JP2007116822A - 埋込磁石型モータ - Google Patents

Abstract

【課題】ステータの巻線がティースに集中巻にて巻回された埋込磁石型モータにおいて、コギングトルク及びトルクリップルを低減することができる埋込磁石型モータを提供する。
【解決手段】埋込磁石型モータは、略円筒状に形成され周方向等角度間隔で軸中心に向かって延びるように形成された複数のティース４に巻線６がそれぞれ集中巻にて巻回されたステータ１と、軸方向に貫通するＶ字収容孔８ａが周方向に複数形成されることで周方向に隣り合うＶ字収容孔８ａの間に径方向に延びる磁路形成部８ｂが形成されたロータコア８を有し各Ｖ字収容孔８ａにそれぞれＶ字永久磁石９がその磁極が交互になるように配設されたロータ２とを備える。そして、磁路形成部８ｂの径方向外側端部における周方向幅Ｗａは、ティース４の径方向内側端部における周方向幅の３３％に設定される。
【選択図】図１

Description

本発明は、埋込磁石型モータに関するものである。

従来、埋込磁石型モータは、ロータコアに軸方向に貫通する収容孔が周方向に複数形成されその各収容孔にそれぞれ磁石が配設されたロータを備える。
そして、このような埋込磁石型モータとしては、周方向に隣り合う収容孔の間で径方向に延びる磁路形成部が等角度間隔で配置されないように収容孔を設定したものがある（例えば、特許文献１参照）。このような埋込磁石型モータでは、周方向に隣り合う磁路形成部におけるそれぞれの周方向中心と、ティースの周方向中心とが同時にそれぞれ径方向に直列状態とならないことで、隣り合う磁路形成部に同時に直線的なコイル磁束の流れが形成される（生じる）ことが防止される。よって、コギングトルク及びトルクリップルが低減される。
特開２００５−５１９８２号公報

ところで、上記のような埋込磁石型モータは、ステータの巻線がティースに分布巻にて巻回されるものであってティースの本数が多数（例えば相数と磁極数と整数を掛け算した数）に設定されるものにおいて提案されたものである。しかしながら、ステータの巻線がティースに集中巻にて巻回されるものにおいては、ティースの本数が少数となることなどから、上記のような構成でコギングトルク及びトルクリップルを低減させることは実現性が乏しい。

本発明は、上記問題点を解決するためになされたものであって、その目的は、ステータの巻線がティースに集中巻にて巻回された埋込磁石型モータにおいて、コギングトルク及びトルクリップルを低減することができる埋込磁石型モータを提供することにある。

請求項１に記載の発明では、略円筒状に形成され、周方向等角度間隔で軸中心に向かって延びるように形成された複数のティースに巻線がそれぞれ集中巻にて巻回されたステータと、軸方向に貫通する収容孔が周方向に複数形成されることで周方向に隣り合う前記収容孔の間に径方向に延びる磁路形成部が形成されたロータコアを有し、各前記収容孔にそれぞれ磁石がその磁極が交互になるように配設され、前記ステータの内側に回転可能に収容されるロータとを備えた埋込磁石型モータであって、前記磁路形成部の径方向外側端部における周方向幅が、前記ティースの径方向内側端部における周方向幅の２０％〜４０％の範囲内に設定された。

同構成によれば、周方向に隣り合う収容孔の間で径方向に延びる磁路形成部の径方向外側端部における周方向幅が、ティースの径方向内側端部における周方向幅の２０％〜４０％の範囲内に設定されるため、コギングトルク及びトルクリップルを低減することができる（図２及び図３参照）。

請求項２に記載の発明では、請求項１に記載の埋込磁石型モータにおいて、前記磁路形成部の径方向外側端部における周方向幅が、前記ティースの径方向内側端部における周方向幅の２０％〜３３％の範囲内に設定された。

同構成によれば、磁路形成部の径方向外側端部における周方向幅が、ティースの径方向内側端部における周方向幅の２０％〜３３％の範囲内に設定されるため、磁路形成部の径方向外側端部における周方向幅を必要以上に広げることによるトルクの低下を防止しながら、コギングトルク及びトルクリップルを低減することができる（図２〜図４参照）。詳しくは、磁路形成部の径方向外側端部における周方向幅を３３％より大きくすると３３％の場合よりトルクが低下していくにもかかわらずコギングトルク及びトルクリップルが大きくなってしまうので、３３％までとすることでトルクの低下を極力防止しながら、コギングトルク及びトルクリップルを低減することができる。

請求項３に記載の発明では、請求項２に記載の埋込磁石型モータにおいて、前記磁路形成部の径方向外側端部における周方向幅が、前記ティースの径方向内側端部における周方向幅の３３％に設定された。

同構成によれば、磁路形成部の径方向外側端部における周方向幅が、ティースの径方向内側端部における周方向幅の３３％に設定されるため、コギングトルク及びトルクリップルを略最小とすることができる（図２及び図３参照）。

本発明によれば、ステータの巻線がティースに集中巻にて巻回された埋込磁石型モータにおいて、コギングトルク及びトルクリップルを低減することができる埋込磁石型モータを提供することができる。

以下、本発明を具体化した一実施の形態を図１〜図４に従って説明する。図１に示すように、埋込磁石型モータは、ステータ１とロータ２とを備える。
ステータ１は、全体的に略円筒状に形成され、外形を形成する円筒部３の内周面から周方向等角度間隔で軸中心に向かって延びるように形成された複数のティース４を有したステータコア５と、各ティース４にインシュレータ（図示略）を介して集中巻にて巻回された巻線６（図１中、一部のみ２点鎖線で図示）とを備える。尚、本実施の形態では、ティース４は、１２個形成されている。

ロータ２は、回転軸７と、ロータコア８と、磁石としての複数のＶ字永久磁石９とを備える。尚、本実施の形態では、Ｖ字永久磁石９が８個設けられている（即ち、磁極数が８に設定されている）。ロータコア８は、板材が軸方向に積層されることで略円筒状に形成され、その中心孔に回転軸７が嵌着され、ステータ１の内側に回転可能に支持される。又、ロータコア８には、軸方向に貫通し、一対で径方向内側に凸の略Ｖ字形状をなす収容孔としてのＶ字収容孔８ａが周方向に８対並んで形成されている。そして、各Ｖ字収容孔８ａにはＶ字永久磁石９が収容保持されている。尚、Ｖ字永久磁石９は、一対の直方体の永久磁石が各Ｖ字収容孔８ａに収容されることで径方向内側に凸の略Ｖ字形状とされている。又、周方向に隣り合うＶ字永久磁石９は、その磁極（その向き）が交互になるように（逆となるように）配置されている。又、ロータコア８には、Ｖ字収容孔８ａが周方向に複数形成されることで周方向に隣り合うＶ字収容孔８ａの間に径方向に延びる磁路形成部８ｂが形成されている。

そして、上記のように構成された埋込磁石型モータは、前記磁路形成部８ｂの径方向外側端部における周方向幅（磁路幅）Ｗａが、ティース４の径方向内側端部における周方向幅（ティース幅）Ｗｂの２０％〜４０％の範囲内であって、本実施の形態においては３３％に設定されている。尚、Ｖ字収容孔８ａ及びＶ字永久磁石９の周方向の間隔や各開角度は全体でそれぞれ同じに設定されている。

次に、上記実施の形態の特徴的な作用効果を以下に記載する。
（１）Ｖ字収容孔８ａの間で径方向に延びる磁路形成部８ｂの径方向外側端部における周方向幅（磁路幅）Ｗａが、ティース４の径方向内側端部における周方向幅（ティース幅）Ｗｂの２０％〜４０％の範囲内に設定されるため、２０％より小さい場合等に比べてコギングトルク及びトルクリップルを低減することができる（図２及び図３参照）。尚、図２は、実験により測定された磁路幅／ティース幅−コギングトルク特性Ｚ１を示す。又、図３は、実験により測定された磁路幅／ティース幅−トルクリップル特性Ｚ２を示す。

（２）前記周方向幅（磁路幅）Ｗａが前記周方向幅（ティース幅）Ｗｂの２０％〜３３％の範囲内に設定されるため、前記周方向幅（ティース幅）Ｗｂを必要以上に広げることによるトルクの低下を防止しながら、コギングトルク及びトルクリップルを低減することができる（図２〜図４参照）。尚、図４は、実験により測定された磁路幅／ティース幅−トルク特性Ｚ３を示す。詳しくは、前記周方向幅（磁路幅）Ｗａを前記周方向幅（ティース幅）Ｗｂの３３％より大きくすると３３％の場合よりトルクが低下していくにもかかわらずコギングトルク及びトルクリップルが大きくなってしまうので、３３％までとすることでトルクの低下を極力防止しながら、コギングトルク及びトルクリップルを低減することができる。

（３）前記周方向幅（磁路幅）Ｗａが前記周方向幅（ティース幅）Ｗｂの３３％に設定されるため、コギングトルク及びトルクリップルを略最小とすることができる（図２及び図３参照）。

（４）収容孔は、径方向内側に凸の略Ｖ字形状のＶ字収容孔８ａであって、磁石は、Ｖ字収容孔８ａに対応したＶ字永久磁石９であるため、単に周方向に沿って配設される曲線状や直線状の磁石に比べて磁石を多く使用でき、高トルク化を図ることができる。

上記実施の形態は、以下のように変更してもよい。
・上記実施の形態では、Ｖ字収容孔８ａの間で径方向に延びる磁路形成部８ｂの径方向外側端部における周方向幅（磁路幅）Ｗａを、ティース４の径方向内側端部における周方向幅（ティース幅）Ｗｂの３３％に設定したが、２０％〜４０％の範囲内であれば、他の値に設定してもよい。このようにしても、上記実施の形態の効果（１）と同様の効果を得ることができる。又、前記周方向幅（磁路幅）Ｗａを前記周方向幅（ティース幅）Ｗｂの２０％〜３３％の範囲内に設定すれば、上記実施の形態の効果（２）と同様の効果を得ることができる。又、特に、前記周方向幅（磁路幅）Ｗａを前記周方向幅（ティース幅）Ｗｂの２５％〜３３％の範囲内に設定すれば、上記実施の形態の効果（２）と同様の効果を得ることができるとともに、２０％より小さい場合等に比べてコギングトルク及びトルクリップルを大幅に低減することができる（図２及び図３参照）。

・上記実施の形態では、収容孔は、径方向内側に凸の略Ｖ字形状のＶ字収容孔８ａであって、磁石は、Ｖ字収容孔８ａに対応したＶ字永久磁石９であるとしたが、これに限定されず、例えば、単に周方向に沿って配設される曲線状や直線状の収容孔や磁石に変更してもよい。

・上記実施の形態では、ロータコア８は、板材が軸方向に積層されてなるとしたが、これに限定されず、他の方法にて形成されるもの（例えば磁性粉体を焼結した焼結コア）としてもよい。

・上記実施の形態のティース４の数やＶ字収容孔（収容孔）８ａの数やＶ字永久磁石（磁石）９の数等は、他の数に変更してもよい。
上記各実施の形態から把握できる技術的思想について、以下にその効果とともに記載する。

（イ）請求項２に記載の埋込磁石型モータにおいて、前記磁路形成部の径方向外側端部における周方向幅が、前記ティースの径方向内側端部における周方向幅の２５％〜３３％の範囲内に設定されたことを特徴とする埋込磁石型モータ。

同構成によれば、磁路形成部の径方向外側端部における周方向幅が、ティースの径方向内側端部における周方向幅の２５％〜３３％の範囲内に設定されるため、コギングトルク及びトルクリップルを大幅に低減することができる（図２及び図３参照）。

（ロ）請求項１乃至３及び上記（イ）のいずれか１項に記載の埋込磁石型モータにおいて、前記収容孔は、径方向内側に凸の略Ｖ字形状のＶ字収容孔であって、前記磁石は、前記Ｖ字収容孔に対応したＶ字永久磁石であることを特徴とする埋込磁石型モータ。

同構成によれば、磁石は、径方向内側に凸の略Ｖ字形状に配置されるＶ字永久磁石であるため、単に周方向に沿って配設される曲線状や直線状の磁石に比べて磁石を多く使用でき、高トルク化を図ることができる。

本実施の形態における埋込磁石型モータのステータ及びロータの平面図。 磁路幅／ティース幅−コギングトルク特性図。 磁路幅／ティース幅−トルクリップル特性図。 磁路幅／ティース幅−トルク特性図。

符号の説明

１…ステータ、２…ロータ、４…ティース、６…巻線、８…ロータコア、８ａ…Ｖ字収容孔（収容孔）、８ｂ…磁路形成部、９…Ｖ字永久磁石（磁石）、Ｗａ…磁路形成部の径方向外側端部における周方向幅、Ｗｂ…ティースの径方向内側端部における周方向幅。

Claims (3)

1. 略円筒状に形成され、周方向等角度間隔で軸中心に向かって延びるように形成された複数のティースに巻線がそれぞれ集中巻にて巻回されたステータと、
   軸方向に貫通する収容孔が周方向に複数形成されることで周方向に隣り合う前記収容孔の間に径方向に延びる磁路形成部が形成されたロータコアを有し、各前記収容孔にそれぞれ磁石がその磁極が交互になるように配設され、前記ステータの内側に回転可能に収容されるロータと
   を備えた埋込磁石型モータであって、
   前記磁路形成部の径方向外側端部における周方向幅が、前記ティースの径方向内側端部における周方向幅の２０％〜４０％の範囲内に設定されたことを特徴とする埋込磁石型モータ。
2. 請求項１に記載の埋込磁石型モータにおいて、
   前記磁路形成部の径方向外側端部における周方向幅が、前記ティースの径方向内側端部における周方向幅の２０％〜３３％の範囲内に設定されたことを特徴とする埋込磁石型モータ。
3. 請求項２に記載の埋込磁石型モータにおいて、
   前記磁路形成部の径方向外側端部における周方向幅が、前記ティースの径方向内側端部における周方向幅の３３％に設定されたことを特徴とする埋込磁石型モータ。

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