WO2020110383A1 - ロータ及び該ロータを用いたモータ、並びに、電子機器 - Google Patents
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- WO2020110383A1 WO2020110383A1 PCT/JP2019/032315 JP2019032315W WO2020110383A1 WO 2020110383 A1 WO2020110383 A1 WO 2020110383A1 JP 2019032315 W JP2019032315 W JP 2019032315W WO 2020110383 A1 WO2020110383 A1 WO 2020110383A1
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- H02K21/16—Synchronous motors having permanent magnets; Synchronous generators having permanent magnets with stationary armatures and rotating magnets with magnets rotating within the armatures having annular armature cores with salient poles
Definitions
- the present invention relates to a rotor, a motor using the rotor, and an electronic device.
- a motor has been used as a drive source for various devices.
- various motors are selected according to the purpose of use and the scene.
- an IPM (Interior Permanent Magnet) motor that positively utilizes reluctance torque is highly efficient and can realize high torque.
- the IPM motor is disclosed in Patent Document 1 and Patent Document 2, for example.
- the magnet is long in the radial direction of the rotor, so that in the region of the magnetic pole surface away from the outer periphery of the rotor, the magnetic flux is hard to face in the outer peripheral direction. , The magnetic flux could not be used effectively. Therefore, even if a large magnet is used so as to have a large magnetic pole surface, the efficiency corresponding to the size cannot be obtained, and conversely, a larger magnetic pole surface must be secured, so that the motor can be downsized. I haven't been able to.
- an object of the present invention is to provide a rotor capable of effectively utilizing a magnetic flux generated from a magnet, a motor using the rotor, and an electronic device.
- the rotor of the present invention includes an annular portion, a rotor core having a plurality of magnetic pole pieces radially extending from the annular portion via a pair of connecting portions, and the magnetic pole pieces that are adjacent to each other in the circumferential direction.
- Each of the first magnets has a plurality of first magnets arranged between them and a plurality of second magnets arranged between the pair of connecting portions, and each of the first magnets is arranged in the circumferential direction.
- the side surfaces of two adjacent magnetic pole pieces are in contact with each other, and the second magnet is in contact with the inner surface of the magnetic pole pieces in the radial direction.
- the magnetic pole of the first magnet on one side surface side and the magnetic pole of the first magnet on the other side surface side In the direction, the magnetic pole of the second magnet on the inner surface side of the magnetic pole piece is the same magnetic pole.
- the width of the first gap in the circumferential direction can be made wider from the annular portion toward the magnetic pole piece.
- a second gap be provided between both side surfaces of the second magnet and side surfaces of the pair of connecting portions in the circumferential direction. At this time, the width of the second gap in the circumferential direction can be made narrower from the annular portion toward the magnetic pole piece.
- the corner of the second magnet is in contact with the corner on the magnetic pole piece side. Further, at this time, a corner of the plurality of corners of the second gap on the side of the annular portion and a corner of the second magnet can be separated from each other.
- the inner surface of the second magnet and the outer surface of the annular portion are in contact with each other in the radial direction.
- the outer surface of the second magnet and the inner surface of the magnetic pole piece may be curved outward in the radial direction.
- the inner surface of the second magnet and the outer surface of the annular portion may be curved toward the hole of the annular portion in the radial direction.
- a motor of the present invention includes the rotor of the present invention, a shaft fixed to the rotor, and a stator having a coil and a magnetic body around which the coil is wound.
- An electronic device of the present invention includes the motor of the present invention.
- FIG. 3 is a vertical cross-sectional view of a motor using a rotor according to an embodiment which is an example of the present invention, and is a cross-sectional view taken along the line BB in FIG. 2.
- FIG. 2 is a cross-sectional view of a motor using the rotor according to the embodiment, which is an example of the present invention, and is a cross-sectional view taken along the line AA in FIG. 1.
- It is a partial expanded sectional view of a rotor concerning an embodiment which is an example of the present invention.
- the conventional rotor which does not have a 2nd magnet, it is a schematic diagram which simulated what kind of magnetic force line the magnetic flux from a magnet draws in a rotor core.
- FIG. 3 is a partially enlarged view of a connecting portion and its periphery (region C in FIG. 2) in the rotor according to the exemplary embodiment which is an example of the present invention. It is a partial expanded sectional view of the rotor concerning the 1st modification which is an example of the present invention. It is a partial expanded sectional view of the rotor concerning the 2nd modification which is an example of the present invention. It is a partial expanded sectional view of the rotor concerning the 3rd modification which is an example of the present invention.
- FIG. 11 is a partially enlarged view of a connecting portion and its periphery (region E in FIG. 10) in a rotor according to a fourth modification which is an example of the present invention.
- FIG. 1 is a vertical sectional view of a motor 1 using a rotor 3 according to an embodiment which is an example of the present invention
- FIG. 2 is a horizontal sectional view. 1 corresponds to the BB sectional view in FIG. 2, and FIG. 2 corresponds to the AA sectional view in FIG.
- the motor 1 in the present embodiment is a kind of inner rotor type brushless motor, and is a spoke type IPM motor.
- the IPM motor is a rotor with a magnet embedded, and is also called an embedded magnet type motor.
- a spoke type IPM motor is known in which a magnet having a rectangular cross section is radially arranged in a rotor core.
- the long side surface serves as a magnetic pole, and the facing magnetic pole surfaces of adjacent magnets in the circumferential direction have the same pole.
- a flux barrier is formed by providing a gap in the rotor core, and the magnetic flux is directed to the stationary portion as much as possible to improve the operation efficiency.
- the motor 1 includes a shaft 2 serving as a rotating shaft, magnets 31 and 32 arranged in a rotor core 33 made of a magnetic material, a rotor 3 fixed to the shaft 2 and rotating together, and a magnetic material. And a stator 4 in which a coil 42 is wound around a stator core 41 and arranged so as to surround the rotor 3, and a housing 5 in which the stator 4 is fixed and a part or all of the components of the motor 1 are housed inside. ,,.
- the housing 5 accommodates a part or all of the components of the motor 1 such as the rotor 3 and the stator 4 therein, and includes a housing main body 51 to which the stator 4 is fixed, and an opening provided on the upper part of the housing main body 51. And a cover 52 for covering.
- the housing body 51 includes a bottom portion 51a having a protrusion 51aa described below, a cylinder portion 51b, and an outer peripheral portion 51c.
- the cover 52 includes an annular flat plate portion 52a having a protrusion 52aa described below and an outer peripheral portion 52c.
- the protruding portion 52aa of the cover 5 is provided on the flat plate portion 52a and protrudes in the direction toward the rotor 3 in the longitudinal direction of the shaft 2.
- the outer peripheral portion 51c of the housing main body 51 and the outer peripheral portion 52c of the cover 52 are fixed (fastened), the inside of the housing 5 is shielded from the outside, and the motor 1 is completed.
- the motor 1 is provided with a plurality of (two in the present embodiment) bearings 61 and 62 that rotatably support the shaft 2 with respect to the housing 5.
- the bottom 51a of the housing body 51 is provided with one bearing 61 of the plurality of bearings 61 and 62.
- the bottom 51a of the housing main body 51 that supports the bearing 61 is provided with a protrusion 51aa (hereinafter referred to as a bearing housing) and a hole 51ab that protrude toward the rotor 3 in the longitudinal direction of the shaft 2.
- the bearing 61 is fixed to the bearing housing 51aa by press fitting or the like.
- the other bearing 62 is fixed by being press-fitted into a protruding portion 52aa (hereinafter, referred to as a bearing housing) of the cover 52.
- a bearing housing a protruding portion 52aa
- the outer diameter and inner diameter of one bearing 61 and the outer diameter and inner diameter of the other bearing 62 are substantially the same.
- the outer diameter and the inner diameter of the one bearing 61 and the outer diameter and the inner diameter of the other bearing 62 are substantially the same, but the outer diameter and/or the inner diameter of the one bearing 61 is larger than that of the other bearing 62.
- the inner diameter or both may be increased.
- the hole 51ab may not be provided in the bottom portion 51a.
- the shaft 2 includes two ends 2a and 2b, and one end 2b on the housing body 51 side is rotatably supported by the bearing 61 on the housing body 51 and is on the cover 52 side.
- the other end 2a is rotatably supported by the other bearing 62. Therefore, the shaft 2 is rotatably fixed to the housing main body 51 via the bearing 61 and to the cover 52 via the bearing 62, and one end 2b of the shaft 2 projects from the cover 52. ..
- the rotational force can be taken out from one end 2a of the shaft 2 to the outside.
- the shaft 2 is fixed to the rotor 3 and rotates together with the rotor 3 when the rotor 3 is rotated by the electromagnetic action of the stator 4 and the rotor 3.
- the stator 4 includes a stator core 41 including a tooth portion 43 and a coil 42.
- the stator core 41 is a laminated body of magnetic materials such as silicon steel plates, and has an annular portion (hereinafter referred to as an annular portion) 44 arranged coaxially with the shaft 2 and the annular portion 44 to the shaft 2 side. It comprises a plurality of magnetic pole portions (hereinafter referred to as teeth portions) 43 formed so as to extend toward.
- the coil 42 is wound around each of the plurality of tooth portions 43.
- the stator core 41 and the coil 42 are insulated by an insulator 45 formed of an insulator.
- FIG. 3 shows a partially enlarged sectional view of the rotor 3 according to the present embodiment.
- the rotor core 33 which is one of the components of the rotor 3, is formed of a laminated body of a plurality of magnetic bodies, and has a hole portion 34 into which the shaft 2 is inserted and an annular portion in which the hole portion 34 is provided in the central portion. 33a, a plurality of magnetic pole pieces 33b radially formed toward the stator 4 with a position separated from the outer surface 33ad of the annular portion 33a as a base point D, and an end portion of the plurality of magnetic pole pieces 33b on the base point D side.
- the plurality of magnetic pole pieces 33b radially extend from the annular portion 33a to the outside (stator 4) through the pair of connecting portions 33c and 33c in the radial direction.
- the annular portion 33a has an outer surface 33ad and an inner surface 33ae forming the hole 34.
- Each of the plurality of magnetic pole pieces 33b includes an outer surface 33bc, an inner surface 33bd on the side of the annular portion 33a, two side surfaces 33be opposed to a side surface (31e) of the first magnet described later in the circumferential direction, and a plurality of protruding portions. 33bf, and a gap 33g is formed between the protrusion 33bf and the first magnet in the radial direction.
- the protruding portion 33bf extends toward the other adjacent magnetic pole piece 33b in the circumferential direction.
- the protruding portion 33bf of one magnetic pole piece 33b and the protruding portion 33bf of the other magnetic pole piece 33b face each other and form a predetermined gap. Are spaced apart.
- a plurality of first magnets 31 are arranged between the magnetic pole pieces 33b, 33b adjacent to each other in the circumferential direction.
- the plurality of first magnets 31 radially extend from the annular portion 33a in the radial direction.
- the first magnet 31 has two magnetic pole surfaces 31n and 31s that intersect the circumferential direction, and the magnetic pole surfaces 31n and 31s are in contact with the side surface 33be of the magnetic pole piece 33b.
- the first magnet 31 has an outer surface 31c that faces the protruding portion 33bf of the magnetic pole piece 33b in the radial direction, an inner surface 31a that faces the annular portion 33a in the radial direction, and two side surfaces 31e that face the magnetic pole piece 33b in the circumferential direction.
- the magnetic pole surfaces 31n and 31s correspond to the two side surfaces 31e.
- a plurality of second magnets 32 are arranged between the pair of connecting portions 33c, 33c.
- the second magnet 32 includes an inner surface 32g on the annular portion 33a side, an outer surface 32h on the magnetic pole piece 33b side, and two side surfaces 32i, 32i on the pair of connecting portions 33c, 33c side. Further, in the second magnet 32, an inner surface 32g and an outer surface 32h intersecting (orthogonal to) the radial direction of the rotor 3 are magnetic pole surfaces 32n and 32s, and either one of these magnetic pole surfaces 32n and 32s is formed. The outer surface 32h is in contact with the end of the magnetic pole piece 33b on the annular portion 33a side (inner surface 33bd).
- the two marked with the reference numerals 33bn and 33bs will be focused and described.
- the magnetic pole of the first magnet 31 on one side surface side the magnetic pole of the first magnet 31 on the other side surface side
- the magnetic poles of the second magnet 32 on the inner surface 33bd side of the magnetic pole piece (33bn or 33bs) in the radial direction are the same magnetic pole.
- All 32 magnetic pole faces 32n are N poles.
- All of the magnetic pole surfaces 32s are S poles.
- the two magnetic pole surfaces 31n, 31n or 31s, 31s that the first magnet 31 of the two side surfaces 33be, 33be in the circumferential direction contact, and the second magnet 32 make contact.
- the respective magnets are arranged so that all of the magnetic pole surfaces 32n or 32s to be formed have the same magnetic pole.
- the magnetic force of the N pole or the S pole is applied to the magnetic pole piece 33b to form one magnetic flux, which is emitted outward in the radial direction.
- the magnetic poles of the magnetic pole piece 33b are configured such that N poles and S poles are alternately repeated in the circumferential direction.
- the magnetic flux generated from the two magnetic pole surfaces 31n of the first magnet 31 which is long in the radial direction of the rotor 3 becomes a bundle, and goes from the inner side to the outer side in the radial direction, and the base point of the magnetic pole piece 33bn. It is discharged from the end (outer surface 33bc) on the side opposite to the D side (annular portion 33a side) and acts on the stator 4.
- the magnetic pole surface 32n which is the same N pole as the magnetic pole surface 31n, has the second magnet 32 facing outward in the radial direction, and the second magnet 32 facing the base point D side of the magnetic pole piece 33bn (the inner surface 33bd).
- the magnetic flux from the area X effectively goes toward the outer surface 33bc together with the magnetic flux from the magnetic pole surface 32n. Therefore, the magnetic flux generated from the first magnet 31 which is long in the radial direction of the rotor 3 can be effectively utilized.
- the magnetic flux generated from the first magnet 31 and the magnetic flux generated from the second magnet 32 are effectively directed toward the outer surface 33bc not only in the magnetic pole piece 33bn but also in all the magnetic pole pieces 33b including the magnetic pole piece 33bs. .
- FIG. 4 shows a schematic diagram simulating what kind of magnetic force line the magnetic flux from the magnet 131 draws in the rotor core in the conventional rotor (see Patent Document 2) that does not have the second magnet 32. It can be seen from FIG. 4 that only the two-thirds region in the longitudinal direction of the magnet 131 which is long in the radial direction of the rotor has the lines of magnetic force directed toward the outer side in the radial direction of the magnetic pole piece 133b, and the remaining one-third. It can be seen that the lines of magnetic force from the region leak from the connecting portion 133c as a magnetic path to the annular portion 133a side.
- FIG. 5 shows a schematic diagram simulating what kind of magnetic force lines the magnetic flux from the magnets (31, 32) draws in the rotor core in the present embodiment. It can be seen from FIG. 5 that although the first magnet 31 that is long in the radial direction of the rotor 3 is used, the magnetic force lines from most of the region in the longitudinal direction are directed outward in the radial direction of the pole piece 33b. Recognize. Therefore, the number of magnetic force lines leaking from the connecting portion 33c as the magnetic path to the annular portion 33a side is extremely smaller than that of the conventional rotor without the second magnet 32 shown in FIG. It is possible to utilize.
- the magnetic flux generated from the magnets can be effectively utilized, so that the amount of magnets used can be reduced, the cost can be reduced, and the motor 1 can be reduced. It is possible to realize weight reduction and size reduction. According to the research conducted by the present inventors, it has been confirmed that there is no difference in the performance of the motor 1 even if the usage amount (volume basis) of the magnet is reduced by about 20% as compared with the conventional case (see FIG. 4). There is.
- the length of the magnetic pole piece 33b in the radial direction is shorter and the length of the first magnet 31 in the radial direction is shorter than in the conventional case.
- the amount of the second magnet 32 is taken into account, the amount of magnet used (volume basis) is reduced by about 20%.
- the density of the magnetic flux emitted from the outer peripheral side of the pole piece 33b is about the same between the conventional case shown in FIG. 4 and the case of the present embodiment.
- FIG. 6 shows a partially enlarged view of the connecting portion 33c and its periphery (area C in FIG. 3). Note that, in FIG. 6, for convenience sake, the three connecting portions 33c are denoted by reference numerals 33c-1, 33c-2, and 33c-3 in a clockwise order.
- the pair of connecting portions 33c are connected to both ends of the end of the magnetic pole piece 33b on the side of the annular portion 33a in the circumferential direction.
- the pair of connecting portions 33c-2, 33c-3 extending from the annular portion 33a toward the adjacent two magnetic pole pieces 33b extend radially, and between the pair of connecting portions 33c-2, 33c-3 on the magnetic pole piece 33b side. Is larger than the distance (circumferential direction) between the pair of connecting portions 33c-2 and 33c-3 on the side of the annular portion 33a.
- the distance between the pair of connecting portions 33c-1 and 33c-2 from the annular portion 33a toward the one magnetic pole piece 33b is narrowed, and the distance between the pair of connecting portions 33c-1 and 33c-2 on the magnetic pole piece 33b side is small. Is smaller than the distance (circumferential direction) between the pair of connecting portions 33c-1 and 33c-2 on the side of the annular portion 33a.
- each of the pair of connecting portions 33c in the radial direction is formed to be smaller than the width of any of the magnetic pole pieces 33b, the first magnet 31, and the second magnet 32.
- a first void 35 is formed in a region C) surrounded by and.
- a so-called flux barrier is formed, and a short circuit of magnetic flux can be suppressed inside the rotor core 33.
- the connecting portions 33c-2 and 33c-3 which are magnetic paths, become thin, and leakage of magnetic flux can be suppressed.
- the width of the first gap 35 in the circumferential direction is formed so as to widen from the annular portion 33a toward the magnetic pole piece 33b. With such a shape, the strength of the connecting portion 33c can be increased.
- the side surfaces 32i, 32i of the second magnet 32 are separated from each other in the circumferential direction so as to form a predetermined gap 32j with respect to the pair of connecting portions 33c. Therefore, in the circumferential direction, in the regions D1 and D2 between the both side portions 32a and 32b of the second magnet 32 and the pair of connecting portions 33c-1 and 33c-2, the second gaps 36a and 36b are formed, respectively. Has been formed.
- the connecting portions 33c-1 and 33c-2 which are magnetic paths, become thin, and leakage of magnetic flux can be suppressed.
- the widths of the second gaps 36a and 36b in the circumferential direction are formed so as to become narrower from the annular portion 33a toward the magnetic pole piece 33b. With such a shape, the strength of the connecting portion 33c can be increased.
- the two corners 32c and 32d of the second magnet 32 on the side of the magnetic pole piece 33b are located in the second gaps 36a and 36b at the positions where the pair of connecting portions 33c-1 and 33c-2 and the magnetic pole piece 33b are connected. It is in contact with the two facing corners (hereinafter referred to as connecting points) 37a, 37b. In this manner, the second magnet 32 is brought into full contact with the end portion (inner surface 33bd) of the magnetic pole piece 33b on the annular portion 33a side (base point D side) so that the magnetic pole surface 32n of the second magnet 32 is removed.
- the magnetic flux can be effectively injected into the magnetic pole piece 33b, and the leakage of the magnetic flux can be suppressed.
- connection points 38a and 38b Two corner portions (hereinafter, referred to as connection points) 38a and 38b facing the second gaps 36a and 36b at a position where the pair of connection portions 33c-1 and 33c-2 and the annular portion 33a are connected,
- connection points 38a and 38b facing the second gaps 36a and 36b at a position where the pair of connection portions 33c-1 and 33c-2 and the annular portion 33a are connected.
- the two corners 32e and 32f on the annular portion 33a side of the second magnet 32 are separated from each other.
- the connecting portions 33c-1 and 33c-2 which are magnetic paths, become thin, and leakage of magnetic flux can be suppressed.
- the inner surface 32g of the second magnet 32 opposite to the outer surface 32h with which the magnetic pole piece 33b contacts is in contact with the outer surface 33ad of the annular portion 33a.
- the second magnet 32 comes into contact with both the magnetic pole piece 33b and the annular portion 33a of the rotor core 33 in the radial direction, and is interposed between the magnetic pole piece 33b and the annular portion 33a, so that the connection by the connecting portion 33c can be reinforced and the second core 32 of the rotor core 3 can be reinforced.
- the strength can be improved.
- the motor 1 using the rotor 3 is a driving device for a moving body such as an electric vehicle, an electronic device used at home such as a compressor of an air conditioner (air conditioner), and other various electronic devices.
- a driving device for a moving body such as an electric vehicle
- an electronic device used at home such as a compressor of an air conditioner (air conditioner)
- air conditioner air conditioner
- it can be suitably used in applications where high output, high torque, energy saving, space saving, etc. are required.
- the rotor of the present invention, the motor using the rotor, and the electronic device have been described above with reference to the preferred embodiments.
- the rotor of the present invention, the motor using the rotor, and the electronic device are the same as those described above.
- the configuration is not limited to the above.
- the shape of the connecting portion 33c in the above embodiment can be changed to another shape.
- FIG. 7 shows a partially enlarged sectional view of the rotor 73 according to the first modification of the present invention. Note that, in FIG. 7, members having the same functions as those in the above-described embodiment are denoted by the same reference numerals as those in FIG.
- the rotor 73 of this modification is different from the rotor 3 of the above-described embodiment in the shape of the connecting portions (73c, 33c).
- the connecting portion 73c in the present modification has a shape in which the width of the connecting portion 73c in the circumferential direction becomes narrower as the distance from the annular portion 33a increases.
- the two joint portions 73cc of the pair of joint portions 73c intersect at the intersection portion 73ca, and the intersection portion 73ca.
- one connecting portion 73cb extends toward the annular portion 33a and is connected to the outer surface 33d of the annular portion 33a.
- the intersecting portion 73ca is located between the inner surface 31d of the first magnet 31 and the outer surface 33d of the annular portion 33a in the radial direction.
- first gap 35 is formed between the pair of connecting portions 73c and on the first magnet 31 side with respect to the intersecting portion 73ca. Further, in the circumferential direction, second gaps 36a and 36b are formed between the intersection 73ca and the second magnet 32.
- the connecting portion 73c functioning as a magnetic path is desired to have a narrow path for the magnetic flux. In a portion where the path of the magnetic flux is narrow, the magnetic flux is easily saturated, and no more magnetic flux leaks out.
- FIG. 8 shows a partially enlarged sectional view of a rotor 73 according to a second modification of the present invention. Note that, also in FIG. 8, members having the same functions as those in the above-described embodiment are denoted by the same reference numerals as those in FIG.
- the pair of connecting portions 83c, 83c in the present modification is parallel to a surface intersecting (perpendicular to) the circumferential direction of the second magnet 32 and has a uniform circumferential width. Has become.
- the two corners 32c and 32d on the side of the magnetic pole piece 33b of the second magnet 32 are connected to the pair of connecting portions 83c and 83c and the magnetic pole piece 33b at two connecting points facing the second gaps 86a and 86b. It is not in contact with 87a and 87b.
- FIG. 9 shows a partially enlarged sectional view of a rotor 93 according to a third modification of the present invention.
- members having the same functions as those in the above-described embodiment are designated by the same reference numerals as those in FIG.
- the outer shape of the second magnet 92 is different from that of the second magnet 32 of the above-described embodiment, and the corresponding shape of the rotor 93 is also different from that of the rotor 3 of the above-described embodiment.
- the second magnet 92 is fitted into the area surrounded by the outer surface 33ad of the annular portion 33a of the rotor 93, the inner surface 93d of the magnetic pole piece 93b, and the pair of connecting portions 33c without any gap, and is surrounded by these. And is in contact with them. That is, the second gaps 36a and 36b in the above embodiment are not provided.
- the outer surface 92h of the second magnet 92 which is in contact with the magnetic pole piece 93b, is in contact with the inner surface 33d of the magnetic pole piece 33b.
- the outer surface 92h of the second magnet 92 and the inner surface 93d of the pole piece 93b are convexly curved toward the hole 34 of the rotor 93.
- the maximum value ⁇ 1 of the angle formed by the tangent line L1 on the curved outer surface 92h of the second magnet 92 and the side surface 31e of the first magnet 31 is the outer surface in the case of being straight without being curved as in the above embodiment. It is larger than the angle formed by a line passing through 33d (see FIG. 3) and an extension line of the inner surface 31n of the first magnet 31. Therefore, it is possible to prevent the magnetic flux from leaking to the connecting portion 33c.
- the contact area between the outer surface 32h of the second magnet 92 and the inner surface 33d of the magnetic pole piece 33b on the magnetic pole piece 93b side becomes large regardless of whether or not the leakage of the magnetic flux to the coupling portion 33c can be reduced. The overall strength and rigidity can be improved.
- the target angle when considering the maximum angle ⁇ 1 is the angle formed by the tangent line L1 on the curved outer surface 92h of the second magnet 92 and the extension line of the side surface 31e of the first magnet 31. It doesn't matter.
- FIG. 10 shows a partially enlarged sectional view of the rotor 103 according to the fourth modification of the present invention.
- FIG. 11 shows a partially enlarged view of the connecting portion 33c and its periphery (region E in FIG. 10).
- 10 and 11 members having the same functions as those in the above-described embodiment are designated by the same reference numerals as those in FIG. 3, and detailed description of the functions and structures thereof will be omitted.
- the outer shape of the second magnet 102 is different from that of the second magnet 32 of the above-described embodiment, and the corresponding shape of the rotor 103 is also the above-described embodiment.
- the rotor 3 is different.
- the second magnet 102 has a gap in the area surrounded by the outer surface 103ad of the annular portion 103a of the rotor 103, the inner surface 33d of the pole piece 33b, and the area surrounded by the pair of connecting portions 33c, as in the third modification. They are not fitted, are surrounded by these, and are in contact with them. That is, the second gaps 36a and 36b in the above embodiment are not provided.
- the inner surface 102g of the second magnet 102 opposite to the outer surface 32h with which the magnetic pole piece 33b contacts is in contact with the outer surface 103ad of the annular portion 33a.
- the inner surface 102g of the second magnet 102 and the outer surface 103ad of the annular portion 103a are convexly curved toward the outside of the rotor 103. Since the inner surface 102g of the second magnet 102 and the outer surface 103ad of the annular portion 103a are curved as described above, it is possible to prevent the magnetic flux from leaking to the connecting portion 33c.
- the minimum value ⁇ 2 of the angle formed by the tangent line L2 on the curved inner surface 102g of the second magnet 102 and the extension line L3 of (the center line of) the connecting portion 33c is the same as in the above-described embodiment.
- the angle is smaller than the angle formed by a line passing through the inner surface 32g (see FIG. 3) that is not curved but is linear and an extension line of the connecting portion 33c. Therefore, it is possible to prevent the magnetic flux from leaking to the connecting portion 33c.
- the contact area between the inner surface 92g of the second magnet 102 on the side of the annular portion 103a and the outer surface 103ad of the annular portion 103a on the side of the annular portion 103a becomes large regardless of whether or not the leakage of the magnetic flux to the connecting portion 33c can be reduced.
- the overall strength and rigidity can be improved.
- the outer surface 92h of the second magnet 92 and the inner surface 93d of the magnetic pole piece 93b are convexly curved toward the hole 34 of the rotor 93, and as shown in FIG.
- the inner surface 102g of the second magnet 102 and the outer surface 103ad of the annular portion 103a may be convexly curved toward the outside of the rotor 103.
- connection part (one connection part), 73cc... connection part (connection part divided into two), 83... rotor, 83c... connection part, 86a, 86b... 2nd air gap, 87a, 87b... Connection point, 92... 2nd magnet, 92h... Outer surface, 93... Rotor, 93b... Magnetic pole piece, 93d... Inner surface, 102... Second magnet, 102g... Inner surface, 103 ... rotor, 103a... annular part, 103ad... outer surface, 131... magnet, 133a... annular part, 133b... magnetic pole piece, 133c... coupling part, C... area, D... base point, E... area, X... area
Landscapes
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- Permanent Magnet Type Synchronous Machine (AREA)
Abstract
マグネットから生じる磁束を有効に活用することができるロータ及び該ロータを用いたモータ、並びに、電子機器の提供。 環状部(33a)、および、環状部(33a)から、一対の連結部(33c,33c)を介して放射状に延在する複数の磁極片(33b)を有するロータコア(33)と、周方向に相互に隣接する磁極片(33b)のそれぞれの間に配置された複数の第1のマグネット(31)と、一対の連結部(33c,33c)の間に配置された複数の第2のマグネット(32)と、を有し、周方向において、第1のマグネット(31)のそれぞれは、隣接する2つの磁極片(33b)の側面(32i,32i)に接触し、径方向において、第2のマグネット(32)は、磁極片(33b)の内面(32g)に接触している。
Description
本発明は、ロータ及び該ロータを用いたモータ、並びに、電子機器に関する。
従来、様々な装置において、その駆動源としてモータが用いられている。モータには、様々な種類があり、その使用目的や場面に応じて、各種のモータが選択されている。その中でも、リラクタンストルクを積極的に活用したIPM(Interior Permanent Magnet)モータは、高効率であり、かつ、高いトルクを実現できる。IPMモータは、例えば、特許文献1や特許文献2に開示されている。
しかし、特許文献1に記載の技術では、ロータコアにおける放射状に配置された磁極片は、隣接するフラックスバリアの間の細い連結部によってロータコア中心の環状部に支持されている状態であるため、強度が確保しづらく、モータの駆動時に磁極片に作用する力(遠心力や磁気力)によって、振動したり変位したりして、ノイズやロータ破損等の不具合を生じる懸念があった。
また、特許文献2に記載の技術では、剛性をある程度は確保できるものの、マグネットがロータの径方向に長いため、磁極面のうち、ロータの外周から離れた領域では、磁束が外周方向に向かいづらく、磁束を有効に活用できていなかった。そのため、磁極面を大きく取るべく大きめのマグネットを用いたとしても、大きさに見合う効率が得られず、また逆に、より大きな磁極面を確保しなければならないことから、モータの小型化を図ることができていない。
したがって、本発明は、以上の背景に鑑みてなされたものであり、マグネットから生じる磁束を有効に活用することができるロータ、及び該ロータを用いたモータ、並びに、電子機器を提供することを目的とする。
上記課題は、以下の本発明により解決される。即ち、本発明のロータは、環状部、および、該環状部から、一対の連結部を介して放射状に延在する複数の磁極片を有するロータコアと、周方向に相互に隣接する前記磁極片のそれぞれの間に配置された複数の第1のマグネットと、前記一対の連結部の間に配置された複数の第2のマグネットと、を有し、周方向において、前記第1のマグネットのそれぞれは、隣接する2つの磁極片の側面に接触し、径方向において、前記第2のマグネットは、前記磁極片の内面に接触している。
本発明のロータは、周方向において、前記磁極片が有する2つの側面のうち、一方の側面側における前記第1のマグネットの磁極と、他方の側面側における前記第1のマグネットの磁極と、径方向において、前記磁極片の内面側における前記第2のマグネットの磁極と、が同じ磁極である。
本発明のロータにおいては、径方向において、前記第1のマグネットの内部と、前記環状部の外面との間に、第1の空隙があることが好ましい。
このとき、周方向における前記第1の空隙の幅が、前記環状部から前記磁極片に向かうにしたがって広くなるようにすることができる。
このとき、周方向における前記第1の空隙の幅が、前記環状部から前記磁極片に向かうにしたがって広くなるようにすることができる。
本発明のロータにおいては、周方向において、前記第2のマグネットの両側面と、前記一対の連結部の側面との間に、第2の空隙があることが好ましい。
このとき、周方向における前記第2の空隙の幅が、前記環状部から前記磁極片に向かうにしたがって狭くなるようにすることができる。
このとき、周方向における前記第2の空隙の幅が、前記環状部から前記磁極片に向かうにしたがって狭くなるようにすることができる。
また、このとき、前記第2の空隙が有する複数の角部のうち、前記磁極片側における角部に、前記第2のマグネットの角部が接触していることが好ましい。
さらに、このとき、前記第2の空隙が有する複数の角部のうちの前記環状部側における角部と、前記第2のマグネットの角部とが、離間しているようにすることができる。
さらに、このとき、前記第2の空隙が有する複数の角部のうちの前記環状部側における角部と、前記第2のマグネットの角部とが、離間しているようにすることができる。
また、本発明のロータにおいては、径方向において、前記第2のマグネットの内面と、前記環状部の外面とが、接触していることが好ましい。
また、本発明のロータにおいては、径方向において、前記第2のマグネットの外面と、前記磁極片の内面とが、前記ロータの外側に向かって湾曲しているものとすることができる。
また、本発明のロータにおいては、径方向において、前記第2のマグネットの外面と、前記磁極片の内面とが、前記ロータの外側に向かって湾曲しているものとすることができる。
さらに、本発明のロータにおいては、径方向において、前記第2のマグネットの内面と、前記環状部の外面とが、前記環状部が有する孔部に向かって湾曲しているものとすることができる。
さらにまた、本発明のロータにおいては、周方向における前記連結部の幅が、前記環状部から前記磁極片に向かうにしたがって狭くなることが好ましい。
さらにまた、本発明のロータにおいては、周方向における前記連結部の幅が、前記環状部から前記磁極片に向かうにしたがって狭くなることが好ましい。
一方、本発明のモータは、上記本発明のロータと、前記ロータに固定されたシャフトと、コイル及び該コイルが巻き回された磁性体を有するステータと、を備える。
また、本発明の電子機器は上記本発明のモータを備える。
また、本発明の電子機器は上記本発明のモータを備える。
以下、本発明の実施の形態について図面を参照しながら説明する。
図1は、本発明の一例である実施の形態にかかるロータ3を用いたモータ1の縦断面図であり、図2は横断面図である。図1は図2におけるB-B断面図に相当し、図2は図1におけるA-A断面図に相当する。
図1は、本発明の一例である実施の形態にかかるロータ3を用いたモータ1の縦断面図であり、図2は横断面図である。図1は図2におけるB-B断面図に相当し、図2は図1におけるA-A断面図に相当する。
なお、本実施の形態の説明において、上方乃至下方と云う時は、図1における上下関係を意味し、重力方向における上下関係とは、必ずしも一致しない。
本実施の形態におけるモータ1は、インナーロータタイプのブラシレスモータの一種であり、スポーク型のIPMモータである。
本実施の形態におけるモータ1は、インナーロータタイプのブラシレスモータの一種であり、スポーク型のIPMモータである。
IPMモータとは、ロータにマグネットを埋め込んだものであり、埋込マグネット型モータとも呼ばれる。IPMモータにも種々の形態のものがあるが、断面が長方形のマグネットの長手方向を、ロータコア内に放射状に配置したスポーク型のIPMモータが知られている。このスポーク型のモータでは、長辺側の面が磁極となり、周方向において隣接するマグネットの対向する磁極面が同極になっている。
このIPMモータにおいては、ロータ内部で磁束の短絡が生じると、平均磁束密度が低下してしまい、効率低下に繋がる。そのため、スポーク型のIPMモータでは、ロータコアに空隙を設けることでフラックスバリアを形成し、磁束をなるべく静止部へと向かわせることで動作効率の向上が図られている。
モータ1は、回転軸となるシャフト2と、磁性体で形成されたロータコア33内にマグネット31,32が配置されてなり、シャフト2に固定されて共に回転するロータ3と、磁性体で形成されたステータコア41にコイル42が巻回されてなり、ロータ3を取り囲むように配置されたステータ4と、ステータ4が固定され、モータ1の構成部品の一部又は全部を内部に収容するハウジング5と、を備えてなる。
ハウジング5は、ロータ3やステータ4等のモータ1の構成部品の一部又は全部を内部に収容し、ステータ4が固定されるハウジング本体51と、ハウジング本体51の上部に設けられた開口部を覆うカバー52とを有する。ハウジング本体51は、後述する突出部51aaを有する底部51aと筒部51bと外周部51cを備える。カバー52は、後述する突出部52aaを有する環状の平板部52aと、外周部52cとを備える。カバー5の突出部52aaは、平板部52aに設けられており、シャフト2の長手方向において、ロータ3に向かう方向に突出している。ハウジング本体51の外周部51cとカバー52の外周部52cとが固定(締結)されて、ハウジング5の内部が外部から遮蔽され、モータ1として完成する。
モータ1には、シャフト2をハウジング5に対して回転可能に支持する複数(本実施の形態においては2つ)の軸受61,62が設けられている。ハウジング本体51の底部51aには、複数の軸受61,62のうち一方の軸受61が設けられている。軸受61を支持するハウジング本体51の底部51aには、シャフト2の長手方向において、ロータ3に向かって突出する突出部51aa(以下、軸受ハウジングと呼称する)と孔部51abが設けられており、この軸受ハウジング51aaに、軸受61が圧入などにより固定されている。他方の軸受62は、カバー52の突出部52aa(以下、軸受ハウジングと呼称する)に圧入などされて固定されている。径方向において、一方の軸受61の外径及び内径と他方の軸受62の外径及び内径は、それぞれ略同じとなっている。なお、一方の軸受61の外径及び内径と他方の軸受62の外径及び内径とは略同じであるが、一方の軸受61の外径または内径あるいはその両方より、他方の軸受62の外径または内径あるいはその両方を大きくしても構わない。また、底部51aには孔部51abを設けなくても構わない。
シャフト2は、2つの端部2a,2bを備えており、ハウジング本体51側にある一方の端部2bが一方の軸受61によりハウジング本体51に対して回転可能に支持され、カバー52側にある他方の端部2aが他方の軸受62に回転可能に支持されている。よって、シャフト2は、軸受61を介してハウジング本体51、及び、軸受62を介してカバー52に、それぞれ回転自在に固定されており、カバー52からシャフト2の一方の端部2bが突き出している。シャフト2の一方の端部2aから回転力が外部に取り出すことができるようになっている。シャフト2は、ロータ3に固定され、ステータ4とロータ3との電磁気的作用によってロータ3が回転すると、ロータ3とともに回転するようになっている。
ステータ4は、ティース部43を含むステータコア41と、コイル42とからなる。
ステータコア41は、珪素鋼板等の磁性体の積層体となっており、シャフト2と同軸上に配された環状部(以下、円環部と呼称する)44と、円環部44からシャフト2側へ向かって延びるように形成された複数の磁極部(以下、ティース部と呼称する)43からなる。
コイル42は、複数のティース部43の各々の周囲に巻き回されている。ステータコア41とコイル42とは、絶縁体で形成されたインシュレータ45によって絶縁されている。
ステータコア41は、珪素鋼板等の磁性体の積層体となっており、シャフト2と同軸上に配された環状部(以下、円環部と呼称する)44と、円環部44からシャフト2側へ向かって延びるように形成された複数の磁極部(以下、ティース部と呼称する)43からなる。
コイル42は、複数のティース部43の各々の周囲に巻き回されている。ステータコア41とコイル42とは、絶縁体で形成されたインシュレータ45によって絶縁されている。
次に、本実施の形態にかかるロータ3について、詳細に説明する。図3に、本実施の形態にかかるロータ3の部分拡大断面図を示す。
ロータ3の構成部品の一つであるロータコア33は、複数の磁性体の積層体により形成されており、シャフト2が挿入される孔部34と、孔部34が中央部に設けられた環状部33aと、環状部33aの外面33adから離間した位置を基点Dとしステータ4に向けて放射状に形成された複数の磁極片33bと、複数の磁極片33bのそれぞれにおいて、その基点D側の端部と環状部33aの外面33dとを連結する一対の連結部33c,33cを有する。複数の磁極片33bは、径方向において、環状部33aから一対の連結部33c,33cを介し、外側(ステータ4)に向けて放射状に延在している。なお、環状部33aは、外面33ad、孔部34を形成する内面33aeを備えている。
ロータ3の構成部品の一つであるロータコア33は、複数の磁性体の積層体により形成されており、シャフト2が挿入される孔部34と、孔部34が中央部に設けられた環状部33aと、環状部33aの外面33adから離間した位置を基点Dとしステータ4に向けて放射状に形成された複数の磁極片33bと、複数の磁極片33bのそれぞれにおいて、その基点D側の端部と環状部33aの外面33dとを連結する一対の連結部33c,33cを有する。複数の磁極片33bは、径方向において、環状部33aから一対の連結部33c,33cを介し、外側(ステータ4)に向けて放射状に延在している。なお、環状部33aは、外面33ad、孔部34を形成する内面33aeを備えている。
複数の磁極片33bのそれぞれは、外面33bcと、環状部33a側にある内面33bdと、周方向において後述する第1のマグネットの側面(31e)に対向する2つの側面33beと、複数の突出部33bfと、を備え、径方向において突出部33bfと第1のマグネットとの間には、間隙33gが形成されている。突出部33bfは、周方向において、隣接する他の磁極片33bに向かって延在している。また、周方向において、隣接する2つの磁極片33bのうち、一方の磁極片33bの突出部33bfと、他方の磁極片33bの突出部33bfとが対向し合うとともに、所定の間隙を形成するように離間している。
周方向に相互に隣接する磁極片33b,33bのそれぞれの間には、複数の第1のマグネット31が配置されている。これら複数の第1のマグネット31は、径方向において、環状部33aから放射状に延在している。第1のマグネット31は、周方向と交差する2つの面が磁極面31n,31sとなっており、これら磁極面31n,31sと磁極片33bの側面33beとが接触した状態になっている。
なお、第1のマグネット31は、径方向において磁極片33bの突出部33bfに対向する外面31c、径方向において環状部33a側にある内面31a、周方向において磁極片33bに対向する2つの側面31eを備えており、磁極面31n,31sが2つの側面31eに対応している。
また、一対の連結部33c,33cの間には、複数の第2のマグネット32が配置されている。この第2のマグネット32は、環状部33a側にある内面32g、磁極片33b側にある外面32h、一対の連結部33c,33c側にある2つの側面32i,32iを備える。また、第2のマグネット32は、ロータ3の径方向と交差(直交)する内面32gと外面32hとが磁極面32n,32sとなっており、これら磁極面32n,32sのうちのいずれか一方が外面32hとなって、磁極片33bの環状部33a側の端部(内面33bd)と接触した状態になっている。
図3における複数の磁極片33bのうち、33bn及び33bsの符号を付した2つに注目して説明する。
周方向において、1つの磁極片(33bnまたは33bs)が有する2つの側面33be,33beのうち、一方の側面側における第1のマグネット31の磁極、他方の側面側における第1のマグネット31の磁極、径方向において磁極片(33bnまたは33bs)の内面33bd側における第2マグネット32の磁極が同じ磁極である。
周方向において、1つの磁極片(33bnまたは33bs)が有する2つの側面33be,33beのうち、一方の側面側における第1のマグネット31の磁極、他方の側面側における第1のマグネット31の磁極、径方向において磁極片(33bnまたは33bs)の内面33bd側における第2マグネット32の磁極が同じ磁極である。
詳細には、磁極片33bnにおいては、周方向における2つの側面33be,33beが接触する第1のマグネット31の2つの磁極面31n,31n、及び、径方向における内面33bdが接触する第2のマグネット32の磁極面32n、の全てがN極になっている。
一方、磁極片33bsにおいては、周方向における2つの側面33be,33beが接触する第1のマグネット31の2つの磁極面31s,31s、及び、径方向における内面33bdが接触する第2のマグネット32の磁極面32s、の全てがS極になっている。
一方、磁極片33bsにおいては、周方向における2つの側面33be,33beが接触する第1のマグネット31の2つの磁極面31s,31s、及び、径方向における内面33bdが接触する第2のマグネット32の磁極面32s、の全てがS極になっている。
即ち、ある1つの磁極片33bにおいては、周方向における2つの側面33be,33beの第1のマグネット31が接触する2つの磁極面31n,31nまたは31s,31s、及び、第2のマグネット32が接触する磁極面32nまたは32s、の全てが同じ磁極になるように、それぞれのマグネットが配置されている。
磁極片33bには、N極あるいはS極の磁力が印加され、1つの磁束となって径方向において外方に放出される。磁極片33bの磁極は、周方向にN極及びS極が交互に繰り返されるように構成されている。
例えば、磁極片33bnにおいては、ロータ3の径方向に長い第1のマグネット31の2つの磁極面31nから出た磁束が束となって、径方向における内側から外側に向かい、磁極片33bnの基点D側(環状部33a側)とは逆側の端部(外面33bc)から放出され、ステータ4に作用する。
例えば、磁極片33bnにおいては、ロータ3の径方向に長い第1のマグネット31の2つの磁極面31nから出た磁束が束となって、径方向における内側から外側に向かい、磁極片33bnの基点D側(環状部33a側)とは逆側の端部(外面33bc)から放出され、ステータ4に作用する。
このとき、磁極面31nのうち、ロータ3の外面33bcから離れた(基点D、内面33bdに近い。)領域(例えば、図3における領域X。以下、単に「領域X」と示す。)では、当該領域Xから外面33bcまでの道程が長いため、磁束が外面33bc方向に向かいづらい。しかし、本実施の形態では、磁極面31nと同じN極である磁極面32nが、径方向における外側方向に向いた第2のマグネット32が、磁極片33bnの基点D側の端部(内面33bd)に配置されているため、当該磁極面32nからの磁束とともに、領域Xからの磁束が有効に外面33bc方向に向かう。そのため、ロータ3の径方向に長い第1のマグネット31から生じる磁束を有効に活用することができる。
第1のマグネット31から生じる磁束が第2のマグネット32から生じる磁束とともに有効に外面33bc方向に向かうのは、磁極片33bnのみならず、磁極片33bsを含む全ての磁極片33bにおいても同様である。
第1のマグネット31から生じる磁束が第2のマグネット32から生じる磁束とともに有効に外面33bc方向に向かうのは、磁極片33bnのみならず、磁極片33bsを含む全ての磁極片33bにおいても同様である。
図4に、第2のマグネット32を有さない従来のロータ(特許文献2参照)において、マグネット131からの磁束がロータコア内でどのような磁力線を描くかをシミュレーションした模式図を示す。図4から、ロータの径方向に長いマグネット131における長手方向の3分の2程度の領域しか磁力線が磁極片133bの径方向における外側方向には向かっておらず、残りの3分の1程度の領域からの磁力線は、磁路としての連結部133cから環状部133a側へと漏れていることがわかる。
図5に、本実施の形態において、マグネット(31,32)からの磁束がロータコア内でどのような磁力線を描くかをシミュレーションした模式図を示す。図5から、ロータ3の径方向に長い第1のマグネット31を用いているにもかかわらず、長手方向のほとんどの領域からの磁力線が磁極片33bの径方向における外側方向に向かっていることがわかる。そのため、磁路としての連結部33cから環状部33a側へと漏れる磁力線の数は、図4に示す第2のマグネット32を有さない従来のロータに比べて極めて小さくなっており、有効に磁束を活用することが可能であることを示している。
以上のように、本実施の形態によれば、マグネット(マグネット31,マグネット32)から生じる磁束を有効に活用することができるため、マグネットの使用量を減らすことができ、コスト削減やモータ1の軽量化、小型化を実現することができる。本発明者らの研究によれば、従来(図4参照)に比べて、マグネットの使用量(体積基準)をおよそ20%削減しても、モータ1の性能に差がないことが確認されている。
図4と図5を比較すればわかる通り、本実施の形態では、従来に比して、径方向における磁極片33bの長さが短く、径方向における第1のマグネット31の長さも短くなっている。第2のマグネット32の分を計算に入れても、マグネットの使用量(体積基準)はおよそ20%少なくなっている。それでも、図4に示す従来の場合と本実施の形態の場合とで、磁極片33bにおける外周側から放出される磁束の密度は同程度となっている。
あるいは、本実施の形態によれば、マグネットの使用量を減らさず、または、あまり減らさず、従来よりも高効率で高性能なモータを提供することもできる。
あるいは、本実施の形態によれば、マグネットの使用量を減らさず、または、あまり減らさず、従来よりも高効率で高性能なモータを提供することもできる。
連結部33c及びその周辺(図3における領域C)の部分拡大図を図6に示す。なお、図6においては、描かれた3つの連結部33cに、便宜上、時計回りに順に、33c-1,33c-2,33c-3の符号を付している。
図6に示される通り、一対の連結部33cは、周方向において、磁極片33bの環状部33a側の端部の両端部と連結している。環状部33aから隣接する2つの磁極片33bに向かう一対の連結部33c-2,33c-3は放射状に延在しており、磁極片33b側における一対の連結部33c-2,33c-3間の距離(周方向)は、環状部33a側における一対の連結部33c-2,33c-3間の距離(周方向)より大きい。言い換えると、環状部33aから1つの磁極片33bに向かう一対の連結部33c-1,33c-2間の距離は狭まっており、磁極片33b側における一対の連結部33c-1,33c-2間の距離(周方向)は、環状部33a側における一対の連結部33c-1,33c-2間の距離(周方向)より小さい。
また、径方向における一対の連結部33cのそれぞれの幅は、磁極片33b、第1のマグネット31及び第2のマグネット32のいずれの幅より小さく形成されている。このように一対の連結部33cを形成することで、第1のマグネット31や第2のマグネット32に対して非接触の面を設けて、非接触の領域の(表)面積を増やしたり、一対の連結部33cを通過する磁束を飽和させて、ロータ3における磁気効率を向上させたりすることができる。
また、図6に示される通り、第1のマグネット31における環状部33a側の端部である内面31aと、環状部33aの外面33adとの間(内面31aと連結部33c-2,33c-3とで囲まれた領域C)には、第1の空隙35が形成されている。第1のマグネット31近傍の領域Cに第1の空隙35を設けることでいわゆるフラックスバリアを形成し、ロータコア33内部で磁束の短絡を抑制することができる。また、領域Cに第1の空隙35を設けることで、磁路となる連結部33c-2,33c-3が細くなり、磁束の漏れを抑制することができる。
周方向における第1の空隙35の幅としては、環状部33aから磁極片33bに向かうにしたがって広くなるように形成されている。このような形状にすることにより、連結部33cの強度を高めることができる。
第2のマグネット32の側面32i,32iは、周方向において、一対の連結部33cに対して、所定の間隙32jを形成するように、離間している。よって、周方向において、第2のマグネット32における両側部32a,32bと、一対の連結部33c-1,33c-2との間の領域D1,D2には、それぞれ第2の空隙36a,36bが形成されている。領域D1,D2に第2の空隙36a,36bを設けることで、第2のマグネット32の磁束の短絡を抑制することができる。また、領域D1,D2に第2の空隙36a,36bを設けることで、磁路となる連結部33c-1,33c-2が細くなり、磁束の漏れを抑制することができる。
周方向における第2の空隙36a,36bの幅としては、環状部33aから磁極片33bに向かうにしたがって狭くなるように形成されている。このような形状にすることにより、連結部33cの強度を高めることができる。
第2のマグネット32の磁極片33b側の2つの角部32c,32dは、一対の連結部33c-1,33c-2と磁極片33bとが連結した箇所の、第2の空隙36a,36bに面した2つの角部(以下、連結点と称する)37a,37bに接触している。このように、磁極片33bの環状部33a側(基点D側)の端部(内面33bd)において、幅いっぱいに第2のマグネット32を接触させることで、第2のマグネット32の磁極面32nからの磁束を効果的に磁極片33bに注入できるとともに、磁束の漏れを抑制することができる。
一対の連結部33c-1,33c-2と環状部33aとが連結した箇所の、第2の空隙36a,36bに面した2つの角部(以下、連結点と称する)38a,38bと、第2のマグネット32における環状部33a側の2つの角部32e,32fは、離間している。このようにすることで、第2のマグネット32の磁束の短絡を抑制することができる。また、このようにすることで、磁路となる連結部33c-1,33c-2が細くなり、磁束の漏れを抑制することができる。
第2のマグネット32における、磁極片33bが接触する外面32hとは反対側の内面32gは、環状部33aの外面33adと接触している。第2のマグネット32が、径方向において、ロータコア33における磁極片33bと環状部33aの両方と接触し、両者間に介在することで、連結部33cによる連結を補強することができ、ロータコア3の強度向上を図ることができる。
以上の如き、実施の形態にかかるロータ3を用いたモータ1は、電気自動車等の移動体の駆動装置や、空気調和機(エアコン)のコンプレッサー等の家庭で用いられる電子機器、その他各種電子機器の回転駆動装置として、使用することができる。特に、高出力、高トルク、省エネルギー、省スペース等が要求される用途において好適に使用することができる。
以上、本発明のロータ及び該ロータを用いたモータ、並びに、電子機器について、好ましい実施の形態を挙げて説明したが、本発明のロータ及び該ロータを用いたモータ、並びに、電子機器は上記実施の形態の構成に限定されるものではない。例えば、上記実施の形態における連結部33cの形状は、他の形状に変更することができる。
(第1の変形例)
図7に、本発明の第1の変形例にかかるロータ73の部分拡大断面図を示す。なお、図7において、上記実施の形態と同一の機能を示す部材については、図3と同じ符号を付して、その機能や構造等についての詳細な説明は省略する。
本変形例のロータ73は、上記実施の形態のロータ3と、連結部(73c,33c)の形状が異なっている。
図7に、本発明の第1の変形例にかかるロータ73の部分拡大断面図を示す。なお、図7において、上記実施の形態と同一の機能を示す部材については、図3と同じ符号を付して、その機能や構造等についての詳細な説明は省略する。
本変形例のロータ73は、上記実施の形態のロータ3と、連結部(73c,33c)の形状が異なっている。
図7に示されるように、本変形例における連結部73cは、周方向における連結部73cの幅が、環状部33aから離れるにしたがって狭くなる形状となっている。具体的には、径方向において、第1のマグネット31と環状部33aとの間において、一対の連結部73cにおける2つに分かれた連結部73ccが交差部73caで交差しており、交差部73caから環状部33aに向けて1つの連結部73cbが延び、環状部33aの外面33dに連結している。この交差部73caは、径方向において、第1のマグネット31の内面31dと環状部33aの外面33dとの間にある。一対の連結部73cの間であって、交差部73caに対して第1のマグネット31側には前述した第1の間隙35が形成されている。また、周方向において、交差部73caと第2のマグネット32との間には、第2の間隙36a,36bが形成されている。
なお、2つに分かれた連結部73ccが交差部73caで交差し、1つの連結部73cbとなる本例の構成についても、本発明に云う「一対の連結部(73c)」の概念に含まれる。
磁路として機能する連結部73cは、第1のマグネット31や第2のマグネット32からの磁束の漏洩を抑制するために、磁束の通り道が狭くなっていることが望まれる。磁束の通り道が狭い部分では、磁束が飽和し易く、それ以上の磁束が漏れ出さなくなる。
磁路として機能する連結部73cは、第1のマグネット31や第2のマグネット32からの磁束の漏洩を抑制するために、磁束の通り道が狭くなっていることが望まれる。磁束の通り道が狭い部分では、磁束が飽和し易く、それ以上の磁束が漏れ出さなくなる。
したがって、磁路のいずれかの箇所であっても狭い部位が存在していれば、磁束の漏洩を抑制することができることになる。連結部(73c,33c)であれば、環状部33a側から磁極片33b側までの何れの位置かで、磁路の狭い部分が存在すれば、磁束の漏洩抑止効果が発現すると云える。
しかし、本変形例の連結部73cの如く、磁極片33bにできるだけ近い位置が磁路の狭い部分となるようにすることで、磁束の漏洩抑止効果がより一層高くなるため好ましい。また、連結部(73c,33c)の全体を狭くするのではなく、他は幅を広くすることで、連結強度を高め、ロータ73としての強度を高めることができる。
(第2の変形例)
連結部の形状は、上記実施の形態や上記変形例のものに限定されるものではない。
図8に、本発明の第2の変形例にかかるロータ73の部分拡大断面図を示す。なお、図8においても、上記実施の形態と同一の機能を示す部材については、図3と同じ符号を付して、その機能や構造等についての詳細な説明は省略する。
連結部の形状は、上記実施の形態や上記変形例のものに限定されるものではない。
図8に、本発明の第2の変形例にかかるロータ73の部分拡大断面図を示す。なお、図8においても、上記実施の形態と同一の機能を示す部材については、図3と同じ符号を付して、その機能や構造等についての詳細な説明は省略する。
図8に示されるように、本変形例における一対の連結部83c,83cは、第2のマグネット32の周方向と交差(直交)する面と平行で、かつ、周方向の幅が均一なものとなっている。また、第2のマグネット32の磁極片33b側の2つの角部32c,32dは、一対の連結部83c,83cと磁極片33bとの、第2の空隙86a,86bに面した2つの連結点87a,87bとは、接触していない。
したがって、上記実施の形態や第1の変形例に示すような、特徴的な形状の連結部(73c,33c)に特有の作用乃至効果は期待できないが、本変形例の構成であっても、マグネット(31,32)から生じる磁束を有効に活用することができる本発明の卓越した作用乃至効果が遺憾なく奏される。また、形状が複雑ではないので、製造適性に優れている。
(第3の変形例)
図9に、本発明の第3の変形例にかかるロータ93の部分拡大断面図を示す。なお、図9においても、上記実施の形態と同一の機能を示す部材については、図3と同じ符号を付して、その機能や構造等についての詳細な説明は省略する。
本変形例においては、第2のマグネット92の外形形状が上記実施の形態の第2のマグネット32と異なっている他、対応するロータ93の形状も上記実施の形態のロータ3と異なっている。
図9に、本発明の第3の変形例にかかるロータ93の部分拡大断面図を示す。なお、図9においても、上記実施の形態と同一の機能を示す部材については、図3と同じ符号を付して、その機能や構造等についての詳細な説明は省略する。
本変形例においては、第2のマグネット92の外形形状が上記実施の形態の第2のマグネット32と異なっている他、対応するロータ93の形状も上記実施の形態のロータ3と異なっている。
本変形例において、第2のマグネット92は、ロータ93の環状部33aの外面33ad及び磁極片93bの内面93d、並びに、一対の連結部33cで囲まれる領域に隙間なく嵌合し、これらで囲まれ、かつ、これらと接触した状態になっている。即ち、上記実施の形態における第2の空隙36a,36bは設けられていない。
第2のマグネット92における、磁極片93bが接触する外面92hは、磁極片33bの内面33dと接触している。第2のマグネット92における外面92hと磁極片93bの内面93dは、ロータ93の孔部34に向かって凸状に湾曲している。このように第2のマグネット92における外面92hと磁極片93bの内面93dとが湾曲していることで、連結部33cに磁束が漏洩することを抑制することができる。
また、第2のマグネット92の湾曲した外面92hにおける接線L1と第1のマグネット31の側面31eとが成す角度の最大値θ1は、上記実施の形態の如く湾曲せず直線状である場合の外面33d(図3参照)を通過する線と第1のマグネット31の内面31nの延長線とが成す角度に対して大きくなっている。このため、連結部33cに磁束が漏洩することを抑制することができる。一方で、連結部33cへの磁束の漏洩の低減の可否にかかわらず、磁極片93b側における第2のマグネット92の外面32hと磁極片33bの内面33dとの接触面積が大きくなるので、ロータ93全体の強度や剛性を向上させることができる。
なお、角度の最大値θ1を検討する際に対象とする角度は、第2のマグネット92の湾曲した外面92hにおける接線L1と、第1のマグネット31の側面31eの延長線と、が成す角度であっても構わない。
(第4の変形例)
図10に、本発明の第4の変形例にかかるロータ103の部分拡大断面図を示す。また、連結部33c及びその周辺(図10における領域E)の部分拡大図を図11に示す。なお、図10及び図11においても、上記実施の形態と同一の機能を示す部材については、図3と同じ符号を付して、その機能や構造等についての詳細な説明は省略する。
本変形例においては、第3の変形例と同様、第2のマグネット102の外形形状が上記実施の形態の第2のマグネット32と異なっている他、対応するロータ103の形状も上記実施の形態のロータ3と異なっている。
図10に、本発明の第4の変形例にかかるロータ103の部分拡大断面図を示す。また、連結部33c及びその周辺(図10における領域E)の部分拡大図を図11に示す。なお、図10及び図11においても、上記実施の形態と同一の機能を示す部材については、図3と同じ符号を付して、その機能や構造等についての詳細な説明は省略する。
本変形例においては、第3の変形例と同様、第2のマグネット102の外形形状が上記実施の形態の第2のマグネット32と異なっている他、対応するロータ103の形状も上記実施の形態のロータ3と異なっている。
本変形例において、第2のマグネット102は、第3の変形例と同様、ロータ103の環状部103aの外面103ad及び磁極片33bの内面33d、並びに、一対の連結部33cで囲まれる領域に隙間なく嵌合し、これらで囲まれ、かつ、これらと接触した状態になっている。即ち、上記実施の形態における第2の空隙36a,36bは設けられていない。
第2のマグネット102における、磁極片33bが接触する外面32hとは反対側の内面102gは、環状部33aの外面103adと接触している。第2のマグネット102における内面102gと環状部103aにおける外面103adは、ロータ103の外側に向かって凸状に湾曲している。このように第2のマグネット102における内面102gと環状部103aにおける外面103adとが湾曲していることで、連結部33cに磁束が漏洩することを抑制することができる。
また、図11に示す通り、第2のマグネット102の湾曲した内面102gにおける接線L2と連結部33c(の中心線)の延長線L3とが成す角度の最小値θ2は、上記実施の形態の如く湾曲せず直線状である内面32g(図3参照)を通過する線と連結部33cの延長線とが成す角度に対して小さくなっている。このため、連結部33cに磁束が漏洩することを抑制することができる。一方で、連結部33cへの磁束の漏洩の低減の可否にかかわらず、環状部103a側における第2のマグネット102の内面92gと環状部103aにおける外面103adとの接触面積が大きくなるので、ロータ103全体の強度や剛性を向上させることができる。
なお、第3の変形例と第4の変形例の両方の特徴を併せ持つ構成であっても構わない。即ち、図9に示されるように第2のマグネット92における外面92hと磁極片93bの内面93dが、ロータ93の孔部34に向かって凸状に湾曲し、かつ、図10に示されるように第2のマグネット102における内面102gと環状部103aにおける外面103adが、ロータ103の外側に向かって凸状に湾曲した形状であっても構わない。
その他、当業者は、従来公知の知見に従い、本発明のロータ及び該ロータを用いたモータ、並びに、電子機器を適宜改変することができる。かかる改変によってもなお本発明の構成を具備する限り、勿論、本発明の範疇に含まれるものである。
1…モータ、2…シャフト、2a,2b…端部、3…ロータ、31…第1のマグネット、31a…内面、31c…外面、31e…側面、31n,31s…磁極面、32…第2のマグネット、32n,32s…磁極面、32a,32b…両側部、32c,32d,32e,32f…角部、32g…内面、32h…外面、32i…側面、32j…間隙、33…ロータコア、33a…環状部、33ad…外面、33ae…内面、33b…磁極片、33bc…外面、33bd…内面、33be…側面、33bf…突出部、33c…連結部、33g…間隙、34…孔部、35…第1の空隙、36a,36b…第2の空隙、4…ステータ、41…ステータコア、42…コイル、43…ティース部、44…円環部、45…インシュレータ、5…ハウジング、51…ハウジング本体、51a…底部、51aa…軸受ハウジング(突出部)、51b…筒部、51c…外周部、52…カバー、52a…平板部、52aa…軸受ハウジング(突出部)、52c…外周部、73…ロータ、73c…連結部(一対の連結部)、73ca…交差部、73cb…連結部(1つの連結部)、73cc…連結部(2つに分かれた連結部)、83…ロータ、83c…連結部、86a,86b…第2の空隙、87a,87b…連結点、92…第2のマグネット、92h…外面、93…ロータ、93b…磁極片、93d…内面、102…第2のマグネット、102g…内面、103…ロータ、103a…環状部、103ad…外面、131…マグネット、133a…環状部、133b…磁極片、133c…連結部、C…領域、D…基点、E…領域、X…領域
Claims (15)
- 環状部、および、該環状部から、一対の連結部を介して放射状に延在する複数の磁極片を有するロータコアと、
周方向に相互に隣接する前記磁極片のそれぞれの間に配置された複数の第1のマグネットと、
前記一対の連結部の間に配置された複数の第2のマグネットと、を有し、
周方向において、前記第1のマグネットのそれぞれは、隣接する2つの磁極片の側面に接触し、
径方向において、前記第2のマグネットは、前記磁極片の内面に接触している、ロータ。 - 周方向において、前記磁極片が有する2つの側面のうち、一方の側面側における前記第1のマグネットの磁極と、他方の側面側における前記第1のマグネットの磁極と、径方向において、前記磁極片の内面側における前記第2のマグネットの磁極と、が同じ磁極である、請求項1に記載のロータ。
- 前記一対の連結部は、周方向において、前記磁極片の前記環状部側の端部の両端部と連結している、請求項1または2に記載のロータ。
- 径方向において、前記第1のマグネットの内面と、前記環状部の外面との間に、第1の空隙がある、請求項1に記載のロータ。
- 周方向における前記第1の空隙の幅が、前記環状部から前記磁極片に向かうにしたがって広くなる、請求項4に記載のロータ。
- 周方向において、前記第2のマグネットの両側面と、前記一対の連結部の側面との間に、第2の空隙がある、請求項1に記載のロータ。
- 周方向における前記第2の空隙の幅が、前記環状部から前記磁極片に向かうにしたがって狭くなる、請求項6に記載のロータ。
- 前記第2の空隙が有する複数の角部のうち、前記磁極片側における角部に、前記第2のマグネットの角部が接触している、請求項6または7に記載のロータ。
- 前記第2の空隙が有する複数の角部のうちの前記環状部側における角部と、前記第2のマグネットの角部とが離間している、請求項8に記載のロータ。
- 径方向において、前記第2のマグネットの内面と、前記環状部の外面とが、接触している、請求項1に記載のロータ。
- 径方向において、前記第2のマグネットの外面と、前記磁極片の内面とが、前記ロータの外側に向かって湾曲している、請求項1に記載のロータ。
- 径方向において、前記第2のマグネットの内面と、前記環状部の外面とが、前記環状部が有する孔部に向かって湾曲している、請求項1に記載のロータ。
- 周方向における前記連結部の幅が、前記環状部から前記磁極片に向かうにしたがって狭くなる、請求項1に記載のロータ。
- 請求項1に記載のロータと、
前記ロータに固定されたシャフトと、
コイル及び該コイルが巻き回された磁性体を有するステータと、
を備える、モータ。 - 請求項14に記載のモータを備える、電子機器。
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