JP2831123B2

JP2831123B2 - 永久磁石型直流機

Info

Publication number: JP2831123B2
Application number: JP34074290A
Authority: JP
Inventors: 陽至日野
Original assignee: ASUMO KK
Current assignee: ASUMO KK
Priority date: 1990-11-30
Filing date: 1990-11-30
Publication date: 1998-12-02
Anticipated expiration: 2013-12-02
Also published as: JPH04208505A

Description

【発明の詳細な説明】［産業上の利用分野］本発明は永久磁石型直流機、特に固定子側の磁極が永
久磁石に用いて形成された永久磁石型直流機に関する。

［従来の技術］従来より、固定子側の磁極として永久磁石を用いた永
久磁石型直流機が周知であり、このような直流機として
は、直流モータが広く用いられている。

しかし、前記永久磁石として異方性磁石を用いる場合
には、この磁石の有効磁束密度を所望のパターンに制御
することが極めて難しい。すなわち、異方性磁石では、
成形時の配向方向に、比較的弱い着磁磁界でも容易にか
つ十分な着磁が成されてしまう。このため、従来のよう
に被着磁体の成形時に配向方向が一旦決定されてしまっ
た後に、その有効磁束密度の制御を着磁磁界中で行って
も、着磁パターンの制御を良好に行ない望ましい有効磁
束密度分布を得ることが極めて困難であった。

従って、従来の直流モータでは、回転子と異方性永久
磁石との間に発生する引力が、回転角度によって急激に
変化してコギングトルクが発生しやすく、これが直流モ
ータの運転時に、振動やノイズを発生させる要因となる
という問題があった。

このため、従来より、異方性永久磁石の端部を薄くし
て磁束密度を下げ、なめらかな磁束密度変化を実現し
た、いわゆる偏心磁石を用いた直流モータや、磁極の磁
束密度分布をモータの軸方向より回転方向に漸次ずらし
た、いわゆるスキュー磁石を用いた直流モータ等が開発
されている。

［発明が解決しようとする問題点］しかし、前述した従来の技術は、いずれも回転力に対
し有効な磁束を犠牲にしてコギングトルクの発生を抑制
しているため、最大出力トルクが低下することが避けら
れないという問題があった。

さらに、前述した従来技術は、磁極両端の磁束密度が
小さく、磁極中央の磁束密度が大きくなるサイン波形と
なる。従って、モータ回転時に、回転子のコアが磁極中
央の磁束密度の大きいところを通過する場合と、磁束密
度の小さい箇所を通過する場合とでは回転出力トルクが
変動してしまい、いわゆるトルクリップルとい呼ばれる
トルクむらが発生し、コギングトルクとは別に、直流モ
ータの振動およびノイズの発生原因となってしまうとい
う問題があった。

このため、振動対策として、モータのブラケットにゴ
ム等の防振材を用いた防振対策をとっているものもある
が、この場合にはモータの価格アップの要因となるとい
う問題があった。

また、最近の例では、特開昭63−260118号公報に示さ
れるように、ラジアル異方性の円筒状磁石に対し着磁の
方法で改善を狙ったものも知られているが、この技術
は、永久磁石の一部の着磁を中途にして滑かな磁束分布
を得ようとするものであるため、最大トルクが低下し、
さらにリップルトルクに起因する振動，騒音等が避けら
れないという問題があった。

本発明は、このような従来の課題に鑑みてなされたも
のであり、その目的は、固定子側の磁極として異方性永
久磁石を用いた場合でも、最大トルクをほとんど低下さ
せることなく、コギングトルクおよびトルクリップルの
発生を抑制し、低振動，低騒音化を図ることができる永
久磁石型直流機を提供することにある。

［問題を解決するための手段］前記目的を達成するため、本発明は、固定子側の磁極が異方性永久磁石を用いて形成された
永久磁石型直流機において、前記磁極として、回転子対向面の中央部に所定角度範囲で磁力線が平行
で、ほぼフラットな磁束分布となる平行磁力線領域が形
成されるよう、成形時にその磁力線の配向方向が制御さ
れた異方性永久磁石を設けたことを特徴とする。

［作用］本発明は以上の構成からなり、次にその作用を説明す
る。

本発明の永久磁石型直流機では、固定子側の磁極とし
て異方性永久磁石を用いる場合に、この異方性永久磁石
として、その磁力線の配向方向が成形時に制御されたも
のを用いている。

これにより、異方性永久磁石の磁束密度分布を、着磁
の強さや方向により制御した場合に比べその配向方向を
任意に制御でき、望ましい有効磁束密度分布を得ること
ができる。

特に、本発明の異方性永久磁石では、磁極の中央部の
所定角度範囲が、磁力線が平行で、ほぼフラットな有効
磁束密度分布となるため、同一の磁石の大きさで、最大
出力トルクを低下させることなく、コギングトルクおよ
びリップルトルクを大幅に低減し、低振動，低騒音化を
図ることが可能となる。

また、本発明において、前記異方性永久磁石は、請求
項（２）のように磁力線の配向方向が設定されることが
好ましく、これにより、磁極の切換わり部分での磁束密
度変化が緩やかになり、コギングトルクおよびリップル
トルクをより一層低減し、低振動，低騒音化を図ること
が可能となる。

［実施例］次に本発明の好適な実施例を図面に基づき詳細に説明
する。

第１図には、本発明が適用された直流モータの好適な
実施例が示されている。

実施例の直流モータは、筒状のヨーク40の内周面に、
磁極として一対の異方性永久磁石42,42が相対向するよ
う取付け固定され、さらにこの一対の磁石42,42の間に
回転子44が回動可能に配設されている。なお、前記一対
の磁石42,42は、円弧状に形成され、その内周面、すな
わち回転子対向面が向い合うように対向配置されてい
る。

本発明の特徴の１つは、固定子側の磁極として機能す
る異方性磁石42,42として、その成形時に磁力線の配向
方向が制御されたものを用いることにある。これによ
り、異方性の磁石の磁束密度分布を、被着磁体の成形後
に着磁電界の中で、着磁の強さや方向により制御したも
のに比べ、望ましい磁束密度分布を得ることができる。

次に、本実施例に用いられる磁石42,42の磁力線の配
向方向について説明する。

実施例において、各磁石42,42の磁力線は、概ね円弧
状の円弧中心に向かうラジアル方向に設定されている。
そして、その中央部には、所定の角度範囲で磁力線46が
平行となる平行磁力線領域48が形成され、この領域48に
おける有効磁束密度分布がほぼ一定となるように形成さ
れている。

また、前記磁石42,42の両端には、磁力線52が円弧中
心から外側に外れた方向に向かうよう形成された両端領
域50,50が形成されている。

このように、磁力線の配向に変化を与えることによっ
て、コギングトルク、及びリップルトルク大幅な低減を
図ることが可能となる。

また、実施例の回転子44は、電機子コア54にワイヤを
巻き付けて図示しないコイルを形成したものとなってお
り、このコイルは整流子と接続されるようになってい
る。そして、この回転子44は、磁極42,42の平行磁力線
領域48の範囲内、即ち回転中心から所定角度の範囲内で
回転子44側の通電切替が行なわれ、通電切替時に発生す
るトリクリップルを抑制するよう構成されていおり、こ
れによりモータの振動及び騒音をより一層低減すること
が可能となる。

第２図には、本実施例の直流モータにおいて、固定子
側の磁極として用いられる異方性磁石42,42の製造工程
の一例が示されている。

ここでは、上型56と下型58との間に中央中子60及び２
つの側中子62,62を配設し、これら上型56及び下型58
と、中央中子60及び側中子62,62との間に、フェライ
ト，ネオジウムなどの希土類異方性磁石粉末からなる被
着磁体70を入れて圧縮形成するようにしている。

また、中央中子60及び２つの側中子62,62の周囲に
は、それぞれコイル64が巻かれている。そして、上記異
方性磁石粉末から成る被着磁体70を圧縮成形する際に、
上記コイル64に通電し、磁界を発生させて印加し着磁さ
せるようにしている。なお、この場合、上型56,下型58
を磁気回路として利用している。このため、結合用の穴
66を上型56、またこれと係合する棒68を下型58に形成し
ている。

そして、中央中子60の中央部に、非磁性体72を配設す
ることにより、被着磁体70に印加される磁力線74が平行
になり、これによって磁石42の中央部に磁力線46が平行
な平行磁力線領域48を形成するようにしている。なお、
上記非磁性体72の存在しない中央中子60の部分では、中
央中子60の形状に沿って磁力線がラジアル方向に向くこ
とになっている。

また、被着磁体70の両端部では、側中子62,62が接触
しているため、磁力線76は中央中子60側によらず、側中
子62,62を通る。このため、円弧中心より外側に向いた
状態で磁力線76が印加され、前述した両端領域50,50が
形成される。尚、磁路を形成させない部分には常磁性体
78が配設されるようになっている。

本実施例は以上の構成から成り、次に本実施例の直流
モータの特性を、第６図及び第７図に示す従来の直流モ
ータの特性と対比しながら説明する。

これにおいて、第６図に示す従来の直流モータは、筒
状のヨーク10の内周に異方性の磁石12を取り付け、この
筒状磁石12の内側に電機子コア14に巻線16を巻き付けな
なる回転子18を回動可能に配設している。この従来技術
の特徴は、前記磁石12として、図中矢印で示すように全
ての磁力線20が磁石12の中心部に向けて配向されたラジ
アル異方性のものを用いたことにある。

また、第７図に示す従来の直流モータは、ヨーク22の
内周対向位置に、円弧状をなす一対の異方性磁石24,24
を対向配置し、この一対の磁石24,24の間に図示しない
巻線を巻き付けた電機子コア26から成る回転子28を配設
することにより形成されている。

この従来の直流モータにおいても、前記一対の磁石2
4,24は、第６図の場合と同様、全ての磁力線が円弧状の
中心部に向けて配向されたラジアル異方性のものとなっ
ている。

特に、この従来モータでは、磁石24の内周面30と固定
子コアの外周面32との間隔を、磁石中心ではl1と狭く、
両端部ではl2と広くなるように設定した、いわゆる偏心
磁石を用い、磁極の切り替り部で滑かな回転運動を行い
うるようにしている。

なお、これら従来の直流モータに用いられる磁石12,2
4は、いずれも異方性磁石粉末から被着磁体を成形した
後、これを所定の着磁磁界内で着磁することにより形成
されている。

第３図、第４図には、本実施例に係る直流モータ及び
第６図、第７図に示す従来の直流モータの有効磁束密度
分布及び出力トルク特性が示され、これら各図におい
て、Ａは第６図に示す従来の直流モータ、Ｂは第７図に
示す従来の直流モータ、Ｃは本発明に係る直流モータの
特性をそれぞれ表している。

ここにおいて、例えば第６図に示す従来の直流モータ
では第３図のＡで示すよう、十分な有効磁束が得られる
半面、磁極の切り替り部がシャープに変化し大きな磁束
密度変化が生じる。

これは、従来の直流モータでは、ラジアル異方性磁石
12の着磁を、被着磁体を成形した後、所定の着磁磁界中
て行っている為である。即ち、ラジアル異方性磁石で
は、比較的弱い着磁磁界でも、成形時の配向方向に、容
易にかつ十分な着磁が成されてしまう為、成形時に配向
方向が一旦決定されてしまった後は、その有効磁束密度
の制御を着磁磁界中で良好に行うことは極て困難な為で
ある。従って、有効磁束を無駄にせず、十分な最大出力
トルクを得る為には、第３図のＡで示すような有効磁束
密度分布となってしまうものである。

この為、第４図のＡで示すよう、回転中のトルクが大
きく波を打つトルクリップルが発生し、騒音や振動が発
生してしまうという問題があった。

また、第７図の従来の直流モータは、第３図のＢで示
すように、磁極の切り替り部ではその変化が滑らかな磁
束分布となるが、その分、有効磁束密度が減り、最大出
力トルクの低下は避けられないという問題がある。

特に、この直流モータの有効磁束密度分布はサイン波
形となるため、第４図でＢで示すよう回転中のトルク波
形が大きく波をうつリップルトルクとなり、これにより
振動や騒音が発生してしまうという問題が在った。

これに対し、本実施例の直流モータでは、第３図にお
いてＣで示す有効磁束密度分布を示すことになる。この
磁束密度分布Ｃは、磁極の切替り部においてＡに示す分
布より緩やかになっている。さらに回転子44のコイルを
通電する通電角は、磁極中央のフラットな磁束密度分布
を有する平行磁力線領域48内に設定されている。このた
め、その全磁束量は、Ａで示す特性曲線の磁束量に比較
して少なくなく、最大出力トルクは何ら低下しない。こ
のことは、第４図のトルク特性曲線からも明らかであ
る。すなわち、同図においてA,B,Cの波形をそれぞれT₁,
T₂,T₃とし、θ_１を電気通電角とすると、各波形の実行
値は次式で表され、その値は次の関係をもつ。

T_2RMS≦T_1RMS≦T_3RAMS これは、第４図に示すように、A,Bの最大値は、Ｃの
最大値より大きいが、その最小値はＣの最小値よりも小
さいため、全体として、本実施例の直流モータの実効値
の方が、従来の直流モータの実効値よりも大きくなるか
らである。

さらに、前述したように、本実施例ではコイルの通電
角が、前述したフラットな磁束密度の平行磁力線領域48
内に設定されている為、第４図Ｃに示すよう、A,Bと比
較し、トルクが切替わるポイントでの特性がフラットに
なりトルクリップルを大幅に抑制し、振動及びノイズを
十分に抑制することが可能となる。

第５図には、前述した従来の直流モータと、本実施例
の直流モータに於けるコギングトルクと振動の測定デー
タが示され、左側の２つは従来、右側が本実施例のデー
タである。この測定データによれば、本実施例の直流モ
ータでは左端の従来例に比し、コギングトルクが10分の
１、振動は５分の１に減少したことが確認された。これ
は、本発明の直流モータに用いられる異方性磁石42とし
て、従来のように磁石の磁束密度を、着磁の強さや方向
で制御せず、成形時の配向方向を制御したことにより、
第３図のＣで示すような良好な有効磁束密度分布を得る
ことが出来た為と考えられる。

なお、本発明は前記実施例に限定されるものではな
く、本実施例の要旨の範囲内で各種の変形実施が可能で
ある。

たとえば、前記実施例においては、固定子側磁極とし
て一対の異方性磁石42,42を用いた場合を例に取り説明
したが、本発明はこれに限らず必要に応じて使用する異
方性磁石の個数を増減してもよい。

［発明の効果］以上説明したように、本発明によれば、固定子側の磁
極として異方性磁石を用いる場合でも、最大出力トルク
を低下させること無く、コギングトルク及びリップルト
ルクを大幅に抑制し、低振動、低騒音化を可能とした永
久磁石型直流機を提供できるという効果がある。

【図面の簡単な説明】

第１図は、本発明が適用された直流モータの好適な一例
を示す断面概略説明図、第２図は、第１図に示す直流モータに用いられる磁石の
製造状態を示す説明図、第３図は、本実施例の直流モータの有効磁束密度分布を
示す特性図、第４図は、回転時のトルク変動の状態を示す説明図、第５図は、発生するコギングトルクと振動との関係を示
す特性図、第６図、第７図は、従来の直流モータの説明図である。 42……異方性磁石、44……回転子、 48……平行磁力線領域、50……両端領域。

Claims

(57)【特許請求の範囲】

【請求項１】固定子側の磁極が異方性永久磁石を用いて
形成された永久磁石型直流機において、前記磁極として、回転子対向面の中央部に所定角度範囲で磁力線が平行
で、ほぼフラットな磁束分布となる平行磁力線領域が形
成されるよう、成形時にその磁力線の配向方向が制御さ
れた異方性永久磁石を設けたことを特徴とする永久磁石
型直流機。
【請求項２】請求項（１）において、前記磁極として、両端部に、磁力線が円弧中心から外側にはずれた方向に
向かい有効磁束の少ない両端領域が形成され、この両端
領域と平行磁力線領域の間に、磁力線がラジアル方向に
分布する領域が形成されるよう、成形時にその磁力線の
配向方向が制御された異方性永久磁石を用いたことを特
徴とする永久磁石型直流機。