(57)【要約】【課題】ロータ内に永久磁石が配置されたモータに関し、その永久磁石の漏れ磁束を抑制してモータの出力や出力トルクを向上できるモータを提供する。【解決手段】円筒状のステータ２０と、ステータ２０内に径方向の空隙Ｇを介して同心に収容されたロータ３０と、を備えたモータ１０であって、ロータ３０は、ロータコア部３２、ロータコア部３２の外周面から空隙Ｇに向けて突出したロータ歯部３４、及びロータコア部３２とロータ歯部３４の周方向の両端部とをそれぞれ接続するロータブリッジ部３６を有し、ロータコア部３２、ロータ歯部３４、及びロータブリッジ部３６で囲まれた空間に永久磁石３８が配置されている。ロータブリッジ部３６にはコイル４０が巻回され、コイル４０には漏れ磁束ＬＭＦを打ち消す方向のコイル磁束ＣＭＦが発生するようにダイオード４２が直列に配置されている。【選択図】図４
2020061836.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
円筒状のステータと、前記ステータ内に径方向の空隙を介して同心に収容されたロータと、を備えたモータであって、
前記ロータは、ロータコア部、前記ロータコア部の外周面から前記空隙に向けて突出したロータ歯部、及び前記ロータコア部と前記ロータ歯部の周方向の両端部とをそれぞれ接続するロータブリッジ部を有し、前記ロータコア部、前記ロータ歯部、及び前記ロータブリッジ部で囲まれた空間に永久磁石が配置され、
前記ロータブリッジ部にコイルが巻回され、前記コイルには前記ロータブリッジ部を経由した前記永久磁石の漏れ磁束を打ち消す方向の磁束が発生するようにダイオードが直列に設けられている
ことを特徴とするモータ。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、ロータ内に永久磁石が配置されたモータに関し、特にその永久磁石の漏れ磁束を抑制する技術に関する。
【背景技術】
【０００２】
円筒状のステータと、そのステータ内に径方向の空隙を介して同心に収容されたロータと、を備えたモータであって、ロータは、ロータコア部及びそのロータコア部の外周面から前記空隙に向けて突出した複数のロータ歯部を有し、ロータコア部の内部に永久磁石が配置されたものが知られている。例えば、特許文献１に記載のモータがそれである。特許文献１に記載のモータでは、ロータ歯部からステータに鎖交する磁束の磁束量を調整可能な可変界磁コイルが備えられている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００３】
【特許文献１】特開２０１７−１６９２８６号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
特許文献１に記載のモータは弱め界磁制御を意図した構成であるため、ロータ内に配置された永久磁石の漏れ磁束を抑制することはできない。永久磁石の漏れ磁束が存在すると、モータの出力や出力トルクを向上させることができない。
【０００５】
これに対して、ロータが、ロータコア部、そのロータコア部の外周面から突出した複数のロータ歯部、及びロータコア部とロータ歯部の周方向の両端部とをそれぞれ接続するロータブリッジ部を有し、前記ロータコア部、前記ロータ歯部、及び前記ロータブリッジ部で囲まれた空間に永久磁石が配置された形式のモータが考えられる。しかし、このような形式のモータにおいても、前記ロータブリッジ部を経由した永久磁石の漏れ磁束が存在するためモータの出力や出力トルクを向上させることができない。
【０００６】
本発明は、以上の事情を背景として為されたものであり、その目的とするところは、ロータ内に配置された永久磁石の漏れ磁束を抑制してモータの出力や出力トルクを向上できるモータを提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
本発明の要旨とするところは、円筒状のステータと、前記ステータ内に径方向の空隙を介して同心に収容されたロータと、を備えたモータであって、前記ロータは、ロータコア部、前記ロータコア部の外周面から前記空隙に向けて突出したロータ歯部、及び前記ロータコア部と前記ロータ歯部の周方向の両端部とをそれぞれ接続するロータブリッジ部を有し、前記ロータコア部、前記ロータ歯部、及び前記ロータブリッジ部で囲まれた空間に永久磁石が配置され、前記ロータブリッジ部にコイルが巻回され、前記コイルには前記ロータブリッジ部を経由した前記永久磁石の漏れ磁束を打ち消す方向の磁束が発生するようにダイオードが直列に設けられていることにある。
【発明の効果】
【０００８】
本発明のモータによれば、前記ロータは、ロータコア部、前記ロータコア部の外周面から前記空隙に向けて突出したロータ歯部、及び前記ロータコア部と前記ロータ歯部の周方向の両端部とをそれぞれ接続するロータブリッジ部を有し、前記ロータコア部、前記ロータ歯部、及び前記ロータブリッジ部で囲まれた空間に永久磁石が配置され、前記ロータブリッジ部にコイルが巻回され、前記コイルには前記ロータブリッジ部を経由した前記永久磁石の漏れ磁束を打ち消す方向の磁束が発生するようにダイオードが直列に設けられている。このように、ロータブリッジ部を経由した永久磁石の漏れ磁束を打ち消す方向にロータコイルが磁束を発生させるため、永久磁石から流出した磁束がロータブリッジ部を経由して漏れることが抑制される。そのため、永久磁石から流出する磁束が無駄なくステータに向かうことができ、モータの出力や出力トルクが向上する。
【図面の簡単な説明】
【０００９】
【図１】本発明の実施例に係るモータの概略構成を説明する断面図である。
【図２】図１に示すロータの構成を説明する斜視図である。
【図３】従来例に係るロータの磁束の流れを説明する図である。
【図４】図２に示す本実施例に係るロータの磁束の流れを説明する図である。
【発明を実施するための形態】
【００１０】
以下、本発明の実施例について図面を参照しつつ詳細に説明する。なお、以下の実施例において図は適宜簡略化或いは変形されており、各部の寸法比及び形状等は必ずしも正確に描かれていない。
【実施例】
【００１１】
図１は、本発明の実施例に係るモータ１０の概略構成を説明する断面図である。モータ１０は、ＩＰＭモータ（Ｉｎｔｅｒｉｏｒ  Ｐｅｒｍａｎｅｎｔ  Ｍａｇｎｅｔ  Ｍｏｔｏｒ：埋込磁石型モータ）である。ＩＰＭモータは、後述するようにロータ３０の内部に永久磁石３８が配置された（埋め込まれた）構造をもつ同期モータである。図１は、モータ１０が備えるステータ２０及びロータ３０の共通する軸心Ｃ方向から見た断面図である。
【００１２】
ステータ２０は円筒状であり、ステータコア部２２、ステータ歯部２４、及びステータコイル２６を備える。ステータコア部２２及びステータ歯部２４は、高透磁率の磁性材料である。ステータコア部２２は環状の部材である。ステータコア部２２の内周面から径方向の内方側に複数（本実施例では１２個）のステータ歯部２４が突出している。周方向に互いに隣接するステータ歯部２４の間には、溝状の空間であるスリットが形成されている。それぞれのスリットには、それらスリット間のステータ歯部２４を電磁石とするためにステータコイル２６が巻回されている。
【００１３】
ロータ３０は、ステータ２０の径方向の内方側に同心に収容されている。ロータ３０は、ロータコア部３２、ロータ歯部３４、及びロータブリッジ部３６を備える。ロータコア部３２、ロータ歯部３４、及びロータブリッジ部３６は、高透磁率の磁性材料である。ロータコア部３２は環状の部材である。ロータコア部３２の外周面から径方向の外方側に複数（本実施例では４個）のロータ歯部３４が突出している。ロータ歯部３４は、空隙Ｇ（ｍｍ）を介してステータ２０と対向して軸心Ｃ方向に伸びている。ロータコア部３２と各ロータ歯部３４の周方向の両端部とは、それぞれロータブリッジ部３６で接続されている。ロータコア部３２、ロータ歯部３４、及び前記両端部を接続するロータブリッジ部３６で囲まれ、軸心Ｃ方向に伸びる空間には、永久磁石３８（後述の永久磁石３８ａ及び永久磁石３８ｂを含み、特に区別しない場合には永久磁石３８と記す）が配置されている。永久磁石３８は、例えばネオジウム磁石（Ｎｄ−Ｆｅ−Ｂ磁石）である。
【００１４】
永久磁石３８は、その永久磁石３８から流出する磁束の向きが径方向になるように配置されている。また、周方向に隣接する永久磁石３８は、互いに磁化方向が反対となるように配置されている。すなわち、互いに隣接する２つの永久磁石３８のうちの一方の永久磁石３８ａは径方向の外方側がＮ極、径方向の内方側がＳ極となるように配置されており、他方の永久磁石３８ｂは径方向の外方側がＳ極、径方向の内方側がＮ極となるように配置されている。このため、永久磁石３８ａのＮ極から出た磁束は、永久磁石３８ａのＮ極の径方向の外方側に位置するロータ歯部３４、空隙Ｇを通じてステータ２０に流出する。永久磁石３８ａの径方向の外方側に位置するロータ歯部３４は、永久磁石３８ａにより磁化されてそのロータ歯部３４の外周面はＮ極となっている。そしてステータ２０に流出した磁束は、隣接する永久磁石３８ｂのＳ極の径方向の外方側に位置するロータ歯部３４に空隙Ｇを通じて流入する。永久磁石３８ｂの径方向の外方側に位置するロータ歯部３４は、永久磁石３８ｂにより磁化されてそのロータ歯部３４の外周面はＳ極となっている。そして永久磁石３８ｂのＮ極から流出した磁束は、永久磁石３８ｂと永久磁石３８ａとの間にあるロータコア部３２を経由して隣接する永久磁石３８ａのＳ極へ還流する。このように、互いに隣接する永久磁石３８ａ及び永久磁石３８ｂ間で磁気回路が形成されている。
【００１５】
モータ１０では、例えばステータ２０のスリットに巻回されたステータコイル２６に位相の異なる交流が印加されることで回転磁界が生成され、この回転磁界に対して永久磁石３８で磁化されたロータ歯部３４が吸引・反発させられることによってロータ３０が回転させられる。
【００１６】
図２は、図１に示すロータ３０の構成を説明する斜視図である。図２に示すように、それぞれのロータブリッジ部３６にはロータコイル４０が巻回され、ロータコイル４０の巻軸は軸心Ｃと略直角方向である。ロータコイル４０には、ダイオード４２が直列に配置されている。ロータコイル４０には、前述したステータ２０が生成する回転磁界に応じて誘導起電力が発生する。ロータコイル４０で発生した誘導起電力によりロータコイル４０に流れる誘導電流が発生させる磁束が後述するロータブリッジ部３６を流れようとする永久磁石３８の漏れ磁束ＬＭＦ（Ｌｅａｋａｇｅ  ｍａｇｎｅｔｉｃ  ｆｌｕｘ）［Ｗｂ］を打ち消す方向の場合には、ダイオード４２はその誘導電流がロータコイル４０に流れるのを許可する、すなわちダイオード４２は順方向に接続されている。一方、ロータコイル４０で発生した誘導起電力によりロータコイル４０に流れる誘導電流が発生させる磁束が後述するロータブリッジ部３６を流れようとする永久磁石３８の漏れ磁束ＬＭＦを打ち消さない方向の場合には、ダイオード４２はその誘導電流がロータコイル４０に流れるのを阻止する、すなわちダイオード４２は逆方向に接続されている。このように、ロータブリッジ部３６に巻回されたロータコイル４０には、ロータブリッジ部３６に流れようとする永久磁石３８の漏れ磁束ＬＭＦを打ち消す方向の磁束が発生するようにダイオード４２が直列に設けられている。なお、ロータコイル４０は、本発明における「コイル」に相当する。
【００１７】
図３は、ロータコイル４０及びダイオード４２が配置されていない従来例に係るロータの磁束の流れを説明する図である。図３は、前述した図２に示すロータ３０においてロータコイル４０及びダイオード４２が設けられていないときの径方向の外方側がＮ極、径方向の内方側がＳ極となるように配置された永久磁石３８ａのＮ極から流出した磁束の説明図である。図３では、本実施例のロータ３０と機能において実質的に共通する部分には同一の符号を付している。
【００１８】
永久磁石３８ａのＮ極から流出した磁束のうちのほとんどは、主磁束ＭＦ（Ｍａｉｎ  ｍａｇｎｅｔｉｃ  ｆｌｕｘ）［Ｗｂ］としてロータ歯部３４から空隙Ｇを経由してステータ２０に向けて流出する。永久磁石３８ａのＮ極から流出した磁束は、前述の主磁束ＭＦ以外にも漏れ磁束ＬＭＦとしてロータブリッジ部３６を経由して同じ永久磁石３８ａのＳ極に還流してしまう。漏れ磁束ＬＭＦが大きいと、永久磁石３８ａから流出する磁束を無駄なく活用することができないためモータ１０の出力や出力トルクが下がってしまう。ここで、ロータブリッジ部３６を経由する漏れ磁束ＬＭＦを少なくするには、ロータブリッジ部３６の周方向における断面積を小さくすることが考えられるが、ロータブリッジ部３６の断面積を小さくするとロータブリッジ部３６の機械的強度が保てなくなりロータ３０が破損してしまうおそれがある。そのため、ロータブリッジ部３６の周方向における断面積を小さくするにも限界があり、ロータブリッジ部３６を経由して漏れ磁束ＬＭＦが流れてしまう。
【００１９】
図４は、図２に示す本実施例に係るロータ３０の磁束の流れを説明する図である。図４は、前述した図２に示すロータ３０において径方向の外方側がＮ極、径方向の内方側がＳ極となるように配置された永久磁石３８ａのＮ極から流出した磁束の説明図である。本実施例に係るロータ３０では、図３で説明した漏れ磁束ＬＭＦを打ち消す方向のコイル磁束ＣＭＦ［Ｗｂ］がステータ２０の回転磁界に応じてロータコイル４０及びダイオード４２により発生させられる。すなわち、ロータコイル４０及びダイオード４２により発生させられたコイル磁束ＣＭＦは、主磁束ＭＦと同じ方向の磁束である。そのため、永久磁石３８ａのＮ極から流出した磁束の一部がロータブリッジ部３６を経由した漏れ磁束ＬＭＦとして流れようとしても、コイル磁束ＣＭＦのために流れることが抑制される。したがって、永久磁石３８ａのＮ極から流出した磁束は、漏れ磁束ＬＭＦが減少した分だけ多く主磁束ＭＦとしてロータ歯部３４から空隙Ｇを経由してステータ２０に向けて流出する。なお、コイル磁束ＣＭＦは、本発明における「漏れ磁束を打ち消す方向の磁束」に相当する。
【００２０】
ロータ３０の径方向の外方側がＳ極、径方向の内方側がＮ極となるように配置された永久磁石３８ｂにおいて、その永久磁石３８ｂのＮ極からロータブリッジ部３６を経由して同じ永久磁石３８ｂのＳ極に流れるようとする漏れ磁束ＬＭＦに関しても、図５での説明と同様にその漏れ磁束ＬＭＦを打ち消す方向にコイル磁束ＣＭＦがロータコイル４０及びダイオード４２により発生させられる。
【００２１】
本実施例のモータ１０によれば、円筒状のステータ２０と、ステータ２０内に径方向の空隙Ｇを介して同心に収容されたロータ３０と、が備えられ、ロータ３０は、ロータコア部３２、ロータコア部３２の外周面から空隙Ｇに向けて突出したロータ歯部３４、及びロータコア部３２とロータ歯部３４の周方向の両端部とをそれぞれ接続するロータブリッジ部３６を有し、ロータコア部３２、ロータ歯部３４、及びロータブリッジ部３６で囲まれた空間に永久磁石３８が配置されている。そして、ロータブリッジ部３６にはロータコイル４０が巻回され、ロータコイル４０にはロータブリッジ部３６を経由した永久磁石３８の漏れ磁束ＬＭＦを打ち消す方向の磁束が発生するようにダイオード４２が直列に設けられている。ロータコイル４０は、永久磁石３８からロータブリッジ部３６へ流れようとする漏れ磁束ＬＭＦに鎖交するように巻回されている。このように、ロータブリッジ部３６にロータコイル４０が巻回され、そのロータコイル４０にダイオード４２が直列に配置されるという簡便な構造により、ステータ２０が生成する回転磁界に応じてロータコイル４０及びダイオード４２によるコイル磁束ＣＭＦが漏れ磁束ＬＭＦを打ち消す方向にのみ発生する。これにより、永久磁石３８から流出した磁束がロータブリッジ部３６を経由して漏れることが抑制されるため、永久磁石３８から流出する磁束が無駄なくステータ２０に向かうことができ、モータ１０の出力や出力トルクが向上する。
【００２２】
なお、上述したのはあくまでも一実施形態であり、本発明は当業者の知識に基づいて種々の変更、改良を加えた態様で実施することができる。
【符号の説明】
【００２３】
１０：モータ
２０：ステータ
３０：ロータ
３２：ロータコア部
３４：ロータ歯部
３６：ロータブリッジ部
３８、３８ａ、３８ｂ：永久磁石
４０：ロータコイル（コイル）
４２：ダイオード
Ｇ：空隙
ＣＭＦ：コイル磁束（漏れ磁束を打ち消す方向の磁束）
ＬＭＦ：漏れ磁束
【図１】
2020061836.tif 000003
【図２】
2020061836.tif 000004
【図３】
2020061836.tif 000005
【図４】
2020061836.tif 000006