JP4566590B2

JP4566590B2 - 永久磁石型モータ

Info

Publication number: JP4566590B2
Application number: JP2004080269A
Authority: JP
Inventors: 盛幸枦山; 政志長尾; 康博池田; 孝吉岡
Original assignee: Mitsubishi Electric Corp
Current assignee: Mitsubishi Electric Corp
Priority date: 2004-03-19
Filing date: 2004-03-19
Publication date: 2010-10-20
Anticipated expiration: 2024-03-19
Also published as: JP2005269803A

Description

本発明は、電動パワーステアリング用、サーボ用及びエレベータ用等に用いられる永久磁石型モータに関し、そのコギングトルクを低減したものに関する。

近年、様々な用途、特に電動パワーステアリング用、サーボ用、エレベータ用等に、コギングトルク及び負荷時のトルク脈動の小さいモータが求められている。そして、従来から、永久磁石型モータのコギングトルクを低減する方法として、スキューを設けたり、永久磁石形状を工夫したり、固定子コアに補助溝を設けるなど様々な技術が提案されている。

また、金属製フレームを有する固定子と、この固定子の内部空間に配置される回転子と、この回転子を軸方向の両側から回転自在に支持する負荷側および反負荷側ハウジングとで構成されてなるサーボモータにおいて、前記金属製フレームをフィンを有する形状にして、前記フィン底部のフレーム本体の肉厚を略均一にし、加熱した金属製フレームに固定子コアを挿入する焼きバメ固定、あるいは金属製フレームと固定子コアを加熱硬化型接着剤で固定する製法で製作しても、固定子コアに歪を与えることがなく、コギングトルクの悪化を防止したサーボモータが提案されている（例えば、特許文献１参照）。

特開２００１−９５１９９号公報（特許請求の範囲、第２頁、図１）

しかしながら、特許文献１に開示されているものでは、固定子コアとフレームが焼きバメのみで固定されているため、固定子コアとフレームとの間ですべりが生じることがあった。また、焼きバメすることにより、フレームに締め付けられ固定子コアに応力が発生するため、固定子コアの磁気特性が不均一になりやすく、コギングトルク２ｆ（ｆ：基本周波数）成分が大きくなることが考えられる。さらに、焼きバメすることにより、タクトタイムが長くなるという問題点があった。

本発明は、上記に鑑みてなされたものであって、固定子コアとフレームとの間ですべりが生じることがなく、安定した低コギングトルクの永久磁石型モータを短いタクトタイムで得ることを目的とする。

上述した課題を解決し、目的を達成するために、本発明の永久磁石型モータは、円筒状に形成された磁性体から成り、複数のスロットに巻線が施され、外周部に複数の第１の軸方向溝が周方向に等間隔に形成された固定子コアと、内径が前記固定子コアの外径より大きく該固定子コアが設置される円形孔が形成され、該円形孔の前記第１の軸方向溝に対向する位置に複数の第２の軸方向溝が形成され外形が多角形に形成された筒状のフレームと、前記複数の第１及び第２の軸方向溝に締り嵌めされ、前記フレームに前記固定子コアを間に隙間を持たせて固定する複数のスペーサと、前記フレームに回転可能に支持されて前記固定子コア内に設置され、外周部に複数の永久磁石を有し、円柱状に形成された磁性体から成る回転子コアと、を備え、前記フレームの外形に応じて、該フレームの同じ肉厚の部分から各スペーサが押圧力を受け、前記複数のスペーサの前記固定子コアに対する各押圧力が等しくなるように、スペーサ数、及び、第２の軸方向溝の周方向位置を設定し、前記永久磁石の極数をＰとするとき、前記スペーサ数が該Ｐの約数とならないようにする。

固定子コアは、周方向に肉厚が大きくばらついたフレームに焼きバメ固定されるのではなく、フレーム内周と固定子コア外周との間に隙間を持たせ、周方向に等間隔に配置される同一形状の複数のスペーサを介してフレームに固定される。

この発明によれば、フレームの周方向の肉厚が大きくばらついていても、固定子コアは周方向に等間隔に配置される同一形状の複数のスペーサから均等の押圧力を受けるので、固定子コアに発生する応力に差が出ず、固定子コアの磁気回路に歪を与えることがなく、コギングトルクを悪化させることはない。また、スペーサは、第１、第２の軸方向溝に締り嵌めされているので、固定子コアとフレームとの間ですべりが生じることはない。

以下に、本発明にかかる永久磁石型モータの実施の形態を図面に基づいて詳細に説明する。なお、この実施の形態によりこの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１の永久磁石型モータの固定子コアおよび回転子コアを示す横断面図、図２はフレームの横断面図、図３は実施の形態１の永久磁石型モータの横断面図、図４は実施の形態１の永久磁石型モータのコギングトルクを示す図、図５は実施の形態１の永久磁石型モータの変形例を示す図、図６は図３のＡ部拡大図であり実施の形態１の永久磁石型モータの他の変形例を示す図、図７はスペーサの横断面形状を円形とした永久磁石型モータの部分横断面図、図８はスペーサの横断面形状を六角形とした永久磁石型モータの部分横断面図、図９はスペーサの横断面形状を２つの台形の上底を重ねた形とした永久磁石型モータの部分横断面図、図１０はスペーサの横断面形状を台形とした永久磁石型モータの部分横断面図である。

図１及び図３に示すように、実施の形態１の永久磁石型モータ１００は、円形孔５ａが設けられ外形が矩形に形成された筒状のフレーム５と、筒状に形成されフレーム５の円形孔５ａ内に設置される固定子コア１と、回転軸６に支持され、固定子コア１内に設置されて回転する円柱状の回転子コア３とから構成されている。円形孔５ａの内径は、固定子コア１の外径より大きく形成され、フレーム５と固定子コア１との間には、環状の隙間２が設けられている。固定子コア１には、磁性体板を積層したものや磁性体粉末を固めたもの等がある。固定子コア１の内周側には、１２本のティース１ａ及びスロット１ｂが形成されている。スロット１ｂには、図示しないが巻線が施されている。

回転子コア３も、磁性体板を積層するか、磁性体粉末を固めて製作され、外周部に、円管状に連なった８個の永久磁石４が固着されている。永久磁石４の外周部と固定子コア１の内周部間には環状の隙間８が設けられ、隙間８には永久磁石４の磁束を生じさせている。

固定子コア１の外周部には、軸方向に断面矩形の第１の軸方向溝１ｃが周方向に等間隔に３本（２本以上の整数ｎ本とする。）形成されている。また、フレーム５の円形孔５ａの第１の軸方向溝１ｃに対向する位置にも、軸方向に断面矩形の第２の軸方向溝５ｂが第１の軸方向溝１ｃと同じ数だけ形成されている。

上記の対向する第１の軸方向溝１ｃ及び第２の軸方向溝５ｂ間で形成される３箇所の空隙には、四角棒状のスペーサ７が締り嵌めにより挿入され、フレーム５に固定子コア１を間に隙間を持たせて固定している。

固定子コア１は、周方向に肉厚が大きくばらついたフレーム５に焼き嵌め固定されるのではなく、フレーム５内周と固定子コア１外周との間に隙間２を持たせ、周方向に等間隔に配置される同一形状の複数のスペーサ７を介してフレーム５に固定される。

実施の形態１の永久磁石型モータ１００によれば、フレーム５の周方向の肉厚が大きくばらついていても、固定子コア１は周方向に等間隔に配置される同一形状の複数のスペーサ７から均等の押圧力を受けるので、固定子コア１に発生する応力に差が出ず、固定子コア１の磁気回路に歪を与えることがなく、図４に示すように、フレーム５と固定子コア１とを焼き嵌め固定したものに比べてコギングトルクを小さくすることができる。また、スペーサ７は、第１、第２の軸方向溝１ｃ、５ｂに締り嵌めされているので、固定子コア１とフレーム５との間ですべりが生じることはない。

また、フレーム５内周と固定子コア１外周との間に隙間２を持たせているので、固定子コア１外周及び円形孔５ａの工作精度が悪くても固定子コア１に不均一応力が発生してコギングトルクを悪化させることもない。また、焼き嵌めよりもロストルクの低減が可能であり、さらにタクトタイムの低減が可能である。

次に、図５を参照して実施の形態１の永久磁石型モータの変形例を説明する。図５において、図３と同等のものには同一の符号を付してその説明を省略する。

外形が横断面正方形に形成された筒状のフレーム５の、円形孔５ａにおける正方形の各辺の中心位置に対向する位置には、それぞれ断面矩形の第２の軸方向溝５ｂが形成されている。すなわち、第２の軸方向溝５ｂは、周方向に等間隔に４本形成されている。また、固定子コア１の外周部の第２の軸方向溝５ｂに対向する位置にも、軸方向に断面矩形の第１の軸方向溝１ｃが周方向に等間隔に４本形成されている。

また、上記では、第２の軸方向溝５ａの形成位置を正方形の各辺の中心位置に対向する位置としたが、この位置は、正方形の各角に対向する位置にしてもよい。

上記の対向する第１の軸方向溝１ｃ及び第２の軸方向溝５ｂ間で形成される４箇所の空隙には、四角棒状のスペーサ７が締り嵌めにより挿入され、フレーム５に固定子コア１を間に隙間を持たせて固定している。

このように、フレーム５の外形（横断面が、正方形、正五〜八角形等）に応じて、スペーサ数、及び、第２の軸方向溝の周方向位置を設定することにより、フレーム５の同じ肉厚の部分からスペーサが押圧力を受けるので、押圧力が全く均等となり、固定子コア１に発生する応力に差が出ず、固定子コア１の磁気回路に歪を与えることがない。

次に、図６を参照して実施の形態１の永久磁石型モータの他の変形例を説明する。図６において、第１の軸方向溝１ｃ及び第２の軸方向溝５ｂの側面１ｄ、５ｃとスペーサ７の側面とは締り嵌めとなっていて密着しているが、溝１ｃ、５ｂの底面１ｅ、５ｄとスペーサ７の対向する面とは隙間嵌めとしてあり、密着させていない。

このように、第１及び第２の軸方向溝１ｃ、５ｂの底面１ｅ、５ｄとスペーサ７の底面１ｅ、５ｄに対向する面とは隙間嵌めとしてあるので、固定子コア１に対するフレーム５の押圧力が発生せず、固定子コア１に応力が発生せず、固定子コア１の磁気回路に歪を与えることがない。

スペーサの横断面形状は、上記の四角形に限定されず、図７に示すような丸棒状スペーサ２７、図８に示すような六角棒状スペーサ３７、図９に示すような横断面が２つの台形の上底を重ねた形の棒状スペーサ４７、図１０に示すような台形棒状スペーサ５７とし、この台形の斜辺側をフレーム５及び固定子コア１の径方向に向けるもの等を採用することができる。この場合、第１、第２の軸方向溝はこれらのスペーサの形状に合わせた形状とする。そうして、これらの溝の底面とそれぞれのスペーサの対向する面とは隙間嵌めとしてもよい。

実施の形態２．
図１１は本発明の実施の形態２の永久磁石型モータの要部を示す部分断面図である。実施の形態２の永久磁石型モータの図１１に示すスペーサ６７とそれに関連する部分以外は、図３または図５と同じであるので図示と説明を省略する。

固定子コア１の外周部には、軸方向に断面矩形の第１の軸方向溝１ｃが周方向に等間隔に複数本形成されている。実施の形態１の永久磁石型モータ１００とは異なり、フレーム５の円形孔５ａには溝を形成しない。四角棒状のスペーサ６７の一辺には軸方向に複数のエッジ６７ａが形成されている。四角棒状スペーサ６７の複数のエッジ６７ａを円形孔５ａに押しつけて摩擦接触させ、他の３辺側を第１の軸方向溝１ｃに締り嵌めさせることにより、フレーム５に固定子コア１を間に隙間２を持たせて固定する。

実施の形態２の永久磁石型モータ２００によれば、実施の形態１の永久磁石型モータと同じ効果を奏するばかりか、フレーム５に軸方向溝を形成する必要がないので、フレーム５に複雑な加工を施す必要がなくなり、フレーム５の製造が容易となる。

以上説明した実施の形態１及び形態２の永久磁石型モータ１００、２００において、永久磁石４の極数Ｐが、スペーサ数の約数とならないようにするのがよい。そうすると、スペーサによるコギングトルク２ｆ成分の発生が抑えられ、コギングトルクを低下させることができる。

以上のように、本発明にかかる永久磁石型モータは、電動パワーステアリング用、サーボ用及びエレベータ用等の、小さなコギングトルク及び小さな負荷時のトルク脈動が求められるモータに適している。

実施の形態１の永久磁石型モータの固定子コア及び回転子コアを示す横断面図である。フレームの横断面図である。実施の形態１の永久磁石型モータの縦断面図である。実施の形態１の永久磁石型モータのコギンギグトルクを示す図である。実施の形態１の永久磁石型モータの変形例を示す図である。実施の形態１の永久磁石型モータの他の変形例を示す図である。スペーサの横断面形状を円形とした部分横断面図である。スペーサの横断面形状を六角形とした部分横断面図である。スペーサの横断面形状を２つの台形の上底を重ねた形とした部分横断面図である。スペーサの横断面形状を台形とした部分横断面図である。実施の形態２の永久磁石型モータの要部を示す部分断面図である。

符号の説明

１固定子コア
１ａティース
１ｂスロット
２隙間
３回転子コア
４永久磁石
５フレーム
６回転軸
７，２７，３７，４７，５７，６７スペーサ
８隙間
１００，２００永久磁石型モータ

Claims

円筒状に形成された磁性体から成り、複数のスロットに巻線が施され、外周部に複数の第１の軸方向溝が周方向に等間隔に形成された固定子コアと、
内径が前記固定子コアの外径より大きく該固定子コアが設置される円形孔が形成され、該円形孔の前記第１の軸方向溝に対向する位置に複数の第２の軸方向溝が形成され外形が多角形に形成された筒状のフレームと、
前記複数の第１及び第２の軸方向溝に締り嵌めされ、前記フレームに前記固定子コアを間に隙間を持たせて固定する複数のスペーサと、
前記フレームに回転可能に支持されて前記固定子コア内に設置され、外周部に複数の永久磁石を有し、円柱状に形成された磁性体から成る回転子コアと、
を備え、
前記フレームの外形に応じて、該フレームの同じ肉厚の部分から各スペーサが押圧力を受け、前記複数のスペーサの前記固定子コアに対する各押圧力が等しくなるように、スペーサ数、及び、第２の軸方向溝の周方向位置を設定し、
前記永久磁石の極数をＰとするとき、前記スペーサ数が該Ｐの約数とならないようにすることを特徴とする永久磁石型モータ。
前記スペーサの横断面形状は、略四角形、略六角形のいずれかであることを特徴とする請求項１に記載の永久磁石型モータ。
前記スペーサの横断面形状が２つの台形の上底を重ねた形であり、両下底を前記フレーム及び固定子コアの径方向に向けて固定することを特徴とする請求項１に記載の永久磁石型モータ。
前記スペーサの横断面形状は台形であり、該台形の斜辺を前記フレーム及び固定子コアの径方向に向けて固定することを特徴とする請求項１に記載の永久磁石型モータ。
前記第１及び第２の軸方向溝の底面と前記スペーサの該底面に対向する面とは隙間嵌めとしてあることを特徴とする請求項１〜４のいずれか一つに記載の永久磁石型モータ。
円筒状に形成された磁性体から成り、複数のスロットに巻線が施され、外周部に複数の第１の軸方向溝が周方向に等間隔に形成された固定子コアと、
内径が前記固定子コアの外径より大きく該固定子コアが設置される円形孔が形成され外形が多角形に形成された筒状のフレームと、
前記複数の第１の軸方向溝に締り嵌めされ、前記フレームの円形孔とは摩擦接触し、前記フレームに前記固定子コアを間に隙間を持たせて固定する複数のスペーサと、
前記フレームに回転可能に支持されて前記固定子コア内に設置され、外周部に複数の永久磁石を有し、円柱状に形成された磁性体から成る回転子コアと、
を備え、
前記フレームの外形に応じて、該フレームの同じ肉厚の部分から各スペーサが押圧力を受け、前記複数のスペーサの前記固定子コアに対する各押圧力が等しくなるように、前記フレームの外形に応じて、スペーサ数、及び、前記スペーサの接触部の周方向位置を設定し、
前記永久磁石の極数をＰとするとき、前記スペーサ数が該Ｐの約数とならないようにすることを特徴とする永久磁石型モータ。
前記スペーサの横断面形状は略四角形であり、該スペーサの前記円形孔に接触する辺には軸方向に複数のエッジが形成されていることを特徴とする請求項６に記載の永久磁石型モータ。