JPH11285185A

JPH11285185A - 永久磁石電動機

Info

Publication number: JPH11285185A
Application number: JP10100199A
Authority: JP
Inventors: Kenji Narita; 憲治成田; Yoshifumi Fukuda; 好史福田; Takashi Suzuki; 孝史鈴木; Hiroyuki Okudera; 浩之奥寺; Koji Kasai; 宏治河西
Original assignee: Fujitsu General Ltd
Current assignee: Fujitsu General Ltd
Priority date: 1998-03-27
Filing date: 1998-03-27
Publication date: 1999-10-15
Anticipated expiration: 2018-03-27
Also published as: JP3821185B2

Abstract

(57)【要約】【課題】永久磁石電動機において、マグネットトルク
およびリラクタンストルクを有効利用し、ロータコアの
強度を保つ。【解決手段】インナーロータ型の永久磁石電動機にお
いて、ロータコア１０の１極当り断面バスタブ曲線形状
の永久磁石１１を１つ用い、かつこの永久磁石１１の断
面バスタブ曲線形状の底辺部を中心孔４に向けて埋設
し、このバスタブ曲線形状の永久磁石１１をロータコア
１０の円周方向に当該極数分だけ等間隔に埋設する。永
久磁石１１と中心孔４との間の領域でｑ軸上にかしめ部
１２を形成し、永久磁石１１とロータコア１０の外周と
の間の領域でｄ軸上にリベット１３を通す。永久磁石１
１の両端部の一方の角側にフラックスバリア用の孔１４
を形成する。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】この発明はコンプレッサ等に
用いるインナーロータ型の永久磁石電動機に係り、特に
詳しくはリラクタンストルクの有効利用の向上を図って
トータルトルクを大きくし、しかもロータコアの強度を
高めるようにロータコア（回転子）の構成に工夫を施し
た永久磁石電動機に関するものである。

【０００２】

【従来の技術】この永久磁石電動機のインナーロータ
は、例えば図４に示す構成のものがある。図４におい
て、ステータコア１内の磁石埋込型界磁鉄心（ロータコ
ア）２は、ほぼ断面扇状の永久磁石３を１極当り１個埋
設するとともに、円周方向に極数分だけ等間隔に配置
し、かつそれら隣接する永久磁石３を異極としている。
なお、４はシャフトを通す孔（中心孔）である。

【０００３】ここに、永久磁石による空隙部（ステータ
コアの歯と永久磁石との間）の磁束分布が正弦波状にな
っているものとすると、永久磁石電動機のトルクＴはＴ
＝Ｐｎ｛Φａ・Ｉａ・ｃｏｓβ−０．５（Ｌｄ−Ｌｑ）
・Ｉ^２・ｓｉｎ２β｝で表される。なお、Ｔは出力トル
ク、Φａはｄ，ｑ座標軸上の永久磁石による電機子鎖交
磁束、Ｌｄ，Ｌｑはｄ，ｑ軸インダクタンス、Ｉａは
ｄ，ｑ座標軸上の電機子電流の振幅、βはｄ，ｑ座標軸
上の電機子電流のｑ軸からの進み角、Ｐｎは極対数であ
る。前記数式において、第１項は永久磁石によるマグネ
ットトルクであり、第２の２項はｄ軸インダクタンスと
ｑ軸インダクタンスとの差によって生じるリラクタンス
トルクである。

【０００４】なお、詳しくは、Ｔ．ＩＥＥＪａｐａ
ｎ，Ｖｏｌ．１１７―Ｄ，Ｎｏ７，１９９７の論文を参
照されたい。また、前記論文によると、各極の永久磁石
を多層構造とすることにより、リラクタンストルクを有
効利用することが記載されている。

【０００５】例えば、ステータコア１内のロータコアは
断面円弧状の永久磁石を１極当り２個配置し、つまり２
層構造になっている。これは前述した１極当り１個（１
層）の場合と比較して、ｄ軸インダクタンスＬｄが小さ
く、ｑ軸インダクタンスＬｑが大幅に大きくなり、これ
により前記数式におけるパラメータのインダクタンス差
（Ｌｄ−Ｌｑ）の値が大きく、結果モータトルクＴが大
きくなる。

【０００６】このように、リラクタンストルクを有効利
用すれば、モータトルクＴの増大を図ることができ、１
極当りの永久磁石を多層構造にすれば、リラクタンスト
ルクをより有効利用することになる。詳細は、前記論文
を参照されたい。

【０００７】

【発明が解決しようとする課題】ところで、前記永久磁
石電動機において、ほぼ断面扇状の永久磁石３と中心孔
４との距離ｗはロータコア（コアシート）の強度上から
最小限の寸法とする必要があり、ロータコア２内にはど
うしても磁石のない無駄な領域（図４の実線矢印ａ参
照）が生じる。しかも、永久磁石の使用量（磁石量）を
多くするために、断面扇状の孤の曲率半径を大きくする
と、その無駄な領域が大きくなってしまう。

【０００８】そのことに伴って、永久磁石３とロータコ
ア１の外周との間の領域（図４の実線矢印ｂ参照）が小
さくなり、ｑ軸インダクタンスが小さくなってｄ軸との
インダクタンス差が小さくなるとともに、リラクタンス
トルクが小さくなり、したがって、モータ効率の向上が
図れない。しかも、図４の実施矢印ｂの領域が狭くなれ
ば、かしめ部の形成あるいはリベット通しが困難とな
り、ロータコア２の強度等に影響を与えることにもな
る。

【０００９】また、前記論文に記載されている多層構造
の永久磁石を有するロータコアの場合には、前述したよ
うな欠点を解消することができるが、１極当り複数個の
永久磁石を使用することから、製造コストが高くなる。
したがって、製造面では１極当り１つの永久磁石を使用
することが好ましい。

【００１０】この発明は前記課題に鑑みなされたもので
あり、その目的は１極当り１つの永久磁石を使用し、マ
グネットトルクおよびリラクタンストルクの有効利用を
図るとともに、モータ効率を上げ、しかもロータコアの
強度の向上を図ることができるようにした永久磁石電動
機を提供することにある。

【００１１】

【課題を解決するための手段】前記目的を達成するため
に、この発明は、ステータコア内に磁石埋込型界磁鉄心
（ロータコア）を配置してなる永久磁石電動機におい
て、前記ロータコアの１極当り断面バスタブ曲線形状の
永久磁石を１つ用い、かつ該永久磁石の断面バスタブ曲
線形状の底辺部を当該中心孔に向けて埋設し、該バスタ
ブ曲線形状の永久磁石を前記ロータコアの円周方向に当
該極数分だけ等間隔に埋設してなることを特徴としてい
る。

【００１２】この場合、前記永久磁石と前記中心孔との
間の領域にかしめ部を形成し、前記永久磁石と前記ロー
タコアの外周との間の領域にリベットを通すとよい。

【００１３】前記永久磁石の断面バスタブ曲線形状の底
辺および両斜辺部を直線的し、その角部を丸め、前記永
久磁石の両端部の一方の角側にフラックスバリア用の孔
を形成し、他方の角側を所定角度でカットするとよい。

【００１４】前記永久磁石はフェライト磁石であるとよ
い。前記ロータコアを組み込んでＤＣブラシレスモータ
とするとよい。

【００１５】

【発明の実施の形態】以下、この発明の実施の形態を図
１ないし図３を参照して詳しく説明する。なお、図中、
図４と同一部分には同一符号を付して重複説明を省略す
る。

【００１６】この発明の永久磁石電動機は、１極当り１
つの永久磁石の形状を断面曲線状（例えば扇状等）に限
定せず、ロータコアを有効的に利用可能な形状とし、つ
まり隣接する異極の永久磁石の間の距離を接近させ、し
かも永久磁石とロータコアの外周との間の領域を広くす
る形状にすればよいことに着目し、例えば断面形状をバ
スタブ曲線に沿った形にすることで、隣合う永久磁石同
士の間の領域を小さくし、かつ永久磁石とロータコアの
外周との間の領域を広くできることに着目したものであ
る。

【００１７】そのため、図１および図２示すように、こ
の三相四極の永久磁石電動機のロータコア（磁石埋込型
界磁鉄心；以下コアと記す）１０は、１極当り１つの断
面バスタブ曲線形状の永久磁石（例えばフェライト磁
石）１１と、この断面バスタブ曲線形状の底部（凸部）
を中心孔４に向けて配置し、この永久磁石１１を円周方
向に４つ埋設し、かつ隣接する極の永久磁石１１を異極
に埋設している。

【００１８】なお、永久磁石１１は、断面バスタブ曲線
形状であるといっても、永久磁石１１の使用量（磁石
量）が、従来の断面扇状の永久磁石３と同程度とするた
め、その厚さが大きく、つまり変形の断面バスタブ曲線
状であるいうことができる。また、図４に示す実線矢印
ａに対応する領域を有効利用することができることか
ら、永久磁石の使用量（磁石量）が従来と変わらず、あ
るいはそれ以上となり、マグネットトルクの有効利用が
可能となる。

【００１９】この場合、永久磁石１１の両斜辺（側辺）
は、ほぼ直線であり、かつ隣接する極の永久磁石１１の
斜辺同士はほぼ平行であり、つまりその間隔（ｑ軸を含
む幅）は所定値（少なくともコアシートの厚さ）であ
る。しかも、その間隔は連続的でステータコア１からの
磁束の路（磁路）を確保し、またロータコア１０の内周
部と外周部とを連結する働きをする。

【００２０】永久磁石１１の断面バスタブ曲線形状のう
ち、底部は直線的で中心孔４に近いが、その距離は従来
例で説明したように、必要最小限の値とし、ロータコア
１０の強度に配慮を図る。さらに、その底部が直線的で
あることから、この底部と両斜辺との結合により、ロー
タコア１０の内周部にはほぼ正方形の領域が現れるた
め、永久磁石１１と中心孔４との間の領域にはかしめ部
１２を形成することができる。

【００２１】永久磁石１１の断面バスタブ曲線状の内側
は凹部となり、永久磁石１１とロータコア１０の外周と
の間の領域ｃ（図４に示す実線矢印ｂに対応する領域）
が広くなっている。したがって、リベット１３を余裕を
もって通すことができ、またステータコア１からの磁束
の路（磁路）を確保することができるため、インダクタ
ンス差（Ｌｄ−Ｌｑ）の値が大きくなる。また、永久磁
石１１の端部（断面バスタブ形状の上部縁）には、フラ
ックスバリア用の孔１４が形成され、磁束の漏洩、短絡
を防止している。

【００２２】ところで、図２に示すように、断面バスタ
ブ曲線状の永久磁石１１の両端部について、一方の角側
（永久磁石１１の外側角）にフラックスバリア用の孔１
４を形成し、他方の角側（永久磁石１１の内側角）を所
定角度（例えばロータコア１０の外周に沿った角度）で
カットする（同図の実線矢印ｄ，ｅ参照）。すると、永
久磁石１１の厚さ（幅）をより大きくしても、その他方
の角がロータコア１０からはみ出さない。したがって、
永久磁石１１の使用量（磁石量）をより大きくすること
ができ、従来と同じあるいはそれ以上のマグネットトル
クを得えることができる。

【００２３】また、永久磁石１１を埋設する孔およびフ
ラックスバリア用の孔は角張っているが、少なくとも永
久磁石１１を埋設する周りの角張っている箇所（例えば
図２に示すｆないしｍの角）にＲを施すとよい。すなわ
ち、丸めることにより、永久磁石１１の形状も丸まった
断面バスタブ曲線形状となり、永久磁石１１を埋設する
際の角の欠け等を防止することができるからである。

【００２４】なお、前記ロータコア１０の製造において
は、コアプレス金型を用いて自動プレスで電磁鋼板を打
ち抜き、金型内でかしめて一体的に形成するコア積層方
式（自動積層方式）を採用する。

【００２５】このプレス加工工程において、中心孔４、
永久磁石１１の埋設孔、かしめ部１２、リベット１３を
通す孔およびフラックスバリア用の孔１４を打ち抜き、
図３に示すように、自動的にプレスし、コアシート１０
ａをかしめながら積層してロータコア１０を形成する。
なお、永久磁石１１の埋設孔とフラックスバリア用の孔
１４とは一体化した孔である。

【００２６】しかる後、永久磁石１１の孔に成形した低
コストのフェライト磁石を埋設し、かつ永久磁石１１を
厚さ方向（ロータコア１０の径方向）に磁気配向し、着
磁する。また、図３に示すように、ロータコア１０の両
端部に蓋をした後、リベット１４を通してかしめて当該
ロータコア１０の製造が終了する。

【００２７】図１について追加的に説明すると、これ
は、永久磁石電動機が三相四極モータとした場合であ
り、２４スロットのステータコア１０にはＵ相、Ｖ相お
よびＷ相の電機子巻線が施され、外径側の電機子巻線が
Ｕ相、内径側の電機子巻線がＷ相、その中間の電機子巻
線がＶ相になっているが、スロット数や電機子巻線数が
異なってもよい。

【００２８】また、前述したロータコア１０をＤＣブラ
シレスモータに利用し、例えば空気調和機のコンプレッ
サ等に適用すれば、空気調和機の性能アップ、信頼性の
向上が図れる。

【００２９】

【発明の効果】以上説明したように、この永久磁石電動
機の請求項１記載の発明によると、ステータコア内に磁
石埋込型界磁鉄心（ロータコア）を配置してなる永久磁
石電動機において、前記ロータコアの１極当り断面バス
タブ曲線形状の永久磁石を１つ用い、かつこの永久磁石
の断面バスタブ曲線形状の底辺部を当該中心孔に向けて
埋設し、このバスタブ曲線形状の永久磁石を前記ロータ
コアの円周方向に当該極数分だけ等間隔に埋設してなる
ので、断面バスタブ曲線形状によりロータコア内を有効
に利用することができるため、永久磁石の使用量（磁石
量）を減らすこともなく、またステータコアからの磁束
の路（磁路）を確保することにより、マグネットトルク
およびリラクタンストルクを有効利用することができ、
ひいてはモータ効率を上げることができるという効果が
ある。

【００３０】請求項２記載の発明によると、請求項１に
おいて、前記永久磁石と前記中心孔との間の領域にかし
め部を形成し、前記永久磁石と前記ロータコアの外周と
の間の領域にリベットを通してなるので、請求項１の効
果に加え、前記断面バスタブ曲線形状によりかしめ部の
形成およびリベット通しに余裕をもつことができ、ロー
タコアの強度を保つことができるという効果がある。

【００３１】請求項３記載の発明によると、請求項１ま
たは２において、前記永久磁石の断面バスタブ曲線形状
の底辺および両斜辺部を直線的にし、その角部を丸め、
前記永久磁石の両端部の一方の角側にフラックスバリア
用の孔を形成し、他方の角側を所定角度でカットしてな
るので、請求項１または２の効果に加え、角の丸めによ
り永久磁石をロータコアに埋設する際の角の欠け等を防
止することができ、またフラックスバリアにより磁束の
漏洩、短絡を防止することができる。さらに、一角をカ
ットすることにより、断面バスタブ曲線形状の厚さ
（幅）を大きくして永久磁石の使用量（磁石）を多く
し、マグネットトルクの増大を図ることができるという
効果がある。

【００３２】請求項４記載の発明によると、請求項１，
２または３における永久磁石はフェライト磁石であるの
で、請求項１，２または３の効果に加え、希土類磁石等
の高価な材料を使用しなくとも、必要なマグネットトル
クおよびリラクタンストルクを得ることが可能であり、
つまり、低コストで高効率のモータを実現することがで
きるという効果がある。

【００３３】請求項５記載の発明によると、請求項１，
２，３または４におけるロータコアを組み込んでＤＣブ
ラシレスモータとしてなるので、請求項１，２，３また
は４の効果に加え、例えば空気調和機のコンプレッサ等
のモータに適用すれば、空気調和機の性能アップ、信頼
性の向上が図られ、さらには低コスト化が図れるという
効果がある。

【図面の簡単な説明】

【図１】この発明の実施の形態を説明するための永久磁
石電動機の概略的平面図。

【図２】この発明の変形実施の形態を説明するための永
久磁石電動機を構成するロータコアの概略的部分平面
図。

【図３】図１に示す永久磁石を構成するロータコアの概
略的断面図。

【図４】従来の永久磁石電動機を説明するための概略的
平面図。

【符号の説明】

１ステータコア４中心孔（シャフト用）１０ロータコア（磁石埋込型界磁鉄心）１１永久磁石（ロータコア１０の）１２かしめ部１３リベット１４孔（フラックスバリア用）

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者奥寺浩之神奈川県川崎市高津区末長1116番地株式会社富士通ゼネラル内 (72)発明者河西宏治神奈川県川崎市高津区末長1116番地株式会社富士通ゼネラル内

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】ステータコア内に磁石埋込型界磁鉄心
（ロータコア）を配置してなる永久磁石電動機におい
て、前記ロータコアの１極当り断面バスタブ曲線形状の
永久磁石を１つ用い、かつ該永久磁石の断面バスタブ曲
線形状の底辺部を当該中心孔に向けて埋設し、該バスタ
ブ曲線形状の永久磁石を前記ロータコアの円周方向に当
該極数分だけ等間隔に埋設してなることを特徴とする永
久磁石電動機。
【請求項２】前記永久磁石と前記中心孔との間の領域
にかしめ部を形成し、前記永久磁石と前記ロータコアの
外周との間の領域にリベットを通してなる請求項１記載
の永久磁石電動機。
【請求項３】前記永久磁石の断面バスタブ曲線形状の
底辺および両斜辺部を直線的にし、その角部を丸め、前
記永久磁石の両端部の一方の角側にフラックスバリア用
の孔を形成し、他方の角側を所定角度でカットしてなる
請求項１または２記載の永久磁石電動機。
【請求項４】前記永久磁石はフェライト磁石である請
求項１，２また３記載の永久磁石電動機。
【請求項５】前記ロータコアを組み込んでＤＣブラシ
レスモータとしてなる請求項１，２，３または４記載の
永久磁石電動機。