JP2012016127A - モータ - Google Patents

Abstract

【課題】低振動化を図り、回転性能を向上することができるモータを提供する。
【解決手段】突極２４の開角度を「Ｙｋθ（°）」、ティース１２の先端部の開角度を「Ｔθ（°）」、ティース１２の個数を「Ｌ（個）」として、「Ｙｋθ＝Ｔθ＋（ａ−１）×３６０（°）／Ｌ」（但しａは自然数）を満たすように構成される。
【選択図】図２

Description

本発明は、コンシクエントポール型構造を採用したロータを有するモータに関するものである。

従来、モータにおいて、例えば特許文献１にて示されているように、ロータコアの周方向に一方の磁極のマグネットが複数配置され、該コアに一体形成された突極が各マグネット間に配置され、該突極を他方の磁極として機能させる所謂コンシクエントポール型構造のロータを有するものが知られている。このようなモータでは、性能の低下を小さく抑えつつもロータのマグネットを半数に減らすことが可能となるため、省資源や低コスト等の点で有利である。

特開平９−３２７１３９号公報

ところで、特許文献１のようなコンシクエントポール型構造のロータは、磁束の強制力（誘導）のあるマグネットと、磁束の強制力のない突極とが混在する磁極にて構成されているため、磁気的にアンバランスが生じ易く、このことが例えばコギングトルクの発生による振動増加等の回転性能の悪化に繋がっている。

本発明は、上記課題を解決するためになされたものであって、その目的は、低振動化を図り、回転性能を向上することができるモータを提供することにある。

上記課題を解決するために、請求項１に記載の発明は、ロータコアの周方向に一方の磁極のマグネットが複数配置されるとともに、前記ロータコアに一体形成された突極が各マグネット間に空隙を以て配置され、前記突極を他方の磁極として機能するように構成されたロータと、前記ロータの外周側に配置され、径方向に延び周方向に等間隔にＬ個設けられるティースを有するコアと前記ティースに装着された多相の巻線とを有するステータと
を備えたモータであって、前記突極の開角度を「Ｙｋθ（°）」、前記ティースの先端部の開角度を「Ｔθ（°）」として、「Ｙｋθ＝Ｔθ＋（ａ−１）×３６０（°）／Ｌ」（但しａは自然数）を満たすように構成されたことを特徴とする。

この発明では、ロータの突極の外側面の周方向一方の端部が、任意のティースの先端部の周方向一方の端部と径方向に重なるときに、突極の外側面の周方向他方の端部が、前記ティースから周方向に順に数えてａ個目のティースの周方向他方の端部と重なる。このとき、突極の周方向一方の端部側で生じるコギングトルクが、その突極の周方向他方の端部側で生じるコギングトルクを小さく抑えるキャンセル成分となるため、モータ全体で生じるコギングトルクの低減が可能となり、ロータの回転性能を向上させることができる。

請求項２に記載の発明は、請求項１に記載のモータにおいて、前記ステータの巻線は、前記ティース間のスロットを軸方向に貫通するように前記スロット内に配置されるスロット挿入部と前記スロットから軸方向に突出するスロット突出部とを有する相毎に複数のセグメント導体同士が前記スロット突出部同士にて周方向に電気的に接続されて構成される多相のセグメント巻線であり、前記ロータには、前記マグネットがｐ個（但しｐは２以上の整数）配置されるものであって、前記ステータは、前記セグメント巻線の相数を「ｍ」として、前記ティースの個数Ｌが、「Ｌ＝２×ｐ×ｍ×ｎ（個）」（但しｎは自然数）となるように構成されたことを特徴とする。

この発明では、ティースの個数Ｌが、「Ｌ＝２×ｐ×ｍ×ｎ（個）」（但し「ｎ」は自然数）となるように構成されたステータにセグメント巻線を設けたモータにおいて、ロータの回転性能を向上させることができる。

請求項３に記載の発明は、請求項１に記載のモータにおいて、前記ロータには、前記マグネットがｐ個（但しｐは２以上の整数）配置されるものであって、前記ステータは、前記巻線の相数を「ｍ」として、前記ティースの個数Ｌが、「Ｌ＝ｐ×ｍ（個）」となるように構成されたことを特徴とする。

この発明では、ティースの個数Ｌが、「Ｌ＝ｐ×ｍ（個）」となるように構成されたステータを有するモータにおいて、ロータの回転性能を向上させることができる。

従って、上記記載の発明によれば、低振動化を図り、回転性能を向上することができる。

（ａ）本実施形態のモータの概略構成図、（ｂ）同図（ａ）におけるティース部分の拡大図。 本実施形態における突極とティースとの関係を示す模式図。 ロータの回転角度とコギングトルクとの関係を示す特性図。 別例のモータの概略構成図。 別例における突極とティースとの関係を示す模式図。

以下、本発明を具体化した一実施形態を図面に従って説明する。
図１（ａ）に示すように、本実施形態のインナロータ型のモータ１は、略円環状のステータ２の内側にロータ３が配置されて構成されている。

ステータ２は、図１（ａ）（ｂ）に示すように、円筒部１１と円筒部１１から径方向内側に延びて周方向に複数（本実施形態では６０個）設けられるティース１２とを有するステータコア４を備える。ステータコア４の各ティース１２間には、ロータ３を回転させる磁界を発生させるためのセグメント巻線１３が挿入されるスロットＳが形成されている。即ち、スロットＳの個数は、ティース１２の個数と同数（本実施形態では６０個）となっている。尚、ティース１２とセグメント巻線１３との間には、図示しないインシュレータが介在されている。

ステータ２のセグメント巻線１３は、多相（本実施の形態では３相）とされている。セグメント巻線１３は、ティース１２間のスロットＳを軸方向（紙面直交方向）に貫通するようにスロットＳ内に配置されるスロット挿入部１４ａと、スロットＳから軸方向に突出するスロット突出部（図示略）とを有する複数のセグメント導体１４を相毎に有している。そして、その相毎のセグメント導体１４同士が、前記スロット突出部同士にて周方向に電気的に接続されて構成される。尚、各セグメント導体１４は、導体板が折り曲げ加工されてなり、略Ｕ字状に形成されており、Ｕ字の平行直線部に相当する一対のスロット挿入部１４ａは、周方向に６個のティース１２を跨いで離間した２つのスロットＳ内にそれぞれ配置されるようになっている。

ロータ３は、回転軸２１の外周面に磁性金属材料よりなる略円環状のロータコア２２が固着されており、該ロータコア２２の外周部の周方向等間隔にＮ極のマグネット２３が５個配置されるとともに、該ロータコア２２の外周部に一体形成された突極２４が各マグネット２３間に配置されている。つまり、各マグネット２３及び突極２４は等角度間隔に交互に配置（この場合、マグネット２３と突極２４とが１８０°反対位置に配置）され、ロータ３は、Ｎ極のマグネット２３に対して突極２４をＳ極として機能させる１０磁極の所謂コンシクエントポール型にて構成されている。尚、ロータ３の極対数はマグネット２３と同数であり、本実施形態では極対数は「５」となっている。尚、セグメント導体１４がティース１２を跨ぐ本数は、（スロット数／磁極数）により決定されるようになっている。

ロータ３のマグネット２３は、突極２４よりも周方向長さが若干大きく、湾曲形状をなす外側面２３ａと平坦な内側面２３ｂとを有する略四角柱状に形成されている。マグネット２３の外側面２３ａは、軸線Ｃを中心とする円弧状をなし、ティース１２の先端部１２ａと径方向に対向している。マグネット２３は、その内側面２３ｂがロータコア２２の隣接する突極２４間に設けた固着面２５に固着され、隣接の突極２４との間には周方向の空隙が設けられている。尚、マグネット２３は、そのそれぞれの外側面２３ａが同一円周上に位置するように構成されている。

突極２４は、マグネット２３との間の空隙分周方向に若干小さく、略扇状に径方向外側に突出する形状をなしており、湾曲形状をなす外側面２４ａを有している。尚、突極２４は、そのそれぞれの外側面２４ａが同一円周上に位置するように構成されている。また、突極２４の外側面２４ａは、マグネット２３の外側面２３ａよりも相対的に径方向内側に位置するように構成されている。

ここで、突極２４の外側面２４ａの周方向両端間の軸線Ｃを中心とする開角度を「Ｙｋθ（°）」（図１（ａ）参照）、ティース１２の先端部１２ａの周方向両端間の軸線Ｃを中心とする開角度を「Ｔθ（°）」（図１（ｂ）参照）、ティース１２の個数を「Ｌ（個）」として、「Ｙｋθ＝Ｔθ＋（ａ−１）×３６０（°）／Ｌ」（但し「ａ」は自然数）…数式（１）を満たすように構成されている。

また、本実施形態のステータ２は、ロータ３のマグネット２３の個数（極対数）を「ｐ」（但しｐは２以上の整数）、セグメント巻線１３の相数を「ｍ」として、ティース１２の個数「Ｌ」が、「Ｌ＝２×ｐ×ｍ×ｎ（個）」（但し「ｎ」は自然数）…数式（２）となるように構成されている。そして、本実施形態では、この数式に基づいて、ティース１２の個数「Ｌ」は、Ｌ＝２×５（マグネット２３の個数）×３（相数）×２＝６０（個）に設定されている。

ここで、上記数式（１）中の「３６０（°）／Ｌ」は、隣り合うティース１２の先端部１２ａの周方向中央間の軸線Ｃを中心とする角度（換言すると、ティース１２間の隙間の周方向中央間の軸線Ｃを中心とする角度）を示している。つまり、数式（１）の右辺「Ｔθ＋（ａ−１）×３６０（°）／Ｌ」は、周方向に連続する「ａ」個のティース１２の周方向両端の軸線Ｃを中心とする角度を表している（図２参照）。従って、数式（１）を満たす構成は、突極２４の外側面２４ａの開角度「Ｙｋθ」と、周方向に連続する「ａ」個のティース１２の軸線Ｃを中心とする角度とが等しい構成となっている。尚、図２には、「ａ＝５」の場合、即ち、突極２４の外側面２４ａの開角度「Ｙｋθ」と、周方向に連続する５個のティース１２の軸線Ｃを中心とする角度とが等しい構成を示している。

つまり、このような構成では、図２に示すように、突極２４の外側面２４ａの周方向一方の端部２４ｂ（図２中、左側端部）が、任意のティース１２（図２中、ティース１２ｂ）の先端部１２ａの周方向一方の端部１２ｘ（左側端部）と径方向に重なるときに、突極２４の外側面２４ａの周方向他方の端部２４ｃ（右側端部）が、ティース１２ｂから周方向（右側）に順に数えてａ個目のティース１２（図２中、ティース１２ｃ）の周方向他方の端部１２ｙ（右側端部）と重なるようになっている。尚、上記した「径方向に重なる」とは、それぞれが径方向の一直線上に位置するということを表している。

ここで、図３には、ティース１２ｂの先端部１２ａの周方向一方の端部１２ｘで生じるコギングトルクと、その端部１２ｘと隣り合うティース１２の先端部１２ａの周方向端部１２ｚで生じるコギングトルクを足し合わせたコギングトルク（以下、第１コギングトルク）を実線で示している。また、ティース１２ｃの周方向他方の端部１２ｙで生じるコギングトルクと、その端部１２ｙと隣り合うティース１２の先端部１２ａの周方向端部１２ｔで生じるコギングトルクを足し合わせたコギングトルク（以下、第２コギングトルク）を２点鎖線で示している。

この図３におけるロータ３の回転角度Ｒは、図２に示す状態でのロータ３の回転角度である。この回転角度Ｒでは、突極２４の外側面２４ａの周方向一方の端部２４ｂとティース１２ｂの先端部１２ａの周方向端部１２ｘとが径方向に重なるため、この径方向に重なる部分に磁束が集中し易くなり、その結果、第１コギングトルクはマイナスのピークとなっている。また、この回転角度Ｒでは、突極２４の外側面２４ａの周方向他方の端部２４ｃとティース１２ｃの先端部１２ａの周方向端部１２ｙとが径方向に重なるため、この径方向に重なる部分に磁束が集中し易くなり、その結果、第２コギングトルクはプラスのピークとなっている。この回転角度Ｒでの第１コギングトルク及び第２コギングトルクのピークは、互いに逆位相であり、その大きさも略同等であるため、互いに打ち消し合うようになっている。これにより、ロータ３の回転時に生じるコギングトルクが低減されるようになっている。

このように本実施形態のモータ１では、上記数式（１）「Ｙｋθ＝Ｔθ＋（ａ−１）×３６０（°）／Ｌ」を満たすように構成することで、コギングトルクを低減して低振動化を図り、回転性能を向上することが可能となっている。

次に、本実施形態の特徴的な作用効果を記載する。
（１）本実施形態では、突極２４の開角度を「Ｙｋθ（°）」、ティース１２の先端部の開角度を「Ｔθ（°）」、ティース１２の個数を「Ｌ（個）」として、「Ｙｋθ＝Ｔθ＋（ａ−１）×３６０（°）／Ｌ」（但しａは自然数）を満たすように構成される。このため、ロータ３の突極２４の外側面２４ａの周方向一方の端部２４ｂが、任意のティース１２（ティース１２ｂ）の先端部１２ａの周方向一方の端部１２ｘと径方向に重なるときに、突極２４の外側面２４ａの周方向他方の端部２４ｃが、ティース１２から周方向に順に数えてａ個目のティース１２（ティース１２ｃ）の周方向他方の端部１２ｙと重なる。このとき、突極２４の周方向一方の端部２４ｂ側で生じるコギングトルク（第１コギングトルク）が、その突極２４の周方向他方の端部２４ｃ側で生じるコギングトルク（第２コギングトルク）を小さく抑えるキャンセル成分となるため、モータ１全体で生じるコギングトルクの低減が可能となり、ロータ３の回転性能を向上させることができる。

（２）本実施形態では、ステータ２の巻線は、ティース１２間のスロットＳを軸方向に貫通するようにスロットＳ内に配置されるスロット挿入部１４ａとスロットＳから軸方向に突出するスロット突出部とを有する相毎に複数のセグメント導体同士がスロット突出部同士にて周方向に電気的に接続されて構成される多相のセグメント巻線１３である。そして、ロータ３の極対数を「ｐ」、セグメント巻線１３の相数を「ｍ」として、ティース１２の個数Ｌが、「Ｌ＝２×ｐ×ｍ×ｎ（個）」（但し「ｎ」は自然数）となるように構成される。これにより、ティース１２の個数Ｌが、「Ｌ＝２×ｐ×ｍ×ｎ（個）」（但し「ｎ」は自然数）となるように構成されたステータ２にセグメント巻線１３を設けたモータ１において、ロータ３の回転性能を向上させることができる。

尚、本発明の実施形態は、以下のように変更してもよい。
・上記実施形態では、数式（１）において「ａ＝５」、即ち、突極２４の外側面２４ａの開角度「Ｙｋθ」と、周方向に連続する５個のティース１２の軸線Ｃを中心とする角度とが等しい構成としたが、「ａ」を「５」以外の自然数に適宜変更してもよい。

・上記実施形態では、ティース１２の個数「Ｌ」は、数式（２）に基づき、Ｌ＝２×５（マグネット２３の個数）×３（相数）×２（自然数「ｎ」）＝６０（個）に設定されたが、数式（２）におけるマグネット２３の個数「ｐ」、セグメント巻線１３の相数「ｍ」、自然数「ｎ」を適宜変更してティース１２の個数Ｌを変更してもよい。

・上記実施形態では、ステータ２の巻線をセグメント巻線１３としたが、特にこれに限定されるものではない。例えば、図４に示すモータ１ａでは、ティース１２の個数Ｌは、「Ｌ＝ｐ×ｍ（個）」となるように構成され、同図では、Ｌ＝４（マグネット２３の個数）×３（相数）＝１２（個）に設定されている。そして、各ティース１２には、導線よりなる巻線３０が巻回されている。このようなモータ１ａでは、ロータ３の磁極（８磁極）は、ティース１２の数（１２個）に対して２／３倍であり、ロータ３の磁極とティース１２の数との比は２：３の関係になっている。

また、図４の例では、数式（１）において「ａ＝１」、即ち、突極２４の外側面２４ａの開角度「Ｙｋθ」と、ティース１２の先端部１２ａの軸線Ｃを中心とする開角度「Ｔθ」とが等しい構成となっている（図５参照）。これにより、突極２４の外側面２４ａとティース１２の周方向一方の端部が径方向に重なるときに、周方向他方の端部同士も重なるようになっている。これにより、ロータ３の磁極とティース１２の数との比が２：３で構成されるモータ１ａにおいても、コギングトルクを低減して低振動化を図り、ロータ３の回転性能を向上させることができる。

１，１ａ…モータ、２…ステータ、３…ロータ、１２…ティース、１２ａ…先端部、１３…セグメント巻線、１４…セグメント導体、１４ａ…スロット挿入部、２２…ロータコア、２３…マグネット、２４…突極、３０…巻線、Ｓ…スロット。

Claims (3)

1. ロータコアの周方向に一方の磁極のマグネットが複数配置されるとともに、前記ロータコアに一体形成された突極が各マグネット間に空隙を以て配置され、前記突極を他方の磁極として機能するように構成されたロータと、
   前記ロータの外周側に配置され、径方向に延び周方向に等間隔にＬ個設けられるティースを有するコアと前記ティースに装着された多相の巻線とを有するステータと
   を備えたモータであって、
   前記突極の開角度を「Ｙｋθ（°）」、前記ティースの先端部の開角度を「Ｔθ（°）」として、
   「Ｙｋθ＝Ｔθ＋（ａ−１）×３６０（°）／Ｌ」（但しａは自然数）
   を満たすように構成されたことを特徴とするモータ。
2. 請求項１に記載のモータにおいて、
   前記ステータの巻線は、前記ティース間のスロットを軸方向に貫通するように前記スロット内に配置されるスロット挿入部と前記スロットから軸方向に突出するスロット突出部とを有する相毎に複数のセグメント導体同士が前記スロット突出部同士にて周方向に電気的に接続されて構成される多相のセグメント巻線であり、
   前記ロータには、前記マグネットがｐ個（但しｐは２以上の整数）配置されるものであって、
   前記ステータは、前記セグメント巻線の相数を「ｍ」として、前記ティースの個数Ｌが、
   「Ｌ＝２×ｐ×ｍ×ｎ（個）」（但しｎは自然数）
   となるように構成されたことを特徴とするモータ。
3. 請求項１に記載のモータにおいて、
   前記ロータには、前記マグネットがｐ個（但しｐは２以上の整数）配置されるものであって、
   前記ステータは、前記巻線の相数を「ｍ」として、前記ティースの個数Ｌが、
   「Ｌ＝ｐ×ｍ（個）」
   となるように構成されたことを特徴とするモータ。

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