JP5324248B2 - motor - Google Patents
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Description
本発明は、部分的にコンシクエントポール型構造を採用したロータを備えるモータに関するものである。 The present invention relates to a motor having a rotor partially adopting a contiguous pole type structure.
従来より、モータに用いられるロータとしては、例えば特許文献1の第5図に示されているように、両磁極のマグネットをロータコアの外周面に固着されて構成されるSPM構造のロータや、同文献1の第8図に示されているように、省資源や低コスト等の観点から用いるマグネットを半分(単一磁極)とし、そのマグネットとロータコアに形成された突極とで構成されるコンシクエントポール構造のロータ等が知られている。 Conventionally, as a rotor used in a motor, for example, as shown in FIG. 5 of Patent Document 1, a rotor having an SPM structure in which magnets of both magnetic poles are fixed to an outer peripheral surface of a rotor core, As shown in FIG. 8 of Reference 1, the magnet used from the viewpoint of resource saving, low cost, etc. is halved (single magnetic pole), and it is composed of the magnet and salient poles formed on the rotor core. A rotor having a quantum pole structure is known.
ところで、本発明者は、両磁極のマグネットを用いて構成される部分(第1構成部)とコンシクエントポールにて構成される部分(第2構成部)とを組み合わせたロータを構成することを検討している。その際、コンシクエントポールにて構成される第2構成部においてもう一方の磁極のマグネットを用いない分、ロータ全体のマグネット量が少なくなるため、回転トルクが小さくなる等、トルク特性が低下することを懸念している。 By the way, the present inventor configures a rotor that combines a part (first constituent part) constituted by using magnets of both magnetic poles and a part (second constituent part) constituted by a consequent pole. Are considering. At that time, in the second component composed of the consequent pole, the magnet quantity of the entire rotor is reduced by the amount that the magnet of the other magnetic pole is not used. Is concerned.
本発明は、上記課題を解決するためになされたものであって、その目的は、部分的にコンシクエントポール型構造を採用したロータを備えるモータにおいて、トルク特性の向上を図ることにある。 The present invention has been made to solve the above-described problems, and an object of the present invention is to improve torque characteristics in a motor including a rotor partially adopting a consequent pole type structure.
上記課題を解決するために、請求項1に記載の発明は、ステータコアのティースにコイルが巻回されてなるステータと、ロータコアにマグネットが固定されてなるロータとを備えたモータであって、前記ロータは、N極及びS極のマグネットが周方向に交互に配置された第1構成部と、N極及びS極の一方側のマグネットが前記第1構成部の同極のマグネットと軸方向に並んで配置されるその一方側のマグネットと、他方側の磁極として機能する前記ロータコアに設けた突極とが周方向に交互に配置された第2構成部とを備えており、前記ロータの第2構成部が第1構成部よりも相対的に回転方向遅れ側にずらして配置されていることをその要旨とする。 In order to solve the above problems, the invention described in claim 1 is a motor including a stator in which a coil is wound around a tooth of a stator core, and a rotor in which a magnet is fixed to the rotor core. The rotor includes a first component portion in which N-pole and S-pole magnets are alternately arranged in the circumferential direction, and a magnet on one side of the N-pole and S-pole is axially aligned with the same-pole magnet in the first component portion. A second component part in which magnets on one side arranged side by side and salient poles provided on the rotor core functioning as magnetic poles on the other side are alternately arranged in the circumferential direction. The gist of the invention is that the two constituent parts are arranged so as to be shifted relative to the rotational direction delay side relative to the first constituent part.
この発明では、ロータは、両極のマグネットを使用した通常構成の第1構成部と、単極のマグネットのみを使用し他極は突極で構成したコンシクエントポール型の第2構成部とを備えて構成され、モータは、そのロータの第2構成部が第1構成部よりも相対的に回転方向遅れ側にずらして配置され構成される。ここで、コンシクエントポール型の第2構成部では通常構成の第1構成部と同様のマグネットトルクに加え、突極にてリラクタンストルクが生じるため、回転トルクの最大値が電流位相に対して進んで現れる。従って、上記のように第2構成部を第1構成部よりも相対的に回転方向遅れ側にずらして配置しモータを回転方向を限定して使用することで、通常構成の第1構成部における回転トルクの最大値と、コンシクエントポール型の第2構成部における回転トルクの最大値とを近接又は一致させることが可能となり、モータが発生する回転トルクの増大が可能となる。 In this invention, the rotor includes a first component having a normal configuration using a bipolar magnet, and a second component of a continuous pole type using only a single-pole magnet and the other pole being a salient pole. The motor is configured such that the second component of the rotor is shifted relative to the rotational direction delay side relative to the first component. Here, in the second component of the continuous pole type, in addition to the magnet torque similar to that of the first component of the normal configuration, reluctance torque is generated at the salient pole, so that the maximum value of the rotational torque advances with respect to the current phase. Appears at Therefore, as described above, the second component is shifted from the first component relative to the rotation direction delay side and the motor is used in a limited rotation direction. The maximum value of the rotational torque and the maximum value of the rotational torque in the second component of the continuous pole type can be brought close to or coincident with each other, and the rotational torque generated by the motor can be increased.
請求項2に記載の発明は、請求項1に記載のモータにおいて、前記ロータが10磁極、前記ステータが12磁極で構成されるものであり、前記第1及び第2構成部のずらし角度θが、0°<θ<12°に設定されていることをその要旨とする。 According to a second aspect of the present invention, in the motor according to the first aspect, the rotor is composed of 10 magnetic poles and the stator is composed of 12 magnetic poles, and the shift angle θ between the first and second constituent parts is The gist is that 0 ° <θ <12 ° is set.
この発明では、ロータが10磁極、ステータが12磁極で構成されるモータにおいて、ロータの第1及び第2構成部のずらし角度θが、0°<θ<12°に設定されるため、モータが発生する回転トルクを大きくできる(図5参照)。 In the present invention, in the motor in which the rotor has 10 magnetic poles and the stator has 12 magnetic poles, the shift angle θ of the first and second components of the rotor is set to 0 ° <θ <12 °. The generated rotational torque can be increased (see FIG. 5).
請求項3に記載の発明は、請求項2に記載のモータにおいて、前記第1及び第2構成部のずらし角度θが、2.5°<θ<7.5°の範囲内に設定されていることをその要旨とする。 According to a third aspect of the present invention, in the motor according to the second aspect, the shift angle θ of the first and second components is set in a range of 2.5 ° <θ <7.5 °. The gist of this is.
この発明では、ロータの第1及び第2構成部のずらし角度θが、2.5°<θ<7.5°の範囲内に設定されるため、モータが発生する回転トルクを大きく、且つずらし角度θの設定にて増大が懸念されるコギングトルクを抑制できる(図5及び図6参照)。 In this invention, since the shift angle θ of the first and second components of the rotor is set within the range of 2.5 ° <θ <7.5 °, the rotational torque generated by the motor is increased and shifted. Cogging torque, which may be increased by setting the angle θ, can be suppressed (see FIGS. 5 and 6).
請求項4に記載の発明は、請求項2に記載のモータにおいて、前記第1及び第2構成部のずらし角度θが、5±1°又は10±1°の範囲内に設定されていることをその要旨とする。 According to a fourth aspect of the present invention, in the motor according to the second aspect, the shift angle θ of the first and second components is set within a range of 5 ± 1 ° or 10 ± 1 °. Is the gist.
この発明では、ロータの第1及び第2構成部のずらし角度θが、5±1°又は10±1°の範囲内に設定されるため、モータが発生する回転トルクを大きく、且つずらし角度θの設定にて増大が懸念されるコギングトルクをより十分に抑制できる(図5及び図6参照)。 In this invention, since the shift angle θ of the first and second components of the rotor is set within the range of 5 ± 1 ° or 10 ± 1 °, the rotational torque generated by the motor is increased and the shift angle θ With this setting, the cogging torque that is likely to increase can be more sufficiently suppressed (see FIGS. 5 and 6).
請求項5に記載の発明は、請求項2に記載のモータにおいて、前記第1及び第2構成部のずらし角度θが、5±1°の範囲内に設定されていることをその要旨とする。
この発明では、ロータの第1及び第2構成部のずらし角度θが、5±1°の範囲内に設定されるため、モータが発生する回転トルクをより大きく、且つずらし角度θの設定にて増大が懸念されるコギングトルクをより十分に抑制できる(図5及び図6参照)。
The gist of the invention of
In this invention, since the shift angle θ of the first and second components of the rotor is set within a range of 5 ± 1 °, the rotational torque generated by the motor can be increased and the shift angle θ can be set. The cogging torque that is concerned about the increase can be more sufficiently suppressed (see FIGS. 5 and 6).
本発明によれば、トルク特性が向上されるモータを提供することができる。 According to the present invention, a motor with improved torque characteristics can be provided.
以下、本発明を具体化した一実施形態を図面に従って説明する。
図1(a)(b)及び図2は、本実施形態のブラシレスモータ10を示す。尚、図2はモータの軸方向断面を示し、図1(a)はその図2のA−A断面図、図1(b)はその図2のB−B断面図である。
DESCRIPTION OF EXEMPLARY EMBODIMENTS Hereinafter, an embodiment of the invention will be described with reference to the drawings.
1A, 1B, and 2 show a
本実施形態のブラシレスモータ10は、円環状をなすステータ11の内側にロータ21が回転可能に配置されたインナロータ型のブラシレスモータで構成されている。
ステータ11には、径方向内側に向けて延びる同形状の12個のティース12aが周方向に等角度間隔に設けられる円環状のステータコア12が用いられている。ステータコア12は、磁性金属板を軸方向に複数枚積層して構成される積層型コアよりなる。ステータコア12の各ティース12aには、個々にコイルが集中巻きにて巻回、この場合、U・V・W相の三相のコイル13u1〜13u4,13v1〜13v4,13w1〜13w4がそれぞれ所定箇所に巻回され、ステータ11側の磁極数が「12」として構成されている。
The
As the
前記コイルの巻回態様について、本実施形態では、各相4個ずつ合計12個のコイル13u1〜13u4,13v1〜13v4,13w1〜13w4を有し、同相の2個が隣接するようにU相、V相、W相、U相、V相、W相の順に巻回されている。同相の隣同士ではコイル巻回方向が逆とされ、また180°対向位置同士でもコイル巻回方向が逆とされている。 About the winding aspect of the coil, in this embodiment, each phase has four coils 13u1 to 13u4, 13v1 to 13v4, 13w1 to 13w4 in total, and U phase so that two of the same phase are adjacent to each other. It is wound in the order of V phase, W phase, U phase, V phase, and W phase. The coil winding direction is reversed between adjacent in-phases, and the coil winding direction is also reversed between the 180 ° facing positions.
ステータ11は、一端が開放形状をなす有底円筒状のハウジング15の内周面にその開放部15aから挿入され圧入又は焼き嵌めにより固定されている。尚、ハウジング15を磁気回路の一部として構成してもよく、また磁気回路に含まない構成とすることもできる。ハウジング15の開放部15aには円板状のエンドフレーム16が装着され、該エンドフレーム16にてハウジング15の開放部15aが閉塞されている。ハウジング15の底部15bの中央部及びエンドフレーム16の中央部には、ロータ21の回転軸26を回転可能に支持するための軸受17,18がそれぞれ備えられている。
The
ロータ21は、軸方向に第1構成部21Aと第2構成部21Bとの2つの構成が組み合わされ回転軸26に固定されて構成されている。第1構成部21Aは、前記ステータコア12の軸方向長さの1/2をなし該ステータコア12の対向部位における軸方向一方側に配置され、軸方向長さが同じく1/2の第2構成部21Bは、第1構成部21Aと連続させてステータコア12の対向部位における軸方向他方側に配置されている。
The
第1構成部21Aでは、磁性金属板材を複数枚積層してなる円筒状のロータコア22を有し、該ロータコア22は回転軸26に圧入固定されている。ロータコア22の外周面には、周方向に磁極が交互となるようにN極及びS極の合計10個のマグネット23n,23sがそれぞれ固着され(SPM構造)、この第1構成部21Aにおける磁極数は「10」として構成されている。マグネット23n,23sは、径方向視で矩形状、軸方向視で周方向に一定厚さの円弧状をなし、36°の等角度間隔に並んで配置されている。マグネット23n,23sは、径方向の着磁がなされたラジアル配向磁石が用いられている。
The
第2構成部21Bでは、磁性金属板材を複数枚積層して構成され、72°の等角度間隔に5個の突極24aを有する略円筒状のロータコア24が用いられ、該ロータコア24は、前記ロータコア22と同じ軸方向長さで該ロータコア22と一体に連結されて共に回転軸26に圧入固定されている。ロータコア24に一体に形成される突極24aは、マグネット23n(23s,25n)と同一形状とされている。また、突極24aは、前記第1構成部21AのS極のマグネット23sと軸方向に並ぶように設けられている。
The
ロータコア22の各突極24a間の凹所には、N極のみの合計5個のマグネット25n(前記マグネット23nと一体でも可)がそれぞれ固着、この場合、72°の等角度間隔にそれぞれ固着されている。マグネット25nは、前記マグネット23n,23sと同一形状で同じくラジアル配向磁石が用いられている。この第2構成部21Bにおいても、N極のマグネット25nにて磁極数が「5」、結果的にS極となる突極24a(所謂コンシクエントポール)にて磁極数が「5」で合計「10」の磁極が構成されている。
In the recesses between the
ところで、本実施形態のモータ10は、ロータ21の回転方向を一方向として使用する用途向けに構成されるものであり、図1及び図3に示すように、ロータ21の第2構成部21Bが第1構成部21Aよりも相対的に所定角度(相対ずらし角度)θだけ回転方向遅れ側にずらして配置されてなる。即ち、第2構成部21BのN極のマグネット25nと突極24aとがそれぞれ第1構成部21AのN極のマグネット23nとS極のマグネット23sとよりも各磁極中心が相対的に回転方向遅れ側にずらされている。
By the way, the
ここで、図4(a)は、通常構成の第1構成部21Aの回転トルクの波形を示し、図4(b)は、コンシクエントポール型の第2構成部21Bにおける回転トルクの波形を示す。図4(c)は、第1,第2構成部21A,21Bの磁極を一致させた場合の各回転トルクの波形を重ねて示している。
Here, FIG. 4A shows a waveform of the rotational torque of the
図4(a)に示すように、第1構成部21A単体では、コイル供給電流の電流位相と回転トルクとに位相ずれは生じない。これに対し、図4(b)に示すように、第2構成部21B単体では、コイル供給電流の電流位相とマグネット25nに関する回転トルク(同図一点鎖線)との位相ずれは生じないが、突極24aにはそのマグネット25nの作用によるマグネットトルクの他にリラクタンストルク(同図二点鎖線)が生じるため、結果的にコイル供給電流の電流位相に対して発生する第2構成部21B単体の回転トルク(同図実線)はその最大値が進んだ位置(回転方向側にずれた位置)に現れる。つまり、図4(c)に示すように、第1,第2構成部21A,21Bの磁極を一致させる単純な配置とすると、各構成部21A,21Bにて生じるそれぞれの回転トルクの最大値にずれが生じるため、合成時に無駄が生じ、合成回転トルク(図示略)の最大値が若干小さくなる。
As shown in FIG. 4A, the
図5は、第1,第2構成部21A,21Bの相対ずらし角度θ(電気角)とその回転トルクとの関係を示している。同図5に示すように、合成回転トルクは、相対ずらし角度θが5°付近で最大値を示し、その前後においては5°から離間するにつれ次第に小さくなる。そして、相対ずらし角度θを0°とした場合の合成回転トルクを「1」とすると、相対ずらし角度θが0°<θ<12°の範囲で「1」より大きくなり、合成回転トルクが増大することがわかる。これは、図4(c)にて示すように、第1構成部21Aに対して第2構成部21Bの回転トルクが進むのを考慮し、第1構成部21Aに対して第2構成部21Bを遅れ側にずらして配置することで、各構成部21A,21Bの回転トルクの最大値が近接又は一致するようになるためである。
FIG. 5 shows the relationship between the relative shift angle θ (electrical angle) of the first and
更に図6においては、第1,第2構成部21A,21Bの相対ずらし角度θ(電気角)とコギングトルクとの関係を示している。同図6に示すように、コギングトルクは、相対ずらし角度θに対し、約2.5°の倍数の角度で最大値、約5°の倍数の角度で最小値となるような正弦波状に変化している。同図6より、相対ずらし角度θが2.5°<θ<7.5°の範囲内では、上記の合成回転トルクが大きく、且つコギングトルクが最大値よりも小さくなる好ましい範囲である。また、相対ずらし角度θが4〜6°(5±1°)の範囲α1内と9〜11°(10±1°)の範囲α2内では、上記の合成回転トルクが大きく、且つコギングトルクが最大値の約半分以下になる好ましい範囲である。特に、上記の合成回転トルクは5°付近で最大値となるため、相対ずらし角度θを4〜6°(5±1°)の範囲α1内に設定するとコギングトルクの増大も抑制できてより好ましい範囲と言える。
Further, FIG. 6 shows the relationship between the relative shift angle θ (electrical angle) of the first and
これらから、本実施形態に用いるロータ21は、第1,第2構成部21A,21Bの相対ずらし角度θが4〜6°(5±1°)の範囲α1内のいずれかの角度に設定され、回転トルクをより大きく、且つ相対ずらし角度θの設定にて増大が懸念されるコギングトルクをより十分に抑制する構成とされている。
Accordingly, in the
次に、本実施形態の特徴的な作用効果を記載する。
(1)本実施形態では、ロータ21は、両極のマグネット23n,23sを使用した通常構成の第1構成部21Aと、単極のマグネット25nのみを使用し他極は突極24aで構成したコンシクエントポール型の第2構成部21Bとを備えて構成され、モータ10は、そのロータ21の第2構成部21Bが第1構成部21Aよりも相対的に回転方向遅れ側にずらして配置され構成されている。即ち、コンシクエントポール型の第2構成部21Bでは、通常構成の第1構成部21Aと同様のマグネットトルクに加え、突極24aにてリラクタンストルクが生じることで回転トルクの最大値が電流位相に対して進んで現れるため(図4参照)、第2構成部21Bが第1構成部21Aよりも相対的に回転方向遅れ側にずらして配置され、本実施形態ではそのずらし角度θが、5±1°の範囲α1内のいずれかに設定されている。これにより、回転方向を限定してモータ10を使用することで、各構成部21A,21Bにおける回転トルクの最大値が略一致してその合成回転トルク(モータ10の発生回転トルク)をより大きくでき、且つずらし角度θの設定にて増大が懸念されるコギングトルクをその最大値の約半分以下に十分に抑制することができる(図5及び図6参照)。
Next, characteristic effects of the present embodiment will be described.
(1) In this embodiment, the
尚、本発明の実施形態は、以下のように変更してもよい。
・上記実施形態では、ロータ21の第1,第2構成部21A,21Bのずらし角度θを4〜6°(5±1°)の範囲内で設定したが、図5及び図6から効果のある角度、例えば0°<θ<12°や2.5°<θ<7.5°、θ=9〜11°(10±1°)等の範囲内のいずれかの角度に設定してもよい。
In addition, you may change embodiment of this invention as follows.
In the above embodiment, the shift angle θ of the first and
・上記実施形態では、ロータ21を1つずつの第1及び第2構成部21A,21Bで構成したが、少なくとも一方側を2以上の分割構成とし、適宜組み合わせて構成してもよい。また、第2構成部21Bを2分割以上とした場合では、使用するマグネットの磁極を同磁極とせず適宜異ならせてもよい。
In the above embodiment, the
・上記実施形態のマグネット23n,23s,25nにおいて、第1及び第2構成部21A,21B間に、例えば空隙や非磁性材料よりなる磁気的な離間部を設けてもよい。このようにすれば、第1構成部21Aのマグネット23sから第2構成部21Bの突極24aへの漏れ磁束の低減が可能となる。
In the
・上記実施形態では、ロータコア22,24及びステータコア12を磁性金属板材の積層にて構成したが、このような積層型のコアに限らず、例えば磁性粉体の成形にてコアを構成してもよい。
In the above-described embodiment, the
・上記実施形態では、ステータ11側の磁極数が「12」、ロータ21側の磁極数が「10」で構成されているが、ステータ11側の磁極数及びロータ21側の磁極数をそれぞれ適宜変更した構成としてもよい。
In the above embodiment, the number of magnetic poles on the
10…ブラシレスモータ(モータ)、12…ステータコア、12a…ティース、13u1〜13u4,13v1〜13v4,13w1〜13w4…コイル、21…ロータ、21A…第1構成部、21B…第2構成部、22,24…ロータコア、23n,23s,25n…マグネット、24a…突極。
DESCRIPTION OF
Claims (5)
前記ロータは、
N極及びS極のマグネットが周方向に交互に配置された第1構成部と、
N極及びS極の一方側のマグネットが前記第1構成部の同極のマグネットと軸方向に並んで配置されるその一方側のマグネットと、他方側の磁極として機能する前記ロータコアに設けた突極とが周方向に交互に配置された第2構成部と
を備えており、
前記ロータの第2構成部が第1構成部よりも相対的に回転方向遅れ側にずらして配置されていることを特徴とするモータ。 A motor including a stator in which a coil is wound around teeth of a stator core and a rotor in which a magnet is fixed to the rotor core;
The rotor is
A first component in which N-pole and S-pole magnets are alternately arranged in the circumferential direction;
A magnet provided on one side of the N-pole and the S-pole is provided on the rotor core that functions as a magnet on the one side, which is arranged side by side in the axial direction with the magnet on the same pole of the first component. And a second component portion alternately arranged in the circumferential direction with poles,
The motor is characterized in that the second component of the rotor is arranged so as to be relatively shifted from the first component toward the rotational direction delay side.
前記ロータが10磁極、前記ステータが12磁極で構成されるものであり、
前記第1及び第2構成部のずらし角度θが、0°<θ<12°に設定されていることを特徴とするモータ。 The motor according to claim 1,
The rotor is composed of 10 magnetic poles, and the stator is composed of 12 magnetic poles,
The motor is characterized in that the shift angle θ of the first and second components is set to 0 ° <θ <12 °.
前記第1及び第2構成部のずらし角度θが、2.5°<θ<7.5°の範囲内に設定されていることを特徴とするモータ。 The motor according to claim 2,
The motor is characterized in that the shift angle θ of the first and second components is set in a range of 2.5 ° <θ <7.5 °.
前記第1及び第2構成部のずらし角度θが、5±1°又は10±1°の範囲内に設定されていることを特徴とするモータ。 The motor according to claim 2,
The motor characterized in that the shift angle θ of the first and second components is set within a range of 5 ± 1 ° or 10 ± 1 °.
前記第1及び第2構成部のずらし角度θが、5±1°の範囲内に設定されていることを特徴とするモータ。 The motor according to claim 2,
The motor characterized in that the shift angle θ of the first and second components is set in a range of 5 ± 1 °.
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