JP4376586B2 - 電動機 - Google Patents

Description

この発明は、ロータに永久磁石を配置した電動機に関するものである。

従来の永久磁石形モータは、回転子鉄心と、永久磁石と、磁極連結部とを備える。回転子鉄心は、Ｖ字状の磁石挿入孔を有する。この場合、磁石挿入孔は、Ｖ字の開口部が回転子鉄心の外周方向を向くように設けられる。

永久磁石は、回転子鉄心の回転軸方向から磁石挿入孔に挿入される。磁極連結部は、永久磁石の側面と回転子鉄心の外周面との間に永久磁石に接して設けられる。そして、磁極連結部は、回転子鉄心の径方向の幅が狭い狭幅部と、回転子鉄心の径方向の幅が広い広幅部とからなる。広幅部は、狭幅部と連結されており、狭幅部よりもＶ字の開口部側に配置される。（特許文献１）。
特開平０９−００９５３７号公報 特開平０９−３０８１４８号公報 特開２０００−６００３８号公報

しかし、従来の永久磁石形モータにおいては、Ｖ字状に配置された永久磁石は、回転子鉄心の周方向における両端において、Ｖ字の開口部に近い部分が回転子鉄心に接しているため、磁束が回転子鉄心の周方向における永久磁石の両端部を貫通し易くなり、永久磁石の両端部における不可逆減磁耐力が低下するという問題がある。

そこで、この発明は、かかる問題を解決するためになされたものであり、その目的は、磁石の不可逆減磁耐力を向上可能な電動機を提供することである。

この発明によれば、電動機は、ステータと、ロータとを備える。ステータは、複数のステータ磁極を周方向に有する。ロータは、ステータに対して回転自在に設けられ、ロータコア部に複数のロータ磁極を周方向に有する。複数のロータ磁極の各々は、ロータの回転軸方向に沿ってロータコア部に配設された磁石と、ロータの周方向における磁石の両端に磁石に接して設けられ、ロータの回転軸方向にロータコア部を貫通する第１および第２の空隙と、ロータの径方向において第１の空隙よりも内周側に磁石に接して設けられ、磁石をロータの周方向で保持する第１の周方向保持部と、ロータの径方向において第２の空隙よりも内周側に磁石に接して設けられ、磁石をロータの周方向で保持する第２の周方向保持部とを含む。そして、第１および第２の空隙の各々は、ロータの周方向における幅がロータの内周から外周に向かう方向に広くなっている。

上記電動機は、さらに、磁石は、ロータの外周に対して略Ｖ字状に配置された第１および第２の磁石からなる。そして、第１の磁石は、Ｖ字の開口部側および開口部と反対側において第２の磁石と同じ極を有する。複数のロータ磁極部の各々は、第１の磁石と第２の磁石との間に第１および第２の磁石に接して設けられ、ロータの回転軸方向にロータコア部を貫通する第３の空隙と、ロータの径方向において第３の空隙よりも内周側に第１および第２の磁石に接して設けられ、第１および第２の磁石をロータの周方向で保持する第３の周方向保持部とをさらに含む。上記第１の周方向保持部と、第２の周方向保持部と、第３の周方向保持部とは、永久磁石の径方向の中央部よりも径方向内方側に位置する。

好ましくは、複数のロータ磁極部の各々は、ロータの径方向において第１の空隙よりも外周側に第１の空隙に接して設けられ、ロータの回転による磁石の遠心力に対抗して磁石を保持する第１の径方向保持部と、ロータの径方向において第２の空隙よりも外周側に第２の空隙に接して設けられ、ロータの回転による磁石の遠心力に対抗して磁石を保持する第２の径方向保持部とをさらに含む。

この発明による電動機は、複数のロータ磁極を周方向に有するロータを備え、複数のロータ磁極の各々は、永久磁石と、ロータの周方向における永久磁石の両端に永久磁石に接して配置された空隙を含み、空隙の幅は、ロータの内周側から外周側に向けて広くなっているので、磁束は、永久磁石の空隙側の端部においても永久磁石の全厚さにわたって永久磁石と鎖交する。

したがって、この発明によれば、不可逆減磁耐力を向上できる。その結果、電動機の性能を向上できる。

本発明の実施の形態について図面を参照しながら詳細に説明する。なお、図中同一または相当部分には同一符号を付してその説明は繰返さない。

図１は、この発明の実施の形態による電動機の回転軸方向から見た平面図である。図１を参照して、電動機５０は、ステータ１０と、ロータ３０とを備える。ステータ１０は、ステータ磁極１１〜２４を周方向ＤＲ１に有する。ロータ３０は、ステータ１０の内周側にギャップＧＡＰを隔てて配置される。そして、ロータ３０は、ロータ磁極３１〜４４を周方向ＤＲ１に有する。

ロータ３０は、ステータ１０のステータ磁極１１〜２４からロータ磁極３１〜４４に磁力を受けると回転軸３０Ａの回りを回転する。そして、電動機５０は、所定のトルクを回転軸３０Ａから出力する。

図２は、図１に示す領域Ａの拡大図である。図３は、図２に示す永久磁石が挿入される空孔の平面図である。図２を参照して、ステータ磁極１１は、磁極部１と、コイル２とからなる。コイル２は、磁極部１の両側に設けられる。磁極部１は、ステータコア１０Ａにコイル２を巻回することにより形成される。ステータコア１０Ａは、電磁鋼板をロータ３０の回転軸方向（紙面に垂直な方向）に積層することにより作製される。

ステータ磁極１２〜２４の各々は、ステータ磁極１１と同じ構成からなる。

図２および図３を参照して、ロータ３０は、ロータコア３０Ｂを有する。ロータコア３０Ｂは、１４個の空孔８をロータ３０の周方向ＤＲ１に有する電磁鋼板をロータ３０の回転軸方向（紙面に垂直な方向）に積層することにより作製される。そして、ロータ磁極３１〜４４は、このように作製されたロータコア３０Ｂの周方向ＤＲ１に設けられる。

ロータ磁極３１は、ロータコア部３と、空隙４Ａ，４Ｂ，４Ｃと、永久磁石５Ａ，５Ｂとからなる。ロータコア部３は、略Ｖ字形状の空孔８を有する。空孔８は、Ｖ字の開口部８Ａがロータ３０の外周方向を向くように設けられる。永久磁石５Ａ，５Ｂは、空孔８に挿入される。この場合、永久磁石５Ａ，５Ｂは、ロータ３０の外周側（Ｖ字の開口部８Ａ側）に同極、たとえば、Ｎ極を有し、ロータ３０の内周側（Ｖ字の開口部８Ａと反対側）に同極、たとえば、Ｓ極を有する。また、永久磁石５Ａ，５Ｂは、ロータ３０の外周側（Ｖ字の開口部８Ａ側）にＳ極を有し、ロータ３０の内周側（Ｖ字の開口部８Ａと反対側）にＮ極を有してもよい。つまり、永久磁石５Ａ，５Ｂは、ロータ３０の外周側（Ｖ字の開口部８Ａ側）および内周側（Ｖ字の開口部８Ａと反対側）で同極になるようにＶ字状に配置されていればよい。

永久磁石５Ａ，５Ｂが空孔８に挿入されることにより、空隙４Ａ，４Ｂ，４Ｃが形成される。そして、空隙４Ａ、永久磁石５Ａ、空隙４Ｃ、永久磁石５Ｂおよび空隙４Ｂは、ロータ３０の周方向ＤＲ１に順次配置される。空隙４Ａおよび４Ｂは、ロータ３０の周方向ＤＲ１における永久磁石５Ａ，５Ｂの両端にそれぞれ永久磁石５Ａ，５Ｂに接して設けられる。そして、空隙４Ａおよび４Ｂの周方向ＤＲ１における幅は、ロータ３０の内周側から外周側に向かって広くなっている。空隙４Ｃは、ロータ３０の周方向ＤＲ１において永久磁石５Ａと永久磁石５Ｂとの間に設けられ、永久磁石５Ａおよび５Ｂに接する。そして、空隙４Ｃの周方向ＤＲ１における幅は、ロータ３０の外周側から内周側に向かって広くなっている。

ロータコア部３は、空隙４Ａ，４Ｂ，４Ｃおよび永久磁石５Ａ，５Ｂを取り囲み、保持部３Ａ，３Ｂ，３Ｃ，３Ｄ，３Ｅと、磁極部３Ｆ，３Ｇ，３Ｈとを有する。保持部３Ａは、空隙４Ａに接し、ロータ３０の径方向において空隙４Ａよりも外周側に設けられる。保持部３Ｂは、空隙４Ｂに接し、ロータ３０の径方向において空隙４Ｂよりも外周側に設けられる。すなわち、保持部３Ａ，３Ｂは、ロータ３０の周方向ＤＲ１における永久磁石５Ａ，５Ｂの両端に設けられる。そして、保持部３Ａ，３Ｂは、ロータ３０が周方向ＤＲ１に回転することにより生じる永久磁５Ａ，５Ｂと磁極部３Ｆとの遠心力に対抗し、それぞれ、永久磁石５Ａ，５Ｂと磁極部３Ｆとを保持する。

保持部３Ｃは、ロータ３０の径方向において空隙４Ａよりも内周側に設けられ、永久磁石５Ａをロータ３０の周方向で保持する。保持部３Ｄは、ロータ３０の径方向において空隙４Ｃよりも内周側に設けられ、永久磁石５Ａおよび５Ｂをロータ３０の周方向で保持する。保持部３Ｅは、ロータ３０の径方向において空隙４Ｂよりも内周側に設けられ、永久磁石５Ｂをロータ３０の周方向で保持する。

磁極部３Ｆは、永久磁石５Ａ，５Ｂの外周側であって保持部３Ａと保持部３Ｂとの間に永久磁石５Ａ，５Ｂに接して設けられる。磁極部３Ｇは、保持部３Ｃおよび空隙４Ａに隣接して設けられ、磁極部３Ｈは、保持部３Ｅおよび空隙４Ｂに隣接して設けられる。なお、磁極部３Ｇ，３Ｈは、「突極」とも言う。

ロータ磁極３２〜４４の各々は、ロータ磁極３１と同じ構成からなる。

図４は、ロータ３０の一部、および２つの永久磁石５Ａ，５Ｂの斜視図である。図４を参照して、永久磁石５Ａおよび５Ｂは、断面が略四角形の棒状形状からなる。

ロータ磁極３１〜４４が形成される場合、２つの永久磁石５Ａ，５Ｂはロータ３０の回転軸方向ＤＲ２からロータ３０の空孔８に挿入される。永久磁石５Ａ，５Ｂが空孔８に挿入された状態では、永久磁石５Ａの端面５１Ａおよび永久磁石５Ｂの端面５２Ａは、ロータ３０の回転軸方向ＤＲ２の端面３１Ａに一致するか、もしくは、はみ出さないようにしている。また、永久磁石５Ａの端面５１Ｂおよび永久磁石５Ｂの端面５２Ｂは、ロータ３０の回転軸方向ＤＲ２の端面３１Ｂに一致するか、もしくは、はみ出さないようにしている。そして、永久磁石５Ａ，５Ｂが空孔８に挿入されることにより形成された空隙４Ａ，４Ｂ，４Ｃは、ロータコア部３をロータ３０の回転軸方向ＤＲ２に貫通する。

これにより、ロータ磁極３１〜４４が形成される。

図５は、図２に示すロータ磁極３１の拡大図である。図５を参照して、ロータ３０の周方向ＤＲ１における永久磁石５Ａ，５Ｂの両端に空隙４Ａおよび４Ｂを設けることにより、磁束ＭＧＦ１は、永久磁石５Ａの端部５３Ａにおいても永久磁石５Ａの全厚さにわたって永久磁石５Ａと鎖交し、磁束ＭＧＦ２は、永久磁石５Ｂの端部５３Ｂにおいても永久磁石５Ｂの全厚さにわたって永久磁石５Ｂと鎖交する。

また、永久磁石５Ａと永久磁石５Ｂとの間に空隙４Ｃを設けることにより、磁束ＭＧＦ３は、永久磁石５Ａの端部５４Ａにおいても永久磁石５Ａの全厚さにわたって永久磁石５Ａと鎖交し、磁束ＭＧＦ４は、永久磁石５Ｂの端部５４Ｂにおいても永久磁石５Ｂの全厚さにわたって永久磁石５Ｂと鎖交する（図５の（ａ）参照）。

これに対し、ロータ３０の外周側から内周側へ向かう方向に幅が広くなる空隙４０Ａ，４０Ｂを永久磁石５Ａ，５Ｂの両端部に設けた場合、磁束ＭＧＦ５は、永久磁石５Ａの角部を貫通し、磁束ＭＧＦ６は、永久磁石５Ｂの角部を貫通する（図５の（ｂ）参照）。その結果、永久磁石５Ａ，５Ｂは、角部における不可逆減磁耐力が低下する。

しかし、この発明においては、空隙４Ａおよび４Ｂは、上述したように、ロータ３０の内周側から外周側へ向かう方向に幅が広くなるので、磁束ＭＧＦ１，ＭＧＦ２は、それぞれ、永久磁石５Ａ，５Ｂの角部を貫通せず、永久磁石５Ａ，５Ｂの全厚さ方向にわたって永久磁石５Ａ，５Ｂと鎖交する。その結果、永久磁石５Ａ，５Ｂは、角部において不可逆減磁耐力が高くなる。その結果、電動機５０の性能を向上できる。

なお、空隙４Ａは、「第１の空隙」を構成し、空隙４Ｂは、「第２の空隙」を構成し、空隙４Ｃは、「第３の空隙」を構成する。

また、保持部３Ｃは、「第１の周方向保持部」を構成し、保持部３Ｅは、「第２の周方向保持部」を構成し、保持部３Ｄは、「第３の周方向保持部」を構成する。

さらに、保持部３Ａは、「第１の径方向保持部」を構成し、保持部３Ｂは、「第２の径方向保持部」を構成する。

今回開示された実施の形態はすべての点で例示であって制限的なものではないと考えられるべきである。本発明の範囲は、上記した実施の形態の説明ではなくて特許請求の範囲によって示され、特許請求の範囲と均等の意味および範囲内でのすべての変更が含まれることが意図される。

この発明は、ロータに含まれる永久磁石の不可逆減磁耐力を向上可能な電動機に適用される。

この発明の実施の形態による電動機の回転軸方向から見た平面図である。 図１に示す領域Ａの拡大図である。 図２に示す永久磁石が挿入される空孔の平面図である。 ロータの一部、および２つの永久磁石の斜視図である。 図２に示すロータ磁極の拡大図である。

符号の説明

１ 磁極部、２ コイル、３ ロータコア部、３Ａ，３Ｂ，３Ｃ，３Ｄ，３Ｅ 保持部、３Ｆ，３Ｇ，３Ｈ 磁極部、４Ａ，４Ｂ，４Ｃ，４０Ａ，４０Ｂ 空隙、５Ａ，５Ｂ 永久磁石、８ 空孔、８Ａ 開口部、１０ ステータ、１０Ａ ステータコア、１１〜２４ ステータ磁極、３０ ロータ、３０Ａ 回転軸、３０Ｂ ロータコア、３１〜４４ ロータ磁極、５０ 電動機、５１Ａ，５１Ｂ，５２Ａ，５２Ｂ 端面、５３Ａ，５３Ｂ，５４Ａ，５４Ｂ 端部。

Claims (2)

1. 複数のステータ磁極を周方向に有するステータと、
   前記ステータに対して回転自在に設けられ、ロータコア部に複数のロータ磁極を周方向に有するロータとを備え、
   前記複数のロータ磁極の各々は、
   前記ロータの回転軸方向に沿って前記ロータコア部に配設された磁石と、
   前記ロータの周方向における前記磁石の両端に前記磁石に接して設けられ、前記ロータの回転軸方向に前記ロータコア部を貫通する第１および第２の空隙と、
   前記ロータの径方向において前記第１の空隙よりも内周側に前記磁石に接して設けられ、前記磁石を前記ロータの周方向で保持する第１の周方向保持部と、
   前記ロータの径方向において前記第２の空隙よりも内周側に前記磁石に接して設けられ、前記磁石を前記ロータの周方向で保持する第２の周方向保持部とを含み、
   前記第１および第２の空隙の各々は、前記ロータの周方向における幅が前記ロータの内周から外周に向かう方向に広くなっており、
   前記磁石は、前記ロータの外周に対して略Ｖ字状に配置された第１および第２の磁石からなり、
   前記第１の磁石は、前記Ｖ字の開口部側および前記開口部と反対側において前記第２の磁石と同じ極を有し、
   前記複数のロータ磁極部の各々は、
   前記第１の磁石と前記第２の磁石との間に前記第１および第２の磁石に接して設けられ、前記ロータの回転軸方向に前記ロータコア部を貫通する第３の空隙と、
   前記ロータの径方向において前記第３の空隙よりも内周側に前記第１および第２の磁石に接して設けられ、前記第１および第２の磁石を前記ロータの周方向で保持する第３の周方向保持部とをさらに含み、
   前記第１の周方向保持部と、前記第２の周方向保持部と、前記第３の周方向保持部とは、前記永久磁石の前記径方向の中央部よりも径方向内方側に位置する、電動機。
2. 前記複数のロータ磁極部の各々は、
   前記ロータの径方向において前記第１の空隙よりも外周側に前記第１の空隙に接して設けられ、前記ロータの回転による前記磁石の遠心力に対抗して前記磁石を保持する第１の径方向保持部と、
   前記ロータの径方向において前記第２の空隙よりも外周側に前記第２の空隙に接して設けられ、前記ロータの回転による前記磁石の遠心力に対抗して前記磁石を保持する第２の径方向保持部とをさらに含む、請求項１に記載の電動機。

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