JP4718414B2 - 埋込磁石型モータ - Google Patents

Description

本発明は、埋込磁石型モータに関するものである。

従来、埋込磁石型モータは、略円筒状に形成され周方向等角度間隔で軸中心に向かって延びるように形成された複数個のティースに巻線が巻回されたステータと、ステータの内側に回転可能に収容され、軸方向に貫通する収容孔が周方向に複数個形成されたロータコアを有し、各収容孔にそれぞれ磁石が配設されたロータとを備える。

そして、このような埋込磁石型モータとしては、特許文献１に記載されるように、ロータコアに、収容孔の周方向両端より径方向外側に延びて更に周方向磁石側に延びる磁束遮断部を形成することによって、漏れ磁束（磁石のＮ極から直ぐに自身のＳ極に向かう磁束）を小さく、且つコギングトルクを小さくしようとしたものがある。
特開２０００−２７８８９６号公報

しかしながら、上記のように開示された埋込磁石型モータ（特許文献１）では、磁石（ロータの磁極）が１０個で、ティース（スロット）が１２個のものについては開示されておらず、その埋込磁石型モータには適用する（コギングトルクを小さくする）ことができなかった。

本発明は、上記問題点を解決するためになされたものであって、その目的は、磁石（ロータの磁極）が１０個で、ティース（スロット）が１２個の埋込磁石型モータにおいて、漏れ磁束を小さく、且つコギングトルクを小さくすることができる埋込磁石型モータを提供することにある。

請求項１に記載の発明では、略円筒状に形成され周方向等角度間隔で軸中心に向かって延びるように形成された１２個のティースに巻線が巻回されたステータと、前記ステータの内側に回転可能に収容され、軸方向に貫通する収容孔が周方向に１０個形成されたロータコアを有し、各前記収容孔にそれぞれ磁石が配設された１０極のロータとを備えた埋込磁石型モータであって、前記ロータコアには、前記収容孔の周方向両端より径方向外側に延びる延設孔が前記収容孔と連続して形成され、前記延設孔は、径方向外側端部から周方向の前記磁石側に延びる膨出部を有し、前記膨出部は、前記収容孔の径方向外側端部と径方向に離間するように形成され、前記収容孔の周方向両端における前記膨出部同士の間の幅角度θａは、前記ティースの径方向内側両端部の幅角度をθｂとして、０．６６５θｂ≦θａ≦０．７８５θｂ、又は、０．９４θｂ≦θａ≦１．０６θｂを満たすように設定された。

同構成によれば、磁石（磁極）が１０個でティース（スロット）が１２個の埋込磁石型モータにおいて、ロータコアには、収容孔の周方向両端より径方向外側に延びる延設孔が収容孔と連続して形成されるため、漏れ磁束（磁石のＮ極から直ぐに自身のＳ極に向かう磁束）を小さくすることができ、ひいては高効率化を図ることができる。しかも、収容孔の周方向両端における膨出部同士の間の幅角度θａは、ティースの径方向内側両端部の幅角度をθｂとして０．６６５θｂ≦θａ≦０．７８５θｂ、又は、０．９４θｂ≦θａ≦１．０６θｂを満たすように設定されるため、コギングトルクを小さく（最大コギングトルクの略５０％以下（図３参照））とすることができる。

請求項２に記載の発明では、請求項１に記載の埋込磁石型モータにおいて、前記収容孔の周方向両端における前記膨出部同士の間の幅角度θａは、更に、０．６８７θｂ≦θａ≦０．７６３θｂ、又は、０．９６２θｂ≦θａ≦１．０３８θｂを満たすように設定された。

同構成によれば、収容孔の周方向両端における膨出部同士の間の幅角度θａは、更に、０．６８７θｂ≦θａ≦０．７６３θｂ、又は、０．９６２θｂ≦θａ≦１．０３８θｂを満たすように設定されるため、コギングトルクを更に小さく（最大コギングトルクの２５％以下（図３参照））とすることができる。

本発明によれば、磁石（ロータの磁極）が１０個で、ティース（スロット）が１２個の埋込磁石型モータにおいて、漏れ磁束を小さく、且つコギングトルクを小さくすることができる埋込磁石型モータを提供することができる。

以下、本発明を具体化した一実施の形態を図１〜図１０に従って説明する。図１に示すように、埋込磁石型モータは、ステータ１とロータ２とを備える。
ステータ１は、全体的に略円筒状に形成され、外形を形成する円筒部３の内周面から周方向等角度間隔で軸中心に向かって（径方向内側に）延びるように形成された１２個のティース４を有したステータコア５と、各ティース４にインシュレータ（図示略）を介して集中巻にて巻回された巻線６（図１中、一部のみ２点鎖線で図示）とを備える。

ロータ２は、回転軸７と、回転軸７に対して固定されるロータコア８と、ロータコア８に形成された収容孔８ａ内に配設される磁石９とを備える。
詳しくは、ロータコア８には、軸方向から見て径方向の直交方向に延びる直線状で軸方向に貫通する収容孔８ａが周方向に等角度間隔で１０個形成されている。そして、磁石９は、略直方体形状に形成され、各収容孔８ａ内に収容保持されている。尚、各収容孔８ａの磁石９は、ロータコア８の径方向外側に交互にＮ極とＳ極とを構成すべく着磁がなされるとともに収容孔８ａに配設されている。

又、ロータコア８には、前記収容孔８ａの周方向両端より径方向外側に（ロータコア８の外縁近傍の所定位置まで）延びる延設孔８ｂが収容孔８ａと連続して形成されている。尚、前記所定位置とはロータコア８の最低限の剛性を保つことが可能な位置である。又、本実施の形態の延設孔８ｂは、径方向外側端部から周方向の磁石９側（収容孔８ａの周方向両端における延設孔８ｂ同士の間の幅角度θａ（図２参照）を小さくする側）に延びる膨出部８ｃを有する。この膨出部８ｃは、収容孔８ａの径方向外側端部と径方向に離間するように、本実施の形態では、先端に向かうほど収容孔８ａとの径方向の間隔が大きくなるように形成されている。

又、収容孔８ａの周方向両端における延設孔８ｂ（膨出部８ｃ）同士の間の幅角度（回転軸７中心を中心とした角度）θａは、図２に示すように、ティース４の径方向内側両端部の幅角度をθｂとして、０．６６５θｂ≦θａ≦０．７８５θｂ、又は、０．９４θｂ≦θａ≦１．０６θｂを満たすように設定されている。又、本実施の形態では、前記幅角度θａは、更に、０．６８７θｂ≦θａ≦０．７６３θｂ、又は、０．９６２θｂ≦θａ≦１．０３８θｂを満たすように設定されている。又、本実施の形態では、前記幅角度θａは、更に、０．７２θｂ≦θａ≦０．７３θｂ、又は、０．９９５θｂ≦θａ≦１．００５θｂを満たす値であって、（θａ＝）０．７２５θｂに設定されている。言い換えると、収容孔８ａの周方向両端における延設孔８ｂ（膨出部８ｃ）同士の間の幅角度θａは、ティース４の径方向内側両端部の幅角度θｂの７２．５％に設定されている。

ここで、ティース４の径方向内側両端部の幅角度θｂに対する収容孔８ａの周方向両端における延設孔８ｂ（膨出部８ｃ）同士の間の幅角度θａ（即ちθａ／θｂ）を変化させていった際のコギングトルクの移り変わりを測定した実験結果を、図３（θａ／θｂ−コギングトルク特性図）に従って説明する。

まず、図４に示すように、θａ／θｂを５８．７５％（幅角度θａを０．５８７５θｂ）とした場合、図３に示すように、コギングトルクは略最大（コギングトルクが大きくなる極値であって略１００％）となる。又、図５に示すように、θａ／θｂを６６．５％（幅角度θａを０．６６５θｂ）とした場合、図３に示すように、コギングトルクは小さく（最大コギングトルクの略５０％）となる。又、図示しないが、θａ／θｂを６８．７％（幅角度θａを０．６８７θｂ）とした場合、図３に示すように、コギングトルクは更に小さく（最大コギングトルクの略２５％）となる。又、本実施の形態（図２参照）のように、θａ／θｂを７２％〜７３％の範囲であって７２．５％（幅角度θａを０．７２θｂ〜０．７３θｂの範囲であって、０．７２５θｂ）とした場合、図３に示すように、コギングトルクは略最小（コギングトルクが小さくなる極値）となる。又、図示しないが、θａ／θｂを７６．３％（幅角度θａを０．７６３θｂ）とした場合、図３に示すように、コギングトルクは、θａ／θｂを６８．７％（幅角度θａを０．６８７θｂ）とした場合と同様（最大コギングトルクの略２５％）となる。又、図６に示すように、θａ／θｂを７８．５％（幅角度θａを０．７８５θｂ）とした場合、図３に示すように、コギングトルクは、θａ／θｂを６６．５％（幅角度θａを０．６６５θｂ）とした場合と同様（最大コギングトルクの略５０％）となる。

又、図７に示すように、θａ／θｂを８６．２５％（幅角度θａを０．８６２５θｂ）とした場合、図３に示すように、コギングトルクは略最大（コギングトルクが大きくなる極値であって略１００％）となる。又、図８に示すように、θａ／θｂを９４％（幅角度θａを０．９４θｂ）とした場合、図３に示すように、コギングトルクは小さく（最大コギングトルクの略５０％）となる。又、図示しないが、θａ／θｂを９６．２％（幅角度θａを０．９６２θｂ）とした場合、図３に示すように、コギングトルクは更に小さく（最大コギングトルクの略２５％）となる。又、図９に示すように、θａ／θｂを９９．５％〜１００．５％の範囲であって１００％（幅角度θａを０．９９５θｂ〜１．００５θｂの範囲であって、θｂ）とした場合、図３に示すように、コギングトルクは略最小（コギングトルクが小さくなる極値）となる。又、図示しないが、θａ／θｂを１０３．８％（幅角度θａを１．０３８θｂ）とした場合、図３に示すように、コギングトルクは、θａ／θｂを９６．２％（幅角度θａを０．９６２θｂ）とした場合と同様（最大コギングトルクの略２５％）となる。又、図１０に示すように、θａ／θｂを１０６％（幅角度θａを１．０６θｂ）とした場合、図３に示すように、コギングトルクは、θａ／θｂを９４％（幅角度θａを０．９４θｂ）とした場合と同様（最大コギングトルクの略５０％）となる。これらの実験結果から、本実施の形態では、θａ／θｂを７２．５％に設定している。

次に、上記実施の形態の特徴的な作用効果を以下に記載する。
（１）磁石９（磁極）が１０個（１０極）でティース４（スロット）が１２個の埋込磁石型モータにおいて、ロータコア８には、収容孔８ａの周方向両端より径方向外側に延びる延設孔８ｂが収容孔８ａと連続して形成されるため、漏れ磁束（磁石９のＮ極から直ぐに自身のＳ極に向かう磁束）を小さくすることができる。その結果、高効率化を図ることができる。しかも、収容孔８ａの周方向両端における延設孔８ｂ（膨出部８ｃ）同士の間の幅角度θａは、ティース４の径方向内側両端部の幅角度をθｂとして、０．７２５θｂ（θａ／θｂが７２．５％）に設定されるため、図３に示すように、コギングトルクを略最小（θａ／θｂを変化させた際にコギングトルクが小さくなる極値）とすることができる。

（２）収容孔８ａの周方向両端より径方向外側に延びる延設孔８ｂは、径方向外側端部から周方向の磁石９側に延びる膨出部８ｃを有し、その膨出部８ｃは、収容孔８ａの径方向外側端部と径方向に離間するように形成される。よって、膨出部８ｃ（延設孔８ｂ）と収容孔８ａとの間に磁路（ロータコア８の一部）が形成されることになり、磁石９（その磁束）の有効利用が阻害されることは防止される。

（３）収容孔８ａは、軸方向から見て径方向の直交方向に延びる直線状に形成される。そして、収容孔８ａに配設される磁石９は、略直方体形状に形成されるため、形状が単純で容易に製造することができ、ひいては低コスト化を図ることができる。

上記実施の形態は、以下のように変更してもよい。
・上記実施の形態では、収容孔８ａの周方向両端における延設孔８ｂ（膨出部８ｃ）同士の間の幅角度θａは、ティース４の径方向内側両端部の幅角度をθｂとして、０．７２５θｂ（θａ／θｂが７２．５％）に設定されるとしたが、０．６６５θｂ≦θａ≦０．７８５θｂ、又は、０．９４θｂ≦θａ≦１．０６θｂを満たせば、変更してもよい。

例えば、図５に示すように、θａを０．６６５θｂ（θａ／θｂを６６．５％）となるように延設孔８ｂを変更してもよい。尚、この場合の膨出部８ｄは、上記実施の形態の膨出部８ｃより周方向の膨出量が若干大きくなる。又、例えば、図６に示すように、θａを０．７８５θｂ（θａ／θｂを７８．５％）となるように延設孔８ｂを変更してもよい。尚、この場合の膨出部８ｅは、上記実施の形態の膨出部８ｃより周方向の膨出量が若干小さくなる。又、例えば、図８に示すように、θａを０．９４θｂ（θａ／θｂを９４％）となるように延設孔８ｂを変更してもよい。尚、この場合の膨出部８ｆは、上記実施の形態の膨出部８ｃより周方向の膨出量が小さくなる。又、例えば、図１０に示すように、θａを１．０６θｂ（θａ／θｂを１０６％）となるように延設孔８ｂを変更してもよい。尚、この場合、膨出部は形成されず、逆に、延設孔８ｂは、収容孔８ａの周方向両端における延設孔８ｂ同士の間の幅角度θａを大きくするように、径方向外側に向かうほど反磁石９側に向かう傾斜面８ｇを有することになる。これらのようにしても、コギングトルクを小さく（最大コギングトルクの略５０％以下（図３参照））とすることができる。

又、更に、前記幅角度θａが、０．６８７θｂ≦θａ≦０．７６３θｂ、又は、０．９６２θｂ≦θａ≦１．０３８θｂを満たすように変更してもよい。このようにすると、コギングトルクを更に小さく（最大コギングトルクの２５％以下（図３参照））とすることができる。

又、更に、前記幅角度θａが、０．７２θｂ≦θａ≦０．７３θｂ、又は、０．９９５θｂ≦θａ≦１．００５θｂを満たすように変更してもよい。例えば、図９に示すように、θａをθｂ（θａ／θｂを１００％）となるように延設孔８ｂを変更してもよい。尚、この場合、膨出部は形成されない。このようにしても、コギングトルクを略最小（コギングトルクが小さくなる極値）とすることができる。

・上記実施の形態では、収容孔８ａは、軸方向から見て径方向の直交方向に延びる直線状に形成され、収容孔８ａに配設される磁石９は、略直方体形状に形成されるとしたが、収容孔及び磁石の形状は、これに限定されず、他の形状に変更してもよい。例えば、収容孔及び磁石の形状を、軸方向から見て湾曲した形状に変更してもよい。

・上記実施の形態では、延設孔８ｂに何も配設していない（即ち空隙としている）が、これに限定されず、延設孔８ｂに非磁性材を配設（収容保持）してもよい。
上記各実施の形態から把握できる技術的思想について、以下にその効果とともに記載する。

（イ）前記収容孔の周方向両端における前記延設孔同士の間の幅角度θａは、更に、０．７２θｂ≦θａ≦０．７３θｂ、又は、０．９９５θｂ≦θａ≦１．００５θｂを満たすように設定されたことを特徴とする。

同構成によれば、収容孔の周方向両端における延設孔同士の間の幅角度θａは、更に、０．７２θｂ≦θａ≦０．７３θｂ、又は、０．９９５θｂ≦θａ≦１．００５θｂを満たすように設定されるため、コギングトルクを略最小（コギングトルクが小さくなる極値（図３参照））とすることができる。

（ロ）前記延設孔は、径方向外側端部から周方向の前記磁石側に延びる膨出部を有し、前記膨出部は、前記収容孔の径方向外側端部と径方向に離間するように形成されたことを特徴とする。

同構成によれば、延設孔は、径方向外側端部から周方向の磁石側に延びる膨出部を有し、その膨出部は、収容孔の径方向外側端部と径方向に離間するように形成されるため、膨出部（延設孔）と収容孔との間に磁路（ロータコアの一部）が形成されることになり、磁石（その磁束）の有効利用が阻害されることは防止される。

（ハ）請求項１、２及び上記（イ）、（ロ）のいずれか１つに記載の埋込磁石型モータにおいて、前記収容孔は、軸方向から見て径方向の直交方向に延びる直線状に形成され、前記磁石は、略直方体形状に形成されたことを特徴とする埋込磁石型モータ。

同構成によれば、収容孔は、軸方向から見て径方向の直交方向に延びる直線状に形成される。そして、磁石は、略直方体形状に形成されるため、形状が単純で容易に製造することができ、ひいては低コスト化を図ることができる。

本実施の形態における埋込磁石型モータのステータ及びロータの平面図。 本実施の形態におけるステータ及びロータの部分拡大図。 θａ／θｂ−コギングトルク特性図。 実験に使用したステータ及びロータの部分拡大図。 実験に使用した別例のステータ及びロータの部分拡大図。 実験に使用した別例のステータ及びロータの部分拡大図。 実験に使用したステータ及びロータの部分拡大図。 実験に使用した別例のステータ及びロータの部分拡大図。 実験に使用した別例のステータ及びロータの部分拡大図。 実験に使用した別例のステータ及びロータの部分拡大図。

符号の説明

１…ステータ、２…ロータ、４…ティース、６…巻線、８…ロータコア、８ａ…収容孔、８ｂ…延設孔、９…磁石、θａ，θｂ…幅角度。

Claims (2)

1. 略円筒状に形成され周方向等角度間隔で軸中心に向かって延びるように形成された１２個のティースに巻線が巻回されたステータと、
   前記ステータの内側に回転可能に収容され、軸方向に貫通する収容孔が周方向に１０個形成されたロータコアを有し、各前記収容孔にそれぞれ磁石が配設された１０極のロータと
   を備えた埋込磁石型モータであって、
   前記ロータコアには、前記収容孔の周方向両端より径方向外側に延びる延設孔が前記収容孔と連続して形成され、前記延設孔は、径方向外側端部から周方向の前記磁石側に延びる膨出部を有し、前記膨出部は、前記収容孔の径方向外側端部と径方向に離間するように形成され、
   前記収容孔の周方向両端における前記膨出部同士の間の幅角度θａは、
   前記ティースの径方向内側両端部の幅角度をθｂとして、
   ０．６６５θｂ≦θａ≦０．７８５θｂ、又は、０．９４θｂ≦θａ≦１．０６θｂ
   を満たすように設定されたことを特徴とする埋込磁石型モータ。
2. 請求項１に記載の埋込磁石型モータにおいて、
   前記収容孔の周方向両端における前記膨出部同士の間の幅角度θａは、更に、
   ０．６８７θｂ≦θａ≦０．７６３θｂ、又は、０．９６２θｂ≦θａ≦１．０３８θｂ
   を満たすように設定されたことを特徴とする埋込磁石型モータ。

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