JP2888653B2 - 直流電動機 - Google Patents

直流電動機

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JP2888653B2
JP2888653B2 JP2193991A JP2193991A JP2888653B2 JP 2888653 B2 JP2888653 B2 JP 2888653B2 JP 2193991 A JP2193991 A JP 2193991A JP 2193991 A JP2193991 A JP 2193991A JP 2888653 B2 JP2888653 B2 JP 2888653B2
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Description

【発明の詳細な説明】
【0001】
【産業上の利用分野】本発明は直流電動機に係り、特に
界磁として永久磁石を用いた直流電動機に関する。
【0002】
【従来の技術】直流電動機のうち、界磁として永久磁石
を用いた直流電動機が知られている。この種の直流電動
機では、一般的に一対の界磁磁石がモータヨークの内側
に互いに対向した状態で固定されており、さらに界磁磁
石の内方には、巻線を施した回転子が収容されている。
【0003】このような従来の直流電動機に用いられた
界磁磁石は、通常均一(一様)な肉厚に形成されてお
り、さらにその周方向両端部は、モータ回転軸線に直交
する断面視において、回転軸線から延びる放射線上にて
切断された形状をしている。ここで、界磁磁石のこの周
方向両端部においては、回転子の極に急激な吸引力の変
化を生じるため、起動電流の増大、回転トルクの変動、
停止位置の固定化、異常振動あるいは騒音等の所謂コギ
ングと称される不具合を生じる欠点があった。
【0004】そこで、このようなコギングを低減させる
ために、界磁磁石の肉厚を周方向両端部へ向けて次第に
減少させた(薄肉とした)界磁磁石(直流電動機)が提
案されている(例えば、実開昭48−82410号公
報)。このような界磁磁石を用いた直流電動機では、回
転子の吸引または反発力が急激に変化せずコギングの発
生を低減することができる。
【0005】しかしながら、従来のこのような直流電動
機では、周方向両端部へ向けて次第に薄肉とされた界磁
磁石(永久磁石)が減磁しないように(耐減磁性を確保
するために)、必要以上に大型のサイズで効率の悪い設
計となっていた。
【0006】すなわち、直流電動機の作動の際に回転子
によって発生する逆磁界(減磁界)が界磁磁石に印加さ
れることによって、この界磁磁石が減磁を起こす場合が
ある。このため、これを防止するために、逆磁界(減磁
界)が加わった時の界磁磁石の動作点が減磁曲線におけ
る減磁の屈曲点より低くならないように最初から設定し
ておく必要がある。このため、界磁磁石のパーミアンス
係数を大きくする、すなわち界磁磁石の肉厚を厚くする
必要があり、従来の界磁磁石(直流電動機)は周方向両
端部においても所定のパーミアンス係数を確保するため
に必要以上に厚肉とせざるを得ず、したがって直流電動
機も大型のサイズで重量も重くなっていた。
【0007】また特に、このような直流電動機が車両に
用いられた場合には、直流電動機の使用温度範囲が広
く、このため、直流電動機が例えば常温より極めて低い
温度(例えば、−40℃)の環境に晒された場合には、
不可逆な磁束密度の変化が生じ部分的永久減磁(所謂、
低温減磁)が起こる。したがって、このような低温条件
下においても不具合無く使用できるように、パーミアン
ス係数の高い界磁磁石を用いることが不可欠であり、結
果的に界磁磁石の肉厚が厚くなり直流電動機のサイズも
大型となっていた。
【0008】この場合、界磁磁石のパーミアンス係数を
高めるために、界磁磁石と回転子との間の寸法(エアギ
ヤツプ)を小さくすることが考えられる。しかしなが
ら、従来の同一肉厚の界磁磁石について単にエアギヤツ
プを小さくするのみでは、前述のコギングを解消するこ
とができなくなる。また一方、前述の周方向両端部へ向
けて肉厚を次第に減少させた界磁磁石については、その
形状に起因して特に周方向両端部ではエアギヤツプを小
さくできない。
【0009】このように、従来の直流電動機では、コギ
ング対策と減磁対策とが互いに二律背反となって必要以
上に大型のサイズとならざるを得ず、このため、コギン
グ防止及び減磁防止を共に満足することができる対策が
求められていた。
【0010】
【発明が解決しようとする課題】本発明は上記事実を考
慮し、コギングの発生及び界磁磁石の減磁を共に防止で
き、かつこれを小型のサイズにおいて実現できる直流電
動機を得ることが目的である。
【0011】
【課題を解決するための手段】請求項1の発明に係る直
流電動機は、界磁磁石がモータヨークの内側に互いに対
向した状態で固定され前記界磁磁石の内方でスロット間
に巻線を施した回転子が収容された直流電動機におい
て、前記界磁磁石を一様な肉厚で形成し、かつ、前記界
磁磁石の周方向両端部に、前記回転子の回転軸線に沿っ
た幅方向寸法がテーパ状に次第に減少されたスキユー部
を設けて該スキユー部のスキユー量は前記回転子の1ス
ロットの角度と等しくさせたことを特徴としている。ま
た、請求項2の発明に係る直流電動機は、界磁磁石がモ
ータヨークの内側に互いに対向した状態で固定され前記
界磁磁石の内方でスロット間に巻線を施した回転子が収
容された直流電動機において、前記界磁磁石を一様な肉
厚で形成し、かつ、前記界磁磁石の周方向両端部に、前
記回転子の回転軸線に沿った幅方向寸法がテーパ状に次
第に減少されたスキユー部を設けて該スキユー部のスキ
ユー量は前記回転子の1/2スロットの角度と等しくさ
せたことを特徴としている。
【0012】
【作用】請求項1記載の直流電動機では、界磁磁石の周
方向両端部にスキユー部を設けているため、界磁磁石の
周方向両端部においては磁束密度の急激な変化がなく回
転子の吸引または反発力が急激に変化せずコギングの発
生が防止されるのみならず、界磁磁石のパーミアンス係
数がその周方向中央部と同様に周方向両端部においても
大きくなる。したがって結果的に界磁磁石の肉厚を薄く
することができ、直流電動機のサイズも小型となる。さ
らに、界磁磁石のパーミアンス係数が全体的に高いの
で、従来よりも高磁束密度の磁性体を用いることができ
る。また、スキユー部のスキユー量を回転子の1スロツ
トの角度と等しくしているため、界磁磁石の磁界強度を
犠牲にすることなく必要なパーミアンス係数を確保する
ことができ、バランスの良い形状となる。請求項2記載
の直流電動機では、界磁磁石の周方向両端部にスキユー
部を設けているため、界磁磁石の周方向両端部において
は磁束密度の急激な変化がなく回転子の吸引または反発
力が急激に変化せずコギングの発生が防止されるのみな
らず、界磁磁石のパーミアンス係数がその周方向中央部
と同様に周方向両端部においても大きくなる。したがっ
て結果的に界磁磁石の肉厚を薄くすることができ、直流
電動機のサイズも小型となる。さらに、界磁磁石のパー
ミアンス係数が全体的に高いので、従来よりも高磁束密
度の磁性体を用いることができる。また、スキユー部の
スキユー量を回転子の1/2スロツトの角度と等しくし
ているため、高いパワーを得ることができ、モータによ
り駆動される外部負荷が大きい場合(例えば、フアンを
駆動する場合)等であっても適用できる。
【0013】
【実施例】図6には本発明に係る直流電動機10の回転
軸線に直交する方向に沿った全体断面図が示されてい
る。
【0014】直流電動機10では、一対の界磁磁石12
がモータヨーク14の内側に互いに対向した状態で固定
されており、さらに界磁磁石12の内方には、コア16
に巻線18を施した回転子20が収容されている。
【0015】ここで、図1には界磁磁石12の斜視図が
示されている。また、図2乃至図4には界磁磁石12の
三面図が示されており、図5には図2 V−V 線に沿った
界磁磁石12の断面図が示されている。
【0016】各界磁磁石12は、図2に示す如く一様な
肉厚に形成されており、さらに界磁磁石12の周方向両
端部には、図3に示す如く回転子20の回転軸線に沿っ
た幅方向(図3上下方向)の寸法がテーパ状に次第に減
少されてスキユー部22がそれぞれ設けられている。こ
のスキユー部22のスキユー量Sは、回転子20の1ス
ロツトの角度と略等しくされている。
【0017】また界磁磁石12の各角部は面取りが施さ
れて滑らかに形成されている。次に本実施例の作用を説
明する。
【0018】上記構成の直流電動機10では、界磁磁石
12の周方向両端部にスキユー部22を設けているた
め、各界磁磁石12の周方向両端部においては磁束密度
の急激な変化がなく、回転子20の吸引または反発力が
急激に変化することがない。したがって、起動電流の増
大、回転トルクの変動、停止位置の固定化、異常振動あ
るいは騒音等のコギングと称される不具合の発生が防止
される。
【0019】さらに、直流電動機10では、界磁磁石1
2の周方向両端部にスキユー部22を設けているため、
界磁磁石12のパーミアンス係数がその周方向中央部と
同様に周方向両端部においても大きくなる。したがって
結果的に界磁磁石12の肉厚を薄くすることができ、直
流電動機10のサイズも小型となる。
【0020】ここで、図7には、本実施例に係るスキユ
ー部22を設けた界磁磁石12と、肉厚を単に周方向両
端部へ向けて次第に減少させた(薄肉とした)従来の界
磁磁石30の、減磁曲線におけるパーミアンス係数がそ
れぞれ比較されている。この図7で明らかなように、従
来の界磁磁石30では、周方向両端部のパーミアンス係
数P1 が周方向中央部のパーミアンス係数P2 よりも極
めて小さいため、逆磁界(減磁界)が印加された場合あ
るいは低温の条件下ではこの周方向両端部が減磁し易
い。したがって、これを防止するために、逆磁界(減磁
界)が加わった時の界磁磁石30の動作点が減磁曲線に
おける減磁の屈曲点より低くならないように最初から設
定しておく必要があり、このため、従来の界磁磁石30
は周方向両端部においても所定のパーミアンス係数を確
保するために必要以上の厚肉とせざるを得ず、したがっ
てこれが用いられた直流電動機も大型のサイズで重量も
重くなっていた。
【0021】これに対し、界磁磁石12では、周方向両
端部のパーミアンス係数P3 及び周方向中央部のパーミ
アンス係数P4 は共に極めて大きいため、逆磁界(減磁
界)が印加された場合あるいは低温の条件下であっても
減磁し難い。換言すれば、肉厚を薄く形成しても所定の
耐減磁性を確保することができ、薄肉に形成して小型の
サイズで効率の良い設計とすることができる。したがっ
て、結果的に磁気回路の効率を上げることができ、直流
電動機10の小型化及び軽量化を図ることができる。
【0022】ここで、図8には、本実施例に係るスキユ
ー部22を設けた界磁磁石12を用いた直流電動機10
の磁気回路部(界磁磁石12、モータヨーク14、コア
16及び巻線18)と、従来の界磁磁石を用いた直流電
動機の磁気回路部の、モータ出力を一定とした場合の重
量が比較されている。この図8で明らかなように、スキ
ユー部22を設けた界磁磁石12を用いた直流電動機1
0の磁気回路部は従来よりも大幅に重量を軽減すること
ができ、特に界磁磁石12の肉厚を最適値に設定する
と、本出願人の測定によれば従来の直流電動機の磁気回
路部重量を100とする重量比で11%の軽量化を図る
ことができた。
【0023】また界磁磁石12では、スキユー部22の
スキユー量Sを回転子20の1スロツトの角度と略等し
くしているため、界磁磁石12の磁界強度を犠牲にする
ことなく必要なパーミアンス係数を確保することがで
き、バランスの良い形状となる。さらに界磁磁石12で
は、パーミアンス係数が全体的に高いので、従来よりも
高磁束密度の磁性体を用いることができる。
【0024】なお、上記実施例においては二つの界磁磁
石を対向して配置したが、これに限定されず界磁磁石は
偶数個であれば良い。
【0025】また、スキユー部22のスキユー量Sは好
ましくは回転子20の1スロツトの角度であるが、モー
タにより駆動される外部負荷(例えば、フアンを駆動す
る場合)によりパワーを重視する場合には1/2スロツ
トの角度としても良い。
【0026】
【発明の効果】以上説明した如く本発明に係る直流電動
機は、コギングの発生及び界磁磁石の減磁を共に防止で
き、かつこれを小型のサイズにおいて実現できる効果を
有している。
【図面の簡単な説明】
【図1】本発明に係る直流電動機の界磁磁石の斜視図で
ある。
【図2】界磁磁石の正面図である。
【図3】界磁磁石の平面図である。
【図4】界磁磁石の側面図である。
【図5】図2 V−V 線に沿った断面図である。
【図6】本発明に係る直流電動機の構成を示す概略断面
図である。
【図7】本発明に係る直流電動機の界磁磁石と従来の界
磁磁石の減磁曲線におけるパーミアンス係数の比較図で
ある。
【図8】本発明に係る直流電動機の磁気回路部と従来の
直流電動機の磁気回路部の重量の比較図である。
【符号の説明】
10 直流電動機 12 界磁磁石 14 モータヨーク 22 スキユー部
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (58)調査した分野(Int.Cl.6,DB名) H02K 23/04 H02K 1/17

Claims (2)

    (57)【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】 界磁磁石がモータヨークの内側に互いに
    対向した状態で固定され前記界磁磁石の内方でスロット
    に巻線を施した回転子が収容された直流電動機におい
    て、 前記界磁磁石を一様な肉厚で形成し、かつ、前記界磁磁
    石の周方向両端部に、前記回転子の回転軸線に沿った幅
    方向寸法がテーパ状に次第に減少されたスキユー部を設
    て該スキユー部のスキユー量は前記回転子の1スロッ
    トの角度と等しくさせたことを特徴とする直流電動機。
  2. 【請求項2】 界磁磁石がモータヨークの内側に互いに
    対向した状態で固定され前記界磁磁石の内方でスロット
    間に巻線を施した回転子が収容された直流電動機におい
    て、 前記界磁磁石を一様な肉厚で形成し、かつ、前記界磁磁
    石の周方向両端部に、前記回転子の回転軸線に沿った幅
    方向寸法がテーパ状に次第に減少されたスキユー部を設
    けて該スキユー部のスキユー量は前記回転子の1/2ス
    ロットの角度と等しくさせたことを特徴とする直流電動
    機。
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JPH04261352A JPH04261352A (ja) 1992-09-17
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* Cited by examiner, † Cited by third party
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ES2123901T3 (es) * 1994-06-29 1999-01-16 Koninkl Philips Electronics Nv Metodo de fabricacion de imanes de ferrita para motores.
DE19808550C1 (de) * 1998-02-28 1999-07-29 Bosch Gmbh Robert Elektromotor
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WO2014115435A1 (ja) * 2013-01-28 2014-07-31 三菱電機株式会社 永久磁石式回転電機

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