JP5611686B2 - ロータ、及びモータ - 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。

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埋め込まれてマグネット磁極部が形成され、該コアに一体形成された突極が各マグネット磁極部間に配置され、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、マグネット磁極部と突極とで磁束密度分布が異なることや急峻に磁束密度が変化することなどから、両磁極をマグネット磁極部とした場合に比べてコギングトルクが非常に大きくなってしまうという問題がある。

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、コギングトルクを低減することができるロータ、及びモ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埋め込まれてマグネット磁極部が形成されるとともに、各マグネット磁極部間には前記ロータコアに形成された突極がそれぞれマグネット磁極部との各境界部に軸方向から見て一定面積の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、前記マグネット磁極部の外側面及び前記突極の外側面には、その周方向両端に向かうほど、ロータの最も径方向外側を通る基準円から次第に内側に離間する離間部が形成され、前記離間部は、前記外側面が前記基準円の半径Ｒ０より小さい半径Ｒ１の円弧形状に形成されることで前記基準円から次第に内側に離間するように形成され、前記基準円の半径Ｒ０と、前記マグネット磁極部の外側面及び前記突極の外側面の円弧形状の半径Ｒ１との比率Ｒ１／Ｒ０が、０．７８７＜（Ｒ１／Ｒ０）＜０．９０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、マグネット磁極部の外側面及び突極の外側面には、その周方向両端に向かうほど、ロータの最も径方向外側を通る基準円から次第に内側に離間する離間部が形成されるため、ロータからステータへ流入する磁束密度の変化が緩やかになりコギングトルクを低減することができる。

同構成によれば、離間部は、前記外側面が前記基準円の半径Ｒ０より小さい半径Ｒ１の円弧形状に形成されることで基準円から次第に内側に離間するように形成されるため、ロータからステータへ流入する磁束密度の変化がより緩やかになりコギングトルクをより低減することができる。

同構成によれば、前記比率Ｒ１／Ｒ０が０．７８７＜（Ｒ１／Ｒ０）＜０．９０を満たすように設定されるため、両外側面を基準円に沿った円弧形状としたものに対してトルクを向上させながらコギングトルクを５０％未満にすることができる（図２及び図３参照）。

請求項２に記載の発明では、請求項１に記載のロータを備えたモータを要旨とする。
同構成によれば、請求項１に記載の発明の効果を有するモータを提供することができる。

本発明によれば、コギングトルクを低減することができるロータ、及びモータを提供することができる。

（ａ）実施の形態におけるモータの平面図。（ｂ）同じくロータの部分拡大図。 比率Ｒ１／Ｒ０とトルクの関係を示す特性図。 比率Ｒ１／Ｒ０とコギングトルクの関係を示す特性図。 （ａ），（ｂ）別例におけるロータの平面図。 （ａ），（ｂ）別例におけるロータの平面図。 別例におけるモータの平面図。

以下、本発明を具体化した実施の形態を図１〜図３に従って説明する。
図１（ａ）は、両回転用の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（ａ）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のロータ２０は、図１（ａ），（ｂ）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の外周部の周方向に（９０°間隔に）Ｎ極のマグネット２３が４個埋め込まれてマグネット磁極部２４が形成されている。本実施の形態のロータコア２２に埋め込まれるマグネット２３は、略直方体形状に形成され、ロータ２０の軸方向から見て長手方向が径方向の直交方向に沿って配置されている。又、各マグネット磁極部２４間には、ロータコア２２の外周部に形成された突極２２ａがそれぞれマグネット磁極部２４との各境界部に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。尚、この空隙Ｋは、マグネット磁極部２４の周方向の両側に対称（マグネット２３の長手方向の中心を通る径方向の線に対して線対称）な形状に形成されることで一定の面積とされるとともに、ロータコア２２の軸方向の全体に渡って（一定面積が維持されたまま）形成されている。つまり、各マグネット磁極部２４及び突極２２ａは等角度（４５°）間隔に交互に配置され、ロータ２０は、Ｎ極のマグネット磁極部２４に対して突極２２ａをＳ極として機能させる８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。

ここで、前記マグネット磁極部２４の外側面２４ａ及び前記突極２２ａの外側面２２ｂには、図１（ｂ）に示すように、その周方向両端に向かうほど、ロータ２０の最も径方向外側を通る基準円Ｚ（図１（ｂ）中、破線で図示する）から次第に内側に離間する離間部２４ｂ，２２ｃが形成されている。詳しくは、本実施の形態の各離間部２４ｂ，２２ｃは、図１（ｂ）に示すように、各外側面２４ａ，２２ｂが前記基準円Ｚの半径Ｒ０より小さい半径Ｒ１の円弧形状に形成されることで、基準円Ｚから次第に内側に離間するように形成されている。

そして、本実施の形態では、基準円Ｚの半径Ｒ０と、各外側面２４ａ，２２ｂの半径Ｒ１との比率Ｒ１／Ｒ０が、０．７７８＜（Ｒ１／Ｒ０）を満たすように設定されている。更に、本実施の形態では、前記比率Ｒ１／Ｒ０が、０．７８７＜（Ｒ１／Ｒ０）＜０．９０を満たすように設定されている。

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）マグネット磁極部２４の外側面２４ａ及び突極２２ａの外側面２２ｂには、その周方向両端に向かうほど、ロータ２０の最も径方向外側を通る基準円Ｚから次第に内側に離間する離間部２４ｂ，２２ｃが形成されるため、ロータ２０からステータ１０へ流入する磁束密度の変化が緩やかになりコギングトルクを低減することができる。

（２）離間部２４ｂ，２２ｃは、前記外側面２４ａ，２２ｂが前記基準円Ｚの半径Ｒ０より小さい半径Ｒ１の円弧形状に形成されることで基準円Ｚから次第に内側に離間するように形成されるため、ロータ２０からステータ１０へ流入する磁束密度の変化がより緩やかになりコギングトルクをより低減することができる。

（３）前記基準円Ｚの半径Ｒ０と、各外側面２４ａ，２２ｂの円弧形状の半径Ｒ１との比率Ｒ１／Ｒ０が０．７７８＜（Ｒ１／Ｒ０）を満たすように設定される。よって、両外側面２４ａ，２２ｂを基準円Ｚに沿った円弧形状としたもの（Ｒ１／Ｒ０＝１のもの）に対してトルク（図２参照）の低下を１％未満に抑えながらコギングトルク（図３参照）を低減することができる。

詳しくは、図２は、実験によって前記比率Ｒ１／Ｒ０を変化させたときのトルク（比）を示している。図２に示すように、前記比率Ｒ１／Ｒ０が、０．７７８＜（Ｒ１／Ｒ０）を満たす場合、単純に両外側面２４ａ，２２ｂを基準円Ｚに沿った円弧形状とした（Ｒ１／Ｒ０＝１の）場合に比べて、トルクの低下を１％未満に抑えること（９９％より大きくすること）ができる。又、図３は、実験によって前記比率Ｒ１／Ｒ０を変化させたときのコギングトルク（比）を示している。図３に示すように、前記半径Ｒ１が前記半径Ｒ０より小さいことを前提として、前記比率Ｒ１／Ｒ０が、０．７７８＜（Ｒ１／Ｒ０）を満たす場合、単純に両外側面２４ａ，２２ｂを基準円Ｚに沿った円弧形状とした（Ｒ１／Ｒ０＝１の）場合に比べて、コギングトルクトルクが小さくなることが分かる。そこで、本実施の形態では、比率Ｒ１／Ｒ０を、０．７７８＜（Ｒ１／Ｒ０）を満たすように設定している。よって、トルク（図２参照）の低下を１％未満に抑えながらコギングトルク（図３参照）を低減することができる。

（４）更に、前記比率Ｒ１／Ｒ０が０．７８７＜（Ｒ１／Ｒ０）＜０．９０を満たすように設定されるため、両外側面２４ａ，２２ｂを基準円Ｚに沿った円弧形状としたもの（Ｒ１／Ｒ０＝１のもの）に対してトルク（図２参照）を向上させながらコギングトルク（図３参照）を５０％未満にすることができる。

詳しくは、図２に示すように、前記比率Ｒ１／Ｒ０が、０．７８７＜（Ｒ１／Ｒ０）＜０．９０を満たす場合、単純に両外側面２４ａ，２２ｂを基準円Ｚに沿った円弧形状とした（Ｒ１／Ｒ０＝１の）場合に比べて、トルクが（１００％より）大きくなることが分かる。又、図３に示すように、前記比率Ｒ１／Ｒ０が、０．７８７＜（Ｒ１／Ｒ０）＜０．９０を満たす場合、単純に両外側面２４ａ，２２ｂを基準円Ｚに沿った円弧形状とした（Ｒ１／Ｒ０＝１の）場合に比べて、コギングトルクトルクが５０％未満になることが分かる。そこで、本実施の形態では、比率Ｒ１／Ｒ０を、０．７８７＜（Ｒ１／Ｒ０）＜０．９０を満たすように設定している。よって、トルク（図２参照）を向上させながらコギングトルク（図３参照）を５０％未満にすることができる。

上記実施の形態は、以下のように変更してもよい。
・上記実施の形態では、ロータコア２２に埋め込まれるマグネット２３は、略直方体形状に形成され、軸方向から見て長手方向が径方向の直交方向に沿って配置されるとしたが、マグネット磁極部を構成することができれば、他の形状のマグネットに変更してもよいし、他のパターンに配置してもよい。

例えば、図４（ａ）に示すように、変更してもよい。この例のロータコア３１に埋め込まれるマグネット３２は、単純な直方体形状とは異なり、軸方向から見て上記実施の形態のマグネット２３における径方向外側の両端（その角）に面取り部３２ａが形成された形状に形成されている。このようにしても、上記実施の形態の効果と同様の効果を得ることができる。

又、例えば、図４（ｂ）に示すように、変更してもよい。この例のロータコア３３に埋め込まれるマグネット３４は、単純な直方体形状とは異なり、軸方向から見て上記実施の形態のマグネット２３における径方向外側の辺が凸の円弧形状とされた形状に形成されている。このようにしても、上記実施の形態の効果と同様の効果を得ることができる。

又、例えば、図５（ａ）に示すように、変更してもよい。この例のロータコア３５に埋め込まれるマグネット３６は、単純な直方体形状とは異なり、軸方向から見て全体が径方向内側に湾曲した形状（径方向内側に凸の円弧形状）に形成されている。このようにしても、上記実施の形態の効果と同様の効果を得ることができる。

又、例えば、図５（ｂ）に示すように、変更してもよい。この例のロータコア３７に埋め込まれるマグネット３８は、一対で一方の磁極（例えばＮ極）を構成するものであって、それぞれ略直方体形状のものが一対で（径方向外側が開口した）Ｖ字形状となるように配置されている。このようにしても、上記実施の形態の効果と同様の効果を得ることができる。

・上記実施の形態では、離間部２４ｂ，２２ｃは、前記外側面２４ａ，２２ｂが基準円Ｚの半径Ｒ０より小さい半径Ｒ１の円弧形状に形成されることで基準円Ｚから次第に内側に離間するように形成されるとしたが、基準円Ｚから次第に内側に離間すれば、円弧形状以外の形状に変更してもよい。例えば、基準円Ｚから次第に内側に離間する平面的な斜面に変更してもよい。このようにしても、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。

・上記実施の形態では、前記比率Ｒ１／Ｒ０が０．７８７＜（Ｒ１／Ｒ０）＜０．９０を満たすように設定されるとしたが、これに限定されず、例えば、比率Ｒ１／Ｒ０が０．７７８＜（Ｒ１／Ｒ０）を満たしながら、０．７８７＜（Ｒ１／Ｒ０）＜０．９０を満たさないように変更してもよい。このようにしても、上記実施の形態の効果（１）〜（３）と同様の効果を得ることができる。

・上記実施の形態では、マグネット磁極部２４の外側面２４ａ及び突極２２ａの外側面２２ｂに離間部２４ｂ，２２ｃが形成されるとしたが、マグネット磁極部２４の外側面２４ａ及び突極２２ａの外側面２２ｂのいずれか一方のみに離間部２４ｂ，２２ｃが形成されたものとしてもよい。このようにしても、離間部が形成された外側面によって、ロータ２０からステータ１０へ流入する磁束密度の変化が緩やかになりコギングトルクを低減することができる。

・上記実施の形態では、ティース１１ａ（及び巻線１２）の数を１２個とし、マグネット２３（突極２２ａ）の数を４個、即ちロータ２０を８磁極としたが、これに限定されず、それらの数は他の数に変更してもよい。

・上記各実施の形態では、ステータ１０を集中巻形としたが、巻線１２が複数のティースに跨って巻装される分布巻形のステータに変更してもよい。
又、ステータ１０は、セグメント巻線を採用したステータに変更してもよい。

具体的には、図６に示すように、この例のステータ４１は、円筒部４２と円筒部４２から径方向内側に延びて周方向に複数（この例では２４個）設けられるティース４３とを有するステータコア４４を備える。ステータコア４４の各ティース４３間には、ロータ２０を回転させる磁界を発生させるためのセグメント巻線４５が挿入されるスロットＳが形成されている。即ち、スロットＳの個数は、ティース４３の個数と同数（本実施形態では２４個）となっている。尚、ティース４３とセグメント巻線４５との間には、図示しないインシュレータが介在されている。

ステータ４１のセグメント巻線４５は、多相（３相）とされている。セグメント巻線４５は、ティース４３間のスロットＳを軸方向（紙面直交方向）に貫通するようにスロットＳ内に配置されるスロット挿入部４６ａと、スロットＳから軸方向に突出するスロット突出部（図示略）とを有する複数のセグメント導体４６を相毎に有している。そして、その相毎のセグメント導体４６同士が、前記スロット突出部同士にて周方向に電気的に接続されて構成される。尚、各セグメント導体４６は、導体板が折り曲げ加工されてなり、略Ｕ字状に形成されており、Ｕ字の平行直線部に相当する一対のスロット挿入部４６ａは、周方向に３個のティース４３を跨いで離間した２つのスロットＳ内にそれぞれ配置されるようになっている。

２０…ロータ、２２，３１，３３，３５，３７…ロータコア、２２ａ…突極、２２ｂ…突極の外側面、２２ｃ，２４ｂ…離間部、２３，３２，３４，３６，３８…マグネット、２４…マグネット磁極部、２４ａ…マグネット磁極部の外側面、Ｋ…空隙、Ｒ０，Ｒ１…半径、Ｚ…基準円。

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埋め込まれてマグネット磁極部が形成されるとともに、各マグネット磁極部間には前記ロータコアに形成された突極がそれぞれマグネット磁極部との各境界部に軸方向から見て一定面積の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、
   前記マグネット磁極部の外側面及び前記突極の外側面には、その周方向両端に向かうほど、ロータの最も径方向外側を通る基準円から次第に内側に離間する離間部が形成され、
   前記離間部は、前記外側面が前記基準円の半径Ｒ０より小さい半径Ｒ１の円弧形状に形成されることで前記基準円から次第に内側に離間するように形成され、
   前記基準円の半径Ｒ０と、前記マグネット磁極部の外側面及び前記突極の外側面の円弧形状の半径Ｒ１との比率Ｒ１／Ｒ０が、
   ０．７８７＜（Ｒ１／Ｒ０）＜０．９０
   を満たすように設定されたことを特徴とするロータ。
2. 請求項１に記載のロータを備えたことを特徴とするモータ。

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