JPH06339241A - 永久磁石形モータ及びその製造方法 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【目的】 永久磁石形モータにおいて、永久磁石及び回
転子の製造性を向上でき、しかも駆動効率などの性能の
向上も図る。 【構成】 回転子２３における回転子鉄心２５に組み込
まれる各永久磁石２７を断面が円弧状となるように形成
すると共に、これら各永久磁石２７を、回転子鉄心２５
に凸部２７ａ側が内側を向くように配置する。回転子鉄
心２５において、永久磁石２７の凹部２７ｂ外面と回転
子鉄心２５外周面との間の寸法を大きくでき、その部分
の機械的強度を確保できるので、回転子鉄心２５の加工
が容易となる。また、回転子鉄心２５に永久磁石２７と
なる磁石素材を組み込んだ状態で着磁するようにした場
合、永久磁石２７の端部まで良好に着磁できるようにな
る。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は、回転子鉄心の内部に複
数個の永久磁石を組み込んで構成される回転子を備えた
永久磁石形モータ及びその製造法に関する。

【０００２】

【従来の技術】永久磁石形モータにおいては、最近、高
トルク化及び高効率化を図ったものとして、図５に示す
構成のモータが開発されている。このものは次のような
構成となっている。

【０００３】すなわち、固定子１は、環状をなす固定子
鉄心２に形成された２４個のスロットＳ１〜Ｓ２４に、
Ｕ相の固定子巻線１Ｕ，２Ｕ，３Ｕ，４Ｕ、及びＶ相の
固定子巻線１Ｖ，２Ｖ，３Ｖ，４Ｖ、並びにＷ相の固定
子巻線１Ｗ，２Ｗ，３Ｗ，４Ｗを挿入配置（図６参照）
して構成されている。

【０００４】これに対し、回転子３は、回転軸４に回転
子鉄心５を嵌合固着し、この回転子鉄心５に形成された
収納部６に、断面が円弧状をなす４個の永久磁石７を軸
方向から挿入して組み込むことによって構成されてい
て、固定子１の内部に固定子鉄心２の内周部と所定の空
隙８を存する状態で回転可能に配設されている。各永久
磁石７は、凸部７ａ側が外側（空隙８側）を向くように
配置されており、また、４個の永久磁石７は、図５にお
いてＮ極とＳ極とが交互になるように着磁されている。

【０００５】ここで、回転子３を製造する場合、図７に
示すように、回転子鉄心５の収納部６に、永久磁石７と
なる円弧状の磁石素材９（例えばフェライト）を挿入
し、この状態で、着磁装置１０によりその磁石素材９を
着磁するようにしている。なお、１１は着磁装置１０の
鉄心、１２はこの鉄心１１に形成されたスロットで、こ
のスロット１１に、着磁のための電流を流すコイル（図
示せず）を収納するようになっている。

【０００６】上記したようなモータは、可変電圧可変周
波数電源、いわゆるインバータにより給電されるように
なっている。しかして、固定子１の各固定子巻線１Ｕな
いし４Ｗに対して、インバータからＵ，Ｖ，Ｗの各相に
対して２相ずつ、所定の順序で１２０度（電気角）通電
されると、これにより発生する磁気的な吸引力及び反発
力により回転子３が回転される。

【０００７】

【発明が解決しようとする課題】ところで、上記した構
成の永久磁石形モータにおいては、高トルク及び高効率
が得られるが、回転子鉄心５において、永久磁石７を覆
いかつ空隙８に臨む外周部５ａの寸法を、永久磁石７の
強さや永久磁石７の厚さによって決まる磁気的な最適値
とする必要があるので、その外周部５ａの寸法精度を得
るために、回転子鉄心５の外周面を後加工する必要があ
る。この場合、永久磁石７の外面と回転子鉄心５の外周
面との間の寸法が小さく、機械的強度等を勘案して加工
する必要があるため、加工に多くの時間を要し、作業能
率の改善が必要となっている。

【０００８】また、上記永久磁石形モータにおいて、永
久磁石７となる磁石素材９を回転子鉄心５の収納部６に
挿入するためには、磁石素材９には所定の寸法精度が必
要となるが、磁石素材９は円弧状をなしているので、寸
法精度を得るための加工は比較的容易で、コスト的には
優れている。

【０００９】ところが、上記したように磁石素材９を回
転子鉄心５の収納部６に挿入した状態で、着磁装置１０
により磁石素材９を着磁する場合、図７に示される着磁
装置１０による着磁磁界で見られるように、磁石素材９
の中央部、つまり極の中央部付近は、磁束１３ａが磁石
素材９の径方向に通過して良好に着磁できるが、磁石素
材９の端部、つまり極の端部付近は、磁束１３ｂが磁石
素材９の周方向に分布するようになる。このため、着磁
された永久磁石７の端部付近の磁束は空隙８に向かう成
分が少なく、永久磁石７の端部付近では、十分な着磁が
できないという不具合がある。

【００１０】このように、上記した構成のものでは、永
久磁石７から発生する空隙８部分での磁束が不十分とな
り、これが原因でトルクの減少や駆動効率の低下を招く
ことになる。このような性能の低下を回避するために
は、永久磁石７を、組み込む前に単体で着磁し、着磁し
た永久磁石７を回転子鉄心５に組み込むことも考えられ
る。ところが、このような構成とすると、後加工の手間
がさらに増加して作業効率の低下が著しくなり、モータ
のコストが一層高くなってしまう。

【００１１】一方、回転子として、図８に示す構成のも
のも考えられる。この回転子１４は、回転軸４に回転子
鉄心１５を嵌合固着し、この回転子鉄心１５に形成され
た収納部１６に、断面が平板状をなす４個の永久磁石１
７を軸方向から挿入して組み込むことによって構成され
ている。

【００１２】このような構成の回転子１４の場合には、
上記したような着磁装置１０による着磁を行った場合、
永久磁石１７の端部も比較的良好に着磁することがで
き、また、永久磁石１７と回転子鉄心１５の外周面との
間の寸法に余裕があるので、寸法精度を得るための回転
子鉄心１５外周部の後加工は比較的容易であり、回転子
１４組み立て後の加工に手間を要しない利点がある。

【００１３】しかしながら、図８の回転子１４の場合に
は、永久磁石１７を平板状に加工する必要があるが、一
般に、所定の寸法精度を得る場合、永久磁石１７を平面
仕上げするためには加工に手間が掛かるものであり、図
１のような円弧状の永久磁石７と比較してコストアップ
の要因となる。

【００１４】また、図８の回転子１４の場合には、図１
の回転子３と比較して、回転子鉄心１５の内部に配置可
能な永久磁石１７の面積（図８に示す断面上での）が小
さく、永久磁石１７から発生する磁束が少なくなる。一
般に、永久磁石形モータのトルクは、次の（１）式で表
わされる。

【００１５】 Ｔ＝ｋ×Ｂ×Ｉ （１） ただし、Ｔ：モータのトルク ｋ：固定子巻線の巻数などで決まる定数 Ｂ：空隙磁束密度 Ｉ：固定子巻線に流れる電流

【００１６】この（１）式からもわかるように、永久磁
石１７が発生する磁束が少なくなると、固定子と回転子
との間の空隙の磁束密度が低下することになるので、モ
ータとしてのトルクが小さくなったり、駆動効率が低下
したりすることになる。

【００１７】本発明は上記事情に鑑みてなされたもので
あり、その目的は、回転子鉄心の内部に複数個の永久磁
石を組み込んで構成される回転子を備えたものにおい
て、永久磁石及び回転子の製造性を向上でき、しかも駆
動効率などの性能の向上も図り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。

【００１８】

【課題を解決するための手段】請求項１の発明は、上記
の目的を達成するために、複数相の固定子巻線を有する
固定子と、回転子鉄心の内部に複数個の永久磁石を組み
込んで構成され、前記固定子の内部に固定子と所定の空
隙を存する状態で回転可能に配設される回転子とを備
え、前記固定子巻線に順次通電することにより前記回転
子を回転駆動させる永久磁石形モータにおいて、前記回
転子の各永久磁石を断面が弧状となるように形成すると
共に、これら各永久磁石を前記回転子鉄心に凸部側が内
側を向くように配置したところに特徴を有する。

【００１９】請求項２の発明は、複数相の固定子巻線を
有する固定子と、回転子鉄心の内部に複数個の永久磁石
を組み込んで構成され、前記固定子の内部に固定子と所
定の空隙を存する状態で回転可能に配設される回転子と
を備え、前記固定子巻線に順次通電することにより前記
回転子を回転駆動させる永久磁石形モータを製造する方
法において、前記回転子の永久磁石となる各磁石素材を
断面が弧状となるように形成すると共に、これら各磁石
素材を前記回転子鉄心に凸部側が内側を向くように組み
込み、この状態で、それら各磁石素材を着磁装置により
着磁するようにしたところに特徴を有する。

【００２０】

【作用】回転子鉄心に組み込まれる永久磁石は弧状に形
成し、これら永久磁石を、回転子鉄心に凸部側が内側を
向くように配置しているので、弧状の永久磁石を凸部側
が外側を向くように配置するものに比べて、永久磁石の
凹部側外面と回転子鉄心の外周面との間の寸法を大きく
でき、回転子鉄心の外周部の後加工を比較的容易に行う
ことができる。

【００２１】また、永久磁石は弧状に形成しているの
で、永久磁石を平板状に形成する場合に比べて永久磁石
の製造が容易であり、しかも、回転子鉄心の内部に配置
可能な面積も、平板状の永久磁石を配置する場合に比べ
て大きくでき、永久磁石が発生する磁束も多く確保する
ことができる。

【００２２】一方、回転子の永久磁石となる各磁石素材
を断面が弧状となるように形成すると共に、これら各磁
石素材を回転子鉄心に凸部側が内側を向くように組み込
み、この状態で、それら各磁石素材を着磁装置により着
磁するようにすることにより、磁石素材の端部まで良好
に着磁できるようになる。

【００２３】

【実施例】以下、本発明を三相４極の永久磁石形モータ
に適用した第１実施例について、図１ないし図３を参照
して説明する。まず図１において、固定子２１は、従来
構成と同一であり、環状をなす固定子鉄心２２に形成さ
れた２４個のスロットＳ１〜Ｓ２４に、Ｕ相の固定子巻
線１Ｕ，２Ｕ，３Ｕ，４Ｕ、及びＶ相の固定子巻線１
Ｖ，２Ｖ，３Ｖ，４Ｖ、並びにＷ相の固定子巻線１Ｗ，
２Ｗ，３Ｗ，４Ｗを挿入配置して構成されている。

【００２４】これに対して、回転子２３は、回転軸２４
に回転子鉄心２５を嵌合固着し、この回転子鉄心２５に
形成された収納部２６に、断面が弧状この場合円弧状を
なす４個の永久磁石２７を軸方向から挿入して組み込む
ことによって構成されていて、固定子２１の内部に固定
子鉄心２２の内周部と所定の空隙２８を存する状態で回
転可能に配設されている。なお、回転子鉄心２５は、収
納部２６形成用の孔が形成されたけい素鋼板を多数枚積
層して構成されたものである。

【００２５】上記各永久磁石２７は、凸部２７ａ側が内
側を向くように配置されており、また、４個の永久磁石
２７は、図１においてＮ極とＳ極とが交互になるように
着磁されている。

【００２６】ここで、回転子２３を製造する場合、図３
に示すように、回転子鉄心２５の収納部２６に、永久磁
石２７となる円弧状の磁石素材２９（例えばフェライ
ト）を挿入し、この状態で、着磁装置３０によりその磁
石素材２９を着磁するようにしている。図３において、
３１は着磁装置３０の鉄心、３２はこの鉄心３１に形成
されたスロットで、このスロット３２に、着磁のための
電流を流すコイル（図示せず）を収納するようになって
いる。

【００２７】しかして、この図３の状態で着磁した場
合、図３の着磁装置３０による着磁磁界で見られるよう
に、磁石素材２９の中央部つまり極の中央部付近を通る
磁束３３ａ、磁石素材２９の端部つまり極の端部付近を
通る磁束３３ｂは、いずれも磁石素材２９の径方向を通
過して着磁が容易な方向に分布するようになる。このた
め、着磁された永久磁石２７としては、従来の永久磁石
７の場合（図７参照）に比べて、端部まで良好に着磁す
ることができる。

【００２８】一方、図２は永久磁石形モータの駆動装置
を示している。この図２において、直流電源３４にはス
イッチング主回路３５が接続されている。このスイッチ
ング主回路３５は、６個のトランジスタ３６及び還流ダ
イオード３７が３相ブリッジ接続されて構成されてい
る。このスイッチング主回路３５において、３相の各ア
ーム部３５Ｕ，３５Ｖ，３５Ｗが有するトランジスタ３
６の共通接続点は、それぞれ対応するモータへの出力線
Ｕ，Ｖ，Ｗに接続されている。これら出力線Ｕ，Ｖ，Ｗ
は、上記固定子２１の各相の固定子巻線１Ｕ，２Ｕ，３
Ｕ，４Ｕ、及び１Ｖ，２Ｖ，３Ｖ，４Ｖ、並びに１Ｗ，
２Ｗ，３Ｗ，４Ｗに接続されている。

【００２９】制御回路３８は、スイッチング主回路３５
の各トランジスタ３６を制御することにより、固定子巻
線１Ｕ〜４Ｕ、１Ｖ〜４Ｖ、１Ｗ〜４Ｗの隣接する２相
分の固定子巻線に対応して、１２０度（電気角）ずつ位
相をずらして通電する、つまり周知の１２０度（電気
角）通電するように構成されている。また、この制御回
路３８は出力線Ｕ，Ｖ，Ｗにも接続されており、回転子
２３の回転により固定子巻線１Ｕ〜４Ｕ、１Ｖ〜４Ｖ、
１Ｗ〜４Ｗに誘起される誘起電圧を検出して、回転子２
３の回転位置に応じたモータ駆動信号が得られるように
なっている。

【００３０】しかして、上記永久磁石形モータは、制御
回路３８の制御により固定子巻線１Ｕ〜４Ｕ、１Ｖ〜４
Ｖ、１Ｗ〜４Ｗに対して所定の順序で通電されると、固
定子２１による回転磁界が発生し、これに伴う磁気的な
吸引力及び反発力により回転子２３が回転される。

【００３１】上記した実施例によれば、次のような効果
を得ることができる。すなわち、回転子鉄心２５に組み
込まれる永久磁石２７は円弧状に形成し、これら永久磁
石２７を、回転子鉄心２５に凸部２７ａ側が内側を向く
ように配置しているので、円弧状の永久磁石を凸部側が
外側を向くように配置するもの（図５参照）に比べて、
永久磁石２７の凹部２７ｂ外面と回転子鉄心２５の外周
面との間の寸法を大きくできる。従って、回転子鉄心２
５の外周部部分の機械的強度を十分に確保できるから、
回転子鉄心２５の外周部の後加工を比較的容易に行うこ
とができ、よって加工性がよく、作業能率が向上し、コ
ストの低下に寄与できる。

【００３２】また、永久磁石２７は円弧状に形成してい
るので、永久磁石を平板状に形成する場合（図８参照）
に比べて永久磁石１７の製造が容易であり、しかも、回
転子鉄心２５の内部に配置可能な面積も、平板状の永久
磁石を配置する場合に比べて大きくでき、永久磁石２７
が発生する磁束も多く確保することができる。従って、
トルクや駆動効率の面でも優れている。

【００３３】一方、回転子２３の永久磁石２７となる各
磁石素材２９を断面が円弧状となるように形成すると共
に、これら各磁石素材２９を回転子鉄心２５に凸部２７
ａ側が内側を向くように組み込み、この状態で、それら
各磁石素材２９を着磁装置３０により着磁するようにし
たことにより、前述したように磁石素材２９の端部まで
良好に着磁できるようになる。従って、この面でもトル
クや駆動効率の向上を図ることができる。

【００３４】図４は本発明の第２実施例を示したもので
あり、第１実施例とは次の点が異なっている。すなわ
ち、回転子２３における回転子鉄心２５の内部に組み込
まれた各永久磁石３９は、第１実施例の永久磁石２７の
ような円弧状ではなく、楕円の一部となる弧状に形成し
ていて、凸部３９ａが内側を向くように配置している。
この第２実施例の場合には、断面図上での永久磁石３９
の面積を第１実施例の場合よりも大きくでき、トルクや
駆動効率を一層向上させることが可能となる。

【００３５】なお、本発明は上記しかつ図面に示した各
実施例にのみ限定されるものではなく、例えば永久磁石
２７，３９の素材としてはフェライト以外でもよく、ま
た、駆動方式も１２０度（電気角）通電に限られず、１
８０度（電気角）通電でもよい等、要旨を逸脱しない範
囲内で適宜変形して実施できる。

【００３６】

【発明の効果】請求項１記載の永久磁石形モータによれ
ば、回転子の各永久磁石を断面が弧状となるように形成
すると共に、これら各永久磁石を回転子鉄心に凸部側が
内側を向くように配置する構成としたことにより、永久
磁石及び回転子の製造性の向上を図ることができて、コ
ストの低下に寄与でき、しかもトルクや駆動効率などの
性能の向上も図ることができるという優れた効果を奏す
る。

【００３７】請求項２に記載の永久磁石形モータの製造
方法によれば、回転子の永久磁石となる各磁石素材を断
面が弧状となるように形成すると共に、これら各磁石素
材を回転子鉄心に凸部側が内側を向くように組み込み、
この状態で、それら各磁石素材を着磁装置により着磁す
るようにしたことにより、永久磁石の着磁を良好に行う
ことができて、トルクや駆動効率などの性能の向上を図
り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実施例を示すモータの縦断面図

【図２】電気的構成図

【図３】着磁状態を示す作用説明図

【図４】本発明の第２実施例を示す回転子の断面図

【図５】従来構成を示す図１相当図

【図６】固定子巻線のスロット配置を示す図

【図７】図３相当図

【図８】異なる従来構成を示す回転子の断面図

【符号の説明】

１Ｕ〜４Ｕ、１Ｖ〜４Ｖ、１Ｗ〜４Ｗはそれぞれ固定子
巻線、２１は固定子、２３は回転子、２５は回転子鉄
心、２７は永久磁石、２７ａは凸部、２８は空隙、２９
は磁石素材、３０は着磁装置、３９は永久磁石、３９ａ
は凸部である。

Claims (2)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 複数相の固定子巻線を有する固定子と、
   回転子鉄心の内部に複数個の永久磁石を組み込んで構成
   され、前記固定子の内部に固定子と所定の空隙を存する
   状態で回転可能に配設される回転子とを備え、前記固定
   子巻線に順次通電することにより前記回転子を回転駆動
   させる永久磁石形モータにおいて、 前記回転子の各永久磁石を断面が弧状となるように形成
   すると共に、これら各永久磁石を前記回転子鉄心に凸部
   側が内側を向くように配置したことを特徴とする永久磁
   石形モータ。
2. 【請求項２】 複数相の固定子巻線を有する固定子と、
   回転子鉄心の内部に複数個の永久磁石を組み込んで構成
   され、前記固定子の内部に固定子と所定の空隙を存する
   状態で回転可能に配設される回転子とを備え、前記固定
   子巻線に順次通電することにより前記回転子を回転駆動
   させる永久磁石形モータを製造する方法において、 前記回転子の永久磁石となる各磁石素材を断面が弧状と
   なるように形成すると共に、これら各磁石素材を前記回
   転子鉄心に凸部側が内側を向くように組み込み、この状
   態で、それら各磁石素材を着磁装置により着磁するよう
   にしたことを特徴とする永久磁石形モータの製造方法。