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JP2747436B2 - 永久磁石付ロータ - Google Patents

永久磁石付ロータ

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Publication number
JP2747436B2
JP2747436B2 JP7140801A JP14080195A JP2747436B2 JP 2747436 B2 JP2747436 B2 JP 2747436B2 JP 7140801 A JP7140801 A JP 7140801A JP 14080195 A JP14080195 A JP 14080195A JP 2747436 B2 JP2747436 B2 JP 2747436B2
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JP
Japan
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rotor
permanent magnet
permanent magnets
magnetic flux
permanent
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JP7140801A
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JPH08336246A (ja
Inventor
浩 村上
幸夫 本田
和成 楢崎
浩 伊藤
正行 神藤
能成 浅野
直之 角谷
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Panasonic Holdings Corp
Original Assignee
Matsushita Electric Industrial Co Ltd
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Matsushita Electric Industrial Co Ltd filed Critical Matsushita Electric Industrial Co Ltd
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Priority to DE69629419T priority patent/DE69629419T2/de
Priority to EP96108636A priority patent/EP0746079B1/en
Priority to CN96110043A priority patent/CN1127191C/zh
Priority to CNB031548806A priority patent/CN100525010C/zh
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  • Iron Core Of Rotating Electric Machines (AREA)
  • Permanent Field Magnets Of Synchronous Machinery (AREA)

Description

【発明の詳細な説明】
【0001】
【産業上の利用分野】本発明はマグネットトルクのみな
らずリラクタンストルクをも併せ利用するモータにおけ
る永久磁石付ロータに関するものである。
【0002】
【従来の技術】従来から鉄などの高透磁率材からなるロ
ータ本体に、一層の永久磁石を埋設したロータが知られ
ている。しかしリラクタンストルクを有効に利用する観
点から、上記従来例は好ましくなく、本発明者らはその
問題点を解決するため、図4に示すような2層構造の永
久磁石付ロータを開発し、これを特許出願した(特願平
7−134023号)。
【0003】この先行発明にかかるロータ3は、鉄製ロ
ータ本体3aに、ロータ半径方向に2層に間隔を置いて
配設された4組の永久磁石8a、8b・・・を埋設して
なり、各組の永久磁石8a、8bはS極、N極が交互と
なるように隣接して配置され、かつ2層関係にある永久
磁石8a、8bはその外周側の極性が同一となるように
構成されている。外側の永久磁石8a、・・・及び内側
の永久磁石8b、・・・はいずれも、ロータの求心方向
へ凸形をなす円弧形状に形成され、2層関係にある外側
の永久磁石8aと内側の永久磁石8bとは並行するよう
に配置され、両者の間隔は一定となっている。
【0004】このように、ロータ外周側に位置する永久
磁石8aとロータ内周側に位置する永久磁石8bが間隔
を置いて2層に埋設されたロータ3は、ステータ2側の
巻線10群によって生ずる回転磁界と永久磁石8(8
a,8b)の磁界との間で発生するマグネットトルク及
び、前記回転磁界による磁路がロータ本体3aの表面側
や内外永久磁石8b,8aの間隔部分に形成されること
により発生するリラクタンストルクとの合成トルクで回
転している。
【0005】
【発明が解決しようとする課題】上記先行発明の構成に
おいては、ロータ本体に埋設された永久磁石による磁束
と、ステータ側の巻線により生じる磁束との合成された
磁束は、下記に説明するように、ロータ3の回転方向R
の前進側に位置する永久磁石の端部の間隔部分に集中す
る傾向がある。
【0006】図5〜図7は磁場解析の一例を示してい
る。図5に示す磁場解析は永久磁石8のみによる磁束に
ついてのものである。また、図6に示す磁場解析は永久
磁石位置を磁気的空隙8cとみなし、ステータ2の巻線
10が生じる磁束についてのものである。さらに、図7
に示す磁場解析は永久磁石8と巻線10との合成された
磁束についてのものである。
【0007】ここで、図7のRで示す方向へ回転するロ
ータの前進側に位置する永久磁石の端部の間隔部分3b
では磁力線が密集している。なお、図7の5で示す空白
部はティース4で挟まれた空間である。
【0008】この磁束の密集は鉄損の増加などを招きロ
ータ本体3aの発熱の原因となり、モータの効率を低下
させるという問題がある。
【0009】また、上記先行発明の構成においては、永
久磁石がほぼ並行するように間隔を置いて2層に並べら
るため、ロータ表面に対する2つの永久磁石8a,8b
の磁束量は、ほぼロータ本体3aの外周側に位置する永
久磁石8aの外周面側の表面積のみによって定まってし
まい、内側に位置する永久磁石8bの両端部のマグネッ
トトルクを有効に利用できないという問題を有してい
た。
【0010】そこで、回転方向Rの前進側に位置する永
久磁石の端部の間隔部分3bに発生する磁束の密集を緩
和し、モータの効率を向上できる構造のものが望まれて
いた。
【0011】本発明は上記問題点を解決し、特定箇所で
の磁束の密集を減少させると共に、効率よくマグネット
トルクとリラクタンストルクを利用できる永久磁石付ロ
ータを提供することを目的とする。
【0012】
【課題を解決するための手段】本発明は上記先行発明の
問題点を解決するため、高透磁率材からなるロータ本体
に、ロータ半径方向に1極当り2層以上に間隔を置いて
配設された複数組の永久磁石を埋設してなるロータにお
いて、層関係にある永久磁石の間隔を、ロータの回転方
向の少なくとも前進側に位置する端部側の間隔が他の部
分の間隔に対し幅広になるように構成したことを特徴と
する。
【0013】また、2層に配設された各永久磁石が、ロ
ータの求心方向へ凸形をなす円弧形状に形成されると好
適である。
【0014】更に本発明は上記先行発明の問題点を解決
するため、上記ロータにおいて、ロータ内周側に位置す
る永久磁石の曲率中心点をロータ外周側に位置する永久
磁石の曲率中心点よりロータ遠心側に位置するように設
けて、層関係にある永久磁石の両端部の間隔を幅広に形
成したことを特徴とする。
【0015】
【作用】本発明は上記構成によって、次のような作用を
営むことができる。すなわち、上記層関係にある永久磁
石の間隔を、ロータの回転方向の少なくとも前進側に位
置する端部側の間隔が他の部分の間隔に対し幅広になる
ように構成されるため、永久磁石間の前進側の間隔が広
げられ、広げられた方向へ回転するロータの前進側の間
隔の位置に発生する磁束の密集を緩和することができ
る。また、2層に埋設された各永久磁石が、ロータの求
心方向へ凸形をなす円弧形状に形成するものであれば、
リラクタンストルクに係る磁束は凸形の円弧上に沿って
永久磁石間に円滑に導かれるため、磁路形成に係る磁気
的抵抗が減少してモータ効率を向上させることができ
る。
【0016】さらに、ロータ内周側に位置する永久磁石
の曲率中心点をロータ外周側に位置する永久磁石の曲率
中心点よりロータ遠心側に位置するように設けて、層関
係にある永久磁石の両端部の間隔を幅広に形成するもの
であれば、モータを正転させても逆転させても、ロータ
の前進側の間隔はいずれも幅広となり、この部分での磁
束の密集を緩和して、上記同様の作用を営むことができ
る。また、複層構造の永久磁石の曲率中心点を請求項3
に記載するように設定すれば、外周側に位置する永久磁
石の表面積のみならず、内周側に位置する永久磁石の両
端部の表面積が加えられて、これらが磁気的に有効に利
用されることになるので、ロータ表面における磁束量を
増加させる効果があり、マグネットトルクを有効に利用
することができる。
【0017】
【実施例】以下本発明の実施例について、図面を参照し
ながら詳細に説明する。
【0018】図1は本発明の第1実施例を示すものであ
る。
【0019】ロータ3は、鉄製ロータ本体3aに、ロー
タ半径方向に1極当り2層に間隔を置いて配設された4
組の永久磁石8a、8b・・・を埋設してなり、各組の
永久磁石8a、8bはS極、N極が交互となるように隣
接して配置され、かつ層関係にある永久磁石8a、8b
はその外周側の極性が同一となるように構成されてい
る。外側の永久磁石8a、・・・及び内側の永久磁石8
b、・・・はいずれも、ロータの求心方向へ凸形をなす
円弧形状に形成されている。
【0020】また、上記層関係にある永久磁石8のロー
タ3の回転方向Rの前進側に位置する端部側の間隔3b
が他の部分の間隔に対し幅広に形成されている。すなわ
ち、図1に示すR方向へロータ3が回転する場合、その
前進側となる永久磁石8a,8bの端部9a,9bは図
のWで示すように間隔3bが幅広であり、他方の端部間
隔は図のxで示すように前記Wより小さな幅を有してい
る。
【0021】一方、ステータ2側には複数のティース4
が設けられ、これらティース4間には巻線10が配され
ていて、この巻線10群に電流が与えられることで回転
磁界を発生している。
【0022】上記構成においてロータ3は、上記巻線1
0群によって生ずる回転磁界を受けて磁束が通り易い高
透磁率材の鉄材で覆われたロータ本体3aと、磁束が通
りにくい低透磁率材の永久磁石8(8a,8b)とを備
えている。そして図1に示すように、各組の永久磁石8
の中心を通る半径方向であるd軸方向と、その方向と電
気角が直交するq軸方向とではインダクタンスが異なる
ように構成されている。
【0023】このような構成においては、図1のd軸方
向では、巻線10群によって生ずる磁束が通らずインダ
クタンスは極めて小さくすることができる一方、d軸と
電気角が直交するq軸方向では、内外永久磁石8b、8
aの間隔部分に図のpで示す方向の磁路を形成し磁束が
通り易くインダクタンスが大きくなり、リラクタンスト
ルクを有効に利用する構成となる。なお、図のPaで示
す方向にも磁路が形成される。
【0024】図1のRで示す方向へロータ3が回転する
と、図4に示す先行発明における磁束は回転方向の前進
側に位置する永久磁石8a,8bの端部9a,9bの間
隔3b部分(その幅はx)では磁束が密集していて飽和
しやすい状態であったが、本実施例においては、回転方
向Rの前進側に位置する永久磁石8a,8bの端部位置
9a,9bの間隔3bを図1のWで示すように幅広に設
けているので、前記間隔3b部分での磁束の密集を緩和
することができるのである。
【0025】上記実施例においては、ロータ部3をホー
ル素子やエンコーダなどで予めその回転位置及び回転周
波数が検出されていて、ステータ2の巻線10群に流す
電流は、リラクタンストルクやマグネットトルクが大き
く取れるように、q軸から僅かに位相のずれた位置で電
流値がピークとなるように、電流の位相をずらして、ロ
ータ回転数に応じた周波数の交流電流が供給されるもの
である。
【0026】次に、本発明の第2実施例を図2〜図3を
参照して説明する。
【0027】第2実施例は第1実施例の2層に配設され
た円弧形状の永久磁石8のうちロータ内周側に位置する
永久磁石8bの曲率中心点Rbをロータ外周側に位置す
る永久磁石8aの曲率中心点Raよりロータ遠心側に位
置するように設けて、層関係にある永久磁石8a、8b
の両端部9a,9bの間隔3b,3bを幅広Wに形成し
た点に特徴がある。なお、第2実施例のその他の構成は
第1実施例のそれと共通しているので、図2において共
通部分に同一符号を付し詳細な説明を省略する。
【0028】このように構成されたロータ3は、正転又
は逆転しても、回転方向Rの前進側に位置する永久磁石
8a,8bの端部位置9a,9bの間隔3bが幅広Wと
なり、上記第1実施例同様に前記間隔3b部分での磁束
の密集を緩和することができる。
【0029】さらに図3(a)に示すように、内側に位
置する永久磁石8bはロータ表面に対して図の斜線で示
す部分9c,9dだけ多くの磁束を発生することができ
る。
【0030】すなわち、図3(b)で示すロータ表面側
に位置する永久磁石8aの磁束Nは、その裏側に位置す
る永久磁石8aと表面積を同じくする永久磁石8bの中
央部分の磁束Nでバックアップされる一方、永久磁石8
bの両端部9c,9dの磁束はロータ3の表面に直接達
するものとなる。したがって図3(c)に示すようにロ
ータ3の表面では永久磁石8aによる磁束と9c,9d
による磁束とを合計したものが出力される。このように
永久磁石8の有効表面積を増加させて、その磁束量をよ
り一層増加することで、強力なマグネットトルクを得る
ことができる。
【0031】なお、上記実施例では4組の永久磁石8
a、8bを用いた例を示したが、それ以外の組数のもの
であってもかまわない。また、永久磁石8の形状はロー
タ求心方向に凸形をなす円弧形状に限定するものではな
い。また上記実施例では各永久磁石8a、8bはその端
部9a、9bに至るまですべて永久磁石で構成している
が、前記端部9a、9bを空隙部(空気層)や合成樹脂
層で構成してもよい。すなわち本発明は上記実施例に限
定されるものではなく、本発明の趣旨に基づき種々の変
形が可能であり、これらを本発明の範囲から排除するも
のではない。
【0032】
【発明の効果】本発明によれば、複層構造の永久磁石を
有するロータにおいて特定箇所での磁束の密集を緩和し
て、鉄損を減じることができると共に、効率よくマグネ
ットトルクとリラクタンストルクを利用して高効率に回
転する永久磁石付ロータを提供することができる。
【図面の簡単な説明】
【図1】本発明の第1実施例を示す断面図。
【図2】本発明の第2実施例を示す部分断面図。
【図3】その原理を示すものであって、(a),
(b),(c)は概念図。
【図4】先行発明を示す断面図。
【図5】永久磁石による磁束の磁場解析結果を示す図。
【図6】巻線群により生ずる磁束の磁場解析結果を示す
図。
【図7】永久磁石と巻線群とにより生ずる合成磁束の磁
場解析結果を示す図。
【符号の説明】
2 ステータ 3 ロータ 3a ロータ本体 3b 端部側間隔 4 ティース 8,8a,8b 永久磁石 9a,9b 端部 10 巻線
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 伊藤 浩 大阪府門真市大字門真1006番地 松下電 器産業株式会社内 (72)発明者 神藤 正行 大阪府門真市大字門真1006番地 松下電 器産業株式会社内 (72)発明者 浅野 能成 大阪府門真市大字門真1006番地 松下電 器産業株式会社内 (72)発明者 角谷 直之 大阪府門真市大字門真1006番地 松下電 器産業株式会社内 (56)参考文献 実開 平6−66277(JP,U) 米国特許4924130(US,A) (58)調査した分野(Int.Cl.6,DB名) H02K 1/27 H02K 21/14 - 21/16

Claims (3)

    (57)【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】 高透磁率材からなるロータ本体に、ロー
    タ半径方向に1極当り2層以上に間隔を置いて配設され
    た複数組の永久磁石を埋設してなるロータにおいて、 層関係にある永久磁石の間隔を、ロータの回転方向の少
    なくとも前進側に位置する端部側の間隔が他の部分の間
    隔に対し幅広になるように構成したことを特徴とする永
    久磁石付ロータ。
  2. 【請求項2】 2層に配設された各永久磁石が、ロータ
    の求心方向へ凸形をなす円弧形状に形成された請求項1
    記載の永久磁石付ロータ。
  3. 【請求項3】 高透磁率材からなるロータ本体に、ロー
    タ半径方向に1極当り2層以上に間隔を置いて配設され
    た複数組の永久磁石を埋設してなるロータにおいて、ロ
    ータ内周側に位置する永久磁石の曲率中心点をロータ外
    周側に位置する永久磁石の曲率中心点よりロータ遠心側
    に位置するように設けて、層関係にある永久磁石の両端
    部の間隔を幅広に形成した永久磁石付ロータ。
JP7140801A 1995-05-31 1995-06-07 永久磁石付ロータ Expired - Fee Related JP2747436B2 (ja)

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