JP2021007275A - Spork-type motor, motor for vehicle, unmanned flying body and electric assist device - Google Patents
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Abstract
Description
本発明は、スポーク型モータ、車両用モータ、無人飛行体及び電動アシスト装置に関する。 The present invention relates to spoke type motors, vehicle motors, unmanned aerial vehicles and electric assist devices.
スポーク型のモータにおいては、ロータが回転する際の遠心力によって永久磁石が飛散することを防止する構造を採用する必要がある。永久磁石の飛散防止構造としては、永久磁石とロータコアとを樹脂モールドすることにより永久磁石の飛散を防止する構造も知られている。 In the spoke type motor, it is necessary to adopt a structure that prevents the permanent magnets from scattering due to the centrifugal force when the rotor rotates. As a structure for preventing the scattering of the permanent magnet, a structure for preventing the scattering of the permanent magnet by resin-molding the permanent magnet and the rotor core is also known.
ロータコアの形状を工夫することで永久磁石の飛散を防止する構造が知られている。例えば、特許文献1には、ロータコアに設けた突起部により永久磁石の飛散を防止する構造が開示されている。例えば、特許文献2には、永久磁石をロータコアに挿入することにより永久磁石の飛散を防止する構造が開示されている。
A structure that prevents the scattering of permanent magnets by devising the shape of the rotor core is known. For example,
しかしながら、樹脂モールドによって永久磁石の飛散を防止する構造では、ロータの回転数によっては強度不足となる可能性がある。特許文献1及び特許文献2に記載されているように、ロータコアの一部が永久磁石の径方向外側を覆う構造においては、永久磁石の径方向外側を覆うロータコアの一部によって磁束分布に乱れを生じさせることとなる。磁束分布に乱れが生じた場合には、コギングトルクの脈動等により振動が大きくなる可能性がある。磁束分布に乱れが生じた場合には、電気角次数が高い振動が大きくなる可能性がある。
However, in the structure that prevents the permanent magnets from scattering by the resin mold, the strength may be insufficient depending on the rotation speed of the rotor. As described in
本発明の一つの態様は、以上のような点を考慮してなされたもので、永久磁石の飛散防止強度を保持しつつ低振動化を実現できるスポーク型モータ、及びスポーク型モータを備えた車両用モータ、無人飛行体及び電動アシスト装置を提供することを目的とする。 One aspect of the present invention has been made in consideration of the above points, and is a spoke type motor capable of achieving low vibration while maintaining the scattering prevention strength of the permanent magnet, and a vehicle provided with the spoke type motor. It is an object of the present invention to provide a motor, an unmanned vehicle, and an electric assist device.
本発明の第1の態様によれば、ステータと、前記ステータに対して、上下方向に伸びる中心軸を中心として相対的に回転可能なロータとを備え、前記ロータは、前記中心軸に沿って配置されるシャフト、及び前記シャフトの径方向外側に周方向に沿って互いに分離されて配置される複数のコアピースを有するロータコアと、前記シャフトの径方向外側に、周方向に前記コアピースと交互に配置され、前記コアピースを励磁する複数の永久磁石と、を備え、前記コアピースは、前記永久磁石の径方向外側の一部を覆う飛散防止部と、前記飛散防止部よりも前記径方向外側に、前記飛散防止部が覆う前記永久磁石の周方向の中心線からの周方向の距離が、前記飛散防止部の端部よりも長い位置から前記中心線に向かって配置された切欠部とを備えるスポーク型モータが提供される。 According to the first aspect of the present invention, the stator includes a stator and a rotor that is relatively rotatable about a central axis extending in the vertical direction with respect to the stator, and the rotor is provided along the central axis. A shaft to be arranged, a rotor core having a plurality of core pieces arranged separately from each other along the circumferential direction on the radial outer side of the shaft, and the core piece alternately arranged on the radial outer side of the shaft in the circumferential direction. The core piece includes a plurality of permanent magnets that excite the core piece, and the core piece has a shatterproof portion that covers a part of the permanent magnet on the radial outer side, and a shatterproof portion that is radially outer than the shatterproof portion. A spoke type having a notch arranged from a position where the circumferential distance of the permanent magnet covered by the shatterproof portion from the circumferential center line is longer than the end portion of the shatterproof portion toward the center line. Motors are provided.
本発明の第2の態様によれば、デュアルクラッチトランスミッションを駆動するモータとして、第1の態様のスポーク型モータを備える、車両用モータが提供される。 According to the second aspect of the present invention, as the motor for driving the dual clutch transmission, a vehicle motor including the spoke type motor of the first aspect is provided.
本発明の第3の態様によれば、第1の態様のスポーク型モータを備える、無人飛行体が提供される。 According to a third aspect of the present invention, there is provided an unmanned aerial vehicle comprising the spoke type motor of the first aspect.
本発明の第4の態様によれば、第1の態様のスポーク型モータを備える、電動アシスト装置が提供される。 According to a fourth aspect of the present invention, there is provided an electrically assisted device including the spoke type motor of the first aspect.
本発明の一つの態様によれば、永久磁石の飛散防止強度を保持しつつ低振動化を実現できる。 According to one aspect of the present invention, it is possible to realize low vibration while maintaining the scattering prevention strength of the permanent magnet.
以下、図面を参照しながら、本発明の実施形態に係るスポーク型モータについて説明する。なお、本発明の範囲は、以下の実施の形態に限定されず、本発明の技術的思想の範囲内で任意に変更可能である。また、以下の図面においては、各構成をわかりやすくするために、実際の構造と各構造における縮尺や数等を異ならせる場合がある。 Hereinafter, the spoke type motor according to the embodiment of the present invention will be described with reference to the drawings. The scope of the present invention is not limited to the following embodiments, and can be arbitrarily changed within the scope of the technical idea of the present invention. Further, in the following drawings, in order to make each configuration easy to understand, the scale and number of each structure may be different from the actual structure.
また、図面においては、適宜3次元直交座標系としてXYZ座標系を示す。XYZ座標系において、Z軸方向は、図1に示す中心軸Jの軸方向と平行な方向とする。X軸方向は、Z軸方向と直交する方向であって図1の左右方向とする。Y軸方向は、X軸方向とZ軸方向との両方と直交する方向とする。また、中心軸Jを中心とする周方向は、θZ方向とする。θZ方向は、−Z側から+Z側に向かって視て時計回りを正の向きとし、−Z側から+Z側に向かって視て反時計回りを負の向きとする。 Further, in the drawings, the XYZ coordinate system is shown as a three-dimensional Cartesian coordinate system as appropriate. In the XYZ coordinate system, the Z-axis direction is a direction parallel to the axial direction of the central axis J shown in FIG. The X-axis direction is a direction orthogonal to the Z-axis direction and is the left-right direction in FIG. The Y-axis direction is a direction orthogonal to both the X-axis direction and the Z-axis direction. Further, the circumferential direction centered on the central axis J is the θZ direction. In the θZ direction, the clockwise direction is positive when viewed from the −Z side toward the + Z side, and the counterclockwise direction is negative when viewed from the −Z side toward the + Z side.
また、以下の説明においては、中心軸Jの延びる方向(Z軸方向)を上下方向とする。
Z軸方向の正の側(+Z側)を「上側(軸方向上側)」と呼び、Z軸方向の負の側(−Z側)を「下側」と呼ぶ。なお、上下方向、上側および下側とは、単に説明のために用いられる名称であって、実際の位置関係や方向を限定しない。また、特に断りのない限り、中心軸Jに平行な方向(Z軸方向)を単に「軸方向」と呼び、中心軸Jを中心とする径方向を単に「径方向」と呼び、中心軸Jを中心とする周方向(θZ方向)、すなわち、中心軸Jの軸周りを単に「周方向」と呼ぶ。
Further, in the following description, the extending direction of the central axis J (Z-axis direction) is defined as the vertical direction.
The positive side (+ Z side) in the Z-axis direction is called "upper side (upper side in the axial direction)", and the negative side (-Z side) in the Z-axis direction is called "lower side". The vertical direction, the upper side, and the lower side are names used only for explanation, and do not limit the actual positional relationship or direction. Unless otherwise specified, the direction parallel to the central axis J (Z-axis direction) is simply referred to as the "axial direction", and the radial direction centered on the central axis J is simply referred to as the "radial direction". The circumferential direction (θZ direction) centered on, that is, the circumference of the central axis J is simply referred to as the “circumferential direction”.
また、θZ方向の正の向きに進む側(+θZ側,周方向一方側)を、「駆動側」と呼び、θZ方向の負の向きに進む側(−θZ側,周方向他方側)を、「反駆動側」と呼ぶ。なお、駆動側および反駆動側とは、単に説明のために用いられる名称であって、実際の駆動方向を限定しない。 Further, the side that advances in the positive direction in the θZ direction (+ θZ side, one side in the circumferential direction) is called the “drive side”, and the side that advances in the negative direction in the θZ direction (−θZ side, the other side in the circumferential direction) is called the “drive side”. Called the "reverse drive side". It should be noted that the driving side and the counter-driving side are names used only for explanation and do not limit the actual driving direction.
なお、本明細書において、軸方向に延びる、とは、厳密に軸方向(Z軸方向)に延びる場合に加えて、軸方向に対して、45°未満の範囲で傾いた方向に延びる場合も含む。また、本明細書において、径方向に延びる、とは、厳密に径方向、すなわち、軸方向(Z軸方向)に対して垂直な方向に延びる場合に加えて、径方向に対して、45°未満の範囲で傾いた方向に延びる場合も含む。 In the present specification, "extending in the axial direction" means not only extending in the strict axial direction (Z-axis direction) but also extending in a direction inclined within a range of less than 45 ° with respect to the axial direction. Including. Further, in the present specification, "extending in the radial direction" means that the term extends in the radial direction, that is, in the direction perpendicular to the axial direction (Z-axis direction), and 45 ° with respect to the radial direction. Including the case where it extends in a tilted direction within a range of less than.
[スポーク型モータ]
<第1実施形態>
図1は、第1実施形態のスポーク型モータ10(以下の説明では、単にモータ10と称する)を示す断面図である。本実施形態のモータ10は、図1に示すように、ハウジング20と、シャフト31を有するロータ30と、ステータ40と、下側ベアリング(軸受)51と、上側ベアリング(軸受)52と、バスバーユニット60と、を備える。
[Spoke type motor]
<First Embodiment>
FIG. 1 is a cross-sectional view showing a
ハウジング20は、ロータ30と、ステータ40と、下側ベアリング51と、上側ベアリング52と、バスバーユニット60と、を収容する。ハウジング20は、下側ハウジング21と、上側ハウジング22と、を有する。下側ハウジング21は、軸方向両側(±Z側)に開口する筒状である。上側ハウジング22は、下側ハウジング21の上側(+Z側)の端部に固定されている。上側ハウジング22は、ロータ30およびステータ40の上側を覆う。
The
ステータ40は、下側ハウジング21の内側に保持されている。ステータ40は、ロータ30の径方向外側に位置する。ステータ40は、コアバック部41と、ティース部42と、コイル43と、ボビン44と、を有する。コアバック部41の形状は、例えば、中心軸Jと同心の円筒状である。コアバック部41の外側面は、下側ハウジング21の内側面に固定されている。
The
ティース部42は、コアバック部41の内側面からシャフト31に向かって延びている。図1において図示は省略するが、ティース部42は、複数設けられ、周方向に均等な間隔で配置されている。ボビン44は、各ティース部42に装着されている。コイル43は、ボビン44を介して各ティース部42に巻き回されている。
The
バスバーユニット60は、ステータ40の上側(+Z側)に位置する。バスバーユニット60は、コネクタ部62を有する。コネクタ部62には、図示しない外部電源が接続される。バスバーユニット60は、ステータ40のコイル43と電気的に接続される配線部材を有する。配線部材は、一端がコネクタ部62を介してモータ10の外部に露出する。これにより、配線部材を介して、外部電源からコイル43に電源が供給される。バスバーユニット60は、ベアリング保持部61を有する。
The
下側ベアリング51および上側ベアリング52は、シャフト31を支持する。下側ベアリング51は、ステータ40よりも下側(−Z側)に位置する。下側ベアリング51は、下側ハウジング21に保持されている。上側ベアリング52は、ステータ40よりも上側(+Z側)に位置する。上側ベアリング52は、バスバーユニット60のベアリング保持部61に保持されている。
The
ロータ30は、シャフト31と、ロータコア32と、を有する。シャフト31は、上下方向(Z軸方向)に延びる中心軸Jを中心とする。ロータコア32は、シャフト31の径方向外側に位置する。本実施形態においてロータコア32は、シャフト31の外周面に固定されている。本実施形態においてロータ30は、例えば、上側(+Z側)から視て、中心軸Jを中心に反時計回り、すなわち、反駆動側(−θZ側)から駆動側(+θZ側)に回転する。
The
図2は、図1におけるIV−IV断面の部分拡大図である。 FIG. 2 is a partially enlarged view of the IV-IV cross section in FIG.
ロータコア32は、図2に示すように、複数の永久磁石33と、複数のコアピース部34と、を有する。すなわち、ロータ30は、複数の永久磁石33と、複数のコアピース部34と、を有する。永久磁石33は、コアピース部34を励磁する。永久磁石33は、周方向にコアピース部34と交互に配置されている。
As shown in FIG. 2, the
永久磁石33は、後述する磁石挿入穴部38に挿入されている。永久磁石33は、永久磁石33A,33Bを有している。永久磁石33Aと永久磁石33Bとは、周方向に沿って交互に配置されている。以下の説明においては、永久磁石33Aと永久磁石33Bとを代表して永久磁石33として説明する場合がある。
The
永久磁石33A,33Bは、周方向に沿って配置される2つの磁極を有する。永久磁石33Aは、例えば、駆動側(+θZ側)にN極を有し、反駆動側(−θZ側)にS極を有する。永久磁石33Bは、例えば、駆動側(+θZ側)にS極を有し、反駆動側(−θZ側)にN極を有する。これにより、周方向に隣り合う永久磁石33A,33Bの磁極は、周方向において互いに同極が向かい合う。
The
永久磁石33Aと永久磁石33Bとは、周方向における磁極の配置が異なる点を除いて同様の構成である。そのため、以下の説明においては、代表して永久磁石33Aについてのみ説明する場合がある。
The
永久磁石33Aは、径方向に延びる。永久磁石33Aの軸方向(Z軸方向)と直交する断面の形状は、例えば、矩形状である。なお、本明細書において、矩形状とは、略矩形状を含む。略矩形状とは、例えば、矩形の角部が面取りされている状態を含む。
The
本実施形態においては、永久磁石33Aは、例えば、5つ設けられている。永久磁石33Bは、例えば、5つ設けられている。
In this embodiment, for example, five
コアピース部34は、内コア部34Iと外コア部34Oとを有している。内コア部34Iは、シャフト31の径方向外側、且つ、永久磁石33A,33Bの径方向内側に位置する。内コア部34Iは、永久磁石33A,33Bの径方向内側を支持する支持部35を有する。コアピース部34は、支持部35の周囲に空洞部37を有する。空洞部37は、支持部35における磁束漏れを抑制するフラックスバリアである。
The
外コア部34Oは、コアピース部34N,34Sを有している。コアピース部34N,34Sは、シャフト31の径方向外側に周方向に沿って互いに分離して配置されている。コアピース部34Nとコアピース部34Sとは、周方向に沿って交互に配置される。コアピース部34Nは、永久磁石33AのN極と永久磁石33BのN極との間に位置する。これにより、コアピース部34Nは、N極に励磁されている。コアピース部34Sは、永久磁石33AのS極と永久磁石33BのS極との間に位置する。これにより、コアピース部34Sは、S極に励磁されている。
The outer core portion 34O has
隣り合うコアピース部34Nとコアピース部34Sとの周方向の間には、磁石挿入穴部38が配置されている。磁石挿入穴部38は、永久磁石33Aが挿入される穴である。磁石挿入穴部38は、周方向に隣り合うコアピース部34N,34Sと隣接する。コアピース部34Nは、永久磁石33A,33BのN極と周方向で対向する対向面36Nを有する。コアピース部34Sは、永久磁石33A,33BのS極と周方向で対向する対向面36Sを有する。すなわち、対向面36Nと対向面36Sとは、磁石挿入穴部38の内側面の一部である。
A
コアピース部34Nは、飛散防止部1Nと、切欠部2Nとを有する。飛散防止部1Nは、永久磁石33A,33Bの径方向外側の一部を覆う。飛散防止部1Nは、ロータコア32の軸方向全体に設けられている。飛散防止部1Nは、永久磁石33A,33Bよりも径方向外側の位置に配置されている。飛散防止部1Nは、飛散防止部1Nが覆う永久磁石33A,33Bの周方向の中心線C側に向く端部1Naを有する。対向面36Nから端部1Naまでの周方向の距離は、対向面36Nから中心線Cまでの周方向の距離よりも短い。中心線Cから端部1Naまでの周方向の距離は、中心線Cから永久磁石33A,33BのN極側端面までの周方向の距離よりも短い。
The
コアピース部34Sは、飛散防止部1Sと、切欠部2Sとを有する。飛散防止部1Sは、永久磁石33A,33Bの径方向外側の一部を覆う。飛散防止部1Sは、ロータコア32の軸方向全体に設けられている。飛散防止部1Sは、永久磁石33A,33Bよりも径方向外側の位置に配置されている。飛散防止部1Sは、飛散防止部1Sが覆う永久磁石33A,33Bの周方向の中心線C側に向く端部1Saを有する。対向面36Sから端部1Saまでの周方向の距離は、対向面36Nから中心線Cまでの周方向の距離よりも短い。中心線Cから端部1Saまでの周方向の距離は、中心線Cから永久磁石33A,33BのS極側端面までの周方向の距離よりも短い。
The
ロータ30が中心軸Jを中心に回転した際に、飛散防止部1N、1Sは、径方向の外側で永久磁石33A,33Bを支持する。飛散防止部1N、1Sは、径方向の外側で永久磁石33A,33Bを支持することにより、ロータ30の回転に伴う遠心力で永久磁石33A、33Bが径方向外側に飛散することを防止できる。飛散防止部1N、1Sが、ロータコア32の軸方向全体に設けられていることにより、上記遠心力で永久磁石33A、33Bが径方向外側に飛散することをより確実に防止できる。
When the
切欠部2Nは、飛散防止部1Nよりも径方向外側に配置されている。切欠部2Nは、ロータコア32の軸方向全体に設けられている。切欠部2Nは、中心線Cからの周方向の距離が、飛散防止部1Nの端部1Naよりも長い位置から中心線Cに向かって配置されている。切欠部2Nにおける中心線Cに近い側の周方向の端部2Nbは、中心線Cからの周方向の距離が、飛散防止部1Nの端部1Naまでの距離と同じである。切欠部2Nの端部2Nbは、空間における位置であるため、仮想の位置が示されている。切欠部2Nの端部2Nbは、永久磁石33A,33Bと径方向に重なっている。
The
切欠部2Nの中心線Cから遠い側の周方向の端部2Naは、中心線Cからの周方向の距離が永久磁石33A,33BのN極側端面までの距離よりも長い。すなわち、切欠部2Nは、飛散防止部1Nの端部1Naと周方向の位置が同一の端部2Nbと、中心線Cからの周方向の距離が永久磁石33A,33BのN極側端面までの距離よりも長い端部2Naとの間に設けられている。切欠部2Nの中心線Cから遠い側の端部2Naは、永久磁石33A,33Bと径方向に重なっていない。切欠部2Nの径方向内側の位置は、飛散防止部1Nが永久磁石33A、33Bの径方向外側への飛散を防止可能な範囲で中心軸Jに近いことが好ましい。
The circumferential end 2Na of the
切欠部2Sは、飛散防止部1Sよりも径方向外側に配置されている。切欠部2Sは、ロータコア32の軸方向全体に設けられている。切欠部2Sは、中心線Cからの周方向の距離が、飛散防止部1Sの端部1Saよりも長い位置から中心線Cに向かって配置されている。切欠部2Sにおける中心線Cに近い側の周方向の端部2Sbは、中心線Cからの周方向の距離が、飛散防止部1Sの端部1Saまでの距離と同じである。切欠部2Sの端部2Sbは、空間における位置であるため、仮想の位置が示されている。切欠部2Sの端部2Sbは、永久磁石33A,33Bと径方向に重なっている。
The
切欠部2Sの中心線Cから遠い側の周方向の端部2Saは、中心線Cからの周方向の距離が永久磁石33A,33BのS極側端面までの距離よりも長い。すなわち、切欠部2Sは、飛散防止部1Sの端部1Saと周方向の位置が同一の端部2Sbと、中心線Cからの周方向の距離が永久磁石33A,33BのS極側端面までの距離よりも長い端部2Saとの間に設けられている。切欠部2Sの中心線Cからから遠い側の端部2Saは、永久磁石33A,33Bと径方向に重なっていない。切欠部2Sの径方向内側の位置は、磁束分布の乱れを低減するために、飛散防止部1Sが永久磁石33A、33Bの径方向外側への飛散を防止可能な範囲で中心軸Jに近いことが好ましい。
The circumferential end 2Sa of the
コアピース部34Nとコアピース部34Sとは、永久磁石33A、33Bにより励磁される周方向における磁極の配置が異なる点を除いて同様の構成である。そのため、以下の説明においては、代表してコアピース部34Nについてのみ説明する場合がある。
The
永久磁石33A,33Bの極対数及び電気角次数に基づいて、コアピース部34Nにおける切欠部2Nの端部2Naの周方向の位置を設定することにより、当該電気角次数の径方向磁束密度に対して、逆位相の磁束密度を与えて打ち消すことが可能である。
By setting the circumferential position of the end portion 2Na of the
永久磁石33A,33Bの極対数をPとし、電気角の次数をNとすると、中心軸Jを中心とする切欠部2Nの端部2Naと中心線Cとの角度Δθは、下記の式(1)で表される。
Δθ=(π/P)×(1/N) …(1)
Assuming that the number of pole pairs of the
Δθ = (π / P) × (1 / N)… (1)
端部2Naの位置に応じて、上述した逆位相の磁束密度を当えて打ち消すことが可能な有効範囲は、上記式(1)で求められるΔθの0.5倍以上、1.5倍以下である。すなわち、電気角次数Nの径方向磁束密度に対して、逆位相の磁束密度を当えて打ち消すためには、下記の式(2)を満足すればよい。
0.5×(π/P)×(1/N)≦Δθ≦1.5×(π/P)×(1/N) …(2)
The effective range in which the above-mentioned magnetic flux densities of opposite phases can be applied and canceled according to the position of the end 2Na is 0.5 times or more and 1.5 times or less of Δθ obtained by the above equation (1). is there. That is, in order to counteract the magnetic flux density in the opposite phase with respect to the radial magnetic flux density of the electric angle order N, the following equation (2) may be satisfied.
0.5 × (π / P) × (1 / N) ≦ Δθ ≦ 1.5 × (π / P) × (1 / N)… (2)
図3は、電気角(deg)とステータ40におけるティース部42の径方向磁束密度(T)との関係を示す図である。図3における電気角は、一例として、周方向における中心線Cの位置が150°、330℃とし、コアピース部34Nの周方向中心位置が60°である。図3において破線で示されたグラフG1は、コアピース部34Nに切欠部2Nが設けられていない場合の電気角(deg)とティース部42の径方向磁束密度(T)との関係を示す。図3において実線で示されたグラフG2は、コアピース部34Nに切欠部2Nが設けられている場合の電気角(deg)とティース部42の径方向磁束密度(T)との関係を示す。
FIG. 3 is a diagram showing the relationship between the electric angle (deg) and the radial magnetic flux density (T) of the
永久磁石33A、33Bの径方向外側の一部をコアピース部34Nの飛散防止部1Nが覆い、且つ、切欠部2Nが設けられていない場合は、図3に示されるように、磁束分布に乱れが生じ正弦波形から外れたグラフG1となる。永久磁石33A、33Bの径方向外側の一部をコアピース部34Nの飛散防止部1Nが覆い、且つ、切欠部2Nが設けられている場合は、径方向磁束密度が正弦波形のグラフG2となる。グラフG2は、径方向磁束密度が最大値T1と、最小値T2との間で変化する正弦波形となるが、グラフG1は径方向磁束密度が最大T3(T3<T1)と、最小値T4(T4>T2)との間で変化する正弦波形から外れた波形となる。
When the
図4は、電気角次数とティース部42の径方向磁束密度(T)との関係を示す図である。図4における電気角の各次数で、ハッチング無しで示される左側のグラフは、コアピース部34Nに切欠部2Nが設けられていない場合の電気角次数と径方向磁束密度との関係を示す。図4における電気角の各次数で、ハッチング付きで示される右側のグラフは、コアピース部34Nに切欠部2Nが設けられている場合の電気角次数と径方向磁束密度との関係を示す。
FIG. 4 is a diagram showing the relationship between the electric angular order and the radial magnetic flux density (T) of the
モータ10においては、磁束分布の空間高調波成分が高次振動成分の一因となることがある。スポーク型のモータ10においては、図4に示されるように、3次成分及び9次成分が特に高次振動に悪影響を与える。
In the
式(1)、式(2)に基づき切欠部2Nにおける端部2Naの位置を設定することにより、ティース部42に働く電気角次数(N+1)の径方向電磁力を低減できる。ティース部42に働く径方向電磁力を低減することにより、モータ10の径方向振動を低減することができる。
By setting the position of the end portion 2Na in the
例えば、式(1)、式(2)及び3次の電気角に基づき端部2Naの位置を設定したコアピース部34N、及び式(1)、式(2)及び9次の電気角に基づき端部2Naの位置を設定したコアピース部34Nのそれぞれについて径方向磁束密度の振幅を確認した。図4に示されるように、9次の電気角については径方向磁束密度の振幅が切欠部2Nを設けない構成と同等であったが、3次の電気角については切欠部2Nを設けない構成に対して径方向磁束密度の振幅を最大値T11から最大値T12に約17%に低減できた。
For example, the
図5は、電気角次数(4次)と径方向電磁力との関係を示す図である。図5において、ハッチング無しで示される左側のグラフは、コアピース部34Nに切欠部2Nが設けられていない場合の電気角次数と径方向電磁力との関係を示す。図5において、ハッチング付きで示される右側のグラフは、コアピース部34Nに切欠部2Nが設けられている場合の電気角次数(4次)と径方向電磁力との関係を示す。
FIG. 5 is a diagram showing the relationship between the electric angular order (fourth order) and the radial electromagnetic force. In FIG. 5, the graph on the left side shown without hatching shows the relationship between the electric angular order and the radial electromagnetic force when the
図5に示されるように、3次の電気角に基づき端部2Naの位置をコアピース部34Nに設定した場合の径方向電磁力は、コアピース部34Nに切欠部2Nが設けられていない場合の電磁力に対して約12%に低減することができた。
As shown in FIG. 5, the radial electromagnetic force when the position of the end portion 2Na is set to the
図6は、電気角次数(10次)と径方向電磁力との関係を示す図である。図6において、ハッチング無しで示される左側のグラフは、コアピース部34Nに切欠部2Nが設けられていない場合の電気角次数と径方向電磁力との関係を示す。図6において、ハッチング付きで示される右側のグラフは、コアピース部34Nに切欠部2Nが設けられている場合の電気角次数(10次)と径方向電磁力との関係を示す。
FIG. 6 is a diagram showing the relationship between the electric angular order (10th order) and the radial electromagnetic force. In FIG. 6, the graph on the left side shown without hatching shows the relationship between the electric angular order and the radial electromagnetic force when the
図6に示されるように、9次の電気角に基づき端部2Naの位置をコアピース部34Nに設定した場合の径方向電磁力は、コアピース部34Nに切欠部2Nが設けられていない場合の電磁力に対して約74%に低減することができた。
As shown in FIG. 6, the radial electromagnetic force when the position of the end portion 2Na is set to the
<第2実施形態>
第2実施形態は、第1実施形態に対して、切欠部2Nの中心位置Cから遠い側の端部2Naの周方向の位置及び切欠部2Sの中心位置Cから遠い側の端部2Saの周方向の位置において異なる。なお、第1実施形態と同様の構成については、適宜同一の符号を付す等によって説明を省略する場合がある。
<Second Embodiment>
In the second embodiment, with respect to the first embodiment, the position in the circumferential direction of the end portion 2Na on the side far from the center position C of the
図7は、本実施形態のロータ30を示す部分断面図である。図7に示すように、切欠部2Nの中心位置Cから遠い側の端部2Naは、永久磁石33A,33Bと径方向に重なっている。切欠部2Sの中心位置Cから遠い側の端部2Saは、永久磁石33A,33Bと径方向に重なっている。
FIG. 7 is a partial cross-sectional view showing the
本実施形態における磁束は、コアピース部34Nにおいて端部2Naよりも中心位置Cから遠い側で永久磁石33A,33Bと径方向に重なっている領域からティース部42に向かう。本実施形態における磁束は、コアピース部34Sにおいて端部2Saよりも中心位置Cから遠い側で永久磁石33A,33Bと径方向に重なっている領域にティース部42から向かう。従って、コアピース部34N、34Sにおいて、切欠部2N、2Sを設けた場合でも磁束が流れる領域が増えることにより、磁束の流れが過度に集中することを抑制できる。
The magnetic flux in the present embodiment is directed toward the
<第3実施形態>
第3実施形態は、第1実施形態に対して、飛散防止部1N、1Sが、ロータコア32の軸方向一部に設けられている点で異なる。なお、第1実施形態と同様の構成については、適宜同一の符号を付す等によって説明を省略する場合がある。
<Third Embodiment>
The third embodiment is different from the first embodiment in that the
図8は、永久磁石33A,33B及びコアピース部34N、34Sを径方向外側から視た図である。コアピース部34Nは、軸方向に積層された複数のラミネーションLNをそれぞれ有している。複数のラミネーションLNのうち、軸方向の両端に配置されたラミネーションLNaは、永久磁石33A,33Bの径方向外側の一部を覆う飛散防止部1Nを有している。切欠部2Nは、飛散防止部1Nを有するラミネーションLNaと、飛散防止部1Nを有していないラミネーションLNの両方に設けられている。すなわち、切欠部2Nは、全てのラミネーションLNに設けられている。
FIG. 8 is a view of the
コアピース部34Sは、軸方向に積層された複数のラミネーションLSをそれぞれ有している。複数のラミネーションLSのうち、軸方向の両端に配置されたラミネーションLSaは、永久磁石33A,33Bの径方向外側の一部を覆う飛散防止部1Sを有している。切欠部2Sは、飛散防止部1Sを有するラミネーションLSaと、飛散防止部1Sを有していないラミネーションLSの両方に設けられている。すなわち、切欠部2Sは、全てのラミネーションLSに設けられている。
The
本実施形態のロータ30では、飛散防止部1N、1Sにより遠心力による永久磁石33A,33Bの径方向外側への飛散を防止しつつ、ラミネーションLSaのみが永久磁石33A,33Bの径方向外側の一部を覆っているため、ロータ30を軽量化できる。本実施形態のロータ30では、全てのラミネーションLNに切欠部2Nが設けられ、全てのラミネーションLSに切欠部2S設けられているため、軸方向の磁束漏れの影響を低減することができる。
In the
上記実施形態で説明したモータ10においては、永久磁石33A,33B及びコアピース部34N、34Sを樹脂材によりモールドしてもよい。永久磁石33A,33B及びコアピース部34N、34Sを樹脂材によりモールドした場合には、永久磁石33A,33Bの径方向外側の一部を樹脂材により覆うことができる。永久磁石33A,33Bの径方向外側の一部を覆う樹脂材は、第2飛散防止部として、遠心力による永久磁石33A,33Bの径方向外側への飛散を防止する。永久磁石33A,33Bの飛散防止を上記の飛散防止部1N、1S及び樹脂材により併用することで、より確実に永久磁石33A,33Bの飛散を防止できる。永久磁石33A,33Bの飛散防止を飛散防止部1N、1S及び樹脂材により併用することで、切欠部2N、2Sの径方向内側の位置を中心軸Jに近くできる。切欠部2N、2Sの径方向内側の位置を中心軸Jに近くすることにより、磁束分布の乱れを低減できる。
In the
本発明を適用したモータ10の用途は、特に限定されず、例えば、車両に搭載されるデュアルクラッチトランスミッション(DCT:Dual Clutch Transmission)等のトランスミッションのギアセレクトや、クラッチの駆動の用途に用いられる。本発明を適用したモータ10を用いることにより車両用モータの低振動化を実現できる。
The application of the
本発明を適用したモータ10は、例えば、無人飛行体に用いられる。図9は、無人飛行体2000の一例を示す斜視図である。無人飛行体2000は、本体2001と回転翼部2002と撮像装置500とモータ10とを有する。モータ10は、回転翼部2002を回転駆動する。無人飛行体2000は、モータ10を有するため、低振動で飛行することができる。無人飛行体2000は、低振動で飛行しながら高精度の撮像が可能である。
The
本発明を適用したモータ10は、例えば、電動アシスト装置に用いられる。図10は、電動アシスト装置の一例である電動アシスト自転車3000の正面図である。電動アシスト自転車3000は、モータを利用して人を補助する自転車である。
The
電動アシスト自転車3000は、一般的な自転車に備えられている部品の他、信号処理装置であるマイクロプロセッサ200、上記のモータ10、およびバッテリ40を備えている。一般的な自転車に備えられている部品の一例は、ハンドル100、フレーム11、前輪12、後輪13、サドル14、チェーン15、ペダル16、クランク17である。後輪13は、チェーン15を介してモータ30と機械的に接続されている。後輪13は、ペダル16によって加えられた人力トルクと、モータ10によって加えられたモータトルクによって回転する。これにより、電動アシスト自転車1が駆動される。
The electrically assisted
電動アシスト自転車3000は、上記のモータ10を有するため、低振動で駆動され乗り心地が向上する。
Since the electrically power assisted
以上、添付図面を参照しながら本発明に係る好適な実施形態について説明したが、本発明は係る例に限定されないことは言うまでもない。上述した例において示した各構成部材の諸形状や組み合わせ等は一例であって、本発明の主旨から逸脱しない範囲において設計要求等に基づき種々変更可能である。 Although the preferred embodiments according to the present invention have been described above with reference to the accompanying drawings, it goes without saying that the present invention is not limited to the above examples. The various shapes and combinations of the constituent members shown in the above-mentioned examples are examples, and can be variously changed based on design requirements and the like without departing from the gist of the present invention.
1N、1S…飛散防止部、 2N、2S…切欠部、 10…スポーク型モータ(モータ)、 30…ロータ、 31…シャフト、 32…ロータコア、 33A、33B…永久磁石、 34、34N、34S…コアピース部、 40…ステータ、 2000…無人飛行体、 3000…電動アシスト自転車(電動アシスト装置)、 C…中心線、 J…中心軸 1N, 1S ... shatterproof part, 2N, 2S ... notch, 10 ... spoke type motor (motor), 30 ... rotor, 31 ... shaft, 32 ... rotor core, 33A, 33B ... permanent magnet, 34, 34N, 34S ... core piece Department, 40 ... Stator, 2000 ... Unmanned flying object, 3000 ... Electric assisted bicycle (electrically assisted device), C ... Center line, J ... Central axis
Claims (10)
前記ステータに対して、上下方向に伸びる中心軸を中心として相対的に回転可能なロータとを備え、
前記ロータは、前記中心軸に沿って配置されるシャフト、及び前記シャフトの径方向外側に周方向に沿って互いに分離されて配置される複数のコアピース部を有するロータコアと、
前記シャフトの径方向外側に、周方向に前記コアピース部と交互に配置され、前記コアピース部を励磁する複数の永久磁石と、
を備え、
前記コアピース部は、前記永久磁石の径方向外側の一部を覆う飛散防止部と、
前記飛散防止部よりも径方向外側に、前記飛散防止部が覆う前記永久磁石の周方向の中心線からの周方向の距離が、前記飛散防止部の端部よりも長い位置から前記中心線に向かって配置された切欠部とを備える、
スポーク型モータ。 With the stator
A rotor that can rotate relative to the stator about a central axis extending in the vertical direction is provided.
The rotor includes a shaft arranged along the central axis, and a rotor core having a plurality of core piece portions arranged radially outward of the shaft so as to be separated from each other along the circumferential direction.
A plurality of permanent magnets arranged alternately with the core piece portion in the circumferential direction on the radial outer side of the shaft to excite the core piece portion, and
With
The core piece portion includes a shatterproof portion that covers a part of the radial outer side of the permanent magnet.
From a position where the distance in the circumferential direction from the circumferential center line of the permanent magnet covered by the shatterproof portion to the radial outside of the shatterproof portion is longer than the end portion of the shatterproof portion to the center line. With a notch placed facing,
Spoke type motor.
0.5×(π/P)×(1/N) ≦ Δθ ≦ 1.5×(π/P)×(1/N)
の関係を満足する、請求項1記載のスポーク型モータ。 Let Δθ be the angle between the center line of the permanent magnet and the far end of the notch in the circumferential direction, let P be the logarithm of the permanent magnet, and let N be the order of the electrical angle.
0.5 × (π / P) × (1 / N) ≦ Δθ ≦ 1.5 × (π / P) × (1 / N)
The spoke type motor according to claim 1, which satisfies the above relationship.
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