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公開番号2021129443
公報種別公開特許公報(A)
公開日20210902
出願番号2020023395
出願日20200214
発明の名称モータ
出願人株式会社デンソー
代理人特許業務法人太陽国際特許事務所
主分類H02K 1/27 20060101AFI20210806BHJP(電力の発電,変換,配電)
要約【課題】ティースレス構造のモータにおいてトルクリップルを抑制する。
【解決手段】モータ10は、ステータ22と、ロータ20と、を備えている。ステータ22は、ステータコア32と、ステータコア32に支持されかつステータコア32の径方向内側の面に沿って周方向に並んで配置された導線部34Aを有するコイル体34と、を備えている。ロータ20は、導線部34Aと径方向に対向して配置されたマグネット30を備えている。そして、マグネット30における導線部34Aと対向する面における表面磁束密度を回転電機角0°から360°の範囲で測定した波形についてFFT解析を行い、5次の波形に対する位相と7次の波形に対する位相とが逆位相となるように、マグネット30内の磁束が設定されている。
【選択図】図2
特許請求の範囲【請求項1】
磁性材料を用いて環状に形成されたステータコア(32)と、導電性の巻線を用いて形成されていると共に前記ステータコアに支持されかつ前記ステータコアの径方向外側の面又は径方向内側の面に沿って周方向に並んで配置された導線部(34A)を有するコイル(34)と、を備えたステータ(22)と、
前記導線部と径方向に対向して配置されたマグネット(30)を有し、前記コイルに通電されることで回転するロータ(20)と、
を備え、
前記マグネットにおける前記導線部と対向する面における表面磁束密度を回転電機角0°から360°の範囲で測定した波形についてFFT解析を行い、5次の波形に対する位相と7次の波形に対する位相とが逆位相となるように、前記マグネット内の磁束が設定されたモータ。
続きを表示(約 800 文字)【請求項2】
前記表面磁束密度が、
回転電機角が30°から60°の範囲においては30°から60°へ向かうにつれて変化しない又は増加するように、
回転電機角が60°から90°の範囲においては30°から60°の範囲に対してより増加するように、
回転電機角が90°から120°の範囲においては90°から120°へ向かうにつれて減少するように、
回転電機角が120°から150°の範囲においては120°から150°へ向かうにつれて変化しない又は90°から120°の範囲に対して緩やかに減少するように、
回転電機角が210°から240°の範囲においては210°から240°へ向かうにつれて変化しない又は減少するように、
回転電機角が240°から270°の範囲においては210°から240°の範囲に対してより減少するように、
回転電機角が270°から300°の範囲においては270°から300°へ向かうにつれて増加するように、
回転電機角が300°から330°の範囲においては300°から330°へ向かうにつれて変化しない又は270°から300°の範囲に対して緩やかに増加するように、
前記マグネット内の磁束が設定された請求項1に記載のモータ。
【請求項3】
前記ロータは、周方向に並んで配列された複数の前記マグネットを含んで構成され、
周方向に隣り合う一対の磁極中心(P)の間の周方向の中央において、一対の前記マグネットが周方向に離間している請求項1又は請求項2記載のモータ。
【請求項4】
前記ロータは、周方向に並んで配列された複数の前記マグネットを含んで構成され、
周方向に隣り合う一対の磁極中心において、一対の前記マグネットが周方向に離間している請求項1又は請求項2記載のモータ。

発明の詳細な説明【技術分野】
【0001】
本開示は、モータに関する。
続きを表示(約 6,300 文字)【背景技術】
【0002】
下記特許文献1には、ステータへ通電がなされることでロータが回転するモータ(回転電機)が開示されている。この文献に記載されたモータでは、ロータの内周部にリング形状のマグネット(永久磁石)が設けられている。そして、このマグネットの径方向かつ中心方向に設定された集束軸に沿った方向へ集束するように、磁化容易軸が傾斜して配向されている。これにより、モータのトルクを大きくすること等が可能となっている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【0003】
特開2015−228762号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【0004】
ところで、上記特許文献1に記載された構成は、モータのトルクを大きくするという観点では有用な構成ではある。しかしながら、ステータコアの径方向外側の面又は径方向内側の面に沿って導線部が並んで配置された構成(ティースレスの構成)のモータに上記特許文献1に記載されたマグネットの構成を適用すると、トルクリップルを低減するという観点で改善が望まれる場合がある。
【0005】
本開示は上記事実を考慮し、トルクリップルを抑制することができるティースレス構造のモータを得ることが目的である。
【課題を解決するための手段】
【0006】
上記課題を解決するモータは、磁性材料を用いて環状に形成されたステータコア(32)と、導電性の巻線を用いて形成されていると共に前記ステータコアに支持されかつ前記ステータコアの径方向外側の面又は径方向内側の面に沿って周方向に並んで配置された導線部(34A)を有するコイル(34)と、を備えたステータ(22)と、前記導線部と径方向に対向して配置されたマグネット(30)を有し、前記コイルに通電されることで回転するロータ(20)と、を備え、前記マグネットにおける前記導線部と対向する面における表面磁束密度を回転電機角0°から360°の範囲で測定した波形についてFFT解析を行い、5次の波形に対する位相と7次の波形に対する位相とが逆位相となるように、前記マグネット内の磁束が設定されている。
【0007】
この様に構成することで、トルクリップルを抑制することができる。
【図面の簡単な説明】
【0008】
モータを軸方向に沿って切断した断面を示す断面図である。
図1に示された2−2線に沿って切断したモータの断面を示す断面図である。
図1に示されたモータのロータの一部を模式的に示す図であり、マグネット1極対分を示している。
図3に示されたマグネットの径方向内側の面における表面磁束密度を回転電機角0°から360°の範囲で測定した波形を示すグラフである。
図4に示された波形についてFFT解析を行った結果を示すグラフである。
図3に示されたモータの巻線鎖交磁束密度を回転電機角0°から360°の範囲で測定した波形を示すグラフである。
図6に示された波形についてFFT解析を行った結果を示すグラフである。
第1比較例に係るモータのマグネットの表面磁束密度の波形を示す図4に対応するグラフである。
図8に示された波形についてFFT解析を行った結果を示すグラフである。
第1比較例に係るモータの巻線鎖交磁束密度の波形を示す図6に対応するグラフである。
図10に示された波形についてFFT解析を行った結果を示すグラフである。
第2比較例に係るモータのマグネットの表面磁束密度の波形を示す図4に対応するグラフである。
図12に示された波形についてFFT解析を行った結果を示すグラフである。
第2比較例に係るモータの巻線鎖交磁束密度の波形を示す図6に対応するグラフである。
図14に示された波形についてFFT解析を行った結果を示すグラフである。
ロータハウジングの一部を磁路として用いている例を示す図3に対応する模式図である。
磁路を形成する磁性体をマグネットの間に設けた例を示す図3に対応する模式図である。
磁極中心においてマグネットを離間させた例を示す図3に対応する模式図である。
他の形態の導線部の配列を示す図2に対応する断面図である。
他の形態の導線部の配列を示す図2に対応する断面図である。
他の形態の導線部の配列を示す図2に対応する断面図である。
インナロータ型のモータを示す図2に対応する断面図である。
【発明を実施するための形態】
【0009】
図1〜図3を用いて実施形態に係るモータについて説明する。
【0010】
図1及び図2に示されるように、本実施形態のモータ10は、車両用空調装置の一部を構成するファンを回転させるために用いられるアウタロータ型のモータ(ブラシレスモータ)である。このモータ10は、回転軸12を回転させるモータ本体14と、モータ本体14への通電を制御することにより回転軸12の回転を制御する図示しない制御部と、モータ本体14及び制御部を支持するセンタピース18と、を備えている。なお、図中に適宜示す矢印Z方向、矢印R方向及び矢印C方向は、回転軸12の回転軸方向一方側、回転径方向外側及び回転周方向一方側をそれぞれ示すものとする。また以下、単に軸方向、径方向、周方向を示す場合は、特に断りのない限り、回転軸12の回転軸方向、回転径方向、回転周方向を示すものとする。
【0011】
モータ本体14は、回転軸12と、ロータ20と、ステータ22と、を主要な要素として構成されている。
【0012】
図1に示されるように、回転軸12は、円柱状の鋼材を用いて形成されている。この回転軸12は、センタピース18に固定された一対のベアリング26によって回転自在に支持されている。
【0013】
ロータ20は、軸方向他方側が開放された有底円筒状に形成されたロータハウジング28にマグネット30が固定されることによって構成されている。ロータハウジング28は、円板状に形成された底壁28Aと、底壁28Aの径方向外側の端から軸方向他方側へ屈曲して延びる円筒状の周壁28Bと、を備えている。底壁28Aの中心部には、回転軸12が挿入される挿入部28Cが設けられている。回転軸12が挿入部28Cに圧入されることで、ロータハウジング28と回転軸12とが一体回転可能に結合されている。
【0014】
マグネット30は、ロータハウジング28の周壁28Bの径方向内側の面に接着剤等を介して固定されている。また、マグネット30は、当該マグネット30の軸方向の中心とステータコア32の径方向外側の部分32Aの軸方向の中心とが一致した状態で、ステータ22と径方向に対向して配置されている。
【0015】
図1及び図2に示されるように、ステータ22は、環状に形成されたステータコア32と、ステータコア32の径方向外側の部分32Aに固定されたコイルとしての環状のコイル体34と、を含んで構成されている。
【0016】
ステータコア32は、磁性材料である鉄や鋼の板材を用いて所定の形状に形成された複数のコアシート36が軸方向に積層されて一体化されること等によって形成されている。ここで、複数のコアシート36は、一例としてその一部が互いに凹凸嵌合されることにより一体化されている。
【0017】
図1に示されるように、ステータコア32の径方向外側の部分32Aの軸方向への厚み寸法は、ステータコア32の径方向の中心部32Bの軸方向への厚み寸法よりも厚くなっている。これにより、ステータコア32の径方向外側の部分32Aとステータコア32の径方向の中心部32Bとの境目における軸方向一方側及び軸方向他方側には、それぞれ軸方向に高さの差を有する段差が形成されている。なお、この段差が形成されていない構成としてもよい。
【0018】
また、ステータコア32の径方向の中心部32Bには、センタピース18に形成されたステータコア支持部18Aが挿入される支持孔32Dが形成されている。そして、センタピース18に形成されたステータコア支持部18Aがステータコア32の支持孔32Dに挿入されることで、ステータコア32(ステータ22)のセンタピース18に対する周方向への位置決めがなされる。また、ステータコア32(ステータ22)は、ステータコア支持部18Aに圧入等により固定されている。
【0019】
コイル体34は、巻線としての複数の導線40がステータコア32の径方向外側の部分32Aを覆う形状に湾曲及び屈曲されること等により形成されている。なお、本実施形態では、一例として、U相、V相、W相をそれぞれ構成する3本の導線40を所謂波巻することでコイル体34が形成されている。また、3本の導線40は、図示しない制御部に接続されている。これにより、コイル体34(3本の導線40)への通電が制御部によって制御されるようになっている。
【0020】
ここで、U相、V相、W相をそれぞれ構成する3本の導線40においてステータコア32の径方向外側の部分32Aにおける径方向外側の面32A0に沿って配置される部分を導線部34Aと呼ぶ。図2に示されるように、導線部34Aは、軸方向にのびる導線40の一部が周方向に配列される(本実施形態では7列で配列される)ことにより構成されており、U相の導線部34A、V相の導線部34A及びW相の導線部34Aは、周方向に沿ってこの順で配列されている。また、U相の導線部34A、V相の導線部34A及びW相の導線部34Aは、周方向に隙間なく配列されている。これにより、各々の導線部34Aの間にステータコア32の一部等の導線間部材が設けられていない構成となっている。このような構造を「ティースレス構造」と呼ぶ。
【0021】
図1に示されるように、U相、V相、W相をそれぞれ構成する3本の導線40においてステータコア32の径方向外側の部分32Aにおける軸方向一方側の面32A1に沿って配置される部分を第1コイルエンド34Bと呼ぶ。さらに、U相、V相、W相をそれぞれ構成する3本の導線40においてステータコア32の径方向外側の部分32Aにおける軸方向他方側の面32A2に沿って配置される部分を第2コイルエンド34Cと呼ぶ。
【0022】
ところで、モータ10のトルクを大きくするという観点では、マグネット30とコイル体34との相互作用による巻線鎖交磁束密度を大きくすることが重要である。また、ティースレス構造のモータ10では、当該モータ10のインダクタンスを所望のインダクタンスとすることと巻線鎖交磁束の歪を低減することとの互いに背反する要求を満足させつつ、トルクリップルを低減できることが望ましい。さらに、トルクリップルを抑制するという観点では、上記巻線鎖交磁束密度の波形(回転電機角0°から360°の範囲で測定した波形)を正弦波に沿う波形とすることが重要である。以下、本実施形態のティースレス構造のモータ10に対応したトルクリップルを抑制するためのロータ20の構成について説明する。
【0023】
図2及び図3に示されるように、本実施形態のロータ20では、磁極中心Pにおいて径方向内側がN極とされた一対のマグネット30Nと、磁極中心Pにおいて径方向内側がS極とされた一対のマグネット30Sと、を備えている。一対のマグネット30N、30Sは、径方向を厚み方向として周方向に延在する板状に形成されている。磁極中心Pにおいて径方向内側がN極とされた一対のマグネット30Nは、磁極中心Pにおいて互いに周方向に当接している。また、磁極中心Pにおいて径方向内側がS極とされた一対のマグネット30Sは、磁極中心Pにおいて互いに周方向に当接している。さらに、磁極中心Pにおいて径方向内側がN極とされた一対のマグネット30Nと、磁極中心Pにおいて径方向内側がS極とされた一対のマグネット30Sと、は周方向に間隔をあけて配列されている。なお、本実施形態のマグネット30は、一例として残留磁束密度Brが1.0T以上であり、保磁力bHcが400kA/m以上となっている。
【0024】
ここで、図3に示されるように、磁極中心Pにおいて径方向内側がN極とされた一対のマグネット30Nは、磁極中心P側の端部30N1と磁極中心Pとは反対側の端部30N2とで磁化容易軸が異なる方向に向いている。具体的には、一対のマグネット30Nでは、磁極中心Pとは反対側の端部30N2から磁極中心P側の端部30N1へ向かうにつれて径方向外側から内側へ円弧状の線を描くような磁力線となるように磁化容易軸が設定されている。
【0025】
また、磁極中心Pにおいて径方向内側がS極とされた一対のマグネット30Sでは、磁極中心P側の端部30S1から磁極中心Pとは反対側の端部30S2へ向かうにつれて径方向内側から外側へ円弧状の線を描くような磁力線となるように磁化容易軸が設定されている。
【0026】
なお、一対のマグネット30N、30Sにおける径方向内側の面において磁力線と周方向とのなす角度を極集中配向角度θ1と呼ぶ。また、一対のマグネット30N、30Sにおける径方向外側の面において磁力線と周方向とのなす角度を極間配向角度θ2と呼ぶ。
【0027】
図4には、1極対のマグネット30(一対のN極のマグネット30N及び一対のS極のマグネット30S)の径方向内側の面における表面磁束密度を回転電機角0°から360°の範囲で測定した波形が示されている。
【0028】
この図に示されるように、回転電機角が0°から180°の範囲では、すなわち、磁極中心Pにおいて径方向内側がN極とされた一対のマグネット30Nと対応する範囲においては、0°から90°へ向かうにつれて表面磁束密度が増加し、90°から180°へ向かうにつれて表面磁束密度が減少する。
【0029】
詳述すると、本実施形態では、回転電機角が0°から30°の範囲においては、0°から30°へ向かうにつれて表面磁束密度が増加する。また、回転電機角が30°から60°の範囲においては30°から60°へ向かうにつれて表面磁束密度がほぼ変化しない。さらに、回転電機角が60°から90°の範囲においては30°から60°の範囲に対して急激に表面磁束密度が増加する。
【0030】
回転電機角が90°から120°の範囲においては90°から120°へ向かうにつれて表面磁束密度が減少する。また、回転電機角が120°から150°の範囲においては120°から150°へ向かうにつれて表面磁束密度がほぼ変化しない。さらに、回転電機角が150°から180°の範囲においては120°から150°の範囲に対して急激に表面磁束密度が増加する。
(【0031】以降は省略されています)

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