JP2008017541A - モータ - Google Patents

Abstract

【課題】従来のモータにおいては、外側ロータが最大トルクを発生する時の電流位相角α１が、内側ロータが最大トルクを発生する時の電流位相角α２と異なるため、どの電流位相角にしても合計トルクを理論上の最大トルクにすることができない。また、複数のロータを有する構造にすることによって、出力トルクを大きくすることはできるが、その場合、コギングトルク・トルクリプルが増加し、騒音が増加するという課題がある。
【解決手段】外側ロータ３０と内側ロータ２０の磁石の中心または極中心の相対角度をずらすことによって、理論上の最大の合計トルクを引き出すことが可能となる。また、外側ロータ３０と内側ロータ２０により発生するコギングトルク・トルクリップルの位相関係を変えることができ、コギング・トルクリップル成分を打ち消しあうことが可能となり、モータ全体のコギング・トルクリップルを小さくすることができる。
【選択図】図１

Description

本発明は、モータに関するものである。

従来のモータを図７に示す。

図７は、従来のトロイダル方式のブラシレスモータを表しており、ステータ１０と内側ロータ２０と外側ロータ３０から構成されている。

ステータ１０は、ステータヨーク１４と、ステータヨーク１４に設けられた外側ティース１２と内側ティース１３とからなり、ヨーク１４には３相コイル１５が施されている。通常、コイル１５はスターないしはデルタ結線されている。

内側ロータ２０は、ステータ１０の内側に回転自在に保持され、ロータヨーク２１と永久磁石２２とから成る。また、外側ロータ３０は、ステータ１０の外側に回転自在に保持され、ロータヨーク３１と永久磁石３２から成る。内側ロータ２０および外側ロータ３０は、コイル１５に流れる電流による磁界によって回転する。尚、図７は、内側ロータ２０および外側ロータ３０に永久磁石２２および３２をそれぞれ設けた、埋め込み形磁石型モータを示している。
特開２００１−３７１３３号公報

前記従来のモータにおいては、図８に示すように、モータのトルクは外側ロータにより発生するトルクと内側ロータにより発生するトルクから構成されている。合計トルクは電流位相角により変化するため、ある電流位相角でトルクが最大となる。外側ロータにより発生する最大トルクをＴ１とし、内側ロータにより発生する最大トルクをＴ２とすれば、理論上の最大トルクがＴ１とＴ２の和となる。しかし、外側ロータの最大トルクが発生する時の電流位相角α１は内側ロータの最大トルクが発生する時の電流位相角α２と異なるため、どの電流位相角にしても合計トルクを理論上の最大トルクにすることができない。

あるいは、複数のロータを有する構造にすることによって出力トルクを大きくすることができるが、その場合は、コギングトルク・トルクリプルが増加し、騒音が増加するという課題がある。

上記課題を解決するために本発明は、外側ロータの最大トルクを発生する電流位相角をα１とし、内側ロータの最大トルクを発生する電流位相角をα２とし、図１に示すように、外側ロータの磁石の中心を内側ロータの磁石の中心より角度θ分ずらすことによって、図２に示すように、外側ロータの最大トルクが発生する時の電流位相角と内側ロータの最大トルクが発生する時の電流位相角を一致させることができ、合計トルクでは理論上の最大トルクを引き出すことが可能となる。α１、α２とθは電気角であり、この時、θはθ＝α２−α１となる。

また、図３に示すように、外側ロータの磁石の中心を内側ロータの磁石の中心より角度θ分ずらし、外側ロータより発生するコギングトルクの位相と内側ロータより発生するコギングトルクの位相の関係を変えることによって、コギング成分を打ち消しあうことが可
能となり、モータ全体のコギングを小さくすることができる。

同様に外側ロータより発生するトルクリップルの位相と内側ロータより発生するトルクリップルの位相関係を変えることによって、トルクリップル成分を打ち消しあうことが可能となり、モータ全体のトルクリップルを小さくすることができる。

本願の請求項１、請求項２に記載の発明によれば、図１に示すように、外側ロータの磁石の中心を内側ロータの磁石の中心に対して電気角角度θ分ずらすことによって、外側ロータの最大トルクが発生する時の電流位相角を内側ロータの最大トルクが発生する時の電流位相角と一致させることができ、合計トルクは理論上の最大トルクを引き出すことが可能となり、トルク定数を増大させるとともに、モータ全体のコギングトルクとトルクリップルを小さくすることができ、高効率高トルクのモータを提供することが可能である。

上記の課題を解決するために本発明のモータは、外側ロータの磁石の中心を内側ロータの磁石の中心より電気角度θ分ずらし、外側ロータの最大トルクが発生する時の電流位相角を内側ロータの最大トルクが発生する時の電流位相角と一致させることを特徴としたものである。

図１は、本発明の第一の実施例を示すものであり、外側ロータ３０の磁石の中心を内側ロータ２０の磁石の中心より電気角度θ分ずらしているブラシレスモータを示している。

図１に示したように、本発明のモータは、ステータ１０と内側ロータ２０と外側ロータ３０から構成されている。内側ロータ２０および外側ロータ３０に永久磁石２２および３２をそれぞれ設けた、埋め込み形磁石型モータを示している。

図６のようにロータのトルクはマグネットトルクとリラクタンストルクより構成されているため、マグネットトルクとリラクタンストルクの電流位相角における関係をそれぞれに調整することによって、合計トルクの電流位相角における関係を変えることができる。

外側ロータ３０の最大トルクが発生する電流位相角をα１とし、内側ロータ２０の最大トルクが発生する電流位相角をα２としたとき、外側ロータ３０の磁石の中心を内側ロータ２０の磁石の中心より電気角度θ分ずらしたことによって、図２のように外側ロータの最大トルクが発生する時の電流位相角もα２となる。この電流位相角をα２にすることによって、最大の合計トルクを出すことができる。

図６のように、マグネットトルクとリラクタンストルクの電流位相角における関係から、ロータのトルクが最大となる時の電流位相角α１とα２が電気角度で０°〜４５°となる。θとα１とα２の関係はθ＝α２−α１となるため、ずれ角度θの範囲は−４５°〜４５°となる。

また、外側ロータ３０の磁石の中心を内側ロータ２０の磁石の中心より電気角度θ分ずらしたことによって、図３に示すように外側ロータ３０より発生するコギングトルクの位相と内側ロータ２０より発生するコギングトルクの位相関係を変えることができ、コギング成分を打ち消しあうことが可能となり、モータ全体のコギングを小さくすることができる。なお、図９は本発明実施前のモータコギングトルクを示している。

また、外側ロータ３０より発生するトルクリップルの位相と内側ロータ２０より発生す
るトルクリップルの位相関係も変えることができ、トルクリップル成分を打ち消しあうことが可能となり、モータ全体のトルクリップルを小さくすることができる。なお、図４は本発明実施前と実施後のモータトルクリップルを示している。

図５は、本発明の第二の実施例を示すものであり、内側ロータの極中心を外側ロータの磁石の極中心より電気角度β分ずらしたブラシレスモータを示している。

図５に示したように、本発明のモータは、ステータ１０と内側ロータ２０と外側ロータ３０から構成されている。内側ロータ２０および外側ロータ３０に永久磁石２２および３２をそれぞれ設けた、埋め込み形磁石型モータを示している。外側ロータ３０の磁石中心は内側ロータ２０の磁石中心と一致しており、内側ロータ２０の極中心を外側ロータ３０の極中心より電気角度β分ずらしたことによって、リラクタンストルクの電流位相角に対する関係を変えることができ、内側ロータ２０が最大トルクを発生する時の電流位相角を外側ロータ３０が最大トルクを発生する時の電流位相角と一致させることができ、最大トルクを出すことが可能となる。ロータのトルクが最大となる時の電流位相角α１とα２が電気角度で０°〜４５°となるため、βの範囲は−４５°〜４５°となる。

また、内側ロータ２０の極中心を外側ロータ３０の磁石の極中心より電気角度β分ずらしたことによって、外側ロータ３０より発生するコギングトルクの位相と内側ロータ２０より発生するコギングトルクの位相の関係を変えることができ、コギング成分を打ち消しあうことが可能となり、モータ全体のコギングを小さくすることができる。同様にトルクリップル成分も打ち消しあうことが可能となり、モータ全体のトルクリップルを小さくすることができる。これによって、モータの出力トルクを低減することなく、コギングトルクとトルクリップルを小さくすることができる。

本発明のモータは、家電製品や電装品の小型でスペースに制限があり、高効率高出力低騒音が求められる用途などに有用である。

本発明の実施例１を示したモータの断面図 本発明の実施例１の電流位相角に対するトルク図 本発明の実施例１のモータコギングトルクを示す図 本発明の実施例１の実施前と実施後のトルクリップルを示す図 本発明の実施例２を示したモータの断面図 モータのトルク構成を示す図 従来のモータの断面図 従来のモータの電流位相角に対するトルク図 従来のモータのコギングトルクを示す図

符号の説明

１０ ステータ
１１ ステータコア
１２ 外側ティース
１３ 内側ティース
１４ ヨーク
１５ コイル
１６ 外側スロット
１７ 内側スロット
２０ 内側ロータ
２１ 内側ロータヨーク
２２ 内側永久磁石
３０ 外側ロータ
３１ 外側ロータヨーク
３２ 外側永久磁石

Claims (4)

1. 略環状のヨークと、前記ヨークの内外に設けた複数のティースと、前記ヨークにトロイダル巻を施した複数のコイルとで構成されるステータと、前記ステータに対して回転自在に保持されているロータとを備え、前記複数のコイルは３相スターもしくはデルタ状に結線され、前記ステータの内径側と外径側にはそれぞれ内側ロータと外側ロータとを有し、前記内側ロータと外側ロータに磁石を埋め込み、前記外側ロータの磁石中心が内側ロータの磁石中心と電気角度θ分相対ずれしていることを特徴としたモータ。
2. 外側ロータの磁石中心と内側ロータの磁石中心との相対ずれ角θは電気角で−４５〜４５°であることを特徴とした請求項１に記載のモータ。
3. 略環状のヨークと、前記ヨークの内外に設けた複数のティースと、前記ヨークにトロイダル巻を施した複数のコイルとで構成されるステータと、前記ステータに対して回転自在に保持されているロータとを備え、前記複数のコイルは３相スターもしくはデルタ状に結線され、前記ステータの内径側と外径側にはそれぞれ内側ロータと外側ロータとを有し、前記内側ロータと外側ロータに磁石を埋め込み、前記内側ロータの極中心が外側ロータの極中心と電気角度β分相対ずれしていることを特徴としたモータ。
4. 外側ロータの磁石中心と内側ロータの磁石中心との相対ずれ角βは電気角で−４５°〜４５°であることを特徴とした請求項３に記載のモータ。