JP2021175304A - motor - Google Patents
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Abstract
Description
本発明は、モータに関する。 The present invention relates to a motor.
電動可変バルブタイミング制御装置などの位置保持機能を必要とする装置に用いられるモータ(電動機)では、大きなコギングトルクを必要とする。特許文献1には、ステータと、コギングトルクを増加させるための複数の空隙部が周方向において部分的に設けられたロータとを備えたモータが開示されている。複数の空隙部は、周方向に隣り合う磁極部の間に設けられた境界空隙部と、磁極部内においてロータの極数とステータのスロット数とから求められるコギングトルクの周期に応じた位置に設けられた極内空隙部とを含んでいる。 Motors (motors) used in devices that require a position holding function, such as electric variable valve timing control devices, require a large cogging torque. Patent Document 1 discloses a motor including a stator and a rotor in which a plurality of gaps for increasing cogging torque are partially provided in the circumferential direction. The plurality of gaps are provided at positions corresponding to the boundary gaps provided between the magnetic poles adjacent to each other in the circumferential direction and the cycle of the cogging torque obtained from the number of poles of the rotor and the number of slots of the stator in the magnetic poles. It includes the void inside the pole.
特許文献1に記載のモータでは、磁極中心線からコギングトルクの周期φの1/2だけ周方向の一方及び他方にずれた位置のそれぞれに極内空隙部が設けられ、磁極部間に境界空隙部が設けられている。このため、空隙部の数が多くなり、製造コストが増加するおそれがある。 In the motor described in Patent Document 1, in-pole gaps are provided at positions deviated from the center line of the magnetic poles by 1/2 of the period φ of the cogging torque in the circumferential direction, respectively, and boundary gaps are provided between the magnetic poles. A part is provided. Therefore, the number of voids increases, which may increase the manufacturing cost.
本発明は、大きなコギングトルクを発生させることができ、かつ、製造コストの低減を図ることのできるモータを提供することを目的とする。 An object of the present invention is to provide a motor capable of generating a large cogging torque and reducing a manufacturing cost.
本発明の一態様によるモータは、永久磁石埋込型のモータであって、固定子と、固定子に隙間をあけて回転可能に設けられる回転子と、を備える。回転子は、回転子鉄心と、回転子鉄心に固定される複数の永久磁石と、を有する。回転子鉄心の外周部には、コギングトルクを増加させるための平面部が形成される。平面部は、永久磁石によって形成される磁極部の磁極中心軸上において、磁極中心軸に直交する平面状に形成される。 The motor according to one aspect of the present invention is a permanent magnet embedded motor, and includes a stator and a rotor that is rotatably provided with a gap in the stator. The rotor has a rotor core and a plurality of permanent magnets fixed to the rotor core. A flat surface portion for increasing the cogging torque is formed on the outer peripheral portion of the rotor core. The flat surface portion is formed in a plane shape orthogonal to the magnetic pole center axis on the magnetic pole center axis of the magnetic pole portion formed by the permanent magnet.
本発明によれば、大きなコギングトルクを発生させることができ、かつ、製造コストの低減を図ることのできるモータを提供することができる。 According to the present invention, it is possible to provide a motor capable of generating a large cogging torque and reducing a manufacturing cost.
本実施形態に係るモータは、電動可変バルブタイミング制御装置などの位置保持機能を必要とする装置に用いられる。バルブタイミング制御装置は、モータの回転駆動力によって、カムシャフトとクランクシャフトの位相差を制御することにより、吸気バルブや排気バルブの開閉タイミングを制御する装置である。バルブタイミング制御装置に用いられるモータは位置保持機能が必要であり、コギングトルクによって保持力を確保する必要がある。以下、図面を参照して、本発明の実施形態に係るモータについて説明する。 The motor according to this embodiment is used for a device that requires a position holding function, such as an electric variable valve timing control device. The valve timing control device is a device that controls the opening / closing timing of the intake valve and the exhaust valve by controlling the phase difference between the camshaft and the crankshaft by the rotational driving force of the motor. The motor used in the valve timing control device needs a position holding function, and it is necessary to secure the holding force by cogging torque. Hereinafter, the motor according to the embodiment of the present invention will be described with reference to the drawings.
図1は、本発明の実施形態に係るモータ100の構成を示す平面断面図である。図1では、モータ100を軸方向からみた断面、すなわち回転軸に直交する断面を示している。図1に示すように、モータ100は、ハウジング(不図示)に固定される固定子130と、固定子130の内周側に隙間をあけて回転可能に設けられる回転子150と、を備える。
FIG. 1 is a plan sectional view showing a configuration of a
モータ100は、ブラシレスモータであって、永久磁石154が回転子150に埋め込まれた永久磁石埋込型の三相同期モータである。モータ100は、固定子鉄心132に巻回される固定子コイル138に三相交流電流が供給されることで、回転子150を回転させる電動機として作動する。
The
回転子150は、シャフト118に固定されている。シャフト118がハウジングの軸受によって支承されることにより、回転子150が固定子鉄心132の内側で回転可能に保持される。
The
回転子150の回転中心軸Oは、円筒形状の固定子130の中心軸に一致する。以下の説明では、回転子150の回転中心軸Oに平行な方向を軸方向と記し、回転子150の回転中心軸Oに直交し、かつ回転子150の回転中心軸Oを中心とする放射方向を径方向と記し、回転子150の回転中心軸Oに直交し、かつ回転子150の回転中心軸Oを中心とする円周方向を周方向と記す。
The rotation center axis O of the
固定子130は、円筒状の固定子鉄心132と、この固定子鉄心132に集中巻きで巻装される固定子コイル138と、を備える。なお、本実施形態では、固定子コイル138の巻線方式は集中巻きであるが、巻線方式はこれに限定されず、分布巻きであってもよい。固定子鉄心132の内周部には、固定子鉄心132の中心軸方向に平行な複数(本実施形態では12個)のスロット133が形成される。複数のスロット133は、固定子鉄心132の周方向に等間隔で形成される。
The
各スロット133には、固定子コイル138が収容される。スロット133間にはティース134が形成される。本実施形態では、複数(本実施形態では12個)のティース134が、環状のコアバック135と一体となっている。つまり、固定子鉄心132は、複数のティース134とコアバック135とが一体成形された一体型コアである。ティース134は径方向の磁路を形成し、コアバック135は周方向の磁路を形成する。ティース134は、固定子コイル138によって発生した回転磁界を回転子150に導き、回転子150に回転トルクを発生させる。
Each
固定子鉄心132は、例えば、円環形状の電磁鋼板または軟磁性金属板を複数枚積層することにより形成される。固定子鉄心132は、円筒状のハウジング(不図示)の内側に焼嵌め、圧入等により嵌合固定される。
The
回転子150は、円筒状の回転子鉄心152と、回転子鉄心152に固定される複数の永久磁石154と、を備える。回転子鉄心152は、例えば、円環形状の電磁鋼板または軟磁性金属板を複数枚積層することにより形成される。
The
回転子鉄心152の外周部近傍には、直方体形状の永久磁石154が固定される磁石保持孔153が、周方向に等間隔で形成される。磁石保持孔153の径方向内側の面には、永久磁石154の周方向両端面の位置を規定する一対の磁石止め部153a(図2参照)が形成されている。永久磁石154は、一対の磁石止め部153a間に挿入され、磁石保持孔153に固定される。磁石保持孔153の周方向の幅は、永久磁石154の周方向の幅よりも大きい。永久磁石154の周方向両端と磁石保持孔153の周方向両側面との間には磁気的空隙156が形成される。磁気的空隙156には接着剤、樹脂等を埋め込んで、永久磁石154と一体に固めてもよい。
永久磁石154は、回転子150の磁極部160を形成する。本実施形態では、一つの永久磁石154によって一つの磁極部160が形成されている。永久磁石154は、一対の幅広面154aが磁極部160の磁極中心軸Ca(図2参照)に対して直交するように配置される。幅広面154aは、側面のうちで最も面積の大きい面である。永久磁石154の磁化方向は径方向を向いており、磁極部160ごとに磁化方向の向きが反転している。つまり、ある磁極部160を形成するための永久磁石154の固定子130側の面がN極、シャフト118側の面がS極に磁化されていたとすると、隣の磁極部160を形成する永久磁石154の固定子130側の面はS極、シャフト118側の面はN極に磁化されている。本実施形態では、8個の永久磁石154が、周方向に等間隔で磁極毎に交互に磁化方向が変わるように磁化されて配置されている。回転子150の極数Pは、8極である。永久磁石154には、ネオジウム系、サマリウム系の焼結磁石、フェライト磁石、ネオジウム系のボンド磁石などを用いることができる。
The
図2は、モータ100の一部を示す断面図であり、永久磁石154の周方向角度θm及び磁極ピッチ角θpについて示す。図示するように、磁極部160の磁極中心軸(磁極中心線)Caは、磁極部160の周方向中心位置に設定される。本実施形態では、磁極中心軸Caは、直方体形状の永久磁石154の周方向中心位置と、回転中心軸Oとを結ぶ軸に相当する。磁極部160間の角度である磁極ピッチ角を機械角でθpとしたとき、磁極ピッチ角θpは360度を極数Pで除算した角度となる(θp=360/P)。本実施形態では、極数Pが8極であるから、磁極ピッチ角θpは45度である(θp=360/8)。なお、磁極ピッチ角θpは、隣接する永久磁石154間の中点から隣の中点までの角度ともいえる。
FIG. 2 is a cross-sectional view showing a part of the
隣接する永久磁石154間の中点は、隣接する磁極部160の境界部161であり、周方向に45度間隔で設けられている。境界部161には、V字状の溝部162が形成されている。溝部162は、回転子鉄心152の軸方向の一端から他端に亘って形成されている。溝部162は、後述する平面部170と同様、コギングトルクを増加させるために形成される境界空隙部である。
The midpoints between the adjacent
回転子150において、永久磁石154の周方向角度(幅角度)を機械角でθmとしたとき、永久磁石154の周方向角度θmと磁極ピッチ角θpとの比(θm/θp)は極弧率と呼ばれる。極弧率は、永久磁石154の周方向角度θmを磁極ピッチ角θpで無次元化した値であり、永久磁石154の周方向の大きさを表す。
In the
永久磁石154の周方向角度θmは、図示するように、直線L1と直線L2とのなす角度である。直線L1は、永久磁石154の角部E1と回転中心軸Oとを結ぶ直線であり、直線L2は、永久磁石154の角部E2と回転中心軸Oとを結ぶ直線である。永久磁石154の角部E1は、永久磁石154の一対の幅広面154aのうちの径方向外側面と周方向一端面との境界であり、永久磁石154の角部E2は、永久磁石154の一対の幅広面154aのうちの径方向外側面と周方向他端面との境界である。
As shown in the figure, the circumferential angle θm of the
図3は、モータ100の一部を示す断面図であり、永久磁石154の周方向幅Lmと平面部170の周方向幅Lcについて示す。図3に示すように、本実施形態では、回転子鉄心152の外周部に、コギングトルクを増加させるための平面部170が形成されている。平面部170は、磁極部160の磁極中心軸Ca上において、磁極中心軸Caに直交する平面状に形成される。つまり、本実施形態では、平面部170は、永久磁石154の幅広面154aと平行となるように形成される。平面部170は、回転子鉄心152の軸方向の一端から他端に亘って形成されている。
FIG. 3 is a cross-sectional view showing a part of the
永久磁石154の周方向幅(磁極中心軸Ca及び回転中心軸Oに直交する方向の幅)Lmに対する平面部170の周方向幅(磁極中心軸Ca及び回転中心軸Oに直交する方向の幅)Lcの比率(以下、幅比とも記す)Wrは、後述するように、コギングトルクの大きさに影響を与える。幅比Wrは、平面部170の周方向幅Lcを永久磁石154の周方向幅Lmで除算することにより得られる(Wr=Lc/Lm)。つまり、幅比Wrは、平面部170の周方向幅Lcを永久磁石154の周方向幅Lmで無次元化した値であり、平面部170の周方向の大きさを表す。平面部170が設けられる回転電機100では、この幅比Wrを調整することにより、コギングトルクの大きさを調整することができる。
Circumferential width of the permanent magnet 154 (width in the direction orthogonal to the magnetic pole center axis Ca and the rotation center axis O) Circumferential width of the
図2及び図3に示すように、平面部170は、永久磁石154の設置範囲Am内に収まるように形成することが好ましい。永久磁石154の設置範囲Amとは、直線L1と回転子鉄心152の外周面との交点A1と、直線L2と回転子鉄心152の外周面との交点A2との間の範囲のことを指す。なお、平面部170は、設置範囲Amよりも大きく形成してもよい。少なくとも、回転中心軸Oから径方向外側を見たときに、永久磁石154と重なるように平面部170が形成されていればよい。しかしながら、後述する線間誘起電圧の低下を抑えるためには、永久磁石154の設置範囲Am内に平面部170を形成することが好ましい。つまり、平面部170の周方向角度θcは、永久磁石154の周方向角度θm以下とすることが好ましい。なお、平面部170の周方向角度θcは、回転中心軸Oと平面部170の一端部Bp1とを結ぶ直線と、回転中心軸Oと平面部170の他端部Bp2とを結ぶ直線とのなす角度である。
As shown in FIGS. 2 and 3, the
図3に示すように、平面部170は、磁極中心軸Caを基準として、磁極中心軸Caから周方向一方側及び他方側に同じ距離(Lc/2)だけ延在している。平面部170の両端部Bp1,Bp2は、回転子鉄心152の半径Rxの最外周面(円弧面)152xに連続するように形成されている。したがって、回転子鉄心152の外周部に凹部を設け、その凹部の底部を平面部とする場合に比べて、容易に回転子鉄心152を製造することができる。
As shown in FIG. 3, the
このように平面部170を形成することにより、永久磁石154の設置範囲Am内の領域において、回転子鉄心152の外周面と固定子鉄心132の内周面(ティース134の先端面)との間の距離hは、最外周面152xの位置で最小となり磁極中心軸Caで最大となる。換言すれば、平面部170は、磁極中心軸Caから周方向に離れるにしたがって、回転子鉄心152の外周面と固定子鉄心132の内周面との間の距離hが小さくなるように形成されている。
By forming the
回転子鉄心152に形成される平面部170は、複数の磁極部160のそれぞれに一つずつ形成され、回転子鉄心152は回転中心軸Oを中心とした回転対称形状を呈している。回転対称形状とは、対称軸である回転中心軸O周りに一定の角度だけ回転移動させたときに、その形状が変わらない形状のことである。本実施形態に係る回転子鉄心152は、回転中心軸O周りで45度、すなわち(360/n)度(n=8)回転させると、自らと重なる8回回転対称の形状を有する。
The
本実施形態に係るモータ100では、平面部170を設けることにより、回転子150の回転に伴って回転子鉄心152と固定子鉄心132との間の距離hを変化させることにより、磁気抵抗を意図的に変化させ、コギングトルクを増加させている。
In the
以下、本実施形態による効果の具体例について示す。 Hereinafter, specific examples of the effects of this embodiment will be shown.
[実施例1]
図4は、実施例1に係るモータ100のコギングトルクの波形図であり、図5は、図4に示すコギングトルク波形の次数分析の結果を表す図である。図4の横軸は、モータ100の回転角度であり、機械角で示している。図4に示す波形図は、有限要素法(FEM)による磁界解析結果から得られる。
[Example 1]
FIG. 4 is a waveform diagram of the cogging torque of the
実施例1に係るモータ100では、永久磁石154は、極弧率が約2/3(=約30/45)となるように形成されている。実施例1に係るモータ100は、永久磁石154の周方向角度θmが約30度(具体的には29.76度)である。したがって、実施例1に係る回転子150の極弧率は、0.66となる。
In the
図4及び図5では、実施例1に係るモータ100に対する計算結果を実線で示し、平面部170が設けられていない比較例1に係るモータに対する計算結果を破線で示している。なお、比較例1に係るモータは、平面部170が設けられていないという点以外は、実施例1に係るモータ100と同じ構成を有している。
In FIGS. 4 and 5, the calculation result for the
コギングトルクの周期(機械角)は、360度を、回転子150の極数Pと固定子130のティース134の数の最小公倍数で割った値である。実施例1に係るモータ100では、極数Pが8極であり、ティース134の数は12である。このため、極数Pとティース134の数の最小公倍数は24であるから、コギングトルクの周期(機械角)は15(=360/24)度となる。
The period of cogging torque (mechanical angle) is a value obtained by dividing 360 degrees by the least common multiple of the number of poles P of the
図4及び図5に示すように、実施例1に係るモータ100のコギングトルクは、電気角で6次成分(機械角で24次成分)、すなわち電気角で60度(機械角で15度)周期の成分が支配的であり、そのピーク値は比較例1に比べて大きく上回っている。このように、平面部170を設ける場合、平面部170を設けない場合に比べてコギングトルクを大きくすることができる。
As shown in FIGS. 4 and 5, the cogging torque of the
図6は、実施例1に係るモータ(極弧率0.66のモータ)100において、幅比Wrを変化させた場合のコギングトルクの大きさTcについて示す図であり、永久磁石154の周方向幅Lmを変えずに平面部170の周方向幅Lcを変えた複数条件での計算結果を示している。横軸は、幅比Wrを示しており、左側の縦軸(第1軸)は実線で示されるコギングトルクの大きさTc[Nm]を表し、右側の縦軸(第2軸)は破線で示される線間誘起電圧[V]を示している。本明細書において、コギングトルクの大きさTcとは、図4に示すトルク波形図において、正側のコギングトルクのピーク値(最大値)と負側のコギングトルクのピーク値(最大値)の絶対値との和のことを指す。なお、図6に示す幅比Wrが0.52の場合の計算結果は、図4に示すコギングトルクの波形(実線)から得られる。つまり、図4に示すコギングトルクの波形(実線)は、実施例1に係るモータ100、すなわち極弧率0.66のモータ100において、幅比Wrが0.52の場合の計算結果を示している。
FIG. 6 is a diagram showing the magnitude Tc of the cogging torque when the width ratio Wr is changed in the motor (motor having a polar arc ratio of 0.66) 100 according to the first embodiment, and is a diagram showing the magnitude Tc of the cogging torque in the circumferential direction of the
幅比Wrが0(ゼロ)の値は、平面部170を有していない比較例1に係るモータのコギングトルクの大きさTcを示している。図6に示すように、比較例1に係るモータのコギングトルクの大きさTcは、0.011[Nm]である。平面部170を有している実施例1に係るモータ100のコギングトルクの大きさTcは、いずれも比較例1に係るモータのコギングトルクの大きさTcを上回っている。
The value of the width ratio Wr of 0 (zero) indicates the magnitude Tc of the cogging torque of the motor according to Comparative Example 1 which does not have the
図6に示すように、実施例1に係るモータ100では、コギングトルクの大きさTcは、幅比Wrが0.37のときには0.050[Nm]となり、幅比Wrが0.52のときには計算結果のうちでは最大の0.076[Nm]となり、幅比が0.63のときには0.047[Nm]となった。このため、幅比Wrが0.37から0.63までの間にコギングトルクの大きさTcが最大となる点が存在することが推定される。したがって、実施例1に係るモータ100では、幅比Wrが0.37〜0.63となるように平面部170を形成することが好ましい。さらに、図示する計算結果の近似曲線から、実施例1に係るモータ100では、幅比Wrを0.4以上0.6以下の値に設定することにより、大きなコギングトルクを発生させることができると考えられる。
As shown in FIG. 6, in the
実施例1に係るモータ100では、コギングトルクの大きさTcは、幅比Wrが0.73のときには0.023[Nm]となり、幅比Wrが0.81のときには0.064[Nm]となり、幅比Wrが0.89のときには0.063[Nm]となった。このように、実施例1に係るモータ100では、幅比Wrを大きくしていくと、幅比Wrが0.37から0.63の間で第1のピークがあり、幅比Wrが0.81から0.89の間で第2のピークがあることが推定される。したがって、実施例1に係るモータ100では、幅比Wrが0.81〜0.89となるように平面部170を形成してもよい。なお、計算結果の近似曲線から幅比Wrが0.8以上0.9以下の範囲では、十分なコギングトルクが得られることが読み取れる。したがって、実施例1に係るモータ100では、幅比Wrを0.8以上0.9以下の値に設定することでも、十分なコギングトルクを得ることができる。
In the
線間誘起電圧は、幅比Wrが大きくなるほど低下する。線間誘起電圧は、トルク定数と同じ値となる。したがって、線間誘起電圧は、電流条件が同じ場合、その値が大きいほど出力トルクが大きくなる。上述したように、平面部170と固定子鉄心132との間の隙間(距離h)は、回転子鉄心152の最外周面152xと固定子鉄心132との間の隙間(距離h)に比べて大きくなる。このため、平面部170の周方向幅Lcが大きくなるほど、回転子鉄心152と固定子鉄心132との間の隙間(距離h)が大きくなり、線間誘起電圧が低下する。
The line-induced voltage decreases as the width ratio Wr increases. The line-induced voltage has the same value as the torque constant. Therefore, when the current conditions of the line-induced voltage are the same, the larger the value, the larger the output torque. As described above, the gap (distance h) between the
したがって、平面部170の周方向幅Lcは、モータ100の出力トルクが要求仕様を満足できる程度の線間誘起電圧となるように設定する必要がある。例えば、平面部170を設けない比較例1における線間誘起電圧の計算結果を100%として、平面部170を設けた場合の線間誘起電圧を80%以上確保する必要がある場合には、図6に示す計算結果から、幅比Wrを1.02以下に設定することが好ましいと考えられる。
Therefore, the circumferential width Lc of the
[実施例2]
図7は、図6と同様の図であり、実施例2に係るモータ(極弧率0.55のモータ)100において、幅比Wrを変化させた場合のコギングトルクの大きさTcについて示す図である。実施例2に係るモータ100は、永久磁石154の周方向幅Lmが実施例1に係るモータ100の永久磁石154の周方向幅Lmよりも短いが、その他の構成は実施例1に係るモータ100と同じである。換言すれば、実施例2に係るモータ100は、極弧率が異なるという点以外は、実施例1に係るモータ100と同じ構成を有している。
[Example 2]
FIG. 7 is a diagram similar to FIG. 6, showing the magnitude Tc of the cogging torque when the width ratio Wr is changed in the motor (motor having a polar arc ratio of 0.55) 100 according to the second embodiment. Is. In the
実施例2に係るモータ100では、永久磁石154は、極弧率が約5/9(=約25/45)となるように形成されている。実施例2に係るモータ100は、永久磁石154の周方向角度θmが約25度(具体的には24.76度)である。したがって、実施例2に係る回転子150の極弧率は、0.55となる。
In the
図7では、永久磁石154の周方向幅Lmを変えずに平面部170の周方向幅Lcを変えた複数条件での計算結果を示している。幅比Wrが0(ゼロ)の値は、平面部170を有していない比較例2に係るモータ(極弧率0.55のモータ)のコギングトルクの大きさTcを示している。なお、比較例2に係るモータは、平面部170が設けられていないという点以外は、実施例2に係るモータ100と同じ構成を有している。
FIG. 7 shows the calculation results under a plurality of conditions in which the circumferential width Lc of the
図7に示すように、比較例2に係るモータのコギングトルクの大きさTcは、0.119[Nm]である。平面部170を有している実施例2に係るモータ100のコギングトルクの大きさTcは、いずれも比較例2に係るモータのコギングトルクの大きさTcを上回っている。
As shown in FIG. 7, the magnitude Tc of the cogging torque of the motor according to Comparative Example 2 is 0.119 [Nm]. The magnitude Tc of the cogging torque of the
実施例2に係るモータ100では、コギングトルクの大きさTcは、幅比Wrが0.44のときには0.166[Nm]となり、幅比Wrが0.62のときには0.205[Nm]となり、幅比が0.76のときには0.197[Nm]となった。このため、幅比Wrが0.44から0.76までの間にコギングトルクの大きさTcが最大となる点が存在することが推定される。したがって、実施例2に係るモータ100では、幅比Wrが0.44〜0.76となるように平面部170を形成することが好ましい。さらに、図示する計算結果の近似曲線から、実施例2に係るモータ100では、幅比Wrを0.5以上0.7以下の値に設定することにより、大きなコギングトルクを発生させることができると考えられる。
In the
実施例2においても実施例1と同様、平面部170の周方向幅Lcは、モータ100の出力トルクが要求仕様を満足できる程度の線間誘起電圧となるように設定する必要がある。例えば、平面部170を設けない比較例2における線間誘起電圧の計算結果を100%として、平面部170を設けた場合の線間誘起電圧を80%以上確保する必要がある場合には、図7に示す計算結果から、幅比Wrを1.15以下に設定することが好ましいと考えられる。
In the second embodiment as well, as in the first embodiment, the circumferential width Lc of the
[実施例3]
図8は、図6と同様の図であり、実施例3に係るモータ(極弧率0.775のモータ)100において、幅比Wrを変化させた場合のコギングトルクの大きさTcについて示す図である。実施例3に係るモータ100は、永久磁石154の周方向幅Lmが実施例1に係るモータ100の永久磁石154の周方向幅Lmよりも長いが、その他の構成は実施例1に係るモータ100と同じである。換言すれば、実施例3に係るモータ100は、極弧率が異なるという点以外は、実施例1に係るモータ100と同じ構成を有している。
[Example 3]
FIG. 8 is a diagram similar to FIG. 6, showing the magnitude Tc of the cogging torque when the width ratio Wr is changed in the motor (motor having a polar arc ratio of 0.775) 100 according to the third embodiment. Is. In the
実施例3に係るモータ100では、永久磁石154は、極弧率が約7/9(=約35/45)となるように形成されている。実施例3に係るモータ100は、永久磁石154の周方向角度θmが約35度(具体的には34.88度)である。したがって、実施例3に係る回転子150の極弧率は、0.775となる。
In the
図8では、永久磁石154の周方向幅Lmを変えずに平面部170の周方向幅Lcを変えた複数条件での計算結果を示している。幅比Wrが0(ゼロ)の値は、平面部170を有していない比較例3に係るモータ(極弧率0.775のモータ)のコギングトルクの大きさTcを示している。なお、比較例3に係るモータは、平面部170が設けられていないという点以外は、実施例3に係るモータ100と同じ構成を有している。
FIG. 8 shows the calculation results under a plurality of conditions in which the circumferential width Lc of the
図8に示すように、比較例3に係るモータのコギングトルクの大きさTcは、0.180[Nm]である。実施例3に係るモータ100では、コギングトルクの大きさTcは、幅比Wrが0.31のときには0.157[Nm]となり、幅比Wrが0.44のときには0.163[Nm]となり、幅比Wrが0.54のときには0.221[Nm]となった。図示する計算結果の近似曲線から幅比Wrが約0.5以上、つまり、平面部170の周方向幅Lcが永久磁石154の周方向幅Lmの約半分以上確保されていれば、平面部170を設けることによりコギングトルクを増加させることができると考えられる。このため、実施例3に係るモータ100では、平面部170を設けない場合に比べてコギングトルクを増加させるために、幅比Wrを約0.5以上の値に設定することが好ましい。
As shown in FIG. 8, the magnitude Tc of the cogging torque of the motor according to Comparative Example 3 is 0.180 [Nm]. In the
実施例3に係るモータ100では、コギングトルクの大きさTcは、幅比Wrが0.70のときには0.361[Nm]となり、幅比Wrが0.76のときには0.421[Nm]となり、幅比Wrが0.82のときには0.463[Nm]となった。また、実施例3に係るモータ100では、コギングトルクの大きさTcは、幅比Wrが0.88のときには0.442[Nm]となり、幅比Wrが0.93のときには0.356[Nm]となった。実施例3に係るモータ100では、幅比Wrが0.76から0.88までの間にコギングトルクの大きさTcが最大となる点が存在することが推定される。したがって、実施例3に係るモータ100では、幅比Wrが0.76〜0.88となるように平面部170を形成することが好ましい。さらに、図示する計算結果の近似曲線から、実施例3に係るモータ100では、幅比Wrを0.7以上0.9以下の値に設定することにより、大きなコギングトルクを発生させることができると考えられる。
In the
実施例3においても実施例1と同様、平面部170の周方向幅Lcは、モータ100の出力トルクが要求仕様を満足できる程度の線間誘起電圧となるように設定する必要がある。例えば、平面部170を設けない比較例3における線間誘起電圧の計算結果を100%として、平面部170を設けた場合の線間誘起電圧を80%以上確保する必要がある場合には、図8に示す計算結果から、幅比Wrを0.90以下に設定することが好ましいと考えられる。
In the third embodiment as well, as in the first embodiment, the circumferential width Lc of the
以上のとおり、本実施形態に係るモータ100は、磁極中心軸Ca上に平面部170を設けた簡素な構成で、回転子150の磁極部160の切り替わりに起因して生じるコギングトルクの増加を図ることができる。なお、モータ100の設計に際しては、平面部170を有していないモータにより発生するコギングトルクの大きさTcを求め、その後、平面部170を設けたモータにおいて、幅比Wrを変化させてコギングトルクの大きさTcを調整することが好ましい。
As described above, the
実施例1〜実施例3のモータ100に対する計算結果から、極弧率にかかわらずコギングトルクの大きさTcを平面部170を設けない場合に比べて増加させるためには、平面部170の周方向幅Lcを永久磁石154の周方向幅Lmの約半分以上の値に設定することが好ましいといえる。また、実施例1のモータ100に対する計算結果から、極弧率が約2/3であれば、幅比Wrは0.4以上0.6以下の値、または0.8以上0.9以下の値に設定することが好ましいといえる。実施例2のモータ100に対する計算結果から、極弧率が約5/9であれば、幅比Wrは0.5以上0.7以下の値に設定することが好ましいといえる。実施例3のモータ100に対する計算結果から、極弧率が約7/9であれば、幅比Wrは0.7以上0.9以下の値に設定することが好ましいといえる。
From the calculation results for the
上述した実施形態によれば、次の作用効果を奏する。 According to the above-described embodiment, the following effects are exhibited.
モータ100は、永久磁石埋込型のモータであって、固定子130と、固定子130に隙間をあけて回転可能に設けられる回転子150と、を備える。回転子150は、回転子鉄心152と、回転子鉄心152に固定される複数の永久磁石154と、を有する。回転子鉄心152の外周部には、コギングトルクを増加させるための平面部170が形成される。平面部170は、永久磁石154によって形成される磁極部160の磁極中心軸Ca上において、磁極中心軸Caに直交する平面状に形成される。
The
コギングトルクの大きさTcは、極弧率、及び、平面部170と永久磁石154の周方向幅の比率Wrに基づいて調整することができる。したがって、本実施形態によれば、大きなコギングトルクを発生させることができ、かつ、製造コストの低減を図ることのできるモータ100を提供することができる。
The magnitude Tc of the cogging torque can be adjusted based on the polar arc ratio and the ratio Wr of the circumferential width of the
<変形例>
上記実施形態では、一つの永久磁石154で一つの磁極部160を形成する例について説明したが、本発明はこれに限定されない。図9に示すように、一つの磁極部260を複数の永久磁石254によって形成してもよい。本変形例に係る回転子250では、上記実施形態と同様、コギングトルクを増加させるための平面部270が、磁極部260の磁極中心軸Ca上において、磁極中心軸Caに直交する平面状に形成される。これにより、上記実施形態と同様の作用効果を奏する。また、各磁極部260を形成するための永久磁石254を複数に増やすことで、各磁極部260の磁束密度が大きくなり、磁石トルクを増加させることができる。
<Modification example>
In the above embodiment, an example in which one
以上、本発明の実施形態について説明したが、上記実施形態は本発明の適用例の一部を示したに過ぎず、本発明の技術的範囲を上記実施形態の具体的構成に限定する趣旨ではない。 Although the embodiments of the present invention have been described above, the above embodiments are only a part of the application examples of the present invention, and the technical scope of the present invention is limited to the specific configurations of the above embodiments. No.
100…モータ、130…固定子、132…固定子鉄心、138…固定子コイル、150,250…回転子、152…回転子鉄心、152x…最外周面、154,254…永久磁石、154a…幅広面、160,260…磁極部、170,270…平面部、Ca…磁極中心軸、Lc…平面部の周方向幅、Lm…永久磁石の周方向幅、O…回転中心軸、Wr…幅比(周方向幅の比率) 100 ... motor, 130 ... stator, 132 ... stator core, 138 ... stator coil, 150, 250 ... rotor, 152 ... rotor core, 152x ... outermost surface, 154,254 ... permanent magnet, 154a ... wide Surface, 160, 260 ... Magnetic pole portion, 170, 270 ... Flat portion, Ca ... Magnetic pole central axis, Lc ... Circumferential width of flat portion, Lm ... Permanent magnet circumferential width, O ... Rotation center axis, Wr ... Width ratio (Ratio of width in the circumferential direction)
Claims (4)
固定子と、前記固定子に隙間をあけて回転可能に設けられる回転子と、を備え、
前記回転子は、回転子鉄心と、前記回転子鉄心に固定される複数の永久磁石と、を有し、
前記回転子鉄心の外周部には、コギングトルクを増加させるための平面部が形成され、
前記平面部は、前記永久磁石によって形成される磁極部の磁極中心軸上において、前記磁極中心軸に直交する平面状に形成される、
モータ。 It is a permanent magnet embedded type motor.
A stator and a rotor provided so as to be rotatable with a gap in the stator are provided.
The rotor has a rotor core and a plurality of permanent magnets fixed to the rotor core.
A flat surface portion for increasing the cogging torque is formed on the outer peripheral portion of the rotor core.
The flat surface portion is formed in a plane shape orthogonal to the magnetic pole center axis on the magnetic pole center axis of the magnetic pole portion formed by the permanent magnet.
motor.
前記平面部は、その両端が前記回転子鉄心の最外周面に連続している、
モータ。 In the motor according to claim 1,
Both ends of the flat surface portion are continuous with the outermost peripheral surface of the rotor core.
motor.
前記永久磁石は、直方体形状であり、その幅広面が前記磁極中心軸に対して直交するように配置され、
前記平面部の周方向幅は、前記永久磁石の周方向幅の約半分以上の値に設定される、
モータ。 In the motor according to claim 1,
The permanent magnet has a rectangular parallelepiped shape, and its wide surface is arranged so as to be orthogonal to the magnetic pole center axis.
The circumferential width of the flat surface portion is set to a value of about half or more of the circumferential width of the permanent magnet.
motor.
前記永久磁石は、直方体形状であり、その幅広面が前記磁極中心軸に対して直交するように配置され、
前記永久磁石の極弧率は約2/3であり、前記永久磁石の周方向幅をLm、前記平面部の周方向幅をLcとしたとき、周方向の幅の比率Lc/Lmが0.4以上0.6以下の値に設定される、
モータ。 In the motor according to claim 1,
The permanent magnet has a rectangular parallelepiped shape, and its wide surface is arranged so as to be orthogonal to the magnetic pole center axis.
The polar arc ratio of the permanent magnet is about 2/3, and when the circumferential width of the permanent magnet is Lm and the circumferential width of the flat surface portion is Lc, the ratio Lc / Lm of the width in the circumferential direction is 0. Set to a value of 4 or more and 0.6 or less,
motor.
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