JP2008160931A - モータ - Google Patents

Abstract

【課題】外形の軸方向長さを大きくすることなく、トルク定数を大きくすることを可能とする。
【解決手段】ステータヨーク６にステータコイル８を巻装して構成されたステータ５と、ロータヨーク１２の内部に複数の永久磁石１４を埋め込んで構成されたロータ１０を備えたＩＰＭモータにおいて、ロータヨーク１２および永久磁石１４の軸方向長さを、ステータヨーク６の軸方向長さよりも長く設定した。
【選択図】図１

Description

本発明は、ロータヨークの内部に永久磁石を埋め込んで構成されたロータを備えたＩＰＭ（Interior Permanent Magnet）型のモータに関する。

この種のモータにおいては、ステータヨークの軸方向の長さ寸法と、ロータヨークおよびこれの内部に埋め込まれる永久磁石の軸方向の長さ寸法とは同一に設定するのが一般的である（例えば、特許文献１参照）。
特開２００５−２２６６０２号公報（図１、図４、図６）

この種のモータにおいて、モータの外形を大きくすることなく、トルク定数を大きくすることが要望されている。
本発明は上記事情に鑑みてなされたものであり、その目的は、外形の軸方向長さを大きくすることなく、トルク定数を大きくすることを可能としたモータを提供することにある。

請求項１の発明は、上記した目的を達成するために、ステータヨークにステータコイルを巻装して構成されたステータと、ロータヨークの内部に永久磁石を埋め込んで構成され、前記ステータに対して回転可能に設けられたロータとを備えたモータにおいて、前記ロータヨークおよび前記永久磁石の軸方向長さを、前記ステータヨークの軸方向長さよりも長く設定したことを特徴とする。

請求項２の発明は、ロータヨークおよび永久磁石の軸方向の端部は、ステータコイルのコイルエンド付近まで延びていることを特徴とする。
請求項３の発明は、ステータヨークの軸方向端部より長くするロータヨークおよび永久磁石の延長長さ寸法をＬ１、永久磁石の幅寸法をＬ２、ロータヨークにおいて永久磁石の外周部側に存するロータヨーク外周側部の軸方向端面の面積をＳ１、永久磁石の最大磁束密度をＢ１、ロータヨークの最大磁束密度をＢ２としたとき、前記ロータヨークおよび永久磁石の延長長さ寸法Ｌ１を、下記の式となるように設定したことを特徴とする。
０＜Ｌ１≦（Ｂ２×Ｓ１）／（Ｂ１×Ｌ２）
請求項４の発明は、ロータヨークおよび永久磁石は、軸方向の両端部がステータヨークの軸方向両端部より軸方向に突出していることを特徴とする。

ステータにおけるステータコイルのコイルエンドは、ステータヨークの軸方向の端部よりも軸方向へ突出している。ロータヨークおよびこれに埋め込まれた永久磁石の軸方向長さが、ステータヨークの軸方向長さと同じであるとすると、ロータヨークおよび永久磁石の軸方向の端部付近には、コイルエンドの軸方向への突出寸法分のスペースが存することになる。本発明は、そのスペースを有効に利用しようとするものである。

請求項１の発明においては、ロータヨークおよび永久磁石の軸方向長さを、ステータヨークの軸方向長さよりも長く設定することで、ステータコイルに鎖交するロータ側からの磁束量を多くすることができ、その分、トルク定数を大きくすることが可能となる。このとき、ロータヨークおよび永久磁石の軸方向長さは、ロータヨークおよび永久磁石の軸方向の端部付近のスペースを利用して長くすることが可能であるので、外形の軸方向長さを特に大きくする必要がない。よって、ロータヨークおよび永久磁石の軸方向のスペースを有効に利用することで、モータ外形の軸方向長さを大きくすることなく、トルク定数を大きくすることが可能となる。

請求項２の発明によれば、ロータヨークおよび永久磁石の軸方向の端部を、ステータコイルのコイルエンド付近まで延ばすことで、ロータヨークおよび永久磁石の軸方向の端部付近のスペースを一層有効に利用することができるとともに、トルク定数を一層大きくすることが可能になる。

請求項３の発明によれば、ロータヨークおよび永久磁石の延長長さ寸法Ｌ１を上記の式となるように設定することで、その延長長さ寸法Ｌ１を必要以上に長くする必要がない。
請求項４の発明によれば、ロータヨークおよび永久磁石は、軸方向の両端部がステータヨークの軸方向両端部より軸方向に突出することで、ロータヨークおよび永久磁石の軸方向の端部付近のスペースを一層有効に利用することができるとともに、トルク定数を一層大きくすることが可能となり、また、ステータとロータのバランスを良くすることができる。

以下、本発明の一実施形態について図面を参照して説明する。
図１において、モータの外殻を構成するモータフレーム１は、容器状をなすフレーム本体２と、このフレーム本体２の開口部を閉鎖するように配置された端板３とをボルト４により連結することにより構成されている。フレーム本体２の内周部に、ステータ５が固定状態に配設されている。

ステータ５は、筒状をなすステータヨーク６と、このステータヨーク６にボビン７を介して巻装された複数のステータコイル８とから構成されている。ステータヨーク６は、複数枚の珪素鋼板を軸方向に積層して構成されている。ステータコイル８における軸方向両端部のコイルエンド８ａが、ステータヨーク６の軸方向の端部５ａよりもそれぞれ軸方向の外側へ突出している。ステータヨーク６の内部空間に、ロータ１０が回転可能に配設されている。

ロータ１０は、図２にも示すように、回転軸１１と、この回転軸１１の外周部に固着されたロータヨーク１２と、このロータヨーク１２に軸方向に貫通するように形成された磁石挿入孔１３に挿入されて埋め込まれた複数個、この場合４個の永久磁石１４とから構成されていて、回転軸１１が、モータフレーム１におけるフレーム本体２と端板３にそれぞれ設けられた軸受１５，１６を介して回転自在に支持されている。回転軸１１の軸方向の両端部は、モータフレーム１の外部へ突出している。

ロータヨーク１２は、ステータヨーク６と同様に、複数枚の珪素鋼板を軸方向に積層して構成されている。ロータヨーク１２に埋め込まれた各永久磁石１４は、軸方向に延びる矩形板状をなしている。ロータヨーク１２と各永久磁石１４の軸方向長さは、同一長さに設定されている。そして、ロータヨーク１２および各永久磁石１４の軸方向長さは、ステータヨーク６の軸方向長さより長く設定されていて、ロータヨーク１２および各永久磁石１４の軸方向の両端部１２ａ，１４ａは、ステータヨーク６の軸方向の両端部６ａよりもそれぞれ軸方向の外側にほぼ同寸法ずつ突出している。ロータヨーク１２および各永久磁石１４の軸方向の両端部１２ａ，１４ａは、それぞれステータコイル８のコイルエンド８ａ付近まで延びている。

ここで、ステータヨーク６の軸方向端部６ａより長くするロータヨーク１２および永久磁石１４の片側の延長長さ寸法をＬ１、永久磁石１４の軸方向端面から見た幅寸法をＬ２、ロータヨーク１２において永久磁石１４の外周部側に存するロータヨーク外周側部１２ｂの軸方向端面の面積をＳ１（図２に斜線で示した部分）、永久磁石１４の最大磁束密度をＢ１、ロータヨーク１２の最大磁束密度をＢ２としたとき、次の（１）式を表すことができる。

Ｌ１×Ｌ２×Ｂ１＝Ｓ１×Ｂ２ … （１）
（１）式において、左辺は、永久磁石１４をステータヨーク６よりも長くした分の永久磁石１４の磁束量を表し、右辺は、ロータヨーク外周側部１２ｂの軸方向端面と平行な面を通過し得る磁束量を表す。この（１）式を用いて、ロータヨーク１２および永久磁石１４の延長長さ寸法Ｌ１を表すと、次の（２）式で表すことができる。

０＜Ｌ１≦（Ｂ２×Ｓ１）／（Ｂ１×Ｌ２） … （２）
従って、ロータヨーク１２および永久磁石１４の延長長さ寸法Ｌ１は、上記（２）式を満足するように設定する。

上記した実施形態によれば、次のような作用効果を得ることができる。
まず、ロータヨーク１２および永久磁石１４の軸方向長さを、ステータヨーク６の軸方向長さよりも長く設定することで、ステータコイル８に鎖交するロータ１０側からの磁束量を多くすることができ（図１における矢印Ａ参照）、その分、トルク定数を大きくすることが可能となる。

ここで、ステータ５においては、ステータコイル８のコイルエンド８ａが、ステータヨーク６の軸方向の端部６ａから軸方向へ突出している。そして、ロータヨーク１２および永久磁石１４の軸方向長さを、従来と同様にステータヨーク５の軸方向長さと同じに設定した場合には、ロータヨーク１２および永久磁石１４の軸方向の両端部に、モータフレーム１内において、コイルエンド８ａの軸方向長さに対応する分のスペース２０が形成されることになる。

そこで、本実施形態においては、ロータヨーク１２および永久磁石１４の軸方向長さを、上記スペース２０を利用して長くすることが可能であるので、モータ外形（モータフレーム１）の軸方向長さを特に大きくする必要がない。よって、ロータヨーク１２および永久磁石１４の軸方向のスペース２０を有効に利用することで、モータ外形の軸方向長さを大きくすることなく、トルク定数を大きくすることが可能となる。

しかもこの場合、ロータヨーク１２および永久磁石１４は、軸方向の両端部１２ａ，１４ａがステータヨーク６の軸方向の両端部６ａより軸方向の外側へ突出する構成としているので、片側のみに比べて、上記スペース１２を一層有効に利用できるとともに、トルク定数を一層大きくすることが可能となり、また、ステータ５とロータ１０のバランスを良くすることができる。
また、ロータヨーク１２および永久磁石１４の延長長さ寸法Ｌ１を、上記（２）式を満足するように設定することで、その延長長さ寸法Ｌ１を必要以上に長く設定する必要がなくなる。

本発明は、上記した実施形態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。
ロータ１０において、永久磁石１４の個数は、４個に限られず、２個、或いは６個以上とすることができる。
ステータヨーク６およびロータヨーク１２は、珪素鋼板を積層したものに代えて、磁性体の塊状のものとすることもできる。
ステータヨーク６の内側にロータヨーク１２を配置しているが、ロータヨーク１２の内側にステータヨーク６を配置するように構成してもよい。この場合、所謂アウターロータ形式のモータとなる。

本発明の一実施形態を示す縦断面図 ロータの側面図（軸方向の端面から見た図）

符号の説明

図面中、１はモータフレーム、５はステータ、６はステータヨーク、６ａは軸方向の端部、８はステータコイル、８ａはコイルエンド、１０はロータ、１１は回転軸、１２はロータヨーク、１２ａは軸方向の端部、１２ｂはロータヨーク外周側部、１３は磁石挿入孔、１４は永久磁石、１４ａは軸方向の端部を示す。

Claims (4)

1. ステータヨークにステータコイルを巻装して構成されたステータと、ロータヨークの内部に永久磁石を埋め込んで構成され、前記ステータに対して回転可能に設けられたロータとを備え、
   前記ロータヨークおよび前記永久磁石の軸方向長さを、前記ステータヨークの軸方向長さよりも長く設定したことを特徴とするモータ。
2. ロータヨークおよび永久磁石の軸方向の端部は、ステータコイルのコイルエンド付近まで延びていることを特徴とする請求項１記載のモータ。
3. ステータヨークの軸方向端部より長くするロータヨークおよび永久磁石の延長長さ寸法をＬ１、永久磁石の幅寸法をＬ２、ロータヨークにおいて永久磁石の外周部側に存するロータヨーク外周側部の軸方向端面の面積をＳ１、永久磁石の最大磁束密度をＢ１、ロータヨークの最大磁束密度をＢ２としたとき、前記ロータヨークおよび永久磁石の延長長さ寸法Ｌ１を、下記の式となるように設定したことを特徴とする請求項１または２記載のモータ。
   ０＜Ｌ１≦（Ｂ２×Ｓ１）／（Ｂ１×Ｌ２）
4. ロータヨークおよび永久磁石は、軸方向の両端部がステータヨークの軸方向両端部より軸方向に突出していることを特徴とする請求項１〜３のいずれかに記載のモータ。

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