JP2013132163A

JP2013132163A - 永久磁石モータ

Info

Publication number: JP2013132163A
Application number: JP2011281039A
Authority: JP
Inventors: Masamichi Naka; 政道中
Original assignee: Sharp Corp
Current assignee: Sharp Corp
Priority date: 2011-12-22
Filing date: 2011-12-22
Publication date: 2013-07-04

Abstract

【課題】永久磁石の減磁を効果的に抑制しながら、永久磁石挿入口の内部における永久磁石の移動を防止することが可能な永久磁石モータを提供する。
【解決手段】永久磁石モータ１は、ロータ２０のロータ軸線方向に沿って延びて開口する永久磁石挿入口２４と、永久磁石挿入口２４に埋め込まれるとともにロータ軸線方向と直角をなす断面形状がその断面に沿って長手状をなす永久磁石２３と、永久磁石挿入口２４の内部において永久磁石２３の断面の長手方向両端外側に隣接するとともにロータ２０の外周面に近接して設けられた空隙部２５と、を備え、永久磁石２３がその断面の長手方向両端の間において永久磁石挿入口２４の内面に接触するとともに、永久磁石２３及び永久磁石挿入口２４は永久磁石２３の断面の長手方向両端の間の箇所において角部２６を有する。
【選択図】図２

Description

本発明は、永久磁石が埋め込まれたロータを有する永久磁石モータに関する。

従来の永久磁石モータは特許文献１に開示されている。この従来の永久磁石モータはロータ（回転子）鉄心内部に永久磁石を埋め込んだ構成のモータである。この構成のモータは永久磁石の吸引、反発により生じるマグネットトルクと、コイルがロータ鉄心を吸引することにより生じるリラクタンストルクとを併用することができ、高効率化を図ることが可能である。昨今、このような永久磁石モータはエアコン、洗濯機、冷蔵庫などといった家電製品へと応用の範囲が広がっている。

上記構成の永久磁石モータではロータ鉄心に永久磁石挿入口が開口され、この永久磁石挿入口に永久磁石が埋め込まれている。永久磁石挿入口はリラクタンストルクを有効に利用するため、ロータの外周面に近接する位置まで延びている。そして、モータ駆動時のステータ（固定子）のティースからロータに入り込む磁束により永久磁石が減磁するという問題を抑制するため、永久磁石挿入口の内部におけるロータの外周面に近接する箇所には永久磁石との間に空隙部が設けられている。

特許文献１に記載された永久磁石モータのように永久磁石が円弧状に形成されている場合、永久磁石が永久磁石挿入口の内部の空隙部の範囲において移動してロータの外周面に対して接近したり、離隔したりする虞がある。この問題を解決するために、特許文献１に記載された永久磁石モータは空隙部にロータ鉄心で形成された突起状のガイドを設け、永久磁石が永久磁石挿入口の内部においてロータの外周面に対して接近、離隔する方向に移動しないように固定している。

特開平１０−１３６５９２号公報

しかしながら、上記従来の永久磁石モータは磁性体であるロータ鉄心で形成されたガイドが永久磁石の端部に接触しているので、永久磁石挿入口のロータの外周面に近接する箇所に空隙部を設けたことで期待される作用が弱くなる虞がある。すなわち、ステータティースからロータに入り込む磁束により永久磁石が減磁するという問題を抑制する効果が低下する可能性があるという問題があった。

本発明は、上記の点に鑑みなされたものであり、永久磁石の減磁を効果的に抑制しながら、永久磁石挿入口の内部におけるロータの外周面に対して接近、離隔する方向への永久磁石の移動を防止することが可能な永久磁石モータを提供することを目的とする。

上記の課題を解決するため、本発明の永久磁石モータは、ロータのロータ軸線方向に沿って延びて開口する永久磁石挿入口と、前記永久磁石挿入口に埋め込まれるとともにロータ軸線方向と直角をなす断面形状がその断面に沿って長手状をなす永久磁石と、前記永久磁石挿入口の内部において前記永久磁石の前記断面の長手方向両端外側に隣接するとともに前記ロータの外周面に近接して設けられた空隙部と、を備え、前記永久磁石がその前記断面の長手方向両端の間において前記永久磁石挿入口の内面に接触するとともに、前記永久磁石及び前記永久磁石挿入口は前記永久磁石の前記断面の長手方向両端の間の箇所において角部を有することを特徴としている。

この構成によれば、空隙部の箇所に、ロータの外周面に対して接近、離隔する方向への永久磁石の移動を阻止するための突起部などの構成を設けることなく、所望の大きさで空隙部が確保される。そして、永久磁石の角部が永久磁石挿入口の内面に引っ掛かるので、永久磁石挿入口の内部におけるロータの外周面に対して接近、離隔する方向への永久磁石の移動が阻止される。

なお、ここで述べる「長手方向」とは、例えば矩形や帯状形状、楕円形、円弧状形状などといった所謂「長手状」をなす形状において、矩形や帯状形状の長辺方向、楕円形の長軸方向、円弧状形状の周方向を意味する。

また、本発明の永久磁石モータは、ロータのロータ軸線方向に沿って延びて開口する永久磁石挿入口と、前記永久磁石挿入口に埋め込まれるとともにロータ軸線方向と直角をなす断面形状がその断面に沿って長手状をなす永久磁石と、前記永久磁石挿入口の内部において前記永久磁石の前記断面の長手方向両端外側に隣接するとともに前記ロータの外周面に近接して設けられた空隙部と、を備え、前記永久磁石がその前記断面の長手方向両端の間において前記永久磁石挿入口の内面に接触するとともに、前記永久磁石及び前記永久磁石挿入口は前記永久磁石の前記断面の長手方向両端と長手方向略中央部とにおける長手方向と略直角をなす幅が各々異なることを特徴としている。

この構成によれば、空隙部の箇所に、ロータの外周面に対して接近、離隔する方向への永久磁石の移動を阻止するための突起部などの構成を設けることなく、所望の大きさで空隙部が確保される。そして、永久磁石の幅の差により永久磁石が永久磁石挿入口の内面に引っ掛かるので、永久磁石挿入口の内部におけるロータの外周面に対して接近、離隔する方向への永久磁石の移動が阻止される。

また、上記構成の永久磁石モータにおいて、前記永久磁石の前記断面形状がＶ字形状をなすことを特徴としている。

この構成によれば、Ｖ字という形状が有するその角部により、永久磁石挿入口の内部におけるロータの外周面に対して接近、離隔する方向への永久磁石の移動が阻止される。

また、上記構成の永久磁石モータにおいて、前記永久磁石の前記断面形状が略円弧状をなすことを特徴としている。

この構成によれば、永久磁石の断面形状が、長手方向両端と長手方向略中央部とにおける長手方向と略直角をなす永久磁石の幅が各々異なるという構成が容易に形成される。

また、上記構成の永久磁石モータにおいて、前記空隙部は、隣接する前記永久磁石に関するロータ周方向外側部がロータ周方向内側部よりロータ軸線方向と直角をなす断面の面積が大きいことを特徴としている。

この構成によれば、空隙部の、永久磁石の減磁が最も発生し易い部分の面積が大きくなる。したがって、その部分における磁気抵抗が増加し、永久磁石の減磁を抑制する効果が一層高められる。

本発明の構成によれば、空隙部の箇所に、ロータの外周面に対して接近、離隔する方向への永久磁石の移動を阻止するための突起部などの構成を設けることなく、空隙部を用いて永久磁石の減磁を効果的に抑制することが可能である。さらに、永久磁石の角部や永久磁石の幅の差により、永久磁石挿入口の内部における永久磁石の移動を防止することが可能な永久磁石モータを提供することができる。

本発明の第１の実施形態に係る永久磁石モータの断面図である。図１に示す永久磁石モータのロータの断面図である。本発明の第２の実施形態に係る永久磁石モータのロータの断面図である。本発明の第３の実施形態に係る永久磁石モータのロータの断面図である。本発明の第４の実施形態に係る永久磁石モータのロータの断面図である。本発明の第５の実施形態に係る永久磁石モータのロータの断面図である。本発明の第６の実施形態に係る永久磁石モータのロータの断面図である。

以下、本発明の実施形態に係る永久磁石モータを図１〜図７に基づき説明する。

最初に、本発明の第１の実施形態に係る永久磁石モータについて、図１を用いてその構造の概略を説明する。図１は永久磁石モータの断面図である。

永久磁石モータ１は、図１に示すように固定子であるステータ１０と、回転子であるロータ２０とを備えている。

ステータ１０は環状をなす磁性材料で構成されたステータコア１１を備えている。ステータコア１１は環状をなすステータヨーク１２と、そのステータヨーク１２の内周部分から径方向内側に突出するように延びるステータティース１３とを備えている。ステータティース１３の径方向内側の先端部はロータ２０の外周面に間隙を隔てて対向している。

ステータティース１３はモータ１の周方向に、例えば６個が並べて一周させて配置されている。すなわち、ステータ１０には６か所のスロット１４が形成されている。ステータティース１３は、例えば複数枚の鋼板をモータ軸線方向（図１の紙面に対して垂直をなす方向）に積層して一体として形成されている。

ステータティース１３の外周には電気絶縁材料からなるボビンを構成するインシュレータ（図示せず）が装着される。さらに、インシュレータの外側であってスロット１４の箇所にはモータ軸線方向に沿って電線が巻きつけられたコイル（図示せず）が形成される。このコイルにはロータ２０を回転駆動するための電流が流される。

ロータ２０は略円柱状をなす磁性材料で構成され、図１及に示すようにてステータ１０の内側に回転可能に配置される回転子である。ロータ２０は回転軸２１と、その回転軸２１の周面に対して変位不能に固定されたロータコア２２を備えている。

回転軸２１はその両端部が２個のベアリング（図示せず）を介してモータケース（図示せず）などに回転可能に支持されている。なお、ロータ軸線方向はモータ軸線方向と同一であって、図１の紙面に対して垂直をなす方向に延びている。ロータコア２２には永久磁石２３が埋め込まれている。

続いて、ロータ２０の構成について、図１に加えて図２を用いてさらに詳しく説明する。図２は図１に示す永久磁石モータ１のロータ２０の断面図である。

ロータ２０のロータコア２２は、図２に示すようにＮ極及びＳ極の２つの磁極が周方向にそって全周にわたって交互に並置されて構成されている。ロータコア２２の磁極数は４となっている。ロータコア２２の磁極にはそれぞれ１か所ずつ永久磁石挿入口２４が設けられ、永久磁石挿入口２４に永久磁石２３が埋め込まれている。

永久磁石挿入口２４は永久磁石２３が挿入可能な形状、大きさをなし、ロータ軸線方向に沿って延びて開口している。永久磁石２３は永久磁石挿入口２４同様、ロータ軸線方向に沿って延びて永久磁石挿入口２４に挿入され、埋め込まれている。

永久磁石２３はロータ軸線方向と直角をなす断面形状がその断面に沿って長手状をなしている。永久磁石２３はその断面の長手方向両端がロータ２０の外周面に近接し、その断面の長手方向両端の間において湾曲して長く延びている。なお、図２が永久磁石２３のここで述べる断面を示し、図２の一点鎖線が延びる方向が断面の長手方向を示している。

永久磁石２３はその断面の長手方向両端の間において永久磁石挿入口２４の内面に接触している。そして、その永久磁石挿入口２４の内部において永久磁石２３の断面の長手方向両端外側に隣接するとともにロータ２０の外周面に近接して空隙部２５が設けられている。空隙部２５はその断面形状が矩形をなし、ロータ２０の外周面の接線方向と略平行をなす方向に矩形の長辺が対応するよう配置されている。空隙部２５は永久磁石２３同様、ロータ軸線方向に沿って延びている。

さらに、永久磁石２３及び永久磁石挿入口２４は永久磁石２３の断面の長手方向両端の間の箇所において複数の角部２６を有している。この構成によれば、空隙部２５の箇所に、ロータ２０の外周面に対して接近、離隔する方向への永久磁石２３の移動を阻止するための突起部などの構成を設けることなく、所望の大きさで空隙部２５が確保される。そして、永久磁石２３の角部２６が永久磁石挿入口２４の内面に引っ掛かるので、永久磁石挿入口２４の内部におけるロータ２０の外周面に対して接近、離隔する方向への永久磁石２３の移動を阻止することが可能になる。

そして、本発明の上記実施形態の構成によれば、空隙部２５の箇所に、ロータ２０の外周面に対して接近、離隔する方向への永久磁石２３の移動を阻止するための突起部などの構成を設けることなく、空隙部２５を用いて永久磁石２３の減磁を効果的に抑制することが可能である。さらに、永久磁石２３の角部２６により、永久磁石挿入口２４の内部における永久磁石２３の移動を防止することが可能な永久磁石モータ１を提供することができる。

次に、本発明の第２の実施形態に係る永久磁石モータについて、図３を用いて説明する。図３は永久磁石モータのロータの断面図である。なお、この実施形態の基本的な構成は図１及び図２を用いて説明した前記第１の実施形態と同じであるので、第１の実施形態と共通する構成要素には前と同じ符号を付し、図面の記載及びその説明を省略するものとする。

第２の実施形態に係る永久磁石モータ１における永久磁石３３は、図３に示すようにその断面形状がＶ字形状をなしている。すなわち、永久磁石３３及び永久磁石挿入口３４はその断面の長手方向略中央部が屈曲して角部３６を備えている。また、空隙部３５が永久磁石挿入口３４の内部において永久磁石３３の断面の長手方向両端外側に隣接するとともにロータ２０の外周面に近接して設けられている。

このような第２の実施形態の構成によれば、Ｖ字という形状が有するその角部３６により、永久磁石３３が永久磁石挿入口３４の内面に引っ掛かる。したがって、永久磁石挿入口３４の内部におけるロータ２０の外周面に対して接近、離隔する方向への永久磁石３３の移動を阻止することができる。

次に、本発明の第３の実施形態に係る永久磁石モータについて、図４を用いて説明する。図４は永久磁石モータのロータの断面図である。なお、この実施形態の基本的な構成は図１及び図２を用いて説明した前記第１の実施形態と同じであるので、第１の実施形態と共通する構成要素には前と同じ符号を付し、図面の記載及びその説明を省略するものとする。

第３の実施形態に係る永久磁石モータ１における永久磁石４３は、図４に示すようにその断面形状が略円弧状をなしている。すなわち、永久磁石４３及び永久磁石挿入口４４はその断面が長手方向略両端の間において滑らかに湾曲し、第１及び第２の実施形態に見られた角部が存在しない。永久磁石４３はその断面の長手方向両端の間において永久磁石挿入口４４の内面に接触している。また、空隙部４５が永久磁石挿入口４４の内部において永久磁石４３の断面の長手方向両端外側に隣接するとともにロータ２０の外周面に近接して設けられている。

そして、永久磁石４３及び永久磁石挿入口４４は永久磁石４３の断面の長手方向両端と長手方向略中央部とにおける長手方向と略直角をなす幅が各々異なる。すなわち、図４に示すように、永久磁石４３及び永久磁石挿入口４４の長手方向両端の幅Ｗ１より長手方向略中央部の幅Ｗ２のほうが広くなっている。

このような第３の実施形態の構成によれば、空隙部４５の箇所に、ロータ２０の外周面に対して接近、離隔する方向への永久磁石４３の移動を阻止するための突起部などの構成を設けることなく、所望の大きさで空隙部４５が確保される。そして、永久磁石４３の幅Ｗ１、Ｗ２の差により永久磁石４３が永久磁石挿入口４４の内面に引っ掛かるので、永久磁石挿入口４４の内部におけるロータ２０の外周面に対して接近、離隔する方向への永久磁石４３の移動を阻止することが可能になる。

また、永久磁石４３の断面形状が略円弧状をなすので、永久磁石４３の断面形状が、長手方向両端と長手方向略中央部とにおける長手方向と略直角をなす永久磁石４３の幅が各々異なるという構成を容易に形成することが可能である。

次に、本発明の第４の実施形態に係る永久磁石モータについて、図５を用いて説明する。図５は永久磁石モータのロータの断面図である。なお、この実施形態の基本的な構成は図１及び図２を用いて説明した前記第１の実施形態と同じであるので、第１の実施形態と共通する構成要素には前と同じ符号を付し、図面の記載及びその説明を省略するものとする。

第４の実施形態に係る永久磁石モータ１におけるロータ２０は、図５に示すようにその永久磁石挿入口２４の内部において永久磁石２３の断面の長手方向両端外側に隣接するとともにロータ２０の外周面に近接して空隙部２７が設けられている。

空隙部２７の断面はロータ２０の外周面の接線方向と略平行をなす方向に長辺が対応するよう配置された矩形に、三角形状の部分を加えたような形状をなしている。これにより、空隙部２７は、隣接する永久磁石２３に関するロータ周方向外側部分２７ａ（矩形＋三角形部分）がロータ周方向内側部分２７ｂ（矩形のみの部分）よりロータ軸線方向と直角をなす断面の面積が大きくなっている。

このような第４の実施形態の構成によれば、空隙部２７の、永久磁石２３の減磁が最も発生し易い部分であるロータ周方向外側部分２７ａの面積が大きくなる。したがって、その部分における磁気抵抗が増加し、永久磁石２３の減磁を抑制する効果を一層高めることが可能になる。

次に、本発明の第５の実施形態に係る永久磁石モータについて、図６を用いて説明する。図６は永久磁石モータのロータの断面図である。なお、この実施形態の基本的な構成は前記第１、第２及び第４の実施形態と同じであるので、これらの実施形態と共通する構成要素には前と同じ符号を付し、図面の記載及びその説明を省略するものとする。

第５の実施形態に係る永久磁石モータ１におけるロータ２０は、図６に示すようにその永久磁石挿入口３４の内部において永久磁石３３の断面の長手方向両端外側に隣接するとともにロータ２０の外周面に近接して空隙部３７が設けられている。

空隙部３７の断面はロータ２０の外周面の接線方向と略平行をなす方向に長辺が対応するよう配置された矩形に、略径方向に沿って延びる別の矩形を加えたような略Ｌ字形の形状をなしている。これにより、空隙部３７は、隣接する永久磁石３３に関するロータ周方向外側部分３７ａがロータ周方向内側部分３７ｂよりロータ軸線方向と直角をなす断面の面積が大きくなっている。

このような第５の実施形態の構成によれば、空隙部３７の、永久磁石３３の減磁が最も発生し易い部分であるロータ周方向外側部分３７ａの面積が大きくなる。したがって、その部分における磁気抵抗が増加し、永久磁石３３の減磁を抑制する効果を一層高めることが可能になる。

次に、本発明の第６の実施形態に係る永久磁石モータについて、図７を用いて説明する。図７は永久磁石モータのロータの断面図である。なお、この実施形態の基本的な構成は前記第１、第３及び第５の実施形態と同じであるので、これらの実施形態と共通する構成要素には前と同じ符号を付し、図面の記載及びその説明を省略するものとする。

第６の実施形態に係る永久磁石モータ１におけるロータ２０は、図７に示すようにその永久磁石挿入口４４の内部において永久磁石４３の断面の長手方向両端外側に隣接するとともにロータ２０の外周面に近接して空隙部４７が設けられている。

空隙部４７の断面はロータ２０の外周面の接線方向と略平行をなす方向に長辺が対応するよう配置された矩形に、略径方向に沿って延びる別の矩形を加えたような略Ｌ字形の形状をなしている。これにより、空隙部４７は、隣接する永久磁石４３に関するロータ周方向外側部分４７ａがロータ周方向内側部分４７ｂよりロータ軸線方向と直角をなす断面の面積が大きくなっている。

このような第６の実施形態の構成によれば、空隙部４７の、永久磁石４３の減磁が最も発生し易い部分であるロータ周方向外側部分４７ａの面積が大きくなる。したがって、その部分における磁気抵抗が増加し、永久磁石４３の減磁を抑制する効果を一層高めることが可能になる。

以上、本発明の実施形態につき説明したが、本発明の範囲はこれに限定されるものではなく、発明の主旨を逸脱しない範囲で種々の変更を加えて実施することができる。

例えば、永久磁石の断面の長手方向両端の間の箇所において角部を有する永久磁石及び永久磁石挿入口の形状は第１及び第２の実施形態で用いた形状に限定されるわけではなく、他の形状であっても良い。

同様に、永久磁石の断面の長手方向両端と長手方向略中央部とにおける長手方向と略直角をなす幅が各々異なる永久磁石及び永久磁石挿入口の形状は第３の実施形態で用いた形状に限定されるわけではなく、他の形状であっても良い。例えば、永久磁石４３及び永久磁石挿入口４４の長手方向両端の幅Ｗ１より長手方向略中央部の幅Ｗ２のほうが狭くなっていても良い。

また、空隙部の断面形状は上記実施形態で用いた形状に限定されるわけではなく、他の形状であっても良い。

本発明は、永久磁石が埋め込まれたロータを有する永久磁石モータに利用することができる。

１永久磁石モータ
１０ステータ
２０ロータ
２１回転軸
２２ロータコア
２３、３３、４３永久磁石
２４、３４、４４永久磁石挿入口
２５、２７、３５、３７、４５、４７空隙部
２６、３６角部

Claims

ロータのロータ軸線方向に沿って延びて開口する永久磁石挿入口と、
前記永久磁石挿入口に埋め込まれるとともにロータ軸線方向と直角をなす断面形状がその断面に沿って長手状をなす永久磁石と、
前記永久磁石挿入口の内部において前記永久磁石の前記断面の長手方向両端外側に隣接するとともに前記ロータの外周面に近接して設けられた空隙部と、を備え、
前記永久磁石がその前記断面の長手方向両端の間において前記永久磁石挿入口の内面に接触するとともに、前記永久磁石及び前記永久磁石挿入口は前記永久磁石の前記断面の長手方向両端の間の箇所において角部を有することを特徴とする永久磁石モータ。
ロータのロータ軸線方向に沿って延びて開口する永久磁石挿入口と、
前記永久磁石挿入口に埋め込まれるとともにロータ軸線方向と直角をなす断面形状がその断面に沿って長手状をなす永久磁石と、
前記永久磁石挿入口の内部において前記永久磁石の前記断面の長手方向両端外側に隣接するとともに前記ロータの外周面に近接して設けられた空隙部と、を備え、
前記永久磁石がその前記断面の長手方向両端の間において前記永久磁石挿入口の内面に接触するとともに、前記永久磁石及び前記永久磁石挿入口は前記永久磁石の前記断面の長手方向両端と長手方向略中央部とにおける長手方向と略直角をなす幅が各々異なることを特徴とする永久磁石モータ。
前記永久磁石の前記断面形状がＶ字形状をなすことを特徴とする請求項１に記載の永久磁石モータ。
前記永久磁石の前記断面形状が略円弧状をなすことを特徴とする請求項２に記載の永久磁石モータ。
前記空隙部は、隣接する前記永久磁石に関するロータ周方向外側部がロータ周方向内側部よりロータ軸線方向と直角をなす断面の面積が大きいことを特徴とする請求項１〜請求項４のいずれか１項に記載の永久磁石モータ。