JP2000333423A - 永久磁石モータ - Google Patents

永久磁石モータ

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JP2000333423A
JP2000333423A JP11141863A JP14186399A JP2000333423A JP 2000333423 A JP2000333423 A JP 2000333423A JP 11141863 A JP11141863 A JP 11141863A JP 14186399 A JP14186399 A JP 14186399A JP 2000333423 A JP2000333423 A JP 2000333423A
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rotor
teeth
air gap
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Yoshinari Asano
能成 浅野
Takao Sawahata
隆夫 澤畑
Yukio Honda
幸夫 本田
Toshiyuki Tamamura
俊幸 玉村
Hiroyuki Kiriyama
博之 桐山
Takanao Kurabayashi
孝尚 倉林
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Matsushita Electric Industrial Co Ltd
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    • H02K29/03—Motors or generators having non-mechanical commutating devices, e.g. discharge tubes or semiconductor devices with a magnetic circuit specially adapted for avoiding torque ripples or self-starting problems
    • H—ELECTRICITY
    • H02—GENERATION; CONVERSION OR DISTRIBUTION OF ELECTRIC POWER
    • H02K—DYNAMO-ELECTRIC MACHINES
    • H02K1/00—Details of the magnetic circuit
    • H02K1/06—Details of the magnetic circuit characterised by the shape, form or construction
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    • H02K1/146—Stator cores with salient poles consisting of a generally annular yoke with salient poles
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    • H02K1/148—Sectional cores

Abstract

(57)【要約】 【課題】 永久磁石モータにおいて、ギャップ部の磁束
密度が不連続的に大きくなることによる振動、騒音を低
減する。 【解決手段】 ロータ９０の回転方向が一方向であっ
て、ティース部１１の、ロータ表面に対向した部分の、
回転後進側の部分のエアギャップが、他の部分のエアギ
ャップより大きくなるようにしたものである。

Description

【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】本発明は、高効率を実現し、
かつ、静音化の要求される永久磁石モータに関する。
【０００２】
【従来の技術】従来、永久磁石モータは、ステータのテ
ィース部と、ロータとの間のエアギャップがほぼ等幅で
あった。
【０００３】図８に、従来の永久磁石モータの横断面図
を示す。ステータ８０は、両側に巻線を施した複数のテ
ィース部８１と、前記ティース部をつなぐヨーク部８２
からなり、各ティース毎に分割されている。巻線は、各
ティース部８１単体で行うか、接合部８３を展開した状
態で行われるため、整列巻線が可能であり、高密度に巻
線ができ、巻線抵抗を小さくすることが可能である。ロ
ータ９０は、略円筒状のロータコア９１の外周部に永久
磁石９２を配し、永久磁石９２の外周を薄手のステンレ
スなどで形成した永久磁石飛散防止管９３で覆ってい
る。ロータ９０は、ステータ８０に施された巻線に電流
が流れることにより発生する回転磁界により、軸９４を
中心に回転している。
【０００４】巻線は、隣接するティースを異なる相とし
た３相巻線であり、通常、駆動回路により、ロータの磁
極位置の検出を行いながら、順次、通電を切り替え、各
相電気角１２０°ずつ通電し、かつ、常時、１相は無通
電とし、回転磁界を形成している。
【０００５】
【発明が解決しようとする課題】以上のような従来の永
久磁石モータにおいては、６個あるティースのうち、常
時、２組の互いに隣接するティース間には、逆向きの磁
界が発生するため、各ティースは、スロットオープン部
８４において、磁束が短絡しやすい。図９は、従来の永
久磁石モータの、エアギャップ部に発生するマクスウェ
ルの応力分布を矢印で示したものである。この矢印は、
エアギャップの磁束が、ステータ内径部に与える力の分
布と考えて良い。永久磁石９２ｓがＳ極であるとき、テ
ィース８１ａはＳ極、ティース８１ｂはＮ極となるよう
に電流を流せば、回転方向Ｒに回転する。この場合、Ｓ
極である永久磁石９２ｓと、Ｎ極であるティース８１ｂ
との間には、強力な吸引力が発生し、当該箇所に発生す
る応力８７も不連続的に大きくなる。図１０は、スロッ
トオープン部８４付近のギャップ磁束密度の、時間分布
である。横軸は、ロータの回転角度を示しており、回転
方向はＲである。磁束密度が正となる部分がＮ極、負と
なる部分がＳ極である。磁束密度の変化は、概ね滑らか
に変化しているが、４５°を中心として約２０°の幅
で、磁束密度の上昇があり、急峻な変化となっている。
これが、応力８７の不連続的に大きくなっている部分で
あり、この力が源となり、モータ回転時に振動や騒音が
発生しやすくなっていた。
【０００６】
【課題を解決するための手段】この課題を解決するため
に本発明は、ロータの回転方向が一方向であって、ティ
ース部の、ロータ表面に対向した部分の、回転後進側の
部分のエアギャップが、他の部分のエアギャップより大
きくなるようにしたものである。
【０００７】
【発明の実施の形態】本発明の請求項１に記載の発明
は、両側に巻線を施した複数のティース部と、前記ティ
ース部をつなぐヨーク部からなるステータと、永久磁石
を備えたロータからなる永久磁石モータにおいて、ロー
タの回転方向が一方向であって、ティース部の、ロータ
表面に対向した部分の、回転後進側の部分のエアギャッ
プが、他の部分のエアギャップより大きくなるようにし
た永久磁石モータであり、エアギャップ部の磁束密度の
急峻な上昇を防止することにより、振動や騒音を低減さ
せることができる。
【０００８】本発明の請求項２に記載の発明は、Ｎ個の
ティース部を備え、前記ティース部に集中巻線を施し、
かつ、ロータ磁極数が２Ｎである請求項１記載の永久磁
石モータであって、隣接するティースの施された巻線に
通電された時、異なる磁極となり、スロットオープン部
に集中しがちな磁束を緩和することができる。
【０００９】本発明の請求項３に記載の発明は、ティー
ス部の、ロータ表面に対向した部分の、回転後進側の部
分のスロットオープン部から（３０／Ｎ）°の範囲のエ
アギャップが、他の部分のエアギャップより大きくなる
ようにした請求項２記載の永久磁石モータであって、最
も効果的に振動、騒音を低減させることができる。
【００１０】本発明の請求項４に記載の発明は、内転形
のモータであって、ティース部の内径部の形状が、回転
前進側のスロットオープン部から（９０／Ｎ）°の範囲
がロータ回転中心を中心とする略円弧形状であって、回
転後進側の部分のスロットオープン部から（３０／Ｎ）
°の範囲は、回転後進側の部分のスロットオープン部か
ら（３０／Ｎ）°の点において前記円弧に接する直線で
あることを特徴とする請求項３記載の永久磁石モータで
あって、ステータティースの内径部分が滑らかであるた
め、磁束の急峻な変化を緩和できる。
【００１１】本発明の請求項５に記載の発明は、ロータ
が表面磁石形である請求項３または請求項４記載の永久
磁石モータであって、振動、騒音の少ないモータを提供
することができる。
【００１２】本発明の請求項６に記載の発明は、ステー
タが、各ティース毎に分割され、あるいは、ティース部
とヨーク部とが分割されたことを特徴とする請求項１記
載の永久磁石モータであって、高密度巻線が可能である
と共に、スロットオープン部の形状の自由度が高く、さ
らなる振動、騒音の低減や、減磁耐力向上が可能であ
る。
【００１３】本発明の請求項７に記載の発明は、隣接す
るティース部の、ロータに対向した部分の先端が、エア
ギャップ部から離れた位置において、互いに近接した部
分を有する請求項６記載の永久磁石モータであって、減
磁耐力の向上が可能である。
【００１４】さらに、本発明の請求項８に記載の発明の
ように、隣接するティース部の、ロータに対向した部分
の先端が、エアギャップ部から離れた位置において、最
小のエアギャップの大きさと同等またはそれ以下の距離
を以って互いに近接した部分を有するようにすれば、好
適である。
【００１５】
【実施例】以下、本発明の実施例について、図面を用い
て説明する。
【００１６】（実施例１）図１は本発明の一実施例を示
す永久磁石モータの横断面図である。
【００１７】ステータ１０は、両側に巻線を施した複数
のティース部１１と、前記ティース部をつなぐヨーク部
１２からなり、各ティース毎に分割されている。
【００１８】ティース部１１の内径部の形状は、回転中
心を中心とする円弧１５ｒと、円弧の端から円弧に接す
るように伸びた平坦部１５ｌからなり、回転方向Ｒに対
して前進側が円弧１５ｒであり、後進側が平坦部１５ｌ
となっており、後進側のエアギャップが、前進側のそれ
より大となっている。また、円弧１５ｒと平坦部１５ｌ
との境界は、回転後進側の部分のスロットオープン部か
らの角度θａが１５°の位置である。２Ｎ極３Ｎスロッ
トのモータの場合は、θａ＝（３０／Ｎ）°となる。
【００１９】図３に、θａとトルク、及びトルクリップ
ルの比を示している。これは、θａ＝０のときのそれぞ
れの値を１として規格化したものである。θａの変化に
よらず、トルクはほぼ一定であるが、トルクリップルは
１５°のとき最小となる。これは、特に矩形波１２０°
通電の時に有効であるが、正弦波駆動等であっても、効
果がある。なお、θａの幅は±θｏ（スロットオープン
幅）の幅以内であると良い。
【００２０】巻線は、各ティース部１１単体で行うか、
図２のように、接合部１３を展開した状態で行われるた
め、整列巻線が可能であり、高密度に巻線ができ、巻線
抵抗を小さくすることが可能である。ロータ９０は、略
円筒状のロータコア９１の外周部に永久磁石９２を配
し、永久磁石９２の外周を薄手のステンレスなどで形成
した永久磁石飛散防止管９３で覆っている。ロータ９０
は、ステータ８０に施された巻線に電流が流れることに
より発生する回転磁界により、軸９４を中心に回転して
いる。
【００２１】ステータを分割して巻線ができるため、ス
ロットオープン角度θｏが小さくでき、ロータ磁束がス
ロットオープンを通過するために発生する振動、騒音も
低減できる。
【００２２】巻線は、隣接するティースを異なる相とし
た３相巻線であり、通常、駆動回路により、ロータの磁
極位置の検出を行いながら、順次、通電を切り替え、各
相電気角１２０°ずつ通電し、かつ、常時、１相は無通
電とし、回転磁界を形成している。永久磁石による磁極
と、それに対向したステータティースの巻線電流による
磁極が反対となる場合、その部分のエアギャップの磁束
密度が急峻に高くなるが、その部分を平坦部１５ｌとす
ることにより、エアギャップを広げ、磁束密度の変化を
緩和している。図４は、本実施例における永久磁石モー
タの、エアギャップ部に発生するマクスウェルの応力分
布を矢印で示したものである。従来の例のような、磁束
密度の突出は見られない。図５は、スロットオープン部
１４付近のギャップ磁束密度の、時間分布である。横軸
は、ロータの回転角度を示しており、概ね滑らかな変化
であり、急峻な変化は見られない。従って、モータを回
転させた時に、振動、騒音が低減される。
【００２３】（実施例２）図６は、本発明の第２の実施
例における永久磁石モータの横断面図である。構成及び
作用について、第１の実施例と同様の部分については省
略する。
【００２４】ティース部２１の、回転方向Ｒに対して後
進側の先端２６ｂが、隣接するティースの、回転方向Ｒ
に対して前進側の先端２６ｆと近接しており、その距離
ｌｔは、磁気的エアギャップの最小値ｌｇと同等か、そ
れ以下となっている。磁気的エアギャップは、ロータ
の、永久磁石や鉄板とステータとの距離であり、非磁性
体である磁石飛散防止用管９３がある場合は、磁気的エ
アギャップは、磁石飛散防止用管の板厚と機械的エアギ
ャップの和である。
【００２５】ティース部２１の、回転方向Ｒに対して後
進側の内径部は、エアギャップが他の部分と比べて大と
なっているため、大きな電流が巻線に流れた時、永久磁
石を離れたスロットオープン部２４を磁束が短絡するた
め、減磁耐力が向上する。なお、θｂは、第１の実施例
と同じ１５°とすると良い。
【００２６】(実施例３)図７は、本発明の第３の実施例
における永久磁石モータの横断面図である。構成及び作
用について、第１の実施例と同様の部分については省略
する。
【００２７】ステータ３０は、分割していない。また、
６極９スロットであり、θｃ＝１０°である。極数が増
えた場合、また、ステータが分割されていない場合、テ
ィース先端部の幅に対するスロットオープンが大きくな
る。従って、他よりエアギャップを大きくする角度θｃ
の中の、スロットオープンの占める割合が大きくなる。
従って、スロットオープンが小さい場合に比べ、ギャッ
プ磁束密度が急激に大きくなる部分は小さい。従って、
エアギャップが他の部分より大きくする部分は小さくて
すむが、効果については同様である。
【００２８】なお、上記の実施例は、４極６スロット及
び６極９スロットであり、各ティース毎の分割、または
分割なしのステータの例について示した。分割の方法に
ついては、ヨーク部とティース部の分割も考えられる。
また、外転型のモータであっても同様である。その場
合、エアギャップを他の部分より大きくするには、回転
中心を中心とする円弧と、半径を小さくした極弧を滑ら
かにつなげることにより、ステータティース部の外径部
を形成させれば良い。また、必要に応じて、ステータテ
ィースのロータに対向した部分には、必要に応じて、溶
接溝、振動、騒音低減用の補助溝等を設けても良い。ま
た、ロータは、表面磁石型とすれば、振動、騒音がより
小さくなるが、埋込磁石型であっても、同様に、本発明
を適用可能である。
【００２９】また、駆動方式や、位置検出手段等も任意
であり、本発明に応じた種種の変形は、これを排除する
ものではない。
【００３０】
【発明の効果】以上のように請求項１記載の発明によれ
ば、エアギャップ部の磁束密度の急峻な上昇を防止する
ことにより、振動や騒音を低減させることができる。
【００３１】請求項２に記載の発明によれば、隣接する
ティースの施された巻線に通電された時、異なる磁極と
なり、スロットオープン部に集中しがちな磁束を緩和す
ることができる。
【００３２】請求項３に記載の発明によれば、最も効果
的に振動、騒音を低減させることができる。
【００３３】請求項４に記載の発明によれば、内転形の
モータにおいて、ステータティースの内径部分が滑らか
であるため、磁束の急峻な変化を緩和できる。
【００３４】請求項５に記載の発明によれば、振動、騒
音の少ないモータを提供することができる。
【００３５】請求項６に記載の発明によれば、高密度巻
線が可能であると共に、スロットオープン部の形状の自
由度が高く、さらなる振動、騒音の低減や、減磁耐力向
上が可能である。
【００３６】請求項７に記載の発明によれば、減磁耐力
の向上が可能である。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の一実施例における永久磁石モータの横
断面図
【図２】本発明の一実施例における永久磁石モータのス
テータコア展開図
【図３】θａとトルク及びトルクリップル比の関係を示
す図
【図４】本発明の一実施例における永久磁石モータのマ
クスウェルの応力分布を示す図
【図５】本発明の一実施例における永久磁石モータのス
ロットオープン部付近のギャップ磁束密度の時間変化を
示す図
【図６】本発明の第２の実施例における永久磁石モータ
の横断面図
【図７】本発明の第３の実施例における永久磁石モータ
の横断面図
【図８】従来の永久磁石モータの横断面図
【図９】従来の永久磁石モータのマクスウェルの応力分
布を示す図
【図１０】従来の永久磁石モータのスロットオープン部
付近のギャップ磁束密度の時間変化を示す図
【符号の説明】
１０ ステータ １１ ティース部 １２ ヨーク部 １３ 接合部 １４ スロットオープン部 １５ｒ 円弧部 １５ｌ 平坦部 ９０ ロータ ９１ ロータコア ９２ 永久磁石 ９３ 永久磁石飛散防止管 ９４ 軸
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 本田 幸夫 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 玉村 俊幸 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 桐山 博之 大阪府門真市大字門真1006番地 松下電器 産業株式会社内 (72)発明者 倉林 孝尚 大阪府門真市大字門真1006番地 松下電器 産業株式会社内 Ｆターム(参考） 5H002 AA05 AB06 AC06 AE07 5H621 AA04 BB07 GA01 GA04 GA12 GA15 GA16 JK02 JK05 PP02

Claims (8)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項１】 巻線を施した複数のティース部と、前記
    ティース部をつなぐヨーク部からなるステータと、永久
    磁石を備えたロータからなる永久磁石モータにおいて、
    ロータの回転方向が一方向であって、ティース部の、ロ
    ータ表面に対向した部分の、回転後進側の部分のエアギ
    ャップが、他の部分のエアギャップより大きくなるよう
    にした永久磁石モータ。
  2. 【請求項２】 ３Ｎ個のティース部を備え、前記ティー
    ス部に集中巻線を施し、かつ、ロータ磁極数が２Ｎであ
    る請求項１記載の永久磁石モータ。
  3. 【請求項３】 ティース部の、ロータ表面に対向した部
    分の、回転後進側の部分のスロットオープン部から略
    （３０／Ｎ）°の範囲のエアギャップが、他の部分のエ
    アギャップより大きくなるようにした請求項２記載の永
    久磁石モータ。
  4. 【請求項４】 内転形のモータであって、ティース部の
    内径部の形状が、回転前進側のスロットオープン部中心
    から略（９０／Ｎ）°の範囲内でロータ回転中心を中心
    とする略円弧形状であって、回転後進側の部分のスロッ
    トオープン部中心から略（３０／Ｎ）°の範囲内で、回
    転後進側の部分のスロットオープン部中心から略（３０
    ／Ｎ）°の点において前記円弧に接する直線であること
    を特徴とする請求項３記載の永久磁石モータ。
  5. 【請求項５】 ロータが表面磁石形である請求項３また
    は請求項４記載の永久磁石モータ。
  6. 【請求項６】 ステータが、各ティース毎に分割され、
    あるいは、ティース部とヨーク部とが分割されたことを
    特徴とする請求項１記載の永久磁石モータ。
  7. 【請求項７】 隣接するティース部の、ロータに対向し
    た部分の先端が、エアギャップ部から離れた位置におい
    て、互いに近接した部分を有する請求項６記載の永久磁
    石モータ。
  8. 【請求項８】 隣接するティース部の、ロータに対向し
    た部分の先端が、エアギャップ部から離れた位置におい
    て、最小のエアギャップの大きさと同等またはそれ以下
    の距離を以って互いに近接した部分を有する請求項７記
    載の永久磁石モータ。
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