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公開番号2021136840
公報種別公開特許公報(A)
公開日20210913
出願番号2020033809
出願日20200228
発明の名称モータ
出願人日本電産株式会社
代理人特許業務法人 佐野特許事務所
主分類H02K 1/27 20060101AFI20210816BHJP(電力の発電,変換,配電)
要約【課題】コギングトルクの調整を行いやすくする。
【解決手段】モータは、上下に延びる中心軸を中心に回転するロータと、前記ロータと径方向に対向して配置されるステータと、を有する。前記ステータは、周方向に並んで配置されてコイルを巻き回した複数のティースを有する。前記ロータは、周方向に並んで配置されて表面磁束分布および磁束量が互いに同じとなるN極マグネットおよびS極マグネットをそれぞれ同じ数含むマグネット群を複数有する。一の前記マグネット群の前記N極マグネットの表面磁束分布および磁束量と、他の前記マグネット群の前記N極マグネットの表面磁束分布および磁束量とは互いに異なる。
【選択図】図1
特許請求の範囲【請求項1】
上下に延びる中心軸を中心に回転するロータと、前記ロータと径方向に対向して配置されるステータと、を有するモータであって、
前記ステータは、周方向に並んで配置されてコイルを巻き回した複数のティースを有し、
前記ロータは、周方向に並んで配置されて表面磁束分布および磁束量が互いに同じとなるN極マグネットおよびS極マグネットをそれぞれ同じ数含むマグネット群を複数有し、
一の前記マグネット群の前記N極マグネットの表面磁束分布および磁束量と、他の前記マグネット群の前記N極マグネットの表面磁束分布および磁束量とは互いに異なる、モータ。
続きを表示(約 1,400 文字)【請求項2】
前記ロータの回転時に、一の前記マグネット群によって発生するコギングトルクの位相と、他の前記マグネット群によって発生するコギングトルクの位相とが互いに逆位相になるように前記N極マグネットおよび前記S極マグネットが構成される、請求項1に記載のモータ。
【請求項3】
各前記マグネット群において前記N極マグネットおよび前記S極マグネットの平面形状は同じであり、
一の前記マグネット群の前記N極マグネットの平面形状と、他の前記マグネット群の前記N極マグネットの平面形状とは異なる、請求項1または2に記載のモータ。
【請求項4】
前記N極マグネットおよび前記S極マグネットは、軸方向に垂直な断面において、周方向に延びる形状であり、
各前記マグネット群において前記N極マグネットおよび前記S極マグネットの前記形状の長手方向の長さは同じであり、
一の前記マグネット群の前記N極マグネットの前記長手方向の長さと、他の前記マグネット群の前記N極マグネットの前記長手方向の長さとは異なる、請求項3に記載のモータ。
【請求項5】
前記N極マグネットおよび前記S極マグネットは、軸方向に垂直な断面において、周方向に延びる形状であり、
各前記マグネット群において前記N極マグネットおよび前記S極マグネットの前記形状の長手方向中央部における短手方向の長さは同じであり、
一の前記マグネット群の前記N極マグネットの前記短手方向の長さと、他の前記マグネット群の前記N極マグネットの前記短手方向の長さとは異なる、請求項3に記載のモータ。
【請求項6】
前記N極マグネットおよび前記S極マグネットの外側面は、軸方向に垂直な断面において、径方向外方に凸な曲線に構成され、
各前記マグネット群において前記N極マグネットおよび前記S極マグネットの前記曲線の周方向中央部における曲率半径は同じであり、
一の前記マグネット群の前記N極マグネットの前記曲率半径と、他の前記マグネット群の前記N極マグネットの前記曲率半径とは異なる、請求項3から5のいずれか1項に記載のモータ。
【請求項7】
各前記マグネット群において前記N極マグネットおよび前記S極マグネットの材質は同じであり、
一の前記マグネット群の前記N極マグネットの材質と、他の前記マグネット群の前記N極マグネットの材質とは異なる、請求項1から6のいずれか1項に記載のモータ。
【請求項8】
前記マグネット群は3つ設けられる、請求項1から7のいずれか1項に記載のモータ。
【請求項9】
前記マグネット群は4つ設けられる、請求項1から7のいずれか1項に記載のモータ。
【請求項10】
複数の前記マグネット群の中に、前記N極マグネットおよび前記S極マグネットの数が他と異なるマグネット群が存在する、請求項1から9のいずれか1項に記載のモータ。
【請求項11】
前記ロータは、軸方向に並んで配置される複数の筒状のロータコアを有し、
複数の前記ロータコアには、前記N極マグネットの表面磁束分布および磁束量が互いに異なる前記マグネット群がそれぞれ配置される、請求項1から10のいずれか1項に記載のモータ。

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 6,100 文字)【背景技術】
【0002】
従来の永久磁石型回転電機は、回転子および固定子を有する。回転子は、周方向に所定の間隔を介して配置された複数の永久磁石の磁極を有する。固定子は、永久磁石と対向し周方向に所定の間隔を介して配置された複数の突極を有する。各突極には巻線が巻回され、隣接する突極間には巻線用スロットが形成される。
【0003】
各突極の永久磁石と対向する面に、複数の補助溝が設けられることがある(例えば、特許文献1参照)。例えば、各補助溝の周方向の幅は、巻線用スロットの開口部の幅と同じであり、補助溝の周方向の間隔は、巻線用スロットの開口部と合わせて周方向に等間隔にされる。
【0004】
上記構成の永久磁石型回転電機において、巻線用スロットの開口部の周方向の間隔と、巻線用スロットの開口部の周方向の幅および補助溝の周方向の幅とを適切な関係に設定すると、固定子の各突極間に発生する漏れ磁束により生じる磁気飽和を緩和し、負荷時のトルク脈動を低減することができる。また、巻線用スロットと補助溝によるパーミアンスの脈動を低減することができ、コギングトルクも低減することができる。
【先行技術文献】
【特許文献】
【0005】
特開2008−199894号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【0006】
ところで、固定子を環状成形した際に真円からのずれが大きくなることがある。このような状況は、例えば、巻線の占積率向上のためにステータコアの構成として分割コアが採用された場合等に起こり易くなる。例えばコギングトルクを低減するために補助溝が利用される構成は、補助溝が微小形状であるために、真円からのずれの影響を受けやすく、コギングトルクの低減効果が不十分となる可能性がある。すなわち、従来においては、コギングトルクを調整して所望のコギングトルクを得ることは、必ずしも容易ではなかった。
【0007】
本開示は、モータのコギングトルクの調整を行い易くすることができる技術を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【0008】
本開示の例示的なモータは、上下に延びる中心軸を中心に回転するロータと、前記ロータと径方向に対向して配置されるステータと、を有する。前記ステータは、周方向に並んで配置されてコイルを巻き回した複数のティースを有する。前記ロータは、周方向に並んで配置されて表面磁束分布および磁束量が互いに同じとなるN極マグネットおよびS極マグネットをそれぞれ同じ数含むマグネット群を複数有する。一の前記マグネット群の前記N極マグネットの表面磁束分布および磁束量と、他の前記マグネット群の前記N極マグネットの表面磁束分布および磁束量とは互いに異なる。
【発明の効果】
【0009】
本開示の技術によれば、モータのコギングトルクの調整を行い易くすることができる。
【図面の簡単な説明】
【0010】
図1は、本開示の一実施形態に係るモータの平面図である。
図2は、本開示の一実施形態に係るモータが有するロータの斜視図である。
図3は、本開示の一実施形態に係るモータが有するマグネットの概略形状を示す平面図である。
図4は、実施例1、比較例1、および、比較例2のコギングトルクの評価結果である。
図5は、第1変形例のモータが有するロータの側面図である。
図6は、第2変形例のモータが有するロータの平面図である。
【発明を実施するための形態】
【0011】
以下、本開示の例示的な実施形態について、図面を参照しながら詳細に説明する。本明細書では、図1および図2に示すモータ1の中心軸Cが延びる方向を「軸方向」と呼び、モータ1の中心軸Cを中心として中心軸Cと直交する方向を「径方向」と呼び、モータ1の中心軸Cを中心とする円弧に沿う方向を「周方向」と呼ぶ。また、本明細書では、説明の便宜上、軸方向を上下方向としてモータ1の各部の形状や位置関係を説明する。ただし、この上下方向の定義は、モータ1の使用時の向きを限定しない。また、本明細書で用いる「平行」および「垂直」は、厳密な意味での平行および垂直のほかに、略平行および略垂直も含む。
【0012】
<1.モータの概要>
図1は、本開示の一実施形態に係るモータ1の平面図である。図1に示すように、モータ1は、ステータ2とロータ3とを有する。
【0013】
ステータ2は環状である。詳細には、ステータ2は、中心軸Cを中心とする円環状である。ステータ2は、ロータ3と径方向に対向して配置される。本実施形態では、ステータ2は、ロータ3の径方向外方に配置される。ステータ2とロータ3との径方向間には、所定間隔の隙間が設けられる。本実施形態のモータ1は、いわゆるインナーロータ型のモータである。ただし、本開示の技術は、ステータがロータの径方向内方に配置される、いわゆるアウターロータ型のモータに適用されてもよい。
【0014】
ステータ2は、ステータコア21と、インシュレータ22と、コイル23と、を有する。
【0015】
ステータコア21は、例えば、複数枚の電磁鋼板を軸方向に積層して形成される。なお、ステータコア21は、複数のコアピースを接合して形成されてもよい。詳細には、ステータコア21は、コアバック21aと、複数のティース21bと、を有する。なお、図1においては、ティース21bは、インシュレータ22およびコイル23に隠れて見えないために破線で示している。コアバック21aは、中心軸Cを中心とする円環状である。ティース21bは、コアバック21aの内周面から径方向内方に延びる。複数のティース21bは、周方向に所定間隔で配置される。本実施形態では、ティース21bの数は12個である。複数のティース21bは、周方向に30°間隔で配置される。周方向に隣り合うティース21b間に形成されるスロットの数は、12個である。
【0016】
インシュレータ22は、ティース21bの少なくとも一部を覆う。インシュレータ22は、ステータコア21とコイル23との間に配置される。インシュレータ22は、例えば、合成樹脂等の絶縁部材により構成される。各ティース21bには、インシュレータ22を介して導線が巻かれることによりコイル23が形成される。すなわち、ステータ2は、周方向に並んで配置されてコイル23を巻き回した複数のティース21bを有する。
【0017】
図2は、本開示の一実施形態に係るモータ1が有するロータ3の斜視図である。図1および図2に示すように、ロータ3は、軸方向に延び、中心軸Cを中心とする筒状である。ロータ3は、ステータ2の径方向内方に所定の間隔を設けて配置される。ロータ3は、上下に延びる中心軸Cを中心に回転する。ロータ3は、ロータコア31と、複数のマグネット32と、を有する。
【0018】
なお、本実施形態では、ロータ3は、シャフト10を更に有する。シャフト10は、中心軸Cを中心として延びる柱状である。シャフト10は、ロータ3より上方に設けられる不図示の上軸受と、ロータ3より下方に設けられる不図示の下軸受とに回転可能に支持される。シャフト10は、ロータコア31と共に回転する。なお、シャフト10は、回転しない構成とされてもよい。この場合には、ロータ3はシャフト10に対して回転可能に支持され、シャフト10はロータ3に含まれない。
【0019】
ロータコア31は、軸方向に延び、中心軸Cを中心とする八角柱状である。ロータコア31は、例えば、複数枚の電磁鋼板を軸方向に積層して形成される。なお、ロータコア31は、複数のコアピースを接合して形成されてもよい。軸方向からの平面視において、ロータコア31の中心部には、シャフト孔311が配置される。シャフト孔311は、軸方向に貫通する貫通孔である。シャフト孔311が設けられるために、ロータコア31は筒状である。シャフト10は、シャフト孔311に挿入される。本実施形態では、シャフト10は、シャフト孔311に圧入されてロータコア31に保持される。
【0020】
複数のマグネット32のそれぞれは、ロータコア31の径方向外方の面に取り付けられる。各マグネット32は、ロータコア31に固着される。複数のマグネット32は、周方向に配列される。本実施形態では、ロータコア31の8つの側面のそれぞれに、マグネット32が1つずつ固着される。複数のマグネット32は、周方向に等間隔に配列される。すなわち、複数のマグネット32は、周方向に45°間隔で配列される。各マグネット32は、ロータコア31の上面から下面まで延びる。
【0021】
本実施形態のモータ1は、ロータ3の磁極数とスロットの数の比が2:3となるモータであり、より詳細には8極12スロットのモータである。また、モータ1は、マグネット32をロータ3の表面に配置する構造を有し、いわゆる表面磁石型(Surface Permanent Magnet;SPM)のモータである。モータ1においては、各コイル23に供給する駆動電流が制御されることにより、複数のマグネット32を有するロータ3に回転トルクが与えられる。この回転トルクにより、ロータ3が、中心軸Cを中心としてステータ2に対して回転する。
【0022】
<2.ロータおよびマグネットの詳細>
本実施形態においては、マグネット32には、N極マグネット32nとS極マグネット32sとの2種類のマグネットが含まれる。N極マグネット32nは、径方向外方の面と径方向内方の面とのうち、ティース21bに近い側の面の磁極がN極であるマグネットである。本実施形態においては、径方向外方の面がN極であるマグネット32がN極マグネット32nである。また、S極マグネット32sは、径方向外方の面と径方向内方の面とのうち、ティース21bに近い側の面の磁極がS極であるマグネットである。本実施形態においては、径方向外方の面がS極であるマグネット32がS極マグネット32sである。モータ1において、N極マグネット32nとS極マグネット32sとは、周方向に交互に並ぶ。
【0023】
ロータ3は、周方向に並んで配置されて表面磁束分布および磁束量が互いに同じであるN極マグネット32nおよびS極マグネット32sを、それぞれ同じ数含むマグネット群を複数有する。詳細には、N極マグネット32nとS極マグネット32sとの表面磁束分布および磁束量が互いに同じとは、N極マグネット32nのN極の表面磁束分布および磁束量と、S極マグネット32sのS極の表面磁束分布および磁束量とが互いに同じであることを意味する。また、同じとは、完全に同じ場合だけでなく、略同じ場合も含む。
【0024】
図1および図2において、符号「G1」は第1マグネット群のことを指し、符号「G2」は第2マグネット群のことを指す。すなわち、図1および図2に示す例では、ロータ3は、第1マグネット群G1と第2マグネット群G2との2つのマグネット群を有する。第1マグネット群G1には、N極マグネット32nとS極マグネット32sとが、それぞれ2個ずつ含まれる。第2マグネット群G2には、N極マグネット32nとS極マグネット32sとが、それぞれ2個ずつ含まれる。すなわち、各マグネット群G1、G2において、N極マグネット32nとS極マグネット32sの数は同数である。
【0025】
なお、ロータ3が有するマグネット群の数は、2つに限らず、2つより多くてもよい。また、各マグネット群に含まれるN極マグネット32nおよびS極マグネット32sの数は、それぞれ、少なくとも一つであればよく、2個ずつである必要はない。また、同一のマグネット群に含まれるN極マグネット32nとS極マグネット32sとは、周方向に隣り合ってもよいし、隣り合わなくてもよい。
【0026】
また、別の言い方をすると、ロータ3は、周方向に並んで配置されて表面磁束分布および磁束量が互いに同じであるマグネット対を少なくとも一つ含むマグネット群を複数有する。本実施形態では、マグネット対は、N極マグネット32nとS極マグネット32sとで構成される。ロータ3は、マグネット対を2つ含む第1マグネット群G1と、マグネット対を2つ含む第2マグネット群G2と、を有する。マグネット対は、周方向に隣り合ってもよいし、隣り合わなくてもよい。
【0027】
一のマグネット群のN極マグネット32nの表面磁束分布および磁束量と、他のマグネット群のN極マグネット32nの表面磁束分布および磁束量とは互いに異なる。図1および図2に示す例においては、第1マグネット群G1のN極マグネット32nの表面磁束分布および磁束量と、第2マグネット群G2のN極マグネット32nの表面磁束分布および磁束量とは互いに異なる。
【0028】
なお、同一のマグネット群において、N極マグネット32nとS極マグネット32sとの表面磁束分布および磁束量は同じである。このために、第1マグネット群G1のS極マグネット32sの表面磁束分布および磁束量と、第2マグネット群G2のS極マグネット32sの表面磁束分布および磁束量とも互いに異なる。
【0029】
また、別の言い方をすると、一のマグネット群のマグネット対の表面磁束分布および磁束量と、他のマグネット群のマグネット対の表面磁束分布および磁束量とは互いに異なる。本実施形態では、第1マグネット群G1のマグネット対32n、32sの表面磁束分布および磁束量と、第2マグネット群G2のマグネット対32n、32sの表面磁束分布および磁束量とは互いに異なる。
【0030】
本実施形態の構成では、ロータ3の回転時に、第1マグネット群G1によって発生するコギングトルクの位相と、第2マグネット群G2によって発生するコギングトルクの位相とを異なるようにできる。すなわち、本構成では、ロータ3の回転時において、2つのマグネット群G1、G2により生じる互いに位相が異なるコギングトルクを合成したコギングトルクを生じさせることができる。本構成によれば、マグネット32の構成を変更するだけでコギングトルクの調整を行うことができるために、コギングトルクの調整を行い易い。
(【0031】以降は省略されています)

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