JPWO2007132768A1 - motor - Google Patents
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Abstract
本モータは、環状のステータヨークと、このステータヨークから内外に向かって突出した複数の内外ティースとを有するステータコアと、ステータコアに巻回された複数のコイルとを備えたステータと、内外ティースに空隙を介して対向し永久磁石を有する内側ロータと外側ロータとを含む。ここで、内外ロータから生じる磁束量を調整することにより、内外ロータによるコギングトルクの波形の振幅を同一にする構成を有する。The motor includes a stator core having an annular stator yoke, a plurality of inner and outer teeth protruding inward and outward from the stator yoke, a stator having a plurality of coils wound around the stator core, and a gap in the inner and outer teeth. An inner rotor and an outer rotor having permanent magnets opposed to each other are included. Here, by adjusting the amount of magnetic flux generated from the inner and outer rotors, the amplitude of the waveform of the cogging torque by the inner and outer rotors is made the same.
Description
本発明は、内側ロータと外側ロータの2つのロータを搭載し、ステータにトロイダル巻線が施されたモータに関する。 The present invention relates to a motor in which two rotors, an inner rotor and an outer rotor, are mounted and a toroidal winding is applied to a stator.
ダイレクトドライブ洗濯機の駆動用モータなどに使用されるブラシレスモータは、低速大トルクで低振動、低騒音であることが望まれている。ダイレクトドライブ駆動で用いられるモータは、ギヤが無く、直接駆動するため、モータの大トルク化が必要であるため、ロータ側には内側ロータと外側ロータを備え、ステータ側には内径側および外径側にティースを備えるダブルロータ型のブラシレスモータが提案されている。 A brushless motor used for a drive motor of a direct drive washing machine or the like is desired to have low speed, large torque, low vibration, and low noise. Since the motor used in direct drive does not have gears and is driven directly, it is necessary to increase the torque of the motor. Therefore, the rotor side has an inner rotor and an outer rotor, and the stator side has an inner diameter side and an outer diameter. A double rotor type brushless motor having teeth on the side has been proposed.
このようなダブルロータ型ブラシレスモータ技術に関して、特許文献1に開示されている。このようなダブルロータ型ブラシレスモータは、内側スロット部と外側スロット部とに配置される巻線に流れる電流により、内側ロータおよび外側ロータにトルクが発生する。このため、内側ロータのみ、または外側ロータのみを備える同一体積のモータに比べて、大きなトルクを出力することができ、高効率にすることができる。しかしながら、このようなダブルロータ型モータでは、内側ロータによるコギングトルクおよびトルクリップルと外側ロータによるコギングトルクおよびトルクリップルとが合成され、さらに大きなコギングトルクおよびトルクリップルが発生するという問題が生じていた。 Such double rotor type brushless motor technology is disclosed in Patent Document 1. In such a double rotor type brushless motor, torque is generated in the inner rotor and the outer rotor by the current flowing in the windings arranged in the inner slot portion and the outer slot portion. For this reason, compared with the motor of the same volume provided only with an inner side rotor or only an outer side rotor, a big torque can be output and it can be made highly efficient. However, in such a double rotor type motor, the cogging torque and torque ripple due to the inner rotor and the cogging torque and torque ripple due to the outer rotor are combined, resulting in a problem that a larger cogging torque and torque ripple are generated.
このため、特許文献1には、内側ロータと外側ロータとの磁極の境目の位置を任意の角度ずらす構成が提案されている。また、内側ティースのスロットオープンの幅と外側ティースのスロットオープンの幅との組合せを変えることにより、内側ロータによるコギングトルクの波形の位相と外側ロータによるコギングトルクの波形の位相とを反転させる技術も提案されている。以上のようにして、内側ロータによるコギングトルクと外側ロータによるコギングトルクとを打ち消し、モータ全体としてのコギングトルクを低減させることができるとされている。 For this reason, Patent Document 1 proposes a configuration in which the position of the boundary between the magnetic poles of the inner rotor and the outer rotor is shifted by an arbitrary angle. Also, by changing the combination of the slot opening width of the inner teeth and the slot opening width of the outer teeth, the technology of inverting the phase of the cogging torque waveform by the inner rotor and the phase of the cogging torque waveform by the outer rotor is also available. Proposed. As described above, the cogging torque by the inner rotor and the cogging torque by the outer rotor are canceled out, and the cogging torque as the whole motor can be reduced.
図10は、従来のダブルロータ型モータのロータ回転位置(電気角)とコギングトルクとの関係を示すグラフである。図10において、破線は内側ロータによるコギングトルクを、細い実線は外側ロータによるコギントルクを、中央の太い実線はこれらを合成したモータ全体のコギングトルクを示している。 FIG. 10 is a graph showing the relationship between the rotor rotation position (electrical angle) and the cogging torque of a conventional double rotor type motor. In FIG. 10, the broken line indicates the cogging torque due to the inner rotor, the thin solid line indicates the cogging torque due to the outer rotor, and the thick solid line at the center indicates the cogging torque of the entire motor combining these.
上述の通り、内側ロータと外側ロータとを、内側ロータのコギングトルクの位相と外側ロータのコギングトルクの位相とを打ち消すように構成したとしても、内側ロータのコギングトルクより外側ロータのコギングトルクの方が大きいため、完全に打ち消すことが困難であるという課題を有していた。
本発明のモータは次の構成を有する。環状のステータヨークと、このステータヨークから径方向内側に向かって突出した複数の内側ティースと、この内側ティースと同数でステータヨークから径方向外側に向かって突出した複数の外側ティースと、内側ティースの間に構成された内側スロットと、外側ティースの間に構成された外側スロットとを有するステータコアと、内側スロットと外側スロットの間のステータヨークに巻回され、3相スターまたはデルタ状に結線された複数のコイルとを備えたステータを有する。 The motor of the present invention has the following configuration. An annular stator yoke, a plurality of inner teeth projecting radially inward from the stator yoke, a plurality of outer teeth projecting radially outward from the stator yoke in the same number as the inner teeth, and an inner tooth A stator core having an inner slot formed between the outer slots and an outer slot formed between the outer teeth, and a stator yoke between the inner slot and the outer slot and wound in a three-phase star or delta shape And a stator having a plurality of coils.
内側ティースに空隙を介して対向した内側ロータと、この内側ロータと同一回転軸に接続され、外側ティースに空隙を介して対向した外側ロータとを含み、内側ロータは、所定の形状に打ち抜いた電磁鋼板が積層された内側ロータヨークと、内側永久磁石とを有し、外側ロータは、所定の形状に打ち抜いた電磁鋼板が積層された外側ロータヨークと、内側永久磁石と同極数の外側永久磁石とを有する。 The inner rotor includes an inner rotor opposed to the inner teeth via a gap, and an outer rotor connected to the same rotational shaft as the inner rotor and opposed to the outer teeth via the gap. The inner rotor is an electromagnetic punched into a predetermined shape. The outer rotor has an inner rotor yoke on which steel plates are laminated and an inner permanent magnet, and the outer rotor has an outer rotor yoke on which electromagnetic steel plates punched into a predetermined shape are laminated, and an outer permanent magnet having the same number of poles as the inner permanent magnet. Have.
ここに、内側ロータから生じる磁束量と、外側ロータから生じる磁束量とを調整することにより、内側ロータによるコギングトルクの波形の振幅と、外側ロータによるコギングトルクの波形の振幅とを同一にする構成を有する。 Here, by adjusting the amount of magnetic flux generated from the inner rotor and the amount of magnetic flux generated from the outer rotor, the amplitude of the waveform of the cogging torque by the inner rotor and the amplitude of the waveform of the cogging torque by the outer rotor are made the same. Have
この構成により本発明のモータは、体積効率が良好であり、高出力、高トルクが得られるというダブルロータ型ブラシレスモータの特徴を生かしながら、コギングトルクやトルクリップルを低減し、低振動・低騒音なモータを実現できる。 With this configuration, the motor of the present invention has good volumetric efficiency, high output and high torque, while taking advantage of the characteristics of the double rotor brushless motor, reducing cogging torque and torque ripple, and reducing vibration and noise. A simple motor.
4 回転軸
10 ステータ
11 ステータコア
12 外側ティース
13 内側ティース
14 ステータヨーク
15 コイル
16 外側スロット
17 内側スロット
20,120,220,320 内側ロータ
21,121,221,321 内側ロータヨーク
22,122,222,322 内側永久磁石
23 内側永久磁石埋設孔
30,130,230,330 外側ロータ
31,131,231,331 外側ロータヨーク
32,132,232,332 外側永久磁石
33 外側永久磁石埋設孔
50,51 モールド樹脂
60 取付部
62 リブ
64 風孔
65 凸部4
以下、本発明の実施の形態について、図面に基づいて説明する。 Hereinafter, embodiments of the present invention will be described with reference to the drawings.
(実施の形態1)
図1は本発明の実施の形態1におけるモータの斜視図である。また、図2および図3は本発明の実施の形態1におけるモータの分解斜視図である。図4は、本発明の実施の形態1におけるモータの断面図である。また、図5は、図4の5−5断面を示す要部断面図である。(Embodiment 1)
FIG. 1 is a perspective view of a motor according to Embodiment 1 of the present invention. 2 and 3 are exploded perspective views of the motor according to Embodiment 1 of the present invention. FIG. 4 is a cross-sectional view of the motor according to Embodiment 1 of the present invention. FIG. 5 is a cross-sectional view of an essential part showing a 5-5 cross section of FIG.
これらの図において、本発明のモータは、ステータ10と、ステータ10の内径側に所定のギャップを持って対向する内側ロータ20と、ステータ10の外径側に所定のギャップを持って対向する外側ロータ30とよりなる。内側ロータ20と外側ロータ30とは、モールド樹脂50で一体的に成形されており、回転軸4にてトルクを外部に伝達する。一方、ステータ10もモールド樹脂51にて略全面が被覆されており、このステータ10の外周部には、モールド樹脂51にて一体的に、回転方向に均一間隔ピッチまたは不均一間隔ピッチの取付部60が形成されている。隣接する取付部60間には、外側ロータ30の回転位置を検出するためのセンサが配置される。このため、取付部60はセンサ位置を回避する位置に形成される。 In these drawings, the motor of the present invention includes a
内側ロータ20と外側ロータ30とを一体化するモールド樹脂50には、回転軸4の方向に貫通する複数の風孔64が形成される。また、この内側ロータ20と外側ロータ30とを一体化するモールド樹脂50におけるステータ10と軸方向で対向する部分に、凸部65が設けられる。これにより、内側ロータ20および外側ロータ30が回転するときに、ステータ10から発生した熱が攪拌される。そして、ステータ10、内側ロータ20と外側ロータ30の間で、回転方向への熱風が生じる。この熱風が、風孔64からモータ外部に放出される。また、内側ロータ20と外側ロータ30とを一体化するモールド樹脂50の背面側には、複数のリブ62が設けられる。これにより、モールド樹脂量を低減させながら、必要とされる強度を担保することができる。 A plurality of
ステータ10は、略環状のステータヨーク14と、このステータヨーク14から外周方向に突出した外側ティース12と、外側ティース12と同数でステータヨーク14から内周方向に突出した内側ティース13とから成る。各々の外側ティース12の間には外側スロット16が、各々の内側ティース13の間には内側スロット17が、それぞれ形成されている。そして、3相スターまたはデルタ状に結線されたトロイダル巻線方式による複数のコイル15が、外側スロット16と内側スロット17の間のステータヨーク14に集中巻線方式で巻回されている。 The
このステータ10は、上述したように、コイル15を巻線した後、モールド樹脂51により一体成形される。これは、コイル15をステータコア11に固定することと、防湿、防摘のためである。特に、このモータが洗濯機に用いられる場合には、防湿、防摘の効果が期待される。なお、モールド樹脂50及びモールド樹脂51は、ともにフィラーを含んだ不飽和ポリエステル樹脂が好適である。これは、成形時の流動性と成形後の強度が優れているためである。 As described above, the
次に、ロータ側の構成について説明する。ステータ10の外側ティース12に対向して所定の空隙を介して外側ロータ30が配設されている。同様に、内側ティース13に対向して所定の空隙を介して内側ロータ20が配設されている。 Next, the configuration on the rotor side will be described. An
外側ロータ30は、外側ロータヨーク31と外側ロータヨーク31に形成される複数の外側永久磁石埋設孔33に埋設される複数の外側永久磁石32とを備える。外側ロータヨーク31は、所定の形状(外側永久磁石埋設孔33を有するリング形状)に打ち抜いた電磁鋼板が積層されてなり、磁気回路を構成する。同様に、内側ロータ20は、内側ロータヨーク21と内側ロータヨーク21に形成される複数の内側永久磁石埋設孔23に埋設される複数の内側永久磁石22とを備える。内側ロータヨーク21は、所定の形状(内側永久磁石埋設孔23を有するリング形状)に打ち抜いた電磁鋼板が積層されており、磁気回路を構成する。 The
なお、外側ロータ30および内側ロータ20は、それぞれロータフレームを備えていない。このため、軽量化することができるとともに、製造工数を低減することができる。さらに、ロータフレームの体積分をモールド樹脂50で被覆することができ、振動を吸収することができる。 Each of the
外側ロータ30と内側ロータ20とは、樹脂成形金型内にインサートしてモールド樹脂50により一体成形される。そして、回転軸4に連結して、コイル15に所定の通電を行うことにより、外側ロータ30と内側ロータ20とが一体で回転する。このような外側ロータ30と内側ロータ20との一体的な構成とすることにより、この実施の形態におけるモータは、一般的なインナーロータ型モータやアウターロータ型モータに比べ、高トルク、高出力を実現することができる。 The
ここで、この実施の形態に係るモータは、内側ロータ20の極数および外側ロータ30の極数がともに12極であり、スロット数はともに18スロットである。このように、12極18スロットの組合せにすることにより、巻線配置が分布巻と同等の効果を実現することができる。 Here, in the motor according to this embodiment, the number of poles of the
図6は、本実施の形態におけるダブルロータ型モータのロータ回転位置(電気角)とコギングトルクとの関係を示すグラフである。図6において、破線は内側ロータ20によるコギングトルクを、細い実線は外側ロータ30によるコギングトルクを、中央の太い実線はこれらを合成したモータ全体のコギングトルクを示している。 FIG. 6 is a graph showing the relationship between the rotor rotational position (electrical angle) and the cogging torque of the double rotor type motor in the present embodiment. In FIG. 6, the broken line indicates the cogging torque by the
この実施の形態1に係るモータは、内側ロータ20と外側ロータ30とを、内側ロータ20のコギングトルクの位相と外側ロータ30のコギングトルクの位相とを打ち消すように構成している。しかしながら、内側ロータ20のコギングトルクより外側ロータ30のコギングトルクの方が大きいため、完全に打ち消すことが困難である。この対策として、本実施の形態においては、図5に示すように内側永久磁石22の軸方向の長さを外側永久磁石32の軸方向長さより長くしている。これは、以下の理由によるものである。 In the motor according to the first embodiment, the
内側永久磁石22の配置される円周の長さと外側永久磁石32の配置される円周の長さとを比較すると、内側永久磁石22の配置される円周の長さが外側永久磁石32の配置される円周の長さよりも短い。このため、内側永久磁石22の回転方向の長さは、外側永久磁石32の回転方向の寸法よりも短くなる。したがって、内側永久磁石22の軸方向の長さと外側永久磁石32の軸方向の長さとが同一であれば、内側ロータ20から生じる磁束量と外側ロータ30から生じる磁束量とが異なる。そうすると、内側ロータ20によるコギングトルクの波形の振幅と、外側ロータ30によるコギングトルクの波形の振幅とが異なり、モータ全体としてのコギングトルクを完全に打ち消すことができない。 Comparing the length of the circumference where the inner
以上のことから、本実施の形態では、内側永久磁石22の軸方向の長さを、外側永久磁石32の軸方向の長さより長くし、同時に内側ロータヨーク21の積厚を、外側ロータヨーク31の積厚より厚くしている。これにより、内側ロータ20から生じる磁束量と、外側ロータ30から生じる磁束量とを調整している。このようにして、内側ロータ20のコギングトルクの波形の振幅と外側ロータ30のコギングトルクの波形の振幅とを略同一にしている。このような構成とすることにより、図6に示すように、内側ロータ20のコギングトルクと外側ロータ30のコギングトルクとを打ち消し、モータ全体のコギングトルクを大幅に低減することができる。 From the above, in the present embodiment, the axial length of the inner
なお、本実施の形態においては、12極18スロットの構成を示したが、本発明は、例えば30極18スロットの構成等、他の構成にも適用できる。ただし、極数を12未満とすると、トルクの出力が小さくなってしまうという問題がある。一方、極数を30より大きい数とすると、鉄損が大きくなってしまうという問題がある。 In the present embodiment, the configuration of 12 poles and 18 slots is shown, but the present invention can also be applied to other configurations such as the configuration of 30 poles and 18 slots. However, if the number of poles is less than 12, there is a problem that the torque output becomes small. On the other hand, if the number of poles is greater than 30, there is a problem that iron loss increases.
また、永久磁石をロータヨークに埋め込む構成を示したが、本発明は、ロータヨーク表面に永久磁石を貼り付ける構成にも適用できる。あるいは、内側ロータ20と外側ロータ30のいずれか一方を、永久磁石をロータヨークに埋め込む構成とし、他方をロータヨーク表面に永久磁石を貼り付ける構成とすることも可能である。 Moreover, although the structure which embeds a permanent magnet in a rotor yoke was shown, this invention is applicable also to the structure which affixes a permanent magnet on the rotor yoke surface. Alternatively, either one of the
(実施の形態2)
図7は、本発明の実施の形態2に係るモータの要部断面図である。実施の形態1と同一の構成要素は、同一の参照符号を付し説明を省略する。(Embodiment 2)
FIG. 7 is a cross-sectional view of the main part of the motor according to Embodiment 2 of the present invention. The same constituent elements as those of the first embodiment are denoted by the same reference numerals, and the description thereof is omitted.
この実施の形態2に係るモータは、内側永久磁石122の軸方向の長さと外側永久磁石132の軸方向の長さ、および、内側ロータヨーク121の積厚と外側ロータヨーク131の積厚を共に同一にしている。一方、内側永久磁石122の径方向の厚さを外側永久磁石132の径方向の厚さより厚くしている。その他の構成は、実施の形態1と同じである。 In the motor according to the second embodiment, the axial length of the inner
この実施の形態2に係るモータは、以上のような構成により、内側ロータ120から生じる磁束量と、外側ロータ130から生じる磁束量とを調整している。実施の形態1と同様に、内側ロータ120のコギングトルクの波形の振幅と外側ロータ130のコギングトルクの波形の振幅とを略同一にしている。これにより、図6に示すように、内側ロータ120のコギングトルクと外側ロータ130のコギングトルクとを打ち消し、モータ全体のコギングトルクを大幅に低減することができる。 The motor according to the second embodiment adjusts the amount of magnetic flux generated from the
なお、本実施の形態においては、内側永久磁石122の軸方向の長さと外側永久磁石132の軸方向の長さを共に同一にすると説明したが、必ずしも同一でなくてもよい。同様に、内側ロータヨーク121の積厚と外側ロータヨーク131の積厚を共に同一にすると説明したが、必ずしも同一でなくてもよい。内側永久磁石122の径方向の厚さを外側永久磁石132の径方向の厚さより大きくすることを必須条件として、永久磁石の軸方向の長さやロータヨークの積厚は、適宜変更可能である。 In the present embodiment, it has been described that the axial length of the inner
(実施の形態3)
図8は、本発明の実施の形態3に係るモータの要部断面図である。実施の形態1と同一の構成要素は、同一の参照符号を付し説明を省略する。(Embodiment 3)
FIG. 8 is a cross-sectional view of main parts of a motor according to Embodiment 3 of the present invention. The same constituent elements as those of the first embodiment are denoted by the same reference numerals, and description thereof is omitted.
この実施の形態3に係るモータは、内側ロータヨーク221の積厚と外側ロータヨーク231の積厚とを略同一とし、内側永久磁石222の軸方向の長さを外側永久磁石232の軸方向の長さより長くしている。これ以外は実施の形態1と同様である。 In the motor according to the third embodiment, the
本実施の形態に係るモータは、以上のような構成により、内側ロータ220から生じる磁束量と、外側ロータ230から生じる磁束量とを調整している。これにより、実施の形態1と同様に、内側ロータ220のコギングトルクの波形の振幅と外側ロータ230のコギングトルクの波形の振幅とを略同一にしている。従って、図6に示すように、内側ロータ220のコギングトルクと外側ロータ230のコギングトルクとを打ち消し、モータ全体のコギングトルクを大幅に低減することができる。 The motor according to the present embodiment adjusts the amount of magnetic flux generated from the
(実施の形態4)
図9は、本発明の実施の形態4に係るモータの要部断面図である。実施の形態1と同一の構成要素は、同一の参照符号を付し説明を省略する。(Embodiment 4)
FIG. 9 is a cross-sectional view of main parts of a motor according to
本実施の形態に係るモータは、内側永久磁石322の軸方向の長さと外側永久磁石332の軸方向の長さ、および、内側ロータヨーク321の積厚と外側ロータヨーク331の積厚を共に略同一としている。一方、内側永久磁石322と外側永久磁石332とを異なる材質とし、内側永久磁石322の残留磁束密度を外側永久磁石332の残留磁束密度より大きくしている。これ以外は実施の形態1と同様である。 In the motor according to the present embodiment, the axial length of inner
具体的には、一例として、内側永久磁石322としてネオジウム・鉄・ボロン系焼結磁石(Br=1.36T)を使用し、外側永久磁石332としてフェライト系焼結磁石(Br=0.44T)を使用する。これにより、内側ロータ320から生じる磁束量と、外側ロータ330から生じる磁束量とを調整することができる。実施の形態1と同様に、内側ロータのコギングトルクの波形の振幅と外側ロータのコギングトルクの波形の振幅とを略同一にしている。これにより、図6に示すように、内側ロータ320のコギングトルクと外側ロータ330のコギングトルクとを打ち消し、モータ全体のコギングトルクを大幅に低減することができる。 Specifically, as an example, a neodymium / iron / boron sintered magnet (Br = 1.36T) is used as the inner
なお、本実施の形態においては、内側永久磁石322の軸方向の長さと外側永久磁石332の軸方向の長さは、略同一と説明したが、同一に限定されるものではない。同様に、内側ロータヨーク321の積厚と外側ロータヨーク331の積厚は略同一と説明したが、同一に限定されるものではない。内側永久磁石322の残留磁束密度を外側永久磁石332の残留磁束密度より大きくすることを必須要件として、永久磁石の軸方向の長さやロータヨークの積厚を適宜変更してもよい。 In the present embodiment, the axial length of the inner
また、永久磁石の材質については、異なる材質と説明したが、異なる材質に限定されるものではない。例えば、内側永久磁石322、外側永久磁石332共に同一のネオジウム・鉄・ボロン系焼結磁石とし、その配合比や着磁方法等を変えることによって、内側永久磁石322の残留磁束密度を外側永久磁石332の残留磁束密度より大きくすることでもよい。 In addition, although the material of the permanent magnet has been described as a different material, it is not limited to a different material. For example, the inner
本発明は、家電製品や電装品など、小型でスペースに制限があり、かつ高出力で高効率、低振動・低騒音、低コストが求められるモータに有用である。 INDUSTRIAL APPLICABILITY The present invention is useful for motors that are small in size and limited in space, and that require high output, high efficiency, low vibration / low noise, and low cost, such as home appliances and electrical components.
本発明は、内側ロータと外側ロータの2つのロータを搭載し、ステータにトロイダル巻線が施されたモータに関する。 The present invention relates to a motor in which two rotors, an inner rotor and an outer rotor, are mounted and a toroidal winding is applied to a stator.
ダイレクトドライブ洗濯機の駆動用モータなどに使用されるブラシレスモータは、低速大トルクで低振動、低騒音であることが望まれている。ダイレクトドライブ駆動で用いられるモータは、ギヤが無く、直接駆動するため、モータの大トルク化が必要であるため、ロータ側には内側ロータと外側ロータを備え、ステータ側には内径側および外径側にティースを備えるダブルロータ型のブラシレスモータが提案されている。 A brushless motor used for a drive motor of a direct drive washing machine or the like is desired to have low speed, large torque, low vibration, and low noise. Since the motor used in direct drive does not have gears and is driven directly, it is necessary to increase the torque of the motor. Therefore, the rotor side has an inner rotor and an outer rotor, and the stator side has an inner diameter side and an outer diameter. A double rotor type brushless motor having teeth on the side has been proposed.
このようなダブルロータ型ブラシレスモータ技術に関して、特許文献1に開示されている。このようなダブルロータ型ブラシレスモータは、内側スロット部と外側スロット部とに配置される巻線に流れる電流により、内側ロータおよび外側ロータにトルクが発生する。このため、内側ロータのみ、または外側ロータのみを備える同一体積のモータに比べて、大きなトルクを出力することができ、高効率にすることができる。しかしながら、このようなダブルロータ型モータでは、内側ロータによるコギングトルクおよびトルクリップルと外側ロータによるコギングトルクおよびトルクリップルとが合成され、さらに大きなコギングトルクおよびトルクリップルが発生するという問題が生じていた。 Such double rotor type brushless motor technology is disclosed in Patent Document 1. In such a double rotor type brushless motor, torque is generated in the inner rotor and the outer rotor by the current flowing in the windings arranged in the inner slot portion and the outer slot portion. For this reason, compared with the motor of the same volume provided only with an inner side rotor or only an outer side rotor, a big torque can be output and it can be made highly efficient. However, in such a double rotor type motor, the cogging torque and torque ripple due to the inner rotor and the cogging torque and torque ripple due to the outer rotor are combined, resulting in a problem that a larger cogging torque and torque ripple are generated.
このため、特許文献1には、内側ロータと外側ロータとの磁極の境目の位置を任意の角度ずらす構成が提案されている。また、内側ティースのスロットオープンの幅と外側ティースのスロットオープンの幅との組合せを変えることにより、内側ロータによるコギングトルクの波形の位相と外側ロータによるコギングトルクの波形の位相とを反転させる技術も提案されている。以上のようにして、内側ロータによるコギングトルクと外側ロータによるコギングトルクとを打ち消し、モータ全体としてのコギングトルクを低減させることができるとされている。 For this reason, Patent Document 1 proposes a configuration in which the position of the boundary between the magnetic poles of the inner rotor and the outer rotor is shifted by an arbitrary angle. Also, by changing the combination of the slot opening width of the inner teeth and the slot opening width of the outer teeth, the technology of inverting the phase of the cogging torque waveform by the inner rotor and the phase of the cogging torque waveform by the outer rotor is also available. Proposed. As described above, the cogging torque by the inner rotor and the cogging torque by the outer rotor are canceled out, and the cogging torque as the whole motor can be reduced.
図10は、従来のダブルロータ型モータのロータ回転位置(電気角)とコギングトルクとの関係を示すグラフである。図10において、破線は内側ロータによるコギングトルクを、細い実線は外側ロータによるコギントルクを、中央の太い実線はこれらを合成したモータ全体のコギングトルクを示している。 FIG. 10 is a graph showing the relationship between the rotor rotation position (electrical angle) and the cogging torque of a conventional double rotor type motor. In FIG. 10, the broken line indicates the cogging torque due to the inner rotor, the thin solid line indicates the cogging torque due to the outer rotor, and the thick solid line at the center indicates the cogging torque of the entire motor combining these.
上述の通り、内側ロータと外側ロータとを、内側ロータのコギングトルクの位相と外側ロータのコギングトルクの位相とを打ち消すように構成したとしても、内側ロータのコギングトルクより外側ロータのコギングトルクの方が大きいため、完全に打ち消すことが困難であるという課題を有していた。
本発明のモータは次の構成を有する。環状のステータヨークと、このステータヨークから径方向内側に向かって突出した複数の内側ティースと、この内側ティースと同数でステータヨークから径方向外側に向かって突出した複数の外側ティースと、内側ティースの間に構成された内側スロットと、外側ティースの間に構成された外側スロットとを有するステータコアと、内側スロットと外側スロットの間のステータヨークに巻回され、3相スターまたはデルタ状に結線された複数のコイルとを備えたステータを有する。 The motor of the present invention has the following configuration. An annular stator yoke, a plurality of inner teeth projecting radially inward from the stator yoke, a plurality of outer teeth projecting radially outward from the stator yoke in the same number as the inner teeth, and an inner tooth A stator core having an inner slot formed between the outer slots and an outer slot formed between the outer teeth, and a stator yoke between the inner slot and the outer slot and wound in a three-phase star or delta shape And a stator having a plurality of coils.
内側ティースに空隙を介して対向した内側ロータと、この内側ロータと同一回転軸に接続され、外側ティースに空隙を介して対向した外側ロータとを含み、内側ロータは、所定の形状に打ち抜いた電磁鋼板が積層された内側ロータヨークと、内側永久磁石とを有し、外側ロータは、所定の形状に打ち抜いた電磁鋼板が積層された外側ロータヨークと、内側永久磁石と同極数の外側永久磁石とを有する。 The inner rotor includes an inner rotor opposed to the inner teeth via a gap, and an outer rotor connected to the same rotational shaft as the inner rotor and opposed to the outer teeth via the gap. The inner rotor is an electromagnetic punched into a predetermined shape. The outer rotor has an inner rotor yoke on which steel plates are laminated and an inner permanent magnet, and the outer rotor has an outer rotor yoke on which electromagnetic steel plates punched into a predetermined shape are laminated, and an outer permanent magnet having the same number of poles as the inner permanent magnet. Have.
ここに、内側ロータから生じる磁束量と、外側ロータから生じる磁束量とを調整することにより、内側ロータによるコギングトルクの波形の振幅と、外側ロータによるコギングトルクの波形の振幅とを同一にする構成を有する。 Here, by adjusting the amount of magnetic flux generated from the inner rotor and the amount of magnetic flux generated from the outer rotor, the amplitude of the waveform of the cogging torque by the inner rotor and the amplitude of the waveform of the cogging torque by the outer rotor are made the same. Have
この構成により本発明のモータは、体積効率が良好であり、高出力、高トルクが得られるというダブルロータ型ブラシレスモータの特徴を生かしながら、コギングトルクやトルクリップルを低減し、低振動・低騒音なモータを実現できる。 With this configuration, the motor of the present invention has good volumetric efficiency, high output and high torque, while taking advantage of the characteristics of the double rotor brushless motor, reducing cogging torque and torque ripple, and reducing vibration and noise. A simple motor.
以下、本発明の実施の形態について、図面に基づいて説明する。 Hereinafter, embodiments of the present invention will be described with reference to the drawings.
(実施の形態1)
図1は本発明の実施の形態1におけるモータの斜視図である。また、図2および図3は本発明の実施の形態1におけるモータの分解斜視図である。図4は、本発明の実施の形態1におけるモータの断面図である。また、図5は、図4の5−5断面を示す要部断面図である。
(Embodiment 1)
FIG. 1 is a perspective view of a motor according to Embodiment 1 of the present invention. 2 and 3 are exploded perspective views of the motor according to Embodiment 1 of the present invention. FIG. 4 is a cross-sectional view of the motor according to Embodiment 1 of the present invention. FIG. 5 is a cross-sectional view of an essential part showing a 5-5 cross section of FIG.
これらの図において、本発明のモータは、ステータ10と、ステータ10の内径側に所定のギャップを持って対向する内側ロータ20と、ステータ10の外径側に所定のギャップを持って対向する外側ロータ30とよりなる。内側ロータ20と外側ロータ30とは、モールド樹脂50で一体的に成形されており、回転軸4にてトルクを外部に伝達する。一方、ステータ10もモールド樹脂51にて略全面が被覆されており、このステータ10の外周部には、モールド樹脂51にて一体的に、回転方向に均一間隔ピッチまたは不均一間隔ピッチの取付部60が形成されている。隣接する取付部60間には、外側ロータ30の回転位置を検出するためのセンサが配置される。このため、取付部60はセンサ位置を回避する位置に形成される。
In these drawings, the motor of the present invention includes a
内側ロータ20と外側ロータ30とを一体化するモールド樹脂50には、回転軸4の方向に貫通する複数の風孔64が形成される。また、この内側ロータ20と外側ロータ30とを一体化するモールド樹脂50におけるステータ10と軸方向で対向する部分に、凸部65が設けられる。これにより、内側ロータ20および外側ロータ30が回転するときに、ステータ10から発生した熱が攪拌される。そして、ステータ10、内側ロータ20と外側ロータ30の間で、回転方向への熱風が生じる。この熱風が、風孔64からモータ外部に放出される。また、内側ロータ20と外側ロータ30とを一体化するモールド樹脂50の背面側には、複数のリブ62が設けられる。これにより、モールド樹脂量を低減させながら、必要とされる強度を担保することができる。
A plurality of
ステータ10は、略環状のステータヨーク14と、このステータヨーク14から外周方向に突出した外側ティース12と、外側ティース12と同数でステータヨーク14から内周方向に突出した内側ティース13とから成る。各々の外側ティース12の間には外側スロット16が、各々の内側ティース13の間には内側スロット17が、それぞれ形成されている。そして、3相スターまたはデルタ状に結線されたトロイダル巻線方式による複数のコイル15が、外側スロット16と内側スロット17の間のステータヨーク14に集中巻線方式で巻回されている。
The
このステータ10は、上述したように、コイル15を巻線した後、モールド樹脂51により一体成形される。これは、コイル15をステータコア11に固定することと、防湿、防摘のためである。特に、このモータが洗濯機に用いられる場合には、防湿、防摘の効果が期待される。なお、モールド樹脂50及びモールド樹脂51は、ともにフィラーを含んだ不飽和ポリエステル樹脂が好適である。これは、成形時の流動性と成形後の強度が優れているためである。
As described above, the
次に、ロータ側の構成について説明する。ステータ10の外側ティース12に対向して所定の空隙を介して外側ロータ30が配設されている。同様に、内側ティース13に対向して所定の空隙を介して内側ロータ20が配設されている。
Next, the configuration on the rotor side will be described. An
外側ロータ30は、外側ロータヨーク31と外側ロータヨーク31に形成される複数の外側永久磁石埋設孔33に埋設される複数の外側永久磁石32とを備える。外側ロータヨーク31は、所定の形状(外側永久磁石埋設孔33を有するリング形状)に打ち抜いた電磁鋼板が積層されてなり、磁気回路を構成する。同様に、内側ロータ20は、内側ロータヨーク21と内側ロータヨーク21に形成される複数の内側永久磁石埋設孔23に埋設される複数の内側永久磁石22とを備える。内側ロータヨーク21は、所定の形状(内側永久磁石埋設孔23を有するリング形状)に打ち抜いた電磁鋼板が積層されており、磁気回路を構成する。
The
なお、外側ロータ30および内側ロータ20は、それぞれロータフレームを備えていない。このため、軽量化することができるとともに、製造工数を低減することができる。さらに、ロータフレームの体積分をモールド樹脂50で被覆することができ、振動を吸収することができる。
Each of the
外側ロータ30と内側ロータ20とは、樹脂成形金型内にインサートしてモールド樹脂50により一体成形される。そして、回転軸4に連結して、コイル15に所定の通電を行うことにより、外側ロータ30と内側ロータ20とが一体で回転する。このような外側ロータ30と内側ロータ20との一体的な構成とすることにより、この実施の形態におけるモータは、一般的なインナーロータ型モータやアウターロータ型モータに比べ、高トルク、高出力を実現することができる。
The
ここで、この実施の形態に係るモータは、内側ロータ20の極数および外側ロータ30の極数がともに12極であり、スロット数はともに18スロットである。このように、12極18スロットの組合せにすることにより、巻線配置が分布巻と同等の効果を実現することができる。
Here, in the motor according to this embodiment, the number of poles of the
図6は、本実施の形態におけるダブルロータ型モータのロータ回転位置(電気角)とコギングトルクとの関係を示すグラフである。図6において、破線は内側ロータ20によるコギングトルクを、細い実線は外側ロータ30によるコギングトルクを、中央の太い実線はこれらを合成したモータ全体のコギングトルクを示している。
FIG. 6 is a graph showing the relationship between the rotor rotational position (electrical angle) and the cogging torque of the double rotor type motor in the present embodiment. In FIG. 6, the broken line indicates the cogging torque by the
この実施の形態1に係るモータは、内側ロータ20と外側ロータ30とを、内側ロータ20のコギングトルクの位相と外側ロータ30のコギングトルクの位相とを打ち消すように構成している。しかしながら、内側ロータ20のコギングトルクより外側ロータ30のコギングトルクの方が大きいため、完全に打ち消すことが困難である。この対策として、本実施の形態においては、図5に示すように内側永久磁石22の軸方向の長さを外側永久磁石32の軸方向長さより長くしている。これは、以下の理由によるものである。
In the motor according to the first embodiment, the
内側永久磁石22の配置される円周の長さと外側永久磁石32の配置される円周の長さとを比較すると、内側永久磁石22の配置される円周の長さが外側永久磁石32の配置される円周の長さよりも短い。このため、内側永久磁石22の回転方向の長さは、外側永久磁石32の回転方向の寸法よりも短くなる。したがって、内側永久磁石22の軸方向の長さと外側永久磁石32の軸方向の長さとが同一であれば、内側ロータ20から生じる磁束量と外側ロータ30から生じる磁束量とが異なる。そうすると、内側ロータ20によるコギングトルクの波形の振幅と、外側ロータ30によるコギングトルクの波形の振幅とが異なり、モータ全体としてのコギングトルクを完全に打ち消すことができない。
Comparing the length of the circumference where the inner
以上のことから、本実施の形態では、内側永久磁石22の軸方向の長さを、外側永久磁石32の軸方向の長さより長くし、同時に内側ロータヨーク21の積厚を、外側ロータヨーク31の積厚より厚くしている。これにより、内側ロータ20から生じる磁束量と、外側ロータ30から生じる磁束量とを調整している。このようにして、内側ロータ20のコギングトルクの波形の振幅と外側ロータ30のコギングトルクの波形の振幅とを略同一にしている。このような構成とすることにより、図6に示すように、内側ロータ20のコギングトルクと外側ロータ30のコギングトルクとを打ち消し、モータ全体のコギングトルクを大幅に低減することができる。
From the above, in the present embodiment, the axial length of the inner
なお、本実施の形態においては、12極18スロットの構成を示したが、本発明は、例えば30極18スロットの構成等、他の構成にも適用できる。ただし、極数を12未満とすると、トルクの出力が小さくなってしまうという問題がある。一方、極数を30より大きい数とすると、鉄損が大きくなってしまうという問題がある。 In the present embodiment, the configuration of 12 poles and 18 slots is shown, but the present invention can also be applied to other configurations such as the configuration of 30 poles and 18 slots. However, if the number of poles is less than 12, there is a problem that the torque output becomes small. On the other hand, if the number of poles is greater than 30, there is a problem that iron loss increases.
また、永久磁石をロータヨークに埋め込む構成を示したが、本発明は、ロータヨーク表面に永久磁石を貼り付ける構成にも適用できる。あるいは、内側ロータ20と外側ロータ30のいずれか一方を、永久磁石をロータヨークに埋め込む構成とし、他方をロータヨーク表面に永久磁石を貼り付ける構成とすることも可能である。
Moreover, although the structure which embeds a permanent magnet in a rotor yoke was shown, this invention is applicable also to the structure which affixes a permanent magnet on the rotor yoke surface. Alternatively, either one of the
(実施の形態2)
図7は、本発明の実施の形態2に係るモータの要部断面図である。実施の形態1と同一の構成要素は、同一の参照符号を付し説明を省略する。
(Embodiment 2)
FIG. 7 is a cross-sectional view of the main part of the motor according to Embodiment 2 of the present invention. The same constituent elements as those of the first embodiment are denoted by the same reference numerals, and the description thereof is omitted.
この実施の形態2に係るモータは、内側永久磁石122の軸方向の長さと外側永久磁石132の軸方向の長さ、および、内側ロータヨーク121の積厚と外側ロータヨーク131の積厚を共に同一にしている。一方、内側永久磁石122の径方向の厚さを外側永久磁石132の径方向の厚さより厚くしている。その他の構成は、実施の形態1と同じである。
In the motor according to the second embodiment, the axial length of the inner
この実施の形態2に係るモータは、以上のような構成により、内側ロータ120から生じる磁束量と、外側ロータ130から生じる磁束量とを調整している。実施の形態1と同様に、内側ロータ120のコギングトルクの波形の振幅と外側ロータ130のコギングトルクの波形の振幅とを略同一にしている。これにより、図6に示すように、内側ロータ120のコギングトルクと外側ロータ130のコギングトルクとを打ち消し、モータ全体のコギングトルクを大幅に低減することができる。
The motor according to the second embodiment adjusts the amount of magnetic flux generated from the
なお、本実施の形態においては、内側永久磁石122の軸方向の長さと外側永久磁石132の軸方向の長さを共に同一にすると説明したが、必ずしも同一でなくてもよい。同様に、内側ロータヨーク121の積厚と外側ロータヨーク131の積厚を共に同一にすると説明したが、必ずしも同一でなくてもよい。内側永久磁石122の径方向の厚さを外側永久磁石132の径方向の厚さより大きくすることを必須条件として、永久磁石の軸方向の長さやロータヨークの積厚は、適宜変更可能である。
In the present embodiment, it has been described that the axial length of the inner
(実施の形態3)
図8は、本発明の実施の形態3に係るモータの要部断面図である。実施の形態1と同一の構成要素は、同一の参照符号を付し説明を省略する。
(Embodiment 3)
FIG. 8 is a cross-sectional view of main parts of a motor according to Embodiment 3 of the present invention. The same constituent elements as those of the first embodiment are denoted by the same reference numerals, and the description thereof is omitted.
この実施の形態3に係るモータは、内側ロータヨーク221の積厚と外側ロータヨーク231の積厚とを略同一とし、内側永久磁石222の軸方向の長さを外側永久磁石232の軸方向の長さより長くしている。これ以外は実施の形態1と同様である。
In the motor according to the third embodiment, the
本実施の形態に係るモータは、以上のような構成により、内側ロータ220から生じる磁束量と、外側ロータ230から生じる磁束量とを調整している。これにより、実施の形態1と同様に、内側ロータ220のコギングトルクの波形の振幅と外側ロータ230のコギングトルクの波形の振幅とを略同一にしている。従って、図6に示すように、内側ロータ220のコギングトルクと外側ロータ230のコギングトルクとを打ち消し、モータ全体のコギングトルクを大幅に低減することができる。
The motor according to the present embodiment adjusts the amount of magnetic flux generated from the
(実施の形態4)
図9は、本発明の実施の形態4に係るモータの要部断面図である。実施の形態1と同一の構成要素は、同一の参照符号を付し説明を省略する。
(Embodiment 4)
FIG. 9 is a cross-sectional view of main parts of a motor according to
本実施の形態に係るモータは、内側永久磁石322の軸方向の長さと外側永久磁石332の軸方向の長さ、および、内側ロータヨーク321の積厚と外側ロータヨーク331の積厚を共に略同一としている。一方、内側永久磁石322と外側永久磁石332とを異なる材質とし、内側永久磁石322の残留磁束密度を外側永久磁石332の残留磁束密度より大きくしている。これ以外は実施の形態1と同様である。
In the motor according to the present embodiment, the axial length of inner
具体的には、一例として、内側永久磁石322としてネオジウム・鉄・ボロン系焼結磁石(Br=1.36T)を使用し、外側永久磁石332としてフェライト系焼結磁石(Br=0.44T)を使用する。これにより、内側ロータ320から生じる磁束量と、外側ロータ330から生じる磁束量とを調整することができる。実施の形態1と同様に、内側ロータのコギングトルクの波形の振幅と外側ロータのコギングトルクの波形の振幅とを略同一にしている。これにより、図6に示すように、内側ロータ320のコギングトルクと外側ロータ330のコギングトルクとを打ち消し、モータ全体のコギングトルクを大幅に低減することができる。
Specifically, as an example, a neodymium / iron / boron sintered magnet (Br = 1.36T) is used as the inner
なお、本実施の形態においては、内側永久磁石322の軸方向の長さと外側永久磁石332の軸方向の長さは、略同一と説明したが、同一に限定されるものではない。同様に、内側ロータヨーク321の積厚と外側ロータヨーク331の積厚は略同一と説明したが、同一に限定されるものではない。内側永久磁石322の残留磁束密度を外側永久磁石332の残留磁束密度より大きくすることを必須要件として、永久磁石の軸方向の長さやロータヨークの積厚を適宜変更してもよい。
In the present embodiment, the axial length of the inner
また、永久磁石の材質については、異なる材質と説明したが、異なる材質に限定されるものではない。例えば、内側永久磁石322、外側永久磁石332共に同一のネオジウム・鉄・ボロン系焼結磁石とし、その配合比や着磁方法等を変えることによって、内側永久磁石322の残留磁束密度を外側永久磁石332の残留磁束密度より大きくすることでもよい。
In addition, although the material of the permanent magnet has been described as a different material, it is not limited to a different material. For example, the inner
本発明は、家電製品や電装品など、小型でスペースに制限があり、かつ高出力で高効率、低振動・低騒音、低コストが求められるモータに有用である。 INDUSTRIAL APPLICABILITY The present invention is useful for motors that are small in size and limited in space, and that require high output, high efficiency, low vibration / low noise, and low cost, such as home appliances and electrical components.
4 回転軸
10 ステータ
11 ステータコア
12 外側ティース
13 内側ティース
14 ステータヨーク
15 コイル
16 外側スロット
17 内側スロット
20,120,220,320 内側ロータ
21,121,221,321 内側ロータヨーク
22,122,222,322 内側永久磁石
23 内側永久磁石埋設孔
30,130,230,330 外側ロータ
31,131,231,331 外側ロータヨーク
32,132,232,332 外側永久磁石
33 外側永久磁石埋設孔
50,51 モールド樹脂
60 取付部
62 リブ
64 風孔
65 凸部
4 Rotating
Claims (10)
前記内側ティースに空隙を介して対向した内側ロータと、前記内側ロータと同一回転軸に接続され、前記外側ティースに空隙を介して対向した外側ロータとを含み、
前記内側ロータは、所定の形状に打ち抜いた電磁鋼板が積層された内側ロータヨークと、内側永久磁石とを有し、
前記外側ロータは、所定の形状に打ち抜いた電磁鋼板が積層された外側ロータヨークと、前記内側永久磁石と同極数の外側永久磁石とを有し、
前記内側ロータから生じる磁束量と、前記外側ロータから生じる磁束量とを調整することにより、前記内側ロータによるコギングトルクの波形の振幅と、前記外側ロータによるコギングトルクの波形の振幅とを同一にする構成を有するモータ。An annular stator yoke, a plurality of inner teeth projecting radially inward from the stator yoke, a plurality of outer teeth projecting radially outward from the stator yoke in the same number as the inner teeth, and the inner side A stator core having an inner slot configured between the teeth and an outer slot configured between the outer teeth, and a three-phase star wound around the stator yoke between the inner slot and the outer slot A stator having a plurality of coils connected in a delta shape;
An inner rotor facing the inner teeth via a gap, and an outer rotor connected to the same rotational axis as the inner rotor and facing the outer teeth via a gap,
The inner rotor has an inner rotor yoke on which electromagnetic steel plates punched into a predetermined shape are stacked, and an inner permanent magnet,
The outer rotor has an outer rotor yoke in which electromagnetic steel sheets punched into a predetermined shape are stacked, and an outer permanent magnet having the same number of poles as the inner permanent magnet,
By adjusting the amount of magnetic flux generated from the inner rotor and the amount of magnetic flux generated from the outer rotor, the amplitude of the waveform of the cogging torque by the inner rotor and the amplitude of the waveform of the cogging torque by the outer rotor are made the same. A motor having a configuration.
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