(57)【要約】  本モータは、環状のステータヨークと、このステータヨークから内外に向かって突出した複数の内外ティースとを有するステータコアと、ステータコアに巻回された複数のコイルとを備えたステータと、内外ティースに空隙を介して対向し永久磁石が埋め込まれた内側ロータと外側ロータとを含む。これら外側ロータと内側ロータとの断面形状は、磁極中心線より磁束境界線の方向に、円弧とそれに続く少なくとも２つの連続した直線で結ばれる。
2007123057.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
環状のステータヨークと、前記ステータヨークから径方向内側に向かって突出した複数の内側ティースと、前記内側ティースと同数で前記ステータヨークから径方向外側に向かって突出した複数の外側ティースと、前記内側ティースの間に構成された内側スロットと、前記外側ティースの間に構成された外側スロットとを有するステータコアと、前記内側スロットと前記外側スロットの間の前記ステータヨークに巻回され、３相スターまたはデルタ状に結線された複数のコイルとを備えたステータと、
前記内側ティースに空隙を介して対向した内側ロータと、前記外側ティースに空隙を介して対向した外側ロータとを含み、前記内側ロータと前記外側ロータは、同一回転軸に接続され、
前記内側ロータは、複数の内側永久磁石挿入孔を有する内側ロータヨークと、前記内側永久磁石挿入孔に埋め込まれた複数の内側永久磁石とを有し、
前記外側ロータは、複数の外側永久磁石挿入孔を有する外側ロータヨークと、前記外側永久磁石挿入孔に埋め込まれた複数の外側永久磁石とを有し、
前記回転軸の回転中心と前記内側ロータの磁極中心と前記外側ロータの磁極中心を結ぶ磁極中心線、及び前記回転軸の回転中心と前記内側ロータの磁束境界と前記外側ロータの磁束境界を結ぶ磁束境界線とは、共に直線であり、
前記磁極中心線が、前記内側ロータヨークの外形と交差する点を端点Ｘ１、前記外側ロータヨークの内形と交差する点を端点Ｘ２とし、
前記磁束境界線が、前記内側ロータヨークの外形と交差する点を端点Ｚ１、前記外側ロータヨークの内形と交差する点を端点Ｚ２とし、
前記磁極中心線より前記磁極境界線の方向に所定角度θ１を有し前記回転中心を通る直線が前記内側ロータヨークの外形と交差する点を端点Ａ１とし、
前記磁極中心線より前記磁極境界線の方向に所定角度θ２を有し前記回転中心を通る直線が前記外側ロータヨークの内形と交差する点を端点Ａ２としたとき、
前記内側ロータヨークの断面形状は、前記端点Ａ１と前記端点Ｚ１との間が少なくとも２つの連続した直線で結ばれ、前記外側ロータヨークの断面形状は、前記端点Ａ２と前記端点Ｚ２との間が少なくとも２つの連続した直線で結ばれるモータ。
【請求項２】
前記内側ロータヨークの断面形状は、前記端点Ｘ１と前記端点Ａ１の間が前記回転中心を中心とする第１の円弧であり、前記端点Ａ１と前記端点Ｚ１との間の前記少なくとも２つの連続した直線は、前記第１の円弧を同じ曲率で延長した円の内側に位置する請求項１記載のモータ。
【請求項３】
前記外側ロータヨークの断面形状は、前記端点Ｘ２と前記端点Ａ２の間が前記回転中心を中心とする第２の円弧であり、前記端点Ａ２と前記端点Ｚ２との間の前記少なくとも２つの連続した直線は、前記第２の円弧を同じ曲率で延長した円の外側に位置する請求項１記載のモータ。
【請求項４】
前記所定角度θ１及び前記所定角度θ２は、共に、電気角で１５°＜θａ＜７５°の範囲にある請求項１記載のモータ。
【請求項５】
前記端点Ａ１と前記端点Ｚ１との間を結ぶ少なくとも２つの連続した直線の交点、及び前記端点Ａ２と前記端点Ｚ２との間を結ぶ少なくとも２つの連続した直線の交点は、共に凸形状である請求項１記載のモータ。
【請求項６】
前記内側永久磁石挿入孔の端部と前記内側ロータヨークの外形との最短距離をＬ１とし、前記内側ロータヨークを構成する高透磁率薄鉄板の１枚の厚さをｄとしたとき、ｄ／２＜Ｌ１＜２ｄである請求項１記載のモータ。
【請求項７】
前記外側永久磁石挿入孔の端部と前記外側ロータヨークの内形との最短距離をＬ２とし、前記外側ロータヨークを構成する高透磁率薄鉄板の１枚の厚さをｅとしたとき、ｅ／２＜Ｌ２＜２ｅである請求項１記載のモータ。
【請求項８】
前記内側永久磁石挿入孔と前記外側永久磁石挿入孔は、共に、周方向両端に空隙部を有する請求項１記載のモータ。
【請求項９】
前記内側スロットの開口部である内側スロットオープンの大きさと前記外側スロットの開口部である外側スロットオープンの大きさとを調節することによって、
前記内側ロータによるコギングトルクと前記外側ロータによるコギングトルクとを逆位相とする請求項１記載のモータ。
【請求項１０】
前記内側ロータによるコギングトルクと前記外側ロータによるコギングトルクとは打ち消される請求項９記載のモータ。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、ツインロータを搭載する永久磁石埋め込み型ブラシレスモータに関し、特にロータの構成に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
図９は、従来のツインロータを有するトロイダル方式のブラシレスモータであり、ステータ１１０と内側ロータ１２０と外側ロータ１３０から構成されている。【０００３】
ステータ１１０は、ステータコア１１１とコイル１１５よりなる。ステータコア１１１は、ステータヨーク１１４と、このステータヨーク１１４に設けられた外側ティース１１２と内側ティース１１３とからなり、外側ティース１１２の間には外側スロット１１６が、内側ティース１１３の間には内側スロット１１７が、それぞれ構成されている。【０００４】
ステータヨーク１１４にはトロイダル方式の複数の３相コイル１１５が施されている。このコイル１１５は集中巻線方式でステータヨーク１１４に巻回され、外側スロット１１６と内側スロット１１７に収納され、スターまたはデルタ結線される。【０００５】
内側ロータ１２０は回転軸１４０に直結され、ステータ１１０の内側に回転自在に保持される。内側ロータ１２０は、更に内側ロータヨーク１２１と永久磁石１２２とを有する。内側ロータヨーク１２１は、複数の永久磁石挿入孔１２４が設けられており、そこに永久磁石１２２が挿入、接着固定されている。【０００６】
また、外側ロータ１３０は、同様に回転軸１４０に直結され、ステータ１１０の外側に回転自在に保持される。外側ロータ１３０は、更にロータヨーク１３１と永久磁石１３２とを有する。外側ロータヨーク１３１は、複数の永久磁石挿入孔１３４が設けられており、そこに永久磁石１３２が挿入、接着固定されている。【０００７】
内側ロータ１２０および外側ロータ１３０は、コイル１１５に流れる電流による磁界によって回転する。このようなトロイダル方式のブラシレスモータの構成は、例えば特許文献１に開示されている。【０００８】
この従来のモータによれば、ロータをツインロータ構成とすることで、出力トルクを大きくすることができるが、コギングトルクが増加し、振動・騒音が増加するという課題がある。
【特許文献１】日本特許出願特開２００１−３７１３３号公報
【発明の開示】
【０００９】
本発明のモータは次の構成を有する。環状のステータヨークと、このステータヨークから径方向内側に向かって突出した複数の内側ティースと、この内側ティースと同数でステータヨークから径方向外側に向かって突出した複数の外側ティースを含む。さらに、内側ティースの間に構成された内側スロットと、外側ティースの間に構成された外側スロットとを有するステータコアを含む。さらに、内側スロットと外側スロットの間のステータヨークに巻回され、３相スターまたはデルタ状に結線された複数のコイルとを備えたステータを含む。
【００１０】
内側ティースに空隙を介して対向した内側ロータと、外側ティースに空隙を介して対向した外側ロータとを含み、内側ロータと外側ロータは、同一回転軸に接続される。
【００１１】
内側ロータは、複数の内側永久磁石挿入孔を有する内側ロータヨークと、内側永久磁石挿入孔に埋め込まれた複数の内側永久磁石とを有し、外側ロータは、複数の外側永久磁石挿入孔を有する外側ロータヨークと、外側永久磁石挿入孔に埋め込まれた複数の外側永久磁石とを有する。
【００１２】
回転軸の回転中心と内側ロータの磁極中心と外側ロータの磁極中心を結ぶ磁極中心線、及び回転軸の回転中心と内側ロータの磁束境界と外側ロータの磁束境界を結ぶ磁束境界線とは、共に直線である。
【００１３】
磁極中心線が、内側ロータヨークの外形と交差する点を端点Ｘ１、外側ロータヨークの内形と交差する点を端点Ｘ２とする。磁束境界線が、内側ロータヨークの外形と交差する点を端点Ｚ１、外側ロータヨークの内形と交差する点を端点Ｚ２とする。磁極中心線より磁極境界線の方向に所定角度θ１を有し回転中心を通る直線が内側ロータヨークの外形と交差する点を端点Ａ１とし、磁極中心線より磁極境界線の方向に所定角度θ２を有し回転中心を通る直線が外側ロータヨークの内形と交差する点を端点Ａ２とする。
【００１４】
ここに、内側ロータヨークの断面形状は、端点Ａ１と端点Ｚ１との間が少なくとも２つの連続した直線で結ばれ、外側ロータヨークの断面形状は、端点Ａ２と端点Ｚ２との間が少なくとも２つの連続した直線で結ばれる。
【図面の簡単な説明】
【００１５】
【図１】図１は本発明の実施の形態におけるモータの断面図である。
【図２】図２は本発明の実施の形態におけるモータの内側ロータを示す部分断面図である。
【図３】図３は本発明の実施の形態におけるモータの外側ロータを示す部分断面図である。
【図４】図４は本発明の実施の形態におけるモータの円弧角度θ１、θ２とコギングトルクとの関係を示すグラフである。
【図５】図５は本発明の実施の形態におけるモータのスロットオープン角度α１、α２とコギングトルクとの関係を示すグラフである。
【図６】図６は本発明の実施の形態におけるモータのスロットオープン角度α１、α２とコギングトルクの位相との関係を示すグラフである。
【図７】図７は本発明の実施の形態におけるモータのスロットオープン角度α１、α２とコギングトルクとの関係を示すグラフである。
【図８Ａ】図８Ａは本発明の実施の形態におけるモータの永久磁石挿入穴の他の形態を示す断面図である。
【図８Ｂ】図８Ｂは本発明の実施の形態におけるモータの永久磁石挿入穴の他の形態を示す断面図である。
【図９】図９は従来のモータの断面図である。
【符号の説明】
【００１６】
１０    ステータ
１１    ステータコア
１２    外側ティース
１３    内側ティース
１４    ステータヨーク
１５    コイル
１６    外側スロット
１７    内側スロット
２０    内側ロータ
２１    内側ロータヨーク
２２    内側永久磁石
２４    内側永久磁石挿入孔
２７    磁極中心線
２８    磁束境界線
３０    外側ロータ
３１    外側ロータヨーク
３２    外側永久磁石
３４    外側永久磁石挿入孔
４０    回転軸
４１    回転中心
Ｘ１    磁極中心線が内側ロータヨークの外形と交差する端点
Ｘ２    磁極中心線が外側ロータヨークの内形と交差する端点
Ｚ１    磁束境界線が内側ロータヨークの外形と交差する端点
Ｚ２    磁束境界線が外側ロータヨークの内形と交差する端点
Ａ１    磁極中心線より磁束境界線の方向に所定角度θ１をなし回転中心を通る直線が内側ロータヨークの外形と交差する端点
Ａ２    磁極中心線より磁束境界線の方向に所定角度θ２をなし回転中心を通る直線が外側ロータヨークの内形と交差する端点
Ｂ１    磁極中心線より磁束境界線の方向に所定角度θ１ｂをなし回転中心を通る直線が内側ロータヨークの外形と交差する端点
Ｂ１    磁極中心線より磁束境界線の方向に所定角度θ２ｂをなし回転中心を通る直線が外側ロータヨークの内形と交差する端点
α１    内側ロータのスロットオープン角度
α２    外側ロータのスロットオープン角度
Ｌ１    内側永久磁石挿入孔の端部と内側ロータヨークの外形との最短距離
Ｌ２    外側永久磁石挿入孔の端部と外側ロータヨークの内形との最短距離
ｄ    内側ロータヨークの高透磁率鉄板の１枚の厚さ
ｅ    外側ロータヨークの高透磁率鉄板の１枚の厚さ
【発明を実施するための最良の形態】
【００１７】
以下、本発明の実施形態について、図面を用いて説明する。図１は、本発明の実施の形態におけるモータの断面図である。本実施の形態のモータは、ステータ１０と、このステータ１０の内径側に対向する内側ロータ２０と、外径側に対向する外側ロータ３０とで構成される。【００１８】
ステータ１０を構成するステータコア１１は、略環状のステータヨーク１４と、このステータヨーク１４から外周方向に突出した外側ティース１２と、外側ティース１２と同数でステータヨーク１４から内周方向に突出した内側ティース１３とから成る。各々の外側ティース１２の間には外側スロット１６が、各々の内側ティース１３の間には内側スロット１７が、それぞれ構成されている。【００１９】
そして、３相スターもしくはデルタ状に結線されトロイダル巻線形式による複数のコイル１５が、外側スロット１６と内側スロット１７の間のステータヨーク１４に集中巻線方式で巻回されている。なお、このコイル１５は、全スロットに収納されている。【００２０】
外側ティース１２に対向して所定のエアギャップを介して外側ロータ３０が配設されている。同様に、内側ティース１３に対向して所定のエアギャップを介して内側ロータ２０が配設されている。【００２１】
外側ロータ３０は、電磁鋼板が積層された外側ロータヨーク３１に外側永久磁石挿入孔３４を有しており、そこに外側永久磁石３２が収納されて外側磁極部を構成している。同様に、内側ロータ２０は、電磁鋼板が積層された内側ロータヨーク２１に内側永久磁石挿入孔２４を有しており、そこに内側永久磁石２２が収納されて内側磁極部を構成している。言い換えれば、この外側磁極部は、外側ロータヨーク３１の複数の外側永久磁石挿入孔３４の各々に外側永久磁石３２を収納して構成される。同様に、内側磁極部は、内側ロータヨーク２１の複数の内側永久磁石挿入孔２４の各々に内側永久磁石２２を収納して構成される。【００２２】
ここで、内側永久磁石２２の中央と外側永久磁石３２の中央とを結ぶ直線を延長すると回転中心４１を通るように構成されており、この直線を磁極中心線２７と定義する。また、内側永久磁石２２と隣接内側永久磁石２２との中間点と外側永久磁石３２と隣接外側永久磁石３２との中間点とを結ぶ直線を延長すると回転中心４１を通るように構成されており、この直線を磁束境界線２８と定義する。即ち、内側永久磁石２２と外側永久磁石３２は、同位相で配置されている。【００２３】
外側ロータ３０は、外側ロータフレーム（図示しない）に圧入、焼きばめ、もしくは接着等の手段で結合されている。同様に、内側ロータ２０は内側ロータフレーム（図示しない）に圧入、焼きばめ、もしくは接着等の手段で結合されている。そして、内側ロータフレームと外側ロータフレームは、着脱可能に構成されている。しかし通常はこれら内側ロータフレームと外側ロータフレームは、回転軸４０に連結されて、コイル１５に所定の通電を行うことにより、一体に回転する。【００２４】
ここで前述の通り、外側ロータ３０と内側ロータ２０は、それぞれ永久磁石挿入孔３４、２４を備え、そこに外側永久磁石３２，内側永久磁石２２が収納されている。外側永久磁石挿入孔３４と内側永久磁石挿入孔２４とは同数であり、いずれも断面が台形形状とし、隣接する永久磁石挿入孔との間のロータヨークは均一厚さになるように設定されている。そして、周方向の長さは、外側永久磁石挿入孔３４の方が内側永久磁石挿入孔２４より長く、径方向の長さは同一に構成されている。外側永久磁石挿入孔３４に外側永久磁石３２が挿入され、内側永久磁石挿入孔２４に内側永久磁石２２が挿入され、いずれも接着固定される。永久磁石の形状は、いずれも断面が長方形であり、周方向の長さは、外側永久磁石３２の方が内側永久磁石２２より長く、径方向の長さは同一に構成されている。そして、内側永久磁石挿入孔２４と外側永久磁石挿入孔３４は、共に、永久磁石が挿入されたとき、周方向両端に空隙部を有するように構成されている。これは隣接永久磁石との間の磁束の短絡を防止するためである。【００２５】
永久磁石の着磁極性は、外側永久磁石３２、内側永久磁石２２共にＮ極、Ｓ極が交互に配置される。外側スロット１６のコイルに流れる電流で外側ロータ３０にトルクが発生し、内側スロット１７のコイルに流れる電流で内側ロータ２０にトルクが発生するので、同一電流で大トルクが得られる。更に、永久磁石埋め込み構造とすることにより、リラクタンストルクも付加されるので、小型、大トルク、高効率のモータが実現できる。また、コイル１５を集中巻き構造とすることにより、各スロットにおける巻線占積率が向上し、コイルエンド部が小さくできるので、更なる効率の向上に寄与できる。【００２６】
更に、本実施の形態においては、外側永久磁石３２と内側永久磁石２２とを共に長方形形状とすることで、一般的に採用される円弧形磁石と異なり、磁石の加工コストを大幅に削減することができる。これにより小型、大トルク、高効率に加えて、低コスト化を実現することができる。【００２７】
次に、図２は本実施の形態の内側ロータ２０の要部を示す部分断面図である。図２において、回転中心４１より内側永久磁石２２の中央を結ぶ磁極中心線２７が内側ロータヨーク２１の外形と交差する点を端点Ｘ１とする。また、回転中心４１より内側永久磁石２２と隣接内側永久磁石２２との中間点を結ぶ磁束境界線２８が内側ロータヨーク２１の外形と交差する点を端点Ｚ１とする。磁極中心線２７より磁束境界線２８までの電気角は９０°となる。【００２８】
この端点Ｚ１は、次のように定義する。内側永久磁石挿入孔２４の端部と内側ロータヨーク２１の外形直線Ｂ１−Ｚ１（後述する）との最短距離をＬ１とし、内側ロータヨーク２１を構成する高透磁率薄鉄板の１枚の厚さをｄとしたとき、ｄ／２＜Ｌ１＜２ｄとする。外形との最短距離Ｌ１をｄ／２以下とすると、プレスが困難となり、さらには内側ロータヨーク２１の強度が大幅に低下する。また、外形との最短距離Ｌ１を２ｄ以上にした場合は、コイルに鎖交する磁束が減少するために出力トルクが大幅に低下する。これは、Ｌ１が大きければ大きいほど、内側ロータヨーク２１における隣接永久磁石間の漏れ磁束の量が増大する。このため、その増大分の磁束がステータに鎖交しなくなるためである。以上のことから、外形との最短距離Ｌ１の値は上記範囲が最適である。また、外形との最短距離Ｌ１を決定するための内側永久磁石挿入孔２４の端部は、図示のように内側永久磁石挿入孔２４における外形と最も接近した部分ということになる。【００２９】
次に、磁極中心線２７より磁束境界線２８の方向に所定角度θ１を有し回転中心４１を通る直線と内側ロータヨーク２１の外形と交差する点を端点Ａ１とし、端点Ｘ１と端点Ａ１の間を、回転中心４１を中心とする円弧（第１の円弧）で結ぶ。この所定角度θ１は、電気角で１５°＜θ１＜７５°の範囲である。より好ましくは、１５°＜θ１＜６０°の範囲である。【００３０】
次に、端点Ａ１と端点Ｚ１との間を２つの連続した直線で結ぶ。即ち、直線Ａ１−Ｂ１、直線Ｂ１−Ｚ１で結んでいる。端点Ｂ１は、磁極中心線２７との角度θ１ｂを有する。以上のように、内側ロータヨーク２１の外形形状は、磁極中心線２７が交差する端点Ｘ１より端点Ａ１まで円弧で結び、端点Ａ１より端点Ｂ１、端点Ｚ１と連続した２つの直線で結ばれることになる。この端点Ａ１より端点Ｂ１、端点Ｚ１と連続した２つの直線は、端点Ｘ１より端点Ａ１までの円弧を同じ曲率で延長した円の内側に位置する。【００３１】
このとき、端点Ｂ１の形状は、凸形状（＜１８０°）である。これにより、前述の円弧Ｘ１−Ａ１を同じ曲率で延長した円（破線で示す）と端点Ｂ１までの距離Ｌｂ１、端点Ｚ１までの距離Ｌｚ１は、Ｌｂ１＜Ｌｚ１となる。すなわち、磁極中心線２７から離れるほど、ステータコア１１の内側ティース１３の内周面とのギャップが拡大することになる。【００３２】
次に、図３は本実施の形態の外側ロータ３０の要部を示す部分断面図である。図３において、回転中心４１より外側永久磁石３２の中央を結ぶ磁極中心線２７が外側ロータヨーク３１の内形と交差する点を端点Ｘ２とする。また、回転中心４１より外側永久磁石３２と隣接外側永久磁石３２との中間点を結ぶ磁束境界線２８が外側ロータヨーク３１の内形と交差する点を端点Ｚ２とする。磁極中心線２７より磁束境界線２８までの電気角は９０°となる。【００３３】
この端点Ｚ２は、次のように定義する。外側永久磁石挿入孔３４の端部と外側ロータヨーク３１の内形直線Ｂ２−Ｚ２（後述する）との最短距離をＬ２とし、外側ロータヨーク３１を構成する高透磁率薄鉄板の１枚の厚さをeとしたとき、ｅ／２＜Ｌ２＜２ｅとする。内形との最短距離Ｌ２をｅ／２以下とすると、プレスが困難となり、さらには外側ロータヨーク２１の強度が大幅に低下する。また、内形との最短距離Ｌ２を２ｅ以上にした場合は、コイルに鎖交する磁束が減少するために出力トルクが大幅に低下する。これは、Ｌ２が大きければ大きいほど、外側ロータヨーク３１における隣接永久磁石間の漏れ磁束の量が増大する。このため、その増大分の磁束がステータに鎖交しなくなるためである。以上のことから、内形との最短距離Ｌ２の値は上記範囲が最適である。また、内形との最短距離Ｌ２を決定するための永久磁石挿入孔３４の端部は、図示のように外側永久磁石挿入孔３４の内形と最も接近した部分ということになる。【００３４】
次に、磁極中心線２７より磁束境界線２８の方向に所定角度θ２を有し回転中心４１を通る直線と外側ロータヨーク３１の内形と交差する点を端点Ａ２とし、端点Ｘ２と端点Ａ２の間を、回転中心４１を中心とする円弧（第２の円弧）で結ぶ。この所定角度θ２は、電気角で１５°＜θ２＜７５°の範囲である。より好ましくは、１５°＜θ２＜６０°の範囲である。【００３５】
次に、端点Ａ２と端点Ｚ２との間を２つの連続した直線で結ぶ。即ち、直線Ａ２−Ｂ２、直線Ｂ２−Ｚ２で結んでいる。端点Ｂ２は、磁極中心線２７との角度θ２ｂを有する。以上のように、外側ロータヨーク３１の内形形状は、磁極中心線２７が交差する端点Ｘ２より端点Ａ２まで円弧で結び、端点Ａ２より端点Ｂ２、端点Ｚ２と連続した２つの直線で結ばれることになる。この端点Ａ２より端点Ｂ２、端点Ｚ２と連続した２つの直線は、端点Ｘ２より端点Ａ２までの円弧を同じ曲率で延長した円の外側に位置する。【００３６】
このとき、端点Ｂ２の形状は、凸形状（＜１８０°）である。これにより、前述の円弧Ｘ２−Ａ２を同じ曲率で延長した円（破線で示す）と端点Ｂ２までの距離Ｌｂ２、端点Ｚ２までの距離Ｌｚ２は、Ｌｂ２＜Ｌｚ２となる。すなわち、磁極中心線２７から離れるほど、ステータコア１１の外側ティース１２の外周面とのギャップが拡大することになる。【００３７】
次に、図４は、内側ロータ２０における端点Ｘ１から端点Ａ１までの角度θ１（電気角）とコギングトルクの関係、及び外側ロータ３０における端点Ｘ２から端点Ａ２までの角度θ２（電気角）とコギングトルクの関係を示すグラフである。破線は、内側ロータ２０のみが存在すると仮定した場合、実線は、外側ロータ３０のみが存在すると仮定した場合をそれぞれ示している。【００３８】
次に、図５は、内側ロータ２０のスロットオープン角度α１（電気角）とコギングトルクの関係、及び外側ロータ３０のスロットオープン角度α２（電気角）とコギングトルクの関係を示すグラフである。破線は、内側ロータ２０のみが存在すると仮定した場合、実線は、外側ロータ３０のみが存在すると仮定した場合をそれぞれ示している。なお、スロットオープンとは、ティースの最大幅部における隣接ティースとの間隔であり、その角度α１、α２は、図１に示す通りである。【００３９】
次に、図６は、スロットオープン角度α１、α２とコギングトルクの位相との関係を示す。内側ロータ２０のスロットオープン角度α１、外側ロータ３０のスロットオープン角度α２共に、電気角１０°及び１５°のポイントでコギングトルクの位相が反転していることが確認できる。【００４０】
図４に示したロータ形状の変化と、図５に示したスロットオープンの変化に伴うコギングトルクの値を調整することによって、内側コギングトルクと外側コギングトルクの位相を反転し、なおかつ内外コギングトルクの値を同一とすることで、コギングトルクを大幅に低減することができる。図７に、このときのコギングトルク波形を示す。細い破線は、内側ロータ２０のみが存在すると仮定した場合の内側ロータ２０のスロットオープン角度α１とコギングトルクの関係、細い実線は、外側ロータ３０のみが存在すると仮定した場合の外側ロータ３０のスロットオープン角度α２とコギングトルクの関係をそれぞれ示す。太い実線は、これら内側ロータ２０と外側ロータ３０のコギングトルクが合成され、モータ全体としてのコギングトルクを示す。本発明を適用することによって、モータ全体のコギングトルクを大幅に低減できる効果が確認できる。【００４１】
次に、内側磁石挿入穴２４及び外側磁石挿入穴３４は、台形形状にて説明したが、これに限るものではない。図８Ａ、図８Ｂに、台形形状と異なる例を示す。図８Ａにおいては、磁石挿入穴４５ａ（内側磁石挿入穴、外側磁石挿入穴共に）は、周方向両端に突起部４７ａを備え、永久磁石４６ａが挿入されている。図８Ｂにおいては、磁石挿入穴４５ｂ（内側磁石挿入穴、外側磁石挿入穴共に）は、周方向両端に突起部４７ｂと周方向両端部の内周側に突起部４８ｂとを備え、永久磁石４６ａが挿入されている。この形状により永久磁石４６ａ、４６ｂの位置決め容易化を図ると共に、突起部４７ａ、４７ｂ、４８ｂは、接着剤溜まりとして機能し、同時に隣接永久磁石との磁束短絡を防止する。なお、図８Ｂにおける突起部４８ｂは、周方向両端部の外周側に設けることもできる。【００４２】
本実施の形態においては、内側ロータ２０の積厚（軸方向の長さ）と外側ロータ３０の積厚（軸方向の長さ）は、基本的には同一であるが、異なる積厚としてもよい。例えば、内側ロータ２０と外側ロータ３０のコギングトルクを合成して、モータ全体のコギングトルクを低減するために、例えば内側ロータ２０の積厚を外側ロータ３０の積厚より大きくする等の構成も可能である。【００４３】
なお、本実施の形態においては、内側ロータ２０は、端点Ａ１と端点Ｚ１との間を２つの連続した直線で結び、直線Ａ１−Ｂ１、直線Ｂ１−Ｚ１とで構成しているが、本発明は２つの連続した直線に限定されずもっと増やしてもよい。例えば、端点Ｂ１と端点Ｚ１との間に更に端点Ｃ１を設け、直線Ａ１−Ｂ１、直線Ｂ１−Ｃ１、直線Ｃ１−Ｚ１と３つの連続した直線で結ぶ構成としてもよい。更に、４つ、５つと直線の数を増やす構成も可能である。【００４４】
同様に、外側ロータ３０は、端点Ａ２と端点Ｚ２との間を２つの連続した直線で結び、直線Ａ２−Ｂ２、直線Ｂ２−Ｚ２とで構成しているが、本発明は２つの連続した直線に限定されずもっと増やしてもよい。例えば、端点Ｂ２と端点Ｚ２との間に更に端点Ｃ２を設け、直線Ａ２−Ｂ２、直線Ｂ２−Ｃ２、直線Ｃ２−Ｚ２と３つの連続した直線で結ぶ構成としてもよい。更に、４つ、５つと直線の数を増やす構成も可能である。【００４５】
また本実施の形態においては、内側ロータ２０と外側ロータ３０とは、直線の数は同数として説明したが、同数に限定されるものではない。例えば、内側ロータ２０は直線の数を２に、外側ロータ３０は直線の数を３あるいは４の如く、内外ロータにおける直線の数を異なる数とする構成も可能である。【００４６】
また本発明のモータは、ステータ１０を樹脂モールドすることによってステータの剛性向上と振動・騒音の低減を図ることができる。【００４７】
また本実施の形態においては、内側ロータフレームと外側ロータフレームが回転軸４０に連結されると説明したが、これらロータフレームを使わず、内側ロータ２０と外側ロータ３０とを一体的に樹脂モールドして、両ロータを連結する構造としてもよい。【００４８】
また本実施の形態においては、内側磁石２２は内側磁石挿入穴２４に、外側磁石３２は外側磁石挿入穴３４に、それぞれ接着固定されると説明したが、接着剤を使わない構成としてもよい。即ち、内側ロータヨーク２１と内側磁石２２と外側ロータヨーク３１と外側磁石３２とを一体的に樹脂モールドし、内側ロータ２０と外側ロータ３０を相互に固定する構成としてもよい。これにより接着工程を省略し、工数の低減を図ることができる。【００４９】
以上の通り本実施の形態におけるモータは、出力トルクを低減することなく、コギングトルクやトルクリップルを低減するとともに、誘起電圧の高調波含有率を低減し、振動と騒音を抑制したモータを提供することができる。
【産業上の利用可能性】
【００５０】
本発明は、家電製品や電装品など、小型でスペースに制限があり、かつ高出力で高効率、低振動・低騒音、低コストが求められるモータに有用である。
【図１】
2007123057.tif 000003
【図２】
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【図３】
2007123057.tif 000005
【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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【図８Ａ】
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【図８Ｂ】
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【図９】
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【手続補正書】
【提出日】平成20年6月10日(2008.6.10)
【手続補正１】
【補正対象書類名】特許請求の範囲
【補正対象項目名】全文
【補正方法】変更
【補正の内容】
【特許請求の範囲】
【請求項１】
環状のステータヨークと、前記ステータヨークから径方向内側に向かって突出した複数の内側ティースと、前記内側ティースと同数で前記ステータヨークから径方向外側に向かって突出した複数の外側ティースと、前記内側ティースの間に構成された内側スロットと、前記外側ティースの間に構成された外側スロットとを有するステータコアと、前記内側スロットと前記外側スロットの間の前記ステータヨークに巻回され、３相スターまたはデルタ状に結線された複数のコイルとを備えたステータと、
前記内側ティースに空隙を介して対向した内側ロータと、前記外側ティースに空隙を介して対向した外側ロータとを含み、前記内側ロータと前記外側ロータは、同一回転軸に接続され、
前記内側ロータは、複数の内側永久磁石挿入孔を有する内側ロータヨークと、前記内側永久磁石挿入孔に埋め込まれた複数の内側永久磁石とを有し、
前記外側ロータは、複数の外側永久磁石挿入孔を有する外側ロータヨークと、前記外側永久磁石挿入孔に埋め込まれた複数の外側永久磁石とを有し、
前記回転軸の回転中心と前記内側ロータの磁極中心と前記外側ロータの磁極中心を結ぶ磁極中心線、及び前記回転軸の回転中心と前記内側ロータの磁束境界と前記外側ロータの磁束境界を結ぶ磁束境界線とは、共に直線であり、
前記磁極中心線が、前記内側ロータヨークの外形と交差する点を端点Ｘ１、前記外側ロータヨークの内形と交差する点を端点Ｘ２とし、
前記磁束境界線が、前記内側ロータヨークの外形と交差する点を端点Ｚ１、前記外側ロータヨークの内形と交差する点を端点Ｚ２とし、
前記磁極中心線より前記磁極境界線の方向に所定角度θ１を有し前記回転中心を通る直線が前記内側ロータヨークの外形と交差する点を端点Ａ１とし、
前記磁極中心線より前記磁極境界線の方向に所定角度θ２を有し前記回転中心を通る直線が前記外側ロータヨークの内形と交差する点を端点Ａ２としたとき、
前記内側ロータヨークの断面形状は、前記端点Ａ１と前記端点Ｚ１との間が少なくとも２つの連続した直線で結ばれ、前記外側ロータヨークの断面形状は、前記端点Ａ２と前記端点Ｚ２との間が少なくとも２つの連続した直線で結ばれるモータ。
【請求項２】
前記内側ロータヨークの断面形状は、前記端点Ｘ１と前記端点Ａ１の間が前記回転中心を中心とする第１の円弧であり、前記端点Ａ１と前記端点Ｚ１との間の前記少なくとも２つの連続した直線は、前記第１の円弧を同じ曲率で延長した円の内側に位置する請求項１記載のモータ。
【請求項３】
前記外側ロータヨークの断面形状は、前記端点Ｘ２と前記端点Ａ２の間が前記回転中心を中心とする第２の円弧であり、前記端点Ａ２と前記端点Ｚ２との間の前記少なくとも２つの連続した直線は、前記第２の円弧を同じ曲率で延長した円の外側に位置する請求項１記載のモータ。
【請求項４】
前記所定角度θ１及び前記所定角度θ２は、共に、電気角で１５°＜θａ＜７５°の範囲にある請求項１記載のモータ。
【請求項５】
前記端点Ａ１と前記端点Ｚ１との間を結ぶ少なくとも２つの連続した直線の交点、及び前記端点Ａ２と前記端点Ｚ２との間を結ぶ少なくとも２つの連続した直線の交点は、共に凸形状である請求項１記載のモータ。
【請求項６】
前記内側永久磁石挿入孔の端部と前記内側ロータヨークの外形との最短距離をＬ１とし、前記内側ロータヨークを構成する高透磁率薄鉄板の１枚の厚さをｄとしたとき、ｄ／２＜Ｌ１＜２ｄである請求項１記載のモータ。
【請求項７】
前記外側永久磁石挿入孔の端部と前記外側ロータヨークの内形との最短距離をＬ２とし、前記外側ロータヨークを構成する高透磁率薄鉄板の１枚の厚さをｅとしたとき、ｅ／２＜Ｌ２＜２ｅである請求項１記載のモータ。
【請求項８】
前記内側永久磁石挿入孔と前記外側永久磁石挿入孔は、共に、周方向両端に空隙部を有する請求項１記載のモータ。
【請求項９】
前記内側スロットの開口部である内側スロットオープンの大きさと前記外側スロットの開口部である外側スロットオープンの大きさとを調節することによって、
前記内側ロータによるコギングトルクと前記外側ロータによるコギングトルクとを逆位相とする請求項１記載のモータ。
【請求項１０】
前記内側ロータによるコギングトルクと前記外側ロータによるコギングトルクとは打ち消される請求項９記載のモータ。
【手続補正２】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】全文
【補正方法】変更
【補正の内容】
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、ツインロータを搭載する永久磁石埋め込み型ブラシレスモータに関し、特にロータの構成に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
図９は、従来のツインロータを有するトロイダル方式のブラシレスモータであり、ステータ１１０と内側ロータ１２０と外側ロータ１３０から構成されている。
【０００３】
ステータ１１０は、ステータコア１１１とコイル１１５よりなる。ステータコア１１１は、ステータヨーク１１４と、このステータヨーク１１４に設けられた外側ティース１１２と内側ティース１１３とからなり、外側ティース１１２の間には外側スロット１１６が、内側ティース１１３の間には内側スロット１１７が、それぞれ構成されている。
【０００４】
ステータヨーク１１４にはトロイダル方式の複数の３相コイル１１５が施されている。このコイル１１５は集中巻線方式でステータヨーク１１４に巻回され、外側スロット１１６と内側スロット１１７に収納され、スターまたはデルタ結線される。
【０００５】
内側ロータ１２０は回転軸１４０に直結され、ステータ１１０の内側に回転自在に保持される。内側ロータ１２０は、更に内側ロータヨーク１２１と永久磁石１２２とを有する。内側ロータヨーク１２１は、複数の永久磁石挿入孔１２４が設けられており、そこに永久磁石１２２が挿入、接着固定されている。
【０００６】
また、外側ロータ１３０は、同様に回転軸１４０に直結され、ステータ１１０の外側に回転自在に保持される。外側ロータ１３０は、更にロータヨーク１３１と永久磁石１３２とを有する。外側ロータヨーク１３１は、複数の永久磁石挿入孔１３４が設けられており、そこに永久磁石１３２が挿入、接着固定されている。
【０００７】
内側ロータ１２０および外側ロータ１３０は、コイル１１５に流れる電流による磁界によって回転する。このようなトロイダル方式のブラシレスモータの構成は、例えば特許文献１に開示されている。
【０００８】
この従来のモータによれば、ロータをツインロータ構成とすることで、出力トルクを大きくすることができるが、コギングトルクが増加し、振動・騒音が増加するという課題がある。
【特許文献１】日本特許出願特開２００１−３７１３３号公報
【発明の開示】
【０００９】
本発明のモータは次の構成を有する。環状のステータヨークと、このステータヨークから径方向内側に向かって突出した複数の内側ティースと、この内側ティースと同数でステータヨークから径方向外側に向かって突出した複数の外側ティースを含む。さらに、内側ティースの間に構成された内側スロットと、外側ティースの間に構成された外側スロットとを有するステータコアを含む。さらに、内側スロットと外側スロットの間のステータヨークに巻回され、３相スターまたはデルタ状に結線された複数のコイルとを備えたステータを含む。
【００１０】
内側ティースに空隙を介して対向した内側ロータと、外側ティースに空隙を介して対向した外側ロータとを含み、内側ロータと外側ロータは、同一回転軸に接続される。
【００１１】
内側ロータは、複数の内側永久磁石挿入孔を有する内側ロータヨークと、内側永久磁石挿入孔に埋め込まれた複数の内側永久磁石とを有し、外側ロータは、複数の外側永久磁石挿入孔を有する外側ロータヨークと、外側永久磁石挿入孔に埋め込まれた複数の外側永久磁石とを有する。
【００１２】
回転軸の回転中心と内側ロータの磁極中心と外側ロータの磁極中心を結ぶ磁極中心線、及び回転軸の回転中心と内側ロータの磁束境界と外側ロータの磁束境界を結ぶ磁束境界線とは、共に直線である。
【００１３】
磁極中心線が、内側ロータヨークの外形と交差する点を端点Ｘ１、外側ロータヨークの内形と交差する点を端点Ｘ２とする。磁束境界線が、内側ロータヨークの外形と交差する点を端点Ｚ１、外側ロータヨークの内形と交差する点を端点Ｚ２とする。磁極中心線より磁極境界線の方向に所定角度θ１を有し回転中心を通る直線が内側ロータヨークの外形と交差する点を端点Ａ１とし、磁極中心線より磁極境界線の方向に所定角度θ２を有し回転中心を通る直線が外側ロータヨークの内形と交差する点を端点Ａ２とする。
【００１４】
ここに、内側ロータヨークの断面形状は、端点Ａ１と端点Ｚ１との間が少なくとも２つの連続した直線で結ばれ、外側ロータヨークの断面形状は、端点Ａ２と端点Ｚ２との間が少なくとも２つの連続した直線で結ばれる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１５】
以下、本発明の実施形態について、図面を用いて説明する。図１は、本発明の実施の形態におけるモータの断面図である。本実施の形態のモータは、ステータ１０と、このステータ１０の内径側に対向する内側ロータ２０と、外径側に対向する外側ロータ３０とで構成される。
【００１６】
ステータ１０を構成するステータコア１１は、略環状のステータヨーク１４と、このステータヨーク１４から外周方向に突出した外側ティース１２と、外側ティース１２と同数でステータヨーク１４から内周方向に突出した内側ティース１３とから成る。各々の外側ティース１２の間には外側スロット１６が、各々の内側ティース１３の間には内側スロット１７が、それぞれ構成されている。
【００１７】
そして、３相スターもしくはデルタ状に結線されトロイダル巻線形式による複数のコイル１５が、外側スロット１６と内側スロット１７の間のステータヨーク１４に集中巻線方式で巻回されている。なお、このコイル１５は、全スロットに収納されている。
【００１８】
外側ティース１２に対向して所定のエアギャップを介して外側ロータ３０が配設されている。同様に、内側ティース１３に対向して所定のエアギャップを介して内側ロータ２０が配設されている。
【００１９】
外側ロータ３０は、電磁鋼板が積層された外側ロータヨーク３１に外側永久磁石挿入孔３４を有しており、そこに外側永久磁石３２が収納されて外側磁極部を構成している。同様に、内側ロータ２０は、電磁鋼板が積層された内側ロータヨーク２１に内側永久磁石挿入孔２４を有しており、そこに内側永久磁石２２が収納されて内側磁極部を構成している。言い換えれば、この外側磁極部は、外側ロータヨーク３１の複数の外側永久磁石挿入孔３４の各々に外側永久磁石３２を収納して構成される。同様に、内側磁極部は、内側ロータヨーク２１の複数の内側永久磁石挿入孔２４の各々に内側永久磁石２２を収納して構成される。
【００２０】
ここで、内側永久磁石２２の中央と外側永久磁石３２の中央とを結ぶ直線を延長すると回転中心４１を通るように構成されており、この直線を磁極中心線２７と定義する。また、内側永久磁石２２と隣接内側永久磁石２２との中間点と外側永久磁石３２と隣接外側永久磁石３２との中間点とを結ぶ直線を延長すると回転中心４１を通るように構成されており、この直線を磁束境界線２８と定義する。即ち、内側永久磁石２２と外側永久磁石３２は、同位相で配置されている。
【００２１】
外側ロータ３０は、外側ロータフレーム（図示しない）に圧入、焼きばめ、もしくは接着等の手段で結合されている。同様に、内側ロータ２０は内側ロータフレーム（図示しない）に圧入、焼きばめ、もしくは接着等の手段で結合されている。そして、内側ロータフレームと外側ロータフレームは、着脱可能に構成されている。しかし通常はこれら内側ロータフレームと外側ロータフレームは、回転軸４０に連結されて、コイル１５に所定の通電を行うことにより、一体に回転する。
【００２２】
ここで前述の通り、外側ロータ３０と内側ロータ２０は、それぞれ永久磁石挿入孔３４、２４を備え、そこに外側永久磁石３２，内側永久磁石２２が収納されている。外側永久磁石挿入孔３４と内側永久磁石挿入孔２４とは同数であり、いずれも断面が台形形状とし、隣接する永久磁石挿入孔との間のロータヨークは均一厚さになるように設定されている。そして、周方向の長さは、外側永久磁石挿入孔３４の方が内側永久磁石挿入孔２４より長く、径方向の長さは同一に構成されている。外側永久磁石挿入孔３４に外側永久磁石３２が挿入され、内側永久磁石挿入孔２４に内側永久磁石２２が挿入され、いずれも接着固定される。永久磁石の形状は、いずれも断面が長方形であり、周方向の長さは、外側永久磁石３２の方が内側永久磁石２２より長く、径方向の長さは同一に構成されている。そして、内側永久磁石挿入孔２４と外側永久磁石挿入孔３４は、共に、永久磁石が挿入されたとき、周方向両端に空隙部を有するように構成されている。これは隣接永久磁石との間の磁束の短絡を防止するためである。
【００２３】
永久磁石の着磁極性は、外側永久磁石３２、内側永久磁石２２共にＮ極、Ｓ極が交互に配置される。外側スロット１６のコイルに流れる電流で外側ロータ３０にトルクが発生し、内側スロット１７のコイルに流れる電流で内側ロータ２０にトルクが発生するので、同一電流で大トルクが得られる。更に、永久磁石埋め込み構造とすることにより、リラクタンストルクも付加されるので、小型、大トルク、高効率のモータが実現できる。また、コイル１５を集中巻き構造とすることにより、各スロットにおける巻線占積率が向上し、コイルエンド部が小さくできるので、更なる効率の向上に寄与できる。
【００２４】
更に、本実施の形態においては、外側永久磁石３２と内側永久磁石２２とを共に長方形形状とすることで、一般的に採用される円弧形磁石と異なり、磁石の加工コストを大幅に削減することができる。これにより小型、大トルク、高効率に加えて、低コスト化を実現することができる。
【００２５】
次に、図２は本実施の形態の内側ロータ２０の要部を示す部分断面図である。図２において、回転中心４１より内側永久磁石２２の中央を結ぶ磁極中心線２７が内側ロータヨーク２１の外形と交差する点を端点Ｘ１とする。また、回転中心４１より内側永久磁石２２と隣接内側永久磁石２２との中間点を結ぶ磁束境界線２８が内側ロータヨーク２１の外形と交差する点を端点Ｚ１とする。磁極中心線２７より磁束境界線２８までの電気角は９０°となる。
【００２６】
この端点Ｚ１は、次のように定義する。内側永久磁石挿入孔２４の端部と内側ロータヨーク２１の外形直線Ｂ１−Ｚ１（後述する）との最短距離をＬ１とし、内側ロータヨーク２１を構成する高透磁率薄鉄板の１枚の厚さをｄとしたとき、ｄ／２＜Ｌ１＜２ｄとする。外形との最短距離Ｌ１をｄ／２以下とすると、プレスが困難となり、さらには内側ロータヨーク２１の強度が大幅に低下する。また、外形との最短距離Ｌ１を２ｄ以上にした場合は、コイルに鎖交する磁束が減少するために出力トルクが大幅に低下する。これは、Ｌ１が大きければ大きいほど、内側ロータヨーク２１における隣接永久磁石間の漏れ磁束の量が増大する。このため、その増大分の磁束がステータに鎖交しなくなるためである。以上のことから、外形との最短距離Ｌ１の値は上記範囲が最適である。また、外形との最短距離Ｌ１を決定するための内側永久磁石挿入孔２４の端部は、図示のように内側永久磁石挿入孔２４における外形と最も接近した部分ということになる。
【００２７】
次に、磁極中心線２７より磁束境界線２８の方向に所定角度θ１を有し回転中心４１を通る直線と内側ロータヨーク２１の外形と交差する点を端点Ａ１とし、端点Ｘ１と端点Ａ１の間を、回転中心４１を中心とする円弧（第１の円弧）で結ぶ。この所定角度θ１は、電気角で１５°＜θ１＜７５°の範囲である。より好ましくは、１５°＜θ１＜６０°の範囲である。
【００２８】
次に、端点Ａ１と端点Ｚ１との間を２つの連続した直線で結ぶ。即ち、直線Ａ１−Ｂ１、直線Ｂ１−Ｚ１で結んでいる。端点Ｂ１は、磁極中心線２７との角度θ１ｂを有する。以上のように、内側ロータヨーク２１の外形形状は、磁極中心線２７が交差する端点Ｘ１より端点Ａ１まで円弧で結び、端点Ａ１より端点Ｂ１、端点Ｚ１と連続した２つの直線で結ばれることになる。この端点Ａ１より端点Ｂ１、端点Ｚ１と連続した２つの直線は、端点Ｘ１より端点Ａ１までの円弧を同じ曲率で延長した円の内側に位置する。
【００２９】
このとき、端点Ｂ１の形状は、凸形状（＜１８０°）である。これにより、前述の円弧Ｘ１−Ａ１を同じ曲率で延長した円（破線で示す）と端点Ｂ１までの距離Ｌｂ１、端点Ｚ１までの距離Ｌｚ１は、Ｌｂ１＜Ｌｚ１となる。すなわち、磁極中心線２７から離れるほど、ステータコア１１の内側ティース１３の内周面とのギャップが拡大することになる。
【００３０】
次に、図３は本実施の形態の外側ロータ３０の要部を示す部分断面図である。図３において、回転中心４１より外側永久磁石３２の中央を結ぶ磁極中心線２７が外側ロータヨーク３１の内形と交差する点を端点Ｘ２とする。また、回転中心４１より外側永久磁石３２と隣接外側永久磁石３２との中間点を結ぶ磁束境界線２８が外側ロータヨーク３１の内形と交差する点を端点Ｚ２とする。磁極中心線２７より磁束境界線２８までの電気角は９０°となる。
【００３１】
この端点Ｚ２は、次のように定義する。外側永久磁石挿入孔３４の端部と外側ロータヨーク３１の内形直線Ｂ２−Ｚ２（後述する）との最短距離をＬ２とし、外側ロータヨーク３１を構成する高透磁率薄鉄板の１枚の厚さをeとしたとき、ｅ／２＜Ｌ２＜２ｅとする。内形との最短距離Ｌ２をｅ／２以下とすると、プレスが困難となり、さらには外側ロータヨーク２１の強度が大幅に低下する。また、内形との最短距離Ｌ２を２ｅ以上にした場合は、コイルに鎖交する磁束が減少するために出力トルクが大幅に低下する。これは、Ｌ２が大きければ大きいほど、外側ロータヨーク３１における隣接永久磁石間の漏れ磁束の量が増大する。このため、その増大分の磁束がステータに鎖交しなくなるためである。以上のことから、内形との最短距離Ｌ２の値は上記範囲が最適である。また、内形との最短距離Ｌ２を決定するための永久磁石挿入孔３４の端部は、図示のように外側永久磁石挿入孔３４の内形と最も接近した部分ということになる。
【００３２】
次に、磁極中心線２７より磁束境界線２８の方向に所定角度θ２を有し回転中心４１を通る直線と外側ロータヨーク３１の内形と交差する点を端点Ａ２とし、端点Ｘ２と端点Ａ２の間を、回転中心４１を中心とする円弧（第２の円弧）で結ぶ。この所定角度θ２は、電気角で１５°＜θ２＜７５°の範囲である。より好ましくは、１５°＜θ２＜６０°の範囲である。
【００３３】
次に、端点Ａ２と端点Ｚ２との間を２つの連続した直線で結ぶ。即ち、直線Ａ２−Ｂ２、直線Ｂ２−Ｚ２で結んでいる。端点Ｂ２は、磁極中心線２７との角度θ２ｂを有する。以上のように、外側ロータヨーク３１の内形形状は、磁極中心線２７が交差する端点Ｘ２より端点Ａ２まで円弧で結び、端点Ａ２より端点Ｂ２、端点Ｚ２と連続した２つの直線で結ばれることになる。この端点Ａ２より端点Ｂ２、端点Ｚ２と連続した２つの直線は、端点Ｘ２より端点Ａ２までの円弧を同じ曲率で延長した円の外側に位置する。
【００３４】
このとき、端点Ｂ２の形状は、凸形状（＜１８０°）である。これにより、前述の円弧Ｘ２−Ａ２を同じ曲率で延長した円（破線で示す）と端点Ｂ２までの距離Ｌｂ２、端点Ｚ２までの距離Ｌｚ２は、Ｌｂ２＜Ｌｚ２となる。すなわち、磁極中心線２７から離れるほど、ステータコア１１の外側ティース１２の外周面とのギャップが拡大することになる。
【００３５】
次に、図４は、内側ロータ２０における端点Ｘ１から端点Ａ１までの角度θ１（電気角）とコギングトルクの関係、及び外側ロータ３０における端点Ｘ２から端点Ａ２までの角度θ２（電気角）とコギングトルクの関係を示すグラフである。破線は、内側ロータ２０のみが存在すると仮定した場合、実線は、外側ロータ３０のみが存在すると仮定した場合をそれぞれ示している。
【００３６】
次に、図５は、内側ロータ２０のスロットオープン角度α１（電気角）とコギングトルクの関係、及び外側ロータ３０のスロットオープン角度α２（電気角）とコギングトルクの関係を示すグラフである。破線は、内側ロータ２０のみが存在すると仮定した場合、実線は、外側ロータ３０のみが存在すると仮定した場合をそれぞれ示している。なお、スロットオープンとは、ティースの最大幅部における隣接ティースとの間隔であり、その角度α１、α２は、図１に示す通りである。
【００３７】
次に、図６は、スロットオープン角度α１、α２とコギングトルクの位相との関係を示す。内側ロータ２０のスロットオープン角度α１、外側ロータ３０のスロットオープン角度α２共に、電気角１０°及び１５°のポイントでコギングトルクの位相が反転していることが確認できる。
【００３８】
図４に示したロータ形状の変化と、図５に示したスロットオープンの変化に伴うコギングトルクの値を調整することによって、内側コギングトルクと外側コギングトルクの位相を反転し、なおかつ内外コギングトルクの値を同一とすることで、コギングトルクを大幅に低減することができる。図７に、このときのコギングトルク波形を示す。細い破線は、内側ロータ２０のみが存在すると仮定した場合の内側ロータ２０のスロットオープン角度α１とコギングトルクの関係、細い実線は、外側ロータ３０のみが存在すると仮定した場合の外側ロータ３０のスロットオープン角度α２とコギングトルクの関係をそれぞれ示す。太い実線は、これら内側ロータ２０と外側ロータ３０のコギングトルクが合成され、モータ全体としてのコギングトルクを示す。本発明を適用することによって、モータ全体のコギングトルクを大幅に低減できる効果が確認できる。
【００３９】
次に、内側磁石挿入穴２４及び外側磁石挿入穴３４は、台形形状にて説明したが、これに限るものではない。図８Ａ、図８Ｂに、台形形状と異なる例を示す。図８Ａにおいては、磁石挿入穴４５ａ（内側磁石挿入穴、外側磁石挿入穴共に）は、周方向両端に突起部４７ａを備え、永久磁石４６ａが挿入されている。図８Ｂにおいては、磁石挿入穴４５ｂ（内側磁石挿入穴、外側磁石挿入穴共に）は、周方向両端に突起部４７ｂと周方向両端部の内周側に突起部４８ｂとを備え、永久磁石４６ａが挿入されている。この形状により永久磁石４６ａ、４６ｂの位置決め容易化を図ると共に、突起部４７ａ、４７ｂ、４８ｂは、接着剤溜まりとして機能し、同時に隣接永久磁石との磁束短絡を防止する。なお、図８Ｂにおける突起部４８ｂは、周方向両端部の外周側に設けることもできる。
【００４０】
本実施の形態においては、内側ロータ２０の積厚（軸方向の長さ）と外側ロータ３０の積厚（軸方向の長さ）は、基本的には同一であるが、異なる積厚としてもよい。例えば、内側ロータ２０と外側ロータ３０のコギングトルクを合成して、モータ全体のコギングトルクを低減するために、例えば内側ロータ２０の積厚を外側ロータ３０の積厚より大きくする等の構成も可能である。
【００４１】
なお、本実施の形態においては、内側ロータ２０は、端点Ａ１と端点Ｚ１との間を２つの連続した直線で結び、直線Ａ１−Ｂ１、直線Ｂ１−Ｚ１とで構成しているが、本発明は２つの連続した直線に限定されずもっと増やしてもよい。例えば、端点Ｂ１と端点Ｚ１との間に更に端点Ｃ１を設け、直線Ａ１−Ｂ１、直線Ｂ１−Ｃ１、直線Ｃ１−Ｚ１と３つの連続した直線で結ぶ構成としてもよい。更に、４つ、５つと直線の数を増やす構成も可能である。
【００４２】
同様に、外側ロータ３０は、端点Ａ２と端点Ｚ２との間を２つの連続した直線で結び、直線Ａ２−Ｂ２、直線Ｂ２−Ｚ２とで構成しているが、本発明は２つの連続した直線に限定されずもっと増やしてもよい。例えば、端点Ｂ２と端点Ｚ２との間に更に端点Ｃ２を設け、直線Ａ２−Ｂ２、直線Ｂ２−Ｃ２、直線Ｃ２−Ｚ２と３つの連続した直線で結ぶ構成としてもよい。更に、４つ、５つと直線の数を増やす構成も可能である。
【００４３】
また本実施の形態においては、内側ロータ２０と外側ロータ３０とは、直線の数は同数として説明したが、同数に限定されるものではない。例えば、内側ロータ２０は直線の数を２に、外側ロータ３０は直線の数を３あるいは４の如く、内外ロータにおける直線の数を異なる数とする構成も可能である。
【００４４】
また本発明のモータは、ステータ１０を樹脂モールドすることによってステータの剛性向上と振動・騒音の低減を図ることができる。
【００４５】
また本実施の形態においては、内側ロータフレームと外側ロータフレームが回転軸４０に連結されると説明したが、これらロータフレームを使わず、内側ロータ２０と外側ロータ３０とを一体的に樹脂モールドして、両ロータを連結する構造としてもよい。
【００４６】
また本実施の形態においては、内側磁石２２は内側磁石挿入穴２４に、外側磁石３２は外側磁石挿入穴３４に、それぞれ接着固定されると説明したが、接着剤を使わない構成としてもよい。即ち、内側ロータヨーク２１と内側磁石２２と外側ロータヨーク３１と外側磁石３２とを一体的に樹脂モールドし、内側ロータ２０と外側ロータ３０を相互に固定する構成としてもよい。これにより接着工程を省略し、工数の低減を図ることができる。
【００４７】
以上の通り本実施の形態におけるモータは、出力トルクを低減することなく、コギングトルクやトルクリップルを低減するとともに、誘起電圧の高調波含有率を低減し、振動と騒音を抑制したモータを提供することができる。
【産業上の利用可能性】
【００４８】
本発明は、家電製品や電装品など、小型でスペースに制限があり、かつ高出力で高効率、低振動・低騒音、低コストが求められるモータに有用である。
【図面の簡単な説明】
【００４９】
【図１】本発明の実施の形態におけるモータの断面図
【図２】本発明の実施の形態におけるモータの内側ロータを示す部分断面図
【図３】本発明の実施の形態におけるモータの外側ロータを示す部分断面図
【図４】本発明の実施の形態におけるモータの円弧角度θ１、θ２とコギングトルクとの関係を示すグラフ
【図５】本発明の実施の形態におけるモータのスロットオープン角度α１、α２とコギングトルクとの関係を示すグラフ
【図６】本発明の実施の形態におけるモータのスロットオープン角度α１、α２とコギングトルクの位相との関係を示すグラフ
【図７】本発明の実施の形態におけるモータのスロットオープン角度α１、α２とコギングトルクとの関係を示すグラフ
【図８Ａ】本発明の実施の形態におけるモータの永久磁石挿入穴の他の形態を示す断面図
【図８Ｂ】本発明の実施の形態におけるモータの永久磁石挿入穴の他の形態を示す断面図
【図９】従来のモータの断面図
【符号の説明】
【００５０】
１０    ステータ
１１    ステータコア
１２    外側ティース
１３    内側ティース
１４    ステータヨーク
１５    コイル
１６    外側スロット
１７    内側スロット
２０    内側ロータ
２１    内側ロータヨーク
２２    内側永久磁石
２４    内側永久磁石挿入孔
２７    磁極中心線
２８    磁束境界線
３０    外側ロータ
３１    外側ロータヨーク
３２    外側永久磁石
３４    外側永久磁石挿入孔
４０    回転軸
４１    回転中心
Ｘ１    磁極中心線が内側ロータヨークの外形と交差する端点
Ｘ２    磁極中心線が外側ロータヨークの内形と交差する端点
Ｚ１    磁束境界線が内側ロータヨークの外形と交差する端点
Ｚ２    磁束境界線が外側ロータヨークの内形と交差する端点
Ａ１    磁極中心線より磁束境界線の方向に所定角度θ１をなし回転中心を通る直線が内側ロータヨークの外形と交差する端点
Ａ２    磁極中心線より磁束境界線の方向に所定角度θ２をなし回転中心を通る直線が外側ロータヨークの内形と交差する端点
Ｂ１    磁極中心線より磁束境界線の方向に所定角度θ１ｂをなし回転中心を通る直線が内側ロータヨークの外形と交差する端点
Ｂ１    磁極中心線より磁束境界線の方向に所定角度θ２ｂをなし回転中心を通る直線が外側ロータヨークの内形と交差する端点
α１    内側ロータのスロットオープン角度
α２    外側ロータのスロットオープン角度
Ｌ１    内側永久磁石挿入孔の端部と内側ロータヨークの外形との最短距離
Ｌ２    外側永久磁石挿入孔の端部と外側ロータヨークの内形との最短距離
ｄ    内側ロータヨークの高透磁率鉄板の１枚の厚さ
ｅ    外側ロータヨークの高透磁率鉄板の１枚の厚さ
【手続補正３】
【補正対象書類名】図面
【補正対象項目名】全図
【補正方法】変更
【補正の内容】
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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【図８Ａ】
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【図８Ｂ】
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【図９】
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【国際調査報告】
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