JP3145510U - 永久磁石式電動機の構造 - Google Patents

Abstract

【課題】磁束量の変化を減らし、逆起電力波形含有の高調波成分を減らし、効率を高める永久磁石式電動機の構造を提供する。
【解決手段】永久磁石式電動機の構造は、固定子、回転子及び回転軸を設置する。該回転子には複数の回転子磁極を成形し、各回転子磁極は一弧表面及び弧表面両側に延びる第一２２４、二傾斜段２２５を設置する。また隣り合う回転子磁極の第二傾斜段間は一切線段２２６で連接して凹陷空間２２７を形成し、複数の磁石２２２は各回転子磁極内に設置し、且つ各磁石の両端部は弧表面両側に近い第二傾斜段箇所に設置する。また各磁石の中央部分は回転子中心箇所に向けて内へ凹み、永久磁石式電動機全体を磁束量の変化を減らし、逆起電力波形（Back EMF）に含有する高調波成分を減らして電動機の効率を十分に高める。
【選択図】図２

Description

本考案は、永久磁石式電動機に関するもので、磁束量の変化を下げ、逆起電力波形に含む高調波成分を減らし、効率を十分に向上させる一種の永久磁石式電動機構造に係る。

現在、産業界に於いて、動力を提供して機械を動かして回転したり、もしくはその他形式の運動を行ったりすることは常に求められていることである。この場合、モーターが動力源となる。モーターは電気エネルギー、もしくは磁気エネルギーを機械エネルギーに転換するため、各種工業、電器、輸送システム等装置上に広く応用され、なくてはならない設備となっている。

モーターは、およそ直流、交流、ブラッシュ、もしくはブラッシュレス型に分かれる。一般的にモーターの構造は、一回転子及び一固定子から構成され、回転子及び固定子間の電磁誘導によって回転子が回転運動を行い、その回転運動が伝導されて必要な機械エネルギーが提供される。そのうち、磁石本体に備わる磁性の特色を活かし、電磁誘導を運用したのが、永久磁石式モーターである。永久磁石式モーターは限られた体積内で比較的大きなトルク及び効果を形成するため、市場に於いて注目を集めている。

図１に示すのは、公知の永久磁石式モーター１０の構造指示図であり、一回転子１１及び一固定子１２を含む。該回転子１１上には複数個の磁石１１１を設置し、また固定子１２は一環状構造を形成する。更に内縁上には複数個の固定子磁極１２１を環設し、固定子磁極１２１上にはコイルを巻き付け、回転子１１と固定子１２が相互に合わさった後、回転子 １１と固定子１２の間に一間隔が形成される。コイルに電流が流れた時、導磁性材質で作られた固定子磁極１２１は回転子１１の磁石
１１１によって互いに作用し、回転運動を発生する。該回転子１１は別に一心軸１３を具え、回転子１１が回転運動した時、機械エネルギーを伝導しやすくする。

そのうち，図１が示す回転子１１に於いて、複数の回転子磁極１１２を具える。図に示すのは、四極モーターを例としているため、四個の回転子磁極１１２を具え、且つ各回転子磁極１１２は、弧線表面１１３を具える。該弧線表面１１３上の回転子１１中心O１までの距離は、中心点１１３aによって両側辺１１３b、１１３cから徐々に減っていく。そのため各弧線表面１１３間に於いて一凹槽１１４を具え、該弧線表面１１３と固定子磁極１２１の隙間を小さくし、凹槽１１４と固定子磁極１２１の隙間を大きくする。そのため、弧線表面１１３の中心点１１３a付近に相対する固定子磁極１２１a磁束は集中し(磁束A)、磁性が容易にたまり、固定子磁極１２１b、１２１cの磁束(磁束B)の通過は減り、固定子巻線箇所の逆起電力感知は下がる。この状況の下、固定子巻線箇所に於ける逆起電力の感知を増やすため、固定子巻線の巻回数を増やさなければならないが、固定子巻線の巻回数が増えると、固定子巻線をした箇所の銅損が増え、電動機の効率を十分に高めることができない。

解決しようとする問題点は、電動機の効率が十分に発揮できない点である。

本考案は、固定子、回転子及び回転軸を設置する。該回転子には複数の回転子磁極を成形し、各回転子磁極は一弧表面及び弧表面両側に延びる第一、二傾斜段を設置する。また隣り合う回転子磁極の第二傾斜段間は一切線段で連接して凹陷空間を形成し、複数の磁石は各回転子磁極内に設置し、且つ各磁石の両端部は弧表面両側に近い第二傾斜段箇所に設置する。また各磁石の中央部分は回転子中心箇所に向けて内へ凹み、永久磁石式電動機全体を磁束量の変化を減らし、逆起電力波形（Back EMF）に含有する高調波成分を減らして電動機の効率を十分に高めることを最も主要な特徴とする。

本考案の永久磁石式電動機の構造は、下述の利点がある。
本考案の回転子の弧表面は、回転子中心の距離とすべて同じであるため、磁束を集中させない。
各回転子間に形成する凹陷空間は、それと回転子中心の距離が弧表面によって切線段から徐々に増加して磁束量の変化を減らし、更に逆起電力波形に含む高調波成分を減らして電動機の効率を十分に向上させる。
回転子上に設置した複数の通気孔は、回転子の回転慣量を減らし、放熱に役立つ。
各通気孔にはリベット釘孔を穿設し、回転子の構造強度を高める。

磁束量の変化を減らし、逆起電力波形に含有する高調波成分を減らして効率を高める一種の永久磁石式電動機を提供することを本考案の主な目的とする。

本考案の永久磁石式電動機は、固定子、回転子及び回転軸を設置する。該回転子には複数の回転子磁極を成形し、各回転子磁極は一弧表面及び弧表面両側に延びる第一、二傾斜段を設置する。また隣り合う回転子磁極の第二傾斜段間は一切線段で連接して凹陷空間を形成する。複数の磁石は、各回転子磁極内に設置し、且つ各磁石の両端部は弧表面両側に近い第二傾斜段箇所に設置し、各磁石中央部分は回転子中心箇所に向けて内向きに凹む。

そのうち，該弧表面に形成した夾角をθとし、回転子磁極の数量をP(偶数とする)とした時、（１２０/P）度≦θ≦（２００/P）度の条件を満たす。

本考案の特徴を図式と共に実施例を挙げて説明する。
本考案は、一般永久磁石式電動機に対する回転子であり、図２から図４に示すとおり、該永久磁石式電動機２０は、固定子２１、回転子２２及び回転軸２３を含む。そのうち、

該固定子２１は、一環状主体部２１１及び複数の固定子磁極２１２を具え、各固定子磁極２１２は該主体部２１１内部に凸設し、また各固定子磁極２１２内には一納置空間２１３を形成する。

該回転子２２は、該納置空間２１３内に設置し、各固定子磁極２１２の間に間隔が形成され、該回転子２２は複数の回転子磁極２２１を形成し、更に各回転子磁極２２１内には磁石２２２を設置する。

複数の回転子磁極２２１の数量は偶数で設置する。本実施では四極モーターを例としているため、四個の回転子磁極２２１を具える。各回転子磁極２２１は一弧表面２２３、及び弧表面２２３両側には外向きに順に伸びる第一、二傾斜段２２４、２２５を設置する。また相互に隣接する第二傾斜段２２５の間は一切線段２２６で連接し凹陷空間２２７を形成する。当然、図６に示す六極モーターを例としてもよく、その場合六個の回転子磁極２２１を具える。

複数の磁石２２２は、各回転子磁極２２１内に設置し、且つ各磁石２２２の両端部２２２a、２２２bは弧表面２２３両側に近い第二傾斜段２２５箇所に設置する。また各磁石２２２中央部分は回転子２２中心箇所O２内に向けて凹んでV字型を形成する。当然、各磁石は、異なる形式でもよく、図５Aに示すとおり、各磁石２２２中央部分は回転子２２中心箇所O２内に向けて凹んで円弧形を形成してもよい。また図５Bに示すとおり、各回転子磁極２２１内に一個以上の磁石２２２を設置してもよい。更に図５Cに示すとおり、各磁石２２２中央部分は回転子２２中心箇所O２内に向けて凹み、且つ該磁石２２２中央部分は平直部２２２cで両側の両端部２２２a、２２２bは外に向けて拡張する形式である。図５Dに示すのは、各磁石２２２中央部分が回転子２２中心箇所O２で内に向けて凹み、且つ該磁石２２２中央部分は湾曲円弧部２２２dで、更に該湾曲円弧部２２２dは回転子２２中心箇所O２が外に向けて突出し、両側の両端部２２２a、２２２bは外に向けて拡張する。更に図５Eに示すとおり、各磁石２２２は直接平直状でもよい。

一回転軸２３は、回転子２２の中心箇所O２に設置して回転子２２と連接して一体になる。

そのうち，該第一傾斜段２２４の傾斜率は、第二傾斜段２２５の傾斜率より小さく、第二傾斜段２２５は磁石両端部２２２a、２２２bと相互に平行で、弧表面２２３から回転子２２の中心箇所O２までの距離(D１)を同じにする。また第一傾斜段２２４から回転子２２の中心箇所O２までの距離(D２)は弧表面２２３から第二傾斜段２２５へ向かって徐々に増え、第二傾斜段２２５から回転子２２の中心箇所O２までの距離(D３)は第一傾斜段２２４から切線段２２６へ向けて徐々に増える。そのため、回転子磁極２２１は回転子２２の中心箇所O２までの距離は、弧表面２２３(D１)から切線段２２６(D４)へ向けて徐々に増え各一弧表面２２３が形成する夾角をθとし、回転子磁極の数量をPとした時、（１２０/P）度≦θ≦（２００/P）度の条件を満たす。本実施例内においては，該回転子磁極の数は４であるため、３０度≦θ≦５０度である。

更に該回転子２２上には更に複数の通気孔２２８を設置し、またリベット釘孔２２９を穿設する。それによって回転子２２の構造強度を高めるか、もしくはリベット釘孔を穿設しないで、各通気孔２２８の空洞状態を保ち、回転子の回転慣量を減らし、放熱に用いてもよい。勿論、本考案は図２の分布巻き付け方式，もしくは図６及び図７に示すとおり集中巻き付け方式でもよい。

本考案の技術内容及び技術特徴は、上述のとおりであるが、当領域の習熟者は本考案を基にした各種の本考案の精神から乖離しない入替、修飾を実施する可能性がある。そのため、本考案の保護範囲は実施例に示したものに制限されず、各種の本考案の入替及び修飾は請求範囲に含むこととする。

一般永久磁石式モーター内回転子と固定子の構造指示図である。 本考案の永久磁石式電動機の回転子と固定子の構造指示図である。 本考案の回転子の構造指示図である。 本考案の回転子と固定子の部分拡大構造指示図である。 本考案の各磁石の異なる形式の構造指示図である。 本考案の各磁石の異なる形式の構造指示図である。 本考案の各磁石の異なる形式の構造指示図である。 本考案の各磁石の異なる形式の構造指示図である。 本考案の各磁石の異なる形式の構造指示図である。 本考案の永久磁石式電動機の回転子と固定子の別の一構造指示図である。 本考案の永久磁石式電動機の回転子と固定子の更に別の一構造指示図である。

符号の説明

１０ 永久磁石式モーター
１１ 回転子
１１１ 磁石
１１２ 回転子磁極
１１３ 弧線表面
１１３ａ 中心点
１１３ｂ 側辺
１１３ｃ 側辺
１１４ 凹槽
１２ 固定子
１２１ 固定子磁極
１２１ａ 固定子磁極
１２１ｂ 固定子磁極
１２１ｃ 固定子磁極
１３ 心軸
２０ 永久磁石式電動機
２１ 固定子
２１１ 環状主体部
２１２ 固定子磁極
２１３ 納置空間
２２ 回転子
２２１ 回転子磁極
２２２ 磁石
２２２ａ 端部
２２２ｂ 端部
２２２ｃ 平直部
２２２ｄ 湾曲円弧部
２２３ 弧表面
２２４ 第一傾斜段
２２５ 第二傾斜段
２２６ 切線段
２２７ 凹陷空間

Claims (7)

1. 固定子、回転子、複数の回転子磁極、複数の磁石及び回転軸を設置する永久磁石式電動機の構造において、
   各回転子磁極は、一弧表面及び弧表面両側に伸びる第一、二傾斜段を設置し、隣り合う回転子磁極の第二傾斜段間には一切線段で連接し、凹陷空間を構成し、該第一傾斜段の傾斜率は第二傾斜段の傾斜率より小さく、各磁石はそれぞれ各回転子磁極内に設置し、且つ各磁石の両端部は弧表面両側に近い第二傾斜段箇所に設置することを特徴とする永久磁石式電動機の構造。
2. 前記弧表面は、それを形成する夾角をθとし、回転子磁極の数量をPとした時、（１２０/P）度≦θ≦（２００/P）度の条件を満たすことを特徴とする請求項１記載の永久磁石式電動機の構造。
3. 前記回転子磁極は、数量をPとして偶数とすることを特徴とする請求項１記載の永久磁石式電動機の構造。
4. 前記各磁石は、中央部分が回転子中心箇所に向かって内向きに凹んでV字型を形成することを特徴とする請求項１記載の永久磁石式電動機の構造。
5. 前記各磁石は、中央部分が回転子中心箇所に向かって内向きに凹んで円弧形を形成することを特徴とする請求項１記載の永久磁石式電動機の構造。
6. 前記各磁石は、中央部分が回転子中心箇所に向かって内向きに凹んで、且つ該磁石中央部分は平直部でその両側の両端部は外に向かって拡張することを特徴とする請求項１記載の永久磁石式電動機の構造。
7. 前記各磁石は、中央部分が回転子中心箇所に向かって内向きに凹んで、且つ該磁石の中央部分は湾曲円弧部で、且つ該湾曲円弧部は回転子中心箇所に向かって外向きに突出し、両側の両端部は外に向かって拡張することを特徴とする請求項１記載の永久磁石式電動機の構造。