JP2006288042A - 永久磁石形モータ - Google Patents

Abstract

【課題】 発生トルクの減少を抑えながらも、コギングトルクを一層低減化することが可能な永久磁石形モータを提供する。
【解決手段】 固定子鉄心１２は、各ティース１４の回転子側の先端部に隣り合ったティース１４間を連結する連結部１６を有する閉スロットタイプとし、かつ、固定子鉄心１２の回転子に臨む面である回転子収容孔１７の軸方向から見た形状は、複数の直線部２１，２２を連ねた多角形形状とする。具体的には、各ティース１４の先端部に対応する部分に位置した第１の直線部２１と、隣り合ったティース１４間の連結部１６に対応する部分に位置した第２の直線部２２とを交互に連ねた多角形形状となっている。第１の直線部２１の長さａ１は、第２の直線部２２の長さｂ１よりも大となるように設定している（ａ１＞ｂ１）。第１の直線部２１の長さａ１と第２の直線部２２の長さｂ１とを等しくなるように設定しても良い
【選択図】 図１

Description

本発明は、コギングトルクの低減化を図った永久磁石形モータに関する。

コギングトルクの低減化を図った永久磁石形モータとしては、例えば特許文献１のものが知られている。このものの例を図８に示す。固定子鉄心１は、円環状をなすヨーク部２の内側に複数のティース３が放射状に設けられていて、各ティース３間にスロット４が形成されている。各ティース３の先端部には、隣り合ったティース３間を連結する連結部５が一体に設けられていて、固定子鉄心１としては、各スロット４が閉塞された閉スロットタイプとされている。各ティース３には、図示しない固定子巻線が巻装される。固定子鉄心１の中央部には、軸方向から見て単純な円形をなす回転子収容孔６が形成されていて、この回転子収容孔６に、図示はしないが、永久磁石を有する回転子が回転可能に収容配置される。そして、上記各連結部５には、スロット４側が開口した溝７が形成されている。この溝７は、連結部５の径方向の幅を狭くして磁束の漏れを抑えるためのもので、この場合、周方向に非等間隔で配置されている。

上記した構成においては、固定子鉄心１は、各スロット４が連結部５で閉鎖された閉スロットタイプであるから、開スロットタイプに比べてコギングトルクを低減できるようになる。しかも、連結部５の溝７は周方向に非等間隔で配置されているから、各スロット４において発生するコギングトルクを分散でき、合成されたコギングトルクを低減できるようになる。
特開２００２−１４２３９１号公報

上記した閉スロットタイプのモータにおいて、コギングトルクをさらに低減化するには、例えば上記連結部５及び溝７の径方向の幅を大きくすることが考えられるが、このようにした場合には漏れ磁束が増加し、発生トルクを減少させてしまうことになる。

本発明は上記した事情に鑑みてなされたものであり、その目的は、発生トルクの減少を抑えながらも、コギングトルクを一層低減化することが可能な永久磁石形モータを提供することにある。

上記した目的を達成するために、本発明は、固定子巻線が巻装される複数のティース及び複数のスロットを有する固定子鉄心を備えた固定子と、永久磁石を有し前記固定子に対して回転可能に設けられた回転子とを具備した永久磁石形モータにおいて、前記固定子鉄心は、前記各ティースの前記回転子側の先端部に隣り合ったティース間を連結する連結部を有する閉スロットタイプであり、かつ、前記固定子鉄心の前記回転子に臨む面の軸方向から見た形状は、複数の直線部を連ねた多角形形状であることを特徴とする。

上記した手段によれば、固定子鉄心は閉スロットタイプであるから、開スロットタイプに比べてコギングトルクを低減化できる。
ここで、固定子鉄心の回転子に臨む面の軸方向から見た形状が、従来のように単純な円形である場合、各ティースに巻装された固定子巻線の回転子側に鎖交する磁束が一点に集中するようなピークが発生し、このためにコギングトルクが発生しやすくなるという事情がある。この点、上記した本発明のように、固定子鉄心の回転子に臨む面の軸方向から見た形状を、複数の直線部を連ねた多角形形状とすることにより、各ティースに巻装された固定子巻線の回転子側に鎖交する磁束のピークとなる部分が抑えられ、コギングトルクの発生を一層抑えることが可能になる。この場合、磁束の漏れは抑えられるから、発生トルクの減少も抑えられる。

上記した本発明によれば、発生トルクの減少を抑えながらも、コギングトルクを一層低減化することが可能になり、ひいては低振動、低騒音の永久磁石形モータを提供することができる。

以下、本発明のいくつかの実施例について説明する。
（第１実施例）
本発明の第１実施例について図１ないし図３を参照して説明する。この第１実施例は、本発明を、６極１８スロットの内転形の永久磁石形モータに適用した例である。

まず、図２において、固定子１１の固定子鉄心１２は、円環状をなすヨーク部１３の内側に、複数、この場合１８本のティース１４が放射状に設けられていて、各ティース１４間にスロット１５が形成されている。スロット数は１８個である。各ティース１４の先端部には、隣り合ったティース１４間を連結する連結部１６（図１参照）が一体に設けられていて、固定子鉄心１２としては、各スロット１５が閉塞された閉スロットタイプとされている。

各ティース１４には図示しない固定子巻線が巻装されることにより、固定子１１が構成される。固定子鉄心１２の中央部には回転子収容孔１７が形成されていて、この回転子収容孔１７に、永久磁石１８を有する回転子１９が回転可能に収容配置される。永久磁石１８は回転子１９の外周部に６個配置されており、回転子１９の磁極数は６極となっている。

さて、上記固定子鉄心１２において、回転子１９に臨む面である回転子収容孔１７の内面の軸方向から見た形状は、図１にも示すように、多数（複数）の直線部を連ねた多角形形状となっている。具体的には、各ティース１４の先端部に対応する部分に位置した第１の直線部２１と、隣り合ったティース１４間の連結部１６に対応する部分に位置した第２の直線部２２とを交互に連ねた多角形形状となっている。この場合、第１の直線部２１の長さをａ１、第２の直線部２２の長さをｂ１とした場合、第１の直線部２１の長さａ１は、第２の直線部２２の長さｂ１よりも大となるように設定されている（ａ１＞ｂ１）。なお、第１の直線部２１の長さａ１と第２の直線部２２の長さｂ１とを等しくなるように設定しても良い（ａ１＝ｂ１）。第１の直線部２１はティース１４の数と同じ１８本、各連結部１６に位置する第２の直線部２２も１８本となっており、直線部の数（第１の直線部２１と第２の直線部２２の数の合計）は３６本となっている。したがって、直線部の数は、ティース数（１８）×ｍ（ｍは正の整数）となっている。本実施例においては、ｍ＝２である。各連結部１６に対応する部分には、スロット１５側が開口した溝２３が形成されていて、各連結部１６の径方向の幅ｃ１は狭くなっている。

上記した構成においては、固定子鉄心１２は閉スロットタイプであるから、開スロットタイプに比べてコギングトルクを低減化できる。
ここで、固定子鉄心の回転子に臨む面である回転子収容孔の軸方向から見た形状が、従来のように単純な円形である場合、各ティースに巻装された固定子巻線の回転子側に鎖交する磁束が一点に集中するようなピークが発生し、このためにコギングトルクが発生しやすくなるという事情がある。この点、上記した実施例のように、固定子鉄心１２の回転子１９に臨む面である回転子収容孔１７の軸方向から見た形状を、複数の直線部２１，２２を連ねた多角形形状とすることにより、各ティース１４に巻装された固定子巻線の回転子１９側に鎖交する磁束のピークとなる部分が抑えられ、コギングトルクの発生を一層抑えることが可能になる。この場合、磁束の漏れは抑えられるから、発生トルクの減少も抑えられる。

ここで、図３には、上記第１の直線部２１の長さａ１と、第２の直線部２２の長さｂ１と、コギングトルクとの関係が示されている。横軸は、第２の直線部２２がない場合（長さｂ１＝０の場合）、第１の直線部２１の長さａ１＝１とし、逆に、第１の直線部２１がない場合（長さａ１＝０の場合）、第２の直線部２２の長さｂ１＝１としている。この図３から、第１の直線部２１の長さａ１が約０．７２の場合（第２の直線部２２の長さｂ１が０．２８となった場合）、コギングトルクが最も少なくなっていることがわかる。この場合、ａ１≧ｂ１の関係が成立するように設定した場合には、コギングトルクを一層抑えることができる。

（第２実施例）
図４及び図５は本発明の第２実施例を示したものであり、この第２実施例は上記した第１実施例とは次の点が異なっている。すなわち、この第２実施例は、本発明を１０極１２スロットの永久磁石形モータに適用したものである。

まず、図４において、固定子３１の固定子鉄心３２は、円環状をなすヨーク部３３の内側に、複数、この場合１２本のティース３４が放射状に設けられていて、各ティース３４間にスロット３５が形成されている。スロット数は１２個である。各ティース３４の先端部には、隣り合ったティース３４間を連結する連結部３６が一体に設けられていて、固定子鉄心３２としては、各スロット３５が閉塞された閉スロットタイプとされている。

各ティース３４には図示しない固定子巻線が巻装されることにより、固定子３１が構成される。固定子鉄心３２の中央部には回転子収容孔３７が形成されていて、この回転子収容孔３７に、永久磁石３８を有する回転子３９が回転可能に収容配置される。永久磁石３８は回転子３９の外周部に１０個配置されており、回転子３９の磁極数は１０極となっている。

そして、上記固定子鉄心３２において、回転子３９に臨む面である回転子収容孔３７の内面の軸方向から見た形状は、図５にも示すように、多数（複数）の直線部を連ねた多角形形状となっている。具体的には、各ティース３４の先端部に対応する部分に位置した第１の直線部４１と、隣り合ったティース３４間の連結部３６に対応する部分に位置した第２の直線部４２とを交互に連ねた多角形形状となっている。この場合、第１の直線部４１の長さをａ２、第２の直線部４２の長さをｂ２とした場合、第１の直線部４１の長さａ２は、第２の直線部４２の長さｂ２よりも大となるように設定されている（ａ２＞ｂ２）。なお、第１の直線部４１の長さａ２と第２の直線部４２の長さｂ２とを等しくなるように設定しても良い（ａ２＝ｂ２）。第１の直線部４１はティース３４の数と同じ１２本、各連結部３６に位置する第２の直線部４２も１２本となっており、直線部の数（第１の直線部４１と第２の直線部４２の数の合計）は２４本となっている。したがって、直線部の数は、ティース数（１２）×ｍ（ｍは正の整数）となっている。本実施例においては、ｍ＝２である。各連結部３６に対応する部分には、スロット３５側が開口した溝４３が形成されていて、各連結部３６の径方向の幅ｃ２は狭くなっている。
このような構成とした第２実施例においても、上記した第１実施例と同様な作用効果を得ることができる。

（第３実施例）
図６及び図７は本発明の第３実施例を示したものであり、この第３実施例は上記した第１及び第２実施例とは次の点が異なっている。すなわち、この第３実施例は、本発明を８極６スロットの永久磁石形モータに適用したものである。

図６において、固定子５１の固定子鉄心５２は、円環状をなすヨーク部５３の内側に、複数、この場合６本のティース５４が放射状に設けられていて、各ティース５４間にスロット５５が形成されている。スロット数は６個である。各ティース５４の先端部には、隣り合ったティース５４間を連結する連結部５６が一体に設けられていて、固定子鉄心５２としては、各スロット５５が閉塞された閉スロットタイプとされている。

各ティース５４には図示しない固定子巻線が巻装されることにより、固定子５１が構成される。固定子鉄心５２の中央部には回転子収容孔５７が形成されていて、この回転子収容孔５７に、永久磁石５８を有する回転子５９が回転可能に収容配置される。永久磁石５８は回転子５９の外周部に８個配置されており、回転子５９の磁極数は８極となっている。

そして、上記固定子鉄心５２において、回転子５９に臨む面である回転子収容孔５７の内面の軸方向から見た形状は、多数（複数）の直線部を連ねた多角形形状となっている。具体的には、各ティース５４の先端部に対応する部分に位置した第１の直線部６１と、隣り合ったティース５４間の連結部５６に対応する部分に位置した第２の直線部６２とを交互に連ねた多角形形状となっている。この場合、第１の直線部６１の長さをａ３、第２の直線部６２の長さをｂ３とした場合、第１の直線部６１の長さａ３は、第２の直線部６２の長さｂ３よりも大となるように設定されている（ａ３＞ｂ３）。なお、第１の直線部６１の長さａ３と第２の直線部６２の長さｂ３とを等しくなるように設定しても良い（ａ３＝ｂ３）。第１の直線部６１はティース５４の数と同じ６本、各連結部５６に位置する第２の直線部６２も６本となっており、直線部の数（第１の直線部６１と第２の直線部６２の数の合計）は１２本となっている。したがって、直線部の数は、ティース数（６）×ｍ（ｍは正の整数）となっている。本実施例においては、ｍ＝２である。各連結部５６に対応する部分には、スロット５５側が開口した溝６３が形成されていて、各連結部５６の径方向の幅ｃ３は狭くなっている。
このような構成とした第３実施例においても、上記した第１実施例と同様な作用効果を得ることができる。

（その他の実施例）
本発明は、上記した各実施例にのみ限定されるものではなく、次のように変形または拡張できる。
回転子の極数が４極×ｎ（ｎは正の整数）、固定子鉄心のスロット数が６×ｎ（ｎは正の整数）のモータ、回転子の極数が６極×ｎ（ｎは正の整数）、固定子鉄心のスロット数が９×ｎ（ｎは正の整数）のモータ、或いは、回転子の極数が１２極×ｎ（ｎは正の整数）、固定子鉄心のスロット数が９×ｎ（ｎは正の整数）のモータにも適用することができる。
外転形の永久磁石形モータにも適用できる。

本発明の第１実施例を示す固定子鉄心の拡大正面図 固定子巻線を省略した状態で示す全体の正面図 第１の直線部の長さａ１と、第２の直線部の長さｂ１と、コギングトルクとの関係を示す特性図 本発明の第２実施例を示す図２相当図 図１相当図 本発明の第３実施例を示す図２相当図 図１相当図 従来例を示す固定子鉄心の正面図

符号の説明

図面中、１１，３１，５１は固定子、１２，３２，５２は固定子鉄心、１４，３４，５４はティース、１５，３５，５５はスロット、１６，３６，５６は連結部、１７，３７，５７は回転子収容孔、１８，３８，５８は永久磁石、１９，３９，５９は回転子、２１，４１，６１は第１の直線部、２２，４２，６２は第２の直線部、ａ１，ａ２，ａ３は第１の直線部の長さ、ｂ１，ｂ２，ｂ３は第２の直線部の長さを示す。

Claims (6)

1. 固定子巻線が巻装される複数のティース及び複数のスロットを有する固定子鉄心を備えた固定子と、永久磁石を有し前記固定子に対して回転可能に設けられた回転子とを具備した永久磁石形モータにおいて、
   前記固定子鉄心は、前記各ティースの前記回転子側の先端部に隣り合ったティース間を連結する連結部を有する閉スロットタイプであり、かつ、前記固定子鉄心の前記回転子に臨む面の軸方向から見た形状は、複数の直線部を連ねた多角形形状であることを特徴とする永久磁石形モータ。
2. 前記多角形形状の直線部の数は、ティース数×ｍ（ｍは正の整数）であることを特徴とする請求項１記載の永久磁石形モータ。
3. 前記多角形形状の直線部は、各ティースの先端部に対応する部分に位置した第１の直線部と、隣り合ったティース間の前記連結部に対応する部分に位置した第２の直線部とを有していて、前記第１の直線部の長さをａ、前記第２の直線部の長さをｂとしたとき、ａ≧ｂの関係であることを特徴とする請求項１または２記載の永久磁石形モータ。
4. 回転子の極数は６極×ｎ（ｎは正の整数）、固定子鉄心のスロット数は１８×ｎ（ｎは正の整数）であることを特徴とする請求項１ないし３のいずれかに記載の永久磁石形モータ。
5. 回転子の極数は１０極×ｎ（ｎは正の整数）、固定子鉄心のスロット数は１２×ｎ（ｎは正の整数）であることを特徴とする請求項１ないし３のいずれかに記載の永久磁石形モータ。
6. 回転子の極数は８極×ｎ（ｎは正の整数）、固定子鉄心のスロット数は６×ｎ（ｎは正の整数）であることを特徴とする請求項１ないし３のいずれかに記載の永久磁石形モータ。
   
   

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