JPH059147U - 電動機のロータ - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【目的】 本考案の目的は、電動機を大型化せずに電機
子反作用によるトルクリップルを低減する事ができる電
動機のロータを提供する。 【構成】 磁極部材２１には、磁極部材２１における磁
路を分割するように複数個の空隙Ｃ２が設けられてい
る。

Description

【考案の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】

本考案は、ステータの内側にフランジ及びベアリングを介して回転自在に置か れたロータを有する永久磁石式の電動機のロータ構造に関する。

【０００２】

【従来の技術】

図３は従来の６ポールの電動機のロータ及びステータの一例を軸方向から見た 図であり、巻線及び磁路については一対のＮ極及びＳ極に関してのみ記載してあ り、その他の部分については同等の為省略してある。ロータ１０は打抜き等によ り作られた磁性材から成る鋼板を複数枚積層した磁極部材１１が軸１に圧入、焼 バメ或いは接着等により固定され、この磁極部材１１の外周が順次異なる極とな る様にブロック状の磁石１２が配設されている。ここで、磁極部材１１の外周部 は隣接する相異なる極が実用上差し支えない程度の微少磁束にて飽和する断面積 にて継がっている。また、磁極部材１１の内周部は同じ極（図ではＳ極）が軸１ に嵌着しても応力破壊を起さない様な面積をもって全周継がっており、他の極（ 図ではＮ極）とは径方向に設けられた空隙Ｃ１により磁気的に絶縁されている。 なお、遠心力等に対する補強として、漏れ磁束が電動機として実用的に問題とな らない範囲で磁極部材１１と磁極部材１１の内周部とを必要最小限の断面積で継 げるようにしても良い。

【０００３】 このように構成されたロータ１０の外側にはステータ１３が設けられ、ステー タ１３は打抜き等により作られた磁性材から成る鋼板を複数枚積層したステータ コア１４と、ステータコア１４に設けられたスロット１５に巻かれた３相の巻線 １６とで構成されている。この電動機の磁路を考えると、ステータコア１４と磁 極部材１１の外周とのエアギャップに対し磁極部材１１内の空隙Ｃ１の方が大幅 に磁気抵抗が大きいので、磁束はＮ極の磁極部材１１の中を通り、その磁極部材 １１の外周からステータコア１４の歯部及びヨーク部を通って隣のＳ極に向かう （図示点線矢印）。ここで、この電動機のトルク発生原理について考えてみる。 ロータ１０の回転角位置をθとすると、３相各相（Ｕ，Ｖ，Ｗ）の巻線１６に直 交する有効磁束密度Ｂｕ，Ｂｖ，Ｂｗが最大有効磁束密度をＢｏとしたときにそ れぞれ数１，数２，数３となるように電動機は設計されている。

【０００４】

【数１】 Ｂｕ＝Ｂｏ・ｃｏｓθ

【数２】 Ｂｖ＝Ｂｏ・ｃｏｓ（θ＋（２／３）π）

【数３】 Ｂｗ＝Ｂｏ・ｃｏｓ（θ＋（４／３）π） また、巻線１６の各相に流す電流Ｉｕ，Ｉｖ，Ｉｗは、最大値をＩｏとするとそ れぞれ数４，数５，数６となるように制御されている。

【数４】 Ｉｕ＝Ｉｏ・ｃｏｓθ

【数５】 Ｉｖ＝Ｉｏ・ｃｏｓ（θ＋（２／３）π）

【数６】 Ｉｗ＝Ｉｏ・ｃｏｓ（θ＋（４／３）π） このとき電動機の発生トルクＴは数７で示すようになり、ロータ１０の回転角位 置θに関係なく一定で、電流Ｉｏに比例するのが分る。

【０００５】

【数７】 Ｔ＝Ｂｕ・Ｉｕ＋Ｂｖ・Ｉｖ＋Ｂｗ・Ｉｗ ＝Ｂｏ・ｃｏｓθ・Ｉｏ・ｃｏｓθ ＋Ｂｏ・ｃｏｓ（θ＋（２／３）π）・Ｉｏ・ｃｏｓ（θ＋（２／３） π） ＋Ｂｏ・ｃｏｓ（θ＋（４／３）π）・Ｉｏ・ｃｏｓ（θ＋（４／３） π） ＝（３／２）Ｂｏ・Ｉｏ そして、ロータ１０の回転角位置θにおける各相に流す電流Ｉ及び各相の巻線 １６に直交する磁束密度Ｂの関係は図４の（Ａ）及び（Ｂ）のようになる。

【０００６】

【考案が解決しようとする課題】

上述した従来の電動機において、実際に巻線１６に電流を流した時の状態を考 えると、電機子反作用と呼ばれる図３の実線矢印で示す様な磁気回路が形成され る。このとき磁極部材１１内の磁束密度は磁極部材１１の飽和磁束密度に対して 通常十分余裕があり、磁束は自由に動ける状態にある事から、電機子反作用によ る磁束により同図中点線矢印で示す磁極部材１１内の磁束の流れは簡単にゆがめ られてしまう。従って、巻線１６の各相を直交する磁束密度が余弦波状に成るべ きところが位相がずれてしまい、結果電動機の出力トルクにはトルクリップルと 呼ばれるロータの回転角位置によって大きくトルクが脈動する現象が発生する。

【０００７】 トルクリップルを少なくする方法としては、磁極部材１１の外周とステータ１ ３の内周のエアギャップを大きくする事により、電機子反作用による磁気回路に 対して磁気抵抗を大きくしてその影響を小さくする方法が考えられるが、電動機 としての有効磁束密度が低下してモータの効率が悪くなり、結果電動機が大きく なるという問題があった。 本考案は上述した事情から成されたものであり、本考案の目的は、電動機を大 型化せずに電機子反作用によるトルクリップルを低減する事ができる電動機のロ ータを提供する事にある。

【０００８】

【課題を解決するための手段】

本考案は、磁性材により構成された磁極部材と、この磁極部材が円周方向で順 次異なる極となる様に配置されたブロック状の永久磁石とを有する電動機のロー タに関するものであり、本考案の上記目的は、前記磁極部材における磁路を分割 するように前記磁極部材に複数個の空隙を設けることによって達成される。

【０００９】

【作用】 本考案にあっては、磁極部材に設けた複数の空隙により、電機子反作用による 磁気回路に対して磁気抵抗を大きくすると共に、電機子反作用による磁束のゆが みを少なくしているので、電動機のトルクリップルを低減させることができる。

【００１０】

【実施例】

図１は本考案の電動機のロータの一例を軸方向から見た図であり、一対の磁極 部分に関してのみ記載しており、その他の磁極部分は同一構成の為省略してある 。なお、図３と同一構成箇所は同符号を付して説明を省略する。ロータ２０の磁 極部材２１には、磁石１２と図示しないロータ２０の外側に配設されたステータ とを結ぶ磁路に沿って空隙Ｃ２が複数設けられており、空隙Ｃ２は磁極部材２１ の長手方向に貫通している。これらの複数の空隙Ｃ２により磁極部材２１内の磁 路は複数に分割される。空隙Ｃ２の幅寸法は、空隙Ｃ２により分割された磁路の 断面積の総和が磁石１２からの総磁束量により磁気飽和する限界一杯程度となる ように決められている。 このように構成されたロータ２０においては、巻線１６に電機子電流を流した 時発生する電機子反作用による磁気回路に対して空隙Ｃ２が大きな磁気抵抗とし て働き、電機子反作用による磁極部材２１内の磁束をゆがめようとする力は大幅 に低減される。また、このとき若干の電機子反作用による影響力が残るものの、 磁極部材２１内の磁路は空隙Ｃ２により分割され、分割された各磁路の断面積は 僅かな磁束の増加により磁気飽和するようにしてある為、磁極部材２１外周での 磁束分布は変化しにくい。従って、電機子反作用によるトルクリップルを大幅に 低減する事ができる。

【００１１】 図２は本考案の電動機のロータの別の一例を図１に対応させて示す図であり、 磁極部材３１の略外周部円周方向に空隙Ｃ３が複数設けられており、空隙Ｃ３は 磁極部材３１の長手方向に貫通している。これらの複数の空隙Ｃ３により磁極部 材３１内の磁路は分割される。空隙Ｃ３の幅寸法は、空隙Ｃ３により分割された 磁路の断面積の総和が磁石１２からの総磁束量により磁気飽和する限界一杯程度 となるように決められている。 このように構成されたロータ３０においても、空隙Ｃ３は図１にて説明したの と同様に電機子反作用による起磁力に対して大きな磁気抵抗を有する。また、空 隙Ｃ３により磁路が分割され、分割された各磁路の断面積は僅かな磁束の増加に より磁気飽和するようにしてある為、磁極部材３１外周での磁束分布は変化しに くい。従って、電機子反作用によるトルクリップルを大幅に低減する事ができる 。ここで、空隙Ｃ２の形状は四角で記載してあるが、磁路を分割する目的が達成 できれば良く、例えば丸でも良い。

【００１２】 なお、空隙は磁極部材を打抜き等により作る際に同時に打抜いて作成する事が できる。また、上述した実施例は６ポールの電動機について説明したが、特にこ れに限定されるものではなく、物理的に許す範囲であれば何ポールでも良い。更 に、分割された磁極部材と磁石とが交互に配置される様な構造のロータにも適用 可能である。

【００１３】

【考案の効果】

以上のように本考案の電動機のロータによれば、電動機を大型化せずにトルク リップルを減少させることができるので、高精度な電動機とすることができ、適 用される機械の振動や異音の発生を抑制することができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本考案の電動機のロータの一例を軸方向から見
た図である。

【図２】本考案の電動機のロータの別の一例を軸方向か
ら見た図である。

【図３】従来の電動機のロータ及びステータの一例を軸
方向から見た図である。

【図４】ロータ回転角位置に対する３相巻線に流す電流
及び３相巻線に直交する磁束密度の関係を示す図であ
る。

【符号の説明】

１０，２０，３０ ロータ １１、２１、３１ 磁極部材 Ｃ１、Ｃ２、Ｃ３ 空隙

Claims (3)

【実用新案登録請求の範囲】
1. 【請求項１】 磁性材により構成された磁極部材と、こ
   の磁極部材が円周方向で順次異なる極となる様に配置さ
   れたブロック状の永久磁石とを有する電動機のロータに
   おいて、前記磁極部材における磁路を分割するように前
   記磁極部材に複数個の空隙を設けた事を特徴とする電動
   機のロータ。
2. 【請求項２】 前記空隙は、前記磁極部材内の磁路に沿
   って設けられている請求項１に記載の電動機のロータ。
3. 【請求項３】 前記空隙は、前記磁極部材の略外周の円
   周方向に設けられている請求項１に記載の電動機のロー
   タ。