JPH06339240A - 永久磁石形モータ - Google Patents

永久磁石形モータ

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JPH06339240A
JPH06339240A JP5124134A JP12413493A JPH06339240A JP H06339240 A JPH06339240 A JP H06339240A JP 5124134 A JP5124134 A JP 5124134A JP 12413493 A JP12413493 A JP 12413493A JP H06339240 A JPH06339240 A JP H06339240A
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JP
Japan
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permanent magnet
rotor
stator
magnetic
magnets
Prior art date
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Pending
Application number
JP5124134A
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English (en)
Inventor
Shigeya Tanimoto
茂也 谷本
Mayumi So
まゆみ 楚
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Toshiba Corp
Original Assignee
Toshiba Corp
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Filing date
Publication date
Application filed by Toshiba Corp filed Critical Toshiba Corp
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Priority to TW83104487A priority patent/TW234791B/zh
Priority to US08/249,026 priority patent/US5510662A/en
Priority to CN 94107748 priority patent/CN1034378C/zh
Publication of JPH06339240A publication Critical patent/JPH06339240A/ja
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Abstract

(57)【要約】 【目的】 永久磁石形モータにおいて、通電区間に対応
する部分で、空隙中に作用する永久磁石の磁束を極力増
加し得て、モータの駆動トルクを大きくでき、これによ
り小形化或いは駆動効率の向上を可能とする。 【構成】 回転子24に組み込まれる各永久磁石28を
断面が弧状となるように形成すると共に、これら各永久
磁石28を回転子鉄心26に凸部28a側が内側を向く
ように配置する。また、永久磁石28はこれの各部の磁
束Bが一点に集中するように着磁し、その永久磁石28
の磁気中心Cから永久磁石28の平均弧状線Dまでの距
離Lと、永久磁石28の平均半径Rとの関係を、0.2
5×R≦L≦6.0×Rとなるように構成する。

Description

【発明の詳細な説明】
【0001】
【産業上の利用分野】本発明は、回転子鉄心の内部に複
数個の永久磁石を組み込んで構成される回転子を備えた
永久磁石形モータに関する。
【0002】
【従来の技術】永久磁石形モータにおいては、最近、高
トルク化及び高効率化を図ったものとして、図6に示す
構成のモータが開発されている。このものは次のような
構成となっている。
【0003】すなわち、固定子1は、環状をなす固定子
鉄心2に形成された12個のスロット3に、U相の固定
子巻線1U,2U、及びV相の固定子巻線1V,2V、
並びにW相の固定子巻線1W,2Wを挿入配置して構成
されている。固定子鉄心2の内周部には、各スロット3
に対応して開口部3aが形成されている。
【0004】これに対し、回転子4は、図7にも示すよ
うに、回転軸5に回転子鉄心6を嵌合固着し、この回転
子鉄心6に形成された収納部7に、断面が円弧状をなす
4個の永久磁石8を軸方向から挿入して組み込むことに
よって構成されていて、固定子1の内部に固定子鉄心2
の内周部と所定の空隙9を存する状態で回転可能に配設
されている。各永久磁石8は、凸部8a側が外側(空隙
9側)を向くように配置されており、また、4個の永久
磁石8は、図6及び図7においてN極とS極とが交互に
なるように着磁されている。
【0005】図8及び図9は永久磁石の磁気異方性(磁
気の配列方向)を示したものである。このうち図8は回
転子4の中心Aと永久磁石8の各部の磁束Bの中心(磁
気中心)とが同一となる周知のラジアル異方性のものを
示し、図9は永久磁石8の磁気中心が無限遠である磁極
軸方向異方性のものを示しており、これらの異方性は用
途などに応じて選択されて使用される。
【0006】一方、図10はモータ駆動用として用いら
れる、いわゆるインバータ電源が示されている。この図
10において、直流電源10にはスイッチング主回路1
1が接続されている。このスイッチング主回路11は、
6個のトランジスタ12及び還流ダイオード13が3相
ブリッジ接続されて構成されている。このスイッチング
主回路11において、3相の各アーム部11U,11
V,11Wが有するトランジスタ12の共通接続点は、
それぞれ対応するモータへの出力線U,V,Wに接続さ
れている。これら出力線U,V,Wは、上記固定子1の
各相の固定子巻線1U,2U、及び1V,2V、並びに
1W,2Wに接続されている。
【0007】制御回路14は、スイッチング主回路11
の各トランジスタ12を制御することにより、固定子巻
線1U,2U、及び1V,2V、並びに1W,2Wの隣
接する2相分の固定子巻線に対応して、図11に示され
るように、120度(電気角)ずつ位相をずらして通電
する、つまり周知の120度(電気角)通電するように
構成されている。また、この制御回路14は出力線U,
V,Wにも接続されており、回転子4の回転により固定
子巻線1U,2U、1V,2V、1W,2Wに誘起され
る誘起電圧を検出して、その回転子4の回転位置に応じ
たモータ駆動信号が得られるようになっている。
【0008】
【発明が解決しようとする課題】ところで、上記したよ
うな従来構成の永久磁石形モータにおいては、永久磁石
8の磁気の配列によって種々の空隙磁束分布が得られ
る。周知のように、モータのトルクは、固定子巻線に電
流が流れている間だけ発生し、次の(1)式で表わされ
る。
【0009】 T=m×K×B×I … (1) ここで、T:モータのトルク K:固定子巻線の巻数などに関係する定数 B:空隙の磁束密度 I:巻線電流 m:モータの相数
【0010】従って、120度(電気角)通電する方式
では、永久磁石8が1極分として発生する磁束の120
度(電気角)分だけがトルクとして作用する。図12
は、従来における空隙中の磁束密度分布を示している。
この図7において、斜線部分で示される非通電区間、す
なわち0度〜30度(電気角)の領域、及び150度〜
180度(電気角)の領域の磁束はモータの駆動トルク
として作用しないので、永久磁石8から発生する磁束を
有効に使えないことになり、モータの駆動トルクが低下
したりするために、モータの小形化や駆動効率の向上に
限界が生ずるという不具合がある。
【0011】本発明は上記事情に鑑みてなされたもので
あり、その目的は、通電区間に対応する部分で、空隙中
に作用する永久磁石による磁束を極力増加し得て、モー
タの駆動トルクを大きくでき、これにより小形化或いは
駆動効率の向上を可能とする永久磁石形モータを提供す
るにある。
【0012】
【課題を解決するための手段】本発明は、複数相の固定
子巻線を有する固定子と、回転子鉄心の内部に複数個の
永久磁石を組み込んで構成され、前記固定子の内部に固
定子と所定の空隙を存する状態で回転可能に配設される
回転子とを備え、前記各相の固定子巻線に電気角度で略
120度ずつ通電することにより前記回転子を回転駆動
させる永久磁石形モータにおいて、前記回転子の各永久
磁石を断面が弧状となるように形成すると共に、これら
各永久磁石を前記回転子鉄心に凸部側が内側を向くよう
に配置し、かつ永久磁石はこれの各部の磁束が一点に集
中するように着磁し、その永久磁石の磁気中心から永久
磁石の平均弧状線までの距離Lと、永久磁石の平均半径
Rとの関係を、0.25×R≦L≦6.0×Rとしたと
ころに特徴を有する。
【0013】
【作用】上記した手段によれば、回転子の各永久磁石を
断面が弧状となるように形成すると共に、これら各永久
磁石を回転子鉄心に凸部側が内側を向くように配置し、
かつ永久磁石はこれの各部の磁束が一点に集中するよう
に着磁し、その永久磁石の磁気中心から永久磁石の平均
弧状線までの距離Lと、永久磁石の平均半径Rとの関係
を、0.25×R≦L≦6.0×Rとしたことにより、
後述する実験結果(L/Rと1極中の120度分の空隙
磁束との関係)から明らかなように、通電区間に対応す
る部分で、固定子と回転子との間の空隙中に作用する永
久磁石による磁束密度を大きくすることができる。
【0014】
【実施例】以下、本発明を三相4極の永久磁石形モータ
に適用した第1実施例につき図1ないし図4を参照して
説明する。まず図2において、固定子21は、従来構成
と同一であり、環状をなす固定子鉄心22に形成された
12個のスロット23に、U相の固定子巻線1U,2
U、及びV相の固定子巻線1V,2V、並びにW相の固
定子巻線1W,2Wを挿入配置して構成されている。固
定子鉄心22の内周部には、各スロット23に対応して
開口部23aが形成されている。
【0015】これに対して、回転子24は、回転軸25
に回転子鉄心26を嵌合固着し、この回転子鉄心26に
形成された収納部27に、断面が弧状この場合円弧状を
なすフェライト製の4個の永久磁石28を軸方向から挿
入して組み込むことによって構成されていて、固定子2
1の内部に固定子鉄心22の内周部と所定の空隙29を
存する状態で回転可能に配設されている。なお、回転子
鉄心26は、収納部27形成用の孔が形成されたけい素
鋼板を多数枚積層して構成されている。
【0016】上記各永久磁石28は、凸部28a側が内
側を向くように配置されており、また、4個の永久磁石
28は、図2においてN極とS極とが交互になるように
着磁されている。また、各永久磁石28は、図1に示す
ように、各部の磁束Bが一点、すなわち磁気中心Cに集
中するように着磁されている。そして、この永久磁石2
8の磁気中心Cから永久磁石28の平均弧状線Dまでの
距離をL、永久磁石28の平均半径をRとするときに、
これら距離L及び平均半径Rを、0.25×R≦L≦
6.0×Rの関係が成立するように設定している。
【0017】このように構成されたモータは、従来と同
様にインバータ電源(図10参照)により給電されるよ
うになっており、固定子巻線1U,2U、及び1V,2
V、並びに1W,2Wの隣接する2相分の固定子巻線に
対応して、120度(電気角)ずつ位相をずらして通電
する、つまり120度(電気角)通電することにより、
固定子21による回転磁界が発生し、これに伴う磁気的
な吸引力及び反発力により回転子24が回転される。
【0018】このとき、空隙29に作用する永久磁石2
8の磁束密度分布は図3のようになる。この図3から明
らかなように、本実施例では、斜線部分で示される非通
電区間(0度〜30度(電気角)の領域、及び150度
〜180度(電気角)の領域)での磁束が減少し、通電
区間(30度〜150度(電気角))での磁束が増加し
ていることがわかる。
【0019】また、図4には、上記回転子24における
永久磁石28において、磁気中心Cから平均弧状線Dま
での距離Lと平均半径Rとの比であるL/Rと、1極中
の120度分の空隙29中の磁束との関係の実験結果を
示している。この図4から明らかなように、L/Rの値
が0.25〜6.0の範囲内にあるときに、空隙29中
の磁束を大きくできるものであり、この場合、磁気中心
が無限遠(L/Rが無限大)である磁極軸方向異方性の
場合と比べても、空隙29中の磁束を大きくできること
がわかる。
【0020】これらから明らかなように、L/Rの値を
0.25〜6.0の範囲内に設定すること、すなわち、
LとRとを、0.25×R≦L≦6.0×Rの関係が成
立するように設定することで、通電区間に対応する部分
で、空隙29中に作用する永久磁石28の磁束を極力大
きくできて、駆動トルクを大きくでき、これによりモー
タの小形化或いは駆動効率の向上を可能とすることがで
きるものである。
【0021】図5は本発明の第2実施例を示すものであ
る。この第2実施例では、回転子24の永久磁石30と
して、断面が蒲鉾状をなす弧状に形成したものであり、
このような永久磁石30を凸部30a側が内側となるよ
うに配置している。
【0022】この場合も、永久磁石30の磁気中心C
と、平均弧状線Dと、平均半径Rとを設定し、磁気中心
Cから平均弧状線Dまでの距離Lと、平均半径Rとの関
係を第1実施例のように設定することで、同様な効果を
得ることができる。
【0023】なお、本発明は、永久磁石の個数(極数)
は4極以外でもよく、また、固定子のスロット数も12
個以外でもよい。さらに、永久磁石は、フェライト以外
でもよく、また、弧状であれば楕円の一部であってもよ
いなど、本発明は要旨を逸脱しない範囲内で種々変形し
て実施できる。
【0024】
【発明の効果】本発明の永久磁石形モータによれば、回
転子の各永久磁石を断面が弧状となるように形成すると
共に、これら各永久磁石を回転子鉄心に凸部側が内側を
向くように配置し、かつ永久磁石はこれの各部の磁束が
一点に集中するように着磁し、その永久磁石の磁気中心
から永久磁石の平均弧状線までの距離Lと、永久磁石の
平均半径Rとの関係を、0.25×R≦L≦6.0×R
としたことにより、通電区間に対応する部分で、空隙中
に作用する永久磁石の磁束を極力増加し得て、モータの
駆動トルクを大きくでき、これにより小形化或いは駆動
効率の向上を可能とするという優れた効果を奏する。
【図面の簡単な説明】
【図1】本発明の第1実施例を示すもので、要部の寸法
関係を示す図
【図2】モータの断面図
【図3】空隙磁束密度分布を示す図
【図4】L/Rと、1極中の120度分の空隙磁束との
関係を示す図
【図5】本発明の第2実施例を示す回転子の側面図
【図6】従来構成を示す図2相当図
【図7】回転子の側面図
【図8】永久磁石の磁気の配列がラジアル異方性の場合
を示す説明図
【図9】永久磁石の磁気の配列が磁極軸方向異方性の場
合を示す説明図
【図10】電気的構成図
【図11】固定子巻線の通電タイミングを示す図
【図12】図3相当図
【符号の説明】
1U,2U、1V,2V、1W,2Wはそれぞれ固定子
巻線、21は固定子、24は回転子、26は回転子鉄
心、28は永久磁石、28aは凸部、29は空隙、30
は永久磁石、30aは凸部である。

Claims (1)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】 複数相の固定子巻線を有する固定子と、
    回転子鉄心の内部に複数個の永久磁石を組み込んで構成
    され、前記固定子の内部に固定子と所定の空隙を存する
    状態で回転可能に配設される回転子とを備え、前記各相
    の固定子巻線に電気角度で略120度ずつ通電すること
    により前記回転子を回転駆動させる永久磁石形モータに
    おいて、 前記回転子の各永久磁石を断面が弧状となるように形成
    すると共に、これら各永久磁石を前記回転子鉄心に凸部
    側が内側を向くように配置し、かつ永久磁石はこれの各
    部の磁束が一点に集中するように着磁し、その永久磁石
    の磁気中心から永久磁石の平均弧状線までの距離Lと、
    永久磁石の平均半径Rとの関係を、 0.25×R≦L≦6.0×R としたことを特徴とする永久磁石形モータ。
JP5124134A 1993-05-26 1993-05-26 永久磁石形モータ Pending JPH06339240A (ja)

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JP5124134A JPH06339240A (ja) 1993-05-26 1993-05-26 永久磁石形モータ
TW83104487A TW234791B (en) 1993-05-26 1994-05-18 Permanent magnet type motor
US08/249,026 US5510662A (en) 1993-05-26 1994-05-25 Permanent magnet motor
CN 94107748 CN1034378C (zh) 1993-05-26 1994-05-26 永磁式电动机

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