JP2000032691A - 永久磁石電動機 - Google Patents

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
とリラクタンストルクを併用してモータの高トルク化、
低コスト化を可能とする。 【解決手段】 回転磁界を発生する固定子１の内部に回
転子１０を有する永久磁石電動機において、固定子１か
らの磁路について一方のｑ軸から他方のｑ軸へ所定の磁
路幅を確保するように、回転子１０には断面蒲鉾形のマ
グネット１１をｄ軸の近傍に同回転子１０の外周に沿っ
て当該極数分だけ等間隔に埋め込むとともに、ｑ軸に沿
って長方形の孔１２を形成する。前記隣接するマグネッ
ト１１の磁化方向を逆向きとすることによりマグネット
トルクが発生し、かつ、前記磁路幅の確保と前記マグネ
ット１１および長方形の孔１２とによりｄ軸、ｑ軸イン
ダクタンスの差が大きくなり、リラクタンストルクが発
生する。

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、空気調和機や自
動車等に用いるモータの永久磁石電動機に係り、特に詳
しくはマグネットトルクおよびリラクタンストルクを有
効利用する永久磁石電動機に関するものである。

【０００２】

【従来の技術】永久磁石電動機は、例えば図７に示すよ
うに、回転磁界を発生する２４スロットの固定子１内に
回転子２を有しており、この回転子２には当該永久磁石
電動機の極数（４極）分だけの永久磁石３が外径に沿っ
て円周方向に配置されている。なお、４はシャフト用の
中心孔である。また、回転子２を無駄なく利用するため
にマグネットの量を多くすることによってマグネットト
ルクを大きなものとし、大きなトルクを発生する永久磁
石電動機を得るようにしている。

【０００３】一方、例えば図８に示すように、マグネッ
トを用いないリラクタンスモータが既に提案されてお
り、このリラクタンスモータは前記永久磁石電動機と同
様の２４スロットの固定子１内に回転子５を有してい
る。この回転子５の外周は凹凸形状になっており、この
凹凸部が当該リラクタンスモータの極数（４極）分だけ
等間隔に形成されている。これにより、固定子１から一
方（ｄ軸）の磁束がその凸部を介して回転子５内を通り
易く、他方（ｇ軸）の磁束が凹部（フラックスバリア）
により回転子５内を通りにくくなる。このような磁束の
通り方により、回転子５内のリラクタンスが不均一にな
り、またその凸部に突極部が形成され、固定子１の回転
磁界とあいまって回転子５が回転する。

【０００４】したがって、永久磁石電動機は、マグネッ
トによる磁束が大きいため、リラクタンスモータより大
きいトルクを得ることができ、リラクタンスモータはマ
グネットを使用しない分永久磁石電動機よりコストが安
価に済む。

【０００５】

【発明が解決しようとする課題】しかしながら、前記永
久磁石電動機においては、永久磁石３が固定子１からの
磁路を阻害し、リラクタンストルクの発生がほとんどな
い。つまり、リラクタンストルクの寄与はほとんど見ら
れないことから、高トルク、高効率化を図るために希土
類の永久磁石等を使用すると、モータのコストがより高
くなってしまう。また、前記リラクタンスモータにおい
ては、回転子５に設けた凹部（フラックスバリア）が無
駄なスペースになっているばかりか、マグネットトルク
の発生がな、どうしても高トルク、高効率化が望めな
い。このように、永久磁石電動機およびリラクタンスモ
ータにあっては、トルクおよびコスト面を勘案すると、
トルクの有効的な利用に限りがある。

【０００６】この発明は前記課題に鑑みなされたもので
あり、その目的はマグネットトルクとリラクタンストル
クを組合せて高トルク化、低コスト化を図ることができ
るようにした永久磁石電動機を提供することにある。

【０００７】

【課題を解決するための手段】前記目的を達成するため
に、この発明は回転磁界を発生する固定子の内部に回転
子を有する永久磁石電動機において、前記回転子には、
固定子からの磁路について一方のｑ軸から他方のｑ軸へ
所定の磁路幅を確保するように、断面蒲鉾形のマグネッ
トをｄ軸の近傍に前記回転子の外周に沿って当該極数分
だけ等間隔に埋め込むとともに、ｑ軸に沿って長方形の
孔を形成し、前記隣接するマグネットの磁化方向を逆向
きとしてマグネットトルクを発生させ、かつ、前記磁路
幅の確保と前記マグネットおよび長方形の孔とによりｄ
軸、ｑ軸インダクタンスの差を大きくしてリラクタンス
トルクを発生させるようにしたことを特徴としている。

【０００８】この場合、前記回転子は、電磁鋼板を自動
プレスで打ち抜くとともに、金型内で自動積層してなる
コアであり、該自動積層したコアを当該中心孔と前記マ
グネットの埋め込み孔との間あるいは当該中心孔と前記
長方形の孔との間にリベットを通してかしめるとよい。

【０００９】前記マグネットと前記回転子の外周との間
隔および前記長方形の孔と前記回転子の外周との間隔は
当該コアシートの厚さの１倍から３倍の範囲にすると好
ましい。

【００１０】また、この発明は回転磁界を発生する固定
子の内部に回転子を有する永久磁石電動機において、前
記回転子には、固定子からの磁路について一方のｑ軸か
ら他方のｑ軸へ所定の磁路幅を確保するように、断面蒲
鉾形のマグネットをｄ軸の近傍に前記回転子の外周に沿
って当該極数分だけ等間隔に埋め込むとともに、ｑ軸に
沿って当該中心孔に向けて長細い凹部を形成し、前記隣
接するマグネットの磁化方向を逆向きとしてマグネット
トルクを発生させ、かつ、前記磁路幅の確保と前記マグ
ネットおよび凹部とによりｄ軸、ｑ軸インダクタンスの
差を大きくしてリラクタンストルクを発生させるように
したことを特徴としている。

【００１１】この場合、前記回転子は、電磁鋼板を自動
プレスで打ち抜くとともに、金型内で自動積層してなる
コアであり、該自動積層したコアを当該中心孔と前記凹
部の端部との間あるいは当該中心孔と前記マグネットの
埋め込み孔との間にリベットを通してかしめるとよい。

【００１２】前記マグネットと前記回転子の外周との間
隔はコアシートの厚さの１倍から３倍の範囲にすると好
ましい。

【００１３】さらに、前記マグネットはフェライト磁石
あるいは希土類磁石にするとよい。前記回転子を組み込
んでＤＣブラシレスモータとするとよい。

【００１４】

【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６を参照して詳しく説明する。図中、図７お
よび図８と同一部分には同一符号を付して重複説明を省
略する。

【００１５】この発明の永久磁石電動機は、ｄ軸方向に
ＩＰＭ方式でマグネットを埋め込み、またｑ軸に沿って
長方形状のフラックスバリアを設け、かつ一方のｑ軸か
ら他方のｑ軸への磁路幅を広く確保すれば、マグネット
トルクの発生だけでなく、リラクタンストルクをも有効
に発生させるという永久磁石電動機およびリラクタンス
モータの利点を生かし、高トルク化、低コスト化が図れ
ることに着目にしたものである。

【００１６】そのため、図１および図２に示すように、
この永久磁石電動機の回転子１０は、固定子１からの一
方（一方のｑ軸から他方のｑ軸へ）の磁気通路を確保す
るように（図２の波線矢印参照）、蒲鉾形状のマグネッ
ト１１を回転子１０の外周に沿って当該極数分等間隔に
埋め込む一方（電気角でほぼπの位相差を有するように
埋め込む一方）、ｑ軸に沿って（マグネット１１から電
気角でほぼπ／２の位相差の位置に）フラックスバリア
となる長方形の孔１２を形成している。

【００１７】一方、隣接するマグネット１１は異極とす
る。また、固定子１においては、例えば外径側の巻線を
Ｕ相、内径側の巻線をＷ相、その中間の巻線をＶ相とし
ている。なお、２４スロットの固定子１には三相（Ｕ
相、Ｖ相およびＷ相）の電機子巻線が施されているが、
スロット数や電機子巻線が異なっていてもよい。

【００１８】前記マグネット１１は、蒲鉾形の円弧部分
を外周に沿うように配置されており、マグネットトルク
が有効に発生する。

【００１９】前記マグネット１１の量は、従来の永久磁
石電動機より少なく、マグネット１１の間隔が広く、固
定子１からの磁束が一方のｑ軸から他方のｄ軸へ通り易
くしている（図２の波線矢印参照）。これは、その磁路
の磁気抵抗を小さくし、ｑ軸インダクタンスＬｑを大き
くすることになる。

【００２０】また、マグネット１１は、透磁率が小さく
フラックスバリアとして働き、かつ長方形の孔１２がフ
ラックスバリアであることことから、固定子１からの磁
気が一方のｄ軸から他方のｄ軸へ通りにくくなる。これ
は、その磁路の磁気抵抗を大きくし、ｄ軸インダクタン
スＬｄを小さくすることになる。

【００２１】したがって、ＬｄとＬｑとの差が大きくな
り、リラクタンストルクが有効に発する。

【００２２】さらに、回転子１０の外周とマグネット１
１との間隔は、後述するコアシート１０ａの厚さをｔと
すると、ｔから３ｔの範囲内とする。同様に、回転子１
０の外周と長方形の孔１２の端部との間隔はｔから３ｔ
の範囲内とする。これにより、後述するコア製造時にバ
リ等の発生もなく、精度よくコアを製造することができ
るとともに、マグネット１１の磁束の漏洩、短絡も防止
することができ、マグネットトルクの向上に寄与する。

【００２３】ここで、モータコストについて考えると、
コストはマグネット１１の大きさに依存する。したがっ
て、マグネット１１の使用量を少なくし、マグネット１
１を小さくして一方のｑ軸から他方のｑ軸への磁路幅を
より広くすると、リラクタンストルクを大きくすること
ができる。つまり、マグネット１１の減少分をリラクタ
ンストルクで補うことができ、ひいては高トルク化、低
コスト化を実現することができる。

【００２４】また、マグネット１１としては、フェライ
ト磁石や希土類磁石を用いる。この場合、フェライト磁
石は低コスト化に有効であり、希土類磁石は高トルク化
に有効となる。

【００２５】ところで、回転子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。

【００２６】図３および図４に示すように、このプレス
加工工程では、回転子１０のコアを打ち抜き、シャフト
用の中心孔４、永久磁石１１を埋設する孔１１ａおよび
長方形の孔１２を打ち抜いたコアシート１０ａを積層し
てかしめる。このかしめは、積層したコアの両端側に蓋
をするとともに、かしめ用のリベット１３を孔１３ａに
通して行う。したがって、前記コアシート１０ａのプレ
ス加工時に、リベット１３を通す孔１３ａも打ち抜くこ
とになる。

【００２７】そして、自動的にプレス、積層して得た回
転子１０のコアの孔にＩＰＭ方式でマグネット１１を埋
め込み、このマグネット１１を磁化、着磁する。なお、
マグネット１１はｄ軸方向に磁化、着磁し、かつ隣接す
るマグネット１１の磁化、着磁は逆向きにする。

【００２８】前記リベット１３を通す孔１３ａは、ｄ軸
上でシャフト用の中心孔４とマグネット１１の孔１１ａ
との中間点に設けられている。したがって、リベット１
３の材料としては、透磁率の大きい磁性体を用いる。す
なわち、固定子１からの磁気が一方のｑ軸から他方のｑ
軸へ通り易くなり（図３の波線矢印参照）、ｑ軸インダ
クタンスが大きくなるからである。

【００２９】なお、後述する変形例に示すように、リベ
ット１３を通す孔１３ａをｑ軸上でシャフト用の中心孔
４と長方形の孔１２との中間点に設けるようにしてもよ
い。この場合、リベット１３の材料としては、比較的透
磁率の小さい磁性体を用いる。すなわち、固定子１から
の磁気が一方のｄ軸から他方のｄ軸へ通りにくくなり、
ｄ軸インダクタンスが小さくなるからである。

【００３０】このように、マグネットトルクおよびリラ
クタンストルクを有効に発生させてマグネット１１の使
用量を削減することにより、低コスト化を実現すること
ができるとともに、リラクタンストルクを有効が発生す
ることによって高トルクを維持することができる。

【００３１】また、前述により形成される回転子１０を
組み込んでＤＣブラシレスモータとし、例えば空気調和
機の圧縮機モータ等として利用すれば、コストをアップ
することなく、空気調和機の性能アップ（運転効率の上
昇）を図ることができる。

【００３２】図５および図６は、この発明の変形実施の
形態を説明する概略的平面図である。なお、図中、図１
ないし図３と同一部分には同一部分を付して重複説明を
省略する。

【００３３】図５において、この発明の永久磁石電動機
の回転子２０は、図１に示すｑ軸方向のフラックスバリ
アの長方形の孔１２に代え、シャフト用の中心孔４に向
けて長細く切り込んだ凹部２１を有している。

【００３４】また、図６に示すように、ｑ軸上でシャフ
ト用の中心孔４と凹部２１の端部との中間点には、コア
をかしめるためにリベット１３を通す孔１３ａが設けら
れている。この場合、リベット１３の材料としては、前
実施の形態で説明したように、透磁率の小さい磁性体を
用いるとよい。

【００３５】なお、リベット１３を通す孔１３ａは、図
３と同様に、ｄ軸上でシャフト用の中心孔４とマグネッ
ト１１との中間点に設けるようにしてもよい。この場
合、リベットの材料としては、前実施の形態で説明した
ように、透磁率の大きい磁性体を用いるとよい。

【００３６】このように、コアに凹部を形成してフラッ
クスバリアとし、つまりフラックスバリアの形状を前実
施の形態の長方形の孔１２と異なるものとしていること
から、コア製造時におけるコアプレス時にバリ等の発生
を考慮する必要がなくなり、コアの製造が容易なものと
なる。

【００３７】なお、図５および図６と図２および図３と
を比較すると、明かなように、当該回転子２０の他の部
分ついては前実施の形態と同じであり、同じ効果を奏す
ることから説明を省略する。

【００３８】

【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、回転磁界を発生する
固定子の内部に回転子を有する永久磁石電動機におい
て、前記回転子には、固定子からの磁路について一方の
ｑ軸から他方のｑ軸へ所定の磁路幅を確保するように、
断面蒲鉾形のマグネットをｄ軸の近傍に前記回転子の外
周に沿って当該極数分だけ等間隔に埋め込むとともに、
ｑ軸に沿って長方形の孔を形成し、前記隣接するマグネ
ットの磁化方向を逆向きとしてマグネットトルクを発生
させ、かつ、前記磁路幅の確保と前記マグネットおよび
長方形の孔とによりｄ軸、ｑ軸インダクタンスの差を大
きくしてリラクタンストルクを発生させるようにしたの
で、マグネットトルクとリラクタンストルクを組合せて
高トルク化、低コスト化を図ることができ、例えば、マ
グネットの使用量を減らしてマグネットのコア占有率を
下げることにより、リラクタンストルクを上げることが
でき、ひいては高トルク、低コストのモータを実現する
ことができるという効果がある。

【００３９】請求項２記載の発明によると、請求項１に
おける回転子は、電磁鋼板を自動プレスで打ち抜くとと
もに、金型内で自動積層してなるコアであり、この自動
積層したコアを当該中心孔と前記マグネットの埋め込み
孔との間あるいは当該中心孔と前記長方形の孔との間に
リベットを通してかしめるようにしたので、請求項１の
効果に加え、従来のプレス、積層方式を利用し、低コス
トで済ませることができるとともに、例えば、当該中心
孔とマグネットの埋め込み孔との中間点に通すリベット
を透磁率の大きい磁性体とし、あるいは当該中心孔と長
方形の孔との中間点に通すリベットを透磁率の小さい磁
性体とすることにより、リラクタンストルクを大きくす
ることができ、ひいては高トルク化が望めるという効果
がある。

【００４０】請求項３記載の発明によると、請求項１に
おいて前記マグネットと前記回転子の外周との間隔およ
び前記長方形の孔と前記回転子の外周との間隔は当該コ
アシートの厚さの１倍から３倍の範囲としたので、請求
項１の効果に加え、自動プレスによってコアを製造する
際にバリ等の発生をなくし、品質のよいコアを製造する
ことができることから、コアの歩留まりの向上を図れる
とともに、モータのコスト高を抑えることができるとい
う効果がある。

【００４１】請求項４記載の発明によると、回転磁界を
発生する固定子の内部に回転子を有する永久磁石電動機
において、前記回転子には、固定子からの磁路について
一方のｑ軸から他方のｑ軸へ所定の磁路幅を確保するよ
うに、断面蒲鉾形のマグネットをｄ軸の近傍に前記回転
子の外周に沿って当該極数分だけ等間隔に埋め込むとと
もに、ｑ軸に沿って当該中心孔に向けて長細い凹部を形
成し、前記隣接するマグネットの磁化方向を逆向きとし
てマグネットトルクを発生させ、かつ、前記磁路幅の確
保と前記マグネットおよび凹部とによりｄ軸、ｑ軸イン
ダクタンスの差を大きくしてリラクタンストルクを発生
させるようにしたので、マグネットトルクとリラクタン
ストルクを組合せて高トルク化、低コスト化を図ること
ができ、例えば、マグネットの使用量を減らしてマグネ
ットのコア占有率を下げることにより、リラクタンスト
ルクを上げることができ、ひいては高トルク、低コスト
のモータを実現することができるという効果がある。

【００４２】請求項５記載の発明によると、請求項４に
おける前記回転子は、電磁鋼板を自動プレスで打ち抜く
とともに、金型内で自動積層してなるコアであり、該自
動積層したコアを当該中心孔と前記凹部の端部との間あ
るいは当該中心孔と前記マグネットの埋め込み孔との間
にリベットを通してかしめるようにしたので、請求項４
の効果に加え、従来のプレス、積層方式を利用し、低コ
ストで済ませることができるとともに、例えば、当該中
心孔と凹部の端部の中間点に通すリベットを透磁率の小
さい磁性体とし、あるいは当該中心孔とマグネットの埋
め込み孔との中間点に通すリベットを透磁率の大きい磁
性体とすることにより、リラクタンストルクを大きくす
ることができ、ひいては高トルク化が望めるという効果
がある。

【００４３】請求項６記載の発明によると、請求項４に
おいて前記マグネットと前記回転子の外周との間隔はコ
アシートの厚さの１倍から３倍の範囲としたので、請求
項４の効果に加え、自動プレスによってコアを製造する
際にバリ等の発生をなくし、品質のよいコアを製造する
ことができることから、コアの歩留まりを向上させるこ
とができるとともに、モータのコスト高を抑えることが
できるという効果がある。

【００４４】請求項７記載の発明によると、請求項１ま
たは４におけるマグネットは、フェライト磁石あるいは
希土類磁石としたので、請求項１または４の効果に加
え、モータコストやトルクを考慮して入手の容易なファ
ライト磁石あるいは磁力が大きい希土類磁石を選択し、
当該マグネットトルクおよびリラクタンストルクの大き
さを勘案して適応的なトルクのモータを実現することが
できるとともに、低コスト化を図れるという効果があ
る。

【００４５】請求項８記載の発明によると、請求項１ま
たは４における回転子を組み込んでＤＣブラシレスモー
タとしたので、請求項１または４の効果に加え、例えば
空気調和機の圧縮機モータ等として利用すれば、コスト
をアップすることなく、空気調和機の性能アップを図る
ことができるという効果がある。

【図面の簡単な説明】

【図１】この発明の実施の一形態を示す永久磁石電動機
の概略的平面図。

【図２】図１に示す永久磁石電動機を説明するための回
転子の概略的平面図。

【図３】図１に示す永久磁石電動機を説明するための回
転子の概略的平面図。

【図４】図１に示す永久磁石電動機を説明するための回
転子の概略的側断面図。

【図５】この発明の変形実施の形態を示す永久磁石電動
機の概略的平面図。

【図６】図５に示す永久磁石電動機を説明するための回
転子の概略的平面図。

【図７】従来の永久磁石電動機の概略的平面図。

【図８】従来のリラクタンスモータの概略的断面図。

【符号の説明】

１ 固定子 ４ 中心孔（シャフト用） １０，２０ 回転子 １１ マグネット（蒲鉾形） １１ａ 孔（マグネットの埋設孔） １２ 孔（長方形のフラックスバリア） １３ リベット １３ａ 孔（リベット通し孔） ２１ 凹部（長細いフラックスバリア） ｔ コアシートの厚さ

Claims (8)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 回転磁界を発生する固定子の内部に回転
   子を有する永久磁石電動機において、前記回転子には、
   固定子からの磁路について一方のｑ軸から他方のｑ軸へ
   所定の磁路幅を確保するように、断面蒲鉾形のマグネッ
   トをｄ軸の近傍に前記回転子の外周に沿って当該極数分
   だけ等間隔に埋め込むとともに、ｑ軸に沿って長方形の
   孔を形成し、前記隣接するマグネットの磁化方向を逆向
   きとしてマグネットトルクを発生させ、かつ、前記磁路
   幅の確保と前記マグネットおよび長方形の孔とによりｄ
   軸、ｑ軸インダクタンスの差を大きくしてリラクタンス
   トルクを発生させるようにしたことを特徴とする永久磁
   石電動機。
2. 【請求項２】 前記回転子は、電磁鋼板を自動プレスで
   打ち抜くとともに、金型内で自動積層してなるコアであ
   り、該自動積層したコアを当該中心孔と前記マグネット
   の埋め込み孔との間あるいは当該中心孔と前記長方形の
   孔との間にリベットを通してかしめるようにした請求項
   １記載の永久磁石電動機。
3. 【請求項３】 前記マグネットと前記回転子の外周との
   間隔および前記長方形の孔と前記回転子の外周との間隔
   は当該コアシートの厚さの１倍から３倍の範囲とした請
   求項１記載の永久磁石電動機。
4. 【請求項４】 回転磁界を発生する固定子の内部に回転
   子を有する永久磁石電動機において、前記回転子には、
   固定子からの磁路について一方のｑ軸から他方のｑ軸へ
   所定の磁路幅を確保するように、断面蒲鉾形のマグネッ
   トをｄ軸の近傍に前記回転子の外周に沿って当該極数分
   だけ等間隔に埋め込むとともに、ｑ軸に沿って当該中心
   孔に向けて長細い凹部を形成し、前記隣接するマグネッ
   トの磁化方向を逆向きとしてマグネットトルクを発生さ
   せ、かつ、前記磁路幅の確保と前記マグネットおよび凹
   部とによりｄ軸、ｑ軸インダクタンスの差を大きくして
   リラクタンストルクを発生させるようにしたことを特徴
   とする永久磁石電動機。
5. 【請求項５】 前記回転子は、電磁鋼板を自動プレスで
   打ち抜くとともに、金型内で自動積層してなるコアであ
   り、該自動積層したコアを当該中心孔と前記凹部の端部
   との間あるいは当該中心孔と前記マグネットの埋め込み
   孔との間にリベットを通してかしめるようにした請求項
   ４記載の永久磁石電動機。
6. 【請求項６】 前記マグネットと前記回転子の外周との
   間隔はコアシートの厚さの１倍から３倍の範囲とした請
   求項４記載の永久磁石電動機。
7. 【請求項７】 前記マグネットはフェライト磁石あるい
   は希土類磁石である請求項１または４記載の永久磁石電
   動機。
8. 【請求項８】 前記回転子を組み込んでＤＣブラシレス
   モータとしてなる請求項１または４記載の永久磁石電動
   機。