JP7457516B2 - モータ - Google Patents
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Description
このようなDCモータにおいては、より一層の振動の低減が望まれており、振動の原因の一つであるコギングトルクをできる限り抑制することが、通常、行われている。
前記シャフトと同軸上に配された環状部と、該環状部から径方向に延在する複数のスポークと、を有するコア、及び、前記スポークに巻き回されたコイルを有する磁性部材と、
前記ロータシャフトと同軸上で環状に配されたマグネットと、
を備え、
前記磁性部材及び前記マグネットは、径方向において、一方の内側に他方が配置され、
前記複数のスポークのそれぞれの径方向の端部と、前記マグネットと、が径方向において対向し、
前記コアが、前記複数のスポークのそれぞれの径方向の端部に、周方向の両方向に延在する一対の磁極部を有し、
前記複数のスポークの内の少なくとも1のスポークが有する前記一対の磁極部における、周方向の一方側の磁極部が、周方向の他方側の磁極部に比して、磁気抵抗が大きい。
前記第2スポークが有する前記一対の磁極部における、周方向の前記他方側の磁極部が、周方向の前記一方側の磁極部に比して、磁気抵抗が大きいことが好ましい。
前記第3スポークが有する前記一対の磁極部における、周方向の前記他方側の磁極部が、前記第2スポークが有する前記一対の磁極部における、周方向の前記他方側の磁極部に比して、磁気抵抗が小さいことが好ましい。
前記複数のスポークの内、前記第1スポークに対して前記シャフトを中心とした点対称の位置にある他のスポークを第4スポークとし、前記第2スポークに対して前記シャフトを中心とした点対称の位置にある他のスポークを第5スポークとし、
前記第4スポークが有する前記一対の磁極部における、周方向の前記一方側の磁極部が、周方向の前記他方側の磁極部に比して、磁気抵抗が大きく、
前記第5スポークが有する前記一対の磁極部における、周方向の前記他方側の磁極部が、周方向の前記一方側の磁極部に比して、磁気抵抗が大きいことが好ましい。
前記複数のスポークの内、前記第1スポークと前記第2スポークとの間のスロットに対して、前記シャフトを中心とした点対称の位置にある他のスポークを第4aスポークとし、
前記第4aスポークに対して周方向の両側に隣接する他の2つのスポークを第3aスポーク及び第5aスポークとし、
前記第4aスポークが有する前記一対の磁極部の双方の磁極部の磁気抵抗が略等しく、
前記第3aスポークが有する前記一対の磁極部における、周方向の前記第4aスポーク側の磁極部と、前記第5aスポークが有する前記一対の磁極部における、周方向の前記第4aスポーク側の磁極部と、の内の少なくとも一方が、前記第4aスポークが有する前記一対の磁極部の内の1の磁極部に比して、磁気抵抗が小さいことが好ましい一つの態様である。
前記第4bスポークが有する前記一対の磁極部の内の、周方向の前記一方側または前記他方側の磁極部が、その逆側の磁極部に比して、磁気抵抗が大きく、
周方向において、前記第4bスポークが有する前記一対の磁極部における、磁気抵抗が小さい磁極部側で前記第4bスポークと隣接する他のスポークを第3bスポークとし、
前記第3bスポークが有する前記一対の磁極部の内の、周方向の前記第4bスポーク側の磁極部が、前記第1スポークが有する前記一対の磁極部の内の前記一方側の磁極部に比して、磁気抵抗が小さいことが好ましい他の態様である。
[第1の実施形態]
図1は、本発明の一例である第1の実施形態にかかるモータ1の、軸と垂直方向の平面の断面図であり、図2は、軸を含む平面の断面図である。図1は図2におけるA-A断面図であり、図2は図1におけるB-B断面図である。
まず、図3において環状部2aから上方向uへ延伸するスポークを第1スポーク2b-1とし、当該第1スポーク2b-1から時計回り方向xに、順に、第2スポーク2b-2、第3スポーク2b-3、第4スポーク2b-4、第5スポーク2b-5及び第6スポーク2b-6とする。
また、磁気抵抗(リダクタンス)Rmは、下記式(1)で表される。
Rm=L/μA ・・・式(1)
(上記式(1)中、Lは磁気回路の長さを、Aは断面積を、μは透磁率を、それぞれ表す。)
よって、第1スポーク2b-1において、周方向xyの一方側(時計回り方向x側)の磁極部2c-1xは、周方向xyの他方側(反時計回り方向y側)の磁極部2-cyに比して、磁気抵抗Rmが大きい。
よって、第2スポーク2b-2において、周方向xyの他方側(反時計回り方向y側)の磁極部2c-2yは、周方向xyの一方側(時計回り方向x側)の磁極部2c-2xに比して、磁気抵抗Rmが大きい。
この従来例のモータ101は、ロータ120におけるロータコア102の形状が異なることを除き、第1の実施形態にかかるモータ1と同様の構成のものである。よって、従来例にかかる図4においては、第1の実施形態と同一の構成の部材に同一の符号を付している。
当該条件Aによるコギングトルク増大効果は、ロータコアが有するスポークの本数が6本である本実施形態の場合に限定されず、スポークの本数が何本であっても、この条件Aを満たせば、同様に奏される。
当該条件Bによるコギングトルク増大効果は、ロータコアが有するスポークの本数が6本である本実施形態の場合に限定されず、スポークの本数が何本であっても、この条件Bを満たせば、同様に奏される。
当該条件Cによるコギングトルク増大効果は、ロータコアが有するスポークの本数が6本である本実施形態の場合に限定されず、スポークの本数が偶数本でさえあれば、この条件Cを満たせば、同様に奏される。
次に、本発明の一例である第2の実施形態にかかるモータについて、図面を参照しながら説明する。第2の実施形態にかかるモータは、ロータコアの形状が異なることを除き、第1の実施形態にかかるモータ1と同様の構成のものである。
よって、本実施形態においては、ロータコア(コア)22及びシャフト30のみを抜き出した横断面図である図6を用いて説明する。その他、本実施形態にかかるモータの他の構成や全体構成については、図1及び図2を参照されたい。
このように、本実施形態においては、磁気抵抗Rmが大きい磁極部同士が近接した状態のスロットが、点対称の箇所に位置している状態にある(条件C)ことで、コギングトルクが相乗的に増大している。
次に、本発明の一例である第3の実施形態にかかるモータについて、図面を参照しながら説明する。第3の実施形態にかかるモータは、ロータコアの形状が異なることを除き、第1の実施形態にかかるモータ1と同様の構成のものである。
よって、本実施形態においては、ロータコア(コア)32及びシャフト30のみを抜き出した横断面図である図7を用いて説明する。その他、本実施形態にかかるモータの他の構成や全体構成については、図1及び図2を参照されたい。
ロータコア32にカシメ32dを設けると、磁束は当該カシメの部分を避けるように形成される。したがって、カシメ32dを設けた領域及びその近傍は、磁気抵抗Rmが大きくなりやすい。
β<α≒γ ・・・式(2)
このように、本実施形態においては、磁気抵抗Rmが大きい磁極部同士が近接した状態のスロットが、点対称の箇所に位置している状態にある(条件C)ことで、コギングトルクが相乗的に増大している。
次に、本発明の一例である第4の実施形態にかかるモータについて、図面を参照しながら説明する。第4の実施形態にかかるモータは、ロータコアの形状が異なることを除き、第1の実施形態にかかるモータ1と近似した構成のものである。よって、本実施形態においては、ロータコア(コア)42及びシャフト30のみを抜き出した横断面図である図8を用いて説明する。
また、第3aスポーク42b-3において、周方向xyの他方側(反時計回り方向y側)の磁極部42c-3yの磁気抵抗Rm(符号H)は、周方向xyの一方側(時計回り方向x側)の磁極部42c-3xの磁気抵抗Rm(符号L)に比して大きい。
一方、第4aスポーク42b-4が有する磁極部対42c-4においては、周方向xyの一方側(時計回り方向x側)及び他方側(反時計回り方向y側)の双方の磁極部42c-4x,42c-4yの磁気抵抗Rmが略等しく(符号M)なっている。
次に、本発明の一例である第5の実施形態にかかるモータについて、図面を参照しながら説明する。第5の実施形態にかかるモータは、ロータコアの形状が異なることを除き、第1の実施形態にかかるモータ1と近似した構成のものである。よって、本実施形態においては、ロータコア(コア)52及びシャフト30のみを抜き出した横断面図である図9を用いて説明する。
以上の条件E-1及び条件E-2を満たすのが条件Eであり、本実施形態では、当該条件Eを満たしている。
次に、本発明の一例である第6の実施形態にかかるモータについて、図面を参照しながら説明する。第6の実施形態にかかるモータは、ロータコアの形状が異なることを除き、第1の実施形態にかかるモータ1と近似した構成のものである。よって、本実施形態においては、ロータコア(コア)62及びシャフト30のみを抜き出した横断面図である図10を用いて説明する。
本実施形態において、ロータコア62は、シャフト30を取り囲む環状部62aと、シャフト30を軸として環状部62aから径方向に(放射状に)延在する11本のスポーク62b-1~62b-11と、を有している。当該ロータコア52は、奇数本(11本)のスポーク62b-1~62b-11のそれぞれの径方向mn(特に、外方向m)の端部に、周方向xyの両方向に延在する一対の磁極部(磁極部対62c-1~62c-11)を有している。なお、11本のスポーク62b-1~62b-11のそれぞれには、ロータコイル(コイル)が巻回されているが、図10においては図示が省略されている。これは、第7の実施形態にかかる図11においても同様である。
また、第2スポーク62b-2において、周方向xyの他方側(反時計回り方向y側)の磁極部62c-2yの磁気抵抗Rm(符号H)は、周方向xyの一方側(時計回り方向x側)の磁極部62c-2xの磁気抵抗Rm(符号L)に比して大きい。
また、第5aスポーク62b-5において、周方向xyの一方側(時計回り方向x側)の磁極部62c-5xの磁気抵抗Rm(符号H)は、周方向xyの他方側(反時計回り方向y側)の磁極部62c-5yの磁気抵抗Rm(符号L)に比して大きい。
次に、本発明の一例である第7の実施形態にかかるモータについて、図面を参照しながら説明する。第7の実施形態にかかるモータは、ロータコアの形状が異なることを除き、第1の実施形態にかかるモータ1と近似した構成のものである。よって、本実施形態においては、ロータコア(コア)72及びシャフト30のみを抜き出した横断面図である図11を用いて説明する。
以上の条件E-1及び条件E-2を満たすので、即ち条件Eを満たしている。
次に、本発明の一例である第8の実施形態にかかるモータについて、図面を参照しながら説明する。図12は、第8の実施形態にかかるモータ8の、軸と垂直方向の平面の断面図であり、図13は、軸を含む平面の断面図である。図12は図13におけるC-C断面図であり、図13は図12におけるD-D断面図である。
このように、本実施形態においては、磁気抵抗Rmが大きい磁極部同士が近接した状態のスロットが、点対称の箇所に位置している状態にある(条件C)ことで、コギングトルクが相乗的に増大している。
次に、本発明の一例である第9の実施形態にかかるモータについて、図面を参照しながら説明する。図15は、第9の実施形態にかかるモータ9の、軸と垂直方向の平面の断面図である。
まず、図16において環状部92aから下方向dへ延伸するスポークを第1スポーク92b-1とし、当該第1スポーク92b-1から時計回り方向xに、順に、第2スポーク92b-2、第3スポーク92b-3、第4スポーク92b-4、第5スポーク92b-5及び第6スポーク92b-6とする。
第1スポーク92b-1において、外方向nの端部の磁極部対92c-1には、ロータ91(図15を参照)のマグネットに対向する面に、シャフト30の軸方向と平行に延在する溝部92chが設けられている。
よって、第1スポーク92b-1において、周方向xyの一方側(時計回り方向x側)の磁極部92c-1xは、周方向xyの他方側(反時計回り方向y側)の磁極部92-cyに比して、磁気抵抗Rmが大きい。
よって、第2スポーク92b-2において、周方向xyの他方側(反時計回り方向y側)の磁極部92c-2yは、周方向xyの一方側(時計回り方向x側)の磁極部92c-2xに比して、磁気抵抗Rmが大きい。
このように、本実施形態においては、磁気抵抗Rmが大きい磁極部同士が近接した状態のスロットが、点対称の箇所に位置している状態にある(条件C)ことで、コギングトルクが相乗的に増大している。
Claims (5)
- シャフトと、
前記シャフトから径方向に延在する複数のスポークを有する磁性部材と、
環状に配されたマグネットと、
前記複数のスポークそれぞれに巻き回されたコイルと、を備え、
径方向において、前記磁性部材及び前記マグネットのうち一方が他方の内側に配置され、
径方向において、前記複数のスポークのそれぞれの端部と、前記マグネットと、が対向し、
前記複数のスポークのそれぞれの端部は、周方向において、互いに反対の方向に延在する一対の磁極部と、前記マグネットに対向する面と、を有し、
前記複数のスポークは、周方向において、第1スポーク、当該第1スポークの一対の磁極部のうち一方の磁極部側にある第2スポーク、当該第1スポークの他方の磁極部側にある第3スポークと、を含み、
前記第1スポークの一対の磁極部のうち、前記一方の磁極部の磁気抵抗が前記他方の磁極部の磁気抵抗に比して大きく、
前記第1スポークの端部の面には、当該第1スポークに対して前記第2スポーク側に溝部が形成され、
前記第2スポークの一対の磁極部のうち、他方の磁極部の磁気抵抗が一方の磁極部の磁気抵抗に比して大きく、
前記第2スポークの端部の面には、前記第2スポークに対して前記第1スポーク側に溝部が形成され、
前記第3スポークの一対の磁極部のうち、一方の磁極部の磁気抵抗が前記他方の磁極部の磁気抵抗に比して大きく、
前記第3スポークの端部の面には、前記第3スポークに対して前記第1のスポーク側に溝部が形成されており、
前記複数のスポークが偶数本であり、
前記複数のスポークの内、前記第1スポークに対して前記シャフトを中心とした点対称の位置にある他のスポークを第4スポークとし、前記第2スポークに対して前記シャフトを中心とした点対称の位置にある他のスポークを第5スポークとし、
前記第4スポークが有する前記一対の磁極部における、周方向の一方側の磁極部が、周方向の他方側の磁極部に比して、磁気抵抗が大きく、
前記第5スポークが有する前記一対の磁極部における、周方向の前記他方側の磁極部が、周方向の前記一方側の磁極部に比して、磁気抵抗が大きい、モータ。 - シャフトと、
前記シャフトと同軸上に配された環状部と、該環状部から径方向に延在する複数のスポークと、を有するコア、及び、前記スポークに巻き回されたコイルを有する磁性部材と、
前記シャフトと同軸上で環状に配されたマグネットと、
を備え、
前記磁性部材及び前記マグネットは、径方向において、一方の内側に他方が配置され、
前記複数のスポークのそれぞれの径方向の端部と、前記マグネットと、が径方向において対向し、
前記コアが、前記複数のスポークのそれぞれの径方向の端部に、周方向の両方向に延在する一対の磁極部を有し、
前記複数のスポークの内の少なくとも1のスポークが有する前記一対の磁極部における、周方向の一方側の磁極部が、周方向の他方側の磁極部に比して、磁気抵抗が大きく、
前記複数のスポークの内、周方向の一方側と他方側で異なる磁気抵抗となる前記一対の磁極部を有する前記スポークを第1スポークとし、該第1スポークに対して周方向の前記一方側に隣接する他のスポークを第2スポークとし、
前記第2スポークが有する前記一対の磁極部における、周方向の前記他方側の磁極部が、周方向の前記一方側の磁極部に比して、磁気抵抗が大きく、
前記複数のスポークが奇数本であり、
前記複数のスポークの内、前記第1スポークと前記第2スポークとの間のスロットに対して、前記シャフトを中心とした点対称の位置にある他のスポークを第4aスポークとし、
前記第4aスポークに対して周方向の両側に隣接する他の2つのスポークを第3aスポーク及び第5aスポークとし、
前記第4aスポークが有する前記一対の磁極部の双方の磁極部の磁気抵抗が略等しく、
前記第3aスポークが有する前記一対の磁極部における、周方向の前記第4aスポーク側の磁極部と、前記第5aスポークが有する前記一対の磁極部における、周方向の前記第4aスポーク側の磁極部と、の内の少なくとも一方が、前記第4aスポークが有する前記一対の磁極部の内の1の磁極部に比して、磁気抵抗が小さい、モータ。 - シャフトと、
前記シャフトと同軸上に配された環状部と、該環状部から径方向に延在する複数のスポークと、を有するコア、及び、前記スポークに巻き回されたコイルを有する磁性部材と、
前記シャフトと同軸上で環状に配されたマグネットと、
を備え、
前記磁性部材及び前記マグネットは、径方向において、一方の内側に他方が配置され、
前記複数のスポークのそれぞれの径方向の端部と、前記マグネットと、が径方向において対向し、
前記コアが、前記複数のスポークのそれぞれの径方向の端部に、周方向の両方向に延在する一対の磁極部を有し、
前記複数のスポークの内の少なくとも1のスポークが有する前記一対の磁極部における、周方向の一方側の磁極部が、周方向の他方側の磁極部に比して、磁気抵抗が大きく、
前記複数のスポークの内、周方向の一方側と他方側で異なる磁気抵抗となる前記一対の磁極部を有する前記スポークを第1スポークとし、該第1スポークに対して周方向の前記一方側に隣接する他のスポークを第2スポークとし、
前記第2スポークが有する前記一対の磁極部における、周方向の前記他方側の磁極部が、周方向の前記一方側の磁極部に比して、磁気抵抗が大きく、
前記複数のスポークが奇数本であり、
前記複数のスポークの内、前記第1スポークと前記第2スポークとの間のスロットに対して、前記シャフトを中心とした点対称の位置にある他のスポークを第4bスポークとし
、
前記第4bスポークが有する前記一対の磁極部の内の、周方向の前記一方側または前記他方側の磁極部が、その逆側の磁極部に比して、磁気抵抗が大きく、
周方向において、前記第4bスポークが有する前記一対の磁極部における、磁気抵抗が小さい磁極部側で前記第4bスポークと隣接する他のスポークを第3bスポークとし、
前記第3bスポークが有する前記一対の磁極部の内の、周方向の前記第4bスポーク側の磁極部が、前記第1スポークが有する前記一対の磁極部の内の前記一方側の磁極部に比して、磁気抵抗が小さい、モータ。 - 前記第2スポークに対して周方向の一方側に隣接する他のスポークを第3スポークとし、
前記第3スポークが有する前記一対の磁極部における、周方向の前記他方側の磁極部が、前記第2スポークが有する前記一対の磁極部における、周方向の前記他方側の磁極部に比して、磁気抵抗が小さい、請求項2又は3に記載のモータ。 - 前記スポークに巻き回されたコイルを含む複数のコイルを備え、
前記複数のコイルはそれぞれ、前記複数のスポークに巻き回されている、請求項2から4のいずれかに記載のモータ。
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