JP2001238420A - 同期電動機 - Google Patents

同期電動機

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JP2001238420A
JP2001238420A JP2000044815A JP2000044815A JP2001238420A JP 2001238420 A JP2001238420 A JP 2001238420A JP 2000044815 A JP2000044815 A JP 2000044815A JP 2000044815 A JP2000044815 A JP 2000044815A JP 2001238420 A JP2001238420 A JP 2001238420A
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Japan
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magnet
rotor
thickness
stator core
stator
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JP2000044815A
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English (en)
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Atsushi Matsuoka
篤 松岡
Hitoshi Kawaguchi
仁 川口
Kazuhiro Nakane
和広 中根
Mineo Yamamoto
峰雄 山本
Hiroyuki Ishii
博幸 石井
Togo Yamazaki
東吾 山崎
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Mitsubishi Electric Corp
Original Assignee
Mitsubishi Electric Corp
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Abstract

(57)【要約】 【課題】 モータ特性、材料コストに関して最適となる
ステータコア幅、ロータマグネット長の寸法関係とした
同期電動機を得ること。 【解決手段】 鋼板を積層して形成したステータコアに
巻線を施して構成されるステータと、このステータと同
芯で回転自在に配置され、マグネットを有するロータに
より構成される同期電動機において、ステータコアのコ
ア幅Lsと、ロータのマグネット軸方向長Lmと、ロー
タのマグネット厚みDとが、Lm≒Ls+Dの関係を満
たすものである。

Description

【発明の詳細な説明】
【0001】
【発明の属する技術分野】この発明は、ロータにマグネ
ットを備えた同期モータに関する。
【0002】
【従来の技術】ロータにマグネットを備えた同期モータ
の場合、通常ステータの軸方向のコア幅に対して、ロー
タに配置されるマグネットの軸方向長を長くとる場合が
多い。これは、ロータに配置されるマグネットの磁束が
マグネット端面近辺で磁束が端面方向に漏れることによ
ってその付近の表面磁束密度が低くいためであり、ロー
タのマグネット長をステータのコア幅より長く取り、マ
グネットのステータコアに対向する部分の磁束密度の低
下を防ぎ、ステータ、ロータ間の空隙磁束密度を上げる
ことを目的としている。
【0003】ステータのコア幅とロータマグネットの軸
方向長の関係は、ロータのマグネット軸方向長を長くす
れば、ステータ、ロータ間の空隙磁束密度を上げること
が可能であるが、ロータのマグネット軸方向長に従って
無限に増加する訳ではなく、ある程度の寸法をとれば飽
和する。このため、ステータコア幅、ロータのマグネッ
ト軸方向長の間には、特性的、材料コスト的に最適とな
る寸法の関係が存在するはずである。
【0004】図5は、例えば特開平9−322451号
公報に示された同期電動機の構成を示す構成図である。
図において、1は鋼板を積層して構成されたステータコ
アで、このステータコア1に巻線2が施されステータを
構成している。シャフト4にマグネット9が、ロータヨ
ーク10を介して固着されロータを構成している。ロー
タは軸受け5を介して回転自在にフレーム6に配置され
る。
【0005】そして、ロータマグネット9の軸方向長L
2については、ステータコア1の軸方向幅L1の3倍以
内、または略2倍であるとしている。しかし、この場
合、ステータコアの幅L1が大きいモータを考えると、
コア幅の2倍のロータマグネットの寸法は必ずしも適切
であるとは言い難い。
【0006】
【発明が解決しようとする課題】この発明は、かかる問
題点を解消するためになされたもので、モータ特性、材
料コストに関して最適となるステータコア幅、ロータマ
グネット長の寸法関係とした同期電動機を得ることを目
的とする。
【0007】
【課題を解決するための手段】この発明に係る同期電動
機は、鋼板を積層して形成したステータコアに巻線を施
して構成されるステータと、このステータと同芯で回転
自在に配置され、マグネットを有するロータにより構成
される同期電動機において、ステータコアのコア幅Ls
と、ロータのマグネット軸方向長Lmと、ロータのマグ
ネット厚みDとが、Lm≒Ls+Dの関係を満たすもの
である。
【0008】また、ロータのマグネットに、極異方性の
プラスチックマグネットを用いたものである。
【0009】また、ロータのマグネットに、リングマグ
ネットを用いたものである。
【0010】また、ステータコアのコア幅Lsと、ロー
タのマグネット軸方向長Lmと、ロータのマグネット厚
みDとが、Lm=Ls+D±(ステータコアの鋼板1枚
分の厚さ)の関係を満たすものである。
【0011】また、ステータコアのコア幅Lsと、ロー
タのマグネット軸方向長Lmと、ロータのマグネット厚
みDとが、Lm=Ls+D±(ステータコアの鋼板1枚
分の厚さ+マグネットの寸法公差×2)の関係を満たす
ものである。
【0012】また、プラスチックマグネットの成形時に
内径部分に抜き勾配を付ける場合は、プラスチックマグ
ネットの厚みDを、プラスチックマグネットのステータ
コアに対向していない部分の厚みの平均的な値とするも
のである。
【0013】
【発明の実施の形態】実施の形態1.以下、この発明の
実施の形態1を図面を参照して説明する。図1,2は実
施の形態1を示す図で、図1は同期電動機の構成図、図
2はモータ特性を示す図である。図において、1は鋼板
を積層して構成されたステータコアで、このステータコ
ア1に巻線2が施されステータを構成している。3はフ
ェライトのプラスチックマグネットにより構成されるロ
ータであり、軸4と一体に成形されている。ここで、プ
ラスチックマグネットは、極異方性の配向がなされてお
り、これによって、磁性体のバックヨークを必要としな
いで、十分な表面磁束密度を得ることが出来ている。ロ
ータ3は、軸受け5を介してフレーム6に回転自在に配
置される。
【0014】次に、このように構成されたモータにおい
て、ステータコア1の軸方向の幅をLs、ロータ3のプ
ラスチックマグネットの軸方向長をLm、厚みをDと
し、Ls,Dを固定し、Lmを変化させたときのモータ
特性の試験結果を示す。具体的には、ステータコアの軸
方向の長さLsは22mm、ロータの厚みDは8mmと
しており、Ls+Dの値は、30mmとなる。
【0015】モータ特性の評価には、ステータ巻線に発
生する誘起電圧を用いている。DCモータの発生するト
ルクは誘起電圧と巻線に流れる電流の積に比例するた
め、同一のステータ、巻線に対して、発生する誘起電圧
が大きくなるほど、モータの誘起電圧定数、トルク定数
が高くなり、より特性の良いものであるといえる。
【0016】ロータ3のプラスチックマグネットの軸方
向長を変化させたときの誘起電圧の変化は図2に示すよ
うになる。誘起電圧は、ロータ3のプラスチックマグネ
ットの軸方向長が長くなるに従って増加傾向にあるが、
軸方向長がある程度の長さを持つと、それ以上は増加が
見られなくなる。
【0017】ロータ3のプラスチックマグネットの軸方
向長LmがLs+Dと等しくなる30mm付近より大き
くなる付近から誘起電圧の増加が少なくなっている。こ
の寸法よりLmを大きく取る場合、それに伴うプラスチ
ックマグネット体積の増加に対して、誘起電圧の増加が
少なくなるため、モータ性能に対する材料コストは高く
なる。
【0018】つまり、ロータ3のプラスチックマグネッ
トの軸方向長Lmと、厚みDと、ステータコア1のコア
幅Lsとの間に Lm ≒ Ls + D の関係がある時にモータ特性に対して、最も効果的なプ
ラスチックマグネットの使用重量が得られることとな
り、モータ全体の材料コストという面でも、最適とな
る。
【0019】ここでLmの値は、厳密に規定されている
わけではなく、この付近の値であれば良く、ステータコ
ア1が鋼板の積層で構成されており、離散的な値をとる
ことを考えると、Ls+D±(鋼板1枚分の板厚)の範
囲であれば同等と見なすことができる。
【0020】また、プラスチックマグネットの精度も考
慮に入れると、Ls+D±(鋼板1枚分の板厚+マグネ
ットの寸法公差x2)の範囲が考えられる。プラスチッ
クマグネットの場合、成形後の材料の収縮等を考慮する
と±0.1mm程度の精度であるため、軸方向長と、厚
みのそれぞれの精度を加えると、±0.2mm程度はL
mの範囲となる。
【0021】プラスチックマグネットの一体成形による
ロータ3の場合、成形時に金型から成型品を取りやすく
する目的でプラスチックマグネットの内径部分に抜き勾
配を付ける場合がある。この場合、プラスチックマグネ
ットの厚みDはプラスチックマグネットのステータコア
1に対向していない部分の厚みの平均的な値を取ればよ
い。これは、ロータ3の端面付近での磁束の漏れがロー
タ3のプラスチックマグネットの軸方向長に影響するた
め、プラスチックマグネット中央部の寸法よりも端面付
近の寸法が支配的となるためである。
【0022】また、ロータ3の回転位置を検出するため
のセンサーの取り付け位置の制約等でステータコア1の
軸方向の中心と、ロータ3のプラスチックマグネットの
軸方向の中心が一致しない場合、ロータ3のプラスチッ
クマグネットのステータコア1に対向していない部分の
寸法で短い方の寸法を基準とし、その寸法の2倍がプラ
スチックマグネットの厚みと等しくなるように設定す
る。これは、短い方の寸法がモータの特性に与える影響
が大きく、こちらの寸法を最適な値とすることで、最大
のモータ特性が得られるためである。
【0023】実施の形態2.以下、この発明の実施の形
態2を図面を参照して説明する。図3,4は実施の形態
2を示す図で、図3は同期電動機の構成図、図4はモー
タ特性を示す図である。図において、1は鋼板を積層し
たステータコアで、巻線2を施すことでステータを構成
する。リング状のリングマグネット7は、軸4に固定部
材8を介して固着され、フレーム6に対して軸受け5を
介して回転自在に配置される。
【0024】ロータのリングマグネット7には、フェラ
イトの焼結リング磁石を用いている。実施の形態1と同
様に、ステータのコア幅Ls、ロータのリングマグネッ
ト7の軸方向長Lm、及び厚みDに関して、Ls,Dを
固定して、Lmの変化させたときのモータ特性の試験結
果を示す。具体的には、ステータコア1の軸方向の幅L
sを13mm、ロータのリングマグネット7の幅Dを1
1mmとしており、実施の形態1と比較すると、コア幅
が小さく、ロータ3のプラスチックマグネットに比べる
と、ロータのリングマグネット7の厚みDが大きい。L
s+Dの値は24mmとなっている。
【0025】ロータのプラスチックマグネットの軸方向
長を変化させたときの誘起電圧の変化は図4に示すよう
になる。ステータの巻線2に発生する誘起電圧は、実施
の形態1の場合と同様に Lm ≒ Ls + D の関係を満たす寸法付近まではほぼ直線的に増加する
が、それ以上の寸法になると増加が緩やかとなり飽和に
向かっている。これより、最も効果的なロータのリング
マグネット7の使用量を得る寸法はLs+Dとなる24
mm付近となる。
【0026】このように、マグネットの寸法、材質が異
なっていても、ほぼ上記の式で得られるLmの値が特
性、材料コストにおいて最適な寸法となっている。
【0027】これらより、マグネットの軸方向長がステ
ータのコア幅に対する比率で最適な長さが決まる訳では
なく、マグネットの厚みが大きく影響しており、上記の
関係式によりほぼ最適なマグネットの軸方向長が得られ
ることが解る。
【0028】
【発明の効果】この発明に係る同期電動機は、ステータ
コアのコア幅Lsと、ロータのマグネット軸方向長Lm
と、ロータのマグネット厚みDとが、Lm≒Ls+Dの
関係を満たすことにより、モータ特性に対して最も効果
的なマグネットの使用重量が得られ、モータ全体の材料
コストも最適となる。また、ステータの寸法に対して、
材料コストの面で最適なマグネット寸法が得られるた
め、使用するマグネットの重量に無駄が無く、モータリ
サイクルの際に問題となるマグネットの使用量を抑える
ことが出来る。
【図面の簡単な説明】
【図1】 実施の形態1を示す図で、同期電動機の構成
図である。
【図2】 実施の形態1を示す図で、モータ特性を示す
図である。
【図3】 実施の形態2を示す図で、同期電動機の構成
図である。
【図4】 実施の形態2を示す図で、モータ特性を示す
図である。
【図5】 従来の同期電動機の構造を示す構成図であ
る。
【符号の説明】
1 ステータコア、2 巻線、3 ロータ、4 軸、5
軸受け、6 フレーム、7 リングマグネット、8
固定部材。
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 中根 和広 東京都千代田区丸の内二丁目2番3号 三 菱電機株式会社内 (72)発明者 山本 峰雄 東京都千代田区丸の内二丁目2番3号 三 菱電機株式会社内 (72)発明者 石井 博幸 東京都千代田区丸の内二丁目2番3号 三 菱電機株式会社内 (72)発明者 山崎 東吾 東京都千代田区丸の内二丁目2番3号 三 菱電機株式会社内 Fターム(参考) 5H621 AA03 GA01 GA04 HH01 JK02 JK05 5H622 AA03 CA01 CA05 DD01 DD04 PP03 PP20 QA04 QB05

Claims (6)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】 鋼板を積層して形成したステータコアに
    巻線を施して構成されるステータと、このステータと同
    芯で回転自在に配置され、マグネットを有するロータに
    より構成される同期電動機において、 ステータコアのコア幅Lsと、ロータのマグネット軸方
    向長Lmと、ロータのマグネット厚みDとが、 Lm≒Ls+D の関係を満たすことを特徴とする同期電動機。
  2. 【請求項2】 ロータのマグネットに、極異方性のプラ
    スチックマグネットを用いたことを特徴とする請求項1
    記載の同期電動機。
  3. 【請求項3】 ロータのマグネットに、リングマグネッ
    トを用いたことを特徴とする請求項1記載の同期電動
    機。
  4. 【請求項4】 ステータコアのコア幅Lsと、ロータの
    マグネット軸方向長Lmと、ロータのマグネット厚みD
    とが、 Lm=Ls+D±(ステータコアの鋼板1枚分の厚さ) の関係を満たすことを特徴とする請求項1記載の同期電
    動機。
  5. 【請求項5】 ステータコアのコア幅Lsと、ロータの
    マグネット軸方向長Lmと、ロータのマグネット厚みD
    とが、 Lm=Ls+D±(ステータコアの鋼板1枚分の厚さ+
    マグネットの寸法公差×2) の関係を満たすことを特徴とする請求項1記載の同期電
    動機。
  6. 【請求項6】 前記プラスチックマグネットの成形時に
    内径部分に抜き勾配を付ける場合は、前記プラスチック
    マグネットの厚みDを、前記プラスチックマグネットの
    前記ステータコアに対向していない部分の厚みの平均的
    な値とすることを特徴とする請求項2記載の同期電動
    機。
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