JPH10201147A

JPH10201147A - 永久磁石モータ

Info

Publication number: JPH10201147A
Application number: JP9003458A
Authority: JP
Inventors: Yoshinari Asano; 能成浅野; Masayuki Shindo; 正行神藤; Hiroshi Ito; 浩伊藤; Yukio Honda; 幸夫本田; Hiroshi Murakami; 浩村上; Naoyuki Sumiya; 直之角谷; Shizuka Yokote; 静横手
Original assignee: Matsushita Electric Industrial Co Ltd
Current assignee: Panasonic Holdings Corp
Priority date: 1997-01-13
Filing date: 1997-01-13
Publication date: 1998-07-31
Anticipated expiration: 2017-01-13
Also published as: JP3914293B2

Abstract

(57)【要約】【課題】永久磁石をロータ内部に半径方向に二層以上
に分割して埋設し、リラクタンストルクを有効に利用し
て高効率を実現する永久磁石モータにおいて、振動，騒
音の小さい永久磁石モータを提供する。【解決手段】ロータ１の内部に埋設される永久磁石
５，６の周方向相対位置を特定の数式に当てはまる関係
とすることによりコギングトルクを低減させることがで
き、その結果として低振動，低騒音の永久磁石モータが
実現される。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、永久磁石によるト
ルクのみならず、リラクタンストルクをも有効利用し、
高効率を実現させる永久磁石モータに関するものであ
る。

【０００２】

【従来の技術】従来より、少なくとも複数個の永久磁石
を有する永久磁石モータにおいて、永久磁石をロータ内
部に一極あたり半径方向に二層以上に分割して配置する
ことにより、リラクタンストルクを有効に利用し、高効
率を実現する永久磁石モータがあった。図９〜１１は、
筆者らが発明した永久磁石モータである。ロータコア１
０１は、鉄などの高透磁率材、または電磁鋼板など打ち
抜いてなるロータコアシートを積層したものからなる。
このロータコア１０１には、永久磁石用打ち抜き穴１０
２および１０３があり、それぞれ永久磁石１０４および
１０５が一極あたり半径方向に二層以上分割されて埋設
されている。このようなロータ１０６は、永久磁石１０
４および１０５を埋設したロータコア１０１を、両側に
端板１０７を設けるとともに、リベットピン１０８など
で保持している。ステータ１０９は、ヨーク１１０と、
このヨーク１１０に保持された複数のティース１１１を
有する。ティース１１１間にあるスロット１１２には巻
線１１３が施されている。巻線１１３にはスイッチ回路
などにより制御された電流が流れ、ステータ１０９内部
に回転磁界を発生させ、これによってロータ１０６が回
転磁界によりシャフト１１４を中心に回転する。

【０００３】永久磁石は一極あたり二層以上あるため、
永久磁石１０４および１０５の間の磁路Ｐａ１、永久磁
石１０５のロータ外周側のロータコア部の磁路Ｐａ２な
どの磁路ができる。この磁路があるため、電流の位相を
進めることにより、永久磁石によるトルクと併せて、リ
ラクタンストルクをも利用できる。リラクタンストルク
は電流位相を電気角で４５゜進めると最大となるため、
総合トルクは、電流位相が進み方向で、電気角で０゜と
４５゜の間で最大となる。従って、入力低減が図れ、効
率が向上する。

【０００４】また、ロータコア内部に永久磁石を埋設す
るため、磁石飛散防止管が不要であり、磁石飛散防止管
内部に発生する渦電流による損失がなく、ロータ１０６
とステータ１０９の間の機械的エアギャップを小さくで
きるなどにより、一層の高効率化が図れる。

【０００５】

【発明が解決しようとする課題】しかし、上記従来例は
以下のような欠点を有していた。

【０００６】永久磁石の配置によっては、磁路Ｐａ１お
よびＰａ２が、ステータティースとの位置関係によって
塞がれ、磁束が流れにくくなる。また、それぞれの極同
士で、永久磁石とステータティースの位置関係が一致す
ると、ロータの位置によっては、磁束が流れやすいとき
と、磁束が流れにくいときができる。図１１に、ロータ
を微小角度回転させたときの、永久磁石１０５とステー
タ１０９のティース１１１の位置関係を示す。この位置
関係は、どの極も同一であるので、一極分だけ図に示
す。（ａ）→（ｂ）→（ｃ）→（ｄ）と、３．７５゜ず
つ反時計方向に回転し、再び（ａ）の位置関係に戻る。
これにより、１５゜毎にコギングが発生する。永久磁石
１０４表面から出た磁束は、一部磁路Ｐａ１を通ってそ
のままステータティースに移り、残りは永久磁石１０５
を通り、ステータティースに移る。ロータが回転してい
るとき、ロータ磁束はロータ回転方向に引き寄せられる
ため、永久磁石１０４，１０５のロータ外周側の回転方
向前進側の端１０４ａおよび１０５ａとティース１１１
との位置関係が全て一致するとき、すなわち、ティース
１１１の間隔の倍数と一致するとき、コギングトルクお
よびトルクリップルが増加する。

【０００７】図９の場合、θ＝１５゜であり、ステータ
１０９のティース１１１の間隔と一致する。

【０００８】従って、表面に永久磁石を配置した永久磁
石モータと比較して、振動，騒音が大きくなるという欠
点を有していた。

【０００９】

【課題を解決するための手段】上記課題を解決するため
本発明は、少なくとも複数個の永久磁石を有する永久磁
石モータにおいて、永久磁石がロータ内部に一極あたり
半径方向に二層以上に分割されて配置され、かつ、それ
ぞれの極において、ある層を基準とし、その層と他の層
の永久磁石用打ち抜き穴のロータ表面に面した部分の同
一の側が、それぞれ θ＝３６０／Ｎｓ×（ｎ＋ｉ／Ｎｍ）０＜θ＜３６０／（２Ｐ）ただし、Ｎｓはステータスロット数、Ｎｍは一極あたり
の永久磁石の層数、Ｐは極数、ｉは１からＮｍ−１まで
の整数、ｎは任意の整数である。で決定される角度θだ
けずれた位置に設定したものである。

【００１０】

【発明の実施の形態】請求項１記載の発明は、少なくと
も複数個の永久磁石を有する永久磁石モータにおいて、
永久磁石がロータ内部に一極あたり半径方向に二層以上
に分割されて配置され、かつ、それぞれの極において、
ある層を基準とし、その層と他の層の永久磁石用打ち抜
き穴のロータ表面に面した部分の同一の側が、それぞれ θ＝３６０／Ｎｓ×（ｎ＋ｉ／Ｎｍ）０＜θ＜３６０／（２Ｐ）（ただし、Ｎｓはステータスロット数、Ｎｍは一極あた
りの永久磁石の層数、Ｐは極数、ｉは１からＮｍ−１ま
での整数、ｎは任意の整数とする。）で決定され、３角
度だけずれた位置に設定したものである。

【００１１】上記構成により、各極において、永久磁石
用打ち抜き穴のロータ表面に面した部分の同一の側と、
ステータティースとの関係がそれぞれの層によって異な
るため、例えば永久磁石が一極あたり２層に分割された
永久磁石モータにおいては、ステータティースとの関係
が逆位相になり、コギングトルクが低減される。

【００１２】また永久磁石は内側に凸である円弧形状と
し永久磁石表面積を大きくとれるようにするとともに、
かつロータ表面の磁極中心部に磁束が集中するようにし
て、より高いトルクを得たものである。

【００１３】またそれぞれの極において、ロータ外周側
に位置する永久磁石の円弧中心が、ロータ内周側に位置
する永久磁石の円弧中心よりロータ内周側にあるように
してロータ外周側に位置する永久磁石の表面積を大きく
とり、ロータ表面の磁極中心部に磁束が集中するように
しているため、より高いトルクが得られる。

【００１４】また永久磁石を希土類磁石として高トル
ク，高出力化を可能としたものであり、また、少ない磁
石量で大きな磁束量を実現できるため、永久磁石用打ち
抜き穴の形状に自由度ができ、θの値の選択の幅を広げ
ることができる。

【００１５】さらに少なくとも複数個の永久磁石を有す
る永久磁石モータにおいて、永久磁石がロータ内部に一
極あたり半径方向に二層以上に分割されて配置され、か
つ、ある極を基準とし、その極と他の極の永久磁石用打
ち抜き穴のロータ表面に面した部分の同一の側が、相互
の極間で、 δ＝３６０／Ｎｓ×（ｎ＋ｊ／Ｐ）３６０（ｋ／Ｎｓ−１／Ｐ）＜δ＜３６０（ｋ／Ｎｓ＋
１／Ｐ）（ただし、Ｎｓはステータスロット数、Ｐは極数、ｊは
１からＰ−１までの整数、ｋはｊに対して１対１に対応
して１からＰ−１までの間で選択される整数、ｎは任意
の整数とする。）で示す角度δだけずれた位置に設定し
たものである。

【００１６】上記構成により、各層において、永久磁石
用打ち抜き穴のロータ表面に面した部分の同一の側と、
ステータティースとの関係がそれぞれの極によって異な
るため、例えば４極永久磁石モータにおいては、ステー
タティースとの関係が各９０゜ずつずれて４通り存在す
るため、トルク脈動が平均化され、コギングトルクが低
減される。

【００１７】

【実施例】以下、本発明の実施例について詳しく説明す
る。

【００１８】（実施例１）本発明の一実施例について、
図１〜図３を参照しながら説明する。

【００１９】図１において、ロータ１のロータコア２
は、鉄などの高透磁率材、または電磁鋼板など打ち抜い
てなるロータコアシートを積層したものからなる。ロー
タコア２には、永久磁石用打ち抜き穴３および４があ
り、前記打ち抜き穴に、僅かな隙間を持って、それぞれ
永久磁石５および６が一極あたり半径方向に二層以上分
割されて埋設されている。ロータ１は、永久磁石５およ
び６を埋設したロータコア２の両側に端板（図示せず）
を設けるなどし、リベットピン（図示せず）などで保持
している。ステータ７は、ヨーク８とこのヨーク８に保
持された複数のティース９からなる。ティース９間にあ
るスロット１０には、巻線１１が施されている。巻線１
１にはスイッチ回路などにより制御された電流が流れて
ステータ７内部に回転磁界を発生させ、これによりロー
タ１は、シャフト（図示せず）を中心に回転する。

【００２０】永久磁石は一極あたり二層以上あるため、
永久磁石５および６の間の磁路Ｐａ１、永久磁石６のロ
ータ外周側のロータコア部の磁路Ｐａ２などの磁路がで
きる。この磁路があるため、電流の位相を進めることに
より、永久磁石によるトルクと併せて、リラクタンスト
ルクをも利用できる。リラクタンストルクは電流位相４
５゜進めると最大となるため、総合トルクは、０゜と４
５゜の間で最大となる。従って、入力低減が図れ、効率
が向上する。また、永久磁石がロータ内周側に凸である
円弧形状であるので、ロータ表面の極中心部に磁束が集
中し、高いトルクを発生させることができる。

【００２１】さらに、各極において、永久磁石のロータ
表面に面した部分の同一の側５ａ，６ａの間の角度θ
は、Ｎｓ＝２４、ｎ＝１、ｉ＝１、Ｎｍ＝２としてθ＝
３６０／Ｎｓ×（ｎ＋ｉ／Ｎｍ）にあてはめて計算した
結果、２２．５゜となる。

【００２２】図２に、ロータを微小回転させたときの、
永久磁石５および６とティース９ａ，９ｂ，９ｃとの位
置関係を示す。（ａ）においては、永久磁石５は、ティ
ース９ｂと９ｃの中間にあり、永久磁石６は、ティース
９ａとほぼ対向する位置に存在する。（ｂ）において
は、永久磁石５とティース９ｃとの位置関係は、永久磁
石６とティース９ａとの位置関係と逆位相にあり、吸引
力の働く方向が互いに反対であるので、全体として吸引
力、すなわち回転むらは少なくなる。また、（ｃ）にお
いては、（ａ）の位置と同様であり、（ｄ）において
は、（ｂ）の位置と同様である。従って、従来の永久磁
石モータに比べ、回転むらは減少し、コギングトルクは
約１／２に低減された。図３は、従来品のコギングトル
ク波形および本実施例における永久磁石モータのコギン
グトルク波形を示している。

【００２３】なお、Ｐ＝４、Ｎｓ＝２４、Ｎｍ＝２のと
きのθのとりうる値を（表１）に示す。磁石の厚みなど
を考慮し、（表１）の中から構成上とりうる任意の値を
採用可能である。同様にＰ＝４、Ｎｓ＝２４、Ｎｍ＝３
のときのθのとりうる値を（表２）に示した。各層にお
いてそれぞれ（表２）の各行の任意の値を選択すればよ
い。同様にして、Ｐ＝２、Ｎｓ＝１２、Ｎｍ＝３のとき
のθのとりうる値を（表３）に、Ｐ＝６、Ｎｓ＝１８、
Ｎｍ＝４のときのθのとりうる値を（表４）に示す。

【００２４】

【表１】

【００２５】

【表２】

【００２６】

【表３】

【００２７】

【表４】

【００２８】（実施例２）本発明の他の実施例を図４を
用いて説明する。

【００２９】図４に示す構成の作用は実施例１と同様で
あるので省略する。本実施例においては、永久磁石用打
ち抜き穴２３および２４の一部に永久磁石２５および２
６が埋設されている。永久磁石の両側は空気層または樹
脂などの非磁性体を充填してなる。このとき、各極にお
いて、永久磁石のロータ表面に面した部分の同一の側２
５ａ，２６ａの間の角度θは、Ｎｓ＝２４、ｎ＝１、ｉ
＝１、Ｎｍ＝２としてθ＝３６０／Ｎｓ×（ｎ＋ｉ／Ｎ
ｍ）にあてはめて計算した結果、２２．５゜となる。

【００３０】本実施例においては、永久磁石は円弧形状
となっていない。これは、希土類磁石を用いた場合、永
久磁石の量を低減でき、また板状の製造容易な形状とす
ることにより、コスト低減をはかることができる。ま
た、少ない磁石量で大きな磁束量を実現できるため、永
久磁石用打ち抜き穴の形状に自由度ができ、請求項１記
載のθの値の選択の幅が広がる。

【００３１】（実施例３）本発明の他の実施例を図５を
用いて説明する。

【００３２】図５において構成の作用は実施例１と同様
であるので省略する。本実施例においては、それぞれの
極において、ロータ外周側に位置する永久磁石６の円弧
中心が、ロータ内周側に位置する永久磁石５の円弧中心
よりロータ内周側にある。これにより、ロータ外周側に
位置する永久磁石の表面積を大きくとり、ロータ表面の
磁極中心部に磁束が集中するため、より高いトルクが得
られる。また、ロータ外周側の永久磁石４２とロータコ
ア表面の間に囲まれた空間を大きくとることができ、当
該位置にリベットピン用穴１２を設けることができる。
本構成により、永久磁石穴端面とロータ表面の間の鋼板
部の強度を補強することができる。

【００３３】（実施例４）本発明の他の実施例を図６〜
図８を用いて説明する。

【００３４】構成は実施例１と同様であるので省略す
る。ある極を基準とし、その極と他の極のロータ外周側
に位置する永久磁石６Ａ，６Ｂ，６Ｃ，６Ｄの、ロータ
表面に面した部分の同一の側６Ａ’，６Ｂ’，６Ｃ’，
６Ｄ’が、相互の極間で、 δ＝３６０／Ｎｓ×（ｎ＋ｊ／Ｐ）３６０（ｋ／Ｎｓ−１／Ｐ）＜δ＜３６０（ｋ／Ｎｓ＋
１／Ｐ）で決定される角度δだけずれた位置に設定したものであ
る。

【００３５】ただし、Ｎｓはステータスロット数、Ｐは
極数、ｊは１からＰ−１までの整数、ｋはｊに対して１
対１に対応して１からＰ−１までの間で選択される整
数、ｎは任意の整数とする。

【００３６】本実施例において、δ＝３６０／Ｎｓ×
（ｎ＋ｊ／Ｐ）にあてはめて計算した結果は以下のとお
りである。

【００３７】δ１＝１５×（５＋２／４）＝８２．５ δ２＝１５×（１１＋３／４）＝１７６．２５ δ３＝１５×（１７＋１／４）＝２５８．７５なお、ｊ／Ｐのｊの順番については、任意である。

【００３８】図７に、あるロータの位置における、それ
ぞれの極のロータ外周側に位置する永久磁石のロータ表
面に面した部分の拡大図を示す。（ａ）は永久磁石６Ｄ
とティース９ｄとの位置関係を示している。（ｂ）は永
久磁石６Ｂとティース９ｂとの位置関係を示している。
（ｃ）は永久磁石６Ｃとティース９ｃとの位置関係を示
している。（ｄ）は永久磁石６Ａとティース９ａとの位
置関係を示している。あるロータの位置に置いて、それ
ぞれの極のロータ外周側に位置する永久磁石のロータ表
面に面した部分と、ステータティースとの位置関係は全
て異なる。ロータが３．７５゜回転すると、それぞれの
極のロータ外周側に位置する永久磁石のロータ表面に面
した部分と、ステータティースとの位置関係が、図７に
示すそれと同様になる。従って、３．７５゜毎に同一の
位置関係が表れるため、コギングトルクやトルクリップ
ルが低減される。図８は、従来の永久磁石モータのコギ
ングトルク波形と、本実施例における永久磁石モータの
コギングトルク波形を示すグラフである。従来の永久磁
石モータのコギングに比べ、約１／２に低減された。

【００３９】なお、本実施例において、ロータ外周側に
位置する永久磁石用打ち抜き穴のロータ表面に面した部
分の同一の側の角度について規定したが、ロータ内周側
に位置する永久磁石用打ち抜き穴についても、同様に規
定することにより、同様な効果が得られる。

【００４０】なお、Ｐ＝４、Ｎｓ＝２４のときのΔδ＝
δ−３６０ｋ／Ｐのとりうる値を（表５）に示す。ただ
し、ｋの値はｊの値に対応して１からＰ−１までの値を
とる。各極においてそれぞれ（表５）の各行の任意の値
を選択すればよい。同磁石の厚みなどを考慮し、（表
５）の中から構成上とりうる任意の値の組合せを採用可
能である。同様にして、Ｐ＝２、Ｎｓ＝１２のときのδ
のとりうる値を（表６）に、Ｐ＝６、Ｎｓ＝１８のとき
のδのとりうる値を（表７）に示す。

【００４１】

【表５】

【００４２】

【表６】

【００４３】

【表７】

【００４４】なお、これらの実施例に示したものは、本
発明の一例にすぎず、モータの極数や永久磁石の層数や
形状など、本発明の趣旨に応じて種種の変形が可能であ
り、これらを本発明から除外するものではない。

【００４５】

【発明の効果】上記説明から明らかなように、請求項１
記載の発明によれば、コギングトルクが低減され、振動
騒音の少ない永久磁石モータを提供することができ
る。。

【００４６】請求項２記載の発明によれば、永久磁石表
面積が大きくとれ、かつロータ表面の磁極中心部に磁束
が集中するため、より高いトルクが得られ、高効率の永
久磁石モータが提供できる。

【００４７】請求項３記載の発明によれば、ロータ外周
側に位置する永久磁石の表面積を大きくとり、ロータ表
面の磁極中心部に磁束が集中するため、より高いトルク
が得られ、高効率の永久磁石モータが提供できる。

【００４８】請求項４記載の発明によれば、高出力化が
可能であり、また、永久磁石用打ち抜き穴の形状に自由
度ができ、請求項１記載のθの値の選択の幅が広がる。

【００４９】請求項５記載の発明によれば、トルク脈動
が平均化され、コギングトルクが低減されるため、振動
騒音の少ない永久磁石モータを提供することができる。

【００５０】請求項６記載の発明によれば、より高いト
ルクが得られ、高効率の永久磁石モータが提供できる。

【００５１】請求項７記載の発明によれば、高出力化が
可能であり、また、永久磁石用打ち抜き穴の形状に自由
度ができ、請求項５記載のδの値の選択の幅が広がる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の一実施例における永久磁石モータを示
す断面図

【図２】永久磁石モータのロータを微小角度回転させた
ときの部分拡大断面図

【図３】永久磁石モータのコギングトルク波形と従来の
永久磁石モータのコギングトルク波形図

【図４】本発明の他の実施例における永久磁石モータを
示す断面図

【図５】本発明のさらに他の実施例における永久磁石モ
ータを示す断面図

【図６】本発明のさらに他の実施例における永久磁石モ
ータを示す断面図

【図７】本発明のさらに他の実施例における永久磁石モ
ータを示す部分拡大断面図

【図８】永久磁石モータのコギングトルク波形と従来の
永久磁石モータのコギングトルク波形図

【図９】従来の永久磁石モータを示す断面図

【図１０】従来の永久磁石モータを示す分解斜視図

【図１１】従来の永久磁石モータのロータを微小角度回
転させたときの部分拡大断面図

【符号の説明】

１ロータ３，４永久磁石用打ち抜き穴５，６永久磁石

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者本田幸夫大阪府門真市大字門真1006番地松下電器産業株式会社内 (72)発明者村上浩大阪府門真市大字門真1006番地松下電器産業株式会社内 (72)発明者角谷直之大阪府門真市大字門真1006番地松下電器産業株式会社内 (72)発明者横手静大阪府門真市大字門真1006番地松下電器産業株式会社内

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】複数個の永久磁石を有する永久磁石モータ
において、永久磁石がロータ内部に一極あたり半径方向
に二層以上に分割されて配置され、かつ、それぞれの極
において、ある層を基準とし、その層と他の層の永久磁
石用打ち抜き穴のロータ表面に面した部分の同一の側
が、それぞれ θ＝３６０／Ｎｓ×（ｎ＋ｉ／Ｎｍ）０＜θ＜３６０／（２Ｐ）（ただし、Ｎｓはステータスロット数、Ｎｍは一極あた
りの永久磁石の層数、Ｐは極数、ｉは１からＮｍ−１ま
での整数、ｎは任意の整数である。）で決定される角度
θだけずれた位置にあることを特徴とする永久磁石モー
タ。
【請求項２】永久磁石が内側に凸である円弧形状である
請求項１記載の永久磁石モータ。
【請求項３】それぞれの極において、ロータ外周側に位
置する永久磁石の円弧中心が、ロータ内周側に位置する
永久磁石の円弧中心よりロータ内周側にある請求項２記
載の永久磁石モータ。
【請求項４】永久磁石が希土類磁石である請求項１記載
の永久磁石モータ。
【請求項５】複数個の永久磁石を有する永久磁石モータ
において、永久磁石がロータ内部に一極あたり半径方向
に二層以上に分割されて配置され、かつ、ある極を基準
とし、その極と他の極の永久磁石用打ち抜き穴のロータ
表面に面した部分の同一の側が、相互の極間で、 δ＝３６０／Ｎｓ×（ｎ＋ｊ／Ｐ）３６０（ｋ／Ｎｓ−１／Ｐ）＜δ＜３６０（ｋ／Ｎｓ＋
１／Ｐ）（ただし、Ｎｓはステータスロット数、Ｐは極数、ｊは
１からＰ−１までの整数、ｋはｊに対して１体１に対応
して１からＰ−１までの間で選択される整数、ｎは任意
の整数である。）で決定された角度δだけずれた位置に
あることを特徴とする永久磁石モータ。
【請求項６】永久磁石が内側に凸である円弧形状である
請求項５記載の永久磁石モータ。
【請求項７】永久磁石が希土類磁石である請求項５記載
の永久磁石モータ。