JP2011130607A - 永久磁石モータ - Google Patents

Abstract

【課題】異なるモータ出力に対して同じ永久磁石を流用することができ、生産性に優れた永久磁石モータを提供する。
【解決手段】ロータ１のロータコア２の外周面には、その周方向に複数個（ここでは、１０個）の永久磁石３が等間隔で配列されており、夫々の永久磁石３は、軸長がＬ１の永久磁石３ａがＫ１個（ここでは、Ｋ１＝１）と、軸長がＬ２の永久磁石３ｂがＫ２個（ここでは、Ｋ２＝２で永久磁石３ｂ₁，３ｂ₂）とが軸方向に配列されてなるものである。ここで、永久磁石３としては、モータ出力に応じて、使用する永久磁石３ａ，３ｂの個数（Ｋ１，Ｋ２）が決まるものであって、永久磁石３ａ１個のみであっても良いし、永久磁石３ｂ１個のみであっても良い。個のように、２種類の永久磁石３ａ，３ｂだけを用いることにより、同一の断面形状，断面積で異なるモータ出力の永久磁石モータを得ることができる。
【選択図】図５

Description

本発明は、ロータに永久磁石を用いた永久磁石モータに係り、特に、同じ断面積で軸長に応じた大きさの出力が得られるようにした永久磁石モータに関する。

永久磁石モータは、ロータコアの周方向にｎ個の永久磁石が配列して設けられ、また、ステータコアの周方向にｍ個のティースが配列した設けられて夫々のコイルが設けられた構成をなすものであるが、かかる永久磁石モータの一例として、ロータコアを回転軸に沿う方向（以下、軸方向という）に３個のコアに分割して軸方向に配置し、夫々のコア毎にその周方向に複数の永久磁石を配列して設けた構成のものが提案されている（例えば、特許文献１参照）。

これら３個のコアのうちの軸方向中央に配置されるコアは、その軸長が他の２つのコアの軸長のほぼ２倍であり、中央のコアに対し、その両側のコアの永久磁石の周方向の配置が、その図１７に示されるように、角度θだけスキューされており、図６，図７に示されるように、各永久磁石２５４ａ，２５４ｂの両側に磁気的空隙２５７が、永久磁石２５４ｂ間に磁気的空隙２５８ａ，２５８ｂが夫々設けられており、これら磁気的空隙とコア間のスキューとにより、コギングトルクや通電時のトルク脈動といったトルクリップルを低減するようにしている。

特開２００９−２１３２５６号公報

上記特許文献１には、軸方向に永久磁石が３個に分割された構成をなす永久磁石モータが開示されているが、その構成によると、トルクリップルを低減するために、両側に配置されるコアに配置される永久磁石に対して、その中心部のコアには、そのほぼ２倍の軸長の永久磁石が用いられるものであって、コアの個数と夫々のコアに使用される永久磁石は決められたものとなっている。

しかしながら、上記特許文献に記載のものは、永久磁石モータの１つを示すものであって、モータ出力が異なるものについては配慮されていない。仮に特許文献１に記載の構成でモータ出力が異なる永久磁石モータを考慮する場合には、コアを３個用いる構成とすることには変わりないが、使用する永久磁石はモータ出力に応じて全く異なるものが使用されることになる。従って、同じ断面形状，断面積でモータ出力が異なるシリーズものの永久磁石モータを作成する場合には、モータ出力毎に異なる永久磁石を作成して使用しなければならず、高い生産性が見込まれないことになる。

本発明は、かかる点に鑑みてなされたものであって、その目的は、異なるモータ出力に対して同じ永久磁石を流用することができ、生産性に優れた永久磁石モータを提供することにある。

上記目的を達成するために、本発明は、複数のスロットに集中巻きコイルを３相に施したステータと、ステータに対向して複数の永久磁石が設けられたロータとを有する永久磁石モータであって、永久磁石は夫々、Ｋ１個の軸長Ｌ１の第１の永久磁石とＫ２個の軸長Ｌ２の第２の永久磁石とが軸方向に配列されてなり（但し、Ｌ１＜Ｌ２であって、Ｋ１，Ｋ２は０を含む正整数）、
Ｋ１×Ｌ１＋Ｋ２×Ｌ２
の軸長をなしていることを特徴とする。

また、本発明は、第１の永久磁石の軸長Ｌ１と第２の永久磁石の軸長Ｌ２とが
Ｌ１＜Ｌ２＜２×Ｌ１
の関係にあることを特徴とする。

さらに、本発明は、ロータコアが、複数の分割コアが接合された構成をなし、分割コアには、２の倍数個の永久磁石が周方向に配列されて設けられていることを特徴とする。

さらに、本発明は、ロータコアがステータコアの内側に設けられ、ロータコアの外表面に永久磁石が配置されていることを特徴とする。

さらに、本発明は、ロータコアがステータコアの外側に設けられ、ロータコアの内表面に永久磁石が配置されていることを特徴とする。

本発明によれば、軸長が異なる２種類の永久磁石を用いることにより、同一断面形状，同一断面積でモータ出力が異なる３種類以上の永久磁石モータを実現できることになり、永久磁石モータのシリーズ設計が容易になる。

本発明による永久磁石モータの一実施形態の概略構成を示す断面図である。 図１に示す実施形態の第１の実施例におけるロータ１を示す外観斜視図である。 図１に示す実施形態の第２の実施例におけるロータ１を示す外観斜視図である。 図１に示す実施形態の第３の実施例におけるロータ１を示す外観斜視図である。 図１に示す実施形態の第４の実施例におけるロータ１を示す外観斜視図である。

以下、本発明の実施形態を図面により説明する。

図１は本発明による永久磁石モータの一実施形態の概略構成を示す断面図であって、１はロータ、２はロータコア、２ａ〜２ｅは分割コア、３は永久磁石、４は回転軸、５はステータ、６はステータコア、７はティース、８はコイル、９はスロットである。

同図において、この永久磁石モータは、ロータ１がステータ５の内側に配置された内転型の構成をなすものであって、このロータ１を構成するロータコア２が回転軸４に取り付けられている。

ロータコア２の外周面には、その円周方向に等間隔に複数の永久磁石３が設けられている。これら永久磁石３の軸方向（回転軸４に平行な方向）の全体的な長さは永久磁石モータのモータ出力に応じて決められるものであり、これに伴い、ロータコア２やステータコア６の軸方向の厚さは、この永久磁石３の全体的な長さにほぼ等しくなるようにしている。また、ステータ５は、ロータコア２の外周面に対向したその内周面にその円周方向に沿ってスロット９で区分された複数のティース７が設けられたステータコア６からなるものであって、これらティース７の夫々に集中巻きのコイル（ティース７に絶縁物を介して直接巻き付けたコイル）８が設けられている。３相の永久磁石モータの場合に、各相のコイル８が夫々のティース７に配置されて設けられている。

なお、以下では、ロータコア２の外周面にその円周方向に沿って永久磁石３が１０個設けられ、ステータコアの内周面にその円周方向に沿って１２個のスロット９で区分された１２個のティース７に夫々コイル８が設けられた１０極１２スロットの構成の永久磁石モータを例にして説明するが、本発明は、これに限るものではなく、１０極１２スロットの整数倍の極数，スロット数の永久磁石モータであってもよいし、これ以外の極数，スロット数の永久磁石モータであってもよい。

ここで、ロータコア２は、複数の円環状をなす電磁鋼板が複数枚積層されて円筒状に構成されたものであって、その中心貫通孔に回転軸４が取り付けられている。また、かかる円環状の電磁鋼板は、複数の同一円弧状をなす分割電磁鋼板が環状に配列されて接合されたものである。換言すると、ロータコア２は、複数の同一円弧状をなす分割電磁鋼板の積層体を分割コアとすると、ロータコア２は複数の分割コアが円筒状に組み合わされて接合されたものであり、図１においては、５個の分割コア２ａ〜２ｅによってロータコア２が形成されている。

図１では、各分割コア２ａ〜２ｅ毎に２個ずつ永久磁石３が設けられているが、これに限るものではなく、２の倍数個ずつ永久磁石３が設けられるものであればよい。

同様にして、ステータコア６も、ティース７やスロット９が成形された複数の環状をなす電磁鋼板が複数枚積層されて円筒状に構成されたものであって、また、かかる円環状をなす電磁鋼板は、複数の同一円弧状をなす分割電磁鋼板が円環状に配列されて接合されたものである。

同一極数，同一スロット数（即ち、同一断面形状で同一断面積）でモータ出力が異なる同じシリーズの永久磁石モータとしては、種々のモータ出力のものが生産されるものであるが、この実施形態では、このようなシリーズのものとしては、ロータ１やステータ５、従って、モータ全体の断面積や断面形状を同一のものとし、モータ出力の違いは、ロータコア２に設けられる永久磁石３の軸方向の長さ（回転軸４に沿う軸方向の長さ：以下、この長さを軸長という）によって決めるようにするものである。上記のように、ロータコア２やステーフ５は分割コア板が接合されたコア板が複数積層されてなるものであるが、かかる同一シリーズの永久磁石モータでは、ロータコア２やステータ５の材料として、同じ分割コア板やこれを接合した環状のコア板を用いることができる。従って、これにより、シリーズの永久磁石モータの生産効率が高まることになる。

ところで、同じシリーズの（即ち、極数，スロット数が同じ）永久磁石モータで異なるモータ出力のものとする場合、ロータコア２に設ける永久磁石３として磁力が異なる永久磁石を用いることになるが、この実施形態では、永久磁石３の幅（ロータコア２に取り付けられた状態でのこのロータコア２の円周方向の長さ）や厚さを一定として、その全体の軸長を異ならせるものである。大きなモータ出力の永久磁石モータに対しては、全体の軸長が長い永久磁石３を用い、小さなモータ出力の永久磁石モータに対しては、全体の軸長が短い永久磁石３を用いるものであり、このため、大きなモータ出力の永久磁石モータでは、ロータ１やステータ５の軸方向の厚さ（回転軸４に沿う方向の長さ：以下では、この厚さは、板状のコアの積層数で決まるもりであるから、積み厚ということにする）が厚くなり、小さなモータ出力の永久磁石モータでは、ロータ１やステータ５の積み厚が薄いものとなる。

このように、同じシリーズの永久磁石モータにおいて、そのモータ出力に応じて全体の軸長が異なる永久磁石３を用いるものであるが、この実施形態では、さらに、軸長のみが異なる２種類の永久磁石を用いるものであって、かかる２種類の軸長が異なる永久磁石を所定個数（但し、０の個数も含む）ずつ組み合わせて用いることにより、所望のモータ出力が得られるようにするものである。

ここで、この実施形態では、これら２種類の永久磁石３の軸長を夫々Ｌ１，Ｌ２（但し、Ｌ１＜Ｌ２＜２×Ｌ１であって、一例として、Ｌ２は概略Ｌ１の２倍の軸長）として、モータ出力に応じて、永久磁石３の軸長Ｌを
Ｌ＝Ｋ１×Ｌ１＋Ｋ２×Ｌ２ ……（１）
但し、Ｋ１，Ｋ２は０を含む正整数
とするものである。なお、ロータコア２やステータコア６の積み厚は、この軸長Ｌにほぼ等しい厚さにする。

以下、各種実施例を説明する。

〈第１の実施例〉
図２は図１に示す実施形態の第１の実施例におけるロータ１を示す外観斜視図であって、３ａは軸長Ｌ１の永久磁石であり、図１に対応する部分には同一符号を付けて重複する説明を省略する。

同図において、この第１の実施例は、Ｋ１＝１，Ｋ２＝０として、１０極の永久磁石３が夫々、１個の軸長Ｌ１の永久磁石３ａからなるものである。この場合には、ロータコア２やステータコア６の積み厚は、この軸長Ｌ１にほぼ等しく、また、そのモータ出力はこの永久磁石３ａの軸長Ｌ１に応じたものとなる。

なお、かかる第１の実施例での永久磁石モータでは、そのモータ軸長（回転軸４（図１）に沿う方向の長さ、以下同様）は、永久磁石３ａの軸長Ｌ１にコインエンド寸法及び軸受などの寸法を加算した長さとなるが、概ね永久磁石３ａの軸長Ｌ１によって決定される。

〈第２の実施例〉
図３は図１に示す実施形態の第２の実施例におけるロータ１を示す外観斜視図であって、３ｂは軸長Ｌ２の永久磁石であり、図１に対応する部分には同一符号を付けて重複する説明を省略する。

同図において、この第２の実施例は、Ｋ１＝０，Ｋ２＝１として、１０極の永久磁石３が夫々、１個の軸長Ｌ２の永久磁石３ｂからなるものである。この場合には、ロータコア２やステータコア６の積み厚は、この軸長Ｌ２にほぼ等しく、また、そのモータ出力はこの永久磁石３ｂの軸長Ｌ２に応じたものとなる。

なお、かかる第２の実施例での永久磁石モータでは、そのモータ軸長（回転軸４（図１）に沿う方向の長さ、以下同様）は、永久磁石３ｂの軸長Ｌ２にコインエンド寸法及び軸受などの寸法を加算した長さとなるが、概ね永久磁石３ｂの軸長Ｌ２によって決定される。

ここで、この第２の実施例では、図２に示す第１の実施例と比較すると、断面形状や断面積は第１の実施例と同様であって、永久磁石モータの軸長が第１の実施形態のほぼＬ２／Ｌ１倍となるが、軸長がＬ１からＬ２に増えた分トルクが増加し、回転数は変わらないもののモータ出力がＬ２／Ｌ１倍に、従って、２倍近くになる。

〈第３の実施例〉
図４は図１に示す実施形態の第３の実施例におけるロータ１を示す外観斜視図であって、図１〜図３に対応する部分には同一符号を付けて重複する説明を省略する。

同図において、この第３の実施例は、Ｋ１＝１，Ｋ２＝１として、１０極の永久磁石３が夫々、１個の軸長Ｌ１の永久磁石３ａと１個の軸長Ｌ２の永久磁石３ｂとが回転軸４に沿う方向に配列されてなるものである。この場合には、ロータコア２やステータコア６の積み厚は、永久磁石３の全体の軸長（Ｌ１＋Ｌ２）にほぼ等しく、また、そのモータ出力はこの永久磁石３の軸長（Ｌ１＋Ｌ２）に応じたものとなる。

なお、かかる第３の実施例での永久磁石モータでは、そのモータ軸長（回転軸４（図１）に沿う方向の長さ、以下同様）は、永久磁石３の軸長（Ｌ１＋Ｌ２）にコインエンド寸法及び軸受などの寸法を加算した長さとなるが、概ね永久磁石３ａ，３ｂの合計軸長（Ｌ１＋Ｌ２）によって決定される。

ここで、この第３の実施例では、図２に示す第１の実施例と比較すると、永久磁石モータの軸長が第１の実施形態のほぼ（Ｌ１＋Ｌ２）／Ｌ１倍となるが、軸長がＬ１から（Ｌ１＋Ｌ２）に増えた分トルクが増加し、回転数は変わらないもののモータ出力が（Ｌ１＋Ｌ２）／Ｌ１倍に、従って、３倍近くになる。

〈第４の実施例〉
図５は図１に示す実施形態の第４の実施例におけるロータ１を示す外観斜視図であって、３ｂ₁，３ｂ₂は軸長Ｌ２の永久磁石であり、図１〜図４に対応する部分には同一符号を付けて重複する説明を省略する。

同図において、この第４の実施例は、Ｋ１＝１，Ｋ２＝２として、１０極の永久磁石３が夫々、１個の軸長Ｌ１の永久磁石３ａと２個の軸長Ｌ２の永久磁石３ｂ₁，３ｂ₂との３個の永久磁石が回転軸４に沿う方向に配列されてなるものである。この場合には、ロータコア２やステータコア６の積み厚は、永久磁石３の全体の軸長（Ｌ１＋２×Ｌ２）にほぼ等しく、また、そのモータ出力はこの永久磁石３の軸長（Ｌ１＋２×Ｌ２）に応じたものとなる。

なお、かかる第４の実施例での永久磁石モータでは、そのモータ軸長（回転軸４（図１）に沿う方向の長さ、以下同様）は、永久磁石３の軸長（Ｌ１＋２×Ｌ２）にコインエンド寸法及び軸受などの寸法を加算した長さとなるが、概ね永久磁石３ａと永久磁石３ｂ₁，３ｂ₂との合計軸長（Ｌ１＋２×Ｌ２）によって決定される。

ここで、この第４の実施例では、図２に示す第１の実施例と比較すると、永久磁石モータの軸長が第１の実施形態のほぼ（Ｌ１＋２×Ｌ２）／Ｌ１倍となるが、軸長がＬ１から（Ｌ１＋２×Ｌ２）に増えた分トルクが増加し、回転数は変わらないもののモータ出力が（Ｌ１＋２×Ｌ２）／Ｌ１倍に、従って、５倍近くになる。

以上、第１〜第４の実施例を示したが、これらのみに限定されるものではない。例えば、永久磁石３を２個の永久磁石３ａと１個の永久磁石３ｂとからなるものとすると、図２に示す第１の実施例の（２×Ｌ１＋Ｌ２）／Ｌ１倍の、従って、４倍に近いモータ出力が得られることになる。また、要求するモータ出力によっては、永久磁石３を複数の同じ軸長Ｌ１の永久磁石３ａで構成するようにしてもよいし、また、複数の同じ軸長Ｌ２の永久磁石３ｂで構成するようにしてもよい。即ち、この実施形態では、Ｋ１個の軸長Ｌ１の永久磁石３ａとＫ２個の軸長Ｌ２の永久磁石３ｂとで永久磁石３が構成されるものであり、これにより、同じ部品を用いて、永久磁石３に、軸長Ｌ１の永久磁石３ａを１個だけ用いた場合の
Ｋ１＋Ｋ２×（Ｌ２／Ｌ１）
倍のモータ出力の永久磁石モータを作成することができるものである。なお、ここで、軸長Ｌ２は軸長Ｌ１のほぼ２倍であるが、Ｌ２≠２×Ｌ１である。従って、永久磁石３を軸長Ｌ１の永久磁石３ａと軸長Ｌ２の永久磁石３ｂとを組み合わせた永久磁石モータは、永久磁石３を軸長Ｌ１の永久磁石３ａのみからなるものとした永久磁石モータや永久磁石３を軸長Ｌ２の永久磁石３ｂのみからなるものとした永久磁石モータのモータ出力とは、モータ出力が異なるものである。

このようにして、この実施形態では、軸長のみが異なる２種類の永久磁石３ａ，３ｂを所定個数（但し、０の個数も含む）ずつ組み合わせて用いることにより、同じシリーズの異なるモータ出力の永久磁石モータとするものであるから、かかる永久磁石モータに使用する永久磁石も２種類のみ作成すれば良く、これにより、モータ出力の設定が容易であって、使用する永久磁石が２種類であっても、永久磁石モータのシリーズ設計を容易に行なうことができる。

なお、以上の実施形態は、内転型の永久磁石モータを例としたものであるが、ロータがステータの外側に配置される外転型の永久磁石モータであってもよい。

本発明は、同一断面形状で軸長のみを変えて３種類以上のモータ出力が異なる永久磁石モータを得る際には、これに用いる永久磁石として、軸長のみが異なる２種類の永久磁石で済むことになるので、永久磁石モータのシリーズ化に好適である。例えば、精密産業機械やエレベータ装置に用いられるモータなど、基本仕様は同一でモータ出力のみが異なる仕様が複数存在する用途では、特に好適である。

１ ロータ
２ ロータコア
２ａ〜２ｅ 分割コア
３ａ，３ｂ，３ｂ₁，３ｂ₂ 永久磁石
４ 回転軸
５ ステータ
６ ステータコア
７ ティース
８ コイル
９ スロット

Claims (5)

1. 複数のスロットに集中巻きコイルを３相に施したステータと、該ステータに対向して複数の永久磁石が設けられたロータとを有する永久磁石モータであって、
   該永久磁石は夫々、Ｋ１個の軸長Ｌ１の第１の永久磁石とＫ２個の軸長Ｌ２の第２の永久磁石とが軸方向に配列されてなり（但し、Ｌ１＜Ｌ２であって、Ｋ１，Ｋ２は０を含む正整数）、
   Ｋ１×Ｌ１＋Ｋ２×Ｌ２
   の軸長をなしている
   ことを特徴とする永久磁石モータ。
2. 請求項１において、
   前記第１の永久磁石の軸長Ｌ１と前記第２の永久磁石の軸長Ｌ２とは、
   Ｌ１＜Ｌ２＜２×Ｌ１
   の関係にあることを特徴とする永久磁石モータ。
3. 請求項１または２において、
   ロータコアは、複数の分割コアが接合された構成をなし、
   該分割コアには、２の倍数個の前記永久磁石が周方向に配列されて設けられている
   ことを特徴とする永久磁石モータ。
4. 請求項１，２または３において、
   前記ロータコアは前記ステータコアの内側に設けられ、
   前記ロータコアの外表面に前記永久磁石が配置されている
   ことを特徴とする永久磁石モータ。
5. 請求項１，２または３において、
   前記ロータコアは前記ステータコアの外側に設けられ、
   前記ロータコアの内表面に前記永久磁石が配置されている
   ことを特徴とする永久磁石モータ。