JPH11113198A

JPH11113198A - 永久磁石電動機

Info

Publication number: JPH11113198A
Application number: JP9289101A
Authority: JP
Inventors: Kenji Narita; 憲治成田; Takashi Suzuki; 孝史鈴木; Hiroyuki Okudera; 浩之奥寺; Yuji Kawai; 裕司河合; Yuji Soma; 裕治相馬; Koji Kasai; 宏治河西; Yoshifumi Fukuda; 好史福田
Original assignee: Fujitsu General Ltd
Current assignee: Fujitsu General Ltd
Priority date: 1997-10-06
Filing date: 1997-10-06
Publication date: 1999-04-23

Abstract

(57)【要約】【課題】永久磁石電動機において、リラクタンストル
クおよび磁束密度の選択幅を広くし、しかも低コスト化
を可能とし、適応的モータを得る。【解決手段】インナーロータ型の永久磁石電動機にお
いて、極数に合わせて前記ロータコアに永久磁石を埋設
するが、各磁極を希土類磁石の永久磁石１１とフェライ
ト磁石の永久磁石１２ａ，１２ｂとで構成している。永
久磁石１１は希土類磁石の断面長方形で、コア外径に沿
って円周方向に極数に相当する数だけ配置されている。
永久磁石１２ａ，１２ｂはフェライト磁石の断面長方形
（厚めの板状）で、永久磁石１１による磁極の境界沿っ
てに配置されている。この永久磁石１１および永久磁石
１２ａ，１２ｂによって各磁極を構成し、磁路の磁気抵
抗を小さくし、ｄ軸インダクタンスと比べてｑ軸インダ
クタンスを大きくする。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】この発明はコンプレッサ等に
用いるインナーロータ型の永久磁石電動機に係り、特に
詳しくは適応的なモータを得ることができるロータ構成
の永久磁石電動機に関するものである。

【０００２】

【従来の技術】この種の永久磁石電動機のインナーロー
タ構成はロータコアに永久磁石を埋設しており、例えば
図５や図６に示すものが提案されている。図５に示すよ
うに、２４スロットのステータコア１内のロータコア２
には、当該永久磁石電動機の極数（例えば４極）分だけ
板状の永久磁石３が外径に沿って円周方向に配置され、
かつそれら隣接する永久磁石３の間に磁束の短絡、漏洩
を防止するためのフラックスバリア４が形成されてい
る。なお、５は中心孔（シャフト用の孔）である。

【０００３】ここで、永久磁石３による空隙部（ステー
タコア１の歯と永久磁石３との間）の磁束分布が正弦波
状になっているものとすると、永久磁石電動機のトルク
ＴはＴ＝Ｐｎ｛Φａ・Ｉａ・ｃｏｓβ−０．５（Ｌｄ−Ｌ
ｑ）・Ｉ^２・ｓｉｎ２β｝で表される。なお、Ｔは出力トルク、Φａはｄ，ｑ座標
軸上の永久磁石による電機子鎖交磁束、Ｌｄ，Ｌｑは
ｄ，ｑ軸インダクタンス、Ｉａはｄ，ｑ座標軸上の電機
子電流の振幅、βはｄ，ｑ座標軸上の電機子電流のｑ軸
からの進み角、Ｐｎは極対数である。

【０００４】前記数式において、第１項は永久磁石３に
よるマグネットトルクであり、第２の２項はｄ軸インダ
クタンスとｇ軸インダクタンスとの差によって生じるリ
ラクタンストルクである。詳しくは、Ｔ．ＩＥＥＪａ
ｐａｎ，Ｖｏｌ．１１７―Ｄ，Ｎｏ７，１９９７の論文
を参照されたい。また、図６に示すロータコア２は図５
に示す永久磁石３と異なる形状の永久磁石６を有する構
成になっているが、前記数式の適用は明かである。

【０００５】ところで、永久磁石３，６の代表的なもの
としては、安価なフェイライト磁石や高価な希土類磁石
がある。フェライト磁石を用いた場合、成形の容易性に
より種々形状の永久磁石を得ることが可能であるが、磁
束密度が小さいため、ロータコアの小型化が難しい。こ
れに対して、希土類磁石を用いた場合、磁束密度が大き
いため、ロータコアの小型化が容易であるが、成形の困
難性により永久磁石の形状が限られる。したがって、モ
ータの用途やコストを考慮して、フェライト磁石あるい
は希土類磁石の何れか一方を選択していた。

【０００６】

【発明が解決しようとする課題】しかしながら、前記永
久磁石電動機においては、図５および図６に示すよう
に、磁極（４極）を構成する永久磁石に一種類（例えば
希土類磁石あるいはフェライト磁石の一方）のみを使用
いるために、以下の欠点があった。

【０００７】例えば、フェライト磁石のみで磁極の永久
磁石を構成する場合、磁束密度を上げるためにはどうし
ても磁石量を多くしなければならず（着磁幅を大きくし
なければならず）、結果ロータコアの大半を占めること
になり、ｑ軸インダクタンスが小さく、ｑ軸とｄ軸イン
ダクタンスの差（リラクタンストルクのパラメータ；前
記式参照）が小さくなり、十分なリラクタンストルクが
得られない。また、希土類磁石のみで磁極の永久磁石を
構成する場合、磁束密度が高いために、フェライト磁石
の場合のようにロータコアの大半を占めることはない
が、磁束密度が高過ぎてしまう場合があり、また前述し
たように高価であることから、モータのコストが高くな
ってしまう。このように、所望のリラクタンストルクお
よび磁束密度のものを得ることが難しく、つまり選択幅
が狭く、また見合った低コストのものを得ることが難し
く、ひいては適応的モータを得ることが困難である。

【０００８】この発明は前記課題に鑑みなされたもので
あり、その目的はリラクタンストルクおよび磁束密度の
選択幅を広げ、かつ低コスト化を図ることができ、適応
的モータが得られるようにした永久磁石電動機を提供す
ることにある。

【０００９】

【課題を解決するための手段】前記目的を達成するため
に、この発明はロータコアを内部に有する永久磁石電動
機において、前記ロータコアに収納する永久磁石を磁極
毎に３つ以上で構成し、かつ該３つの永久磁石のうち１
つをコア外径に沿って円周方向に配置しており、該コア
外径に沿って円周方向に配置した永久磁石と残りの２つ
の永久磁石とを異なる磁石材料で構成したことを特徴と
している。

【００１０】この発明はステータコア内に磁石埋込型界
磁鉄心（ロータコア）を配置してなる永久磁石電動機に
おいて、前記永久磁石電動機の界磁の磁極を構成する磁
石はコア外径に沿って円周方向に極数に相当する数だけ
配置される永久磁石と、該永久磁石による磁極の境界に
沿って配置される２つの永久磁石とからなり、該２つの
永久磁石と前記コア外径に沿って円周方向に配置される
永久磁石とを異なる材料で構成したことを特徴としてい
る。

【００１１】この発明はステータコア内に磁石埋込型界
磁鉄心（ロータコア）を配置してなる永久磁石電動機に
おいて、前記永久磁石電動機の界磁の磁極を構成する磁
石はコア外径に沿って円周方向に極数に相当する数だけ
配置される永久磁石と、該永久磁石による磁極の境界に
沿って所定角度で配置される２つの永久磁石とからな
り、該２つの永久磁石と前記コア内径に沿って円周方向
に配置される永久磁石とを異なる材料で構成したことを
特徴としている。

【００１２】この場合、前記コア外径に沿って円周方向
に配置される永久磁石は希土類磁石で断面長方形に構成
し、かつ該永久磁石の両端部側にフラックスバリア用の
孔を形成し、前記磁極の境界に沿って配置される２つの
永久磁石はフェライト磁石で断面長方形に構成し、該２
つの永久磁石のコア内径側端部の間にフラックスバリア
用の孔を形成するとよい。また、前記コア外径に沿って
円周方向に配置される永久磁石は希土類磁石で断面長方
形に構成し、かつ該永久磁石の両端部側にフラックスバ
リア用の孔を形成し、前記磁極の境界に沿って所定角度
で配置される２つの永久磁石はフェライト磁石で断面長
方形に構成するよい。

【００１３】さらに、電磁鋼板を打ち抜いて金型内で自
動積層して前記永久磁石を埋設する際、少なくとも前記
永久磁石の形状孔を予め形成するとよい。さらにまた、
前記コアをロータコアとして組み込んでＤＣブラシレス
モータとするとよい。

【００１４】

【発明の実施の形態】以下、この発明の実施の形態を図
１ないし図４を参照して詳しく説明する。この発明の永
久磁石電動機は、各磁極の永久磁石を複数で、かつ異な
る材料で構成すれば、種々のリラクタンストルクおよび
磁束密度のものを選択することができ、かつ低コスト化
が可能となり、しかもモータの回転に支障を来さないこ
とに着目したものである。

【００１５】そのため、図１および図２に示すように、
この永久磁石電動機のロータコア１０は、各磁極を希土
類磁石の永久磁石１１と２つのフェライト磁石の永久磁
石１２ａ，１２ｂと有している。永久磁石１１は断面長
方形をなしてコア外径に沿って円周方向に極数（例えば
４極）に相当する数だけ配置され、永久磁石１２ａ，１
２ｂは断面長方形をなして永久磁石１１による磁極の境
界に沿ってコア内径から外径方向に配置されている。し
たがって、各磁極は永久磁石１１と永久磁石１２，１２
の３つで構成される。また、永久磁石１１の両端部側に
は磁束の短絡、漏洩を防止するためにフラックスバリア
用の孔１３が設けられ、同じ理由により永久磁石１２
ａ，１２ｂのコア内径側端部の間にはフラックスバリア
用の孔１４が設けられている。なお、１５はシャフト用
の中心孔（コア内径）で、１６はステータコアである。

【００１６】図３を参照してリラクタンストルクおよび
磁束密度について説明する。なお、図中、波線矢印の曲
線は磁束、実線矢印の曲線は磁路を表している。この場
合、各磁極毎に希土類磁石の永久磁石１１と、磁極の境
界に沿ってフェライト磁石の永久磁石１２ａ，１２ｂと
を配置していることから、例えば全てフェライト磁石で
構成した場合と比べると、磁路の磁気抵抗が小さくな
る。したがって、ｄ軸インダクタンスに比べてｑ軸イン
ダクタンスが大きくとれ、ｑ軸とｄ軸インダクタンスの
差（リラクタンストルクのパラメータ）が大きくなり、
リラクタンストルクが大きくなる。

【００１７】また、全てを希土類磁石で構成した場合と
比べて、磁束量は減少し、つまりフェライト磁石と希土
類磁石の併用により磁束密度が抑えられる。したがっ
て、全てを希土類磁石で構成した場合には磁束密度が高
過ぎてしまうが、この発明によれば適切な磁束密度を選
択することができる。しかも、例えば全てフェライト磁
石で構成する場合、必要とする磁束密度を得ようとする
と、永久磁石の厚さ（着磁幅）が製造上の限界を越える
こともあるが、フェライト磁石と希土類磁石とを併用す
ることにより磁束密度を調整することができ、つまり着
磁幅以外の方法で所望の磁束密度を容易に得ることがで
きる。なお、永久磁石１１の両端部側および永久磁石１
２ａ，１２ｂとの間にはフラックスバリア用の孔１３，
１４を設け、磁束の短絡、漏洩を防止していることか
ら、永久磁石１１，１２ａ，１２ｂによる磁束誤差が小
さく、つまり必要とする磁束密度をより容易に得ること
ができる。

【００１８】このように、異なる磁石を材料とし、例え
ば希土類磁石とフェライト磁石を併用し、また希土類磁
石の永久磁石１１によって磁束密度を上げ、あるいは磁
束密度を下げ、フェライト磁石の永久磁石１２ａ，１２
ｂによって磁束密度を微妙に調整すれば、最適な磁束密
度を容易に得ることができる。また、安価なフェライト
磁石を併用することにより、希土類磁石の使用量が抑え
られ、例えば磁極を全て希土類磁石で構成した場合と比
較して安価に済ませることができ、低コスト化を図るこ
とができる。さらにまた、前述した理由により、リラク
タンストルクおよび磁束密度の選択幅（自由度）を広げ
ることができ、ひいては適応的モータを容易に得ること
ができ、しかも低コストのモータを得ることができる。

【００１９】図２に示すように、ロータコア１０にあっ
ては、電磁鋼板をプレスで打ち抜いて金型内で自動積層
して得、永久磁石１１，１２ａ，１２ｂを埋設して着磁
するが、そのプレスの際に予め少なくとも永久磁石１
１，１２ａ，１２ｂの形状孔を形成しておく、また同時
にフラックスバリア用の孔１３，１４も形成するとよ
い。したがって、従来の製造工程と変わらず、つまりコ
スト的には従来と変わらず、コストアップにならずに済
む。また、前述により形成されるロータコアを組み込ん
でＤＣブラシレスモータとし、空気調和機の圧縮機モー
タ等として利用すれば、コストをアップすることなく、
空気調和機の性能アップ（運転効率の上昇、振動や騒音
の低下）が図れる。

【００２０】なお、少なくとも永久磁石１１の形状孔お
よびフラックスバリア用の孔１３は一体的、つまり連結
した孔にしてもよい。また、永久磁石１２ａ，１２ｂの
コア外径側の箇所が遠心力に耐えられるように十分な強
度をもたせる。さらに、ステータコア１６は図５および
図６と同様でよいことから、その説明を省略する。

【００２１】図４は前記実施の形態の変形例である。な
お、図中、図３と同一部分には同一符号を付して重複説
明を省略する。この永久磁石電動機のロータコア１０
は、前記実施の形態の永久磁石１２ａ，１２ｂに代え、
フェライト磁石で断面長方形の永久磁石１７ａ，１７ｂ
を磁極の境界に沿って所定角度で配置し、つまり内側に
傾けた形（ハの字）に配置している。なお、永久磁石１
１は前実施の形態と同じ構成とし、かつフラックスバリ
ア用の孔１３も同じ構成としている。したがって、各磁
極は永久磁石１１および永久磁石１７ａ，１７ｂの３つ
で構成される。

【００２２】この場合、磁束密度については前実施例と
ほぼ同じであり、またコアの磁石占有率が上がることも
なく、かつ永久磁石１１，１７ａ，１７ｂの配置からし
て磁路の磁気抵抗が大きくならず（小さく）、ｄ軸イン
ダクタンスに比べてｑ軸インダクタンスが大きくとれ、
ｑ軸とｄ軸インダクタンスとの差が大きくなり、リラク
タンストルクが大きくなる。また、永久磁石１７ａ，１
７ｂをハの字に配置することにより、永久磁石１７ａ，
１７ｂの端部とコア外径との間の箇所が遠心力に十分に
耐えるようになる。すなわち、その箇所にかかる負担が
軽くなるからである。なお、永久磁石１７ａ，１７ｂの
端部側の間には、図３と同様のフラックスバリア用の孔
を形成してもよい。

【００２３】このように、フェライト磁石と希土類磁石
とを種々組み合わせることにより、前実施の形態と同様
に、リラクタンストルクおよび磁束密度の選択度（自由
度）を広げることができ、コスト低下を図ることがで
き、また他の効果も同様に奏する。なお、前記２つの実
施の形態では、永久磁石１１を希土類磁石で構成、永久
磁石１２ａ，１２ｂ，１７ａ，１７ｂをフェライト磁石
で構成しているが、その逆としてもよい。この場合、前
記実施の形態と同様の磁束密度を得るには、フェライト
磁石で構成する永久磁石１１の着磁幅を大きくし、希土
類磁石で構成する永久磁石１２ａ，１２ｂ，１７ａ，１
７ｂの着磁幅を小さくする。

【００２４】

【発明の効果】以上説明したように、この永久磁石電動
機の請求項１記載の発明によると、ロータコアを内部に
有する永久磁石電動機において、前記ロータコアに収納
する永久磁石を磁極毎に３つ以上で構成し、かつこの３
つの永久磁石のうち１つをコア外径に沿って円周方向に
配置しており、このコア外径に沿って円周方向に配置し
た永久磁石と残りの２つの永久磁石とを異なる磁石材料
で構成したので、例えば希土類磁石とフェライト磁石と
を併用することにより、所望の磁束密度が得易く、かつ
各磁極を構成する磁石の配置により、磁路の磁気抵抗を
小さくすることが可能とな。つまり、リラクタンストル
クおよび磁束密度の選択幅を広げることができるととも
に、磁束密度の低い磁石材料（例えばフェライト磁石）
を併用することで、低コスト化を図ることができ、これ
らから適応的モータを容易に得ることができるという効
果がある。

【００２５】請求項２記載の発明によると、ステータコ
ア内に磁石埋込型界磁鉄心（ロータコア）を配置してな
る永久磁石電動機において、前記永久磁石電動機の界磁
の磁極を構成する磁石はコア外径に沿って円周方向に極
数に相当する数だけ配置される永久磁石と、この永久磁
石による磁極の境界に沿って配置される２つの永久磁石
とからなり、この２つの永久磁石と前記コア外径に沿っ
て円周方向に配置される永久磁石とを異なる材料で構成
したので、各磁極においてコア外径側の永久磁石と磁極
の境界の２つの永久磁石との間における磁路の磁気抵抗
が小さくなり、ｄ軸インダクタンスに比べてｑ軸インダ
クタンスが大きく、ｑ軸とｄ軸インダクタンスの差を大
きくすることができ、つまりリラクタンストルクを大き
くすることができる。また、例えば希土類磁石とフェラ
イト磁石との併用によって磁束密度を調節して適切な磁
束密度を得ることができるほか所望の磁束密度が得易
く、つまりリラクタンストルクおよび磁束密度の選択幅
を広げることができ、しかも安価なフェライト磁石を併
用することで、低コスト化を図ることができ、ひいては
適応的モータを得ることができるという効果がある。

【００２６】請求項３記載の発明によると、ステータコ
ア内に磁石埋込型界磁鉄心（ロータコア）を配置してな
る永久磁石電動機において、前記永久磁石電動機の界磁
の磁極を構成する磁石はコア外径に沿って円周方向に極
数に相当する数だけ配置される永久磁石と、この永久磁
石による磁極の境界に沿って所定角度で配置される２つ
の永久磁石とからなり、この２つの永久磁石と前記コア
内径に沿って円周方向に配置される永久磁石とを異なる
材料で構成したので、請求項２と同様の効果を奏する
が、磁路の磁気抵抗が多少異なり、つまりリラクタンス
トルクを多少違ったものにすることができ、また磁極の
境界に沿って所定角度で配置される永久磁石の端部とコ
ア外径との間の箇所が遠心力に十分耐え得るようになる
という効果がある。

【００２７】請求項４記載の発明によると、請求項２に
おけるコア外径に沿って円周方向に配置される永久磁石
は希土類磁石で断面長方形に構成し、かつこの永久磁石
の両端部側にフラックスバリア用の孔を形成し、前記磁
極の境界に沿って配置される２つの永久磁石はフェライ
ト磁石で断面長方形に構成し、この２つの永久磁石のコ
ア内径側端部の間にフラックスバリア用の孔を形成した
ので、請求項２の効果に加え、希土類磁石およびフェラ
イト磁石が入手し易いことから、ロータ構成を容易に実
現することができるという効果があり、またフラックス
バリアによって磁束密度の漏洩を適切に防止することが
でき、つまり各永久磁石の磁束誤差が小さくなるという
効果がある。

【００２８】請求項５記載の発明によると、請求項３に
おけるコア外径に沿って円周方向に配置される永久磁石
は希土類磁石で断面長方形に構成し、かつこの永久磁石
の両端部側にフラックスバリア用の孔を形成し、前記磁
極の境界に沿って所定角度で配置される２つの永久磁石
はフェライト磁石で断面長方形に構成したので、請求項
３の効果に加え、希土類磁石およびフェライト磁石が入
手し易いことから、ロータ構成を容易に実現することが
できるという効果があり、またフラックスバリアによっ
て磁束密度の漏洩を適切に防止することができ、つまり
永久磁石（希土類磁石）の磁束誤差が小さくなるという
効果がある。

【００２９】請求項６記載の発明によると、請求項１，
２，３，４または５において電磁鋼板を打ち抜いて金型
内で自動積層して前記永久磁石を埋設する際、少なくと
も前記永久磁石の形状孔を予め形成したので、請求項
１，２，３，４または５の効果に加え、製造に当たって
は従来の製造工程と変わらず、コストアップにならずに
済むという効果がある。

【００３０】請求項７記載の発明によると、請求項１，
２，３，４，５または６においてコアをロータコアとし
て組み込んでＤＣブラシレスモータとしたので、請求項
１，２，３，４，５または６の効果に加え、そのＤＣブ
ラシレスモータを空気調和機の圧縮機モータとして利用
すれば、コストをアップすることなく、空気調和機の性
能アップが図れるという効果がある。

【図面の簡単な説明】

【図１】この発明の実施の一形態を示す永久磁石電動機
の概略的平面図。

【図２】図１に示す永久磁石電動機のロータの概略的縦
断面図。

【図３】図１に示す永久磁石電動機のロータの概略的拡
大平面図。

【図４】図１に示す永久磁石電動機のロータの変形例を
説明するための概略的平面図。

【図５】従来の永久磁石電動機の概略的平面図。

【図６】従来の永久磁石電動機の概略的平面図。

【符号の説明】

１０ロータコア（磁石埋込型界磁鉄心）１１永久磁石（希土類磁石）１２ａ，１２ｂ，１７ａ，１７ｂ永久磁石（フェライ
ト磁石）１３，１４孔（フラックスバリア用）１５中心孔（シャフト用）１６ステータコア

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者河合裕司神奈川県川崎市高津区末長1116番地株式会社富士通ゼネラル内 (72)発明者相馬裕治神奈川県川崎市高津区末長1116番地株式会社富士通ゼネラル内 (72)発明者河西宏治神奈川県川崎市高津区末長1116番地株式会社富士通ゼネラル内 (72)発明者福田好史神奈川県川崎市高津区末長1116番地株式会社富士通ゼネラル内

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】ロータコアを内部に有する永久磁石電動
機において、前記ロータコアに収納する永久磁石を磁極
毎に３つ以上で構成し、かつ該３つの永久磁石のうち１
つをコア外径に沿って円周方向に配置しており、該コア
外径に沿って円周方向に配置した永久磁石と残りの２つ
の永久磁石とを異なる磁石材料で構成したことを特徴と
する永久磁石電動機。
【請求項２】ステータコア内に磁石埋込型界磁鉄心
（ロータコア）を配置してなる永久磁石電動機におい
て、前記永久磁石電動機の界磁の磁極を構成する磁石は
コア外径に沿って円周方向に極数に相当する数だけ配置
される永久磁石と、該永久磁石による磁極の境界に沿っ
て配置される２つの永久磁石とからなり、該２つの永久
磁石と前記コア外径に沿って円周方向に配置される永久
磁石とを異なる材料で構成したことを特徴とする永久磁
石電動機。
【請求項３】ステータコア内に磁石埋込型界磁鉄心
（ロータコア）を配置してなる永久磁石電動機におい
て、前記永久磁石電動機の界磁の磁極を構成する磁石は
コア外径に沿って円周方向に極数に相当する数だけ配置
される永久磁石と、該永久磁石による磁極の境界に沿っ
て所定角度で配置される２つの永久磁石とからなり、該
２つの永久磁石と前記コア内径に沿って円周方向に配置
される永久磁石とを異なる材料で構成したことを特徴と
する永久磁石電動機。
【請求項４】前記コア外径に沿って円周方向に配置さ
れる永久磁石は希土類磁石で断面長方形に構成し、かつ
該永久磁石の両端部側にフラックスバリア用の孔を形成
し、前記磁極の境界に沿って配置される２つの永久磁石
はフェライト磁石で断面長方形に構成し、該２つの永久
磁石のコア内径側端部の間にフラックスバリア用の孔を
形成した請求項２記載の永久磁石電動機。
【請求項５】前記コア外径に沿って円周方向に配置さ
れる永久磁石は希土類磁石で断面長方形に構成し、かつ
該永久磁石の両端部側にフラックスバリア用の孔を形成
し、前記磁極の境界に沿って所定角度で配置される２つ
の永久磁石はフェライト磁石で断面長方形に構成した請
求項３記載の永久磁石電動機。
【請求項６】電磁鋼板を打ち抜いて金型内で自動積層
して前記永久磁石を埋設する際、少なくとも前記永久磁
石の形状孔を予め形成している請求項１，２，３，４ま
たは５記載の永久磁石電動機。
【請求項７】前記コアをロータコアとして組み込んで
ＤＣブラシレスモータとした請求項１，２，３，４，５
または６記載の永久磁石電動機。