JP2001211576A - 永久磁石電動機 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】 永久磁石電動機において、電機子鉄心を用い
ず、鉄損の少ないモータの高効率化を図ることを目的と
する。 【解決手段】 永久磁石電動機の外殻１５には鋼板を用
い、この外殻１５の内側には回転磁界を発生させるため
の巻線１０を電気的絶縁部材の歯１１ａに集中巻で施し
た固定子１１を配置し、この固定子１１の内側にはシャ
フト１４を固定してなる構造体１３ａの先端側に永久磁
石１２を固定した回転子１３を配置し、隣接する永久磁
石１２の磁極を異にしてなる。外殻１５の鋼板をヨーク
とするとともに、回転子１３の構造体１３ａの一部をヨ
ークとする。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は空気調和機のファン
等に用いるインナーロータ型の永久磁石電動機（例えば
ブラシレスＤＣモータ）の構造に係り、特に詳しくは、
電機子鉄心を用いない構造とする永久磁石電動機に関す
るものである。

【０００２】

【従来の技術】インナーロータ型永久磁石電動機は、内
側に永久磁石を用いて界磁を形成する回転子（例えば極
数４）と、回転子の外側に位置して回転磁界を発生する
固定子とを備え、例えば図８に示す構造をしている。

【０００３】図８において、この固定子１の電機子鉄心
は円筒形のヨーク部２と同ヨーク部２から中心方向に延
び、かつ円周方向に等間隔に形成した６個の歯３とを備
えている。この歯３には絶縁が施され、例えば集中巻に
よる電機子巻線４が施されており、固定子１に回転磁界
が発生する。

【０００４】また、上記固定子１の内側の回転子５は、
例えば断面扇形状の永久磁石６を円周方向に等間隔に４
個埋め込み、４極を構成してなる。これにより、固定子
１における回転磁界と、回転子５による界磁とにより、
回転子５には回転力が働く。なお、７はシャフトであ
り、８は当該永久磁石電動機を保護するための外殻（ブ
ラケット）である。

【０００５】

【発明が解決しようとする課題】しかし、上記永久磁石
電動機においては、固定し１の電機子が鉄心であるばか
りでなく、固定子１の電機子鉄心が電磁鋼板を打ち抜い
たコアシートを多数枚積層していることから、どうして
も鉄損が発生するため、モータ効率の低下が免れない。

【０００６】また、電機子鉄心の固定子１においては、
電磁振動が発生し易く、この振動が当該電機子鉄心の固
有振動にも影響を与え、例えば、振動や騒音の発生の原
因ともなる。さらに、電機子鉄心は、その材料費がかか
るだけでなく、加工費や金型および設備投資にもコスト
がかかり、これが当該永久磁石電動機のコストに反映
し、コストが高くなる。

【０００７】本発明は、上記課題に鑑みなされたもので
あり、その目的は、電機子鉄心を省くことで、振動、騒
音を低減し、高効率で低コストのモータを実現すること
ができるようにした永久磁石電動機を提供することにあ
る。

【０００８】

【課題を解決するための手段】上記目的を達成するため
に、本発明は、所定極数の界磁磁石を有する回転子およ
び同回転子の外側に位置して回転磁界を発生する固定子
を備えてなる永久磁石電動機において、前記固定子を固
定する固定部と軸受ハウジング部を含む外殻の内側に
は、前記回転磁界を発生させるための巻線を電気的絶縁
部材を介して固定してなる固定子を装着し、該固定子の
内側には、前記界磁磁石を構造体でシャフトに固定して
なる回転子を配置してなり、前記外殻を鋼板製としてヨ
ークとするとともに、前記回転子の構造体の一部をヨー
クとし、前記隣接する界磁磁石の磁極を異にしてなるこ
とを特徴としている。

【０００９】本発明は、所定極数の界磁磁石を有する回
転子および同回転子の外側に位置して回転磁界を発生す
る固定子を備えてなる永久磁石電動機において、前記固
定子を固定する固定部と軸受ハウジング部を含む外殻の
内側には鋼板を固定し、該鋼板の内側には前記回転磁界
を発生させるための巻線を電気的絶縁部材を介して固定
してなる固定子を装着し、該固定子の内側には、前記界
磁磁石を構造体でシャフトに固定してなる回転子を配置
してなり、前記外殻と固定子との間の鋼板をヨークとす
るとともに、前記回転子の構造体の一部をヨークとし、
前記隣接する界磁磁石の磁極を異にしてなることを特徴
としている。

【００１０】上記電気的絶縁部材はプラスチック樹脂で
形成し、上記固定子は上記鋼板の内周に沿った円筒形
と、該円筒形から当該中心に向けて延び、当該極数に応
じた数だけ円周方向に等間隔に形成した歯部と、これら
歯に施した巻線とからなり、少なくとも該巻線による磁
束の路を上記鋼板のヨークで確保し、上記回転磁界を発
生するようにするよい。これにより、電機子鉄心より
も、材料費、加工費等が安価に済ませるられるだけでな
く、プラスチック樹脂の利点を生かして種々の形状に加
工し易くなる。

【００１１】前記外殻を鋼板とし、該鋼板あるいは前記
外殻と固定子との間の鋼板は制振鋼板にするとよい。こ
の鋼板のヨークにより、磁界の発生が良好となり、また
固定子側の振動、騒音を抑えることができる。

【００１２】上記固定子の巻線をフレキシブルプリント
基板としてなるとよい。これにより、モータの小型化、
軽量化が望めることになる。

【００１３】上記界磁磁石の先端から上記鋼板の内周ま
での距離を隣接する界磁磁石の間隔（回転子外径磁極間
最短距離寸法）より短くしてなるとよい。また、上記鋼
板のうち、上記界磁磁石に対向する部分を当該中心に向
けた凸部の帯状とし、あるいは、その部分に鋼板を帯状
に設けてなるとよい。これにより、磁束の分布が好まし
いものとなり、磁界の発生が良好になる。

【００１４】上記回転子の界磁磁石は希土類磁石あるい
はフェライト磁石もしくはアルコニ磁石とするとよい。
これにより、入手が容易となるだけでなく、コスト、効
率を勘案して磁石の材料を選択し、適応的なモータを得
ることができる。

【００１５】上記回転子の構造体は、プラスチック樹脂
にするとよい。これにより、上記固定子と同様に、材料
費、加工費等が安価に済む。

【００１６】上記固定子の歯部をスキューして上記巻線
を施すとよい。これにより、コギングトルク等を低減す
ることができる。

【００１７】上記固定子の巻線を重ね巻にするとよい。
これにより、トルクリップルを小さくすることができ
る。

【００１８】上記巻線は、自己融着エナメル銅線あるい
は銅、アルミニウムのエナメル線にするとよい。

【００１９】

【発明の実施の形態】以下、本発明の実施の形態を図１
ないし図７を参照して詳しく説明する。図１において、
この第１の実施例の永久磁石電動機（ブラシレスＤＣモ
ータ）は、巻線１０を電気的絶縁部材（プラスチック樹
脂）に固定してなる固定子１１と、この固定子１１の内
側で永久磁石（界磁磁石）１２を構造体１３ａを介して
シャフト１４に固定してなる回転子１３とを備え、固定
子１１を装着し、当該永久磁石電動機を保護するための
外殻（ブラケット）１５を鋼板（軟鋼板）とし、ヨーク
兼用として磁束分布を良好なものとしている。

【００２０】上記固定子１１は、図８の電機子鉄心と同
様の形状である。固定子１１は、円筒形部および同円筒
形部の内側から当該中心方向に延びた歯１１ａをプラス
チック樹脂で構成してなり、この歯１１ａを円周方向に
６個形成し、各歯１１ａに巻線１０を集中巻し、三相巻
線を施してなる。この巻線１０は、接着剤を被覆させた
自己融着エナメル銅線あるいは銅やアルミニウムのエナ
メル線を用いる。

【００２１】上記回転子１３の構造体１３ａは、断面十
字形で先端側に永久磁石１２を固定し、少なくともその
一部を界磁ヨーク（継鉄）とし、これを介して永久磁石
１２を固定してなる。また、構造体１３ａとしては、断
面正方形として各辺に永久磁石１２を設ければ、大きい
起磁力を得ることができる。

【００２２】これら永久磁石１２は、先端を円弧形状と
しており、その隣接する永久磁石１２は異極としてい
る。また、その材質としては、Ｎｄ・Ｆｅ・Ｂ磁石、Ｓ
ｍ・Ｃｏ磁石等の希土類磁石、フェライト磁石やアルコ
ニ磁石等を用いる。

【００２３】なお、永久磁石１２の先端から外殻１５の
内周までの距離ａは隣接する永久磁石１２の間隔（回転
子外径磁極間最短距離寸法）ｂより短くし、少なくとも
巻線１０による磁束分布を良好とする。

【００２４】また、シャフト１４は、少なくとも界磁磁
石による磁束の乱を抑えるために強磁性体にするとよ
い。さらに、外殻１５は、少なくとも固定子１１を固定
する固定部およびシャフト１４の軸受ハウジング部も備
えている。

【００２５】上記永久磁石電動機においては、電気的に
絶縁部材の電機子が用いられていることから、従来のよ
うな鉄損が極めて少なくなる。また、電機子鉄心を用い
ていないことから、当該永久磁石電動機の磁気回路のリ
ラクタンスが大きくなって磁束が減少し、当該永久磁石
電動機の磁気装荷が小さくなる。

【００２６】この場合、回転子１３の構造体１３ａを鉄
心による界磁ヨークに、また、外殻１５の鋼板をヨーク
とし、さらに永久磁石１２として起磁力の大きいものを
用いることにより、その磁気装荷を大きくすることがで
きる。したがって、鉄損が従来よりも遥かに少なくな
り、モータの効率を高くすることができる。

【００２７】また、電機子鉄心が用いられないことか
ら、電機子鉄心の振動を考慮する必要もない。なお、外
殻１５として、２枚の軟鋼板の間にプラスチックフィル
ムを張り合わせた制振鋼板を用いれば、その振動、騒音
をより小さく抑えることができる。

【００２８】さらに、電機子鉄心に代えてプラスチック
樹脂を用いていることから、固定子１１の製造が容易と
なるばかりでなく、材料費や加工費が安価でなり、モー
タの製造コストを下げることができる。

【００２９】図２は、この発明の第２の実施例を示す永
久磁石電動機の概略的平面図である。なお、図中、図１
と同一部分には同一符号を付して重複説明を省略する。

【００３０】図２において、この永久磁石電動機は、固
定子１１と外殻１５との間に、ヨークとなる鋼板（軟鋼
板）のヨーク部１６を設けてなる。したがって、外殻１
５としては、当該永久磁石電動機を保護する目的だけで
よくなり、例えばヨークとしての機能をもたせなくとも
よい。なお、永久磁石１２の先端からヨーク部１６の内
周までの距離ｃは回転子外径磁極間最短距離寸法ｂより
短くする。

【００３１】また、ヨーク部１６としては、上述した制
振鋼板を用いると好ましい。これにより、当該永久磁石
電動機の振動が抑えられることになる。したがって、上
述した実施例と同様の効果を奏するだけなく、ヨーク部
１６によってモータの効率がより高くなるばかりでな
く、振動、騒音もより小さくすることができる。

【００３２】図３は、第１および第２の実施例の回転子
の変形例を示す概略的平面図である。図中、図１および
図２と同一部分には同一符号を付して重複説明を省略す
る。

【００３３】この回転子２０は、構造体２０ａをプラス
チック樹脂とし、この構造体２０ａに永久磁石２１を埋
め込んでなる。なお、隣接する永久磁石２１は異極とし
てなり、その材料としてはＮｄ・Ｆｅ・Ｂ磁石およびＳ
ｍ・Ｃｏ磁石等の希土類磁石、フェライト磁石やアルコ
ニ磁石等を用いる。この場合、永久磁石２１は回転子２
０の表面に近く、かつ、シャフト１４に近くなるような
形状とし、磁石使用量を多くして起磁力を大きくしてな
る。

【００３４】したがって、例えば第１および第２の実施
例の永久磁石１２として高価な希土類磁石を用いる必要
があっても、本実施例を適用すると、安価なフェライト
磁石を使用することも可能となる。また、構造体２０ａ
がプラスチック樹脂であることから、回転子２０の製造
が容易になり、しかも、材料費や加工費が安価に済む。

【００３５】図４は、第１および第２の実施例の固定子
の第１の変形例を示す概略的部分的平面図である。図
中、図１および図２と同一部分には同一符号を付して重
複説明を省略する。

【００３６】図４において、この固定子３０は、歯３０
ａを含めてプラスチック樹脂で板状に形成し、その長さ
を外殻１５あるいはヨーク部１６の内周の長さに合わせ
てなる。つまり、図１および図１に示した固定子１１を
シャフト１４の軸方向に切断して展開した形状としてな
る。

【００３７】上記固定子３０の歯３０ａには巻線１０を
施す。この場合、この固定子３０が板状になっているこ
とから、巻線１０を容易に施すことができる。また、こ
のとき、巻線１０を施した歯３０ａが内側になるよう
に、固定子３０を丸めて外殻１５あるいはヨーク部１６
内に装着すればよい。したがって、当該永久磁石電動機
の製造が容易になるとともに、加工コストも安価に済
む。

【００３８】図５は、第１および第２の実施例の固定子
の第２の変形例を示す概略的部分的平面図である。図５
において、この固定子４０は前変形例と同様に固定子３
０と同様に形成してなるが、プラスチック樹脂の利点を
利用してその固定子４０の歯４０ａを傾斜させ、シャフ
ト１４の軸に対して所定角度としてスキューさせた形状
になっている。

【００３９】そして、上記固定子４０の歯４０ａには巻
線４１を施し、例えば重ね巻を施す。これにより、固定
子４０の電機子巻線にスキューを施した形となる。した
がって、固定子４０に発生する磁束分布が従来より良好
となるばかりでなく、少なくとも固定子４０内の発生磁
束（極となる磁束）の飛び飛びの間隔が極めて小さくな
る。これにより、コギングトルク、トルクリップルを低
減することができる。

【００４０】図６は、第１および第２の実施例の固定子
の第３の変形例を示す概略的部分平面図である。図６に
おいて、この固定子の電機子巻線は渦巻状のコイルを形
成してなるフレキシブルプリント基板５０とする。

【００４１】この場合、フレキシブルプリント基板５０
を外殻１５あるいはヨーク部１６内に装着すればよいだ
けでなく、複数毎のフレキシブルプリント基板５０を重
ねることができる。また、上述した実施例のようにプラ
スチック樹脂を必要としないことから、その材料費が安
価に済む。

【００４２】この場合、上述した実施例および変形例に
示した歯がないことから、固定子５０の半径方向の厚さ
が薄く、回転子１３の永久磁石１２の先端から外殻１５
あるいはヨーク部１６の内周までの距離が短くて済む。
しかし、図１，図２，図４および図５による永久磁石電
動機にあっては、固定子１１，３０，４０に歯１１ａ，
３０ａ，４０ａがある。

【００４３】したがって、回転子１３の永久磁石１２の
先端から外殻１５までの距離が長くなり、また回転子１
３の極数が多くなると、回転子外径磁極間最短距離寸法
が永久磁石１２の先端から外殻１５の内周までの距離よ
り短くなることもある。また、上述した実施例および変
形例においては、外殻１５が従来と比較してどうしても
ヨークとしての機能が低い。つまり、磁束の流れがスム
ーズな形になりにくく、磁界の大きさに影響することも
ある。

【００４４】図７は第１の実施例の変形を示す概略的平
面図である。なお、図７中、図１と同一部分には同一符
号を付して重複説明を省略する。

【００４５】図７において、この永久磁石電動機は、図
１に示した外殻１５に代えて回転子１３の永久磁石１２
に対向する部分を帯状の凸部６０ａとした外殻６０を用
い、その帯状の幅を永久磁石１２のシャフト１４軸方向
の長さと同じとし、永久磁石１２とヨークの外殻６０と
の距離を短くしている。

【００４６】この場合、回転子１３の永久磁石１２の先
端から凸部６０ａまでの距離ｄがその先端から外殻６０
の内周までの距離ｅよりも短くなっている。なお、固定
子１１のプラスチック樹脂の外周側にはその凸部６０ａ
が勘合する溝等が形成される。したがって、外殻６０は
ヨークとしての機能がアップし、磁束の流れがスムーズ
な形になり、磁界の大きさへの影響も小さくなる。ま
た、その距離ｄは回転子外径磁極間最短距離寸法ｂより
も確実に短く、回転子の極数が多くなっても対応可能で
ある。

【００４７】上記帯状の凸部６０ａの代わりに、帯状の
鋼板（ヨーク）を用いて、この帯状の鋼板を外殻１５の
内周で永久磁石１２に対向する位置に装着する。この場
合、その鋼板の幅は永久磁石１２のシャフト１４軸方向
の長さと同じとする。したがって、回転子１３の永久磁
石１２の先端から帯状の鋼鉄ヨークの内周までの距離が
その先端から外殻６０の内周までの距離よりも短くな
る。これにより、その帯状の鋼板は凸部６０ａと同じ効
果を奏し、またヨークの材料費を減らすことができる。
また、固定子１１のプラスチック樹脂の外周側にはヨー
ク部が勘合する溝等が形成される。

【００４８】なお、上述した実施例および変形例におけ
る巻線（電機子巻線）は重ね巻とする。これにより、ト
ルクリップルが小さくなり、また磁界の発生をより良好
なものにできる。また、上述した実施例では、固定子１
１を６スロットとし、回転子１３，２０の界磁を４極と
した場合について説明したが、異なるスロット数の固定
子にも適用することができる。また、回転子１３，２０
の極数が４極以外でも適用することができる。

【００４９】

【発明の効果】以上説明した本発明によれば、以下に述
べる効果を奏する。本発明の永久磁石電動機は、電気的
絶縁部材に巻線を固定した固定子を用い、電機子鉄心を
省いていることから、鉄損を極めて少なくすることがで
き、モータの高効率化を図ることができる。また、電機
子鉄心が原因となって発生する振動、騒音を低減するこ
とができるばかりでなく、電機子鉄心の材料費、加工費
および金型投資や設備投資を減らすことができるため、
モータのコスト低下を図ることができるという効果があ
る。

【００５０】また、本発明は、上記固定子と外殻との間
に鋼板のヨークを設けていることから、上述した効果に
加え、外殻には本来の機能のみをもたせ、また、鋼板を
ヨークとしてのみ利用することができることにより、磁
束の路の確保に寄与し、磁界を大きくしてより高効率化
が望めるモータを提供できるという効果がある。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の実施の一形態を示す第１の実施例の永
久磁石電動機を説明するための概略的平面図。

【図２】本発明の実施の一形態を示す第２の実施例の永
久磁石電動機を説明するための概略的平面図。

【図３】図１および図２に示す永久磁石電動機の回転子
の変形例を説明するための概略的平面図。

【図４】図１および図２に示す永久磁石電動機の固定子
の第１の変形例を説明するための概略的部分平面図。

【図５】図１および図２に示す永久磁石電動機の固定子
の第２の変形例を説明するための概略的部分平面図。

【図６】図１および図２に示す永久磁石電動機の固定子
の第３の変形例を説明するための概略的部分平面図。

【図７】図１に示す永久磁石電動機の変形例を説明する
ための概略的平面図。

【図８】従来の永久磁石電動機を説明するための概略的
平面図。

【符号の説明】

１０，３１，４１ 巻線（電機子巻線） １１，３０，４０ 固定子（電気的絶縁部材） １１ａ，３０ａ，４０ａ 歯 １２，２１ 永久磁石（界磁磁石） １３，２０ 回転子 １３ａ，２０ａ 構造体 １４ シャフト １５，６０ 外殻 １６ 鋼板（ヨーク部） ５０ フレキシブルプリント基板（電機子巻線） ６０ａ 凸部（帯状） ａ，ｅ 永久磁石の先端から外殻の内側までの距離 ｂ 回転子外径磁極間最短距離寸法 ｃ 永久磁石の先端から鋼板の内側までの距離 ｄ 永久磁石の先端から外殻の凸部までの距離

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き Ｆターム(参考） 5H002 AA04 AB06 AC07 AE07 AE08 5H019 AA06 CC03 CC08 DD05 EE07 EE14 5H621 AA04 GA01 GA04 GB01 HH01 JK05 JK07 5H622 CA02 CA13 CB04 DD01 DD02 DD03 PP03 QB03

Claims (12)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 所定極数の界磁磁石を有する回転子およ
   び同回転子の外側に位置して回転磁界を発生する固定子
   を備えてなる永久磁石電動機において、前記固定子を固
   定する固定部と軸受ハウジング部を含む外殻の内側に
   は、前記回転磁界を発生させるための巻線を電気的絶縁
   部材を介して固定してなる固定子を装着し、該固定子の
   内側には、前記界磁磁石を構造体でシャフトに固定して
   なる回転子を配置してなり、前記外殻を鋼板製としてヨ
   ークとするとともに、前記回転子の構造体の一部をヨー
   クとし、前記隣接する界磁磁石の磁極を異にしてなるこ
   とを特徴とする永久磁石電動機。
2. 【請求項２】 所定極数の界磁磁石を有する回転子およ
   び同回転子の外側に位置して回転磁界を発生する固定子
   を備えてなる永久磁石電動機において、前記固定子を固
   定する固定部と軸受ハウジング部を含む外殻の内側には
   鋼板を固定し、該鋼板の内側には、前記回転磁界を発生
   させるための巻線を電気的絶縁部材を介して固定してな
   る固定子を装着し、該固定子の内側には、前記界磁磁石
   を構造体でシャフトに固定してなる回転子を配置してな
   り、前記外殻と固定子との間の鋼板をヨークとするとと
   もに、前記回転子の構造体の一部をヨークとし、前記隣
   接する界磁磁石の磁極を異にしてなることを特徴とする
   永久磁石電動機。
3. 【請求項３】 前記電気的絶縁部材はプラスチック樹脂
   で形成し、前記固定子は前記鋼板の内周に沿った円筒形
   と、該円筒形から当該中心に向けて延び、当該極数に応
   じた数だけ円周方向に等間隔に形成した歯部と、これら
   歯に施した巻線とからなり、少なくとも該巻線による磁
   束の路を前記鋼板のヨークで確保し、前記回転磁界を発
   生するようにした請求項１または２に記載の永久磁石電
   動機。
4. 【請求項４】 前記外殻を鋼板とし、該鋼板あるいは前
   記外殻と固定子との間の鋼板は制振鋼板である請求項１
   または２に記載の永久磁石電動機。
5. 【請求項５】 前記固定子の巻線をフレキシブルプリン
   ト基板としてなる請求項１または２に記載の永久磁石電
   動機。
6. 【請求項６】 前記界磁磁石の先端から前記鋼板の内周
   までの距離を隣接する界磁磁石の間隔（回転子外径磁極
   間最短距離寸法）より短くしてなる請求項２，３または
   ４に記載の永久磁石電動機。
7. 【請求項７】 前記鋼板のうち、前記界磁磁石に対向す
   る部分を当該中心に向けた凸部の帯状とし、あるいはそ
   の部分に鋼板を帯状に設けてなる請求項１，２，３，４
   または６に記載の永久磁石電動機。
8. 【請求項８】 前記回転子の界磁磁石は、希土類磁石あ
   るいはフェライト磁石もしくはアルコニ磁石である請求
   項１，２，３，４，５，６または７に記載の永久磁石電
   動機。
9. 【請求項９】 前記回転子の構造体は、プラスチック樹
   脂である請求項１，２，３，４，５，６，７または８に
   記載の永久磁石電動機。
10. 【請求項１０】 前記固定子の歯部をスキューして前記
    巻線を施してなる請求項３，４，５，６，７，８または
    ９に記載の永久磁石電動機。
11. 【請求項１１】 前記固定子の巻線を重ね巻としてなる
    ３，４，６，７，８，９または１０に記載の永久磁石電
    動機。
12. 【請求項１２】 前記巻線、は自己融着エナメル銅線あ
    るいは銅、アルミニウムのエナメル線とした１，２，
    ３，４，６，７，８，９，１０または１１に記載の永久
    磁石電動機。