JP2010035375A - モータ - Google Patents

Abstract

【課題】トルクリップルを低く抑えながらも、高トルク化を図ることができるモータを提供する。
【解決手段】モータは、環状のヨーク５に巻線６がトロイダル巻きされてなるステータ３と、ステータ３と対向する永久磁石（第１〜第３磁石１１〜１３）を備える。永久磁石は、ステータ３の内周面と対向するように配置された第１磁石１１と、ステータ３の外周面と対向するように配置された第２磁石１２と、ステータ３の軸方向端部と対向するように配置された第３磁石１３とを備える。そして、第１、第２及び第３磁石１１〜１３の内の第３磁石１３は、その周方向の磁極中心Ｌ２が他のもの（第１及び第２磁石１１，１２の磁極中心Ｌ１）と異なるように（角度θずれるように）配置される。
【選択図】図３

Description

本発明は、ステータの巻線がトロイダル巻きされたモータに関するものである。

従来、モータのステータとしては、環状のヨークに巻線がトロイダル巻きされてなるものがある。そして、このようなモータのロータとしては、ステータの内周面と対向するように配置された第１磁石と、ステータの外周面と対向するように配置された第２磁石とを備え、第１磁石と第２磁石の周方向の磁極中心を異ならせたものがある（例えば、特許文献１参照）。このようなモータでは、第１及び第２磁石にて高トルク化を図りながらも、磁極中心が異なることに基づいてトルクリップルを低く抑えることができる。尚、トルクリップルを低く抑えることは、振動や騒音の低減に寄与する。
特許第３９８３４２３号公報

しかしながら、モータとしては、トルクリップルを低く抑えながらも、更なる高トルク化が求められている。
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、トルクリップルを低く抑えながらも、高トルク化を図ることができる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、環状のヨークに巻線がトロイダル巻きされてなるステータと、前記ステータと対向する永久磁石を備えたロータとを備えたモータにおいて、前記永久磁石は、前記ステータの内周面と対向するように配置された第１磁石と、前記ステータの外周面と対向するように配置された第２磁石と、前記ステータの軸方向端部と対向するように配置された第３磁石とを備え、前記第１、第２及び第３磁石の内の少なくとも１つは、その周方向の磁極中心が他のものと異なるように配置された。

同構成によれば、ロータの永久磁石は、ステータの内周面と対向するように配置された第１磁石と、ステータの外周面と対向するように配置された第２磁石と、ステータの軸方向端部と対向するように配置された第３磁石とを備え、第１、第２及び第３磁石の内の少なくとも１つは、その周方向の磁極中心が他のものと異なるように配置されるため、第１磁石と磁極中心が異なる第２磁石とからなる従来のものに比べて、トルクリップルを同等に低く抑えながら、高トルク化を図ることができる。

請求項２に記載の発明では、請求項１に記載のモータにおいて、前記第１及び第２磁石は、周方向の磁極中心が同じとなるように配置され、前記第３磁石のみ磁極中心が異なるように配置された。

同構成によれば、共に湾曲してステータと径方向に対向するように配置される共通事項の多い第１及び第２磁石が、周方向の磁極中心が同じとなるように配置され、湾曲する必要がなくステータと軸方向に対向するように配置され第１及び第２磁石と共通事項の少ない第３磁石のみ磁極中心が異なるように配置されるため、構成が単純となる。即ち、第１磁石と第２磁石の磁極中心を異ならせたりすると、元々共通事項の多いもの同士の一つの共通事項が共通でなくなり、設計や製造が複雑化し易いが、これが回避される。

請求項３に記載の発明では、請求項１又は２に記載のモータにおいて、前記第３磁石は、前記ステータとの対向面が平面の板状に形成された。
同構成によれば、第３磁石は、ステータとの対向面が平面の板状に形成されるため、単純な形状となり、例えば、ステータを覆うように断面湾曲形状のものや断面コ字形状等とした場合に比べて、第３磁石を設けることによるコストの増大が抑制される。

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項に記載のモータにおいて、前記ステータは、前記ヨークの軸方向一端部がモータケースに対して支持されるものであって、前記第３磁石は、前記ステータの軸方向他端部と対向するように配置された。

同構成によれば、第３磁石は、ヨークがモータケースに対して支持される軸方向一端部の反対側であるステータの軸方向他端部と対向するように配置されるため、容易に広い面積でステータと対向させることができる。

本発明によれば、トルクリップルを低く抑えながらも、高トルク化を図ることができる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１〜５に従って説明する。図１に示すように、モータは、略有底筒状のケース本体１と、ケース本体１の開口部を略閉塞するカバー２とを備え、更に、それらケース本体１及びカバー２内に収容保持されるステータ３とロータ４とを備える。尚、本実施の形態では、ケース本体１及びカバー２がモータケースを構成している。

ステータ３は、図１に示すように、全体的に略円筒状に形成され、図２に示すように、環状のヨーク５に巻線６がトロイダル巻きされてなる。詳しくは、図２に示すように、ヨーク５は、環状の環状部５ａと、該環状部５ａの内周面から周方向等角度間隔で軸中心にそれぞれ延びる複数の内側ティース５ｂと、環状部５ａの外周面から周方向等角度間隔で放射状に延びる複数の外側ティース５ｃとを備える。そして、巻線６は、周方向に隣り合う内側ティース５ｂ間及び外側ティース５ｃ間の環状部５ａにトロイダル巻きされ、それら巻線６は３相スター結線又はデルタ結線される。

そして、このように構成されたステータ３は、図１に示すように、ヨーク５の軸方向一端部（図中、下端部）がカバー２に形成された支持部２ａに対して支持（固定）されている。

ロータ４は、両端側が前記ケース本体１及びカバー２にそれぞれ軸受７を介して回転可能に支持される回転軸８と、ケース本体１及びカバー２内において回転軸８に固定されたロータコア９と、更にロータコア９に固定された第１、第２及び第３磁石１１〜１３とを備える。

詳しくは、ロータコア９は、中央に回転軸８が固定される中央孔９ａを有した円盤部９ｂと、該円盤部９ｂの径方向中間位置から軸方向に延びる内側筒部９ｃと、円盤部９ｂの外縁から軸方向に延びる外側筒部９ｄとを備える。そして、第１磁石１１は、図３に示すように、軸方向から見て湾曲して（円弧形状に）形成され、ステータ３の内周面（詳しくは、内側ティース５ｂの先端面）と対向するように内側筒部９ｃの外周面に等間隔で固定配置される。又、第２磁石１２は、図３に示すように、軸方向から見て湾曲して（円弧形状に）形成され、ステータ３の外周面（詳しくは、外側ティース５ｃの先端面）と対向するように外側筒部９ｄの内周面に等間隔で固定配置されている。又、第３磁石１３は、図１に示すように、ステータ３との対向面が平面の板状であって、図３に（２点鎖線で）示すように、軸方向から見てステータ３の径方向内側端部から径方向外側端部まで軸方向端部と対向する扇形状に形成され、ステータ３の軸方向他端部（図１中、上側端部）と対向するように円盤部９ｂに等間隔で固定配置されている。

又、第１磁石１１及び第２磁石１２は、周方向の磁極中心Ｌ１（図３参照）が同じとなるように配置され、第３磁石１３のみ磁極中心Ｌ２（図３参照）が異なるように（角度θずれるように）配置されている。

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）ロータ４の永久磁石は、ステータ３の内周面と対向するように配置された第１磁石１１と、ステータ３の外周面と対向するように配置された第２磁石１２と、ステータ３の軸方向端部と対向するように配置された第３磁石１３とを備える。そして、第１、第２及び第３磁石１１〜１３の内の第３磁石１３は、その周方向の磁極中心Ｌ２が他のもの（磁極中心Ｌ１）と異なるように配置されるため、第１磁石と磁極中心が異なる第２磁石とからなるのみのもの（従来）に比べて、トルクリップルを同等に低く抑えながら、高トルク化を図ることができる。尚、図４は、電流−トルク特性図であって、図４に示すように、本実施の形態における特性Ｘ１（図中、実線で図示）は、第１磁石と磁極中心が異なる第２磁石とからなるもの（第３磁石のない従来のもの）の特性Ｘ２（図中、破線で図示）より、高トルクであることがわかる。又、図５は、角度−トルクリップル特性図であって、図５に示すように、本実施の形態における特性Ｘ３（図中、実線で図示）は、第１磁石と磁極中心が異なる第２磁石とからなるもの（第３磁石のない従来のもの）の特性Ｘ４（図中、破線で図示）と、トルクリップルが同等であることがわかる。因みに、図５には、第１、第２及び第３磁石をその周方向の磁極中心が同じとなるように配置したものの特性Ｘ５（図中、２点鎖線で図示）を図示しているが、この場合、トルクリップルが大きくなってしまうことがわかる。

（２）共に湾曲してステータ３と径方向に対向するように配置される共通事項の多い第１及び第２磁石１１，１２が、周方向の磁極中心Ｌ１が同じとなるように配置され、湾曲する必要がなくステータ３と軸方向に対向するように配置され第１及び第２磁石１１，１２と共通事項の少ない第３磁石１３のみ磁極中心Ｌ２が異なるように配置されるため、構成が単純となる。即ち、第１磁石１１と第２磁石１２の磁極中心を異ならせたりすると、元々共通事項の多いもの同士の一つの共通事項が共通でなくなり、設計や製造が複雑化し易いが、これが回避される。

（３）第３磁石１３は、ステータ３との対向面が平面の板状に形成されるため、単純な形状となり、例えば、ステータを覆うような断面湾曲形状のものや断面コ字形状等とした場合に比べて、第３磁石１３を設けることによるコストの増大が抑制される。

（４）第３磁石１３は、ヨーク５がカバー２の支持部２ａに対して支持される軸方向一端部（図１中、下側）の反対側であるステータ３の軸方向他端部（図１中、上端部）と対向するように配置されるため、容易に広い面積でステータ３と対向させることができる。

（５）第３磁石１３は、軸方向から見てステータ３の径方向内側端部から径方向外側端部まで軸方向端部と対向する扇形状に形成されるため、ステータ３による磁束（磁界）を最大限利用することができる。

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、第３磁石１３を、軸方向から見てステータ３の径方向内側端部から径方向外側端部まで軸方向端部と対向する扇形状に形成したが、ステータ３の軸方向端部の少なくとも一部分と対向すれば、他の形状に変更してもよい。例えば、図６に示す第３磁石１３ａ，１３ｂに変更してもよい。この第３磁石１３ａ，１３ｂは、上記実施の形態の第３磁石１３における径方向中央部が削除された形状であって、径方向に一対で１つの磁極を構成している。尚、第３磁石は、主に自身によるトルクが第１及び第２磁石１１，１２によるトルクと合成された際のトルクリップルを小さくするように設けられるものであるため、第３磁石の大きさ（対向面積等）はトルクリップルが小さくなるように設定すればよい。

・上記実施の形態では、第１磁石１１及び第２磁石１２は、周方向の磁極中心Ｌ１が同じとなるように配置され、第３磁石１３のみ磁極中心Ｌ２が異なるように（角度θずれるように）配置されるとしたが、第１、第２及び第３磁石１１〜１３の内の少なくとも１つが、その周方向の磁極中心が他のものと異なるように配置されればよい。例えば、第２磁石１２及び第３磁石１３を、周方向の磁極中心が同じとなるように配置し、第１磁石１１のみ磁極中心が異なるように配置してもよい。

・上記実施の形態では、第３磁石１３は、ステータ３との対向面が平面の板状に形成されるとしたが、ステータ３の軸方向端部と対向すれば、例えば、ステータ３を覆うような断面湾曲形状のものや断面コ字形状のものに変更してもよい。

・上記実施の形態のヨーク５は、環状の環状部５ａと内側ティース５ｂと外側ティース５ｃとを備えるとしたが、ヨーク５を焼結にて成形するなどによって、更に環状部５ａの軸方向端部から軸方向に（第３磁石１３側に）突出する軸方向ティースを備えるようにしてもよい。

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４に記載のモータにおいて、前記第３磁石は、前記ステータの径方向内側端部から径方向外側端部まで軸方向端部と対向する扇形状に形成されたことを特徴とするモータ。

同構成によれば、第３磁石は、ステータの径方向内側端部から径方向外側端部まで軸方向端部と対向する扇形状に形成されるため、ステータによる磁束（磁界）を最大限利用することができる。

本実施の形態におけるモータの模式断面図。 本実施の形態におけるステータの平面図。 本実施の形態におけるステータとロータの一部分断面図。 電流−トルク特性図。 角度−トルクリップル特性図。 別例におけるステータとロータの一部分断面図。

符号の説明

２…モータケースの一部を構成するカバー、３…ステータ、４…ロータ、５…ヨーク、６…巻線、１１…第１磁石、１２……第２磁石、１３，１３ａ，１３ｂ…第３磁石、Ｌ１，Ｌ２…磁極中心。

Claims (4)

1. 環状のヨークに巻線がトロイダル巻きされてなるステータと、
   前記ステータと対向する永久磁石を備えたロータと
   を備えたモータにおいて、
   前記永久磁石は、前記ステータの内周面と対向するように配置された第１磁石と、前記ステータの外周面と対向するように配置された第２磁石と、前記ステータの軸方向端部と対向するように配置された第３磁石とを備え、
   前記第１、第２及び第３磁石の内の少なくとも１つは、その周方向の磁極中心が他のものと異なるように配置されたことを特徴とするモータ。
2. 請求項１に記載のモータにおいて、
   前記第１及び第２磁石は、周方向の磁極中心が同じとなるように配置され、前記第３磁石のみ磁極中心が異なるように配置されたことを特徴とするモータ。
3. 請求項１又は２に記載のモータにおいて、
   前記第３磁石は、前記ステータとの対向面が平面の板状に形成されたことを特徴とするモータ。
4. 請求項１乃至３のいずれか１項に記載のモータにおいて、
   前記ステータは、前記ヨークの軸方向一端部がモータケースに対して支持されるものであって、
   前記第３磁石は、前記ステータの軸方向他端部と対向するように配置されたことを特徴とするモータ。

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