JP5363054B2

JP5363054B2 - モータ

Info

Publication number: JP5363054B2
Application number: JP2008243219A
Authority: JP
Inventors: 哲夫栃久保
Original assignee: Asmo Co Ltd
Current assignee: Asmo Co Ltd
Priority date: 2008-09-22
Filing date: 2008-09-22
Publication date: 2013-12-11
Anticipated expiration: 2028-09-22
Also published as: JP2010075026A

Description

本発明は、ステータの巻線がトロイダル巻きされたモータに関するものである。

従来、モータのステータとしては、環状のヨークに巻線がトロイダル巻きされてなるものがある。そして、このようなモータのロータとしては、ステータの内周面（内側ティース）と対向するように配置された第１磁石と、ステータの外周面（外側ティース）と対向するように配置された第２磁石とを備え、第１磁石と第２磁石の周方向の磁極中心を異ならせたものがある（例えば、特許文献１参照）。このようなモータでは、第１及び第２磁石にて高トルク化を図りながらも、磁極中心が異なることに基づいてトルクリップルを低く抑えることができる。尚、トルクリップルを低く抑えることは、振動や騒音の低減に寄与する。
特許第３９８３４２３号公報

しかしながら、モータとしては、トルクリップルを低く抑えながらも、更なる高トルク化が求められている。
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、トルクリップルを低く抑えながらも、高トルク化を図ることができる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、巻線がトロイダル巻きされる環状部と、該環状部の内周面から径方向内側に延び且つ周方向に複数配置される内側ティースと、前記環状部の外周面から径方向外側に延び且つ周方向に複数配置される外側ティースと、前記環状部の軸方向端面から軸方向に延びるように前記環状部に固定され且つ周方向に複数配置される軸方向ティースとを有するステータと、前記内側ティース、前記外側ティース及び前記軸方向ティースとそれぞれ対向するように配置された第１磁石、第２磁石及び第３磁石を有するロータとを備え、前記第１磁石、前記第２磁石及び前記第３磁石の各磁極中心は、周方向に一致しており、前記内側ティースの周方向の磁極中心と前記外側ティースの周方向の磁極中心とは、周方向に一致し、前記軸方向ティースの周方向の磁極中心は、前記内側ティースの周方向の磁極中心及び前記外側ティースの周方向の磁極中心の両方と異なる。

同構成によれば、ロータは、巻線がトロイダル巻きされる環状部から延びる内側ティース、外側ティース及び軸方向ティースとそれぞれ対向するように且つ各磁極中心が周方向に一致するように配置された第１から第３磁石を有する。そして、軸方向ティースは、その周方向の磁極中心が内側ティース及び外側ティースのそれと異なるように環状部に固定されるものであるため、第１磁石と磁極中心が異なる第２磁石とでトルクリップルを抑えた従来のものに比べて、トルクリップルを同等に低く抑えながら、高トルク化を図ることができる。しかも、その周方向の磁極中心が内側ティース及び外側ティースのそれと異なるように配置される軸方向ティースは、環状部に固定されるものであるため、例えば、巻線を環状部にトロイダル巻きする巻装作業の後に環状部に固定することで、巻装作業の邪魔になることがなく、モータを容易に製造することができる。

請求項２に記載の発明では、請求項１に記載のモータにおいて、前記軸方向ティースは、前記環状部に固定されて軸方向に延びる連結部と、該連結部の先端から周方向に広がり前記第３磁石と対向するティース先端部とを備えるものであって、前記ティース先端部は、前記連結部の先端から周方向の両方に対称に広がる形状とされ、前記連結部自体が前記内側ティース及び前記外側ティースの周方向の磁極中心と異なる周方向位置に固定された。

同構成によれば、ティース先端部は、連結部の先端から周方向の両方に対称に広がる形状であるため、非対称の（周方向の一方と他方とで異なる量だけ広がる）ものに比べて、製造性及び剛性が高くなる。尚、同構成によれば、連結部自体が内側ティース及び外側ティースの周方向の磁極中心と異なる周方向位置に固定されることで、軸方向ティースはその周方向の磁極中心が内側ティース及び外側ティースのそれと異なるようにされ、請求項１に記載の発明の効果を得ることができる。

請求項３に記載の発明では、請求項１に記載のモータにおいて、前記軸方向ティースは、前記環状部に固定されて軸方向に延びる連結部と、該連結部の先端から周方向に広がり前記第３磁石と対向するティース先端部とを備えるものであって、前記ティース先端部は、前記連結部の先端から周方向の一方と他方とで異なる量だけ広がる形状とされ、前記連結部が前記内側ティース及び前記外側ティースの周方向の磁極中心と同じ周方向位置に固定された。

同構成によれば、連結部が内側ティース及び外側ティースの周方向の磁極中心と同じ周方向位置に固定されるため、例えば、連結部と巻線とが互いに当接してしまうこと、ひいては巻線が連結部にて周方向にずらされるといったことを低減することができる。尚、同構成によれば、ティース先端部が連結部の先端から周方向の一方と他方とで異なる量だけ広がる形状とされることで、軸方向ティースはその周方向の磁極中心が内側ティース及び外側ティースのそれと異なるようにされ、請求項１に記載の発明の効果を得ることができる。

本発明によれば、トルクリップルを低く抑えながらも、高トルク化を図ることができる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１〜６に従って説明する。図１に示すように、モータは、略有底筒状のケース本体１と、ケース本体１の開口部を略閉塞するカバー２とを備え、更に、それらケース本体１及びカバー２内に収容保持されるステータ３とロータ４とを備える。尚、本実施の形態では、ケース本体１及びカバー２がモータケースを構成している。

ステータ３は、図１に示すように、全体的に略円筒状に形成され、環状のヨーク５（図３参照）に巻線６がトロイダル巻きされてなる。
詳しくは、本実施の形態のヨーク５は、環状のコアシートが多数枚積層されてなるヨーク本体７（図２参照）と、磁性材料を焼結してなり該ヨーク本体７の軸方向端面に固定される軸方向ティース８（図３及び図４参照）とを備える。

ヨーク本体７は、図２に示すように、環状の環状部７ａと、環状部７ａの内周面から周方向等角度間隔で径方向内側に延びる周方向に複数の内側ティース７ｂと、環状部７ａの外周面から周方向等角度間隔で径方向外側に延びる周方向に複数の外側ティース７ｃとを備える。尚、内側ティース７ｂと外側ティース７ｃは、その周方向の磁極中心Ｌ１が一致するように同じ周方向位置から径方向の内外に延びて形成されている。そして、巻線６は、周方向に隣り合う内側ティース７ｂ間及び外側ティース７ｃ間の環状部７ａにトロイダル巻きされ、それら巻線６は３相スター結線又はデルタ結線される。

又、軸方向ティース８は、図３及び図４に示すように、前記環状部７ａに固定されて軸方向に延びる連結部８ａと、該連結部８ａの先端から周方向及び径方向に広がるティース先端部８ｂとを備える。連結部８ａは、径方向に長い略直方体形状に形成され、前記内側ティース７ｂ及び前記外側ティース７ｃの周方向の磁極中心Ｌ１と異なる周方向位置（角度θずれた位置）において環状部７ａの軸方向端面に固定されている。ティース先端部８ｂは、連結部８ａの先端から周方向の両方に対称に（周方向に同じ量だけ）広がる形状であって、軸方向から見て（図３参照）扇形状に形成されている。尚、図４は、ステータ３の一部を径方向外側から見た模式図である。又、本実施の形態の軸方向ティース８は、自身の固定孔８ｃ（図３参照）とヨーク本体７の固定孔７ｄ（図２参照）に嵌挿されるビス９（図３参照）によってヨーク本体７に固定されている。

そして、このように構成されたステータ３は、図１に示すように、前記環状部７ａの軸方向一端部（図４中、下端部）がカバー２に形成された支持部２ａに対して支持（固定）される。尚、前記軸方向ティース８は、環状部７ａがカバー２に対して支持される軸方向一端部の反対側である軸方向他端面にのみ固定されている。

ロータ４は、両端側が前記ケース本体１及びカバー２にそれぞれ軸受１１を介して回転可能に支持される回転軸１２と、ケース本体１及びカバー２内において回転軸１２に固定されたロータコア１３と、更にロータコア１３に固定された第１、第２及び第３磁石１４〜１６とを備える。

詳しくは、ロータコア１３は、中央に回転軸１２が固定される中央孔１３ａを有した円盤部１３ｂと、該円盤部１３ｂの径方向中間位置から軸方向に延びる内側筒部１３ｃと、円盤部１３ｂの外縁から軸方向に延びる外側筒部１３ｄとを備える。そして、第１磁石１４は、図３に示すように、軸方向から見て湾曲して（円弧形状に）形成され、ステータ３の内周面（詳しくは、内側ティース７ｂの先端面）と対向するように内側筒部１３ｃの外周面に等間隔で固定配置される。又、第２磁石１５は、図３に示すように、軸方向から見て湾曲して（円弧形状に）形成され、ステータ３の外周面（詳しくは、外側ティース７ｃの先端面）と対向するように外側筒部１３ｄの内周面に等間隔で固定配置されている。又、第３磁石１６は、図１に示すように、ステータ３との対向面が平面の板状であって、図３に（２点鎖線で）示すように、軸方向から見てステータ３の径方向内側端部から径方向外側端部まで軸方向端部と対向する扇形状に形成され、ステータ３の軸方向他端部（図１中、上側端部であって、軸方向ティース８のティース先端部８ｂ）と対向するように円盤部１３ｂに等間隔で固定配置されている。尚、第１から第３磁石１４〜１６は、各磁極中心Ｌａが周方向に一致するように、それぞれ同じ周方向位置に配置されている。

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）ロータ４は、巻線６がトロイダル巻きされる環状部７ａから延びる内側ティース７ｂ、外側ティース７ｃ及び軸方向ティース８とそれぞれ対向するように且つ各磁極中心Ｌａが周方向に一致するように配置された第１から第３磁石１４〜１６を有する。そして、軸方向ティース８は、その周方向の磁極中心Ｌ２が内側ティース７ｂ及び外側ティース７ｃのそれ（磁極中心Ｌ１）と異なるように（角度θずれるように）環状部７ａに固定されるものであるため、第１磁石と磁極中心が異なる第２磁石とでトルクリップルを抑えた従来のものに比べて、トルクリップルを同等に低く抑えながら、高トルク化を図ることができる。尚、図５は、電流−トルク特性図であって、図５に示すように、本実施の形態における特性Ｘ１（図中、実線で図示）は、第１磁石と磁極中心が異なる第２磁石とからなるもの（第３磁石のない従来のもの）の特性Ｘ２（図中、破線で図示）より、高トルクであることがわかる。又、図６は、角度−トルクリップル特性図であって、図６に示すように、本実施の形態における特性Ｘ３（図中、実線で図示）は、第１磁石と磁極中心が異なる第２磁石とからなるもの（第３磁石のない従来のもの）の特性Ｘ４（図中、破線で図示）と、トルクリップルが同等であることがわかる。因みに、図５には、軸方向ティース８の周方向の磁極中心Ｌ２が内側ティース７ｂ及び外側ティース７ｃのそれ（磁極中心Ｌ１）と一致するように構成したものの特性Ｘ５（図中、２点鎖線で図示）を図示しているが、この場合、トルクリップルが大きくなってしまうことがわかる。

しかも、その周方向の磁極中心Ｌ２が内側ティース７ｂ及び外側ティース７ｃのそれ（磁極中心Ｌ１）と異なるように配置される軸方向ティース８は、環状部７ａに固定されるものであるため、例えば、巻線６を環状部７ａにトロイダル巻きする巻装作業の後に環状部７ａに固定することで、巻装作業の邪魔になることがなく、モータを容易に製造することができる。

（２）ティース先端部８ｂは、連結部８ａの先端から周方向の両方に対称に広がる形状であるため、非対称の（周方向の一方と他方とで異なる量だけ広がる）ものに比べて、製造性及び剛性が高くなる。尚、本実施の形態では、連結部８ａ自体が内側ティース７ｂ及び外側ティース７ｃの周方向の磁極中心Ｌ１と異なる周方向位置に固定されることで、軸方向ティース８はその周方向の磁極中心Ｌ２が内側ティース７ｂ及び外側ティース７ｃのそれ（磁極中心Ｌ１）と異なるようにされている。これにより、上記（１）の効果を得ることができる構成とされている。

（３）軸方向ティース８は、環状部７ａがカバー２に対して支持される軸方向一端部（図１中、下端部）の反対側である軸方向他端面に固定されるため、第３磁石１６と容易に広い面積で対向させることができる。

（４）第３磁石１６は、軸方向から見てステータ３の径方向内側端部から径方向外側端部まで軸方向端部（軸方向ティース８）と対向する扇形状に形成されるため、ステータ３による磁束（磁界）を最大限利用することができる。

上記実施の形態は、以下のように変更してもよい。
・上記実施の形態の軸方向ティース８は、その周方向の磁極中心Ｌ２が内側ティース７ｂ及び外側ティース７ｃのそれ（磁極中心Ｌ１）と異なるように構成されれば、ティース先端部の形状や連結部の固定位置等を変更してもよい。

例えば、図７に示すように、変更してもよい。即ち、図７に示すように、軸方向ティース２１は、前記環状部７ａに固定されて軸方向に延びる連結部２１ａと、該連結部２１ａの先端から周方向に広がるティース先端部２１ｂとを備える。ティース先端部２１ｂは、連結部２１ａの先端から周方向の一方と他方とで異なる量だけ広がる形状とされ、連結部２１ａが前記内側ティース７ｂ及び前記外側ティース７ｃの周方向の磁極中心Ｌ１と同じ周方向位置に固定されている。

このようにしても、ティース先端部２１ｂが連結部２１ａの先端から周方向の一方と他方とで異なる量だけ広がる形状とされることで、軸方向ティース２１はその周方向の磁極中心Ｌ２が内側ティース７ｂ及び外側ティース７ｃのそれ（磁極中心Ｌ１）と異なるようにされ、上記実施の形態の効果（１）と同様の効果を得ることができる。又、このようにすると、連結部２１ａが前記内側ティース７ｂ及び外側ティース７ｃの周方向の磁極中心Ｌ１と同じ周方向位置に固定されるため、例えば、連結部２１ａと巻線６とが互いに当接してしまうこと、ひいては巻線６が連結部２１ａにて周方向にずらされるといったことを低減することができる。

・上記実施の形態では、第３磁石１６を、軸方向から見てステータ３の径方向内側端部から径方向外側端部まで軸方向端部と対向する扇形状に形成したが、ステータ３の軸方向端部（軸方向ティース８）の少なくとも一部分と対向すれば、他の形状に変更してもよい。

・上記実施の形態では、軸方向ティース８は、ビス９によってヨーク本体７に固定されるとしたが、これに限定されず、例えば接着剤を用いるなど、他の方法や構造で固定してもよい。

・上記実施の形態では、第３磁石１６は、ステータ３との対向面が平面の板状に形成されるとしたが、ステータ３の軸方向端部（軸方向ティース８）と対向すれば、例えば、ステータ３を覆うような断面湾曲形状のものや断面コ字形状のものに変更してもよい。

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）請求項１乃至３のいずれか１項に記載のモータにおいて、前記ステータは、前記環状部の軸方向一端部がモータケースに対して支持され軸方向他端面に軸方向ティースが固定されたものであることを特徴とするモータ。

同構成によれば、軸方向ティースは、環状部がモータケースに対して支持される軸方向一端部の反対側である軸方向他端面に固定されるため、第３磁石と容易に広い面積で対向させることができる。

（ロ）上記（イ）に記載のモータにおいて、前記第３磁石は、前記ステータの径方向内側端部から径方向外側端部まで軸方向ティースと対向する扇形状に形成されたことを特徴とするモータ。

同構成によれば、第３磁石は、ステータの径方向内側端部から径方向外側端部まで軸方向ティースと対向する扇形状に形成されるため、ステータによる磁束（磁界）を最大限利用することができる。

本実施の形態におけるモータの模式断面図。本実施の形態におけるヨーク本体及び巻線の平面図。本実施の形態におけるステータとロータの一部分断面図。本実施の形態におけるステータの一部を径方向外側から見た模式図。電流−トルク特性図。角度−トルクリップル特性図。別例におけるステータの一部を径方向外側から見た模式図。

符号の説明

３…ステータ、４…ロータ、５…ヨーク、６…巻線、７ａ…環状部、７ｂ…内側ティース、７ｃ…外側ティース、８，２１…軸方向ティース、８ａ，２１ａ…連結部、８ｂ，２１ｂ…ティース先端部、１４〜１６…第１から第３磁石、Ｌ１，Ｌ２，Ｌａ…磁極中心。

Claims

巻線がトロイダル巻きされる環状部と、該環状部の内周面から径方向内側に延び且つ周方向に複数配置される内側ティースと、前記環状部の外周面から径方向外側に延び且つ周方向に複数配置される外側ティースと、前記環状部の軸方向端面から軸方向に延びるように前記環状部に固定され且つ周方向に複数配置される軸方向ティースとを有するステータと、
前記内側ティース、前記外側ティース及び前記軸方向ティースとそれぞれ対向するように配置された第１磁石、第２磁石及び第３磁石を有するロータと
を備え、
前記第１磁石、前記第２磁石及び前記第３磁石の各磁極中心は、周方向に一致しており、
前記内側ティースの周方向の磁極中心と前記外側ティースの周方向の磁極中心とは、周方向に一致し、
前記軸方向ティースの周方向の磁極中心は、前記内側ティースの周方向の磁極中心及び前記外側ティースの周方向の磁極中心の両方と異なることを特徴とするモータ。
請求項１に記載のモータにおいて、
前記軸方向ティースは、前記環状部に固定されて軸方向に延びる連結部と、該連結部の先端から周方向に広がり前記第３磁石と対向するティース先端部とを備えるものであって、
前記ティース先端部は、前記連結部の先端から周方向の両方に対称に広がる形状とされ、前記連結部自体が前記内側ティース及び前記外側ティースの周方向の磁極中心と異なる周方向位置に固定されたことを特徴とするモータ。
請求項１に記載のモータにおいて、
前記軸方向ティースは、前記環状部に固定されて軸方向に延びる連結部と、該連結部の先端から周方向に広がり前記第３磁石と対向するティース先端部とを備えるものであって、
前記ティース先端部は、前記連結部の先端から周方向の一方と他方とで異なる量だけ広がる形状とされ、前記連結部が前記内側ティース及び前記外側ティースの周方向の磁極中心と同じ周方向位置に固定されたことを特徴とするモータ。