(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
界磁用永久磁石を有するモータにおいて、前記界磁用永久磁石が、構成組織がハード磁性相ほぼ単相からなり残留磁束密度が第２の永久磁石より高い第１の永久磁石と、磁石材料の構成組織がハード磁性相とソフト磁性相からなりリコイル比透磁率が１．５以上の第２の永久磁石とを、厚み方向に重ねて形成した複合磁石であり、該複合磁石のリコイル比透磁率が１．３以上であることを特徴とするモータ。
【請求項２】
前記界磁用永久磁石が前記第１および第２の永久磁石を、該第２の永久磁石において厚み方向にほぼ垂直な面の少なくとも１面が、該第１の磁石と接合しているように複数配置されて形成された複合磁石であることを特徴とする請求項１記載のモータ。
【請求項３】
前記第２の永久磁石は、構成組織がハード磁性相とソフト磁性相からなる磁石粉末を樹脂にて結合した樹脂結合型磁石であることを特徴とする請求項１または２記載のモータ。
【請求項４】
界磁用永久磁石を有するモータにおいて、界磁用永久磁石が、保磁力の異なる２種またはそれ以上の永久磁石粉末を混合し、少なくとも１種の粉末のリコイル比透磁率が１．５以上であり、さらに樹脂にて結合した樹脂結合型磁石であって、該樹脂結合型磁石のリコイル比透磁率が１．３以上であることを特徴とする請求項１ないし３記載のモータ
【請求項５】
界磁用永久磁石を有するブラシレスＤＣモータの回転子において、塊状鉄芯または積層された複数の鋼板によってヨークが形成され、前記ヨークは外周上に少なくとも２つ以上の偶数の界磁用永久磁石が配設されて磁極を形成し、前記界磁用永久磁石は請求項１ないし請求項４のいずれかに記載の界磁用永久磁石であることを特徴とするモータ。
【請求項６】
界磁用永久磁石を有するブラシレスＤＣモータの回転子において、積層された複数の鋼板によってヨークが形成され、前記ヨークは外周上に少なくとも２つ以上の偶数の磁極を有し、これらの磁極には界磁用永久磁石を挿入するスロットが１磁極おき又は各磁極に設けられ、前記スロットには請求項１ないし請求項４のいずれかに記載された界磁用永久磁石が挿入されていることを特徴とするモータ。
【請求項７】
界磁用永久磁石を有するブラシレスＤＣモータの回転子において、積層された複数の鋼板によってヨークが形成され、前記ヨークは外周上に少なくとも２つ以上の偶数の磁極を有し、これらの磁極には永久磁石を挿入するスロットが径方向わずかな間隔で２つずつ以上各磁極または１磁極おきに設けられ、前記スロットにはハード磁性相ほぼ単相からなり残留磁束密度が第２の永久磁石より高い第１の永久磁石と、ソフト磁性相とハード磁性相からなりリコイル比透磁率が１．５以上の第２の永久磁石と、が挿入されていることを特徴とするモータ。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
界磁用永久磁石を有するモータ、例えばブラシ付ＤＣモータやブラシレスＤＣモータ、ステッピングモータなどは、ＯＡ機器をはじめ幅広い分野で用いられている。そのうち数百Ｗ以上の比較的出力の大きなモータは、エアコン用コンプレッサ、電気自動車や電気スクータなど移動体の駆動用モータとして使われ始めている。家庭での電力消費が比較的大きいエアコン用モータや電池などを電源とする移動体の駆動用モータに対しては、小型・高効率でかつ広い運転範囲を持つことが要求される。一方、ＯＡ機器や玩具などに使用される百Ｗ程度以下の比較的出力の小さなモータは、小型であることが強く望まれていると共に、今後広い運転範囲を持つことも要求されよう。これらの要求に対していろいろな試みがなされているが、本発明は、界磁用に永久磁石を持つモータの磁気回路構成に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
界磁用永久磁石を固定子に持つブラシ付ＤＣモータは、制御性がよく比較的に安価であること、複雑なインバータ制御がいらないことから市場での使用実績が高い。
【０００３】
また、界磁用永久磁石を回転子に持つブラシレスＤＣモータは、ブラシなどの接触機構を持たないので信頼性を確保しやすく、永久磁石界磁であるため、インダクションモータのような励磁損や２次銅損がなく、小型で高効率な特性が得られる。
【０００４】
これら界磁用永久磁石を有するモータでは、近年高性能で低価格な希土類磁石が得られるようになったことから、更に小型・高効率化が進むと同時に低価格化が進み、インダクションモータとの価格差も小さくなってきた。
【０００５】
また、インダクションモータは比較的定出力特性が得られやすく、広い回転範囲を実現できることに対して、界磁用永久磁石を有するモータにおいても、ｄ軸電機子反作用を利用し界磁用永久磁石の磁石表面磁束密度を低下させ、モータ端子電圧の上昇を抑えつつ運転制御する、いわゆる弱め界磁制御により、定出力特性を持たせ、広い回転範囲を得ることも可能となっている。さらに言えば、モータの回転に伴って発生する逆起電力が供給電圧よりも低い回転領域では、ｉｄ＝０制御あるいは逆起電力よりも電機子電流位相を若干進み位相としてモータ効率が最大となるように運転制御し（定トルク領域）、回転数が高まり供給電圧とほぼ等しくなると、さらに電機子電流位相を進み位相（電気角で最大９０度）としてｄ軸へ積極的に電流を流すことでモータ端子電圧の上昇を抑え回転数を大幅に拡大できる（定出力領域）。
【０００６】
具体例として、例えば供給電圧ＤＣ２８０Ｖ、定格電流８ＡのブラシレスＤＣモータの出力特性を示す図１０において、第１の曲線はｉｄ＝０制御として運転した時の運転範囲を示している。最大回転数５５００ｒ／ｍｉｎ、最大出力約７００Ｗである。第２の曲線は弱め界磁制御を併用して最大回転数を１．５倍の９０００ｒ／ｍｉｎ、最大出力１．３倍の９００Ｗを達成している。モータ端子電圧が供給電圧よりも低い回転数範囲（約４０００ｒ／ｍｉｎ以下）の定トルク領域では、電機子電流位相を逆起電力位相よりも若干進み位相としてモータが最大効率となるように制御し、回転数が高まり供給電圧とほぼ等しくなってからは、トルク最大・回転数最大となるように電機子電流の進み位相を制御している。このモータをエアコン用コンプレッサのモータとして採用すれば、例えば運転初期時比較的負荷トルクの小さい状態で、最高回転数となるように弱め界磁制御すると冷暖房能力を拡大でき、エアコンとしてより急速な冷房暖房を実現できる。
【０００７】
図示はしないが定格電流の２倍の１６Ａまで通電すれば理論的には３００００ｒ／ｍｉｎまで回転数を上げることができ、回転数が上昇しても出力がほぼ一定な理想的な定出力特性が得られる。ｉｄ＝０制御の場合と比較すれば最高回転数を約６倍に拡大できる。このモータを電気自動車駆動用モータとして採用すれば、例えば高速運転時の最大速度を大幅に上昇させることができる。また、このモータを工作機械の主軸モータとして採用すれば主軸回転数を大幅に上昇でき加工できる材料の選択幅が広げられる。
【０００８】
このように、界磁用永久磁石を有するモータは、小型・高効率という特長と弱め界磁制御による運転範囲の拡大という新たな特長を兼ね備えつつあるので、各応用用途での採用が積極的に検討されている。
【０００９】
以上説明してきたモータは、出力が数百Ｗから数十キロＷの比較的大きなモータであるが百Ｗ以下の電動工具やＯＡ機器、玩具等に用いられるブラシ付ＤＣモータ、ブラシレスＤＣモータ、ステッピングモータなどにおいても、今後小型・高効率でより運転範囲が広いことが求められよう。
【００１０】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、界磁用永久磁石を有するモータの弱め界磁制御は、定出力特性の実現と引き換えに、モータ効率の低下やインバータの大型化を招くといった課題があった。
【００１１】
すなわち、ブラシ付ＤＣモータ、ブラシレスＤＣモータにおける弱め界磁制御は、トルクを発生させるｑ軸電流に加えて、電機子反作用を得るためのｄ軸電流を流す必要がある。ｄ軸電流は、モータの出力トルクに直接寄与しない電流であるため、モータにおいては銅損の増加を招きモータの効率を低下させていた。また、インバータ等の駆動回路においては電流容量を増加させる必要があり大型化していた。更にモータ効率の低下は、モータの大型化をまねき、小型・高効率という特長を阻害する要因となっていた。
【００１２】
上記の課題に鑑み、界磁用永久磁石としてリコイル比透磁率が１．３以上の永久磁石を用いることで、弱め界磁制御で回転範囲を拡大する場合でも、電機子電流を小さく押さえ、銅損の増加、モータ効率低下、モータ大型化、インバータ大型化といった課題を解決しようとするものである。
【００１３】
請求項１記載の発明は、比較的出力が大きいモータなどで、より残留磁束密度の高い界磁用永久磁石が要求された場合に弱め界磁制御を用いて回転範囲を拡大する場合でも、複合磁石を用いることによって電機子電流を小さく押さえ、銅損の増加、モータ効率低下、モータ大型化、インバータ大型化といった課題を解決しようとするものである。
【００１４】
請求項２記載の発明は、請求項１記載の発明の解決課題とともに、２種類の永久磁石を扱うことから来る磁石の取扱いの難しさ、および永久磁石の破損といった課題の解決を図るものである。
【００１５】
請求項３記載の発明は、請求項１および２記載の発明の解決課題に加えて、界磁用永久磁石全体の寸法精度に対する課題の解決を図るものである。
【００１６】
請求項４記載の発明は、請求項１ないし３記載の発明の解決課題に加えて、２種類の永久磁石からなる界磁用永久磁石の製造課題の解決を図るものである。
【００１７】
請求項５記載の発明は、請求項１記載の発明の解決課題に加えて、電機子電流の位相制御を容易にすることを目的とする。
【００１８】
請求項６記載の発明は、請求項１記載の発明の解決課題に加えて、界磁用永久磁石の減磁を起こしにくくすることを目的とする。
【００１９】
請求項７記載の発明は、請求項１記載の発明の解決課題に加えて、磁石組込みの際の取扱いについての課題を解決するものである。
【００２０】
【課題を解決するための手段】
界磁用永久磁石を有するモータにおいて、界磁用永久磁石が、磁石材料の構成組織がハード磁性相とソフト磁性相からなりリコイル比透磁率が１．３以上の永久磁石であることが好ましい。
【００２１】
請求項１記載の発明は、界磁用永久磁石を有するモータにおいて、前記界磁用永久磁石が、構成組織がハード磁性相ほぼ単相からなり残留磁束密度が第２の永久磁石より高い第１の永久磁石と、磁石材料の構成組織がハード磁性相とソフト磁性相からなりリコイル比透磁率が１．５以上の第２の永久磁石とを、厚み方向に重ねて形成された複合磁石であり、該複合磁石のリコイル比透磁率が１．３以上であることを特徴とする。
【００２２】
請求項２記載の発明は、前記界磁用永久磁石が前記第１および第２の永久磁石を、該第２の永久磁石において厚み方向にほぼ垂直な面の少なくとも１面が、該第１の磁石と接合しているように複数配置されて形成された複合磁石であることを特徴とする。
【００２３】
請求項３記載の発明は、請求項１および２記載のモータであって、前記第２の永久磁石は、構成組織がハード磁性相とソフト磁性相からなる磁石粉末を樹脂にて結合した樹脂結合型磁石であることを特徴とする。
【００２４】
請求項４記載の発明は、界磁用永久磁石を有するモータにおいて、前記界磁用永久磁石が、保磁力の異なる２種またはそれ以上の永久磁石粉末を混合し、少なくとも１種の粉末のリコイル比透磁率が１．５以上であり、さらに樹脂にて結合した樹脂結合型磁石であって、該樹脂結合型磁石のリコイル比透磁率が１．３以上であることを特徴とする。
【００２５】
請求項５記載の発明は、界磁用永久磁石を有するブラシレスＤＣモータの回転子において、塊状鉄芯または積層された複数の鋼板によってヨークが形成され、前記ヨークは外周上に少なくとも２つ以上の偶数の界磁用永久磁石が配設されて磁極を形成し、前記界磁用永久磁石は請求項１ないし請求項４に記載の界磁用永久磁石であることを特徴とする。
【００２６】
請求項６記載の発明は、界磁用永久磁石を有するブラシレスＤＣモータの回転子において、積層された複数の鋼板によってヨークが形成され、前記ヨークは外周上に少なくとも２つ以上の偶数の磁極を有し、これらの磁極には界磁用永久磁石を挿入するスロットが１磁極おき又は各磁極に設けられ、前記スロットには請求項１ないし請求項４に記載された界磁用永久磁石が挿入されていることを特徴とする。
【００２７】
請求項７記載の発明は、界磁用永久磁石を有するブラシレスＤＣモータの回転子において、積層された複数の鋼板によってヨークが形成され、前記ヨークは外周上に少なくとも２つ以上の偶数の磁極を有し、これらの磁極には永久磁石を挿入するスロットが径方向わずかな間隔で２つずつ各磁極または１磁極おきに設けられ、前記スロットにはハード磁性相ほぼ単相からなり残留磁束密度が第２の永久磁石より高い第１の永久磁石と、ソフト磁性相とハード磁性相からなりリコイル比透磁率が１．５以上の第２の永久磁石と、が挿入されていることを特徴とする。
【００２８】
【発明の実施の形態】
以下に、本発明を図に基づき、また、本発明の界磁用永久磁石を有するモータの一例として、出力が１ｋＷ程度のブラシレスＤＣモータを用いて説明する。
【００２９】
図１は本発明のブラシレスＤＣモータの回転子断面を示す。回転子１は、多数の鋼板を積層したヨーク１１と、ヨーク中心部に貫通穴を設け、前記貫通穴に焼きばめ等によって固定された回転軸１２と、前記ヨークの外周面に互いに９０°をなして径方向に突出した４つの磁極部１３ａ〜１３ｄを形成し、それぞれの磁極には界磁用永久磁石を挿入するスロット１４ａ〜１４ｄが設けられ、それぞれのスロットには、第１の永久磁石１５ａ〜１５ｄと第２の永久磁石１６ａ〜１６ｄとを厚み方向に重ねた複合磁石が挿入されている。尚、永久磁石は各磁極部が回転方向交互にＮ極とＳ極とが現れるように着磁されている。
【００３０】
上記構成に基づいて本発明のモータの作用を以下に説明する。
【００３１】
まず、第１の永久磁石１５の動作について第２図に基づき説明する。使用した磁石は、Ｎｄ−Ｆｅ−Ｂ焼結磁石で最大エネルギー積（ＢＨ）max＝３４．８ＭＧＯｅ、残留磁束密度Ｂｒ＝１２．３ｋＧ、保磁力iＨc＝２０．５ｋＯｅ、リコイル比透磁率μｒ＝１．０５、厚み１ｍｍであり、図中に示す曲線および直線は、常温での４πＩ−Ｈ、Ｂ−Ｈの磁気履歴曲線と外部から逆磁場を印加しない時の動作線Ａおよび残留磁束密度を半減させる逆磁場を与えた時の動作線Ｂである。残留磁束密度、保磁力とも大きな永久磁石である。
【００３２】
第１の永久磁石を単独で磁気回路に組み込んだ時には、図から外部から逆磁場を印加しない時の磁石表面磁束密度は８ｋＧと、大きな動作磁束密度を得ることができる。これはブラシレスＤＣモータの小型化に大きく寄与する。また、磁石表面磁束密度を４ｋＧと半減させる為の逆磁場として、３．７５ｋＯｅ必要であることがわかる。
【００３３】
モータを運転制御する場合、ｄ軸電流を印加し、例えば磁石表面磁束密度を半減させ定出力特性を持たせることで、ｄ軸電流を流さない場合の３倍以上の回転速度を得ることができる。
【００３４】
次に、第２の永久磁石の動作について第３図に基づき説明する。使用した磁石は、ハード磁性相であるＮｄ2Ｆｅ14Ｂとソフト磁性相であるα−Ｆｅ相が１０ｎｍオーダーで共存した構成組織からなる磁石粉末を樹脂と結合して得たＮｄ−Ｆｅ−Ｂ系ボンド磁石で（ＢＨ）max＝８．６ＭＧＯｅ、Ｂｒ＝７．９ｋＧ、iＨc＝４．４ｋＯｅ、μｒ＝１．５であり、図中に示す曲線および直線は、常温での４πＩ−Ｈ、Ｂ−Ｈの磁気履歴曲線である。第１の永久磁石に比べてリコイル比透磁率が高いことが特徴であり、外部から印加される逆磁場に対して動作磁束密度の変化率が大きい。すなわち、第１の永久磁石に比べ、より小さな逆磁場で磁石表面磁束密度を大きく減少させることができる。しかし、一方残留磁束密度が高くないことから、第２の永久磁石を単独で磁気回路に組み込んだ時には、図から磁石表面磁束密度が所望の８０００Ｇを得ることが出来ず、モータの大型化に繋がる。
【００３５】
図４は、第１の永久磁石および第２の永久磁石を厚み方向に重ねた時の磁石動作を説明する図を示す。図中に示す曲線および直線は、常温での４πＩ−Ｈ、Ｂ−Ｈの磁気履歴曲線と外部から逆磁場を印加しない時の動作線Ａおよび残留磁束密度を半減させる逆磁場を与えた時の動作線Ｂである。第１の永久磁石と第２の永久磁石とを厚み方向に重ねて組み合わせた複合磁石とすることにより、第１の永久磁石よりも高いリコイル比透磁率μｒ＝１．３を示し、第２の永久磁石よりも高い残留磁束密度Ｂｒ＝９ｋＧを有する。本実施例では、それぞれの磁石厚み１．５ｍｍでありパーミアンス係数Ｐｃ＝６に設定されており、図から外部から逆磁場を印加しない時の磁石表面磁束密度は８ｋＧ、磁石表面磁束密度を４ｋＧと半減させるための逆磁場は３ｋＯｅでよいということがわかる。
【００３６】
すなわち、図２に示した特性を持つ永久磁石に比べて図４に示す界磁用永久磁石は、磁石表面磁束密度を４ｋＧと半減させるための逆磁場が２０％少なくて済むという作用がある。
【００３７】
表１に第１、および第２の永久磁石のリコイル比透磁率を変化させた時、複合磁石のリコイル比透磁率がどう変化するか、また必要となる逆磁界の大きさを第１の永久磁石を単独で用いた場合を基準として、それぞれ比率で表した。
【００３８】
【表１】
0003541582.tif 000002
【００３９】
表１によれば、第２の永久磁石のリコイル比透磁率が１．３の場合には複合磁石としてのリコイル比透磁率が１．１程度であり逆磁界比率は９５％と、５％しかｄ軸電流を減らせない。第２の永久磁石のリコイル比透磁率が１．５となれば逆磁界比率は８０％となり２０％改善できる。このことから、第２の永久磁石のリコイル比透磁率は１．５以上であることが望ましい。
【００４０】
以上の作用は、図４に示すような特性を単独の永久磁石で実現できれば、それでもよいが、現状では上述した特性を満足できる単独の永久磁石は発明者の知る限り存在しない。
【００４１】
上述した図１に示した界磁用永久磁石においては、２種の永久磁石が厚み方向に重ねられている、すなわち２種の磁石の磁化方向と磁石の接合面が垂直な関係となっている。これに対して図５に示すように幅方向に重ねられている、すなわち磁化方向と２種の磁石の接合面が平行な関係にある場合には、全体の磁石としての磁気履歴曲線は図６に示すように低保磁力の磁石の曲線と高保磁力の磁石の曲線を単に重ね合わせた曲線となり、実質的な保磁力は低保磁力の磁石のそれと同様となり、複合磁石としたことの効果は全く得られない。すなわち本発明の効果を得るためには、複合磁石の磁化方向と磁石の接合面が垂直な関係となっていることが必要である。
【００４２】
上記の事実が効果を得るために有効であることから、異なる特性を有する磁石の接合面が磁化方向と垂直となっていれば同様の効果を得ることができる。このため複合磁石として図７のように複数の特性の異なる磁石を、その接合面が磁化方向と垂直となるような関係を保ちながら組み合わせても前記実施例１と同様な効果が得られる。
【００４３】
本実施例においては、２種の永久磁石を厚み方向に接合面がほぼ垂直となるように単に重ねあわせ、スロットに挿入している。２種の永久磁石がそれぞれ独自に成形されたものを単に重ねあわせているので、接合面の密着度が低く、複合磁石全体の寸法精度もラフになるので、スロットの開口部は重ねあわせた永久磁石を容易に挿入できるよう大きめに形成されている。これでもよいが、界磁用永久磁石の磁束を有効に作用させる為には、２種の永久磁石は予め接合されて寸法精度を確保し、スロットの開口部寸法をなるべく小さくすることが、より好ましい。また、着磁を複合磁石として行う、あるいはさらにスロットに挿入したのち行う場合、着磁磁場の急激な変化による衝撃により、磁石が破損することを防ぐためにも、磁石間すきま、磁石とスロットとの隙間は小さい方がより好ましい。接合方法は特に規定されるものではなく、接着剤による接合、ボルト、ナットによる機械的な締結でもよい。また、２種の永久磁石が共に樹脂結合型磁石であれば、一体に成形してもよい。
【００４４】
ここで本発明に使用される界磁用永久磁石について、より詳細に述べる。
【００４５】
まず上述のような第１の永久磁石では高い磁束密度が要求される。上述したＮｄ−Ｆｅ−Ｂ焼結磁石はこのような用途に最適であるが、このほかにもＳｍ２Ｃｏ１７系の焼結磁石やＲ−Ｆｅ−Ｂ（ただしＲは希土類元素を示す）系の鋳造インゴットを熱間加工し熱処理を施した磁石、さらに２０ＭＧＯｅレベルの高い最大エネルギー積を有する異方性のボンド磁石を使用しても良い。特に異方性ボンド磁石は、形状自由度に優れるという利点も有している。異方性のボンド磁石材料としては、Ｓｍ２Ｃｏ１７系、Ｓｍ−Ｆｅ−Ｎ系、ＨＤＤＲによるＮｄ−Ｆｅ−Ｂ系などが挙げられる。
【００４６】
第２の永久磁石において重要な特性は高いリコイル比透磁率が得られるという点である。１．５以上の高いリコイル比透磁率が得られるのは、永久磁石の構成組織としてハード磁性相と共に１０ｎｍオーダーからなるソフト磁性相の複合組織が存在していることに起因する。このような微細複合組織を構成していることから、ソフト磁性相の磁化反転が、ハード磁性相との界面での交換相互作用により抑制されて磁石特性を得る。また逆磁場をかけてこれを元に戻すような動作を行った場合に、ソフト相の磁化反転はハード相に比べて急激に起きるため、高いリコイル比透磁率が実現する。
【００４７】
このような高いリコイル比透磁率を有するいわゆるナノコンポジット磁石としては、上述した実施例中で示されたＮｄ2Ｆｅ14Ｂとソフト磁性相であるα−Ｆｅ相を有する磁石の他に、以下のようなハード磁性相とソフト磁性相の組み合わせを有するナノコンポジット磁石も挙げられる。
【００４８】
１）Ｓｍ2Ｆｅ17Ｎx相とα−Ｆｅ相
２）（Ｓｍ，Ｚｒ）（Ｆｅ，Ｃｏ）7Ｎｘ相とα−Ｆｅ相
３）Ｎｄ２Ｆｅ１４Ｂ相とＦｅ３ＢまたはＦｅ２Ｂ相
４）ＳｍＣｏ５相とα−Ｆｅ相
などである。またこれらの磁石については必要に応じて様々な添加元素を加えることが可能である。
【００４９】
これら磁石の構成組織は１０ｎｍオーダーの結晶粒径からなる複合組織とする必要があり、その製造方法として最も適しているのは液体急冷法によるものである。これは合金溶湯を高速回転する単ロールまたは双ロールの上に噴射して薄帯または粉末状の磁石材料を得るものであり、場合によってはその後熱処理を施したり、窒素中での熱処理により窒化処理を行って作製される。
【００５０】
図８は本発明の他の実施例を示す界磁用永久磁石を有するブラシレスＤＣモータの回転子断面を示す。回転子５は、塊状鉄芯または多数の鋼板を積層したヨーク５１と、ヨーク中心部に貫通穴を設け、前記貫通穴に焼きばめ等によって固定された回転軸５２と、前記ヨークの外周面に互いに９０°をなして第１の永久磁石５３ａ〜５３ｄと第２の永久磁石５４ａ〜５４ｄとを厚み方向（着磁方向）に重ねて界磁用永久磁石となし、４つの磁極部を構成する。前記界磁用永久磁石の外周には絶縁管５５が被覆され、回転時の磁石飛散を防止する構成となっている。
【００５１】
上記構成によっても、実施例１で説明したと同様の作用を得る。
【００５２】
図９は本発明のさらに他の実施例を示す界磁用永久磁石を有するブラシレスＤＣモータの回転子断面図である。回転子６は、多数の鋼板を積層したヨーク６１と、ヨーク中心部に貫通穴を設け、前記貫通穴に焼きばめ等によって固定された回転軸６２と、前記ヨークの外周面に互いに９０°をなして径方向に突出した４つの磁極部６３ａ〜６３ｄを形成し、それぞれの磁極部には第１の永久磁石を挿入するスロット６４ａ〜６４ｄが設けられ、さらに径方向わずかな間隔で第２の永久磁石を挿入するスロット６５ａ〜６５ｄが設けられている。そして、それぞれのスロットには、第１の永久磁石６６ａ〜６６ｄと第２の永久磁石６７ａ〜６７ｄとが挿入されている。尚、永久磁石は各磁極部が回転方向交互にＮ極とＳ極とが現れるように着磁されている。
【００５３】
上記構成によっても、実施例１で説明したと同様の作用を得る。
【００５４】
以上、出力が１ｋＷ程度のブラシレスＤＣモータを例として説明したが、界磁用永久磁石を固定子に持つブラシ付ＤＣモータにおいても第１の永久磁石と第２の永久磁石とを着磁方向に重ねて磁気回路を構成することで同様の作用を得ることができる。
【００５５】
一方、ＯＡ機器制御用に用いられるモータ、例えばブラシレスＤＣモータを始め、ブラシ付ＤＣモータ、ＰＭステッピングモータ、ＨＢステッピングモータなどで残留磁束密度が８ｋＧ程度と低くてもよい場合には、複合磁石とせずとも図３に示すような第２の永久磁石を単独で界磁用永久磁石として用いることにより、実施例１で説明したと同様の作用を得る。その際、表１を参考としてリコイル比透磁率は１．３以上あれば２０％以上ｄ軸電流を減少させることができる。
【００５６】
【発明の効果】
以上のように、請求項１記載の発明は、複合磁石とすることで、電機子反作用を得るための逆磁場を２０％以上少なくできるので、モータにおいてはｄ軸電流を印加して弱め界磁制御をした時の銅損の増加を抑制でき、モータ効率の低下の抑制、モータ大型化の抑制、インバータ大型化の抑制に寄与することができる。
【００５８】
請求項２記載の発明は、前記請求項１の効果を得ると同時にさらに第１および第２の永久磁石を一体化できることで重ね合わせ面の隙間を磁石で埋められ界磁用永久磁石としての特性を最大限引き出せるとともに、永久磁石の着磁やモータの組立てにおいて取扱いが容易となる。これは単にハンドリングが容易となるだけでなく、着磁した磁石同士を重ねる際に強力な吸引力が発生するので、磁石の破損が生じたり重ねあわせ精度を出しにくいといった課題にも対応できる。モータを組み立てた後着磁をするような組立て工程とした時、衝撃的な着磁磁場により重ね合わせ面に発生する振動衝撃にも対応することができる。
【００５９】
請求項３記載の発明は、前記請求項１および２の効果を得ると同時に第２の永久磁石が形状自由度の高い樹脂結合型磁石であるので磁石全体の寸法精度を出しやすくなり、２次加工をせずとも磁気回路に組み込むことができる。
【００６０】
請求項４記載の発明は、前記請求項１ないし２の効果を得ると同時に、第１、第２の永久磁石がともに樹脂結合型磁石であるので同一金型内で界磁用永久磁石形状まで形成することが可能になる。また、第１および第２の永久磁石が成形樹脂により強固に接合できる。さらに、中間成形品のハンドリングが容易になるなど、磁石製造工程での大幅な合理化が期待できる。
【００６１】
請求項５記載の発明は、請求項１の効果に加えて、ブラシ、整流子などの機械要素を持たずに電機子電流の切替えが行えるモータであるので電機子電流の位相制御が容易にできる。
【００６２】
請求項６記載の発明は、界磁用永久磁石を持つモータの一例として磁石埋め込み型回転子を持つブラシレスＤＣモータにおいて請求項１の効果を得ることに併せて、鋼板から形成された磁極部を持つことから、磁石表面への減磁界が比較的均一にかかるので局部的な減磁を起こしにくいという効果がある。
【００６３】
請求項７記載の発明は、請求項１の効果に加えて、磁石を回転子に組み込む際に既に着磁されている場合には、第１、第２それぞれの永久磁石を独立に組み込めるので取扱いが容易となる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の界磁用永久磁石を有するブラシレスＤＣモータの回転子断面を示す図である。
【図２】第１の永久磁石の動作を説明する図である。
【図３】第２の永久磁石の動作を説明する図である。
【図４】第１の永久磁石および第２の永久磁石を厚み方向に重ねた複合磁石の動作を説明する図である。
【図５】永久磁石接合方法を説明するための図である。
【図６】図５の接合方法による磁石の磁気履歴を説明する図である。
【図７】本発明の他の実施例における複合磁石の構成を説明する図である。
【図８】本発明の他の実施例におけるブラシレスＤＣモータの回転子断面を示す図である。
【図９】本発明の更に他の実施例におけるブラシレスＤＣモータの回転子断面を示す図である。
【図１０】ブラシレスＤＣモータの出力特性を説明する図である。
【符号の説明】
１  回転子
１１  ヨーク
１２  回転軸
１３  磁極部
１４  スロット
１５  第１の永久磁石
１６  第２の永久磁石
【図１】
0003541582.tif 000003
【図２】
0003541582.tif 000004
【図３】
0003541582.tif 000005
【図４】
0003541582.tif 000006
【図５】
0003541582.tif 000007
【図６】
0003541582.tif 000008
【図７】
0003541582.tif 000009
【図８】
0003541582.tif 000010
【図９】
0003541582.tif 000011
【図１０】
0003541582.tif 000012