JPH10322948A - 永久磁石埋込形回転子 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】 磁束の円滑な流れを維持することにより磁束
の損失とエネルギー損失を防止することにある。 【解決手段】 回転子内部に永久磁石を埋込む永久磁石
埋込形回転子であって、回転子鉄心６１の半径方向に対
して垂直な方向に一定の長さで相互に対称となる位置に
溝が形成される複数の第１永久磁石埋込部６３〜６６
と、前記複数の第１永久磁石埋込部６３〜６６の両端か
ら前記回転子の外周方向に当該第１永久磁石埋込部６３
〜６６に対して９０°以上の所定角度を有し、かつ、当
該回転子の外周方向に延長される部位の相互の間隔が前
記第１永久磁石埋込部間の端部の間隔より接近するよう
に溝が形成された第２永久磁石埋込部６７〜７４とを具
備して、前記第１永久磁石埋込部６３〜６６および第２
永久磁石埋込部の形成された回転子鉄心が積層されて、
当該第１永久磁石埋込部６３〜６６に第１永久磁石を埋
込み、第２永久磁石埋込部６７〜７４に第２永久磁石を
埋込む構成としたことを特徴とする。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は永久磁石埋込形回転
子に係り、より詳細には、回転子の内部に永久磁石を配
置する永久磁石埋込形回転子の構造を安定にするととも
に、電気的な効率を向上させる永久磁石埋込形回転子に
関する。

【０００２】

【従来の技術】従来から圧縮機等の駆動源としてのモー
タは回転力を得るための必須な電気装置で、多様なモー
タが研究開発されているが、これらのモータを応用、採
用している電気/電子装置が小型化及び軽量化がされる
ことにより、その装置全体の体積及び重さに比較して相
当の比重を占めるモータについても小型化及び軽量化の
研究が積極的に進められている。

【０００３】前記モータを構成する固定子に交流電圧を
印加して回転磁界を発生させて、その回転磁界により誘
導される電流の間に作用する電磁気力により回転力を得
る交流モータは、多様な家電製品に使用される一般的な
モータである。前記交流モータにおいては、回転子に流
れる電流のため当該回転子から発生する多様な電気的損
失があり、モータの回転子鉄心に電気通路であるコイル
を設置しなければならない工程上の問題点のため、モー
タの小型化が困難であった。

【０００４】また、正トルク特性を要求する機器におい
て、直流モータの要求が大幅に増加してそれに対する研
究及び開発が行われたが、直流モータに必須な装置であ
る整流子を設置してその整流子から発生する器械損失
(摩擦損失)を考慮する必要があり、整流子と回転軸の摩
擦によりモータの寿命が短縮された。

【０００５】したがって、整流子なしに回転子に永久磁
石を設置してトルクが得られるモータが研究開発され
た。このような代表的なものとして、整流子の代りに電
磁的に電流の流れの方向を変換して磁場の方向を切換さ
せて回転子に永久磁石を設置するブラシレスモータと、
固定子に各相の交流電圧を加えて回転子に永久磁石を設
置して回転子の永久磁石と固定子に設置された各相の捲
線に流れる通電電流を断続することにより発生する磁場
のリラクタンスの変化により回転子が回転するスイッチ
リラクタンスモータとが開発された。

【０００６】このようなブラシレスモータまたはスイッ
チリラクタンスモータは、高速で回転するため、これら
のモータに採択している回転子構造は、高速回転時に電
気的損失および振動せずに回転するように構成しなけれ
ばならない。

【０００７】現在まで一般に使用されている永久磁石形
回転子は、永久磁石外装形モータと永久磁石埋込形モー
タとに別けられる。

【０００８】図５は従来の永久磁石外装形の回転子の斜
視図である。

【０００９】図５に図示されるように、永久磁石外装形
は、薄い硅素鋼板になった回転子鉄心２を積層して一つ
の基体を形成する回転子３と、前記回転子３の外周面に
接着剤４にボンディング装着される円筒形状の永久磁石
５とからなる。未説明符号１は回転子３の中心に形成さ
れた回転軸(図示せず)が圧入されるための圧入ホ-ルで
ある。

【００１０】このような永久磁石外装形タイプの回転子
は、接着剤の経年変化により接着力の消失とともに、回
転子３と永久磁石５が分離されて故障が発生、または、
モータの高速回転時に永久磁石５と回転子３が受ける円
心力差により永久磁石５が回転子３から分離される現象
が発生する。

【００１１】したがって、高速回転用モータでは図６に
示すような永久磁石埋込形を主に使用するようになる。

【００１２】図６は従来の永久磁石埋込形タイプの回転
子の横断面図、図７は従来の図６に図示された埋込溝に
埋込められる永久磁石の斜視図である。

【００１３】図６に図示されるように、永久磁石埋込形
回転子は回転子鉄心２の中心から半径方向に対して直角
な方向に一定の長さの直線部溝２１が２対、形成されて
いる。

【００１４】このような直線部溝２１は、回転子鉄心２
が積層される時に回転軸の長手方向に溝を形成して形成
されるようになり、前記回転子鉄心２の溝では図７に図
示される永久磁石７を挿入して磁場を発生させる。

【００１５】しかし、このような回転子構造は、各々の
直線部溝２１の長手方向の端部２２では他の部位より著
しく大きい応力が作用するようになって損傷されるおそ
れがあり、このような不均一な応力分布はモータの高速
回転時に振動および回転子破損の原因になる。

【００１６】前記のような問題点を改善するための方法
として特開平５-２３６６８５号公報が開示されてい
る。前記特開平５-２３６６８５号公報は、前記永久磁
石埋込形回転子の応力分布を均一化するために、回転子
の半径方向に対して直角方向に一定の長さを持つ磁石埋
込用溝部の端を回転子の半径方向に一定の長さに延長し
て端部の形状を変更することにより、回転子に作用する
集中応力を分散させて均一な応力分布が得られるように
するものである。

【００１７】図８は従来の半径方向に延長された溝部を
持つ永久磁石埋込形回転子の鉄心の平面図である。図８
に図示されるように、永久磁石埋込形回転子６の回転子
鉄心２には、その鉄心２の半径方向に対して直角方向に
一定の長さを持つ磁石埋込用直線部溝２１が２対、形成
されている。前記直線部溝２１の両端には回転子鉄心２
の半径方向に一定の長さに外周縁方向(回転子の円周方
向)に延長された延長部溝４２が形成されている。

【００１８】このように形成された延長部溝４２が回転
子鉄心２に配置されることにより応力分布が均一にな
り、その応力分布はモータの振動を防止するようにな
る。

【００１９】図９は従来のモータにおける磁束分布図で
ある。

【００２０】固定子５１に捲線されたコイルに通電され
ることにより励磁される磁束は、回転子６と固定子５１
との間の空隙を経由して回転子６に流れるようになる
が、回転子６の延長部溝４２の空隙により磁束の磁路が
歪曲されることにより磁気抵抗が増加するようになる。
また、回転子６の永久磁石から発生した磁束線が空隙に
向くことなく回転子６内部で循環するようになる磁束
(漏洩磁束)が多数発生するようになる。

【００２１】図１０は図６に示した従来の永久磁石埋込
形タイプの回転子のトルクを測定したグラフである。

【００２２】図示のように、モータの回転方向に対する
機械角(器械角)を基準とする時、トルクの最大値と最低
値の差がはげしく、最大値と最低値との間に振動を誘発
するリプルが急激に形成されて機械的振動及び騒音が発
生して、単位積層当りの平均トルクが約３kg-cmであ
る。

【００２３】

【発明が解決しようとする課題】しかし、従来の永久磁
石埋込形タイプの回転子は、鉄心の延長部溝の配置は応
力分布を均一にすることができるが磁束の流れに対して
直角方向に空隙が形成されるため、磁束が損失されてエ
ネルギーが非効率的に使用される問題点があった。

【００２４】また、回転子の永久磁石から発生した磁束
線が空隙を向くことなく回転子内部で循環するようにな
る磁束(漏洩磁束)が多数発生する問題点があった。

【００２５】したがって、本発明は、このような従来の
課題に鑑みてなされたものであり、その目的は、延長部
溝を磁束の流れ方向と一致するように形成して磁束の円
滑な流れを維持することにより磁束損失を防止して、ま
た、エネルギー損失を防止する永久磁石埋込形回転子を
提供することにある。

【００２６】

【課題を解決するための手段】上記目的を達成するため
に、請求項１記載の第１の発明は、回転子内部に永久磁
石を埋込む永久磁石埋込形回転子であって、回転子鉄心
の半径方向に対して垂直な方向に一定の長さで相互に対
称となる位置に溝が形成される複数の第１永久磁石埋込
部と、前記複数の第１永久磁石埋込部の両端から前記回
転子の外周方向に当該第１永久磁石埋込部に対して９０
°以上の所定角度を有し、かつ、当該回転子の外周方向
に延長される部位の相互の間隔が前記第１永久磁石埋込
部間の端部の間隔より接近するように溝が形成された第
２永久磁石埋込部とを具備して、前記第１永久磁石埋込
部および第２永久磁石埋込部の形成された回転子鉄心が
積層されて、当該第１永久磁石埋込部に第１永久磁石を
埋込み、第２永久磁石埋込部に第２永久磁石を埋込む構
成としたことを要旨とする。従って、延長部溝を磁束の
流れ方向と一致するように形成して磁束の円滑な流れを
維持することにより磁束損失を防止して、また、エネル
ギー損失を防止する。

【００２７】請求項２記載の第２の発明は、好ましく
は、前記第１永久磁石埋込部と第２永久磁石埋込部とが
なす所定角度は１２０°〜１７０°であることを要旨と
する。

【００２８】

【発明の実施の形態】以下、添附図面を参照して本発明
による好ましい実施の形態について詳細に説明する。

【００２９】本願発明の特徴は、回転子鉄心の半径方向
に対して垂直な方向に一定の長さで相互に対称となる位
置に溝が形成される２対の第１永久磁石埋込部と、前記
２対の第１永久磁石埋込部の両端から前記回転子の外周
方向に当該第１永久磁石埋込部に対して、かつ、当該回
転子の外周方向に延長される部位の相互の間隔が前記第
１永久磁石埋込部間の端部の間隔より接近するように溝
が形成された第２永久磁石埋込部とを具備して、前記第
１永久磁石埋込部および第２永久磁石埋込部の形成され
た回転鉄心が積層されて、当該第１永久磁石埋込部に第
１永久磁石を埋込み、第２永久磁石埋込部に第２永久磁
石を埋込む構成としたものである。

【００３０】図１は本発明の一実施の形態に使用される
回転子鉄心の平面図、図２は図１の永久磁石埋込部に永
久磁石を埋込した状態を示す回転子の横断面図である。

【００３１】図示のように、回転子３０の回転子鉄心６
１には中心に回転軸が圧入される回転軸圧入ホール６２
が形成されて、回転子鉄心６１の半径方向に対して垂直
方向に一定の長さの第１永久磁石７６が埋込められる第
１永久磁石埋込部６３、６４、６５、６６が形成されて
いる。前記第１永久磁石埋込部６３〜６６は金型により
回転子鉄心６１から穿孔されて溝が形成される。

【００３２】また、第１永久磁石埋込部６３、６４、６
５、６６の両端には第２永久磁石７７が埋込められる第
２永久磁石埋込部６７〜７４が形成されている。ここ
で、例えば、第１永久磁石埋込部６６に対して第２永久
磁石埋込部７４は９０°以上の所定角度の位置に配置さ
れている。同様に、他の第２永久磁石埋込部６７〜７３
も他の第１永久磁石埋込部６３〜６５と所定角度を有す
るように傾けられて配置されている。前記所定角度であ
る傾斜角θは磁束線の円滑な流れのため１２０°〜１７
０°が好ましい。その理由は、傾斜角θが１２０°以下
である時には、その効果、後述する効率が良好であり、
均一な磁束分布により振動を抑制し、また、同一磁気量
でも高トルクが得られエネルギーを効率的に使用できる
という本願発明の効果を達成するか否かが微妙である。
一方、傾斜角θが１７０°以上である時には図６に示し
たように従来技術と同一な形状となるので、本願発明の
効果を達成するのが困難なためである。前記第２永久磁
石埋込部６７〜７４は金型により回転子鉄心６１から穿
孔されて溝が形成される。

【００３３】前記のように第１永久磁石埋込部６３〜６
６および第２永久磁石埋込部６７〜７４を配置すると隣
接する第２永久磁石埋込部６７と第２永久磁石埋込部７
４とは、外周縁（回転子３０の円周面）に近づくに従っ
て接近する。即ち、第１永久磁石埋込部６３から延長さ
れる第２永久磁石埋込部６７と第１永久磁石埋込部６６
から延長される第２永久磁石埋込部７４とは回転子３０
の外周縁（回転子３０の円周面）に近づくに従って第２
永久磁石埋込部６８、６９間の間隔が第１永久磁石埋込
部６３と第１永久磁石埋込部６６との端部の間隔より小
さくなり接近する。

【００３４】この時、第１永久磁石埋込部６３〜６６と
第２永久磁石埋込部６７〜７４の連結部７５は、第１永
久磁石埋込部６３〜６６及び第２永久磁石埋込部６７〜
７４の幅より狭く形成されて、図２のように第１及び第
２永久磁石埋込部６５、７２に第１及び第２永久磁石７
６、７７が埋込められる時の遊動を防止する。未説明符
号７８は回転子鉄心６１を積層するためのリベット接合
部または各々の鉄心を固定、締結させて一つの鉄心を形
成するための締結孔と締結孔に挿入されたボルトを示
す。前記第１永久磁石埋込部６３〜６６および第２永久
磁石埋込部６７〜７４の形成された回転子鉄心６１が積
層されて、当該第１永久磁石埋込部６３〜６６に第１永
久磁石を埋込み、第２永久磁石埋込部６７〜７４に第２
永久磁石を埋込むことにより回転子が製造される。

【００３５】図３は本発明の固定子と回転子を通過する
磁束分布図である。

【００３６】固定子５１の固定子捲線の各相に電流が通
電されると回転子３０は、固定子５１捲線から発生した
磁束線と回転子３０と第１及び第２永久磁石７６、７７
から発生した磁束線との経路を円滑にするため回転する
ようになる。

【００３７】この時、本発明のモータにおいて磁束の流
れは空隙により歪曲されなかった最小経路を維持して、
第１、第２永久磁石埋込部６５、７２に埋込められた第
１及び第２永久磁石７６、７７による磁束線が重畳され
てより大きい磁束密度を形成するようになる。即ち、図
９に示した従来の磁束線分布図の延長溝部の磁束線の間
隔に比べて、本願発明の磁束線の間隔が短くなる。ま
た、永久磁石の末端部に隣接する永久磁石の磁束線が交
差するようになる、いわゆる無効磁束を減少させて有効
率を上昇させて同一磁気量でより大きいトルクを発生さ
せる。

【００３８】図４は本発明の一実施の形態に対するトル
クを測定したグラフである。

【００３９】従来は、モータの回転方向に対する機械角
(器械角)を基準とする時、トルクの最大値と最低値との
差が著しく、最大値と最低値との間に振動を誘発するリ
プルが急激に形成されて、機械的振動及び騒音が発生し
た。また、単位積層当りの平均トルクが約３kg-cmであ
った。

【００４０】しかし、従来と同一な消費電力及び磁気量
で測定された本発明の一実施の形態によるトルクは図４
に図示されるように、リプル形成が著しく減少されて、
最大値と最低値との差も小さくなるため、振動と騒音が
減少される。

【００４１】また、単位積層当りの平均トルクが約７kg
-cm程度に達して、従来の平均トルクに比して２倍以上
のトルクが得られる。したがって、少ない消費電力でも
高出力が得られることになる。

【００４２】

【発明の効果】以上説明したように、本発明の永久磁石
埋込形回転子は、磁束の円滑な流れを形成して一定の電
圧を印加する場合に、他の構造の回転子より効率が良好
であり、均一な磁束分布により振動を抑制する効果があ
る。また、同一磁気量でも高トルクが得られエネルギー
を効率的に使用できる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の一実施の形態で使用される回転子鉄心
の平面図である。

【図２】図１の永久磁石埋込部に永久磁石を埋込んだ状
態の回転子の横断面図である。

【図３】本発明の固定子と回転子を通過する磁束分布図
である。

【図４】本発明の一実施の形態に対するトルクを測定し
たグラフである。

【図５】従来の永久磁石外装形タイプの回転子の斜視図
である。

【図６】従来の永久磁石埋込形タイプの回転子の横断面
図である。

【図７】図６に図示された埋込溝に埋込められる永久磁
石の斜視図である。

【図８】従来の半径方向に延長された溝部を持つ埋込形
回転子の鉄心の平面図である。

【図９】従来のモータにおいての磁束分布図である。

【図１０】図６に図示された従来の永久磁石埋込形タイ
プの回転子のトルクを測定したグラフである。

【符号の説明】 ３０ 回転子 ５１ 固定子 ６１ 回転子鉄心 ６２ 回転軸圧入ホ-ル ６３、６４、６５、６６ 第１永久磁石埋込部 ６７〜７４ 第２永久磁石埋込部 ７５ 連結部 ７６ 第１永久磁石 ７７ 第２永久磁石

Claims (2)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 回転子内部に永久磁石を埋込む永久磁石
   埋込形回転子であって、 回転子鉄心の半径方向に対して垂直な方向に一定の長さ
   で相互に対称となる位置に溝が形成される複数の第１永
   久磁石埋込部と、 前記複数の第１永久磁石埋込部の両端から前記回転子の
   外周方向に当該第１永久磁石埋込部に対して９０°以上
   の所定角度を有し、かつ、当該回転子の外周方向に延長
   される部位の相互の間隔が前記第１永久磁石埋込部間の
   端部の間隔より接近するように溝が形成された第２永久
   磁石埋込部とを具備して、 前記第１永久磁石埋込部および第２永久磁石埋込部の形
   成された回転子鉄心が積層されて、当該第１永久磁石埋
   込部に第１永久磁石を埋込み、第２永久磁石埋込部に第
   ２永久磁石を埋込む構成としたことを特徴とする永久磁
   石埋込形回転子。
2. 【請求項２】 前記所定角度は、１２０°〜１７０°で
   あることを特徴とする請求項１記載の永久磁石埋込形回
   転子。