JPH0471342A

JPH0471342A - 永久磁石回転子

Info

Publication number: JPH0471342A
Application number: JP2184491A
Authority: JP
Inventors: Takashi Nagate; 隆長手; Kenichi Endo; 健一遠藤; Takeshi Seto; 毅瀬戸; Yoshikazu Koike; 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: 1992-03-05
Anticipated expiration: 2016-03-07
Also published as: JP3142002B2

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

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大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？〕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
３　ｌ　ｂが交互に貼着されている。

このブラシレスモータコにおいては、前記磁極センサ１
４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３　］、　ａ３１ｂ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希し、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があった。

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、鉄損か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イ１〜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ｒ１ｔ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、このヨークは外周上に少なくとも４つの偶数の磁極
を有し、これらの磁極には、永久磁石を挿入するスロッ
トが一磁極おきに中心からほぼ等距離に設けられ、この
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、全体を祠号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祠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１
４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０．３５ｗあるいは０．５順のいずれかであり、
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の先端部と
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か設けられ、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］５を構成し
た後に、前記回転軸８は回転軸開口２］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の代わりに
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に挿入されている。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極の極性を帯
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１．８　ｂ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…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２
４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Ｗ　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１８ａ、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１
８ａの磁極面の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かできる。

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２７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
か均一になり、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共に、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には回転軸が回転子
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（Ｐ　ｒ）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、ブ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かできる。ま
た永久磁石はスロワＩ・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
ータに用いることか可能である。

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１
０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、
１５・・・ヨーク、１６・・・けい素鋼板、１７・・・
カシメ部、１８　ａ、　　１８　ｂ・・・磁極、１つ・
・・スロット、２０・・・ブリッジ、２４２５・・・永
久磁石、２７・スリット、２８　ａ　、　　２８　ｂ　
、　２８　ｃ　・−永久磁石。

Claims

【特許請求の範囲】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、このヨークは外周上に少なくとも４つの偶数の磁
極を有し、これらの磁極には、永久磁石を挿入するスロ
ットが一磁極おきに中心からほぼ等距離に設けられ、こ
の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ていることを特徴と
する永久磁石回転子。２、鋳造型アルニコ磁石、鋳造型プラセオジューム磁石
、焼結型フェライト磁石、焼結型希土類磁石、樹脂結合
型フェライト磁石、樹脂結合型希土類磁石のいずれか一
つを用いたことを特徴とする請求項１記載の永久磁石回
転子。３、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請求項１記載の永久磁
石回転子。４、前記スロットの両端にあって、磁極の先
端部と磁極の基部とを連結するブリッジが、そこを通る
磁束の密度が飽和するように十分小さい幅を有している
ことを特徴とする請求項１記載の永久磁石回転子。５、磁極面上の磁束の分布が均一となるようにそれぞれ
の磁極にスリットが設けられていることを特徴とする請
求項１記載の永久磁石回転子。