JP7006103B2 - Rotor and motor - Google Patents
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Description
本発明は、ロータ及びモータに関するものである。 The present invention relates to a rotor and a motor.
従来、永久磁石がロータコアに埋設されて構成された所謂IPM型のロータが知られている。IPM型のロータでは、リラクタンストルクを得るための構造が考えられており、例えば特許文献1のロータでは、永久磁石の形状を径方向内側に湾曲する円弧状に構成することで、ロータコアにおける永久磁石の外周側に位置する部位の体積を確保して、リラクタンストルクの向上を図っている。 Conventionally, a so-called IPM type rotor in which a permanent magnet is embedded in a rotor core is known. In the IPM type rotor, a structure for obtaining reluctance torque is considered. For example, in the rotor of Patent Document 1, the permanent magnet in the rotor core is formed by forming the shape of the permanent magnet into an arc shape that curves inward in the radial direction. The volume of the part located on the outer peripheral side of the magnet is secured to improve the reluctance torque.
近年ではモータの小型化が進んでいるが、小型モータにおいてはマグネットトルクを如何に確保するかが課題となっている。しかしながら、上記特許文献1のロータのように、永久磁石を単に円弧状とした構成では、リラクタンストルクは確保できるものの、永久磁石の体積が小さくなってしまい、マグネットトルクを向上させる点において改善の余地があった。 In recent years, motors have been miniaturized, but in small motors, how to secure magnet torque has become an issue. However, in a configuration in which the permanent magnet is simply arcuate as in the rotor of Patent Document 1, although the reluctance torque can be secured, the volume of the permanent magnet becomes small, and there is room for improvement in improving the magnet torque. was there.
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、リラクタンストルクとマグネットトルクの両方を好適に確保することを可能としたロータ及びモータを提供することにある。 The present invention has been made to solve the above problems, and an object of the present invention is to provide a rotor and a motor capable of suitably securing both reluctance torque and magnet torque.
上記課題を解決するロータは、回転軸と、前記回転軸に一体回転可能に固定された略円筒状をなすロータコアと、前記ロータコアの内部に、周方向に間隔を空けて埋設された複数の永久磁石とを備えたロータであって、前記永久磁石は、径方向に対をなす外周側の第1径方向側面及び内周側の第2径方向側面と、周方向に対をなし前記第1及び第2径方向側面の周方向端部間を繋ぐ一対の周方向側面とを備え、前記周方向側面は、軸方向視において、周方向に隣り合う前記永久磁石との間の磁極境界部と回転軸線とを結ぶ仮想線に対して平行な直線状をなし、前記第1径方向側面は、回転軸線を中心とし前記周方向側面の外周側端部を通る仮想円よりも内周側に位置する構成面を有し、前記周方向側面と直交する方向における該周方向側面と前記構成面との間の厚さが、径方向内側に向かうにつれて厚くなるように形成され、前記仮想線に沿う方向における前記周方向側面の長さは、前記第1径方向側面の周方向中心から前記ロータコアの外周面までの径方向長さよりも長く設定され、前記永久磁石は、S極の永久磁石から隣接のN極の永久磁石に向けて、径方向内側が凸となるように湾曲する極異方配向であって、前記周方向側面と交差する磁化配向を有している。 The rotors that solve the above problems include a rotating shaft, a substantially cylindrical rotor core that is integrally rotatably fixed to the rotating shaft, and a plurality of permanent rotors that are embedded inside the rotor core at intervals in the circumferential direction. A rotor provided with a magnet, wherein the permanent magnet is paired in the circumferential direction with a first radial side surface on the outer peripheral side and a second radial side surface on the inner peripheral side, which are paired in the radial direction. And a pair of circumferential side surfaces connecting the circumferential ends of the second radial side surface, the circumferential side surface having a magnetic pole boundary between the permanent magnets adjacent to each other in the axial direction in the axial direction. It forms a straight line parallel to the virtual line connecting the rotation axis, and the first radial side surface is located on the inner peripheral side of the virtual circle that passes through the outer peripheral side end of the circumferential side surface with the rotation axis as the center. It is formed so that the thickness between the circumferential side surface and the constituent surface in the direction orthogonal to the circumferential side surface becomes thicker toward the inner side in the radial direction , and follows the virtual line. The length of the circumferential side surface in the direction is set longer than the radial length from the circumferential center of the first radial side surface to the outer peripheral surface of the rotor core, and the permanent magnet is adjacent to the permanent magnet of the S pole. It has a polar polar orientation that curves so that the inside in the radial direction becomes convex toward the permanent magnet of the N pole, and has a magnetization orientation that intersects the circumferential side surface .
この構成によれば、永久磁石の第1径方向側面は、回転軸線を中心とし周方向側面の外周側端部を通る仮想円よりも内周側に位置する構成面を有するため、ロータコアにおける永久磁石の外周側に位置する部位の体積を確保でき、その結果、リラクタンストルクを確保することができる。また、この構成によれば、周方向側面と直交する方向における該周方向側面と構成面との間の厚さが、径方向内側に向かうにつれて厚くなるように形成される。このため、従来の円弧状の永久磁石を用いる場合と比較して、永久磁石の体積比率を増加させることが可能となり、その結果、マグネットトルクの向上を図ることができる。また、永久磁石の周方向端部近傍において永久磁石の体積が増加されるため、周方向端部近傍において永久磁石が外部磁界によって減磁されることを効果的に抑制でき、その結果、マグネットトルクを効果的に向上させることができる。 According to this configuration, the first radial side surface of the permanent magnet has a configuration surface located on the inner peripheral side of the virtual circle passing through the outer peripheral side end of the circumferential side surface about the rotation axis, and thus is permanent in the rotor core. The volume of the portion located on the outer peripheral side of the magnet can be secured, and as a result, the reluctance torque can be secured. Further, according to this configuration, the thickness between the circumferential side surface and the constituent surface in the direction orthogonal to the circumferential side surface is formed so as to become thicker toward the inner side in the radial direction. Therefore, it is possible to increase the volume ratio of the permanent magnet as compared with the case of using the conventional arc-shaped permanent magnet, and as a result, the magnet torque can be improved. Further, since the volume of the permanent magnet is increased in the vicinity of the circumferential end of the permanent magnet, it is possible to effectively suppress the demagnetization of the permanent magnet by an external magnetic field in the vicinity of the circumferential end, and as a result, the magnet torque. Can be effectively improved.
この構成によれば、永久磁石における周方向側面と第1径方向側面の構成面との間の厚さを厚く構成できる。このため、周方向端部近傍において永久磁石が外部磁界によって減磁されることをより効果的に抑制でき、その結果、マグネットトルクの更なる向上を図ることができる。 According to this configuration, the thickness between the circumferential side surface and the constituent surface of the first radial side surface of the permanent magnet can be increased. Therefore, it is possible to more effectively suppress the demagnetization of the permanent magnet by the external magnetic field in the vicinity of the peripheral end portion, and as a result, the magnet torque can be further improved.
この構成によれば、永久磁石の磁化配向が周方向側面と交差するため、永久磁石における周方向側面と構成面との間の厚さを確保しやすい本構成では、永久磁石の周方向側面と交差する磁路を長く構成できる。その結果、永久磁石の周方向側面と構成面との間におけるパーミアンスが向上されて、当該部分における減磁耐性が向上する。
上記ロータにおいて、前記構成面は、軸方向視において、径方向内側に窪む形状をなす。
この構成によれば、ロータコアにおける永久磁石の外周側に位置する部位の径方向厚さを好適に確保することができ、その結果、リラクタンストルクを効果的に向上させることができる。
According to this configuration, since the magnetic orientation of the permanent magnet intersects the circumferential side surface, in this configuration, it is easy to secure the thickness between the circumferential side surface and the constituent surface of the permanent magnet. It is possible to construct a long magnetic path that intersects with. As a result, the permeance between the circumferential side surface and the constituent surface of the permanent magnet is improved, and the demagnetization resistance in the portion is improved.
In the rotor, the constituent surface has a shape of being recessed inward in the radial direction in the axial direction.
According to this configuration, the radial thickness of the portion of the rotor core located on the outer peripheral side of the permanent magnet can be suitably secured, and as a result, the reluctance torque can be effectively improved.
上記課題を解決するモータは、上記記載のロータを備えている。
この構成によれば、リラクタンストルクとマグネットトルクの両方を好適に確保することを可能としたモータを提供できる。
A motor that solves the above problems includes the rotor described above.
According to this configuration, it is possible to provide a motor capable of suitably securing both reluctance torque and magnet torque.
本発明のロータ及びモータによれば、リラクタンストルクとマグネットトルクの両方を好適に確保することが可能となる。 According to the rotor and the motor of the present invention, it is possible to suitably secure both the reluctance torque and the magnet torque.
以下、ロータ及びモータの一実施形態について説明する。
図1に示す本実施形態のモータ10は、ブラシレスモータである。モータ10は、モータハウジング11の内周面に固定された円環状のステータ12と、ステータ12の径方向内側に配置され、回転軸13を有するロータ14とを備えている。
Hereinafter, an embodiment of the rotor and the motor will be described.
The
ステータ12は、円筒状のステータコア15を有し、そのステータコア15の外周面がモータハウジング11に固定されている。ステータコア15の内側には、軸線方向に沿って形成され、かつ、周方向に等ピッチに配置される複数(本実施形態では12個)のティース16が、径方向内側に向かって延出形成されている。各ティース16は、T型のティースであって、その径方向の内周面16aは、回転軸13の軸線(回転軸線L1)を中心とする同心円の円弧を軸線方向に延出した円弧面である。各ティース16には、3相の巻線17が集中巻きにて巻回されている。そして、各相の巻線17に3相電源電圧を印加してステータ12に回転磁界を形成し、同ステータ12の内側に配置した回転軸13に固着されたロータ14を回転させるようになっている。
The
ステータ12の内側に配設されたロータ14は、回転軸13に一体回転可能に固定された円筒状のロータコア21と、ロータコア21の内部に埋設された複数(本実施形態では8個)の永久磁石22とを備える埋込磁石型(IPM型)のロータとして構成されている。ロータコア21は、複数の電磁鋼板が軸方向に積層されて構成されている。また、回転軸13は、モータハウジング11に対し軸受(図示略)を介して回転可能に支持されている。
The
複数の永久磁石22は、周方向に交互に異極となるロータ14の複数の磁極部14pをそれぞれ構成している。すなわち、本実施形態のロータ14は8極で構成されている。また、ロータ14は、その全ての磁極部14pが永久磁石22で構成されたフルマグネット型ロータである。各永久磁石22は、互いに同形状(同一サイズ)をなし、周方向において等間隔(本実施形態では45°間隔)に配置されている。なお、永久磁石22は、ロータコア21に軸方向に沿って貫通形成された磁石収容孔21a内に、ほぼ隙間無く充填されていることが好ましい。
The plurality of
次に、永久磁石22の形状について説明する。
図2に示すように、永久磁石22は、軸方向視において、径方向内側に向かって凸となるようにやや湾曲した形状をなしている。また、永久磁石22は、その周方向中心線L2(回転軸線L1と直交し永久磁石22の周方向中心を通る直線)に対して線対称をなすように形成されている。
Next, the shape of the
As shown in FIG. 2, the
詳述すると、永久磁石22は、径方向に対をなす第1及び第2径方向側面31,32と、周方向に対をなす周方向側面33とを有している。なお、対をなす径方向側面において、外周側の面を第1径方向側面31とし、内周側の面を第2径方向側面32としている。
More specifically, the
各周方向側面33は、軸方向視において、周方向に隣り合う永久磁石22との間の磁極境界部Pbと回転軸線L1とを結ぶ仮想線Lvに対して平行な直線状をなしている。第1径方向側面31は、各周方向側面33の外周側端部同士を繋ぐ面であり、第2径方向側面32は、各周方向側面33の内周側端部同士を繋ぐ面である。換言すれば、各周方向側面33は、第1及び第2径方向側面31,32の周方向端部間を繋ぐ面である。なお、周方向側面33は、周方向に隣り合う永久磁石22の周方向側面33に対して平行をなしている。
Each
第1径方向側面31は、その周方向中間部に位置する第1構成面31aと、第1構成面31aの周方向両側に位置する第2構成面31bとを有している。第1構成面31aは、軸方向視において径方向内側に窪む円弧状をなしている。また、第1構成面31aは、その全体が回転軸線L1を中心とし各周方向側面33の外周側端部を通る仮想円Cvよりも内周側に位置するように形成されている。
The first
第2構成面31bは、前記仮想円Cv上に位置し、第1構成面31aの周方向端部と周方向側面33の外周側端部とを繋ぐ面である。また、第2径方向側面32は、第1構成面31aに対して同心円弧状をなし、軸方向視において径方向内側に窪む曲面となっている。
The second
そして、永久磁石22において、周方向側面33と直交する方向における該周方向側面33と第1構成面31aとの間の厚さTは、径方向内側に向かうにつれて厚くなるように形成されている。また、仮想線Lvに沿う方向における周方向側面33の長さD1は、第1径方向側面31の周方向中心31cからロータコア21の外周面までの径方向長さD2よりも長く設定されている。なお、径方向における第1構成面31aとロータコア21の外周面との間の距離(つまり、ロータコア21における第1構成面31aの外周側に位置する磁石外側コア部21bの径方向厚さ)は、周方向中心31cで最長となっている。また、本実施形態では、第1構成面31aの周方向中心31cは、永久磁石22の周方向中心線L2と一致している。
The
図2には、永久磁石22の磁化配向を矢印で示している。永久磁石22の磁化配向は、S極の永久磁石22から隣接のN極の永久磁石22に向けて、径方向内側が凸となるように湾曲する配向(極異方配向)に設定されている。つまり、永久磁石22の磁化配向は、径方向外側(ステータ12側)に向かうにつれて、当該永久磁石22の周方向中心線L2側に傾斜するようになっている。また、本実施形態の永久磁石22の磁化配向は、周方向側面33と交差(略直交)するとともに、前記仮想線Lvと直交するように設定されている。
In FIG. 2, the magnetization orientation of the
なお、各永久磁石22は、例えば、磁石粉を樹脂と混合して成型固化したボンド磁石(プラスチックマグネットやゴムマグネットなど)や焼結磁石などからなる。なお、ボンド磁石は、焼結磁石に比べて形状の自由度が高く、また、寸法精度を高く形成することが可能である。永久磁石22をボンド磁石とする場合には、サマリウム鉄窒素(SmFeN)系磁石、サマリウムコバルト(SmCo)系磁石、ネオジム磁石等の希土類磁石で構成されることが好ましい。また、永久磁石22を焼結磁石とする場合には、フェライト磁石や、サマリウムコバルト(SmCo)磁石、ネオジム磁石等の希土類磁石で構成されることが好ましい。
Each
次に、本実施形態の作用について説明する。
ステータ12の巻線17に3相電源電圧を印加して回転磁界を形成すると、その回転磁界に基づいてロータ14が回転する。具体的には、ロータ14は、前記回転磁界と各永久磁石22の磁界との作用で生じるマグネットトルク、及び、前記回転磁界がロータコア21に作用して生じるリラクタンストルクによって回転するようになっている。
Next, the operation of this embodiment will be described.
When a three-phase power supply voltage is applied to the winding 17 of the
次に、本実施形態の効果を記載する。
(1)永久磁石22の第1径方向側面31は、回転軸線L1を中心とし周方向側面33の外周側端部を通る仮想円Cvよりも内周側に位置する第1構成面31aを有する。これにより、ロータコア21における永久磁石22の外周側に位置する磁石外側コア部21bの体積を確保でき、その結果、リラクタンストルクを確保することができる。そして、周方向側面33と直交する方向における該周方向側面33と第1構成面31aとの間の厚さTは、径方向内側に向かうにつれて厚くなるように形成されている。このため、単に円弧状とした従来の永久磁石(径方向の両側面が互いに平行をなすもの)を用いる場合と比較して、永久磁石22の体積比率を増加させることが可能となり、その結果、マグネットトルクの向上を図ることができる。また、永久磁石22の周方向端部近傍において永久磁石22の体積が増加されるため、周方向端部近傍において永久磁石22が外部磁界によって減磁されることを効果的に抑制でき、その結果、マグネットトルクを効果的に向上させることができる。
Next, the effect of this embodiment will be described.
(1) The first
(2)第1構成面31aは、軸方向視において、径方向内側に窪む形状をなす。これにより、磁石外側コア部21bの径方向厚さを好適に確保することができ、その結果、リラクタンストルクを効果的に向上させることができる。
(2) The first constituent surface 31a has a shape that is recessed inward in the radial direction in the axial direction. As a result, the radial thickness of the magnet
(3)仮想線Lvに沿う方向における周方向側面33の長さD1は、第1径方向側面31の周方向中心31cからロータコア21の外周面までの径方向長さD2よりも長く設定される。これにより、永久磁石22における周方向側面33と第1構成面31aとの間の厚さTを厚く構成できる。従って、周方向端部近傍において永久磁石22が外部磁界によって減磁されることをより効果的に抑制でき、その結果、マグネットトルクの更なる向上を図ることができる。
(3) The length D1 of the
(4)永久磁石22は、周方向側面33と交差する磁化配向を有している。すなわち、永久磁石22における周方向側面33と第1構成面31aとの間の厚さTを確保しやすい本構成では、永久磁石22の周方向側面33と交差する磁路を長く構成できる。その結果、永久磁石22の周方向側面33と第1構成面31aとの間におけるパーミアンスが向上されて、当該部分における減磁耐性が向上する。
(4) The
なお、上記実施形態は、以下のように変更してもよい。
・上記実施形態における永久磁石22の磁化配向は例示であって、極異方配向以外の例えばラジアル配向やパラレル配向としてもよい。
The above embodiment may be modified as follows.
-The magnetization orientation of the
また、図3に示すような磁化配向としてもよい。同図に示すように、永久磁石22の磁化配向は直線的に設定されるとともに、永久磁石22の周方向中心線L2(磁極中心線)のステータ12側(径方向外側)への延長線上にある1点(磁束集中点F)に向かうように設定されている。このような構成によっても、上記実施形態と略同様の効果を得ることができる。
Further, the magnetization orientation may be as shown in FIG. As shown in the figure, the magnetization orientation of the
・上記実施形態における永久磁石22の寸法設定は例示であり、適宜変更してもよい。例えば、周方向側面33の前記長さD1を前記径方向長さD2と同一、又は、周方向側面33の前記長さD1を前記径方向長さD2よりも短く設定してもよい。
-The dimensional setting of the
・上記実施形態では、第1構成面31aは、軸方向視において径方向内側に窪む円弧状をなすが、第1構成面31aの全体が前記仮想円Cvよりも内周側に位置していれば、円弧状以外の形状に変更可能である。例えば、第1構成面31aを1つ又は複数の平面によって構成してもよい。すなわち、第1構成面31aを径方向(周方向中心線L2)と直交する平面状に形成してもよい。なお、第2径方向側面32についても、同様に変更可能である。
-In the above embodiment, the first constituent surface 31a has an arc shape that is recessed inward in the radial direction in the axial direction, but the entire first constituent surface 31a is located on the inner peripheral side of the virtual circle Cv. If so, it can be changed to a shape other than the arc shape. For example, the first constituent surface 31a may be configured by one or a plurality of planes. That is, the first constituent surface 31a may be formed in a plane shape orthogonal to the radial direction (circumferential center line L2). The second
・上記実施形態では、第1径方向側面31が第1構成面31aと一対の第2構成面31bとから構成されたが、これに限らず、例えば、第1径方向側面31から第2構成面31bを省略し、第1構成面31aの周方向端が周方向側面33の外周側端部と直接繋がる構成としてもよい。
In the above embodiment, the first
・上記実施形態におけるロータ14の極数とステータ12のスロット数は例示であり、適宜変更できる。例えば、ロータ14の極数とスロット数との関係が2n:3n(但し、nは自然数)となるように、ロータ14の極数とスロット数を適宜変更してもよい。なお、ロータ14の極数とスロット数との関係は必ずしも2n:3nである必要はなく、例えば、ロータ14の極数とスロット数との関係を10:12や14:12等で構成してもよい。
The number of poles of the
・上記実施形態では、ブラシレスモータに適用したが、これに限らず、例えば、ブラシ付きモータに適用してもよい。
・上記した実施形態並びに各変形例は適宜組み合わせてもよい。
-In the above embodiment, it is applied to a brushless motor, but the present invention is not limited to this, and for example, it may be applied to a motor with a brush.
-The above-described embodiment and each modification may be combined as appropriate.
10…モータ、14…ロータ、13…回転軸、21…ロータコア、22…永久磁石、31…第1径方向側面、31a…第1構成面(構成面)、32…第2径方向側面、33…周方向側面、L1…回転軸線、Pb…磁極境界部、Lv…仮想線、Cv…仮想円。 10 ... motor, 14 ... rotor, 13 ... rotating shaft, 21 ... rotor core, 22 ... permanent magnet, 31 ... first radial side surface, 31a ... first constituent surface (constituent surface), 32 ... second radial side surface, 33 ... Circumferential side surface, L1 ... Rotation axis, Pb ... Magnetic pole boundary, Lv ... Virtual line, Cv ... Virtual circle.
Claims (3)
前記回転軸に一体回転可能に固定された略円筒状をなすロータコアと、
前記ロータコアの内部に、周方向に間隔を空けて埋設された複数の永久磁石と
を備えたロータであって、
前記永久磁石は、径方向に対をなす外周側の第1径方向側面及び内周側の第2径方向側面と、周方向に対をなし前記第1及び第2径方向側面の周方向端部間を繋ぐ一対の周方向側面とを備え、
前記周方向側面は、軸方向視において、周方向に隣り合う前記永久磁石との間の磁極境界部と回転軸線とを結ぶ仮想線に対して平行な直線状をなし、
前記第1径方向側面は、回転軸線を中心とし前記周方向側面の外周側端部を通る仮想円よりも内周側に位置する構成面を有し、
前記周方向側面と直交する方向における該周方向側面と前記構成面との間の厚さが、径方向内側に向かうにつれて厚くなるように形成され、
前記仮想線に沿う方向における前記周方向側面の長さは、前記第1径方向側面の周方向中心から前記ロータコアの外周面までの径方向長さよりも長く設定され、
前記永久磁石は、S極の永久磁石から隣接のN極の永久磁石に向けて、径方向内側が凸となるように湾曲する極異方配向であって、前記周方向側面と交差する磁化配向を有していることを特徴とするロータ。 The axis of rotation and
A substantially cylindrical rotor core fixed to the rotation axis so as to be integrally rotatable,
A rotor provided with a plurality of permanent magnets embedded at intervals in the circumferential direction inside the rotor core.
The permanent magnets are paired in the circumferential direction with the first radial side surface on the outer peripheral side and the second radial side surface on the inner peripheral side, which are paired in the radial direction, and the circumferential ends of the first and second radial side surfaces. Equipped with a pair of circumferential sides connecting the parts,
The circumferential side surface forms a straight line parallel to the virtual line connecting the magnetic pole boundary between the permanent magnets adjacent to each other in the circumferential direction and the rotation axis in the axial view.
The first radial side surface has a constituent surface located on the inner peripheral side of a virtual circle centered on a rotation axis and passing through an outer peripheral side end portion of the circumferential side surface.
The thickness between the circumferential side surface and the constituent surface in the direction orthogonal to the circumferential side surface is formed so as to become thicker toward the inner side in the radial direction .
The length of the circumferential side surface in the direction along the virtual line is set to be longer than the radial length from the circumferential center of the first radial side surface to the outer peripheral surface of the rotor core.
The permanent magnet has a polar anisotropic orientation that curves so that the inside in the radial direction becomes convex from the permanent magnet of the S pole toward the permanent magnet of the adjacent N pole, and is a magnetization orientation that intersects the circumferential side surface. A rotor characterized by having .
前記構成面は、軸方向視において、径方向内側に窪む形状をなすことを特徴とするロータ。 In the rotor according to claim 1,
The rotor is characterized in that the constituent surface has a shape of being recessed inward in the radial direction in the axial direction.
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