JP4476202B2 - 永久磁石型回転モータ - Google Patents

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Description

本発明は、永久磁石型回転モータに関するものである。
永久磁石からなる永久磁石磁極部を有するロータとステータコア及び励磁巻線部からなるステータとを備えた永久磁石型回転モータが用いられている。ステータコアとしては、環状のヨークと該ヨークの内側に配置された磁極構成体とを有しているものが知られている。この種のモータでは、磁極構成体は、複数の極柱と該極柱に設けられた磁極面形成部と隣接する2つの磁極面形成部を連結する連結部を設けている。特開2000−32690号公報(特許文献1)に示された永久磁石型回転モータでは、巻線の占積率を高めて容易に組み立てられるように、環状のヨークと磁極構成体とが嵌合可能に構成されている。また、特開2002−199630号公報(特許文献2)に示された永久磁石型回転モータでは、コギングトルクの低下を図るために、複数の極柱の間の寸法が異なるように、極柱を不等配に配置している。また、特開2002−10539号公報(特許文献3)に示された永久磁石型回転モータでは、連結部に、径方向内側とスロット内に向かって開口する複数の孔が軸線方向に沿って不連続に形成されている。これら複数の孔は、各磁極間の磁束漏れを防止するために設けられている。
特開2000−32690号公報 特開2002−199630号公報 特開2002−10539号公報
永久磁石型回転モータは、トルクを維持した状態で、コギングトルクの低下を図ることが求められている。しかしながら、上記の従来の永久磁石型回転モータでは、コギングトルクの低下を図るのに限界があった。
本発明の目的は、トルクを大幅に低下させること無く、コギングトルクを低下させることができる永久磁石型回転モータを提供することにある。
本発明の他の目的は、励磁巻線部のインダクタンスの平衡化を図ることができる永久磁石型回転モータを提供することにある。
本発明の他の目的は、製造が容易でしかもコギングトルクを低下させることができる永久磁石型回転モータを提供することにある。
本発明が改良の対象とする永久磁石型回転モータは、ロータとステータコアとN個の励磁巻線部とを備えている。ロータは、回転軸に固定されたロータコアと該ロータコアに対して取り付けられた永久磁石からなる複数個の永久磁石磁極部とを有している。ステータコアは、環状のヨークと、環状のヨークの内側に周方向に間隔をあけて配置され、ヨークに連結された一端と該一端よりも径方向内側に位置する他端とを有するN個(Nは4以上の偶数)の極柱と、N個の極柱の他端に設けられて内周側にロータと対向する磁極面を有するN個の磁極面形成部と、隣接する2つの磁極面形成部を連結するN個の連結部とから構成されている。N個の連結部には、連結部を径方向に貫通する1以上の貫通孔が形成されている。N個の励磁巻線部は、ステータコアのN個の極柱にそれぞれ設けられている。本発明では、N個の連結部は、N/2個の第1のタイプの連結部と該第1のタイプの連結部とロータの周方向に交互に配置されるN/2個の第2のタイプの連結部とを含んでいる。また、回転軸の中心と第1のタイプの連結部の周方向に対向する両端とをそれぞれ結ぶ2本の仮想線分間の第1の角度θ1と、回転軸の中心と第2のタイプの連結部の周方向に対向する両端とをそれぞれ結ぶ2本の仮想線分間の第2の角度θ2とは、θ1>θ2の関係にある。そして、第1のタイプの連結部には、該第1のタイプの連結部の回転軸の軸線方向の中心位置から軸線方向の両側にそれぞれ延びる1つの貫通孔が形成されている。第2のタイプの連結部には、該第2のタイプの連結部の軸線方向の中心位置から軸線方向の両側にそれぞれ延びる1つの貫通孔が形成されている。そして、第1のタイプの連結部に形成された貫通孔の周方向の長さが、第2のタイプの連結部に形成された貫通孔の周方向の長さより長い。また、第1のタイプの連結部に形成された貫通孔の軸線方向の長さが、第2のタイプの連結部に形成された貫通孔の軸線方向の長さより短い。
本発明の永久磁石型回転モータのステータコアでは、ステータコアの内周部分の構造が、回転軸の軸線方向に添って、(1)周方向に並ぶ連結部に貫通孔が形成されていない部分、(2)周方向に並ぶ連結部に貫通孔が一つおきに形成される部分、(3)周方向に並ぶ連結部に貫通孔が全て形成されている部分の3つの部分により構成できる。また、(2)の部分では、周方向の長さが短い第2のタイプの連結部にのみ貫通孔が形成されている。前述した3つのタイプで発生するコギングトルク波を重ね合わせの原理により打ち消すことができれば、コギングトルクを小さくすることができる。そのため、(1),(2),(3)のそれぞれの部分で発生するコギングトルク波の振幅をS1,S2,S3とすると、(1)及び(2)の部分で正相が発生し、(3)の部分で逆相(正相に対して180°位相がずれている)が発生する場合に、
S1+S2−S3=0・・・(A)
とする必要がある。
また、(1)及び(3)の部分で正相が発生し、(2)の部分で逆相が発生する場合には、
S1−S2+S3=0・・・(B)
とする必要がある。
また、(1)の部分で正相が発生し、(2)及び(3)の部分で逆相が発生する場合には、
S1−S2−S3=0・・・(C)
とする必要がある。
本発明では、第1のタイプの連結部の第1の角度θ1を第2のタイプの連結部の第2の角度θ2より適宜に大きくすることにより、前述の(A)〜(C)の式が成り立つようにしている。また、本発明では、貫通孔を形成することにより、漏れ磁束を低減して、トルクの低下を防いでいる。その結果、本発明によれば、トルクを大幅に低下させること無く、コギングトルクを低下させることができる。また、軸線方向の長さ寸法が大きい1つの貫通孔と軸線方向の長さ寸法の短い1つの貫通孔が周方向に交互に配置されることにより、励磁巻線部のインダクタンスの平衡化を図ることができる。
また、第1のタイプの連結部に、該第1のタイプの連結部の回転軸の軸線方向の一端から他端に向って延びる第1の貫通孔を形成し、該第1のタイプの連結部の軸線方向の他端から一端に向って延びる第2の貫通孔を形成することができる。また、第2のタイプの連結部に、該第2のタイプの連結部の軸線方向の一端から他端に向って延びる第3の貫通孔を形成し、該第2のタイプの連結部の軸線方向の他端から一端に向って延びる第4の貫通孔を形成することができる。この場合、第1のタイプの連結部に形成された第1及び第2の貫通孔の周方向の長さを、第2のタイプの連結部に形成された第3及び第4の貫通孔の周方向の長さよりも長くする。また、第1のタイプの連結部に形成された第1及び第2の貫通孔の軸線方向の長さを、第2のタイプの連結部に形成された第3及び第4の貫通孔の軸線方向の長さよりも短かくする。このようにしても、トルクを大幅に低下させること無く、コギングトルクを低下させることができる。また、励磁巻線部のインダクタンスの平衡化を図ることができる。
第1の貫通孔及び第2の貫通孔軸線方向の長さ等しく、第3の貫通孔及び第4の貫通孔軸線方向の長さ等しくすることができる。このようにすれば、コギングトルクの低下をさらに図ることができる。
また、第1のタイプの連結部には、該第1のタイプの連結部の回転軸の軸線方向の一端から他端に向って延びる貫通孔を形成し、第2のタイプの連結部には、該第2のタイプの連結部の軸線方向の一端から他端に向って延びる貫通孔を形成することができる。この場合、第1のタイプの連結部に形成された貫通孔の周方向の長さを第2のタイプの連結部に形成された貫通孔の周方向の長さより長くする。また、第1のタイプの連結部に形成された貫通孔の軸線方向の長さを第2のタイプの連結部に形成された貫通孔の軸線方向の長さより短くする。このようにしても、トルクを大幅に低下させること無く、コギングトルクを低下させることができる。また、励磁巻線部のインダクタンスの平衡化を図ることができる。
第2の角度θ2を第1の角度θ1で割った値(θ2/θ1)は、0.25<θ2/θ1<0.35の範囲とするのが好ましい。このようにすれば、励磁巻線部のインダクタンスの平衡化をより確実に図ることができる。
第1のタイプの連結部に形成された貫通孔の周方向に測った角度範囲は、第1の角度θ1に等しく、第2のタイプの連結部に形成された貫通孔の周方向に測った角度範囲は、第2の角度θ2に等しくすることができる。このようにすれば、コギングトルクを十分に低下できる。
本発明の永久磁石型回転モータのステータコアは、ヨークと、ヨークの内側に配置された磁極構成体とから構成し、磁極構成体は、極柱の一部を構成する極柱構成部と、磁極面形成部の一部を構成する磁極面構成部とをそれぞれ有する磁性鋼板製からなる第1〜第3の種類の磁極構成用鋼板層を積層して構成することができる。第1〜第3の種類の磁極構成用鋼板層に含まれる隣接する2つの磁極面構成部間に形成される中間部分は、周方向に測った角度範囲が異なる第1の中間部分と第2の中間部分とから構成されている。この場合、第1の中間部分は、隣接する2つの磁極面構成部の周方向に対向する2つの端部とロータの中心とをそれぞれ結ぶ2本の仮想線分間の角度が第1の角度θ1となる。また、第2の中間部分は、隣接する2つの磁極面構成部の周方向に対向する2つの端部とロータの中心とをそれぞれ結ぶ2本の仮想線分間の角度が第1の角度θ1より小さい第2の角度θ2となる。そして、第1の中間部分と第2の中間部分とが周方向に交互に並んでいる。第1の種類の磁極構成用鋼板層は、第1の中間部分及び第2の中間部分のいずれもが貫通孔の一部を構成するように開口している。第2の種類の磁極構成用鋼板層は、第1の中間部分が連結部の一部を構成しており、第2の中間部分が貫通孔の一部を構成するように開口している。第3の種類の磁極構成用鋼板層は、第1の中間部分及び第2の中間部分のいずれもが連結部の一部を構成している。
そして、磁極構成体は、第3の種類の磁極構成用鋼板層と第2の種類の磁極構成用鋼板層と第1の種類の磁極構成用鋼板層と第2の種類の磁極構成用鋼板層と第3の種類の磁極構成用鋼板層とを、この順番で枚数の比率が1:2:4:2:1となるように積層して構成する。このようにすれば、前述した第1のタイプの連結部の中心位置から延びる貫通孔と、第2のタイプの連結部の中心位置から延びる貫通孔が形成され、第1のタイプの連結部に形成された貫通孔の長さが、第2のタイプの連結部に形成された貫通孔の長さより短いステータコアを3種類の磁性鋼板製の第1〜第3の種類の磁極構成用鋼板層をロータの軸線方向に積層するだけで、容易に形成することができる。
また、第1の種類の磁極構成用鋼板層と第2の種類の磁極構成用鋼板層と第3の種類の磁極構成用鋼板層と第2の種類の磁極構成用鋼板層と第1の種類の磁極構成用鋼板層とを、この順番で枚数の比率が2:2:2:2:2となるように積層して磁極構成体を構成すれば、前述した第1のタイプの連結部の両端に第1及び第2の貫通孔が形成され、第2のタイプの連結部の両端に第3及び第4の貫通孔が形成され、第1及び第2の貫通孔の長さが第3及び第4の貫通孔の長さよりも短いステータコアを3種類の磁性鋼板製の第1〜第3の種類の磁極構成用鋼板層をロータの軸線方向に積層するだけで、容易に形成することができる。
また、第3の種類の磁極構成用鋼板層と第2の種類の磁極構成用鋼板層と第1の種類の磁極構成用鋼板層とが、この順番で枚数の比率が2:4:4となるように積層して磁極構成体を構成すれば、前述した第1のタイプの連結部の一端に貫通孔が形成され、第2のタイプの連結部の一端に貫通孔が形成され、第1のタイプの連結部に形成された貫通孔の長さが第2のタイプの連結部に形成された貫通孔の長さより短いステータコアを3種類の磁性鋼板製の第1〜第3の種類の磁極構成用鋼板層をロータの軸線方向に積層するだけで、容易に形成することができる。
本発明によれば、ステータコアの内周部分の構造を、回転軸の軸線方向に添って、(1)周方向に並ぶ連結部に貫通孔が形成されていない部分、(2)周方向に並ぶ連結部に貫通孔が一つおきに形成される部分、(3)周方向に並ぶ連結部に貫通孔が全て形成されている部分の3つの部分により構成することにより、トルクを大幅に低下させること無く、コギングトルクを低下させることができる。また、長さ寸法が大きい1つの貫通孔と長さ寸法の短い1つの貫通孔が周方向に交互に配置されることにより、励磁巻線部のインダクタンスの平衡化を図ることができる。
以下、図面を参照して本発明の実施の形態を詳細に説明する。図1は、本発明の第1の実施の形態の永久磁石型回転モータの概略図である。本図に示すように、本例の永久磁石型回転モータは、ロータ1とステータ3とを有している。ロータ1は、回転軸2に固定されたロータコア5と該ロータコア5内の表面にロータコア5の周方向に等しい間隔を開けて配置された8個の永久磁石磁極部を構成する板状の永久磁石7とを有している。本例では、1個の永久磁石7により、1個の永久磁石磁極部が構成されている。ロータコア5は、複数の電磁磁性鋼板が積層されて構成されている。8個の永久磁石7は、ロータコア5の表面上に周方向に沿って交互にN極とS極とが現れるように着磁されている。
ステータ3は、ステータコア9と励磁巻線部11とを有している。なお、理解を容易にするため、励磁巻線部11は破線で示している。図1〜図3に示すように、ステータコア9は、環状のヨーク13と、環状のヨーク13の内側に配置された磁極構成体15とから構成されている。なお、図2は、ステータコア9の斜視図であり、図3は、ステータコア9を内側(ロータ側)から見た部分図である。磁極構成体15は、N個(Nは4以上の偶数:本例では6個)の極柱17と、極柱17の端部に設けられた磁極面形成部19と、6個の磁極面形成部19を環状に連結するN個(本例では6個)の連結部21A,21Bとを有している。極柱17は、ヨーク13の内側に周方向に間隔をあけて配置され、ヨーク13に連結された一端と該一端よりも径方向内側に位置する他端とを有している。本例では、極柱17は、一端に凸部17aを有している。そして、凸部17aがヨーク13の内側に形成された凹部13aに嵌合されて、極柱17はヨーク13に連結されている。磁極面形成部19は、極柱17の他端に設けられて内周側にロータ1と対向する磁極面19aを有している。
N個(6個)の連結部21A,21Bは、隣接する2つの磁極面形成部19をそれぞれ連結しており、N/2個(3個)の第1のタイプの連結部21AとN/2個(3個)の第2のタイプの連結部21Bとを含んでいる。第2のタイプの連結部21Bは、第1のタイプの連結部21Aとロータの周方向に交互に配置されている。そして、ロータ1の回転軸2の中心Cと第1のタイプの連結部21Aの周方向に対向する両端とをそれぞれ結ぶ2本の仮想線分間の第1の角度θ1と、回転軸2の中心Cと第2のタイプの連結部21Bの周方向に対向する両端とをそれぞれ結ぶ2本の仮想線分間の第2の角度θ2とは、θ1>θ2の関係にある。本例では、第2の角度θ2を第1の角度θ1で割った値(θ2/θ1)は、0.25<θ2/θ1<0.35の範囲となっている。
図3に詳細に示すように、第1のタイプの連結部21Aには、該第1のタイプの連結部21Aの軸線方向(回転軸2の軸線方向:矢印AD)の中心位置から軸線方向の両側にそれぞれ延びる1つの貫通孔H1が形成されている。また、第2のタイプの連結部21Bには、該第2のタイプの連結部21Bの軸線方向(矢印AD)の中心位置から軸線方向の両側にそれぞれ延びる1つの貫通孔H2が形成されている。なお、本例では、第1のタイプの連結部21Aに形成された貫通孔H1の周方向(回転軸2の周方向:矢印PD)に測った角度範囲は、第1の角度θ1に等しく、第2のタイプの連結部21Bに形成された貫通孔H2の周方向に測った角度範囲は、第2の角度θ2に等しくなっている。このため、第1のタイプの連結部21Aに形成された貫通孔H1の周方向の長さは、第2のタイプの連結部21Bに形成された貫通孔H2の周方向の長さより長くなる。そして、第1のタイプの連結部21Aに形成された貫通孔H1の軸線方向の長さL1は、第2のタイプの連結部21Bに形成された貫通孔H2の軸線方向の長さL2より短かくなっている。本例では、貫通孔H1の長さL1と貫通孔H2の長さL2は、1:2の比率になっている。
本例においては、磁極構成体15は、複数の磁性鋼板が積層されて構成されている。具体的には、図4に示す第1の種類の磁極構成用鋼板層27と、図5に示す第2の種類の磁極構成用鋼板層29と、図6に示す第3の種類の磁極構成用鋼板層31とが適宜に組合されて積層されて形成されている。図4に示すように、第1の種類の磁極構成用鋼板層27は、分割された6つの磁性鋼板27A〜27Fからなり、各磁性鋼板は、極柱21を構成する極柱構成部27aと、磁極面形成部23を構成する磁極面構成部27bとをそれぞれ有している。そして、隣接する2つの磁極面構成部27bの周方向に隣接する2つの端部の間は、2つの端部とロータの中心Cとをそれぞれ結ぶ2本の仮想線分間の角度が第1の角度θ1からなる第1の中間部分27cと、2つの端部とロータの中心とをそれぞれ結ぶ2本の仮想線分間の角度が第1の角度θ1より小さい第2の角度θ2からなる第2の中間部分27dとを含んでいる。第1の中間部分27cと第2の中間部分27dとは、周方向に交互に位置している。そして、第1の中間部分27c及び第2の中間部分27dのいずれもが貫通孔H1,H2の一部を構成するように開口している。
図5に示すように、第2の種類の磁極構成用鋼板層29は、分割された3つの磁性鋼板29A〜27Cからなり、各磁性鋼板は、極柱21を構成する2つの極柱構成部29aと、磁極面形成部23を構成する2つの磁極面構成部29bとをそれぞれ有している。そして、隣接する2つの磁極面構成部29bの周方向に隣接する2つの端部の間は、2つの端部とロータの中心Cとをそれぞれ結ぶ2本の仮想線分間の角度が第1の角度θ1からなる第1の中間部分29cと、2つの端部とロータの中心とをそれぞれ結ぶ2本の仮想線分間の角度が第1の角度θ1より小さい第2の角度θ2からなる第2の中間部分29dとを含んでいる。第1の中間部分29cと第2の中間部分29dとは、周方向に交互に位置している。そして、第1の中間部分29cが第1のタイプの連結部21Aの一部を構成する連結部構成部29eにより形成されており、第2の中間部分29dが貫通孔H2の一部を構成するように開口している。
図6に示すように、第3の種類の磁極構成用鋼板層31は、磁性鋼板からなり、極柱21を構成する6つの極柱構成部31aと、磁極面形成部23を構成する6つの磁極面構成部31bとを有している。そして、隣接する2つの磁極面構成部31bの周方向に隣接する2つの端部の間は、2つの端部とロータの中心Cとをそれぞれ結ぶ2本の仮想線分間の角度が第1の角度θ1からなる第1の中間部分31cと、2つの端部とロータの中心Cとをそれぞれ結ぶ2本の仮想線分間の角度が第1の角度θ1より小さい第2の角度θ2からなる第2の中間部分31dとを含んでいる。第1の中間部分31cと第2の中間部分31dとは、周方向に交互に位置している。そして、第1の中間部分31cが第1のタイプの連結部21Aの一部を構成する連結部構成部31eにより形成されており、第2の中間部分31dが第2のタイプの連結部21Bの一部を構成する連結部構成部31fにより形成されている。
磁極構成体15は、図3に示すように、第3の種類の磁極構成用鋼板層31と第2の種類の磁極構成用鋼板層29と第1の種類の磁極構成用鋼板層27と第2の種類の磁極構成用鋼板層29と第3の種類の磁極構成用鋼板層31とが、この順番で枚数の比率が1:2:4:2:1となるように積層されて構成されている。
その結果、ステータコア9の内周部分(磁極面形成部19と第1及び第2のタイプの連結部21A,21Bとによって構成される部分)は、回転軸の軸線方向に添って、(1)第3の種類の磁極構成用鋼板層31によって構成される、周方向に並ぶ連結部に貫通孔が形成されていない部分、(2)第2の種類の磁極構成用鋼板層29よって構成される、周方向に並ぶ連結部に貫通孔が一つおきに形成される部分、(3)第1の種類の磁極構成用鋼板層27によって構成される、周方向に並ぶ連結部に貫通孔が全て形成されている部分の3つの部分とから構成されている。
図7は、本発明の第2の実施の形態の永久磁石型回転モータに用いるステータコア109の斜視図であり、図8は、ステータコア109を内側(ロータ側)から見た部分図である。本例の永久磁石型回転モータは、ステータコアの連結部の構造を除いて、第1の実施の形態の永久磁石型回転モータを同じ構造を有している。本例の永久磁石型回転モータでは、第1のタイプの連結部121Aに、該第1のタイプの連結部121Aの回転軸2の軸線方向(矢印AD)の一端から他端に向って延びる第1の貫通孔H11が形成され、該第1のタイプの連結部121Aの軸線方向の他端から一端に向って延びる第2の貫通孔H12が形成されている。また、第2のタイプの連結部121Bには、該第2のタイプの連結部121Bの軸線方向の一端から他端に向って延びる第3の貫通孔H13が形成され、該第2のタイプの連結部121Bの軸線方向の他端から一端に向って延びる第4の貫通孔H14が形成されている。そして、第1の貫通孔H11の軸線方向の長さL11と第2の貫通孔H12の軸線方向の長さL12とが等しく、第3の貫通孔H13の軸線方向の長さL13と第4の貫通孔H14の軸線方向の長さL14とが等しくなっている。また、第1のタイプの連結部121Aに形成された第1及び第2の貫通孔H11,H12のそれぞれの軸線方向の長さL11,L12が、第2のタイプの連結部に形成された第3及び第4の貫通孔H13,H14のそれぞれの軸線方向の長さL13,L14より短かくなっている。本例では、貫通孔H11,H12の長さL11,L12と貫通孔H13,H14の長さL13,L14は、1:2の比率になっている。
また、本例において、磁極構成体115は、図4に示す第1の種類の磁極構成用鋼板層27と、図5に示す第2の種類の磁極構成用鋼板層29と、図6に示す第3の種類の磁極構成用鋼板層31と、第2の種類の磁極構成用鋼板層29と第1の種類の磁極構成用鋼板層27とが、この順番で枚数の比率が2:2:2:2:2となるように積層されて構成されている。
図9は、本発明の第3の実施の形態の永久磁石型回転モータに用いるステータコア209の斜視図であり、図10は、ステータコア209を内側(ロータ側)から見た部分図である。本例の永久磁石型回転モータは、ステータコアの連結部の構造を除いて、第1の実施の形態の永久磁石型回転モータを同じ構造を有している。本例の永久磁石型回転モータでは、第1のタイプの連結部221Aには、該第1のタイプの連結部221Aの回転軸2の軸線方向(矢印AD)の一端から他端に向って延びる貫通孔H21が形成され、第2のタイプの連結部221Bには、該第2のタイプの連結部221Bの軸線方向の一端から他端に向って延びる貫通孔H22が形成されている。そして、第1のタイプの連結部221Aに形成された貫通孔H21の軸線方向の長さL21が、第2のタイプの連結部221Bに形成された貫通孔H22の軸線方向の長さL22より短かくなっている。本例では、貫通孔H21の長さL21と貫通孔H22の長さL22は、1:2の比率になっている。
また、本例において、磁極構成体215は、図6に示す第3の種類の磁極構成用鋼板層31と、図5に示す第2の種類の磁極構成用鋼板層29と、図4に示す第1の種類の磁極構成用鋼板層27とが、この順番で枚数の比率が2:4:4となるように積層されて構成されている。
次に、上記の第1〜第3の実施の形態の永久磁石型回転モータのコギングトルクを調べた。図11〜図13は、第1〜第3の実施の形態のそれぞれの永久磁石型回転モータのロータ回転角とコギングトルクとの関係を示している。図14は、図4に示す第1の種類の磁極構成用鋼板層27のみを積層して磁極構成体を形成した比較例1の永久磁石型回転モータ(連結部が全て開口するモータ)のロータ回転角とコギングトルクとの関係を示している。図15は、図5に示す第2の種類の磁極構成用鋼板層29のみを積層して磁極構成体を形成した比較例2の永久磁石型回転モータ(連結部が交互に開口するモータ)のロータ回転角とコギングトルクとの関係を示している。図16は、図6に示す第3の種類の磁極構成用鋼板層31のみを積層して磁極構成体を形成した比較例3の永久磁石型回転モータ(連結部が全て閉口するモータ)のロータ回転角とコギングトルクとの関係を示している。図11〜図16より、第1〜第3の実施の形態の永久磁石型回転モータを用いると、第1〜第3の種類の磁極構成用鋼板層の各磁極部構成部のみを積層して磁極構成体を形成した比較例1〜3の永久磁石型回転モータに比べてコギングトルクを低くできるのが分かる。
本発明の参考例としての永久磁石型回転モータの構成を以下に示す。
(1) 回転軸に固定されたロータコアと該ロータコアに対して取り付けられた永久磁石からなる複数個の永久磁石磁極部とを有するロータと、
環状のヨークと、前記環状のヨークの内側に周方向に間隔をあけて配置され、前記ヨークに連結された一端と該一端よりも径方向内側に位置する他端とを有するN個(Nは4以上の偶数)の極柱と、前記N個の極柱の前記他端に設けられて内周側に前記ロータと対向する磁極面を有するN個の磁極面形成部と、隣接する2つの前記磁極面形成部を連結するN個の連結部とから構成され、前記N個の連結部に前記連結部を径方向に貫通する1以上の貫通孔が形成されているステータコアと、
前記ステータコアのN個の前記極柱にそれぞれ設けられたN個の励磁巻線部とを備えた永久磁石型回転モータであって、
前記N個の連結部は、N/2個の第1のタイプの連結部と該第1のタイプの連結部と前記ロータの周方向に交互に配置されるN/2個の第2のタイプの連結部とを含んでおり、
前記回転軸の中心と前記第1のタイプの連結部の前記周方向に対向する両端とをそれぞれ結ぶ2本の仮想線分間の第1の角度θ1と、前記回転軸の中心と前記第2のタイプの連結部の前記周方向に対向する両端とをそれぞれ結ぶ2本の仮想線分間の第2の角度θ2とは、θ1>θ2の関係にあり、
前記第1のタイプの連結部には、該第1のタイプの連結部の前記回転軸の軸線方向の中心位置から前記軸線方向の両側にそれぞれ延びる1つの前記貫通孔が形成されており、
前記第2のタイプの連結部には、該第2のタイプの連結部の前記軸線方向の中心位置から前記軸線方向の両側にそれぞれ延びる1つの前記貫通孔が形成されており、
前記第1のタイプの連結部に形成された前記貫通孔の前記周方向の長さが、前記第2のタイプの連結部に形成された前記貫通孔の前記周方向の長さより長く、
前記第1及び第2のタイプの連結部に形成される前記貫通孔は、前記中心位置から前記軸線方向の両側それぞれ同じ長さ延びていることを特徴とする永久磁石型回転モータ。
(2) 回転軸に固定されたロータコアと該ロータコアに対して取り付けられた永久磁石からなる複数個の永久磁石磁極部とを有するロータと、
環状のヨークと、前記環状のヨークの内側に周方向に間隔をあけて配置され、前記ヨークに連結された一端と該一端よりも径方向内側に位置する他端とを有するN個(Nは4以上の偶数)の極柱と、前記N個の極柱の前記他端に設けられて内周側に前記ロータと対向する磁極面を有するN個の磁極面形成部と、隣接する2つの前記磁極面形成部を連結するN個の連結部とから構成され、前記N個の連結部に前記連結部を径方向に貫通する1以上の貫通孔が形成されているステータコアと、
前記ステータコアのN個の前記極柱にそれぞれ設けられたN個の励磁巻線部とを備えた永久磁石型回転モータであって、
前記N個の連結部は、N/2個の第1のタイプの連結部と該第1のタイプの連結部と前記ロータの周方向に交互に配置されるN/2個の第2のタイプの連結部とを含んでおり、
前記回転軸の中心と前記第1のタイプの連結部の前記周方向に対向する両端とをそれぞれ結ぶ2本の仮想線分間の第1の角度θ1と、前記回転軸の中心と前記第2のタイプの連結部の前記周方向に対向する両端とをそれぞれ結ぶ2本の仮想線分間の第2の角度θ2とは、θ1>θ2の関係にあり、
前記第1のタイプの連結部には、該第1のタイプの連結部の前記回転軸の軸線方向の一端から他端に向って延びる貫通孔が形成され、
前記第2のタイプの連結部には、該第2のタイプの連結部の前記軸線方向の他端から一端に向って延びる貫通孔が形成され、
前記第1のタイプの連結部に形成された前記貫通孔の前記周方向の長さが、前記第2のタイプの連結部に形成された前記貫通孔の前記周方向の長さより長く、
前記第1のタイプの連結部に形成された前記貫通孔の軸線方向の長さが、前記第2のタイプの連結部に形成された前記貫通孔の軸線方向の長さより短いことを特徴とする永久磁石型回転モータ。
本発明の第1の実施の形態の永久磁石型回転モータの概略図である。 図1に示す永久磁石型回転モータに用いるステータコアの斜視図である。 図1に示す永久磁石型回転モータに用いるステータコアを内側(ロータ側)から見た部分図である。 図1に示す永久磁石型回転モータに用いるステータコアの第1の種類の磁極構成用鋼板層の平面図である。 図1に示す永久磁石型回転モータに用いるステータコアの第2の種類の磁極構成用鋼板層の平面図である。 図1に示す永久磁石型回転モータに用いるステータコアの第3の種類の磁極構成用鋼板層の平面図である。 本発明の第2の実施の形態の永久磁石型回転モータに用いるステータコアの斜視図である。 図7に示す永久磁石型回転モータに用いるステータコアを内側(ロータ側)から見た部分図である。 本発明の第3の実施の形態の永久磁石型回転モータに用いるステータコアの斜視図である。 図9に示す永久磁石型回転モータに用いるステータコアを内側(ロータ側)から見た部分図である。 第1の実施の形態の永久磁石型回転モータのロータ回転角とコギングトルクとの関係を示す図である。 第2の実施の形態の永久磁石型回転モータのロータ回転角とコギングトルクとの関係を示す図である。 第3の実施の形態の永久磁石型回転モータのロータ回転角とコギングトルクとの関係を示す図である。 図4に示す第1の種類の磁極構成用鋼板層のみを積層して磁極構成体を形成した比較例1の永久磁石型回転モータのロータ回転角とコギングトルクとの関係を示す図である。 図5に示す第2の種類の磁極構成用鋼板層のみを積層して磁極構成体を形成した比較例2の永久磁石型回転モータのロータ回転角とコギングトルクとの関係を示す図である。 図6に示す第3の種類の磁極構成用鋼板層のみを積層して磁極構成体を形成した比較例3の永久磁石型回転モータのロータ回転角とコギングトルクとの関係を示す図である。
符号の説明
1 ロータ
3 ステータ
9,109,209 ステータコア
11 励磁巻線部
13 ヨーク
15 磁極構成体
17 極柱
19 磁極面形成部
21A,121A,221A 第1のタイプの連結部
21B,121B,221B 第2のタイプの連結部
27 第1の種類の磁極構成用鋼板層
29 第2の種類の磁極構成用鋼板層
31 第3の種類の磁極構成用鋼板層
27a,29a,31a 極柱構成部
27b,29b,31b 磁極面構成部
27c,29c,31c 第1の中間部分
27d,29d,31d 第2の中間部分
29e,31e,31f 連結部構成部
θ1 第1の角度
θ2 第2の角度
H1,H2,H21,H22 貫通孔
H11 第1の貫通孔
H12 第2の貫通孔
H13 第3の貫通孔
H14 第4の貫通孔

Claims (9)

  1. 回転軸に固定されたロータコアと該ロータコアに対して取り付けられた永久磁石からなる複数個の永久磁石磁極部とを有するロータと、
    環状のヨークと、前記環状のヨークの内側に周方向に間隔をあけて配置され、前記ヨークに連結された一端と該一端よりも径方向内側に位置する他端とを有するN個(Nは4以上の偶数)の極柱と、前記N個の極柱の前記他端に設けられて内周側に前記ロータと対向する磁極面を有するN個の磁極面形成部と、隣接する2つの前記磁極面形成部を連結するN個の連結部とから構成され、前記N個の連結部に前記連結部を径方向に貫通する1以上の貫通孔が形成されているステータコアと、
    前記ステータコアのN個の前記極柱にそれぞれ設けられたN個の励磁巻線部とを備えた永久磁石型回転モータであって、
    前記N個の連結部は、N/2個の第1のタイプの連結部と該第1のタイプの連結部と前記ロータの周方向に交互に配置されるN/2個の第2のタイプの連結部とを含んでおり、
    前記回転軸の中心と前記第1のタイプの連結部の前記周方向に対向する両端とをそれぞれ結ぶ2本の仮想線分間の第1の角度θ1と、前記回転軸の中心と前記第2のタイプの連結部の前記周方向に対向する両端とをそれぞれ結ぶ2本の仮想線分間の第2の角度θ2とは、θ1>θ2の関係にあり、
    前記第1のタイプの連結部には、該第1のタイプの連結部の前記回転軸の軸線方向の中心位置から前記軸線方向の両側にそれぞれ延びる1つの前記貫通孔が形成されており、
    前記第2のタイプの連結部には、該第2のタイプの連結部の前記軸線方向の中心位置から前記軸線方向の両側にそれぞれ延びる1つの前記貫通孔が形成されており、
    前記第1のタイプの連結部に形成された前記貫通孔の前記周方向の長さが、前記第2のタイプの連結部に形成された前記貫通孔の前記周方向の長さより長く、
    前記第1のタイプの連結部に形成された前記貫通孔の前記軸線方向の長さが、前記第2のタイプの連結部に形成された前記貫通孔の前記軸線方向の長さより短いことを特徴とする永久磁石型回転モータ。
  2. 回転軸に固定されたロータコアと該ロータコアに対して取り付けられた永久磁石からなる複数個の永久磁石磁極部とを有するロータと、
    環状のヨークと、前記環状のヨークの内側に周方向に間隔をあけて配置され、前記ヨークに連結された一端と該一端よりも径方向内側に位置する他端とを有するN個(Nは4以上の偶数)の極柱と、前記N個の極柱の前記他端に設けられて内周側に前記ロータと対向する磁極面を有するN個の磁極面形成部と、隣接する2つの前記磁極面形成部を連結するN個の連結部とから構成され、前記N個の連結部に前記連結部を径方向に貫通する1以上の貫通孔が形成されているステータコアと、
    前記ステータコアのN個の前記極柱にそれぞれ設けられたN個の励磁巻線部とを備えた永久磁石型回転モータであって、
    前記N個の連結部は、N/2個の第1のタイプの連結部と該第1のタイプの連結部と前記ロータの周方向に交互に配置されるN/2個の第2のタイプの連結部とを含んでおり、
    前記回転軸の中心と前記第1のタイプの連結部の前記周方向に対向する両端とをそれぞれ結ぶ2本の仮想線分間の第1の角度θ1と、前記回転軸の中心と前記第2のタイプの連結部の前記周方向に対向する両端とをそれぞれ結ぶ2本の仮想線分間の第2の角度θ2とは、θ1>θ2の関係にあり、
    前記第1のタイプの連結部には、該第1のタイプの連結部の前記回転軸の軸線方向の一端から他端に向って延びる第1の貫通孔が形成され、該第1のタイプの連結部の前記軸線方向の他端から一端に向って延びる第2の貫通孔が形成され、
    前記第2のタイプの連結部には、該第2のタイプの連結部の前記軸線方向の一端から他端に向って延びる第3の貫通孔が形成され、該第2のタイプの連結部の前記軸線方向の他端から一端に向って延びる第4の貫通孔が形成され、
    前記第1のタイプの連結部に形成された前記第1及び第2の貫通孔の前記周方向の長さが、前記第2のタイプの連結部に形成された前記第3及び第4の貫通孔の前記周方向の長さよりも長く、
    前記第1のタイプの連結部に形成された前記第1及び第2の貫通孔の前記軸線方向の長さが、前記第2のタイプの連結部に形成された前記第3及び第4の貫通孔の前記軸線方向の長さよりも短いことを特徴とする永久磁石型回転モータ。
  3. 前記第1の貫通孔と前記第2の貫通孔とは前記軸線方向の長さが等しく、前記第3の貫通孔と前記第4の貫通孔とは前記軸線方向の長さが等しいことを特徴とする請求項2に記載の永久磁石型回転モータ。
  4. 回転軸に固定されたロータコアと該ロータコアに対して取り付けられた永久磁石からなる複数個の永久磁石磁極部とを有するロータと、
    環状のヨークと、前記環状のヨークの内側に周方向に間隔をあけて配置され、前記ヨークに連結された一端と該一端よりも径方向内側に位置する他端とを有するN個(Nは4以上の偶数)の極柱と、前記N個の極柱の前記他端に設けられて内周側に前記ロータと対向する磁極面を有するN個の磁極面形成部と、隣接する2つの前記磁極面形成部を連結するN個の連結部とから構成され、前記N個の連結部に前記連結部を径方向に貫通する1以上の貫通孔が形成されているステータコアと、
    前記ステータコアのN個の前記極柱にそれぞれ設けられたN個の励磁巻線部とを備えた永久磁石型回転モータであって、
    前記N個の連結部は、N/2個の第1のタイプの連結部と該第1のタイプの連結部と前記ロータの周方向に交互に配置されるN/2個の第2のタイプの連結部とを含んでおり、
    前記回転軸の中心と前記第1のタイプの連結部の前記周方向に対向する両端とをそれぞれ結ぶ2本の仮想線分間の第1の角度θ1と、前記回転軸の中心と前記第2のタイプの連結部の前記周方向に対向する両端とをそれぞれ結ぶ2本の仮想線分間の第2の角度θ2とは、θ1>θ2の関係にあり、
    前記第1のタイプの連結部には、該第1のタイプの連結部の前記回転軸の軸線方向の一端から他端に向って延びる貫通孔が形成され、
    前記第2のタイプの連結部には、該第2のタイプの連結部の前記軸線方向の一端から他端に向って延びる貫通孔が形成され、
    前記第1のタイプの連結部に形成された前記貫通孔の前記周方向の長さが、前記第2のタイプの連結部に形成された前記貫通孔の前記周方向の長さより長く、
    前記第1のタイプの連結部に形成された前記貫通孔の前記軸線方向の長さが、前記第2のタイプの連結部に形成された前記貫通孔の前記軸線方向の長さより短いことを特徴とする永久磁石型回転モータ。
  5. 前記第2の角度θ2を前記第1の角度θ1で割った値(θ2/θ1)が0.25<θ2/θ1<0.35の範囲となる請求項1〜4のいずれか1つに記載の永久磁石型回転モータ。
  6. 前記第1のタイプの連結部に形成された前記貫通孔の前記周方向に測った角度範囲は、前記第1の角度θ1に等しく、前記第2のタイプの連結部に形成された前記貫通孔の前記周方向に測った角度範囲は、前記第2の角度θ2に等しいことを特徴とする請求項1〜4のいずれか1つに記載の永久磁石型回転モータ。
  7. 回転軸に固定されたロータコアと該ロータコアに対して取り付けられた永久磁石からなる複数個の永久磁石磁極部とを有するロータと、
    環状のヨークと、前記環状のヨークの内側に周方向に間隔をあけて配置され、前記ヨークに連結された一端と該一端よりも径方向内側に位置する他端とを有するN個(Nは4以上の偶数)の極柱と、前記N個の極柱の前記他端に設けられて内周側に前記ロータと対向する磁極面を有するN個の磁極面形成部と、隣接する2つの前記磁極面形成部を連結するN個の連結部とから構成され、前記N個の連結部に前記連結部を径方向に貫通する1以上の貫通孔が形成されているステータコアと、
    前記ステータコアのN個の前記極柱にそれぞれ設けられたN個の励磁巻線部とを備えた永久磁石型回転モータであって、
    前記ステータコアは、前記ヨークと、前記ヨークの内側に配置された磁極構成体とからなり、
    前記磁極構成体は、前記極柱の一部を構成する極柱構成部と、前記磁極面形成部の一部を構成する磁極面構成部とをそれぞれ有する磁性鋼板製からなる第1〜第3の種類の磁極構成用鋼板層が積層されて構成されており、
    前記第1〜第3の種類の磁極構成用鋼板層に含まれる隣接する2つの前記磁極面構成部間に形成される中間部分は、前記周方向に測った角度範囲が異なる第1の中間部分と第2の中間部分とからなり、
    前記第1の中間部分は、隣接する前記2つの磁極面構成部の前記周方向に対向する2つの端部と前記ロータの中心とをそれぞれ結ぶ2本の仮想線分間の角度が第1の角度θ1からなり、
    前記第2の中間部分は、隣接する前記2つの磁極面構成部の前記周方向に対向する2つの端部と前記ロータの中心とをそれぞれ結ぶ2本の仮想線分間の角度が第1の角度θ1より小さい第2の角度θ2からなり、
    前記第1の中間部分と前記第2の中間部分とが前記周方向に交互に並んでおり、
    前記第1の種類の磁極構成用鋼板層は、前記第1の中間部分及び前記第2の中間部分のいずれもが前記貫通孔の一部を構成するように開口しており、
    前記第2の種類の磁極構成用鋼板層は、前記第1の中間部分が前記連結部の一部を構成
    しており、前記第2の中間部分が前記貫通孔の一部を構成するように開口しており、
    前記第3の種類の磁極構成用鋼板層は、前記第1の中間部分及び前記第2の中間部分のいずれもが前記連結部の一部を構成しており、
    前記磁極構成体は、前記第3の種類の磁極構成用鋼板層と前記第2の種類の磁極構成用鋼板層と前記第1の種類の磁極構成用鋼板層と前記第2の種類の磁極構成用鋼板層と前記第3の種類の磁極構成用鋼板層とが、この順番で枚数の比率が1:2:4:2:1となるように積層されて構成されている永久磁石型回転モータ。
  8. 回転軸に固定されたロータコアと該ロータコアに対して取り付けられた永久磁石からなる複数個の永久磁石磁極部とを有するロータと、
    環状のヨークと、前記環状のヨークの内側に周方向に間隔をあけて配置され、前記ヨークに連結された一端と該一端よりも径方向内側に位置する他端とを有するN個(Nは4以上の偶数)の極柱と、前記N個の極柱の前記他端に設けられて内周側に前記ロータと対向する磁極面を有するN個の磁極面形成部と、隣接する2つの前記磁極面形成部を連結するN個の連結部とから構成され、前記N個の連結部に前記連結部を径方向に貫通する1以上の貫通孔が形成されているステータコアと、
    前記ステータコアのN個の前記極柱にそれぞれ設けられたN個の励磁巻線部とを備えた永久磁石型回転モータであって、
    前記ステータコアは、前記ヨークと、前記ヨークの内側に配置された磁極構成体とからなり、
    前記磁極構成体は、前記極柱の一部を構成する極柱構成部と、前記磁極面形成部の一部を構成する磁極面構成部とをそれぞれ有する磁性鋼板製からなる第1〜第3の種類の磁極構成用鋼板層が積層されて構成されており、
    前記第1〜第3の種類の磁極構成用鋼板層に含まれる隣接する2つの前記磁極面構成部間に形成される中間部分は、前記周方向に測った角度範囲が異なる第1の中間部分と第2の中間部分とからなり、
    前記第1の中間部分は、隣接する前記2つの磁極面構成部の前記周方向に対向する2つの端部と前記ロータの中心とをそれぞれ結ぶ2本の仮想線分間の角度が第1の角度θ1からなり、
    前記第2の中間部分は、隣接する前記2つの磁極面構成部の前記周方向に対向する2つの端部と前記ロータの中心とをそれぞれ結ぶ2本の仮想線分間の角度が第1の角度θ1より小さい第2の角度θ2からなり、
    前記第1の中間部分と前記第2の中間部分とが前記周方向に交互に並んでおり、
    前記第1の種類の磁極構成用鋼板層は、前記第1の中間部分及び前記第2の中間部分のいずれもが前記貫通孔の一部を構成するように開口しており、
    前記第2の種類の磁極構成用鋼板層は、前記第1の中間部分が前記連結部の一部を構成
    しており、前記第2の中間部分が前記貫通孔の一部を構成するように開口しており、
    前記第3の種類の磁極構成用鋼板層は、前記第1の中間部分及び前記第2の中間部分のいずれもが前記連結部の一部を構成しており、
    前記磁極構成体は、前記第1の種類の磁極構成用鋼板層と前記第2の種類の磁極構成用鋼板層と前記第3の種類の磁極構成用鋼板層と前記第2の種類の磁極構成用鋼板層と前記第1の種類の磁極構成用鋼板層とが、この順番で枚数の比率が2:2:2:2:2となるように積層されて構成されている永久磁石型回転モータ。
  9. 回転軸に固定されたロータコアと該ロータコアに対して取り付けられた永久磁石からなる複数個の永久磁石磁極部とを有するロータと、
    環状のヨークと、前記環状のヨークの内側に周方向に間隔をあけて配置され、前記ヨークに連結された一端と該一端よりも径方向内側に位置する他端とを有するN個(Nは4以上の偶数)の極柱と、前記N個の極柱の前記他端に設けられて内周側に前記ロータと対向する磁極面を有するN個の磁極面形成部と、隣接する2つの前記磁極面形成部を連結するN個の連結部とから構成され、前記N個の連結部に前記連結部を径方向に貫通する1以上の貫通孔が形成されているステータコアと、
    前記ステータコアのN個の前記極柱にそれぞれ設けられたN個の励磁巻線部とを備えた永久磁石型回転モータであって、
    前記ステータコアは、前記ヨークと、前記ヨークの内側に配置された磁極構成体とからなり、
    前記磁極構成体は、前記極柱の一部を構成する極柱構成部と、前記磁極面形成部の一部を構成する磁極面構成部とをそれぞれ有する磁性鋼板製からなる第1〜第3の種類の磁極構成用鋼板層が積層されて構成されており、
    前記第1〜第3の種類の磁極構成用鋼板層に含まれる隣接する2つの前記磁極面構成部間に形成される中間部分は、前記周方向に測った角度範囲が異なる第1の中間部分と第2の中間部分とからなり、
    前記第1の中間部分は、隣接する前記2つの磁極面構成部の前記周方向に対向する2つの端部と前記ロータの中心とをそれぞれ結ぶ2本の仮想線分間の角度が第1の角度θ1からなり、
    前記第2の中間部分は、隣接する前記2つの磁極面構成部の前記周方向に対向する2つの端部と前記ロータの中心とをそれぞれ結ぶ2本の仮想線分間の角度が第1の角度θ1より小さい第2の角度θ2からなり、
    前記第1の中間部分と前記第2の中間部分とが前記周方向に交互に並んでおり、
    前記第1の種類の磁極構成用鋼板層は、前記第1の中間部分及び前記第2の中間部分のいずれもが前記貫通孔の一部を構成するように開口しており、
    前記第2の種類の磁極構成用鋼板層は、前記第1の中間部分が前記連結部の一部を構成
    しており、前記第2の中間部分が前記貫通孔の一部を構成するように開口しており、
    前記第3の種類の磁極構成用鋼板層は、前記第1の中間部分及び前記第2の中間部分のいずれもが前記連結部の一部を構成しており、
    前記磁極構成体は、前記第3の種類の磁極構成用鋼板層と前記第2の種類の磁極構成用鋼板層と前記第1の種類の磁極構成用鋼板層とが、この順番で枚数の比率が2:4:4となるように積層されて構成されている永久磁石型回転モータ。
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