JP2005253146A

JP2005253146A - 電動機

Info

Publication number: JP2005253146A
Application number: JP2004057258A
Authority: JP
Inventors: Kiyonori Moroto; 清規諸戸
Original assignee: Denso Corp
Current assignee: Denso Corp
Priority date: 2004-03-02
Filing date: 2004-03-02
Publication date: 2005-09-15

Abstract

【課題】回転子の永久磁石の軸長がステータコアの軸長よりも長い電動機において、モータ効率を上昇する。
【解決手段】ステータコア２０には、電動機の中心側に向けて突出するティース２２が周方向に等間隔に複数形成されており、各ティース２２にコイルが巻回されている。回転子３０は、シャフト３２、回転コア３４および永久磁石３６を有している。永久磁石３６は、回転方向に異なる磁極を形成するように着磁され、回転コア３４の外周面に設置されている。シャフト３２と直交する断面において、回転子３０の各磁極を形成する永久磁石３６の着磁方向に沿った配向２００の周方向両端の間隔は、ステータコア２０に向けて狭くなっている。シャフト３２を含みシャフト３２に沿った断面において、永久磁石３６の配向２００の軸方向両端の間隔は、ステータコア２０に向けて狭くなっている。
【選択図】図１

Description

本発明は、回転方向に交互に異なる磁極を永久磁石で形成する回転子を備える電動機に関する。

従来、回転方向に交互に異なる磁極を形成する永久磁石を回転子に設置し、回転子の回転軸と直交する断面において、各磁極を形成する永久磁石の配向の周方向両端同士の間隔を回転子の径方向外側に向けて狭くなるように永久磁石を着磁している電動機が知られている（例えば、特許文献１、２、３参照）。
特開平７−３９０９０号公報特開平７−２１２９９４号公報特開平１０−９４２０２号公報

前述した特許文献１、２、３のように、回転方向に交互に異なる磁極を形成する永久磁石を回転子に設置した電動機において、永久磁石の回転子の回転軸方向の長さ（以下、「回転子の回転軸方向の長さ」を軸長という）をステータコアの軸長よりも長くし、回転子の永久磁石とステータコアとの間により多くの磁束を流すことが考えられる。

しかしながら、永久磁石の軸長がステータコアの軸長よりも長い場合、回転子の回転軸を含み回転軸に沿った断面（以下、「回転子の回転軸を含み回転軸に沿った断面」を軸断面という）において、各磁極の配向が平行になるように永久磁石を着磁すると、軸方向の端部側の永久磁石とステータコアとの間で磁束が流れにくくなり、モータ効率の上昇を妨げる恐れがある。ここでモータ効率とは、ステータコアに巻回されたコイルに流れる電流をＩ、コイルに加える電圧をＶ、回転子のトルクをＴ、回転子の回転数をＮとすると、（Ｔ×Ｎ）／（Ｉ×Ｖ）で表される。永久磁石とステータコアとの間を流れる磁束が減少すると、トルクが低下しモータ効率が低下する。
本発明は上記問題を解決するためになされたものであり、回転子の永久磁石の軸長がステータコアの軸長よりも長い電動機において、モータ効率を上昇することを目的とする。

請求項１から４記載の発明では、軸断面において、回転子に設置された永久磁石の配向の回転子の回転軸方向（以下、「回転子の回転軸方向」を軸方向という）の両端の間隔は、ステータコア側に向けて狭くなっている。この構成により、ステータコアよりも軸長の長い永久磁石とステータコアとの間で磁束が流れやすくなる。特に、永久磁石の軸方向両端部とステータコアとの間で磁束が流れやすくなる。その結果、ステータコアと回転子の永久磁石との間を流れる磁束が増加するので、モータ効率が上昇する。

ここで、軸断面において、永久磁石の配向がステータコアよりも軸方向の外側に外れていると、回転子の永久磁石の軸方向両端側とステータコアとの間を磁束が流れにくくなる。一方、軸断面において、永久磁石の配向がステータコアよりも軸方向の内側に狭くなっていると、磁束が流れるステータコアの領域が狭くなり、ステータコアが磁気飽和を起こしやすくなる。そこで、請求項２記載の発明では、永久磁石の軸方向の一方の端部の配向はステータコアの軸方向の一方の端部に向かい、永久磁石の軸方向の他方の端部の配向はステータコアの軸方向の他方の端部に向かっている。この構成によれば、ステータコアと回転子の永久磁石との間を流れる磁束が増加する。さらに、ステータコアを流れる磁束の領域を極力広くすることができるので、ステータコアが磁気飽和を起こすことを防止できる。

請求項３記載の発明では、回転子の回転軸と直交する断面において、各磁極の配向の周方向の両端の間隔は、ステータコア側に向けて狭くなっている。この構成によれば、特許文献１、２、３に記載されているように、回転子に発生するトルクの変動を低減できるので、回転子の振動を低減できる。

請求項４記載の発明では、回転子の永久磁石の軸方向の中心位置と、ステータコアの軸方向の中心位置とは軸方向にずれている。この構成によれば、回転子の永久磁石とステータコアとの間に働く磁力の合力は、回転子を一方の軸方向に付勢するように働く。これにより、回転子が軸方向に振動することを防止できる。

以下、本発明の実施の形態を図に基づいて説明する。
本発明の一実施形態による電動機を図１から図３に示す。図２に示す電動機１０は、例えば車両の燃料タンク内に搭載される燃料ポンプの電動機として使用される。電動機１０は、回転子３０のシャフト３２が鉛直方向に沿うように設置される。

電動機１０のハウジング１２は、回転子３０の回転軸であるシャフト３２の両端側に設置されているカバー１４、１６とをかしめ固定している。カバー１４には、シャフト３２の軸方向の一端と当接してシャフト３２を係止し、シャフト３２が軸方向の一方向側（図２では下方側）に移動することを規制する軸受け４０が設置されている。また、カバー１４、１６には、それぞれシャフト３２の外周を囲みシャフト３２を軸受けする軸受け４２、４４が設置されている。

図３に示すように、ハウジング１２の内周壁面に、磁性鋼板を軸方向に積層して形成されたステータコア２０が設置されている。ステータコア２０には、電動機１０の中心側に向けて突出するティース２２が周方向に等間隔に６個形成されている。各ティース２２にコイル２４が巻回されている。
回転子３０は、シャフト３２、回転コア３４および永久磁石３６を有している。永久磁石３６は、一部材で円筒状に形成され、回転コア３４の外周側に設置されている。永久磁石３６は、回転方向に８個の磁極部３７を形成している。８個の磁極部３７は、ステータコア２０と向き合う外周面側に回転方向に交互に異なる磁極を形成するように着磁されている。また、図２に示すように、永久磁石３６の軸方向の中心１００は、ステータコア２０の軸方向の中心１０２に対し軸受け４０と反対側（図２では上方）に位置している。つまり、永久磁石３６の中心１００と、ステータコア２０の中心１０２とは軸方向に位置がずれている。

次に、永久磁石３６の着磁方向について説明する。
シャフト３２と直交する図１の（Ａ）に示す断面において、回転子３０の各磁極部３７の着磁方向に沿った配向２００の周方向両端の間隔は、ステータコア２０に向けて狭くなっている。図１の（Ａ）では、図を簡単にするために回転子３０の磁極を４極にしている。また、図１の（Ｂ）に示す軸断面において、永久磁石３６は、各磁極部３７の配向２００の軸方向両端の間隔が外周側のステータコア２０に向けて狭くなる方向に着磁されている。

また、図１の（Ｂ）に示す軸断面において、磁極部３７の着磁方向に沿った配向２００の軸方向両端の間隔は、ステータコア２０に向けて狭くなっている。さらに、磁極部３７の軸方向の一方の端部の配向２００はステータコア２０の軸方向の一方の端部に向かい、磁極部３７の軸方向の他方の端部の配向２００はステータコア２０の軸方向の他方の端部に向かっている。

以上説明した本実施形態では、軸断面において図１の（Ｂ）に示す方向に永久磁石３６の各磁極部３７を着磁したことにより、ステータコア２０とステータコア２０よりも軸長の長い永久磁石３６との間で磁束が流れやすくなっている。特に、永久磁石３６の軸方向両端部とステータコア２０との間で磁束が流れやすくなっている。その結果、ステータコア２０と永久磁石３６との間に流れる磁束が増加するので、電動機１０のモータ効率が上昇する。
また、シャフト３２と直交する断面において、図１の（Ａ）に示す方向に各磁極部３７を着磁したことにより、回転子３０に加わるトルク変動を低減し、回転子３０の振動を低減できる。

また本実施形態では、ステータコア２０の軸方向の中心１０２に対し永久磁石３６の軸方向の中心１００を軸受け４０と反対側に設置することにより、軸受け４０に向けてシャフト３２が押し付けられるように、ステータコア２０と永久磁石３６との間に磁力が働く。したがって、回転子３０が軸方向に振動することを防止できる。
（他の実施形態）

図１の（Ｂ）に示す軸断面において、各磁極部３７の配向２００の軸方向両端の間隔がステータコア２０に向けて狭くなるように永久磁石３６が着磁されているのであれば、ステータコア２０の軸方向端よりも外側または内側に配向２００が向かうように永久磁石３６を着磁してもよい。
上記実施形態では、図１の（Ａ）に示すシャフト３２に直交する断面において、各磁極部３７の配向２００の周方向両端の間隔がステータコア２０に向けて狭くなるように永久磁石３６を着磁したが、シャフト３２に直交する断面において、配向２００が平行、あるいはステータコア２０に向けて広がるように永久磁石３６を着磁してもよい。

上記実施形態では、ステータコアと向き合う面側に回転方向に異なる磁極を形成するように一部材である円筒状の永久磁石３６を着磁したが、複数の永久磁石を回転方向に設置し、ステータコアと向き合う面側に回転方向に異なる磁極を形成してもよい。
また上記実施形態では、永久磁石３６の軸方向の中心１００と、ステータコア２０の軸方向の中心１０２とが軸方向に位置がずれるようにステータコア２０および永久磁石３６を設置したが、中心１００と中心１０２との軸方向位置がほぼ一致するようにステータコア２０および永久磁石３６を設置してもよい。

また上記実施形態では、ステータコア２０の内周に回転子３０を設置したが、ステータコアの外周に回転子を設置してもよい。
また上記実施形態で、回転軸であるシャフト３２が鉛直方向に沿うように電動機１０を設置したが、シャフト３２が水平または傾斜するように電動機１０を設置してもよい。
また、燃料ポンプ以外の電動機として本発明の電動機を使用してもよい。

本発明の一実施形態による永久磁石の着磁方向を示す模式的断面図であり、（Ａ）はシャフトと直交する断面を示し、（Ｂ）は（Ａ）のＢ−Ｂ線断面を示している。本実施形態の電動機を示す模式的断面図である。図２のIII−III線断面図である。

符号の説明

１０電動機、２０ステータコア、２４コイル、３０回転子、３２シャフト（回転軸）、３４回転コア、３６永久磁石、３７磁極部、４０軸受け、１００、１０２中心、２００配向

Claims

ステータコアと、
前記ステータコアに巻回され、周方向に複数の磁極を形成するコイルと、
前記ステータコアに回転可能に設置される回転子であって、回転方向に交互に異なる磁極を形成する永久磁石を有する回転子と、
を備える電動機において、
前記永久磁石の前記回転子の回転軸方向の長さは、前記ステータコアの前記回転軸方向の長さよりも長く、
前記回転子の回転軸を含み前記回転軸に沿った断面において、前記永久磁石の配向の前記回転軸方向の両端の間隔は、前記ステータコア側に向けて狭くなっていることを特徴とする電動機。
前記永久磁石の前記回転軸方向の一方の端部の配向は前記ステータコアの前記回転軸方向の一方の端部に向かい、前記永久磁石の前記回転軸方向の他方の端部の配向は前記ステータコアの前記回転軸方向の他方の端部に向かっていることを特徴とする請求項１記載の電動機。
前記回転子の前記回転軸と直交する断面において、回転方向に異なる各磁極の配向の周方向両端の間隔は、前記ステータコア側に向けて狭くなっていることを特徴とする請求項１または２記載の電動機。
前記永久磁石の前記回転軸方向の中心位置と、前記ステータコアの前記回転軸方向の中心位置とは前記回転軸方向にずれていることを特徴とする請求項１から３のいずれか一項記載の電動機。