WO2019065119A1 - スポーク型モータ、車両用モータ、無人飛行体及び電動アシスト装置 - Google Patents

スポーク型モータ、車両用モータ、無人飛行体及び電動アシスト装置 Download PDF

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WO2019065119A1
WO2019065119A1 PCT/JP2018/032723 JP2018032723W WO2019065119A1 WO 2019065119 A1 WO2019065119 A1 WO 2019065119A1 JP 2018032723 W JP2018032723 W JP 2018032723W WO 2019065119 A1 WO2019065119 A1 WO 2019065119A1
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WO
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permanent magnet
core piece
spoke type
circumferential direction
center line
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Application number
PCT/JP2018/032723
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English (en)
French (fr)
Inventor
正倫 綿引
智哉 上田
Original Assignee
日本電産株式会社
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Filing date
Publication date
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    • H—ELECTRICITY
    • H02—GENERATION; CONVERSION OR DISTRIBUTION OF ELECTRIC POWER
    • H02K—DYNAMO-ELECTRIC MACHINES
    • H02K29/00—Motors or generators having non-mechanical commutating devices, e.g. discharge tubes or semiconductor devices
    • H02K29/03—Motors or generators having non-mechanical commutating devices, e.g. discharge tubes or semiconductor devices with a magnetic circuit specially adapted for avoiding torque ripples or self-starting problems
    • H—ELECTRICITY
    • H02—GENERATION; CONVERSION OR DISTRIBUTION OF ELECTRIC POWER
    • H02K—DYNAMO-ELECTRIC MACHINES
    • H02K1/00—Details of the magnetic circuit
    • H02K1/06—Details of the magnetic circuit characterised by the shape, form or construction
    • H02K1/22—Rotating parts of the magnetic circuit
    • H02K1/27—Rotor cores with permanent magnets
    • H02K1/2706—Inner rotors
    • H02K1/272—Inner rotors the magnetisation axis of the magnets being perpendicular to the rotor axis
    • H02K1/274—Inner rotors the magnetisation axis of the magnets being perpendicular to the rotor axis the rotor consisting of two or more circumferentially positioned magnets
    • H02K1/2753—Inner rotors the magnetisation axis of the magnets being perpendicular to the rotor axis the rotor consisting of two or more circumferentially positioned magnets the rotor consisting of magnets or groups of magnets arranged with alternating polarity
    • H02K1/276—Magnets embedded in the magnetic core, e.g. interior permanent magnets [IPM]
    • H02K1/2766—Magnets embedded in the magnetic core, e.g. interior permanent magnets [IPM] having a flux concentration effect
    • H02K1/2773—Magnets embedded in the magnetic core, e.g. interior permanent magnets [IPM] having a flux concentration effect consisting of tangentially magnetized radial magnets
    • H—ELECTRICITY
    • H02—GENERATION; CONVERSION OR DISTRIBUTION OF ELECTRIC POWER
    • H02K—DYNAMO-ELECTRIC MACHINES
    • H02K2213/00—Specific aspects, not otherwise provided for and not covered by codes H02K2201/00 - H02K2211/00
    • H02K2213/03—Machines characterised by numerical values, ranges, mathematical expressions or similar information

Definitions

  • the present invention relates to a spoke type motor, a motor for a vehicle, an unmanned air vehicle, and an electric assist device.
  • Japanese Patent Application Laid-Open No. 8-009599 discloses a structure in which a projection provided on a rotor core prevents scattering of permanent magnets.
  • Japanese Patent Application Laid-Open No. 2000-152534 discloses a structure for preventing scattering of permanent magnets by inserting the permanent magnets into a rotor core.
  • the strength may be insufficient depending on the rotation speed of the rotor.
  • the rotor core covers the outside in the radial direction of the permanent magnet. The part will cause disturbance in the magnetic flux distribution.
  • the vibration may become large due to pulsation of cogging torque or the like.
  • the vibration with a high degree of electrical angle may become large.
  • spoke-type motor capable of realizing low vibration while maintaining the shatterproof strength of a permanent magnet
  • vehicle provided with the spoke-type motor Motor, unmanned air vehicle, and electric assist device.
  • a rotor core having a shaft to be disposed and a plurality of core pieces which are disposed separately from each other along the circumferential direction radially outward of the shaft, and alternately disposed with the core piece radially outward of the shaft and circumferentially
  • a plurality of permanent magnets for exciting the core piece wherein the core piece covers a scattering preventing portion covering a part of the radial outer side of the permanent magnet, and the radial outer side than the scattering preventing portion;
  • a cutout is provided, in which the distance in the circumferential direction from the circumferential center line of the permanent magnet covered by the anti-scattering portion is longer from the end of the anti-scattering portion toward the center line That spoke motor is provided.
  • a vehicle motor comprising the spoke type motor of the first aspect as a motor for driving a dual clutch transmission.
  • an unmanned air vehicle comprising the spoked motor of the first aspect.
  • an electrically assisted device comprising the spoke type motor according to the first aspect.
  • vibration reduction can be realized while maintaining the scattering prevention strength of the permanent magnet.
  • FIG. 1 is a cross-sectional view showing the motor of the first embodiment.
  • FIG. 2 is a view showing the rotor of the first embodiment, and is a cross-sectional view taken along the line IV-IV shown in FIG.
  • FIG. 3 is a diagram showing the relationship between the electrical angle and the radial magnetic flux density of the teeth in the stator.
  • FIG. 4 is a diagram showing the relationship between the electrical angle order and the radial magnetic flux density of the teeth.
  • FIG. 5 is a diagram showing the relationship between the electrical angle order (fourth order) and the radial electromagnetic force.
  • FIG. 6 is a diagram showing the relationship between the electrical angle order (10th order) and the radial electromagnetic force.
  • FIG. 7 is a partial cross-sectional view showing a rotor of a second embodiment.
  • FIG. 8 is a view of the rotor of the second embodiment viewed from the outer side in the radial direction.
  • FIG. 9 is a perspective view showing an example of the unmanned air vehicle 2000.
  • FIG. 10 is a front view of the electrically assisted bicycle 3000.
  • an XYZ coordinate system is shown as a three-dimensional orthogonal coordinate system as appropriate.
  • the Z-axis direction is a direction parallel to the axial direction of the central axis J shown in FIG.
  • the X-axis direction is a direction orthogonal to the Z-axis direction, which is the left-right direction in FIG.
  • the Y-axis direction is orthogonal to both the X-axis direction and the Z-axis direction.
  • the circumferential direction about the central axis J is taken as the ⁇ Z direction.
  • the clockwise direction is a positive direction as viewed from the -Z side to the + Z side
  • the counterclockwise direction is a negative direction as viewed from the -Z side to the + Z side.
  • the direction in which the central axis J extends is the vertical direction.
  • the positive side (+ Z side) in the Z-axis direction is called “upper side (axially upper side)”
  • the negative side (-Z side) in the Z-axis direction is called “lower side”.
  • the vertical direction, the upper side, and the lower side are names used merely for explanation, and do not limit the actual positional relationship or direction.
  • a direction (Z-axis direction) parallel to the central axis J is simply referred to as “axial direction”
  • a radial direction centered on the central axis J is simply referred to as “radial direction”.
  • the circumferential direction ( ⁇ Z direction) centering on the center of the central axis J is simply referred to as “circumferential direction”.
  • the side that travels in the positive direction in the ⁇ Z direction (+ ⁇ Z side, one side in the circumferential direction) is referred to as the “drive side”, and the side that travels in the negative direction in the ⁇ Z direction ( ⁇ Z side, the other side in the circumferential direction) is It is called the "anti-drive side”.
  • the driving side and the non-driving side are names used merely for explanation, and do not limit the actual driving direction.
  • extending in the axial direction means not only extending strictly in the axial direction (Z-axis direction), but also extending in a direction inclined at less than 45 ° with respect to the axial direction. Including. Furthermore, in the present specification, “extending radially” means 45 ° with respect to the radial direction, in addition to the case of extending in the radial direction strictly, that is, perpendicular to the axial direction (Z-axis direction). It also includes the case of extending in an inclined direction in the range below.
  • FIG. 1 is a cross-sectional view showing a spoke type motor 10 (hereinafter simply referred to as a motor 10) according to a first embodiment.
  • the motor 10 of the present embodiment includes a housing 20, a rotor 30 having a shaft 31, a stator 40, a lower bearing 51, an upper bearing 52, and a bus bar unit And 60.
  • the housing 20 accommodates the rotor 30, the stator 40, the lower bearing 51, the upper bearing 52, and the bus bar unit 60.
  • the housing 20 has a lower housing 21 and an upper housing 22.
  • the lower housing 21 has a tubular shape that opens in the axial direction on both sides ( ⁇ Z side).
  • the upper housing 22 is fixed to the upper (+ Z side) end of the lower housing 21.
  • the upper housing 22 covers the upper side of the rotor 30 and the stator 40.
  • the stator 40 is held inside the lower housing 21.
  • the stator 40 is located radially outward of the rotor 30.
  • the stator 40 has a core back portion 41, teeth portions 42, a coil 43, and a bobbin 44.
  • the shape of the core back portion 41 is, for example, a cylindrical shape concentric with the central axis J.
  • the outer side surface of the core back portion 41 is fixed to the inner side surface of the lower housing 21.
  • the teeth portion 42 extends from the inner side surface of the core back portion 41 toward the shaft 31. Although illustration is abbreviate
  • the bobbin 44 is attached to each tooth portion 42.
  • the coil 43 is wound around each tooth portion 42 via the bobbin 44.
  • the bus bar unit 60 is located on the upper side (+ Z side) of the stator 40.
  • the bus bar unit 60 has a connector portion 62.
  • the connector unit 62 is connected to an external power supply (not shown).
  • the bus bar unit 60 has a wiring member electrically connected to the coil 43 of the stator 40. One end of the wiring member is exposed to the outside of the motor 10 through the connector portion 62. Thus, power is supplied to the coil 43 from the external power supply via the wiring member.
  • the bus bar unit 60 has a bearing holding portion 61.
  • the lower bearing 51 and the upper bearing 52 support the shaft 31.
  • the lower bearing 51 is located below the stator 40 ( ⁇ Z side).
  • the lower bearing 51 is held by the lower housing 21.
  • the upper bearing 52 is located above the stator 40 (+ Z side).
  • the upper bearing 52 is held by the bearing holding portion 61 of the bus bar unit 60.
  • the rotor 30 has a shaft 31 and a rotor core 32.
  • the shaft 31 is centered on a central axis J extending in the vertical direction (Z-axis direction).
  • the rotor core 32 is located radially outward of the shaft 31.
  • the rotor core 32 is fixed to the outer peripheral surface of the shaft 31.
  • the rotor 30 rotates counterclockwise around the central axis J, that is, from the opposite drive side ( ⁇ Z side) to the drive side (+ ⁇ Z side), as viewed from the upper side (+ Z side), for example.
  • FIG. 2 is a partially enlarged view of the IV-IV cross section in FIG.
  • the rotor core 32 shown in FIG. 1 has a plurality of permanent magnets 33 and a plurality of core piece portions 34, as shown in FIG. That is, the rotor 30 has a plurality of permanent magnets 33 and a plurality of core piece portions 34.
  • the permanent magnet 33 excites the core piece portion 34.
  • the permanent magnets 33 are arranged alternately with the core piece portions 34 in the circumferential direction.
  • the permanent magnet 33 is inserted into a magnet insertion hole 38 described later.
  • the permanent magnet 33 has permanent magnets 33A and 33B.
  • the permanent magnets 33A and the permanent magnets 33B are alternately arranged along the circumferential direction.
  • the permanent magnet 33A and the permanent magnet 33B may be representatively described as the permanent magnet 33.
  • the permanent magnets 33A, 33B have two magnetic poles arranged along the circumferential direction.
  • the permanent magnet 33A has, for example, an N pole on the drive side (+ ⁇ Z side) and an S pole on the opposite drive side ( ⁇ Z side).
  • the permanent magnet 33B has, for example, an S pole on the drive side (+ ⁇ Z side) and an N pole on the reverse drive side ( ⁇ Z side).
  • the permanent magnet 33A and the permanent magnet 33B have the same configuration except that the arrangement of the magnetic poles in the circumferential direction is different. Therefore, in the following description, only the permanent magnet 33A may be described as a representative.
  • the permanent magnet 33A extends in the radial direction.
  • the shape of the cross section orthogonal to the axial direction (Z-axis direction) of the permanent magnet 33A is, for example, a rectangular shape.
  • the rectangular shape includes a substantially rectangular shape.
  • the substantially rectangular shape includes, for example, a state in which the corner of the rectangle is chamfered.
  • five permanent magnets 33A are provided.
  • five permanent magnets 33B are provided.
  • the core piece portion 34 has an inner core portion 34I and an outer core portion 34O.
  • the inner core portion 34I is located radially outward of the shaft 31 and radially inward of the permanent magnets 33A and 33B.
  • the inner core portion 34I has a support portion 35 for supporting the radially inner side of the permanent magnets 33A, 33B.
  • the core piece portion 34 has a cavity 37 around the support portion 35.
  • the hollow portion 37 is a flux barrier that suppresses magnetic flux leakage in the support portion 35.
  • the outer core portion 34O has core piece portions 34N and 34S.
  • the core piece portions 34N, 34S are disposed radially outward of the shaft 31 and are separated from each other along the circumferential direction.
  • the core piece portions 34N and the core piece portions 34S are alternately arranged along the circumferential direction.
  • the core piece portion 34N is located between the N pole of the permanent magnet 33A and the N pole of the permanent magnet 33B.
  • the core piece portion 34N is excited to the N pole.
  • the core piece portion 34S is located between the S pole of the permanent magnet 33A and the S pole of the permanent magnet 33B. As a result, the core piece portion 34S is excited to the S pole.
  • the magnet insertion hole 38 is disposed between the circumferential direction of the core piece portion 34N and the core piece portion 34S adjacent to each other.
  • the magnet insertion hole 38 is a hole into which the permanent magnet 33A is inserted.
  • the magnet insertion hole 38 is adjacent to the core piece portions 34N and 34S adjacent in the circumferential direction.
  • the core piece portion 34N has an opposing surface 36N circumferentially opposed to the N poles of the permanent magnets 33A, 33B.
  • the core piece portion 34S has an opposing surface 36S that circumferentially faces the south poles of the permanent magnets 33A, 33B. That is, the opposing surface 36 N and the opposing surface 36 S are a part of the inner side surface of the magnet insertion hole 38.
  • the core piece portion 34N has a scattering prevention portion 1N and a notch portion 2N.
  • the scattering prevention unit 1N covers a part of the radial outer side of the permanent magnets 33A and 33B.
  • the scattering prevention portion 1N is provided in the entire axial direction of the rotor core 32.
  • the scattering prevention unit 1N is disposed at a position radially outward of the permanent magnets 33A and 33B.
  • the scattering prevention unit 1N has an end 1Na facing the center line C in the circumferential direction of the permanent magnets 33A and 33B covered by the scattering prevention unit 1N.
  • the circumferential distance from the facing surface 36N to the end 1Na is shorter than the circumferential distance from the facing surface 36N to the center line C.
  • the circumferential distance from the center line C to the end 1Na is shorter than the circumferential distance from the center line C to the N pole side end face of the permanent magnets 33A, 33B.
  • Core piece part 34S has scattering prevention part 1S and notch part 2S.
  • the scattering prevention unit 1S covers a part of the radial outer side of the permanent magnets 33A and 33B.
  • the scattering prevention portion 1S is provided in the entire axial direction of the rotor core 32.
  • the scattering prevention unit 1S is disposed at a position radially outward of the permanent magnets 33A and 33B.
  • the scattering prevention portion 1S has an end portion 1Sa facing the center line C in the circumferential direction of the permanent magnets 33A, 33B covered by the scattering prevention portion 1S.
  • the circumferential distance from the facing surface 36S to the end 1Sa is shorter than the circumferential distance from the facing surface 36N to the center line C.
  • the circumferential distance from the center line C to the end 1Sa is shorter than the circumferential distance from the center line C to the S pole side end face of the permanent magnets 33A and 33B.
  • the anti-scattering units 1N and 1S support the permanent magnets 33A and 33B on the outer side in the radial direction.
  • the scattering prevention parts 1N, 1S can prevent the permanent magnets 33A, 33B from being scattered radially outward by the centrifugal force accompanying the rotation of the rotor 30.
  • the scattering preventing portions 1N and 1S in the entire axial direction of the rotor core 32, it is possible to more reliably prevent the permanent magnets 33A and 33B from being scattered radially outward by the centrifugal force.
  • the notch 2N is disposed radially outward of the anti-scattering portion 1N.
  • the notch 2 ⁇ / b> N is provided in the entire axial direction of the rotor core 32.
  • the notch 2N is disposed toward the center line C from a position where the circumferential distance from the center line C is longer than the end 1Na of the anti-scattering unit 1N.
  • the circumferential end 2Nb of the notch 2N closer to the center line C has the same circumferential distance from the center line C as the distance to the end 1Na of the anti-scattering unit 1N. Since the end 2Nb of the notch 2N is a position in space, a virtual position is shown.
  • the end 2Nb of the notch 2N radially overlaps the permanent magnets 33A and 33B.
  • the circumferential end 2Na of the notch 2N on the side far from the center line C has a circumferential distance from the center line C longer than the distance to the N pole side end faces of the permanent magnets 33A and 33B. That is, the notch 2N has an end 2Nb located at the same circumferential position as the end 1Na of the anti-scattering unit 1N and a circumferential distance from the center line C to the N pole side end face of the permanent magnets 33A and 33B. It is provided between the end 2Na which is longer than the distance.
  • the end 2Na far from the center line C of the notch 2N does not overlap the permanent magnets 33A and 33B in the radial direction.
  • the radially inner position of the notch 2N is preferably close to the central axis J within a range in which the scattering prevention portion 1N can prevent the permanent magnets 33A and 33B from being scattered radially outward.
  • the cutout portion 2S is disposed radially outward of the scattering prevention portion 1S.
  • the notch 2 ⁇ / b> S is provided in the entire axial direction of the rotor core 32.
  • the notch 2S is disposed toward the center line C from a position where the circumferential distance from the center line C is longer than the end 1Sa of the anti-scattering unit 1S.
  • the circumferential end 2Sb of the notch 2S closer to the center line C has the same circumferential distance from the center line C as the distance to the end 1Sa of the anti-scattering unit 1S. Since the end 2Sb of the notch 2S is a position in space, a virtual position is shown.
  • the end 2Sb of the notch 2S radially overlaps the permanent magnets 33A and 33B.
  • the circumferential end 2Sa of the notch 2S on the side far from the center line C has a circumferential distance from the center line C longer than the distance to the S pole side end face of the permanent magnets 33A and 33B. That is, the notch 2S has an end 2Sb at the same circumferential position as the end 1Sa of the scattering prevention portion 1S, and a circumferential distance from the center line C to the S pole side end face of the permanent magnets 33A and 33B. It is provided between the end 2Sa longer than the distance. The end 2Sa on the side far from the center line C of the notch 2S does not overlap the permanent magnets 33A and 33B in the radial direction.
  • the radially inner position of the notch 2S should be close to the central axis J within the range in which the scattering prevention portion 1S can prevent the permanent magnets 33A and 33B from being scattered radially outward in order to reduce disturbance of the magnetic flux distribution. Is preferred.
  • the core piece portion 34N and the core piece portion 34S have the same configuration except that the arrangement of the magnetic poles in the circumferential direction excited by the permanent magnets 33A and 33B is different. Therefore, in the following description, only the core piece portion 34N may be described as a representative.
  • the radial magnetic flux density of the electrical angle order is determined. It is possible to cancel by giving the magnetic flux density of the opposite phase.
  • the effective range which can be canceled by giving the magnetic flux density of the antiphase mentioned above is 0.5 times or more and 1.5 times or less of ⁇ calculated by the above-mentioned formula (1) is there. That is, in order to cancel the magnetic flux density in the opposite phase with respect to the radial magnetic flux density of the electrical angle order N, the following equation (2) should be satisfied. 0.5 ⁇ ( ⁇ / P) ⁇ (1 / N) ⁇ ⁇ ⁇ 1.5 ⁇ ( ⁇ / P) ⁇ (1 / N) (2)
  • FIG. 3 is a view showing the relationship between the electrical angle (deg) and the radial magnetic flux density (T) of the teeth portion 42 in the stator 40.
  • the position of the center line C in the circumferential direction is 150 ° and 330 ° C.
  • the circumferential center position of the core piece 34N is 60 °.
  • a graph G1 indicated by a broken line in FIG. 3 shows the relationship between the electrical angle (deg) and the radial magnetic flux density (T) of the teeth portion 42 when the cutout 2N is not provided in the core piece portion 34N.
  • a graph G2 indicated by a solid line in FIG. 3 shows the relationship between the electrical angle (deg) and the radial magnetic flux density (T) of the tooth portion 42 when the core piece portion 34N is provided with the notch 2N.
  • the scattering prevention portion 1N of the core piece portion 34N covers a part of the radially outer side of the permanent magnets 33A and 33B and the cutout portion 2N is not provided, the magnetic flux distribution is disturbed as shown in FIG.
  • the graph G1 deviates from the resulting sine waveform.
  • the scattering prevention portion 1N of the core piece portion 34N covers a part of the radial outer side of the permanent magnets 33A and 33B and the notch 2N is provided, the radial magnetic flux density is a graph G2 of a sine waveform.
  • the graph G2 has a sine waveform in which the radial magnetic flux density changes between the maximum value T1 and the minimum value T2, but the graph G1 has a maximum radial magnetic flux density T3 (T3 ⁇ T1) and a minimum value T4 ( The waveform deviates from the sine waveform changing between T4> T2).
  • FIG. 4 is a diagram showing the relationship between the electrical angle order and the radial magnetic flux density (T) of the teeth portion 42.
  • the left graph shown without hatching at each order of the electrical angle in FIG. 4 shows the relationship between the electrical angle order and the radial magnetic flux density when the core piece portion 34N is not provided with the notch 2N.
  • the graph on the right side indicated by hatching at each order of the electrical angle in FIG. 4 shows the relationship between the electrical angle order and the radial magnetic flux density when the core piece portion 34N is provided with the notch 2N.
  • spatial harmonic components of the magnetic flux distribution may contribute to higher-order vibration components.
  • the third order component and the ninth order component adversely affect particularly the higher order vibration.
  • the radial electromagnetic force of the electrical angle order (N + 1) acting on the teeth portion 42 can be reduced.
  • radial vibration of the motor 10 can be reduced.
  • the core piece portion 34N in which the position of the end 2Na is set based on the equations (1), (2) and the third order electrical angle, and the end based on the equation (1), the equation (2) and the ninth order electrical angle The amplitude of the radial direction magnetic flux density was confirmed for each of the core piece portions 34N in which the position of the portion 2Na was set. As shown in FIG. 4, although the amplitude of the radial magnetic flux density at the 9th electrical angle is equivalent to the configuration without the notch 2N, the configuration without the notch 2N at the third electrical angle On the other hand, the amplitude of the radial magnetic flux density can be reduced to about 17% from the maximum value T11 to the maximum value T12.
  • FIG. 5 is a diagram showing the relationship between the electrical angle order (fourth order) and the radial electromagnetic force.
  • the left graph shown without hatching in FIG. 5 shows the relationship between the electrical angle order and the radial electromagnetic force when the core piece portion 34N is not provided with the cutout portion 2N.
  • the graph on the right side indicated by hatching shows the relationship between the electrical angle order (fourth order) and the radial electromagnetic force when the core piece portion 34N is provided with the notch 2N.
  • the radial electromagnetic force when the position of the end 2Na is set to the core piece portion 34N based on the third order electrical angle is the electromagnetic when the core piece portion 34N is not provided with the cutout portion 2N. It could be reduced to about 12% against the force.
  • FIG. 6 is a diagram showing the relationship between the electrical angle order (10th order) and the radial electromagnetic force.
  • the graph on the left side shown without hatching shows the relationship between the electrical angle order and the radial electromagnetic force in the case where the core piece portion 34N is not provided with the cutout portion 2N.
  • the graph on the right side indicated by hatching shows the relationship between the electrical angle order (10th order) and the radial electromagnetic force when the core piece portion 34N is provided with the notch 2N.
  • the radial electromagnetic force when the position of the end 2Na is set to the core piece portion 34N based on the ninth electrical angle is the electromagnetic when the core piece portion 34N is not provided with the cutout portion 2N. It could be reduced to about 74% of the force.
  • the circumferential position of the end 2Na far from the center position C of the notch 2N and the circumference of the end 2Sa far from the center position C of the notch 2S differs in the position of the direction.
  • description may be abbreviate
  • FIG. 7 is a partial cross-sectional view showing the rotor 30 of the present embodiment. As shown in FIG. 7, the end 2Na on the side far from the center position C of the notch 2N overlaps the permanent magnets 33A and 33B in the radial direction. The end 2Sa remote from the center position C of the notch 2S radially overlaps the permanent magnets 33A and 33B.
  • the magnetic flux in the present embodiment is directed to the teeth portion 42 from the region radially overlapping the permanent magnets 33A and 33B on the side farther from the center position C than the end 2Na in the core piece portion 34N.
  • the magnetic flux in the present embodiment is directed from the teeth portion 42 to a region radially overlapping the permanent magnets 33A and 33B on the side farther from the center position C than the end 2Sa in the core piece portion 34S. Therefore, in the core piece portions 34N, 34S, even when the notches 2N, 2S are provided, the region where the magnetic flux flows is increased, so that the concentration of the magnetic flux can be suppressed from being excessively concentrated.
  • the third embodiment is different from the first embodiment in that the scattering prevention portions 1N and 1S are provided in a part of the rotor core 32 in the axial direction.
  • description may be abbreviate
  • FIG. 8 is a view of the permanent magnets 33A, 33B and the core piece portions 34N, 34S viewed from the outer side in the radial direction.
  • the core piece portion 34N has a plurality of laminations LN axially stacked.
  • positioned at the both ends of the axial direction among several lamination LN has the scattering prevention part 1N which covers a part of radial direction outer side of permanent magnet 33A, 33B.
  • the notch 2N is provided in both the lamination LNa having the scattering prevention part 1N and the lamination LN not having the scattering prevention part 1N. That is, the notch 2N is provided in all the laminations LN.
  • the core piece portion 34S has a plurality of laminations LS stacked in the axial direction.
  • positioned at the both ends of the axial direction among several lamination LS has the scattering prevention part 1S which covers a part of radial direction outer side of permanent magnet 33A, 33B.
  • the notch portion 2S is provided in both the lamination LSa having the scattering prevention portion 1S and the lamination LS not having the scattering prevention portion 1S. That is, the notches 2S are provided in all the laminations LS.
  • the rotor 30 In the rotor 30 according to the present embodiment, only the lamination LSa is prevented by the scattering preventing portions 1N, 1S from scattering radially outward of the permanent magnets 33A, 33B due to centrifugal force.
  • the rotor 30 can be reduced in weight because it covers the parts.
  • the notch 2N is provided in all the laminations LN, and the notch 2S is provided in all the laminations LS, so the influence of the magnetic flux leakage in the axial direction can be reduced.
  • the permanent magnets 33A, 33B and the core piece portions 34N, 34S may be molded with a resin material.
  • the permanent magnets 33A, 33B and the core piece portions 34N, 34S are molded with a resin material, a part of the permanent magnet 33A, 33B on the radially outer side can be covered with the resin material.
  • Scattering of the permanent magnets 33A, 33B can be more reliably prevented by using the scattering prevention portions 1N, 1S and the resin material in combination to prevent the scattering of the permanent magnets 33A, 33B.
  • the radially inner position of the notches 2N, 2S can be made close to the central axis J.
  • disturbance of the magnetic flux distribution can be reduced.
  • the application of the motor 10 to which the present invention is applied is not particularly limited.
  • the motor 10 is used for gear selection of a transmission such as a dual clutch transmission (DCT) mounted on a vehicle, and an application of driving a clutch.
  • DCT dual clutch transmission
  • FIG. 9 is a perspective view showing an example of the unmanned air vehicle 2000.
  • the unmanned air vehicle 2000 has a main body 2001, a rotary wing portion 2002, an imaging device 500, and a motor 10.
  • the motor 10 rotationally drives the rotary wing 2002. Because the unmanned air vehicle 2000 has the motor 10, it can fly with low vibration.
  • the unmanned air vehicle 2000 can perform high-precision imaging while flying with low vibration.
  • FIG. 10 is a front view of an electrically assisted bicycle 3000 which is an example of the electrically assisted device.
  • the electrically assisted bicycle 3000 is a bicycle that assists people using a motor.
  • the electrically assisted bicycle 3000 includes, in addition to the components provided in a general bicycle, a microprocessor 200 that is a signal processing device, the motor 10 described above, and a battery 400.
  • a part provided on a general bicycle is the steering wheel 100, the frame 11, the front wheel 12, the rear wheel 13, the saddle 14, the chain 15, the pedal 16, and the crank 17.
  • the rear wheel 13 is mechanically connected to the motor 30 via a chain 15.
  • the rear wheel 13 is rotated by the manual torque applied by the pedal 16 and the motor torque applied by the motor 10.
  • the electrically assisted bicycle 1 is driven.
  • the electrically assisted bicycle 3000 has the above-described motor 10, it can be driven with low vibration to improve ride comfort.

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Abstract

本発明のスポーク型モータの一つの態様は、ステータと、前記ステータに対して、上下方向に伸びる中心軸を中心として相対的に回転可能なロータとを備え、前記ロータは、前記中心軸に沿って配置されるシャフト、及び前記シャフトの径方向外側に周方向に沿って互いに分離されて配置される複数のコアピース部を有するロータコアと、前記シャフトの径方向外側に、周方向に前記コアピース部と交互に配置され、前記コアピース部を励磁する複数の永久磁石と、を備え、前記コアピース部は、前記永久磁石の径方向外側の一部を覆う飛散防止部と、前記飛散防止部よりも前記径方向外側に、前記飛散防止部が覆う前記永久磁石の周方向の中心線からの周方向の距離が、前記飛散防止部の端部よりも長い位置から前記中心線に向かって配置された切欠部とを備える。

Description

スポーク型モータ、車両用モータ、無人飛行体及び電動アシスト装置
　本発明は、スポーク型モータ、車両用モータ、無人飛行体及び電動アシスト装置に関する。
　スポーク型のモータにおいては、ロータが回転する際の遠心力によって永久磁石が飛散することを防止する構造を採用する必要がある。永久磁石の飛散防止構造としては、永久磁石とロータコアとを樹脂モールドすることにより永久磁石の飛散を防止する構造も知られている。
　ロータコアの形状を工夫することで永久磁石の飛散を防止する構造が知られている。例えば、特開平８－００９５９９号公報には、ロータコアに設けた突起部により永久磁石の飛散を防止する構造が開示されている。例えば、特開２０００－１５２５３４号公報には、永久磁石をロータコアに挿入することにより永久磁石の飛散を防止する構造が開示されている。
特開平８－００９５９９号公報 特開２０００－１５２５３４号公報
　しかしながら、樹脂モールドによって永久磁石の飛散を防止する構造では、ロータの回転数によっては強度不足となる可能性がある。特開平８－００９５９９号公報及び特開２０００－１５２５３４号公報に記載されているように、ロータコアの一部が永久磁石の径方向外側を覆う構造においては、永久磁石の径方向外側を覆うロータコアの一部によって磁束分布に乱れを生じさせることとなる。磁束分布に乱れが生じた場合には、コギングトルクの脈動等により振動が大きくなる可能性がある。磁束分布に乱れが生じた場合には、電気角次数が高い振動が大きくなる可能性がある。
　本発明の一つの態様は、以上のような点を考慮してなされたもので、永久磁石の飛散防止強度を保持しつつ低振動化を実現できるスポーク型モータ、及びスポーク型モータを備えた車両用モータ、無人飛行体及び電動アシスト装置を提供することを目的とする。
　本発明の第１の態様によれば、ステータと、前記ステータに対して、上下方向に伸びる中心軸を中心として相対的に回転可能なロータとを備え、前記ロータは、前記中心軸に沿って配置されるシャフト、及び前記シャフトの径方向外側に周方向に沿って互いに分離されて配置される複数のコアピースを有するロータコアと、前記シャフトの径方向外側に、周方向に前記コアピースと交互に配置され、前記コアピースを励磁する複数の永久磁石と、を備え、前記コアピースは、前記永久磁石の径方向外側の一部を覆う飛散防止部と、前記飛散防止部よりも前記径方向外側に、前記飛散防止部が覆う前記永久磁石の周方向の中心線からの周方向の距離が、前記飛散防止部の端部よりも長い位置から前記中心線に向かって配置された切欠部とを備えるスポーク型モータが提供される。
　本発明の第２の態様によれば、デュアルクラッチトランスミッションを駆動するモータとして、第１の態様のスポーク型モータを備える、車両用モータが提供される。
　本発明の第３の態様によれば、第１の態様のスポーク型モータを備える、無人飛行体が提供される。
　本発明の第４の態様によれば、第１の態様のスポーク型モータを備える、電動アシスト装置が提供される。
　本発明の一つの態様によれば、永久磁石の飛散防止強度を保持しつつ低振動化を実現できる。
図１は、第１実施形態のモータを示す断面図である。 図２は、第１実施形態のロータを示す図であって、図１に示すＩＶ－ＩＶ断面図である。 図３は、電気角とステータにおけるティース部の径方向磁束密度との関係を示す図である。 図４は、電気角次数とティース部の径方向磁束密度との関係を示す図である。 図５は、電気角次数（４次）と径方向電磁力との関係を示す図である。 図６は、電気角次数（１０次）と径方向電磁力との関係を示す図である。 図７は、第２実施形態のロータを示す部分断面図である。 図８は、第２実施形態のロータを径方向外側から視た図である。 図９は、無人飛行体２０００の一例を示す斜視図である。 図１０は、電動アシスト自転車３０００の正面図である。
　以下、図面を参照しながら、本発明の実施形態に係るスポーク型モータについて説明する。なお、本発明の範囲は、以下の実施の形態に限定されず、本発明の技術的思想の範囲内で任意に変更可能である。また、以下の図面においては、各構成をわかりやすくするために、実際の構造と各構造における縮尺や数等を異ならせる場合がある。
　また、図面においては、適宜３次元直交座標系としてＸＹＺ座標系を示す。ＸＹＺ座標系において、Ｚ軸方向は、図１に示す中心軸Ｊの軸方向と平行な方向とする。Ｘ軸方向は、Ｚ軸方向と直交する方向であって図１の左右方向とする。Ｙ軸方向は、Ｘ軸方向とＺ軸方向との両方と直交する方向とする。また、中心軸Ｊを中心とする周方向は、θＺ方向とする。θＺ方向は、－Ｚ側から＋Ｚ側に向かって視て時計回りを正の向きとし、－Ｚ側から＋Ｚ側に向かって視て反時計回りを負の向きとする。
　また、以下の説明においては、中心軸Ｊの延びる方向（Ｚ軸方向）を上下方向とする。Ｚ軸方向の正の側（＋Ｚ側）を「上側（軸方向上側）」と呼び、Ｚ軸方向の負の側（－Ｚ側）を「下側」と呼ぶ。なお、上下方向、上側および下側とは、単に説明のために用いられる名称であって、実際の位置関係や方向を限定しない。また、特に断りのない限り、中心軸Ｊに平行な方向（Ｚ軸方向）を単に「軸方向」と呼び、中心軸Ｊを中心とする径方向を単に「径方向」と呼び、中心軸Ｊを中心とする周方向（θＺ方向）、すなわち、中心軸Ｊの軸周りを単に「周方向」と呼ぶ。
　また、θＺ方向の正の向きに進む側（＋θＺ側，周方向一方側）を、「駆動側」と呼び、θＺ方向の負の向きに進む側（－θＺ側，周方向他方側）を、「反駆動側」と呼ぶ。なお、駆動側および反駆動側とは、単に説明のために用いられる名称であって、実際の駆動方向を限定しない。
　なお、本明細書において、軸方向に延びる、とは、厳密に軸方向（Ｚ軸方向）に延びる場合に加えて、軸方向に対して、４５°未満の範囲で傾いた方向に延びる場合も含む。また、本明細書において、径方向に延びる、とは、厳密に径方向、すなわち、軸方向（Ｚ軸方向）に対して垂直な方向に延びる場合に加えて、径方向に対して、４５°未満の範囲で傾いた方向に延びる場合も含む。
［スポーク型モータ］
＜第１実施形態＞
　図１は、第１実施形態のスポーク型モータ１０（以下の説明では、単にモータ１０と称する）を示す断面図である。本実施形態のモータ１０は、図１に示すように、ハウジング２０と、シャフト３１を有するロータ３０と、ステータ４０と、下側ベアリング（軸受）５１と、上側ベアリング（軸受）５２と、バスバーユニット６０と、を備える。
　ハウジング２０は、ロータ３０と、ステータ４０と、下側ベアリング５１と、上側ベアリング５２と、バスバーユニット６０と、を収容する。ハウジング２０は、下側ハウジング２１と、上側ハウジング２２と、を有する。下側ハウジング２１は、軸方向両側（±Ｚ側）に開口する筒状である。上側ハウジング２２は、下側ハウジング２１の上側（＋Ｚ側）の端部に固定されている。上側ハウジング２２は、ロータ３０およびステータ４０の上側を覆う。
　ステータ４０は、下側ハウジング２１の内側に保持されている。ステータ４０は、ロータ３０の径方向外側に位置する。ステータ４０は、コアバック部４１と、ティース部４２と、コイル４３と、ボビン４４と、を有する。コアバック部４１の形状は、例えば、中心軸Ｊと同心の円筒状である。コアバック部４１の外側面は、下側ハウジング２１の内側面に固定されている。
　ティース部４２は、コアバック部４１の内側面からシャフト３１に向かって延びている。図１において図示は省略するが、ティース部４２は、複数設けられ、周方向に均等な間隔で配置されている。ボビン４４は、各ティース部４２に装着されている。コイル４３は、ボビン４４を介して各ティース部４２に巻き回されている。
　バスバーユニット６０は、ステータ４０の上側（＋Ｚ側）に位置する。バスバーユニット６０は、コネクタ部６２を有する。コネクタ部６２には、図示しない外部電源が接続される。バスバーユニット６０は、ステータ４０のコイル４３と電気的に接続される配線部材を有する。この配線部材は、一端がコネクタ部６２を介してモータ１０の外部に露出する。これにより、この配線部材を介して、外部電源からコイル４３に電源が供給される。バスバーユニット６０は、ベアリング保持部６１を有する。
　下側ベアリング５１および上側ベアリング５２は、シャフト３１を支持する。下側ベアリング５１は、ステータ４０よりも下側（－Ｚ側）に位置する。下側ベアリング５１は、下側ハウジング２１に保持されている。上側ベアリング５２は、ステータ４０よりも上側（＋Ｚ側）に位置する。上側ベアリング５２は、バスバーユニット６０のベアリング保持部６１に保持されている。
　ロータ３０は、シャフト３１と、ロータコア３２と、を有する。シャフト３１は、上下方向（Ｚ軸方向）に延びる中心軸Ｊを中心とする。ロータコア３２は、シャフト３１の径方向外側に位置する。本実施形態においてロータコア３２は、シャフト３１の外周面に固定されている。本実施形態においてロータ３０は、例えば、上側（＋Ｚ側）から視て、中心軸Ｊを中心に反時計回り、すなわち、反駆動側（－θＺ側）から駆動側（＋θＺ側）に回転する。
　図２は、図１におけるＩＶ－ＩＶ断面の部分拡大図である。
　図１に示したロータコア３２は、図２に示すように、複数の永久磁石３３と、複数のコアピース部３４と、を有する。すなわち、ロータ３０は、複数の永久磁石３３と、複数のコアピース部３４と、を有する。永久磁石３３は、コアピース部３４を励磁する。永久磁石３３は、周方向にコアピース部３４と交互に配置されている。
　永久磁石３３は、後述する磁石挿入穴部３８に挿入されている。永久磁石３３は、永久磁石３３Ａ，３３Ｂを有している。永久磁石３３Ａと永久磁石３３Ｂとは、周方向に沿って交互に配置されている。以下の説明においては、永久磁石３３Ａと永久磁石３３Ｂとを代表して永久磁石３３として説明する場合がある。
　永久磁石３３Ａ，３３Ｂは、周方向に沿って配置される２つの磁極を有する。永久磁石３３Ａは、例えば、駆動側（＋θＺ側）にＮ極を有し、反駆動側（－θＺ側）にＳ極を有する。永久磁石３３Ｂは、例えば、駆動側（＋θＺ側）にＳ極を有し、反駆動側（－θＺ側）にＮ極を有する。これにより、周方向に隣り合う永久磁石３３Ａ，３３Ｂの磁極は、周方向において互いに同極が向かい合う。
　永久磁石３３Ａと永久磁石３３Ｂとは、周方向における磁極の配置が異なる点を除いて同様の構成である。そのため、以下の説明においては、代表して永久磁石３３Ａについてのみ説明する場合がある。
　永久磁石３３Ａは、径方向に延びる。永久磁石３３Ａの軸方向（Ｚ軸方向）と直交する断面の形状は、例えば、矩形状である。なお、本明細書において、矩形状とは、略矩形状を含む。略矩形状とは、例えば、矩形の角部が面取りされている状態を含む。
　本実施形態においては、永久磁石３３Ａは、例えば、５つ設けられている。永久磁石３３Ｂは、例えば、５つ設けられている。
　コアピース部３４は、内コア部３４Ｉと外コア部３４Ｏとを有している。内コア部３４Ｉは、シャフト３１の径方向外側、且つ、永久磁石３３Ａ，３３Ｂの径方向内側に位置する。内コア部３４Ｉは、永久磁石３３Ａ，３３Ｂの径方向内側を支持する支持部３５を有する。コアピース部３４は、支持部３５の周囲に空洞部３７を有する。空洞部３７は、支持部３５における磁束漏れを抑制するフラックスバリアである。
　外コア部３４Ｏは、コアピース部３４Ｎ，３４Ｓを有している。コアピース部３４Ｎ，３４Ｓは、シャフト３１の径方向外側に周方向に沿って互いに分離して配置されている。コアピース部３４Ｎとコアピース部３４Ｓとは、周方向に沿って交互に配置される。コアピース部３４Ｎは、永久磁石３３ＡのＮ極と永久磁石３３ＢのＮ極との間に位置する。これにより、コアピース部３４Ｎは、Ｎ極に励磁されている。コアピース部３４Ｓは、永久磁石３３ＡのＳ極と永久磁石３３ＢのＳ極との間に位置する。これにより、コアピース部３４Ｓは、Ｓ極に励磁されている。
　隣り合うコアピース部３４Ｎとコアピース部３４Ｓとの周方向の間には、磁石挿入穴部３８が配置されている。磁石挿入穴部３８は、永久磁石３３Ａが挿入される穴である。磁石挿入穴部３８は、周方向に隣り合うコアピース部３４Ｎ，３４Ｓと隣接する。コアピース部３４Ｎは、永久磁石３３Ａ，３３ＢのＮ極と周方向で対向する対向面３６Ｎを有する。コアピース部３４Ｓは、永久磁石３３Ａ，３３ＢのＳ極と周方向で対向する対向面３６Ｓを有する。すなわち、対向面３６Ｎと対向面３６Ｓとは、磁石挿入穴部３８の内側面の一部である。
　コアピース部３４Ｎは、飛散防止部１Ｎと、切欠部２Ｎとを有する。飛散防止部１Ｎは、永久磁石３３Ａ，３３Ｂの径方向外側の一部を覆う。飛散防止部１Ｎは、ロータコア３２の軸方向全体に設けられている。飛散防止部１Ｎは、永久磁石３３Ａ，３３Ｂよりも径方向外側の位置に配置されている。飛散防止部１Ｎは、飛散防止部１Ｎが覆う永久磁石３３Ａ，３３Ｂの周方向の中心線Ｃ側に向く端部１Ｎａを有する。対向面３６Ｎから端部１Ｎａまでの周方向の距離は、対向面３６Ｎから中心線Ｃまでの周方向の距離よりも短い。中心線Ｃから端部１Ｎａまでの周方向の距離は、中心線Ｃから永久磁石３３Ａ，３３ＢのＮ極側端面までの周方向の距離よりも短い。
　コアピース部３４Ｓは、飛散防止部１Ｓと、切欠部２Ｓとを有する。飛散防止部１Ｓは、永久磁石３３Ａ，３３Ｂの径方向外側の一部を覆う。飛散防止部１Ｓは、ロータコア３２の軸方向全体に設けられている。飛散防止部１Ｓは、永久磁石３３Ａ，３３Ｂよりも径方向外側の位置に配置されている。飛散防止部１Ｓは、飛散防止部１Ｓが覆う永久磁石３３Ａ，３３Ｂの周方向の中心線Ｃ側に向く端部１Ｓａを有する。対向面３６Ｓから端部１Ｓａまでの周方向の距離は、対向面３６Ｎから中心線Ｃまでの周方向の距離よりも短い。中心線Ｃから端部１Ｓａまでの周方向の距離は、中心線Ｃから永久磁石３３Ａ，３３ＢのＳ極側端面までの周方向の距離よりも短い。
　ロータ３０が中心軸Ｊを中心に回転した際に、飛散防止部１Ｎ、１Ｓは、径方向の外側で永久磁石３３Ａ，３３Ｂを支持する。飛散防止部１Ｎ、１Ｓは、径方向の外側で永久磁石３３Ａ，３３Ｂを支持することにより、ロータ３０の回転に伴う遠心力で永久磁石３３Ａ、３３Ｂが径方向外側に飛散することを防止できる。飛散防止部１Ｎ、１Ｓが、ロータコア３２の軸方向全体に設けられていることにより、上記遠心力で永久磁石３３Ａ、３３Ｂが径方向外側に飛散することをより確実に防止できる。
　切欠部２Ｎは、飛散防止部１Ｎよりも径方向外側に配置されている。切欠部２Ｎは、ロータコア３２の軸方向全体に設けられている。切欠部２Ｎは、中心線Ｃからの周方向の距離が、飛散防止部１Ｎの端部１Ｎａよりも長い位置から中心線Ｃに向かって配置されている。切欠部２Ｎにおける中心線Ｃに近い側の周方向の端部２Ｎｂは、中心線Ｃからの周方向の距離が、飛散防止部１Ｎの端部１Ｎａまでの距離と同じである。切欠部２Ｎの端部２Ｎｂは、空間における位置であるため、仮想の位置が示されている。切欠部２Ｎの端部２Ｎｂは、永久磁石３３Ａ，３３Ｂと径方向に重なっている。
　切欠部２Ｎの中心線Ｃから遠い側の周方向の端部２Ｎａは、中心線Ｃからの周方向の距離が永久磁石３３Ａ，３３ＢのＮ極側端面までの距離よりも長い。すなわち、切欠部２Ｎは、飛散防止部１Ｎの端部１Ｎａと周方向の位置が同一の端部２Ｎｂと、中心線Ｃからの周方向の距離が永久磁石３３Ａ，３３ＢのＮ極側端面までの距離よりも長い端部２Ｎａとの間に設けられている。切欠部２Ｎの中心線Ｃから遠い側の端部２Ｎａは、永久磁石３３Ａ，３３Ｂと径方向に重なっていない。切欠部２Ｎの径方向内側の位置は、飛散防止部１Ｎが永久磁石３３Ａ、３３Ｂの径方向外側への飛散を防止可能な範囲で中心軸Ｊに近いことが好ましい。
　切欠部２Ｓは、飛散防止部１Ｓよりも径方向外側に配置されている。切欠部２Ｓは、ロータコア３２の軸方向全体に設けられている。切欠部２Ｓは、中心線Ｃからの周方向の距離が、飛散防止部１Ｓの端部１Ｓａよりも長い位置から中心線Ｃに向かって配置されている。切欠部２Ｓにおける中心線Ｃに近い側の周方向の端部２Ｓｂは、中心線Ｃからの周方向の距離が、飛散防止部１Ｓの端部１Ｓａまでの距離と同じである。切欠部２Ｓの端部２Ｓｂは、空間における位置であるため、仮想の位置が示されている。切欠部２Ｓの端部２Ｓｂは、永久磁石３３Ａ，３３Ｂと径方向に重なっている。
　切欠部２Ｓの中心線Ｃから遠い側の周方向の端部２Ｓａは、中心線Ｃからの周方向の距離が永久磁石３３Ａ，３３ＢのＳ極側端面までの距離よりも長い。すなわち、切欠部２Ｓは、飛散防止部１Ｓの端部１Ｓａと周方向の位置が同一の端部２Ｓｂと、中心線Ｃからの周方向の距離が永久磁石３３Ａ，３３ＢのＳ極側端面までの距離よりも長い端部２Ｓａとの間に設けられている。切欠部２Ｓの中心線Ｃからから遠い側の端部２Ｓａは、永久磁石３３Ａ，３３Ｂと径方向に重なっていない。切欠部２Ｓの径方向内側の位置は、磁束分布の乱れを低減するために、飛散防止部１Ｓが永久磁石３３Ａ、３３Ｂの径方向外側への飛散を防止可能な範囲で中心軸Ｊに近いことが好ましい。
　コアピース部３４Ｎとコアピース部３４Ｓとは、永久磁石３３Ａ、３３Ｂにより励磁される周方向における磁極の配置が異なる点を除いて同様の構成である。そのため、以下の説明においては、代表してコアピース部３４Ｎについてのみ説明する場合がある。
　永久磁石３３Ａ，３３Ｂの極対数及び電気角次数に基づいて、コアピース部３４Ｎにおける切欠部２Ｎの端部２Ｎａの周方向の位置を設定することにより、当該電気角次数の径方向磁束密度に対して、逆位相の磁束密度を与えて打ち消すことが可能である。
　永久磁石３３Ａ，３３Ｂの極対数をＰとし、電気角の次数をＮとすると、中心軸Ｊを中心とする切欠部２Ｎの端部２Ｎａと中心線Ｃとの角度Δθは、下記の式（１）で表される。
　Δθ＝（π／Ｐ）×（１／Ｎ）　　…（１）
　端部２Ｎａの位置に応じて、上述した逆位相の磁束密度を与えて打ち消すことが可能な有効範囲は、上記式（１）で求められるΔθの０．５倍以上、１．５倍以下である。すなわち、電気角次数Ｎの径方向磁束密度に対して、逆位相の磁束密度を与えて打ち消すためには、下記の式（２）を満足すればよい。
　０．５×（π／Ｐ）×（１／Ｎ）≦Δθ≦１．５×（π／Ｐ）×（１／Ｎ）　…（２）
　図３は、電気角（ｄｅｇ）とステータ４０におけるティース部４２の径方向磁束密度（Ｔ）との関係を示す図である。図３における電気角は、一例として、周方向における中心線Ｃの位置が１５０°、３３０℃とし、コアピース部３４Ｎの周方向中心位置が６０°である。図３において破線で示されたグラフＧ１は、コアピース部３４Ｎに切欠部２Ｎが設けられていない場合の電気角（ｄｅｇ）とティース部４２の径方向磁束密度（Ｔ）との関係を示す。図３において実線で示されたグラフＧ２は、コアピース部３４Ｎに切欠部２Ｎが設けられている場合の電気角（ｄｅｇ）とティース部４２の径方向磁束密度（Ｔ）との関係を示す。
　永久磁石３３Ａ、３３Ｂの径方向外側の一部をコアピース部３４Ｎの飛散防止部１Ｎが覆い、且つ、切欠部２Ｎが設けられていない場合は、図３に示されるように、磁束分布に乱れが生じ正弦波形から外れたグラフＧ１となる。永久磁石３３Ａ、３３Ｂの径方向外側の一部をコアピース部３４Ｎの飛散防止部１Ｎが覆い、且つ、切欠部２Ｎが設けられている場合は、径方向磁束密度が正弦波形のグラフＧ２となる。グラフＧ２は、径方向磁束密度が最大値Ｔ１と、最小値Ｔ２との間で変化する正弦波形となるが、グラフＧ１は径方向磁束密度が最大Ｔ３（Ｔ３＜Ｔ１）と、最小値Ｔ４（Ｔ４＞Ｔ２）との間で変化する正弦波形から外れた波形となる。
　図４は、電気角次数とティース部４２の径方向磁束密度（Ｔ）との関係を示す図である。図４における電気角の各次数で、ハッチング無しで示される左側のグラフは、コアピース部３４Ｎに切欠部２Ｎが設けられていない場合の電気角次数と径方向磁束密度との関係を示す。図４における電気角の各次数で、ハッチング付きで示される右側のグラフは、コアピース部３４Ｎに切欠部２Ｎが設けられている場合の電気角次数と径方向磁束密度との関係を示す。
　モータ１０においては、磁束分布の空間高調波成分が高次振動成分の一因となることがある。スポーク型のモータ１０においては、図４に示されるように、３次成分及び９次成分が特に高次振動に悪影響を与える。
　式（１）、式（２）に基づき切欠部２Ｎにおける端部２Ｎａの位置を設定することにより、ティース部４２に働く電気角次数（Ｎ＋１）の径方向電磁力を低減できる。ティース部４２に働く径方向電磁力を低減することにより、モータ１０の径方向振動を低減することができる。
　例えば、式（１）、式（２）及び３次の電気角に基づき端部２Ｎａの位置を設定したコアピース部３４Ｎ、及び式（１）、式（２）及び９次の電気角に基づき端部２Ｎａの位置を設定したコアピース部３４Ｎのそれぞれについて径方向磁束密度の振幅を確認した。図４に示されるように、９次の電気角については径方向磁束密度の振幅が切欠部２Ｎを設けない構成と同等であったが、３次の電気角については切欠部２Ｎを設けない構成に対して径方向磁束密度の振幅を最大値Ｔ１１から最大値Ｔ１２に約１７％に低減できた。
　図５は、電気角次数（４次）と径方向電磁力との関係を示す図である。図５において、ハッチング無しで示される左側のグラフは、コアピース部３４Ｎに切欠部２Ｎが設けられていない場合の電気角次数と径方向電磁力との関係を示す。図５において、ハッチング付きで示される右側のグラフは、コアピース部３４Ｎに切欠部２Ｎが設けられている場合の電気角次数（４次）と径方向電磁力との関係を示す。
　図５に示されるように、３次の電気角に基づき端部２Ｎａの位置をコアピース部３４Ｎに設定した場合の径方向電磁力は、コアピース部３４Ｎに切欠部２Ｎが設けられていない場合の電磁力に対して約１２％に低減することができた。
　図６は、電気角次数（１０次）と径方向電磁力との関係を示す図である。図６において、ハッチング無しで示される左側のグラフは、コアピース部３４Ｎに切欠部２Ｎが設けられていない場合の電気角次数と径方向電磁力との関係を示す。図６において、ハッチング付きで示される右側のグラフは、コアピース部３４Ｎに切欠部２Ｎが設けられている場合の電気角次数（１０次）と径方向電磁力との関係を示す。
　図６に示されるように、９次の電気角に基づき端部２Ｎａの位置をコアピース部３４Ｎに設定した場合の径方向電磁力は、コアピース部３４Ｎに切欠部２Ｎが設けられていない場合の電磁力に対して約７４％に低減することができた。
＜第２実施形態＞
　第２実施形態は、第１実施形態に対して、切欠部２Ｎの中心位置Ｃから遠い側の端部２Ｎａの周方向の位置及び切欠部２Ｓの中心位置Ｃから遠い側の端部２Ｓａの周方向の位置において異なる。なお、第１実施形態と同様の構成については、適宜同一の符号を付す等によって説明を省略する場合がある。
　図７は、本実施形態のロータ３０を示す部分断面図である。図７に示すように、切欠部２Ｎの中心位置Ｃから遠い側の端部２Ｎａは、永久磁石３３Ａ，３３Ｂと径方向に重なっている。切欠部２Ｓの中心位置Ｃから遠い側の端部２Ｓａは、永久磁石３３Ａ，３３Ｂと径方向に重なっている。
　本実施形態における磁束は、コアピース部３４Ｎにおいて端部２Ｎａよりも中心位置Ｃから遠い側で永久磁石３３Ａ，３３Ｂと径方向に重なっている領域からティース部４２に向かう。本実施形態における磁束は、コアピース部３４Ｓにおいて端部２Ｓａよりも中心位置Ｃから遠い側で永久磁石３３Ａ，３３Ｂと径方向に重なっている領域にティース部４２から向かう。従って、コアピース部３４Ｎ、３４Ｓにおいて、切欠部２Ｎ、２Ｓを設けた場合でも磁束が流れる領域が増えることにより、磁束の流れが過度に集中することを抑制できる。
＜第３実施形態＞
　第３実施形態は、第１実施形態に対して、飛散防止部１Ｎ、１Ｓが、ロータコア３２の軸方向一部に設けられている点で異なる。なお、第１実施形態と同様の構成については、適宜同一の符号を付す等によって説明を省略する場合がある。
　図８は、永久磁石３３Ａ，３３Ｂ及びコアピース部３４Ｎ、３４Ｓを径方向外側から視た図である。コアピース部３４Ｎは、軸方向に積層された複数のラミネーションＬＮをそれぞれ有している。複数のラミネーションＬＮのうち、軸方向の両端に配置されたラミネーションＬＮａは、永久磁石３３Ａ，３３Ｂの径方向外側の一部を覆う飛散防止部１Ｎを有している。切欠部２Ｎは、飛散防止部１Ｎを有するラミネーションＬＮａと、飛散防止部１Ｎを有していないラミネーションＬＮの両方に設けられている。すなわち、切欠部２Ｎは、全てのラミネーションＬＮに設けられている。
　コアピース部３４Ｓは、軸方向に積層された複数のラミネーションＬＳをそれぞれ有している。複数のラミネーションＬＳのうち、軸方向の両端に配置されたラミネーションＬＳａは、永久磁石３３Ａ，３３Ｂの径方向外側の一部を覆う飛散防止部１Ｓを有している。切欠部２Ｓは、飛散防止部１Ｓを有するラミネーションＬＳａと、飛散防止部１Ｓを有していないラミネーションＬＳの両方に設けられている。すなわち、切欠部２Ｓは、全てのラミネーションＬＳに設けられている。
　本実施形態のロータ３０では、飛散防止部１Ｎ、１Ｓにより遠心力による永久磁石３３Ａ，３３Ｂの径方向外側への飛散を防止しつつ、ラミネーションＬＳａのみが永久磁石３３Ａ，３３Ｂの径方向外側の一部を覆っているため、ロータ３０を軽量化できる。本実施形態のロータ３０では、全てのラミネーションＬＮに切欠部２Ｎが設けられ、全てのラミネーションＬＳに切欠部２Ｓ設けられているため、軸方向の磁束漏れの影響を低減することができる。
　上記実施形態で説明したモータ１０においては、永久磁石３３Ａ，３３Ｂ及びコアピース部３４Ｎ、３４Ｓを樹脂材によりモールドしてもよい。永久磁石３３Ａ，３３Ｂ及びコアピース部３４Ｎ、３４Ｓを樹脂材によりモールドした場合には、永久磁石３３Ａ，３３Ｂの径方向外側の一部を樹脂材により覆うことができる。永久磁石３３Ａ，３３Ｂの径方向外側の一部を覆う樹脂材は、第２飛散防止部として、遠心力による永久磁石３３Ａ，３３Ｂの径方向外側への飛散を防止する。永久磁石３３Ａ，３３Ｂの飛散防止を上記の飛散防止部１Ｎ、１Ｓ及び樹脂材により併用することで、より確実に永久磁石３３Ａ，３３Ｂの飛散を防止できる。永久磁石３３Ａ，３３Ｂの飛散防止を飛散防止部１Ｎ、１Ｓ及び樹脂材により併用することで、切欠部２Ｎ、２Ｓの径方向内側の位置を中心軸Ｊに近くできる。切欠部２Ｎ、２Ｓの径方向内側の位置を中心軸Ｊに近くすることにより、磁束分布の乱れを低減できる。
　本発明を適用したモータ１０の用途は、特に限定されず、例えば、車両に搭載されるデュアルクラッチトランスミッション（ＤＣＴ：Ｄｕａｌ　Ｃｌｕｔｃｈ　Ｔｒａｎｓｍｉｓｓｉｏｎ）等のトランスミッションのギアセレクトや、クラッチの駆動の用途に用いられる。本発明を適用したモータ１０を用いることにより車両用モータの低振動化を実現できる。
　本発明を適用したモータ１０は、例えば、無人飛行体に用いられる。図９は、無人飛行体２０００の一例を示す斜視図である。無人飛行体２０００は、本体２００１と回転翼部２００２と撮像装置５００とモータ１０とを有する。モータ１０は、回転翼部２００２を回転駆動する。無人飛行体２０００は、モータ１０を有するため、低振動で飛行することができる。無人飛行体２０００は、低振動で飛行しながら高精度の撮像が可能である。
　本発明を適用したモータ１０は、例えば、電動アシスト装置に用いられる。図１０は、電動アシスト装置の一例である電動アシスト自転車３０００の正面図である。電動アシスト自転車３０００は、モータを利用して人を補助する自転車である。
　電動アシスト自転車３０００は、一般的な自転車に備えられている部品の他、信号処理装置であるマイクロプロセッサ２００、上記のモータ１０、およびバッテリ４００を備えている。一般的な自転車に備えられている部品の一例は、ハンドル１００、フレーム１１、前輪１２、後輪１３、サドル１４、チェーン１５、ペダル１６、クランク１７である。後輪１３は、チェーン１５を介してモータ３０と機械的に接続されている。後輪１３は、ペダル１６によって加えられた人力トルクと、モータ１０によって加えられたモータトルクによって回転する。これにより、電動アシスト自転車１が駆動される。
　電動アシスト自転車３０００は、上記のモータ１０を有するため、低振動で駆動され乗り心地が向上する。
　以上、添付図面を参照しながら本発明に係る好適な実施形態について説明したが、本発明は係る例に限定されないことは言うまでもない。上述した例において示した各構成部材の諸形状や組み合わせ等は一例であって、本発明の主旨から逸脱しない範囲において設計要求等に基づき種々変更可能である。
　本出願は、２０１７年９月２７日に出願された日本特許出願である特願２０１７－１８６０１０号に基づく優先権を主張し、当該日本特許出願に記載されたすべての記載内容を援用する。
　１Ｎ、１Ｓ…飛散防止部、　２Ｎ、２Ｓ…切欠部、　１０…スポーク型モータ（モータ）、　３０…ロータ、　３１…シャフト、　３２…ロータコア、　３３Ａ、３３Ｂ…永久磁石、　３４、３４Ｎ、３４Ｓ…コアピース部、　４０…ステータ、　２０００…無人飛行体、　３０００…電動アシスト自転車（電動アシスト装置）、　Ｃ…中心線、　Ｊ…中心軸

 

Claims (10)

  1. 　ステータと、
    　前記ステータに対して、上下方向に伸びる中心軸を中心として相対的に回転可能なロータとを備え、
    　前記ロータは、前記中心軸に沿って配置されるシャフト、及び前記シャフトの径方向外側に周方向に沿って互いに分離されて配置される複数のコアピース部を有するロータコアと、
    　前記シャフトの径方向外側に、周方向に前記コアピース部と交互に配置され、前記コアピース部を励磁する複数の永久磁石と、
    　を備え、
    　前記コアピース部は、前記永久磁石の径方向外側の一部を覆う飛散防止部と、
    　前記飛散防止部よりも径方向外側に、前記飛散防止部が覆う前記永久磁石の周方向の中心線からの周方向の距離が、前記飛散防止部の端部よりも長い位置から前記中心線に向かって配置された切欠部とを備える、
    　スポーク型モータ。
  2. 　前記周方向における前記永久磁石の前記中心線と、前記周方向で前記中心線から遠い側の前記切欠部の端部との角度をΔθとし、前記永久磁石の極対数をＰとし、電気角の次数をＮとすると、
    　０．５×（π／Ｐ）×（１／Ｎ） ≦ Δθ ≦ １．５×（π／Ｐ）×（１／Ｎ）
    　の関係を満足する、請求項１に記載のスポーク型モータ。
  3. 　前記周方向で前記中心線に近い側の前記切欠部の端部は、前記永久磁石よりも径方向の外側で前記永久磁石と径方向に重なっている、請求項１または２に記載のスポーク型モータ。
  4. 　前記周方向で前記中心線から遠い側の前記切欠部の端部は、前記永久磁石よりも径方向の外側で前記永久磁石と径方向に重なっている、請求項１から３のいずれか一項に記載のスポーク型モータ。
  5. 　前記飛散防止部は、前記ロータコアの軸方向全体に設けられている、請求項１から４のいずれか一項に記載のスポーク型モータ。
  6. 　前記飛散防止部は、前記ロータコアの軸方向一部に設けられている、請求項１から４のいずれか一項に記載のスポーク型モータ。
  7. 　前記永久磁石の径方向外側の一部を樹脂材により覆う第２飛散防止部を備える、請求項１から６のいずれか一項に記載のスポーク型モータ。
  8. 　デュアルクラッチトランスミッションを駆動するモータとして、請求項１から７のいずれか一項に記載のスポーク型モータを備える、車両用モータ。
  9. 　請求項１から７のいずれか一項に記載のスポーク型モータを備える、無人飛行体。
  10. 　請求項１から７のいずれか一項に記載のスポーク型モータを備える、電動アシスト装置。

     
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