JP3855318B2 - 永久磁石ロータ及びその製造方法 - Google Patents

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、マグネットトルクのみならずリラクタンストルクをも有効利用し、機器の高効率化を実現する永久磁石ロータ及びその製造方法に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
従来の永久磁石ロータは、図２５に示すように鉄などの高透磁率材または積層された電磁鋼板からなるロータコア２５２に、シャフト穴２５４を中心として同心状に配された磁極数組の打ち抜き穴２５５ａ，２５５ｂに、永久磁石２５３ａ，２５３ｂを埋設してなる。
【０００３】
ロータの磁極間相互の磁路Ｐｑを通る磁束をｑ軸磁束、またｑ軸磁束を発生させるようなステータ巻線２５９に流れる電流をｑ軸電流といい、ｑ軸磁束のとおりやすさをｑ軸インダクタンスということにする。一方、ロータの磁極の中心間の磁路Ｐｄを流れる磁束をｄ軸磁束、またｄ軸磁束を発生させるようなステータ巻線に流れる電流をｄ軸電流といい、ｄ軸磁束のとおりやすさをｄ軸インダクタンスということにする。この構造は、ｑ軸インダクタンス−ｄ軸インダクタンス＞０となることにより、電流位相を進めることで、リラクタンストルクを有効に利用し、高効率を実現していた。
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら上記従来の構成では、リラクタンストルクを有効に利用するためには、電流位相βを０゜＜β＜４５°の範囲内で進める必要があった。β＝０のとき、マグネットトルクは最大となるが、リラクタンストルクを利用するために電流位相を進めることにより、マグネットトルクを最大に使用できないという欠点を有していた。また、電流位相を進めるため特別な制御回路を必要とした。
【０００５】
上記欠点を解決するため、特開平７−１４３６９４に示す「同期機のロータ構造及び同期型モータ」では、永久磁石と突極との位置関係を検討し、マグネットトルクとリラクタンストルクのピークを一致させて出力の増幅をはかっている。
【０００６】
図２６は特開平７−１４３６９４に示す「同期機のロータ構造及び同期型モータ」の断面図である。２極モータは、ステータ２７０とロータ２６１を備えている。ステータコア２６８に施された巻線２６９に電流が流れることにより、ロータ２６１が回転する。ロータ２６１には２ヶ所の突極２６６ａ，２６６ｂ及び２個の永久磁石２６３ａ，２６３ｂを有する。前記突極の位置は、前記永久磁石の位置２６７に対してロータ回転前進側に電気角略４５゜ずらした位置となっている。しかし、特開平７−１４３６９４に示す「同期機のロータ構造及び同期型モータ」では、マグネットトルク最大の位置でリラクタンストルクを最大とすることは可能であるが、磁極の表面積を大きく減少されることになる。高効率化のためには磁極表面積を大きく取り、かつマグネットトルクの最大となる電流位相とリラクタンストルクの最大となる電流位相を一致させる構造が必要である。
【０００７】
【課題を解決するための手段】
上記課題を解決するため本発明は、高透磁率材または積層された電磁鋼板からなるロータコアと前記ロータコアの中心を貫くシャフトと、前記シャフトを中心として配置された磁極数組の永久磁石からなる永久磁石ロータにおいて、磁極中心からロータ回転前進側に電気角略４５゜の位置における磁束の通りやすさ、すなわちインダクタンスが他の角度のそれより高くなるような構造としたものである。
【０００８】
上記構造とすることにより、マグネットトルクを十分に確保しつつ、リラクタンストルクを最も有効に利用することができ、機器の高効率化が実現される。
【０００９】
【発明の実施の形態】
上記課題を解決するために本発明は、高透磁率材または積層された電磁鋼板からなるロータコアと前記ロータコアの中心を貫くシャフトと、前記シャフトを中心として配置された複数個の永久磁石からなる直流モータの永久磁石ロータにおいて、磁極中心からロータ回転前進側に電気角略４５゜の位置における磁束の通りやすさ、すなわちインダクタンスが他の角度のそれより高くなるような構造としたものである。
【００１０】
また、上記構造として、磁極中心からロータ回転前進側に電気角略４５゜の位置に突起形状の突極部を設けたものである。これによって、マグネットトルクの最大となる点と、リラクタンストルクの最大となる点が一致し、その点で運転することにより効率の高いモータが実現できる。
【００１１】
また、ロータコアの表面付近に前記シャフトを中心として同心円弧状に等間隔に配置された複数個の永久磁石用打ち抜き穴を有し、前記永久磁石用打ち抜き穴に挿入された永久磁石の磁極中心からロータ回転前進側に電気角略４５゜の位置に前記永久磁石用打ち抜き穴間のロータコア部を有することにより、永久磁石をロータコア内部に埋設するため、永久磁石飛散防止手段が不要となる。
【００１２】
また、ロータコアの表面に略リング状の永久磁石を有し、永久磁石内側すなわちロータコア外周から、ロータコア中心までの距離が、磁極中心からロータ回転前進側に電気角略４５゜の位置が大きく、ロータ回転後進側に電気角略４５゜の位置が小さくすることにより、ロータ外周全て永久磁石とすることにでき、磁石表面積を最大限に大きくすることにより、マグネットトルクを最大にすることができる。
【００１３】
また、ロータコア表面に複数個の略リング形状の永久磁石を配した永久磁石ロータにおいて、ロータコア内部に複数個のスリットを有し、前記スリットの先端が磁極中心よりロータ回転前進側に電気角略４５゜の位置付近でロータコア外周に向かってほぼ直角をなして集まり、ロータの求心方向に凸の形状で、前記スリットが１磁極あたり１層以上設けることにより、永久磁石の厚みを均一にでき、かつリラクタンストルクを有効利用することが可能となる。
【００１４】
また、スリットがロータコア外周より外側かつロータ回転後進側に電気角略４５゜の位置に中心をもつ円弧形状とすることにより、ロータコア内部の磁路を確保し、リラクタンストルクを有効に利用することができる。
【００１５】
また、２極永久磁石ロータにおいては、複数のスリットが磁極中心を結んだ線よりロータ回転前進側に電気角略４５゜の線に平行とするとよい。
【００１６】
また、スリットに非磁性体またはロータコア材質より磁性の低い磁性体を充填または埋設することにより、ロータコア強度を強くすることができる。
【００１７】
また、圧延方向をそろえて積層された無方向性電磁鋼板からなるロータコアと、前記ロータコアを貫くシャフトと、前記シャフトを中心として配置された永久磁石からなる２極永久磁石ロータにおいて、圧延方向が磁極中心を結んだ線よりロータ回転前進側に電気角略４５゜の線に平行としてもよい。
【００１８】
また、磁化容易方向をそろえて積層された方向性電磁鋼板からなるロータコアと、前記ロータコアを貫くシャフトと、前記シャフトを中心として配置された永久磁石からなる２極永久磁石ロータにおいて、磁化容易方向が磁極中心を結んだ線よりロータ回転前進側に電気角略４５゜の線に平行としてもよい。
【００１９】
また、同期モータの永久磁石ロータの場合は、高透磁率材または積層された電磁鋼板からなるロータコアと前記ロータコアの中心を貫くシャフトと、前記シャフトを中心として配置された永久磁石と、ロータコアの外周付近による複数個の導体バーと、前記導体バーをロータコア両端面で短絡する導体エンドリングからなり、脱調トルクをＴｏ、負荷トルクをＴｌとしたとき、磁極中心からロータ回転前進側に電気角略｛４５−ＣＯＳ^-1（Ｔｌ／Ｔｏ）｝゜の位置における磁束の通りやすさ、すなわちインダクタンスが他の角度のそれより高くなるような構造とすることにより、負荷回転時においてマグネットトルクとリラクタンストルクを有効に利用できるとともに、始動回路を必要とせず、導体バー及び導体エンドリングに流れる電流により始動することが可能である。
【００２０】
また、ロータコアに１個またはロータ磁極数の約数個の小穴を設けることにより、着磁の際、正確に位置合わせができるとともに、着磁の際、治具を前記小穴に挿入することにより、リラクタンストルクによりロータが回転するのを抑えることが可能である。
【００２１】
また、スリットを有する直流モータの永久磁石ロータにおいては、ロータコア両端に少なくとも各一枚ずつ、スリットのない、または他のロータコアシートのスリットよりも小さいスリットを有するロータコアシートを積層することにより、磁石成形時のロータコアにかかる応力やロータ回転による遠心力などによる変形によるエアギャップ不同などを防止し、精度良く、効率の高いモータを提供することができる。
【００２２】
また、スリットを有し、導体バー及び導体エンドリングを有する同期モータの永久磁石ロータにおいては、ロータコア両端に少なくとも各一枚ずつ、スリットのない、または導体エンドリングにスリットがかからないような大きさのスリットを有するロータコアシートを積層することにより、導体バー及び導体エンドリングを一体としてダイカスト成形する際、スリットに導体が流れ込むのを防止し、成形時の応力によるロータコアの変形などを防止することができる。
【００２３】
また、直流モータの永久磁石ロータの製造方法として、ロータコアシートを積層してロータコアを構成した後、ボンドマグネットをロータコアと一体成形して円筒形のロータとし、着磁を行うことにより、ロータコア及び永久磁石の寸法精度がよく、かつ生産性よく永久磁石ロータが製造できる。
【００２４】
また、同期モータの永久磁石ロータの製造方法としては、ロータコアシートを積層してロータコアを構成した後、前記導体バーと前記導体エンドリングとを一体としてダイカストした後、ボンドマグネットをロータコアと一体成形して円筒形のロータとし、着磁を行うことにより、導体バー及び導体エンドリング成形による熱で永久磁石が破損、または磁性を失うことなく、かつ精度よく、生産性よく永久磁石ロータの製造ができる。
【００２５】
また、ロータコアに磁極数組のスリットを有する同期モータの永久磁石ロータの製造方法において、ロータコアシートを積層してロータコアを構成した後、少なくとも一方の端面が短絡されていない導体バーをロータコアに挿入し、導体バーの短絡されていない端面を前記導体エンドリングを溶接した後、ボンドマグネットをロータコアと一体成形して円筒形のロータとし、着磁を行うことにより、あらかじめ成形された導体バーをロータコアに挿入するため高熱にする必要がなく、スリットに導体が流れ込むことなく、かつ永久磁石の破損、または磁性を失うことなく、精度よく、生産性よく永久磁石ロータが製造できる。
【００２６】
【実施例】
以下本発明の実施例について、図面を参照して説明する。
【００２７】
（実施例１）
図１は、本発明の一実施例における直流モータの２極永久磁石ロータの断面を示す図である。ロータ１１は、鉄などの高透磁率材または積層された電磁鋼板からなるロータコア１２とロータコアの中心にあるシャフト穴１４に圧入されたシャフト（図示せず）と、前記シャフトを中心として配置された２個の永久磁石１３と前記永久磁石の飛散防止のための管１５からなり、スイッチング素子などにより整流された電流がステータ巻線（図示せず）を流れることにより発生する回転磁界により、Ｒの方向に回転している。前記永久磁石は等間隔にロータコア表面に配置され、永久磁石間には突起形状の突極部１６を有する。突極部は、永久磁石固定位置から９０゜の位置にあるが、磁極の中心１７ｂからはロータ回転前進側に４５゜の位置にある。１個の磁石の内部にＮ極とＳ極の境目１７ａが存在する。
【００２８】
一般に図２５に示すような逆突極性を有するロータをもつ永久磁石モータのトルクは、マグネットトルクＴＭ＝Ｐｎ・Ψａ・Ｉａ・ｃｏｓβとリラクタンストルクＴＲ＝０．５・Ｐｎ・（Ｌｑ−Ｌｄ）・Ｉａ²・ｓｉｎ２βとの和で表される。ここで、Ｐｎは極対数、Ψａは永久磁石による鎖交磁束、Ｉａはステータ電流、Ｌｑはｑ軸インダクタンス、Ｌｄはｄ軸インダクタンス、βは電流進角（電気角）である。図１８に、マグネットトルクとリラクタンストルク、総合トルクを示した。マグネットトルクはβ＝０゜で最大となり、リラクタンストルクはβ＝４５゜で最大となる。従って、総合トルクは、０゜＜β＜４５゜の範囲内で最大となる。しかし、総合トルク最大となる点は、マグネットトルク最大の点ともリラクタンストルク最大の点とも一致せず、マグネットトルク及びリラクタンストルクを最大限に利用しているとはいえない。一方、本実施例においては、突極を磁極中心からロータ回転前進側に４５゜とすることにより、リラクタンストルクは、ＴＲ＝０．５・Ｐｎ・（Ｌｑ−Ｌｄ）・Ｉａ²・ｃｏｓ２βとなり、β＝０゜において、マグネットトルクもリラクタンストルクも最大となる。図１７に、マグネットトルクとリラクタンストルク、総合トルクを示した。総合トルクの最大値は、図１８と比較して約２０％上昇している。また、電流位相βを０゜で運転できる。
【００２９】
（実施例２）
図２は、本発明の他の実施例における直流モータの４極永久磁石ロータの断面を示す図である。構成及び動作，効果は実施例１と同じなので省略する。４極の場合、電気角４５゜は機械角２２．５゜となる。従って、突極部２６は、磁極の中心２７ｂからロータ回転前進側に電気角４５゜、機械角では２２．５゜の位置にある。また、本実施例では、永久磁石飛散防止に管を用いず、永久磁石をコアに接着している。
【００３０】
（実施例３）
図３は、本発明の他の実施例における直流モータの４極永久磁石ロータの断面を示す図である。ロータ３１は、ロータコア３２の表面付近にシャフト穴３４に圧入されたシャフト（図示せず）を中心として同心円弧状に等間隔に配置された４個の永久磁石用打ち抜き穴３８を有し、前記永久磁石用打ち抜き穴に挿入された永久磁石３３の磁極中心３７ｂからロータ回転前進側に電気角４５゜、機械角２２．５゜の位置に前記永久磁石用打ち抜き穴間のロータコア部３６を有する。１個の磁石の内部にＮ極とＳ極の境目３７ａが存在する。
【００３１】
効果は実施例１と同じなので省略する。
本実施例においては、永久磁石をロータコア内部に埋設するため、ロータコア薄肉部３５が存在し、永久磁石飛散防止手段が不要となる。
【００３２】
（実施例４）
図４は、本発明の他の実施例における直流モータの２極永久磁石ロータの断面を示す図である。ロータ４１は、ロータコア４２の表面に略リング状の永久磁石４３を有し、永久磁石内側すなわちロータコア外周から、ロータコア中心までの距離が、磁極中心４７ｂからロータ回転前進側に電気角４５゜の位置４６ａが大きく、ロータ回転後進側に電気角４５゜の位置４６ｂが小さい。２極永久磁石ロータの場合は、ロータコア形状が、磁極中心４７ｂからロータ回転前進側に電気角４５゜の位置を結ぶ線を長軸とする楕円となる。
【００３３】
効果は実施例１と同じであるので省略する。
本実施例においては、ロータ外周全て永久磁石とすることにより、磁石表面積を最大限に大きくすることができ、マグネットトルクを最大にすることができる。
【００３４】
なお、小穴４５を設けると、着磁の際、着磁中心をあわせる目印となる。また前記小穴に治具を挿入してロータを押さえることにより、着磁の際リラクタンストルクが働いてロータが回転し、着磁不完全となることを防止できる。
【００３５】
前記小穴は、全ロータコアシートにあってもよく、またロータコアの端部にあるロータコアシートのみにあってもよい。
【００３６】
（実施例５）
図５は、本発明の他の実施例における直流モータの４極永久磁石ロータの断面を示す図である。ロータ５１は、ロータコア５２の表面に略リング状の永久磁石５３を有し、永久磁石内側すなわちロータコア外周から、ロータコア中心までの距離が、磁極中心５７ｂからロータ回転前進側に電気角４５゜の位置５６ａが大きく、ロータ回転後進側に電気角４５゜の位置５６ｂが小さい。
【００３７】
効果は、実施例４と同じなので省略する。
（実施例６）
図６は、本発明の他の実施例における直流モータの４極永久磁石ロータの断面を示す図である。ロータ６１は、ロータコア６２表面にリング状の永久磁石６３を有し、ロータコア内部にスリット６５ａ，６５ｂを有し、前記スリットの先端６６が磁極中心６７ｂよりロータ回転前進側に電気角４５゜の位置付近でロータコア外周に向かってほぼ直角をなして集まり、ロータの求心方向に凸の形状で、前記スリットが１磁極当たり２層ある。ここでは、スリット形状はロータコア外周より外側かつロータ回転後進側に電気角４５゜の位置に中心６８をもつ円弧形状である。
【００３８】
本構造により、ロータコアに、突極性をもたせることにより、マグネットトルクのみならずリラクタンストルクをも有効に利用でき、マグネットトルクとリラクタンストルクの最大となる点を一致させることにより、同一入力により、より高いトルクを発生させることができ、効率の高いモータを提供することができる。また、永久磁石の厚みを均一にできるため、成形がしやすく減磁耐力にも有利である。
【００３９】
なお、本実施例においては、円弧形状のスリットであったが、ロータ求心方向に凸であればよく、磁極数も４に限るものではない。例えば、磁極数が増せば円弧形状よりＶ型形状が有利となる。円弧形状のスリットの場合、多層構造としたとき、スリットとスリットの間に等幅のなめらかな磁路が形成されるため、リラクタンストルクを大きくするために有効である。
【００４０】
また、スリットの１磁極当たりの層数も選択自由である。
さらに、スリット内部には樹脂などの非磁性体を充填し、または透磁率の低い物質を埋設することにより、強度や精度的に有利となる。
【００４１】
（実施例７）
図７は、本発明の他の実施例における直流モータの２極永久磁石ロータの断面を示す図である。ロータ７１は、ロータコア７２表面にリング状の永久磁石７３を有し、ロータコア内部にスリット７５ａ，７５ｂ，７５ｃを有し、そのスリットが１８０゜の位置で相対する磁極中心７７ｂを結んだ線よりロータ回転前進側に電気角４５゜の線に平行である。
【００４２】
効果は実施例６と同じなので省略する。
線状のスリットであり、加工が容易で精度がよい。
【００４３】
多極の場合は、シャフト穴を中心として、磁極の数だけ、放射状にスリットを配置するとよい。
【００４４】
（実施例８）
図８は、本発明の他の実施例における直流モータの２極永久磁石ロータの断面を示す図である。ロータ８１は、磁化容易方向をそろえて積層された方向性電磁鋼板からなるロータコア８２表面にリング状の永久磁石８３を有し、磁化容易方向Ｌが磁極中心８７ｂを結んだ線よりロータ回転前進側に電気角４５゜の線に平行である。
【００４５】
本構造により、磁化容易方向と磁化困難方向（磁化容易方向に直角の方向）とのインダクタンスの差により、リラクタンストルクが発生する。また、マグネットトルクとリラクタンストルクの最大となる点が一致するため、同一入力でより高いトルクを発生し、効率の高い永久磁石モータを提供することができる。
【００４６】
構造が単純であるため加工が容易であり、生産性，強度，精度ともにすぐれている。
【００４７】
また、無方向性電磁鋼板を用いる場合は、圧延方向が磁極中心８７ｂを結んだ線よりロータ回転前進側に電気角４５゜の線に平行となるようにするとよい。
【００４８】
本実施例は、前記実施例との任意の組み合わせでもよい。
（実施例９）
図９は、本発明の他の実施例における同期モータの２極永久磁石ロータの断面を示す図である。ロータ９１は鉄などの高透磁率材または積層された電磁鋼板からなるロータコア９２と前記ロータコアの中心のシャフト穴９４を貫くシャフト（図示せず）と前記シャフトを中心として配置された２個の永久磁石９３からなり、脱調トルクをＴｏ、負荷トルクをＴｌとしたとき、磁極中心９７ｂからロータ回転前進側に電気角略｛４５−ＣＯＳ^-1（Ｔｌ／Ｔｏ）｝゜の位置に突起状の突極９６を有する。また、ロータコアの外周付近に複数個の導体によるバー９９を軸方向に有し、ロータの両端面で導体エンドリング（図示せず）により短絡されている。
【００４９】
交流電流がステータ巻線（図示せず）を流れることにより発生する回転磁界により、Ｒの方向に回転している。
【００５０】
本構造により、ロータコアに突極性をもたせることにより、マグネットトルクのみならずリラクタンストルクをも有効に利用でき、負荷回転時にリラクタンストルクが最大となる構造をとることにより、同一入力により、より高いトルクを発生させることができ、効率の高いモータを提供することができる。
【００５１】
一般に無負荷回転時は、ロータ磁極中心にステータ巻線に流れる電流によりつくられる対となる磁極がくる。脱調時は、ロータ磁極中心からロータ回転前進側に電気角９０゜の位置にステータ巻線に流れる電流によりつくられる対となる磁極がくる。負荷回転時は、負荷の重さに応じて、ロータ磁極中心からロータ回転前進側に電気角０゜から９０゜の間にステータ巻線に流れる電流によりつくられる対となる磁極がくる。従って、負荷時のロータ磁極の、ステータ巻線に流れる電流によりつくられる磁極に対する遅れは、電気角０゜から９０゜の間となり、その角度を（９０−θ）とすると、Ｔｌ／Ｔｏ＝ｃｏｓθとなる。リラタンストルクは、電流位相がロータ回転前進側に電気角４５゜で最大となるので、ロータ磁極中心からロータ回転前進側に電気角（４５−θ）゜の位置において、インダクタンスが最大となる構造とするとよい。負荷が変化する場合、平均負荷トルクまたは、最も長い時間用いられる負荷トルクをＴｌとして計算すればよい。
【００５２】
また、始動時、ロータに入る磁束量の変化に応じて導体バー及び導体エンドリングに誘導電流が流れるため、回路を必要とせずに始動することが可能である。
【００５３】
本実施例では、２極永久磁石ロータを示したが、図１０のごとく４極、またはそれ以上であってもよい。また、磁石の固定方法として、図９ではステンレスなどの磁石飛散防止管９５のほかに、図１０のように永久磁石をロータコアに接着する方法、図１１のようにロータコア１１２に打ち抜き穴１１８を設け、永久磁石１１３を埋設する方法などがある。
【００５４】
また、突極を設けず図１２，図１３のごとく、ロータコア１２２，１３２の外周を円ではなく、磁極の中心１２７ｂ，１３７ｂから、ロータ回転前進側に電気角｛４５−ＣＯＳ^-1（Ｔｌ／Ｔｏ）｝゜の位置１２６ａ，１３６ａを大きく、ロータ回転後進側に電気角｛４５＋ＣＯＳ^-1（Ｔｌ／Ｔｏ）｝゜の位置１２６ｂ，１３６ｂを小さくすることによって、リラクタンストルクを発生させてもよい。
【００５５】
また、図１４，図１５のように、ロータコア内部にスリットを設けてもよい。同様に図１６のように、ロータ１６１を磁化容易方向をそろえて積層された方向性電磁鋼板からなるロータコア１６２表面にリング状の永久磁石１６３を有し、磁化容易方向Ｌが磁極中心１６７ｂを結んだ線よりロータ回転前進側に電気角｛４５−ＣＯＳ^-1（Ｔｌ／Ｔｏ）｝゜の線に平行となるようにしてもよい。
【００５６】
すなわち、本実施例の趣旨にそって、ロータ構造，永久磁石形状，突極形状，スリット形状などは種々の変形が可能である。
【００５７】
（実施例１０）
図１９は、本発明の他の実施例における直流モータの４極永久磁石ロータの構成を示す図である。ロータ１９１は、略リング状の永久磁石１９３を有し、ロータコア１９２内部の特定の位置にスリット１９５ａ，１９５ｂを有する。ロータコアの両端面少なくともそれぞれ１枚以上のロータコアシート１９８ｂ，１９８ｃは、他のロータコアシート１９８ａのスリット１９５ａ，１９５ｂより小さいスリット１９５ｃ，１９５ｄを有する。
【００５８】
本構成により、磁石成型時のロータコアにかかる応力やロータ回転による遠心力などによる変形によるエアギャップ不同などを防止することができる。
【００５９】
永久磁石は、略リング状に限らず磁極数個に分割されたものや、ロータコア内部に埋設されたものであってもかまわない。
【００６０】
図２０は、ロータコア両端面にスリットのないロータコアシート２０８ｂ，２０８ｃを設けている。ロータコアの強度を高めるとともに、ロータコアシートの加工が容易であり生産性がよい。
【００６１】
（実施例１１）
図２１は、本発明の他の実施例における同期モータの４極永久磁石ロータの構成を示す図である。ロータ２１１は、略リング状の永久磁石２１３を有し、ロータコア２１２内部の特定の位置にスリット２１５ａ，２１５ｂを有する。ロータコア外周付近には、導体バー用穴２１９を有し、前記導体バー用穴に導体バーを設置し、両端を導体エンドリング２２０ａ，２２０ｂにより短絡している。
【００６２】
ロータコアの両端面少なくともそれぞれ１枚以上のロータコアシート２１８ｂ，２１８ｃは、導体エンドリングにかからない小さいスリット２１５ｃ，２１５ｄを有する。
【００６３】
本構成により、磁石成型時のロータコアにかかる応力やロータ回転による遠心力などによる変形によるエアギャップ不同などを防止することができるとともに、導体バー及び導体エンドリングをダイカスト成形するとき、スリットに導体が流れ込むことを防止する。
【００６４】
図２２は、ロータコア両端面にスリットのないロータコアシート２２８ｂ，２２８ｃを設けている。ロータコアの強度を高めるとともに、ロータコアシートの加工が容易であり生産性がよい。
【００６５】
（実施例１２）
図２３は、本発明の他の実施例における直流モータの４極永久磁石ロータの製造方法を示す図である。永久磁石ロータ２３１は、ロータコアシート２３８を積層したロータコア２３２と前記ロータコア中心のシャフト穴２３４に貫かれたシャフト（図示せず）と略リング状に成形された永久磁石２３３からなる。
【００６６】
まず、ロータコアシート２３８を積層してロータコア２３２を形成する。次に、ボンドマグネット２３３を一体成形して、その後に着磁をしてロータ２３１とする。これにより、ロータコアの形状によらず永久磁石の寸法精度が良く、着磁の精度も出やすい。
【００６７】
なお、ロータコアの形状，スリットの有無，突極の有無，導体バー及び導体エンドリングの有無によらず、本発明の趣旨に応じて種々の変形が可能である。
【００６８】
なお、同期モータの永久磁石ロータであって、導体バー及び導体エンドリングを有する場合は、図２２のようにロータコアシート２２８ａを積層した後、導体バーと導体エンドリングとを一体としてダイカストし、その後にボンドマグネット２２３を成形し着磁する。
【００６９】
ボンドマグネットの成形温度は８０〜１００℃前後であり、導体としてアルミニウムをダイカストして用いる場合、ダイカスト温度は６００℃前後である。従って、ダイカストを先に行いボンドマグネット成形を後に行うことにより、永久磁石を破壊することなく、磁性を失うことなく、永久磁石ロータを製造できる。
【００７０】
（実施例１３）
図２４は、本発明の他の実施例における同期モータの４極永久磁石ロータの製造方法を示す図である。ロータコア２４２にスリット２４５ａ，２４５ｂを有する場合、導体バーと導体エンドリングを一体としてダイカスト成形すると、導体が前記スリットに流れ込む可能性がある。本実施例においては、ロータコアシート２４８を積層してロータコア２４２を形成し、スリットへの導体の流れ混みを防止するため、あらかじめ成形された導体バー２４０の少なくとも片側の端面を短絡しないで開放した状態で前記ロータコアに挿入し、短絡されていない端面に導体エンドリング２５０を溶接する。その後、ボンドマグネット２４３をロータコアと一体として成形して円筒形のロータとして、所定の位置に着磁を行いロータ２４１を製造する。
【００７１】
本実施例により、スリットに導体が流れ込むことなく、永久磁石を破壊することなく、磁性を失うことなく、永久磁石ロータを製造できる。
【００７２】
なお、導体バーや導体エンドリングの材質としては、アルミニウムや銅などが適している。
【００７３】
また、導体バーの本数や断面形状、導体エンドリングの形状などは、本実施例以外にも種々に変形が可能である。
【００７４】
なお、本発明は上記実施例に限定されるものではなく、本発明の趣旨に基づき種々の変形が可能であり、これらを本発明の範囲から排除するものではない。
【００７５】
【発明の効果】
上記実施例から明らかなように、請求項１記載の発明によれば、ロータコア形状によりマグネットトルクとリラクタンストルクのピークを一致させ、同じ入力により多くのトルクを発生させることができ、単純な構造で直流モータの効率を向上させることができる。
【００７６】
また、請求項９においては、従来の直流モータと全く同じ構造で、コアの打ち抜き方向を変えるだけで、磁束の流れ易さの違いによりリラクタンストルクが働き、同じ入力により多くのトルクを発生させることができ、単純な構造で直流モータの効率を向上させることができる。
【００７７】
また、請求項１０においては、方向性電磁鋼板を用いることにより、磁束の流れ易さの違いによりリラクタンストルクが働き、同じ入力により多くのトルクを発生させることができ、単純な構造で直流モータの効率を向上させることができる。
【００７８】
また、請求項１１においては、同期モータにおいて、負荷回転時にリラクタンストルクが最大となる構造とすることにより、同じ入力により多くのトルクを発生させることができ、単純な構造で同期モータの効率を向上させることができる。
【００７９】
また、請求項１９においては、従来の同期モータと全く同じ構造で、コアの打ち抜き方向を変えるだけで、磁束の流れ易さの違いによりリラクタンストルクが働き、同じ入力により多くのトルクを発生させることができ、単純な構造で同期モータの効率を向上させることができる。
【００８０】
また、請求項２０においては、方向性電磁鋼板を用いることにより、磁束の流れ易さの違いによりリラクタンストルクが働き、同じ入力により多くのトルクを発生させることができ、単純な構造で同期モータの効率を向上させることができる。
【００８１】
また、請求項２１においては、ロータコアに小穴を設けることにより、着磁の際の位置合わせの目印となり、精度良く着磁が可能である。
【００８２】
また、請求項２２においては、磁石成形時のロータコアにかかる応力やロータ回転による遠心力などによる変形によるギャップ不同などを防止し、精度良く、効率の高いモータを提供することができる。
【００８３】
また、請求項２３においては、導体バー及び導体エンドリングを一体としてダイカスト成形する際、スリットに導体が流れるのを防止することができる。
【００８４】
また、請求項２４においては、ロータコア及び永久磁石の寸法精度が良く、生産性よく永久磁石を製造することができる。
【００８５】
また、請求項２５においては、導体バー及び導体エンドリング成形による熱で永久磁石が破損、または磁性を失うことなく、精度良く、生産性よく永久磁石ロータの製造が可能となる。
【００８６】
また、請求項２６においては、導体バーをロータコア内部に埋設する際に高温にする必要がなく、ロータコアのスリットにも導体が流れ込むことなく、かつ永久磁石の破損、または磁性を失うことなく、永久磁石ロータの製造が可能となる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の一実施例における永久磁石ロータの構成図
【図２】本発明の他の実施例における永久磁石ロータの構成図
【図３】本発明の他の実施例における永久磁石ロータの構成図
【図４】本発明の他の実施例における永久磁石ロータの構成図
【図５】本発明の他の実施例における永久磁石ロータの構成図
【図６】本発明の他の実施例における永久磁石ロータの構成図
【図７】本発明の他の実施例における永久磁石ロータの構成図
【図８】本発明の他の実施例における永久磁石ロータの構成図
【図９】本発明の他の実施例における永久磁石ロータの構成図
【図１０】本発明の他の実施例における永久磁石ロータの構成図
【図１１】本発明の他の実施例における永久磁石ロータの構成図
【図１２】本発明の他の実施例における永久磁石ロータの構成図
【図１３】本発明の他の実施例における永久磁石ロータの構成図
【図１４】本発明の他の実施例における永久磁石ロータの構成図
【図１５】本発明の他の実施例における永久磁石ロータの構成図
【図１６】本発明の他の実施例における永久磁石ロータの構成図
【図１７】本発明における永久磁石モータのトルクと電流位相の関係を示す図
【図１８】従来の永久磁石モータのトルクと電流位相の関係を示す図
【図１９】本発明の他の実施例における永久磁石ロータの構成を示す図
【図２０】本発明の他の実施例における永久磁石ロータの構成を示す図
【図２１】本発明の他の実施例における永久磁石ロータの構成を示す図
【図２２】本発明の他の実施例における永久磁石ロータの構成を示す図
【図２３】本発明の他の実施例における永久磁石ロータの製造方法を示す図
【図２４】本発明の他の実施例における永久磁石ロータの製造方法を示す図
【図２５】従来の永久磁石モータを示す構成図
【図２６】特開平７−１４３６９４における永久磁石モータを示す構成図
【符号の説明】
１１，２１，３１，４１，５１，６１，７１，８１，９１，１０１，１１１，１２１，１３１，１４１，１５１，１６１，１９１，２０１，２１１，２２１，２３１，２４１ ロータ
１２，２２，３２，４２，５２，６２，７２，８２，９２，１０２，１１２，１２２，１３２，１４２，１５２，１６２，１９２，２０２，２１２，２２２，２３２，２４２ ロータコア
１３，２３，３３，４３，５３，６３，７３，８３，９３，１０３，１１３，１２３，１３３，１４３，１５３，１６３，１９３，２０３，２１３，２２３，２３３，２４３ 永久磁石
１４，２４，３４，４４，５４，６４，７４，８４，９４，１０４，１１４，１２４，１３４，１４４，１５４，１６４，１９４，２０４，２１４，２２４，２３４，２４４ シャフト穴
１６，２６，３６，４６，５６，９６，１０６ 突極部
１７ｂ，２７ｂ，３７ｂ，４７ｂ，５７ｂ，６７ｂ，７７ｂ，８７ｂ，９７ｂ，１０７ｂ，１１７ｂ，１２７ｂ，１３７ｂ，１４７ｂ，１５７ｂ，１６７ｂ 磁極中心
３８，１１８ 打ち抜き穴
４５ 小穴
６５ａ，６５ｂ，７５ａ，７５ｂ，７５ｃ，１４５ａ，１４５ｂ，１５５ａ，１５５ｂ，１５５ｃ，１９５ａ，１９５ｂ，２０５ａ，２０５ｂ，２１５ａ，２１５ｂ，２２５ａ，２２５ｂ，２４５ａ，２４５ｂ スリット
７８，１４８，１５８ 円弧中心
９９，１０９，１１９，１２９，１３９，１４９，１５９，１６９，２４０ 導体バー
１１６ ロータコア部
１９５ｃ，１９５ｄ，２１５ｃ，２１５ｄ スリット（小）
１９８ａ，１９８ｂ，１９８ｃ，２０８ａ，２０８ｂ，２０８ｃ，２１８ａ，２１８ｂ，２１８ｃ，２２８ａ，２２８ｂ，２２８ｃ，２３８，２４８ ロータコアシート
２１９，２２９，２４９ 導体バー用穴
２２０ａ，２２０ｂ，２３０ａ，２３０ｂ，２５０ 導体エンドリング
Ｔ 総合トルク
ＴＭ マグネットトルク
ＴＲ リラクタンストルク
Ｒ ロータ回転方向
Ｌ 磁化容易方向
Ｐｑ ｑ軸磁束の磁路
Ｐｄ ｄ軸磁束の磁路
β 電流位相の進み角（電気角）

Claims (19)

1. 高透磁率材または積層された電磁鋼板からなるロータコアと前記ロータコアの中心を貫くシャフトと、前記シャフトを中心として配置された複数個の永久磁石において、前記永久磁石の間にロータコアによる突起形状の突極部を設け、前記突極部が磁極中心よりロータ回転前進側に電気角略４５゜の位置に存在し、１つの永久磁石の内部にＮ極とＳ極の境目が存在し、前記突極部を挟んで磁極の同極が配置し、前記突極部以外のロータ外周全て永久磁石であることを特徴とした直流モータの永久磁石ロータ。
2. 高透磁率材または積層された電磁鋼板からなるロータコアと前記ロータコアの中心を貫くシャフトと、前記シャフトを中心として配置された複数個の永久磁石と、磁極中心からロータ回転前進側に電気角略４５゜の位置における磁束の通りやすさ、すなわちインダクタンスが他の角度のそれより高くなるような構造を持つ永久磁石ロータにおいて、ロータコアの表面に略リング状の永久磁石を有し、永久磁石内側すなわちロータコア外周から、ロータコア中心までの距離が、磁極中心からロータ回転前進側に電気角略４５゜の位置が最も大きく、ロータ回転後進側に電気角略４５゜の位置が最も小さく、ロータ外周全て永久磁石であることを特徴とした直流モータの永久磁石ロータ。
3. 高透磁率材または積層された電磁鋼板からなるロータコアと前記ロータコアの中心を貫くシャフトと、前記シャフトを中心として配置された複数個の永久磁石と、磁極中心からロータ回転前進側に電気角略４５゜の位置における磁束の通りやすさ、すなわちインダクタンスが他の角度のそれより高くなるような構造を持つ永久磁石ロータにおいて、ロータコアの表面に複数個の略リング形状の永久磁石を有し、ロータコア内部に複数個のスリットを有し、前記スリットの先端が磁極中心よりロータ回転前進側に電気角略４５゜の位置付近でロータコア外周に向かってほぼ直角をなして集まり、ロータの求心方向に凸の形状で、前記スリットが１磁極あたり１層以上であり、ロータ外周全て永久磁石であることを特徴とした直流モータの永久磁石ロータ。
4. スリットがロータコア外周より外側かつロータ回転後進側に電気角略４５゜の位置に中心をもつ円弧形状である請求項３記載の直流モータの永久磁石ロータ。
5. 高透磁率材または積層された電磁鋼板からなるロータコアと前記ロータコアの中心を貫くシャフトと、前記シャフトを中心として配置された２極の永久磁石と、磁極中心からロータ回転前進側に電気角略４５゜の位置における磁束の通りやすさ、すなわちインダクタンスが他の角度のそれより高くなるような構造を持つ永久磁石ロータにおいて、ロータコア外周に複数個の略リング形状の永久磁石を有し、ロータコア内部に複数のスリットを有し、前記スリットが１８０゜の位置で相対する磁極中心を結んだ線よりロータ回転前進側に電気角略４５゜の線に平行であり、ロータ外周全て永久磁石であることを特徴とした直流モータの永久磁石ロータ。
6. スリットに非磁性体またはロータコア材質より磁性の低い磁性体を充填または埋設したことを特徴とする請求項３〜５のいずれか１項に記載の直流モータの永久磁石ロータ。
7. 高透磁率材または積層された電磁鋼板からなるロータコアと前記ロータコアの中心を貫くシャフトと、前記シャフトを中心として配置された複数個の永久磁石と、前記ロータコアの外周付近に配置された複数個の導体によるバーと、前記導体バーをロータコア両端面で短絡する導体エンドリングからなる同期モータの永久磁石ロータであって、脱調トルクをＴｏ、負荷トルクをＴｌとしたとき、磁極中心からロータ回転前進側に電気角略｛４５−ＣＯＳ-1（Ｔｌ／Ｔｏ）｝゜の位置における磁束の通りやすさ、すなわちインダクタンスが他の角度のそれより高くなるような構造をもつ同期モータの永久磁石ロータ。
8. ロータコアの表面に複数個の永久磁石を等間隔に配置し、前記永久磁石の間にロータコアによる突起形状の突極部を設けた永久磁石ロータであって、前記突極部が磁極中心よりロータ回転前進側に電気角略｛４５−ＣＯＳ-1（Ｔｌ／Ｔｏ）｝゜の位置に存在することを特徴とした請求項７記載の同期モータの永久磁石ロータ。
9. ロータコアの表面付近に前記シャフトを中心として同心円弧状に等間隔に配置された複数個の永久磁石用打ち抜き穴を有し、前記永久磁石用打ち抜き穴に挿入された永久磁石の磁極中心からロータ回転前進側に電気角略｛４５−ＣＯＳ-1（Ｔｌ／Ｔｏ）｝゜の位置に前記永久磁石用打ち抜き穴間のロータコア部を有することを特徴とする請求項７記載の同期モータの永久磁石ロータ。
10. ロータコアの表面に略リング状の永久磁石を有し、永久磁石内側すなわちロータコア外周から、ロータコア中心までの距離が、磁極中心からロータ回転前進側に電気角略｛４５−ＣＯＳ-1（Ｔｌ／Ｔｏ）｝゜の位置が大きく、ロータ回転後進側に電気角略｛４５＋ＣＯＳ-1（Ｔｌ／Ｔｏ）｝゜の位置が小さいことを特徴とする請求項７記載の同期モータの永久磁石ロータ。
11. ロータコア表面に複数個の略リング形状の永久磁石を配した永久磁石ロータにおいて、ロータコア内部に複数個のスリットを有し、前記スリットの先端が磁極中心よりロータ回転前進側に電気角略｛４５−ＣＯＳ-1（Ｔｌ／Ｔｏ）｝゜の位置付近でロータコア外周に向かってほぼ直角をなして集まり、ロータの求心方向に凸の形状で、前記スリットが１磁極あたり１層以上である請求項７記載の同期モータの永久磁石ロータ。
12. スリットがロータコア外周より外側かつロータ回転後進側に電気角略｛４５＋ＣＯＳ-1（Ｔｌ／Ｔｏ）｝゜の位置に中心をもつ円弧形状である請求項１１記載の同期モータの永久磁石ロータ。
13. ロータコア外周に複数個の略リング形状の永久磁石を配した永久磁石ロータにおいて、ロータコア内部に複数のスリットを有し、前記スリットが１８０゜の位置で相対する磁極中心を結んだ線よりロータ回転前進側に電気角略｛４５−ＣＯＳ-1（Ｔｌ／Ｔｏ）｝゜の線に平行であることを特徴とする請求項７記載の同期モータの永久磁石ロータ。
14. スリットに非磁性体またはロータコア材質より磁性の低い磁性体を充填または埋設したことを特徴とする請求項１１〜１３のいずれか１項に記載の同期モータの永久磁石ロータ。
15. 圧延方向をそろえて積層された無方向性電磁鋼板からなるロータコアと、前記ロータコアを貫くシャフトと、前記シャフトを中心として配置された永久磁石からなる２極永久磁石ロータにおいて、圧延方向が磁極中心を結んだ線よりロータ回転前進側に電気角略｛４５−ＣＯＳ-1（Ｔｌ／Ｔｏ）｝゜の線に平行であることを特徴とする同期モータの永久磁石ロータ。
16. 磁化容易方向をそろえて積層された方向性電磁鋼板からなるロータコアと、前記ロータコアを貫くシャフトと、前記シャフトを中心として配置された永久磁石からなる２極永久磁石ロータにおいて、磁化容易方向が磁極中心を結んだ線よりロータ回転前進側に電気角略｛４５−ＣＯＳ-１（Ｔｌ／Ｔｏ）｝゜の線に平行であることを特徴とする同期モータの永久磁石ロータ。
17. 請求項１１〜１３のいずれか１項に記載の同期モータの永久磁石ロータの構造であって、かつ少なくともロータコア両端に各一枚ずつ、スリットのない、または導体エンドリングにスリットがかからないような大きさのスリットを有するロータコアシートが積層された、同期モータの永久磁石ロータ。
18. 請求項７〜１６のいずれか１項に記載の同期モータの永久磁石ロータの製造方法において、ロータコアシートを積層してロータコアを構成した後、前記導体バーと前記導体エンドリングとを一体としてダイカストした後、ボンドマグネットをロータコアと一体成形して円筒形のロータとし、着磁を行う、同期モータの永久磁石ロータの製造方法。
19. 請求項７〜１６のいずれか１項に記載の同期モータの永久磁石ロータの製造方法において、ロータコアシートを積層してロータコアを構成した後、少なくとも一方の端面が短絡されていない導体バーをロータコアに挿入し、導体バーの短絡されていない端面を前記導体エンドリングを溶接した後、ボンドマグネットをロータコアと一体成形して円筒形のロータとし、着磁を行う、同期モータの永久磁石ロータの製造方法。

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