(57)【要約】      （修正有）【課題】コギングトルク現象を低減するとともに効率を高めた永久磁石同期モータを提供する。【解決手段】固定子２０及び固定子２０の内径間に回転可能に設けられた回転子１０を備え、回転子１０周壁内側に複数の取付溝組１１が形成され、各取付溝組１１は左右対称に配置された二つの磁石溝１１ａ，１１ｂを備え、二つの磁石溝１１ａ，１１ｂの内側端の間に間隔が形成され、各磁石溝１１ａ，１１ｂ内には永久磁石１３ａ，１３ｂがそれぞれ収容され、各磁石溝１１ａ，１１ｂの外側端に空乏領域１１１がそれぞれ外側に湾曲延出して形成され、空乏領域１１１が永久磁石１４ａ，１４ｂに対応する外側に位置しており、固定子２０がリング状であり、固定子２０上に取付穴２００が貫通して形成され、この固定子２０上に径方向に配列されている複数の固定子歯が形成されている。【選択図】図１
0003196702.tif 000002
【実用新案登録請求の範囲】
【請求項１】
固定子の内径間に回転可能に設けられており、この回転子周壁内側に複数の取付溝組が形成され、各取付溝組は左右対称に配置された二つの磁石溝を備え、二つの磁石溝の内側端の間に間隔が形成されており、各磁石溝内には永久磁石がそれぞれ収容されており、各磁石溝の外側端に空乏領域がそれぞれ外側に湾曲延出して形成されており、空乏領域が永久磁石に対応する外側に位置している回転子と、
リング状であり、上記回転子を回転可能な方式でこの固定子の中に設置することで上記回転子に結合され、この固定子上に取付穴が貫通して形成されており、この固定子上に径方向に配列されている複数の固定子歯が形成されている固定子と
を備えることを特徴とするコギングトルク現象を低減するとともに効率を高めた永久磁石同期モータ。
【請求項２】
各取付溝組の各磁石溝の外側端の空乏領域が、それぞれ回転子の周壁内側に向けて屈曲している請求項１に記載のコギングトルク現象を低減するとともに効率を高めた永久磁石同期モータ。
【請求項３】
上記回転子の永久磁石が円弧状または長方形である請求項２に記載のコギングトルク現象を低減するとともに効率を高めた永久磁石同期モータ。
【請求項４】
上記モータが６極９溝の永久磁石同期モータである請求項１ないし３のいずれか一項に記載のコギングトルク現象を低減するとともに効率を高めた永久磁石同期モータ。
【考案の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本考案は、永久磁石モータに関し、とりわけ主に回転子上にて磁石を配置する取付溝組の形態を変更し、これにより固定子歯と永久磁石との間の磁力線分布を阻害することで、モータ効率を高めるとともにコギングトルクの現象を低減する、コギングトルク現象を低減するとともに効率を高めた永久磁石同期モータに関する。
【背景技術】
【０００２】
人々の生活の中で、様々な民生用電子製品にてモータが使用されており、このうちには例えば冷房機、冷蔵庫などの大型の製品、そしてハードディスク、光ディスクドライブ又はファン等の小型の製品がある。
【０００３】
上記した装置はいずれもモータの駆動により、この製品に対応する機能を持たせるものであるが、モータは回転しているプロセスにおいて、各種の要因の干渉により不要な力均衡が発生しやすく、モータ運転中でスムーズさを欠く原因は多く、「コギングトルク」（Ｃｏｇｇｉｎｇ  Ｔｏｒｑｕｅ）はその中の要因の一つである。
【０００４】
図１０および図１１のように、いわゆる「コギングトルク」とは回転子の永久磁石と、固定子歯との間の磁気吸引力により発生するものであって、従来のモータでは回転子８０と、固定子９０とを備えており、回転子８０の周縁近くには六個の永久磁石８１が設けられるとともに等角度で配列されており、また永久磁石８１は異なる磁極が交互に配列されている。固定子９０には複数の固定子歯９１が形成されており、各固定子歯９１はその上に巻回されている巻線２を有しているため、巻線に電流が流れると、各固定子歯９１には電流の流れる方向に従って対応する磁極が発生して、ひいては磁力線が発生する。磁力線がより密になると、固定子歯９１と永久磁石８１との間の磁気吸引力がより大きくなることを表しているため、固定子歯９１と永久磁石８１とが正対しているとき、固定子歯９１と永久磁石８１との磁力線分布が均一で且つ対称的になる。このときの磁気吸引力は最大となることから、コギングトルクは発生しない。ところが回転子８０が回転し始めると（図８に示す反時計回り方向に回転する）、永久磁石８１と固定子歯９１との間の吸引力は両者の正対状態を維持させようとするため、永久磁石８１の端部８２とそのうちの一つの固定子歯９２との間に部分的な閉じループの磁力線が形成される。この磁力線は永久磁石８１と固定子歯９１との間の磁気吸引力により発生するとともに、ひいては回転子８０の回転を阻害する抵抗力が発生する。これがコギングトルクである。
【考案の概要】
【考案が解決しようとする課題】
【０００５】
上記から分かるように、回転子の回転過程においてはコギングトルク現象が必ず発生するため、このコギングトルク現象を如何に低減して、エネルギーの損失を抑制ことはかなり重要な課題であることから、上記問題に鑑みて、解決手法を提出する必要性が出てきた。
【課題を解決するための手段】
【０００６】
上記した従来技術における欠点に鑑み、本考案の主な目的は、回転子上にて磁石を配置する取付溝組の形態を変更し、これにより固定子歯と永久磁石との間の磁力線分布を阻害することで、モータ効率を高めるとともにコギングトルクの現象を低減する、コギングトルク現象を低減するとともに効率を高めた永久磁石同期モータを提供する。
【０００７】
上記目的を達成するために、本考案のモータは、
固定子の内径間に回転可能に設けられており、この回転子周壁内側に複数の取付溝組が形成され、各取付溝組は左右対称に配置された二つの磁石溝を備え、二つの磁石溝の内側端の間に間隔が形成されており、各磁石溝内には永久磁石がそれぞれ収容されており、各磁石溝の外側端に空乏領域がそれぞれ外側に湾曲延出して形成されており、空乏領域が永久磁石に対応する外側に位置している回転子と、リング状であり、上記回転子を回転可能な方式でこの固定子の中に設置することで上記回転子に結合され、この固定子上に取付穴が貫通して形成されており、この固定子上に径方向に配列されている複数の固定子歯が形成されている固定子とを備えたモータである。
【０００８】
上記構造で構成されたモータによれば、回転子では隣接する永久磁石の間に空乏領域がそれぞれ形成されており、空乏領域は回転子内部の永久磁石の磁力線が回転子内に回流しにくいように阻害することで、回転子内部の永久磁石間の磁気漏れ現象を低減する以外に、磁力線を固定子歯に流れるよう強制することができる。また固定子歯は導磁率の高いケイ素鋼からなることで、磁力線がより均一に固定子歯に流れるように強制し、ひいては磁力線と固定子の巻線との磁界の相互作用がより密となり、磁気漏れ損失を低減し、モータの効率を高めて、より優れたモータ回転機能をもたらし、また磁力線がより均一に分布して固定子歯に流れるため、その固定子と回転子との間の磁力線が相対的に少なくなり、起動または回転時に、回転子の永久磁石が固定子歯を吸引する磁気吸引力が平均的に分布して、駆動時に生じるコギングトルク現象を低減することができ、またモータ回転中にて振動および振動に起因して生じる騒音を低減することができることにより、モータの効率を高めるとともにコギングトルク現象を低減する目的を達成することができる。
【０００９】
本考案では回転子内部の取付溝組の両端に空乏領域をアレンジしたことで、永久磁石同期モータはモータ効率が向上し、コギングトルクを低減し、磁気漏れ損失を低減するなどの三つの効果がもたらされ、かつコギングトルクを低減することでモータに低振動・低騒音の機能を持たせて、磁気漏れ損失を低減してモータの運転効率を高めているので、本考案は省エネで炭素排出を削減し、低騒音の効果を実現することができる。
【００１０】
上記各取付溝組の各磁石溝の外側端の空乏領域がそれぞれ回転子の周壁内側に向けて屈曲しているとよい。
【００１１】
上記回転子の永久磁石が円弧状または長方形であるとよい。
【００１２】
上記モータが６極９溝の永久磁石同期モータであるとよい。
【図面の簡単な説明】
【００１３】
【図１】本考案の立体外観図。
【図２】本考案の正面概略図。
【図３】本考案の永久磁石を省略した正面概略図。
【図４】本考案の図２に基づく一部拡大図。
【図５】本考案の磁力線分布を有する場合の正面概略図。
【図６】本考案の図５に引き続き磁力線分布を有する場合の正面運転概略図。
【図７】本考案の図６に引き続き磁力線分布を有する場合の正面運転概略図。
【図８】本考案の図７に引き続き磁力線分布を有する場合の正面運転概略図。
【図９】本考案の図８に引き続き磁力線分布を有する場合の正面運転概略図。
【図１０】従来技術における磁力線分布の概略図。
【図１１】従来技術における回転子がある角度回転した後の磁力線分布の概略図。
【考案を実施するための形態】
【００１４】
図１から図４のように、本考案のコギングトルク現象を低減するとともに効率を高めた永久磁石同期モータは、回転子１０と固定子２０とを備えている。
【００１５】
回転子１０は円形であり、回転子１０の周壁内側には複数の取付溝組１１が形成されており、各取付溝組１１は左右対称に配置された二つの磁石溝１１ａ、１１ｂを有しており、二つの磁石溝１１ａ、１１ｂの内側端の間には、磁石溝１１ａ、１１ｂを完全に遮断する間隔１１２が形成されており、各取付溝組１１の磁石溝１１ａ、１１ｂ内には永久磁石１３ａ、１３ｂ、１４ａ、１４ｂがそれぞれ収容されている。各磁石溝１１ａ、１１ｂの外側端には空乏領域１１１がそれぞれ外側に湾曲延出して形成されており、空乏領域１１１は永久磁石１３ａ、１３ｂ、１４ａ、１４ｂに対応する外側に位置している。好ましい実施例において、回転子１０上には６個の取付溝組１１が形成されており、各取付溝組１１内の永久磁石１３ａ、１３ｂ、１４ａ、１４ｂの磁極方向は同じであるが、隣接する取付溝組１１の永久磁石１３ａ、１３ｂ、１４ａ、１４ｂの磁極方向は反対となっている。例えばそのうちの一つの取付溝組１１の永久磁石１３ａ、１３ｂの遠心側の磁極はＮ極となり、求心側の磁極はＳ極となり、そして隣接する他の取付溝組１１内の永久磁石１４ａ、１４ｂの遠心側の磁極はＳ極となり、求心側の磁極はＮ極となる。
【００１６】
上記固定子２０は、リング状であり、回転子１０を回転可能な方式でこの固定子中に設置することで回転子１０に結合されている。固定子２０は取付穴および複数の固定子歯２１１、２１２、２１３、２１４、２１５、２１６、２１７、２１８、２１９を有する。
【００１７】
この取付穴２００は固定子２０を貫通して形成されるとともに、上記回転子１０を収容して、回転子を取付穴２００内で回転可能としている。
【００１８】
複数の固定子歯２１１、２１２、２１３、２１４、２１５、２１６、２１７、２１８、２１９は固定子２０上に形成されるとともに径方向に配列されており、各固定子歯２１１、２１２、２１３、２１４、２１５、２１６、２１７、２１８、２１９上には巻線２５が巻回されて、巻線２５に電流が流れたときに対応する磁力線を発生させて、ひいては固定子歯に対応する磁極を形成しており、本実施例においては、固定子２０上には、それぞれ第１の固定子歯２１１、第２の固定子歯２１２、第３の固定子歯２１３、第４の固定子歯２１４、第５の固定子歯２１５、第６の固定子歯２１６、第７の固定子歯２１７、第８の固定子歯２１８および第９の固定子歯２１９といった９個の固定子歯２１１、２１２、２１３、２１４、２１５、２１６、２１７、２１８、２１９が形成されている。
【００１９】
上記各空乏領域１１１は、それぞれ回転子１０の周壁内側に向けて屈曲している。上記各空乏領域１１１は回転子１０の内側に向けて概ねある角度で屈曲して（図４参照）、上記取付溝組１１を周壁により近づけて、ひいては各永久磁石をより回転子１０の周壁に近づけることができる。
【００２０】
回転子１０上に設けられている上記永久磁石１３ａ、１３ｂ、１４ａ、１４ｂは、それぞれ回転子周縁形状に一致する概ね円弧状または概ね長方形状とすることができるものであり、本実施例中では長方形の永久磁石を使用している。
【００２１】
詳細に言えば、本考案の永久磁石同期モータは６極９溝の永久磁石同期モータである。６極９溝とは、モータの回転子１０が６個の取付溝組１１を有するとともに、固定子２０が９個の固定子歯２１１、２１２、２１３、２１４、２１５、２１６、２１７、２１８、２１９を有するという意味である。このうち、図５ないし図９は、回転子１０が反時計回り方向にある角度回転した連続運転図であり、しかもその上に回転子１０の各永久磁石と固定子２０の各固定子歯２１１、２１２、２１３、２１４、２１５、２１６、２１７、２１８、２１９との間に分布する磁力線分布図である。
【００２２】
図５を参照して説明する。回転子１０上の永久磁石１３ａ、１３ｂ、１４ａ、１４ｂを相間に配列された第１の永久磁石１３ａ、１３ｂおよび第２の永久磁石１４ａ、１４ｂに区分して、また第１の永久磁石１３は第１の固定子歯２１１に正対し、第２の永久磁石１４は第２の固定子歯２１２および第３の固定子歯２１３の間に位置している。このうち、第１の永久磁石１３ａ、１３ｂの外側をＮ極とし、内側をＳ極としているため、第２の永久磁石１４ａ、１４ｂの外側がＳ極、内側がＮ極となる。このように、第１の固定子歯２１１上の巻線２５に通電すると、巻線２５上の電流の方向により第１の固定子歯２１１の内径側がＳ極、外径側がＮ極となることから、第１の固定子歯２１１が第１の永久磁石１３ａ、１３ｂを吸引し、かつ磁気吸引力が最大となるため、この箇所での磁束が最大となり且つ磁力線分布が均一で対称となる。
【００２３】
図６を参照して説明する。第１の固定子歯２１１上の巻線２５の通電が停まると、代わって第３の固定子歯２１３上の巻線２５により通電し、第３の固定子歯２１３の内径側がＮ極、外径側がＳ極となり、第３の固定子歯２１３の内径側が徐々に第２の永久磁石１４ａ、１４ｂを吸引する。吸引過程において、第１の永久磁石１３ａ、１３ｂの左端および第２の永久磁石１４ａ、１４ｂの右端の空乏領域１１１が第２の固定子歯２１２に正対し、第１の永久磁石１３ａ、１３ｂ、第２の永久磁石１４ａ、１４ｂの二つの相対する端部と第２の固定子歯２１２との間に形成された磁力線分布は、空乏領域１１１により磁力線が第２の固定子歯２１２に向かうのを阻害し、第２の固定子歯２１２上の磁力線分布を従来技術よりも少なくするため、この箇所での磁気吸引力が小さくなって、よって、第３の固定子歯２１３が第２の永久磁石１４を正対位置に吸引する（図７に示す）。つまり受ける抵抗力（コギングトルク）は相対的に小さくなり、またこれと同時に、第３の固定子歯２１３上の巻線２５の通電が停まると、代わって第２の固定子歯２１２上の巻線２５により通電して第２の固定子歯２１２内径側がＳ極、外径側がＮ極となるとともに、第１の永久磁石１３を正対位置に吸引する。
【００２４】
図８を参照して説明する。同様の吸引過程において、第１の永久磁石１３ａ、１３ｂの右端と他の組の第２の永久磁石１４ａ、１４ｂの左端の空乏領域１１１とが第１の固定子歯２１１に正対するので、この箇所の磁力線分布は少なくなることから、形成される磁気吸引力もまた相対的に小さくなって、第１の永久磁石１３ａ、１３ｂが第２の固定子歯２１２に吸引され（図９に示す）、抵抗を受ける磁気吸引力（コギングトルク）も相対的に小さくなり、続いて電流が第２の固定子歯２１２上の巻線２５に流れるのを止めて、代わって第１の固定子歯２１１に流れるようになる。このようにサイクルに制御してモータの連続回転を可能とするものであって、本実施例においては、第１、第２、第３の固定子歯２１１、２１２、２１３および第１、第２の永久磁石１３ａ、１３ｂ、１４ａ、１４ｂのみを運転の説明としたが、実際には第１、第４、第７の固定子歯２１１、２１４、２１７が対応し、第２、第５、第８の固定子歯２１２、２１５、２１８が対応し、第３、第６、第９の固定子歯２１３、２１６、２１９が対応している。このように、回転子１０上の取付溝組１１の外側の空乏領域１１１は永久磁石１３ａ、１３ｂ、１４ａ、１４ｂの端部の磁力線が固定子歯２１１、２１２、２１３、２１４、２１５、２１６、２１７、２１８、２１９に向うのを阻害し、ひいては二組の永久磁石１３ａ、１３ｂ、１４ａ、１４ｂ間と固定子歯２１１、２１２、２１３、２１４、２１５、２１６、２１７、２１８、２１９との間の磁気吸引力が低下させるようにして、コギングトルクを低減し、コギングトルク現象を低減する目的を達成することで、モータの回転効率を高めて、エネルギーの損失を抑制することができる。
【００２５】
以下の複数の表はそれぞれ本考案にて１２個の永久磁石１３ａ、１３ｂ、１４ａ、１４ｂを採用した永久磁石同期モータおよび従来技術における６枚の永久磁石を採用した永久磁石同期モータであり、各々の回転数変化またはトルク変化での力率、合計効率、モータ効率および駆動効率の数値である。
【００２６】
【表１】
0003196702.tif 000003
【００２７】
【表２】
0003196702.tif 000004
【００２８】
上記表から分かるように、本考案の永久磁石同期モータは効率パフォーマンス上でも従来技術の永久磁石同期モータよりも優れており、確実にコギングトルクを低減することで、モータ回転の効率を高めて、エネルギーの損失を抑制することができる。
【符号の説明】
【００２９】
１０    回転子
１１    取付溝組
１１ａ、１１ｂ    磁石溝
１１１    空乏領域
１１２    間隔
１３ａ、１３ｂ    第１の永久磁石
１４ａ、１４ｂ    第２の永久磁石
２０    固定子
２１１    第１の固定子歯
２１２    第２の固定子歯
２１３    第３の固定子歯
２１４    第４の固定子歯
２１５    第５の固定子歯
２１６    第６の固定子歯
２１７    第７の固定子歯
２１８    第８の固定子歯
２１９    第９の固定子歯
２５    巻線
８０    回転子
８１    永久磁石
８２    端部
９０    固定子
９１    固定子歯
【図１】
0003196702.tif 000005
【図２】
0003196702.tif 000006
【図３】
0003196702.tif 000007
【図４】
0003196702.tif 000008
【図５】
0003196702.tif 000009
【図６】
0003196702.tif 000010
【図７】
0003196702.tif 000011
【図８】
0003196702.tif 000012
【図９】
0003196702.tif 000013
【図１０】
0003196702.tif 000014
【図１１】
0003196702.tif 000015