JP4740480B2 - 回転電機 - Google Patents
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Description
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、カーエアコンの送風用モータ等の回転電機に関する。
【０００２】
【従来の技術】
カーエアコンの送風用等のモータは、例えば円筒状のヨークを備えている。ヨークの内周面には、この内周面に対応して湾曲された板状のマグネットが一対固定されており、一対のマグネットは、互いに対向している。
【０００３】
ヨーク内には回転子が回転可能に収容されており、回転子の回転中心には駆動軸が連結されると共に、回転子には所定数のコアが回転方向へ等間隔に設けられている。各コアには矩形板状のティースが設けられており、ティースは、ヨーク側へ延伸して、巻線が巻回された構成である。
【０００４】
ここで、特にカーエアコンの送風用モータは、車室内で使われるため、その使用環境から回転時の静粛性を強く要求されている。このため、カーエアコンの送風用モータにおけるモータ軸受構造には、回転子（アーマチャ）の振動を伝え易い所謂ボールベアリングより、回転子の振動が伝わりにくい燒結金属から成る所謂すべり軸受が一般的に使用されている。
【０００５】
しかしながら、このすべり軸受では、モータの駆動軸との接触部分に油が必要であり、このため、油の管理や油の飛散による不具合が発生する。
【０００６】
さらに、このすべり軸受では、ワッシャ類等が必要となって構成部品が多くなり、このため、モータ軸受構造及びモータ軸受構造の製造工程が複雑となる。
【０００７】
一方、モータ軸受構造にボールベアリングを使用すると、すべり軸受と異なり、駆動軸との接触部分に油が不要となって油の管理や油の飛散による不具合が発生せず、かつ、ワッシャ類等が不要になってモータ軸受構造及びモータ軸受構造の製造工程が相当簡素化される。
【０００８】
ところで、ボールベアリングでは、特に回転子の所謂コギングトルク（マグネットの回転子に対する吸引力または反発力の変動により回転子に発生するトルク）による振動を伝え易い。このため、このコギングトルクを低減することが、回転子の振動低減ひいてはモータ回転時の静粛性確保に有効である。
【０００９】
ここで、コギングトルクを低減する手段としては、マグネットの肉厚を湾曲方向両端へ向けて次第に薄くする方法があるが、この方法では、振動を伝え易いボールベアリングをカーエアコンの送風用モータに使用できるレベルまでのコギングトルク低減効果を得ることができない。
【００１０】
さらに、コギングトルクを低減する手段として、ティースを湾曲させたコアを使用する所謂コアスキューの方法もあるが、この方法では、コギングトルクは低減できるものの、巻線の巻回面積が減少する等のデメリットが生じるという問題がある。
【００１１】
【発明が解決しようとする課題】
本発明は上記事実を考慮し、巻線の巻回面積が減少する等のデメリットが生じることなくコギングトルクを良好に低減できる回転電機を得ることが目的である。
【００１２】
【課題を解決するための手段】
請求項１に記載の回転電機は、筒状とされ、内周面に対応して湾曲された板状のマグネットが該内周面に固定されたヨークと、前記ヨーク内に回転可能に収容されると共に回転中心に駆動軸が連結され、前記ヨーク側へ延伸して巻線が巻回される板状のティースを有する所定数のコアが回転方向へ等間隔に設けられた回転子と、を備えた回転電機であって、前記マグネットの上部及び下部における湾曲方向両端に前記マグネットの上下方向長さが小さくなるように傾斜したテーパー部を形成し、かつ、前記回転子に設けられた前記コアの総数をＺとし、前記回転子外周の直径をＤとし、前記ティースの前記回転子外周方向に沿った幅をＴとし、前記回転子外周面の上辺及び下辺が前記マグネットの湾曲方向両端の前記テーパー部に対向する点間の前記回転子外周方向に沿った最短長さをＸとし、前記Ｘ範囲中央の前記マグネットに前記ティースが対向する際に前記Ｘ範囲の前記マグネットに全体が対向する前記ティースの総数をｎとするとき、（Ｄπ／Ｚ）×ｎ＋Ｔ＜Ｘ＜（Ｄπ／Ｚ）×（ｎ＋１）−Ｔ、または、（Ｄπ／Ｚ）×（ｎ−１）＋Ｔ＜Ｘ＜（Ｄπ／Ｚ）×ｎ−Ｔとし、前記マグネットの前記Ｘ範囲中央に対し前記コアが対称に配置され、かつ、前記Ｘ範囲両端縁の前記マグネットに前記ティースが対向しない場合に、前記Ｘ範囲の前記マグネットに対向する前記ティースに流れる磁束が安定する際において、この磁束安定状態を前記Ｘ範囲両端縁に最も接近する前記ティースのそれぞれが前記Ｘ範囲外の前記マグネットに対向する場合と前記Ｘ範囲両端縁に最も接近する前記ティースのそれぞれが前記Ｘ範囲の前記マグネットに対向する場合とに前記回転子の２π／Ｚ回転毎に２回発生させるように構成した、ことを特徴としている。
【００１３】
請求項１に記載の回転電機では、マグネットの上部及び下部における湾曲方向両端にマグネットの上下方向長さが小さくなるように傾斜したテーパー部が形成されているため、マグネットの回転子に対する吸引力または反発力が急激に変動せず、回転子に発生するコギングトルクを低減することができる。
【００１４】
ここで、請求項１に記載の回転電機では、マグネットからの発生磁束がヨークと回転子のコアとに流れる磁気回路を形成している。このため、回転子外周面の上辺及び下辺がマグネットの湾曲方向両端のテーパー部に対向する点間の回転子外周方向に沿った最短長さをＸとすると、マグネットのＸ範囲中央に対しコアが対称に配置され、かつ、Ｘ範囲両端縁のマグネットにコアのティースが対向しない場合に、Ｘ範囲のマグネットに対向するティースに流れる磁束が安定する。さらに、この磁束安定状態から回転子を回転させようとすると、次の磁束安定状態まで前記磁束が変動（減少及び増加）して、前記磁束の変動量でコギングトルクが発生する。
【００１５】
したがって、回転子に設けられたコアの総数（スロット数）をＺとすると、通常、磁束安定状態は回転子の２π／Ｚ（１スロット）回転毎に１回発生し、かつ、各磁束安定状態の間では前記磁束が変動してコギングトルクが発生する。
【００１６】
ところで、磁束安定状態を回転子の２π／Ｚ（１スロット）回転毎に２回発生させることができれば、各磁束安定状態の間での前記磁束の変動を分割低減させて、発生するコギングトルクを一層低減（磁束安定状態が回転子の２π／Ｚ回転毎に１回発生する場合に比し半減）できる。
【００１７】
ここで、回転子外周の直径をＤとし、ティースの回転子外周方向に沿った幅をＴとすると、
Ｘ範囲中央のマグネットにティースが対向する際に、Ｘ範囲のマグネットに全体が対向するティースの総数がｎ（ｎは１以上Ｚ以下の整数）であり、かつ、Ｘ範囲両端縁のマグネットにティースが対向しない条件（前記磁束が安定する条件）は、
（Ｄπ／Ｚ）×（ｎ−１）＋Ｔ＜Ｘ＜（Ｄπ／Ｚ）×（ｎ＋１）−Ｔ・・・式（１）
である。
【００１８】
さらに、Ｘ範囲中央のマグネットにティースが対向する状態から回転子がπ／Ｚ（半スロット）回転した際に、Ｘ範囲のマグネットに全体が対向するティースの総数がｎ＋１であり、かつ、Ｘ範囲両端縁のマグネットにティースが対向しない条件（前記磁束が安定する条件）は、
（Ｄπ／Ｚ）×ｎ＋Ｔ＜Ｘ＜（Ｄπ／Ｚ）×（ｎ＋２）−Ｔ・・・式（２）
である。
【００１９】
また、Ｘ範囲中央のマグネットにティースが対向する状態から回転子がπ／Ｚ（半スロット）回転した際に、Ｘ範囲のマグネットに全体が対向するティースの総数がｎ−１であり、かつ、Ｘ範囲両端縁のマグネットにティースが対向しない条件（前記磁束が安定する条件）は、
（Ｄπ／Ｚ）×（ｎ−２）＋Ｔ＜Ｘ＜（Ｄπ／Ｚ）×ｎ−Ｔ・・・式（３）
である。
【００２０】
このため、請求項１に記載の回転電機では、式（１）及び式（２）による（Ｄπ／Ｚ）×ｎ＋Ｔ＜Ｘ＜（Ｄπ／Ｚ）×（ｎ＋１）−Ｔ、または、式（１）及び式（３）による（Ｄπ／Ｚ）×（ｎ−１）＋Ｔ＜Ｘ＜（Ｄπ／Ｚ）×ｎ−Ｔとされており、これにより、磁束安定状態を回転子の２π／Ｚ回転毎（１スロット毎）に２回発生させることができる。したがって、コアスキューの方法を使用する際の如く巻線の巻回面積が減少する等のデメリットが生じることなく、発生するコギングトルクを良好に低減できる。
【００２１】
これにより、回転子の振動を低減させて、回転電機の回転時の静粛性を確保でき、したがって、回転電機が回転時の静粛性を強く要求される場合でも、回転電機軸受構造にボールベアリングを使用できる。
【００２２】
しかも、回転電機軸受構造にボールベアリングを使用すれば、回転電機軸受構造にすべり軸受を使用する場合と異なり、駆動軸との接触部分に油が不要となって油の管理や油の飛散による不具合が発生せず、かつ、ワッシャ類等が不要になって回転電機軸受構造及び回転電機軸受構造の製造工程が相当簡素化される。
【００２３】
【発明の実施の形態】
図２には、本発明の実施の形態に係る回転電機としてのモータ１０の主要部が平面図にて示されている。
【００２４】
本実施の形態に係るモータ１０は、カーエアコンの送風用のものであり、円筒状のヨーク１２を備えている。
【００２５】
ヨーク１２の内周面には、この内周面に対応して湾曲された板状のマグネット１４が一対固定されており、一対のマグネット１４は、互いに対向すると共に、同一の形状とされている。また、各マグネット１４の肉厚は、湾曲方向両端へ向けて次第に薄くされている。
【００２６】
図１（Ｂ）に示す如く、各マグネット１４の上部及び下部における湾曲方向両端には傾斜した平面状のテーパー部１６が形成されており、これにより、各マグネット１４の上下方向長さが湾曲方向両端へ向けて次第に小さくされている。また、各マグネット１４は、湾曲方向中央線及び上下方向中央線に対し対称とされている。
【００２７】
ヨーク１２内には回転子１８が回転可能に収容されており、回転子１８の回転中心には駆動軸２０が連結されると共に、回転子１８には所定数のコア２２が回転方向へ等間隔に設けられている。図１（Ｂ）に示す如く、コア２２の上下方向長さはマグネット１４の湾曲方向両端面の上下方向長さよりも大きくされると共に、コア２２の上下方向中央とマグネット１４の上下方向中央との高さは一致している。
【００２８】
各コア２２には矩形板状のティース２４が設けられており、各ティース２４は、ヨーク１２側へ延伸して、巻線（図示省略）が巻回されている。また、各ティース２４の先端には傘部２６が形成されており、各傘部２６は、ティース２４から回転子１８回転方向両側へ突出して、ティース２４からの巻線の脱落を阻止している。
【００２９】
ここで、回転子１８に設けられたコア２２の総数（スロット数）をＺ（本実施の形態では１２）とし、図１（Ａ）に示す如く、回転子１８外周の直径をＤ（本実施の形態では４４．７ｍｍ）とし、ティース２４の回転子１８外周方向に沿った幅をＴ（本実施の形態では２．４ｍｍ）とし、回転子１８外周面の上辺及び下辺がマグネット１４の湾曲方向両端のテーパー部１６に対向する点間の回転子１８外周方向に沿った最短長さをＸとし、Ｘ範囲中央のマグネット１４にティース２４が対向する際にＸ範囲のマグネット１４に全体が対向するティース２４の総数をｎ（ｎは１以上Ｚ以下の整数であり、本実施の形態では３）とするとき、Ｘが、図３及び図４の場合の（Ｄπ／Ｚ）×ｎ＋Ｔ＜Ｘ＜（Ｄπ／Ｚ）×（ｎ＋１）−Ｔ、または、図５及び図６の場合の（Ｄπ／Ｚ）×（ｎ−１）＋Ｔ＜Ｘ＜（Ｄπ／Ｚ）×ｎ−Ｔとされた構成である。
【００３０】
次に、本実施の形態の作用を説明する。
【００３１】
以上の構成のモータ１０では、マグネット１４の上部及び下部における湾曲方向両端にマグネット１４の上下方向長さが小さくなるように傾斜したテーパー部１６が形成されているため、マグネット１４の回転子１８に対する吸引力または反発力が急激に変動せず、回転子１８に発生するコギングトルクを低減することができる。
【００３２】
ここで、本実施の形態に係るモータ１０では、マグネット１４からの発生磁束がヨーク１２と回転子１８のコア２２とに流れる磁気回路Ｙを形成している。このため、マグネット１４のＸ範囲中央に対しコア２２が対称に配置され、かつ、Ｘ範囲両端縁のマグネット１４にコア２２のティース２４が対向しない場合に、Ｘ範囲のマグネット１４に対向するティース２４に流れる磁束が安定する。さらに、この磁束安定状態から回転子１８を回転させようとすると、次の磁束安定状態まで前記磁束が変動（減少及び増加）して、前記磁束の変動量でコギングトルクが発生する。
【００３３】
したがって、通常、磁束安定状態は回転子１８の２π／Ｚ（１スロット）回転毎に１回発生し、かつ、各磁束安定状態の間では前記磁束が変動してコギングトルクが発生する（図１５参照）。
【００３４】
ところで、図７に示す如く、磁束安定状態を回転子１８の２π／Ｚ（１スロット）回転毎に２回発生させることができれば、各磁束安定状態の間での前記磁束の変動を分割低減させて、発生するコギングトルクを一層低減（磁束安定状態が回転子１８の２π／Ｚ回転毎に１回発生する場合に比し半減）できる。
【００３５】
ここで、図３及び図５に示す如く、Ｘ範囲中央のマグネット１４にティース２４が対向する際に、Ｘ範囲のマグネット１４に全体が対向するティース２４の総数がｎであり、かつ、Ｘ範囲両端縁のマグネット１４にティース２４が対向しない条件（前記磁束が安定する条件）は、
（Ｄπ／Ｚ）×（ｎ−１）＋Ｔ＜Ｘ＜（Ｄπ／Ｚ）×（ｎ＋１）−Ｔ・・・式（１）
である。
【００３６】
さらに、図４に示す如く、Ｘ範囲中央のマグネット１４にティース２４が対向する状態から回転子１８がπ／Ｚ（半スロット）回転した際に、Ｘ範囲のマグネット１４に全体が対向するティース２４の総数がｎ＋１であり、かつ、Ｘ範囲両端縁のマグネット１４にティース２４が対向しない条件（前記磁束が安定する条件）は、
（Ｄπ／Ｚ）×ｎ＋Ｔ＜Ｘ＜（Ｄπ／Ｚ）×（ｎ＋２）−Ｔ・・・式（２）
である。
【００３７】
また、図６に示す如く、Ｘ範囲中央のマグネット１４にティース２４が対向する状態から回転子１８がπ／Ｚ（半スロット）回転した際に、Ｘ範囲のマグネット１４に全体が対向するティース２４の総数がｎ−１であり、かつ、Ｘ範囲両端縁のマグネットにティースが対向しない条件（前記磁束が安定する条件）は、
（Ｄπ／Ｚ）×（ｎ−２）＋Ｔ＜Ｘ＜（Ｄπ／Ｚ）×ｎ−Ｔ・・・式（３）
である。
【００３８】
このため、本実施の形態のモータ１０では、式（１）及び式（２）による図３及び図４の場合の（Ｄπ／Ｚ）×ｎ＋Ｔ＜Ｘ＜（Ｄπ／Ｚ）×（ｎ＋１）−Ｔ、または、式（１）及び式（３）による図５及び図６の場合の（Ｄπ／Ｚ）×（ｎ−１）＋Ｔ＜Ｘ＜（Ｄπ／Ｚ）×ｎ−Ｔとされており、これにより、磁束安定状態を回転子１８の２π／Ｚ回転毎（１スロット毎）に２回発生させることができる。したがって、コアスキューの方法を使用する際の如く巻線の巻回面積が減少する等のデメリットが生じることなく、発生するコギングトルクを良好に低減できる（図８参照）。
【００３９】
これにより、回転子１８の振動を低減させて、モータ１０の回転時の静粛性を確保でき、したがって、本実施の形態の如くモータ１０が回転時の静粛性を強く要求される場合でも、モータ１０軸受構造にボールベアリングを使用できる。
【００４０】
しかも、モータ１０軸受構造にボールベアリングを使用すれば、モータ１０軸受構造にすべり軸受を使用する場合と異なり、駆動軸２０との接触部分に油が不要となって油の管理や油の飛散による不具合が発生せず、かつ、ワッシャ類等が不要になってモータ１０軸受構造及びモータ１０軸受構造の製造工程が相当簡素化される。
【００４１】
さらにここで、本実施の形態に係るモータ１０では、マグネット１４の肉厚を湾曲方向両端へ向けて次第に薄くしたため、マグネット１４の回転子１８に対する吸引力または反発力が更に一層急激に変動せず、回転子１８に発生するコギングトルクを一層良好に低減することができる。
【００４２】
なお、マグネット１４が高性能であるために小型にできる場合に、図５及び図６の如く（Ｄπ／Ｚ）×（ｎ−１）＋Ｔ＜Ｘ＜（Ｄπ／Ｚ）×ｎ−Ｔとすると、特に有効である。
【００４３】
また、本実施の形態では、マグネット１４を湾曲方向中央線及び上下方向中央線に対し対称とした構成としたが、図９に示すモータ３０（回転電機）の如くマグネット３２を湾曲方向中央線及び上下方向中央線に対し非対称としかつ中心点に対して点対称とした構成や、図１０に示すモータ４０（回転電機）の如くマグネット４２を湾曲方向中央線に対して非対称とした構成としてもよい。なお、図９に示すモータ３０では、回転子１８外周面の上辺がマグネット３２の左上のテーパー部１６に対向する点と回転子１８外周面の下辺がマグネット３２の右下のテーパー部１６に対向する点との間の回転子１８外周方向に沿った最短長さがＸとなる。
【００４４】
さらに、本実施の形態では、一対のマグネット１４を対向して配置した構成としたが、これに限定されず、マグネットは偶数個であれば良い。
【００４５】
また、本実施の形態では、テーパー部１６を平面状とした構成としたが、テーパー部を曲面状とした構成としてもよい。
【００４６】
（比較例）
図１１及び図１２に示す第１比較例に係るモータ５０（回転電機）では、Ｘ範囲中央のマグネット５２にティース２４が対向する際にＸ範囲両端縁のマグネット５２にティース２４が対向して前記磁束が安定しない（図１１参照）一方、この状態から回転子１８がπ／Ｚ（半スロット）回転した際にＸ範囲両端縁のマグネット５２にティース２４が対向しないで前記磁束が安定する（図１２参照）。
【００４７】
また、図１３及び図１４に示す第２比較例に係るモータ６０（回転電機）では、Ｘ範囲中央のマグネット６２にティース２４が対向する際にＸ範囲両端縁のマグネット６２にティース２４が対向しないで前記磁束が安定する（図１３参照）一方、この状態から回転子１８がπ／Ｚ（半スロット）回転した際にＸ範囲両端縁のマグネット６２にティース２４が対向して前記磁束が安定しない（図１４参照）。
【００４８】
したがって、このようなモータ５０及びモータ６０では、図１５に示す如く、磁束安定状態が回転子１８の２π／Ｚ（１スロット）回転毎に１回しか発生しないため、各磁束安定状態の間で前記磁束が大きく変動して大きなコギングトルクが発生する。
【図面の簡単な説明】
【図１】（Ａ）は、本発明の実施の形態に係るモータの主要部を示す一部省略した平面図であり、（Ｂ）は、本発明の実施の形態に係るマグネットを示す側面図である。
【図２】本発明の実施の形態に係るモータの主要部を示す平面図である。
【図３】（Ｄπ／Ｚ）×ｎ＋Ｔ＜Ｘ＜（Ｄπ／Ｚ）×（ｎ＋１）−ＴとされたマグネットにおいてＸ範囲中央のマグネットにティースが対向する際を示す回転子外周方向に沿って平面に展開した展開図である。
【図４】図３のマグネットにおいてＸ範囲中央のマグネットにティースが対向する状態から回転子がπ／Ｚ回転した際を示す回転子外周方向に沿って平面に展開した展開図である。
【図５】（Ｄπ／Ｚ）×（ｎ−１）＋Ｔ＜Ｘ＜（Ｄπ／Ｚ）×ｎ−ＴとされたマグネットにおいてＸ範囲中央のマグネットにティースが対向する際を示す回転子外周方向に沿って平面に展開した展開図である。
【図６】図５のマグネットにおいてＸ範囲中央のマグネットにティースが対向する状態から回転子がπ／Ｚ回転した際を示す回転子外周方向に沿って平面に展開した展開図である。
【図７】本発明の実施の形態において回転子回転時間と発生するコギングトルクとの関係を示すグラフである。
【図８】Ｘ寸法と発生するコギングトルクとの関係を示すグラフである。
【図９】湾曲方向中央線及び上下方向中央線に対し非対称とされかつ中心点に対して点対称とされたマグネットが取り付けられたモータのマグネット等を回転子外周方向に沿って平面に展開した展開図である。
【図１０】湾曲方向中央線に対して非対称とされたマグネットが取り付けられたモータの主要部を示す平面図である。
【図１１】第１比較例に係るモータにおいてＸ範囲中央のマグネットにティースが対向する際を示す回転子外周方向に沿って平面に展開した展開図である。
【図１２】第１比較例に係るモータにおいてＸ範囲中央のマグネットにティースが対向する状態から回転子がπ／Ｚ回転した際を示す回転子外周方向に沿って平面に展開した展開図である。
【図１３】第２比較例に係るモータにおいてＸ範囲中央のマグネットにティースが対向する際を示す回転子外周方向に沿って平面に展開した展開図である。
【図１４】第２比較例に係るモータにおいてＸ範囲中央のマグネットにティースが対向する状態から回転子がπ／Ｚ回転した際を示す回転子外周方向に沿って平面に展開した展開図である。
【図１５】第１比較例や第２比較例において回転子回転時間と発生するコギングトルクとの関係を示すグラフである。
【符号の説明】
１０ モータ（回転電機）
１２ ヨーク
１４ マグネット
１６ テーパー部
１８ 回転子
２０ 駆動軸
２２ コア
２４ ティース
３０ モータ（回転電機）
３２ マグネット
４０ モータ（回転電機）
４２ マグネット
５０ モータ（回転電機）
５２ マグネット
６０ モータ（回転電機）
６２ マグネット
【発明の属する技術分野】
本発明は、カーエアコンの送風用モータ等の回転電機に関する。
【０００２】
【従来の技術】
カーエアコンの送風用等のモータは、例えば円筒状のヨークを備えている。ヨークの内周面には、この内周面に対応して湾曲された板状のマグネットが一対固定されており、一対のマグネットは、互いに対向している。
【０００３】
ヨーク内には回転子が回転可能に収容されており、回転子の回転中心には駆動軸が連結されると共に、回転子には所定数のコアが回転方向へ等間隔に設けられている。各コアには矩形板状のティースが設けられており、ティースは、ヨーク側へ延伸して、巻線が巻回された構成である。
【０００４】
ここで、特にカーエアコンの送風用モータは、車室内で使われるため、その使用環境から回転時の静粛性を強く要求されている。このため、カーエアコンの送風用モータにおけるモータ軸受構造には、回転子（アーマチャ）の振動を伝え易い所謂ボールベアリングより、回転子の振動が伝わりにくい燒結金属から成る所謂すべり軸受が一般的に使用されている。
【０００５】
しかしながら、このすべり軸受では、モータの駆動軸との接触部分に油が必要であり、このため、油の管理や油の飛散による不具合が発生する。
【０００６】
さらに、このすべり軸受では、ワッシャ類等が必要となって構成部品が多くなり、このため、モータ軸受構造及びモータ軸受構造の製造工程が複雑となる。
【０００７】
一方、モータ軸受構造にボールベアリングを使用すると、すべり軸受と異なり、駆動軸との接触部分に油が不要となって油の管理や油の飛散による不具合が発生せず、かつ、ワッシャ類等が不要になってモータ軸受構造及びモータ軸受構造の製造工程が相当簡素化される。
【０００８】
ところで、ボールベアリングでは、特に回転子の所謂コギングトルク（マグネットの回転子に対する吸引力または反発力の変動により回転子に発生するトルク）による振動を伝え易い。このため、このコギングトルクを低減することが、回転子の振動低減ひいてはモータ回転時の静粛性確保に有効である。
【０００９】
ここで、コギングトルクを低減する手段としては、マグネットの肉厚を湾曲方向両端へ向けて次第に薄くする方法があるが、この方法では、振動を伝え易いボールベアリングをカーエアコンの送風用モータに使用できるレベルまでのコギングトルク低減効果を得ることができない。
【００１０】
さらに、コギングトルクを低減する手段として、ティースを湾曲させたコアを使用する所謂コアスキューの方法もあるが、この方法では、コギングトルクは低減できるものの、巻線の巻回面積が減少する等のデメリットが生じるという問題がある。
【００１１】
【発明が解決しようとする課題】
本発明は上記事実を考慮し、巻線の巻回面積が減少する等のデメリットが生じることなくコギングトルクを良好に低減できる回転電機を得ることが目的である。
【００１２】
【課題を解決するための手段】
請求項１に記載の回転電機は、筒状とされ、内周面に対応して湾曲された板状のマグネットが該内周面に固定されたヨークと、前記ヨーク内に回転可能に収容されると共に回転中心に駆動軸が連結され、前記ヨーク側へ延伸して巻線が巻回される板状のティースを有する所定数のコアが回転方向へ等間隔に設けられた回転子と、を備えた回転電機であって、前記マグネットの上部及び下部における湾曲方向両端に前記マグネットの上下方向長さが小さくなるように傾斜したテーパー部を形成し、かつ、前記回転子に設けられた前記コアの総数をＺとし、前記回転子外周の直径をＤとし、前記ティースの前記回転子外周方向に沿った幅をＴとし、前記回転子外周面の上辺及び下辺が前記マグネットの湾曲方向両端の前記テーパー部に対向する点間の前記回転子外周方向に沿った最短長さをＸとし、前記Ｘ範囲中央の前記マグネットに前記ティースが対向する際に前記Ｘ範囲の前記マグネットに全体が対向する前記ティースの総数をｎとするとき、（Ｄπ／Ｚ）×ｎ＋Ｔ＜Ｘ＜（Ｄπ／Ｚ）×（ｎ＋１）−Ｔ、または、（Ｄπ／Ｚ）×（ｎ−１）＋Ｔ＜Ｘ＜（Ｄπ／Ｚ）×ｎ−Ｔとし、前記マグネットの前記Ｘ範囲中央に対し前記コアが対称に配置され、かつ、前記Ｘ範囲両端縁の前記マグネットに前記ティースが対向しない場合に、前記Ｘ範囲の前記マグネットに対向する前記ティースに流れる磁束が安定する際において、この磁束安定状態を前記Ｘ範囲両端縁に最も接近する前記ティースのそれぞれが前記Ｘ範囲外の前記マグネットに対向する場合と前記Ｘ範囲両端縁に最も接近する前記ティースのそれぞれが前記Ｘ範囲の前記マグネットに対向する場合とに前記回転子の２π／Ｚ回転毎に２回発生させるように構成した、ことを特徴としている。
【００１３】
請求項１に記載の回転電機では、マグネットの上部及び下部における湾曲方向両端にマグネットの上下方向長さが小さくなるように傾斜したテーパー部が形成されているため、マグネットの回転子に対する吸引力または反発力が急激に変動せず、回転子に発生するコギングトルクを低減することができる。
【００１４】
ここで、請求項１に記載の回転電機では、マグネットからの発生磁束がヨークと回転子のコアとに流れる磁気回路を形成している。このため、回転子外周面の上辺及び下辺がマグネットの湾曲方向両端のテーパー部に対向する点間の回転子外周方向に沿った最短長さをＸとすると、マグネットのＸ範囲中央に対しコアが対称に配置され、かつ、Ｘ範囲両端縁のマグネットにコアのティースが対向しない場合に、Ｘ範囲のマグネットに対向するティースに流れる磁束が安定する。さらに、この磁束安定状態から回転子を回転させようとすると、次の磁束安定状態まで前記磁束が変動（減少及び増加）して、前記磁束の変動量でコギングトルクが発生する。
【００１５】
したがって、回転子に設けられたコアの総数（スロット数）をＺとすると、通常、磁束安定状態は回転子の２π／Ｚ（１スロット）回転毎に１回発生し、かつ、各磁束安定状態の間では前記磁束が変動してコギングトルクが発生する。
【００１６】
ところで、磁束安定状態を回転子の２π／Ｚ（１スロット）回転毎に２回発生させることができれば、各磁束安定状態の間での前記磁束の変動を分割低減させて、発生するコギングトルクを一層低減（磁束安定状態が回転子の２π／Ｚ回転毎に１回発生する場合に比し半減）できる。
【００１７】
ここで、回転子外周の直径をＤとし、ティースの回転子外周方向に沿った幅をＴとすると、
Ｘ範囲中央のマグネットにティースが対向する際に、Ｘ範囲のマグネットに全体が対向するティースの総数がｎ（ｎは１以上Ｚ以下の整数）であり、かつ、Ｘ範囲両端縁のマグネットにティースが対向しない条件（前記磁束が安定する条件）は、
（Ｄπ／Ｚ）×（ｎ−１）＋Ｔ＜Ｘ＜（Ｄπ／Ｚ）×（ｎ＋１）−Ｔ・・・式（１）
である。
【００１８】
さらに、Ｘ範囲中央のマグネットにティースが対向する状態から回転子がπ／Ｚ（半スロット）回転した際に、Ｘ範囲のマグネットに全体が対向するティースの総数がｎ＋１であり、かつ、Ｘ範囲両端縁のマグネットにティースが対向しない条件（前記磁束が安定する条件）は、
（Ｄπ／Ｚ）×ｎ＋Ｔ＜Ｘ＜（Ｄπ／Ｚ）×（ｎ＋２）−Ｔ・・・式（２）
である。
【００１９】
また、Ｘ範囲中央のマグネットにティースが対向する状態から回転子がπ／Ｚ（半スロット）回転した際に、Ｘ範囲のマグネットに全体が対向するティースの総数がｎ−１であり、かつ、Ｘ範囲両端縁のマグネットにティースが対向しない条件（前記磁束が安定する条件）は、
（Ｄπ／Ｚ）×（ｎ−２）＋Ｔ＜Ｘ＜（Ｄπ／Ｚ）×ｎ−Ｔ・・・式（３）
である。
【００２０】
このため、請求項１に記載の回転電機では、式（１）及び式（２）による（Ｄπ／Ｚ）×ｎ＋Ｔ＜Ｘ＜（Ｄπ／Ｚ）×（ｎ＋１）−Ｔ、または、式（１）及び式（３）による（Ｄπ／Ｚ）×（ｎ−１）＋Ｔ＜Ｘ＜（Ｄπ／Ｚ）×ｎ−Ｔとされており、これにより、磁束安定状態を回転子の２π／Ｚ回転毎（１スロット毎）に２回発生させることができる。したがって、コアスキューの方法を使用する際の如く巻線の巻回面積が減少する等のデメリットが生じることなく、発生するコギングトルクを良好に低減できる。
【００２１】
これにより、回転子の振動を低減させて、回転電機の回転時の静粛性を確保でき、したがって、回転電機が回転時の静粛性を強く要求される場合でも、回転電機軸受構造にボールベアリングを使用できる。
【００２２】
しかも、回転電機軸受構造にボールベアリングを使用すれば、回転電機軸受構造にすべり軸受を使用する場合と異なり、駆動軸との接触部分に油が不要となって油の管理や油の飛散による不具合が発生せず、かつ、ワッシャ類等が不要になって回転電機軸受構造及び回転電機軸受構造の製造工程が相当簡素化される。
【００２３】
【発明の実施の形態】
図２には、本発明の実施の形態に係る回転電機としてのモータ１０の主要部が平面図にて示されている。
【００２４】
本実施の形態に係るモータ１０は、カーエアコンの送風用のものであり、円筒状のヨーク１２を備えている。
【００２５】
ヨーク１２の内周面には、この内周面に対応して湾曲された板状のマグネット１４が一対固定されており、一対のマグネット１４は、互いに対向すると共に、同一の形状とされている。また、各マグネット１４の肉厚は、湾曲方向両端へ向けて次第に薄くされている。
【００２６】
図１（Ｂ）に示す如く、各マグネット１４の上部及び下部における湾曲方向両端には傾斜した平面状のテーパー部１６が形成されており、これにより、各マグネット１４の上下方向長さが湾曲方向両端へ向けて次第に小さくされている。また、各マグネット１４は、湾曲方向中央線及び上下方向中央線に対し対称とされている。
【００２７】
ヨーク１２内には回転子１８が回転可能に収容されており、回転子１８の回転中心には駆動軸２０が連結されると共に、回転子１８には所定数のコア２２が回転方向へ等間隔に設けられている。図１（Ｂ）に示す如く、コア２２の上下方向長さはマグネット１４の湾曲方向両端面の上下方向長さよりも大きくされると共に、コア２２の上下方向中央とマグネット１４の上下方向中央との高さは一致している。
【００２８】
各コア２２には矩形板状のティース２４が設けられており、各ティース２４は、ヨーク１２側へ延伸して、巻線（図示省略）が巻回されている。また、各ティース２４の先端には傘部２６が形成されており、各傘部２６は、ティース２４から回転子１８回転方向両側へ突出して、ティース２４からの巻線の脱落を阻止している。
【００２９】
ここで、回転子１８に設けられたコア２２の総数（スロット数）をＺ（本実施の形態では１２）とし、図１（Ａ）に示す如く、回転子１８外周の直径をＤ（本実施の形態では４４．７ｍｍ）とし、ティース２４の回転子１８外周方向に沿った幅をＴ（本実施の形態では２．４ｍｍ）とし、回転子１８外周面の上辺及び下辺がマグネット１４の湾曲方向両端のテーパー部１６に対向する点間の回転子１８外周方向に沿った最短長さをＸとし、Ｘ範囲中央のマグネット１４にティース２４が対向する際にＸ範囲のマグネット１４に全体が対向するティース２４の総数をｎ（ｎは１以上Ｚ以下の整数であり、本実施の形態では３）とするとき、Ｘが、図３及び図４の場合の（Ｄπ／Ｚ）×ｎ＋Ｔ＜Ｘ＜（Ｄπ／Ｚ）×（ｎ＋１）−Ｔ、または、図５及び図６の場合の（Ｄπ／Ｚ）×（ｎ−１）＋Ｔ＜Ｘ＜（Ｄπ／Ｚ）×ｎ−Ｔとされた構成である。
【００３０】
次に、本実施の形態の作用を説明する。
【００３１】
以上の構成のモータ１０では、マグネット１４の上部及び下部における湾曲方向両端にマグネット１４の上下方向長さが小さくなるように傾斜したテーパー部１６が形成されているため、マグネット１４の回転子１８に対する吸引力または反発力が急激に変動せず、回転子１８に発生するコギングトルクを低減することができる。
【００３２】
ここで、本実施の形態に係るモータ１０では、マグネット１４からの発生磁束がヨーク１２と回転子１８のコア２２とに流れる磁気回路Ｙを形成している。このため、マグネット１４のＸ範囲中央に対しコア２２が対称に配置され、かつ、Ｘ範囲両端縁のマグネット１４にコア２２のティース２４が対向しない場合に、Ｘ範囲のマグネット１４に対向するティース２４に流れる磁束が安定する。さらに、この磁束安定状態から回転子１８を回転させようとすると、次の磁束安定状態まで前記磁束が変動（減少及び増加）して、前記磁束の変動量でコギングトルクが発生する。
【００３３】
したがって、通常、磁束安定状態は回転子１８の２π／Ｚ（１スロット）回転毎に１回発生し、かつ、各磁束安定状態の間では前記磁束が変動してコギングトルクが発生する（図１５参照）。
【００３４】
ところで、図７に示す如く、磁束安定状態を回転子１８の２π／Ｚ（１スロット）回転毎に２回発生させることができれば、各磁束安定状態の間での前記磁束の変動を分割低減させて、発生するコギングトルクを一層低減（磁束安定状態が回転子１８の２π／Ｚ回転毎に１回発生する場合に比し半減）できる。
【００３５】
ここで、図３及び図５に示す如く、Ｘ範囲中央のマグネット１４にティース２４が対向する際に、Ｘ範囲のマグネット１４に全体が対向するティース２４の総数がｎであり、かつ、Ｘ範囲両端縁のマグネット１４にティース２４が対向しない条件（前記磁束が安定する条件）は、
（Ｄπ／Ｚ）×（ｎ−１）＋Ｔ＜Ｘ＜（Ｄπ／Ｚ）×（ｎ＋１）−Ｔ・・・式（１）
である。
【００３６】
さらに、図４に示す如く、Ｘ範囲中央のマグネット１４にティース２４が対向する状態から回転子１８がπ／Ｚ（半スロット）回転した際に、Ｘ範囲のマグネット１４に全体が対向するティース２４の総数がｎ＋１であり、かつ、Ｘ範囲両端縁のマグネット１４にティース２４が対向しない条件（前記磁束が安定する条件）は、
（Ｄπ／Ｚ）×ｎ＋Ｔ＜Ｘ＜（Ｄπ／Ｚ）×（ｎ＋２）−Ｔ・・・式（２）
である。
【００３７】
また、図６に示す如く、Ｘ範囲中央のマグネット１４にティース２４が対向する状態から回転子１８がπ／Ｚ（半スロット）回転した際に、Ｘ範囲のマグネット１４に全体が対向するティース２４の総数がｎ−１であり、かつ、Ｘ範囲両端縁のマグネットにティースが対向しない条件（前記磁束が安定する条件）は、
（Ｄπ／Ｚ）×（ｎ−２）＋Ｔ＜Ｘ＜（Ｄπ／Ｚ）×ｎ−Ｔ・・・式（３）
である。
【００３８】
このため、本実施の形態のモータ１０では、式（１）及び式（２）による図３及び図４の場合の（Ｄπ／Ｚ）×ｎ＋Ｔ＜Ｘ＜（Ｄπ／Ｚ）×（ｎ＋１）−Ｔ、または、式（１）及び式（３）による図５及び図６の場合の（Ｄπ／Ｚ）×（ｎ−１）＋Ｔ＜Ｘ＜（Ｄπ／Ｚ）×ｎ−Ｔとされており、これにより、磁束安定状態を回転子１８の２π／Ｚ回転毎（１スロット毎）に２回発生させることができる。したがって、コアスキューの方法を使用する際の如く巻線の巻回面積が減少する等のデメリットが生じることなく、発生するコギングトルクを良好に低減できる（図８参照）。
【００３９】
これにより、回転子１８の振動を低減させて、モータ１０の回転時の静粛性を確保でき、したがって、本実施の形態の如くモータ１０が回転時の静粛性を強く要求される場合でも、モータ１０軸受構造にボールベアリングを使用できる。
【００４０】
しかも、モータ１０軸受構造にボールベアリングを使用すれば、モータ１０軸受構造にすべり軸受を使用する場合と異なり、駆動軸２０との接触部分に油が不要となって油の管理や油の飛散による不具合が発生せず、かつ、ワッシャ類等が不要になってモータ１０軸受構造及びモータ１０軸受構造の製造工程が相当簡素化される。
【００４１】
さらにここで、本実施の形態に係るモータ１０では、マグネット１４の肉厚を湾曲方向両端へ向けて次第に薄くしたため、マグネット１４の回転子１８に対する吸引力または反発力が更に一層急激に変動せず、回転子１８に発生するコギングトルクを一層良好に低減することができる。
【００４２】
なお、マグネット１４が高性能であるために小型にできる場合に、図５及び図６の如く（Ｄπ／Ｚ）×（ｎ−１）＋Ｔ＜Ｘ＜（Ｄπ／Ｚ）×ｎ−Ｔとすると、特に有効である。
【００４３】
また、本実施の形態では、マグネット１４を湾曲方向中央線及び上下方向中央線に対し対称とした構成としたが、図９に示すモータ３０（回転電機）の如くマグネット３２を湾曲方向中央線及び上下方向中央線に対し非対称としかつ中心点に対して点対称とした構成や、図１０に示すモータ４０（回転電機）の如くマグネット４２を湾曲方向中央線に対して非対称とした構成としてもよい。なお、図９に示すモータ３０では、回転子１８外周面の上辺がマグネット３２の左上のテーパー部１６に対向する点と回転子１８外周面の下辺がマグネット３２の右下のテーパー部１６に対向する点との間の回転子１８外周方向に沿った最短長さがＸとなる。
【００４４】
さらに、本実施の形態では、一対のマグネット１４を対向して配置した構成としたが、これに限定されず、マグネットは偶数個であれば良い。
【００４５】
また、本実施の形態では、テーパー部１６を平面状とした構成としたが、テーパー部を曲面状とした構成としてもよい。
【００４６】
（比較例）
図１１及び図１２に示す第１比較例に係るモータ５０（回転電機）では、Ｘ範囲中央のマグネット５２にティース２４が対向する際にＸ範囲両端縁のマグネット５２にティース２４が対向して前記磁束が安定しない（図１１参照）一方、この状態から回転子１８がπ／Ｚ（半スロット）回転した際にＸ範囲両端縁のマグネット５２にティース２４が対向しないで前記磁束が安定する（図１２参照）。
【００４７】
また、図１３及び図１４に示す第２比較例に係るモータ６０（回転電機）では、Ｘ範囲中央のマグネット６２にティース２４が対向する際にＸ範囲両端縁のマグネット６２にティース２４が対向しないで前記磁束が安定する（図１３参照）一方、この状態から回転子１８がπ／Ｚ（半スロット）回転した際にＸ範囲両端縁のマグネット６２にティース２４が対向して前記磁束が安定しない（図１４参照）。
【００４８】
したがって、このようなモータ５０及びモータ６０では、図１５に示す如く、磁束安定状態が回転子１８の２π／Ｚ（１スロット）回転毎に１回しか発生しないため、各磁束安定状態の間で前記磁束が大きく変動して大きなコギングトルクが発生する。
【図面の簡単な説明】
【図１】（Ａ）は、本発明の実施の形態に係るモータの主要部を示す一部省略した平面図であり、（Ｂ）は、本発明の実施の形態に係るマグネットを示す側面図である。
【図２】本発明の実施の形態に係るモータの主要部を示す平面図である。
【図３】（Ｄπ／Ｚ）×ｎ＋Ｔ＜Ｘ＜（Ｄπ／Ｚ）×（ｎ＋１）−ＴとされたマグネットにおいてＸ範囲中央のマグネットにティースが対向する際を示す回転子外周方向に沿って平面に展開した展開図である。
【図４】図３のマグネットにおいてＸ範囲中央のマグネットにティースが対向する状態から回転子がπ／Ｚ回転した際を示す回転子外周方向に沿って平面に展開した展開図である。
【図５】（Ｄπ／Ｚ）×（ｎ−１）＋Ｔ＜Ｘ＜（Ｄπ／Ｚ）×ｎ−ＴとされたマグネットにおいてＸ範囲中央のマグネットにティースが対向する際を示す回転子外周方向に沿って平面に展開した展開図である。
【図６】図５のマグネットにおいてＸ範囲中央のマグネットにティースが対向する状態から回転子がπ／Ｚ回転した際を示す回転子外周方向に沿って平面に展開した展開図である。
【図７】本発明の実施の形態において回転子回転時間と発生するコギングトルクとの関係を示すグラフである。
【図８】Ｘ寸法と発生するコギングトルクとの関係を示すグラフである。
【図９】湾曲方向中央線及び上下方向中央線に対し非対称とされかつ中心点に対して点対称とされたマグネットが取り付けられたモータのマグネット等を回転子外周方向に沿って平面に展開した展開図である。
【図１０】湾曲方向中央線に対して非対称とされたマグネットが取り付けられたモータの主要部を示す平面図である。
【図１１】第１比較例に係るモータにおいてＸ範囲中央のマグネットにティースが対向する際を示す回転子外周方向に沿って平面に展開した展開図である。
【図１２】第１比較例に係るモータにおいてＸ範囲中央のマグネットにティースが対向する状態から回転子がπ／Ｚ回転した際を示す回転子外周方向に沿って平面に展開した展開図である。
【図１３】第２比較例に係るモータにおいてＸ範囲中央のマグネットにティースが対向する際を示す回転子外周方向に沿って平面に展開した展開図である。
【図１４】第２比較例に係るモータにおいてＸ範囲中央のマグネットにティースが対向する状態から回転子がπ／Ｚ回転した際を示す回転子外周方向に沿って平面に展開した展開図である。
【図１５】第１比較例や第２比較例において回転子回転時間と発生するコギングトルクとの関係を示すグラフである。
【符号の説明】
１０ モータ（回転電機）
１２ ヨーク
１４ マグネット
１６ テーパー部
１８ 回転子
２０ 駆動軸
２２ コア
２４ ティース
３０ モータ（回転電機）
３２ マグネット
４０ モータ（回転電機）
４２ マグネット
５０ モータ（回転電機）
５２ マグネット
６０ モータ（回転電機）
６２ マグネット
Claims (1)
- 筒状とされ、内周面に対応して湾曲された板状のマグネットが該内周面に固定されたヨークと、
前記ヨーク内に回転可能に収容されると共に回転中心に駆動軸が連結され、前記ヨーク側へ延伸して巻線が巻回される板状のティースを有する所定数のコアが回転方向へ等間隔に設けられた回転子と、
を備えた回転電機であって、
前記マグネットの上部及び下部における湾曲方向両端に前記マグネットの上下方向長さが小さくなるように傾斜したテーパー部を形成し、
かつ、前記回転子に設けられた前記コアの総数をＺとし、前記回転子外周の直径をＤとし、前記ティースの前記回転子外周方向に沿った幅をＴとし、前記回転子外周面の上辺及び下辺が前記マグネットの湾曲方向両端の前記テーパー部に対向する点間の前記回転子外周方向に沿った最短長さをＸとし、前記Ｘ範囲中央の前記マグネットに前記ティースが対向する際に前記Ｘ範囲の前記マグネットに全体が対向する前記ティースの総数をｎとするとき、（Ｄπ／Ｚ）×ｎ＋Ｔ＜Ｘ＜（Ｄπ／Ｚ）×（ｎ＋１）−Ｔ、または、（Ｄπ／Ｚ）×（ｎ−１）＋Ｔ＜Ｘ＜（Ｄπ／Ｚ）×ｎ−Ｔとし、
前記マグネットの前記Ｘ範囲中央に対し前記コアが対称に配置され、かつ、前記Ｘ範囲両端縁の前記マグネットに前記ティースが対向しない場合に、前記Ｘ範囲の前記マグネットに対向する前記ティースに流れる磁束が安定する際において、この磁束安定状態を前記Ｘ範囲両端縁に最も接近する前記ティースのそれぞれが前記Ｘ範囲外の前記マグネットに対向する場合と前記Ｘ範囲両端縁に最も接近する前記ティースのそれぞれが前記Ｘ範囲の前記マグネットに対向する場合とに前記回転子の２π／Ｚ回転毎に２回発生させるように構成した、
ことを特徴とする回転電機。
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