JPH08322172A - 同期電動機のロータ - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【目的】 永久磁石の成形コストを増加させることなく
空隙磁束分布に及ぼす磁石隙間の影響を低減することが
できる同期電動機のロータを提供する。 【構成】 ロータ１０では、隙間２０を有して周方向へ
列設される複数の永久磁石１８をそれぞれに備えた２つ
の磁石群２２、２４が、軸方向へ隣接配置されてロータ
コア１４の外周面に固定される。第１磁石群２２と第２
磁石群２４とは、一方の磁石群の各隙間２０が他方の磁
石群の各永久磁石１８の周方向略中央に位置するよう
に、ロータコア１４上で相互にずらして配置される。各
永久磁石１８をロータコア１４に固定した後、第１磁石
群２２の１つの永久磁石１８と、これに接触する第２磁
石群２４の２つの永久磁石１８の各半体部分とによって
構成される磁石領域が、一様に１つの磁極に着磁され
る。同様にして、この磁石領域に周方向へ隣接する同じ
構成の他の磁石領域が、一様に他の磁極に着磁される。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は同期電動機に関し、特
に、ロータコアの筒状表面に複数の永久磁石を固定して
なる同期電動機のロータに関する。

【０００２】

【従来の技術】同期電動機において、複数の永久磁石を
ロータコアの筒状表面に固定してなるロータと、空隙を
介してそれら永久磁石に対向するステータコアの略円筒
状表面に複数のスロットを凹設し、それらスロットに巻
線を配置してなるステータとを具備したものが知られて
いる。一般にこのような同期電動機のロータでは、周方
向へ隣合う各永久磁石の間の境界部分に隙間が形成され
る。この隙間は、電動機の設計段階で予め所定の大きさ
に設定されるか、又は磁石成形時の公差によってロータ
の組立時に不随意的に生じる。

【０００３】この種の同期電動機の作動時には、界磁磁
極を構成するロータの複数の永久磁石とステータのスロ
ットを画成する複数の突歯との間に磁力線が延び、トル
クが発生する。しかしながら、隣合う永久磁石間に隙間
を有する場合、それら隙間を画成する各永久磁石の周方
向側面とステータコアの突歯との間にも磁力線が延びる
ので、磁気回路上でロータとステータとの間の空隙寸法
が局部的に変化したと同様の影響を空隙磁束分布に及ぼ
す傾向がある。その結果、このような永久磁石間の隙間
は、電動機作動時に生じる回転むらの一因となる。

【０００４】また、同期電動機の作動時に、ステータの
スロットの開口部に起因して、スロット数に対応した回
数のトルクの脈動（スロットリップル）が生じることは
周知である。このような様々な要因によって生じる同期
電動機の回転むらは、特に、例えば工作機械の軸送り
等、円滑な回転を要求される軸を駆動するためのサーボ
モータにおいて、可及的に低減することが長年の課題と
なっている。例えば上記のスロットリップルを低減する
ためには、軸線に対し傾斜して延びるいわゆる斜めスロ
ットをステータコアに形成したり、その代わりにロータ
の磁極を軸線に対し傾斜して配置したりする解決策が、
多々提案されている。

【０００５】

【発明が解決しようとする課題】永久磁石をロータコア
の筒状表面に固定してなるロータにおいては、隣合う永
久磁石が相互に密に接触するように各永久磁石を高精度
に成形するか、複数の磁石の代わりに１つの環状磁石を
使用することによって、永久磁石間の隙間に起因する回
転むらを排除することができる。しかしながら、永久磁
石を環状に隙間無く配置すべく寸法精度を高めたり、環
状磁石を成形したりすることは、コストを増大させるだ
けでなく、微小な成形誤差により永久磁石をロータに固
定できなくなる課題が生じる。

【０００６】また、空隙磁束分布を理想正弦波状分布に
近似させるべく、永久磁石の周方向両縁部を中央部より
も薄肉に成形することが周知である。そのような磁石形
状によれば、電動機の作動時に空隙磁束分布が徐々に変
化するので、磁石隙間に起因する磁束分布の乱れを緩和
することができる。しかしながら、そのような磁石を使
用する場合、成形コストが増加するだけでなく、薄肉の
両縁部が破損し易いという課題を有する。

【０００７】本発明の目的は、簡単な瓦形の永久磁石を
使用して、永久磁石の成形コストを増加させたりロータ
コアへの固定を困難にしたりすることなく、空隙磁束分
布に及ぼす磁石隙間の影響を低減することができ、以て
円滑な回転駆動を要求される同期電動機に使用可能なロ
ータを提供することにある。

【０００８】

【課題を解決するための手段】上記目的を達成するため
に、本発明は、ロータコアの筒状表面に複数の永久磁石
を固定してなる同期電動機のロータにおいて、それぞれ
に複数の永久磁石を有して軸方向へ隣接配置される複数
の磁石群を備え、各磁石群において周方向へ隣合う永久
磁石の間の境界部分が、軸方向へ隣合う磁石群の間で周
方向へずれて配置され、それら永久磁石をロータ上で着
磁することにより、隣合う複数の永久磁石の少なくとも
各一部分に跨がって軸方向へ一様にかつ周方向へ交互的
に形成された磁極を有することを特徴とする同期電動機
のロータを提供する。

【０００９】

【作用】軸方向へ隣接配置される各磁石群において周方
向へ隣合う永久磁石の間の境界部分を周方向へずらすこ
とにより、同じ軸方向磁石長さを有する従来構造のロー
タに比べて、ロータとステータとの間の空隙寸法を局部
的に変化させる隙間や窪みを形成しがちな境界部分の軸
方向長さが減少するとともに境界部分が分散配置され、
しかも境界部分に軸方向へ隣接して他の磁石群の永久磁
石が配置される。その結果、境界部分が空隙磁束分布に
及ぼす影響（磁束分布の乱れ）は分散され、かつ効果的
に低減される。磁極は、このような配置で複数の永久磁
石をロータに固定した後に、隣合う複数の永久磁石の少
なくとも各一部分に跨がって軸方向へ一様にかつ周方向
へ交互的に着磁することによって形成される。

【００１０】

【実施例】以下、添付図面を参照して、本発明をその実
施例に基づきさらに詳細に説明する。図１及び図２は、
本発明の実施例による同期電動機のロータ１０を示す。
ロータ１０は、軸１２に例えば焼嵌めによって固定され
るロータコア１４と、ロータコア１４の略円筒状外周面
１６に例えば接着剤によって固定される略同一形状の複
数の永久磁石１８とから形成される。各永久磁石１８
は、円筒を軸線に沿って縦割りにした一セグメントの形
状を有し、ロータコア１４の外周面１６に密接する内面
１８ａと、内面１８ａに略平行に延びてステータ（図示
せず）に対向する外面１８ｂと、半径方向及び軸方向に
延びる両側面１８ｃとを備える。

【００１１】ロータ１０では、周方向へ隣合う永久磁石
１８の間の境界部分に隙間２０が形成される。そしてロ
ータ１０には、略等しい隙間２０を有して周方向へ列設
される４つの永久磁石１８をそれぞれに備えた２つの磁
石群２２、２４が、軸方向へ隣接配置される。第１磁石
群２２と第２磁石群２４とは、一方の磁石群の各隙間２
０が他方の磁石群の各永久磁石１８の周方向略中央に位
置するように、ロータコア１４上で各磁石位置を相互に
ずらして配置される。第１磁石群２２の永久磁石１８と
それに軸方向へ隣接する第２磁石群２４の永久磁石１８
とは、好ましくは相互に密接する。

【００１２】ロータ１０においては、上記配置で複数の
永久磁石１８をロータコア１４の周面に固定した後に、
各永久磁石１８が着磁され、界磁磁極が形成される。こ
のとき、ロータコア１４の軸方向全長に亙る磁石領域
が、着磁装置（図示せず）の１つの着磁コアに対向し
て、同一半径方向に磁化される。その結果、図１の実施
例では、第１磁石群２２の１つの永久磁石１８と、これ
に接触する第２磁石群２４の２つの永久磁石１８の各半
体部分とによって構成される磁石領域（ハッチングで図
示）が、一様に１つの磁極に着磁される。同様にして、
この磁石領域に周方向へ隣接する同じ構成の他の磁石領
域が、一様に他の磁極に着磁される。したがってロータ
１０は４極を有する。

【００１３】このような構成によれば、同じ軸方向磁石
長さを有する従来構造のロータに比べて、ロータ１０と
ステータとの間の空隙寸法を局部的に変化させる隙間２
０の軸方向長さが半減するとともに隙間２０が分散配置
され、しかも隙間２０に軸方向へ隣接して他の磁石群の
永久磁石１８が配置されるので、隙間２０が空隙磁束分
布に及ぼす影響（磁束分布の乱れ）は分散され、かつ効
果的に低減される。さらに、永久磁石１８は、図示のよ
うに簡単な瓦形のものを使用でき、成形精度が要求され
ないので、成形コストの上昇を抑えることができる。

【００１４】永久磁石間の隙間は、電動機の設計段階で
設定される場合は図示実施例のようにロータの全体に亙
って略同一寸法を有するが、成形時の公差によってロー
タの組立時に不随意的に形成される場合は多様な周方向
寸法を有する。もちろん本発明は、そのような不均一な
磁石隙間を有するロータに対しても、隙間に起因する空
隙磁束分布の乱れを効果的に低減できる。

【００１５】なお、軸方向へ並設される磁石群の間で隙
間の位置を相対的にずらす角度は、図示実施例のよう
に、永久磁石１８の周方向寸法の略半分に相当する角度
に限らず、いかなる角度であっても、隙間が空隙磁束分
布に及ぼす影響を低減できる。しかしながら図示実施例
のように、隙間２０を周方向へ略等間隔に配置する構成
によれば、低減されながらも残存する空隙磁束分布の乱
れが任意の一定周期で発生するので、電動機の被駆動体
に及ぼす影響が比較的小さくなる利点がある。

【００１６】軸方向へ並設される磁石群の間で隙間の位
置をずらすという本発明の基本的概念は、上記構成のロ
ータに限らず、他の様々な構成のロータに適用できる。
図３に示すロータ２６は、図１のロータ１０と同様に、
軸１２に固定されたロータコア１４の略円筒状周面に固
着される複数の永久磁石２８を備える。ロータ２６に
は、周方向へ隣合う永久磁石間に略等しい隙間３０を有
して列設される略同一形状の８つの永久磁石２８をそれ
ぞれに備えた３つの磁石群３２、３４、３６が設置され
る。それら磁石群３２、３４、３６は、永久磁石２８の
周方向寸法の略１／３に相当する角度だけ、各磁石群の
隙間３０が同一方向へ段階的にずれて位置するように、
ロータコア１４上で軸方向へ並設される。軸方向へ隣接
する各磁石群３２、３４、３６の永久磁石２８は、好ま
しくは相互に密接する。

【００１７】ロータ２６においては、第１磁石群３２の
２つの永久磁石２８の各２／３及び１／３部分と、これ
に接触する第２磁石群３４の１つの永久磁石２８と、こ
れに隣接する第３磁石群３６の２つの永久磁石２８の各
１／３及び２／３部分とによって構成される磁石領域
（ハッチングで図示）が、同一磁極に着磁される。同様
にして、この磁石領域に周方向へ隣接する同様の構成の
他の磁石領域が、一様に他の磁極に着磁される。したが
ってロータ２６は８極を有する。

【００１８】このような構成によれば、同じ軸方向磁石
長さを有する従来構造のロータに比べて、ロータ２６と
ステータとの間の空隙寸法を局部的に変化させる隙間３
０の軸方向長さが１／３になるとともに隙間３０が分散
配置され、しかも隙間３０に軸方向へ隣接して他の磁石
群の永久磁石２８が配置されるので、隙間３０に起因す
る空隙磁束分布の乱れがさらに細かく分散され、かつ効
果的に低減される。

【００１９】図４は、本発明のロータにおける永久磁石
の着磁パターンの様々な例を示す。（ａ）は、図１の実
施例のように、第１磁石群２２の１つの永久磁石１８
と、これに接触する第２磁石群２４の２つの永久磁石１
８の各半体部分とによって構成される磁石領域を、一様
に１つの磁極に着磁し、この磁石領域に周方向へ隣接す
る同様の構成の他の磁石領域を、一様に他の磁極に着磁
したパターンを示す。

【００２０】図４（ｂ）は、第１磁石群２２の１つの永
久磁石１８の半体部分と、これに接触する第２磁石群２
４の１つの永久磁石１８の半体部分とによって構成され
る磁石領域を、一様に１つの磁極に着磁し、この磁石領
域に周方向へ隣接する同様の構成の他の磁石領域を、一
様に他の磁極に着磁したパターンを示す。

【００２１】図４（ｃ）は、（ｂ）と略同様のパターン
であるが、着磁装置の着磁コアをロータ軸線に対して傾
斜配置し、各永久磁石１８にロータ軸線に対し傾斜して
延びる斜め磁極を形成したものである。このような斜め
磁極は、ステータのスロット開口に起因するスロットリ
ップルを低減する効果を有する。（ａ）〜（ｃ）のいず
れの着磁パターンにおいても、隙間２０に起因する空隙
磁束分布の乱れが低減される。

【００２２】本発明のロータにおいては、上記隙間２０
のような境界部分を隣接磁石間に有してロータコアに固
定される１つの磁石群を、１つの環状磁石と見做すこと
ができる。したがって永久磁石の個数や寸法に関わら
ず、多様な着磁装置によって所望数の磁極を形成するこ
とができる。図４（ｄ）は、異なる周方向寸法を有する
永久磁石３８、４０をそれぞれに有する第１磁石群４２
及び第２磁石群４４が、ロータ組立時に不均一な隙間４
６、４８や接触境界５０を形成しつつロータコアに固定
された状態を略示する。この場合、各磁石群４２、４４
をそれぞれ１つの環状磁石と見做せば、図示のように、
隣合う永久磁石材料に跨がって周方向へ交互的に所望数
の磁極を形成することができる。

【００２３】

【発明の効果】以上の説明から明らかなように、本発明
は、軸方向へ隣接配置される各磁石群において周方向へ
隣合う永久磁石の間の境界部分を周方向へずらすことに
より、境界部分の軸方向長さを低減するとともに境界部
分を分散配置し、このような配置で複数の永久磁石をロ
ータに固定した後に、隣合う複数の永久磁石の少なくと
も各一部分に跨がって軸方向へ一様にかつ周方向へ交互
的に着磁することによって磁極を形成したので、電動機
作動時に境界部分が空隙磁束分布に及ぼす影響を分散し
て効果的に低減することができる。したがって本発明に
よれば、永久磁石の寸法精度を要しないので簡単な瓦形
の永久磁石を使用でき、永久磁石の成形コストを増加さ
せたりロータコアへの固定を困難にしたりすることな
く、空隙磁束分布に及ぼす磁石隙間の影響を低減するこ
とが可能となり、以て円滑な回転駆動を要求される同期
電動機に使用可能なロータが提供される。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の実施例による同期電動機のロータの正
面図である。

【図２】図１の線II−IIに沿った断面図である。

【図３】本発明の他の実施例による同期電動機のロータ
の正面図である。

【図４】（ａ）〜（ｄ）は、ロータ上で複数の永久磁石
を着磁する着磁パターンの幾つかの例を示す図である。

【符号の説明】

１２…軸 １４…ロータコア １８、２８、３８、４０…永久磁石 ２０、３０、４６、４８…隙間 ２２、２４、３２、３４、３６…磁石群

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 ロータコアの筒状表面に複数の永久磁石
   を固定してなる同期電動機のロータにおいて、 それぞれに複数の永久磁石を有して軸方向へ隣接配置さ
   れる複数の磁石群を備え、各磁石群において周方向へ隣
   合う永久磁石の間の境界部分が、軸方向へ隣合う磁石群
   の間で周方向へずれて配置され、 それら永久磁石をロータ上で着磁することにより、隣合
   う複数の永久磁石の少なくとも各一部分に跨がって軸方
   向へ一様にかつ周方向へ交互的に形成された磁極を有す
   ること、を特徴とする同期電動機のロータ。