。
率との関係を示す図面である。
の場合におけるフラックスバリアの形状を示す図1の対
応図面である。
Claims (5)
- 【請求項1】 ロータコアの内部に複数個の永久磁石を
配置してなる電動機のロータにおいて、 前記複数の永久磁石を前記ロータコアの外周部の円周方
向に配置し、前記ロータコアの前記各永久磁石の円周方
向端面側の外周部に略径方向の磁束遮断部を設け、該磁
束遮断部の外周側端部には前記永久磁石の側に突き出た
突出部が設けられていることを特徴とする電動機のロー
タ。 - 【請求項2】 前記突出部と前記永久磁石の間には鉄心
が存在することを特徴とする請求項1記載の電動機のロ
ータ。 - 【請求項3】 前記突出部の先端位置と前記永久磁石の
中心とが前記ロータコアの中心を挟む角度は、電気角で
54〜59°であることを特徴とする請求項1記載の電
動機のロータ。 - 【請求項4】 前記永久磁石は、板状の磁石であること
を特徴とする請求項1記載の電動機のロータ。 - 【請求項5】 前記磁束遮断部は、貫通穴であることを
特徴とする請求項1記載の電動機のロータ。
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