JP2006136132A - ロータおよびモータ - Google Patents

Abstract

【課題】 簡易かつ低コストで、ロータ外周面に装着された永久磁石の飛散防止とモータのトルク性能の向上を図ることのできるロータおよびモータを提供する。
【解決手段】 インナーロータ型で、表面型ロータのモータ１において、永久磁石３２，３２，…の外周には電磁細線４，４，…が巻き回されている。電磁細線４は、径が０．１ｍｍ程度の細線であり、高調波性能に優れた鋼線が使用されている。
【選択図】 図１

Description

本発明は、モータを構成するリング状のステータの中央に配設されるロータと、該ロータを備えたモータに係り、特に、簡易かつ低コストで、ロータ外周面に装着された永久磁石の飛散防止とモータのトルク性能の向上を図ることのできるロータおよび該ロータを備えたモータに関するものである。

ブラシレスＤＣモータをはじめとする各種のモータの中で、インナーロータ型であって、ロータ外周面に永久磁石が露出した状態で張り付けられている表面型ロータからなるモータはよく知られるところである。この表面型ロータは、例えば、ロータ中央に配設されるシャフトに永久磁石が接着剤にて固着された構成となっている。かかるロータにおいては、外部からの衝撃などによって永久磁石が割れて飛散することを防止するために、例えばステンレス製の非磁性体からなるカバーが永久磁石の外周面に配設されているのが一般的である。

永久磁石の外周に非磁性体からなる飛散防止用のカバーを備えた場合には、永久磁石とステータのティースまわりに巻き回されたコイルの間のエアーギャップが大きくなる。すなわち、非磁性体の磁気抵抗は空気と同等であると考えられ、したがってエアーギャップが事実上は非磁性体の厚み分だけ大きくなるものである。このエアーギャップが大きくなることにより、モータのトルク性能が低下するといった問題が生じ、したがって非磁性体からなるカバーの適用には大きな課題があった。

上記の課題に対して特許文献１には、磁性体と非磁性体から構成される飛散防止用のカバーを備えたブラシレスモータに関する発明が開示されている。永久磁石の表面に配設されるカバーは、永久磁石と接触する箇所は磁性体からなり、永久磁石と接触しない箇所は非磁性体からなるように成形されている。このように、磁性体と非磁性体とからなるカバーとすることで、隣接する永久磁石間での磁束漏れを防止することができる。

また、特許文献２には、騒音特性に優れたモータ用のステータコアに関する発明が開示されている。このステータコアは、磁性鉄粉からなるコア本体内部に、２ｍｍ以下の径の電磁細線が埋設された構造となっている。従来のように電磁鋼板から成形されたステータコアに比べて、磁性鉄粉製のコアは騒音の改善に優れていることを見出した上で、磁性鉄粉製コアの弱点であるコア強度の低下を電磁細線にて補強したものである。

特開２０００−２７８８９７号公報 特開２００４−１０４８９３号公報

特許文献１に開示の飛散防止用のカバーを備えたブラシレスモータによれば、永久磁石の飛散防止を確保しながら、モータのトルク性能の低下も防止することが可能となる。しかし、飛散防止用のカバーが磁性体と非磁性体とから構成されるものであるため、その製作手間がかかり、したがってカバーの製作コストの高騰が避けられない。

本発明は、上記する問題に鑑みてなされたものであり、永久磁石の飛散防止用の措置を簡易かつ比較的低コストで講じながら、永久磁石の飛散防止とモータのトルク性能の低下防止を図ることのできるロータと該ロータを備えたモータを提供することを目的とする。

前記目的を達成すべく、本発明によるロータは、モータを構成するリング状のステータの中央に配設されるロータであって、前記ロータは、その外周に複数の永久磁石を装着しており、該複数の永久磁石の外周に電磁細線が巻き回されていることを特徴とする。

ここで、本発明のロータは、インナーロータ型で、表面型ロータのモータであれば任意のモータに適用できる。

永久磁石の外周に巻き回される電磁細線は、磁束を通すことが可能で、できるだけ径の小さな鋼線であることが望ましく、より望ましくは、高周波性能に優れた鋼線であることである。この電磁細線の径としては、０．２ｍｍ以下が望ましく、０．１ｍｍ程度であればより望ましい。

永久磁石のまわりに、電磁細線を適宜の巻き線回数にて巻き回すことにより、本発明のロータが形成できる。この巻き線回数は、永久磁石が剥離もしくは衝撃などによる亀裂を生じた場合において、該永久磁石が飛散しない程度に設定される。また、永久磁石とティース間の離隔と電磁細線の径などから、モータのトルク性能が最適となるように設定されることが好ましい。

ティースと永久磁石との間の空隙には、空間および時間高調波の影響によって磁束分布が正弦波から遠ざかり、したがってモータ効率の低下が招来されている。そこで、高調波性能に優れ、可及的に細い電磁細線を永久磁石まわりに巻いた構成とすることで、永久磁石の飛散防止と、モータのトルク性能の低下防止を同時に図ることが可能となる。また、本発明のモータでは、電磁細線を比較的簡易に製作することができ、永久磁石まわりに巻き回すだけでモータを製作することができるため、製作手間もかからない。

また、本発明によるロータの他の実施形態は、モータを構成するリング状のステータの中央に配設されるロータであって、前記ロータは、その外周に複数の永久磁石を装着しており、該複数の永久磁石の外周に筒状のカバーが装着されており、該カバーの内部には、その周方向に延びてリング状に成形された電磁細線が埋め込まれていることを特徴とする。

本発明のロータは、例えば、非磁性体からなる筒状のカバーの内部に、その周方向に巻き回された電磁細線が埋め込まれている実施形態に関するものである。

カバーを構成する非磁性体の構成材料は特に限定するものではないが、例えばオーステナイト系ステンレスや、炭素繊維、ガラス繊維、アラミド繊維などの熱硬化性樹脂などから成形することができる。なお、カバーの製作は、型内にリング状の電磁細線を所定本数設置した状態で例えば溶融状態の樹脂を流し込み、硬化させるだけの簡易な製作方法でよい。

電磁細線は比較的細い鋼線であることから、本発明のように、電磁細線が埋め込まれた非磁性体からなる筒状のカバーを永久磁石まわりに装着することで、永久磁石の飛散防止効果をより高めることができる。
また、本発明によるモータは、前記ロータを備えたことを特徴とする。

本発明のモータは、インナーロータ型で、表面型ロータからなるモータであればよく、ブラシレスＤＣモータやリラクタンスモータなど、適宜の機構のモータを選定できる。永久磁石のまわりには、上記するように、電磁細線が巻き回されていたり、電磁細線が埋め込まれた筒状のカバーが装着されており、永久磁石の飛散防止とトルク性能の低下防止の双方を同時に満足させることができる。

また、電磁細線が特に高調波性能に優れた鋼線からなる場合には、より高いトルク性能の低下防止効果を得ることが可能となる。

以上の説明から理解できるように、本発明のロータおよびモータによれば、永久磁石のまわりに電磁細線を巻き回すだけで、あるいは電磁細線が埋め込まれたカバーを永久磁石の外周に装着するだけで、永久磁石の飛散防止とモータのトルク性能の向上を図ることができる。電磁細線が高調波性能に優れた鋼線からなる場合には、より大きなモータのトルク性能の向上を図ることができる。さらに、本発明のロータおよびモータによれば、比較的簡易かつ低コストで、永久磁石の飛散防止とモータのトルク性能の向上を図ることができる。

以下、図面を参照して本発明の実施の形態を説明する。図１は、本発明のモータの一実施形態を示した斜視図であり、図２は、本発明のモータの他の実施形態を示した斜視図である。なお、モータは、インナーロータ型で表面型ロータからなるモータであればよく、図示する実施形態に限定されるものでないことは勿論のことである。また、ティースまわりのコイルの図示は省略している。

図１は、本発明のモータ１を示している。モータ１は、リング状のステータ２と、ステータ２を構成するティース２１，２１，…の内側に配設されたロータ３とから構成されている。

ロータ３は、シャフト３１の外周面に複数の永久磁石３２，３２，…が接着されており、永久磁石３２，３２，…の外周に電磁細線４が巻き回されて形成されている。
ここで、電磁細線４は、１本の鋼線を永久磁石３２まわりに螺旋状に巻き回すこともできるし、複数本のリング状の電磁細線４，４，…を所定の間隔で配設することもできる。
電磁細線４は、例えば、径０．１ｍｍに成形された細線を使用することができる。

発明者等は、径０．１ｍｍの電磁細線４を永久磁石のまわりに巻き回した、１０〜２５ｋｗ程度の中庸体格のＨＶモータ（ハイブリットモータ）と、かかるＨＶモータと同体格で非磁性体カバーを永久磁石まわりに装着したＨＶモータとのモータ性能の比較解析を実施した。その結果、本発明のモータのロータ鉄損比が従来型のモータのロータ鉄損比に比べて３０％程度低減できる結果を得ている。

ところで、モータ効率の低下の原因である鉄損、中でも渦電流損は下式によって算定される。

[式１]
ｗ＝ｋ×ｔ^２×ｆ^２×Ｂ_ｍ
ここで、ｗは渦電流損、ｋは比例定数、ｔは鉄心またはコイルの厚さ、ｆは磁界の周波数、Ｂ_ｍは最大磁束密度である。

上式より、ロータの外周面に接着されている永久磁石に生じる渦電流損は、磁界の周波数の２乗に比例して大きくなる。上記するように、ティースと永久磁石の間の空隙や永久磁石内に入る高調波磁界の影響により、渦電流損が増大してモータのトルク性能が低下することになる。そこで、高調波性能に優れた電磁細線を使用することにより、渦電流損を効果的に低減させることができ、トルク性能を効果的に向上させることに繋がる。

図２は、他の実施形態のモータ１ａを示している。モータ１ａを構成するロータ３ａには、永久磁石３２，３２，…の外周に筒状のカバー５が装着されている。
筒状のカバー５は、オーステナイト系ステンレスや、炭素繊維、ガラス繊維、アラミド繊維などの熱硬化性樹脂（非磁性体）などから成形できる。

このカバー５内には、１本の電磁細線４が螺旋状に、または複数本のリング状の電磁細線４，４，…が所定間隔を置いて埋設されている。

非磁性体から成形される筒状のカバー５で永久磁石３２，３２，…を包囲した構成とすることで、永久磁石３２，３２，…の飛散防止効果を高めることができる。また、カバー５内に電磁細線４が埋設されていることから、モータ１ａのトルク性能の向上を図ることもできる。

以上、本発明の実施の形態を図面を用いて詳述してきたが、具体的な構成はこの実施形態に限定されるものではなく、本発明の要旨を逸脱しない範囲における設計変更等があっても、それらは本発明に含まれるものである。

本発明のモータの一実施形態を示した斜視図。 本発明のモータの他の実施形態をしめした斜視図。

符号の説明

１，１ａ…モータ、２…ステータ、３，３ａ…ロータ、４…電磁細線、５…カバー、２１…ティース、３１…シャフト、３２…永久磁石

Claims (3)

1. モータを構成するリング状のステータの中央に配設されるロータであって、
   前記ロータは、その外周に複数の永久磁石を装着しており、該複数の永久磁石の外周に電磁細線が巻き回されていることを特徴とするロータ。
2. モータを構成するリング状のステータの中央に配設されるロータであって、
   前記ロータは、その外周に複数の永久磁石を装着しており、該複数の永久磁石の外周に筒状のカバーが装着されており、該カバーの内部には、その周方向に延びてリング状に成形された電磁細線が埋め込まれていることを特徴とするロータ。
3. 請求項１または２に記載のロータを備えたことを特徴とするモータ。

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