JP2007244169A - モータ - Google Patents

Abstract

【課題】表面磁束密度を正弦波状にすることで、コギングトルクおよびトルクリップルを低減し、振動・騒音を抑制した電動機を提供する。
【解決手段】多極着磁したシート状のフレキシブル希土類磁石を装着するロータコアの外径を、従来の真円形状から、直線または曲線により構成した形状にし、これにより、ロータ着磁波形を自在に調整することができ、コギングトリクおよびトルクリップルの低減を行うことによって、磁束密度波形を正弦波状にする。
【選択図】図５

Description

本発明は、シート状のフレキシブル希土類磁石、およびそれを用いたモータに関する。

一枚のシート状のフレキシブル希土類磁石を環状に湾曲させてロータコアに装着した後に多極着磁した場合、マグネット接合部と着磁ヨーク境界位置を一致させる必要があり、その位置合わせにズレが生じると、磁極の着磁波形に歪が発生する。このため、多極着磁したのちにロータコアに装着する方法を用いて製作されたロータが知られている（例えば、特許文献１参照）。
特開２００５−２２９７７３号公報

上記従来の技術によれば、１箇所の磁極の着磁波形の歪みは改善されるが、磁極の着磁波形は着磁ヨークを最適化する必要があり、その都度着磁ヨークを設計しなければならない。また、着磁波形やマグネットの寸法によっては、着磁ヨークでの着磁では構成することが困難な場合が多々生じ、着磁波形の歪が生じる。

上記のような着磁波形の歪は、モータのコギングトルクおよびトルクリップルが増大する要因となり、モータの回転精度の低下、振動・騒音といった信頼性の低下を招くという問題があった。

本発明は上記従来の課題を解決するものであり、小形高出力化を実現しながらコギングトルクとトルクリップルを低減し、振動・騒音を抑制した高精度モータを提供することを目的とする。

上記の課題を解決するため本発明は、多極着磁したシート状のフレキシブル希土類磁石を装着するロータコアの１極分の外周部を複数の直線または曲線で構成されていることを特徴とする。
これにより、ロータ着磁波形を自在に調整することができ、コギングトルクおよびトルクリップルの低減が可能である。

着磁ヨーク、磁石形状を変更することなくコギングトルクおよびトルクリップルを低減することができ、低騒音・低振動の電動機を得ることができる。

本発明によれば、シート状フレキシブル希土類磁石を装着するロータコアの１極分の外周部を複数の直線または曲線で構成することにより、磁石・着磁ヨーク・ステータを変更することなくロータ着磁波形を調整できる。そのため、ロータコアの変更のみでコギング・トルクリップルを抑制した電動機を提供することができる。

実施例１では集中巻方式のブラシレスモータについて説明する。

図１に示したように、本発明のモータは、ステータ１０とロータ３０からなり、ステー
タ１０は、ステータコア１１と、絶縁物１２を介してステータコア１１に施されたコイル１３と、端子１４と、回路基板１５と、これら全部あるいは一部を樹脂で封止する樹脂モールド１６と、ブラケット１７から成る。コイル１３としては、通常３相コイルが施される。また、回路基板１５には、位置検出手段２１と、その他のモータを運転するために必要な各種素子が実装されている。

ロータ３０は、回転用磁石３１と、ロータコア３２と位置検出用磁石３３とシャフト３４から成る。このとき、回転用磁石３１とロータコア３２と位置検出用磁石３３はシャフト３４に取り付けられている。またロータ３０は、ステータ１０の内側に、ステータ１０と同心円状に、軸受３４とシャフト３３を介して回転自在に保持されている。尚、図１は、ロータコア３２の表面に回転用磁石３１が設けられている表面磁石型ロータを示している。

ロータ３０はステータ１０に施されたコイル１３に流れる電流による磁界によって、シャフト３３を中心にして回転する。このとき、位置検出手段２１によってロータ３０の位置を検出し、ロータ３０の位置に応じて電流を制御する。

ここで、本発明の特徴であるロータについて図を用いて説明する。まず、シート状のフレキシブル希土類磁石を厚み方向に磁化されるように着磁ヨークにて着磁を行う。このとき、長さ方向は、Ｎ極とＳ極が交互で等間隔となるような多極着磁を施す（図２参照）。従来は、この着磁ヨークに依存して着磁波形が決定していた。

ロータ径は使用用途により異なっており、着磁ヨークを変更しても着磁波形が歪のない波形にならなかったり、また着磁ヨークの設計、作製までに要する時間が莫大であったりという課題があった。

図８に従来例におけるロータの概略図を示す。ロータコア外周部は円であり、そのロータコアにフレキシブル希土類磁石を湾曲させて装着させた構造となっている。そのため、ロータ外周部の磁束密度波形は着磁波形に依存している。

図３に本発明の実施例１における概略図を示す。従来のロータコア形状では、ラジアル方向磁束密度が強く、極中心が落ち込むなどの波形の乱れが生じる。また、着磁で波形を正弦波状にするという試みも行われているが、上記で述べたように必ずしも有効な手段ではない。

実施例１の方法によれば、極中心が最も外径が大きくなるように１つまたは複数の直線でロータコアの外周面を構成するため、極中心の磁束密度が最も強くなり、極間にいくほど弱くなるように不等ギャップとなるため、表面磁束密度波形を正弦波状に近づけることができ、その結果、コギングトルク、トルクリップルを低減でき、騒音・振動が低減できるため、信頼性の向上につながる。

実施例１では、ロータコアを１つまたは複数の直線により構成していたが、実施例２では複数の曲線によりロータコアを構成する。図４に実施例２における概略図を示す。実施例２で示す方法によれば、周方向の表面磁束密度の変化量がよりなだらかになり、よりきれいな表面磁束密度波形を構成することができ、その結果、コギングトルク、トルクリップルを低減でき、騒音・振動が低減できるため、信頼性の向上につながる。

実施例１では、ロータコアを１つまたは複数の直線により構成、実施例２では複数の曲線によりロータコアを構成したが、実施例３では１つまたは複数の直線、かつ１つまたは複数の曲線によりロータコア外周面を構成する。図５に実施例３における概略図を示す。実施例３で示す方法によれば、周方向の表面磁束密度の調整における自由度が増し、よりきれいな表面磁束密度波形を構成することができ、その結果、コギングトルク・トルクリップルを低減でき、騒音・振動が低減できるため、信頼性の向上につながる。
図６に従来のロータコア形状における表面磁束密度波形と本発明実施例１から３により構成されたロータコア形状の表面磁束密度波形を示す。

振動・騒音を低減させる方法として、実施例１から３で示したような、ロータ表面磁束密度を正弦波状に調整する方法を提案した。しかし、ロータの主磁束を発生させる永久磁石と、位置検出用磁石とのピッチのずれによってもモータの回転に影響を及ぼし、振動・騒音が悪化する。従来品のモータは、ロータコアに永久磁石を装着したロータと、位置検出用磁石をシャフトに挿入している。そのため、永久磁石と位置検出磁石の極ピッチが一致しないという問題点が生じていた。

そこで、図７に示すように１枚のシート状のフレキシブル希土類磁石をロータコアに装着してメインマグネットと位置検出磁石の両方の機能を得られるロータとする。

本発明により、メインマグネットと位置検出磁石の極ピッチのずれがなくなり、振動・騒音の低減に大きく付与することが可能である。

本発明は、空調用のファンモータなど、振動・騒音を抑制することを要求される電動機に有用である。

集中巻方式によるブラシレスモータの断面図 シート状フレキシブル希土類磁石の接着前の概略図 実施例１におけるロータ形状の概略図 実施例２におけるロータ形状の概略図 実施例３におけるロータ形状の概略図 本発明による表面磁束密度波形を示す図 実施例４におけるロータの概略図 従来のロータ形状の概略図

符号の説明

１ シャフト
２ ベアリング
３ 位置検出磁石
４ ロータコア
５ メインマグネット
６ ステータコア
７ 絶縁物
８ コイル
９ モールド
１０ 端子台
１１ ブラケット
１２ 基板
１３ 位置検出手段
１４ ロータコア
１５ 磁石

Claims (6)

1. 複数のティースと、前記ティースを連結する環状のヨークとからなるステータコアと、前記ティースに施された巻線とからなるステータと、前記ステータの内周に回転自在に保持され、１枚または複数のシート状フレキシブル希土類磁石とロータコアと位置検出用磁石とからなるロータと、前記ロータの回転位置を検出する位置検出手段を有し、前記ロータの回転位置に合わせて前記巻線に電流を通電するための回路基板により構成され、前記フレキシブル希土類磁石を湾曲装着させた前記ロータコアの１極分の外周部が１つまたは複数の直線により構成されていることを特徴としたロータ。
2. ロータコアの１極分の外周部が複数の曲線により構成されていることを特徴とした請求項１に記載のロータ。
3. ロータコアの１極分の外周部が複数の直線および曲線により構成されていることを特徴とした請求項１に記載のロータ。
4. ロータコアが磁性体であることを特徴とした請求項１から３のいずれかに記載のロータ。
5. ロータコアが非磁性体であることを特徴とした請求項１から３のいずれかに記載のロータ。
6. フレキシブル希土類磁石と前記位置検出用磁石が１枚のシートで構成されていることを特徴とした請求項４から請求項５のいずれかに記載のロータ。