JP2000228838A

JP2000228838A - 永久磁石モータ

Info

Publication number: JP2000228838A
Application number: JP11079803A
Authority: JP
Inventors: Tetsuya Miura; 徹也三浦; Masaru Hirako; 勝平子; Shigetaka Nagamatsu; 茂隆永松; Yasumi Kawabata; 康己川端; Tetsuya Sugimoto; 哲也杉本
Original assignee: Toyota Motor Corp
Current assignee: Toyota Motor Corp
Priority date: 1998-12-01
Filing date: 1999-03-24
Publication date: 2000-08-15
Also published as: US6359359B1

Abstract

(57)【要約】【課題】渦電流損失を低減する。【解決手段】ロータ片１０に複数の穴１２を設け、こ
の穴１２内に円周方向において複数に分割された永久磁
石１４を配置する。これによって、１つ１つの永久磁石
１４が小さく、渦電流の電流経路は狭いものになる。そ
こで、渦電流が小さくなり、複数の永久磁石１４の総和
としても渦電流が絶対的に小さくなり、渦電流損失を低
減し、モータの発熱を低減することができる。また、分
割した永久磁石１４同士を一部で連結しておいてもよ
い。さらに、分割した永久磁石１４のいくつかをフェラ
イトの磁石とし、他を希土類の磁石としてもよい。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】ロータに複数の穴を設け、こ
の穴内に永久磁石を配置した永久磁石モータに関する。

【０００２】

【従来の技術】従来より、永久磁石モータでは、ロータ
内に複数の永久磁石を挿入配置し、極を形成している。
そして、ロータを取り囲むように配置したステータ側の
コイルに通電して、回転磁界を形成することで、ロータ
が回転駆動される。永久磁石により、所定の極毎の磁界
が形成されるため、小型で、高出力が得られる。

【０００３】

【発明が解決しようとする課題】しかし、モータの小型
化・高速化・高出力化に伴い、磁石中の渦電流による損
失、発熱の問題が大きくなっている。すなわち、発熱は
磁石の減磁などにつながり、モータの故障の原因にもな
る。また、渦電流による損失は、モータの効率低下とな
る。

【０００４】本発明は、上記課題に鑑みなされたもので
あり、渦電流による損失・発熱を減少できる永久磁石モ
ータを提供することを目的とする。

【０００５】

【課題を解決するための手段】本発明は、ロータに複数
の穴を設け、この穴内に永久磁石を配置した永久磁石モ
ータにおいて、前記穴内の永久磁石は、円周方向におい
て複数の永久磁石に分割されていることを特徴とする。

【０００６】このように、１つの穴内において複数の永
久磁石が円周方向に分割されて配置されている。渦電流
は個々の磁石の外周部に沿って流れるため分割すること
により、全磁石の外周の長さの総和が長くなり、渦電流
経路が長くなる。これによって、渦電流が小さくなり、
複数の永久磁石の総和としても渦電流が絶対的に小さく
なる。そこで、渦電流損失を低減し、モータの発熱を低
減することができる。

【０００７】また、前記穴内の永久磁石は、少なくとも
３つに分割されており、穴内における中央部の永久磁石
が両側の永久磁石より半径方向外側に配置されることが
好適である。

【０００８】このように、永久磁石をずらすことによ
り、永久磁石が円弧状のものに近くなる。これによっ
て、安価な平板型の永久磁石を利用し、これをずらして
利用することで、トルクリプルを十分低減してかつモー
タを安価なものにできる。

【０００９】また、前記穴内の複数の永久磁石のうち、
少なくとも１つをフェライトの磁石で構成し、他を希土
類の磁石で形成することが好適である。フェライトは電
気抵抗が大きいため、そこに発生する渦電流をほぼ０に
できる。一方、フェライトの磁石は、磁力が弱いが一部
の永久磁石のみフェライトの磁石とし、他を希土類の磁
石とすることでトータルとしての磁力の低下を少なくす
ることができる。

【００１０】また、前記穴内の複数の永久磁石のうち、
ロータの回転方向から見て穴内の先頭にあるものをフェ
ライトの磁石とすることが好適である。先頭の永久磁石
はステータにより発生する磁界にはじめに進入するため
ここにより大きな渦電流が発生しやすい。この部位にフ
ェライトの磁石を配置し、ここで発生する渦電流を０に
することにより、渦電流の減少効果を大きくすることが
できる。

【００１１】また、本発明は、ロータに複数の穴を設
け、この穴内に永久磁石を配置した永久磁石モータにお
いて、前記穴内の永久磁石は、少なくとも円周方向ある
いは軸方向において、スリットにより一部で隣接するも
の同士が連結されるようにして、複数の永久磁石に分割
されていることを特徴とする。

【００１２】このように構成することで、実質的に永久
磁石を分割して渦電流を低減できるが、一体の永久磁石
と同様に取り扱うことができる。従って、組立などの作
業を効率的に行うことができ、生産性を向上することが
できる。

【００１３】

【発明の実施の形態】以下、本発明の実施の形態（以下
実施形態という）について、図面に基づいて説明する。

【００１４】「第１実施形態」図１は、本発明の第１実
施形態に係る永久磁石モータの構造を示す説明図であ
る。この図においては、ロータ及びステータの１／４を
示している。ロータの１／４に当たるロータ片１０に
は、２つの穴１２が形成されている。そして、この２つ
の穴１２には、それぞれ３つの永久磁石１４が円周方向
に隣接して挿入される。

【００１５】ここで、この３つの永久磁石１４は、電気
的に分離されている。永久磁石１４は、通常鉄により構
成されるため、直接接触させると電気的に接続されてし
まう。そこで、本実施形態では、これら３つの永久磁石
１４を絶縁材を介し、配置することで、電気的に分離し
ている。例えば、絶縁紙、絶縁テープ、エポキシ樹脂等
の合成樹脂を介在させている。また、永久磁石１４の周
囲全体をエポキシ樹脂などで覆うことで、隣接する永久
樹脂との絶縁だけでなく、防錆効果を得ることもでき
る。

【００１６】一方、ステータの１／４に当たるステータ
片２０は、ロータ片１０の周囲に微小間隙（ギャップ）
２２を介して配置されている。ステータ片２０には、３
つの穴２４が設けられている。この穴２４には、ステー
タコイル（図示せず）が挿入配置される。

【００１７】このロータ片１０を４つ円周方向に接続し
ロータが形成される。このロータの中心部には回転シャ
フトが配置されロータに固定される。また、ステータ片
２０を４つ円周方向に接続しステータが形成される。

【００１８】そして、ステータコイルへの通電を制御す
ることで、ここに回転磁界を生起する。ロータは、永久
磁石１４が配置されているため、回転磁界によりロータ
に回転トルクが発生し、ロータが回転されることにな
る。

【００１９】ここで、ステータコイルによって発生され
る磁束は永久磁石１４を貫くため、永久磁石１４におい
て渦電流が発生する。１つの穴１２に挿入される永久磁
石１４が１つの場合には、図２（ａ）に示すように、大
きな永久磁石１４の全体を電流経路とする経路の広い渦
電流が生起される。

【００２０】ところが、本実施形態では、１つの穴１２
内において複数の永久磁石１４が円周方向に配置されて
いる。従って、図２（ｂ）に示すように、渦電流は個々
の磁石の外周部に沿って流れるため分割することによ
り、全磁石の外周の長さの総和が長くなり、渦電流経路
が長くなる。これによって、渦電流が小さくなり、３つ
の永久磁石１４の総和としても渦電流が絶対的に小さく
なる。そこで、渦電流損失を低減し、モータの発熱を低
減することができる。

【００２１】図３に、１穴内における永久磁石１４の分
割数と渦電流損失の関係を示す。このように、永久磁石
１４の分割によって、渦電流損失が低減できることがわ
かる。特に、数分割でもかなりの損失低減が達成できる
ことが理解される。

【００２２】「第２実施形態」図４は、第２実施形態の
構成を示す図であり、穴１２内において中央の永久磁石
１４を半径方向外側、すなわちステータ側に移動して配
置してある。このような配置により、モータのトルクリ
プルを減少することができる。特に、分割した各永久磁
石１４の面重心が１つの円周上に配置されるようにする
ことが望ましい。

【００２３】従来より、ロータの周囲に沿った円弧状に
湾曲した永久磁石を利用することが知られており、この
構成によりトルクリプルが減少できる。しかし、このよ
うな湾曲した永久磁石は製作が難しく、かつ汎用性に乏
しいため、高価なものになる。本実施形態のように、安
価な平板型の永久磁石１４を利用し、これをずらして利
用することで、トルクリプルを十分低減して、かつモー
タを安価なものにできる。

【００２４】図５に、ロータ位置に応じたトルクを示
す。ここで、比較例として、１枚の平板の永久磁石を利
用したものを示す。このように、永久磁石を３分割し、
中央の永久磁石を外側にずらすことで、トルクリプルを
２５％→１３％に減少することができた。なお、この例
は、３つの永久磁石の面重心が円周上に位置するように
した例である。

【００２５】なお、この例においても穴１２内の永久磁
石１４を分割しているため、上述のような渦電流の損失
を低減できることはいうまでもない。

【００２６】「第３実施形態」図６は、第３実施形態の
構成を示す図であり、この例において、ロータ片１０
は、図中矢印で示したように半時計回りに回転する。そ
して、このロータ片１０の穴１２に挿入される分割され
た永久磁石１４ａ、１４ｂ、１４ｃは、その性状が同一
ではない。すなわち、永久磁石１４ａは、フェライトの
磁石であり、永久磁石１４ｂ、１４ｃは、希土類の磁石
で構成されている。

【００２７】フェライトの磁石は、その電気抵抗が希土
類の磁石に対し１０⁵〜１０⁶倍である。従って、フェラ
イトの磁石には渦電流はほとんど発生しない。そこで、
永久磁石１４ａにおける渦電流は、ほとんど０である。

【００２８】一方、フェライトの磁石の磁力は、希土類
の磁石に比べかなり弱い。そこで、フェライトの磁石の
みを用いてロータ片１０を形成するとその回転力は非常
に弱いものになってしまう。ところが、本実施形態で
は、穴１２に挿入する３つの永久磁石１４ａ〜１４ｃの
うちの１つの永久磁石１４ａのみをフェライトの磁石に
し、他の２つの永久磁石１４ｂ、１４ｃは、希土類の磁
石を採用している。そこで、１つの永久磁石１４ａの渦
電流をほぼ０にできるとともに、１つの穴１２に挿入さ
れる永久磁石１４ａ〜１４ｃのトータルとしての磁力の
劣化を所定の範囲に収めることができる。

【００２９】特に、ロータ片１０の回転方向から見て穴
１２内で、先頭に位置する永久磁石１４ａは、ステータ
のコイルによる磁界に最初に進入する磁石であり、同一
の永久磁石を複数配置した場合には、この永久磁石１４
ａに発生する渦電流が最も大きくなる。そこで、この永
久磁石１４ａをフェライトの磁石にすることによって、
渦電流を効率的に減少することができる。

【００３０】なお、フェライトの磁石は、永久磁石１４
の一部に採用されれば、必ずしも穴１２内に１つに限定
されない。また、１つの穴１２内に必ずフェライトの磁
石が存在する必要はない。

【００３１】このように、本実施形態では、永久磁石を
分割するだけでなく、渦電流が大きくなる永久磁石１４
ａにフェライトの磁石を採用するため、トータルとして
発生する渦電流をより効率的に減少できる。また、他の
永久磁石１４ｂ、１４ｃに希土類の磁石を採用すること
で、永久磁石１４のトータルとしての磁力が大きく減少
することを防止することができる。

【００３２】「第４実施形態」図７、８、９に、第４実
施形態の構成を示す。この例では、永久磁石１４を複数
の永久磁石に分割するが、一部は連通した状態としてい
る。従って、永久磁石は実質的に分割されているが、穴
１２内への組み込み作業などにおいては、１つの磁石と
して取り扱うことができ、生産性を向上することができ
る。また、連通している部分を強度を維持できる範囲内
で十分小さくすることで、渦電流低減の効果を十分なも
のに維持することができる。

【００３３】すなわち、図７の構成では、永久磁石１４
が４つの永久磁石１４ａ、１４ｂ、１４ｃ、１４ｄに分
割されているが、表面側から縦方向のスリット１４０を
裏面側に向けて形成することで分割されており、裏面側
は連通している。なお、表面側がステータに向くように
穴１２内に配置することが好ましい。

【００３４】また、図８の構成では、永久磁石１４に横
方向のスリット１４０も形成し、永久磁石を上下左右方
向に分割している。これによって、分割された１つ１つ
の永久磁石がより小さくなり、発生する渦電流をより低
減できる。

【００３５】また、図９の構成では、上端及び下端から
内側に向けて形成したスリット１４０により永久磁石１
４を複数の永久磁石１４ａ〜１４ｄに分割している。こ
れによって、各永久磁石１４ａ〜１４ｄは、その側面の
中央部付近で隣接する永久磁石１４ａ〜１４ｄに連通し
ている。

【００３６】さらに、連通させる部分の構成は、これに
限らず任意の形状とすることができ、例えば棒状の連通
部を形成して、隣接するもの同士を接続してもよい。ま
た、この連通部は任意の部分に形成することが可能であ
る。

【００３７】さらに、永久磁石１４は一体的に形成する
ことが好ましいが、別体として形成し、これを板材など
の連通部に貼り付けて接続することも可能である。この
場合、連通部は、絶縁材で構成することもできる。な
お、この絶縁材をスペーサとすれば、第１実施形態と同
一の構成となる。

【００３８】「その他の構成」また、上記実施形態で
は、永久磁石１４を細分割して穴１２に挿入したが、表
面磁石を利用したモータの場合であれば、表面磁石を分
割して貼り付ければよい。

【００３９】

【発明の効果】以上説明したように、本発明によれば、
永久磁石を穴内で分割した。このため、渦電流を低減し
て、渦電流損失を低減することができる。また、分割し
た永久磁石同士を一部で連結しておくことで、生産性を
向上できる。さらに、分割した永久磁石のいくつかをフ
ェライトの磁石とし、他を希土類の磁石とすることで、
磁力の低下を少なくして、かつ渦電流の発生を効果的に
低減できる。

【図面の簡単な説明】

【図１】第１実施形態のモータの要部構成を示す図で
ある。

【図２】渦電流の電流経路を示す図である。

【図３】永久磁石の分割数と、渦電流損失の関係を示
す図である。

【図４】第２実施形態の永久磁石の配置を示す図であ
る。

【図５】永久磁石の配置とトルクリプルの関係を示す
図である。

【図６】第３実施形態の構成を示す図である。

【図７】第４実施形態の一例の構成を示す図である。

【図８】第４実施形態の他の例の構成を示す図であ
る。

【図９】第４実施形態の他の例の構成を示す図であ
る。

【符号の説明】

１０ロータ片、１２，２４穴、１４永久磁石、２
０ステータ片、２２微小間隙、１４０スリット。

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者永松茂隆愛知県豊田市トヨタ町１番地トヨタ自動車株式会社内 (72)発明者川端康己愛知県豊田市トヨタ町１番地トヨタ自動車株式会社内 (72)発明者杉本哲也愛知県豊田市トヨタ町１番地トヨタ自動車株式会社内Ｆターム(参考） 5H622 AA03 CA02 CA05 CA14 CB02 CB03 CB05 DD01 DD02 PP03 PP10 PP11 QB02

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】ロータに複数の穴を設け、この穴内に永
久磁石を配置した永久磁石モータにおいて、前記穴内の永久磁石は、円周方向において複数の永久磁
石に分割されていることを特徴とする永久磁石モータ。
【請求項２】請求項１に記載の永久磁石モータにおい
て、前記穴内の永久磁石は、少なくとも３つに分割されてお
り、穴内における中央部の永久磁石が両側の永久磁石よ
り半径方向外側に配置されることを特徴とする永久磁石
モータ。
【請求項３】請求項１に記載の永久磁石モータにおい
て、前記穴内の複数の永久磁石のうち、少なくとも１つをフ
ェライトの磁石で構成し、他を希土類の磁石で形成する
ことを特徴とする永久磁石モータ。
【請求項４】請求項３に記載の永久磁石モータにおい
て、前記穴内の複数の永久磁石のうち、ロータの回転方向か
ら見て穴内の先頭にあるものをフェライトの磁石とする
ことを特徴とする永久磁石モータ。
【請求項５】ロータに複数の穴を設け、この穴内に永
久磁石を配置した永久磁石モータにおいて、前記穴内の永久磁石は、少なくとも円周方向あるいは軸
方向において、スリットにより一部で隣接するもの同士
が連結されるようにして、複数の永久磁石に分割されて
いることを特徴とする永久磁石モータ。