JP2014204599A - モータ - Google Patents

Abstract

【課題】磁極の並ぶ方向に磁束密度を滑らかに変化させてロータの回転速度をより一様化し、モータ全体の振動や騒音を抑制し、寿命や信頼性の低下を防ぐことが可能なモータを提案する。
【解決手段】モータ１は、ロータ３に設けられるとともに、磁極の並ぶ方向および磁極の並ぶ方向と交差する方向それぞれに分割され、かつ磁極のＳ極とＮ極との境界部分よりも非境界部分の方が分割数が少ない複数の分割磁石２１を有する界磁用の磁石１７と、を備える。
【選択図】 図３

Description

本発明に係る実施形態はモータに関する。

ステータおよびロータのいずれか一方に設けられる電機子コイルと、ステータおよびロータのいずれか他方に設けられる界磁用の磁石と、を備えるモータが知られている。

例えば磁石型ロータを備える直流モータは、ロータの外周部に配置される筒形状の磁石と、ステータに設けられる複数の電機子コイルと、を備える。このような直流モータは、複数の電機子コイルに対して順次に通断または遮断を制御してロータを回転させる。

ところで、電機子コイルに対する通電と遮断によって、電機子コイルの磁界の強さが強弱変化する。この磁界の強さの変化は、界磁用の磁石に渦電流を誘起する。特に、ネオジューム−鉄−ボロン系の磁石では抵抗率が0.0001Ω・ｃｍ、サマリューム−コバルト系の磁石では抵抗率が0.00009Ω・ｃｍと小さいため、磁石に大きな渦電流が流れ、電力損失の増加が無視できない。

そこで、磁極の並ぶ方向と交差する方向に分割される複数の分割磁石と、分割磁石の相互間を絶縁する絶縁層を備えるモータが知られている。このモータは、磁石を分割することによって渦電流の通路を狭くして電気抵抗を増加し、電機子コイルの磁界の強弱変化による渦電流を小さくする。

特開平８−１６３８０１号公報

従来のモータは、磁極の並ぶ方向、つまりＮ極からＳ極、Ｓ極からＮ極へ磁界が変化する境界部分において、磁束密度が急激に変化し、切り替わる。

従来のモータにおける磁束密度の急激な変化、切り替わりは、ロータの回転速度を非一様に変化させる。ロータの回転速度の変化は、モータ全体に振動や騒音を発生させ、寿命や信頼性の低下を招く。

そこで、本発明は、磁極の並ぶ方向に磁束密度を滑らかに変化させてロータの回転速度をより一様化し、モータ全体の振動や騒音を抑制し、寿命や信頼性の低下を防ぐことが可能なモータを提案する。

前記の課題を解決するため本発明の実施形態に係るモータは、ステータおよびロータのいずれか一方に設けられる電機子コイルと、前記ステータおよび前記ロータのいずれか他方に設けられるとともに、磁極の並ぶ方向および前記磁極の並ぶ方向と交差する方向それぞれに分割され、かつ前記磁極のＳ極とＮ極との境界部分よりも非境界部分の方が分割数が少ない複数の分割磁石を有する界磁用の磁石と、を備える。

本発明の実施形態に係るモータを示す縦断面図。 本発明の実施形態に係るモータのロータを示す斜視図。 本発明の実施形態に係るモータの磁石を示す斜視図。 本発明の実施形態に係るモータの磁石の配置を示す展開図。 本発明の実施形態に係るモータの磁石の他の例を示す斜視図。 本発明の実施形態に係るモータの磁石の他の例を示す斜視図。 本発明の実施形態に係るモータにおける磁石起磁力と従来のモータにおける磁石起磁力とを比較して示す図。

本発明に係るモータの実施形態について図１から図７を参照して説明する。

図１は、本発明の実施形態に係るモータを示す縦断面図である。

図１に示すように、モータ１は、例えば、ステータ２とロータ３とを隔てる隙間５が回転軸であるシャフト７の中心線Ｃの径方向に配置されているラジアルギャップ系の直流モータである。

具体的には、モータ１は、モータケース８と、モータケース８の内側に設けられるステータ２と、ステータ２の内側に隙間５を隔てて配置され、モータケース８により回転自在に支持されるロータ３と、を備える。

モータケース８は、略円筒形状を呈し、ステータ２およびロータ３の組み込みに適する適宜の分割構造を有する。モータケース８は、両底壁の中央部分にシャフト７を回転自在に支える軸受１１、１２をそれぞれ備える。

ステータ２は、モータケース８の内側に固定されるステータコア１３と、ステータコア１３に設けられる複数のティース１３ａと、それぞれのティース１３ａに巻き付けられる複数の電機子コイル１５と、を備える。

ロータ３は、シャフト７と、シャフト７に回転一体に固定されるロータコア１６と、ロータコア１６に埋め込まれて固定される界磁用の磁石１７と、を備える。ロータコア１６の材料は鉄等の磁性体であり透磁率が高い。磁石１７は永久磁石である。つまり、モータ１は、ロータコア１６に磁石１７（永久磁石）が埋め込まれたＩＰＭ（interior permanent magnet）モータである。磁石１７は複数に分割されている。

なお、モータ１は、電機子コイル１５と磁石１７との配置が反転していても良い。つまり、モータ１は、ステータ２に設けられる磁石１７と、ロータ３に設けられる電機子コイル１５と、を備えていても良い。すなわち、モータ１は、ステータ２およびロータ３のいずれか一方に設けられる電機子コイル１５と、ステータ２およびロータ３のいずれか他方に設けられる界磁用の磁石１７と、を備えていれば良い。

図２は、本発明の実施形態に係るモータのロータを示す斜視図である。

図２に示すように、本実施形態に係るモータ１のロータ３は、シャフト７の外周面に外嵌された略円筒形状のロータコア１６を備える。

ロータコア１６は外周部に磁石１７を差し込んで固定する複数の磁石配置隙間１９を有する。それぞれの磁石配置隙間１９の入口部分はスリット状に開口し、中心角約６０度毎にシャフト７を囲み、略正六角形状の配列を呈する。それぞれの磁石配置隙間１９は、シャフト７の回転中心線Ｃに対して平行に延びており、磁石１７を回転中心線Ｃに平行な方向へ差し込むことができる。

図３は、本発明の実施形態に係るモータの磁石を示す斜視図である。

図４は、本発明の実施形態に係るモータの磁石の配置を示す展開図である。

図５は、本発明の実施形態に係るモータの磁石の他の例を示す斜視図である。

図６は、本発明の実施形態に係るモータの磁石の他の例を示す斜視図である。

図３および図６に示すように、本実施形態に係るモータ１の磁石１７は、磁極の並ぶ方向および磁極の並ぶ方向と交差する方向それぞれに分割され、かつ磁極のＳ極とＮ極との境界部分よりも非境界部分の方が分割数が少ない複数の分割磁石２１を有する。

ここで、磁極の並ぶ方向とはシャフト７の回転中心線Ｃに対する円周方向である。つまり、磁石１７は、シャフト７の回転中心線Ｃに対する円周方向に複数の分割磁石２１を配置して、磁極、すなわちＳ極（図３から図６中の「Ｓ」）とＮ極（図３から図６中の「Ｎ」）とを並べる。例えば、磁石１７は、磁極の並ぶ方向に６列の分割磁石２１を並べ、隣り合う３列の分割磁石２１をＳ極にし、隣り合う３列の分割磁石２１をＮ極にして磁極を並べる。磁石１７の磁極の並ぶ方向における分割数は、Ｓ極とＮ極との境界部分と、非境界部分を観念できる数量で分割されていれば良く、本実施形態では、６列の例としてＳ極境界列Ｓｂ−Ｓ極非境界列Ｓｍ−Ｓ極境界列Ｓｂ、Ｎ極境界列Ｎｂ−Ｎ極非境界列Ｎｍ−Ｎ極境界列Ｎｂと並んでいる。他に、磁石１７は、８列の例としてＳ極境界列Ｓｂ−Ｓ極非境界列Ｓｍ−Ｓ極非境界列Ｓｍ−Ｓ極境界列Ｓｂ、Ｎ極境界列Ｎｂ−Ｎ極非境界列Ｎｍ−Ｎ極非境界列Ｎｍ−Ｎ極境界列Ｎｂと並んでいても良く、分割数をより多くしても良い。

磁石１７は、シャフト７の１周当たり、中心角１８０度分のＳ極、中心角１８０度分のＮ極部分が１箇所ずつ並んでいるが、これに限られず、シャフト７の１周当たり、中心角９０度分のＳ極部分、中心角９０度分のＮ極部分、中心角９０度分のＳ極部分、中心角９０度分のＮ極部分のように多極化されていても良い。

他方、磁極の並ぶ方向と交差する方向とはシャフト７の回転中心線Ｃに平行な方向である。つまり、磁石１７は、シャフト７の回転中心線Ｃに平行な方向に複数の分割磁石２１を配置する。そして、磁石１７の磁極の並ぶ方向と交差する方向における分割数は、Ｓ極境界列ＳｂよりもＳ極非境界列Ｓｍの方が少なく、Ｎ極境界列ＮｂよりもＮ極非境界列Ｎｍの方が少ない。例えば、磁石１７は、磁極の並ぶ方向と交差する方向にみて、Ｓ極境界列Ｓｂ＝３分割＞Ｓ極非境界列Ｓｍ＝２分割にし、Ｎ極境界列Ｎｂ＝３分割＞Ｎ極非境界列Ｎｍ＝２分割にして分割磁石２１を並べる（図３）。また、磁石１７の他の例として磁石１７Ａは、磁極の並ぶ方向と交差する方向にみて、Ｓ極境界列Ｓｂ＝４分割＞Ｓ極非境界列Ｓｍ＝３分割にし、Ｎ極境界列Ｎｂ＝４分割＞Ｎ極非境界列Ｎｍ＝３分割にして分割磁石２１を並べる（図５）。さらに、磁石１７の他の例として磁石１７Ｂは、磁極の並ぶ方向と交差する方向にみて、Ｓ極境界列Ｓｂ＝４分割＞Ｓ極非境界列Ｓｍ＝２分割にし、Ｎ極境界列Ｎｂ＝４分割＞Ｎ極非境界列Ｎｍ＝２分割にして分割磁石２１を並べる（図６）。

なお、磁石１７は、磁極の並ぶ方向と交差する方向に並ぶそれぞれの列について、分割磁石２１を密に並べる他に、間隔を離して疎に並べても良い。分割磁石２１はすべて同じ強さの磁石であることが好ましいが、異なる強さの磁石を組み合わせてロータ３の磁石起磁力を調整できる。

また、磁石１７、１７Ａの分割箇所は、磁極の並ぶ方向に隣り合う分割磁石２１の相互間で非同一線上に位置されている（図３、図５）。

さらに、磁石１７は、分割磁石２１の相互間を電気的に絶縁する絶縁層２５を備える。

複数の分割磁石２１には、例えばネオジューム−鉄−ボロン系、サマリューム−コバルト系の材料が使用される。そして、それぞれ分割磁石２１は、板形状を呈して一方の主面をＳ極に、他方の主面をＮ極に着磁されている。

図７は、本発明の実施形態に係るモータにおける磁石起磁力と従来のモータにおける磁石起磁力とを比較して示す図である。

図７に示すように、本実施形態に係るモータ１の磁石起磁力（実線で示す分布）は、従来のモータの磁石起磁力（破線で示す分布）に比べて、Ｓ極とＮ極との境界部分でより滑らかに変化する。

磁石１７は分割数が多くなるにつれて磁束密度が低下する。そこで、本実施形態に係るモータ１は、Ｓ極とＮ極との非境界部分よりも境界部分の分割数を多くすることで、境界部分の磁束密度を下げて円滑化を図っている。本実施形態に係るモータ１におけるＳ極とＮ極との滑らかな変化は、ロータ３の回転を円滑にする。

ところで、従来のモータの磁石とは、具体的には磁極のＳ極とＮ極との境界部分と非境界部分とで分割数が変化しない界磁用の磁石である。

したがって、本実施形態に係るモータ１は、従来のモータにおける磁束密度の急激な変化、切り替わりが緩和され、ロータ３の回転速度を一様に保ち易い。つまり、本実施形態に係るモータ１は、ロータ３の回転速度の変化に起因するモータ１全体の振動や騒音を抑制し、寿命や信頼性を向上できる。

また、本実施形態に係るモータ１は、磁石１７、１７Ａの分割箇所を磁極の並ぶ方向に隣り合う分割磁石２１の相互間で非同一線上に位置させることによって、ロータ３の回転中心線Ｃ方向において、全周に渡って磁界が弱まる部分を生じない。

したがって、本実施形態に係るモータ１によれば、磁極の並ぶ方向に磁束密度を滑らかに変化させてロータ３の回転速度をより一様化し、モータ１全体の振動や騒音を抑制し、寿命や信頼性の低下を防ぐことができる。

本発明のいくつかの実施形態を説明したが、これらの実施形態は、例として提示したものであり、発明の範囲を限定することは意図していない。これら新規な実施形態は、その他の様々な形態で実施されることが可能であり、発明の要旨を逸脱しない範囲で、種々の省略、置き換え、変更を行うことができる。これら実施形態やその変形は、発明の範囲や要旨に含まれるとともに、特許請求の範囲に記載された発明とその均等の範囲に含まれる。

１ モータ
２ ステータ
３ ロータ
５ 隙間
７ シャフト
８ モータケース
１１、１２ 軸受
１３ ステータコア
１３ａ ティース
１５ 電機子コイル
１６ ロータコア
１７、１７Ａ、１７Ｂ 磁石
１９ 磁石配置隙間
２１ 分割磁石
２５ 絶縁層

Claims (3)

1. ステータおよびロータのいずれか一方に設けられる電機子コイルと、
   前記ステータおよび前記ロータのいずれか他方に設けられるとともに、磁極の並ぶ方向および前記磁極の並ぶ方向と交差する方向それぞれに分割され、かつ前記磁極のＳ極とＮ極との境界部分よりも非境界部分の方が分割数が少ない複数の分割磁石を有する界磁用の磁石と、を備えるモータ。
2. 前記磁石の分割箇所は、前記磁極の並ぶ方向に隣り合う分割磁石の相互間で非同一線上に位置されている請求項１に記載のモータ。
3. 前記分割磁石の相互間を電気的に絶縁する絶縁層を備える請求項１または２に記載のモータ。

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