JP3142002B2

JP3142002B2 - 永久磁石回転子

Info

Publication number: JP3142002B2
Application number: JP02184491A
Authority: JP
Inventors: 隆長手; 健一遠藤; 毅瀬戸; 良和小池
Original assignee: Seiko Epson Corp
Current assignee: Seiko Epson Corp
Priority date: 1990-07-12
Filing date: 1990-07-12
Publication date: 2001-03-07
Anticipated expiration: 2016-03-07
Also published as: JPH0471342A

Description

【発明の詳細な説明】〔産業上の利用分野〕本発明はブラシレスモータの回転子に係り、特にヨー
クが積層された複数枚のけい素鋼板によって形成され、
周面に放射状に突出した４つ以上の磁極を有し、これら
磁極の一つおきに回転中心に対して同一極が対向するよ
うにして永久磁石を挿入した永久磁石回転子に関する。

〔従来の技術〕

一般にブラシレスモータの回転子として、円筒状のヨ
ークの外周面に断面円弧状の永久磁石を貼り付けた永久
磁石回転子が知られている。

第９図は永久磁石回転子を有する従来のブラシレスモ
ータの構造の概略を示している。全体を符号１で示すブ
ラシレスモータはモータケース２を有し、このモータケ
ース２は円筒状の側壁３とこの側壁の両端を閉塞する前
面板４と後面板５とを有している。側壁３の内側には複
数の駆動コイル６が円筒形をなすように配列され、壁面
に固定されている。永久磁石回転子７の中心に回転軸８
が同心的に固定されている。回転軸８は永久磁石回転子
７の両端より突出し、一端がモータケース２の後面板５
に装着された軸受10によって回転自在に支承されてい
る。回転軸８の他端はモータケース２の前面板４に装着
された軸受12によって回転自在に支承されている。モー
タケース２の側壁３の内側には円環状の磁極センサ支持
部材13が設けられ、永久磁石回転子７の表面の近傍に位
置するように複数の磁極センサ14が保持されている。

第10図は従来の永久磁石回転子７を示しており、回転
軸８が円筒状のヨーク30に挿入され、回転軸８とヨーク
30が一体に構成されている。このヨーク30の外周面に
は、外側がＮ極、内側がＳ極に着磁された円弧状の一対
の永久磁石31aと、外側がＳ極、内側がＮ極に着磁され
た円弧状の一対の永久磁石31bが交互に貼着されてい
る。

このブラシレスモータ１においては、前記磁極センサ
14によって永久磁石回転子７の磁極位置を検知し、図示
しない制御回路によって対応する駆動コイル６に電流を
流し、電流と磁束の相互作用によって永久磁石回転子７
を回転させる。回転された永久磁石回転子７の磁極位置
は再び磁極センサ14によって検知され、前記制御回路に
よって異なる駆動コイル６に電流が供給され、再び永久
磁石回転子７が回転駆動される。上記の動作を繰り返す
ことにより、永久磁石回転子７は連続的に回転し、この
回転力が動力として回転軸８を介してモータの外部に取
り出される。

第11図は永久磁石回転子の他の従来例を示しており、
前記永久磁石回転子７の永久磁石31a,31bの外側に、こ
れを取り巻くように磁石の飛散防止の目的で補強筒32が
設けられている。

〔発明が解決しようとする課題〕

しかしながら、従来の永久磁石回転子は、４極の回転
子の場合は４つの永久磁石を必要とし、構造が複雑であ
り、必要な部品の数も多いという問題があった。

さらにこれらの磁石をヨークの表面に貼着し、その周
囲の駆動コイルと適当な間隙を保つために、磁石を適当
な寸法の瓦状に形成し、かつ表面を貼着に適するように
滑らかに仕上げるなど精密な加工が必要であった。

また従来の永久磁石回転子においては、ヨークの表面
に貼着された永久磁石が高速回転時に遠心力の作用によ
って飛散するという問題があった。

この問題を解決するために永久磁石の外周に磁石保持
用の補強筒を巻いた従来の永久磁石回転子では、保持用
の筒部材に渦電流が生じて、鉄損が大きいという問題が
あった。

そこで本発明の目的は、永久磁石の磁極同士の反発に
よって磁石の数の２倍の磁極を有し、前記永久磁石は加
工が容易な断面が矩形の延板状の簡単な形態を有し、さ
らに鉄損が少ない永久磁石回転子を提供することにあ
る。

〔課題を解決するための手段〕

上記目的を達成するために、本発明の永久磁石回転子
は、永久磁石を有するブラシレスモータの回転子におい
て、積層された複数のけい素鋼板によってヨークが形成
され、このヨークは外周部に少なくとも４つの偶数の磁
極を有し、磁極間に切欠部が設けられていることによっ
て各磁極は回転軸から放射状に突出した形状を有してお
り、前記磁極には一磁極おきに、永久磁石を挿入するス
ロットが回転軸から半径方向ほぼ等距離の位置に設けら
れ、回転軸に関して円周方向の前記スロットの両端のブ
リッジ部は、そこを通る磁束の密度が飽和するように、
磁極の外形線と平行にブリッジ幅が一様でかつ十分に小
さい部分を有しており、前記スロットには回転軸に面す
る側の面が同一の磁性を有するようにした永久磁石が挿
入され、永久磁石が挿入されている磁極の磁極面の幅
が、永久磁石が挿入されていない磁極の磁極面の幅より
小さく設定されていることを特徴とするものである。

〔作用〕

上記本発明の永久磁石回転子は、その磁極に永久磁石
が同一磁極を対向させて一磁極おきに配置されているの
で、永久磁石の同一磁極が互いに反発し、磁力線が永久
磁石が挿入されていない磁極から出入りし、この磁極が
磁力を持つ。このことにより、挿入された永久磁石の数
の２倍の磁極数を有する永久磁石回転子を得ることがで
きる。

また、磁石がヨークの内部に挿入されているので、高
速回転によって飛散することがない。

さらにヨークが鋼板の積層されたものから構成されて
いるので、渦電流が小さく鉄損が少ない。

〔実施例〕

以下に本発明の一実施例について添付の図面を参照し
て説明する。

第１図は本発明による永久磁石回転子を有するブラシ
レスモータを示しており、全体を符号１で示すブラシレ
スモータは周囲を包囲するモータケース２を有し、この
モータケース２は円筒状の側壁３と前面板４と後面板５
とから構成されている。側壁３の内側には複数の駆動コ
イル６が円筒形をなすように配列され、壁面に固定され
ている。永久磁石回転子７の中心には回転軸８が同心的
に固定されている。回転軸８は永久磁石回転子７の両端
より突出し、一端がモータケース２の後面板５に装着さ
れた軸受10を介して回転自在に支承されている。回転軸
８の他端はモータケース２の前面板４に装着された軸受
12を介して回転自在に支承されている。モータケース２
の側壁３の内側には円環状の磁極センサ支持部材13が設
けられ、複数の磁極センサ14が永久磁石回転子７の表面
の近傍に位置するように保持されている。

このブラシレスモータ１においては、前記磁極センサ
14によって永久磁石回転子７の磁極位置を検知し、図示
しない制御回路によって対応する駆動コイル６に電流を
流し、電流と磁束の相互作用によって永久磁石回転子７
を回転させる。回転された永久磁石回転子７の磁極位置
は再び磁極センサ14によって検知され、前記制御回路に
よって異なる駆動コイル６に電流が供給され、再び永久
磁石回転子７が回転駆動される。上記の動作を繰り返す
ことにより、永久磁石回転子７は連続的に回転し、その
回転力が動力として回転軸８を介してモータの外部に取
り出される。

第２図および第３図は本発明の永久磁石回転子７と永
久磁石回転子を構成するけい素鋼板との一実施例を示し
ている。永久磁石回転子７のヨーク15は、複数のけい素
鋼板16が回転軸８の軸方向に積層され、型押しされて長
方形に陥没させられたカシメ部17を互いに圧入すること
により一体に接合されている。

けい素鋼板16の表面には無機質の絶縁被膜が施され、
厚さが0.35mmあるいは0.5mmのいずれかであり、第３図
に示すように互いに90゜の角度をなして放射状に突出し
た４つの先端円弧状の磁極18a,18bを有し、これら磁極
のうち互いに対向する２つの磁極18aに永久磁石を挿入
する１対のスロット19が回転中心に関して対称に設けら
れている。磁極18aに前記スロット19が設けられたこと
により、磁極18aの先端と基部はスロット両端のブリッ
ジ20によって連結されている。さらにけい素鋼板16の中
心には回転軸８を挿入するための回転軸開口21が設けら
れ、この回転軸開口21の周縁部にはキー溝22が設けられ
ている。

回転軸８は中央部が膨出し、前記回転軸開口21に対し
て隙間なく嵌合する形状を有している。けい素鋼板16が
一体に積層されてヨーク15を構成した後に、前記回転軸
８は回転軸開口21に挿入される。回転軸８の膨出した中
央部にはキー23が設けられ、前記キー溝22と係合し、永
久磁石回転子７が回転軸８に対して回転しないように形
成されている。

本実施例ではヨーク15がけい素鋼板16の積層されたも
のから構成されているが、けい素鋼板16の代りに冷間圧
延鋼材（SPCC材）を積層してヨーク15を形成してもよ
い。

前記ヨーク15に一対の永久磁石24,25がＮ極を対向さ
せつつスロット19に挿入されいる。この永久磁石24,25
のＮ極が互いに対向して互いに反発することにより、磁
極18aはＳ極、18bはＮ極の磁極を帯び、永久磁石回転子
７は全体として４極の永久磁石回転子となる。

第４図はモータの内部にある時の永久磁石回転子７の
磁力線の流れを示しており、永久磁石24のＮ極より出た
磁力線は前記ブリッジ20を通りＳ極に達するが、ブリッ
ジ20は幅が十分小さく設定されているので容易に飽和磁
束密度に達する。隣り合うＳ極18aとＮ極18bの間には、
切欠部26が設けられ、互いに同一極が対向する永久磁石
24,25の磁極の反発によって、磁力線は第４図に示すよ
うに磁極18bの磁極面より出て駆動コイル６の内部を通
り、磁極18aの磁極面を通ってＳ極に達する。前記カシ
メ部17は長方形をなしており、この磁力線を干渉しない
ように長辺が永久磁石回転子７の磁性の向きに対して45
゜の角度傾いている。

第５図は本発明の他の実施例を示している。永久磁石
24のＮ極よりでた磁力線の一部はいわゆる磁束漏れによ
って、磁極18bの磁極面を通ることなくＳ極に戻ってし
まうので、磁極18aの磁極面の幅W₁と磁極17bの磁極面の
幅W₂とが等しい場合には、磁極18aの磁極面の総磁束量
は磁極18bのそれより多くなる。そこで、本実施例では
磁極18bの磁極面の幅W₂を大きくすることにより、磁極1
8a,18bの磁極面の総磁束量を同一にし、発生するトルク
を均一化することができる。

第６図は本発明のさらに他の実施例を示しており、磁
極18a,18bにそれぞれの磁性の方向と同一の方向にスリ
ット27が設けられている。一般にＮ極をでた磁力線は最
短距離を通り、Ｓ極に達する性質を有しているので、第
４図に示すように、磁極18aの磁極面を端部の磁束密度
が中央部のそれより高くなる。これに対し、磁極にスリ
ット27を設けることによって、強制的に磁力線を案内し
て、スリット27に沿って磁極面から出入りさせるように
することができる。

第７図はこの実施例の磁力線の流れを示しており、永
久磁石24のＮ極から出た磁力線は磁極18bのスリット27
に案内され、駆動コイル６を通り、磁極18aのスリット2
7に案内されつつ、永久磁石24のＳ極に戻る。磁力線は
スリット27によって同一磁極面で磁束分布が均一にな
り、発生するトルクは均一化され、永久磁石回転子の熱
分布を改善すると供に、冷却面積増大する利点を得るこ
とができる。

第８図は６磁極を有する永久磁石回転子７の断面を示
している。この実施例において、各磁極は互いに60゜の
角度をなして放射状に突出し、これら磁極の一つおきに
Ｎ極を内側に配置した永久磁石28a,28b,28cが嵌挿され
ている。ヨークの中心には回転軸を挿入する回転軸開口
21が設けられており、この回転軸開口21には回転軸が回
転化に対して回転するのを防止するキー溝22が設けられ
ている。

この実施例の各永久磁石28a,28b,28cは、Ｎ極が内側
に面するようにように配置されているので、Ｎ極を出た
磁束は図中に示すように他の永久磁石のＮ極によって反
発され、隣接する磁極面を通ってＳ極に達する。このこ
とにより永久磁石を有する磁極はＳ極、永久磁石を有し
ない磁極はＮ極の磁力を有するようになる。

本発明の実施例においては、永久磁石はプラセオジュ
ーム（Pr）の合金による鋳造磁石を用いているが、鋳造
型（アルニコ磁石、プラセオジューム磁石）、焼結型磁
石（フェライト磁石、希土類磁石）、樹脂結合型磁石
（フェライト磁石、希土類磁石）のいずれかを用いるこ
とができる。

前記永久磁石は、回転子の軸方向と一致する辺の長さ
が、回転子の回転方向に接する辺の長さの２倍乃至５倍
の範囲の断面矩形の延板状に形成されている。断面が矩
形の延板状であるため、従来の瓦状の磁石と比較して加
工が容易であり、さらにヨークの外周に貼着することが
ないので、精密な表面仕上げを省略することができる。
また永久磁石はスロット19に挿入されているので、回転
力によって磁石が飛散することがなく、高速回転のモー
タに用いることが可能である。

一方、本発明のヨーク15のけい素鋼板16はプレス加工
によって形成されるので、高い生産性を得ることがで
き、さらに精密な外径寸法の回転子を得ることができる
ので、効率的なモータを得ることができる。

〔発明の効果〕

以上の説明から明らかなように本発明によれば、けい
素鋼板に放射状に突出する４つ以上の複数の磁極を設
け、その磁極の一つおきにスロットを設け、このスロッ
トに回転中心に対して同一極を対向させた永久磁石を挿
入することにより、磁極同士の反発によって永久磁石の
数の２倍の磁極数を有する永久磁石回転子を得ることが
できる。

さらに永久磁石がスロット内に挿入されているので、
高速回転によって飛散すること無く、従って回転子の外
周を覆う飛散防止用の部材を必要とせず、この飛散防止
用の部材による鉄損をなくすことができるとともに、ヨ
ークが積層された鋼板で構成されているので鉄損を最少
限にすることができる。

また本発明の永久磁石は簡単な形状に形成されてお
り、高い精度の表面仕上げを要求されないので加工が簡
単であり、永久磁石の製作が極めて容易である。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明の永久磁石回転子を有するブラシレスモ
ータの横断面図、第２図は本発明の永久磁石回転子の斜
視図、第３図は本発明の永久磁石回転子の正面断面図、
第４図はブラシレスモータの内部における本発明の永久
磁石回転子の磁力線を示す正面断面図、第５図は磁極の
幅を変化させた本発明の永久磁石回転子の正面断面図、
第６図は磁極にスリットを設けた本発明の永久磁石回転
子の正面断面図、第７図は磁極にスリットを設けた本発
明の永久磁石回転子のブラシレスモータの内部における
磁力線を示す正面断面図、第８図は６磁極を有する本発
明の永久磁石回転子の正面断面図、第９図は従来の永久
磁石回転子を有するブラシレスモータの横断面図、第10
図は従来の永久磁石回転子の斜視図、第11図は永久磁石
保持用の金属筒を有する従来の永久磁石回転子の一部切
断面を示す斜視図である。１……ブラシレスモータ、７……永久磁石回転子、51…
…ヨーク、16……けい素鋼板、17……カシメ部、18a,18
b……磁極、19……スロット、20……ブリッジ、24,25…
…永久磁石、27……スリット、28a,28b,28c……永久磁
石。

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者小池良和長野県諏訪市大和３丁目３番５号セイコーエプソン株式会社内 (56)参考文献特開平１−157253（ＪＰ，Ａ) 実開昭49−21525（ＪＰ，Ｕ) 実開昭55−117175（ＪＰ，Ｕ) 実開昭62−188968（ＪＰ，Ｕ) 実開昭61−144772（ＪＰ，Ｕ) 実開昭60−69548（ＪＰ，Ｕ) 特公昭49−33482（ＪＰ，Ｂ１) (58)調査した分野(Int.Cl.⁷，ＤＢ名) H02K 1/27 H02K 21/00 - 21/48

Claims

(57)【特許請求の範囲】

【請求項１】永久磁石を有するブラシレスモータの回転
子において、積層された複数のけい素鋼板によってヨー
クが形成され、このヨークは外周部に少なくとも４つの
偶数の磁極を有し、磁極間に切欠部が設けられているこ
とによって各磁極は回転軸から放射状に突出した形状を
有しており、前記磁極には一磁極おきに、永久磁石を挿
入するスロットが回転軸から半径方向ほぼ等距離の位置
に設けられ、回転軸に関して円周方向の前記スロットの
両端のブリッジ部は、そこを通る磁束の密度が飽和する
ように、磁極の外形線と平行にブリッジ幅が一様でかつ
十分に小さい部分を有しており、前記スロットには回転
軸に面する側の面が同一の磁性を有するようにした永久
磁石が挿入され、永久磁石が挿入されている磁極の磁極
面の幅が、永久磁石が挿入されていない磁極の磁極面の
幅より小さく設定されていることを特徴とする永久磁石
回転子。