KR20190073595A - 회전자 및 회전 전기 - Google Patents
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Abstract
회전자(2)는, 1개의 자극(7)에 대해서 복수의 자석 삽입 구멍(6)이 형성된 회전자 코어(3)와, 복수의 자석 삽입 구멍(6) 각각에 삽입되는 영구 자석(5)을 구비한다. 회전자 코어(3)의 중심축(AX)과 자극 중심(71)을 연결하는 선을 포함하고, 또한, 중심축(AX)의 축선 방향(D2)에 평행한 자극 중심면(SV)에 대해서, 자석 삽입 구멍(6)은, 대칭으로 둘레 방향(D1)으로 형성된다. 중심축(AX)의 축선 방향(D2)에서의 중심을 통과하고, 또한, 자극 중심면(SV)에 직교하는 축선 방향 중심면(SH)에 대해서, 영구 자석(5)은, 비대칭이 되도록 축선 방향(D2)으로 배치됨과 아울러, 자극 중심면(SV)에 대해서 비대칭이 되도록 둘레 방향(D1)으로 배치된다. 자극 중심(71)은, 둘레 방향(D1)에서의 자극(7)의 외주면(31)의 폭을 이등분하는 선(9) 상에 위치한다.
Description
본 발명은, 회전자 코어를 구비한 회전자 및 회전 전기에 관한 것이다.
회전자 코어에 영구 자석이 매립된 매립 자석형 회전 전기에서 코깅(cogging) 토크를 저감하기 위한 구조로서는, 단스큐(段skew) 구조의 회전자가 알려져 있다. 그렇지만 단스큐 구조의 회전자는, 복잡한 구성이기 때문에 제조 시간이 길어져 생산성이 낮다고 하는 과제가 있다.
특허 문헌 1에 개시되는 회전자의 회전자 코어에는 3개의 자석 삽입 구멍이 형성되고, 3개의 자석 삽입 구멍 각각에는 영구 자석이 삽입되어 있다. 1개의 자극은 3개의 영구 자석에 의해 형성되고, 1개의 자극을 형성하는 3개의 영구 자석은, 회전자의 둘레 방향에서의 자극의 중심(中心)에 대해 둘레 방향으로 대칭으로 배치되고, 회전자 코어의 적층 방향에서의 중심에 대해 적층 방향으로 비대칭으로 배치된다.
그렇지만 특허 문헌 1에 개시되는 회전자는, 둘레 방향에서의 자극의 중심에 배치되는 영구 자석과, 이 영구 자석에 인접하는 영구 자석에 의한 단스큐각(段skew角)이 작기 때문에, 축방향으로 나누어진 복수의 회전 코어 각각을 둘레 방향으로 크게 겹치지 않게 적층하는 등의 복잡한 제조 방법을 채용하지 않고 코깅 토크를 저감할 수 있는 회전자의 개발이 원해지고 있었다.
본 발명은, 상기를 감안하여 이루어진 것으로서, 구조를 복잡화하지 않고 코깅 토크를 저감할 수 있는 회전자를 얻는 것을 목적으로 한다.
상술한 과제를 해결하고, 목적을 달성하기 위해서, 본 발명의 회전자는, 1개의 자극(磁極)에 대해서 복수의 자석 삽입 구멍이 형성된 회전자 코어와, 복수의 자석 삽입 구멍 각각에 삽입되는 영구 자석을 구비하며, 회전자 코어의 중심축과 자극의 자극 중심을 연결하는 선을 포함하고, 또한, 중심축의 축선 방향에 평행한 자극 중심면에 대해서, 자석 삽입 구멍은, 대칭으로 둘레 방향으로 형성되고, 중심축의 축선 방향에서의 중심을 통과하고, 또한, 자극 중심면에 직교하는 축선 방향 중심면에 대해서, 영구 자석은, 비대칭이 되도록 축선 방향으로 배치됨과 아울러, 자극 중심면에 대해서 비대칭이 되도록 둘레 방향으로 배치되며, 자극 중심은, 둘레 방향에서의 자극의 외주면의 폭을 이등분하는 선 상에 위치하는 것을 특징으로 한다.
본 발명에 관한 회전자는, 구조를 복잡화하지 않고 코깅 토크를 저감할 수 있다고 하는 효과를 나타낸다.
도 1은 실시 형태 1에 관한 회전자를 구비한 회전 전기의 축 수직 단면도이다.
도 2는 도 1에 나타내는 회전자에 형성된 복수의 자극 중, 1개의 자극에 대응하는 영구 자석의 배치 상태를 나타내는 스켈레톤(skeleton) 사시도이다.
도 3은 도 2에 나타내는 회전자 코어의 양단면의 단판(端板)을 배치한 상태를 나타내는 도면이다.
도 4는 실시 형태 2에 관한 회전자에 형성된 복수의 자극 중, 1개의 자극에 대응하는 영구 자석의 배치 상태를 나타내는 축 수직 단면도이다.
도 5는 도 4에 나타내어지는 1개의 자극에 대응하는 영구 자석의 배치 상태를 나타내는 스켈레톤 사시도이다.
도 6은 실시 형태 3에 관한 회전자에 형성된 복수의 자극 중, 1개의 자극에 대응하는 영구 자석의 배치 상태를 나타내는 스켈레톤 사시도이다.
도 7은 실시 형태 1에 관한 회전자의 제1 변형예를 나타내는 도면이다.
도 8은 실시 형태 1에 관한 회전자의 제2 변형예를 나타내는 도면이다.
도 9는 실시 형태 3에 관한 회전자의 변형예를 나타내는 도면이다.
도 10은 실시 형태 4에 관한 회전자를 구비한 회전 전기의 축 수직 단면도이다.
도 2는 도 1에 나타내는 회전자에 형성된 복수의 자극 중, 1개의 자극에 대응하는 영구 자석의 배치 상태를 나타내는 스켈레톤(skeleton) 사시도이다.
도 3은 도 2에 나타내는 회전자 코어의 양단면의 단판(端板)을 배치한 상태를 나타내는 도면이다.
도 4는 실시 형태 2에 관한 회전자에 형성된 복수의 자극 중, 1개의 자극에 대응하는 영구 자석의 배치 상태를 나타내는 축 수직 단면도이다.
도 5는 도 4에 나타내어지는 1개의 자극에 대응하는 영구 자석의 배치 상태를 나타내는 스켈레톤 사시도이다.
도 6은 실시 형태 3에 관한 회전자에 형성된 복수의 자극 중, 1개의 자극에 대응하는 영구 자석의 배치 상태를 나타내는 스켈레톤 사시도이다.
도 7은 실시 형태 1에 관한 회전자의 제1 변형예를 나타내는 도면이다.
도 8은 실시 형태 1에 관한 회전자의 제2 변형예를 나타내는 도면이다.
도 9는 실시 형태 3에 관한 회전자의 변형예를 나타내는 도면이다.
도 10은 실시 형태 4에 관한 회전자를 구비한 회전 전기의 축 수직 단면도이다.
이하에, 본 발명의 실시 형태에 관한 회전자 및 회전 전기를 도면에 기초하여 상세하게 설명한다. 또, 이 실시 형태에 의해 본 발명이 한정되는 것은 아니다.
실시 형태 1.
도 1은 실시 형태 1에 관한 회전자를 구비한 회전 전기의 축 수직 단면도이다. 도 1에 나타내는 회전 전기(100)는, 고정자(1)와 고정자(1)의 내측에 마련되는 회전자(2)를 구비한다. 회전자(2)는, 회전자 코어(3)와, 회전자 코어(3)에 마련되는 샤프트(4)와, 복수의 영구 자석(5)을 구비한다. 이하에서는, 회전자 코어(3)의 중심축(AX)에서의 축선 방향을 간단히 「축선 방향」이라고 칭하고, 회전자 코어(3)의 지름 방향을 간단히 「지름 방향」이라고 칭하며, 회전자 코어(3)의 둘레 방향을 간단히 「둘레 방향」이라고 칭한다.
회전자 코어(3)는, 미도시의 전자(電磁) 강판 모재로부터 고리 모양으로 타발(打拔)된 복수의 박판(薄板)을 축선 방향으로 적층하여 구성된다. 복수의 박판은, 코킹(caulking), 용접 또는 접착에 의해 서로 고정된다. 회전자 코어(3)와 고정자(1)와의 사이에는 간극이 확보되어 있다. 샤프트(4)는, 회전자 코어(3)의 축심부에, 수축 끼워맞춤, 냉각 끼워맞춤 또는 압입에 의해 고정된다.
회전자 코어(3)에는 복수의 자석 삽입 구멍(6)이 형성되어 있다. 복수의 자석 삽입 구멍(6)의 각각은 둘레 방향(D1)을 따라서 배열된다. 둘레 방향(D1)으로 인접하는 자석 삽입 구멍(6)은 서로 이간하고 있다.
회전자(2)는 20개의 영구 자석(5)을 구비하며, 회전자(2)에는 10개의 자극(7)이 형성된다. 1개의 자극(7)은, 둘레 방향(D1)으로 인접하는 2개의 자석 삽입 구멍(6) 각각에 삽입된 영구 자석(5)의 세트에 의해 형성된다. 복수의 영구 자석(5)의 세트는, 둘레 방향(D1)을 따라서, 다른 극성이 교호로 되도록 배열되고, 자화 배향 방향이 지름 방향이 되도록 착자(着磁)되어 있다.
도 2는 도 1에 나타내는 회전자에 형성된 복수의 자극 중, 1개의 자극에 대응하는 영구 자석의 배치 상태를 나타내는 스켈레톤 사시도이다. 도 2에 나타내는 바와 같이 1개의 자극(7)을 형성하는 영구 자석(5)은, 제1 영구 자석(5U) 및 제2 영구 자석(5D)에 의해 구성된다.
회전자 코어(3)에는 자석 삽입 구멍(6)이 형성된다. 자석 삽입 구멍(6)은, 제1 영구 자석(5U)이 삽입되는 제1 자석 삽입 구멍(61)과, 제2 영구 자석(5D)이 삽입되는 제2 자석 삽입 구멍(62)에 의해 구성된다.
제1 자석 삽입 구멍(61) 및 제2 자석 삽입 구멍(62)의 각각은, 직방체 모양으로 형성됨과 아울러, 회전자 코어(3)의 외주면(31) 근처에 형성된다. 제1 자석 삽입 구멍(61) 및 제2 자석 삽입 구멍(62) 각각은, 회전자 코어(3)의 축선 방향에서의 일단면(32)으로부터 타단면(33)까지 관통한다. 회전자 코어(3)의 축선 방향은 도 2 중에 화살표(D2)로 나타내어지는 방향이다. 제1 자석 삽입 구멍(61) 및 제2 자석 삽입 구멍(62) 각각은, 둘레 방향(D1)으로 서로 인접하여 배열된다.
제1 자석 삽입 구멍(61) 및 제2 자석 삽입 구멍(62)은, 자극 중심면(SV)에 대해서 선대칭으로 형성되어 있다. 자극 중심면(SV)은, 회전자 코어(3)의 중심축(AX)과 회전자 코어(3)의 둘레 방향(D1)에서의 자극 중심(71)을 연결하는 선(8)을 포함하고, 또한, 중심축(AX)의 축선 방향(D2)에 평행한 면이다. 자극 중심(71)은, 둘레 방향(D1)에서의 자극(7)의 외주면(31)의 폭을 이등분하는 선(9) 상에 위치한다.
제1 자석 삽입 구멍(61)에 삽입되는 제1 영구 자석(5U)은, 회전자 코어(3)의 일단면(32) 근처에 배치되고, 제2 자석 삽입 구멍(62)에 삽입되는 제2 영구 자석(5D)은, 회전자 코어(3)의 타단면(33) 근처에 배치된다.
축선 방향(D2)에서의 회전자 코어(3)의 일단면(32)으로부터 타단면(33)까지의 폭을 Lr로 하고, 폭 Lr을 이등분 한 폭을 Lr/2로 하고, 축선 방향(D2)에서의 제1 영구 자석(5U)의 폭을 Lmu로 하고, 축선 방향(D2)에서의 제2 영구 자석(5D)의 폭을 Lmd로 했을 때, 폭 Lmu 및 폭 Lmd 각각은, 폭 Lr/2과 동일하다. 환언하면 폭 Lr은, 폭 Lmu 및 폭 Lmd 각각을 2배로 한 길이와 동일하다.
이와 같이 제1 영구 자석(5U) 및 제2 영구 자석(5D)은, 자극 중심면(SV)에 대해서 비대칭이 되도록 둘레 방향(D1)으로 배치됨과 아울러, 회전자 코어(3)의 적층 방향, 즉 축선 방향(D2)에 수직인 축선 방향 중심면(SH)에 대해서 비대칭이 되도록 축선 방향(D2)으로 배치된다.
또 제1 영구 자석(5U) 및 제2 영구 자석(5D)은, 자극 중심면(SV)과 축선 방향 중심면(SH)과의 교선(CL)에 대해서 점 대칭으로 배치된다. 축선 방향 중심면(SH)은, 회전자 코어(3)의 중심축(AX)의 축선 방향(D2)에서의 중심(72)을 통과하고, 또한, 자극 중심면(SV)에 직교하는 면이며, 축선 방향 중심(34)을 포함하는 면이다. 이 구성에 의해, 영구 자석(5)을 단스큐 모양으로 배치할 수 있고, 회전자(2) 중 어느 회전 방향에 대해서도 동일한 스큐 효과가 얻어지기 때문에, 어느 회전 방향에 대해서도 동일한 코깅 토크 저감 효과가 얻어진다. 따라서 복수의 회전 코어를 둘레 방향(D1)으로 겹치지 않게 적층한다고 하는 복잡한 제조 방법을 채용하지 않아도 간소한 구조로 코깅 토크를 저감할 수 있다.
상기의 특허 문헌 1에 개시되는 회전자에서는, 영구 자석이 회전자의 둘레 방향에서의 자극의 중심에 대해 둘레 방향으로 대칭으로 배치되어 있기 때문에, 2개의 영구 자석의 세트에서는 1개의 자극을 형성할 수 없다. 이것에 대해서 실시 형태 1에 관한 회전자(2)는, 스큐 배치된 2개의 영구 자석에서 1개의 자극을 형성할 수 있음과 아울러, 단스큐각이 크기 때문에, 특허 문헌 1의 회전자에 비해 구조가 간소화되어, 제조 코스트의 저감이 가능하고, 코깅 토크 저감 효과를 높일 수 있다.
또 실시 형태 1에 관한 회전자(2)에 의하면, 어느 회전 방향에 대해서도 동일한 스큐 효과가 얻어지기 때문에, 어느 회전 방향에 대해서도 동일한 코깅 토크 저감 효과가 얻어진다. 따라서 실시 형태 1에 관한 회전자(2)에 의하면, 특히 서보 모터 및 전동 파워 스티어링 등과 같은 제품에 적합한 회전 전기(100)를 얻을 수 있다.
또 실시 형태 1에 관한 회전자(2)는, 축선 방향(D2)에서의 제1 영구 자석(5U)의 단면(端面) 위치는, 회전자 코어(3)의 일단면(32)의 위치와 일치하고 있고, 축선 방향(D2)에서의 제2 영구 자석(5D)의 단면 위치는, 회전자 코어(3)의 타단면(33)의 위치와 일치하고 있다. 그리고 제1 영구 자석(5U) 및 제2 영구 자석(5D) 각각의 축선 방향(D2)에서의 위치는, 각 영구 자석을 제1 자석 삽입 구멍(61) 및 제2 자석 삽입 구멍(62) 각각으로 밀어 삽입함으로써 결정할 수 있다. 그 때문에 실시 형태 1에 관한 회전자(2)에 의하면, 영구 자석(5)의 삽입 공정이 간편하게 되고, 제조 비용을 보다 한층 저가로 할 수 있다.
도 3은 도 2에 나타내는 회전자 코어의 양단면에 단판을 배치한 상태를 나타내는 도면이다. 제1 영구 자석(5U) 및 제2 영구 자석(5D)의 축선 방향(D2)으로 튀어나오는 것을 방지하기 위해, 회전자 코어(3)에는, 도 3에 나타내는 바와 같이, 일단면(32)에 배치되는 단판(5a)과 타단면(33)에 배치되는 단판(5b)이 마련되어 있어도 괜찮다. 또 도 3에서는 단판(5a, 5b)이 지름 방향(D3)에서의 회전자 코어(3)의 중심부까지 연장되는 형상이지만, 단판(5a, 5b)은, 제1 영구 자석(5U) 및 제2 영구 자석(5D)의 튀어나옴을 방지할 수 있는 형상이면, 도시예에 한정되지 않는다. 또 단판(5a, 5b)에는, 체결 부재를 삽입하기 위한 구멍이 마련되어도 괜찮고, 도 1에 나타내는 샤프트(4)가 관통하는 관통 구멍이 마련되어도 괜찮다.
또 제1 영구 자석(5U) 및 제2 영구 자석(5D) 각각은, 자극 중심면(SV)에 대해서 비대칭으로 배치되어 있으면 되기 때문에, 각각의 축선 방향 길이가 달라도 괜찮다.
또 본 실시의 형태에서는, 회전자 코어(3)에 형성된 복수의 자극(7) 각각을 구성하는 복수의 영구 자석(5)의 배치 패턴이, 자극(7)마다 일치하고 있다. 이것에 의해 코깅 토크를 가장 효과적으로 저감할 수 있다. 다만 복수의 자극(7) 내의 1개를 형성하는 영구 자석(5)이 자극 중심면(SV)에 대해 비대칭으로 배치되어 있는 경우에도, 코깅 토크를 저감할 수 있다.
또 N극을 이루는 자극(7)과 S극을 이루는 자극(7)이, 자극 사이의 경계면에 대해서 대칭으로 배치되어 있는 경우에도, 어느 회전 방향에 대해서도 동일하게 코깅 토크를 저감할 수 있는 구조가 된다.
실시 형태 2.
도 4는 실시 형태 2에 관한 회전자에 형성된 복수의 자극 중, 1개의 자극에 대응하는 영구 자석의 배치 상태를 나타내는 축 수직 단면도이다. 도 5는 도 4에 나타내어지는 1개의 자극에 대응하는 영구 자석의 배치 상태를 나타내는 스켈레톤 사시도이다. 실시 형태 2에 관한 회전자(2A)의 회전자 코어(3A)에서는, 1개의 자극(7)을 형성하는 2개의 영구 자석 중, 제1 영구 자석(5U)이 제1 자석 삽입 구멍(61A)에 삽입되고, 제2 영구 자석(5D)이 제2 자석 삽입 구멍(62A)에 삽입된다.
제1 영구 자석(5U)과 제1 자석 삽입 구멍(61A)과의 사이에는, 자속 단락 방지용의 공극(3FB)이 형성된다. 도 4에서는 도시를 생략하고 있지만, 제2 영구 자석(5D)과 제2 자석 삽입 구멍(62A)과의 사이에도 동일한 공극이 형성되어 있는 것으로 한다.
제1 자석 삽입 구멍(61A) 및 제2 자석 삽입 구멍(62A)은, 둘레 방향(D1)으로 서로 이간하여 형성됨과 아울러, 자극 중심면(SV)에 대해서 선대칭으로 형성되어 있다. 또 제1 자석 삽입 구멍(61A) 및 제2 자석 삽입 구멍(62A)은, 서로의 대향면(4VL) 사이의 거리가, 중심축(AX)으로부터 회전자 코어(3A)의 외주면(31)을 향해 넓어지도록 형성된다. 환언하면 제1 자석 삽입 구멍(61A) 및 제2 자석 삽입 구멍(62A)은, 회전자 코어(3A)를 중심축(AX)에 직교하는 면을 축방향에서 보아, V자 모양으로 형성되어 있다.
제1 영구 자석(5U) 및 제2 영구 자석(5D)은, 자화 배향 방향이 화살표(41)로 나타내는 방향이 되도록 착자된다. 즉 제1 영구 자석(5U) 및 제2 영구 자석(5D)은, 둘레 방향(D1)에서의 제1 자석 삽입 구멍(61A) 및 제2 자석 삽입 구멍(62A) 각각의 대향면(4VL)에 대해서 직각 방향이 되도록 착자된다. 그리고 회전자 코어(3A)에서는, 이와 같이 착자된 제1 영구 자석(5U) 및 제2 영구 자석(5D)의 세트가, 다른 극성을 교호로 하여 둘레 방향(D1)으로 배열된다.
제1 영구 자석(5U) 및 제2 영구 자석(5D)에서 발생하는 자속은, 둘레 방향(D1)으로 인접하는 자석 삽입 구멍을 피해 파선 화살표(42)와 같이, 회전자 코어(3A)의 지름 방향 외측을 향하고, 도 1에 나타내는 고정자(1)로 유입(流入)된다.
1개의 자극(7)을 구성하는 제1 자석 삽입 구멍(61A) 및 제2 자석 삽입 구멍(62A)의 서로의 대향면(4VL)이 이루는 각도(α)는 90° 미만이다. 이 구성에 의해, 1개의 자극(7)의 단면적을 좁게 하면서 자속량을 향상시킬 수 있어, 모터 토크가 큰 회전 전기를 얻을 수 있다.
도 5에 나타내는 바와 같이, 제1 자석 삽입 구멍(61A)에 삽입되는 제1 영구 자석(5U)은, 회전자 코어(3A)의 일단면(32) 근처에 배치되고, 제2 자석 삽입 구멍(62A)에 삽입되는 제2 영구 자석(5D)은, 회전자 코어(3A)의 타단면(33) 근처에 배치된다.
제1 영구 자석(5U) 및 제2 영구 자석(5D)은, 자극 중심면(SV)에 대해서 비대칭이 되도록 둘레 방향(D1)으로 배치됨과 아울러, 회전자 코어(3)의 적층 방향, 즉 축선 방향(D2)에 수직인 축선 방향 중심면(SH)에 대해서 비대칭이 되도록 축선 방향(D2)으로 배치된다. 또 제1 영구 자석(5U) 및 제2 영구 자석(5D)은, 교선(CL)에 대해서 점 대칭으로 배치된다.
실시 형태 2에 관한 회전자(2A)에 의하면, 실시 형태 1에 관한 회전자(2)와 동일한 효과를 얻을 수 있음과 아울러, 모터 토크를 보다 한층 높일 수 있다.
실시 형태 3.
도 6은 실시 형태 3에 관한 회전자에 형성된 복수의 자극 중, 1개의 자극에 대응하는 영구 자석의 배치 상태를 나타내는 스켈레톤 사시도이다. 실시 형태 3에 관한 회전자(2B)의 회전자 코어(3B)에서는, 제1 영구 자석(5U), 제2 영구 자석(5D) 및 제3 영구 자석(5M)에 의해, 1개의 자극(7)이 형성된다.
제1 영구 자석(5U)은 제1 자석 삽입 구멍(61B)에 삽입되고, 제2 영구 자석(5D)은 제2 자석 삽입 구멍(62B)에 삽입된다. 제3 영구 자석(5M)은, 둘레 방향(D1)에서의 자극 중심(71)에 형성되는 제3 자석 삽입 구멍(63B)에 삽입된다.
제1 자석 삽입 구멍(61B), 제2 자석 삽입 구멍(62B) 및 제3 자석 삽입 구멍(63B)은, 둘레 방향(D1)으로 서로 이간하여 형성됨과 아울러, 자극 중심면(SV)에 대해서 선대칭으로 형성되어 있다. 제1 자석 삽입 구멍(61B), 제2 자석 삽입 구멍(62B) 및 제3 자석 삽입 구멍(63B)은, 둘레 방향(D1)에 대해서 제1 자석 삽입 구멍(61B), 제3 자석 삽입 구멍(63B), 제2 자석 삽입 구멍(62B)의 순서로 배열된다.
제1 자석 삽입 구멍(61B), 제2 자석 삽입 구멍(62B) 및 제3 자석 삽입 구멍(63B) 각각은, 회전자 코어(3B)의 축선 방향(D2)에서의 일단면(32)으로부터 타단면(33)까지 관통한다. 제1 자석 삽입 구멍(61B), 제2 자석 삽입 구멍(62B) 및 제3 자석 삽입 구멍(63B) 각각은, 직방체 모양으로 형성됨과 아울러, 회전자 코어(3B)의 외주면(31) 근처에 형성된다.
제1 자석 삽입 구멍(61B) 및 제2 자석 삽입 구멍(62B)은, 서로의 대향면 사이의 거리가, 중심축(AX)으로부터 회전자 코어(3B)의 외주면(31)을 향해 넓어지도록 형성된다. 제3 자석 삽입 구멍(63B)은, 지름 방향(D3)에서의 제1 자석 삽입 구멍(61B) 및 제2 자석 삽입 구멍(62B)의 내측에 형성된다.
제1 자석 삽입 구멍(61B)에 삽입되는 제1 영구 자석(5U)은, 회전자 코어(3B)의 일단면(32) 근처에 배치되어, 제2 자석 삽입 구멍(62B)에 삽입되는 제2 영구 자석(5D)은, 회전자 코어(3B)의 타단면(33) 근처에 배치된다. 제3 자석 삽입 구멍(63B)에 삽입되는 제3 영구 자석(5M)은, 축선 방향 중심(34)에 배치시킨다. 즉 축선 방향(D2)으로 3분할된 3개의 영구 자석은, 축선 방향(D2)에서의 회전자 코어(3B)의 상측과 중심측과 하측에 배치된다.
실시 형태 3에 관한 회전자(2B)에 의하면, 3개의 영구 자석에 의한 기자력(起磁力)의 변화가 매끄럽게 되고, 코깅 토크를 보다 한층 저감할 수 있다. 또 실시 형태 3에 관한 회전자(2B)에서는, 제1 영구 자석(5U) 및 제2 영구 자석(5D)의 축선 방향 길이가 동일하면, 제1 영구 자석(5U), 제2 영구 자석(5D) 및 제3 영구 자석(5M) 각각의 축선 방향 길이를 동일하게 할 필요는 없다. 또 제3 영구 자석(5M)의 위치 결정은, 제1 영구 자석(5U) 및 제2 영구 자석(5D)보다도 용이하지 않기 때문에, 제3 영구 자석(5M)이 삽입된 후, 축선 방향(D2)의 폭이 동일한 미도시의 비자성 스페이서를, 제3 자석 삽입 구멍(63B)의 간극, 즉 제3 영구 자석(5M)의 상하측에 마련해도 좋다. 이것에 의해 제3 영구 자석(5M)의 위치 결정 정밀도가 향상되어, 코깅 토크의 저감 효과를 더 향상시킬 수 있다.
또 실시 형태 3에 관한 회전자(2B)에 의하면, 3개의 영구 자석이 축선 방향(D2)에 대해서 기울어진 각도로 배치되기 때문에, 특허 문헌 1의 회전자에 비해 스큐(skew)의 효과가 커져, 코깅 토크를 더 저감할 수 있다.
도 7은 실시 형태 1에 관한 회전자의 제1 변형예를 나타내는 도면이다. 도 7에 나타내는 회전자(2C)에서는, 도 2에 나타내는 제1 영구 자석(5U) 및 제2 영구 자석(5D) 대신에, 제1 영구 자석(5U1) 및 제2 영구 자석(5D1)이 이용된다. 제1 영구 자석(5U1)은, 축선 방향(D2)으로 2분할된 영구 자석(5Ua, 5Ub)에 의해 구성되고, 제2 영구 자석(5D1)은, 축선 방향(D2)으로 2분할된 영구 자석(5Da, 5Db)에 의해 구성된다.
제1 자석 삽입 구멍(61)에 삽입되는 제1 영구 자석(5U1)은, 회전자 코어(3)의 일단면(32) 근처에 배치되고, 제2 자석 삽입 구멍(62)에 삽입되는 제2 영구 자석(5D1)은, 회전자 코어(3)의 타단면(33) 근처에 배치된다.
축선 방향(D2)에서의 회전자 코어(3)의 일단면(32)으로부터 타단면(33)까지의 폭을 Lr로 하고, 축선 방향(D2)에서의 제1 영구 자석(5U1)의 폭을 Lmu로 하고, 축선 방향(D2)에서의 제2 영구 자석(5D1)의 폭을 Lmd로 했을 때, 폭 Lmu 및 폭 Lmd의 각각은, 폭 Lr/2보다도 길고 또한 폭 Lr보다도 짧다. 이와 같이 제1 영구 자석(5U1) 및 제2 영구 자석(5D1)은, 둘레 방향(D1)에서 각각의 일부가 서로 겹치도록 배치된다. 도 7에 나타내는 회전자(2C)에 의하면, 단스큐 모양의 배치로 하면서 자속량을 많이 할 수 있기 때문에, 코깅 토크를 억제하면서 모터 토크를 높일 수 있다.
도 8은 실시 형태 1에 관한 회전자의 제2 변형예를 나타내는 도면이다. 도 8에 나타내는 회전자(2D)에서는, 도 2에 나타내는 제1 영구 자석(5U) 및 제2 영구 자석(5D) 대신에, 제1 영구 자석(5U2) 및 제2 영구 자석(5D2)이 이용된다. 제1 자석 삽입 구멍(61)에 삽입되는 제1 영구 자석(5U2)은, 회전자 코어(3)의 일단면(32) 근처에 배치되고, 제2 자석 삽입 구멍(62)에 삽입되는 제2 영구 자석(5D2)은, 회전자 코어(3)의 타단면(33) 근처에 배치된다.
축선 방향(D2)에서의 회전자 코어(3)의 일단면(32)으로부터 타단면(33)까지의 폭을 Lr로 하고, 축선 방향(D2)에서의 제1 영구 자석(5U2)의 폭을 Lmu로 하고, 축선 방향(D2)에서의 제2 영구 자석(5D2)의 폭을 Lmd로 했을 때, 폭 Lmu 및 폭 Lmd의 각각은, 폭 Lr/2보다도 길고 또한 폭 Lr보다도 짧다.
제1 영구 자석(5U2) 및 제2 영구 자석(5D2)은, 둘레 방향(D1)에서 각각의 일부가 서로 겹치도록 배치된다. 도 8에 나타내는 회전자(2D)에 의하면, 단스큐 모양의 배치로 하면서 자속량을 많이 할 수 있기 때문에, 코깅 토크를 억제하면서 모터 토크를 높일 수 있다.
또 회전자(2D)에서는 제1 영구 자석(5U2) 및 제2 영구 자석(5D2)은 동일 치수이며, 제1 영구 자석(5U2)의 둘레 방향 폭 Wmu이 제2 영구 자석(5D2)의 둘레 방향 폭 Wmd과 동일하고, 제1 영구 자석(5U2)의 지름 방향 폭 Tmu이 제2 영구 자석(5D2)의 지름 방향 폭 Tmd과 동일하다. 이와 같이 동일 치수의 제1 영구 자석(5U2) 및 제2 영구 자석(5D2)을 이용하는 것에 의해, 치수가 다른 2종류 이상의 영구 자석을 이용하는 경우에 비해 품질의 편차가 억제되어 수율이 향상되고, 영구 자석의 제조 비용을 저감할 수 있다.
도 9는 실시 형태 3에 관한 회전자의 변형예를 나타내는 도면이다. 도 9에 나타내는 회전자(2E)에서는, 도 6에 나타내는 제3 영구 자석(5M) 대신에, 제3 영구 자석(5N)이 이용된다. 제3 영구 자석(5N)은, 제3 자석 삽입 구멍(63B)에 삽입되고, 축선 방향(D2)으로 2분할된 영구 자석(5Na, 5Nb)에 의해 구성된다.
축선 방향(D2)에서의 제3 영구 자석(5N)의 폭은, 축선 방향(D2)에서의 회전자 코어(3)의 폭과 동일하다. 제1 영구 자석(5U) 및 제3 영구 자석(5N)의 축선 방향(D2)에서의 일부가, 둘레 방향(D1)에서 서로 겹치도록 배치되고, 제2 영구 자석(5D) 및 제3 영구 자석(5N)은, 둘레 방향(D1)에서 각각의 일부가 서로 겹치도록 배치된다. 도 9에 나타내는 회전자(2E)에 의하면, 단스큐 모양의 배치로 하면서 자속량을 많이 할 수 있기 때문에, 코깅 토크를 억제하면서 모터 토크를 높일 수 있다.
실시 형태 4.
도 10은 실시 형태 4에 관한 회전자를 구비한 회전 전기의 축 수직 단면도이다. 도 10의 회전자(2F)에서는, 2개의 자석 삽입 구멍(6) 각각에 삽입된 2개의 영구 자석(5)의 세트에 의해 1개의 자극(7)이 형성된다. 2개의 자석 삽입 구멍(6)은 도 4에 나타내는 제1 자석 삽입 구멍(61A) 및 제2 자석 삽입 구멍(62A)과 동일한 형상이다. 따라서 2개의 자석 삽입 구멍(6) 각각에 삽입되는 영구 자석(5)은, 축선 방향 상측과 축선 방향 하측에 배치된다. 회전자(2F)의 자극(7)의 수는 14개이며, 각각의 자극(7)은, 둘레 방향으로 배열된다.
고정자(1)는 돌출극(極)이 12개인 12슬롯을 구비한다. 실시 형태 4에 관한 회전자(2F)를 구비한 회전 전기(100A)에서는, 회전자(2F)측과 고정자(1)측의 자극의 대향 면적이 가깝게 되기 때문에, 효과적으로 모터 토크를 높일 수 있다. 따라서 실시 형태 4에 의하면, 코깅 토크가 작고 한편 모터 토크가 큰 회전 전기(100A) 를 얻을 수 있다.
또 실시 형태 1, 2, 4에 관한 회전자에서는, 회전자 코어에 형성되는 자석 삽입 구멍의 수가 1개의 자극에 대해서 2개이다. 이것에 의해, 1개의 자극에 대해서 3개 이상의 자석 삽입 구멍이 형성되는 경우에 비해 품질의 편차가 억제되어, 회전자 코어의 제조에서의 수율이 향상됨과 아울러, 1개의 자극을 구성하는 영구 자석의 수량을 저감하면서 스큐 구조가 얻어져 코깅 토크를 저감할 수 있다.
또 실시 형태 1 내지 4에 관한 회전자에서는, 회전자 코어에 이용되는 모든 영구 자석의 형상이 동일하게 되도록 구성해도 괜찮다. 이 구성에 의해 치수가 다른 2종류 이상의 영구 자석을 이용하는 경우에 비해 수율이 향상되어, 영구 자석의 제조 비용을 저감할 수 있다.
또 실시 형태 1 내지 4에 관한 회전자에서는, 회전자 코어에 형성되는 모든 자석 삽입 구멍의 형상이 동일하게 되도록 구성해도 괜찮다. 이 구성에 의해 치수가 다른 2종류 이상의 자석 삽입 구멍을 형성하는 경우에 비해 영구 자석의 설치가 용이화되어, 회전자의 제조 비용을 저감할 수 있다.
이상의 실시 형태에 나타낸 구성은, 본 발명의 내용의 일 예를 나타내는 것이며, 다른 공지의 기술과 조합시키는 것도 가능하며, 본 발명의 요지를 일탈하지 않는 범위에서, 구성의 일부를 생략, 변경하는 것도 가능하다.
1 : 고정자
2, 2A, 2B, 2C, 2D, 2E, 2F : 회전자
3, 3A, 3B : 회전자 코어
3FB : 공극
4 : 샤프트
4VL : 대향면
5, 5Da, 5Db, 5Na, 5Nb, 5Ua, 5Ub : 영구 자석
5D, 5D1, 5D2 : 제2 영구 자석
5M, 5N : 제3 영구 자석
5U, 5U1, 5U2 : 제1 영구 자석
5a, 5b : 단판
6 : 자석 삽입 구멍
7 : 자극
8 : 연결하는 선
9 : 이등분하는 선
31 : 외주면
32 : 일단면
33 : 타단면
34 : 축선 방향 중심
61, 61A, 61B : 제1 자석 삽입 구멍
62, 62A, 62B : 제2 자석 삽입 구멍
63B : 제3 자석 삽입 구멍
71 : 자극 중심
72 : 중심
100, 100A : 회전 전기
AX : 중심축
D1 : 둘레 방향
D2 : 축선 방향
SH : 축선 방향 중심면
SV : 자극 중심면
2, 2A, 2B, 2C, 2D, 2E, 2F : 회전자
3, 3A, 3B : 회전자 코어
3FB : 공극
4 : 샤프트
4VL : 대향면
5, 5Da, 5Db, 5Na, 5Nb, 5Ua, 5Ub : 영구 자석
5D, 5D1, 5D2 : 제2 영구 자석
5M, 5N : 제3 영구 자석
5U, 5U1, 5U2 : 제1 영구 자석
5a, 5b : 단판
6 : 자석 삽입 구멍
7 : 자극
8 : 연결하는 선
9 : 이등분하는 선
31 : 외주면
32 : 일단면
33 : 타단면
34 : 축선 방향 중심
61, 61A, 61B : 제1 자석 삽입 구멍
62, 62A, 62B : 제2 자석 삽입 구멍
63B : 제3 자석 삽입 구멍
71 : 자극 중심
72 : 중심
100, 100A : 회전 전기
AX : 중심축
D1 : 둘레 방향
D2 : 축선 방향
SH : 축선 방향 중심면
SV : 자극 중심면
Claims (10)
1개의 자극(磁極)에 대해서 복수의 자석 삽입 구멍이 형성된 회전자 코어와,
복수의 상기 자석 삽입 구멍 각각에 삽입되는 영구 자석을 구비하며,
상기 회전자 코어의 중심축과 상기 자극의 자극 중심을 연결하는 선을 포함하고, 또한, 상기 중심축의 축선 방향에 평행한 자극 중심면에 대해서, 상기 자석 삽입 구멍은, 대칭으로 상기 둘레 방향으로 형성되고,
상기 중심축의 축선 방향에서의 중심을 통과하고, 또한, 상기 자극 중심면에 직교하는 축선 방향 중심면에 대해서, 상기 영구 자석은, 비대칭이 되도록 상기 축선 방향으로 배치됨과 아울러, 상기 자극 중심면에 대해서 비대칭이 되도록 상기 둘레 방향으로 배치되며,
상기 자극 중심은, 상기 둘레 방향에서의 상기 자극의 외주면의 폭을 이등분하는 선 상에 위치하는 것을 특징으로 하는 회전자.
복수의 상기 자석 삽입 구멍 각각에 삽입되는 영구 자석을 구비하며,
상기 회전자 코어의 중심축과 상기 자극의 자극 중심을 연결하는 선을 포함하고, 또한, 상기 중심축의 축선 방향에 평행한 자극 중심면에 대해서, 상기 자석 삽입 구멍은, 대칭으로 상기 둘레 방향으로 형성되고,
상기 중심축의 축선 방향에서의 중심을 통과하고, 또한, 상기 자극 중심면에 직교하는 축선 방향 중심면에 대해서, 상기 영구 자석은, 비대칭이 되도록 상기 축선 방향으로 배치됨과 아울러, 상기 자극 중심면에 대해서 비대칭이 되도록 상기 둘레 방향으로 배치되며,
상기 자극 중심은, 상기 둘레 방향에서의 상기 자극의 외주면의 폭을 이등분하는 선 상에 위치하는 것을 특징으로 하는 회전자.
청구항 1에 있어서,
상기 회전자 코어에 형성된 복수의 상기 자극 각각을 구성하는 복수의 상기 영구 자석의 배치 패턴은, 상기 자극마다 일치하는 것을 특징으로 하는 회전자.
상기 회전자 코어에 형성된 복수의 상기 자극 각각을 구성하는 복수의 상기 영구 자석의 배치 패턴은, 상기 자극마다 일치하는 것을 특징으로 하는 회전자.
청구항 1 또는 청구항 2에 있어서,
1개의 상기 자극을 구성하는 복수의 상기 영구 자석은, 상기 자극 중심면과 상기 축선 방향 중심면과의 교선에 대해서 점 대칭으로 배치되는 것을 특징으로 하는 회전자.
1개의 상기 자극을 구성하는 복수의 상기 영구 자석은, 상기 자극 중심면과 상기 축선 방향 중심면과의 교선에 대해서 점 대칭으로 배치되는 것을 특징으로 하는 회전자.
청구항 1 내지 청구항 3 중 어느 한 항에 있어서,
상기 회전자 코어에 형성되는 상기 자석 삽입 구멍의 수는, 1개의 상기 자극에 대해서 2개인 것을 특징으로 하는 회전자.
상기 회전자 코어에 형성되는 상기 자석 삽입 구멍의 수는, 1개의 상기 자극에 대해서 2개인 것을 특징으로 하는 회전자.
청구항 4에 있어서,
2개의 상기 자석 삽입 구멍은, 상기 회전자 코어의 중심축에 직교하는 면을 축방향으로부터 보아, V자 모양으로 형성되고,
상기 2개의 상기 자석 삽입 구멍의 서로의 대향면이 이루는 각도는, 90° 미만인 것을 특징으로 하는 회전자.
2개의 상기 자석 삽입 구멍은, 상기 회전자 코어의 중심축에 직교하는 면을 축방향으로부터 보아, V자 모양으로 형성되고,
상기 2개의 상기 자석 삽입 구멍의 서로의 대향면이 이루는 각도는, 90° 미만인 것을 특징으로 하는 회전자.
청구항 1 내지 청구항 3 중 어느 한 항에 있어서,
상기 회전자 코어에 형성되는 상기 자석 삽입 구멍의 수는, 1개의 상기 자극에 대해서 3개인 것을 특징으로 하는 회전자.
상기 회전자 코어에 형성되는 상기 자석 삽입 구멍의 수는, 1개의 상기 자극에 대해서 3개인 것을 특징으로 하는 회전자.
청구항 1 내지 청구항 6 중 어느 한 항에 있어서,
1개의 상기 자극을 구성하는 복수의 상기 영구 자석은, 상기 둘레 방향에서 각각의 일부가 서로 겹치도록 배치되는 것을 특징으로 하는 회전자.
1개의 상기 자극을 구성하는 복수의 상기 영구 자석은, 상기 둘레 방향에서 각각의 일부가 서로 겹치도록 배치되는 것을 특징으로 하는 회전자.
청구항 1 내지 청구항 7 중 어느 한 항에 있어서,
상기 회전자 코어에 이용되는 모든 상기 영구 자석의 형상은 동일한 것을 특징으로 하는 회전자.
상기 회전자 코어에 이용되는 모든 상기 영구 자석의 형상은 동일한 것을 특징으로 하는 회전자.
청구항 1 내지 청구항 8 중 어느 한 항에 있어서,
상기 회전자 코어에 형성되는 모든 상기 자석 삽입 구멍의 형상은 동일한 것을 특징으로 하는 회전자.
상기 회전자 코어에 형성되는 모든 상기 자석 삽입 구멍의 형상은 동일한 것을 특징으로 하는 회전자.
청구항 1 내지 청구항 9 중 어느 한 항에 기재된 회전자와, 내부에 상기 회전자가 배치되는 고정자를 구비한 회전 전기로서,
상기 자극의 수는, 10×n개 또는 14×n개이고,
상기 고정자의 슬롯수는, 12×m개이며,
상기 n 및 상기 m은 자연수인 것을 특징으로 하는 회전 전기.
상기 자극의 수는, 10×n개 또는 14×n개이고,
상기 고정자의 슬롯수는, 12×m개이며,
상기 n 및 상기 m은 자연수인 것을 특징으로 하는 회전 전기.
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