JP2002044920A

JP2002044920A - 電動機

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Publication number: JP2002044920A
Application number: JP2001072244A
Authority: JP
Inventors: Hiroshi Murakami; 浩村上; Yuichiro Sadanaga; 雄一郎定永; Yasufumi Ichiumi; 康文一海; Taro Kishibe; 太郎岸部; Shinichirou Kawano; 慎一朗川野; Toshiyuki Tamamura; 俊幸玉村; Haruhiko Sumi; 治彦角
Original assignee: Matsushita Electric Industrial Co Ltd
Current assignee: Panasonic Holdings Corp
Priority date: 2000-05-19
Filing date: 2001-03-14
Publication date: 2002-02-08
Anticipated expiration: 2021-03-14
Also published as: JP4984347B2

Abstract

(57)【要約】【課題】リラクタンストルクのみで回転駆動するため
電動機が発生する駆動トルクはどうしても小さくなって
しまう。しかし、これらの電動機により駆動する電動機
応用製品によっては、必要とする駆動トルクが大きく、
リラクタンスモータを使いづらいものが多々ある。【解決手段】本件発明は、半径方向に並ぶ多層スリッ
ト３を有する回転子本体を備え、前記多層スリット中の
一部のスリット６のみに永久磁石を埋め込み、マグネッ
トトルク及びリラクタンストルクにより回転駆動する電
動機であり、リラクタンストルクのみならずマグネット
トルクを利用することで、リラクタンストルクのみでは
得られない、大きな駆動トルクを発生することができ
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、リラクタンストル
クを利用するリラクタンスモータの構造に関するもので
ある。

【０００２】

【従来の技術】リラクタンスモータは、インダクタンス
モータと比較して回転子の２次銅損が発生しないという
特徴があるため、電気自動車や工作機械等の駆動用モー
タとして注目されている。しかし、この種のモータは一
般に力率が悪く、産業用として利用するには、ロータコ
ア構造あるいは駆動方法等の改善が必要であった。近
年、ロータコアのコアシートに多層のフラックスバリア
を設けることにより力率を向上させる技術が開発された
（平成８年電気学会全国大会誌、１０２９、本田ら著
「マルチフラックスバリアタイプシンクロナスリラク
タンスモータの検討」参照）。

【０００３】図５にこの従来の改良されたリラクタンス
モータのロータコア構造の一例を示す。図５（ａ）にお
いて、電磁鋼板製の円板状のコアシート１６１には、多
層のフラックスバリア１６２がコアシート１６１の軸芯
１６３に対し逆円弧状に形成されている。フラックスバ
リア１６２は幅１ｍｍ程度のスリット（貫通溝）からな
り、プレス加工されたものである。また、コアシート１
６１の外周には回転時にかかる遠心力に対する強度を持
たせるため、一定幅のスリット外周端部１６４を設けて
いる。

【０００４】コアシート１６１をロータ軸１６５の方向
に数十枚積層することにより、図５（ｂ）に示すような
ロータコア１６６が完成する。そして、このロータコア
１６６を、図５（ｃ）に示すようなステータ１６７内に
セットすれば、ステータ１６７の複数の界磁部１６８よ
り、ロータコア１６６に回転磁界が与えられ、これによ
り、リラクタンストルクＴが発生する。このリラクタン
ストルクＴは次式で表される。

【０００５】Ｔ＝Ｐｎ（Ｌｄ−Ｌｑ）ｉｄｉｑ ………………………………………（１）ただし、Ｐｎは極対数、Ｌｄ，Ｌｑはｄ，ｑ軸インダク
タンス、ｉｄ，ｉｑはｄ，ｑ軸電流である。上記（１）
式より、このモータの性能を左右するのはｄ，ｑ軸イン
ダクタンスの差Ｌｄ−Ｌｑの大きさであることが分か
る。

【０００６】そこで、この差Ｌｄ−Ｌｑを大きくするた
めに、上記フラックスバリアを設けることにより、スリ
ットを横切るｑ軸方向の磁路に抵抗を与える一方、スリ
ット間に挟まれたｄ軸方向の磁路を確保していた。

【０００７】

【発明が解決しようとする課題】従来の構成では、リラ
クタンストルクのみで回転駆動するため電動機が発生す
る駆動トルクはどうしても小さくなってしまう。しか
し、これらの電動機により駆動する電動機応用製品（コ
ンプレッサ、冷蔵庫、エアコン等）によっては、必要と
する駆動トルクが大きく、リラクタンスモータを使いづ
らいものが多々ある。

【０００８】本件発明は、このような課題に鑑み、永久
磁石をスリットに埋め込むことでリラクタンストルクの
みならずマグネットトルクを利用でき、駆動トルクの大
きい電動機を提供することを目的とする。

【０００９】

【課題を解決するための手段】本件発明は、半径方向に
並ぶ多層スリットを有する回転子本体を備え、前記多層
スリット中の一部のスリットのみに永久磁石を埋め込
み、マグネットトルク及びリラクタンストルクにより回
転駆動する電動機であり、リラクタンストルクのみなら
ずマグネットトルクを利用することで、リラクタンスト
ルクのみでは得られない、大きな駆動トルクを発生する
ことができる。

【００１０】

【発明の実施の形態】本件発明は、半径方向に並ぶ多層
スリットを有する回転子本体を備え、前記多層スリット
中の一部のスリットのみに永久磁石を埋め込み、マグネ
ットトルク及びリラクタンストルクにより回転駆動する
電動機であり、リラクタンストルクのみならずマグネッ
トトルクを利用することで、リラクタンストルクのみで
は得られない、大きな駆動トルクを発生することができ
る。

【００１１】さらに、本件発明は、永久磁石は最も外側
のスリットより中心側のスリットに埋め込んだ電動機で
あり、最も外側のスリットに永久磁石を埋め込まないよ
うにしている。最も外側のスリットに永久磁石を埋め込
むと、永久磁石が中心点から最も離れているため遠心力
が大きく、回転子にかかる負担が大きくなる。よって、
埋め込む永久磁石は、最も中心側のスリットのみに埋め
込むことが適切である。

【００１２】さらに、本件発明は、隣り合うスリット間
の磁束通路の幅は、永久磁石を埋め込んだスリットの外
側に位置する磁束通路の幅を最も太くすることで、永久
磁石が発生する磁性磁束が流れても、磁気飽和しないよ
うにしている。

【００１３】また、本件発明は、永久磁石を埋め込んだ
スリットは、スリットの端部に空隙部を有する構成にし
てもよい。また、固定子の巻線部は、集中巻方式で施し
てもよい。また、埋め込んだ永久磁石として、フェライ
ト磁石を用いてもよい。また、埋め込んだ永久磁石とし
て、樹脂磁石を用いてもよい。また、複数のコアシート
のスリットをずらしながら回転子軸方向に積層し、スキ
ューを施した回転子としてもよい。

【００１４】また、本件発明は、最も中心側のスリット
のみに永久磁石を埋め込んだ場合、多層スリットの層数
が、３層以上５層以下であると高効率である。

【００１５】さらに、多層スリットの層数が４層である
と最も効率がよい。

【００１６】また、多層スリットの最も中心部にある永
久磁石の埋め込まれたスリット端部とロータ外径の間に
あるブリッジ幅Ｗａが、その他のスリットの端部とロー
タ外径の間にあるブリッジ幅Ｗｂに対して、Ｗｂ＞Ｗａ
であると磁石から出た磁束を分散することが可能であ
る。

【００１７】永久磁石を埋め込んだスリットよりロータ
外径側に位置するスリットのブリッジ幅は、幅広になる
とよい。

【００１８】さらに、スリット端部とロータ外径との間
にあるブリッジ幅は、永久磁石を埋め込んだスリットの
ブリッジ幅より、この永久磁石を埋め込んだスリットよ
りロータ外径側に位置するスリットのブリッジ幅の方が
順次幅広にすると誘起電圧波形を正弦波状にすることが
可能である。

【００１９】さらに、ブリッジ幅は、永久磁石を埋め込
んだスリットのブリッジ幅が最も狭く、ロータ外周に位
置するスリットのブリッジ幅が最も太くてもよい。

【００２０】

【実施例】（実施例１）以下、添付図面を参照して本発
明の実施例について説明する。なお、以下の実施例は本
発明を具体化した１例であって、本発明の技術的範囲を
限定するものではない。

【００２１】図１において、１は電磁鋼板等の高透磁率
材からなる円板状のコアシートであって、その周方向に
は等間隔置きの４箇所に、中心側に凸となるように湾曲
する円弧状の磁束通路２が半径方向にスリット３を挟ん
で列設されている。このようなコアシート１はプレス加
工もしくはレーザ加工等により形成される。

【００２２】磁束通路２の形状としては、磁路の形状や
コアシート１の加工等を考慮すれば、円弧状とするのが
好適である。ただし、図２に示すようにＶ字型やＩ字型
の形状としてもよいのは勿論である。そして、コアシー
ト１を軸方向に数十枚積み重ねて積層体となした後、ロ
ータ軸が挿入されることによりロータコアが完成され
る。このようなコアシート１同士は必要に応じて接着剤
等で一体固着される。

【００２３】このように完成されたロータコアをステー
タ４内にセットすれば、ステータの複数の歯からなる界
磁部より、ロータコアに回転磁界が与えられ、これによ
り、リラクタンストルクが発生する。ステータ４は、分
布巻方式でコア部を形成したステータであり、巻線（図
示せず）は複数のティースを跨ぐように巻回している。

【００２４】このようなロータコアを有するリラクタン
スモータにおいては、磁束通路２を横切るｑ軸方向のイ
ンダクタンスＬｑと、磁束通路２に沿ったｄ軸方向のイ
ンダクタンスＬｄとを比較すると、次のようになる。す
なわち、ｑ軸方向には電磁鋼板に比べて透磁率が約１／
１０００である空気層よりなるスリット３で磁路に抵抗
を与えているため、磁束がほとんど通らず、インダクタ
ンスＬｑは小さくなる。一方、ｄ軸方向には、磁束通路
２が磁路を形成しているため、磁束が通り易く、インダ
クタンスＬｄは大きくなる。

【００２５】本実施例の電動機の特徴は、リラクタンス
トルクのみならずマグネットトルクを利用し回転駆動す
ることである。よって、ロータコアの最も中心側のスリ
ット５の中に、両端に空隙部を備えた状態で永久磁石６
を埋め込んだ。この永久磁石６が発生する磁石磁束によ
り、電動機の駆動トルクにリラクタンストルクのみなら
ずマグネットトルクが加わり、駆動トルクを大きくする
ことができる。

【００２６】この時、永久磁石を埋め込んだ最も中心側
のスリット５と隣り合うスリットとの間の磁束通路７
は、他の磁束通路２よりも幅が広くなっている。このよ
うに、磁束通路７を広くした理由は、永久磁石６が発生
する永久磁石磁束は、永久磁石６の外側に位置するスリ
ット３にブロックされるため、磁束通路７に流れ込んで
しまう。よって、磁束通路は、ステータからの磁束のみ
ならず永久磁石磁束が通過するため、磁気飽和が起こり
やすくなる。そのため、最も中心側の磁束通路を他の磁
束通路より太くすることで、磁束通路で磁気飽和が起こ
りにくいようにしている。

【００２７】なお、上述した実施例の回転子には、１極
のスリットに１層にしか永久磁石を埋め込んでいない
が、図２（ａ）に示すように複数の層に埋め込んでもよ
い。

【００２８】また、図２（ｂ）〜（ｅ）のようにスリッ
ト、磁束通路の形状はＶ字であったり、直線形状であっ
てもよい。

【００２９】また、図３に示すように回転子にスキュー
かけ、磁束の不均一に起因するトルクリップルを低減し
て、モータ性能をさらに向上させてもよい。

【００３０】複数枚のコアシートを積層する際に、図３
（ａ）に示すように、各コアシート１１の取り付け位置
をロータ軸方向でずらしてスキュー１７をかければ、ｄ
軸方向の磁路に対する抵抗がロータ周方向において均一
化されるため、ステータからロータコア１６に入った
り、ロータコア１６からステータに出るｄ軸方向の磁束
が均一化され、磁束の不均一に起因するトルクリップル
を低減して、モータ性能をさらに向上させることができ
る。

【００３１】この場合、図３（ｂ）に示すように、前記
スキュー１７を階段状としたり、あるいは、図３（ｃ）
に示すように、ロータ軸方向の途中で折れ曲がったよう
なＶ字状としてもよい。

【００３２】また、図４に示すように、ステータ側は分
布巻方式によりコイル部を形成したステータでなくと
も、図４に示すように集中巻方式によりコイル部を形成
したステータであってもよい。

【００３３】（実施例２）図６に本願の他の実施例を示
す。図６において、２１はステータ、２２はロータ、２
３はスリット、２４は永久磁石である。図６は４種類の
モータを示しており、（ａ）が２層スリット、（ｂ）が
３層スリット、（ｃ）が４層スリット、（ｄ）が５層ス
リットである。これらは、磁石形状は全て同じで、磁石
全面のスリット層数のみが異なる。図７にこれらのモー
タに同じ電流を流した時のモータが発生するトルクの比
を示す。トルク比は２層スリットモータのトルクを基準
にしている。

【００３４】図７において、横軸が２層から６層までの
層数、縦軸がトルク比である。この図より、３層から５
層が最もトルクが高く、特に４層が最も高くなってい
る。したがって、半径方向に並ぶ多層スリットを有する
回転子構造を備え、前記多層スリット中の最も中心側の
スリットのみに永久磁石を埋め込んだ構造の回転機のロ
ータにおいて、層数は３層から５層が最適であり、４層
スリットが最も高性能となる。

【００３５】（実施例３）図９に本願の他の実施例を示
す。図８は従来型モータの構造である。図８に示すよう
に、従来型モータはスリット端部とロータ外径のブリッ
ジ部の幅Ｗ１、Ｗ２、Ｗ３、Ｗ４がすべて同じであっ
た。このブリッジ幅は、ロータの強度が保証できる範囲
で、できる限り薄く設計することが多い。しかし、本発
明のように磁石が一番奥のスリットに埋め込まれている
場合、図８の従来構造では、磁石から出た磁束は磁石の
埋め込まれているスリットとその全面のスリットの間か
らしかロータの外に出て行かないため、コギングトルク
が大きくなり、誘起電圧波形も歪んだ波形になる。

【００３６】本実施例は、図９に示すように、磁石に埋
め込まれているスリットのブリッジ幅Ｗ１よりその外側
に位置するスリット幅Ｗ２、Ｗ３、Ｗ４が大きくなって
いる。このような構造にすることで、永久磁石から出た
磁束はブリッジ部を通ることが可能になり、磁石からよ
り多くの磁束をロータからステータに出すことが可能
で、コギングトルクを小さくすることができる。

【００３７】また、図１０のように、内側に位置するス
リットのブリッジ幅を順次大きくすることで、磁極の中
心からより多くの磁束をだすことができるため、コギン
グトルクが小さくなるのに加えて、誘起電圧波形も正弦
派状にすることができるため振動、騒音の小さいモータ
にすることができる。

【００３８】

【発明の効果】本件請求項１記載の発明は、リラクタン
ストルクのみならずマグネットトルクを利用することが
でき、大きな駆動トルクを得ることができる。

【００３９】請求項２、３記載の発明は、永久磁石の位
置を内側に配置することで、永久磁石を埋め込むことで
発生する遠心力の負担を抑えることができる。

【００４０】請求項４記載の発明は、磁束通路の幅を大
きくすることで、磁気飽和の発生を抑え効率のよい回転
駆動を行うことができる。

【００４１】請求項１０記載の発明は、高効率の電動機
を提供することができる。

【００４２】請求項１１記載の発明は、最も効率の高い
電動機を提供することができる。

【００４３】請求項１２記載の発明は、コギングトルク
を低減させた電動機を提供することができる。

【００４４】請求項１４記載の発明は、誘起電圧波形を
正弦波状にすることで、コギングトルクをさらに低減さ
せた電動機を提供することができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本実施例の電動機の断面図

【図２】他の実施例の回転子の断面図

【図３】スキューを施した回転子の側面図

【図４】集中巻方式のステータを備える電動機の断面図

【図５】従来のリラクタンスモータを示す図

【図６】（ａ）２層スリットの電動機の断面図（ｂ）３層スリットの電動機の断面図（ｃ）４層スリットの電動機の断面図（ｄ）５層スリットの電動機の断面図

【図７】スリット層数とトルク比との関係を示す図

【図８】従来のブリッジ幅と永久磁石から発生する磁束
との関係を示す図

【図９】本実施例のブリッジ幅と永久磁石から発生する
磁束との関係を示す図

【図１０】同ブリッジ幅と永久磁石から発生する磁束と
の関係を示す図

【符号の説明】

１コアシート２磁束通路３スリット４ステータ

フロントページの続き (51)Int.Cl.⁷ 識別記号ＦＩテーマコート゛(参考）Ｈ０２Ｋ 21/16 Ｈ０２Ｋ 21/16 Ｍ // Ｈ０２Ｋ 1/30 1/30 Ａ (72)発明者一海康文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)発明者岸部太郎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)発明者川野慎一朗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)発明者角治彦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 AA01 AA09 AE07 AE08 5H619 AA01 BB01 BB06 BB24 PP01 PP02 PP05 PP06 PP08 PP14 5H621 AA03 BB10 GA01 GA04 HH01 5H622 AA03 CA02 CA05 CA07 CA10 CA13 CB04 CB05 DD01 QA03 QA10

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】半径方向に並ぶ多層スリットを有する回
転子本体を備え、前記多層スリット中の一部のスリット
のみに永久磁石を埋め込み、マグネットトルク及びリラ
クタンストルクにより回転駆動する電動機。
【請求項２】永久磁石は、最も外側のスリットより中
心側のスリットに埋め込んだ請求項１記載の電動機。
【請求項３】永久磁石は、最も中心側のスリットのみ
に埋め込んだ請求項２記載の電動機。
【請求項４】隣り合うスリット間の磁束通路の幅は、
永久磁石を埋め込んだスリットの外側に位置する磁束通
路の幅が最も太い請求項２記載の電動機。
【請求項５】永久磁石を埋め込んだスリットは、スリ
ットの端部に空隙部を有する請求項３記載の電動機。
【請求項６】固定子の巻線部は、集中巻方式で施した
請求項１記載の電動機。
【請求項７】埋め込んだ永久磁石として、フェライト
磁石を用いた請求項１記載の電動機。
【請求項８】埋め込んだ永久磁石として、樹脂磁石を
用いた請求項１記載の電動機。
【請求項９】複数のコアシートのスリットをずらしな
がら回転子軸方向に積層し、スキューを施した回転子本
体を有する請求項８記載の電動機。
【請求項１０】多層スリットの層数が、３層以上５層
以下である請求項３記載の電動機。
【請求項１１】多層スリットの層数が４層である請求
項３記載の電動機。
【請求項１２】多層スリットの最も中心部にある永久
磁石の埋め込まれたスリット端部とロータ外径の間にあ
るブリッジ幅Ｗａが、その他のスリットの端部とロータ
外径の間にあるブリッジ幅Ｗｂに対して、Ｗｂ＞Ｗａで
ある請求項１０記載の電動機。
【請求項１３】スリット端部とロータ外径との間にあ
るブリッジ幅は、永久磁石を埋め込んだスリットのブリ
ッジ幅より、この永久磁石を埋め込んだスリットよりロ
ータ外径側に位置するスリットのブリッジ幅の方が幅広
になっている請求項１記載の電動機。
【請求項１４】永久磁石を埋め込んだスリットよりロ
ータ外径側に位置するスリットのブリッジ幅は、順次幅
広になっている請求項１記載の電動機。
【請求項１５】ブリッジ幅は、永久磁石を埋め込んだ
スリットのブリッジ幅が最も狭く、ロータ外周に位置す
るスリットのブリッジ幅が最も太い請求項１４記載の電
動機。