JP6332094B2 - Rotor, electric motor - Google Patents
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Description
本発明は、ロータ、電動モータに関する。 The present invention relates to a rotor and an electric motor.
コイルを有するステータと、磁石を有するロータとを備える電動モータがある。 There is an electric motor including a stator having a coil and a rotor having a magnet.
例えば、特許文献1では、ハルバッハ配列と呼ばれる配列方法で、N極磁石とS極磁石と補助磁石とをロータに周方向に配列させた電動モータが開示されている。このような磁石は、ロータの内側よりも外側に大きな磁場を発生させるため、電動モータは高いトルク特性を得ることができる、と述べられている。 For example, Patent Document 1 discloses an electric motor in which an N pole magnet, an S pole magnet, and an auxiliary magnet are arranged in a circumferential direction on a rotor by an arrangement method called a Halbach arrangement. It is stated that such a magnet generates a large magnetic field outside the rotor, so that the electric motor can obtain high torque characteristics.
ところで、特許文献1で開示される電動モータは、周方向に配列させた補助磁石を含んでいる。このような補助磁石は、ステータに対してN極が向くN極磁石や、ステータに対してS極が向くS極磁石に比較して、磁場を高める作用が小さい。N極磁石やS極磁石などの主磁石と同じ段に補助磁石が存在することにより、主磁石が存在する段の周方向の磁場が十分に高められていなかった。なお、ここでの段は、ロータ軸における所定の位置範囲を示す。 Incidentally, the electric motor disclosed in Patent Document 1 includes auxiliary magnets arranged in the circumferential direction. Such an auxiliary magnet has a smaller effect of increasing the magnetic field than an N-pole magnet whose N-pole faces the stator or an S-pole magnet whose S-pole faces the stator. Since the auxiliary magnet is present at the same stage as the main magnet such as the N pole magnet or the S pole magnet, the circumferential magnetic field of the stage where the main magnet is present has not been sufficiently increased. Here, the stage indicates a predetermined position range on the rotor shaft.
本発明は、周方向における磁場を高めたロータを提供する。 The present invention provides a rotor with an increased magnetic field in the circumferential direction.
本発明にかかるロータは、
複数の主磁石群及び複数の補助磁石群を有するロータであって、
前記主磁石群は、前記ロータの周方向に配列される複数の主磁石要素を含み、
前記主磁石要素は、前記ロータの径方向に沿う磁化方向を有し、
隣り合う前記主磁石要素同士は、互いに逆向きの磁化方向を有し、
前記補助磁石群は、前記ロータの周方向に配列される複数の補助磁石要素を含み、
前記補助磁石要素は、前記ロータの回転軸方向に沿う磁化方向を有し、
隣り合う前記補助磁石要素同士は、互いに逆向きの磁化方向を有し、
前記主磁石要素と前記補助磁石要素とが、前記ロータの前記回転軸方向に、ハルバッハ配列で配列するように、前記複数の主磁石群と前記複数の補助磁石群とが配置されている。
The rotor according to the present invention is
A rotor having a plurality of main magnet groups and a plurality of auxiliary magnet groups,
The main magnet group includes a plurality of main magnet elements arranged in a circumferential direction of the rotor,
The main magnet element has a magnetization direction along a radial direction of the rotor;
The adjacent main magnet elements have magnetization directions opposite to each other,
The auxiliary magnet group includes a plurality of auxiliary magnet elements arranged in the circumferential direction of the rotor,
The auxiliary magnet element has a magnetization direction along a rotation axis direction of the rotor;
Adjacent auxiliary magnet elements have magnetization directions opposite to each other,
The plurality of main magnet groups and the plurality of auxiliary magnet groups are arranged so that the main magnet elements and the auxiliary magnet elements are arranged in a Halbach array in the rotation axis direction of the rotor.
このような構成によれば、同一の主磁石群において、補助磁石を周方向に配列させることが無く、主磁石のみを周方向に配列させることで、周方向における磁場を高めることができる。 According to such a configuration, the magnetic field in the circumferential direction can be increased by arranging only the main magnets in the circumferential direction without arranging the auxiliary magnets in the circumferential direction in the same main magnet group.
他方、複数の主磁石群及び複数の補助磁石群を有するロータと、ステータとを備える電動モータであって、
前記主磁石群は、前記ロータの周方向に配列される複数の主磁石要素を含み、
前記主磁石要素は、前記ロータの径方向に沿う磁化方向を有し、
隣り合う前記主磁石要素同士は、互いに逆向きの磁化方向を有し、
前記補助磁石群は、前記ロータの周方向に配列される複数の補助磁石要素を含み、
前記補助磁石要素は、前記ロータの回転軸方向に沿う磁化方向を有し、
隣り合う前記補助磁石要素同士は、互いに逆向きの磁化方向を有し、
前記主磁石要素と前記補助磁石要素とが、前記ロータの前記回転軸方向に、ハルバッハ配列で配列するように、前記複数の主磁石群と前記複数の補助磁石群とが配置されており、
前記ステータは、前記主磁石群に対応するコイル群を含むことを特徴としてもよい。
On the other hand, an electric motor comprising a rotor having a plurality of main magnet groups and a plurality of auxiliary magnet groups, and a stator,
The main magnet group includes a plurality of main magnet elements arranged in a circumferential direction of the rotor,
The main magnet element has a magnetization direction along a radial direction of the rotor;
The adjacent main magnet elements have magnetization directions opposite to each other,
The auxiliary magnet group includes a plurality of auxiliary magnet elements arranged in the circumferential direction of the rotor,
The auxiliary magnet element has a magnetization direction along a rotation axis direction of the rotor;
Adjacent auxiliary magnet elements have magnetization directions opposite to each other,
The plurality of main magnet groups and the plurality of auxiliary magnet groups are arranged so that the main magnet elements and the auxiliary magnet elements are arranged in a Halbach array in the rotation axis direction of the rotor,
The stator may include a coil group corresponding to the main magnet group.
このような構成によれば、ロータの主磁石による磁場がステータのコイル群に作用するため、高いトルクで駆動することができる。 According to such a configuration, since the magnetic field generated by the main magnet of the rotor acts on the coil group of the stator, it can be driven with high torque.
また、前記主磁石群は、前記ステータに対向する表面に配置される主磁石リングであり、前記補助磁石群は、前記ステータに対向する表面に配置される補助磁石リングであることを特徴としてもよい。
また、前記ロータは、コアを含み、前記主磁石群は、前記コアの内部に埋め込まれており、前記補助磁石群は、前記コアの内部に埋め込まれていることを特徴としてもよい。
また、隣り合う前記コイル群同士は、対応する前記主磁石群同士が同じ方向に回転するように、異なる位相の電流を供給されることを特徴としてもよい。
また、前記ステータの前記コイル群の各コイルは、前記ステータの径方向に沿う軸に巻き回されており、前記ステータの前記コイル群と、前記ロータの前記主磁石群とは、同一平面上に配置され、前記主磁石群と前記コイル群は、前記ロータの径方向において対向していることを特徴としてもよい。
The main magnet group may be a main magnet ring disposed on a surface facing the stator, and the auxiliary magnet group may be an auxiliary magnet ring disposed on a surface facing the stator. Good.
The rotor may include a core, the main magnet group may be embedded in the core, and the auxiliary magnet group may be embedded in the core.
The adjacent coil groups may be supplied with currents having different phases so that the corresponding main magnet groups rotate in the same direction.
Each coil of the coil group of the stator is wound around an axis along the radial direction of the stator, and the coil group of the stator and the main magnet group of the rotor are on the same plane. The main magnet group and the coil group may be arranged to face each other in the radial direction of the rotor.
このような構成によれば、高いトルクで駆動することができる。 According to such a structure, it can drive with a high torque.
本発明によれば、周方向における磁場を高めたロータを提供することができる。 ADVANTAGE OF THE INVENTION According to this invention, the rotor which raised the magnetic field in the circumferential direction can be provided.
実施の形態1.
図1〜図5を参照して、実施の形態1にかかる電動モータについて説明する。図1は、実施の形態1にかかる電動モータの断面図である。図2は、実施の形態1にかかる電動モータの展開図である。図3〜図5は、実施の形態1にかかる電動モータの要部の展開図である。
Embodiment 1 FIG.
With reference to FIGS. 1-5, the electric motor concerning Embodiment 1 is demonstrated. FIG. 1 is a cross-sectional view of the electric motor according to the first embodiment. FIG. 2 is a development view of the electric motor according to the first embodiment. 3 to 5 are development views of main parts of the electric motor according to the first embodiment.
図1及び図2に示すように、電動モータ100は、ステータ10と、ロータ20と、カバー30とを含む。電動モータ100は、ロータ20を回転駆動させることで、駆動力を対象物に伝達するモータである。電動モータ100では、ステータ10がロータ20の外側に配置されている。電動モータ100は、アウトステータ型である。
As shown in FIGS. 1 and 2, the
図3に示すように、ステータ10は、ハウジング11と、第一のコイル群12と、スペーサ13と、第二のコイル群14とを含む。
As shown in FIG. 3, the
ハウジング11は、円筒状体であり、その一端に開口する開口部11aを有し、他端に閉塞する底部11bを有する。底部11bは、回転軸孔11cと、回転軸孔11cに設けられる軸受部11dとを有する。
The
第一のコイル群12は、リング状の保持部12aと、複数のティース12bと、複数のコイル12cとを含む。ティース12bは、それぞれ、保持部12aの内周面に沿って並んで設けられている。ティース12bは、それぞれ、保持部12aの内周面から保持部12aの中心に向かって延びる。言い換えると、ティース12bは、ステータ10の径方向に沿って延びる棒状部である。図3に示される一例では、第一のコイル群12は、コイル12cを12個有するものの、要求されるモータの能力によって随時変更してよい。コイル12cは、巻線をティース12bに巻き回して形成される。複数のコイル12cは、例えば、電動モータ100が3相モータとして動作するように、互いに結線されるとともに各電源(図示略)に接続される。
The
第二のコイル群14は、第一のコイル群12と同様に、リング状の保持部14aと、複数のティース14bと、複数のコイル14cとを含む。ティース14bは、それぞれ、保持部14aの内周面に沿って並んで設けられている。ティース14bは、それぞれ、保持部14aの内周面から保持部14aの中心に向かって延びる。言い換えると、ティース12bは、ステータ10の径方向に沿って延びる棒状部である。図3に示される一例では、第一のコイル群14は、コイル14cを12個有するものの、要求されるモータの能力によって随時変更してよい。コイル14cは、巻線をティース14bに巻き回して形成される。複数のコイル14cは、例えば、電動モータ100が3相モータとして動作するように、互いに結線されるとともに電源(図示略)に接続されて、電流を供給される。
Similar to the
隣り合う第一のコイル群12及び第二のコイル群14は、それぞれ対応する主磁石リング22、24を同じ方向に回転させるように、異なる位相の電流を供給される。例えば、第二のコイル群14に流れる電流の位相は、第一のコイル群12に流れる電流の位相と逆である。
The adjacent
第一のコイル群12と、スペーサ13と、第二のコイル群14とは、ハウジング11の内側に配置される。さらに、第一のコイル群12と、スペーサ13と、第二のコイル群14とは、この順に積み重ねられる。スペーサ13は、第一のコイル群12と、第二のコイル群14とを所定の間隔を空けて配置させる。
The
図4に示すように、ロータ20は、補助磁石リング21、23、25と、主磁石リング22、24と、回転軸26と、コア27とを含む。
As shown in FIG. 4, the
コア27は、鉄鋼材料からなる円柱体であり、軸方向に貫通する回転軸孔27aを有する。なお、図4、図5及び図9では、見易さを考慮して、コア27は複数個に分割されたように示されているものの、図7等に示されるようにコア27は一体化している。回転軸孔27aの断面形状は、一部を切り欠いたような円形状を有し、回転軸26が嵌め合わされている。これによって、コア27に対して相対的に回転することを抑制する。回転軸26の一端側は、ワッシャ26aを介してカバー30(図2参照)と接触し、回転軸26の他端側は、ワッシャ26bを介してハウジング11の軸受部11d(図3参照)と接触する。ロータ20は、カバー30と軸受部11dとに挟まれることによって、軸方向における位置が安定する。
The
補助磁石リング21と、主磁石リング22と、補助磁石リング23と、主磁石リング24と、補助磁石リング25とは、コア27のステータ10に対向する表面、具体的には、コア27の外周面に配置され、この順には一致されており、例えば、積み重ねられる。また、補助磁石リング21と、主磁石リング22と、補助磁石リング23と、主磁石リング24と、補助磁石リング25とは、コア27の外周面に接着されていてもよい。
The
補助磁石リング21は、補助磁石要素21aと、補助磁石要素21aに隣接した補助磁石要素21bとを含む。補助磁石要素21aと補助磁石要素21bとは、リング状に連なっており、コア27の外周面上に配置されている。補助磁石要素21aの磁化方向と、補助磁石要素21bの磁化方向とは、互いに逆向きである。補助磁石リング21は、補助磁石要素21aと補助磁石要素21bとからなる組を、複数有してもよい。例えば、図4に示す一例では、補助磁石リング21は、補助磁石要素21aと補助磁石要素21bとからなる組を4組有する。補助磁石要素21a、21b、23a、23b、25a、25bは、それぞれ、他の補助磁石要素と主磁石要素22a、22b、24a、24bとハルバッハ配列を成すことができるように、サイズ、形状、磁場について適宜変更しても構わない。
The
補助磁石リング23は、磁化方向を除いて、補助磁石リング21と同じ構成を有する。補助磁石要素23aは、補助磁石要素21bと同じ構成を有し、補助磁石要素23bは補助磁石要素21aと同じ構成を有する。補助磁石リング23は、補助磁石要素23aが補助磁石要素21aとロータ20の回転軸方向に沿って並ぶように、コア27の外周面上に配置される。補助磁石要素23aの磁化方向は、補助磁石要素21aの磁化方向の逆の向きであり、補助磁石要素23bの磁化方向は、補助磁石要素21bの磁化方向の逆の向きである。
The
補助磁石リング25は、補助磁石リング21と同じ構成を有する。補助磁石要素25aは補助磁石要素21aと同じ構成を有し、補助磁石要素25bは補助磁石要素21bと同じ構成を有する。補助磁石リング25は、補助磁石要素25aが補助磁石要素21aとロータ20の回転軸方向に沿って並ぶように、コア27の外周面上に配置される。補助磁石要素25aの磁化方向は、補助磁石要素21aの磁化方向と同じ向きであり、補助磁石要素25bの磁化方向は、補助磁石要素21bの磁化方向と同じ向きである。
The
主磁石リング22は、主磁石要素22aと、主磁石要素22aに隣接した主磁石要素22bとを含む。主磁石要素22aと、主磁石要素22bとは、リング状に連なっており、コア27のステータ10に対向する表面、具体的には、コア27の外周面上に配置されている。主磁石要素22aの磁化方向と、主磁石要素22bの磁化方向とは、互いに逆向きである。主磁石リング22は、主磁石要素22aと主磁石要素22bとからなる組を、複数有してもよい。図4に示す一例では、主磁石リング22は、主磁石要素22aと主磁石要素22bとからなる組を4組有する。
The
主磁石リング24は、磁化方向を除いて、主磁石リング22と同じ構成を有する。主磁石要素24aは主磁石要素22bと同じ構成を有し、主磁石要素24bは、主磁石要素22aと同じ構成を有する。主磁石要素22aの磁化方向は、主磁石要素24aの磁化方向の逆の向きであり、主磁石要素22bの磁化方向は、主磁石要素24bの磁化方向の逆の向きである。主磁石要素22a、22b、24a、24bは、略同じ磁束密度を有すると好ましい。主磁石要素22aは、各補助磁石要素21a、21b、23a、23b、25a、25bと比較して、高い磁束密度を有する、又は、大きな磁場を発生させると好ましい。同様に、主磁石要素22b、24a、24bはいずれも、各補助磁石要素21a、21b、23a、23b、25a、25bと比較して、高い磁束密度を有する、又は、大きな磁場を発生させると好ましい。主磁石要素22a、22b、24a、24bは、例えば、ネオジム、鉄及びボロンを主成分として含む希土類系永久磁石を用いることができる。
The
図5に示すように、主磁石リング22は、第一のコイル群12の内側に配置され、主磁石リング24は、第二のコイル群14の内側に配置される。主磁石要素22aと、主磁石要素22bとは、ロータ20の径方向において複数のコイル12cと対向し、主磁石要素24aと、主磁石要素24bとは、ロータ20の径方向において複数のコイル14cと対向する。また、第一のコイル群12と主磁石リング22とは同一平面(ここでは、XY平面)上に配置されると好ましい。第二のコイル群14と主磁石リング24とは同一平面(ここでは、XY平面)上に配置されると好ましい。
As shown in FIG. 5, the
カバー30は、回転軸孔30aを有する板状体である。カバー30は、回転軸孔30aから回転軸26を通過させたままハウジング11の開口部11aに配置されて、開口部11aを塞ぐ。主磁石リング22、24がコア27の外周面に配置されているため、電動モータ100は、SPM(Surface Permanent Magnet)型のモータである。
The
(磁化方向の詳細)
次に、図6〜図9を参照して、主磁石要素22a、22b、24a、24bと、補助磁石要素21a、21b、23a、23b、25a、25bとの磁化方向についての詳細について説明する。図6は、実施の形態1にかかる電動モータの要部の斜視図である。図7は、実施の形態1にかかる電動モータの要部の断面図である。図8は、実施の形態1にかかる電動モータの要部の磁気方向を示す図である。図9は、実施の形態1にかかる電動モータの要部の磁気方向を示す展開図である。なお、図7では、xyz三次元座標及び円柱座標を規定した。r軸は、回転軸26を原点OとするXY平面状において、原点Oから延びる仮想軸である。
(Details of magnetization direction)
Next, details of the magnetization directions of the
図6及び図7に示すように、補助磁石要素21a、主磁石要素22a、補助磁石要素23a、主磁石要素24a、補助磁石要素25aの磁化方向は、それぞれ、回転軸26に沿いつつ底部11b側に向かう方向(ここでは、−Z軸方向)、コア27の外径方向(ここでは、+r軸)、回転軸26に沿いつつカバー30(図1参照)側に向かう方向(ここでは、+Z軸方向)、コア27の内径方向(ここでは、−r軸)、回転軸26に沿いつつ底部11b側に向かう方向(ここでは、−Z軸方向)である。コア27の外径方向は、回転軸26からハウジング11の内壁に向かう方向(ここでは、+r軸)であり、コア27の内径方向は、ハウジング11の内壁から回転軸26に向かう方向(ここでは、−r軸)である。
As shown in FIGS. 6 and 7, the magnetization directions of the
図8及び図9では、分かり易くするために、磁化方向の向う側、つまりN極をNと記載し、N極の反対側のS極をSと記載した。図8及び図9に示すように、補助磁石要素21a、主磁石要素22a、補助磁石要素23a、主磁石要素24a、補助磁石要素25aの磁化方向は、それぞれ、カバー30側(ここでは、+Z軸方向)の主面にS、外周面にN、カバー30側の主面にN、外周面にS、カバー30側の主面にSと記載されている。つまり、主磁石要素22a、24aと、補助磁石要素21a、23a、25aとは、コア27の軸方向(ここでは、Z軸方向)に、ハルバッハ配列で配列している。コア27の軸方向は、ロータ20の回転軸26に相当する。
In FIG. 8 and FIG. 9, for the sake of easy understanding, the side opposite to the magnetization direction, that is, the N pole is described as N, and the S pole opposite to the N pole is described as S. As shown in FIGS. 8 and 9, the magnetization directions of the
また、図6及び図7に示すように、補助磁石要素21b、主磁石要素22b、補助磁石要素23b、主磁石要素24b、補助磁石要素25bの磁化方向は、それぞれ、回転軸26に沿いつつカバー30(図1参照)側に向かう方向(ここでは、+Z軸方向)、コア27の内径方向(ここでは、−r軸)、回転軸26に沿いつつ底部11b側に向かう方向(ここでは、−Z軸方向)、コア27の外径方向(ここでは、+r軸)、回転軸26に沿いつつカバー30(図1参照)側に向かう方向(ここでは、+Z軸方向)である。
As shown in FIGS. 6 and 7, the magnetization directions of the
また、図8及び図9に示すように、補助磁石要素21b、主磁石要素22b、補助磁石要素23b、主磁石要素24b、補助磁石要素25bの磁化方向は、それぞれ、カバー30側(ここでは、+Z軸方向)の主面にN、外周面にS、カバー30側の主面にS、外周面にN、カバー30側の主面にNと記載されている。つまり、主磁石要素22b、24bと、補助磁石要素21b、23b、25bとは、コア27の軸方向に、ハルバッハ配列で配列している。
Further, as shown in FIGS. 8 and 9, the magnetization directions of the
ここで、回転軸26を回転させるための電流を第一のコイル群12、及び第二のコイル群14に供給すると、磁場が発生し、主磁石要素22a、22b、24a、24bは、ロータ20の回転方向に力を与えられる。これによって、ロータ20が回転する。すると、電動モータ100は、回転軸26を介して、対象物に駆動力を与えることができる。
Here, when a current for rotating the
上記したように、主磁石要素22a、24aと、補助磁石要素21a、23a、25aとは、コア27の軸方向(ここでは、Z軸方向)に、ハルバッハ配列で配列しているとともに、主磁石要素22b、24bと、補助磁石要素21b、23b、25bと、コア27の軸方向に、ハルバッハ配列で配列している。そのため、ハルバッハ配列によって、主磁石要素22a、22b、24a、24b等の磁束をコア27の外側に集中させることができる。また、周方向において補助磁石の配置を省略し、周方向において主磁石のみを配置して、周方向における磁力ロスを少なくすることができる。つまり、周方向の磁場を高めることができる。主磁石は、補助磁石と比較して、磁束密度の向上に寄与することができるため、電動モータ100は、大きな磁束密度を発生し得て、高いトルクで回転軸を回転し得る。
As described above, the
以上、実施の形態1にかかるロータによれば、主磁石及び補助磁石をハルバッハ配列によって回転軸方向に配列させるため、周方向に補助磁石の配置を配列させることなく、周方向における磁力ロスを少なくする。つまり、周方向の磁場を高めることができる。 As described above, according to the rotor according to the first embodiment, since the main magnet and the auxiliary magnet are arranged in the rotation axis direction by the Halbach arrangement, the magnetic force loss in the circumferential direction is reduced without arranging the arrangement of the auxiliary magnets in the circumferential direction. To do. That is, the circumferential magnetic field can be increased.
また、実施の形態1にかかる電動モータによれば、ロータによって周方向の磁場を高めるとともに、ロータの主磁石による磁場をステータのコイル群に作用させる。これによって、大きな磁束密度を発生させて、高いトルクで駆動することができる。 Further, according to the electric motor according to the first embodiment, the magnetic field in the circumferential direction is increased by the rotor, and the magnetic field by the main magnet of the rotor is applied to the coil group of the stator. As a result, a large magnetic flux density can be generated and driven with high torque.
また、実施の形態1にかかる電動モータによれば、主磁石及び補助磁石の配置等について設計の自由度が高まり、幅広い特性を有する電動モータを提供し得る。 Moreover, according to the electric motor concerning Embodiment 1, the freedom degree of design raises about arrangement | positioning etc. of a main magnet and an auxiliary magnet, and can provide the electric motor which has a wide characteristic.
実施の形態2.
図10〜図12を参照して、実施の形態2にかかる電動モータについて説明する。図10は、実施の形態2にかかる電動モータの展開図である。図11及び図12は、実施の形態2にかかる電動モータの要部の展開図である。実施の形態2にかかる電動モータは、ロータを除いて、実施の形態1にかかる電動モータ100と同じ構成を有する。実施の形態1にかかる電動モータ100と共通する構成については説明を省略し、異なる構成について説明する。
The electric motor according to the second embodiment will be described with reference to FIGS. FIG. 10 is a development view of the electric motor according to the second embodiment. 11 and 12 are development views of main parts of the electric motor according to the second embodiment. The electric motor according to the second embodiment has the same configuration as the
図10に示すように、電動モータ200は、ロータ70を含む。図11に示すように、ロータ70は、補助磁石群71、73、75と、主磁石群72、74と、回転軸26と、コア77とを含む。
As shown in FIG. 10, the
図10〜図12に示すように、コア77は、鉄鋼材料からなる円柱体であり、軸方向に貫通する回転軸孔77aと、軸方向に延びる複数の磁石保持孔77bとを有する。なお、図11、図12及び図15では、見易さを考慮して、コア77は複数個に分割されたように示されているが、図14等に示されるように、コア77は一体化している。回転軸孔77aの断面形状は、一部を切り欠いたような円形状を有し、回転軸26が嵌め合わされている。これによって、コア77に対して相対的に回転軸26が回転することを抑制する。磁石保持孔77bは、コア77の断面上において、円状に並んで設けられる。補助磁石群71と、主磁石群72と、補助磁石群73と、主磁石群74と、補助磁石群75とが、コア77の内部、具体的には、複数の磁石保持孔77bに、埋め込まれている。
As shown in FIGS. 10 to 12, the
補助磁石群71と、主磁石群72と、補助磁石群73と、主磁石群74と、補助磁石群75とは、複数の磁石保持孔77bに埋め込まれることで、保持されている。また、補助磁石群71と、主磁石群72と、補助磁石群73と、主磁石群74と、補助磁石群75とは、回転軸26に沿う方向に、この順に配置されており、例えば、積み重ねられている。
The
補助磁石群71は、補助磁石要素71aと、補助磁石要素71bとを含む。補助磁石要素71aと補助磁石要素71bとは、隣り合う磁石保持孔77bの2つにそれぞれ埋め込まれている。補助磁石要素71aの磁化方向と、補助磁石要素71bの磁化方向とは、互いに逆向きである。補助磁石群71は、補助磁石要素71aと補助磁石要素71bとからなる組を、複数有してもよい。例えば、図10〜15に示す一例では、補助磁石群71は、補助磁石要素71aと補助磁石要素71bとからなる組を4組有する。補助磁石要素71aと補助磁石要素71bとからなる組の複数は、コア77の回転軸26に垂直な断面上において、環状に配列されている。補助磁石要素71a、71b、73a、73b、75a、75bは、それぞれ、他の補助磁石要素と主磁石要素72a、72b、74a、74bとハルバッハ配列を成すことができるように、サイズ、形状、磁場について適宜変更しても構わない。
The
補助磁石群73は、磁化方向を除いて、補助磁石群71と同じ構成を有する。補助磁石要素73aは、補助磁石要素71bと同じ構成を有し、補助磁石要素73bは補助磁石要素71aと同じ構成を有する。補助磁石要素73a及び補助磁石要素71aは同一の磁石保持孔77bに保持されている。言い換えると、回転軸26に関して実質的に垂直な断面上において、補助磁石要素73aが補助磁石要素71aに対向するように、補助磁石群73は磁石保持孔77bに保持される。補助磁石要素73aの磁化方向は、補助磁石要素71aの磁化方向の逆の向きであり、補助磁石要素73bの磁化方向は、補助磁石要素71bの磁化方向の逆の向きである。
The
補助磁石群75は、補助磁石群71と同じ構成を有する。補助磁石要素75aは補助磁石要素71aと同じ構成を有し、補助磁石要素75bは補助磁石要素71bと同じ構成を有する。補助磁石要素75a及び補助磁石要素71aは同一の磁石保持孔77bに保持されている。言い換えると、回転軸26に関して実質的に垂直な断面上において、補助磁石要素75aが補助磁石要素73aを挟んで補助磁石要素71aに対向するように、補助磁石群75は磁石保持孔77bに保持される。補助磁石要素75aの磁化方向は、補助磁石要素71aの磁化方向と同じ向きであり、補助磁石要素75bの磁化方向は、補助磁石要素71bの磁化方向と同じ向きである。
The
主磁石群72は、主磁石要素72aと、主磁石要素72aとを含む。主磁石要素72aと、主磁石要素72aとは、隣り合う磁石保持孔77bの2つにそれぞれ埋め込まれている。主磁石要素72aの磁化方向と、主磁石要素72bの磁化方向とは、互いに逆向きである。主磁石群72は、主磁石要素72aと主磁石要素72bとからなる組を、複数有してもよい。例えば、図10〜15に示す一例では、主磁石群72は、主磁石要素72aと主磁石要素72bとからなる組を4組有する。主磁石要素72aと、主磁石要素72bとからなる組の複数は、コア77の回転軸26に垂直な断面上において、環状に配列されている。
The
主磁石群74は、磁化方向を除いて、主磁石群72と同じ構成を有する。主磁石要素74aは主磁石要素74bと同じ構成を有し、主磁石要素74bは、主磁石要素72aと同じ構成を有する。主磁石要素74aの磁化方向は、主磁石要素72aの磁化方向の逆の向きであり、主磁石要素74bの磁化方向は、主磁石要素72bの磁化方向の逆の向きである。主磁石要素72a、72b、74a、74bは、略同じ磁束密度を有する、又は、大きな磁場を発生させると好ましい。主磁石要素72aは、各補助磁石要素71a、71b、73a、73b、75a、75bと比較して、高い磁束密度を有する、又は、大きな磁場を発生させると好ましい。同様に、主磁石要素72b、74a、74bはいずれも、各補助磁石要素71a、71b、73a、73b、75a、75bと比較して、高い磁束密度を有すると好ましい。主磁石要素72a、72b、74a、74bは、例えば、ネオジム、鉄及びボロンを主成分として含む希土類系永久磁石を用いることができる。
The
図12に示すように、主磁石群72は、第一のコイル群12の内側に配置され、主磁石群74は、第二のコイル群14の内側に配置される。主磁石要素72aと、主磁石要素72bとは、ロータ70の径方向において複数のコイル12cと対向し、主磁石要素74aと、主磁石要素74bとは、ロータ70の径方向において複数のコイル14cと対向する。また、第一のコイル群12と主磁石群72とは同一平面(ここでは、XY平面)上に配置されると好ましい。また、第二のコイル群14と主磁石群74とは同一平面(ここでは、XY平面)上に配置されると好ましい。
As shown in FIG. 12, the
主磁石群72、74が複数の磁石保持孔77bに埋め込まれているため、電動モータ200は、SPM(Surface Permanent Magnet)型のモータである。
Since the
次に、図13〜図15を参照して、主磁石要素72a、72b、74a、74bと、補助磁石要素71a、71b、73a、73b、75a、75bとの磁化方向についての詳細について説明する。図13は、実施の形態2にかかる電動モータの要部の斜視図である。図14は、実施の形態2にかかる電動モータの断面図である。図15は、実施の形態2にかかる電動モータの要部の展開断面図である。なお、図14では、xyz三次元座標及び円柱座標を規定した。r軸は、回転軸26を原点OとするXY平面状において、原点Oから延びる仮想軸である。
Next, details of the magnetization directions of the
図13及び図14に示すように、補助磁石要素71a、主磁石要素72a、補助磁石要素73a、主磁石要素74a、補助磁石要素75aの磁化方向は、それぞれ、回転軸26に沿いつつ底部11b側に向かう方向(ここでは、−Z軸方向)、コア77の外径方向(ここでは、+r軸)、回転軸26に沿いつつカバー30(図1参照)側に向かう方向(ここでは、+Z軸方向)、コア77の内径方向(ここでは、−r軸)、回転軸26に沿いつつ底部11b側に向かう方向(ここでは、−Z軸方向)である。
As shown in FIGS. 13 and 14, the magnetization directions of the
図15では、分かり易くするために、磁化方向の向う側、つまりN極をNと記載し、N極の反対側のS極をSと記載した。図15に示すように、補助磁石要素71a、主磁石要素72a、補助磁石要素73a、主磁石要素74a、補助磁石要素75aの磁化方向は、それぞれ、カバー30側(ここでは、+Z軸方向)の主面にS、外周面にN、カバー30側の主面にN、外周面にS、カバー30側の主面にSと記載されている。つまり、主磁石要素72a、74aと、補助磁石要素71a、73a、75aとは、コア77の軸方向に、ハルバッハ配列で配列している。コア77の軸方向は、ロータ70の回転軸26に相当する。
In FIG. 15, for easy understanding, the side facing the magnetization direction, that is, the N pole is described as N, and the S pole opposite to the N pole is described as S. As shown in FIG. 15, the magnetization directions of the
また、図15に示すように、補助磁石要素71b、主磁石要素72b、補助磁石要素73b、主磁石要素74b、補助磁石要素75bの磁化方向は、それぞれ、回転軸26に沿いつつカバー30(図1参照)側に向かう方向(ここでは、+Z軸方向)、コア77の内径方向(ここでは、−r軸)、回転軸26に沿いつつ底部11b側に向かう方向(ここでは、−Z軸方向)、コア77の外径方向(ここでは、+r軸)、回転軸26に沿いつつカバー30(図1参照)側に向かう方向(ここでは、+Z軸方向)である。
Further, as shown in FIG. 15, the magnetization directions of the
また、補助磁石要素71b、主磁石要素72b、補助磁石要素73b、主磁石要素74b、補助磁石要素75bの磁化方向は、それぞれ、カバー30側(ここでは、+Z軸方向)の主面にN、外周面にS、カバー30側の主面にS、外周面にN、カバー30側の主面にNと記載されている。つまり、主磁石要素72b、74bと、補助磁石要素71b、73b、75bと、コア77の軸方向に、ハルバッハ配列で配列している。コア77の軸方向は、ロータ70の回転軸26に相当する。
The magnetization directions of the
ここで、具体的には、回転軸26を回転させるための電流を第一のコイル群12、及び第二のコイル群14に供給すると、磁界が発生し、主磁石要素72a、72b、74a、74bは、ロータ70の回転方向に力を与えられる。これによって、ロータ70が回転する。すると、電動モータ200は、回転軸26を介して、対象物に駆動力を与えることができる。
Specifically, when a current for rotating the
上記したように、主磁石要素72a、74aと、補助磁石要素71a、73a、75aとは、コア27の軸方向(ここでは、Z軸方向)に、ハルバッハ配列で配列しているとともに、主磁石要素72b、74bと、補助磁石要素71b、73b、75bと、コア77の軸方向に、ハルバッハ配列で配列している。そのため、ハルバッハ配列によって、主磁石要素72a、72b、74a、74b等の磁束をコア77の外側に集中させることができる。また、周方向において補助磁石の配置を省略し、周方向における磁力ロスを少なくすることができる。つまり、周方向の磁場を高めることができる。主磁石は、補助磁石と比較して、磁束密度の向上に寄与することができるため、電動モータ200は、大きな磁束密度を発生して、高いトルクで回転軸を回転し得る。
As described above, the
以上、実施の形態2にかかるロータによれば、主磁石及び補助磁石をハルバッハ配列によって回転軸方向に配列させるため、周方向に補助磁石の配置を配列させることなく、周方向における磁力ロスを少なくする。つまり、周方向の磁場を高めることができる。 As described above, according to the rotor according to the second embodiment, since the main magnet and the auxiliary magnet are arranged in the rotation axis direction by the Halbach arrangement, the magnetic force loss in the circumferential direction is reduced without arranging the arrangement of the auxiliary magnets in the circumferential direction. To do. That is, the circumferential magnetic field can be increased.
また、実施の形態2にかかる電動モータによれば、実施の形態1にかかる電動モータ100と同様に、ロータによって周方向の磁場を高めるとともに、ロータの主磁石による磁場をステータのコイル群に作用させる。これによって、大きな磁束密度を発生させて、高いトルクで駆動することができる。
Further, according to the electric motor according to the second embodiment, similarly to the
また、実施の形態2にかかる電動モータによれば、実施の形態1にかかる電動モータ100と同様に、主磁石及び補助磁石の配置等について設計の自由度が高まり、幅広い特性を有する電動モータを提供し得る。
In addition, according to the electric motor according to the second embodiment, like the
また、実施の形態1及び2にかかる電動モータは、ロボットや、四輪車、特にハイブリッドカーなどに搭載されて使用される。また、このような電動モータは、トルク特性を維持したまま、小型化を図ることができる。 The electric motor according to the first and second embodiments is used by being mounted on a robot, a four-wheeled vehicle, particularly a hybrid car. Further, such an electric motor can be reduced in size while maintaining the torque characteristics.
なお、本発明は上記実施の形態に限られたものではなく、趣旨を逸脱しない範囲で適宜変更することが可能である。上記した実施の形態1及び2にかかる電動モータでは、コア27、77などの一体のコアを用いたが、主磁石及び補助磁石に対応するように分割されたコアを用いてもよい。このような分割されたコアを用いる場合、電動モータとしての必要な機能を発揮するために、互いに接合、締結、連結、又は結合されているとよい。また、電動モータにおける磁極数、スロット数などは、希望するモータの特性に応じて、適宜変更してもかまわない。また、実施の形態1及び2にかかる電動モータでは、ステータがロータの外側に配置されているが、ロータがステータの外側に配置されていてもよい。言い換えると、実施の形態1及び2にかかる電動モータは、アウトステータ型であるが、アウトロータ型であってもよい。
Note that the present invention is not limited to the above-described embodiment, and can be changed as appropriate without departing from the spirit of the present invention. In the electric motor according to the first and second embodiments described above, an integral core such as the
100、200 電動モータ
10 ステータ
12、14 コイル群 12c、14c コイル
20、70 ロータ
21、23、25、71、73、75 補助磁石リング(補助磁石群)
21a、21b、23a、23b、25a、25b、71a、71b、73a、73b、75a、75b 補助磁石要素
22、24、72、74 主磁石リング(主磁石群)
22a、22b、24a、24b、72a、72b、74a、74b 主磁石要素
26 回転軸 27、77 コア
100, 200
21a, 21b, 23a, 23b, 25a, 25b, 71a, 71b, 73a, 73b, 75a, 75b
22a, 22b, 24a, 24b, 72a, 72b, 74a, 74b
Claims (6)
前記主磁石群は、前記ロータの周方向に配列される複数の主磁石要素を含み、
前記主磁石要素は、前記ロータの径方向に沿う磁化方向を有し、
隣り合う前記主磁石要素同士は、互いに逆向きの磁化方向を有し、
前記補助磁石群は、前記ロータの周方向に配列される複数の補助磁石要素を含み、
前記補助磁石要素は、前記ロータの回転軸方向に沿う磁化方向を有し、
隣り合う前記補助磁石要素同士は、互いに逆向きの磁化方向を有し、
前記主磁石要素と前記補助磁石要素とが、前記ロータの前記回転軸方向に、ハルバッハ配列で配列し、回転軸方向ハルバッハ配列が形成するように、前記複数の主磁石群と前記複数の補助磁石群とが配置されて、
さらに、前記回転軸方向ハルバッハ配列における両端は、前記補助磁石要素であるロータ。 A rotor having a plurality of main magnet groups and a plurality of auxiliary magnet groups,
The main magnet group includes a plurality of main magnet elements arranged in a circumferential direction of the rotor,
The main magnet element has a magnetization direction along a radial direction of the rotor;
The adjacent main magnet elements have magnetization directions opposite to each other,
The auxiliary magnet group includes a plurality of auxiliary magnet elements arranged in the circumferential direction of the rotor,
The auxiliary magnet element has a magnetization direction along a rotation axis direction of the rotor;
Adjacent auxiliary magnet elements have magnetization directions opposite to each other,
The plurality of main magnet groups and the plurality of auxiliary magnets are arranged such that the main magnet elements and the auxiliary magnet elements are arranged in a Halbach array in the rotation axis direction of the rotor, and a rotation axis direction Halbach array is formed. A group is placed ,
Further, both ends in the rotation axis direction Halbach array, said secondary magnet element der Ru rotor.
前記主磁石群は、前記ロータの周方向に配列される複数の主磁石要素を含み、
前記主磁石要素は、前記ロータの径方向に沿う磁化方向を有し、
隣り合う前記主磁石要素同士は、互いに逆向きの磁化方向を有し、
前記補助磁石群は、前記ロータの周方向に配列される複数の補助磁石要素を含み、
前記補助磁石要素は、前記ロータの回転軸方向に沿う磁化方向を有し、
隣り合う前記補助磁石要素同士は、互いに逆向きの磁化方向を有し、
前記主磁石要素と前記補助磁石要素とが、前記ロータの前記回転軸方向に、ハルバッハ配列で配列し、回転軸方向ハルバッハ配列が形成するように、前記複数の主磁石群と前記複数の補助磁石群とが配置されており、
さらに、前記回転軸方向ハルバッハ配列における両端は、前記補助磁石要素であり、
前記ステータは、前記主磁石群に対応するコイル群を含むことを特徴とする電動モータ。 An electric motor comprising a rotor having a plurality of main magnet groups and a plurality of auxiliary magnet groups, and a stator,
The main magnet group includes a plurality of main magnet elements arranged in a circumferential direction of the rotor,
The main magnet element has a magnetization direction along a radial direction of the rotor;
The adjacent main magnet elements have magnetization directions opposite to each other,
The auxiliary magnet group includes a plurality of auxiliary magnet elements arranged in the circumferential direction of the rotor,
The auxiliary magnet element has a magnetization direction along a rotation axis direction of the rotor;
Adjacent auxiliary magnet elements have magnetization directions opposite to each other,
The plurality of main magnet groups and the plurality of auxiliary magnets are arranged such that the main magnet elements and the auxiliary magnet elements are arranged in a Halbach array in the rotation axis direction of the rotor, and a rotation axis direction Halbach array is formed. Groups are arranged,
Furthermore, both ends of the rotation axis direction Halbach array are the auxiliary magnet elements,
The electric motor according to claim 1, wherein the stator includes a coil group corresponding to the main magnet group.
前記補助磁石群は、前記ステータに対向する表面に配置される補助磁石リングであることを特徴とする請求項2に記載の電動モータ。 The main magnet group is a main magnet ring disposed on a surface facing the stator,
The electric motor according to claim 2, wherein the auxiliary magnet group is an auxiliary magnet ring disposed on a surface facing the stator.
前記主磁石群は、前記コアの内部に埋め込まれており、
前記補助磁石群は、前記コアの内部に埋め込まれていることを特徴とする請求項2に記載の電動モータ。 The rotor includes a core;
The main magnet group is embedded in the core,
The electric motor according to claim 2, wherein the auxiliary magnet group is embedded in the core.
、異なる位相の電流を供給されることを特徴とする請求項2〜4のうちいずれか1項に記載の電動モータ。 The adjacent coil groups are supplied with currents of different phases so that the corresponding main magnet groups rotate in the same direction. 5. Electric motor.
前記ステータの前記コイル群と、前記ロータの前記主磁石群とは、同一平面上に配置され、
前記主磁石群と前記コイル群は、前記ロータの径方向において対向していることを特徴とする請求項2〜5のうちいずれか1項に記載の電動モータ。 Each coil of the coil group of the stator is wound around a shaft along the radial direction of the stator,
The coil group of the stator and the main magnet group of the rotor are arranged on the same plane,
The electric motor according to any one of claims 2 to 5, wherein the main magnet group and the coil group are opposed to each other in a radial direction of the rotor.
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