JP4624525B2 - 永久磁石電動機の固定子 - Google Patents

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、産業用機器、事務機器、家電機器等に使用される永久磁石を界磁とする電動機における界磁の着磁方法に関する。
【０００２】
【従来の技術】
近年、産業用機器、事務機器、家電機器等の小型化、高性能化が進み、これらの機器の駆動源として永久磁石を備えた電動機が多く用いられている。特に、最近では、性能やコスト面より回転子外径を保護部材等の非磁性材料を必要としない、リラクタンストルクを有効に利用した逆突極性を有する永久磁石埋め込み型電動機が多く見られる。一般には、電動機の回転子内の磁石に着磁を施す場合、着磁巻線を備えた着磁装置にセットし、この着磁巻線に直流電流を通電することによって永久磁石化し界磁を製作している。しかしながら、前記界磁を製作した回転子を電動機ハウジングに組み込むまでの工程において、永久磁石化された回転子に鉄粉等が付着して回転子障害を生じる原因となったり、回転子が磁性体の治具に吸着して扱い難いといった問題があった。また、電動機の制御機器等の故障により固定子巻線に異常な大電流が流れ回転子の永久磁石が減磁した場合においても、電動機が取り付けられている装置によっては、再着磁のため電動機からの取り外し及び、分解が困難な場合が多かった。
【０００３】
前記問題を解決するために電動機ハウジングに固定子と回転子を組み立てた後に、この固定子巻線を着磁巻線として使用することにより、固定子と対向配置された回転子に着磁を施すいわゆる組み込み着磁と称される着磁方法が採用されている。図２０、図２１は、三相Ｙ結線された固定子巻線Ｃｕ、Ｃｖ、Ｃｗの各口出線部Ｔｕ、Ｔｖ、Ｔｗを図のような結線で着磁電源Ｅへ接続することで着磁されるものである。図２０の結線は固定子の三相巻線の全て使用する場合、図２１の結線は特定の２相を使用する場合をそれぞれ示しており、図２０の結線の場合は図２１のものに比べて回路抵抗が減少するため、着磁電源Ｅの容量が軽減される。
【０００４】
一方、電動機ハウジング内において６スロットに三相４極、９スロットに三相６極等、１２スロットに三相８極等の巻線を固定子の歯部に集中巻きされた巻線を施した固定子と、この固定子と対向配置された永久磁石を有する回転子を着磁する場合、前記回転子の永久磁石の磁極配置は等配に配置されているのに対し、回転子と対向配置された固定子の巻線配置の磁極が不等配となり磁極のバランスが悪いため、固定子巻線を着磁ヨークとして使用することができなかった。
【０００５】
【発明が解決しようとする課題】
従来例として示した図２２は、回転子の永久磁石の磁極配置は等配に配置されているのに対し、回転子と対向配置された固定子の巻線配置の磁極が不等配となっているため磁極のバランスが悪く固定子巻線を着磁ヨークとして使用することができない例を示している。図２２の固定子は６スロットに三相４極の集中巻きされた巻線３０を施している。ここでは、固定子を着磁ヨークとして仮に使用する場合、着磁時の磁束の流れを固定子と回転子の横断面図を用いて示している。理想的には、固定子歯部から流入する着磁磁束は、回転子外径部に存在する継鉄部を介し回転子内部に埋め込まれた永久磁石５を通り、前記歯部の隣の固定子歯部に着磁磁束が流れるのが良い。しかしながら、固定子内径の歯部の開角、回転子の永久磁石収容孔４に埋め込まれた永久磁石５の配置、並びに、永久磁石５の厚さの設定によっては、図２２の様に固定子歯部から流入した着磁磁束は回転子外周部に存在する継鉄部を介して回転子内部に埋め込まれた永久磁石５をほとんど通ることなく前記歯部の隣の固定子歯部に着磁磁束が漏れてしまい回転子を着磁することができなかった。
【０００６】
また、別の組み込み着磁の方法として、例えば特開昭６３−１５７６４６号公報に開示されている方法が知られている。この方法は、任意の２相の口出線を直流電源へ接続してインパルス電流を通電することによって１回目の着磁を施し、次に固定子巻線の直流電源への接続を組み換え固定子巻線と回転子の位置関係を所定の角度分ずらし、次に組み換えられた前記直流電源に接続された所定の２相の固定子巻線にインパルス電流を通電することにより２回目の着磁を施す方法であるが、この方法では、回転子軸孔側に永久磁石を深く埋め込んだ逆突極性を有する永久磁石回転子では、隣の固定子歯部に着磁磁束が漏れてしまい有効に着磁することができない。ここで、このような逆突極性を有する回転子を十分に着磁をさせようとすると、この着磁磁束が漏れようとする固定子歯部の鉄心部分を磁気飽和させ、この部分が磁気抵抗となり着磁磁束が流れないようにすればよいが、このような磁気抵抗を発生させるには、大きな着磁磁界が必要となる。この場合、大電流を固定子巻線に流し着磁磁界を発生させることになるため、この大電流により固定子巻線が動き、巻線を傷つけることとなり品質面において大きな問題となる。
【０００７】
従って、外部の着磁巻線を備えた着磁装置で着磁する場合、電動機ハウジングに組み込むまでの工程において、永久磁石化された回転子に鉄粉等が付着して回転子障害を生じる原因となったり、回転子が磁性体の治具に吸着して扱い難いといった問題があった。また、特開昭６３−１５７６４６号公報に公報に開示された方法で確実に逆突極性を有する回転子を十分に着磁をさせようとすると、固定子巻線に大電流を流し着磁することになるため巻線を傷つけることとなる。また、２回着磁を施すため工程が複数係り大量生産する場合、作業効率という点においても問題があった。
【０００８】
【課題を解決するための手段】
本発明は、上記問題点を解決するため、３ｎ個（ｎは自然数）のスロットを有した固定子において、固定子の歯部には集中巻きされた巻線が施されている場合であって、固定子に対向配置させた２ｎ極の逆突極性を有する埋め込み型永久磁石回転子を備え、回転子外径面に伸びた永久磁石端部の外周に空隙または切り欠きを設けて磁気漏れを防ぐようにしている回転子に着磁を施す場合、回転子軸孔の中心を基準として固定子内径側の歯部の両端部が成す角度θ１ｂが、前記回転子軸孔の中心を基準として前記回転子の永久磁石収容孔の外周に設けた空隙または切り欠きの磁極間に面した内周側両外端部が成す角度θ４ｂ以下か、または、同じ開角にし、また前記回転子軸孔の中心を基準として前記固定子内径側の歯部を挟む両隣りの歯部において磁極中心寄りの歯部の端部同士が成す角度θ６ｂが、前記回転子軸孔の中心を基準として前記回転子の永久磁石収容孔の外周に設けた空隙または切り欠きの磁極中心に面した外周側両外端部が成す角度θ５ｂ以上か、または、同じ開角の範囲になるような固定子の歯部とすることにより集中巻きされた巻線を施した固定子で組み込み着磁を可能とし、確実に十分且つ均等に着磁ができるようになる。
【０００９】
特に、前記回転子の同一界磁極内において、前記回転子軸孔の中心を基準として前記回転子磁極間と前記回転子外径面に伸びた永久磁石収容孔の外周に設けた空隙または切り欠きの磁極中心に面した外周側両外端部の角部が成す角をθ２ｂとし、前記回転子軸孔の中心を基準として前記固定子内径側の歯部の両隣りの歯部において磁極中心寄り歯部の端部と前記回転子の磁極間が成す角度をθ３ｂとした場合、θ２ｂ≧θ３ｂである時
θ３ｂ≦θ１ｂ／２―３０°／ｎ
但し、６０°／ｎ＜θ１ｂ＜１２０°／ｎ
の関係となるようなθ３ｂに位置あわせして着磁をした永久磁石電動機の固定子とする。
【００１０】
【発明の実施の形態】
本発明と、本発明に関連する固定子と永久磁石埋め込み回転子の実施の形態を図１及至図１９の図を用いて説明する。図１の実施の形態は、積層された固定子鉄心１ａに、３ｎ（ｎは自然数）のスロットを有しており、この固定子歯部には集中巻きが施された三相Ｙ結線の巻線３０ａを備え、２ｎ極になる様に固定子巻線を装着されている。本実施例においては、固定子に６スロットを有して三相４極となる様に固定子歯部に直接、集中巻き方式により巻線を装着している。
【００１１】
また、図１の固定子鉄心１ａの内径には、積層された回転子鉄心２ａを配置されており、この回転子鉄心２ａの軸孔３ａに回転軸を圧入または、焼き嵌め等により挿入して固定される。回転子鉄心２ａの永久磁石収容孔４ａには、永久磁石５ａを挿入しリラクタンストルクとマグネットトルクを有効に利用するために回転子外周に継鉄部を設けた逆突極性を有する永久磁石埋め込み型の回転子である。本実施例においては、先の固定子で述べた様に三相４極になる様に９０°等配にラジアル方向に４等配された回転子鉄心２ａの各永久磁石収容孔４ａに永久磁石５ａを等配配置されている。回転子鉄心２ａの軸方向両端部には端板を装着させている。この端板の材質としては非磁性の材料を選ぶことが好ましい。
【００１２】
この端板に設けられたピン孔と回転子鉄心２ａに設けられたピン孔６ａにカシメピン７ａを挿入し回転子鉄心２ａを一体化固着させる。カシメピン７ａの材質としては、鉄心等の磁性体や非磁性体を用いることができる。尚、回転子鉄心２ａのピン孔６ａは、磁束の変化が少く電動機特性を悪化させない位置や、機械応力の影響が受け難い位置に設けるのが好ましい。また、永久磁石埋め込み回転子を形成する方法は前記方法に限定されるものではない。
【００１３】
本実施例においては永久磁石収容孔４ａはＶ字形状をしているが、永久磁石収容孔形状を特定するものではない。したがって、円弧状、凹字状、凸字状、長方形状等でもかまわない。ただし、回転子内部において同一磁石の両極間での磁路の短絡が生じない様に、回転子内部においてＮ極から同一磁石のＳ極間への磁路に適宜狭部が生じるように、その形状や配置に配慮する。この場合狭部の幅は、約０．２〜約２．０ｍｍにするのが好ましい。
【００１４】
図１は、３ｎ個（ｎは自然数）のスロット３１ａを有した固定子において、固定子の歯部には集中巻きの巻線３０ａが施されている場合であって、固定子に対向配置させた２ｎ極の逆突極性を有する埋め込み型永久磁石回転子において、回転子軸孔３ａの中心を基準として固定子内径側の歯部の両端部が成す角度θ１ａが、回転子軸孔３ａの中心を基準として回転子の磁極間に面した永久磁石収容孔４ａ内周側両外端部の各角部１２ａのなす角度θ４ａ以下か、または、同じ開角であり、また回転子軸孔３ａの中心を基準として固定子内径側の前記歯部を挟む両隣りの歯部において磁極中心寄りの歯部の端部同士が成す角度θ６ａが、回転子軸孔３ａの中心を基準として回転子の磁極中心に面した永久磁石収容孔４ａの外周側両外端部の各角部９ａが成す角度θ５ａ以上か、または、同じ開角の範囲に固定子内径の歯部の両端部が位置する場合において、固定子の巻線３０ａを着磁巻線として、この固定子と対向配置された回転子に着磁を施すことが可能となる。
【００１５】
仮に、回転子軸孔３ａの中心を基準として固定子内径の歯部の両端部が成す角度θ１ａを、回転子の磁極間に面した永久磁石収容孔４ａの内周側両外端部の各角部１２ａが成す角度θ４ａ以上にした場合、固定子歯部からの着磁磁束が永久磁石収容孔４ａの内周側に存在する回転子鉄心２ａに大部分が流れてしまい永久磁石５ａを通過する着磁磁束が減少してしまうことになり確実に永久磁石５ａを着磁することができなくなる。
【００１６】
また、回転子軸孔３ａの中心を基準として固定子内径側の前記歯部を挟む両隣りの歯部において磁極中心寄りの歯部の端部同士が成す角度θ６ａが、回転子軸孔３ａの中心を基準として回転子の磁極間に面した永久磁石収容孔４ａの外周側両外端部の各角部９ａが成す角度θ５ａ以下の開角とした場合、固定子歯部からの着磁磁束が永久磁石収容孔４ａの外周側に存在する回転子鉄心２ａを介して前記歯部を挟む両隣りの歯部に大部分が流れてしまい永久磁石５ａを通過する着磁磁束が減少してしまうことになり確実に永久磁石５ａを着磁することができなくなる。従って、固定子内径側の歯部の端部を図１の様な範囲にすることにより集中巻きの巻線３０ａが施された固定子で組み込み着磁を可能とし、確実に十分且つ均等に着磁ができるようになる。
【００１７】
本発明に用いる永久磁石電動機は、図２及び図３に回転子の永久磁石収容孔端部の外周に空隙１５ａまたは切り欠き１８ａが設けられている。この空隙１５ａまたは切り欠き１８ａにおいては同様の位置関係となり同様の効果が得られるため、空隙１５ａまたは切り欠き１８ａ以外の符号については、図を区別せず電動機構成上支障がない部分には共通の符号を用いて説明する。
【００１８】
３ｎ個（ｎは自然数）のスロット３１ａを有した固定子において、固定子の歯部には集中巻きの巻線３０ａが施されている場合であって、固定子に対向配置させた２ｎ極の逆突極性を有する埋め込み型永久磁石回転子において、回転子軸孔３ａの中心を基準として固定子内径側の歯部の両端部が成す角度θ１ｂが、回転子軸孔３ａの中心を基準として回転子の永久磁石収容孔４ｂの外周に設けられた空隙１５ａまたは切り欠き１８ａの磁極間に面した内周側両外端部の各角部１４ａが成す角度θ４ｂ以下か、または、同じ開角であり、また回転子軸孔３ａの中心を基準として固定子内径側の前記歯部を挟む両隣りの歯部において磁極中心寄りの歯部の端部同士が成す角度θ６ｂが、回転子軸孔３ａの中心を基準として回転子の永久磁石収容孔４ｂの外周に設けた空隙１５ａまたは切り欠き１８ａの磁極中心に面した外周側両外端部の各角部１３ａが成す角度θ５ｂ以上か、または、同じ開角の範囲にすることにより固定子の巻線３０ａを着磁巻線として、この固定子と対向配置された回転子に着磁を施すことが可能となる。
【００１９】
仮に、回転子軸孔３ａの中心を基準として固定子内径の歯部の両端部が成す角度θ１ｂを、回転子軸孔３ａの中心を基準として回転子の永久磁石収容孔４ｂの外周に設けられた空隙１５ａまたは切り欠き１８ａの磁極間に面した内周側両外端部の各角部１４ａが成す角度θ４ｂ以上にした場合、固定子歯部からの着磁磁束が永久磁石収容孔４ｂの内周側に存在する回転子鉄心２ｂに大部分が流れてしまい永久磁石を通過する着磁磁束が減少してしまうことになり先に述べたのと同様に永久磁石を着磁することができなくなる。
【００２０】
また、回転子軸孔３ａの中心を基準として固定子内径側の前記歯部を挟む両隣りの歯部において磁極中心寄りの歯部の端部同士が成す角度θ６ｂが、回転子軸孔３ａの中心を基準として回転子の永久磁石収容孔４ｂの外周に設けられた空隙１５ａまたは切り欠き１８ａの磁極間に面した外周側両外端部の各角部１３ａが成す角度θ５ｂ以下の開角とした場合、固定子歯部からの着磁磁束が永久磁石収容孔４ｂの外周側に存在する回転子鉄心２ｂを介して前記歯部を挟む両隣りの歯部に大部分が流れるので永久磁石５ｂを通過する着磁磁束が減少することになる。従って、回転子の永久磁石収容孔端部の外周に空隙または切り欠きが設けられているものについても固定子内径側の歯部の端部を本発明の永久磁石電動機のようにすることにより集中巻きの巻線が施させた固定子で組み込み着磁を可能とし、確実に十分且つ均等に着磁ができるようになる。
【００２１】
また、この様に構成された固定子と永久磁石回転子において、着磁の位置合せについて図４〜図７について説明する。固定子と対向配置された回転子に電動機ハウジング内に組み込んだ後、図２０に示したような三相巻線の全相を使用し着磁電源Ｅへ接続し着磁を施す場合、固定子に配置されたスロット３１ａが３ｎ個（本実施例では、３ｎ＝６）の固定子の歯部には集中巻きされた巻線３０ａを具備し、固定子内径の歯部の開角をθ１ａとし、固定子に対向配置させた２ｎ極（本実施例では、２ｎ＝４）の逆突極性を有する埋め込み型永久磁石回転子の同一界磁極内において回転子軸孔３ａの中心を基準として回転子磁極間１０ａと回転子外径面に伸びた永久磁石収容孔４ｃの外周側外端部の角部９ｃが成す角をθ２ａとし、回転子軸孔３ａの中心を基準として回転子磁極間１０ａと固定子内径側の前記歯部を挟む両隣りの歯部において磁極中心寄りの歯部の端部１１ａが成す角度をθ３ａとした場合、着磁をすることができるθ３ａの固定子の歯部と回転子磁極間１０ａの位置関係を、
θ３ａ＝[３６０°／２ｎ−｛θ１ａ＋２（３６０°／３ｎ−θ１）｝]／２…（１）
とすることにより固定子のスロット３１ａが３ｎスロットで、２ｎ極の逆突極性を有する埋め込み型永久磁石回転子を、容易に位置合わせし着磁することができる。
【００２２】
ここで、図４の固定子の歯部と回転子の永久磁石収容孔４ｃの位置関係を特定し、着磁を可能にするための角度θ１ａ及びθ２ａ、θ３ａの関係を、図４及至図７を用いて説明する。図４の様にθ２ａ＞θ３ａの場合、固定子に対向配置させた４極の逆突極性を有する埋め込み型永久磁石回転子において、永久磁石収容孔４ｃの外周側面を両端に延長した際に、回転子外径面と囲む領域の回転子外径面と、回転子磁極間１０ａと線対称にある永久磁石収容孔４ｃの外周側面を両端に延長した際に、回転子外径面と囲む領域の回転子外径面とが、同一の固定子歯部と接しない位置であるので、磁気漏れが発生するような短絡回路ができないため着磁することができる。
【００２３】
また、図５の様にθ２ａ＝θ３ａとした場合は、図４にて説明したのと同様に、固定子に対向配置させた４極の逆突極性を有する埋め込み型永久磁石回転子において、永久磁石収容孔４ｄの外周側面を両端に延長した際に、回転子外径面と囲む領域の回転子外径面と、回転子磁極間１０ｂと線対称にある永久磁石収容孔４ｄの外周側面を両端に延長した際に、回転子外径面と囲む領域の回転子外径面とが、同一の固定子歯部と接しない位置であるので、磁気漏れが発生するような短絡回路ができないため着磁することができる。
【００２４】
また、図７の様にθ２ａ＜θ３ａの場合、固定子に対向配置させた４極の逆突極性を有する埋め込み型永久磁石回転子において、永久磁石収容孔４ｅの外周側面を両端に延長した際に、回転子外径面と囲む領域の回転子外径面と、回転子磁極間１０ｃと線対称にある永久磁石収容孔４ｅの外周側面を両端に延長した際に、回転子外径面と囲む領域の回転子外径面とが、同一の固定子歯部に接し、固定子歯部と回転子継鉄の短絡回路ができるため磁気漏れが発生し着磁をすることができない。尚、図７では、着磁することができなかったが、回転子の寸法設定を変更することなく固定子スロット３１ｂ開口幅の寸法設定を変更することによっても着磁することができる例を図６に示す。図６のθ２ａとθ３ａは、θ２ａ＞θ３ａとなっている。また、固定子スロット３１ｂ開口部幅の寸法設定を変更してθ２ａとθ３ａの関係をθ２ａ＝θ３ａに設定しても着磁することができる。
したがって、固定子のスロット３１ａまたは３１ｂが３ｎ（３ｎ＝６）個に三相２ｎ（２ｎ＝４）極の巻線３０ａを施した集中巻きの固定子においては、θ２ａ≧θ３ａという条件において着磁ができることになる。
【００２５】
また、図４を用いて説明するが、回転子軸孔３ａの中心を基準として固定子内径側の歯部の両端部が成す角度θ１ａが、回転子軸孔３ａの中心を基準として回転子の磁極間に面した永久磁石収容孔４ｃの内周側両外端部の各角部１２ｃが成す角度θ４ａ以上に大きいと着磁磁束が漏れて永久磁石収容孔４ｃ内の永久磁石５ｃを通過する着磁磁束は少なくなり、着磁磁束の流れやすい回転子外周部の継鉄の部分に大部分の着磁磁束が流れることとなり有効に着磁することができない。仮に、この永久磁石収容孔内４ｃの永久磁石５ｃを着磁する場合、通常の着磁電流よりも大きな着磁電流が必要となる。したがって、好ましくはθ４ａ≧θ１ａとすることにより少ない着磁電流で着磁することができる。
【００２６】
よって、着磁をするための固定子の歯部と、回転子の永久磁石収容孔４ｃの位置関係はθ３ａによって決めることができる。
したがって、着磁が容易にできる条件としては、
θ２ａ≧θ３ａであり、且つ、θ４ａ≧θ１ａという条件の時、
θ３ａ＝[３６０°／２ｎ−｛θ１ａ＋２（３６０°／３ｎ−θ１ａ）｝]／２…（２）
となり、
θ３ａ＝θ１ａ／２−３０°／ｎ…（３）
となる。また、固定子内径歯部の両端部の開角θ１ａは、隣接する固定子のスロットピッチと同じ開角以下とするため、６０°／ｎ＜θ１ａ＜１２０°／ｎ（ｎは自然数）とするのが望ましい。
【００２７】
図４においては、６スロットに三相４極の巻線３０ａを施した集中巻きの固定子で回転子を着磁する場合、回転子軸孔３ａの中心を基準として固定子内径歯部の両端部が成す開角θ１ａとし、回転子軸孔３ａの中心を基準として回転子の磁極間１０ａと回転子外径面に伸びた永久磁石収容孔４ｃの磁極中心に面した外周側外端部の角部９ｃが成す角度θ２ａとし、回転子軸孔３ａの中心を基準として回転子の磁極間に面した永久磁石収容孔４ｃの内周側両端部の各角部１２ｃが成す角度θ４ａとした場合、θ２ａ≧θ３ａ、且つ、θ４ａ≧θ１ａの時θ３ａは、
θ３ａ＝（θ１ａ／２）−１５°…（４）
但し、３０°＜θ１ａ＜６０°
とすることにより固定子の歯部と、回転子の永久磁石収容孔４ｃの位置関係となり着磁をすることができる。
【００２８】
また、９スロットに三相６極の巻線を施した集中巻きの固定子で回転子を着磁する場合、θ２ａ≧θ３ａ、且つ、θ４ａ≧θ１ａの時、
θ３ａ＝（θ１ａ／２）−１０°…（５）
但し、２０°＜θ１ａ＜４０°
とすることにより着磁をすることができる。
【００２９】
また、本発明の永久磁石電動機の回転子外径面に伸びた永久磁石収容孔端部の外周に空隙または切り欠きを設けた場合について図８と図１２で説明する。尚、ここでは、永久磁石収容孔端部の外周の空隙１５ｂまたは切り欠き１８ｂとは同様の位置配置となり同様の効果が得られるため、空隙１５ｂまたは切り欠き１８ｂ以外の符号については、図を区別せず電動機構成上支障がない部分には共通の符号を用いて説明する。固定子と対向配置された回転子に電動機ハウジング内に組み込んだ後、図２０に示したように三相巻線の全相を使用し着磁電源Ｅへ接続し着磁を施す場合、固定子に配置されたスロット３１ａが３ｎ個（本実施例では、３ｎ＝６）の固定子の歯部には集中巻きされた巻線３０ａを具備し、前記固定子内径の歯部の開角をθ１ｂとし、前記固定子に対向配置させた２ｎ極（本実施例では、２ｎ＝４）の逆突極性を有する埋め込み型永久磁石回転子の同一界磁極内において回転子軸孔３ａの中心を基準として回転子磁極間１０ｄと前記回転子外径面に伸びた永久磁石収容孔端部の外周に設けた空隙１５ｂまたは切り欠き１８ｂの磁極間中心に面した永久磁石収容孔４ｆの外周側外端部の各角部１３ｆが成す角をθ２ｂとし、回転子軸孔３ａの中心を基準として回転子の磁極間１０ｄと固定子内径側の前記歯部を挟む両隣りの歯部において磁極中心寄りの歯部の端部１１ｄが成す角度をθ３ｂとした場合、着磁をすることができるθ３ｂの固定子の歯部と回転子磁極間１０ｄの位置関係を、
θ３ｂ＝[３６０°／２ｎ−｛θ１ｂ＋２（３６０°／３ｎ−θ１ｂ）｝]／２…（６）
とすることにより固定子のスロットが３ｎスロットで、２ｎ極の逆突極性を有する埋め込み型永久磁石回転子において回転子外径面に伸びた永久磁石収容孔端部の外周に空隙１５ｂまたは切り欠き１８ｂを設けたものでも着磁することができる。
【００３０】
ここで、本発明の永久磁石電動機の固定子の歯部と永久磁石回転子の回転子外径面に伸びた永久磁石収容孔端部の外周の空隙１５ｂまたは切り欠き１８ｂの位置関係を特定し、着磁を可能にするための角度θ１ｂ及びθ２ｂ、θ３ｂの関係を図８及至図１１、図１２及至図１５を用いて説明する。図８または図１２のθ２ｂ＞θ３ｂの場合、例えば、固定子に対向配置させた４極の逆突極性を有する埋め込み型永久磁石回転子において、永久磁石収容孔４ｆの両端の空隙１５ｂまたは切り欠き１８ｂの角部１３ｆ間の回転子外径面と、回転子磁極間１０ｄと線対称にある永久磁石収容孔４ｆの両端の空隙１５ｂまたは切り欠き１８ｂの角部１３ｆ間の回転子外径面とが、同一の固定子歯部と接しない位置であるので、磁気漏れが発生するような短絡回路ができないため着磁することができる。
【００３１】
また、図９または図１３の様にθ２ｂ＝θ３ｂとした場合、図８または図１２にて説明したのと同様に、固定子に対向配置させた４極の逆突極性を有する埋め込み型永久磁石回転子において、永久磁石収容孔４ｇの両端の空隙１５ｃまたは切り欠き１８ｃの角部１３ｇ間の回転子外径面と、回転子磁極間１０ｅと線対称にある永久磁石収容孔４ｇの両端の空隙１５ｃまたは切り欠き１８ｃの角部１３ｇ間の回転子外径面とが、同一の固定子歯部と接しない位置であるので、磁気漏れが発生するような短絡回路ができないため着磁することができる。
【００３２】
また、図１１または図１５の様にθ２ｂ＜θ３ｂの場合、固定子に対向配置させた４極の逆突極性を有する埋め込み型永久磁石回転子において、永久磁石収容孔４ｈの両端の空隙１５ｄまたは切り欠き１８ｄの角部１３ｈ間の回転子外径面と、回転子磁極間１０ｆと線対称にある永久磁石収容孔４ｈの両端の空隙１５ｄまたは切り欠き１８ｄの角部１３ｈ間の回転子外径面とが、同一の固定子歯部と接し、固定子歯部と回転子継鉄の短絡回路ができるため磁気漏れが発生し着磁をすることができない。尚、図１１または図１５では、着磁することができなかったが、回転子の寸法設定を変更することなく固定子スロット３１ｂ開口幅の寸法設定を変更することによっても着磁することができる例を図１０および図１４に示す。図１０および図１４のθ２ｂとθ３ｂは、θ２ｂ＞θ３ｂとなっている。また、固定子スロット３１ｂ開口部幅の寸法設定を変更してθ２ｂとθ３ｂの関係をθ２ｂ＝θ３ｂに設定しても着磁することができる。
したがって、固定子のスロット３１ａまたは３１ｂが３ｎ（本実施例では３ｎ＝６）個に三相２ｎ（本実施例では２ｎ＝４）極の巻線３０ａを施した集中巻きの固定子では、θ２ｂ≧θ３ｂという条件において固定子の歯部、及び回転子磁石収容孔端部の外周に設けられた空隙１５ｂ〜ｄまたは切り欠き１８ｂ〜ｄのような形状及び配置することで着磁ができることになる。
【００３３】
また、図８または図１２を用いて説明するが、回転子軸孔３ａの中心を基準として固定子内径側の歯部の両端部が成す角度θ１ｂが、回転子軸孔３ａの中心を基準として回転子の永久磁石収容孔端部の外周に設けられた空隙１５ｂまたは切り欠き１８ｂの磁極間に面した内周側両外端部の各角部１４ｆが成す角度θ４ｂ以上に大きいと着磁磁束が漏れて永久磁石収容孔４ｆ内の永久磁石５ｆを通過する着磁磁束は少なくなり、着磁磁束の流れやすい回転子外周部の継鉄の部分に大部分の着磁磁束が流れることとなり有効に着磁することができない。仮に、この永久磁石収容孔内４ｆの永久磁石５ｆを着磁する場合、前記継鉄を飽和させるために通常の着磁電流よりも大きな着磁電流が必要となる。したがって、好ましくはθ４ｂ≧θ１ｂとすることにより少ない着磁電流で着磁することができる。
【００３４】
よって、着磁をするための固定子の歯部と、回転子の永久磁石収容孔端部の外周に設けられる空隙または切り欠きの位置関係はθ３ｂによって決めることができる。
したがって、着磁が容易にできる条件としては、
θ２ｂ≧θ３ｂであり、且つ、θ４ｂ≧θ１ｂという条件の時、
θ３ｂ＝[３６０°／２ｎ−｛θ１ｂ＋２（３６０°／３ｎ−θ１ｂ）｝]／２…（７）
となり、
θ３ｂ＝θ１ｂ／２−３０°／ｎ…（８）
となる。また、固定子内径歯部の両端部の開角θ１ｂは、隣接する固定子のスロットピッチと同じ開角以下とするため、６０°／ｎ＜θ１ｂ＜１２０°／ｎ（ｎは自然数）とするのが望ましい。
【００３５】
図８または、図１２の本発明の永久磁石電動機においては、６スロットに三相４極の巻線３０ａを施した集中巻きの固定子で回転子を着磁する場合、回転子軸孔３ａの中心を基準として固定子内径の歯部の両端部が成す開角θ１ｂとし、回転子軸孔３ａの中心を基準として回転子磁極間１０ｄと回転子外径面に伸びた永久磁石収容孔４ｆの外周に設けられた空隙１５ｂまたは切り欠き１８ｂの磁極中心に面した外周側外端部の角部１３ｆと成す角度θ２ｂとし、回転子軸孔の中心を基準として回転子の永久磁石収容孔４ｆの外周に設けた空隙１５ｂまたは切り欠き１８ｂの磁極間に面した内周側両外端部の各角部１４ｆが成す角度θ４ｂとした場合、θ２ｂ≧θ３ｂ、且つ、θ４ｂ≧θ１ｂの時θ３ｂは、
θ３ｂ＝（θ１ｂ／２）−１５°…（９）
但し、３０°＜θ１ｂ＜６０°
とすることにより固定子の歯部と、回転子の永久磁石収容孔４ｆの外周に設けた空隙１５ｂまたは切り欠き１８ｂの位置関係となり着磁をすることができる。
【００３６】
また、９スロットに三相６極の巻線を施した集中巻きの固定子で回転子を着磁する場合、θ２ｂ≧θ３ｂ、且つ、θ４ｂ≧θ１ｂの時、
θ３ｂ＝（θ１ｂ／２）−１０°…（１０）
但し、２０°＜θ１ｂ＜４０°
とすることにより着磁をすることができる。
【００３７】
尚、本発明においては、固定子のスロット３１ａが３ｎ個の固定子の歯部には集中巻きされた巻線３０ａを備え、２ｎ極の逆突極性を有する埋め込み型永久磁石回転子のものであれば上記組み合わせに限定されるものではない。
【００３８】
また、本発明の関連する実施例を、図１６を用いて説明する。固定子の歯部には集中巻きされた巻線３０ａを備え、回転子は、多層に永久磁石を埋め込まれた永久磁石収容孔４ｉ〜ｋを有する回転子であり、リラクタンストルクとマグネットトルクを有効に利用するために永久磁石回転子の同一界磁極内において多層に永久磁石５ｉ〜ｋを埋め込まれた回転子である。この場合は、多層に永久磁石５ｉ〜ｋを埋め込まれた永久磁石収容孔４ｉ〜ｋの最外周層において、回転子軸孔３ａの中心を基準として固定子内径側の歯部の両端部が成す角度θ１ｃが、回転子軸孔３ａの中心を基準として永久磁石収容孔４ｉの内周側両外端部１６ａが成す角度θ４ｃ以下か、または、同じ開角とし、また最内周層においては、回転子軸孔３ａの中心を基準として固定子内径側の前記歯部を挟む両隣りの歯部において磁極中心寄りの歯部の端部同士が成す角度θ６ｃが、回転子軸孔３ａの中心を基準とし磁極中心に面した永久磁石収容孔４ｋの外周側外端部１７ａのなす角度θ５ｃ以上か、または、同じ開角の範囲にすることにより着磁することができる。
【００３９】
しかしながら、次の点について注意しなければならない。図１７のように永久磁石収容孔４ｉ〜ｋのように多層に永久磁石５ｉ〜ｋが埋め込まれた回転子の場合、固定子内径の同一歯部において、多層に埋め込まれた永久磁石収容孔４ｉ〜ｋの層の端部が位置したとしても永久磁石収容孔４ｉ〜ｋ間の幅Ｌを、約０．５ｍｍ〜約２．０ｍｍにすることにより電動機鉄心が磁気飽和し磁気漏れを極力発生させることがないようにすることにより矯正的に着磁磁束を永久磁石収容孔４ｉ〜ｋに流すことが可能である。言いかえるならば、電動機鉄心が磁気飽和する約２．０Ｔ以上であれば、前記幅Lの電動機鉄心を磁気飽和させる程度の着磁電流の増加で可能となる。
【００４０】
また、別の関連する実施例について図１８及び図１９を用いて説明する。永久磁石収容孔４ｌ〜ｍ端部の外周に存在する空隙１５ｅ〜ｇ及び切り欠き１８ｅ〜ｇを設けた場合も先に述べた手段と同様に、最外周層の空隙１５ｅまたは切り欠き１８ｅにおいて、回転子軸孔３ａの中心を基準として、固定子内径側の歯部の両端部が成す角度θ１ｄが、回転子軸孔３ａの中心を基準とし永久磁石収容孔４ｌ端部の外周に設けた空隙１５ｅまたは切り欠き１８ｅの内周側両外端部のなす角度θ４ｄ以下か、または、同じ開角とし、また最内周層においては、回転子軸孔３ａの中心を基準として固定子内径側の前記歯部を挟む両隣りの歯部において磁極中心寄りの歯部の端部同士が成す角度θ６ｄが、回転子軸孔３ａの中心を基準とし磁極中心に面した永久磁石収容孔４ｎ端部の外周に設けた空隙１５ｇまたは切り欠き１８ｇの外周側外端部が成す角度θ５ｄ以上か、または、同じ開角の範囲にすることにより固定子の歯部と回転子の永久磁石収容孔４ｌ及び４ｎ端部の外周に設けられた空隙１５ｅ及び１５ｇ、切り欠き１８ｅ及び１８ｇの位置関係を合せることにより着磁することができる。尚、永久磁石収容孔端部の外周に存在する空隙または切り欠きは、多層に永久磁石が埋め込まれた収容孔の外周端部の各層にある場合と、任意層の外周端部にある場合においても同様の効果が得られる。
【００４１】
【発明の効果】
３ｎ（ｎは自然数）のスロットを有した固定子において固定子の歯部には集中巻きによる磁極が不等配の巻線が施されている場合であっても、固定子巻線を着磁ヨークとして２ｎ極の逆突極性を有する埋め込み型永久磁石回転子を、着磁することができる。従って、本発明により電動機ハウジングに組み込んだ後に回転子に着磁を施すことができるため、回転子に鉄粉等が付着して回転子障害を生じたり、回転子が磁性体の治具に吸着して扱い難いといった問題を生じることもない。また、大電流を巻線に通電させることもないため巻線を傷つけることもない。また、着磁を施すための複数の工程を必要とせず大量生産する場合、作業効率という点においても非常に都合がよい。また、本発明は、エアコンや冷蔵庫の圧縮機内の駆動用電動機や、電動機を駆動源とする洗濯機、掃除機及び、電気自動車等の駆動用電動機等に利用することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】 本発明に関連する固定子と回転子の横断面図。
【図２】 本発明に用いる永久磁石電動機の固定子と回転子の横断面図。
【図３】 本発明に用いる永久磁石電動機の固定子と回転子の横断面図。
【図４】 本発明に関連する固定子と回転子の着磁位置関係を示す横断面図。
【図５】 本発明に関連する固定子と回転子の着磁位置関係を示す横断面図。
【図６】 本発明に関連する固定子と回転子の着磁位置関係を示す横断面図。
【図７】 固定子と回転子の着磁ができない位置関係を示す横断面図。
【図８】 本発明に用いる永久磁石電動機の固定子と回転子の着磁位置関係を示す横断面図。
【図９】 本発明に用いる永久磁石電動機の固定子と回転子の着磁位置関係を示す横断面図。
【図１０】 本発明に用いる永久磁石電動機の固定子と回転子の着磁位置関係を示す横断面図。
【図１１】 固定子と回転子の着磁ができない位置関係を示す横断面図。
【図１２】 本発明に用いる永久磁石電動機の固定子と回転子の着磁位置関係を示す横断面図。
【図１３】 本発明に用いる永久磁石電動機の固定子と回転子の着磁位置関係を示す横断面図。
【図１４】 本発明に用いる永久磁石電動機の固定子と回転子の着磁位置関係を示す横断面図。
【図１５】 固定子と回転子の着磁ができない位置関係を示す横断面図。
【図１６】 本発明に関連する実施例の固定子と回転子の着磁位置関係を示す横断面図。
【図１７】 本発明に関連する実施例の固定子と回転子の着磁位置関係を示す横断面図。
【図１８】 本発明に関連する別の実施例の固定子と回転子の着磁位置関係を示す横断面図。
【図１９】 本発明に関連する別の実施例の固定子と回転子の着磁位置関係を示す横断面図。
【図２０】 固定子コイル三相を利用して着磁する場合の固定子コイルの結線図。
【図２１】 別の固定子コイル二相を利用して着磁する場合の固定子コイルの結線図。
【図２２】 従来の固定子と回転子での組み合わせにおける着磁の磁束の流れを示した横断面図。
【符号の説明】
１、１ａ…固定子鉄心、２、２ａ、２ｂ…回転子鉄心、３、３ａ…回転子軸孔、４、４ａ〜４ｍ…永久磁石収容孔、５、５ａ〜５ｍ…永久磁石，６、６ａ…ピン孔、７、７ａ…カシメピン、９ａ〜９ｅ…角部、１０ａ〜１０ｈ…磁極、１１ａ〜１１ｆ…歯部端部、１２ａ〜１２ｅ…角部、１３ａ〜１３ｈ…角部、１４ａ〜１４ｈ…角部、１５ａ〜１５ｇ…空隙、１６ａ…角部、１７ａ…角部、１８ａ〜１８ｇ…切り欠き、３０、３０ａ…巻線、３１、３１ａ、３１ｂ…スロット、Ｃｕ、Ｃｖ、Ｃｗ…固定子巻線、Ｔｕ、Ｔｖ、Ｔｗ…口出し線、Ｅ…着磁電源。

Claims (1)

1. 固定子に配置された３ｎ個（ｎは自然数）のスロットを有し、前記固定子の歯部には集中巻きされた巻線を具備し、前記固定子に対向配置させた２ｎ極の逆突極性を有する埋め込み型永久磁石回転子を備え、
   前記回転子の軸孔の中心を基準として前記固定子内径側の歯部の両端部が成す角度θ１ｂが、前記回転子軸孔の中心を基準として前記回転子の永久磁石収容孔の外周に設けた空隙または切り欠きの磁極間に面した内周側両外端部が成す角度θ４ｂ以下か、または、同じ開角であり、
   また前記回転子軸孔の中心を基準として前記固定子内径側の歯部を挟む両隣りの歯部において磁極中心寄りの歯部の端部同士が成す角度θ６ｂが、前記回転子軸孔の中心が基準として前記回転子の永久磁石収容孔の外周に設けた空隙または切り欠きの磁極中心に面した外周側両外端部が成す角度θ５ｂ以上か、または、同じ開角の範囲にある、
   前記固定子の歯部を有している永久磁石電動機の固定子において、
   前記回転子の同一界磁極内であって、前記回転子軸孔の中心を基準として前記回転子磁極間と前記回転子外径面に伸びた永久磁石収容孔端部の外周に設けた空隙または切り欠きの磁極中心に面した外周側外端部が成す角度をθ２ｂとし、
   前記固定子内径側の歯部の隣りの歯部において磁極中心寄り歯部の端部と前記回転子の磁極間が成す角度をθ３ｂとした場合、
   θ２ｂ≧θ３ｂである時
   θ３ｂ≦θ１ｂ／２―３０°／ｎ
   但し、６０°／ｎ＜θ１ｂ＜１２０°／ｎ
   の関係となるようなθ３ｂに位置あわせして着磁をしたことを特徴とする永久磁石電動機の固定子。

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