JP2014150710A

JP2014150710A - 回転電機

Info

Publication number: JP2014150710A
Application number: JP2013260486A
Authority: JP
Inventors: Takeo Noda; 丈生野田; Takeshi Kinoshita; 剛木下
Original assignee: Asmo Co Ltd
Current assignee: Asmo Co Ltd
Priority date: 2013-01-11
Filing date: 2013-12-17
Publication date: 2014-08-21
Anticipated expiration: 2033-12-17
Also published as: JP6388066B2; JP6220662B2; US9373983B2; JP2017225348A; US20140197708A1

Abstract

【課題】加振力を低減することができる回転電機を提供することが目的である。
【解決手段】回転電機１０は、ステータ１２と、円筒状に形成されてステータ１２の径方向外側に設けられたヨーク２０と、ヨーク２０の内周面２０Ａに沿って環状に配列されると共に、それぞれヨーク２０の内周面２０Ａに沿う円弧状に形成されてヨーク２０の内周面２０Ａに固着された複数のマグネット２２とを備えている。各マグネット２２は、周方向中央部２６よりも周方向端部２８の方が厚く形成されている。
【選択図】図１

Description

本発明は、回転電機に関する。

電機子と、電機子を収容するヨークと、ヨークの内周面に沿って環状に配列された複数のマグネットとを備えた回転電機が知られている（例えば、特許文献１参照）。このような回転電機において、複数のマグネットは、それぞれヨークの内周面に沿う円弧状に形成されてヨークの内周面に固着されている。

また、この複数のマグネットは、ヨークの周方向に間隙を有して配列されており、マグネットの周方向中央部（周方向の中央側の部分）は、他の隣り合うマグネット間の間隙とヨークの径方向に対向されている。さらに、マグネットにおける一対の磁極の境界部は、マグネットにおける周方向の中央位置（センター）に位置されており、このマグネットは、その周方向の全長に亘って一定の厚みで形成されている。

特開２０１２−１２０３０６号公報

しかしながら、上記回転電機では、マグネットの周方向中央部が、他の隣り合うマグネット間の間隙とヨークの径方向に対向されており、マグネットは、その周方向の全長に亘って一定の厚みで形成されている。このため、回転電機の作動時に、電機子に対して、マグネットの周方向中央部において磁極が変化した場合と、マグネットの周方向端部において磁極が変化した場合とで、表面磁束密度に差が生じる。従って、この表面磁束密度の差に伴い、騒音の原因となる加振力が発生する虞がある。

本発明は、上記課題に鑑みてなされたものであって、加振力を低減することができる回転電機を提供することを目的とする。

前記課題を解決するために、請求項１に記載の回転電機は、電機子と、円筒状に形成され、前記電機子の径方向外側に設けられたヨークと、前記ヨークの内周面に沿って環状に配列されると共に、それぞれ前記ヨークの内周面に沿う円弧状に形成されて前記ヨークの内周面に固着された複数のマグネットと、を備え、前記複数のマグネットは、前記ヨークの周方向に間隙を有して配列され、前記マグネットの周方向中央部は、他の隣り合う前記マグネット間の前記間隙と前記ヨークの径方向に対向され、前記マグネットにおける一対の磁極の境界部は、前記マグネットにおける周方向の中央位置に位置され、前記マグネットは、その周方向中央部よりも周方向端部の方が厚く形成されている。

この回転電機によれば、各マグネットは、周方向中央部よりも周方向端部の方が厚く形成されている。従って、回転電機の作動時に、電機子に対して、マグネットの周方向中央部において磁極が変化した場合と、マグネットの周方向端部において磁極が変化した場合とで、表面磁束密度に差が生じることを抑制することができる。これにより、騒音の原因となる加振力が発生することを抑制することができる。

請求項２に記載の回転電機は、請求項１に記載の回転電機において、前記マグネットの外周部における周方向中央部に前記ヨークの接線方向に沿って延びる平坦面が形成されることにより、前記マグネットが、前記周方向中央部よりも前記周方向端部の方が厚く形成されたものである。

この回転電機によれば、マグネットの外周部における周方向中央部にヨークの接線方向に沿って延びる平坦面を形成するという簡単な構成により、マグネットの周方向中央部よりも周方向端部を厚くすることができる。

請求項３に記載の回転電機は、請求項１に記載の回転電機において、前記マグネットの内周部の曲率が前記マグネットの外周部の曲率よりも大きくされることにより、前記マグネットが、前記周方向中央部よりも前記周方向端部の方が厚く形成されたものである。

この回転電機によれば、マグネットの内周部の曲率をマグネットの外周部の曲率よりも大きくするという簡単な構成により、マグネットの周方向中央部よりも周方向端部を厚くすることができる。

請求項４に記載の回転電機は、請求項１に記載の回転電機において、前記マグネットの外周部における周方向中央部に前記ヨークの接線方向に沿って延びる平坦面が形成されると共に、前記マグネットの内周部の曲率が前記マグネットの外周部の曲率よりも大きくされることにより、前記マグネットが、前記周方向中央部よりも前記周方向端部の方が厚く形成されたものである。

この回転電機によれば、マグネットの外周部における周方向中央部にヨークの接線方向に沿って延びる平坦面を形成すると共に、マグネットの内周部の曲率をマグネットの外周部の曲率よりも大きくするという簡単な構成により、マグネットの周方向中央部よりも周方向端部を厚くすることができる。

なお、請求項５に記載のように、前記複数のマグネットの数は、奇数でも良い。

また、請求項６に記載のように、前記複数のマグネットの極数は、１０極で、前記電機子のスロットの数は、１２個でも良い。

また、請求項７に記載のように、前記複数のマグネットの極数は、６極で、前記電機子のスロットの数は、１８個でも良い。

また、請求項８に記載のように、前記複数のマグネットの極数は、１４極で、前記電機子のスロットの数は、１２個でも良い。

本発明の第一実施形態に係る回転電機を軸方向から見た平面図である。本発明の第一実施形態におけるマグネットの平面図である。図２に示されるマグネットについて回転角と表面磁束密度を測定した結果を表す図である。本発明の第二実施形態におけるマグネットの平面図である。本発明の第三実施形態におけるマグネットの平面図である。第一変形例に係る回転電機の平面図である。第二変形例に係る回転電機の平面図である。比較例のマグネットについて回転角と表面磁束密度を測定した結果を表す図である。図８のＮ極の波形とＳ極の波形を重ね合わせて表示した図である。

［第一実施形態］
はじめに、本発明の第一実施形態について説明する。

図１に示される本発明の第一実施形態に係る回転電機１０は、一例として、ブラシレスモータとされている。この回転電機１０は、電機子としてのステータ１２と、ロータ１４とを備えている。

ステータ１２は、ステータコア１６を有している。このステータコア１６は、回転電機１０の中心部を中心として概略放射状に延びる複数のティース１８を有している。このティース１８には、ステータコイルが巻回される。

ロータ１４は、ステータ１２によって形成される回転磁界によって回転される。このロータ１４は、ヨーク２０と、複数のマグネット２２とを有している。ヨーク２０は、円筒状に形成されており、ステータ１２の径方向外側に設けられている。

複数のマグネット２２は、ヨーク２０の内周面２０Ａに沿って環状に配列されている。この複数のマグネット２２は、それぞれヨーク２０の内周面２０Ａに沿う円弧状に形成されており、ヨーク２０の内周面２０Ａに固着されている。

各マグネット２２の外周部２２Ａにおける周方向中央部には、ヨーク２０の接線方向に沿って延びる平坦面２４が形成されている。この平坦面２４は、ヨーク２０の軸方向と同一の方向であるマグネット２２の長さ方向の全長に亘って形成されている。そして、この平坦面２４が形成されることにより、各マグネット２２は、その周方向中央部２６よりも周方向端部２８の方が厚く形成されている（図２も参照）。

このマグネット２２の周方向は、ヨーク２０の周方向に沿う方向である。また、マグネット２２の周方向中央部２６は、マグネット２２における周方向の中央側の部分であり、マグネット２２の周方向端部２８は、マグネット２２における周方向の端側の部分である。各マグネット２２は、ヨーク２０の周方向に並ぶ一対の磁極２３Ａ，２３Ｂ（Ｎ極、Ｓ極）を有している。この一対の磁極２３Ａ，２３Ｂの境界部２３Ｃは、マグネット２２における周方向の中央位置（センター）に位置されている。

また、複数のマグネット２２は、同一の構成とされている。この複数のマグネット２２は、ヨーク２０の周方向に等しい間隙３０を有して配列されている。平坦面２６が形成されたマグネット２２の周方向中央部２６は、このマグネット２２とヨーク２０の径方向に向かい合う他の隣り合うマグネット２２間における間隙３０とヨーク２０の径方向に対向されている。

なお、第一実施形態では、一例として、複数のマグネット２２の数は、奇数の一例として５個とされている。また、複数のマグネット２２の極数は、１０極であり、ステータ１２に形成されたティース１８間のスロット３２の数は、１２個である。

次に、本発明の第一実施形態の作用及び効果について説明する。

図３には、本実施形態のマグネット２２について回転角と表面磁束密度を測定した結果を表す図が示されている。一方、図８には、比較例のマグネットについて回転角と表面磁束密度を測定した結果を表す図が示されており、図９には、図８のＮ極の波形とＳ極の波形を重ね合わせて表示した図が示されている。

なお、比較例のマグネットは、その周方向の全長に亘って一定の厚みで形成されており、本実施形態のマグネット２２に対し、周方向中央部及び周方向端部の厚みが同一に形成されたものである。この比較例においても、本実施形態と同様に、マグネットの周方向中央部が、他の隣り合うマグネット間の間隙とヨークの径方向に対向されるように、複数のマグネットは、ヨークの周方向に間隙を有して配列される。また、この比較例において、マグネットにおける一対の磁極の境界部は、マグネットにおける周方向の中央位置に位置される。

このように比較例では、マグネットの周方向中央部が、他の隣り合うマグネット間の間隙とヨークの径方向に対向されており、マグネットは、その周方向の全長に亘って一定の厚みで形成されている。このため、図８，図９に示されるように、ロータの回転時に、ステータに対して、マグネットの周方向中央部において磁極が変化した場合と、マグネットの周方向端部において磁極が変化した場合とで、表面磁束密度に差が生じる。従って、この表面磁束密度の差に伴い、騒音の原因となる加振力が発生する虞がある。

これに対し、本発明の第一実施形態に係る回転電機１０では、図２に示されるように、各マグネット２２は、周方向中央部２６よりも周方向端部２８の方が厚く形成されている。従って、図３に示されるように、ロータの回転時に、ステータに対して、マグネットの周方向中央部において磁極が変化した場合と、マグネットの周方向端部において磁極が変化した場合とで、表面磁束密度に差が生じることを抑制することができる。これにより、騒音の原因となる加振力が発生することを抑制することができる。なお、図３、図８及び図９において、横軸の回転角が０°及び７２°はマグネットの周方向端部における磁極の変化を示し、回転角が３６°はマグネットの周方向中央部における磁極の変化を示す。また、波形ＳｎはＮ極の波形、波形ＳｓはＳ極の波形を示す。

しかも、図２に示されるように、マグネット２２の外周部２２Ａにおける周方向中央部にヨーク２０の接線方向に沿って延びる平坦面２４を形成するという簡単な構成により、マグネット２２の周方向中央部２６よりも周方向端部２８を厚くすることができる。これにより、コストアップを抑えることができる。

なお、本発明の第一実施形態において、回転電機１０は、ブラシレスモータとされていたが、回転子である電機子と、マグネット及びヨークを有する固定子を備えたブラシ付き直流モータとされていても良い。

［第二実施形態］
次に、本発明の第二実施形態について説明する。

本発明の第二実施形態では、上述の第一実施形態に対し、マグネット２２の構成が次のように変更されている。すなわち、図４に示される本発明の第二実施形態では、マグネット２２の内周部２２Ｂの半径Ｒ１がマグネット２２の外周部２２Ａの半径Ｒ２よりも短くされている。半径Ｒ１，Ｒ２の基準となる中心Ｏ１，Ｏ２は、マグネット２２における周方向の中央位置（センター）を通りマグネット２２の径方向に沿って延びる仮想線Ｌ上の異なる位置に設定される。そして、これにより、マグネット２２の内周部２２Ｂの曲率がマグネット２２の外周部２２Ａの曲率よりも大きくなっている。

また、このように、マグネット２２の内周部２２Ｂの曲率がマグネット２２の外周部２２Ａの曲率よりも大きくされることにより、マグネット２２は、周方向中央部２６よりも周方向端部２８の方が厚く形成されている。この第二実施形態におけるマグネット２２からは、上述の平坦面２４（図２参照）が省かれている。

なお、第二実施形態において、上記以外の構成については、第一実施形態と同様の符号を付し、その説明を省略する。

このように構成されていても、上述の第一実施形態と同様に、ロータの回転時に、ステータに対して、マグネット２２の周方向中央部２６において磁極が変化した場合と、マグネット２２の周方向端部２８において磁極が変化した場合とで、表面磁束密度に差が生じることを抑制することができる。これにより、騒音の原因となる加振力が発生することを抑制することができる。

しかも、マグネット２２の内周部２２Ｂの曲率をマグネット２２の外周部２２Ａの曲率よりも大きくするという簡単な構成により、マグネット２２の周方向中央部２６よりも周方向端部２８を厚くすることができる。これにより、コストアップを抑えることができる。

［第三実施形態］
次に、本発明の第三実施形態について説明する。

本発明の第三実施形態では、上述の第一実施形態に対し、マグネット２２の構成が次のように変更されている。すなわち、図５に示されるように、本発明の第三実施形態では、第一実施形態と同様に、マグネット２２の外周部２２Ａにおける周方向中央部には、ヨーク２０の接線方向に沿って延びる平坦面２４が形成されている。また、このマグネット２２では、第二実施形態と同様に、内周部２２Ｂの曲率が外周部２２Ａの曲率よりも大きくされている。

そして、このように、マグネット２２の外周部２２Ａにおける周方向中央部にヨーク２０の接線方向に沿って延びる平坦面２４が形成されると共に、マグネット２２の内周部２２Ｂの曲率がマグネット２２の外周部２２Ａの曲率よりも大きくされることにより、マグネット２２は、周方向中央部２６よりも周方向端部２８の方が厚く形成されている。

なお、第三実施形態において、上記以外の構成については、第一及び第二実施形態と同様の符号を付し、その説明を省略する。

このように構成されていても、上述の第一実施形態及び第二実施形態と同様に、ロータの回転時に、ステータに対して、マグネット２２の周方向中央部２６において磁極が変化した場合と、マグネット２２の周方向端部２８において磁極が変化した場合とで、表面磁束密度に差が生じることを抑制することができる。これにより、騒音の原因となる加振力が発生することを抑制することができる。

しかも、マグネット２２の外周部２２Ａにおける周方向中央部にヨーク２０の接線方向に沿って延びる平坦面２４を形成すると共に、マグネット２２の内周部２２Ｂの曲率をマグネット２２の外周部２２Ａの曲率よりも大きくするという簡単な構成により、マグネット２２の周方向中央部２６よりも周方向端部２８を厚くすることができる。

なお、本発明の第二実施形態及び第三実施形態も、第一実施形態と同様に、ブラシ付き直流モータに適用されていても良い。

また、上記第一乃至第三実施形態において、複数のマグネット２２の数は、５個以外でも良い。

また、上記第一乃至第三実施形態において、例えば、図６に示されるように、複数のマグネット２２の数は、３個で、複数のマグネット２２の極数は、６極で、ステータ１２に形成されたティース１８間のスロット３２の数は、１８個でも良い。また、図７に示されるように、複数のマグネット２２の数は、７個で、複数のマグネット２２の極数は、１４極で、ステータ１２に形成されたティース１８間のスロット３２の数は、１２個でも良い。この図６，図７に示される変形例において、上記以外の構成については、第一及び第二実施形態と同様である。この図６，図７に示される変形例において、第一及び第二実施形態と同様の構成については同様の符号を付し、その説明を省略する。

以上、本発明の一例について説明したが、本発明は、上記に限定されるものでなく、上記以外にも、その主旨を逸脱しない範囲内において種々変形して実施可能であることは勿論である。

１０…回転電機、１２…ステータ（電機子）、１４…ロータ、１６…ステータコア、１８…ティース、２０…ヨーク、２０Ａ…内周面、２２…マグネット、２２Ａ…外周部、２２Ｂ…内周部、２３Ａ，２３Ｂ…磁極、２３Ｃ…境界部、２４…平坦面、２６…周方向中央部、２８…周方向端部、３０…間隙、３２…スロット

Claims

電機子と、
円筒状に形成され、前記電機子の径方向外側に設けられたヨークと、
前記ヨークの内周面に沿って環状に配列されると共に、それぞれ前記ヨークの内周面に沿う円弧状に形成されて前記ヨークの内周面に固着された複数のマグネットと、
を備え、
前記複数のマグネットは、前記ヨークの周方向に間隙を有して配列され、
前記マグネットの周方向中央部は、他の隣り合う前記マグネット間の前記間隙と前記ヨークの径方向に対向され、
前記マグネットにおける一対の磁極の境界部は、前記マグネットにおける周方向の中央位置に位置され、
前記マグネットは、その周方向中央部よりも周方向端部の方が厚く形成されている、
回転電機。
前記マグネットの外周部における周方向中央部に前記ヨークの接線方向に沿って延びる平坦面が形成されることにより、前記マグネットは、前記周方向中央部よりも前記周方向端部の方が厚く形成されている、
請求項１に記載の回転電機。
前記マグネットの内周部の曲率が前記マグネットの外周部の曲率よりも大きくされることにより、前記マグネットは、前記周方向中央部よりも前記周方向端部の方が厚く形成されている、
請求項１に記載の回転電機。
前記マグネットの外周部における周方向中央部に前記ヨークの接線方向に沿って延びる平坦面が形成されると共に、前記マグネットの内周部の曲率が前記マグネットの外周部の曲率よりも大きくされることにより、前記マグネットは、前記周方向中央部よりも前記周方向端部の方が厚く形成されている、
請求項１に記載の回転電機。
前記複数のマグネットの数は、奇数である、
請求項１〜請求項４のいずれか一項に記載の回転電機。
前記複数のマグネットの極数は、１０極であり、
前記電機子のスロットの数は、１２個である、
請求項１〜請求項５のいずれか一項に記載の回転電機。
前記複数のマグネットの極数は、６極であり、
前記電機子のスロットの数は、１８個である、
請求項１〜請求項５のいずれか一項に記載の回転電機。
前記複数のマグネットの極数は、１４極であり、
前記電機子のスロットの数は、１２個である、
請求項１〜請求項５のいずれか一項に記載の回転電機。