JP2007221911A - Rotor and motor - Google Patents
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Abstract
Description
本発明は、磁石がハルバッハ配列とされたロータ及びモータに関するものである。 The present invention relates to a rotor and a motor in which magnets are arranged in a Halbach array.
従来、ロータが備える磁石をハルバッハ配列としたモータがある(例えば、特許文献1参照)。このようなロータは、磁石の着磁方向が単に径方向のみではなく他の方向にも設定されることで磁束密度の分布を理想的なものとすることができ、そのロータを備えたモータの高トルク化を図ることが可能となる。
ところで、上記のようなロータとしては、磁石が、径方向に対して傾斜した方向に着磁された4種類の傾斜方向磁石のみとされたものが考えられる(図1参照)。しかしながら、このようなロータについては、傾斜方向磁石における径方向幅(厚さ)tや、傾斜方向磁石における着磁方向(径方向に対する傾斜角度θ)を適切な値に設定しないと十分な効果を得られず、逆にトルクが低下してしまうといった虞があった。 By the way, as a rotor as mentioned above, what consists only of four types of inclination direction magnets magnetized in the direction inclined with respect to radial direction can be considered (refer FIG. 1). However, for such a rotor, a sufficient effect is obtained unless the radial width (thickness) t of the tilt magnet and the magnetization direction (tilt angle θ with respect to the radial direction) of the tilt magnet are set to appropriate values. There was a risk that the torque could not be obtained and the torque would decrease.
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、高トルク化を図ることができるロータ及びモータを提供することにある。 The present invention has been made to solve the above-described problems, and an object of the present invention is to provide a rotor and a motor capable of achieving high torque.
請求項1に記載の発明では、径方向に対して傾斜した方向に着磁された4種類の傾斜方向磁石によってハルバッハ配列とされたロータであって、前記傾斜方向磁石における径方向幅がtの場合、各前記傾斜方向磁石における着磁方向は径方向に対する傾斜角度θが、θ≦2×{18×ln(t)−10}を満たすように設定された。
The invention according to
同構成によれば、このロータを備えたモータのトルクを、傾斜方向磁石が単に径方向に着磁されたもの(前記傾斜角度が0°と同じ)とされた場合に比べて、ほぼ高くすることができる(図2及び図3参照)。言い換えると、傾斜角度に基づいて、傾斜方向磁石が単に径方向に着磁されたもの(前記傾斜角度が0°と同じ)とされた場合よりトルクが低下してしまうといったことが抑制される。 According to this configuration, the torque of the motor having this rotor is made substantially higher than when the tilt magnet is simply magnetized in the radial direction (the tilt angle is the same as 0 °). (See FIGS. 2 and 3). In other words, based on the tilt angle, it is possible to suppress the torque from being lowered as compared with a case where the tilt magnet is simply magnetized in the radial direction (the tilt angle is the same as 0 °).
請求項2に記載の発明では、径方向に対して傾斜した方向に着磁された4種類の傾斜方向磁石によってハルバッハ配列とされたロータであって、前記傾斜方向磁石における径方向幅がtの場合、各前記傾斜方向磁石における着磁方向は径方向に対する傾斜角度θが、θ={18×ln(t)−10}±20%を満たすように設定された。
The invention according to
同構成によれば、このロータを備えたモータのトルクを、最大値を含む高い範囲とすることができる(図2及び図3参照)。
請求項3に記載の発明では、径方向に対して傾斜した方向に着磁された4種類の傾斜方向磁石によってハルバッハ配列とされたロータであって、前記傾斜方向磁石における径方向幅がtの場合、各前記傾斜方向磁石における着磁方向は径方向に対する傾斜角度θが、θ={18×ln(t)−10}±10%を満たすように設定された。
According to this configuration, the torque of the motor including this rotor can be set to a high range including the maximum value (see FIGS. 2 and 3).
The invention according to
同構成によれば、このロータを備えたモータのトルクを、略最大値とすることができる(図2及び図3参照)。
請求項4に記載の発明では、請求項1乃至3のいずれか1項に記載のロータにおいて、4種類の前記傾斜方向磁石をそれぞれ6個ずつ備えた。
According to this configuration, the torque of the motor including this rotor can be set to a substantially maximum value (see FIGS. 2 and 3).
According to a fourth aspect of the present invention, in the rotor according to any one of the first to third aspects, each of the four types of the inclined direction magnets is provided.
同構成によれば、4種類の傾斜方向磁石をそれぞれ6個ずつ備えることから実験(図2及び図3参照)と同様のロータとなり、高い信頼性で請求項1乃至3のいずれか1項に記載の発明の効果を得ることができる。
According to the same configuration, since each of the four types of tilt direction magnets is provided in six pieces, the rotor is the same as in the experiment (see FIG. 2 and FIG. 3), and high reliability is achieved in any one of
請求項5に記載の発明では、請求項1乃至4のいずれか1項に記載のロータと、巻線を有するステータとを備えたモータを要旨とする。
同構成によれば、請求項1乃至4のいずれか1項に記載の発明の効果を得ることができる。
According to a fifth aspect of the present invention, there is provided a motor including the rotor according to any one of the first to fourth aspects and a stator having a winding.
According to this configuration, the effect of the invention described in any one of
本発明によれば、高トルク化を図ることができるロータ及びモータを提供することができる。 ADVANTAGE OF THE INVENTION According to this invention, the rotor and motor which can achieve high torque can be provided.
以下、本発明を具体化した一実施の形態を図1〜図3に従って説明する。
モータは、図示しないステータと図1に示すロータ1とを備える。ステータは、略円筒状に形成され、径方向内側に延びる複数のティースと、それらティースに巻回された巻線とを備える。ステータは、その巻線に電源装置からの電源が供給されるとロータ1を回転させるための回転磁界を発生するように構成される。
Hereinafter, an embodiment of the present invention will be described with reference to FIGS.
The motor includes a stator (not shown) and a
ロータ1は、ステータの内側に回転可能に支持される。ロータ1は、回転軸2と、回転軸2が内嵌された略円筒状のロータコア3と、ロータコア3の外周にハルバッハ配列となるように固定された複数の傾斜方向磁石4〜7とを備える。
The
傾斜方向磁石4〜7は、径方向に対して(0°より大きく90°より小さい角度で)傾斜した方向に着磁されている。又、傾斜方向磁石4〜7は、4種類であって、詳しくは、着磁方向が径方向外側斜めであり周方向のベクトル成分が時計回り方向の第1の傾斜方向磁石4、着磁方向が径方向外側斜めであり周方向のベクトル成分が反時計回り方向の第2の傾斜方向磁石5、着磁方向が径方向内側斜めであり周方向のベクトル成分が反時計回り方向の第3の傾斜方向磁石6、及び着磁方向が径方向内側斜めであり周方向のベクトル成分が時計回り方向の第4の傾斜方向磁石7の4種類がある。尚、各傾斜方向磁石4〜7における着磁方向は径方向に対する傾斜角度θ(0°より大きく90°より小さい角度)が同じに設定されている。尚、本実施の形態では、第1及び第2の傾斜方向磁石4,5がN極を構成し、第3及び第4の傾斜方向磁石6,7がS極を構成することになる。又、図1では、傾斜方向磁石4〜7において同極を構成するもの(即ち第1及び第2の傾斜方向磁石4,5の組と、第3及び第4の傾斜方向磁石6,7の組)の各境界線を破線で仕切って図示している。又、本実施の形態の各(第1〜第4の)傾斜方向磁石4〜7は、それぞれ6個ずつ設けられている。
The inclined direction magnets 4 to 7 are magnetized in a direction inclined with respect to the radial direction (at an angle larger than 0 ° and smaller than 90 °). Further, there are four types of tilt direction magnets 4 to 7, and more specifically, the first tilt direction magnet 4 in which the magnetization direction is diagonally outward in the radial direction and the vector component in the circumferential direction is clockwise, the magnetization direction Is a second
又、各(第1〜第4の)傾斜方向磁石4〜7の周方向幅は同じ(一定)に設定されている。即ち、各(第1〜第4の)傾斜方向磁石4〜7の周方向幅は回転軸2を中心とした15°(360°/24個)に対応した幅とされている。又、傾斜方向磁石4〜7における径方向幅(厚さ)tは同じ(一定)とされている。そして、各傾斜方向磁石4〜7は、第1の傾斜方向磁石4、第2の傾斜方向磁石5、第3の傾斜方向磁石6、第4の傾斜方向磁石7の順を6回繰り返すように(即ち全体で12極を構成するように)ロータコア3の外周に固定されている。
The circumferential widths of the (first to fourth) tilt direction magnets 4 to 7 are set to be the same (constant). That is, the circumferential width of each of the (first to fourth) tilt direction magnets 4 to 7 is set to a width corresponding to 15 ° (360 ° / 24 pieces) around the
ここで、上記のように構成されたモータのトルクを、図2に従って説明する。図2は、実験より得たものであって、傾斜方向磁石4〜7の径方向幅t毎の傾斜角度−トルク特性図である。図2に示すように、前記径方向幅tが10mmの場合、傾斜角度θが32.5°(図中、白丸で図示)の状態でトルクが最大となる。又、径方向幅tが10mmの場合、傾斜角度θが64.5°(図中、×印で図示)より小さい状態で、傾斜方向磁石4〜7が単に径方向に着磁されたもの(前記傾斜角度θが0°と同じ)とされた場合に比べて、トルクが高くなる。又、径方向幅tが7.5mmの場合、傾斜角度θが27.5°(図中、白丸で図示)の状態でトルクが最大となる。又、径方向幅tが7.5mmの場合、傾斜角度θが54°(図中、×印で図示)より小さい状態で、傾斜方向磁石4〜7が単に径方向に着磁されたもの(前記傾斜角度θが0°と同じ)とされた場合に比べて、トルクが高くなる。又、径方向幅tが5mmの場合、傾斜角度θが20°(図中、白丸で図示)の状態でトルクが最大となる。又、径方向幅tが5mmの場合、傾斜角度θが39°(図中、×印で図示)より小さい状態で、傾斜方向磁石4〜7が単に径方向に着磁されたもの(前記傾斜角度θが0°と同じ)とされた場合に比べて、トルクが高くなる。又、径方向幅tが4mmの場合、傾斜角度θが15°(図中、白丸で図示)の状態でトルクが最大となる。又、径方向幅tが4mmの場合、傾斜角度θが30°(図中、×印で図示)より小さい状態で、傾斜方向磁石4〜7が単に径方向に着磁されたもの(前記傾斜角度θが0°と同じ)とされた場合に比べて、トルクが高くなる。又、径方向幅tが3mmの場合、傾斜角度θが10.5°(図中、白丸で図示)の状態でトルクが最大となる。又、径方向幅tが3mmの場合、傾斜角度θが21°(図中、×印で図示)より小さい状態で、傾斜方向磁石4〜7が単に径方向に着磁されたもの(前記傾斜角度θが0°と同じ)とされた場合に比べて、トルクが高くなる。 Here, the torque of the motor configured as described above will be described with reference to FIG. FIG. 2 is an inclination angle-torque characteristic diagram for each radial width t of the inclination direction magnets 4 to 7, which is obtained from an experiment. As shown in FIG. 2, when the radial width t is 10 mm, the torque becomes maximum when the inclination angle θ is 32.5 ° (indicated by white circles in the figure). In addition, when the radial width t is 10 mm, the inclination direction magnets 4 to 7 are simply magnetized in the radial direction in a state where the inclination angle θ is smaller than 64.5 ° (indicated by x in the figure) ( Compared to the case where the inclination angle θ is the same as 0 °, the torque becomes higher. When the radial width t is 7.5 mm, the torque becomes maximum when the inclination angle θ is 27.5 ° (illustrated by white circles in the figure). In addition, when the radial width t is 7.5 mm, the inclination direction magnets 4 to 7 are simply magnetized in the radial direction in a state where the inclination angle θ is smaller than 54 ° (indicated by x in the figure) ( Compared to the case where the inclination angle θ is the same as 0 °, the torque becomes higher. Further, when the radial width t is 5 mm, the torque becomes maximum when the inclination angle θ is 20 ° (illustrated by white circles in the figure). In addition, when the radial width t is 5 mm, the inclination direction magnets 4 to 7 are simply magnetized in the radial direction with the inclination angle θ smaller than 39 ° (illustrated by x in the figure) Compared with the case where the angle θ is the same as 0 °, the torque becomes higher. When the radial width t is 4 mm, the torque becomes maximum when the inclination angle θ is 15 ° (illustrated by white circles in the figure). In addition, when the radial width t is 4 mm, the inclination direction magnets 4 to 7 are simply magnetized in the radial direction in a state where the inclination angle θ is smaller than 30 ° (illustrated by x in the figure) Compared with the case where the angle θ is the same as 0 °, the torque becomes higher. When the radial width t is 3 mm, the torque becomes maximum when the inclination angle θ is 10.5 ° (illustrated by white circles in the figure). In addition, when the radial width t is 3 mm, the inclination direction magnets 4 to 7 are simply magnetized in the radial direction with the inclination angle θ smaller than 21 ° (illustrated by x in the figure) Compared with the case where the angle θ is the same as 0 °, the torque becomes higher.
そして、上記実験結果より傾斜方向磁石4〜7が単に径方向に着磁されたもの(前記傾斜角度θが0°と同じ)とされた場合に比べて、トルクが高くなる、又はトルクが低下してしまうことが抑制される上限の点を図3に示す径方向幅−傾斜角度特性図に(図中、×印で)描き、それらの近似曲線Z1の式を算出すると、
θ=2×{18×ln(t)−10}
となる。
Then, the torque becomes higher or lower than the case where the tilt direction magnets 4 to 7 are simply magnetized in the radial direction (the tilt angle θ is the same as 0 °). When the upper limit point at which this is suppressed is drawn on the radial width-inclination angle characteristic diagram shown in FIG.
θ = 2 × {18 × ln (t) −10}
It becomes.
そこで、本実施の形態では、傾斜方向磁石4〜7における径方向幅がt[mm]の場合、各傾斜方向磁石4〜7における着磁方向は径方向に対する傾斜角度θが、
θ≦2×{18×ln(t)−10}
を満たすように設定されている。
Therefore, in the present embodiment, when the radial width of the tilt direction magnets 4 to 7 is t [mm], the magnetization direction of each of the tilt direction magnets 4 to 7 has the tilt angle θ with respect to the radial direction,
θ ≦ 2 × {18 × ln (t) −10}
It is set to satisfy.
又、上記実験結果よりトルクが最大値となる点を図3に示す径方向幅−傾斜角度特性図に(図3中、白丸で)描き、それらの近似曲線Z2の式を算出すると、
θ=18×ln(t)−10
となる。
Further, from the above experimental results, the point where the torque becomes the maximum value is drawn on the radial width-tilt angle characteristic diagram shown in FIG. 3 (in white circles in FIG. 3), and the equation of the approximate curve Z2 is calculated.
θ = 18 × ln (t) −10
It becomes.
そこで、本実施の形態における前記傾斜角度θは、トルクを略最大値とすべく、
θ={18×ln(t)−10}±10%
を満たすように設定されている。尚、図3には、θ={18×ln(t)−10}±10%を満たす範囲Z3を一対の2点鎖線にて図示している。
Therefore, the inclination angle θ in the present embodiment is such that the torque is approximately the maximum value.
θ = {18 × ln (t) −10} ± 10%
It is set to satisfy. In FIG. 3, a range Z3 satisfying θ = {18 × ln (t) −10} ± 10% is illustrated by a pair of two-dot chain lines.
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)傾斜方向磁石4〜7における径方向幅がtの場合、各傾斜方向磁石4〜7における着磁方向は径方向に対する傾斜角度θが、θ≦2×{18×ln(t)−10}を満たすように設定される。よって、このロータ1を備えたモータのトルクを、傾斜方向磁石4〜7が単に径方向に着磁されたもの(前記傾斜角度θが0°と同じ)とされた場合に比べて、ほぼ高くすることができる(図2及び図3参照)。言い換えると、傾斜角度θに基づいて、傾斜方向磁石4〜7が単に径方向に着磁されたもの(前記傾斜角度θが0°と同じ)とされた場合よりトルクが低下してしまうといったことが抑制される。
Next, characteristic effects of the above embodiment will be described below.
(1) When the radial width of the tilt direction magnets 4 to 7 is t, the tilt direction θ of the tilt direction magnets 4 to 7 with respect to the radial direction is θ ≦ 2 × {18 × ln (t) −. 10} is set. Therefore, the torque of the motor including the
(2)傾斜方向磁石4〜7における径方向幅がtの場合、各傾斜方向磁石4〜7における着磁方向は径方向に対する傾斜角度θが、θ={18×ln(t)−10}±10%を満たすように設定される。よって、このロータ1を備えたモータのトルクを、略最大値とすることができる(図2及び図3参照)。
(2) When the radial width of the tilt direction magnets 4 to 7 is t, the magnetization direction of each of the tilt direction magnets 4 to 7 is the tilt angle θ with respect to the radial direction, θ = {18 × ln (t) −10}. It is set to satisfy ± 10%. Therefore, the torque of the motor including the
(3)4種類(第1〜第4)の傾斜方向磁石4〜7をそれぞれ6個ずつ備えることから実験(図2及び図3参照)と同様のロータ1となり、高い信頼性で上記効果(1)(2)を得ることができる。
(3) Since each of the four types (first to fourth) of the tilt direction magnets 4 to 7 is provided, the
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、傾斜角度θがθ={18×ln(t)−10}±10%を満たすように設定されるとしたが、これに限定されず、例えば、傾斜角度θがθ≦2×{18×ln(t)−10}を満たし、θ={18×ln(t)−10}±10%を満たさないように設定してもよい。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。
The above embodiment may be modified as follows.
In the above embodiment, the inclination angle θ is set to satisfy θ = {18 × ln (t) −10} ± 10%. However, the present invention is not limited to this. For example, the inclination angle θ is θ It may be set so that ≦ 2 × {18 × ln (t) −10} is satisfied and θ = {18 × ln (t) −10} ± 10% is not satisfied. Even if it does in this way, the effect similar to the effect (1) of the said embodiment can be acquired.
又、例えば、傾斜角度θが、θ={18×ln(t)−10}±20%を満たすように設定してもよい。このようにしても、このロータを備えたモータのトルクを、最大値を含む高い範囲とすることができる(図2及び図3参照)。尚、図3には、θ={18×ln(t)−10}±20%を満たす範囲Z4を一対の破線にて図示している。 Further, for example, the inclination angle θ may be set so as to satisfy θ = {18 × ln (t) −10} ± 20%. Even in this case, the torque of the motor including this rotor can be set to a high range including the maximum value (see FIGS. 2 and 3). In FIG. 3, a range Z4 that satisfies θ = {18 × ln (t) −10} ± 20% is illustrated by a pair of broken lines.
・上記実施の形態では、4種類(第1〜第4)の傾斜方向磁石4〜7をそれぞれ6個ずつ備えるとしたが、それぞれ他の数ずつ(即ち4種類の倍数であって6倍以外)備えるように変更してもよい。尚、勿論、この場合、傾斜方向磁石4〜7の周方向幅を変更する必要がある。 In the above embodiment, the four types (first to fourth) of the tilt direction magnets 4 to 7 are each provided in six pieces, but each other number (that is, four types of multiples, other than six times). You may change so that it may be provided. Of course, in this case, it is necessary to change the circumferential width of the inclined magnets 4 to 7.
1…ロータ、4〜7…傾斜方向磁石、θ…傾斜角度、t…径方向幅。
DESCRIPTION OF
Claims (5)
前記傾斜方向磁石における径方向幅がtの場合、各前記傾斜方向磁石における着磁方向は径方向に対する傾斜角度θが、
θ≦2×{18×ln(t)−10}
を満たすように設定されたことを特徴とするロータ。 A rotor arranged in a Halbach array by four kinds of inclined magnets magnetized in a direction inclined with respect to a radial direction,
When the radial width in the tilt direction magnet is t, the magnetization direction in each tilt direction magnet is the tilt angle θ with respect to the radial direction,
θ ≦ 2 × {18 × ln (t) −10}
Rotor characterized by being set to satisfy.
前記傾斜方向磁石における径方向幅がtの場合、各前記傾斜方向磁石における着磁方向は径方向に対する傾斜角度θが、
θ={18×ln(t)−10}±20%
を満たすように設定されたことを特徴とするロータ。 A rotor arranged in a Halbach array by four kinds of inclined magnets magnetized in a direction inclined with respect to a radial direction,
When the radial width in the tilt direction magnet is t, the magnetization direction in each tilt direction magnet is the tilt angle θ with respect to the radial direction,
θ = {18 × ln (t) −10} ± 20%
Rotor characterized by being set to satisfy.
前記傾斜方向磁石における径方向幅がtの場合、各前記傾斜方向磁石における着磁方向は径方向に対する傾斜角度θが、
θ={18×ln(t)−10}±10%
を満たすように設定されたことを特徴とするロータ。 A rotor arranged in a Halbach array by four kinds of inclined magnets magnetized in a direction inclined with respect to a radial direction,
When the radial width in the tilt direction magnet is t, the magnetization direction in each tilt direction magnet is the tilt angle θ with respect to the radial direction,
θ = {18 × ln (t) −10} ± 10%
Rotor characterized by being set to satisfy.
4種類の前記傾斜方向磁石をそれぞれ6個ずつ備えたことを特徴とするロータ。 The rotor according to any one of claims 1 to 3,
A rotor comprising six kinds of the four kinds of inclined direction magnets.
巻線を有するステータとを備えたことを特徴とするモータ。 The rotor according to any one of claims 1 to 4,
A motor comprising a stator having windings.
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