JP5326190B2 - モータ - Google Patents

Description

本発明は、永久磁石を搭載した永久磁石モータのロータ構造、及びそのロータを内蔵したモータに関する。

ボンド磁石は、フェライト系や希土類系の永久磁石の粉末をゴム、熱可塑性樹脂や熱硬化性樹脂などの結合剤で結着・固化させた複合材料永久磁石である。このボンド磁石は、焼結法により作製された結合剤成分を含まない焼結磁石に比較し、結合剤成分を内在するため磁気特性は低い、しかしながら焼結による収縮がないため、高い寸法精度で環状、円弧状や薄肉形状などの特殊な形状の磁石が割れ欠けなどなく作製できるという特徴を持っている。そのため、リング形状のボンド磁石が、家電、情報用のモータに近年多く用いられている。モータの小型、高性能化のために、特定方向に高い磁力を発する異方性の希土類ボンド磁石を用いることが知られているが、異方性ボンド磁石は、磁石粉末を磁場中で一定方向に配列しながら成形する必要があり、高保磁力の希土類系磁石の場合、リング形状で径方向に配列させるような複雑な配列では、異方性ボンド磁石の性能を１００％引き出すことが困難であった。そのため、リング形状のボンド磁石には、無磁場中で圧縮成形または射出成形するだけで簡単に作製できる等方性の希土類ボンド磁石が広く使用されている。また、希土類系磁石粉末は、フェライト系に比較し高価であるために、フェライト系磁石粉末にコスト競争力で劣ってしまうため、リング磁石の厚みを、薄く設計することが求められている。しかしながら、リング磁石の厚みを薄くすると、表面磁束波形が正弦波的から矩形波的に変化するため、コギングトルクが大きく、モータ回転時の音や振動が大きくなるという欠点があった。表１に磁石厚みと表面磁束波形の関係の一例を示す。表１は、外径５０ｍｍで内径を変え、磁石厚みを２ｍｍ、４ｍｍ、６ｍｍ、７．２ｍｍとした希土類等方性ボンド磁石を８極着磁した時の表面磁束密度をガウスメータで測定した結果である。磁石厚みを薄くすると表面磁束のピーク値の減少と共に、波形が正弦波的から矩形波状へ、矩形波状からＭ型状へと変化する。

コギングトルクを小さくする方法として、永久磁石の内面を円弧面に形成し、且つこの永久磁石の磁極境界部の径方向厚さを磁極中央部の径方向厚さの０．３〜０．７倍の範囲内に設定し、且つこの永久磁石の外面の形状を、非円弧面となるように形成する提案がなされている（例えば、特許文献１参照）。

また、周方向に表面磁束波形が略正弦波上に着磁されている複数の磁極を備えるモータ用永久磁石であって、磁極は前記表面磁束波形が痩せた正弦波形状、及び、境界近傍領域における表面磁束が略零値となるように着磁されている提案がなされている（例えば、特
許文献２参照）。
特開平６−２１７４７８号公報 特開２００３−１１１３６０号公報

本発明が解決しようとする問題点は、磁石の磁力を有効活用した高効率かつ低振動、低騒音のモータを提供することである。

特許文献１のようなステータコアと対向する永久磁石の外面の形状を、非円弧面となるように形成し、磁極境界部のステータコアと磁石間の間隔を広げる場合、表面磁束波形を正弦波的に変化させ、コギングトルク、騒音、振動を低減することが可能である。しかし、ステータコアと永久磁石間の間隔は、磁石、コアの作製精度、組付け精度から、一定の間隔を必要とするが、短い程永久磁石が発する磁力を活用できるため、積極的に磁極境界部のステータコアと磁石間の間隔を広げるのは、磁力の有効活用という面から、不利である。

また特許文献２のような磁極境界部付近の着磁磁界を弱めて、表面磁束波形が痩せた正弦波形状、及び、境界近傍領域における表面磁束が略零値となるように着磁されている場合では、コギングトルク、騒音、振動を低減することが可能である。しかし、磁極境界部付近の磁石は、不完全着磁状態であり、磁石の磁力を有効に活用できていない。

本発明は、上記従来の課題を解決するものであり、磁石の磁力を有効活用した高効率かつ低振動、低騒音のモータを提供することである。

上記課題を解決するために本発明は、第一の発明として磁性材料からなるコアと、コア中心に配置されたシャフトと、周方向に複数の磁極を有し、前記コア外周面に固着される等方性ボンド磁石からなるロータと、前記ロータの外周面に対向し電機巻線を有するステータとを主構成とするモータにおいて、前記コアが多角柱状であり、コア外周に固着される等方性ボンド磁石外周が円形状であり、内周が多角形状であることを特徴とするモータである。

また、第二の発明では、前記等方性ボンド磁石の内周面及びコア外周面の多角形の頂点形状に面取りあるいはフィレットを有することを特徴とするモータである。

磁性材料からなるコアと、コア中心に配置されたシャフトと、周方向に複数の磁極を有し、前記コア外周面に固着される等方性ボンド磁石からなるロータと、前記ロータの外周面に対向し電機巻線を有するステータとを主構成とするモータにおいて、前記コアが多角柱状であり、コア外周に固着される等方性ボンド磁石外周が円形状であり、内周が多角形状とすることにより、ステータコアと磁石間の間隔を積極的に広げることなく、磁石全周に渡り、最大着磁状態で、コギングトルク、騒音、振動を低減することが可能となる。

さらに、前記等方性ボンド磁石の内周面及びコア外周面の多角形の頂点形状に面取りあるいはフィレットを有することで、磁石を有効活用し、コギングトルク、騒音、振動を低減した磁石の大量生産に必要な薄肉部分の強度を確保することが可能となる。

磁性材料からなるコアと、コア中心に配置されたシャフトと、周方向に複数の磁極を有
し、前記コア外周面に固着される等方性ボンド磁石からなるロータと、前記ロータの外周面に対向し電機巻線を有するステータとを主構成とするモータにおいて、前記コアが多角柱状であり、コア外周に固着される等方性ボンド磁石外周が円形状であり、内周が多角形状であり、等方性ボンド磁石の最厚肉部が極の中心となるように着磁されたことを特徴とするモータであり、さらに、前記等方性ボンド磁石の内周面及びコア外周面の多角形の頂点形状に面取りあるいはフィレットを有することを特徴とするモータである。

以下に実施例を示し、本発明を更に詳細に説明する。

ＭＱＩ製のメルトスピニング法によって作製されたフレーク状のＮｄＦｅＢ磁石粉末ＭＱＰ−Ｂ２とジャパンエポキシレジン製の１分子鎖中にエポキシ基を２つ持つビスフェノールＡ型エポキシ樹脂エピコート１００４と硬化剤を主構成とするボンド磁石用樹脂組成物を、圧縮成形機により圧縮し、樹脂成分を硬化することにより、図１のような外径４０．９ｍｍ、内側が対辺の距離３６．９ｍｍの正８角形で、高さ１４．５ｍｍの等方性ボンド磁石１を作製した。それを接着剤により、中心にシャフト２を有する高さ１４ｍｍ、対辺距離３６．８９ｍｍの正８角柱状のコア３に固定し、ロータとした。このロータの最厚肉部を極の中心として８極着磁した。このロータ外周の中心部の表面磁束を測定した。このロータをロータの外周面に対向し電機巻線を有するステータと組合せ、モータとした後、コギングトルク、誘起電圧、効率を測定した。測定結果を表２に示す。

比較１として、同様のボンド磁石用樹脂組成物を使用し、図３のような外径４０．９ｍｍで内径３７．９ｍｍとした希土類等方性ボンド磁石を作製した。それを接着剤により、中心にシャフト２を有する高さ１４ｍｍ、外径３７．８９ｍｍの円柱状のコアに固定し、ロータとした。このロータの最厚肉部を極の中心として８極着磁した。このロータ外周の中心部の表面磁束を測定した。このロータをロータの外周面に対向し電機巻線を有するステータと組合せ、モータとした後、コギングトルク、誘起電圧、効率を測定した。測定結果を表２に示す。

比較１として、同様のボンド磁石用樹脂組成物を使用し、図３のような外径４０．９ｍｍで内径３７．４ｍｍとした希土類等方性ボンド磁石を作製した。それを接着剤により、中心にシャフト２を有する高さ１４ｍｍ、外径３７．３９ｍｍの円柱状のコアに固定し、ロータとした。このロータの最厚肉部を極の中心として８極着磁した。このロータ外周の中心部の表面磁束を測定した。このロータをロータの外周面に対向し電機巻線を有するステータと組合せ、モータとした後、コギングトルク、誘起電圧、効率を測定した。測定結果を表２に示す。表２に示す通り、比較１、２に対して表面磁束波形が正弦波状に近く、比較１の同体積の磁石に比較し、コギングトルクが小さく、誘起電圧、効率が高い。また、磁石厚みを厚くし、磁石体積の大きい比較２に対しても、コギングトルクが小さく、誘起電圧、効率が高かった。

実施例１と同様のボンド磁石用樹脂組成物を使用し、図２（ａ）、（ｂ）のような外径４０．９ｍｍで内側が対辺の距離３６．９ｍｍの頂点がＲ４形状またはＲ９形状のフィレットを有する正８角形で、高さ１４．５ｍｍの等方性ボンド磁石６、８を作製した。この磁石を径方向に圧縮したときの破壊荷重を測定した。

本発明の本発明の磁石形状にしたモータでは、低騒音、低振動の高効率モータが作製可能となる。

（ａ）本発明の内径８角形磁石を搭載したロータ正面図（ｂ）本発明の内径８角形磁石を搭載したロータ等角投影図 （ａ）内径８角形の頂点にＲ４のフィレットを有した磁石を搭載したロータ正面図（ｂ）内径８角形の頂点にＲ４のフィレットを有した磁石を搭載したロータ等角投影図（ｃ）内径８角形の頂点にＲ９のフィレットを有した磁石を搭載したロータ正面図（ｄ）内径８角形の頂点にＲ９のフィレットを有した磁石を搭載したロータ等角投影図 （ａ）比較例のリング状磁石を搭載したロータ正面図（ｂ）比較例のリング状磁石を搭載したロータ等角投影図

符号の説明

１ 内径８角形等方性ボンド磁石
２ シャフト
３ ８角柱状コア
４ リング状等方性ボンド磁石
５ 円柱状コア
６ 頂点がＲ４形状の内径８角形等方性ボンド磁石
７ 頂点がＲ４形状の８角柱状コア
８ 頂点がＲ９形状の内径８角形等方性ボンド磁石
９ 頂点がＲ９形状の８角柱状コア

Claims (2)

1. 磁性材料からなるコアと、コア中心に配置されたシャフトと、周方向に複数の磁極を有し、前記コア外周面に固着される等方性ボンド磁石からなるロータと、前記ロータの外周面に対向し電機巻線を有するステータとを主構成とするモータにおいて、
   前記コアが対辺距離３６．８９ｍｍの正８角柱状であり、
   前記等方性ボンド磁石は前記コアの全周に形成され、
   前記等方性ボンド磁石は、外周が直径４０．９ｍｍの円形状で、内周が３６．９ｍｍの正８角形であり、
   前記最厚肉部が極の中心となるように着磁されたことを特徴とするモータ。
2. 前記等方性ボンド磁石の内周面及び前記コアの外周面の８角形の頂点形状に面取りあるいはフィレットを有することを特徴とする請求項１記載のモータ。