JP2003032926A

JP2003032926A - 永久磁石型モータ

Info

Publication number: JP2003032926A
Application number: JP2001208877A
Authority: JP
Inventors: Shoichi Hattori; 正一服部; Naohiro Makino; 直宏牧野
Original assignee: Teijin Seiki Co Ltd
Current assignee: Nabtesco Corp
Priority date: 2001-07-10
Filing date: 2001-07-10
Publication date: 2003-01-31
Also published as: US20030011265A1; EP1276204A3; US6906444B2; EP1276204A2

Abstract

(57)【要約】【課題】回転子鉄心内に開字状に永久磁石を配置した永
久磁石型モータにおいて、回転子鉄心内に磁石挿入口が
開いていることによって、回転子鉄心の剛性が弱く、強
度を保つために外周リブ部の幅を大きめに持たせなけれ
ばならなかった。そのため前記外周リブ部より磁束漏れ
を起こし十分なトルクを得ることができなかった。【解決手段】開字の形状に形成した前記永久磁石を複数
個に分割し、それぞれ開字の挿入個所に装着し、各永久
磁石接触部分にリブを設け遠心力により隣り合う内周側
永久磁石が外周側永久磁石を直接接触して押すことによ
り回転子最外周の連結部が破壊することを防ぐ。また
は、回転子外周部にリング状の非磁性体で開字状永久磁
石と開字内の磁性体部分を覆うことにより、破壊に対し
て強くし、かつ磁束漏れを最低限に抑える。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】この発明は、永久磁石埋め込
み回転子形モータに関するものである。

【０００２】

【従来の技術】近年、様々なモータが開発されてきてい
るが、エネルギー密度、効率の良さから永久磁石式モー
タの応用が盛んに行われている。さらに回転子に配置さ
れる永久磁石を鉄心内に埋め込む、埋込磁石型モータの
開発が進んでいる。埋込磁石型モータは永久磁石を鉄心
内に効果的に配置し、回転子内の磁気回路に突極性を持
たせることでより高いトルクを実現するが、機械強度的
な理由から外周リブ部への磁束漏洩が避けられないと考
えられてきた。漏洩磁束を低減するために外周リブを薄
くしなければならないが、一方高速回転を行うためには
外周リブを厚くして機械強度を確保する必要がある。よ
り高速、高トルクなモータを実現するには、上記の相反
する性質が妨げとなっていた。

【０００３】図８に従来の開コの字型回転子を示す。１
は円筒状に形成された固定子鉄心で、その内側にスロッ
ト２が極数、相数などにより決められる数だけ打ち抜か
れており、スロット２間にはコイル３が巻回されてい
る。４は前記固定子鉄心１の内側に配置された円柱状の
回転子鉄心で、軸方向に貫通する開コの字状の磁石挿入
孔５が穿設されている。

【０００４】６は前記回転子鉄心４の外周部に位置し、
前記磁石挿入孔５の開コの字の内縁に挟まれた磁束保持
部、７は前記磁石挿入孔５の開コの字の外縁に包囲され
たヨーク部、８は隣接する前記磁石挿入孔５の間に挟ま
れ磁束保持部６とヨーク部７とを連結する連結部で、前
記連結部８は強度上必要な幅を有しており、漏れ磁束が
影響しない程度の幅に設定されている。

【０００５】９は前記磁石挿入孔５に挿入された永久磁
石で、磁石挿入孔５と相似形でかつ３分割された開コの
字型に埋設され、１極分の磁極を構成している。そし
て、隣接する磁極の永久磁石９の極性は互いに逆極性に
配置されている。１０は回転子軸挿入孔である。

【０００６】従来の開字形回転子はこのように構成さ
れ、例えばコイル３が三相巻線であるとし、このコイル
３に三相交流を流すと、コイル３に流れる電流と永久磁
石９の磁束によって生じるトルク、即ち永久磁石界磁ト
ルクと、コイル３に流れる電流によって生じる磁束が、
磁気的に安定した位置に移動しようとするトルク、即ち
リラクタンストルクが発生して回転子鉄心４が回転す
る。つまり、永久磁石９による磁束がモータの発生トル
クに関係する構成になっている。

【０００７】

【発明が解決しようとする課題】このような従来の永久
磁石型モータの開字形回転子では、分割された永久磁石
９を埋設しているため、永久磁石に作用する遠心力と前
記開字磁石で囲まれた磁束保持部６にかかる遠心力が回
転子鉄心の連結部８に集中する。そのため、連結部８の
径方向の幅は、強度を保つためにかなり大き目な幅を持
っていなければならなかった。

【０００８】したがって、連結部８の径方向の幅が大き
目になっているため、この連結部８に生じる漏れ磁束が
増加し、コイルに鎖交する磁束が減少して、モータの効
率が低下するという問題が発生した。

【０００９】このため、強度を犠牲にして開字の両外周
部の磁石を長くして開字内の磁束を強くすると連結部８
の径方向部分が破壊しない範囲内の遠心力を保つように
回転数を６０００ＲＰＭ程度にしかできず、高速回転可
能な埋込磁石型モータはできなかった。

【００１０】この発明はこのような問題点を解消するた
めになされたもので、回転子鉄心に必要な強度を保持し
たまま、隣接する磁極部間の漏れ磁束を減少させるよう
にした永久磁石型モータを提供することを目的とする。

【００１１】

【課題を解決するための手段】この発明に係る永久磁石
型モータは、コイルが巻回された固定子鉄心の内側に、
単一鋼体または鋼鈑が多数積層された回転子鉄心を配置
し、この回転子鉄心にはその軸方向に開字状に穿設さ
れ、この開字の開口側が前記回転子鉄心の外周側に配置
された磁石挿入孔を有し、この磁石挿入孔に前記開字の
内側同士がそれぞれ同極となるように永久磁石が挿入さ
れたモータにおいて、開字の形状に形成した前記永久磁
石を複数個に分割し、それぞれ開字の挿入個所に装着
し、各永久磁石接触部分にリブを設け遠心力により隣り
合う内周側永久磁石が外周側永久磁石を直接接触して押
すことにより回転子最外周の磁極連結部が破壊すること
を防ぐ効果がある。

【００１２】また、このような構造にすることにより回
転子外周の磁極連結部にかかる永久磁石からの力を小さ
くできることから回転子外周の磁極連結部の幅を狭くす
ることができる。これにより回転子外周の磁極連結部か
ら開字外へ逃げる磁界を抑えることができ従来製品に比
較して大きなトルクを得ることができる。他にも回転子
外周の磁極連結部にかかる遠心力が小さくなったことか
ら各磁石の大きさを大きくすることができることにより
開字内の磁束を強くして大きなトルクを得る方法もあ
る。

【００１３】さらに従来回転子外周の磁極連結部が弱い
ため６０００ＲＰＭ程度の回転数しか得られなかった回
転子が、前記リブ部を設けることにより前記磁極連結部
にかかる永久磁石からの遠心力が弱まるため１００００
回転以上の高速回転まで耐えることのできる埋込磁石型
モータを作ることもできる。

【００１４】また、回転子外周部を剛性の高いリング状
の非磁性体で覆い回転子に開字形状の永久磁石を該剛性
の高いリング状の非磁性体に密着するように装着する。
この構成にすることにより回転子を構成する磁性体によ
る磁界の漏れを抑えることができ開字内の磁束密度を大
きくすることができ大きなトルクを得ることができる。
他にも回転子外周部にリング状の非磁性体で覆っている
ことから開字状永久磁石と開字内の磁性体部の遠心力に
対しても回転子外周部のリング状の非磁性体は強くなり
永久磁石のサイズを大きくすることにより開字内の磁束
密度を強くしトルクを大きくする方法もある。

【００１５】回転子外周部にリング状の非磁性体を配置
することにより開字状永久磁石と開字内の磁性体部の遠
心力による破壊に対し、強くすることができるため回転
子を従来では使用できなかった回転数でも使用できる埋
込磁石型モータが可能となる。

【００１６】

【発明の実施の形態】［実施の形態１］図１は、本発明
における実施の形態１の永久磁石型モータを示す断面
図、図２は図１の回転子鉄心横断面図である。図１にお
いて、固定子鉄心１０１の内部に回転子鉄心１０４が配
置されさらに回転子鉄心の回転中心軸に回転子鉄心と共
に回転するモータ出力軸１１５が軸受１１２を介して固
定子鉄心に固定されている。図１、図２において、１０
４は回転子鉄心で、単一鋼体または多数の打抜鋼板が積
層されて円柱状に形成され、かつ複数の開コの字状の磁
石挿入孔１０５を有し、この磁石挿入孔１０５に挿入さ
れる永久磁石１０９を備えている。１１１はリブ部で、
永久磁石１０９及び磁束保持部１０６にかかる遠心力が
外周連結部１０７に集中するのを防ぎ、さらに外周連結
部１０７にかかる荷重は曲げ荷重であるのに対し、リブ
部１１１は単純引っ張りに近いことから同程度の寸法配
分でもより強い荷重に対抗することが出来る。したがっ
てリブ部１１１を設けることで外周連結部１０７の幅Ｗ
１を狭くしても破壊することはなくなる。一方、リブ部
１１１を設けることで、外周連結部１０７と内側リブ部
１１１の両方で磁束の漏洩が起こるが、前記のように内
側リブ部１１１を設けることで外周連結部１０７の幅Ｗ
１は飛躍的に狭く抑えることができ、結果的に外周連結
部１０７だけによる場合よりも磁束の漏洩通路を低減す
ることができる。総合的に機械的強度を保持したまま漏
洩磁束を抑えることで磁束保持部１０６の磁束密度を大
きくすることができ、回転子の回転トルクを上げること
ができる。更に前記回転子の外周連結部１０７にかかる
永久磁石からの遠心力による力を軽減できたことから永
久磁石１０９のサイズを大きくして磁束保持部１０６の
磁束密度を大きくしトルクを大きくすることもできる。

【００１７】また、外周連結部１０７にかかる永久磁石
からの遠心力による力を軽減できたということは、従来
の回転子の回転数に比較して、高速回転にしても従来と
同じ信頼性を保って運転することができる。

【００１８】［実施の形態２］リブ部を設ける他の形態
として図３のようにＵ字型の永久磁石埋め込み型回転子
にも適用できる。Ｕ字型永久磁石を図３のように２つに
分割し回転子の磁石埋め込み溝２０５に挿入する。この
ようにリブ部２１１を設けて永久磁石を２分割すること
によって回転子連結部２０７に永久磁石２０９と磁束保
持部２０６の遠心力による負荷が集中するのを防ぐ効果
がある。これにより、実施の形態１と同じ効果を呈する
ことができる。

【００１９】［実施の形態３］また他の実施の形態とし
て図４に示すようにＶ字型永久磁石埋め込み回転子があ
る。Ｖ字型永久磁石を図４のように２分割し、回転子の
磁石埋め込み溝３０５に挿入する。このようにリブ部３
１１を設けて永久磁石を２分割することによってＵ字型
永久磁石を用いた回転子と同じように、回転子連結部３
０７に永久磁石３０９と磁束保持部３０６の遠心力によ
る負荷が集中するのを防ぐ効果がある。これにより、前
記開コの字型永久磁石埋込回転子と実施の形態１と同じ
効果を呈することができる。

【００２０】以上実施の形態１，２，３の開コの字型、
Ｖ字型、Ｕ字型の永久磁石の形状に限らず様々な形状の
永久磁石型回転子の永久磁石を複数に分割し分割部分に
リブを形成することにより同じ効果を得ることができ
る。

【００２１】［実施の形態４］図５は、この発明の実施
の形態４を示す永久磁石型回転子の断面図である。この
回転子は鉄心部４０８、開コの字型磁石部４０５、開コ
の字内部の磁界保持磁性体部４０６をリング状の非磁性
体４０７で覆われて構成されている。外周部を非磁性体
４０７で覆い開コの字型磁石を図５に示すようにリング
状の非磁性体４０７に接触するように配置することによ
り磁界保持磁性体部４０６内から磁束がもれることはほ
とんどなくなり大きな磁束密度を得ることができる。さ
らに外周部をリング状の非磁性体４０７で覆うことによ
り開コの字型永久磁石４０９と開コの字内部の磁界保持
磁性体部４０６の遠心力による回転子の破壊に対して強
くなる。従って大きな永久磁石を用いて４０６内の磁束
密度を大きくしたり、更には従来では回転子が破壊して
しまうような高速回転領域まで耐えることのできる埋込
磁石型モータの製作を可能にできるという効果がある。

【００２２】これらの効果は開コの字内部の磁界保持磁
性体４０６としてより大きな透磁率をもつ部品を用いる
ことによりさらに大きな効果を得ることができる。

【００２３】リング状の非磁性体４０７の材質として非
磁性物質に限らず剛性の高い材質を選ぶことにより大き
な磁石を用いて開コの字内部の磁界保持磁性体４０６の
磁束密度を大きくしたり、より高回転領域で埋込磁石型
モータを運転したりすることができる。

【００２４】［実施の形態５］また実施の形態４の開コ
の字形状の永久磁石の形状は図６に示すようにＵ字型に
しても実施の形態４と同じ効果が得られる。鉄心部５０
８、Ｕ字型磁石部５０５、Ｕ字内部の磁界保持磁性体部
５０６をリング状の非磁性体５０７で覆って構成され
る。

【００２５】［実施の形態６］さらに、実施の形態４の
開コの字形状の永久磁石の形状を図７に示すようにＶ字
型にしても実施の形態４と同じ効果が得られる。鉄心部
６０８、Ｖ字型磁石部６０５、Ｖ字内部の磁界保持磁性
体部６０６をリング状の非磁性体６０７で覆って構成さ
れる。

【００２６】以上実施の形態４，５，６で示した開コの
字、Ｕ字、Ｖ字形状の永久磁石の形状は、永久磁石とリ
ング状の弾性体の間に磁界保持磁性体部が形成される構
成の回転子全てに適応することができる。

【００２７】

【発明の効果】以上に述べたように、この発明の永久磁
石型モータでは、コイルが巻回された円筒状の固定子鉄
心の内側に、円柱状の回転子鉄心を配置し、この回転子
鉄心にはその軸方向に磁界保持部分を形成し、この磁界
保持部が前記回転子鉄心の外周側に配置された永久磁石
挿入孔を有し、この磁石挿入孔に前記磁界保持磁性体に
面した部分同士がそれぞれ同極となるように永久磁石が
挿入されたモータにおいて、該挿入孔形状に複数の分割
された永久磁石を挿入し分割部分にはリブ部を設けたこ
とを特徴としている。また、外周部をリング状弾性体物
質で覆い磁界保持磁性体部をこのリング状性体に接触さ
せて配置したことを特徴としている。このような構成に
することにより磁界保持磁性体部分の磁束密度を増加さ
せ回転子で大きなトルクを得ることができ、さらに磁石
等の遠心力を軽減できることから高回転領域で回転子を
運転することも可能となるという大きな効果がある。

【００２８】

【図面の簡単な説明】

【図１】この発明の実施の形態１の永久磁石型モータを
示す回転子鉄心の断面図である。

【図２】この発明の実施の形態１の永久磁石型モータを
示す回転子鉄心の横断面図である。（開コの字型）

【図３】この発明の実施の形態２の永久磁石型モータを
示す回転子鉄心の横断面図である。（開Ｕの字型）

【図４】この発明の実施の形態３の永久磁石型モータを
示す回転子鉄心の横断面図である。（開Ｖの字型）

【図５】この発明の実施の形態４の永久磁石型モータを
示す回転子鉄心の横断面図である。（開コの字型）

【図６】この発明の実施の形態５の永久磁石型モータを
示す回転子鉄心の横断面図である。（開Ｕの字型）

【図７】この発明の実施の形態６の永久磁石型モータを
示す回転子鉄心の横断面図である。（開Ｖの字型）

【図８】従来の永久磁石型モータ

【符号の説明】

１固定子鉄心２スロット３コイル４回転子鉄心５磁石挿入孔６磁束保持部７ヨーク部８連結部９永久磁石１０回転軸挿入孔１１リブ部１２軸受

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】コイルが巻回された固定子鉄心の内側に、
単一鋼体または鋼鈑が多数積層された回転子を配置し、
この回転子にはその軸方向に開字穿設されこの開字の開
口側が前記回転子鉄心の外周側に配置された磁石挿入孔
を有し、この磁石挿入孔に前記開字の内側同士がそれぞ
れ同極となるように永久磁石が挿入されたモータにおい
て、前記開字型磁石を複数に分割し、該分割部分にリブ
を設けたことを特徴とする永久磁石型モータ。
【請求項２】前記開字型永久磁石の形状を開コの字型に
したことを特徴とする請求項１記載の永久磁石型モー
タ。
【請求項３】前記開コの字型永久磁石の２箇所の角部に
おいて磁石を３つに分割したことを特徴とする請求項１
又は請求項２に記載の永久磁石型モータ。
【請求項４】前記開字型永久磁石の形状をＶ字型にした
ことを特徴とする請求項１記載の永久磁石型モータ。
【請求項５】前記開Ｖ字型永久磁石の角部において磁石
を２つに分割したことを特徴とする請求項１又は請求項
４に記載の永久磁石型モータ。
【請求項６】前記開字型永久磁石の形状をＵ字型にした
ことを特徴とする請求項１記載の永久磁石型モータ。
【請求項７】前記開Ｕ字型永久磁石の曲線部において磁
石を２つに分割したことを特徴とする請求項１又は請求
項６に記載の永久磁石型モータ。
【請求項８】コイルが巻回された固定子鉄心の内側に、
単一鋼対または鋼鈑が多数積層された回転子を配置し、
この回転子にはその軸方向に開字穿設されこの開字の開
口側が前記回転子鉄心の外周側に配置された磁石挿入孔
を有し、この磁石挿入孔に前記開字の内側同士がそれぞ
れ同極となるように永久磁石が挿入されたモータにおい
て、前記回転子の外周部にスリーブを設け開字型磁石装
着部を回転子から切り裂き、該開字型磁石の内側に磁界
保持手段を施したことを特徴とする永久磁石型モータ。
【請求項９】前記開字型永久磁石の形状を開コの字型に
したことを特徴とする請求項８記載の永久磁石型モー
タ。
【請求項１０】前記開字型永久磁石の形状をＶ字型にし
たことを特徴とする請求項８記載の永久磁石型モータ。
【請求項１１】前記開字型永久磁石の形状をＵ字型にし
たことを特徴とする請求項８記載の永久磁石型モータ。