JP5986000B2 - モータ - Google Patents

Description

この発明は、モータに関するものである。

従来、回転界磁型モータの一種類であるランデル型（クローポール型）構造のモータのロータ（回転子）では、周方向に複数の爪状磁極をそれぞれ備えた磁極板で永久磁石を挟み、各磁極板の異なる極性に励磁された爪状磁極を周方向に交互に位置させる構成としたものがある。（特許文献１参照）
そして、ロータの周囲に配設されるステータコイルに交流電流を供給すると、ステータに回転磁界が発生して、ロータが回転駆動される。

また、図４に示すように、回転軸１の軸方向に、それぞれ爪状磁極２ａ，２ｂを備えた３層のロータ部３ｕ，３ｖ，３ｗを積層してロータ４を構成し、その周囲にそれぞれ３層のステータ部５ｕ，５ｖ，５ｗを積層したステータ６を配設した回転界磁型モータも提案されている。

前記各ロータ部３ｕ，３ｖ，３ｗは、それぞれ爪状磁極２ａ，２ｂを備えたロータコア７ａ，７ｂ間に円環板状の主磁石８を挟んだ構成である。
また、各ステータ部５ｕ，５ｖ，５ｗは、各ロータ部３ｕ，３ｖ，３ｗの爪状磁極２ａ，２ｂに対向する爪状磁極９ａ，９ｂをそれぞれ備えたステータコア１０ａ，１０ｂに巻線１１ｕ，１１ｖ，１１ｗがそれぞれ配設されている。

このように、ロータとステータの両方がランデル型（クローポール型）構造を持つ回転界磁型モータをマルチランデル型構造のモータと称し、巻線１１ｕ，１１ｖ，１１ｗに３相交流電流を供給すると、ステータ６に回転磁界が発生してロータ４が回転駆動される。

実開平５−４３７４９号公報

図４に示すランデル型構造のモータでは、ロータ４はロータ部３ｕ，３ｖ，３ｗによる３層構造であり、ステータ６はステータ部５ｕ，５ｖ，５ｗによる３層構造である。
すると、上層のロータ部３ｕとステータ部５ｕとの間に発生する磁束の分布及び下層のロータ部３ｗとステータ部５ｗとの間に発生する磁束の分布と、中間層のロータ部３ｖとステータ部５ｖとの間に発生する磁束の分布が不均一となり、ロータ部３ｕ，３ｖ，３ｗで均一な回転トルクを発生することができない。

この結果、ロータ４に回転むらが発生して出力トルクにトルクリップルが発生する。また、トルクリップルによりロータ４の回転時に振動及び騒音が発生するという問題点がある。

この発明の目的は、積層構造のロータ及びステータを備えたモータにおいて、トルクリップルの発生を防止して、出力トルクの向上及び低振動化を図ることにある。

上記課題を解決するモータは、一対のロータコア間に主磁石を挟んで構成したロータ部を、回転軸の軸方向に複数層積層したロータと、前記ロータの周囲に配設され、前記回転軸の軸方向に複数層のステータ部を積層したステータとを備えたモータにおいて、前記ロータの最上層のロータ部の上面と、最下層のロータ部の下面に補助磁石を取着しており、前記補助磁石は、前記主磁石と同一径の円板状に形成し、該補助磁石の厚さを前記主磁石の厚さよりも小さくした。

この構成によれば、各ロータ部とステータ部との間の磁束の分布が均一化される。
上記課題を解決するモータは、一対のロータコア間に主磁石を挟んで構成したロータ部を、回転軸の軸方向に複数層積層したロータと、前記ロータの周囲に配設され、前記回転軸の軸方向に複数層のステータ部を積層したステータとを備えたモータにおいて、前記ロータの最上層のロータ部の上面と、最下層のロータ部の下面に補助磁石を取着しており、前記補助磁石は、前記主磁石と同一径の円板状に形成し、該補助磁石の厚さを前記主磁石の厚さの０．１倍から０．６倍の範囲内の厚さとした。
この構成によれば、各ロータ部とステータ部との間の磁束の分布が均一化される。

この構成によれば、補助磁石の厚さを主磁石の厚さの０．１倍から０．６倍の範囲内の厚さとすることにより、出力トルクのトルクリップルが低減されて、回転軸から出力される平均トルクが向上する。

上記モータについて、前記補助磁石の厚さを、前記主磁石の厚さの０．２倍とした。
この構成によれば、補助磁石の厚さを、主磁石の厚さの０．２倍とすることにより、出力トルクのトルクリップルが最も低減されて、回転軸から出力される平均トルクが最も向上する。

上記モータについて、前記ロータコアの外周部に複数の爪状磁極を周方向に等間隔に設け、前記ステータ部を構成するステータコアの内周部には前記ロータコアの爪状磁極に対向する位置に複数の爪状磁極を周方向に等間隔に設けた。

この構成によれば、ロータコア及びステータコアに爪状磁極を備えたランデル型モータにおいて、出力トルクのトルクリップルが低減されて、回転軸から出力される平均トルクが向上する。

上記モータについて、前記ロータ部を３層積層して前記ロータを構成し、前記ステータ部を３層積層して前記ステータを構成し、前記各ステータ部の巻線に３相交流電流を供給し、前記各ロータ部の爪状磁極を電気角で等角度ずつずらした。

この構成によれば、ロータ及びステータを３層構造としたランデル型モータにおいて、出力トルクのトルクリップルが低減されて、回転軸から出力される平均トルクが向上する。

本発明によれば、積層構造のロータ及びステータを備えたモータにおいて、トルクリップルの発生を防止して、出力トルクの向上及び低振動化を図ることができる。

一実施形態のマルチランデル型構造のモータを示す断面図である。 一実施形態の主磁石と補助磁石との厚さの比の変化に対する平均トルクの変化を示す説明図である。 一実施形態の主磁石と補助磁石との厚さの比の変化に対するリップル率の変化を示す説明図である。 従来例を示す断面図である。

以下、モータの一実施形態を図１〜図３に従って説明する。上記従来例と同一構成部分は、同一符号を付して説明する。図１に示すように、ロータとステータがともにランデル型構造であるマルチランデル型構造のモータは、モータハウジング（図示しない）に回転可能に支持される回転軸１の軸方向に３層構造のロータ部３ｕ，３ｖ，３ｗを積層してロータ４が構成されている。

ロータ４の周囲には、ケース１２に収容された３層構造のステータ６が配設され、ケース１２はモータハウジングに固定されている。
前記ロータ部３ｕ，３ｖ，３ｗは同一構成であり、円板状の主磁石８の上下両面をほぼ円板状のロータコア７ａ，７ｂで軸方向に挟んだ構造である。前記ロータコア７ａの外周部には、回転軸１の軸方向でロータコア７ｂ側に延びる爪状磁極２ａが等間隔に例えば１２極形成され、前記ロータコア７ｂの外周部には、回転軸１の軸方向でロータコア７ａ側に延びる爪状磁極２ｂが等間隔に例えば１２極形成されている。

そして、前記爪状磁極２ａ，２ｂは前記主磁石８により異なる極性に励磁されるとともに、ロータコア７ａ，７ｂから互い違いに突出されて、たとえば２４極のロータ部３ｕ，３ｖ，３ｗが形成されている。

このように構成されたロータ部３ｕ，３ｖ，３ｗは、各ロータ部３ｕ，３ｖ，３ｗ間の爪状磁極２ａ，２ｂが電気角で６０度ずつずれた位置となるように位置決めされた状態で前記回転軸１がその中心部に相対回転不能に挿通されている。

前記ステータ６の各ステータ部５ｕ，５ｖ，５ｗは、円環状のステータコア１０ａ，１０ｂの内周部にそれぞれ爪状磁極９ａ，９ｂが等間隔に１２極ずつ形成されている。そして、各爪状磁極９ａ，９ｂは前記ロータコア７ａ，７ｂの爪状磁極２ａ，２ｂと同様に、各爪状磁極９ａ，９ｂがステータコア１０ａ，１０ｂから上下方向に互い違いに突出されている。

また、前記ステータ部５ｕ，５ｖ，５ｗの各ステータコア１０ａ，１０ｂ間には、ステータコア１０ａ，１０ｂの周方向に沿った環状の巻線１１ｕ，１１ｖ，１１ｗが装着され、３層の交流電流をそれぞれ供給可能となっている。

最上層の前記ロータ部３ｕのロータコア７ａの上面と、最下層の前記ロータ部３ｗのロータコア７ｂの下面には、前記主磁石８と同一径の円板状の補助磁石１３ａ，１３ｂが積層されている。

この補助磁石１３ａ，１３ｂの厚さｔ１は、前記主磁石８の厚さをｔ０としたとき、（０．１×ｔ０＜ｔ１＜０．６×ｔ０）の範囲となるように設定されている。
前記補助磁石１３ａの下面の極性はロータ部３ｕの主磁石８の上面の極性と同一となるように着磁され、補助磁石１３ｂの上面の極性はロータ部３ｗの主磁石８の下面の極性と同一となるように着磁されている。

このような構成により、上層のロータ部３ｕとステータ部５ｕとの間の磁束の分布及び下層のロータ部３ｗとステータ部５ｗとの間の磁束の分布と、中間層のロータ部３ｖとステータ部５ｖとの間の磁束の分布が均一化される。

図２は、前記主磁石８の厚さをｔ０とし、補助磁石１３ａ，１３ｂの厚さをｔ１としたとき、（ｔ１／ｔ０）の比を変化させた場合の平均トルクの変化を測定した測定値Ｔを示す。測定値Ｔは、補助磁石１３ａ，１３ｂを設けない場合の平均トルクを１００としている。

同図に示すように、（ｔ１／ｔ０）が０．１から０．６の範囲Ａで平均トルクが１０３％以上となり、（ｔ１／ｔ０）が０．２４付近で平均トルクが１０５％を超えて最大値となる。

図４は、同様に、前記主磁石８の厚さｔ０とし、補助磁石１３ａ，１３ｂの厚さｔ１としたとき、（ｔ１／ｔ０）の日を変化させた場合のリップル率（ｐｔ）の変化を測定した測定値Ｒを示す。測定値Ｒは、補助磁石１３ａ，１３ｂを設けない場合のリップル率を０とし、リップル率の低下にともなって測定値Ｒがマイナスとなる値である。

同図に示すように、（ｔ１／ｔ０）が０．１から０．６の範囲Ａでリップル率がほぼ−２ｐｔ以下に低下し、（ｔ１／ｔ０）が０．２付近でリップル率が−６ｐｔ近傍の最小値となる。

上記のように、（ｔ１／ｔ０）がほぼ０．１から０．６の範囲Ａで平均トルクが確実に向上するとともに、リップル率が低減される。
上記のように構成されたマルチランデル型構造のモータでは、次に示す効果を得ることができる。
（１）回転軸１から出力される出力トルクのトルクリップルを低減して、平均トルクを向上させることができる。
（２）出力トルクのトルクリップルを低減して、騒音及び振動を低減することができる。
（３）補助磁石１３ａ，１３ｂを設けない場合に比して、（ｔ１／ｔ０）が０．１から０．６の範囲Ａで、平均トルクをほぼ３％向上させることができる。
（４）補助磁石１３ａ，１３ｂを設けない場合に比して、（ｔ１／ｔ０）が０．１から０．６の範囲Ａで、リップル率を少なくともほぼ−３ｐｔ以下とすることができる。
（５）（ｔ１／ｔ０）を０．２４程度としたとき、平均トルクを最も向上させて、１０５％とすることができる。
（６）（ｔ１／ｔ０）を０．２程度としたとき、リップル率を最も向上させて、−６とすることができる。

上記実施形態は、以下の態様で実施してもよい。
・ロータ部及びステータ部は、３層以外の多数層としてもよい。

１…回転軸、２ａ，２ｂ…爪状磁極、３ｕ，３ｖ，３ｗ…ロータ部、４…ロータ、５ｕ，５ｖ，５ｗ…ステータ部、６…ステータ、７ａ，７ｂ…ロータコア、８…主磁石、９ａ，９ｂ…爪状磁極、１０ａ，１０ｂ…ステータコア、１１ｕ，１１ｖ，１１ｗ…巻線、１３ａ，１３ｂ…補助磁石。

Claims (5)

1. 一対のロータコア間に主磁石を挟んで構成したロータ部を、回転軸の軸方向に複数層積層したロータと、
   前記ロータの周囲に配設され、前記回転軸の軸方向に複数層のステータ部を積層したステータと
   を備えたモータにおいて、
   前記ロータの最上層のロータ部の上面と、最下層のロータ部の下面に補助磁石を取着しており、
   前記補助磁石は、前記主磁石と同一径の円板状に形成し、該補助磁石の厚さを前記主磁石の厚さよりも小さくしたことを特徴とするモータ。
2. 一対のロータコア間に主磁石を挟んで構成したロータ部を、回転軸の軸方向に複数層積層したロータと、
   前記ロータの周囲に配設され、前記回転軸の軸方向に複数層のステータ部を積層したステータと
   を備えたモータにおいて、
   前記ロータの最上層のロータ部の上面と、最下層のロータ部の下面に補助磁石を取着しており、
   前記補助磁石は、前記主磁石と同一径の円板状に形成し、該補助磁石の厚さを前記主磁石の厚さの０．１倍から０．６倍の範囲内の厚さとしたことを特徴とするモータ。
3. 前記補助磁石の厚さを、前記主磁石の厚さの０．２倍としたことを特徴とする請求項２記載のモータ。
4. 前記ロータコアの外周部に複数の爪状磁極を周方向に等間隔に設け、前記ステータ部を構成するステータコアの内周部には前記ロータコアの爪状磁極に対向する位置に複数の爪状磁極を周方向に等間隔に設けたことを特徴とする請求項１乃至３のいずれか１項に記載のモータ。
5. 前記ロータ部を３層積層して前記ロータを構成し、前記ステータ部を３層積層して前記ステータを構成し、前記各ステータ部の巻線に３相交流電流を供給し、前記各ロータ部の爪状磁極を電気角で等角度ずつずらしたことを特徴とする請求項４記載のモータ。