JP2008259359A - Outer rotor permanent magnet motor - Google Patents
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Description
本発明は、回転子鉄心の磁極を形成する部分に有する孔内に永久磁石を配置して構成する外転型永久磁石電動機の回転子に関する。 The present invention relates to a rotor of an abduction type permanent magnet motor in which a permanent magnet is arranged in a hole formed in a portion where a magnetic pole of a rotor core is formed.
従来より、永久磁石電動機の回転子においては、その鉄心の磁極を形成する部分に有する穴内に平板状の永久磁石を挿入配置する構成のものが供されている(例えば特許文献1参照)。
一方、最近の脱水兼用洗濯機では、永久磁石電動機をインバータ駆動する方式が採用されているが、その回転子としては、外転型とすることが一般的で、この外転型永久磁石電動機においても、その回転子鉄心の磁極を形成する部分に穴を設け、この穴内に永久磁石を挿入配置する構成が採用されている。
On the other hand, in recent dehydrating washing machines, a method of driving an inverter of a permanent magnet motor is adopted, but the rotor is generally an abduction type, and in this abduction type permanent magnet motor, However, a configuration is adopted in which a hole is provided in a portion of the rotor core where the magnetic pole is formed, and a permanent magnet is inserted into the hole.
上記の脱水兼用洗濯機に用いられている外転型永久磁石電動機の回転子鉄心では、各穴内に1個の永久磁石を配置する構成としているため、トルクアップなどを目的に、永久磁石の磁力を強くしようとすると、永久磁石の厚さを厚くしなければならない。しかしながら、平板状の永久磁石は、磁性粉をプレスして焼結し、研磨して所定の寸法に仕上げるという製造過程を経るため、厚い永久磁石は製造し難く、製造コストが嵩むという問題があった。 In the rotor core of the outer rotation type permanent magnet motor used in the above-described washing machine for dehydration, a single permanent magnet is arranged in each hole. Therefore, the magnetic force of the permanent magnet is used for the purpose of increasing torque. In order to increase the strength, the thickness of the permanent magnet must be increased. However, flat permanent magnets undergo a manufacturing process in which magnetic powder is pressed and sintered, polished, and finished to a predetermined size, so that thick permanent magnets are difficult to manufacture and increase manufacturing costs. It was.
また、脱水兼用洗濯機などにおいて運転騒音の低減のためには、電動機のコギングトルクを低減することが好ましい。コギングトルク低減のためには、回転子鉄心の各磁極の磁束密度がサインカーブ状を呈することが効果的であるとされるが、1枚の平板状の永久磁石で磁極を構成すると、磁束密度が台形状になり、サインカーブ状にすることが難しい。 In order to reduce driving noise in a washing machine that is also used as a dewatering machine, it is preferable to reduce the cogging torque of the electric motor. In order to reduce the cogging torque, it is effective that the magnetic flux density of each magnetic pole of the rotor core exhibits a sine curve shape. However, if the magnetic pole is composed of one flat permanent magnet, the magnetic flux density Becomes trapezoidal and difficult to make into a sine curve.
本発明は上記の事情に鑑みてなされたもので、その目的は、磁極の磁力を強くする場合に永久磁石の厚さを厚くせずとも済み、また、磁極の磁束密度をサインカーブ状に近付け易い外転型永久磁石電動機の回転子を提供することにある。 The present invention has been made in view of the above circumstances. The purpose of the present invention is to increase the magnetic force of the magnetic pole without increasing the thickness of the permanent magnet, and to bring the magnetic flux density of the magnetic pole closer to a sine curve. An object of the present invention is to provide a rotor of an abduction type permanent magnet motor that is easy to operate.
本発明は、回転子鉄心の各穴に、複数の永久磁石を回転子鉄心の径方向に重ねて配置したことを特徴とするものである。 The present invention is characterized in that a plurality of permanent magnets are arranged in each hole of the rotor core so as to overlap in the radial direction of the rotor core.
上記手段を採用した本発明によれば、回転子鉄心の各磁極の穴内に複数の永久磁石を配置するので、磁力を強くする場合、1個1個の永久磁石としては、その厚さを厚くしなくとも済む。また、各磁極は、複数個の永久磁石からなるので、磁束密度をサインカーブ状に近づけ易くなる。 According to the present invention employing the above-described means, since a plurality of permanent magnets are arranged in the holes of the magnetic poles of the rotor core, when increasing the magnetic force, the thickness of each permanent magnet is increased. You don't have to. In addition, since each magnetic pole is composed of a plurality of permanent magnets, the magnetic flux density can be easily approximated to a sine curve.
以下、本発明の一実施形態を脱水兼用洗濯機の洗濯機モータ(撹拌体と回転槽の回転駆動源)に適用して図面を参照しながら説明する。
図3には、外転型永久磁石電動機(ブラシレスモータ)の固定子1と回転子2とが示されている。そのうち、固定子1は、固定子鉄心3とコイル4とからなる。更に、固定子鉄心3は、磁性体であるけい素鋼板を多数枚積層して構成したもので、環状を成すヨーク部3aと、これの外周部から放射状に突出する多数のティース部3bとを有しており、そのほぼ全体の外面に電気絶縁材である合成樹脂から成る被覆部材5を型成形して設けている。
Hereinafter, an embodiment of the present invention will be described with reference to the drawings by applying it to a washing machine motor (a stirrer and a rotary drive source of a rotating tub) of a dehydrating washing machine.
FIG. 3 shows a
被覆部材5には、内周部に複数個の取付部6を形成しており、これによって固定子1を脱水兼用洗濯機のモータ取付部(図示せず)に取付けるようにしている。そして、各ティース部3bには、前記コイル4が被覆部材5の各外周から巻装されている。固定子1は、以上のように構成されている。
これに対して、回転子2は、フレーム7と回転子鉄心8と永久磁石9からなる。そのうち、フレーム7は、磁性体である例えば鉄板をプレス加工することにより形成したもので、円形の主板部7aと、この主板部7aの外周部から段部7bを経て起立する環状の周側壁7cとを有する、扁平な有底円筒状を成している。
A plurality of
On the other hand, the
回転子鉄心8は、環状をなし、フレーム7の周側壁7cの内周部に配置されている。また、回転子鉄心8は、図1および図2に示すように、フレーム7の段部7bからは軸方向(図で上方)にやや離間して、周側壁7cよりも更に軸方向にやや突出するように配置されている。そして段部7bには、樹脂通孔10が全周にわたって複数形成されており、一方、主板部7aには、図3に示すように、中心部に軸支体挿着孔11が形成されている。そして、この軸支体挿着孔11と段部7bとの間の部分には、通風孔12が放射状に多数形成されている。
The
回転子鉄心8は、図4に示すように、ほぼ弧状に打ち抜いた磁性体である例えばけい素鋼板を多数枚積層することで構成した単位鉄心8aを、複数個(例えば6個)継ぎ合わせることにより、環状に構成したものであり、この回転子鉄心8の、磁極(例えば計48極)を形成する部分13には、それぞれ穴14が形成されている。この穴14は、図1に示すように、回転子鉄心8の軸方向片側の端面部である下端面から反対側の端面部である上端面まで達して開通する深さのもので、図5に示すように、回転子鉄心8の内周側(固定子鉄心3側)が幅狭となるほぼ凸字状の平面形状を有している。また、穴14のうち、外周側内面中央には、外方への凹欠部15が形成されている。
As shown in FIG. 4, the
このような回転子鉄心8に対して、永久磁石9は、図5に示すように、幅が大小異なる2個の永久磁石9a,9bからなっている。そして、図1および図2に示すように、幅広の永久磁石9aは、回転子鉄心8の穴14のうち、外周側の幅広部14a内に挿入配置され、幅狭の永久磁石9bは、内周側の幅狭部14b内に挿入配置されている。この両永久磁石9a,9bを穴14内に配置した状態において、その一部、例えば図示上端面が回転子鉄心8の上端面と面一になって外部に露出している。なお、永久磁石9a,9bは接着後、穴14内に挿入するようにしても良い。
For such a
回転子2を構成するフレーム7、回転子鉄心8および永久磁石9a,9bは、モールド樹脂16によって一体化されている。図6には、モールド樹脂16の成形型17が示されている。図6に示されている通り、成形型17は、下型18と、これに被せられる上型19とからなる。下型18は、基盤面18aから突出する凸部20を有しており、上述の永久磁石9a,9bを穴14に挿入した回転子鉄心8は、この下型18の凸部20の外周に嵌合され、その上からフレーム7が被せられる。
The
更に、フレーム7の上から上型19が被せられて、図7に示すように型締めされる。この型締め状態において、回転子鉄心8および永久磁石9a,9bは、下型18の基盤面18aに当接している。そして、型締め後、下型18および上型19間のキャビティ21に、例えば熱可塑性の樹脂16が注入され充填される。上記樹脂16の注入方向は、図7に矢印Aで示すように、上型19側から下型18側に向かってであり、すなわち、図7でフレーム7の回転子鉄心8を組み込んだ側とは反対側の上部にゲート(図示せず)が存在している。
Further, the
この結果、樹脂16が、図1に示すように、フレーム7の段部7bの樹脂通孔10を通って、回転子鉄心8とフレーム7の段部7bとの間から、回転子鉄心8の穴14と2個の永久磁石9a,9bとの間の隙間および凹欠部15に充填されて、永久磁石9a,9bを外側から包み込むと共に、回転子鉄心8とフレーム7の段部7bとの間、並びに回転子鉄心8の磁極を形成する部分13の相互間の谷部22に図2に示すように充填され、そして、フレーム7の段部7bの樹脂通孔10から回転子鉄心8側とは反対の段部7b外面側にも充填されて環状に成形される。
As a result, as shown in FIG. 1, the
また、そのとき、樹脂16は、別のゲート(図示省略)から、図3に示すように、フレーム7の軸支体挿着孔11の部分に至ってインサート部品である軸支体23を包み込んで保持するように成形されると共に、その周囲に放射状に延びる複数のリブ24が形成される。かくして、フレーム7、回転子鉄心8、および永久磁石9a,9bが樹脂16によって一体に固着され、軸支体23の保持、並びに複数のリブ24の成形もなされて、回転子2が製造される。なお、成形型17は、樹脂16が硬化した時点で、上型19を取り除き、下型18から回転子2の全体を取り上げる。
At that time, the
さて、回転子鉄心8の磁極を形成する部分13において、固定子鉄心3と対向する面(内周側の面)13aは、図5および図9(a−3)にも示すように、中高の円弧凸面状に形成されている。また、部分13の相互間は、谷部22によって隔てられているが、穴14の周側部のうち円周方向に沿う両側の側部13bは、肉厚が0.5mm以下に定められている。そして、穴14が凸字状をなしていることにより、谷部22は、図9(a−3)に示すように、穴14とは逆向きの凸字状になっていて、隣同士の部分13は、外周側の永久磁石9aどうしの間隔が、内周側の永久磁石9bどうしの間隔よりも狭くなるようにしている。
Now, in the
回転子2は、固定子1と共に電動機として組み立てられた状態では、図1に示すように、固定子2に取り付けられた回路基板25が回転子鉄心8の上端面に対向している。この回路基板25には、永久磁石9の磁気検出によって回転子2の回転位置を検出するための磁気センサ26が配設されている。
When the
上記磁気センサ26は、ホール素子などからなり、外周側の永久磁石9aの磁気を検出する。つまり、外周側の永久磁石9aは、図9(a−2),(a−3)に示すように隣どうしで反対の磁極を有しており、隣どうしの永久磁石9a間では、図9(a−2)に矢印Bで示すような漏れ磁束を生ずる。この漏れ磁束は、図9(a−1)に示すように、途中で極性が反転するので、この磁極の反転を一定のしきい値をもって検出する。そして、この極性反転をとらえて磁気センサ26は、位置検出信号を出力する。図示しないモータ制御回路部では、磁気センサ26から検出信号により回転子2の位置を演算し、固定子鉄心3のコイル4をインバータ駆動して回転子2の回転を制御する。
The
以上の構成によれば、次のような優れた作用効果を得ることができる。
(1)回転子鉄心8の磁極を形成する部分13に穴14を形成し、この穴14内に複数個、例えば2個の永久磁石9a,9bを配置したので、磁極での磁力を強くしようとした場合、個々の永久磁石9a,9bの厚さをそれ程厚くせずとも、個々の永久磁石9a,9bの磁力を強くでき、製造コストの大幅な上昇を回避できる。
According to the above configuration, the following excellent effects can be obtained.
(1) Since the
しかも、個々の永久磁石9a,9bの磁束密度は、台形状であるが、重ねたときの合成磁束密度は、図8に示すように、よりサインカーブに近付くようになる。このため、コギングトルクの発生が減少し、騒音低下に寄与することができる。
つまり、図8(a)は、永久磁石9a,9bを同じ幅、同じ磁束密度とした場合であるが、その合成磁束密度は、台形状からサインカーブ状に近付く。
In addition, the magnetic flux density of each of the
That is, FIG. 8A shows a case where the
図8(b)は、本実施形態のように、2個の永久磁石9a,9bの幅を異ならせた場合(磁束密度は同じ)であるが、重ねたときの合成磁束密度は、図8(a)よりもサインカーブに近付くようになる。図8(c)は、2個の永久磁石9aの磁束密度を永久磁石9よりも高くした場合であるが、この場合には、一層サインカーブに近くなる。なお、永久磁石9a,9bの厚さを異ならせたり、永久磁石9a,9bの構成材料を異ならせたりして夫々の磁力を強弱異ならせ、これにより合成磁束密度が一層サインカーブに近づくようにしても良い。
FIG. 8B shows the case where the widths of the two
(2)磁極を形成する部分13の固定子鉄心3と対向する面13aが円弧凸面状となっているので、固定子鉄心3のコイル4に対して鎖交する磁束密度は、より一層サインカーブに近付き、コギングトルクの発生がより減少する。
(2) Since the
(3)回転子鉄心8の磁極の間隔を狭くすると、磁極間での漏洩磁束が多くなる。このため、永久磁石9を1個にして示す図9(b−2),(b−3)のように磁極の間隔を広くすることが発生トルクの関係からして好ましいが、磁極の間隔を広くすると、図9(b−1)に示すように磁極間での漏洩磁束密度の変化が緩やかとなるので、磁気センサ26による位置検出信号の出力タイミングに誤差を生ずる恐れがある。
しかしながら、本実施形態では、各磁極に配置される2個の永久磁石9a,9bの幅を異ならせ、幅広の永久磁石9aを固定子鉄心3から遠い側(外周側)に配置し、幅狭の永久磁石9bを固定子鉄心3に近い側(内周側)に配置したので、外周側に並ぶ永久磁石9aの離間間隔を狭くしても、内周側に並ぶ永久磁石9bの離間間隔としては、広い状態が得られる。
(3) When the interval between the magnetic poles of the
However, in the present embodiment, the widths of the two
このようにすると、外周側の永久磁石9aについては、隣どうしの永久磁石9a間の離間間隔が狭く、磁束漏洩の抑制効果は少ないが、その代わり、図9(a−1)に示すように、漏洩磁束密度の変化が急となり、磁気センサ26による位置検出精度が向上する。固定子鉄心3側の永久磁石9bは、発生トルクに直接的に影響を与えるが、この永久磁石9bについては、隣どうしの永久磁石9b間の離間間隔を広く取れるので、磁束密度を高くしても、磁束漏洩を抑制でき、発生トルクの減少を極力防止できる。
In this way, with respect to the
(4)回転子鉄心8の各磁極に配置された2個の永久磁石9a,9bは、図9(a−3)に示すように厚さ方向に異なる磁極で着磁されている。このため、永久磁石9a,9bでは、幅方向両端面において、図9(a−3)に矢印Cで示すように、穴14の側部を磁路として磁束が漏洩する。本実施形態では、回転子鉄心8の磁極を形成する部分13において、穴14の両側部の肉厚を0.5mm以下とした。肉厚が0.5mm程度であれば、磁気飽和し、漏洩磁束を一定に抑制できると共に、穴14の側部の強度も確保できる。
(4) The two
(5)穴14に配置される2個の永久磁石9a,9bの一端面を露出させたので、モールド樹脂16の成形時に、回転子鉄心8の一端面と共に永久磁石9a,9bの一端面を下型18の基盤面18aに当接させて位置決めすることができる。このため、永久磁石9が2個の永久磁石9a,9bから構成されていても、永久磁石9a,9bの回転子鉄心8に対する位置関係が安定する。
(5) Since one end surfaces of the two
なお、本発明は上記し且つ図面に示す実施形態に限定されるものではなく、以下のような拡張或いは変形が可能である。
永久磁石9は、2個の永久磁石9a,9bにより構成するものに限られず、3個以上の永久磁石から構成しても良い。
永久磁石9を構成する複数の永久磁石は、厚さの異なるものであっても良い。この場合、複数の永久磁石の全てが互いに厚さを異ならせものであっても良いし、同じ厚さの永久磁石の中に異なる厚さの永久磁石が混じっている形態でも良い。
永久磁石9を構成する複数の永久磁石は、材質が異なるものであっても良い。材質としては、フェライト、サマリウムコバルト、鉄−クロム−コバルト、マンガンアルミなど種々考えられる。
The present invention is not limited to the embodiment described above and shown in the drawings, and can be expanded or modified as follows.
The
The plurality of permanent magnets constituting the
The plurality of permanent magnets constituting the
図面中、1は固定子、2は回転子、3は固定子鉄心、4はコイル、8は回転子鉄心、9a,9bは永久磁石、13は磁極を形成する部分、14は穴、16は樹脂、17は成形型、26は磁気センサを示す。 In the drawings, 1 is a stator, 2 is a rotor, 3 is a stator iron core, 4 is a coil, 8 is a rotor iron core, 9a and 9b are permanent magnets, 13 is a portion forming a magnetic pole, 14 is a hole, 16 is Resin, 17 is a mold, and 26 is a magnetic sensor.
Claims (8)
前記回転子鉄心の各穴に、複数の永久磁石を前記回転子鉄心の径方向に重ねて配置したことを特徴とする外転型永久磁石電動機の回転子。 In a rotor of an abduction type permanent magnet motor that has an annular shape surrounding the stator core from the outside and includes a rotor core having a hole in a portion forming a magnetic pole, and a permanent magnet is disposed in the hole of the core. ,
A rotor of an abduction type permanent magnet motor, wherein a plurality of permanent magnets are disposed in each hole of the rotor core so as to overlap in the radial direction of the rotor core.
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