JP2010057313A

JP2010057313A - 電動機

Info

Publication number: JP2010057313A
Application number: JP2008221384A
Authority: JP
Inventors: Yukihiro Mihata; 幸博身畑; Masayuki Takada; 昌亨高田; Yoshiki Tanimura; 嘉樹谷村
Original assignee: Panasonic Corp
Current assignee: Panasonic Corp
Priority date: 2008-08-29
Filing date: 2008-08-29
Publication date: 2010-03-11

Abstract

【課題】振動、騒音を小さくすることができ、高出力が得られる電動機を安価に提供することを目的とする。
【解決手段】固定子鉄心３に電機子巻線５を巻装した固定子２と、この固定子２に対向してエアギャップ９を介して１つのセグメント磁石６に２極以上のラジアル配向の多極着磁を施された複数のセグメント磁石６が回転子鉄心７の表面に配置された回転子８が、回転自在に構成された電動機とし、少数のセグメント磁石で多極化することができるため、アンバランス量が小さくでき、磁極間隔のバラツキも低減でき、振動、騒音の小さい高出力化した電動機を得られる。
【選択図】図１

Description

本発明は、回転子に永久磁石を有する電動機に係り、さらに詳細には、高出力、高効率、低騒音を実現する電動機に関するものである。

近年、電動機には小型化、高出力化した上で、静音化、高効率化を実現することが求められており、そのために、磁極の極数は増加する傾向にある。

従来、この種の電動機は、特許文献１に開示された構成のものが知られている。

以下、その電動機について図７を参照しながら説明する。

図に示すように、回転子１０１はロータコア１０２の表面付近に交互に極性が異なる磁極を有する永久磁石１０３備え、永久磁石１０３の個数は極数と同数であるとともに、極性の異なる永久磁石１０３の間には隙間を設けた電動機の構成としている。

また、この種の電動機は、特許文献２に開示された構成のものが知られている。

以下、その電動機について図８を参照しながら説明する。

図に示すように、シャフト１０４と多極に着磁されたリング状の永久磁石１０５からなる回転子１０６を配し、リング状の永久磁石１０５は磁極毎に異方性を有し、隣接する磁極間における厚さが磁極中心と比して小さいことを特徴とする電動機の構成としている。
特開２００２−２８１７２１号公報特開２００６−３１１７７７号公報

このような従来の電動機では、永久磁石の加工精度から隣り合う永久磁石１０３の間には隙間が必要であるため、その隙間を均一にすることは非常に困難であることから、回転子のアンバランス量が不均一な隙間によって大きくなり、電動機の振動が大きくなるという課題があり、アンバランス量を低減することが要求されている。

また、磁極間隔のバラツキも大きくなり、電動機の振動、騒音も大きくなるという課題があり、磁極間隔のバラツキを小さくすることが要求されている。

本発明は、このような従来の課題を解決するものであり、アンバランス量を低減することができ、磁極間隔のバラツキも低減でき、振動、騒音を小さくすることのできる電動機を提供することを目的としている。

そして、リング状の永久磁石においては、表面磁束密度が高くできず、高出力が得られないという課題があり、表面磁束密度を大きくすることが要求されている。

また、磁極毎に異方性を有する極異方性リングの永久磁石は、磁性粉の密度が極間部は低く、極ピーク部は高いため、極間部での機械的強度が低くなり、使用環境温度変化の大きな環境での使用においては、収縮応力によって割れやすいという課題があり、使用環境温度変化の大きな環境で使用しても、割れ難く、高品質を確保することが要求されている。

本発明は、このような従来の課題を解決するものであり、表面磁束密度を大きくすることができ、収縮応力の影響を受けることなく割れ難い高品質化することのできる電動機を提供することを目的としている。

本発明の電動機は上記目的を達成するために、固定子鉄心に電機子巻線を巻装した固定子と、この固定子に対向してエアギャップを介して回転自在に配置された回転子を有する電動機であって、前記回転子は複数のセグメント磁石が回転子鉄心の表面に配置されるとともに、１つの前記セグメント磁石に２極以上の多極着磁を施したことを特徴とする電動機としたものである。

この手段により少数のセグメント磁石で多極化することができるため、アンバランス量が小さくなるとともに、磁極間隔のバラツキも低減でき、振動、騒音を小さくすることができるとともに、セグメント磁石の位置による磁性粉の密度に差異がないことから、使用環境温度変化が大きい環境などで使用しても収縮応力の影響がなく、割れ難い高品質の電動機が得られる。

また、本発明の電動機は上記目的を達成するために、前記セグメント磁石はラジアル配向としたことを特徴とする電動機としたものである。

この手段により、磁石の磁束密度を大きくできることから、高出力化した電動機が得られる。

また、本発明の電動機は上記目的を達成するために、前記セグメント磁石の極間部の肉厚を極中心部に対して薄くしたことを特徴とする電動機としたものである。

この手段により、電機子巻線に誘起される誘起電圧は正弦波状の誘起電圧波形となるため、トルクリプルが小さくなるとともに、瞬時トルクのトルク変化率も小さくなるので、騒音・振動の発生を抑制した電動機が得られる。

また、本発明の電動機は上記目的を達成するために、前記セグメント磁石にスキュー着磁をしたことを特徴とする電動機としたものである。

この手段により、電機子巻線に誘起される誘起電圧に含まれる高調波成分を減少でき、トルクリプルが小さくなるとともに、瞬時トルクのトルク変化率も小さくなるので、騒音・振動の発生を抑制した電動機が得られる。

また、本発明の電動機は上記目的を達成するために、前記固定子鉄心のティースと、このティースに対向する前記回転子とのエアギャップは前記ティース中心から前記ティース端部に向かうにつれて大きくしたことを特徴とする電動機としたものである。

また、本発明の電動機は上記目的を達成するために、前記ティースがスキューされたことを特徴とする電動機としたものである。

また、本発明の電動機は上記目的を達成するために、前記セグメント磁石をフェライト焼結磁石としたことを特徴とする電動機としたものである。

この手段により、安価に電機子巻線に誘起される誘起電圧を高くできるため、コストパフォーマンスの高い高出力化を実現した電動機が得られる。

また、本発明の電動機は上記目的を達成するために、前記セグメント磁石を希土類ボンド磁石としたことを特徴とする電動機としたものである。

この手段により、セグメント磁石の厚みを薄くできることから、各セグメント磁石の重量差が小さくなり、アンバランス量が小さくなるため、騒音、振動を小さくすることができる電動機が得られる。

また、本発明の電動機は上記目的を達成するために、前記回転子鉄心の前記１つのセグメント磁石における極間部に、スリットを設けたことを特徴とする電動機としたものである。

この手段により、電機子巻線に誘起される誘起電圧は正弦波状の誘起電圧波形となるため、トルクリプルが小さくなるとともに、瞬時トルクのトルク変化率も小さくなるので、騒音・振動の発生をより一層抑制した電動機が得られる。

また、本発明の電動機は上記目的を達成するために、前記スリットの幅は、外径側より内径側を狭くしたことを特徴とする電動機としたものである。

この手段により、電機子巻線に誘起される誘起電圧はより正弦波状の誘起電圧波形となるため、トルクリプルが小さくなるとともに、瞬時トルクのトルク変化率も小さくなるので、騒音・振動の発生を更に抑制した電動機が得られる。

本発明によれば回転子のアンバランス量が小さくなるとともに、磁極間隔のバラツキも低減でき、振動騒音を小さくすることできるという効果のある電動機を提供できる。

また、磁束密度が大きくできることから、高出力化した電動機を得ることできる。

また、本発明によればトルクリプルが小さくなるとともに、瞬時トルクのトルク変化率も小さくすることができ、騒音・振動の発生を抑制できる効果のある電動機を提供できる。

また、磁石が収縮応力などの影響を受けることがなく、割れ難く、高品質を確保できる効果のある電動機を提供できる。

本発明の請求項１記載の発明は、固定子鉄心に電機子巻線を巻装した固定子と、この固定子に対向してエアギャップを介して回転自在に配置された回転子を有する電動機であって、前記回転子は複数のセグメント磁石が回転子鉄心の表面に配置されるとともに、１つの前記セグメント磁石に２極以上の多極着磁を施したことを特徴とする電動機としたものであり、少数のセグメント磁石で多極化することができるため、アンバランス量が小さくなるとともに、磁極間隔のバラツキも低減でき、磁石の位置による磁性粉の密度に差異がないことから、使用環境温度変化が大きい環境などで使用しても収縮応力の影響がないという作用を有する。

また、前記セグメント磁石はラジアル配向としたことを特徴とする電動機としたものであり、磁石の磁束密度を高くできることから、電動機を高出力化することができるという作用を有する。

また、前記セグメント磁石の極間部の肉厚を極中心部に対して薄くしたことを特徴とする電動機としたものであり、電機子巻線に誘起される誘起電圧は正弦波状の誘起電圧波形となるため、トルクリプルが小さくなるとともに、瞬時トルクのトルク変化率も小さくできるという作用を有する。

また、前記セグメント磁石にスキュー着磁をしたことを特徴とする電動機としたものであり、電機子巻線に誘起される誘起電圧に含まれる高調波成分を減少でき、トルクリプルが小さくなるとともに、瞬時トルクのトルク変化率も小さくできるという作用を有する。

また、前記固定子鉄心のティースと、このティースに対向する前記回転子とのエアギャップは前記ティース中心から前記ティース端部に向かうにつれて大きくしたことを特徴とする電動機としたものであり、電機子巻線に誘起される誘起電圧は正弦波状の誘起電圧波形となるため、トルクリプルが小さくなるとともに、瞬時トルクのトルク変化率も小さくできるという作用を有する。

また、前記ティースはスキューされたことを特徴とする電動機としたものであり、電機子巻線に誘起される誘起電圧に含まれる高調波成分を減少でき、トルクリプルが小さくなるとともに、瞬時トルクのトルク変化率も小さくできるという作用を有する。

また、前記セグメント磁石は、フェライト焼結磁石としたことを特徴とする電動機としたものであり、安価に電機子巻線に誘起される誘起電圧を高くできるという作用を有する。

また、前記セグメント磁石は、希土類ボンド磁石としたことを特徴とする電動機としたものであり、セグメント磁石の厚みを薄くできることから、各セグメント磁石の重量差が小さくなり、アンバランス量を小さくできるという作用を有する。

また、前記回転子鉄心の前記１つのセグメント磁石における極間部にはスリットを設けたことを特徴とする電動機としたものであり、電機子巻線に誘起される誘起電圧は正弦波状の誘起電圧波形となるため、トルクリプルが小さくなるとともに、瞬時トルクのトルク変化率も小さくできるという作用を有する。

また、前記スリットの幅は、外径側より内径側を狭くしたことを特徴とする電動機としたものであり、電機子巻線に誘起される誘起電圧はより正弦波状の誘起電圧波形となるため、トルクリプルが小さくなるとともに、瞬時トルクのトルク変化率も小さくできるという作用を有する。

以下、本発明の実施の形態について図面を参照しながら説明する。

（実施の形態１）
図１および図２に示すように、１は電動機で、２は複数のスロットを有する固定子鉄心３に絶縁材にて形成されたインシュレータ４を介して電機子巻線５を巻装した固定子である。回転子Ａ８は、複数のセグメント磁石Ａ６を回転子鉄心７の表面に配置したものである。このセグメント磁石Ａ６は、１つに２極以上の多極着磁を施されている。回転子Ａ８は、固定子２に対向してエアギャップ９を介して回転自在に配置されている。

また、複数のセグメント磁石Ａ６にはラジアル配向の着磁が施されており、このセグメント磁石Ａ６の極間部Ａ１０は、極中心部１１に対して厚みを薄くして構成されている。

また、このセグメント磁石Ａ６はフェライト焼結磁石で構成されている。

上記構成において、電動機は少数のセグメント磁石で多極化することができるため、アンバランス量が小さくなるとともに、磁極間隔のバラツキも低減でき、振動、騒音を小さくすることが可能となるとともに、セグメント磁石の位置による磁性粉の密度に差異がないことから、使用環境温度変化が大きい環境などで使用しても収縮応力の影響がなく、機械的強度を高くできるので、磁石が割れ難く、高品質を確保することが可能となる。

また、セグメント磁石をラジアル配向としたため、磁石の磁束密度を大きくできることから、電動機の高出力化が可能となる。

また、セグメント磁石の極間部の肉厚を極中心部に対して薄くしたことにより、電機子巻線に誘起される誘起電圧は正弦波状の誘起電圧波形となるため、トルクリプルが小さくなるとともに、瞬時トルクのトルク変化率も小さくなるので、騒音・振動の発生を抑制した電動機の提供が可能となる。

また、セグメント磁石をフェライト焼結磁石としたことにより、安価に電機子巻線に誘起される誘起電圧を高くできるため、コストパフォーマンスの高い高出力化を実現した電動機の提供が可能となる。

なお、本実施の形態１では、電機子巻線に誘起される誘起電圧を正弦波状の誘起電圧波形にするため、セグメント磁石の極間部の肉厚を極中心部に対して薄くした構成としたが、図３に示すように、固定子鉄心３のティース１２と、このティース１２に対向する回転子Ａ８とのエアギャップ９をティース中心１３からティース端部１４に向かうにつれて大きくした電動機の構成であっても、電機子巻線に誘起される誘起電圧は正弦波状の誘起電圧波形となるため、トルクリプルが小さくなるとともに、瞬時トルクのトルク変化率も小さくでき、騒音・振動の発生を抑制した電動機を得られることに差異は生じない。

（実施の形態２）
図４に示すように、スキュー着磁１５が施された複数のセグメント磁石Ｂ１６が回転子鉄心７の表面に配置されて回転子Ｂ１７を構成し、その他の電動機としての構成は実施の形態１と同一であり、詳細な説明は省略する。

上記構成において、電動機はセグメント磁石にスキュー着磁をしたことにより、電機子巻線に誘起される誘起電圧に含まれる高調波成分を減少でき、トルクリプルが小さくなるとともに、瞬時トルクのトルク変化率も小さくなるので、騒音・振動の発生を抑制した電動機の提供が可能となる。

なお、本実施の形態２では、電機子巻線に誘起される誘起電圧に含まれる高調波成分を減少するため、セグメント磁石Ｂ１６にスキュー着磁１５を施した構成としたが、図５に示すように、固定子鉄心３のティース１２をスキューした構成であっても、電機子巻線に誘起される誘起電圧に含まれる高調波成分を減少でき、トルクリプルが小さくなるとともに、瞬時トルクのトルク変化率も小さくでき、騒音・振動の発生を抑制した電動機を得られることに差異は生じない。

（実施の形態３）
図６に示すように、希土類ボンド磁石にて形成されたセグメント磁石Ｃ１８の極間部Ｂ１９にはスリット２０が設けられており、このスリット２０の幅は、スリットの外径側の幅ｋ１よりスリットの内径側の幅ｋ２が狭くなるように構成し、その他の電動機としての構成は実施の形態１と同一であり、詳細な説明は省略する。

上記構成において、電動機は電機子巻線に誘起される誘起電圧はより正弦波状の誘起電圧波形となるため、トルクリプルが小さくなるとともに、瞬時トルクのトルク変化率も小さくなるので、騒音・振動の発生を抑制した電動機の提供が可能となる。

また、希土類ボンド磁石としたことにより、セグメント磁石の厚みを薄くできることから、各セグメント磁石の重量差が小さくなり、アンバランス量を小さくでき、騒音、振動を小さくすることができる電動機の提供が可能となる。

なお、本実施の形態３では単純なスリットとしたが、曲率を有する溝としても良く、その作用効果に差異を生じない。

以上のように、本発明にかかる電動機においては、小型で大きな出力が得られ、騒音、振動を小さくすることができ、磁石は収縮応力の影響を受けないため、使用環境温度変化に関係なく、従来に増して広範囲な電機機器への搭載が有用となる。

本発明の実施の形態１から３の電動機を示す断面図同実施の形態１および３の電動機における回転子構造を部分的に示す断面図同実施の形態１の電動機における固定子と回転子構造を部分的に示す断面図本発明の実施の形態２の電動機における回転子の平面図同実施の形態２の電動機における固定子鉄心のティースを部分的に示す斜視図本発明の実施の形態３の電動機における回転子構造を部分的に示す断面図従来の電動機を示す断面図同他の電動機を示す断面図

符号の説明

１電動機
２固定子
３固定子鉄心
４インシュレータ
５電機子巻線
６セグメント磁石Ａ
７回転子鉄心
８回転子Ａ
９エアギャップ
１０極間部Ａ
１１極中心部
１２ティース
１３ティース中心
１４ティース端部
１５スキュー着磁
１６セグメント磁石Ｂ
１７回転子Ｂ
１８セグメント磁石Ｃ
１９極間部Ｂ
２０スリット
ｋ１スリットの外径側の幅
ｋ２スリットの内径側の幅

Claims

固定子鉄心に電機子巻線を巻装した固定子と、この固定子に対向してエアギャップを介して回転自在に配置された回転子を有する電動機であって、前記回転子は複数のセグメント磁石が回転子鉄心の表面に配置されるとともに、１つの前記セグメント磁石に２極以上の多極着磁を施したことを特徴とする電動機。
前記セグメント磁石はラジアル配向としたことを特徴とする請求項１記載の電動機。
前記セグメント磁石の極間部の肉厚を極中心部に対して薄くしたことを特徴とする請求項１または２のいずれかに記載の電動機。
前記セグメント磁石にスキュー着磁をしたことを特徴とした請求項１または２のいずれかに記載の電動機。
前記固定子鉄心のティースと、このティースに対向する前記回転子とのエアギャップは前記ティース中心から前記ティース端部に向かうにつれて大きくしたことを特徴とする請求項１または２のいずれかに記載の電動機。
前記ティースはスキューされたことを特徴とする請求項１または２のいずれかに記載の電動機。
前記セグメント磁石は、フェライト焼結磁石としたことを特徴とする請求項１〜６のいずれかに記載の電動機。
前記セグメント磁石は、希土類ボンド磁石としたことを特徴とする請求項１〜６のいずれかに記載の電動機。
前記回転子鉄心の前記１つのセグメント磁石における極間部にはスリットを設けたことを特徴とする請求項８記載の電動機。
前記スリットの幅は、外径側より内径側を狭くしたことを特徴とする請求項９記載の電動機。