JP2020174492A

JP2020174492A - モータ

Info

Publication number: JP2020174492A
Application number: JP2019076123A
Authority: JP
Inventors: 尚大橋詰; Naohiro Hashizume
Original assignee: Panasonic Intellectual Property Management Co Ltd
Current assignee: Panasonic Intellectual Property Management Co Ltd
Priority date: 2019-04-12
Filing date: 2019-04-12
Publication date: 2020-10-22

Abstract

【課題】高トルク、あるいは、高回転を実現できるモータを提供すること。【解決手段】ロータ１０の上下側で回転軸２に配設され、複数のロータマグネット１２と対向して同数配置された永久磁石のアキシャルマグネット１３を有するアキシャルユニット４とを備え、ロータマグネット１２は、隣り合うロータマグネット１２の同極が向かい合うように配置されているとともに、アキシャルマグネット１３の一対の磁極面は上下に位置され、かつ、アキシャルユニット４は、ロータ１０と同時に、あるいは、個別に回転できる回転機構を有する構成とすることにより、ロータ１０の磁束量を調整することができ、それにより、高トルク、あるいは、高回転を実現することができる。【選択図】図１

Description

本発明は、家庭電化製品などに使用される小型のモータに関する。

従来、この種のモータについては、マグネットが埋め込まれたＩＰＭ（ＩｎｔｅｒｉｏｒＰｅｒｍａｎｅｎｔＭａｇｎｅｔ）タイプのロータが内側に配置された、いわゆるインナーロータ型のモータが採用され、マグネットの磁極面を有効に利用するために、マグネットの一対の磁極面がそれぞれ周方向を向くように配置された、いわゆるスポーク型のロータ構造が提案されている（例えば、特許文献１参照）。

図８は、特許文献１に記載された従来のモータのロータの横断面図である。

図８において、ロータ３１Ａは、インナーロータ型のモータに用いられるロータであって、上下に延びる中心軸９Ａを中心に回転する略円柱型である。

ロータ３１Ａは、ロータコア４Ａと、中心軸９Ａの周囲に周方向に配列された複数のマグネット５Ａとを有している。

ロータコア４Ａは、内コア部４１Ａおよび複数の外コア部４２Ａを有し、磁性体からなる。内コア部４１Ａは、マグネット５Ａより径方向内側において、軸方向に筒状に延びており、複数の外コア部４２Ａは、内コア部４１Ａより径方向外側において、周方向に配列されている。また、複数の外コア部４２Ａと、複数のマグネット５Ａとは、周方向に交互に配列されている。

そして、複数のマグネット５Ａは、同極の磁極面同士が周方向に対向して配置されている。また、複数のマグネット５Ａは、突出面５１Ａと、平坦面５２Ａとが周方向に対向して配置されている。すなわち、Ｎ極突出面５１１ＡおよびＳ極平坦面５２２Ａを有するマグネット５Ａと、Ｓ極突出面５１２ＡおよびＮ極平坦面５２１Ａを有するマグネット５Ａとが、周方向に交互に配置されている。

したがって、１つのマグネット５ＡのＮ極突出面５１１Ａと、その隣りに位置するマグネット５ＡのＮ極平坦面５２１Ａとが外コア部４２Ａを介して周方向に対向している。同様に、１つのマグネット５ＡのＳ極突出面５１２Ａと、その隣りに位置するマグネット５ＡのＳ極平坦面５２２Ａとが外コア部４２Ａを介して周方向に対向している。

特開２０１４―２３０３４８号公報

しかしながら、前記従来の構成では、ロータの磁力を増加させて、モータを高トルクにすることはできるが、ロータの磁力を調整して、高トルクにしたり、あるいは、低トルクにしてモータを高速回転にしたりすることは難しいという課題を有していた。

本発明は、前記従来の課題を解決するもので、トルクを向上しつつ、高速回転領域まで出力することが実現できるモータを提供することを目的とする。

前記従来の課題を解決するために、本発明のモータは、外郭と、前記外郭に内設され、複数の電磁鋼板を積層して形成され複数のスロットを有するステータコアと前記スロットに巻かれたコイルとを設けた略円筒状のステータと、前記ステータの内周側に所定の空隙をもって配設された略円筒状のロータと、前記ロータを形成する複数の電磁鋼板を積層したロータコアと、前記ロータコアに形成された複数の挿入孔に隙間なく埋設され、周方向に等間隔に配置された永久磁石で、その一対の磁極面が前記ロータの周方向を向くように配置されたロータマグネットと、前記外郭の内部上下に配設された軸受に軸支され、前記ロータと一体的に回転する回転軸と、前記ロータの上下側で前記回転軸に配設され、前記複数のロータマグネットと対向して同数配置された永久磁石のアキシャルマグネットを有するアキシャルユニットとを備え、前記ロータマグネットは、隣り合う前記ロータマグネットの同極が向かい合うように配置されているとともに、前記アキシャルマグネットの一対の磁極面は上下に位置され、かつ、前記アキシャルユニットは、前記ロータと同時に、あるいは、個別に回転できる回転機構を有する構成としたものである。

これによって、ロータの磁束量を調整することができ、それにより、高トルク、あるいは、高回転を実現することができる。

本発明のモータは、アキシャルユニットとロータの磁極配置を調整することにより、ロータの磁束量を調整することができ、それにより、高トルク、あるいは、高回転を実現することができる。

本発明の実施の形態におけるモータの断面図同モータのロータとステータ部の横断面図同モータのロータとアキシャルユニットの分解斜視図同モータのアキシャルユニットとロータを周方向から見た断面図同モータのアキシャルユニットとロータを周方向から見た断面図同モータのロータの磁力を表したシミュレーション結果図同モータのトルクと速度を表したシミュレーション結果図従来のモータのロータの横断面図

以下、発明の実施の形態について、図面を参照しながら説明する。なお、本願では、モータの中心軸と平行な方向を「軸方向」、モータの中心軸に直交する方向を「径方向」、モータの中心軸を中心とする円弧に沿う方向を「周方向」、とそれぞれ称する。

また、本願では、軸方向を上下方向として、各部の形状や位置関係を説明する。ただし、この上下方向の定義により、本発明に係るモータの使用時の向きを限定する意図はない。

また、この実施の形態によって本発明が限定されるものではない。

（実施の形態１）
図１は、本発明の実施の形態におけるモータの断面図、図２は、同モータのロータとステータ部の横断面図、図３は、同モータのロータとアキシャルユニットの分解斜視図、図４、図５は、同モータのアキシャルユニットとロータを周方向から見た断面図、図６は、同モータのロータの磁力を表したシミュレーション結果図、図７は、同モータのトルクと
速度を表したシミュレーション結果図である。

図１、図２、図３において、モータは、外郭１に内設された固定子である略円筒状のステータ２０内に回転子である略円柱状のロータ１０が配置されていて、図示しない制御回路によって所定のタイミングでそのステータ２０の巻線であるコイル２３に電力を供給することにより、ステータ２０に対してロータ１０を回転駆動させるように構成されている。

上記モータは、例えば、洗濯機の攪拌翼や洗濯兼脱水槽を回転させる小型の駆動モータ等として用いられる。

ステータ２０は、複数の電磁鋼板を積層し、スロット２２を有するステータコア２１と、そのステータコア２１の各ティース２１ａには複数のコイル２３が巻かれている。コイル２３は、例えば３相Ｙ結線となっている。なお、図２には、１２スロット構造を有するステータ２０が例示されているが、スロット数はこれに限られず、モータの目的に合わせて選択することができる。

そして、モータはステータ２０の内側に、ステータ２０と所定の空隙５を介して配置されたロータ１０を備えている。

ロータ１０は、その中心部分を挿通する回転軸２と一体的に回転するように構成されており、回転軸２は、その両端部で軸受３によって回転可能に支持されている。

また、ロータ１０は、複数の電磁鋼板を積層したロータコア１１と、そのロータコア１１に形成された複数の挿入孔に隙間なく埋設された永久磁石であるロータマグネット１２を複数備えている。

複数のロータマグネット１２は、周方向に等間隔に配置されており、ロータ１０の回転軸２に垂直な面において矩形であり、その一対の平行な２辺はロータ１０の半径方向と平行となるように設けられ、他の一対の平行な２辺は周方向と平行になるように設けられている。なお、挿入孔は、ロータ１０の軸方向の深さを有しているが、貫通孔であってもよい。

また、ロータマグネット１２内の矢印は、磁石の磁化方向を示している。ロータマグネット１２の一対の磁極面がロータ１０の周方向を向くように配置され、隣り合うロータマグネット１２は同極が向かい合うように配置されている。

また、ロータコア１１の外周形状は、回転軸に垂直な面において、ロータコア１１の外周の形状は、外向きに凸なアーチ形（円弧を含む）をロータマグネット１２と同数有し、そのアーチ形の起点とロータコア１１の中心を結ぶ直線がロータマグネット１２を通る形状となっている。

なお、図２には、１０極構造を有するロータ１０が例示されているが、極数はこれに限らず、モータの目的に合わせて選択することができる。また、極数、すなわち磁石を入れる挿入孔の数は、偶数となっており、周方向に等間隔に配置されている。

また、モータは、ロータ１０の上下側にアキシャルユニット４を備えている。

アキシャルユニット４は、上下のそれぞれが、ヨーク６に永久磁石である複数のアキシャルマグネット１３を周方向に等間隔に、また、ロータマグネット１２と同数を設けてい
る。そして、アキシャルマグネット１３は、ロータ１０のロータマグネット１２と対向して設けられており、さらに、アキシャルマグネット１３の一対の磁極面は、上下に位置されている。

また、アキシャルユニット４は、ロータ１０と同時に、あるいは、個別に回転できる回転機構（図示せず）を有している。

図４において、個別に回転できるアキシャルユニット４のアキシャルマグネット１３の磁極を、ロータ１０のロータマグネット１２の磁極と合う位置に配置して、ロータ１０と一緒に回転させると、ロータマグネット１２から発生した磁束は、周方向に向かい、主にロータ１０とステータ２０との間の空隙５を介してステータ２０に流れ込む。

図５において、アキシャルユニット４のアキシャルマグネット１３の磁極を、ロータ１０のロータマグネット１２の磁極とずらして異極に配置して、ロータ１０と一緒に回転させると、ロータマグネット１２から発生した磁束は、軸方向に流れるようになり、ステータ２０に流れ込む磁束量を調整することができる。

図６において、磁束量は、図５の磁極の配置状態の方が、図４の磁極の配置状態よりも磁束量が減っていることが分かる。

図７において、モータのトルクと回転数をシミュレーションした結果から、図５の磁極の配置状態の方が、図４の磁極の配置状態よりもトルク特性を維持しつつ、回転数領域を拡げていることがわかる。

つまり、アキシャルユニット４を回転させて、アキシャルマグネット１３の磁極とロータマグネット１２の磁極を、図４の磁極配置（同極）にすることで、大きな磁束量で高トルクを得ることができ、図５の磁極配置（異極）にすることで、低トルクで高回転にすることができる。

以上のように、本実施の形態においては、ロータ１０の上下側で回転軸２に配設され、複数のロータマグネット１２と対向して同数配置された永久磁石のアキシャルマグネット１３を有するアキシャルユニット４とを備え、ロータマグネット１２は、隣り合うロータマグネット１２の同極が向かい合うように配置されているとともに、アキシャルマグネット１３の一対の磁極面は上下に位置され、かつ、アキシャルユニット４は、ロータ１０と同時に、あるいは、個別に回転できる回転機構を有する構成とすることにより、ロータ１０の磁束量を調整することができ、それにより、高トルク、あるいは、高回転を実現することができる。

以上のように、本発明に掛かるモータは、アキシャルユニットとロータの磁極配置を調整することにより、ロータの磁束量を調整することができ、それにより、高トルク、あるいは、高回転を実現できるので、洗濯機、エアコンなど多くの家庭電化製品の用途に適用できる。

１外郭
２回転軸
３軸受
４アキシャルユニット
５空隙
１０ロータ
１１ロータコア
１２ロータマグネット
１３アキシャルマグネット
２０ステータ
２１ステータコア
２２スロット
２３コイル

Claims

外郭と、前記外郭に内設され、複数の電磁鋼板を積層して形成され複数のスロットを有するステータコアと前記スロットに巻かれたコイルとを設けた略円筒状のステータと、前記ステータの内周側に所定の空隙をもって配設された略円筒状のロータと、前記ロータを形成する複数の電磁鋼板を積層したロータコアと、前記ロータコアに形成された複数の挿入孔に隙間なく埋設され、周方向に等間隔に配置された永久磁石で、その一対の磁極面が前記ロータの周方向を向くように配置されたロータマグネットと、前記外郭の内部上下に配設された軸受に軸支され、前記ロータと一体的に回転する回転軸と、前記ロータの上下側で前記回転軸に配設され、前記複数のロータマグネットと対向して同数配置された永久磁石のアキシャルマグネットを有するアキシャルユニットとを備え、前記ロータマグネットは、隣り合う前記ロータマグネットの同極が向かい合うように配置されているとともに、前記アキシャルマグネットの一対の磁極面は上下に位置され、かつ、前記アキシャルユニットは、前記ロータと同時に、あるいは、個別に回転できる回転機構を有するモータ。