JPH11136888A - 永久磁石形モータ及びその製造方法 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】 位置検出素子により永久磁石の極の境界を正
確に検出すると共に、モータを縦置きしたときに永久磁
石が軸方向にずれることを防止する。 【解決手段】 本発明の永久磁石形モータは、回転子鉄
心２２の内部に断面円弧状の永久磁石２５を組み込んで
構成された回転子２１と、永久磁石２５の回転位置を検
出する位置検出素子２７とを備えてなるものにおいて、
回転子鉄心２２の一方の端面部をほぼ覆うと共に外周面
部が回転子鉄心２２の外周面部とほぼ面一になる形状の
円板状永久磁石２６を、永久磁石２５の軸方向の一端部
に一体に設け、そして、位置検出素子２７を円板状永久
磁石２６の外周面部に対向する位置に配設するように構
成したものである。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、回転子鉄心の内部
に永久磁石を組み込んで構成された回転子を備えた永久
磁石形モータ及びその製造方法に関する。

【０００２】

【従来の技術】この種の永久磁石形モータの一例を、図
９及び図１０に示す。永久磁石形モータ１は、図９に示
すように、固定子２と、この固定子２の内部に回転可能
に設けられた回転子３とから構成されている。固定子２
は、積層鋼板からなる環状の固定子鉄心４と、この固定
子鉄心４に設けられたスロット５に挿入された固定子巻
線６とから構成されている。固定子巻線６は、図１１に
示すように、３相（Ｕ相、Ｖ相、Ｗ相）の巻線６ｕ、６
ｖ、６ｗから構成されている。

【０００３】また、回転子３は、図１０にも示すよう
に、積層鋼板からなる回転子鉄心７と、この回転子鉄心
７の内部に設けられた４個の収納部８に収納固定された
４個の断面円弧状の永久磁石９とから構成されている。
上記各永久磁石９は、凸側が軸心側を向くように配設さ
れている。更に、回転子鉄心７の軸心部には、回転軸１
０が貫通固定されている。また、固定子鉄心４の軸方向
の一端部には、永久磁石９の回転位置を検出する３個の
位置検出素子１１が回転子３の外周部と対向するように
配設されている。これら３個の位置検出素子１１の配設
位置は、各相に対応するように構成されている。

【０００４】このような構成の永久磁石形モータ１は、
図１１に示すモータ通電装置１２により通電駆動される
ように構成されている。このモータ通電装置１２は、直
流電源１３を入力して可変電圧可変周波数電源を出力す
るインバータ装置１４と、このインバータ装置１４を制
御する制御回路１５とから構成されている。インバータ
装置１４は、６個のトランジスタ１４ａを３相ブリッジ
接続して構成されており、各トランジスタ１４ａにはフ
リーホイールダイオード１４ｂが接続されている。制御
回路１５は、位置検出素子１１からの位置検出信号を受
けて、永久磁石形モータ１の固定子巻線６ｕ、６ｖ、６
ｗを２相ずつ所定の順序で１２０度通電するための駆動
信号を生成し、この駆動信号によりインバータ装置１４
の各トランジスタ１４ａをオンオフ制御するように構成
されている。

【０００５】

【発明が解決しようとする課題】しかしながら、上記従
来構成では、位置検出素子１１により永久磁石９の極の
境界を正確に検出することができないという問題点があ
った。これは、永久磁石９から位置検出素子１１に作用
する磁束の分布密度が、図１２に示すように、変化する
ためである。磁束分布密度がこのように変化する理由に
ついて、以下、具体的に説明する。

【０００６】まず、永久磁石９は断面ほぼ円弧状に形成
されていると共に、永久磁石９の極の境界、即ち、２個
の永久磁石９の端部が互いに近接する境界では、２個の
永久磁石９の端部が厚み方向に重なるような配置形態と
なっている。ここで、各永久磁石９は、その厚み方向に
Ｎ極及びＳ極が分布しているため、上記極の境界付近で
は、例えばＮ極、Ｓ極、Ｎ極、Ｓ極と磁極が切換わる。
このように磁極が切換わるため、図１２に示すように変
化する磁束分布密度が得られるのである。

【０００７】そして、このように磁束分布密度が変化す
ると、位置検出素子１１は永久磁石９の極の境界を正確
に検出することができず、場合によっては逆の極性を検
出することもあった。更に、位置検出素子１１から出力
された位置検出信号が永久磁石９の極の境界を正確に示
す信号でないと、インバータ装置１４のトランジスタ１
４ａのオンオフタイミングが適正なタイミングからずれ
てしまう。このため、駆動電圧と誘起電圧の位相がずれ
るようになり、電流リップルが大きくなると共に、トル
クむらが大きくなり、ひいては振動及び騒音が大きくな
るという問題点があった。

【０００８】これに対して、永久磁石９の位置を正確に
検出するために、極の境目を避けて検出するようにし
て、適正なタイミングを得ようとすると、別途補正回路
が必要となる。この構成の場合、全体の回路構成が複雑
になると共に、部品点数が多くなり、製造コストが高く
なるという不具合があった。

【０００９】また、上記永久磁石形モータ１を縦置きす
ると、即ち、回転軸が上下方向に沿うように設置する
と、永久磁石９が軸方向（上下方向）にずれて落ちるお
それがあった。そこで、従来構成においては、永久磁石
９の軸方向のずれを防止する端板を、回転子３に取り付
けるように構成している。しかし、この構成では、部品
点数が多くなるので、製造コストが高くなるという不具
合があった。

【００１０】そこで、本発明の目的は、位置検出素子に
より永久磁石の極の境界を正確に検出することができ、
また、モータを縦置きしたときに永久磁石が軸方向にず
れることを防止し得る永久磁石形モータ及びその製造方
法を提供するにある。

【００１１】

【課題を解決するための手段】本発明の請求項１の永久
磁石形モータは、固定子巻線を有する固定子と、回転子
鉄心の内部に設けられた収納部に永久磁石を組み込んで
構成された回転子と、前記永久磁石の回転位置を検出す
る位置検出素子とを備えてなるものにおいて、前記回転
子鉄心の一方の端面部をほぼ覆う円板状永久磁石を、前
記永久磁石の軸方向の一端部に設け、そして、前記位置
検出素子を、前記円板状永久磁石の外周面部に対向する
位置に配設したところに特徴を有する。

【００１２】上記構成によれば、回転子鉄心の一方の端
面部をほぼ覆うと共に外周面部が回転子鉄心の外周面部
とほぼ面一になる形状の円板状永久磁石を、永久磁石の
軸方向の一端部に一体に設け、そして、位置検出素子に
より円板状永久磁石の外周面部の磁極を検出するように
構成した。この構成の場合、円板状永久磁石の外周面部
を、永久磁石の磁極に正確に対応するように着磁するこ
とが容易に可能である。従って、位置検出素子は、円板
状永久磁石の外周面部の極の境界、即ち、永久磁石の極
の境界を正確に検出することができる。また、永久磁石
の軸方向の一端部が円板状永久磁石に一体化されている
ので、円板状永久磁石が上部になるようにモータを縦置
きしたときに、永久磁石が軸方向にずれることを防止で
きる。

【００１３】また、上記構成の場合、円板状永久磁石の
外周部に、極数のｋ（ｋは２以上の整数）倍の個数の歯
状部を突設することが好ましい。更に、永久磁石及び円
板状永久磁石をボンド磁石から構成すると共に、永久磁
石の軸方向の両端部に円板状永久磁石を設けるように構
成することが一層好ましい構成である。

【００１４】一方、請求項１の永久磁石形モータを製造
する方法において、回転子鉄心にボンド磁石を一体成形
するステップと、この一体成形されたボンド磁石を着磁
装置により着磁するステップとを備えるように構成する
ことが好ましい。この製造方法の場合、円板状永久磁石
の外周部に、極数のｋ（ｋは２以上の整数）倍の個数の
歯状部を突設することが一層好ましい。また、永久磁石
の軸方向の両端部に円板状永久磁石を一体に設けること
も良い構成である。

【００１５】

【発明の実施の形態】以下、本発明の第１の実施例につ
いて、図１ないし図４を参照しながら説明する。本実施
例の永久磁石形モータの固定子は、図９に示す従来技術
の固定子２と同じ構成であるから、ここでは、回転子に
ついてだけ説明する。また、本実施例の永久磁石形モー
タを通電駆動するモータ通電装置も、図１１に示す従来
技術のモータ通電装置１２と同じ構成であり、ここでは
説明を省略する。

【００１６】まず、図１は本実施例の永久磁石形モータ
の回転子２１の縦断面図である。この図１に示すよう
に、回転子２１の回転子鉄心２２は、例えば円板状のけ
い素鋼板を積層して構成されている。図３に示すよう
に、各けい素鋼板２３には、中心部に円形の貫通孔２３
ａが形成され、その回りにほぼ円弧状の貫通孔２３ｂが
４個形成されている。これら円弧状の貫通孔２３ｂは、
中心側（内側）に向けて凸状となるように形成されてい
る。このようなけい素鋼板２３を積層することにより、
回転子鉄心２２には、中心部に軸孔２２ａが形成される
と共に、その回りに収納部２２ｂが４個形成されるよう
に構成されている。

【００１７】そして、回転子鉄心２２の軸孔２２ａ内に
は、回転軸２４が挿入固定されている。また、回転子鉄
心２２の４個の収納部２２ｂ内には、４個の断面ほぼ円
弧状の永久磁石２５が収納固定されている。各永久磁石
２５は、凸側が軸心側を向くように配設されている。更
に、各永久磁石２５は、図１及び図２に示すように、着
磁されている。

【００１８】また、回転子鉄心２２の軸方向の一端部で
ある図１中上端部２２ｃには、円板状永久磁石２６が回
転子鉄心２２の上端面部をほぼ覆うように配設されてい
る。この場合、円板状永久磁石２６の中央部分には、円
形の貫通孔２６ａが形成されており、円板状永久磁石２
６は回転子鉄心２２の上端面部の外周部分を覆うように
構成されている。そして、円板状永久磁石２６の外周面
部２６ｂは、回転子鉄心２２の外周面部２２ｄとほぼ面
一になるように形成されている。また、円板状永久磁石
２６は、図２に示すように、着磁されている。更に、円
板状永久磁石２６は、上記４個の永久磁石２５の軸方向
の一端部である図１中上端部２５ａに一体に設けられて
いる。尚、永久磁石２５、２６を一体化する製造方法に
ついては、後述する。

【００１９】一方、回転子２１の永久磁石２５の位置を
検出する位置検出素子２７は、図２に示すように、固定
子（図示しない）における円板状永久磁石２６の外周面
部２６ａに対向する位置に配設されている。上記位置検
出素子２７は、例えばホール素子等から構成されてい
る。この場合、３個の位置検出素子２７が３相に対応す
るように配置されている。

【００２０】ここで、回転子鉄心２２に永久磁石２５、
２６を組み込む方法について説明する。上記永久磁石２
５、２６は、例えばネオジウム系の磁性粉体と例えばナ
イロン樹脂を結合してなるボンド磁石から構成されてい
る。この場合、まず、回転子鉄心２２にボンド磁石を一
体成形するステップを実行する。具体的には、回転子鉄
心２２に回転軸２４を挿通固定したものを成形型（図示
しない）内に収容した後、成形型内にボンド磁石の硬化
前の流体状材料を充填して硬化させる。これにより、回
転子鉄心２２の収納部２２ｂ内に永久磁石２５に対応す
るボンド磁石部分が充填成形される。これと共に、回転
子鉄心２２の上端部２２ｃに円板状永久磁石２６に対応
するボンド磁石部分が覆うように一体成形される。更
に、永久磁石２５に対応するボンド磁石部分と円板状永
久磁石２６に対応するボンド磁石部分とが一体に成形さ
れる。

【００２１】続いて、上記一体成形されたボンド磁石を
着磁装置により着磁するステップを実行する。ここで
は、図示しない着磁装置に上記ボンド磁石を一体成形し
た回転子２１をセットして、ボンド磁石の全体を、即
ち、永久磁石２５に対応する部分と円板状永久磁石２６
に対応する部分とを同時に着磁するように構成されてい
る。これにより、永久磁石２５及び円板状永久磁石２６
は、図１及び図２に示すように、着磁される。

【００２２】このような構成の本実施例の場合、位置検
出素子２７により円板状永久磁石２６の外周面部２６ｂ
の磁極を検出するように構成した。そして、この構成の
場合、円板状永久磁石２６の外周面部２６ｂを、永久磁
石２５の磁極に正確に対応するように着磁している。従
って、位置検出素子２７は、円板状永久磁石２６の外周
面部２６ｂの極の境界、即ち、永久磁石２５の極の境界
を正確に検出することができる。ここで、上記実施例に
より得られた磁束分布密度の変化を、図４に示す。この
図４から、上記実施例の位置検出素子２７は、永久磁石
２５（即ち、円板状永久磁石２６）の極の境界を正確に
検出した信号を出力できることが明らかである。

【００２３】そして、上記実施例においては、位置検出
素子２７から出力された位置検出信号が永久磁石２５の
極の境界を正確に示す信号となるから、上記永久磁石形
モータのインバータ装置１４のトランジスタ１４ａのオ
ンオフタイミングが適正なタイミングとなる。このた
め、上記実施例では、駆動電圧と誘起電圧の位相が合う
ようになり、電流リップルが小さくなると共に、トルク
むらが小さくなり、振動及び騒音を低減することができ
る。

【００２４】また、上記実施例では、永久磁石２５の軸
方向の一端部が円板状永久磁石２６に一体化されている
ので、円板状永久磁石２６が上部になるように永久磁石
形モータを縦置きしたときに（図１の状態参照）、永久
磁石２５が軸方向（上下方向）にずれる（ずり落ちる）
ことを確実に防止できる。そして、上記実施例の場合、
ずれ防止用の端板が不要であるから、部品点数が増える
こともなく、製造コストが高くなることもない。

【００２５】尚、上記実施例では、ネオジウム系の磁性
粉体及びナイロン樹脂を用いたボンド磁石により永久磁
石２５及び円板状永久磁石２６を形成したが、他の磁性
粉体や他の樹脂を用いたボンド磁石により永久磁石２５
及び円板状永久磁石２６を形成しても良い。また、上記
実施例では、回転子鉄心２２にボンド磁石を一体成形す
るように構成したが、これに代えて、成形型により予め
成形しておいたボンド磁石（永久磁石２５及び円板状永
久磁石２６を一体化した形状のボンド磁石）を、回転子
鉄心２２に組み込むように構成しても良い。この構成の
場合、組み込む前に着磁しても良いし、組み込み後に着
磁しても良い。

【００２６】また、上記実施例では、永久磁石２５とし
て断面ほぼ円弧状をなすものを用いたが、これに限られ
るものではなく、例えば断面形状が平板状のものや
「く」字状のものや三角形状のものを用いるように構成
しても良い。更に、上記実施例では、円板状永久磁石２
６の中央部に径大な円形の貫通孔２６ａを形成したが、
これに代えて、回転軸２４とほぼ同径の円形の貫通孔を
形成し、円板状永久磁石により回転子鉄心２２の一方の
端面部の全面を覆うように構成しても良い。

【００２７】図５ないし図７は本発明の第２の実施例を
示すものであり、第１の実施例と異なるところを説明す
る。尚、第１の実施例と同一部分には同一符号を付して
いる。上記第２の実施例では、図５及び図６に示すよう
に、円板状永久磁石２８の外周部に極数のｋ（ｋは２以
上の整数）倍の個数の歯状部２９を等間隔に突設してい
る。この第２の実施例の場合、ｋ＝５である。そして、
各歯状部２９の外周面部２９ａは、回転子鉄心２２の外
周面部と面一になるように構成されている。即ち、各歯
状部２９の外周面部２９ａにより形成される円の外径寸
法と、回転子鉄心２２の外径寸法とが一致するように構
成されている。

【００２８】上記構成において、円板状永久磁石２８の
磁極（即ち、円板状永久磁石２８から発生する磁束）を
位置検出素子２７により検出したときに、位置検出素子
２７により検出される磁束分布密度は、図７に示すよう
なものとなる。この場合、円板状永久磁石２８のＮ極領
域に対応する検出信号には、円板状永久磁石２８の歯状
部２９に対応するパルス波形の信号が重畳している。同
様に、円板状永久磁石２８のＳ極領域に対応する検出信
号にも、円板状永久磁石２８の歯状部２９に対応するパ
ルス波形の信号が重畳している。

【００２９】従って、上記構成の場合、位置検出素子２
７から出力される検出信号のうちの歯状部２９に対応す
るパルス波形の信号に基づいて、ＦＧ信号（この場合、
極数のｋ倍のＦＧ信号）を得ることができる。また、第
１の実施例と同様にして、位置検出素子２７から出力さ
れる検出信号に基づいて、永久磁石２５（円板状永久磁
石２８）の極の境界を正確に検出することができる。

【００３０】尚、上述した以外の第２の実施例の構成
は、第１の実施例の構成と同じ構成となっている。従っ
て、第２の実施例においても、第１の実施例とほぼ同じ
作用効果を得ることができる。特に、第２の実施例で
は、円板状永久磁石２８の外周部に極数のｋ倍の個数の
歯状部２９を突設する構成としたので、ＦＧ信号を得る
ことができる。そして、この構成の場合、ＦＧ用の着磁
を行ったＦＧ用永久磁石及びその検出素子を不要に構成
できるから、部品点数を削減することができる。

【００３１】また、上記実施例においては、円板状永久
磁石２８の外周部の歯状部２９のうちの１個の歯状部２
９の形状（例えば周方向の長さ）を他のものと変えるよ
うに構成することにより、１回転に１回のＰＧ信号を得
るように構成することも可能である。

【００３２】図８は本発明の第３の実施例を示すもので
あり、第１の実施例と異なるところを説明する。尚、第
１の実施例と同一部分には同一符号を付している。上記
第３の実施例では、図８に示すように、２個の円板状永
久磁石２６を永久磁石２５の軸方向の両端部に一体に設
けている。この場合、下部の円板状永久磁石２６は、回
転子鉄心２２の軸方向に一端面部である図８中下端面部
をほぼ覆うように配設されている。そして、下部の円板
状永久磁石２６の外周面部２６ｂは、回転子鉄心２２の
外周面部２２ｄとほぼ面一になるように形成されてい
る。

【００３３】また、永久磁石２５及び２個の円板状永久
磁石２６は、第１の実施例と同様にして、ボンド磁石に
より構成されており、回転子鉄心２２に一体成形されて
いる。尚、上述した以外の第３の実施例の構成は、第１
の実施例の構成と同じ構成となっている。

【００３４】従って、第３の実施例においても、第１の
実施例と同じ作用効果を得ることができる。特に、第３
の実施例では、２個の円板状永久磁石２６を永久磁石２
５の軸方向の両端部に一体に設けると共に、２個の円板
状永久磁石２６により回転子鉄心２２の軸方向の両端面
部を覆うように構成したので、回転子２１の剛性が高く
なる。このため、回転子２１の回転中（運転中）に発生
する振動をより一層低減することができる。また、永久
磁石モータを縦置きしたときに、永久磁石２５が軸方向
にずれ落ちることを確実に防止できる。しかも、この構
成の場合、ずれ落ち防止用の端板が不要であるから、部
品点数が増えることもない。

【００３５】尚、上記各実施例においては、永久磁石モ
ータをモータ通電装置１２（図１１参照）によって周知
の１２０度（電気角）通電方式で通電駆動するように構
成したが、これに代えて、例えば１８０度通電方式で通
電駆動するように構成しても良い。

【００３６】

【発明の効果】本発明は、以上の説明から明らかなよう
に、回転子鉄心の一方の端面部をほぼ覆う円板状永久磁
石を、永久磁石の軸方向の一端部に設け、そして、位置
検出素子を円板状永久磁石の外周面部に対向する位置に
配設するように構成したので、位置検出素子により永久
磁石の極の境界を正確に検出することができ、また、モ
ータを縦置きしたときに永久磁石が軸方向にずれること
を防止し得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の実施例を示すものであり、図２
中I −I 線に沿う回転子の縦断面図

【図２】回転子の上面図

【図３】けい素鋼板の上面図

【図４】磁束分布密度の変化を示す特性図

【図５】本発明の第２の実施例を示す図２相当図

【図６】図１相当図

【図７】図４相当図

【図８】本発明の第３の実施例を示す図１相当図

【図９】従来構成を示す永久磁石モータの横断面図

【図１０】図１相当図

【図１１】モータ通電装置の電気的構成を示す図

【図１２】図４相当図

【符号の説明】

２１は回転子、２２は回転子鉄心、２２ｂは収納部、２
２ｃは上端部、２４は回転軸、２５は永久磁石、２６は
円板状永久磁石、２６ａは貫通孔、２６ｂは外周面部、
２７は位置検出素子、２８は円板状永久磁石、２９は歯
状部を示す。

Claims (6)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 固定子巻線を有する固定子と、回転子鉄
   心の内部に設けられた収納部に永久磁石を組み込んで構
   成された回転子と、前記永久磁石の回転位置を検出する
   位置検出素子とを備えてなる永久磁石形モータにおい
   て、 前記回転子鉄心の一方の端面部をほぼ覆う円板状永久磁
   石を、前記永久磁石の軸方向の一端部に設け、 前記位置検出素子を、前記円板状永久磁石の外周面部に
   対向する位置に配設したことを特徴とする永久磁石形モ
   ータ。
2. 【請求項２】 前記円板状永久磁石の外周部には、極数
   のｋ（ｋは２以上の整数）倍の個数の歯状部が突設され
   ていることを特徴とする請求項１記載の永久磁石形モー
   タ。
3. 【請求項３】 前記永久磁石及び前記円板状永久磁石を
   ボンド磁石から構成すると共に、前記永久磁石の軸方向
   の両端部に前記円板状永久磁石を設けたことを特徴とす
   る請求項１または２記載の永久磁石形モータ。
4. 【請求項４】 請求項１の永久磁石形モータを製造する
   方法において、 回転子鉄心にボンド磁石を一体成形するステップと、 この一体成形されたボンド磁石を着磁装置により着磁す
   るステップとを備えたことを特徴とする永久磁石形モー
   タの製造方法。
5. 【請求項５】 前記円板状永久磁石の外周部には、極数
   のｋ（ｋは２以上の整数）倍の個数の歯状部が突設され
   ていることを特徴とする請求項４記載の永久磁石形モー
   タの製造方法。
6. 【請求項６】 前記永久磁石の軸方向の両端部には、前
   記円板状永久磁石が一体に設けられていることを特徴と
   する請求項４または５記載の永久磁石形モータの製造方
   法。