JP5513059B2 - Rotor and motor - Google Patents
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Description
本発明は、コンシクエントポール型構造を採用したロータ、及びその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 rotor adopting a contiguous pole type structure and a motor including the rotor.
モータに用いられるロータとしては、例えば特許文献1にて示されているように、ロータコアの周方向に一方の磁極のマグネットが複数配置され、該コアに一体形成された突極が各マグネット間に配置され、該突極を他方の磁極として機能させる所謂コンシクエントポール型構造のロータが知られている。
As a rotor used in a motor, for example, as shown in
ところで、特許文献1のようなコンシクエントポール型構造のロータは、磁束の強制力(誘導)のあるマグネットと、磁束の強制力のない突極とが混在する磁極にて構成されているため、磁気的にアンバランスが生じ易く、このことが振動増加等の回転性能の悪化に繋がっている。
By the way, a rotor having a consequent pole type structure as in
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、低振動化を図り、回転性能を向上することができるロータ、及びそのロータを備えたモータを提供することにある。 The present invention has been made to solve the above-described problems, and an object of the present invention is to provide a rotor capable of reducing vibration and improving rotational performance, and a motor including the rotor. is there.
上記課題を解決するために、請求項1に記載の発明は、ロータコアの周方向に一方の磁極のマグネットが複数配置されるとともに、前記ロータコアの一体形成された突極が各マグネット間に空隙を以て配置され、前記突極を他方の磁極として機能するように構成されたロータであって、ステータに対するロータの空隙のうち、前記マグネット側の最短空隙距離Aと前記突極側の最短空隙距離Bとの比B/Aが、1<B/Aに設定されていることをその要旨とする。
In order to solve the above problems, the invention according to
この発明では、ステータに対するロータの空隙のうち、マグネット側の最短空隙距離Aと突極側の最短空隙距離Bとの比B/Aが、1<B/Aのいずれかの適正値に設定される。これにより、ロータ回転時の振動の要因となるラジアル脈動、ロータアンバランス力、及びトルクリップルの低減が可能となり(図3〜図5参照)、ロータの回転性能の向上に寄与できる。 In the present invention, the ratio B / A between the shortest air gap distance A on the magnet side and the shortest air gap distance B on the salient pole side among the air gaps of the rotor with respect to the stator is set to an appropriate value of 1 <B / A. The As a result, it is possible to reduce radial pulsation, rotor unbalance force, and torque ripple that cause vibration during rotor rotation (see FIGS. 3 to 5), which can contribute to improvement in the rotational performance of the rotor.
請求項2に記載の発明は、請求項1に記載のロータにおいて、前記マグネット側の最短空隙距離Aと前記突極側の最短空隙距離Bとの比B/Aが、1.25<B/A<1.6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 second aspect of the present invention, in the rotor according to the first aspect, a ratio B / A between the shortest gap distance A on the magnet side and the shortest gap distance B on the salient pole side is 1.25 <B / The gist is that it is set within the range of A <1.6.
この発明では、マグネット側の最短空隙距離Aと突極側の最短空隙距離Bとの比B/Aが、1.25<B/A<1.6の範囲内のいずれかに設定される。これにより、ラジアル脈動の低減に加え、ロータアンバランス力を効果的に低減でき(図4参照)、ロータの回転性能をより確実に向上できる。 In the present invention, the ratio B / A between the shortest air gap distance A on the magnet side and the shortest air gap distance B on the salient pole side is set in any of the ranges of 1.25 <B / A <1.6. Thereby, in addition to the reduction of radial pulsation, the rotor unbalance force can be effectively reduced (see FIG. 4), and the rotational performance of the rotor can be improved more reliably.
請求項3に記載の発明は、請求項1に記載のロータにおいて、前記マグネット側の最短空隙距離Aと前記突極側の最短空隙距離Bとの比B/Aが、1<B/A<1.55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 rotor according to the first aspect, the ratio B / A between the shortest gap distance A on the magnet side and the shortest gap distance B on the salient pole side is 1 <B / A <. The gist is that it is set within the range of 1.55.
この発明では、マグネット側の最短空隙距離Aと突極側の最短空隙距離Bとの比B/Aが、1<B/A<1.55の範囲内のいずれかに設定される。これにより、ラジアル脈動の低減に加え、トルクリップルを効果的に低減でき(図5参照)、ロータの回転性能をより確実に向上できる。 In the present invention, the ratio B / A between the shortest air gap distance A on the magnet side and the shortest air gap distance B on the salient pole side is set to any one within the range of 1 <B / A <1.55. Thereby, in addition to the reduction of radial pulsation, torque ripple can be effectively reduced (see FIG. 5), and the rotational performance of the rotor can be improved more reliably.
請求項4に記載の発明は、請求項3に記載のロータにおいて、前記マグネット側の最短空隙距離Aと前記突極側の最短空隙距離Bとの比B/Aが、1.15<B/A<1.25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 rotor according to the third aspect, the ratio B / A between the shortest gap distance A on the magnet side and the shortest gap distance B on the salient pole side is 1.15 <B / The gist is that it is set within the range of A <1.25.
この発明では、マグネット側の最短空隙距離Aと突極側の最短空隙距離Bとの比B/Aが、1.15<B/A<1.25の範囲内のいずれかに設定される。これにより、トルクリップルを一層効果的に低減でき(図5参照)、ロータの回転性能をより確実に向上できる。 In the present invention, the ratio B / A between the shortest gap distance A on the magnet side and the shortest gap distance B on the salient pole side is set to any one of the ranges of 1.15 <B / A <1.25. Thereby, torque ripple can be reduced more effectively (see FIG. 5), and the rotational performance of the rotor can be improved more reliably.
請求項5に記載の発明は、請求項1に記載のロータにおいて、前記マグネット側の最短空隙距離Aと前記突極側の最短空隙距離Bとの比B/Aが、1.2<B/A<1.4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 fifth aspect of the present invention, in the rotor according to the first aspect, a ratio B / A between the shortest gap distance A on the magnet side and the shortest gap distance B on the salient pole side is 1.2 <B / The gist is that it is set within the range of A <1.4.
この発明では、マグネット側の最短空隙距離Aと突極側の最短空隙距離Bとの比B/Aが、1.2<B/A<1.4の範囲内のいずれかに設定される。これにより、ラジアル脈動の低減に加え、ロータアンバランス力及びトルクリップルをともに効果的に低減でき(図4及び図5参照)、ロータの回転性能をより確実に向上できる。 In the present invention, the ratio B / A between the shortest gap distance A on the magnet side and the shortest gap distance B on the salient pole side is set to any one of the ranges of 1.2 <B / A <1.4. Thereby, in addition to the reduction of radial pulsation, both the rotor unbalance force and the torque ripple can be effectively reduced (see FIGS. 4 and 5), and the rotational performance of the rotor can be improved more reliably.
請求項6に記載の発明は、請求項1〜5のいずれか1項に記載のロータにおいて、前記マグネット及び前記突極の数がそれぞれ奇数に設定され、前記マグネットと前記突極とが180°反対位置に配置されて構成されていることをその要旨とする。 According to a sixth aspect of the present invention, in the rotor according to any one of the first to fifth aspects, the numbers of the magnets and the salient poles are set to odd numbers, and the magnet and the salient poles are 180 °. The gist is that they are arranged at opposite positions.
この発明では、マグネット及び突極の数が奇数で、マグネットと突極とが180°反対位置に配置されて構成される。即ち、マグネットと突極とが180°反対位置に配置される構成では、磁気的なアンバランスが生じてロータ回転時の振動が増大しがちであるため、上記のようにマグネット側と突極側との空隙距離の比B/Aの適正化を図り、低振動化する意義は大きい。 In the present invention, the number of magnets and salient poles is an odd number, and the magnets and salient poles are arranged at positions opposite to each other by 180 °. That is, in the configuration in which the magnet and the salient pole are disposed at positions opposite to each other by 180 °, a magnetic imbalance tends to occur and the vibration during the rotor rotation tends to increase. It is significant to reduce the vibration by optimizing the air gap distance ratio B / A.
請求項7に記載の発明は、請求項1〜6のいずれか1項に記載のロータを備えたモータである。
この発明では、上記のロータを用いることで低振動の回転性能の向上が図られたモータを提供できる。
The invention according to claim 7 is a motor including the rotor according to any one of
According to the present invention, it is possible to provide a motor in which the rotational performance with low vibration is improved by using the above-described rotor.
本発明によれば、低振動化を図り、回転性能を向上することができるロータ、及びそのロータを備えたモータを提供することができる。 According to the present invention, it is possible to provide a rotor capable of reducing vibration and improving rotational performance, and a motor including the rotor.
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及び図2は、インナロータ型のブラシレスモータMを示す。本実施形態のモータMに用いるロータ10は、回転軸11の外周面に磁性金属材料よりなる略円環状のロータコア12が固着されており、該コア12の外周部の周方向にN極のマグネット13が7個配置されるとともに、該コア12の外周部に一体形成された突極12aが各マグネット13間に配置されている。つまり、各マグネット13及び突極12aは等角度間隔に交互に配置(この場合、マグネット13と突極12aとが180°反対位置に配置)され、ロータ10は、N極のマグネット13に対して突極12aをS極として機能させる14磁極の所謂コンシクエントポール型にて構成されている。尚、ステータ20には、ステータコア21の12個のティース21aにコイル22が巻回された12磁極で構成されたものが用いられる。
DESCRIPTION OF EXEMPLARY EMBODIMENTS Hereinafter, an embodiment of the invention will be described with reference to the drawings.
1 and 2 show an inner rotor type brushless motor M. FIG. In the
ロータ10のマグネット13は、突極12aよりも周方向長さが若干大きく、平坦な内側面13aと湾曲形状をなす外側面13bとを有する略四角柱状に形成されている。マグネット13は、その内側面13aがロータコア12の隣接する突極12a間に設けた平坦な固着面12bに固着され、隣接の突極12aとの間に周方向の空隙S1が設けられている。各マグネット13の外側面13bは、同一円周上に位置する湾曲形状にて形成されている。
The
突極12aは、マグネット13との空隙S1分若干小さく、略扇状に径方向外側に突出する形状をなしており、湾曲形状をなす外側面12cを有している。各突極12aの外側面12cは、その周方向中央部が周方向両端部よりも径方向外側に相対的に凸となる湾曲形状、換言すれば周方向中央部から周方向端部に向かうほど曲線的に次第に径方向内側に後退する湾曲形状にて形成されている。尚、外側面12cの曲率は個々の外側面12cで一定であり、周方向中央部から両側に対称となっている。
The
また、突極12a及びマグネット13の両外側面12c,13bにおいて、突極12a側の外側面12cがマグネット13側の外側面13bよりも相対的に径方向内側に位置するように構成されている。即ち、ステータ20(ティース21aの先端面)に対するロータ10の空隙S2において、突極12a側の空隙距離B(この場合、周方向中央部における最短空隙距離)がマグネット13側の空隙距離A(周方向に一定、即ち周方向のいずれも最短空隙距離)よりも大きく設定されている。
Further, the
ここで、ステータ20に対する突極12a側とマグネット13側それぞれの空隙距離B,Aの比B/Aを変化させたとき、ラジアル脈動比を図3に、ロータアンバランス力比を図4に、トルクリップル比を図5にそれぞれ示す。このラジアル脈動、ロータアンバランス力、及びトルクリップルは、それぞれロータ10の回転時の振動を増大させる要因である。
Here, when the ratio B / A of the gap distances B and A on the
図3では、B/Aを変化させたときのラジアル脈動比が示され、B/A=1、即ち突極12a側とマグネット13側の各空隙距離B,Aを同じとしたときのラジアル脈動を「1」とすると、そのB/Aが大きくなるに連れて(突極12aがマグネット13よりも内側に位置するに連れて)、ラジアル脈動は「1」から略一定に減少していく。詳しくは、B/A=1.2のときにラジアル脈動は約「0.89」、B/A=1.4のときにラジアル脈動は約「0.8」、B/A=1.6のときにラジアル脈動は約「0.72」というように減少していく。つまり、1<B/Aとすれば、ラジアル脈動の低減が見込める。
FIG. 3 shows the radial pulsation ratio when B / A is changed. B / A = 1, that is, the radial pulsation when the gap distances B and A on the
次いで図4では、B/Aを変化させたときのロータアンバランス力比が示され、上記と同様、B/A=1としたときのロータアンバランス力を「1」とすると、そのB/Aが大きくなるに連れてロータアンバランス力は減少し、最小値を経て若干ではあるが増加に転じる。詳しくは、B/A=1からB/A=1.4まではロータアンバランス力が減少する範囲であり、B/A=1.4に近づくほど減少幅が次第に小さくなっていき、そのB/A=1.4で約「0.3」の最小値となる。B/A=1.4からB/A=1.6まではロータアンバランス力は若干ではあるが増加する範囲であり、B/A=1.6で約「0.4」まで増加する。つまり、1<B/Aとすれば、少なくとも測定したB/A=1.6まではロータアンバランス力の低減が見込め、1.25<B/A<1.6の範囲内では特に、B/A=1のときのロータアンバランス力の略40%以下となり、ロータアンバランス力の低減効果が大である。 Next, FIG. 4 shows the rotor unbalance force ratio when B / A is changed. Similarly to the above, when the rotor unbalance force when B / A = 1 is set to “1”, the B / A As A increases, the rotor unbalance force decreases, and after a minimum value, starts to increase slightly. Specifically, the range from B / A = 1 to B / A = 1.4 is a range in which the rotor unbalance force decreases. The closer the B / A = 1.4, the smaller the range of decrease. /A=1.4 is the minimum value of about “0.3”. From B / A = 1.4 to B / A = 1.6, the rotor unbalance force increases slightly but increases to about “0.4” at B / A = 1.6. In other words, if 1 <B / A, the rotor unbalance force can be reduced at least until the measured B / A = 1.6, and particularly within the range of 1.25 <B / A <1.6, B / A = 1, approximately 40% or less of the rotor unbalance force at the time of / A = 1, and the effect of reducing the rotor unbalance force is great.
次いで図5では、B/Aを変化させたときのトルクリップル比が示され、上記と同様、B/A=1としたときのトルクリップルを「1」とすると、そのB/Aが大きくなるに連れてトルクリップルは一端減少し、最小値を経て再び増加するように変化する。詳しくは、B/A=1からB/A=1.2まではトルクリップルが減少する範囲であり、B/A=1.2に近づくほど減少幅が次第に小さくなっていき、そのB/A=1.2で約「0.47」の最小値となる。B/A=1.2からB/A=1.6まではトルクリップルは増加する範囲であり、B/A=1.2から次第に増加幅も次第に大きくなっていき、B/A=1.55でB/A=1と同等のトルクリップルとなる。B/A=1.55以降はそのまま増加していく。つまり、1<B/A<1.55とすればトルクリップルの低減が見込め、1.15<B/A<1.25の範囲内では特に、B/A=1のときのトルクリップルの略半分以下となり、トルクリップルの低減効果が大である。 Next, FIG. 5 shows the torque ripple ratio when B / A is changed. Similarly to the above, when the torque ripple when B / A = 1 is set to “1”, the B / A increases. As the torque ripple decreases, the torque ripple decreases and then increases again after passing through the minimum value. Specifically, the torque ripple decreases from B / A = 1 to B / A = 1.2, and the decreasing range gradually decreases as B / A = 1.2. = 1.2 is the minimum value of about “0.47”. From B / A = 1.2 to B / A = 1.6, the torque ripple is in an increasing range. From B / A = 1.2, the range of increase gradually increases, and B / A = 1. 55, the torque ripple is equivalent to B / A = 1. After B / A = 1.55, it increases as it is. In other words, if 1 <B / A <1.55, torque ripple can be expected to be reduced. Especially within the range of 1.15 <B / A <1.25, the torque ripple when B / A = 1 is an abbreviation. Less than half, and the effect of reducing torque ripple is great.
これらを踏まえ、本実施形態のロータ10では、ステータ20に対する突極12a側とマグネット13側それぞれの空隙距離B,Aの比B/Aが1<B/A<1.55の範囲内のいずれかに設定されている。これにより、ロータ10の回転時の振動に繋がるラジアル脈動(図3)、ロータアンバランス力(図4)、及びトルクリップル(図5)の低減が可能となり、特にロータアンバランス力の低減を重視するものではB/Aを「1.4」付近に、トルクリップルの低減を重視するものにおいてはB/Aを「1.2」付近に設定する。このように本実施形態では、ロータ10の回転時の振動に繋がる各要因の低減が図られ、ロータ10の回転性能の向上が図られている。
Based on these, 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、ステータ20に対するロータ10の空隙S2のうち、マグネット13側の空隙距離Aと突極12a側の空隙距離Bとの比B/Aが、1<B/Aのいずれかの適正値に設定されている。これにより、ロータ10の回転時の振動の要因となるラジアル脈動、ロータアンバランス力、及びトルクリップルをそれぞれ低減でき(図3〜図5参照)、ロータ10の回転性能の向上を図ることができる。つまり、回転性能の向上したモータMとして提供することができる。
Next, characteristic effects of the present embodiment will be described.
(1) In this embodiment, the ratio B / A between the gap distance A on the
因みに、空隙距離A,Bの比B/Aを1.25<B/A<1.6の範囲内のいずれかに設定することで、ラジアル脈動の低減に加え、ロータアンバランス力を効果的に低減することができる。 Incidentally, by setting the ratio B / A of the gap distances A and B to any one of the ranges of 1.25 <B / A <1.6, the rotor unbalance force is effectively reduced in addition to the reduction of radial pulsation. Can be reduced.
また、空隙距離A,Bの比B/Aを1<B/A<1.55の範囲内のいずれかに設定することで、ラジアル脈動の低減に加え、トルクリップルを効果的に低減することができる。この場合更に、空隙距離A,Bの比B/Aを1.15<B/A<1.25の範囲内のいずれかに設定することで、トルクリップルを一層効果的に低減することができる。 In addition to reducing radial pulsation, torque ripple can be effectively reduced by setting the ratio B / A of the air gap distances A and B to any value within the range of 1 <B / A <1.55. Can do. In this case, furthermore, the torque ripple can be further effectively reduced by setting the ratio B / A of the gap distances A and B to any of the ranges of 1.15 <B / A <1.25. .
また、空隙距離A,Bの比B/Aを1.2<B/A<1.4の範囲内のいずれかに設定することで、ラジアル脈動の低減に加え、ロータアンバランス力及びトルクリップルをともに効果的に低減することができる。 In addition to reducing radial pulsation, the rotor unbalance force and torque ripple can be reduced by setting the ratio B / A of the gap distances A and B to any value within the range of 1.2 <B / A <1.4. Both can be effectively reduced.
(2)上記実施形態では、マグネット13及び突極12aの数が奇数で、マグネット13と突極12aとが180°反対位置に配置されて構成されている。即ち、マグネット13と突極12aとが180°反対位置に配置される構成では、磁気的なアンバランスが生じてロータ10の回転時の振動が増大しがちであるため、上記のようにマグネット13側と突極12a側との空隙距離A,Bの比B/Aの適正化を図り、低振動化する意義は大きい。
(2) In the said embodiment, the number of the
尚、本発明の実施形態は、以下のように変更してもよい。
・上記実施形態についての数値範囲は、状況等に応じて適宜変更してもよい。
・上記実施形態について、突極12a及びマグネット13の両外側面12c,13bの形状を適宜変更してもよい。マグネット13側の外側面13bを同一円周となる湾曲形状とし、突極12a側の外側面12cをそれよりも曲率の大きい湾曲形状としたが、逆であってもよい。また、両外側面12c,13bがそれぞれ同一円周の湾曲形状としてもよく、また両外側面12c,13bともそれぞれ曲率の大きい湾曲形状としてもよい。また、外側面12c,13bの湾曲形状を曲率一定とするのみならず、曲率を周方向で変化させる形状や、直線的に変化する形状であってもよい。
In addition, you may change embodiment of this invention as follows.
-You may change suitably the numerical range about the said embodiment according to a condition.
-About the said embodiment, you may change suitably the shape of both the outer side surfaces 12c and 13b of the
またこれらの他にも、マグネット13の形状や、突極12aを含むロータコア12の形状を適宜変更してもよい。
・上記実施形態では、7個の突極12aと7個のマグネット13とで構成した14磁極のロータ10に適用したが、磁極数を適宜変更してもよい。これに伴い、ステータ20側の磁極数も適宜変更する。
Besides these, the shape of the
In the above embodiment, the present invention is applied to the 14-
・上記実施形態では、インナロータ型のモータMに用いられるロータ10に適用したが、アウタロータ型のモータのロータに適用してもよい。この場合、ロータとステータとの径方向の対向関係が逆になる。
In the above embodiment, the present invention is applied to the
10…ロータ、12…ロータコア、12a…突極、13…マグネット、20…ステータ、S1,S2…空隙、A,B…空隙距離(最短空隙距離)。
DESCRIPTION OF
Claims (7)
ステータに対するロータの空隙のうち、前記マグネット側の最短空隙距離Aと前記突極側の最短空隙距離Bとの比B/Aが、1<B/Aに設定されていることを特徴とするロータ。 A plurality of magnets having one magnetic pole are arranged in the circumferential direction of the rotor core, and salient poles integrally formed with the rotor core are arranged with gaps between the magnets, and the salient poles function as the other magnetic poles. A rotor,
Of the rotor gaps with respect to the stator, the ratio B / A between the shortest gap distance A on the magnet side and the shortest gap distance B on the salient pole side is set to 1 <B / A. .
前記マグネット側の最短空隙距離Aと前記突極側の最短空隙距離Bとの比B/Aが、1.25<B/A<1.6の範囲内に設定されていることを特徴とするロータ。 The rotor according to claim 1, wherein
A ratio B / A between the shortest gap distance A on the magnet side and the shortest gap distance B on the salient pole side is set in a range of 1.25 <B / A <1.6. Rotor.
前記マグネット側の最短空隙距離Aと前記突極側の最短空隙距離Bとの比B/Aが、1<B/A<1.55の範囲内に設定されていることを特徴とするロータ。 The rotor according to claim 1, wherein
The rotor, wherein a ratio B / A between the shortest gap distance A on the magnet side and the shortest gap distance B on the salient pole side is set in a range of 1 <B / A <1.55.
前記マグネット側の最短空隙距離Aと前記突極側の最短空隙距離Bとの比B/Aが、1.15<B/A<1.25の範囲内に設定されていることを特徴とするロータ。 The rotor according to claim 3, wherein
A ratio B / A between the shortest gap distance A on the magnet side and the shortest gap distance B on the salient pole side is set in a range of 1.15 <B / A <1.25. Rotor.
前記マグネット側の最短空隙距離Aと前記突極側の最短空隙距離Bとの比B/Aが、1.2<B/A<1.4の範囲内に設定されていることを特徴とするロータ。 The rotor according to claim 1, wherein
A ratio B / A between the shortest gap distance A on the magnet side and the shortest gap distance B on the salient pole side is set in a range of 1.2 <B / A <1.4. Rotor.
前記マグネット及び前記突極の数がそれぞれ奇数に設定され、前記マグネットと前記突極とが180°反対位置に配置されて構成されていることを特徴とするロータ。 The rotor according to any one of claims 1 to 5,
The number of the magnets and the salient poles is set to an odd number, and the magnet and the salient poles are arranged at positions opposite to each other by 180 °.
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