(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
複数相の固定子巻線を有する固定子と、この固定子内側に空隙部分を介して対向配置され、回転子鉄心とこの回転子鉄心に設けられた永久磁石とを有する回転子と、を備えた永久磁石形モータにおいて、
前記永久磁石を軸直角方向断面が内径側と外径側との両方を所定の半径の円弧形状とし、
前記回転子鉄心に永久磁石挿入用の収容孔を設け、前記収容孔の外径側の円弧の半径をＲとし、この収容孔に挿入される前記永久磁石の外径側の円弧の半径をｒとした場合、Ｒ＜ｒとなるように設定した
ことを特徴とする永久磁石形モータ。
【請求項２】
複数相の固定子巻線を有する固定子と、この固定子内側に空隙部分を介して対向配置され、回転子鉄心とこの回転子鉄心に設けられた永久磁石とを有する回転子と、を備えた永久磁石形モータにおいて、
前記永久磁石を軸直角方向断面が内径側と外径側との両方を円弧形状とし、
前記回転子鉄心に永久磁石挿入用の収容孔を設け、前記収容孔の内径側円弧の一部に直線部を設けるとともに、前記永久磁石の内径側円弧の一部に直線部を設けた
ことを特徴とする永久磁石形モータ。
【請求項３】
前記永久磁石の各磁極における磁気配向の焦点を前記回転子の外側に設けたことを特徴とする請求項１又は２に記載の永久磁石形モータ。
【請求項４】
前記回転子は、複数の永久磁石挿入用の収容孔を設けた回転子鉄心抜板を多数枚積層して回転子鉄心積層体を形成し、前記永久磁石挿入用の収容孔に前記永久磁石を挿着する構成とし、更に前記永久磁石と前記空隙との間を隔てる回転子鉄心の厚み寸法を前記回転子鉄心抜板の板厚の±３０％以内としたことを特徴とする請求項１から３までのいずれかに記載の永久磁石形モータ。
【請求項５】
前記固定子に、ティース部に直接巻線を巻回する集中巻固定子を用いたことを特徴とする請求項１から４までのいずれかに記載の永久磁石形モータ。
【請求項６】
前記永久磁石の内径側の円弧の半径を外径側の円弧の半径よりも小さくしたことを特徴とする請求項１から５までのいずれかに記載の永久磁石形モータ。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
この発明は、たとえば、空気調和機や冷蔵庫用圧縮機等に用いられる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】
従来例１．
図９は従来の永久磁石形モータを示す図である。
【０００３】
図９において、固定子１は、環状をなす固定子鉄心２と、この固定子鉄心２に形成された複数のティース３と、これらティース３に巻回されたコイル４とから構成されている。固定子１は、たとえば、複数相の固定子巻線を有する分布巻固定子である。
【０００４】
固定子１の内側には、空隙５を介して回転子１０が回転可能に配設されている。この回転子１０は、回転軸１１と、この回転軸１１の外周部に設けられた回転子鉄心１２とを有している。
【０００５】
図に示すように、モータの回転子に永久磁石を用いる永久磁石形モータは、外周近傍に複数の永久磁石挿入用の収容孔１３を設けた回転子鉄心１２に断面が円弧状をなす永久磁石１４を挿入して組み込むことによって構成されており、各永久磁石１４は、凸部側が外側を向くように配置されている。
【０００６】
そして、各永久磁石１４は、図１０に示すように各部の磁気配向１５が回転子１０の中心と永久磁石１４の周方向中央部とを結ぶ直線と平行となるように、換言すれば磁気配向中心が無限遠となるように着磁されている。なお、回転子鉄心１２は、収容孔１３が形成されたケイ素鋼板を多数枚積層して構成されたものである。
【０００７】
しかしながら、従来例１の構成のものでは、回転子１０と固定子１との間の永久磁石１４による空隙磁束密度分布が図１１に示すような波形となり、この波形が正弦波と大きく異なるため、コギングトルクが大きく、振動や騒音が大きいという問題点を有していた。
【０００８】
従来例２．
この問題点を解決する手段として、図１２に示すものが考えられる。この回転子１０は、各永久磁石１４の各部の磁気配向１５の焦点を回転子１０の外側に設けるように着磁されている。
【０００９】
上記の手段により、永久磁石１４による空隙磁束密度分布は、磁極の中央部において大きく、両端部において小さくなるので、図１３に示すように、正弦波に近い分布となり、これに伴いコギングトルクを低減でき、振動や騒音を小さくできる。
【００１０】
ところが、上記したような構成のモータにおいては、永久磁石１４を製造する際に磁気配向１５を永久磁石１４の凸部側に集中させなければならず、すなわち、永久磁石自身の形状による円弧の中心と磁気配向の中心とが逆方向となるため、永久磁石製造工程の成形時の圧縮方向と磁束方向が異なるため、永久磁石自身の残留磁束密度が低下し、これに伴ってモータ効率が低下するという問題点を有している。
【００１１】
従来例３．
また、上記従来例１の問題点を解決する他の手段として、図１４に示す構成のものも考えられる。この回転子１０は、各永久磁石１４の凸部側が回転子鉄心１２の内側を向くように配置し、各永久磁石１４の各部の磁気配向１５の焦点を回転子１０の外側に設けるように着磁している。
【００１２】
上記の手段によれば、永久磁石１４による空隙磁束密度分布は、磁極の中央部において大きく、両端部において小さくなるので、図１５に示すように正弦波に近い分布となり、これに伴いコギングトルクを低減でき、振動や騒音を小さくできると共に、永久磁石１４を製造する際に磁気配向１５を永久磁石１４の凹部側に集中させればよく、すなわち、永久磁石自身の形状による円弧の中心と磁気配向の中心とが同じ方向となるので、成形時の圧縮方向と磁束方向が同一となり、永久磁石自身の残留磁束密度が低下しないので、モータ効率が悪化することもない。
【００１３】
ところが、上記したような従来例３の回転子の構成では、図１６に示すように空隙５と各永久磁石１４とを隔てる回転子鉄心部分１２ａの厚みが増加し、磁気抵抗が低くなり、コイル４の電流により発生する磁束２０の内、回転子鉄心部分１２ａを通過し固定子鉄心２のティース３との間で短絡する磁束の量が増加する。これに伴い、この磁束に含まれる基本波成分や高調波成分により発生するトルクリップルも大きくなり、振動や騒音が大きくなるという問題点を有している。
【００１４】
【発明が解決使用とする課題】
この発明は、たとえば、モータ効率を低下させることなく、振動や騒音を低減できる永久磁石を備えた永久磁石形モータ及びその製造方法を提供することを目的とする。
【００１５】
【課題を解決するための手段】
この発明に係る好適な実施の形態は、複数相の固定子巻線を有する固定子と、この固定子内側に空隙部分を介して対向配置され、回転子鉄心とこの回転子鉄心に設けられた永久磁石と、を有する回転子とを備えた永久磁石形モータ及びその製造方法において、永久磁石を軸直角方向断面が内径側と外径側との両方に凸となる形状とするものである。
【００１６】
また、永久磁石の各磁極における磁気配向の焦点を回転子の外側に設けたものである。
【００１７】
また、回転子は、複数の永久磁石挿入用の収容孔を設けた回転子鉄心抜板を多数枚積層して回転子鉄心積層体を形成し、永久磁石挿入用の収容孔に永久磁石を挿着する構成とし、更に永久磁石と空隙との間を隔てる回転子鉄心の厚み寸法を回転子鉄心抜板の板厚の±３０％以内としたものである。
【００１８】
また、回転子鉄心の外周部に前記永久磁石を装着し、この永久磁石の外周部に非磁性の保護パイプを嵌着して回転子を構成したものである。
【００１９】
また、回転子鉄心に設けた永久磁石挿入用の収容孔の外径側の円弧の半径をＲとし、この収容孔に挿入される永久磁石の外径側の円弧の半径をｒとした場合、Ｒ＜ｒとなるように設定したものである。
【００２０】
また、永久磁石と空隙との間を隔てる回転子鉄心の厚み寸法を回転子鉄心抜板の板厚の±３０％以内としたものにおいて、固定子のティース部に直接巻線を巻回する集中巻固定子を施したものである。
【００２１】
また、永久磁石の内径側凸の半径を外径側凸の半径よりも小さくしたものである。
【００２２】
また、回転子鉄心に設けた永久磁石挿入用の収容孔、および永久磁石の内径側円弧の一部に直線部を設けたものである。
【００２３】
【発明の実施の形態】
実施の形態１．
以下、この発明の実施の形態１を図面を参照して説明する。
【００２４】
図１〜４は実施の形態１を示す図で、図１は永久磁石形モータの図、図２は永久磁石の磁気配向状態を示す図と、図３は磁束密度分布図、図４は図１の要部拡大図である。
【００２５】
図１において、固定子１は、環状をなす固定子鉄心２と、この固定子鉄心２に形成された複数のティース３と、これらティース３に巻回されたコイル４とから構成されている。固定子１は、たとえば、複数相の固定子巻線を有する分布巻固定子である。
【００２６】
固定子１の内側には、空隙５を介して回転子１０が回転可能に配設されている。この回転子１０は、回転軸１１と、この回転軸１１の外周部に設けられた回転子鉄心１２とを有し、この回転子鉄心１２に形成された永久磁石挿入用の収容孔１３に、永久磁石１４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。なお、回転子鉄心１２は、収容孔１３が打抜形成された回転子鉄心抜板と呼ばれるケイ素鋼板を回転軸１１の方向に（図１の紙面垂直方向に）多数枚積層した回転子鉄心積層体を有している。
【００２７】
上記回転子鉄心１２に設けられた収容孔１３は、回転軸１１の直角方向断面において、内径側と外径側の両方に凸となる形状となっており、また、永久磁石１４と空隙５とを隔てる回転子鉄心部分１２ａの径方向の厚み寸法ｔが回転子鉄心抜板の板厚の±３０％以内になるように設定されている。たとえば、１枚の回転子鉄心抜板の板厚が０．５ｍｍだとすると、回転子鉄心部分１２ａの径方向の厚み寸法ｔは、０．３５ｍｍ〜０．６５ｍｍとなる。
【００２８】
回転子鉄心１２に設けられた収容孔１３の外径側の円弧の半径をＲ、永久磁石１４の外径側の円弧の半径をｒとした場合に、Ｒ＞ｒとなるように設定したので、かつ、永久磁石１４の外側の凸の円弧は、回転子１０の外周円と同心円の円周上にあるようにしたので、回転子鉄心部分１２ａの径方向の厚み寸法ｔは一定値となる。
【００２９】
また、永久磁石１４は、前記収容孔１３にほぼ相似となる形状となっているとともに、Ｎ極とＳ極とが交互になるように、かつ、図２に示すように、各部の磁気配向１５の焦点が回転子１０の外側になるように着磁されている。
【００３０】
このように構成された永久磁石形モータにおいては、永久磁石１４による空隙磁束密度分布は、磁極の中央部において大きく、両端部において小さくなるので、図３に示すように、正弦波に近い分布となり、これに伴いコギングトルクを低減でき、振動や騒音を小さくできる。
【００３１】
なお、図２では、磁気配向１５の焦点が１ヶ所となっているが、回転子１０の外側であれば焦点が複数ヶ所に分かれても同様の効果を有することができる。
【００３２】
また、磁気配向１５をその焦点が回転子１０の外径にくるように設定しているが、永久磁石１４の断面が内径側にも凸となっており、かつ、図１に示すように、内径側凸の半径Ｒを外径側凸の半径Ｒよりも小さくすれば、永久磁石成形時の圧縮方向と磁束の方向が概略等しくなり、残留磁束密度が低下することがない。
【００３３】
また、図１とは、逆に、内径側凸の半径Ｒを外径側凸の半径Ｒよりも大きくしたい場合には、まず、永久磁石成形時は内径側凸の半径Ｒを外径側凸の半径Ｒよりも小さくして成形し、後から外径側凸の半径Ｒを大きくするように切削すれば同様の効果が得られる。
【００３４】
以上のように、永久磁石１４自身の残留磁束密度が低下することがなくなるので、モータ効率が低下してしまうという問題もない。
【００３５】
さらに、収容孔１３および永久磁石１４は外径側にも凸となる形状となっているとともに、空隙５と各永久磁石１４とを隔てる回転子鉄心部分１２ａの径方向の厚み寸法ｔを薄くしたので、この部分の磁気抵抗が大きくなり、図４に示すように空隙５と各永久磁石１４とを隔てる回転子鉄心部分１２ａを通る磁束の数を制限することができる。したがって、コイル４の電流により発生する磁束２０の内、前記回転子鉄心部分１２ａと固定子鉄心２のティース３との間で短絡してしまう磁束の量を少なくすることができるので、この磁束の高調波成分により発生するトルクリップルが低減され、振動や騒音を小さくできる。
【００３６】
なお、前記回転子鉄心１２の空隙５と永久磁石１４とを隔てる回転子鉄心部分１２ａの径方向の厚み寸法ｔは、回転子鉄心抜板の打抜性と磁気抵抗より、板厚の±３０％以内が望ましい。すなわち、回転子鉄心部分１２ａの径方向の厚み寸法ｔを小さくしすぎると、回転子鉄心抜板の打抜時に回転子鉄心部分１２ａを破壊してしまう。逆に、回転子鉄心部分１２ａの径方向の厚み寸法ｔを大きくしすぎると、空隙５と各永久磁石１４とを隔てる回転子鉄心部分１２ａを通る磁束の数を少なくすることができなくなる。
【００３７】
実施の形態２．
以下、この発明の実施の形態２を図面を参照して説明する。
【００３８】
図５は実施の形態２を示す図で、永久磁石形モータの回転子の図である。図５に示すように、回転子鉄心１２の外周部に永久磁石１４を配置し、非磁性のパイプ１６を嵌着してこの永久磁石１４を保護する構成とすることにより、回転子鉄心１２と固定子鉄心２との間で短絡する磁束がさらに減少し、これに伴いトルクリップルも低減されるので、振動や騒音を小さくできる。
【００３９】
実施の形態３．
以下、この発明の実施の形態３を図面を参照して説明する。
【００４０】
図６は実施の形態３を示す図で、回転子の１極分の図である。図に示すように、回転子鉄心１２に設けられた収容孔１３の外径側の円弧の半径をＲ、永久磁石１４の外径側の円弧の半径をｒとした場合に、Ｒ＜ｒとなるように設定したので、永久磁石１４と空隙５とを隔てる回転子鉄心部分１２ａと永久磁石１４の周方向における中央付近での接触がなくなり、回転子１０の高速回転時に生じる遠心力による回転子鉄心部分１２ａの中央部付近から両端部に作用する大きな慣性モーメントがなくなるので、せん断応力を減少させることができる。したがって、本実施の形態によれば、回転子の変形及び破断を防止できる。
【００４１】
実施の形態４．
以下、この発明の実施の形態４を図面を参照して説明する。
【００４２】
図７は実施の形態４を示す図で、永久磁石形モータの図である。実施の形態１〜３では、固定子は分布巻固定子であるものとしたが、図７に示すように、固定子１は、環状をなす固定子鉄心２と、この固定子鉄心２に形成された複数のティース３と、これらティース３に直接巻回されたコイル４とから構成される集中巻固定子であるものとした場合、以下のような利点がある。
【００４３】
集中巻固定子では、コイル４の電流により発生する磁束の内、空隙５と各永久磁石１４とを隔てる回転子鉄心部分１２ａを通過し固定子鉄心２のティース３との間で短絡してしまう磁束による振動や音への影響が分布巻固定子のそれよりも大きいため、空隙５と各永久磁石１４とを隔てる回転子鉄心部分１２ａの径方向の厚み寸法ｔを回転子鉄心抜板の板厚の±３０％以内になるように設定したことによるトルクリップル、すなわち騒音や振動の低減効果がより効果的になる。
【００４４】
また、コイル４の高占積率化による高効率化のため、近年、固定子鉄心２を分割したティース３単体巻や、鉄心をストレート状や逆反り状に展開してティースに直接巻線を行うタイプの集中巻固定子が提案されている。このタイプの固定子は、分割により固定子剛性が弱く、騒音や振動が大きくなりがちであるため、本形態が高効率化と騒音、振動の低減の両立により効果的となる。
【００４５】
ところで、本発明は上記し、かつ図面に示した各実施の形態にのみ限定されるものではなく、例えば永久磁石１４の個数は６個以外でもよい等、要旨を逸脱しない範囲内で適宜変形して実施できる。
【００４６】
実施の形態５．
以下、この発明の実施の形態５を図面を参照して説明する。
【００４７】
図８は実施の形態５を示す図で、回転子の１極分の図である。図に示すように、回転子鉄心１２に設けられた永久磁石１４の収容孔１３の内径側の円弧の一部に、及び、永久磁石１４の内径側の円弧の一部に直線部３０を設けたので、以下のような利点がある。
永久磁石１４の円弧の一部に直線部３０を設けたため、永久磁石１４の中央部と両端部との厚み差が小さくなり、永久磁石成形の際の圧縮粗密さが小さくなるのでクラックや欠けなどの成形不良を減少させることができる。
【００４８】
また、永久磁石１４の円弧の一部に直線部３０を設けたことにより、成形後の研磨加工でも設備に対する位置が安定するので、精度を容易に出すことができる。これにより永久磁石１４の寸法不良が低減できると共に、回転子鉄心１２への挿入工程での挿入不良も低減できる。
【００４９】
さらに、外径側ではなく、内径側の円弧の一部に直線部３０を設けたので、回転子鉄心部分１２ａと固定子鉄心２のティース３との間で短絡してしまう磁束の量は変わらず、この磁束の高調波成分により発生するトルクリップルが増加してしまうこともない。
【００５０】
【発明の効果】
この発明の好適な実施の形態に係る永久磁石形モータは、永久磁石を軸直角方向断面が内径側と外径側との両方に凸となる形状とすると共に、永久磁石の各磁極における磁気配向の焦点を前記回転子の外側に設けたので、永久磁石による空隙磁束密度分布は、磁極の中央部において大きく、両端部において小さくなるので、正弦波に近い分布となり、これに伴いコギングトルクを低減でき、振動や騒音を小さくでき、また、残留磁束密度を低下させることなく磁石を製造することができるため、モータ効率が低下してしまうという問題もなくなる。
【００５１】
また、回転子は、複数の永久磁石挿入用の収容孔を設けた回転子鉄心抜板を多数枚積層して回転子鉄心積層体を形成し、永久磁石挿入用の収容孔に永久磁石を挿着する構成とし、更に永久磁石と空隙との間を隔てる回転子鉄心の厚み寸法を回転子鉄心抜板の板厚の±３０％以内としたので、固定子のコイルの電流により発生する磁束の内、回転子鉄心部分と固定子鉄心のティースとの間で短絡してしまう磁束の量が小さくなるので、この磁束の高調波成分により発生するトルクリップルが低減され、振動や騒音を小さくできる。
【００５２】
また、回転子鉄心の外周部に前記永久磁石を装着し、この永久磁石の外周部に非磁性の保護パイプを嵌着して回転子を構成したので、回転子鉄心部分と固定子鉄心のティースとの間で短絡する磁束の量がさらに小さくなる。
【００５３】
また、回転子鉄心に設けた永久磁石挿入用の収容孔の外径側の円弧の半径をＲとし、この収容孔に挿入される永久磁石の外径側の円弧の半径をｒとした場合、Ｒ＜ｒとなるように設定したので、永久磁石と空隙とを隔てる回転子鉄心部分と永久磁石の周方向における中央付近での接触がなくなり、回転子の高速回転時に生じる遠心力による、回転子の変形及び破断を防止できる。
【００５４】
また、永久磁石と空隙との間を隔てる回転子鉄心の厚み寸法を回転子鉄心抜板の板厚の±３０％以内としたものにおいて、固定子のティース部に直接巻線を巻回する集中巻固定子を施したので、空隙と永久磁石とを隔てる回転子鉄心部分の径方向の厚み寸法を回転子鉄心抜板の板厚の±３０％以内になるように設定したことによるトルクリップル、すなわち騒音や振動の低減効果がより効果的になる。
【００５５】
また、永久磁石の内径側凸の半径を外径側凸の半径よりも小さくしたので、永久磁石成形時の圧縮方向と磁束の方向が概略等しくなり、残留磁束密度が低下することがない。
【００５６】
また、回転子鉄心に設けた永久磁石挿入用の収容孔、および永久磁石の内径側円弧の一部に直線部を設けたことにより、永久磁石成形の際の圧縮粗密さが小さくなるので、クラックや欠けなどの成形不良を低減することができる。
【００５７】
また、成形後の研磨加工においても設備に対する位置が安定するので、精度を容易に出すことができる。これにより永久磁石の寸法不良を低減できると共に、回転子鉄心への挿入工程での挿入不良も低減できる。
【００５８】
さらに回転子鉄心と固定子鉄心のティースとの間で短絡してしまう磁束の量が増加することがないので、この磁束の高調波成分により発生するトルクリップルが増加してしまうこともない。
【図面の簡単な説明】
【図１】実施の形態１を示す図で、永久磁石形モータの図である。
【図２】実施の形態１を示す図で、永久磁石の磁気配向状態を示す図である。
【図３】実施の形態１を示す図で、磁束密度分布図である。
【図４】実施の形態１を示す図で、図１の要部拡大図である。
【図５】実施の形態２を示す図で、永久磁石形モータの回転子の図である。
【図６】実施の形態３を示す図で、回転子の１極分の図である。
【図７】実施の形態４を示す図で、永久磁石形モータの図である。
【図８】実施の形態５を示す図で、回転子の１極分の図である。
【図９】従来の永久磁石形モータの図である。
【図１０】従来の永久磁石の磁気配向状態を示す図である。
【図１１】磁束密度分布図である。
【図１２】他の従来の永久磁石の磁気配向状態を示す図である。
【図１３】磁束密度分布図である。
【図１４】さらに他の従来の永久磁石の磁気配向状態を示す図である。
【図１５】磁束密度分布図である。
【図１６】図１４の要部拡大図である。
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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【図８】
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【図９】
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【図１０】
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【図１１】
0004598343.tif 000012
【図１２】
0004598343.tif 000013
【図１３】
0004598343.tif 000014
【図１４】
0004598343.tif 000015
【図１５】
0004598343.tif 000016
【図１６】
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