JP5580125B2 - モータ、及びロータ - Google Patents

Description

本発明は、コンシクエントポール型構造を採用したモータ、及びロータに関するものである。

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。

特開平９−３２７１３９号公報

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。このため、理想的には突極と対向するステータ（そのティース先端部）との間を通る磁束であってティースを鎖交する磁束（鎖交磁束）が、他の方向に向かってしまいモータトルクに寄与しない漏れ磁束となり、ひいてはモータのトルクを低下させる原因となっていた。

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、高トルク化を図ることができるモータ、及びロータを提供することにある。

上記問題点を解決するために、請求項１に記載の発明では、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、前記ロータコアに設けら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、前記突極の軸方向長さが、前記マグネットと対応した位置の径方向外側端部である磁石極部の軸方向長さよりも長く設定されたことを要旨とする。

同構成によれば、突極の軸方向長さが、マグネットと対応した位置の径方向外側端部である磁石極部の軸方向長さよりも長く設定されるため、突極が磁石極部より軸方向に突出する部分によって、径方向に対向するように配置されるステータ（ティースの先端部）とのギャップパーミアンスを大きくすることができる。これにより、漏れ磁束が少なくなるとともにステータ鎖交磁束が増加し、ひいては高トルク化を図ることができる。

請求項２に記載の発明では、請求項１に記載のロータと、前記ロータと径方向に対向するように径方向内側に延びるティースが周方向に複数設けられ、前記ティースに巻線が巻装されたステータとを備えたモータであって、前記突極の前記磁石極部に対する軸方向の突出量Ｃと、前記ステータと前記ロータとの径方向の空隙の距離Ｂとの比率Ｃ／Ｂが、０＜（Ｃ／Ｂ）＜２を満たすように設定されたことを要旨とする。

同構成によれば、突極の磁石極部に対する軸方向の突出量Ｃと、ステータとロータとの径方向の空隙の距離Ｂとの比率Ｃ／Ｂが、０＜（Ｃ／Ｂ）＜２を満たすように設定されるため、突極が磁石極部に対して軸方向に突出していない場合（Ｃ／Ｂ＝０の場合）よりもステータ鎖交磁束が多くなる（図６参照）。よって、高トルク化を図ることができる。

本発明によれば、高トルク化を図ることができるモータ、及びロータを提供することができる。

第１の実施の形態におけるモータの平面図。 第１の実施の形態におけるモータの断面図。 比率Ａ／Ｂとステータ鎖交磁束との関係を示す特性図。 第２の実施の形態におけるロータの斜視図。 第２の実施の形態におけるモータの断面図。 比率Ｃ／Ｂとステータ鎖交磁束との関係を示す特性図。 （ａ），（ｂ）別例におけるモータを説明するための一部断面図。

（第１の実施の形態）
以下、本発明を具体化した第１の実施の形態を図１〜図３に従って説明する。
図１は、インナロータ型のブラシレスモータ（以下、単にモータという）Ｍを示す。図１に示すように、モータＭのステータ１０は、径方向内側に延びるティース１１ａが周方向に複数（本実施の形態では１２個）設けられたステータコア１１と、前記ティース１１ａに巻装された巻線１２とを備える。

又、モータＭにおいて前記ステータ１０の内側に配置されるロータ２０は、図１に示すように、回転軸２１の外周面に外嵌された略円環状のロータコア２２を有する。そして、ロータコア２２の外周部には周方向に（等角度間隔に）７つのマグネット配置部２２ａが形成され、該マグネット配置部２２ａにはＮ極のマグネット２３がそれぞれ（全部で７個）配置されている。又、各マグネット２３間には、ロータコア２２の外周部に設けられた（本実施の形態では一体形成された）突極２２ｂがそれぞれマグネット２３との各境界部に（本実施の形態では軸方向から見て一定面積の）空隙Ｋを以て配置されている。つまり、各マグネット２３及び突極２２ｂは等角度（３６０°／１４）間隔に交互に配置され、ロータ２０は、Ｎ極のマグネット２３に対して突極２２ｂ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、本実施の形態のロータ２０は、マグネット２３がロータ２０の径方向外側端部（外周表面）に配置される表面磁石型であって、そのマグネット２３がそのままロータ２０の磁石極部となる。

ここで、前記ティース１１ａの先端部（径方向内側端部）の軸方向長さは、図２に示すように、ロータ２０におけるマグネット２３（磁石極部）の軸方向長さよりも長く設定されている。尚、本実施の形態では、ティース１１ａの先端部の軸方向長さは、ステータコア１１の他の部分（ティース１１ａの先端部以外や環状部）の軸方向長さと同じとされ、マグネット２３の軸方向長さは、ロータコア２２（突極２２ｂ含む）の軸方向長さと同じに設定されている。又、図２では、ティース１１ａに巻装された巻線１２の図示を省略している。

そして、本実施の形態では、図２に示すように、ティース１１ａの先端部（径方向内側端部）のマグネット２３（磁石極部）に対する軸方向の突出量Ａと、ステータ１０とロータ２０との（最短の）径方向の空隙の距離Ｂとの比率Ａ／Ｂが、１．５≦（Ａ／Ｂ）≦２．５を満たすように設定されている。尚、ティース１１ａの先端部は、マグネット２３（磁石極部）に対して軸方向の両端側で軸方向に前記突出量Ａずつ突出しており、ティース１１ａの先端部の軸方向長さは、マグネット２３（磁石極部）の軸方向長さよりも前記突出量Ａの２倍（Ａ×２）だけ長く設定されていることになる。

次に、上記第１の実施の形態の特徴的な作用効果を以下に記載する。
（１）ティース１１ａの先端部の軸方向長さが、ロータ２０におけるマグネット２３（磁石極部）の軸方向長さよりも長く設定されるため、該部分でのロータ２０、ステータ１０間のギャップパーミアンスを大きくすることができる。これにより、漏れ磁束が少なくなるとともにステータ鎖交磁束（詳しくは、ステータ１０のティース１１ａを鎖交する磁束）が増加し、ひいては高トルク化を図ることができる。

（２）ティース１１ａの先端部のマグネット２３（磁石極部）に対する軸方向の突出量Ａと、ステータ１０とロータ２０との径方向の空隙の距離Ｂとの比率Ａ／Ｂが、１．５≦（Ａ／Ｂ）≦２．５を満たすように設定される。これにより、ティース１１ａの先端部がマグネット２３（磁石極部）に対して軸方向に突出していない場合（Ａ／Ｂ＝０の場合）よりもステータ鎖交磁束が多くなる（図３参照）。よって、高トルク化を図ることができる。しかも、１．５≦（Ａ／Ｂ）≦２．５の範囲では、ステータ鎖交磁束がほぼ最大値（図３参照）となり、且つ比率Ａ／Ｂが２．５を越える場合のようにティース１１ａの先端部を軸方向に大幅に無駄に長くしてしまうことが無い。よって、例えば、（Ａ／Ｂ）＝２．０±０．５で設計すれば、大幅な無駄なくステータ鎖交磁束をほぼ最大値として、容易に最大限の高トルク化を図ることができる。詳しくは、図３は、実験によって前記比率Ａ／Ｂを変化させたときのステータ鎖交磁束（比）を示している。図３に示すように、前記比率Ａ／Ｂが、１．５≦（Ａ／Ｂ）≦２．５を満たす場合、ティース１１ａの先端部の軸方向長さとマグネット２３（磁石極部）の軸方向長さとが同じ場合（Ａ／Ｂ＝０の場合）に比べて、ステータ鎖交磁束が略最大値（約１０１％）となっていることが分かる。そこで、本実施の形態では、前記比率Ａ／Ｂが１．５≦（Ａ／Ｂ）≦２．５を満たすように設定している。

（第２の実施の形態）
以下、本発明を具体化した第２の実施の形態を図４〜図６に従って説明する。尚、第２の実施の形態において第１の実施の形態と同様の部分（ステータ１０等）については、同様の符号を付す等してその詳細な説明を一部省略する。

この例のロータ３０は、図４及び図５に示すように、突極３１ａ（突極部材３１）の軸方向長さが、前記マグネット２３（磁石極部）の軸方向長さよりも長く設定されている。詳しくは、この例の突極３１ａは、ロータコア３２と別体で成形されて該ロータコア３２に固定される突極部材３１に形成されている。そして、その突極部材３１の軸方向長さが、前記マグネット２３（磁石極部）及びロータコア３２の軸方向長さよりも長く形成されている。

そして、図５に示すように、突極３１ａのマグネット２３（磁石極部）に対する軸方向の突出量Ｃと、ステータ１０とロータ３０との（最短の）径方向の空隙の距離Ｂとの比率Ｃ／Ｂが、０＜（Ｃ／Ｂ）＜２を満たすように設定されている。尚、突極３１ａ（突極部材３１）は、マグネット２３（磁石極部）に対して軸方向の両端側で軸方向に前記突出量Ｃずつ突出しており、突極３１ａ（突極部材３１）の軸方向長さは、マグネット２３（磁石極部）の軸方向長さよりも突出量Ｃの２倍（Ｃ×２）だけ長く設定されていることになる。又、この例のステータコア１１（ティース１１ａの先端部）の軸方向長さは、図５に示すように、突極３１ａ（突極部材３１）の軸方向長さよりも短く、且つマグネット２３（磁石極部）の軸方向長さよりも長く設定されている。

次に、上記第２の実施の形態の特徴的な（上記した以外の）作用効果を以下に記載する。
（１）突極３１ａ（突極部材３１）の軸方向長さが、マグネット２３（磁石極部）の軸方向長さよりも長く設定されるため、突極３１ａ（突極部材３１）がマグネット２３（磁石極部）より軸方向に突出する部分によって、ステータ１０（ティース１１ａの先端部）とのギャップパーミアンスを大きくすることができる。これにより、漏れ磁束が少なくなるとともにステータ鎖交磁束が増加し、ひいては高トルク化を図ることができる。

（２）突極３１ａのマグネット２３（磁石極部）に対する軸方向の突出量Ｃと、ステータ１０とロータ３０との径方向の空隙の距離Ｂとの比率Ｃ／Ｂが、０＜（Ｃ／Ｂ）＜２を満たすように設定されるため、突極３１ａがマグネット２３に対して軸方向に突出していない場合（Ｃ／Ｂ＝０の場合）よりもステータ鎖交磁束が多くなる（図６参照）。よって、高トルク化を図ることができる。詳しくは、図６は、実験によって前記比率Ｃ／Ｂを変化させたときのステータ鎖交磁束（比）を示している。図６に示すように、前記比率Ｃ／Ｂが、０＜（Ｃ／Ｂ）＜２を満たす場合、突極３１ａ（突極部材３１）の軸方向長さとマグネット２３（磁石極部）の軸方向長さとが同じ場合（Ｃ／Ｂ＝０の場合）に比べて、ステータ鎖交磁束が多くなることが分かる。そこで、この例では、前記比率Ｃ／Ｂが、０＜（Ｃ／Ｂ）＜２を満たすように設定している。尚、図６に示すように、前記比率Ｃ／Ｂが０．５≦（Ｃ／Ｂ）≦１．０を満たす場合、ステータ鎖交磁束が略最大値（約１０１．５％）となっていることが分かる。よって、特に、前記比率Ｃ／Ｂが０．５≦（Ｃ／Ｂ）≦１．０を満たすように設定することが望ましく、このようにすると最大限の高トルク化を図ることができる。

上記実施の形態は、以下のように変更してもよい。
・上記第１の実施の形態では、ティース１１ａの先端部のマグネット２３（磁石極部）に対する軸方向の突出量Ａと、ステータ１０とロータ２０との径方向の空隙の距離Ｂとの比率Ａ／Ｂを、１．５≦（Ａ／Ｂ）≦２．５を満たすように設定したが、これに限定されず、例えば、０＜（Ａ／Ｂ）≦１．５を満たすように設定してもよい。

このようにしても、ティース１１ａの先端部がマグネット２３（磁石極部）に対して軸方向に突出していない場合（Ａ／Ｂ＝０の場合）よりもステータ鎖交磁束が多くなる（図３参照）。よって、高トルク化を図ることができる。しかも、０＜（Ａ／Ｂ）≦１．５の範囲では、比率Ａ／Ｂ（突出量Ａ）が大きくなるほどステータ鎖交磁束が増加する（図３参照）ため、無駄にティース１１ａの先端部を軸方向に長くしてしまうことが無い。詳しくは、図３は、実験によって前記比率Ａ／Ｂを変化させたときのステータ鎖交磁束（比）を示している。図３に示すように、前記比率Ａ／Ｂが、０＜（Ａ／Ｂ）≦１．５を満たす場合、ティース１１ａの先端部の軸方向長さとマグネット２３（磁石極部）の軸方向長さとが同じ場合（Ａ／Ｂ＝０の場合）に比べて、ステータ鎖交磁束が多くなるとともに比率Ａ／Ｂが大きくなるほどステータ鎖交磁束が増加することが分かる。そこで、この例では、前記比率Ａ／Ｂが、０＜（Ａ／Ｂ）≦１．５を満たすように設定している。

・上記第１の実施の形態では、ティース１１ａの先端部の軸方向長さは、ステータコア１１の他の部分（ティース１１ａの先端部以外や環状部）の軸方向長さと同じとされるとしたが、これに限定されず、例えば、図７（ａ），（ｂ）に示すように、ティース１１ａの先端部のみ軸方向長さが長くなるように変更してもよい。

詳しくは、第１の実施の形態では特にステータコア１１の詳細な構成について言及していないが、図７（ａ）に示すように、ステータコア４１におけるティース１１ａの先端部（径方向内側端部）のみ軸方向長さが長くなるようにステータコア４１をＳＭＣ成形等により製造したものとしてもよい。

又、図７（ｂ）に示すように、ステータコア４２の略全体を、コアシートＳを積層して製造するとともに、ティース１１ａの先端部（径方向内側端部）のみ軸方向長さが長くなるように該部分に別部材４２ａを固定して設けたものとしてもよい。

これらのようにすると、第１の実施の形態の効果と同様の効果を得ることができるとともに、ティース１１ａに巻装される巻線１２（図１参照）の軸方向の突出量を抑えることができ、ひいてはモータＭの軸方向の小型化を図ることが可能となる。

・上記各実施の形態のロータ２０，３０は、マグネット２３がロータ２０，３０の径方向外側端部（外周表面）に配置される表面磁石型であるとしたが、これに限定されず、埋め込み磁石型のロータに変更してもよい。この場合、ステータ（ティース１１ａの先端）と径方向に対向する磁石極部は、ロータコアにおけるマグネットと対応した位置の径方向外側端部となる。よって、例えば、第１の実施の形態のロータ２０を埋め込み磁石型のロータに変更した場合、ティース１１ａの先端部の軸方向長さを、この磁石極部（ロータコアにおけるマグネットと対応した位置の径方向外側端部）の軸方向長さよりも長く設定することになる。

・上記各実施の形態では、ティース１１ａが１２個（１２スロット）で、マグネット２３（突極２２ｂ，３１ａ）の数が７個（即ち１４磁極）のモータＭに具体化したが、他の数のモータに変更して実施してもよい。

１０…ステータ、１１ａ…ティース、１２…巻線、２０，３０…ロータ、２２，３２…ロータコア、２２ｂ，３１ａ…突極、２３…マグネット、Ａ，Ｃ…突出量、Ｂ…距離、Ｋ…空隙。

Claims (2)

1. 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、前記ロータコアに設けら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、
   前記突極の軸方向長さが、前記マグネットと対応した位置の径方向外側端部である磁石極部の軸方向長さよりも長く設定されたことを特徴とするロータ。
2. 請求項１に記載のロータと、
   前記ロータと径方向に対向するように径方向内側に延びるティースが周方向に複数設けられ、前記ティースに巻線が巻装されたステータと
   を備えたモータであって、
   前記突極の前記磁石極部に対する軸方向の突出量Ｃと、前記ステータと前記ロータとの径方向の空隙の距離Ｂとの比率Ｃ／Ｂが、
   ０＜（Ｃ／Ｂ）＜２を満たすように設定されたことを特徴とするモータ。

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