JP2021119741A - motor - Google Patents
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Abstract
Description
本発明は、埋込磁石型モータに関するものである。 The present invention relates to an embedded magnet type motor.
例えば特許文献1のモータは、ロータの磁極部がロータコアに埋め込まれた永久磁石にて形成された埋込磁石型モータ(いわゆるIPM型モータ)である。また、特許文献1のモータは、ロータの各磁極部を形成する永久磁石が周方向に交互に異極となるように配置されたフルマグネット型のモータである。
For example, the motor of
本発明の目的は、回転軸と、前記回転軸に対して同軸に固定されたロータコアを有し、該ロータコア内に永久磁石が埋め込まれてなる10極の磁石磁極部を周方向に沿って交互に異極となる態様で有するロータと、周方向に沿って複数設けられ前記ロータコアの外周面と径方向に対向する12個のティース、及び該各ティースに3相の集中巻きにて巻回された巻線を有するステータとを備え、前記ロータコアの外周部における互いに異極の前記磁石磁極部同士の各間には、径方向外側に突出する突部が設けられているモータを提供することにある。 An object of the present invention is to have a rotating shaft and a rotor core coaxially fixed to the rotating shaft, and alternating 10-pole magnet magnetic poles in which a permanent magnet is embedded in the rotor core along the circumferential direction. A rotor having different polarities, 12 teeth provided along the circumferential direction and facing the outer peripheral surface of the rotor core in the radial direction, and a three-phase concentrated winding around each of the teeth. Provided is a motor provided with a stator having a winding, and a protrusion protruding outward in the radial direction is provided between each of the magnet magnetic pole portions having different poles on the outer peripheral portion of the rotor core. be.
上記課題を解決するモータは、回転軸と、前記回転軸に対して同軸に固定されたロータコアを有し、該ロータコア内に永久磁石が埋め込まれてなる10極の磁石磁極部を周方向に沿って交互に異極となる態様で有するロータと、周方向に沿って複数設けられ前記ロータコアの外周面と径方向に対向する12個のティース、及び該各ティースに3相の集中巻きにて巻回された巻線を有するステータとを備え、前記ロータコアの外周部における互いに異極の前記磁石磁極部同士の各間には、径方向外側に突出する突部が設けられ、前記各磁石磁極部の開角度θrは互いに等しく設定され、前記各ティースにおける前記ロータコアと径方向に対向する対向面の開角度θsは互いに等しく設定され、周方向に隣り合う前記磁石磁極部同士の各間の開角度θxは互いに等しく設定され、前記ティースの前記対向面の開角度θsと前記磁石磁極部の開角度θrと前記磁石磁極部同士の各間の開角度θxとの関係が、θx<θs<θrを満たすように構成されている。 A motor that solves the above problems has a rotating shaft and a rotor core that is coaxially fixed to the rotating shaft, and has a 10-pole magnet magnetic pole portion in which a permanent magnet is embedded in the rotor core along the circumferential direction. Rotors that are alternately provided with different poles, 12 teeth that are provided along the circumferential direction and face the outer peripheral surface of the rotor core in the radial direction, and three-phase concentrated winding around each of the teeth. A stator having a rotated winding is provided, and a protrusion protruding outward in the radial direction is provided between each of the magnet magnetic pole portions having different poles on the outer peripheral portion of the rotor core, and the magnet magnetic pole portions are provided. The opening angles θr of the two are set to be equal to each other, the opening angles θs of the facing surfaces facing the rotor core in the radial direction in each tooth are set to be equal to each other, and the opening angles between the magnet magnetic pole portions adjacent to each other in the circumferential direction are set to be equal to each other. θx is set to be equal to each other, and the relationship between the opening angle θs of the facing surfaces of the teeth, the opening angle θr of the magnet magnetic poles, and the opening angle θx between the magnet magnetic poles is θx <θs <θr. It is configured to meet.
上記課題を解決するモータは、回転軸と、前記回転軸に対して同軸に固定されたロータコアを有し、該ロータコア内に永久磁石が埋め込まれてなる10極の磁石磁極部を周方向に沿って交互に異極となる態様で有するロータと、周方向に沿って複数設けられ前記ロータコアの外周面と径方向に対向する12個のティース、及び該各ティースに3相の集中巻きにて巻回された巻線を有するステータとを備え、前記ロータコアの外周部における互いに異極の前記磁石磁極部同士の各間には、径方向外側に突出する突部が設けられ、前記ロータが1周するうちのその時々の前記ロータコアと前記各ティースとの径方向の対向関係を見たとき、前記磁石磁極部と対向し、かつ前記突部と対向しないティースの数が、周方向に隣り合う一対の前記磁石磁極部及びその間の前記突部と同時に対向するティースの数よりも多くなるタイミングが存在するように構成されている。 A motor that solves the above problems has a rotating shaft and a rotor core that is coaxially fixed to the rotating shaft, and has a 10-pole magnet magnetic pole portion in which a permanent magnet is embedded in the rotor core along the circumferential direction. Rotors that are alternately provided with different poles, 12 teeth that are provided along the circumferential direction and face the outer peripheral surface of the rotor core in the radial direction, and three-phase concentrated winding around each of the teeth. A stator having a rotated winding is provided, and a protrusion protruding radially outward is provided between each of the magnet magnetic pole portions having different poles on the outer peripheral portion of the rotor core, and the rotor makes one round. When looking at the radial facing relationship between the rotor core and each tooth at that time, the number of teeth facing the magnet magnetic pole portion and not facing the protruding portion is a pair adjacent to each other in the circumferential direction. It is configured so that there is a timing that is larger than the number of teeth facing each other at the same time as the magnet magnetic pole portion and the protrusion portion between them.
以下、モータの一実施形態について説明する。
図1(a)に示す本実施形態のモータ10は、埋込磁石型(IPM型)のブラシレスモータである。モータ10は、モータハウジング11の内周面に固定された円環状のステータ12と、ステータ12と同軸に配置された回転軸13と、回転軸13に一体回転可能に設けられ、ステータ12の径方向内側に配置されたロータ14とを備えている。なお、回転軸13は、モータハウジング11に対し軸受(図示略)を介して回転可能に支持されている。
Hereinafter, one embodiment of the motor will be described.
The
ステータ12は、円環状のステータコア15を有し、該ステータコア15の外周面がモータハウジング11に固定されている。なお、ステータコア15は、例えば電磁鋼板からなる複数のコアシートが軸方向に積層されて構成されている。ステータコア15は、モータハウジング11の内周面に固定された円筒状の環状部Rと、その環状部Rの内周面から径方向内側に延設された複数のティースTとを備えている。本実施形態のティースTの数(すなわちスロット数)は12個で構成され、互いに同一形状をなしている。つまり、各ティースTの先端部(径方向内側端部)の後述の開角度θsは互いに等しくなっている。また、各ティースTは周方向において等間隔(本実施形態では30度間隔)に設けられている。なお、本実施形態のステータコア15は、ティースT毎に分割されてなる12個の分割コア15aから構成されている。各分割コア15aは1つのティースTと環状部Rの一部を有するように構成されている。
The
各ティースTは、軸方向視において、径方向の基端部(外側端部)から先端部(内側端部)にかけて一定幅をなすストレート形状をなしている。詳しくは、図1(b)に示すように、ティースTは、その周方向中心線C1(回転軸13の軸線Lと直交しティースTの周方向中心を通る直線)と直交する幅寸法Wが、径方向に亘って一定をなしている。つまり、本実施形態のティースTは、例えばティースTの径方向内側端部から周方向両側に延出する延出部(例えば図4に示す延出部Txを参照)を有しない構成となっている。また、各ティースTの径方向内側面(延出方向の先端面)は、ロータ14の外周面と径方向に対向する対向面Taである。各ティースTの対向面Taは、回転軸13の軸線Lを中心とする同心円の円弧を軸線方向に延在させた円弧面となっている。
Each tooth T has a straight shape having a constant width from the base end portion (outer end portion) to the tip end portion (inner end portion) in the radial direction in the axial direction. Specifically, as shown in FIG. 1B, the teeth T has a width dimension W orthogonal to the circumferential center line C1 (a straight line orthogonal to the axis L of the
各ティースTには、3相の巻線16が集中巻きにて巻回されている。そして、各相の巻線16に3相電源電圧を印加してステータ12に回転磁界を形成し、該回転磁界とロータ14側の磁界との相互作用によりロータ14が回転されるようになっている。
A three-phase winding 16 is wound around each tooth T in a concentrated winding. Then, a three-phase power supply voltage is applied to the
図1(a)(b)に示すように、ステータ12の内側に配置されたロータ14は、回転軸13に対して同軸に固定された円柱状(断面円形)のロータコア21と、ロータコア21の内部に埋設された複数の永久磁石22とを備えている。ロータコア21は、例えば電磁鋼板からなる複数のコアシートが軸方向に積層されて構成されている。
As shown in FIGS. 1A and 1B, the
本実施形態のロータ14には、互いに同一形状の10個の永久磁石22が用いられ、各永久磁石22はロータコア21の外周面付近において、周方向等間隔(36度間隔)に配置されている。そして、各永久磁石22はロータコア21の外周面において、周方向に交互に異極となる磁石磁極部23を形成し、ロータ14の極数(磁石磁極部23の数)は10極とされている。また、ロータ14は、その全ての磁極の各々に永久磁石22を備えるフルマグネット型のロータである。なお、各永久磁石22は、例えば焼結磁石や、磁石粉を樹脂と混合して成型固化したボンド磁石(プラスチックマグネットやゴムマグネット等)などからなる。また、本実施形態の永久磁石22は略直方体状をなし、その最も広い面がロータ14の径方向と直交するように設けられている。
In the
各磁石磁極部23の形状(永久磁石22の形状及び該永久磁石22が埋設された付近のロータコア21の部位の形状)は互いに同一形状をなしている。つまり、各磁石磁極部23の後述する開角度θrは互いに等しくなっている。また、各磁石磁極部23は、周方向における磁極中心線Lpが周方向等間隔(36度間隔)に設定されている。
The shape of each magnet magnetic pole portion 23 (the shape of the
ロータコア21は、その外周部における互いに異極の磁石磁極部23同士の各間において、径方向外側に突出する突部24と、該突部24とその両隣の磁石磁極部23との間にそれぞれ設けられた径方向内側に窪む一対の凹部25とを有している。すなわち、各磁石磁極部23は、その周方向両側において、凹部25を介して突部24と隣り合うように構成されている。各突部24は互いに同一形状をなすとともに、周方向等間隔(36度間隔)に設けられている。なお、突部24及びその両隣の凹部25は、該突部24の周方向中心に対して左右対称(周方向に対称)となるように形成されている。
The
次に、磁石磁極部23、突部24、凹部25及びティースTの先端部(径方向内側端部)の各々における周方向の寸法設定について、図1(b)に従って説明する。
ティースTの先端部の開角度(軸線Lを中心とする対向面Taの周方向一端と他端との間の角度幅)を「θs」、磁石磁極部23の開角度(軸線Lを中心とする磁石磁極部23の外周面の周方向一端と他端との間の角度幅)を「θr」として、θs<θrに設定されている。なお、開角度θrを規定する磁石磁極部23の外周面の周方向一端及び他端は、周方向に隣接する磁気抵抗部(本実施形態では凹部25の空隙)との境界部に設定されることが望ましい。
Next, the dimensional setting in the circumferential direction at each of the magnet
The opening angle of the tip of the tooth T (angle width between one end and the other end in the circumferential direction of the facing surface Ta centered on the axis L) is "θs", and the opening angle of the magnet magnetic pole portion 23 (centered on the axis L). The angular width between one end and the other end in the circumferential direction of the outer peripheral surface of the magnet magnetic pole portion 23) is set to “θr” and θs <θr. It should be noted that one end and the other end in the circumferential direction of the outer peripheral surface of the magnet
また、周方向に隣り合う磁石磁極部23(互いに異極の磁石磁極部23)の間の開角度(磁極部間開角度θx)は、突部24の開角度(軸線Lを中心とする突部24の径方向外側端部の角度幅)を「θt」、1つの凹部25の開角度(軸線Lを中心とする凹部25の径方向外側端部の角度幅)を「θg」として、θx=θt+(θg×2)である。そして、この磁極部間開角度θxはティースT先端の開角度θsよりも小さく設定されている。つまり、本実施形態では、θx<θs<θrとなるように設定されている。
Further, the opening angle (opening angle θx between the magnetic pole portions) between the magnet
図2は、本実施形態のモータ10において、ロータ14を周方向一方(図1(a)における反時計回り方向)に回転させたときのその時々ロータコア21と各ティースT(対向面Ta)との径方向の対向関係を示す表である。なお、各ティースTを個別に特定して説明するため、図1(a)に示すように、各ティースTに対して、周方向の反時計回りに順に「1」〜「12」のティース番号を付しており、同ティース番号は、図2の表におけるティース番号と対応している。
FIG. 2 shows the
図2の表では、ロータ14を反時計回り方向に電気角で6度(機械角で1.2度)ずつ回転させたときの各位置において、番号「1」〜「12」までの各ティースTが、「A」、「B」、「C」のいずれのパターンとなっているかをそれぞれ示すとともに、位置毎(回転角度毎)の各パターンA〜Cのティース数を示している。パターンAは、ティースTの対向面Taが磁石磁極部23と対向し、かつ突部24と対向しないパターンである。パターンBは、ティースTの対向面Taが1個の磁石磁極部23と突部24と同時に対向するパターンである。そして、パターンCは、ティースTの対向面Taが周方向に隣り合う一対の磁石磁極部23(互いに異極の磁石磁極部23)とその間の突部24と同時に対向するパターンである。なお、パターンBはパターンCを含まない。
In the table of FIG. 2, each tooth number "1" to "12" is displayed at each position when the
図1(a)は、ロータ14の回転角度(電気角)が6度のときのモータ10を示している。このとき、番号「1」、「7」のティースTはそれぞれ、磁石磁極部23と真正面で対向(ティースT及び磁石磁極部23の周方向中心同士が一致)している。また、番号「4」、「10」のティースTはそれぞれ、突部24と真正面で対向(ティースT及び突部24の周方向中心同士が一致)している。そして、このときの各ティースTのロータコア21との対向関係について各パターンA〜Cで説明すると、番号「1」、「7」のティースTがパターンAとなり、番号「2」、「3」、「5」、「6」、「8」、「9」、「11」、「12」、のティースTがパターンBとなり、番号「4」、「10」のティースTがパターンCとなっている。すなわち、各パターンA〜Cのティース数は「2」−「8」−「2」の関係となっている。
FIG. 1A shows a
この状態からロータ14を反時計回りに回転させたとき、パターンAのティースTの数が4個に増えるタイミングがある。例えば、図3は、図2の表におけるロータ14の回転角度が18度のときの図である。このとき、番号「1」、「6」、「7」、「12」の4個のティースTがパターンAとなり、番号「2」、「3」、「5」、「8」、「9」、「11」の6個のティースTがパターンBとなり、番号「4」、「10」の2個のティースTがパターンCとなる。つまり、番号「6」、「12」の2個のティースTがパターンCからパターンAに変わり、パターンAのティースTの数が増える。この回転角度(18度)で各パターンA〜Cのティース数が「4」−「6」−「2」の関係になってから、回転角度が30度まで当該関係はそのままである。
When the
このように、ロータ14の回転角度が6度、12度で各パターンA〜Cのティース数が「2」−「8」−「2」となり、その後、回転角度が18度、24度、30度で各パターンA〜Cのティース数が「4」−「6」−「2」となる。そして、各パターンA〜Cのティース数の変化は、電気角で30度毎の周期性を有し、その30度毎の周期が電気角で1周分(360度)繰り返される。なお、本実施形態のロータ14は10極で構成されているため、電気角5周分(1800度)でロータ14の機械角1周分となる。
In this way, when the rotation angles of the
[比較例1]
図4には、ティースTの先端部(対向面Ta)の開角度θsを本実施形態よりも大きくした構成を比較例1として示している。同比較例1におけるロータ14には、本実施形態と同様のロータ14を用いている。そして、同比較例1の構成において、ティースTの開角度θsとロータ14の磁石磁極部23との関係は、θr<θsとなっている。また、同比較例1の各ティースTは、径方向内側端部から周方向両側に延出する延出部Txを有し、これにより、ロータコア21との対向面Ta(開角度θs)が広く確保されている。
[Comparative Example 1]
FIG. 4 shows a configuration in which the opening angle θs of the tip portion (opposing surface Ta) of the teeth T is larger than that of the present embodiment as Comparative Example 1. As the
図5は、同比較例1における各ティースTのロータコア21に対する対向関係を示す表(図2と同様にまとめた表)である。同比較例1においても、各パターンA〜Cのティース数の変化は電気角で30度毎の周期性を有しており、パターンB,Cのティース数は「8」−[2]の場合と「6」−[4]の場合とがあるものの、パターンAのティース数は、ロータ14が電気角で360度回転する中で常に2個である。つまり、同比較例1では、パターンAのティース数がパターンCのティース数よりも多くなるタイミングが存在しない。
FIG. 5 is a table showing the facing relationship of each tooth T with respect to the
[比較例2]
図6には、ティースTの先端部(対向面Ta)の開角度θsを図1(a)の構成よりも小さくした構成を比較例2として示している。同比較例2におけるロータ14には、本実施形態と同様のロータ14を用いている。また、同比較例2の構成においても、ティースTの開角度θsとロータ14の磁極部間開角度θxとの関係は、θx<θsとなっている。また、同比較例2のティースTは、上記実施形態(図1(a)の構成)のティースTと同様に、径方向全体に亘って一定幅をなすストレート形状をなしている。
[Comparative Example 2]
FIG. 6 shows a configuration in which the opening angle θs of the tip portion (opposing surface Ta) of the teeth T is smaller than the configuration of FIG. 1 (a) as Comparative Example 2. As the
図7は、同比較例2における各ティースTのロータコア21に対する対向関係を示す表(図2と同様にまとめた表)である。同比較例2においても、各パターンA〜Cのティース数の変化は電気角で30度毎の周期性を有しており、パターンB,Cのティース数は「6」−[2]の場合と「8」−[0]の場合とがあるものの、パターンAのティース数は、ロータ14が電気角で360度回転する中で常に4個である。つまり、同比較例2では、ロータ14が電気角で360度回転する中で(すなわち、ロータ14が機械角で1周する中で)、パターンAのティース数がパターンCのティース数よりも常に多い。
FIG. 7 is a table showing the facing relationship of each tooth T with respect to the
本実施形態の作用について説明する。
図8に示すように、巻線16に供給する電流を大きくしていったとき、実施形態(図1(a)の構成)及び比較例2では、q軸インダクタンスLqとd軸インダクタンスLdとの比である突極比(Lq/Ld)の低下度合いが、比較例1に比べて少ない。実施形態及び比較例2では、パターンAのティースT(磁石磁極部23と対向し、かつ突部24と対向しないティースT)の数が比較例1に対して多いため、d軸電流の入力時において突部24(q軸)に流入する磁束量を低下させることができる。これにより、電流を大きくしたときの、突部24の磁気飽和によるq軸インダクタンスLqの低下を抑制できるため、電流を大きくしたときの突極比の低下度合いが、比較例1よりも実施形態及び比較例2で少なくなると考えられる。また、実施形態及び比較例2では、d軸とq軸を跨ぐ磁気回路が形成されにくいことから、d軸−q軸間で磁気的な相互干渉が生じにくくなっている。その結果、q軸インダクタンスLqとd軸インダクタンスLdとの差をより好適に確保することができ、突極比の低下をより好適に抑制できるようになっている。
The operation of this embodiment will be described.
As shown in FIG. 8, when the current supplied to the winding 16 is increased, in the embodiment (configuration of FIG. 1A) and Comparative Example 2, the q-axis inductance Lq and the d-axis inductance Ld The degree of decrease in the salient pole ratio (Lq / Ld), which is the ratio, is smaller than that in Comparative Example 1. In the embodiment and Comparative Example 2, since the number of teeth T (teeth T facing the magnet
また、図9に示すように、実施形態及び比較例2では、比較例1に比べて出力(トルクが同じときの回転数)が向上されている。これは、実施形態及び比較例2では、電流を大きくしたときの突極比の低下度合いが比較例1に比べて抑えられていることが影響していると考えられる。 Further, as shown in FIG. 9, in the embodiment and Comparative Example 2, the output (rotation speed when the torque is the same) is improved as compared with Comparative Example 1. It is considered that this is because in the embodiment and Comparative Example 2, the degree of decrease in the salient pole ratio when the current is increased is suppressed as compared with Comparative Example 1.
実施形態の構成と比較例2との比較では、図8に示すように、突極比の低下度合いに関しては、実施形態の構成の方が小さくなっている。また、図9に示すように、出力(トルクが同じときの回転数)に関しては、比較例2の方が大きくなっている。 In the comparison between the configuration of the embodiment and Comparative Example 2, as shown in FIG. 8, the configuration of the embodiment is smaller in terms of the degree of decrease in the salient pole ratio. Further, as shown in FIG. 9, the output (rotational speed when the torque is the same) is larger in Comparative Example 2.
また、図10に示すように、トルクを大きく変化させたとき、実施形態と比較例2とでは、比較例2の方が突極比が大きくなる。これは、ティースT(対向面Ta)の開角度θsが小さいほど、q軸電流が大きいときのd軸の磁気飽和が進行しやすい(すなわちd軸インダクタンスLdが低下しやすい)ことから生じる現象であると考えられる。 Further, as shown in FIG. 10, when the torque is greatly changed, the salient pole ratio is larger in Comparative Example 2 between the embodiment and Comparative Example 2. This is a phenomenon that occurs because the smaller the opening angle θs of the teeth T (opposing surface Ta), the more easily the d-axis magnetic saturation proceeds when the q-axis current is large (that is, the d-axis inductance Ld tends to decrease). It is believed that there is.
本実施形態の効果について説明する。
(1)ロータコア21の外周部における互いに異極の磁石磁極部23同士の各間には、径方向外側に突出する突部24が設けられる。そして、本実施形態及び比較例2では、ロータ14が1周するうちのその時々のロータコア21と各ティースTとの径方向の対向関係を見たとき、磁石磁極部23と対向し、かつ突部24と対向しないティースT(パターンAのティースT)の数が、周方向に隣り合う一対の磁石磁極部23及びその間の突部24と同時に対向するティースT(パターンCのティースT)の数よりも多くなるタイミングが存在する。これにより、電流を大きくしたときの突極比(Lq/Ld)の低下を抑制できる(図8参照)。その結果、リラクタンストルクの向上に寄与できる。また、小型化のニーズに対する解決策として位置センサを廃止した外乱注入方式のセンサレス制御を搭載したモータにおいて、突極比の低下が抑えられた本実施形態及び比較例2の構成を採用することで、ロータ14の回転位置の誤差を少なく制御できる。
The effect of this embodiment will be described.
(1) A
(2)本実施形態では、ロータ14が1周するうちのその時々のロータコア21と各ティースTとの径方向の対向関係を見たとき、磁石磁極部23と対向し、かつ突部24と対向しないティースT(パターンAのティースT)の数と、周方向に隣り合う一対の磁石磁極部23及びその間の突部24と同時に対向するティースT(パターンCのティースT)の数とが同じ(本実施形態では2個)になるタイミングが存在する。このため、電流を大きくしたときの突極比の低下をより好適に抑制できる(図8参照)。
(2) In the present embodiment, when the radial facing relationship between the
(3)比較例2では、ロータ14が1周するうちのその時々のロータコア21と各ティースTとの径方向の対向関係を見たとき、磁石磁極部23と対向し、かつ突部24と対向しないティースT(パターンAのティースT)の数が、周方向に隣り合う一対の磁石磁極部23及びその間の突部24と同時に対向するティースT(パターンCのティースT)の数よりも常に多い。このため、モータ10の出力向上に寄与できる(図9参照)。
(3) In Comparative Example 2, when the radial facing relationship between the
(4)本実施形態及び比較例2では、各ティースTにおけるロータコア21と径方向に対向する対向面Ta(径方向内側面)の開角度θsと各磁石磁極部23の開角度θrとの関係が、θs<θrを満たすように構成される。上記態様によれば、磁石磁極部23と対向し、かつ突部24と対向しないティースT(パターンAのティースT)の数が、周方向に隣り合う一対の磁石磁極部23及びその間の突部24と同時に対向するティースT(パターンCのティースT)の数よりも多くなるタイミングが存在するように構成可能となる。
(4) In the present embodiment and Comparative Example 2, the relationship between the opening angle θs of the facing surface Ta (inner side surface in the radial direction) facing the
(5)本実施形態及び比較例2では、周方向に隣り合う磁石磁極部23同士の各間の開角度(磁極部間開角度θx)は互いに等しく設定され、当該磁極部間開角度θxとティースTの対向面Taの開角度θsとの関係が、θx<θsを満たすように構成される。このため、ロータ14の回転時において、ティースTの対向面Taが突部24のみと対向することがない。これにより、ティースTからの磁束が突部24にのみ流入することを防止でき、その結果、出力低下を抑制できる。
(5) In the present embodiment and Comparative Example 2, the opening angles (opening angles θx between the magnetic poles) between the magnet
(6)本実施形態及び比較例2では、ティースTは、軸方向視において径方向の外側端部から内側端部に亘って一定幅を有している(ストレート形状)。すなわち、本実施形態及び比較例2のティースTは、比較例1のような、ティース先端が周方向に拡がる形状(延出部Txを有する形状)ではない。これにより、ティースTにおけるロータコア21と対向する先端部(径方向内側端部)において、磁気飽和する箇所が変化しにくい構成とすることが可能となり、その結果、電流を大きくしたときの突極比の低下をより好適に抑制可能となる。また、比較例1のような延出部Txを有するティースTで対向面Taの開角度θsが同じである構成と比較した場合、上記実施形態や比較例2のようなストレート形状のティースTでは、ティースTの径方向中間部の幅を確保できるため、ティースTでの磁気飽和自体を抑制でき、出力の向上に寄与できる。
(6) In the present embodiment and Comparative Example 2, the teeth T have a constant width from the outer end portion in the radial direction to the inner end portion in the axial direction (straight shape). That is, the teeth T of the present embodiment and Comparative Example 2 do not have a shape in which the tip of the teeth expands in the circumferential direction (a shape having an extending portion Tx) as in Comparative Example 1. As a result, it is possible to make the tip portion (diameter inner end portion) facing the
本実施形態は、以下のように変更して実施することができる。本実施形態及び以下の変更例は、技術的に矛盾しない範囲で互いに組み合わせて実施することができる。
・上記実施形態及び比較例2のロータ14を、図11に示すようなロータ30に変更してもよい。なお、同図の構成において、上記実施形態と同様の構成については、同一の符号を付してその詳細な説明を省略する。上記実施形態及び比較例2のロータ14では、周方向に隣り合う磁石磁極部23と突部24との間の磁気抵抗部を、径方向内側に窪む凹部25としたが、図11に示す構成ではこれを変更している。詳述すると、同図に示す構成では、ロータコア21(各磁石磁極部23)における永久磁石22の径方向外側の部位21aと、当該部位21aの周方向両側で隣り合う突部24とは、ブリッジ部31を介して一体に繋がっている。換言すると、ブリッジ部31は、各突部24から周方向両側の磁石磁極部23の前記部位21aに向かって周方向にそれぞれ延び、両磁石磁極部23の部位21aと繋がっている。各ブリッジ部31の径方向内側には、永久磁石22の周方向側面と接する空隙部32が設けられている。各ブリッジ部31は、例えば軸方向や径方向に潰されて塑性変形されることで、磁気抵抗が他のコア部位(前記部位21aや突部24)よりも高く形成され、磁気抵抗部として機能する。このような構成において、磁石磁極部23の開角度θrを規定する磁石磁極部23(部位21a)の外周面の周方向一端及び他端は、磁石磁極部23(部位21a)と磁気抵抗部であるブリッジ部31との境界部に設定されることが望ましい。
This embodiment can be modified and implemented as follows. The present embodiment and the following modified examples can be implemented in combination with each other within a technically consistent range.
-The
・上記実施形態及び比較例2において、ロータコア21における永久磁石22の周方向両側の部位21b(永久磁石22と凹部25との間の部位)に対し、例えば軸方向や径方向に潰し(塑性変形)を施すことで、当該部位21bの磁気抵抗を高めた構成としてもよい。
-In the above-described embodiment and Comparative Example 2, the parts 21b (the parts between the
・上記実施形態及び比較例2では、各ティースTをストレート形状(径方向の外側端部から内側端部に亘って一定幅をなす形状)としたが、これに限らず、対向面Taの開角度θsを変えずに比較例1のような延出部Txを設けてもよい。 -In the above-described embodiment and Comparative Example 2, each tooth T has a straight shape (a shape having a constant width from the outer end portion to the inner end portion in the radial direction), but the present invention is not limited to this, and the facing surface Ta is opened. The extension portion Tx as in Comparative Example 1 may be provided without changing the angle θs.
・ステータコア15をティースTの数と同数で分割した構成(各分割コア15aからなる構成)としたが、これに限らず、環状部R及び各ティースTを含めてステータコア15を一体に形成してもよい。
The
・上記実施形態及び比較例2におけるロータ14の極数(磁石磁極部23の数)及びステータ12のスロット数(ティースTの数)は例示であり、14極:12スロットなどに適宜変更可能である。 The number of poles of the rotor 14 (the number of magnet magnetic poles 23) and the number of slots of the stator 12 (the number of teeth T) in the above embodiment and Comparative Example 2 are examples, and can be appropriately changed to 14 poles: 12 slots and the like. be.
以下に技術的思想について記載する。
・上記特許文献1のような埋込磁石型のモータでは、q軸インダクタンスLqとd軸インダクタンスLdとの比である突極比(Lq/Ld)が大きい程、リラクタンストルクを大きくすることができる。しかしながら、埋込磁石型のモータでは、例えば電流を大きくしたときにq軸インダクタンスLqが飽和しやすく、それにより、突極比が低下してしまう問題があった。
The technical idea is described below.
In an embedded magnet type motor as in
以下の技術的思想は、上記課題を解決するためになされたものであって、その目的は、突極比の低下を抑制できるモータを提供することにある。
・上記課題を解決するモータは、回転軸と、前記回転軸に対して同軸に固定されたロータコアを有し、該ロータコア内に永久磁石が埋め込まれてなる複数の磁石磁極部を周方向に沿って交互に異極となる態様で有するロータと、周方向に沿って複数設けられ前記ロータコアの外周面と径方向に対向するティース、及び該各ティースに巻回された巻線を有するステータとを備え、前記ロータコアの外周部における互いに異極の前記磁石磁極部同士の各間には、径方向外側に突出する突部が設けられ、前記ロータが1周するうちのその時々の前記ロータコアと前記各ティースとの径方向の対向関係を見たとき、前記磁石磁極部と対向し、かつ前記突部と対向しないティースの数が、周方向に隣り合う一対の前記磁石磁極部及びその間の前記突部と同時に対向するティースの数よりも多くなるタイミングが存在するように構成されている。
The following technical idea was made to solve the above-mentioned problems, and the purpose thereof is to provide a motor capable of suppressing a decrease in the salient pole ratio.
A motor that solves the above problems has a rotating shaft and a rotor core that is coaxially fixed to the rotating shaft, and has a plurality of magnet magnetic pole portions in which permanent magnets are embedded in the rotor core along the circumferential direction. A rotor having a different electrode alternately, a plurality of teeth provided along the circumferential direction and facing the outer peripheral surface of the rotor core in the radial direction, and a stator having windings wound around the teeth are provided. A protrusion protruding outward in the radial direction is provided between each of the magnet magnetic pole portions having different poles on the outer peripheral portion of the rotor core, and the rotor core and the rotor core at each time of the rotation of the rotor are provided. When looking at the radial facing relationship with each tooth, the number of teeth facing the magnet magnetic pole portion and not facing the protrusion portion is the number of the pair of magnet magnetic pole portions adjacent to each other in the circumferential direction and the protrusion between them. It is configured so that there is a timing that is greater than the number of teeth facing each other at the same time as the part.
上記態様によれば、ロータが1周するうちのその時々のロータコアと各ティースとの径方向の対向関係を見たとき、磁石磁極部と対向し、かつ突部と対向しないティースの数が、周方向に隣り合う一対の磁石磁極部及びその間の突部と同時に対向するティースの数よりも多くなるタイミングが存在するようになる。これにより、電流を大きくしたときの突極比の低下を抑制できる(図8参照)。 According to the above aspect, when looking at the radial facing relationship between the rotor core and each tooth while the rotor makes one revolution, the number of teeth facing the magnet magnetic pole portion and not facing the protrusion portion is determined. There will be a pair of magnetic poles adjacent to each other in the circumferential direction and a protrusion between them, and at the same time, there will be a timing that is larger than the number of teeth facing each other. As a result, it is possible to suppress a decrease in the salient pole ratio when the current is increased (see FIG. 8).
・上記モータにおいて、前記ロータが1周するうちのその時々の前記ロータコアと前記各ティースとの径方向の対向関係を見たとき、前記磁石磁極部と対向し、かつ前記突部と対向しないティースの数と、周方向に隣り合う一対の前記磁石磁極部及びその間の前記突部と同時に対向するティースの数とが同じになるタイミングが存在する。 -In the motor, when the radial facing relationship between the rotor core and each tooth is seen while the rotor makes one revolution, the teeth facing the magnet magnetic pole portion and not facing the protrusion portion. There is a timing at which the number of the magnet magnetic poles adjacent to each other in the circumferential direction and the number of teeth facing each other at the same time as the protrusions between them are the same.
上記態様によれば、磁石磁極部と対向し、かつ突部と対向しないティースの数と、周方向に隣り合う一対の磁石磁極部及びその間の突部と同時に対向するティースの数とが同じになるタイミングが存在するため、電流を大きくしたときの突極比の低下をより好適に抑制できる(図8参照)。 According to the above aspect, the number of teeth facing the magnet magnetic pole portion and not facing the protrusion portion and the number of teeth facing the pair of magnet magnetic pole portions adjacent to each other in the circumferential direction and the protrusion portion between them at the same time are the same. Since there is such a timing, it is possible to more preferably suppress a decrease in the salient pole ratio when the current is increased (see FIG. 8).
・上記モータにおいて、前記ロータが1周するうちのその時々の前記ロータコアと前記各ティースとの径方向の対向関係を見たとき、前記磁石磁極部と対向し、かつ前記突部と対向しないティースの数が、周方向に隣り合う一対の前記磁石磁極部及びその間の前記突部と同時に対向するティースの数よりも常に多い。 -In the motor, when the radial facing relationship between the rotor core and each tooth is seen while the rotor makes one revolution, the teeth facing the magnet magnetic pole portion and not facing the protrusion portion. Is always larger than the number of the pair of magnet magnetic poles adjacent to each other in the circumferential direction and the teeth facing each other at the same time as the protrusions between them.
上記態様によれば、磁石磁極部と対向し、かつ突部と対向しないティースの数が、周方向に隣り合う一対の磁石磁極部及びその間の突部と同時に対向するティースの数よりも常に多いため、モータの出力向上に寄与できる(図9参照)。 According to the above aspect, the number of teeth facing the magnetic poles of the magnet and not facing the protrusions is always larger than the number of teeth facing the pair of magnetic poles adjacent to each other in the circumferential direction and the protrusions between them at the same time. Therefore, it can contribute to the improvement of the output of the motor (see FIG. 9).
・上記モータにおいて、前記各磁石磁極部の開角度θrは互いに等しく設定され、前記各ティースにおける前記ロータコアと径方向に対向する対向面の開角度θsは互いに等しく設定され、前記ティースの前記対向面の開角度θsと前記磁石磁極部の開角度θrとの関係が、θs<θrを満たすように構成されている。 In the motor, the opening angles θr of the magnetic poles of the magnets are set to be equal to each other, the opening angles θs of the facing surfaces facing the rotor core in the radial direction in each tooth are set to be equal to each other, and the facing surfaces of the teeth are set to be equal to each other. The relationship between the opening angle θs of the above and the opening angle θr of the magnet magnetic pole portion is configured to satisfy θs <θr.
上記態様によれば、磁石磁極部と対向し、かつ突部と対向しないティースの数が、周方向に隣り合う一対の磁石磁極部及びその間の突部と同時に対向するティースの数よりも多くなるタイミングが存在するように構成可能となる。 According to the above aspect, the number of teeth facing the magnetic poles of the magnet and not facing the protrusions is larger than the number of teeth facing the pair of magnetic poles adjacent to each other in the circumferential direction and the protrusions between them at the same time. It can be configured to have timing.
・上記モータにおいて、周方向に隣り合う前記磁石磁極部同士の各間の開角度θxは互いに等しく設定され、当該開角度θxと前記ティースの前記対向面の開角度θsとの関係が、θx<θsを満たすように構成されている。 In the motor, the opening angles θx between the magnet magnetic poles adjacent to each other in the circumferential direction are set to be equal to each other, and the relationship between the opening angles θx and the opening angles θs of the facing surfaces of the teeth is θx <. It is configured to satisfy θs.
上記態様によれば、ティースの対向面の開角度θsが、周方向に隣り合う磁石磁極部同士の間の開角度θxよりも大きくなるため、ティースが突部のみと対向することがない。これにより、ティースからの磁束が突部にのみ流入することを防止でき、その結果、出力低下を抑制できる。 According to the above aspect, since the opening angle θs of the facing surfaces of the teeth is larger than the opening angle θx between the magnet magnetic pole portions adjacent to each other in the circumferential direction, the teeth do not face only the protrusions. As a result, it is possible to prevent the magnetic flux from the teeth from flowing only into the protrusion, and as a result, it is possible to suppress a decrease in output.
・上記モータにおいて、前記ティースは、軸方向視において径方向の外側端部から内側端部に亘って一定幅を有している。
上記態様によれば、ティースにおけるロータコアと対向する端部(径方向内側端部)において、磁気飽和する箇所が変化しにくい構成とすることが可能となり、その結果、突極比の低下をより好適に抑制可能となる。
-In the motor, the teeth have a constant width from the outer end portion in the radial direction to the inner end portion in the axial direction.
According to the above aspect, at the end portion (diameter inner end portion) facing the rotor core in the teeth, it is possible to make the configuration in which the magnetically saturated portion is unlikely to change, and as a result, the reduction of the salient pole ratio is more preferable. Can be suppressed.
10…モータ、12…ステータ、13…回転軸、14…ロータ、15…ステータコア、T…ティース、Ta…対向面、16…巻線、21…ロータコア、22…永久磁石、23…磁石磁極部、24…突部、30…ロータ。 10 ... motor, 12 ... stator, 13 ... rotating shaft, 14 ... rotor, 15 ... stator core, T ... teeth, Ta ... facing surface, 16 ... winding, 21 ... rotor core, 22 ... permanent magnet, 23 ... magnet magnetic pole part, 24 ... protrusion, 30 ... rotor.
Claims (2)
前記回転軸に対して同軸に固定されたロータコアを有し、該ロータコア内に永久磁石が埋め込まれてなる10極の磁石磁極部を周方向に沿って交互に異極となる態様で有するロータと、
周方向に沿って複数設けられ前記ロータコアの外周面と径方向に対向する12個のティース、及び該各ティースに3相の集中巻きにて巻回された巻線を有するステータと
を備え、
前記ロータコアの外周部における互いに異極の前記磁石磁極部同士の各間には、径方向外側に突出する突部が設けられ、
前記各磁石磁極部の開角度θrは互いに等しく設定され、
前記各ティースにおける前記ロータコアと径方向に対向する対向面の開角度θsは互いに等しく設定され、
周方向に隣り合う前記磁石磁極部同士の各間の開角度θxは互いに等しく設定され、
前記ティースの前記対向面の開角度θsと前記磁石磁極部の開角度θrと前記磁石磁極部同士の各間の開角度θxとの関係が、θx<θs<θrを満たすように構成されている、モータ。 Rotation axis and
A rotor having a rotor core coaxially fixed to the rotation axis and having 10 pole magnet magnetic poles in which permanent magnets are embedded in the rotor core so as to be alternately different poles along the circumferential direction. ,
Twelve teeth provided along the circumferential direction and facing the outer peripheral surface of the rotor core in the radial direction, and a stator having windings wound by three-phase concentrated winding around each tooth are provided.
A protrusion protruding outward in the radial direction is provided between each of the magnet magnetic pole portions having different poles on the outer peripheral portion of the rotor core.
The opening angles θr of the magnetic poles of the magnets are set to be equal to each other.
The opening angles θs of the facing surfaces facing the rotor core in the radial direction in each of the teeth are set to be equal to each other.
The opening angles θx between the magnetic poles of the magnets adjacent to each other in the circumferential direction are set to be equal to each other.
The relationship between the opening angle θs of the facing surface of the teeth, the opening angle θr of the magnet magnetic pole portion, and the opening angle θx between the magnet magnetic pole portions is configured to satisfy θx <θs <θr. ,motor.
前記回転軸に対して同軸に固定されたロータコアを有し、該ロータコア内に永久磁石が埋め込まれてなる10極の磁石磁極部を周方向に沿って交互に異極となる態様で有するロータと、
周方向に沿って複数設けられ前記ロータコアの外周面と径方向に対向する12個のティース、及び該各ティースに3相の集中巻きにて巻回された巻線を有するステータと
を備え、
前記ロータコアの外周部における互いに異極の前記磁石磁極部同士の各間には、径方向外側に突出する突部が設けられ、
前記ロータが1周するうちのその時々の前記ロータコアと前記各ティースとの径方向の対向関係を見たとき、前記磁石磁極部と対向し、かつ前記突部と対向しないティースの数が、周方向に隣り合う一対の前記磁石磁極部及びその間の前記突部と同時に対向するティースの数よりも多くなるタイミングが存在するように構成されている、モータ。 Rotation axis and
A rotor having a rotor core coaxially fixed to the rotation axis and having 10 pole magnet magnetic poles in which permanent magnets are embedded in the rotor core so as to be alternately different poles along the circumferential direction. ,
Twelve teeth provided along the circumferential direction and facing the outer peripheral surface of the rotor core in the radial direction, and a stator having windings wound by three-phase concentrated winding around each tooth are provided.
A protrusion protruding outward in the radial direction is provided between each of the magnet magnetic pole portions having different poles on the outer peripheral portion of the rotor core.
When looking at the radial facing relationship between the rotor core and each tooth while the rotor makes one revolution, the number of teeth facing the magnet magnetic pole portion and not facing the protruding portion is the circumference. A motor configured such that there is a timing greater than the number of teeth facing each other at the same time as the pair of magnet magnetic poles adjacent to each other in the direction and the protrusions between them.
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