WO2002019499A1 - Moteur électrique - Google Patents

Description

技術分野

本発明は直流低電圧で駆動される永久磁石同期電動機に関するものである。 背景技術

図 8に従来の同期電動機のロータ構造を示す。 従来型永久磁石同期電動機の口 —タは、 ロータ 7 0の軸方向 （図の上下方向） にロータコアシート 7 1を積層し て、 ロータコア内部に設けられたスリット 7 2内部にスリットとほぼ同一形状、 同一の積厚の永久磁石 7 3を埋設して、 積層方向の両端には真鍮やステンレス材 等の非磁性体金属で構成される端板 7 6を設けて、 これらを一体固定するため力 シメピン穴 7 5にカシメピンを挿入して固定している。

従来このような同期電動機は交流 1 0 0 Vもしくは 2 0 0 Vで駆動していたが、 近年のバッテリー技術の進展により、 自動車などの用途では 5 0 V以下の直流低 電圧で駆動される用途が広まってきた。 従来、 交流 1 0 0 Vや 2 0 0 Vの高電圧 で駆動される場合、 電動機の導電性卷線の卷数は十数ターン以上で、 中には 1 0 0ターンを超えるものが多かった。

このような場合は、 電動機の最高回転数の設計を導電性巻線の巻数で調整する ことが多かった。 例えば導電性巻線の巻数が 5 0夕一ン、 最高回転数 9 0 0 0 r /m i nで回転する電動機を最高回転数 1 0 0 0 0 r Zm i nにするときには導 電性巻線の巻数を 5 0ターンから 4 5ターンにして速度調整していた。

最高回転数と導電性巻線の巻数はほぼ比例の関係にあるため 5ターン巻数を小 さくすることで速度調整をすることが可能であった。

しかし、 電源が 5 0 V以下の低電圧になると、 導電性巻線の卷数は数ターンに なることが多い。 例えば 5 0 Vで 5夕一ン、 最高回転数 9 0 0 0 r /m i n回転 する電動機のターン数を 1ターン減少させて 4ターンにすると最高回転数は 1 1 0 0 0 r /m i n以上にもなる。 1ターン卷数を変えることで回転数が大きく変 わってしまうため、 ターン数で最高回転数を微調整させることは困難である。 このような課題に鑑み、 本件発明の目的は、 低電圧で駆動される電動機におい て、 電動機の最高回転数の調整を容易に行うことである。 発明の開示

本件発明は、 7久磁石を有するロータと、 ステ一夕とを備える電動機の製造方 法であり、 前記ロータの端部に配置した磁性材からなるコァ端板部の厚みを変え ることで電動機の最高回転数を調整する電動機の製造方法である。 本発明は、 磁 性材からなる端板部を使用することで、 永久磁石から発生する磁束の一部を口一 タ内部で短絡させている。 そして、 その端板の厚みを変えることで、 巻線に鎖交 する磁束が微調整でき、 最高回転数の微調整が容易に行える。

さらに、 端板部に電磁鋼板の積層板を用いると、 端版部で発生する渦電流損失 が低減できる。

また、 本件発明は、 ロー夕内部に設けられたスリットに永久磁石及び磁性体を 埋め込むことで、 永久磁石の短絡ループができる。 この磁性体の大きさを変える ことで、巻線に鎖交する磁束が微調整でき、最高回転数の微調整が容易に行える。 また、 本件発明は、 ステ一夕の軸方向の幅に対して口一夕の軸方向の幅を短く することや、 ロータ内部に埋め込まれている永久磁石の軸方向の幅を口一夕の軸 方向の幅より短くすることで、 巻線に鎖交する磁束が微調整でき、 最高回転数の 微調整が容易に行える。

または、 ロータに埋め込まれている永久磁石の着磁工程時に着磁電流を調整す ることで、 巻線に鎖交する磁束が微調整でき、 最高回転数の微調整が容易に行え る。 図面の簡単な説明 図 1は本発明の第 1の実施例を示す永久磁石同期電動機のロータ構造を示す。 図 2 ( a ) ( b)は本発明の第 1の実施例を示す永久磁石同期電動機のステ一夕構 造を示す。 図 3は本発明の第 2の実施例を示す永久磁石同期電動機の口一夕構造を示す。 図 4は本発明の第 3の実施例を示す永久磁石同期電動機のロータ構造を示す。 図 5は本発明の第 4の実施例を示す永久磁石同期電動機のロー夕構造を示す。 図 6 ( a) ( b)は本発明の第 5の実施例を示す永久磁石同期電動機のロー夕構造 を示す P

図 7は本発明の第 6の実施例を示す永久磁石同期電動機のロータ構造を示す。 図 8は従来の永久磁石同期電動機のロー夕構造を示す。

発明を実施するための最良の形態

(第 1の実施例）

以下添付図面を参照して、 本発明の実施例について説明する。 なお、 以下の実 施例は本発明を具体化した一例であって、 本発明の技術的範囲を限定するもので はない。

図 1に本発明の第 1の実施例を示す。 1は電磁鋼板からなるロー夕コアシート、 2はロータ内部に設けられたスリット、 3はスリツト内部に挿入されているスリ ット 2とほぼ同形状の永久磁石、 4は電動機軸穴、 5は軸方向に積層したロータ コアシートを固定するためのカシメピン穴、 6は鉄などの磁性材料からなる端板 である。

この図に示すロータは、 ロータの軸方向 （図の上下方向） に口一タコアシート 1を積層した後、 スリット 2の内部にスリットとほぼ同一形状、 同一の積厚の永 久磁石を埋設して、 積層方向の両端に磁性材料からなる端板 6を設け、 これらを 固定するためにカシメピン穴 5にカシメピンを挿入して一体固定して組み立てて いる。

ステ一夕は、 図 2 ( a) に示すようにステ一夕鉄心とステ一夕鉄心のティース 部に導電性巻線を施したコイル部からなる。 このときのコイル部は、 ティース部 ごとに導電性巻線を巻回する集中巻き方式により形成される。 図 2 ( b ) には、 コイルの結線を示す。

なお、 電動機は 5 0 V以下の低電圧直流より回転駆動する同期電動機であり、 ティ一ス部への導電性巻線の巻数は、 1 0ターン以下になっている。

本件発明の特徵は、ロータの両端に磁性体からなる端板 6を設けることであり、 このような構成とすることで、 永久磁石 2においてロータ外周側の表面から出た 磁束はロータの外側に出ることなく、 磁性体からなる端板 6を経由して磁石 2の 裏側に戻る短絡ループができ、 永久磁石の鎖交磁束を小さくすることが可能にな る。 そして、 この端板 6の軸方向の厚みを変えることで、 短絡する磁束量を任意 に調整できるため、 低電圧で駆動される場合でも最高回転数の微調整を容易に行 うことが可能になる。

例えば、 コイルの巻数を 8夕一ンで、 最高回転数が 1 0 0 0 0 r /minの電動 機を、 最高回転数 9 0 0 0 r /minの電動機にしたい場合、 端板 6を磁性体とす ることで最高回転数を小さくするこができる。 さらに、 磁性板 6の厚みを大きく することで、 最高回転数を 9 0 0 0 r /m i n以下に小さくすることができる。 このように、 磁 f生体である端板 6を用いることで、 同一のステ一夕を用いながら 最高回転数の異なる電動機を提供することができる。 さらに、 端板の厚みを変え ることで、同一のステ一夕で最高回転数の異なる電動機を提供することができる。 なお、 この図では口一夕の両端に磁性体からなる端板 6を設けているが、 片側 の端板が磁性体で反対側の端板が非磁性体の端板でも同様の効果を得ることがで さる。

(第 2の実施例）

図 3に本発明の第 2の実施例を示す。 図 3において、 1は電磁鋼板からなる口 —夕コアシート、 2はロータ内部に設けられたスリット、 3はスリット内部に挿 入されているスリット 2とほぼ同形状の永久磁石、 4は電動機軸穴、 5は軸方向 に積層したロータコアシートを固定するためのカシメピン穴、 7は磁性材料から なる薄板状の積層した端板である。 このように、 端板に薄板状の磁性体を用いる ことで、 第 1の実施例と同様の効果を得ることができると同時に、 端板に発生す る渦電流損失を小さくすることができるため、 損失の小さい高効率な電動機を実 現することが可能である。 また、 この薄板状の端板として電磁鋼板を使用するこ とでさらに損失の小さい電動機を提供することが可能である。

(第 3の実施例） 図 4に本発明の第 3の実施例を示す。 図 4において、 3 1は電磁鋼板からなる ロータコアシート、 3 2はロータ内部に設けられたスリット、 3 3はスリット内 部に挿入されている永久磁石、 3 4は電動機軸穴、 3 6はスリット内部に挿入さ れている鉄などからなる磁性体を示す。

図 3のようにロー夕内部のスリットに磁性体を埋設することで、 磁束の短絡ル —プが形成されて、 磁性体の厚み tを調整することで、 コイルに鎖交する磁束量 を変えることができる。

さらに、 磁性体の厚み tを調整することで、 電動機の最高回転数の微調整が可 能になる。 また、 この図では磁性体の位置をスリット内部でロータ外周部に一番 近い場所に設置しているが、 スリット内部であれば他の位置でも同様の効果を得 ることができる。

(第 4の実施例）

図 5に本発明の実施例 4を示す。 図 5において、 4 1は電磁鋼板からなるロー タコアシート、 4 2はロータ内部に設けられたスリット、 4 3はスリット内部に 挿入されている永久磁石、 4 4は電動機軸穴、 4 6はスリット内部に掙入されて レ ^る鉄などからなる磁性体を示す。 図 5のようなロータ構造でも同様の効果を得 ることが可能である。

また、 図 5においてスリット 4 2とロー夕コア 4 1の外周との幅 tを調整する ことでも、 実施例 1と同様の効果を得ることができる。

(第 5の実施例）

図 7に本発明の第 5の実施例を示す。 図 6において 5 1は薄板状の電磁鋼板か らなる積層されたロータコア、 5 6は端板、 5 7は磁性体からなるバランスゥェ イト、 5 5はこれらを一体に固定するためのカシメピンを示している。

図 6は圧縮機などを駆動する用途に用いられる電動機用ロータであり、 ロータ の軸方向の両端もしくは片側にバランスウェイトが取り付けられている。 バラン スウェイトは従来、 真鍮やステンレスなどの非磁性体で構成されていたが、 本発 明のように磁性体の材料で構成することにより、 口一タ内部に短絡ループを構成 することができるため、 コイルに鎖交する磁束量を変えることができ、 最高回転 数の微調整が可能になる。 (第 6の実施例）

図 6に本発明の第 6の実施例を示す。 口一夕コア 6 1の積厚をステ一夕コア 6 2の積厚より短くすることや、 ロータ内部に埋設されている永久磁石の積厚方向 の長さをロータの積厚よりも短くすることでも、 ロータの積厚や永久磁石の積厚 方向の長を任意に設定することでコイルに鎖交する磁束量を変えることができ、 同様の効果を得ることができる。

(第 7の実施例）

第 7の実施例として、 ロータの内部に埋設された永久磁石を着磁する際に、 着 磁電流の値を変えることで、 磁石から出る磁束量を任意に設定することが可能に なる。 産業上の利用可能性

本発明は、 直流低電圧で駆動される永久磁石同期電動機のロータにおいて、 口 —夕の軸方向の両端に配置される端版に、 磁性材料からなる端板を使用すること で、 永久磁石から出る磁束の一部を口一夕内部で短絡させるため、 その端板の厚 みを変えることで、 巻線に鎖交する磁束が微調整できるため、 最高回転数の微調 整が容易に行える永久磁石同期電動機を提供することができる。

Claims

請求の範囲

1 . 永久磁石を有する口一夕と、 ステ一夕とを備える電動機の製造方法であ 5 り、 前記ロータの端部に配置した磁性材からなるコア端板部の厚みを変える ことで電動機の最高回転数を調整する電動機の製造方法。

2 . コア端板部は、 磁性材薄板の積層体である請求の範囲第 1項記載の電動 機の製造方法。

3 . コア端板部は、 電磁鋼板からなる請求の範囲第 1項記載の電動機の製造 10 方法。

4. 永久磁石を有するロータと、 このロータの端部に設けたバランスウェイ トと、 ステ一夕とを備える電動機の製造方法であり、 前記バランスウェイト は磁性体であり、 前記バランスウェイトの大きさを変えることで電動機の最 高回転数を調整する電動機の製造方法。

15 5 . 内部にスリットを設け、 このスリットに永久磁石及び磁性体を埋め込ん だロータと、 ステ一夕とを備える電動機の製造方法であり、 前記磁性体の大 きさを変えることで電動機の最高回転数を調整する電動機の製造方法。

6 . 永久磁石を有するロータと、 ステ一夕とを備える電動機の製造方法であ り、 前記ステ一夕の軸方向の幅に対して、 前記ロー夕の軸方向の幅を短くす 20 ることで電動機の最高回転数を調整する電動機の製造方法。

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7 . 永久磁石を有するロータと、 ステ一夕とを備える電動機の製造方法であ り、 前記ロータの軸方向の幅に対して、 前記永久磁石の軸方向の幅を短くす ることで電動機の最高回転数を調整する電動機の製造方法。

8 . 永久磁石を有するロータと、 ステ一夕とを備える電動機の製造方法であ 25 り、 ロータの着磁工程時に着磁電流を調整することで、 電動機の最高回転数 を調整する電動機の製造方法。

9 . ステ一夕のコイル部は、 ステ一夕のティース部ごとに導電性巻線を巻回 したものであり、 巻回数は 1 0ターン以下である請求の範囲第 1〜 8いずれ かの 1項に記載の電動機の製造方法。

0 . 電動機は直流低電圧により駆動する請求の範囲第 1〜 8いずれかの 1項 に記載の電動機の製造方法。

1 . 永久磁石を有するロー夕と、 複数のティース部を有するステ一夕鉄心と、 それぞれのティース部に 1 0ターン以下の導電性卷線を巻回したコイル部と を備える直流低電圧により駆動する電動機であり、 前記ロータの端部には磁 性材からなるコァ端板部を設けたことを特徴とする電動機。

2 . 内部にスリットを設け、 このスリットに永久磁石を埋め込んだ口一夕と、 複数のティ一ス部を有するステ一夕鉄心と、 それぞれのティース部に 1 0タ

―ン以下の導電性卷線を巻回したコィル部とを備える直流低電圧により駆動 する電動機であり、 前記スリットに前記永久磁石に加え、 磁性体を埋め込ん だことを特徴とする電動機。

3 . 永久磁石を有するロータと、 複数のティース部を有するステ一夕鉄心と、 それぞれのティース部に 1 0夕一ン以下の導電性巻線を巻回したコイル部と を備える直流低電圧により駆動する電動機であり、 前記ステ一夕鉄心の軸方 向の幅に対して、 前記口一夕の軸方向の幅を短くすることを特徴とする電動 機。

4. 永久磁石を有するロータと、 複数のティース部を有するステ一タ鉄心と、 それぞれのティース部に 1 0夕一ン以下の導電性巻線を巻回したコイル部と を備える直流低電圧により駆動する電動機であり、 前記ロータの軸方向の幅 に対して、 前記永久磁石の軸方向の幅を短くすることを特徴とする電動機。