WO2021186767A1 - モータ - Google Patents

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WO2021186767A1
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Inventor
智哉 上田
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日本電産株式会社
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    • 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
    • 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
    • H02K1/278—Surface mounted magnets; Inset magnets
    • H02K1/2783—Surface mounted magnets; Inset magnets with magnets arranged in Halbach arrays

Definitions

  • the present invention relates to a motor.
  • Synchronous multi-phase AC motors which are conventional rotary electric machines, include motors having a cylindrical rotor and a stator arranged concentrically with the rotor inside the rotor (for example, a patent).
  • Patent Document 1 describes a motor in which a plurality of permanent magnets are arranged along the circumferential direction of the inner peripheral portion of the rotor.
  • the plurality of permanent magnets are configured by using a magnet array called "Halbach array". That is, the plurality of permanent magnets have a first magnet having a magnetization direction as a radial direction and a second magnet having a magnetization direction as a circumferential direction, and the first magnet and the second magnet are along the circumferential direction. They are arranged alternately.
  • An object of the present invention is to provide a motor capable of improving the output of the motor.
  • One aspect of the motor of the present invention includes a cylindrical rotor core and a magnet group having first magnets and second magnets alternately arranged along the circumferential direction of the rotor core.
  • the first magnetic field line generated in the first magnet is along the radial direction of the rotor core, and the second magnetic field line generated in the second magnet is inclined with respect to the first magnetic force line.
  • the rotor core has an inner portion located radially inside the magnet group and an outer portion located radially outside the magnet group.
  • the outer portion includes a first core that covers the first magnet from the radial outside, and a second core that covers at least a part of the second magnet in the central axis direction of the rotor core from the radial outside. It is characterized by having.
  • the output can be improved.
  • FIG. 1 It is a schematic partial cross-sectional view which shows the embodiment of the motor of this invention. It is an enlarged perspective view of the motor shown in FIG. It is an enlarged perspective view of the rotor included in the motor shown in FIG.
  • the motor 1 shown in FIG. 1 is, for example, a motor mounted on a vehicle such as an automobile.
  • the motor 1 includes a rotor 11 and a stator 9.
  • the stator 9 has a cylindrical core back 91 and a plurality of teeth (protruding parts) 92 provided on the inner peripheral portion of the core back 91.
  • the plurality of teeth 92 project radially toward the central axis O1 of the motor 1.
  • a coil (not shown) having conductivity is wound around each tooth 92.
  • the rotor 11 is arranged concentrically with the stator 9 inside the stator 9.
  • the rotor 11 is rotatably supported around the central axis O1 of the motor 1.
  • the rotor 11 includes a rotor core 2 and a magnet group 8.
  • the rotor core 2 has a cylindrical shape as a whole.
  • the magnet group 8 has a first magnet 81 and a second magnet 82 arranged alternately along the circumferential direction of the rotor core 2. Both the first magnet 81 and the second magnet 82 are composed of permanent magnets and are arranged in the same number.
  • the rotor core 2 has an inner portion 3 located radially inside the magnet group 8 (on the central axis O1 side) and an outer portion 4 located radially outside the magnet group 8. And a connecting portion 5 for connecting the inner portion 3 and the outer portion 4.
  • the inner portion 3 has a cylindrical shape.
  • the outer portion 4 is provided along the circumferential direction of the inner portion 3.
  • the outer portion 4 is arranged radially outward with respect to the first magnet 81 and the second magnet 82. This reduces the eddy current loss.
  • the connecting portion 5 is provided between the inner portion 3 and the outer portion 4.
  • the inner portion 3, the outer portion 4 and the connecting portion 5 can be integrally molded by using a molding die. Thereby, the rotor core 2 can be manufactured easily and quickly.
  • a plurality of connecting portions 5 are arranged along the circumferential direction of the inner portion 3. As a result, the inner portion 3 and the outer portion 4 can be stably and firmly connected.
  • the inner portion 3, the outer portion 4 and the connecting portion 5 are not limited to being integrally molded.
  • a T-shaped magnetic material in which the second iron core 42 and the connecting portion 5 described later are integrated may be inserted between the second magnets 82.
  • the second magnet 82 and the second iron core 42 are preferably fixed by an adhesive or the like.
  • the constituent material of the rotor core 2 is not particularly limited.
  • the rotor core 2 is composed of, for example, a magnetic material, and examples of the constituent material (soft magnetic material) of the magnetic material include electromagnetic steel (silicon steel), carbon steel, structural steel, pure iron, soft iron, stainless steel permalloy, and the like. Be done.
  • a magnet group 8 is held between the inner portion 3 and the outer portion 4.
  • the magnet group 8 has a plurality of first magnets 81 and a plurality of second magnets 82 alternately arranged along the circumferential direction of the rotor core 2.
  • Each of the first magnet 81 and each second magnet 82 has an elongated shape along the central axis O1 direction, that is, has a rod shape or a plate shape.
  • a first magnetic field line ML1 is generated in each of the first magnets 81.
  • Each first magnetic field line ML1 is along the radial direction of the rotor core 2.
  • the first magnetic field line ML1 of one of the first magnets 81 is located inside the rotor core 2, that is, on the central axis O1. It is the first magnetic field line ML1A to go.
  • the first magnetic field line ML1 of the other first magnet 81 is the first magnetic field line ML1B that goes to the outside of the rotor core 2, that is, in the direction away from the central axis O1.
  • a second magnetic field line ML2 is generated in each second magnet 82.
  • Each second magnetic field line ML2 is inclined with respect to a virtual line VL (first magnetic force line ML1) connecting the center of the second magnet 82 and the central axis O1.
  • VL first magnetic force line ML1
  • the second magnet 82 is divided into two small magnets so that the directions of the second magnetic field lines ML2 are different.
  • one of the two small magnets will be referred to as a "first split magnet (first small magnet) 821”
  • the other small magnet will be referred to as a “second split magnet (second small magnet) 822”. ..
  • a connecting portion 5 is located between the first dividing magnet 821 and the second dividing magnet 822.
  • the second magnetic field line ML2 of the first dividing magnet (first small magnet) 821 is the second magnetic field line ML2A toward the inside of the rotor core 2.
  • the second magnetic field line ML2 of the second dividing magnet 822 is the second magnetic force line ML2B that goes to the outside of the rotor core 2.
  • Both the second magnetic line ML2A and the second magnetic line ML2B are inclined with respect to the virtual line VL.
  • the inclination angle ⁇ 2A of the second magnetic field line ML2A with respect to the virtual line VL and the inclination angle ⁇ 2B of the second magnetic force line ML2B with respect to the virtual line VL are preferably, for example, more than 0 degrees and 90 degrees or less, and 25 degrees or more and 65 degrees or less. Is more preferable.
  • the outer portion 4 has a first iron core 41 and a second iron core 42.
  • the first iron core 41 is arranged so as to face the first magnet 81.
  • the first iron core 41 has a plate shape along the central axis O1 direction, and covers the entire outer surface (front surface) 813 of the first magnet 81 from the outer side in the radial direction.
  • the second iron core 42 is arranged so as to face both the second magnet 82, that is, the first dividing magnet 821 and the second dividing magnet 822.
  • the second iron core 42 has a plate shape along the circumferential direction of the rotor core 2, and has a central axis O1 direction (center of the rotor core 2) with respect to the outer surface (front surface) 823 of the second magnet 82 from the radial outside. Covers at least part of the shaft).
  • two second iron cores 42 are arranged at a distance from each other in the central axis O1 direction per second magnet 82.
  • the magnetic flux can be attracted to the first iron core 41 and the second iron core 42 made of the material (magnetic material) having a relatively high magnetic permeability.
  • the leakage flux is reduced (hereinafter referred to as "leakage flux reduction effect").
  • the output of the motor 1 can be improved by combining the effect of reducing the leakage flux and the direction of each magnetic field line described above.
  • each second core 42 is arranged per second magnet 82, and each second core 42 partially covers the outer surface 823 of the second magnet 82. .. As a result, the effect of reducing the leakage flux is improved.
  • the thickness t82 along the radial direction of the second magnet 82 is thicker than the thickness t81 along the radial direction of the first magnet 81.
  • the thickness t42 of the second iron core 42 can be made thinner than the thickness t41 of the first iron core 41, and the rotor core 2 (outer portion 4) can be made into a cylindrical body.
  • the rotor core 2 can rotate stably.
  • the magnetic flux staying in the second core 42 can be reduced.
  • the present invention is not limited to this, and each part constituting the motor is replaced with an arbitrary configuration capable of exhibiting the same function. can do. Further, any component may be added.
  • second magnetic field line ML2A ... second magnetic field line , ML2B ... second magnetic field line, O1 ... central axis, t41 ... thickness, t42 ... thickness, t81 ... thickness, t82 ... thickness, VL ... virtual line, ⁇ 2A ... tilt angle, ⁇ 2B ... tilt angle

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  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • Power Engineering (AREA)
  • Permanent Field Magnets Of Synchronous Machinery (AREA)

Abstract

モータは、筒状をなすロータコアと、ロータコアの周方向に沿って交互に配置された第１磁石および第２磁石を有する磁石群とを備える。第１磁石内で生じる第１磁力線は、ロータコアの径方向に沿っており、第２磁石内で生じる第２磁力線は、第１磁力線に対して傾斜している。ロータコアは、磁石群よりも径方向内側に位置する内側部と、磁石群よりも径方向外側に位置する外側部とを有する。外側部は、第１磁石を径方向外側から覆う第１鉄心と、第２磁石のロータコアの中心軸方向の少なとも一部を、径方向外側から覆う第２鉄心とを有する。

Description

モータ
　本発明は、モータに関する。
　従来の回転電機である同期式多相交流モータには、筒状をなす回転子と、回転子の内側に、回転子と同心的に配置された固定子とを備えるモータがある（例えば、特許文献１参照）。特許文献１には、回転子の内周部の周方向に沿って複数の永久磁石が配置されるモータが記載されている。そして、複数の永久磁石は「ハルバッハ配列」と称される磁石配列を用いて構成されている。すなわち、複数の永久磁石は、磁化方向を径方向とする第１磁石と磁化方向を周方向とする第２磁石とを有しており、第１磁石と第２磁石とが周方向に沿って交互に配置されている。
特開２０１９－０２４２９４号公報
　特許文献１に記載のモータでは、磁石保持部内で磁気飽和が生じるため、漏れ磁束が生じてしまい、漏れ磁束が生じた分、モータの出力が低下してしまうという問題があった。
　本発明の目的は、モータの出力を向上させることができるモータを提供することにある。
　本発明のモータの一つの態様は、筒状をなすロータコアと、前記ロータコアの周方向に沿って交互に配置された第１磁石および第２磁石を有する磁石群とを備える。前記第１磁石内で生じる第１磁力線は、前記ロータコアの径方向に沿っており、前記第２磁石内で生じる第２磁力線は、前記第１磁力線に対して傾斜している。前記ロータコアは、前記磁石群よりも前記径方向内側に位置する内側部と、前記磁石群よりも前記径方向外側に位置する外側部とを有する。前記外側部は、前記第１磁石を前記径方向外側から覆う第１鉄心と、前記第２磁石の前記ロータコアの中心軸方向の少なとも一部を、前記径方向外側から覆う第２鉄心とを有することを特徴とする。
　本発明のモータの一つの態様によれば、出力を向上させることができる。
本発明のモータの実施形態を示す概略部分横断面図である。 図１に示すモータの拡大斜視図である。 図１に示すモータが備えるロータの拡大斜視図である。
  図１～図３を参照して、本発明のモータの実施形態について説明する。
　図１に示すモータ１は、例えば、自動車等の車両に搭載して用いられるモータである。モータ１は、ロータ１１と、ステータ９とを備える。
　図２に示すように、ステータ９は、円筒状をなすコアバック９１と、コアバック９１の内周部に設けられた複数のティース（突出部）９２とを有する。複数のティース９２は、モータ１の中心軸Ｏ１に向かって放射状に突出する。各ティース９２には、導電性を有するコイル（図示せず）が巻回される。
　図１に示すように、ステータ９の内側には、ロータ１１がステータ９と同心的に配置される。ロータ１１は、モータ１の中心軸Ｏ１回りに回転可能に支持される。ロータ１１は、ロータコア２と、磁石群８とを備える。
　ロータコア２は、全体として円筒状をなす。
　磁石群８は、ロータコア２の周方向に沿って交互に間隔を置いて配置された第１磁石８１および第２磁石８２を有する。第１磁石８１と第２磁石８２とは、いずれも永久磁石で構成され、同数ずつ配置される。
　図２、図３に示すように、ロータコア２は、磁石群８よりも径方向内側（中心軸Ｏ１側）に位置する内側部３と、磁石群８よりも径方向外側に位置する外側部４と、内側部３と外側部４とを連結する連結部５とを有する。
　内側部３は、円筒状をなす。
　外側部４は、内側部３の周方向に沿って設けられる。外側部４は、第１磁石８１および第２磁石８２に対し、径方向外側に配置された状態となる。これにより、渦電流損が低減する。
　連結部５は、内側部３と外側部４との間に設けられる。これにより、ロータコア２を製造する際、成形型を用いて、内側部３、外側部４および連結部５とを一体的に成型することができる。これにより、ロータコア２を容易かつ迅速に製造することができる。連結部５は、内側部３の周方向に沿って複数配置される。これにより、内側部３と外側部４とを安定して強固に連結することができる。
　なお、内側部３、外側部４および連結部５とが一体的に成型されるのに限定されない。例えば、ロータコア２を製造する際、例えば、後述する第２鉄心４２と連結部５とが一体化したＴ字状の磁性体を、第２磁石８２の間に差し込んでもよい。この場合、第２磁石８２と第２鉄心４２とは、接着剤等により固定されるのが好ましい。
　ロータコア２の構成材料としては、特に限定されない。ロータコア２は、例えば、磁性体で構成され、磁性体の構成材料（軟質磁性材料）としては、例えば、電磁鋼（ケイ素鋼）、炭素鋼、構造鋼、純鉄、軟鉄、ステンレスパーマロイ等が挙げられる。
　内側部３と外側部４との間には、磁石群８が保持される。前述したように、磁石群８は、ロータコア２の周方向に沿って交互に配置された複数の第１磁石８１および複数の第２磁石８２を有する。各第１磁石８１および各第２磁石８２は、それぞれ、中心軸Ｏ１方向に沿った長尺状をなす、すなわち、棒状または板状をなす。
　図１、図２に示すように、各第１磁石８１内では、第１磁力線ＭＬ１が生じる。各第１磁力線ＭＬ１は、ロータコア２の径方向に沿う。特に本実施形態では、第２磁石８２を介して周方向に隣り合う第１磁石８１同士のうち、一方の第１磁石８１の第１磁力線ＭＬ１は、ロータコア２の内側、すなわち、中心軸Ｏ１に向かう第１磁力線ＭＬ１Ａとなっている。他方の第１磁石８１の第１磁力線ＭＬ１は、ロータコア２の外側、すなわち、中心軸Ｏ１から遠ざかる方向に向かう第１磁力線ＭＬ１Ｂとなっている。
　各第２磁石８２内では、第２磁力線ＭＬ２が生じる。各第２磁力線ＭＬ２は、当該第２磁石８２の中心と中心軸Ｏ１とを結ぶ仮想線ＶＬ（第１磁力線ＭＬ１）に対して傾斜する。特に本実施形態では、第２磁石８２は、第２磁力線ＭＬ２の向きが異なるよう、２つの小磁石に分かれている。以下、２つの小磁石のうちの一方の小磁石を「第１分割磁石（第１小磁石）８２１」と言い、他方の小磁石を「第２分割磁石（第２小磁石）８２２」と言う。第１分割磁石８２１と第２分割磁石８２２との間には、連結部５が位置する。
　第１分割磁石（第１小磁石）８２１の第２磁力線ＭＬ２は、ロータコア２の内側に向かう第２磁力線ＭＬ２Ａとなっている。第２分割磁石８２２の第２磁力線ＭＬ２は、ロータコア２の外側に向かう第２磁力線ＭＬ２Ｂとなっている。なお、第２磁力線ＭＬ２Ａおよび第２磁力線ＭＬ２Ｂは、いずれも、仮想線ＶＬに対して傾斜する。第２磁力線ＭＬ２Ａの仮想線ＶＬに対する傾斜角度θ２Ａ、第２磁力線ＭＬ２Ｂの仮想線ＶＬに対する傾斜角度θ２Ｂは、例えば、０度を超え、９０度以下であるのが好ましく、２５度以上、６５度以下であるのがより好ましい。
　図３に示すように、外側部４は、第１鉄心４１と、第２鉄心４２とを有する。
　第１鉄心４１は、第１磁石８１に臨んで配置される。第１鉄心４１は、中心軸Ｏ１方向に沿った板状をなし、径方向外側から第１磁石８１の外側の面（表側の面）８１３全体を覆う。
　第２鉄心４２は、第２磁石８２、すなわち、第１分割磁石８２１および第２分割磁石８２２の双方に臨んで配置される。第２鉄心４２は、ロータコア２の周方向に沿った板状をなし、径方向外側から、第２磁石８２の外側の面（表側の面）８２３に対し、中心軸Ｏ１方向（ロータコア２の中心軸）の少なとも一部を覆う。本実施形態では、第２鉄心４２は、第２磁石８２、１つ当たり、中心軸Ｏ１方向に互いに距離を置いて２つ配置される。
　このような構成の外側部４により、磁束を、透磁率が比較的高い前記材料（磁性体）で構成された第１鉄心４１および第２鉄心４２に引き付けることができる。これにより、漏れ磁束が低減する（以下「漏れ磁束低減効果」と言う）。そして、漏れ磁束低減効果と、前述した各磁力線の向きとが相まって、モータ１の出力を向上させることができる。
　特に本実施形態では、前記のように、第２鉄心４２は、第２磁石８２、１つ当たり２つ配置され、各第２鉄心４２が第２磁石８２の外側の面８２３を部分的に覆う。これにより、漏れ磁束低減効果が向上する。
　第２磁石８２の径方向に沿った厚さｔ８２は、第１磁石８１の径方向に沿った厚さｔ８１よりも厚い。これにより、第２鉄心４２の厚さｔ４２を第１鉄心４１の厚さｔ４１よりも薄くして、ロータコア２（外側部４）を円筒体とすることができる。これにより、ロータコア２は、安定して回転することができる。厚さｔ４２が薄い第２鉄心４２では、当該第２鉄心４２に留まる磁束を低減することができる。
　以上、本発明のモータを図示の実施形態について説明したが、本発明は、これに限定されるものではなく、モータを構成する各部は、同様の機能を発揮し得る任意の構成のものと置換することができる。また、任意の構成物が付加されていてもよい。
　１…モータ、２…ロータコア、３…内側部、４…外側部、４１…第１鉄心、４２…第２鉄心、５…連結部、８…磁石群、８１…第１磁石、８１３…外側の面（表側の面）、８２…第２磁石、８２１…第１分割磁石（第１小磁石）、８２２…第２分割磁石（第２小磁石）、８２３…外側の面（表側の面）、９…ステータ、９１…コアバック、９２…ティース（突出部）、１１…ロータ、ＭＬ１…第１磁力線、ＭＬ１Ａ…第１磁力線、ＭＬ１Ｂ…第１磁力線、ＭＬ２…第２磁力線、ＭＬ２Ａ…第２磁力線、ＭＬ２Ｂ…第２磁力線、Ｏ１…中心軸、ｔ４１…厚さ、ｔ４２…厚さ、ｔ８１…厚さ、ｔ８２…厚さ、ＶＬ…仮想線、θ２Ａ…傾斜角度、θ２Ｂ…傾斜角度
 
 

Claims (9)

  1. 　筒状をなすロータコアと、
    　前記ロータコアの周方向に沿って交互に配置された第１磁石および第２磁石を有する磁石群とを備え、
    　前記第１磁石内で生じる第１磁力線は、前記ロータコアの径方向に沿っており、
    　前記第２磁石内で生じる第２磁力線は、前記第１磁力線に対して傾斜しており、
    　前記ロータコアは、前記磁石群よりも前記径方向内側に位置する内側部と、前記磁石群よりも前記径方向外側に位置する外側部とを有し、
    　前記外側部は、前記第１磁石を前記径方向外側から覆う第１鉄心と、前記第２磁石の前記ロータコアの中心軸方向の少なとも一部を、前記径方向外側から覆う第２鉄心とを有することを特徴とするモータ。
  2. 　前記第２磁石の前記径方向に沿った厚さは、前記第１磁石の前記径方向に沿った厚さよりも厚い請求項１に記載のモータ。
  3. 　前記第２鉄心の前記径方向に沿った厚さは、前記第１鉄心の前記径方向に沿った厚さよりも薄い請求項２に記載のモータ。
  4. 　前記第２鉄心は、前記中心軸方向に互いに距離を置いて複数配置される請求項１～３のいずれか１項に記載のモータ。
  5. 　前記第２鉄心の少なくとも一部は、磁性体で構成される請求項１～４のいずれか１項に記載のモータ。
  6. 　前記ロータコアは、前記内側部と前記外側部とを連結する連結部を有する請求項１～５いずれか１項に記載のモータ。
  7. 　前記第２磁石を介して前記周方向に隣り合う第１磁石同士のうち、一方の第１磁石の前記第１磁力線は、前記ロータコアの内側に向かい、他方の第１磁石の前記第１磁力線は、前記ロータコアの外側に向かう請求項１～６のいずれか１項に記載のモータ。
  8. 　前記第２磁石は、前記第２磁力線の向きが異なるよう、２つに分かれている請求項１～７のいずれか１項に記載のモータ。
  9. 　前記２つに分かれている第２磁石うち、一方の前記第２磁力線は、前記ロータコアの内側に向かい、他方の前記第２磁力線は、前記ロータコアの外側に向かう請求項８に記載のモータ。
     
     
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