JP3014334U - 磁石内蔵型ロータを有する永久磁石ブラシレスモータ - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【目的】 機械的強度を有し且つ制御容易な磁石内蔵型
ロータを有する永久磁石ブラシレスモータを提供する。 【構成】 磁石内蔵型ロータを有する永久磁石ブラシレ
スモータにおいて、ロータスチールコア（２）内部に有
極磁石を挿入する。全ての磁石は少なくとも２つの単片
磁石から構成される。磁石の軸は磁石面の中央に設けら
れ、磁石面が外方向に突出するように整列され、磁石中
央におけるスチールコアとの幅（２１）が最小にされ
る。磁石面が面するロータスチールコアとステータの幅
は一様ではなく、磁石中央（３１）においては狭く、磁
石両側部（３２）においては広い。更に低調波の逆起電
圧を得るために、単磁石片は図４の磁石面が内方向に向
けられた位置に整列され、磁石面とスチールコアとの幅
を大きくすることによって、ｑ軸方向の電気誘導を大き
くする。前記単磁石は全て矩形状に作られる。

Description

【考案の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】

本考案は、磁石内蔵型ロータを有する永久磁石ブラシレスモータに関し、特に 複数の単片磁石から構成される有極磁石を有する永久磁石ブラシレスモータに関 する。有極磁石はロータのスチールコアに内蔵され、外方向に突出する形状をし ており、磁石面の中央におけるロータスチールコアの表面との幅が最小化され、 スチールコアの形状を円弧状にすることによって、磁石表面のエアギャップをよ り小さくし、磁石面の両側のエアギャップをより大きくする。低調波である逆起 電圧を得るため又は単磁石片を内方向に向けて整列して配置するために、磁石面 中央におけるスチールコアの表面との幅をより大きくし、より大きい電磁誘導を ｑ軸に得ることができる。上記全ての単磁石片は矩形状である。

【０００２】

【従来の技術】

永久磁石ブラシレスモータのロータに関して、一般に２種類の有極磁石がある 。一方はロータの表面上に取り付けられる磁石であり、他方はロータに内蔵され る磁石である。各々は、独自の特徴並びに利点／欠点を有する。表面取付け型ロ ータに関しては、有極磁石がロータ軸の表面上に取り付けられ、装置の結合度が 弱くなる。このことは、高速動作に対して好ましくなく、制御しながら高速に到 達することが困難である。更に、特別に固定する方法が必要となる。例えば、ね じを付加して固定する場合には、加工工程が複雑となりコストが増加する。一方 利点としては、磁石がポタリ（ｐｏｔｔｅｒｙ）の形状に作られた場合には、正 弦波の特性を得ることができ、横断面において電機子およびロータの磁界を維持 する。このことによると、直流モータの線型的な特徴を維持し、容易に制御でき る。しかしながら、磁石材料の損失は大きく、ポタリ型磁石の２端はより薄くな り、磁気は減少しやすくなり、電機子及びステータによる電流に耐えることがで きず、モータの最大トルクは小さくなる。 磁石内蔵型ロータのモータに関しては、有極磁石をロータの中心に圧入する。 機械的強度はより強いものとなる。磁石は回転している間に分離することがなく なる。その上、磁石は、磁石材料の損失を減らすために矩形状に製造される。こ の種のモータは、ｑ軸とｄ軸の電磁誘導のより大きい比率を有する。電機子反作 用が容易に起き、制御がより複雑になる。駆動体はより複雑な制御構造を有さね ばならない。このようにして、モータワークが好適な状況において行われること が可能となる。

【０００３】 簡潔に言えば、現在使用されているる２種類の永久磁石ブラシレスモータのロ ータにおいて、表面取付け型ロータはより正確に制御できるが、機械的強度が減 少する。対称的に、内蔵型ロータは強い機械的強度を有するが、制御がより複雑 となる。大きい永久磁石ブラシレスモータにおいては、以上の２種の磁石モータ が大きい容量を有するために、それらが組み込まれるときには、ダメージレート がより高くなり、損失が増加する。

【０００４】

【考案の概要】

本考案の目的は、磁石内蔵型ロータを有する永久磁石ブラシレスモータを提供 することである。有極磁石をロータのスチールコアに内蔵する。磁石は容易に固 定され、機械的強度はより強くなる。各有極磁石は複数の単片磁石により構成さ れ、外方向に突出して整列される。このことは、磁石中央におけるロータスチー ルコアの外径との幅を最小にする。そのために、ｑ軸の電磁誘導はｄ軸の電磁誘 導よりも僅かに大きくなる。表面近くに取り付ける特性によって、電機子反作用 が小さくなり、制御が容易になる。 本考案の別の目的は、少なくとも２つの単片磁石より構成される有極磁石を提 供することである。単片磁石の配列状態を変化することによって、モータの特性 を変化することが可能となる。例えば、内方向に向けられた磁石を配列すること によって、高いｑ軸方向の電磁誘導を得ることができる。それにより、より大き いトルク、すなわち弱磁石の制御による高速動作を得ることができる。ちなみに 、構成単片磁石の角度を変化することによって、永久磁石ブラシレスモータの別 の特性を得ることができる。その上、有極磁石は２つ以上の磁石片から構成され るため、磁石の異方性が補強され、直線性をもつ傾向がある。

【０００５】 本考案の別の目的は、材料損失を減らし、有極磁石を構成する矩形状単片磁石 を用いることによって容易に加工することである。更には、使用可能な磁石と磁 束の容量がより高くなり、磁石の両端が同じ厚さを保持し、耐磁石劣化性がより 高くなる。ステータの電機子電流が有効となり、モータの最大トルクを助長する 。 更なる目的は、磁束の拡がりを調整するために、合成の有極磁石が、ロータス チールコアの形状を表面上で調整し、整合することである。すなわち、所望のモ ータの特性を得るために、エアギャップの形状を補正することである。 本考案の目的、特徴及び効果を明らかにするために、以下に好適な実施例を示 し、考案の説明を行う。

【０００６】

【実施例】

図１は、磁石取付け型ロータの通常の構造であり、その特徴として、ステータ のスチールコア（７）内部で且つエアギャップ（３）に隣接するコア（２）、す なわちロータスチール上に有極磁石（１）を取り付ける。表面に取り付ける磁束 の拡がりは、磁石の形状により制御される。正弦波である逆起電圧を得るために 、大部分の有極磁石がポタリの形状に製造される。図１に示される構造から、有 極磁石がロータスチール上に直接に取り付けられるときには、機械的強度は必然 的に弱くなり、もし高速動作を行う場合には、有極磁石の結合が離れてしまう危 険性を有することが容易に理解されるであろう。高速で動作することは好ましく なく、ロータスチールコアの表面上に有極磁石を据え付けるときには、十分な注 意を払わなければならない。その上、固定方法に関しては、通常ねじきり盤を使 用するが、それは加工が複雑でコストもかかる。更に、磁石をポタリ形状に製造 するコストも高い。磁石の両側の磁石片（１）がより薄いために、磁石の両端の 磁力が劣化しやすくなる。そのために、この種の構造は電機子すなわちステータ の電流に耐えることができない。モータの最大トルクは小さくなる。

【０００７】 しかしながら、表面上に取り付けられた磁石ロータは利点を有しており、正弦 波の磁束の拡がりを得ることができる。このことにより、ｑ軸とｄ軸の電磁誘導 が小さくなるという特性が生ずる。更に、電流の位相が固定され、容易に制御さ れる。有効な磁石の容量は大きくなり、より多くの磁束を生成する。要約すると 、この構造は機械的な強度は弱いが、制御が容易である。 図２は、現に使用されている磁石内蔵型ロータの構造を示す。構造の特徴にお いて、表面に取り付けられた磁石ロータと２つの相違点がある。第１に、有極磁 石（１）がロータ（２）のスチールコア内に配置され、有極磁石の形状が矩形状 であることである。有極磁石がロータのスチールコア内に取り付けられるために 、この構造は、より強い機械的強度を有し、容易に内蔵することができ、容易に 加工することができ、しかもコストがかからないという利点を有する。その上、 有極磁石が矩形の形状に製造される場合には、材料費を減らすことができ、製造 も容易となり、有極磁石の両端が同じ厚さを維持することができる。磁気は劣化 しにくくなる。しかし、有効な磁石の容量および磁束量が減少する。 この種のモータのエアギャップは平均的なものである。磁束は方形波の方向に 分散される。磁石中央におけるロータのスチールコアの外径との幅は、磁石の両 端におけるロータスチールコアの外径との幅よりも広い。ｑ軸の電磁誘導はより 大きくなり、電流の位相は動作速度の電流に従って変化する必要が生じる。制御 することが困難となり、そのために、より複雑なステータが必要である。要約す ると、この種のモータの機械的強度が増加し、高速で動作できるが、制御が困難 となる。

【０００８】 本考案の主要な目的は、強い機械的強度を有し制御容易な特性を有する構造を 得ることである。その方法として、有極磁石を複数の単片磁石から構成する。図 ３には、本考案の実施例が示されている。本考案の主要な特徴は、４極モータの ロータの構造により示される。この図においては、有極磁石が２つの矩形状単片 磁石から構成される。磁石が外方向に突出した構造を有する。すなわち：有極磁 石における磁石中央は、ロータスチールコアの表面により近くなる。このことに より、ｑ軸方向の大部分の磁気がふさがれ、そのｑ軸の電磁誘導とｄ軸の電磁誘 導の比率がほぼ１になる。表面に配置される磁石ロータの特徴は、制御が容易な ことである。その上、ロータスチールコアの表面の形状によって磁束の拡がりを 調整できる。例えば、磁石の上のエアギャップが、正弦波の特性を得ることがで きる。磁石極側の領域は小さくなる。モータが大電流で作動されるときには、電 機子反作用がなくなり、システムに対する過負荷容量が増加する。 更に本考案を評価するために、各有極磁石が奇数の単片磁石により構成される とする。単片磁石は小さく、容易に製造され、材料が少なくてすむ。しかも、有 効な磁気容量と磁束密度と磁束量が、従来の磁石内蔵型ロータのモータにおける 場合よりも大きくなる。特に現在使用される大型永久磁石ブラシレスモータに対 して、有効密度を大きくすることができる。有極磁石がより大きくなると、組み 立ての際にダメージレートが大きくなり、コストがより高くなる。この考案にお いては、有極磁石が複数の単片磁石により構成されるため、大きい磁石を使用す る必要はなく、コストは確実に減少する。更には、有極磁石は外方向に突出して 配置されるために、ロータスチールコアはリベットの装着のためのリベットホー ルを加え、ロータの構造強度を補強することができ、また、ホールの状態を維持 することによって、ロータの動作の慣性を減らすことができ、更に熱放散の目的 においても使用されることができる。

【０００９】 図４は、本考案の他の実施例を示す。この図においては、ステータが既に内蔵 されており、電気的ピボットコイルが（４）に示される。電気ピボットコイルに より生じる電気ピボット磁界の磁力線がロータのスチールコアに入り込むのが明 らかに示される。磁石中央におけるロータスチールコアの表面との幅がより小さ いために、磁気が進行方向でブロックされる。このことによって、ｑ軸の電磁誘 導が減少する。ｄ軸の電磁誘導もほぼ同様である。そのために、電機子反作用が とても小さく、容易に制御ができる。有極磁石の両端の磁石厚さが同じ厚さを有 することができ、耐磁気劣化性が増加され、大きい電機子電流に耐性を示すよう になり、磁気は劣化しにくくなる。更には、合成の有極磁石を使用するために、 磁気異方性が強化され、磁気異方性はほぼ直線方向に向けられるようになる。 本考案においては、単片の磁石の配置を変化するだけで、永久磁石ブラシレスモ ータの特別な特性を得ることができる。上記の例においては、有極磁石の磁石を 突出するように外方向に向け、ｑ軸の電磁誘導を減らすことによって、表面取付 け型磁石ロータと同様の制御効果を得ることができる。合成単片磁石の角度を段 階的に小さくするときには、ｑ軸の電磁誘導が同時に大きくなる。全ての単片磁 石が平行に構成されるときには、現在使用されている磁石内蔵型ロータとなる。 磁石側部が内方向に向けられたときには、ｑ軸の電磁誘導が増加される。

【００１０】 図５において、本考案の別の実施例が示される。有極磁石が内方向に向けられ て配置され、磁石中央におけるロータスチールコアの表面との幅が増加し、ｑ軸 の電磁誘導が増加する。磁気抵抗トルクが作用するために、より大きいトルクが 得られ、弱い磁気による制御の下での高速動作が可能となる。ちなみに、合成単 片磁石の角度を変化することによって、永久磁石ブラシレスモータの別の特徴も 得ることが可能である。

【００１１】

【考案の効果】

１． スチールコアに内蔵された有極磁石が高い機械的強度を有する。 ２． 同じ有極磁石が外方向に突出し、ｑ軸の電磁誘導が小さくなり、制御が容 易となる。 ３． 合成有極磁石が、使用できる磁石および磁束の大きい容量を有する。 ４． 単片磁石が小さく、そのために材料が少なくてすみ、加工が容易になる。 ５． 磁石の両端の磁石厚さが、磁石の他の部分の厚さと等しく、耐磁石劣化性 が優れており、最大トルクが助長される。 ６． 矩形状に製造された単片磁石が低コストで得られる。 ７． 磁束の拡がりがエアギャップの形状により調整される。 ８． 磁石表面のロータスチールコアの領域が収縮され、大きい電流が流れると きには電機子反作用がなくなり、耐負荷性も増加する。 ９． 磁石が直線的異方性を有する傾向がある。 １０．ロータスチールコアにリベットホールを加えることによって、ロータの構 造強度を上げ、又はロータの動作慣性を減らし、もしくは熱放散性を増す。 １１．単片磁石の配置を変えることによって、永久磁石ブラシレスモータの特別 な特性を得ることができ、実行の際に柔軟性を有することになる。

【００１２】 本考案による磁石内蔵型ロータを有する永久磁石ブラシレスモータは、有極磁 石となる複数の単片磁石より構成される。それにより２つの効果、すなわち高い 機械的強度と制御容易性が生じる。これは新規な構成であり、且つ進歩性を有す る。本考案の上記の詳細な説明に関しては、説明のために４極モータが取り上げ られたが、この例は本考案の単なる一例にすぎず、本考案の実用新案登録請求の 範囲はこの例に限定されるものではない。ちなみに、本考案に基づいた実用新案 登録請求の範囲における変更等は、本考案の範囲に含まれるべきである。

【図面の簡単な説明】

【図１】従来の表面取付け型磁石ロータの構造。

【図２】従来の磁石内蔵型ロータの構造。

【図３】電機子コイルを示さない本考案の磁石ロータの
構造。

【図４】電機子コイルを示した本考案の磁石ロータの構
造。

【図５】本考案の磁石ロータの別の構造。

【符号の説明】

２ ロータスチールコア ３ エアギャップ ４ 電機子コイル ５ 回転軸 ６ リベットホール ７ ステータスチールコア １１ 有極磁石の磁石中央部 １２ 有極磁石の磁石両側部 ２１ 磁石中央とロータスチールコア面との幅 ２２ 磁石両側部とロータスチールコア面との幅 ３１ 磁石中央部におけるエアギャップ ３２ 磁石両側部におけるエアギャップ

Claims (7)

【実用新案登録請求の範囲】
1. 【請求項１】ロータスチールコアは堆積けい素鋼板すな
   わち堆積けい素鋼心から成り、ロータスチールコアの表
   面とステータの間にエアギャップを有し、回転軸がロー
   タスチールコアの中心軸に接合されており、複数の有極
   磁石が対称的にロータスチールコアに配置された磁石内
   蔵型ロータを有する永久磁石ブラシレスモータにおい
   て、 前記有極磁石が少なくとも２つの単片磁石より構成さ
   れ、前記ロータスチールコアおよび前記有極磁石の形状
   により電磁誘導を制御することを特徴とする磁石内蔵型
   ロータを有する永久磁石ブラシレスモータ。
2. 【請求項２】前記単片磁石が外方向に突出するように配
   置され、磁石中央とロータスチールコア表面との幅を最
   小にすることを特徴とする請求項１に記載の磁石内蔵型
   ロータを有する永久磁石ブラシレスモータ。
3. 【請求項３】前記有極磁石の単片磁石が内方向に向けら
   れて配置され、磁石中央とロータスチールコア表面との
   幅を最大にすることを特徴とする請求項１に記載の磁石
   内蔵型ロータを有する永久磁石ブラシレスモータ。
4. 【請求項４】前記単片磁石の形状が矩形状であることを
   特徴とする請求項１に記載の磁石内蔵型ロータを有する
   永久磁石ブラシレスモータ。
5. 【請求項５】ロータスチールコア面に沿ったエアギャッ
   プが、磁石中央において狭く、磁石の両端において広い
   ことを特徴とする請求項２に記載の磁石内蔵型ロータを
   有する永久磁石ブラシレスモータ。
6. 【請求項６】前記単片磁石が磁石の中央の軸に対して対
   称的に配置されることを特徴とする請求項２または３の
   いずれかに記載の磁石内蔵型ロータを有する永久磁石ブ
   ラシレスモータ。
7. 【請求項７】前記有極磁石が奇数個の磁石により構成さ
   れることを特徴とする請求項２または３のいずれかに記
   載の磁石内蔵型ロータを有する永久磁石ブラシレスモー
   タ。