JP3493865B2 - モータ - Google Patents
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- H—ELECTRICITY
- H02—GENERATION; CONVERSION OR DISTRIBUTION OF ELECTRIC POWER
- H02K—DYNAMO-ELECTRIC MACHINES
- H02K1/00—Details of the magnetic circuit
- H02K1/06—Details of the magnetic circuit characterised by the shape, form or construction
- H02K1/22—Rotating parts of the magnetic circuit
- 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
- H02K1/278—Surface mounted magnets; Inset magnets
- H02K1/2781—Magnets shaped to vary the mechanical air gap between the magnets and the stator
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- H—ELECTRICITY
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- H02K—DYNAMO-ELECTRIC MACHINES
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- Engineering & Computer Science (AREA)
- Power Engineering (AREA)
- Iron Core Of Rotating Electric Machines (AREA)
- Permanent Field Magnets Of Synchronous Machinery (AREA)
- Manufacture Of Motors, Generators (AREA)
Description
し、特に、該モータのロータ側の永久磁石からなる磁極
にスキュー角を付与する技術に関する。
を配設した直流ブラシレスモータにおいて、従来よりコ
ギングやトルクリップルを低減する方法として、ステー
タ側に配設されるコイル及びコイルを納めるスロットの
ティースをスキューさせる(捩じれ角を与える)方法が
採られている。このようにステータ側でスキューを行っ
た場合、らせん状に捩じられたスロット内にコイルを挿
入することになるので、生産の自動化が困難であり、量
産に適さないものとなる。
タの磁極をスキューさせる方法があり、この方法には、
永久磁石や鉄心をロータシャフト周りに螺旋状に配置す
るか、あるいは軸方向に複数(最も単純化したもので2
つ)に分割したロータ部を、互いにロータシャフト周り
に捩じった配置とすることが行われている。これら両者
の折衷案ともいえる方法として、特開昭63−1406
45号公報に開示の技術があり、これでは、トルクリッ
プルを低減するために、複数の鋼板を積層し、極数に応
じた数の永久磁石を配設した分割鉄心を、それぞれステ
ータ側鉄心の1スロットピッチ分ずつ段階的にずらして
共通のロータシャフトに取り付けた構成で、所定のスキ
ュー角を得ている。
ロータの鉄心は、ロータシャフトに対して、キー(詳し
くは、両者のキー溝に跨がるキー)又はスプライン(詳
しくは、欠歯と欠歯隙)を係合手段として、回り止め位
置決めされる。したがって、ロータを最も単純に2分割
してスキュー角を付与する位置決めを行う場合、ロータ
シャフト側の係合手段かロータ側の係合手段のいずれか
を互いに捩じれた位置に設けられなければならない。
部を一定角度捩って共通のロータシャフトに嵌合してロ
ータを構成する場合、部品品種数を減らすために、第1
及び第2ロータ部の鉄心を構成する鋼板について、それ
らの形状を統一して1種類にすると、ロータシャフトに
は第1及び第2ロータ部に対して周方向位置をスキュー
角分ずらした段違いの係合手段、すなわちキー結合の場
合はキー溝、スプライン結合の場合は欠歯又は欠歯隙の
いずれかを形成する必要があるため、ロータシャフトの
加工が複雑になってしまう。
の複雑化を避けるために、ロータシャフト側の係合溝を
周方向位置を揃えた軸方向に連続する係合溝とした場
合、積層されて第1及び第2ロータ部を構成する鋼板の
係合溝の位置を、磁石を嵌める凹部の位置に対して互い
に異なるものにする必要があり、結果的に形状を異なら
せた2種類の鉄心用鋼板を必要とすることになる。この
ことは、部品品種数の増加につながる。同様のことがロ
ータの分割数を多くした場合についてもいえる。したが
って、上述した両方法ともコストアップとなる。
品品種数の増加を避けながら、ロータ側の永久磁石から
構成される磁極に所定のスキュー角を付与したモータを
提供することを第1の目的とする。
によりコギングトルクによるモータのトルク振動を低減
することを第2の目的とする。
によりモータのトルクリップルを低減することを第3の
目的とする。
するため、本発明は、ロータシャフトと、該ロータシャ
フト上に回り止め嵌合され、複数の永久磁石が等ピッチ
角度で配設される少なくとも第1及び第2ロータ部を含
む複数のロータ部からなるロータと、該ロータの径方向
外方に配設されるステータと、からなるモータにおい
て、前記ロータシャフトは、その軸方向に延び、前記ロ
ータの第1ロータ部と第2ロータ部とに形成された互い
に整列する係合部に共通に嵌合する係合手段を有し、前
記第1及び第2ロータ部は、それぞれ複数の鋼板を積層
して構成され、各々の前記鋼板は、前記ロータシャフト
の係合手段に嵌合する係合部を、前記永久磁石の配設ピ
ッチ角度をPとして、任意の前記永久磁石の中心から0
度を超えP/2度に満たない範囲の所定角度θずらした
位置に形成され、各々の前記鋼板のうち、積層されて前
記第1ロータ部を構成する鋼板と第2ロータ部を構成す
る鋼板とは、互いに表裏逆向きで前記ロータシャフトの
係合手段に嵌合することを特徴とする。
前記所定角度θを、前記ステータのスロットピッチ角度
をS、0を含む整数からなる任意の倍数をnとして、0
<θ≦P/4の範囲で、θ={(n/2)+(1/
4)}×S、又は、P/4<θ≦P/2の範囲で、θ=
(P/2)−{(n/2)+(1/4)}×S、に設定
した構成が採られる。
前記所定角度θを、前記ステータのスロットピッチ角度
をS、0を含む任意の整数をnとして、0<θ≦P/4
の範囲で、θ={n+(1/2)}×S、又は、P/4
<θ<P/2の範囲で、θ=(P/2)−{n+(1/
2)}×S、に設定した構成が採られる。
久磁石は、それぞれロータの外周の凹部に配設される構
成とするのが有効である。
は、ロータ鉄心を構成する鋼板の係合部の位置を永久磁
石の中心、すなわち磁極の中心から、所定角度θだけず
らした角度位置に形成した単一形状の鋼板を表裏反転さ
せて、それぞれに積層し、ロータシャフトの共通の係合
手段に嵌合することで、第1ロータ部及び第2ロータ部
の磁極間に所期のスキュー角度2θの捩じり角度を付与
することができる。これにより、第1及び第2ロータ部
の鉄心を構成する鋼板について、形状の統一が可能とな
り、しかも、ロータシャフト側の係合手段の形状の単純
化も達成される。したがって、部品品種数の増加と加工
の複雑化を避け、コストを低減することができる。
角度θをθ={(n/2)+(1/4)}×S、又はθ
=(P/2)−{(n/2)+(1/4)}×Sにする
ことで、表裏反転により第1及び第2ロータの間に形成
されるスキュー角度2θを、ステータのスロットピッチ
角度Sの1/2に設定しているので、第1及び第2ロー
タ部のそれぞれに発生する1スロットに1周期の割合で
発生するコギングトルクを半周期ずつずらして相殺させ
ることができ、コギングトルクによるトルク振動を低減
することができる。したがって、この構成によれば、上
記の効果に加えて、モータのトルク振動の大きな要素を
占めるコギングトルクを打ち消して、全体としてのトル
ク振動を低減することができる。
角度θをθ={n+(1/2)}×S、又はθ=(P/
2)−{n+(1/2)}×Sにすることで、表裏反転
により第1及び第2ロータの間に形成されるスキュー角
度2θを、ステータのスロットピッチ角度Sの奇数倍に
設定してしているので、第1及び第2ロータ部のそれぞ
れに発生する2スロットに1周期の割合で発生するトル
クリップルを半周期ずつずらして相殺させることがで
き、トルクリップルによるトルク振動を低減することが
できる。したがって、この構成によれば、上記の効果に
加えて、モータのトルク振動のもう1つの大きな要素を
占めるトルクリップルを打ち消して、全体としてのトル
ク振動を低減することができる。
合部に対する永久磁石の位置設定が、永久磁石の凹部へ
の配設により容易になされる。
施形態を説明する。まずモータの全体構成から説明する
と、図1に軸方向断面、図2の軸横断断面を示すよう
に、モータは、ケース10に両端をベアリング11を介
して回転自在に支持されたロータシャフト2と、ロータ
シャフト2上に回り止め嵌合され、極数に対応する複数
(本実施形態において6個)の永久磁石32が外周凹部
31にそれぞれ等ピッチ角度で配設された第1及び第2
ロータ部3a,3b(以下、位置関係を区別する意味
で、必要に応じて、符号数字の末尾に英小文字の識別符
号を付す)からなるロータ3と、ケース10に外周を回
り止め嵌合され、ロータ3の径方向外方に配設され、軸
方向に多数積層した鉄心40と、鉄心40のスロット4
3に挿通されたコイル(図示せず)とからなるステータ
4とを備える。なお、図1において、符号5はロータシ
ャフト2の一端に固定されて、ロータシャフト2と共に
回転し、磁極位置を検出するレゾルバ、41はステータ
鉄心40の両端に張り出すコイルエンド、21は、永久
磁石32と積層した鉄心40を挟持する挟持板を示す。
また、図2において、第1ロータ部3a側の永久磁石
は、錯綜を避けるため示されていない。
ロータシャフト2は、ロータ3の第1ロータ部3aと第
2ロータ部3bとに形成された係合部33に共通に嵌合
する係合手段22を有する。この形態において、ロータ
シャフト2の周面は、スプラインのない円筒形とされ、
係合手段22は、ロータシャフト2の周面の一部に軸方
向に平行に削設した1条のキー溝23に嵌合するキーと
されている。なお、この形態では、キー22はキー溝2
3への嵌合部から軸方向両側に張り出す延長部を有し、
これらの延長部は、挟持板21のキー溝23に嵌合し、
挟持板21の回り止めも兼ねる構成とされている。ロー
タ3の第1及び第2ロータ部3a,3bは、それぞれ複
数の打抜き電磁鋼板からなるロータ鉄心30を板厚方向
に積層して構成される。
0は、ロータシャフト2の円筒形の外周面に嵌合させる
ための円形断面の中心孔34を形成され、該孔34の周
面に連続させる形で、ロータシャフト2側の係合手段と
してのキー22に嵌合する係合部すなわちキー溝33が
形成されている。キー溝33は、本発明の主題に沿い、
磁極を構成する永久磁石32が配設される蟻溝形の6個
の凹部31の中の任意の1つの中心Aから所定角度θだ
けずらした位置に形成されている。すなわち、隣合う永
久磁石により構成される磁極のピッチを円周方向に計っ
た中心角(磁極ピッチ角度)をP(本実施形態において
60°)として、ピッチ角度Pの1/2(30°)未満
かつ0を超える範囲の角度(0<θ<P/2)だけずら
した位置に形成される。
形成された各々の鋼板30のうち、積層されて第1ロー
タ部3aの鉄心を構成する鋼板30a(図の左側に示
す、以下この状態を仮に表とする)と第2ロータ部3b
の鉄心を構成する鋼板30b(図の右側に裏返し状態で
示す)とは、互いに表裏逆向きでロータシャフト2のキ
ー22に嵌合される(この重ね合わせ状態を図の下方に
示す)。このようにキー溝33の位置を合わせて表裏逆
向きで鋼板30を重ね合わせた場合、キー溝33を中心
として、表向きの鋼板30aの凹部31aは、キー溝3
3に対して時計回り方向にθF 、裏向きの鋼板30bの
凹部31bは、キー溝33に対して反時計回り方向にθ
R だけずれた位置になるため、中心AF ,AR のなす角
度は、θF +θR となる。この図示する形態の場合、θ
をP/2に近い大きな角度に設定しているため、裏向き
の鋼板30bの凹部31bは、表向きの鋼板30aの隣
接する凹部31aに近くなり、当初の凹部同士の関係で
は、P−2θとなるが、互いに軸方向に隣接する凹部3
1a’,31b同士のなす角度でみれば、絶対値で2θ
となる。
/2に近い大きな値としているのは、凹部31に取り付
けられる永久磁石の冷却用に鋼板30に形成される油孔
35と径方向に重ならないように、それらの中間部付近
にキー溝33を位置させる強度保持上の配慮による。
した場合について、図4を参照して説明する。この場合
は、キー溝33の位置を合わせて表裏逆向きで鋼板30
を重ね合わせた場合、キー溝33を中心として、表向き
の鋼板30aの凹部31aは、キー溝33に対して反時
計回り方向にθF 、裏向きの鋼板30bの凹部31b
は、キー溝33に対して時計回り方向にθR だけずれた
位置になる。この図示する形態の場合、θを0に近い小
さな角度に設定しているため、裏向きの鋼板30bの凹
部31bは、表向きの鋼板30aの当初の凹部31aに
近くなり、両凹部31a,31bのなす角度は、そのま
ま2θとなる。
関係を図表化して示す。図に示すように、特定の磁極中
心に合わせて設定された所定角度θは、磁極ピッチ角度
Pとの関係で、P/4を過ぎると表裏逆向きとした重ね
合わせ時に次極の磁極中心に近づくようになるため、設
定されるスキュー角2θは、所定角度θ=P/4を境と
し、P/2を最大とする値となる。
の要因で発生し、それらの振幅も周波数モードも様々で
あり、複合された振動波形も複雑なものとなる。したが
って、上記スキュー角の設定で全ての振動トルクを打ち
消すことはできない。したがって、実際には、トルク振
動の実測値から、最も大きな振幅で現れる次数の振動ト
ルクを打ち消すことが全体としての振動トルクの低減に
は有効となるが、以下に、振動モードが明らかで、振幅
の大きな主要なトルク振動を打ち消す場合のスキュー角
度の設定例を2例挙げて説明する。
ルク振動を低減させる場合、このトルク振動は、第1及
び第2のロータ部3a,3bについて、それぞれステー
タ4の1スロットに1周期ずつ発生する。このように、
1周期ずつ発生するコギングトルクの場合、第1及び第
2ロータ部3a,3bのスキュー角度2θを、ステータ
4のスロットピッチ角度Sの1/2に設定することで、
第1及び第2ロータ部3a,3bにそれぞれ発生するト
ルク振動を打ち消し合って低減することができる。した
がって、スキュー角度2θ、又はP−2θを機械角で半
スロットピッチ角度S/2の奇数倍に設定すればよい。
すなわち、θを0<θ≦P/4の範囲で設定する場合
は、 2θ=(2n+1)×(S/2)・・・(1) また、θをP/4<θ<P/2の範囲で設定する場合
は、 P−2θ=(2n+1)×(S/2)・・・(2) の関係になるので、これらの式からθを求めると (1)式の場合は、 θ={(n/2)+1/4}×S (2)式の場合は、 θ=(P/2)−{(n/2)+(1/4)}×S となる。
S=10°、ロータ3の磁極ピッチP=60°、倍数n
=0とした場合について所定角度θを求めると、所定角
度θ=2.5°及び27.5°となる。
合、このトルク振動は、第1及び第2のロータ部3a,
3bについて、それぞれステータ4の2スロットに1周
期ずつ発生する。そこで、この振動トルクを打ち消すに
は、スキュー角度2θ又はP−2θを機械角でステータ
4のスロットピッチ角度Sの奇数倍に設定すればよい。
すなわち、θを0<θ≦P/4の範囲で設定する場合
は、 2θ=(2n+1)×S・・・(3) また、θをP/4<θ<P/2の範囲で設定する場合
は、 P−2θ=(2n+1)×S・・・(4) として、θを求めると、 (3)式の場合は、 θ=(n/2)×S (4)式の場合は、 θ=(P/2)−(n/2)×S となる。
角度S=10°、ロータ3の磁極ピッチ角度P=60
°、倍数n=0とした場合について角度θを求めると、
所定角度θ=5°又は25°となり、スキュー角度2θ
=10°となって、スロットピッチ角度S=10°と一
致する。
場合についても、モータは、第1及び第2ロータ部3
a,3bの鉄心を構成する鋼板30を単一の型でプレス
打抜き可能な1種類のものとし、ロータシャフト2のキ
ー溝23も両ロータ部3a,3bに通しの単純な1条も
のとして、鋼板30の部品品種数の増加及びロータシャ
フト2のキー溝23の加工の複雑化を避けることがで
き、しかも、意図するトルク振動を低減することのでき
るスキュー角度2θを容易に設定することができる。
本発明の狙いとするところを最も単純化された形態で顕
著に実現すべく、ロータを2分割として第1及び第2ロ
ータ部3a,3bのみで構成しているが、本発明の思想
は、ロータを3つ以上に分割した場合についても、同様
に適用可能である。以下、ロータを更に多分割した実施
形態について説明する。
す。この形態では、3つのロータ部のうち、2つのロー
タ部を本発明の概念が適用された第1及び第2のロータ
部3a,3bとし、他の1つのロータ部3cについて
は、第1又は第2のロータ部3a,3bに対して所定の
スキュー角を付したロータ部としている。この場合、他
のロータ部3cは、図の(a)に示すように、第1及び
第2ロータ部3a,3bのいずれか片側に配置すること
もできるし、図の(b)に示すように、第1及び第2ロ
ータ部3a,3bの間に挟み込むように配置することも
できる。
を示す。この形態では、4つのロータ部のうち、2つず
つのロータ部3a,3b及びロータ部3a’,3b’を
それぞれ本発明の思想が適用された第1及び第2のロー
タ部として構成している。この場合は、図の(a)に示
すように、第1の対をなす第1及び第2ロータ部3a,
3bと第2の対をなす第1及び第2のロータ部3a’,
3b’の組を軸方向に隣合わせに配置してもよいし、図
の(b)に示すように、一方の対をなす第1及び第2ロ
ータ部3a,3bの間に、他方の対のロータ部3a’,
3b’を挟み込む軸方向配置としてもよいし、図の
(c)に示すように、それぞれの対のロータ部3a,3
a’3b,3b’を軸方向に互い違いに配置してもよ
い。
合、いずれの形態においても、分割数より少ない種類の
鋼板でロータを構成可能な特徴を維持でき、部品品種数
の増加を抑えることができる点は、ロータを2分割した
場合と同様であるが、これらの形態の場合には、特に単
一のスキュー角の付与では同時に抑制することができな
い奇数次のトルク振動と偶数次のトルク振動の抑制への
より細かな対応が可能となる利点が得られる。具体的に
は、例えば、第1の対のロータ部3a,3bについて
は、コギングトルクを低減させるスキュー角、他のロー
タ部3cについては、ロータ部3a又はロータ部3bと
の関係で得られるトルクリップルを低減させるスキュー
角とする設定、あるいは、図7(a)を参照して、第1
の対のロータ部3a,3b及び第2の対のロータ部3
a’,3b’にコギングトルクを低減させるスキュー角
を付与する設定にするとともに、第1の対のロータ部3
aと第2の対のロータ部3a’及び第1の対のロータ部
3bと第2の対のロータ部3b’の関係にトルクリップ
ルを低減させるスキュー角を付与する構成等がその例で
ある。
したが、本発明はこれらの実施形態に限るものではな
く、特許請求の範囲に記載の事項の範囲内で種々に具体
的構成を変更して実施することができる。
である。
を構成する鋼板の組み合わせ方法を所定角度θを大きく
設定した場合で示す説明図である。
定した場合で示す説明図である。
を示すグラフである。
び第2のロータ部の配置を概念的に示す説明図である。
1及び第2のロータ部の配置を概念的に示す説明図であ
る。
Claims (4)
- 【請求項1】 ロータシャフトと、該ロータシャフト上
に回り止め嵌合され、複数の永久磁石が等ピッチ角度で
配設される少なくとも第1及び第2ロータ部を含む複数
のロータ部からなるロータと、該ロータの径方向外方に
配設されるステータと、からなるモータにおいて、 前記ロータシャフトは、その軸方向に延び、前記ロータ
の第1ロータ部と第2ロータ部とに形成された互いに整
列する係合部に共通に嵌合する係合手段を有し、 前記第1及び第2ロータ部は、それぞれ複数の鋼板を積
層して構成され、 各々の前記鋼板は、 前記ロータシャフトの係合手段に嵌合する係合部を、前
記永久磁石の配設ピッチ角度をPとして、任意の前記永
久磁石の中心から0度を超えP/2度に満たない範囲の
所定角度θずらした位置に形成され、 各々の前記鋼板のうち、積層されて前記第1ロータ部を
構成する鋼板と第2ロータ部を構成する鋼板とは、互い
に表裏逆向きで前記ロータシャフトの係合手段に嵌合す
ることを特徴とするモータ。 - 【請求項2】 前記所定角度θを、前記ステータのスロ
ットピッチ角度をS、0を含む整数の中から選ばれる任
意の倍数をnとして、0<θ≦P/4の範囲では、 θ={(n/2)+(1/4)}×S、 P/4<θ≦P/2の範囲では、 θ=(P/2)−{(n/2)+(1/4)}×S、 に設定したことを特徴とする請求項1記載のモータ。 - 【請求項3】 前記所定角度θを、前記ステータのスロ
ットピッチ角度をS、0を含む整数の中から選ばれる任
意の倍数をnとして、0<θ≦P/4の範囲では、 θ={n+(1/2)}×S、 P/4<θ<P/2の範囲では、 θ=(P/2)−{n+(1/2)}×S、 に設定したことを特徴とする請求項1記載のモータ。 - 【請求項4】 前記複数の永久磁石は、それぞれロータ
の外周の凹部に配設されることを特徴とする請求項1、
2又は3記載のモータ。
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