WO2025154392A1 - スポーク型ロータおよびスポーク型モータ - Google Patents
スポーク型ロータおよびスポーク型モータInfo
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- 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]
Definitions
- This disclosure relates to spoke rotors and spoke motors.
- a spoke-type rotor having multiple permanent magnets arranged in a spoke shape is known (for example, Patent Document 1).
- the spoke-type rotor described in Patent Document 1 includes a rotor core and multiple magnets.
- the rotor core has an annular portion around a hole into which a rotating shaft is inserted, multiple magnetic pole pieces formed radially from the annular portion, and multiple magnet accommodating portions formed radially between adjacent magnetic pole pieces.
- the rotor core also has multiple first magnetic flux barrier portions formed outside the annular portion and in each region between adjacent magnet accommodating portions.
- the magnet accommodating portion has a second magnetic flux barrier portion at the end portion on the rotating shaft side.
- the magnets are accommodated in the magnet accommodating portion so that the same magnetic poles as the other adjacent magnets face each other in the circumferential direction of the rotor core.
- the rotor core also has two magnetic paths formed between the first magnetic flux barrier portion and two second magnetic flux barrier portions adjacent to the first magnetic flux barrier portion. The two magnetic paths branch in different directions from the end portion on the rotating shaft side of the magnetic pole pieces toward the annular portion.
- the dimensions of the magnet holes (corresponding to the magnet housing in Patent Document 1) that house the permanent magnets are usually set to be slightly larger than the permanent magnets. This is to provide a clearance between the permanent magnets and the edge of the magnet holes, allowing the permanent magnets to be inserted smoothly into the magnet holes.
- the permanent magnets are fixed inside the magnet holes toward one side of the rotor circumference. In this case, permanent magnets fixed toward one side of the rotor circumference and permanent magnets fixed toward the other side of the rotor circumference are randomly mixed together.
- the spoke-type rotor includes a rotor core having a plurality of magnet holes extending in the rotor radial direction, and a plurality of permanent magnets inserted into each of the magnet holes and having magnetic pole faces facing the rotor circumferential direction.
- the rotor core has through holes penetrating the rotor core in the rotor axial direction between adjacent magnet holes in the rotor circumferential direction.
- the through holes have an asymmetric shape with respect to a center line extending in the rotor radial direction through a midpoint between adjacent magnet holes.
- the magnetic resistance of the first magnetic path formed between one side of the through hole in the rotor circumferential direction and the magnet hole is greater than the magnetic resistance of the second magnetic path formed between the other side of the through hole in the rotor circumferential direction and the magnet hole.
- Each of the first magnetic path and the second magnetic path may be formed by the rotor core (more specifically, the constituent material of the rotor core) between the through hole and the magnet hole. Due to such a relationship in magnitude of magnetic resistance, the permanent magnet inserted into the magnet hole is fixed inside the magnet hole toward the other side in the rotor circumferential direction (or the first magnetic path side).
- the magnetic flux of the permanent magnet in the magnet hole flows more through the second magnetic path corresponding to another magnet hole located adjacent to the other side in the rotor circumferential direction than through the first magnetic path corresponding to the magnet hole.
- the magnetic flux of the permanent magnet flows more through the second magnetic path corresponding to the magnet hole than through the first magnetic path corresponding to another magnet hole located adjacent to the one side in the rotor circumferential direction.
- the rotor core may have a bridge portion that crosses the through hole.
- the mechanical strength of the rotor core is increased in the area where the through hole is provided, and deformation of the rotor core caused by, for example, centrifugal force when the spoke-type rotor rotates can be suppressed.
- Fig. 1 is a front view showing a schematic configuration of a spoke type motor 10 of the first embodiment.
- Fig. 2 is a front view showing a schematic configuration of a spoke type rotor 20 of the first embodiment, with a main portion thereof shown in an enlarged manner.
- the spoke type motor 10 of this embodiment includes the spoke type rotor 20 and a stator 50.
- the spoke-type rotor 20 comprises a rotor core 30 and multiple (in this example, 10) permanent magnets 40.
- the rotor core 30 is a generally cylindrical element overall, and is constructed by stacking multiple steel plates.
- the rotor core 30 has a central hole 31 through which a shaft (not shown) is inserted.
- the rotor core 30 has multiple (10 in this example) magnet holes 32 extending in the rotor radial direction (in Figures 1 and 2, in a direction extending radially from the center of the central hole 31).
- Each magnet hole 32 penetrates the rotor core 30 in the rotor axial direction (orthogonal to the paper surface in Figures 1 and 2).
- Each magnet hole 32 is formed in a rectangular shape (more specifically, a rectangular shape with long sides roughly aligned in the rotor radial direction).
- the multiple magnet holes 32 are arranged rotationally symmetrical with respect to the axis of the spoke-type rotor 20 (or the center of the central hole 31). That is, in this embodiment, the multiple magnet holes 32 are arranged radially around the axis of the spoke-type rotor 20 (or the center of the central hole 31), and are evenly arranged around the rotor circumferential direction (clockwise or counterclockwise around the central hole 31 in Figures 1 and 2).
- the multiple permanent magnets 40 are inserted into each of the multiple magnet holes 32.
- Each permanent magnet 40 has a magnetic pole face 41 facing the rotor circumferential direction.
- Adjacent permanent magnets 40 in the rotor circumferential direction are arranged so that the magnetic pole faces 41 of the same polarity face each other.
- one magnetic pole is formed between adjacent permanent magnets 40 in the rotor circumferential direction.
- ten magnetic poles are formed on the outer periphery of the spoke-type rotor 20 such that N poles and S poles appear alternately in the rotor circumferential direction.
- the dimensions of each permanent magnet 40 are smaller than the dimensions of each magnet hole 32.
- Each permanent magnet 40 is composed of a rare earth magnet.
- the rotor core 30 has through holes 33A that penetrate the rotor core 30 in the rotor axial direction between magnet holes 32 adjacent in the rotor circumferential direction.
- one through hole 33A is provided for one magnetic pole.
- ten through holes 33A are provided in the rotor core 30.
- the multiple through holes 33A are arranged rotationally symmetrically with respect to the axis of the spoke-type rotor 20 (or the center of the central hole 31).
- Each through hole 33A is configured as an air gap.
- the length of the first magnetic path 35 is greater than the length of the second magnetic path 36. More specifically, in the rotor radial direction, the length of the first magnetic path 35 is greater than or equal to two times and less than or equal to ten times the length of the second magnetic path 36.
- the width of the first magnetic path 35 is substantially equal to the width of the second magnetic path 36.
- the two widths being substantially equal does not only mean that they are exactly equal, but also means that the difference between them is ⁇ 5% or less.
- the widths of the first magnetic path 35 and the second magnetic path 36 may be, for example, 0.2 mm or more and 0.5 mm or less.
- the length of the first magnetic path 35 and the second magnetic path 36 is 0.5 times or less the length of the magnet hole 32. More specifically, in the rotor radial direction, the length of the first magnetic path 35 is 0.1 times or more and 0.5 times or less the length of the magnet hole 32, and the length of the second magnetic path 36 is 0.05 times or more the length of the magnet hole 32 and less than the length of the first magnetic path 35.
- FIG. 4 is a front view showing a schematic configuration of the spoke-type rotor 20 of the third embodiment, with the main part enlarged.
- the spoke-type motor 10 of this embodiment differs from the first embodiment in the shape of the through-hole 33C.
- the through-hole 33C of this embodiment is formed in a generally parallelogram shape.
- the outline of the through-hole 33C includes a first circumferential side 33C-1, a radial side 33C-2, a second circumferential side 33C-3, and an oblique side 33C-4.
- the first circumferential side 33C-1 is a side extending along the rotor circumferential direction.
- the radial side 33C-2 is a side extending from one end of the first circumferential side 33C-1 to the rotor radially outward along the magnet hole 32 located on one side of the rotor circumferential direction.
- the second circumferential side 33C-3 is a side that extends from the end of the radial side 33C-2 along the rotor circumferential direction.
- the oblique side 33C-4 is a side that connects the other end of the first circumferential side 33C-1 and the end of the second circumferential side 33C-3.
- the connecting portions of the sides 33C-1, 33C-2, 33C-3, and 33C-4 are rounded, but are not limited to this.
- the other configurations are the same as those of the first embodiment.
- FIG. 5 is a front view showing a schematic configuration of a spoke-type rotor 20 of the fourth embodiment, with its main parts enlarged.
- the spoke-type motor 10 of this embodiment differs from the first embodiment in the shape of the through-hole 33D and the configuration of the rotor core 30.
- the through-hole 33D of this embodiment has a shape in which a part of a trapezoid (a part at the upper left in FIG. 5) is cut out.
- the rotor core 30 has a bridge portion 34A that crosses the through-hole 33D along the rotor circumferential direction.
- the corners of the rotor radially inner part (the lower trapezoidal part in the enlarged view of the main part in FIG. 5) and the rotor radially outer part (the upper trapezoidal part in the enlarged view of the main part in FIG. 5) that constitute the through-hole 33D are rounded, but this is not limited to this.
- the other configurations are the same as the first embodiment.
- the corners of the part on one side of the rotor circumferential direction (the trapezoidal part on the right side in the enlarged view of the main part in FIG. 6) and the part on the other side of the rotor circumferential direction (the trapezoidal part on the left side in the enlarged view of the main part in FIG. 6) that constitute the through-hole 33E are rounded, but this is not limited to this.
- the other configurations are the same as the first embodiment.
Landscapes
- Engineering & Computer Science (AREA)
- Power Engineering (AREA)
- Permanent Field Magnets Of Synchronous Machinery (AREA)
Abstract
スポーク型ロータ(20)は、ロータ径方向に延びる複数の磁石孔(32)を有するロータコア(30)と、複数の磁石孔(32)の各々に挿入され、ロータ周方向を向いた磁極面(41)を有する複数の永久磁石(40)と、を備える。ロータコア(30)は、ロータ周方向に隣り合う磁石孔(32)の間に、ロータコア(30)をロータ軸方向に貫通する貫通孔(33A)を有する。貫通孔(33A)は、隣り合う磁石孔(32)の間の中間点を通ってロータ径方向に延びる中心線(CL)に関して非対称な形状を有する。貫通孔(33A)のロータ周方向の一方側と磁石孔(32)との間に形成される第1磁路(35)の磁気抵抗は、貫通孔(33A)のロータ周方向の他方側と磁石孔(32)との間に形成される第2磁路(36)の磁気抵抗よりも大きい。
Description
本開示は、スポーク型ロータおよびスポーク型モータに関する。
従来、スポーク状に配置された複数の永久磁石を有するスポーク型ロータが知られている(例えば、特許文献1)。特許文献1に記載のスポーク型ロータは、ロータコアと、複数のマグネットと、を備える。ロータコアは、回転軸が挿入される孔部の周囲の環状部と、環状部から放射状に形成された複数の磁極片と、隣接する磁極片同士の間に放射状に形成された複数のマグネット収容部と、を有する。また、ロータコアは、環状部の外側であって、隣接するマグネット収容部同士の間の各領域に形成された複数の第1の磁束障壁部を有する。マグネット収容部は、第2の磁束障壁部を回転軸側の端部に有する。マグネットは、隣接する他のマグネットと同じ磁極同士がロータコアの周方向において対向するようにマグネット収容部に収容されている。また、ロータコアは、第1の磁束障壁部と、第1の磁束障壁部と隣接する2つの第2の磁束障壁部との間に形成された2つの磁路を有する。そして、2つの磁路は、磁極片の回転軸側の端部から環状部に向けて異なる方向へ分岐している。
スポーク型ロータでは、通常、永久磁石を収容する磁石孔(特許文献1のマグネット収容部に相当)の寸法が、永久磁石よりも少し大きく設定される。これは、永久磁石と磁石孔の縁部との間にクリアランスを設けることで、磁石孔に対して永久磁石をスムーズに挿入できるようにするためである。しかし、そのようなクリアランスが存在するため、永久磁石は、磁石孔の内部でロータ周方向の片側に寄って固定される。その際、ロータ周方向の一方側に寄って固定される永久磁石と、ロータ周方向の他方側に寄って固定される永久磁石とがランダムに混在する。そのため、スポーク型ロータとステータを備えるスポーク型モータにおいて、両者の間で形成される磁気回路の回転対称性が損なわれ、コギングトルクが増大するおそれがある。このような状況において、本開示は、スポーク型モータのコギングトルクを低減することを目的の1つとする。
本開示に係る一局面は、スポーク型ロータに関する。スポーク型ロータは、ロータ径方向に延びる複数の磁石孔を有するロータコアと、複数の磁石孔の各々に挿入され、ロータ周方向を向いた磁極面を有する複数の永久磁石と、を備える。ロータコアは、ロータ周方向に隣り合う磁石孔の間に、ロータコアをロータ軸方向に貫通する貫通孔を有する。貫通孔は、隣り合う磁石孔の間の中間点を通ってロータ径方向に延びる中心線に関して非対称な形状を有する。貫通孔のロータ周方向の一方側と磁石孔との間に形成される第1磁路の磁気抵抗は、貫通孔のロータ周方向の他方側と磁石孔との間に形成される第2磁路の磁気抵抗よりも大きい。
本開示に係る別の一局面は、スポーク型モータに関する。スポーク型モータは、上述のスポーク型ロータと、スポーク型ロータと対向して設けられるステータと、を備える。
本開示によれば、スポーク型モータのコギングトルクを低減することができる。
本開示に係るスポーク型ロータおよびスポーク型モータの実施形態について例を挙げて以下に説明する。しかしながら、本開示は以下に説明する例に限定されない。以下の説明では、具体的な数値や材料を例示する場合があるが、本開示の効果が得られる限り、他の数値や材料を適用してもよい。
(スポーク型ロータ)
本開示に係るスポーク型ロータは、ロータコアと、複数の永久磁石とを備える。
本開示に係るスポーク型ロータは、ロータコアと、複数の永久磁石とを備える。
ロータコアは、ロータ径方向に延びる複数の磁石孔を有する。ロータ周方向において、各磁石孔の寸法は、各永久磁石の寸法よりも大きくてもよい。各磁石孔は、ロータコアをロータ軸方向に貫通していてもよい。各磁石孔の形状は特に限定されず、例えば、ロータ軸方向から見て、矩形状または台形状であってもよい。ロータコアは、複数の鋼板(例えば、ケイ素鋼板)を積層して構成されてもよいし、あるいは圧粉磁心で構成されてもよい。ロータコアは、シャフトが挿通される中心孔を備えてもよい。
ロータコアは、ロータ周方向に隣り合う磁石孔の間に、ロータコアをロータ軸方向に貫通する貫通孔を有する。貫通孔の形状は、ロータ軸方向の全長にわたって同じであってもよいし、ロータ軸方向の一部の領域において他と異なってもよい。後者の場合、ロータ軸方向の大部分において共通する貫通孔の形状を、請求の範囲における貫通孔の形状として解釈する。貫通孔は、空隙であってもよいし、内部に樹脂(例えば、エポキシ樹脂などの耐熱性樹脂)が充填されていてもよい。貫通孔は、永久磁石の磁束がスポーク型ロータの内部で短絡するのを抑制するフラックスバリアとして機能してもよい。
複数の永久磁石は、複数の磁石孔の各々に挿入される。各永久磁石は、ロータ周方向を向いた磁極面を有する。ロータ周方向に隣り合う永久磁石は、同極性の磁極面が互いに対向するように配置されてもよい。これにより、ロータ周方向に隣り合う永久磁石の間に、1つの磁極が形成され得る。あるいは、スポーク型ロータの外周部において、複数の永久磁石と同数の磁極が、ロータ周方向においてN極とS極が交互に現れるように形成され得る。ロータ周方向において、各永久磁石の寸法は、各磁石孔の寸法よりも小さくてもよい。両者の寸法の差は、0.05mm以上、0.2mm以下であってもよい。各永久磁石の種類は特に限定されず、例えば、ネオジムなどの希土類元素を含む希土類磁石であってもよい。各永久磁石は、焼結磁石であってもよい。なお、本明細書では、1つの磁石孔に収容される永久磁石を1つの永久磁石として言及する。例えば、1つの磁石孔に2つの永久磁石が収容される場合であっても、当該2つの永久磁石をまとめて1つの永久磁石と見なす。
ロータコアの貫通孔は、ロータ周方向に隣り合う磁石孔の間の中間点を通ってロータ径方向に延びる中心線に関して非対称な形状を有する。ここで、仮に、貫通孔が当該中心線に関して対称な形状を有する場合、その対称性のために、各永久磁石が、磁石孔内で、ロータ周方向の一方側または他方側にランダムに寄って固定されることが、鋭意研究の結果として見出された。また、貫通孔が当該中心線に関して非対称な形状を有する場合、その非対称性を活用して、各永久磁石を、磁石孔内で、ロータ周方向の一方側または他方側に意図的に寄せて固定できることも、鋭意研究の結果として見出された。
その具体的な構成として、貫通孔のロータ周方向の一方側と磁石孔との間に形成される第1磁路の磁気抵抗は、貫通孔のロータ周方向の他方側と磁石孔との間に形成される第2磁路の磁気抵抗よりも大きい。第1磁路および第2磁路の各々は、貫通孔と磁石孔との間のロータコア(より具体的には、ロータコアの構成材料)によって形成されてもよい。このような磁気抵抗の大小関係により、磁石孔に挿入された永久磁石は、当該磁石孔の内部において、ロータ周方向の他方側(あるいは、第1磁路側)に寄って固定される。すなわち、磁石孔内の永久磁石の磁束は、当該磁石孔に対応する第1磁路よりも、ロータ周方向の他方側の隣に位置する別の磁石孔に対応する第2磁路を多く流れる。また、当該永久磁石の磁束は、当該磁石孔に対応する第2磁路を、ロータ周方向の一方側の隣に位置する別の磁石孔に対応する第1磁路よりも多く流れる。これらの磁束の流れがスポーク型ロータの全周にわたって生じることで、磁石孔に挿入された永久磁石には、ロータ周方向の両隣に位置する別の永久磁石から、ロータ周方向の一方側に向かう反発力よりも、ロータ周方向の他方側に向かう反発力の方が強く作用する。これにより、各磁石孔の内部において、永久磁石がロータ周方向の他方側に寄って固定され、よって本開示に係るスポーク型ロータを備えるスポーク型モータのコギングトルクが低減され得る。
複数の永久磁石は、希土類磁石で構成されてもよい。希土類磁石は、一般に残留磁束密度が高く、これを有するスポーク型ロータを用いたスポーク型モータでは、高い磁束密度が得られる。このような高密度磁束のスポーク型モータに本開示に係る技術を適用すれば、その効果を強く発揮することが可能である。希土類磁石は、例えば、ネオジム磁石であってもよいが、これに限られるものではない。
貫通孔は、1つの磁極に対して1つずつ設けられてもよい。この場合、貫通孔が複数存在する場合に比べて、永久磁石の磁束がスポーク型ロータの内部で短絡する経路が少なくなる。そのため、漏れ磁束の発生を抑制して、スポーク型ロータを備えるスポーク型モータの性能(例えば、トルク密度)を向上させることができる。
ロータコアは、貫通孔を横切るブリッジ部を有してもよい。この場合、貫通孔が設けられた部位におけるロータコアの機械的強度が高まり、例えば、スポーク型ロータが回転する際の遠心力に起因するロータコアの変形を抑制することができる。
ロータ径方向において、第1磁路の長さは、第2磁路の長さよりも大きくてもよい。この場合、各磁路の長さの差によって、上述の磁気抵抗の大小関係を作り出すことができる。ここで、磁路の長さとは、当該磁路において、その幅が最小幅の1.0倍以上、1.5倍以下である領域の長さのことをいう。また、磁路の幅とは、ロータ周方向における当該磁路の寸法のことをいう。第1磁路の幅は、第2磁路の幅と同じであっても異なってもよい。なお、上述の磁気抵抗の大小関係を実現できるのであれば、第1磁路の長さが、第2磁路の長さ以下であり、かつ第1磁路の幅が、第2磁路の幅よりも小さくてもよい。
ロータ径方向において、第1磁路の長さは、第2磁路の長さの2倍以上、10倍以下であってもよい。第1磁路の長さが第2磁路の長さの2倍以上であることで、両者の間に十分な磁気抵抗差を生じさせることができる。また、第1磁路の長さが第2磁路の長さの10倍以下であることで、永久磁石の磁束をトルク発生に十分に活用することが可能となる。
ロータ径方向において、第1磁路および第2磁路の長さは、磁石孔の長さの0.5倍以下であってもよい。この場合、各磁路の長さが磁石孔の長さに対して小さいこと、つまり永久磁石の磁極面のうち貫通孔に対向する領域が小さいことにより、永久磁石の磁束をトルク発生に十分に活用することができる。
ロータ径方向において、第1磁路の長さは、磁石孔の長さの0.1倍以上、0.5倍以下であってもよい。ロータ径方向において、第2磁路の長さは、磁石孔の長さの0.05倍以上、第1磁路の長さ未満であってもよい。第1磁路の長さが磁石孔の長さの0.1倍以上であること、ならびに第2磁路の長さが磁石孔の長さの0.05倍以上であることで、第1磁路および第2磁路の磁気抵抗を一定程度に大きくし、これらを介して永久磁石の磁束がスポーク型ロータ内で短絡するのを抑制することができる。
(スポーク型モータ)
本開示に係るスポーク型モータは、上述のスポーク型ロータと、スポーク型ロータと対向して設けられるステータとを備える。ステータは、複数の鋼板(例えば、ケイ素鋼板)を積層して構成されてもよいし、あるいは圧粉磁心で構成されてもよい。ステータは、一体型のステータであってもよいし、あるいは分割型のステータであってもよい。ステータは、バックヨーク部と、バックヨーク部から径方向内側に突出する複数のティース部と、各ティース部に巻回されたコイルとを備えてもよい。コイルは、分布巻方式で巻回されてもよいし、集中巻方式で巻回されてもよい。
本開示に係るスポーク型モータは、上述のスポーク型ロータと、スポーク型ロータと対向して設けられるステータとを備える。ステータは、複数の鋼板(例えば、ケイ素鋼板)を積層して構成されてもよいし、あるいは圧粉磁心で構成されてもよい。ステータは、一体型のステータであってもよいし、あるいは分割型のステータであってもよい。ステータは、バックヨーク部と、バックヨーク部から径方向内側に突出する複数のティース部と、各ティース部に巻回されたコイルとを備えてもよい。コイルは、分布巻方式で巻回されてもよいし、集中巻方式で巻回されてもよい。
以上のように、本開示によれば、ロータコアに非対称形状の貫通孔を設けることで、スポーク型モータのコギングトルクを低減することができる。さらに、本開示によれば、スポーク型ロータの重量バランスを均等化することができる。
以下では、本開示に係るスポーク型ロータおよびスポーク型モータの一例について、図面を参照して具体的に説明する。以下で説明する一例のスポーク型ロータおよびスポーク型モータの構成要素には、上述した構成要素を適用できる。以下で説明する一例のスポーク型ロータおよびスポーク型モータの構成要素は、上述した記載に基づいて変更できる。また、以下で説明する事項を、上記の実施形態に適用してもよい。以下で説明する一例のスポーク型ロータおよびスポーク型モータの構成要素のうち、本開示に係るスポーク型ロータおよびスポーク型モータに必須ではない構成要素は省略してもよい。なお、以下で示す図は模式的なものであり、実際の部材の形状や数を正確に反映するものではない。
《実施形態1》
本開示の実施形態1について、図1および図2を用いて説明する。図1は、実施形態1のスポーク型モータ10の構成を模式的に示す正面図である。図2は、実施形態1のスポーク型ロータ20の構成を模式的に示す正面図であって、その要部を拡大して示してある。本実施形態のスポーク型モータ10は、図1および図2に示すように、スポーク型ロータ20と、ステータ50とを備える。
本開示の実施形態1について、図1および図2を用いて説明する。図1は、実施形態1のスポーク型モータ10の構成を模式的に示す正面図である。図2は、実施形態1のスポーク型ロータ20の構成を模式的に示す正面図であって、その要部を拡大して示してある。本実施形態のスポーク型モータ10は、図1および図2に示すように、スポーク型ロータ20と、ステータ50とを備える。
スポーク型ロータ20は、ロータコア30と、複数(この例では、10個)の永久磁石40とを備える。
ロータコア30は、全体として概ね円筒状の要素であって、複数の鋼板を積層して構成される。ロータコア30は、不図示のシャフトが挿通される中心孔31を有する。ロータコア30は、ロータ径方向(図1および図2において、中心孔31の中心から放射状に延びる方向)に延びる複数(この例では、10個)の磁石孔32を有する。各磁石孔32は、ロータコア30をロータ軸方向(図1および図2における紙面直交方向)に貫通している。各磁石孔32は、矩形状(より具体的には、概ねロータ径方向に沿った長辺を有する長方形状)に形成される。複数の磁石孔32は、スポーク型ロータ20の軸心(あるいは、中心孔31の中心)に関して回転対称に配置される。すなわち、本実施形態では、複数の磁石孔32は、スポーク型ロータ20の軸心(あるいは、中心孔31の中心)に対し放射状に配置され、かつ、ロータ周方向(図1および図2において、中心孔31周りの時計回り方向あるいは反時計回り方向)に均等に配置される。
複数の永久磁石40は、複数の磁石孔32の各々に挿入される。各永久磁石40は、ロータ周方向を向いた磁極面41を有する。ロータ周方向に隣り合う永久磁石40は、同極性の磁極面41が互いに対向するように配置される。これにより、ロータ周方向に隣り合う永久磁石40の間に、1つの磁極が形成される。本実施形態では、スポーク型ロータ20の外周部において、10個の磁極が、ロータ周方向においてN極とS極が交互に現れるように形成される。ロータ周方向において、各永久磁石40の寸法は、各磁石孔32の寸法よりも小さい。各永久磁石40は、希土類磁石で構成される。
ロータコア30は、ロータ周方向に隣り合う磁石孔32の間に、ロータコア30をロータ軸方向に貫通する貫通孔33Aを有する。本実施形態では、1つの磁極に対して1つの貫通孔33Aが設けられる。つまり、本実施形態では、ロータコア30に10個の貫通孔33Aが設けられる。複数の貫通孔33Aは、スポーク型ロータ20の軸心(あるいは、中心孔31の中心)に関して回転対称に配置される。各貫通孔33Aは、空隙として構成される。
各貫通孔33Aは、ロータ周方向に隣り合う磁石孔32の間の中間点を通ってロータ径方向に延びる中心線CLに関して非対称な形状を有する。そして、第1磁路35の磁気抵抗は、第2磁路36の磁気抵抗よりも大きい。ここで、第1磁路35は、貫通孔33Aのロータ周方向の一方側(図1および図2における時計回り方向側)と磁石孔32との間に形成される。また、第2磁路36は、当該貫通孔33Aのロータ周方向の他方側(図1および図2における反時計回り方向側)と磁石孔32との間に形成される。これにより、上述のメカニズムにしたがって、各永久磁石40は、各磁石孔32の内部で、ロータ周方向の他方側に寄って固定される。
ロータ径方向において、第1磁路35の長さは、第2磁路36の長さよりも大きい。より具体的に、ロータ径方向において、第1磁路35の長さは、第2磁路36の長さの2倍以上、10倍以下である。
第1磁路35の幅は、第2磁路36の幅と実質的に等しい。ここで、2つの幅が実質的に等しいとは、両者が厳密に等しい場合のみでなく、両者の差が±5%以下である場合をも含む。第1磁路35および第2磁路36の幅は、例えば、0.2mm以上、0.5mm以下であってもよい。
ロータ径方向において、第1磁路35および第2磁路36の長さは、磁石孔32の長さの0.5倍以下である。より具体的に、ロータ径方向において、第1磁路35の長さは、磁石孔32の長さの0.1倍以上、0.5倍以下であり、第2磁路36の長さは、磁石孔32の長さの0.05倍以上、第1磁路35の長さ未満である。
ロータ径方向において、各貫通孔33Aの最外点は、各磁石孔32の中間点よりも内側に位置する。換言すると、各磁石孔32のロータ径方向の中間点を通る仮想円を想定した場合に、各貫通孔33Aは、その全体が当該仮想円の径方向内側に配置される。各貫通孔33Aの外郭線は、周方向辺33A-1と、第1径方向辺33A-2と、第2径方向辺33A-3と、斜辺33A-4とを含む。周方向辺33A-1は、ロータ周方向に沿って延びる辺である。第1径方向辺33A-2は、ロータ周方向の一方側に位置する磁石孔32に沿って周方向辺33A-1の一端からロータ径方向外側に延びる辺である。第2径方向辺33A-3は、ロータ周方向の他方側に位置する磁石孔32に沿って周方向辺33A-1の他端からロータ径方向外側に延びる辺である。斜辺33A-4は、第1径方向辺33A-2の端部と第2径方向辺33A-3の端部とを接続する辺である。第1径方向辺33A-2は、第2径方向辺33A-3よりも長い。各辺33A-1,33A-2,33A-3,33A-4同士の接続部は、丸みを帯びているが、これに限られるものではない。
図1に示すように、ステータ50は、スポーク型ロータ20と対向して設けられる。本実施形態のステータ50は、スポーク型ロータ20の外周側に、これとロータ径方向に対向して設けられる。ステータ50は、複数の鋼板を積層して構成される分割型のステータである。つまり、ステータ50は、それぞれが積層鋼板で構成される複数(この例では、12個)の分割コア51を備える。各分割コア51は、バックヨーク部51aと、バックヨーク部51aから径方向内側に突出するティース部51bとを有する。各ティース部51bには、不図示のコイルが巻回される。コイルに交流(例えば、三相交流)が流れることで、ステータ50からスポーク型ロータ20に対して回転磁界が印加され、それによりスポーク型ロータ20が回転する。
《実施形態2》
本開示の実施形態2について、図3を用いて説明する。図3は、実施形態2のスポーク型ロータ20の構成を模式的に示す正面図であって、その要部を拡大して示してある。本実施形態のスポーク型モータ10は、貫通孔33Bの形状が上記実施形態1と異なる。具体的には、図3に示すように、本実施形態の貫通孔33Bは、概ね三角形状に形成されている。貫通孔33Bの外郭線は、周方向辺33B-1と、径方向辺33B-2と、斜辺33B-3とを含む。周方向辺33B-1は、ロータ周方向に沿って延びる辺である。径方向辺33B-2は、ロータ周方向の一方側に位置する磁石孔32に沿って周方向辺33B-1の一端からロータ径方向外側に延びる辺である。斜辺33B-3は、周方向辺33B-1の他端と径方向辺33B-2の端部とを接続する辺である。各辺33B-1,33B-2,33B-3同士の接続部は、丸みを帯びているが、これに限られるものではない。それ以外の構成は、上記実施形態1と同じである。
本開示の実施形態2について、図3を用いて説明する。図3は、実施形態2のスポーク型ロータ20の構成を模式的に示す正面図であって、その要部を拡大して示してある。本実施形態のスポーク型モータ10は、貫通孔33Bの形状が上記実施形態1と異なる。具体的には、図3に示すように、本実施形態の貫通孔33Bは、概ね三角形状に形成されている。貫通孔33Bの外郭線は、周方向辺33B-1と、径方向辺33B-2と、斜辺33B-3とを含む。周方向辺33B-1は、ロータ周方向に沿って延びる辺である。径方向辺33B-2は、ロータ周方向の一方側に位置する磁石孔32に沿って周方向辺33B-1の一端からロータ径方向外側に延びる辺である。斜辺33B-3は、周方向辺33B-1の他端と径方向辺33B-2の端部とを接続する辺である。各辺33B-1,33B-2,33B-3同士の接続部は、丸みを帯びているが、これに限られるものではない。それ以外の構成は、上記実施形態1と同じである。
《実施形態3》
本開示の実施形態3について、図4を用いて説明する。図4は、実施形態3のスポーク型ロータ20の構成を模式的に示す正面図であって、その要部を拡大して示してある。本実施形態のスポーク型モータ10は、貫通孔33Cの形状が上記実施形態1と異なる。具体的には、図4に示すように、本実施形態の貫通孔33Cは、概ね平行四辺形状に形成されている。貫通孔33Cの外郭線は、第1周方向辺33C-1と、径方向辺33C-2と、第2周方向辺33C-3と、斜辺33C-4とを含む。第1周方向辺33C-1は、ロータ周方向に沿って延びる辺である。径方向辺33C-2は、ロータ周方向の一方側に位置する磁石孔32に沿って第1周方向辺33C-1の一端からロータ径方向外側に延びる辺である。第2周方向辺33C-3は、径方向辺33C-2の端部からロータ周方向に沿って延びる辺である。斜辺33C-4は、第1周方向辺33C-1の他端と第2周方向辺33C-3の端部とを接続する辺である。各辺33C-1,33C-2,33C-3,33C-4同士の接続部は、丸みを帯びているが、これに限られるものではない。それ以外の構成は、上記実施形態1と同じである。
本開示の実施形態3について、図4を用いて説明する。図4は、実施形態3のスポーク型ロータ20の構成を模式的に示す正面図であって、その要部を拡大して示してある。本実施形態のスポーク型モータ10は、貫通孔33Cの形状が上記実施形態1と異なる。具体的には、図4に示すように、本実施形態の貫通孔33Cは、概ね平行四辺形状に形成されている。貫通孔33Cの外郭線は、第1周方向辺33C-1と、径方向辺33C-2と、第2周方向辺33C-3と、斜辺33C-4とを含む。第1周方向辺33C-1は、ロータ周方向に沿って延びる辺である。径方向辺33C-2は、ロータ周方向の一方側に位置する磁石孔32に沿って第1周方向辺33C-1の一端からロータ径方向外側に延びる辺である。第2周方向辺33C-3は、径方向辺33C-2の端部からロータ周方向に沿って延びる辺である。斜辺33C-4は、第1周方向辺33C-1の他端と第2周方向辺33C-3の端部とを接続する辺である。各辺33C-1,33C-2,33C-3,33C-4同士の接続部は、丸みを帯びているが、これに限られるものではない。それ以外の構成は、上記実施形態1と同じである。
《実施形態4》
本開示の実施形態4について、図5を用いて説明する。図5は、実施形態4のスポーク型ロータ20の構成を模式的に示す正面図であって、その要部を拡大して示してある。本実施形態のスポーク型モータ10は、貫通孔33Dの形状およびロータコア30の構成が上記実施形態1と異なる。具体的には、図5に示すように、本実施形態の貫通孔33Dは、台形の一部(図5における左上の一部)を切り欠いたような形状を有する。そして、ロータコア30は、ロータ周方向に沿って貫通孔33Dを横切るブリッジ部34Aを有する。なお、貫通孔33Dを構成する、ロータ径方向内側の部分(図5の要部拡大図における下側の台形部分)およびロータ径方向外側の部分(図5の要部拡大図における上側の台形部分)のそれぞれの角は、丸みを帯びているが、これに限られるものではない。それ以外の構成は、上記実施形態1と同じである。
本開示の実施形態4について、図5を用いて説明する。図5は、実施形態4のスポーク型ロータ20の構成を模式的に示す正面図であって、その要部を拡大して示してある。本実施形態のスポーク型モータ10は、貫通孔33Dの形状およびロータコア30の構成が上記実施形態1と異なる。具体的には、図5に示すように、本実施形態の貫通孔33Dは、台形の一部(図5における左上の一部)を切り欠いたような形状を有する。そして、ロータコア30は、ロータ周方向に沿って貫通孔33Dを横切るブリッジ部34Aを有する。なお、貫通孔33Dを構成する、ロータ径方向内側の部分(図5の要部拡大図における下側の台形部分)およびロータ径方向外側の部分(図5の要部拡大図における上側の台形部分)のそれぞれの角は、丸みを帯びているが、これに限られるものではない。それ以外の構成は、上記実施形態1と同じである。
《実施形態5》
本開示の実施形態5について、図6を用いて説明する。図6は、実施形態5のスポーク型ロータ20の構成を模式的に示す正面図であって、その要部を拡大して示してある。本実施形態のスポーク型モータ10は、貫通孔33Eの形状およびロータコア30の構成が上記実施形態1と異なる。具体的には、図6に示すように、本実施形態の貫通孔33Eは、台形の一部(図6における左上の一部)を切り欠いたような形状を有する。そして、ロータコア30は、ロータ径方向に沿って貫通孔33Eを横切るブリッジ部34Bを有する。なお、貫通孔33Eを構成する、ロータ周方向の一方側の部分(図6の要部拡大図における右側の台形部分)およびロータ周方向の他方側の部分(図6の要部拡大図における左側の台形部分)のそれぞれの角は、丸みを帯びているが、これに限られるものではない。それ以外の構成は、上記実施形態1と同じである。
本開示の実施形態5について、図6を用いて説明する。図6は、実施形態5のスポーク型ロータ20の構成を模式的に示す正面図であって、その要部を拡大して示してある。本実施形態のスポーク型モータ10は、貫通孔33Eの形状およびロータコア30の構成が上記実施形態1と異なる。具体的には、図6に示すように、本実施形態の貫通孔33Eは、台形の一部(図6における左上の一部)を切り欠いたような形状を有する。そして、ロータコア30は、ロータ径方向に沿って貫通孔33Eを横切るブリッジ部34Bを有する。なお、貫通孔33Eを構成する、ロータ周方向の一方側の部分(図6の要部拡大図における右側の台形部分)およびロータ周方向の他方側の部分(図6の要部拡大図における左側の台形部分)のそれぞれの角は、丸みを帯びているが、これに限られるものではない。それ以外の構成は、上記実施形態1と同じである。
《付記》
以上の実施形態の記載により、下記の技術が開示される。
以上の実施形態の記載により、下記の技術が開示される。
(技術1)技術1のスポーク型ロータは、ロータ径方向に延びる複数の磁石孔を有するロータコアと、複数の磁石孔の各々に挿入され、ロータ周方向を向いた磁極面を有する複数の永久磁石と、を備える。ロータコアは、ロータ周方向に隣り合う磁石孔の間に、ロータコアをロータ軸方向に貫通する貫通孔を有する。貫通孔は、隣り合う磁石孔の間の中間点を通ってロータ径方向に延びる中心線に関して非対称な形状を有する。貫通孔のロータ周方向の一方側と磁石孔との間に形成される第1磁路の磁気抵抗は、貫通孔のロータ周方向の他方側と磁石孔との間に形成される第2磁路の磁気抵抗よりも大きい。
(技術2)技術2のスポーク型ロータでは、技術1に記載のスポーク型ロータにおいて、複数の永久磁石は、希土類磁石で構成される。
(技術3)技術3のスポーク型ロータでは、技術1または2に記載のスポーク型ロータにおいて、貫通孔は、1つの磁極に対して1つずつ設けられる。
(技術4)技術4のスポーク型ロータでは、技術1~3のいずれか1つに記載のスポーク型ロータにおいて、ロータコアは、貫通孔を横切るブリッジ部を有する。
(技術5)技術5のスポーク型ロータでは、技術1~4のいずれか1つに記載のスポーク型ロータにおいて、ロータ径方向において、第1磁路の長さは、第2磁路の長さよりも大きい。
(技術6)技術6のスポーク型ロータでは、技術5に記載のスポーク型ロータにおいて、ロータ径方向において、第1磁路の長さは、第2磁路の長さの2倍以上、10倍以下である。
(技術7)技術7のスポーク型ロータでは、技術1~6のいずれか1つに記載のスポーク型ロータにおいて、ロータ径方向において、第1磁路および第2磁路の長さは、磁石孔の長さの0.5倍以下である。
(技術8)技術8のスポーク型ロータでは、技術7に記載のスポーク型ロータにおいて、ロータ径方向において、第1磁路の長さは、磁石孔の長さの0.1倍以上、0.5倍以下である。また、ロータ径方向において、第2磁路の長さは、磁石孔の長さの0.05倍以上、第1磁路の長さ未満である。
(技術9)技術9のスポーク型モータは、技術1~8のいずれか1つに記載のスポーク型ロータと、スポーク型ロータと対向して設けられるステータと、を備える。
本開示は、スポーク型ロータおよびスポーク型モータに利用できる。
10 スポーク型モータ
20 スポーク型ロータ
30 ロータコア
31 中心孔
32 磁石孔
33A 貫通孔
33A-1 周方向辺
33A-2 第1径方向辺
33A-3 第2径方向辺
33A-4 斜辺
33B 貫通孔
33B-1 周方向辺
33B-2 径方向辺
33B-3 斜辺
33C 貫通孔
33C-1 第1周方向辺
33C-2 径方向辺
33C-3 第2周方向辺
33C-4 斜辺
33D 貫通孔
33E 貫通孔
34A ブリッジ部
34B ブリッジ部
35 第1磁路
36 第2磁路
40 永久磁石
41 磁極面
50 ステータ
51 分割コア
51a バックヨーク部
51b ティース部
CL 中心線
20 スポーク型ロータ
30 ロータコア
31 中心孔
32 磁石孔
33A 貫通孔
33A-1 周方向辺
33A-2 第1径方向辺
33A-3 第2径方向辺
33A-4 斜辺
33B 貫通孔
33B-1 周方向辺
33B-2 径方向辺
33B-3 斜辺
33C 貫通孔
33C-1 第1周方向辺
33C-2 径方向辺
33C-3 第2周方向辺
33C-4 斜辺
33D 貫通孔
33E 貫通孔
34A ブリッジ部
34B ブリッジ部
35 第1磁路
36 第2磁路
40 永久磁石
41 磁極面
50 ステータ
51 分割コア
51a バックヨーク部
51b ティース部
CL 中心線
Claims (9)
- ロータ径方向に延びる複数の磁石孔を有するロータコアと、
複数の前記磁石孔の各々に挿入され、ロータ周方向を向いた磁極面を有する複数の永久磁石と、
を備え、
前記ロータコアは、前記ロータ周方向に隣り合う前記磁石孔の間に、前記ロータコアをロータ軸方向に貫通する貫通孔を有し、
前記貫通孔は、隣り合う前記磁石孔の間の中間点を通って前記ロータ径方向に延びる中心線に関して非対称な形状を有し、
前記貫通孔の前記ロータ周方向の一方側と前記磁石孔との間に形成される第1磁路の磁気抵抗は、前記貫通孔の前記ロータ周方向の他方側と前記磁石孔との間に形成される第2磁路の磁気抵抗よりも大きい、スポーク型ロータ。 - 前記複数の永久磁石は、希土類磁石で構成される、請求項1に記載のスポーク型ロータ。
- 前記貫通孔は、1つの磁極に対して1つずつ設けられる、請求項1または2に記載のスポーク型ロータ。
- 前記ロータコアは、前記貫通孔を横切るブリッジ部を有する、請求項1または2に記載のスポーク型ロータ。
- 前記ロータ径方向において、前記第1磁路の長さは、前記第2磁路の長さよりも大きい、請求項1または2に記載のスポーク型ロータ。
- 前記ロータ径方向において、前記第1磁路の長さは、前記第2磁路の長さの2倍以上、10倍以下である、請求項5に記載のスポーク型ロータ。
- 前記ロータ径方向において、前記第1磁路および前記第2磁路の長さは、前記磁石孔の長さの0.5倍以下である、請求項1または2に記載のスポーク型ロータ。
- 前記ロータ径方向において、前記第1磁路の長さは、前記磁石孔の長さの0.1倍以上、0.5倍以下であり、
前記ロータ径方向において、前記第2磁路の長さは、前記磁石孔の長さの0.05倍以上、前記第1磁路の長さ未満である、請求項7に記載のスポーク型ロータ。 - 請求項1または2に記載のスポーク型ロータと、
前記スポーク型ロータと対向して設けられるステータと、
を備える、スポーク型モータ。
Applications Claiming Priority (2)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP2024006282 | 2024-01-18 | ||
| JP2024-006282 | 2024-01-18 |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| WO2025154392A1 true WO2025154392A1 (ja) | 2025-07-24 |
Family
ID=96471211
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| PCT/JP2024/041498 Pending WO2025154392A1 (ja) | 2024-01-18 | 2024-11-22 | スポーク型ロータおよびスポーク型モータ |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| WO (1) | WO2025154392A1 (ja) |
Citations (3)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JP2008295282A (ja) * | 2007-04-23 | 2008-12-04 | Denso Corp | Pmシンクロナスモータ |
| JP2015211623A (ja) * | 2014-04-30 | 2015-11-24 | マブチモーター株式会社 | ロータおよびブラシレスモータ |
| JP2022117167A (ja) * | 2021-01-29 | 2022-08-10 | 日本電産テクノモータ株式会社 | ロータおよびモータ |
-
2024
- 2024-11-22 WO PCT/JP2024/041498 patent/WO2025154392A1/ja active Pending
Patent Citations (3)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JP2008295282A (ja) * | 2007-04-23 | 2008-12-04 | Denso Corp | Pmシンクロナスモータ |
| JP2015211623A (ja) * | 2014-04-30 | 2015-11-24 | マブチモーター株式会社 | ロータおよびブラシレスモータ |
| JP2022117167A (ja) * | 2021-01-29 | 2022-08-10 | 日本電産テクノモータ株式会社 | ロータおよびモータ |
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|---|---|---|---|
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