JP4797399B2 - モータ - Google Patents

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Description

本発明はモータに関するものであり、特に、２個の固定子側マグネットの内側に、５個のスロットをもつ回転子が設けられたモ−タに関するものである。
従来、此種モータの構成を図６に示す。図示例のモータ１は、モータケース２と、該モータケース２内に互いに向かい合うように配置された２つの円弧状のマグネット３と、該マグネット３をモータケース２の突起部に押圧固定するばね４と、前記２つのマグネット３の内側に配設された回転子（モータコア）５とにより概略構成され、該回転子５は５つのスロット６を有し、該スロット６は回転方向にて等間隔に配されている。
前記モータ１は、図示の如く、一般的にモータケース２の中心と一致する回転中心Ｃから見たときの１個の円弧状マグネット３の内周面部に対する円周角、即ちマグネット内周角θは１３５°に設計されている（例えば、特許文献１）。
特開平１１−３４１７２２号
上記従来の２極−５スロットモータ１は、マグネット内周角度θが１３５°になるように設計されているので、特に、マグネット３の円弧方向両端部での磁束密度の変化が大きくなり、その結果、モータ１の回転むらの原因となるコギングトルクが大きくなる。従って、モータ１の駆動制御と回転駆動の精度確保の観点から大きな問題となっている。
そこで、モータの回転むらの要因となるコギングトルクを低減させるために解決すべき技術的課題が生じてくるのであり、本発明は該課題を解決することを目的とする。
本発明は上記目的を達成するために提案されたものであり、請求項１記載の発明は、固定子側に２個の円弧状マグネットが互いに向き合うように配設されていると共に、該マグネットの内側に回転子が設けられ、且つ、該回転子には５個のスロットが回転方向に等間隔で形成されて成るモータにおいて、
前記回転子の軸芯を基準とした各スロットに対する円周角をａ°、前記軸芯を基準とした各円弧状マグネットの内周面部に対する円周角をｂ°、上記軸芯を基準とした上記円弧状マグネットの外周面部に対する円周角をｃ°としたとき、
上記スロットに対する円周角ａ°と上記マグネットの内周部及び外周部に対する円周角ｂ°及びｃ°の大きさがａ：ｂ：ｃ＝３：６：５であるモータを提供する。
この構成によれば、上記スロット開き角度ａ°、マグネット内周角度ｂ°及びマグネット外周角度ｃ°を３：６：５の比率に設定すると、前記マグネット端部での磁束密度の変化が一層に緩やかになり、コギングトルクの低減作用が最も顕著に発揮される。
請求項１記載の発明は、コギングトルクの低滅効果が最も顕著に発揮されるので、例えば、従来モータに比べてコギングトルクを９０％以上を低滅させることができる〈図３参照〉。
本発明は、上記スロットに対する円周角ａ°と上記マグネットの内周部及び外周部に対する円周角ｂ°及びｃ°の大きさを、ａ：ｂ：ｃ＝２４：４６：４０からａ：ｂ：ｃ＝２４：５０：４５の範囲に設定したことにより、簡単な構成になり、モータのコギングトルクを効果的に低減させるという目的を達成した。
なお、以下において本発明の実施の形態、実施例という表現は、特許請求の範囲に記述された発明以外に、該発明と密接に関連する技術事項を包含する場合もある。
以下、本発明の一実施の形態を図１乃至図５に従って説明する。本実施例は、２極５スロットモータのコギングトルクを低滅して回転むらを極力なくすために、スロット開き角度ａ°、マグネット内周角度ｂ°、及びマグネット外周角度ｃ°を上記１２：２３〜２５：２０〜２２．５の範囲に設定し、且つ、円弧形状のマグネットの両端面を、回転子の半径方向外方へ向かうにつれて当該マグネットの中央部側に傾斜するように形成したことを特徴とする。
図１は、本実施例に係るモータ８を示す断面図である。図１において、モータ８（２極５スロット）の固定子側モータケース２の２箇所には突起（図示省略）が設けられ、各突起には円弧状のマグネット９の背面側凹部が嵌合され、該円弧状のマグネット９は、ばね４によりモータケース２内面に押圧固定されている。而して、該２つのマグネット９は、モータケース２の内側において互いに向かい合うように対峙して配置されている。
さらに、２つの円弧状の各マグネット９の内側には回転子（モータコア）５が配設され、回転子５は５つの断面略Ｔ形の歯部１０を有している。これら５つの歯部１０は、回転子５の軸芯Ｃを中心とする放射方向へ延び、各歯部１０の先端面はマグネット９の内周面に近接している。又、回転子５の前記歯部１０同士の間の５箇所にはスロット６が形成され、該スロット６は、回転子５の回転方向にて等間隔を有している。
本実施例は、図６に示した従来型モータの構成を基本としつつ、マグネット９の形状寸法のみが従来型モータのマグネットの形状寸法とは相違する。図１に示すように、モータケース２の中心から見たときのスロット開き角度ａ°、マグネット内周角度ｂ°及びマグネット外周角度ｃ°は、互いに所定の寸法関係を満たすように設定されている。
ここに、前記角度ａ°，ｂ°，ｃ°はいずれも、モータケース２の中心、つまり、回転子５の軸芯Ｃを基準とする円周角であり、１つのスロット６に相当部分の円周角、即ち、回転子５のあるスロット６から隣のスロット６までの角度ａ°をスロット開き角度とし、前記マグネット９の回転子５と向かい合う内周面側（スロット６側）部分の円周角ｂ°をマグネット内周角度とし、該マグネット９のモータケース２と接している外周面側部分の円周角をｃ°とする。このとき、スロット開き角度ａ°、マグネット内周角度ｂ°、マグネット外周角度ｃ°の大きさの比率は、ａ°：ｂ°：ｃ°＝３：６：５＝１２：２４：２０の関係を満足する。
上記２極５スロット型モータ８は、スロット開き角度ａ°、マグネット内周角度ｂ°、マグネット外周角度ｃ°の大きさをａ°：ｂ°：ｃ°＝１２：２４：２０の比率に設定したことにより、従来型モータ（図６参照）１に比べて、コギングトルクを低減させることができた。コギングトルクが低減した理由は、円弧状のマグネット９の両端端部において、該マグネット９と回転子５間に生ずる磁束密度の変化が、従来型モータ１よりも緩慢になったためと考えられる。
図２は、本発明モータ８と従来型モータ１の性能を対比して示す磁束密度波形特性図である。図２から判るように、従来型モータ１の着磁波形曲線Ｂ１は、マグネット両端部における磁束密度が急激に変化している。
これに対して、本発明モータ８の着磁波形曲線Ａ１は、マグネット両端部における磁束密度が緩やかに変化している。その結果、モータ８の回転むらの原因となるコギングトルクが小さくなった。斯くして、本発明のモ−タ８は従来型モータ１に比べ、モータ駆動制
御を正確に行うことができると共に、モータ回転駆動を高精度に行うことができた。
図３は、本発明のモータ８と従来型モータ１のコギングトルクについて、比較実験した結果を示す特性図である。このモータ性能実験は、例えばスロット開き角度ａ°（θ°）が７２°である場合であって、従来型モータ１のマグネット内周角度を１３５°に設定しているのに対して、本発明モータ８では、マグネット内周角度ｂ°を１４４°、マグネット外周角度ｃ°を１２０°に設定している。
図３から判るように、従来型モータ１のコギングトルク波形曲線Ｂ２は、回転子５の回転位置によってコギングトルクが大きく異なり、回転子５の回転位置全域におけるコギングトルクの振幅幅（最大値と最小値の差）も大きい。
これに対して、本発明モータ８のコギングトルク波形曲線Ａ２は、回転子５の回転位置が変わってもコギングトルクの大きさがほぼ同じであり、且つ、回転子５の回転位置全域におけるコギングトルクの振幅幅も殆ど一定である。具体的には、本発明は、コギングトルクについては従来の２４．０〔ｇｆ・ｃｍ〕から１．９〔ｇｆ・ｃｍ〕に大幅に低減し、その低減率は９２％という好結果が得られた。
このように、コギングトルクが小さくなって、モータ８の回転むらが小さくなることにより、本発明は従来に比べ、より正確な駆動制御を可能にし、回転駆動の精度が向上した。
ここで、本発明に係るマグネット内周角度ｂ°は、上記実施例に限定されない。上記実施例では、スロット開き角度ａ°に対してマグネット内周角度ｂ°の大きさをａ：ｂ＝３：６＝１２：２４の比率としたが、実験によれば、ａ：ｂ＝１２：２３からａ：ｂ＝１２：２５の間の範囲であれば、本発明による特有のコギングトルク改善効果は確実に得られる。
図４は、他の実験結果を示す特性図である。この実験では、図３の場合とは本発明のマグネット内周角度ｂ°を１４０°〜１４８°に変更した点で異なるが、上記同様に、本発明の波形曲線Ａ３は従来の波形曲線Ｂ２に比し、コギングトルクが２４．０〔ｇｆ・ｃｍ〕から約２．８〔ｇｆ・ｃｍ〕に低減し、コギングトルクがやはり大幅に小さくなった。
また、本発明のマグネット外周角度ｃ°についても上記実施例に限定されない。上記実施例では、スロット開き角度ａ°に対してマグネット外周角度ｃ°の大きさをａ：ｃ＝３：５＝２４：４０の比率としたが、ａ：ｃ＝２４：４０からａ：ｃ＝２４：４５の間の範囲であれば、本発明による特有のコギングトルク改善効果は確実に得られる。
図５は、別の他の実験結果を示す特性図である。この実験では、図３の場合とは本発明のマグネット外周角度ｃ°を１３４．５°に変更した点で異なるが、上記同様に、本発明の波形曲線Ａ４は従来波形曲線Ｂ２に比し、コギングトルクが２４．０〔ｇｆ・ｃｍ〕から約６．５〔ｇｆ・ｃｍ〕に低減し、やはりコギングトルクがかなり小さくなった。
上述したように、本発明はスロット開き角度ａ°、マグネット内周角度ｂ°及びマグネット外周角度ｃ°の基本的な比率はａ：ｂ：ｃ＝３：６：５＝２４：４８：４０に設定することが好ましいが、ａ：ｂ＝２４：４６〜５０の範囲、且つ、ａ：ｃ＝２４：４０〜４５の範囲に設定してしても、円弧状のマグネット９両端端部と回転子５間における磁束密度の変化が、従来型モータ１よりも格段に緩慢になることにより、コギングトルクが大幅に低減して回転むらが小さくなり、正確で高精度なモータ回転駆動制御を実現できた。尚、実験によれば、上記ａ：ｂ：ｃ＝２４：４６：４０からａ：ｂ：ｃ＝２４：５０：４５
の範囲以外では、本発明の如き特有のコギングトルク改善効果は得られなかった。
尚、本発明は、本発明の精神を逸脱しない限り種々の改変を為すことができ、そして、本発明が該改変されたものに及ぶことは当然である。
本発明により一実施の形態を示し、モータの断面図。 本発明モータと従来型モータの性能を比較して説明する磁束密度波形特性図。 本発明モータと従来型モータの性能を比較して説明するコギングトルク特性図。 図３の場合とはマグネット内周角度が異なる本発明モータと従来型モータの性能を比較して説明するコギングトルク特性図。 図３の場合とはマグネット外周角度が異なる本発明モータと従来型モータの性能を比較して説明するコギングトルク特性図。 従来型モータの構成例を示す断面図。
符号の説明
１ モータ
２ モータケース
３ マグネット
４ ばね
５ 回転子（モータコア）
６ スロット
８ モータ（２極５スロット）
９ マグネット
１０ 歯部
ａ° スロット開き角度
ｂ° マグネット内周角度
ｃ° マグネット外周角度

Claims (1)

  1. 固定子側に２個の円弧状マグネットが互いに向き合うように配設されていると共に、該マグネットの内側に回転子が設けられ、且つ、該回転子には５個のスロットが回転方向に等間隔で形成されて成るモータにおいて、
    前記回転子の軸芯を基準とした各スロットに対する円周角をａ°、前記軸芯を基準とした各円弧状マグネットの内周面部に対する円周角をｂ°、上記軸芯を基準とした上記円弧状マグネットの外周面部に対する円周角をｃ°としたとき、
    上記スロットに対する円周角ａ°と上記マグネットの内周部及び外周部に対する円周角ｂ°及びｃ°の大きさがａ：ｂ：ｃ＝３：６：５であることを特徴とするモータ。
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