JPH10112945A

JPH10112945A - 永久磁石ロータ及びその製造方法

Info

Publication number: JPH10112945A
Application number: JP8265903A
Authority: JP
Inventors: Yoshinari Asano; 能成浅野; Kenji Sasaki; 健治佐々木; Shizuka Yokote; 静横手; Kazuhiro Obara; 一浩小原
Original assignee: Matsushita Electric Industrial Co Ltd
Current assignee: Panasonic Holdings Corp
Priority date: 1996-10-07
Filing date: 1996-10-07
Publication date: 1998-04-28
Anticipated expiration: 2016-10-07
Also published as: JP3855318B2

Abstract

(57)【要約】【課題】直流モータの永久磁石ロータにおいて、マグ
ネットトルクとリラクタンストルクが同じ電流位相で最
大となるような構造、及び製造方法。【解決手段】ロータ１１はロータコア１２と前記ロー
タコア中心にあるシャフト穴１４に圧入されたシャフト
と前記シャフトを中心として配置された２個の永久磁石
１３と前記永久磁石の飛散防止のための管１５からな
り、前記永久磁石は等間隔にロータコア表面に配置さ
れ、永久磁石間には突起形状の突極部１６を有する。前
記突極部は、磁極の中心１７ｂからロータ回転前進側に
電気角略４５゜の位置にある。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、マグネットトルク
のみならずリラクタンストルクをも有効利用し、機器の
高効率化を実現する永久磁石ロータ及びその製造方法に
関するものである。

【０００２】

【従来の技術】従来の永久磁石ロータは、図２５に示す
ように鉄などの高透磁率材または積層された電磁鋼板か
らなるロータコア２５２に、シャフト穴２５４を中心と
して同心状に配された磁極数組の打ち抜き穴２５５ａ，
２５５ｂに、永久磁石２５３ａ，２５３ｂを埋設してな
る。

【０００３】ロータの磁極間相互の磁路Ｐｑを通る磁束
をｑ軸磁束、またｑ軸磁束を発生させるようなステータ
巻線２５９に流れる電流をｑ軸電流といい、ｑ軸磁束の
とおりやすさをｑ軸インダクタンスということにする。
一方、ロータの磁極の中心間の磁路Ｐｄを流れる磁束を
ｄ軸磁束、またｄ軸磁束を発生させるようなステータ巻
線に流れる電流をｄ軸電流といい、ｄ軸磁束のとおりや
すさをｄ軸インダクタンスということにする。この構造
は、ｑ軸インダクタンス−ｄ軸インダクタンス＞０とな
ることにより、電流位相を進めることで、リラクタンス
トルクを有効に利用し、高効率を実現していた。

【０００４】

【発明が解決しようとする課題】しかしながら上記従来
の構成では、リラクタンストルクを有効に利用するため
には、電流位相βを０゜＜β＜４５°の範囲内で進める
必要があった。β＝０のとき、マグネットトルクは最大
となるが、リラクタンストルクを利用するために電流位
相を進めることにより、マグネットトルクを最大に使用
できないという欠点を有していた。また、電流位相を進
めるため特別な制御回路を必要とした。

【０００５】上記欠点を解決するため、特開平７−１４
３６９４に示す「同期機のロータ構造及び同期型モー
タ」では、永久磁石と突極との位置関係を検討し、マグ
ネットトルクとリラクタンストルクのピークを一致させ
て出力の増幅をはかっている。

【０００６】図２６は特開平７−１４３６９４に示す
「同期機のロータ構造及び同期型モータ」の断面図であ
る。２極モータは、ステータ２７０とロータ２６１を備
えている。ステータコア２６８に施された巻線２６９に
電流が流れることにより、ロータ２６１が回転する。ロ
ータ２６１には２ヶ所の突極２６６ａ，２６６ｂ及び２
個の永久磁石２６３ａ，２６３ｂを有する。前記突極の
位置は、前記永久磁石の位置２６７に対してロータ回転
前進側に電気角略４５゜ずらした位置となっている。し
かし、特開平７−１４３６９４に示す「同期機のロータ
構造及び同期型モータ」では、マグネットトルク最大の
位置でリラクタンストルクを最大とすることは可能であ
るが、磁極の表面積を大きく減少されることになる。高
効率化のためには磁極表面積を大きく取り、かつマグネ
ットトルクの最大となる電流位相とリラクタンストルク
の最大となる電流位相を一致させる構造が必要である。

【０００７】

【課題を解決するための手段】上記課題を解決するため
本発明は、高透磁率材または積層された電磁鋼板からな
るロータコアと前記ロータコアの中心を貫くシャフト
と、前記シャフトを中心として配置された磁極数組の永
久磁石からなる永久磁石ロータにおいて、磁極中心から
ロータ回転前進側に電気角略４５゜の位置における磁束
の通りやすさ、すなわちインダクタンスが他の角度のそ
れより高くなるような構造としたものである。

【０００８】上記構造とすることにより、マグネットト
ルクを十分に確保しつつ、リラクタンストルクを最も有
効に利用することができ、機器の高効率化が実現され
る。

【０００９】

【発明の実施の形態】上記課題を解決するために本発明
は、高透磁率材または積層された電磁鋼板からなるロー
タコアと前記ロータコアの中心を貫くシャフトと、前記
シャフトを中心として配置された複数個の永久磁石から
なる直流モータの永久磁石ロータにおいて、磁極中心か
らロータ回転前進側に電気角略４５゜の位置における磁
束の通りやすさ、すなわちインダクタンスが他の角度の
それより高くなるような構造としたものである。

【００１０】また、上記構造として、磁極中心からロー
タ回転前進側に電気角略４５゜の位置に突起形状の突極
部を設けたものである。これによって、マグネットトル
クの最大となる点と、リラクタンストルクの最大となる
点が一致し、その点で運転することにより効率の高いモ
ータが実現できる。

【００１１】また、ロータコアの表面付近に前記シャフ
トを中心として同心円弧状に等間隔に配置された複数個
の永久磁石用打ち抜き穴を有し、前記永久磁石用打ち抜
き穴に挿入された永久磁石の磁極中心からロータ回転前
進側に電気角略４５゜の位置に前記永久磁石用打ち抜き
穴間のロータコア部を有することにより、永久磁石をロ
ータコア内部に埋設するため、永久磁石飛散防止手段が
不要となる。

【００１２】また、ロータコアの表面に略リング状の永
久磁石を有し、永久磁石内側すなわちロータコア外周か
ら、ロータコア中心までの距離が、磁極中心からロータ
回転前進側に電気角略４５゜の位置が大きく、ロータ回
転後進側に電気角略４５゜の位置が小さくすることによ
り、ロータ外周全て永久磁石とすることにでき、磁石表
面積を最大限に大きくすることにより、マグネットトル
クを最大にすることができる。

【００１３】また、ロータコア表面に複数個の略リング
形状の永久磁石を配した永久磁石ロータにおいて、ロー
タコア内部に複数個のスリットを有し、前記スリットの
先端が磁極中心よりロータ回転前進側に電気角略４５゜
の位置付近でロータコア外周に向かってほぼ直角をなし
て集まり、ロータの求心方向に凸の形状で、前記スリッ
トが１磁極あたり１層以上設けることにより、永久磁石
の厚みを均一にでき、かつリラクタンストルクを有効利
用することが可能となる。

【００１４】また、スリットがロータコア外周より外側
かつロータ回転後進側に電気角略４５゜の位置に中心を
もつ円弧形状とすることにより、ロータコア内部の磁路
を確保し、リラクタンストルクを有効に利用することが
できる。

【００１５】また、２極永久磁石ロータにおいては、複
数のスリットが磁極中心を結んだ線よりロータ回転前進
側に電気角略４５゜の線に平行とするとよい。

【００１６】また、スリットに非磁性体またはロータコ
ア材質より磁性の低い磁性体を充填または埋設すること
により、ロータコア強度を強くすることができる。

【００１７】また、圧延方向をそろえて積層された無方
向性電磁鋼板からなるロータコアと、前記ロータコアを
貫くシャフトと、前記シャフトを中心として配置された
永久磁石からなる２極永久磁石ロータにおいて、圧延方
向が磁極中心を結んだ線よりロータ回転前進側に電気角
略４５゜の線に平行としてもよい。

【００１８】また、磁化容易方向をそろえて積層された
方向性電磁鋼板からなるロータコアと、前記ロータコア
を貫くシャフトと、前記シャフトを中心として配置され
た永久磁石からなる２極永久磁石ロータにおいて、磁化
容易方向が磁極中心を結んだ線よりロータ回転前進側に
電気角略４５゜の線に平行としてもよい。

【００１９】また、同期モータの永久磁石ロータの場合
は、高透磁率材または積層された電磁鋼板からなるロー
タコアと前記ロータコアの中心を貫くシャフトと、前記
シャフトを中心として配置された永久磁石と、ロータコ
アの外周付近による複数個の導体バーと、前記導体バー
をロータコア両端面で短絡する導体エンドリングからな
り、脱調トルクをＴｏ、負荷トルクをＴｌとしたとき、
磁極中心からロータ回転前進側に電気角略｛４５−ＣＯ
Ｓ^-1（Ｔｌ／Ｔｏ）｝゜の位置における磁束の通りやす
さ、すなわちインダクタンスが他の角度のそれより高く
なるような構造とすることにより、負荷回転時において
マグネットトルクとリラクタンストルクを有効に利用で
きるとともに、始動回路を必要とせず、導体バー及び導
体エンドリングに流れる電流により始動することが可能
である。

【００２０】また、ロータコアに１個またはロータ磁極
数の約数個の小穴を設けることにより、着磁の際、正確
に位置合わせができるとともに、着磁の際、治具を前記
小穴に挿入することにより、リラクタンストルクにより
ロータが回転するのを抑えることが可能である。

【００２１】また、スリットを有する直流モータの永久
磁石ロータにおいては、ロータコア両端に少なくとも各
一枚ずつ、スリットのない、または他のロータコアシー
トのスリットよりも小さいスリットを有するロータコア
シートを積層することにより、磁石成形時のロータコア
にかかる応力やロータ回転による遠心力などによる変形
によるエアギャップ不同などを防止し、精度良く、効率
の高いモータを提供することができる。

【００２２】また、スリットを有し、導体バー及び導体
エンドリングを有する同期モータの永久磁石ロータにお
いては、ロータコア両端に少なくとも各一枚ずつ、スリ
ットのない、または導体エンドリングにスリットがかか
らないような大きさのスリットを有するロータコアシー
トを積層することにより、導体バー及び導体エンドリン
グを一体としてダイカスト成形する際、スリットに導体
が流れ込むのを防止し、成形時の応力によるロータコア
の変形などを防止することができる。

【００２３】また、直流モータの永久磁石ロータの製造
方法として、ロータコアシートを積層してロータコアを
構成した後、ボンドマグネットをロータコアと一体成形
して円筒形のロータとし、着磁を行うことにより、ロー
タコア及び永久磁石の寸法精度がよく、かつ生産性よく
永久磁石ロータが製造できる。

【００２４】また、同期モータの永久磁石ロータの製造
方法としては、ロータコアシートを積層してロータコア
を構成した後、前記導体バーと前記導体エンドリングと
を一体としてダイカストした後、ボンドマグネットをロ
ータコアと一体成形して円筒形のロータとし、着磁を行
うことにより、導体バー及び導体エンドリング成形によ
る熱で永久磁石が破損、または磁性を失うことなく、か
つ精度よく、生産性よく永久磁石ロータの製造ができ
る。

【００２５】また、ロータコアに磁極数組のスリットを
有する同期モータの永久磁石ロータの製造方法におい
て、ロータコアシートを積層してロータコアを構成した
後、少なくとも一方の端面が短絡されていない導体バー
をロータコアに挿入し、導体バーの短絡されていない端
面を前記導体エンドリングを溶接した後、ボンドマグネ
ットをロータコアと一体成形して円筒形のロータとし、
着磁を行うことにより、あらかじめ成形された導体バー
をロータコアに挿入するため高熱にする必要がなく、ス
リットに導体が流れ込むことなく、かつ永久磁石の破
損、または磁性を失うことなく、精度よく、生産性よく
永久磁石ロータが製造できる。

【００２６】

【実施例】以下本発明の実施例について、図面を参照し
て説明する。

【００２７】（実施例１）図１は、本発明の一実施例に
おける直流モータの２極永久磁石ロータの断面を示す図
である。ロータ１１は、鉄などの高透磁率材または積層
された電磁鋼板からなるロータコア１２とロータコアの
中心にあるシャフト穴１４に圧入されたシャフト（図示
せず）と、前記シャフトを中心として配置された２個の
永久磁石１３と前記永久磁石の飛散防止のための管１５
からなり、スイッチング素子などにより整流された電流
がステータ巻線（図示せず）を流れることにより発生す
る回転磁界により、Ｒの方向に回転している。前記永久
磁石は等間隔にロータコア表面に配置され、永久磁石間
には突起形状の突極部１６を有する。突極部は、永久磁
石固定位置から９０゜の位置にあるが、磁極の中心１７
ｂからはロータ回転前進側に４５゜の位置にある。１個
の磁石の内部にＮ極とＳ極の境目１７ａが存在する。

【００２８】一般に図２５に示すような逆突極性を有す
るロータをもつ永久磁石モータのトルクは、マグネット
トルクＴＭ＝Ｐｎ・Ψａ・Ｉａ・ｃｏｓβとリラクタン
ストルクＴＲ＝０．５・Ｐｎ・（Ｌｑ−Ｌｄ）・Ｉａ²
・ｓｉｎ２βとの和で表される。ここで、Ｐｎは極対
数、Ψａは永久磁石による鎖交磁束、Ｉａはステータ電
流、Ｌｑはｑ軸インダクタンス、Ｌｄはｄ軸インダクタ
ンス、βは電流進角（電気角）である。図１８に、マグ
ネットトルクとリラクタンストルク、総合トルクを示し
た。マグネットトルクはβ＝０゜で最大となり、リラク
タンストルクはβ＝４５゜で最大となる。従って、総合
トルクは、０゜＜β＜４５゜の範囲内で最大となる。し
かし、総合トルク最大となる点は、マグネットトルク最
大の点ともリラクタンストルク最大の点とも一致せず、
マグネットトルク及びリラクタンストルクを最大限に利
用しているとはいえない。一方、本実施例においては、
突極を磁極中心からロータ回転前進側に４５゜とするこ
とにより、リラクタンストルクは、ＴＲ＝０．５・Ｐｎ
・（Ｌｑ−Ｌｄ）・Ｉａ²・ｃｏｓ２βとなり、β＝０
゜において、マグネットトルクもリラクタンストルクも
最大となる。図１７に、マグネットトルクとリラクタン
ストルク、総合トルクを示した。総合トルクの最大値
は、図１８と比較して約２０％上昇している。また、電
流位相βを０゜で運転できる。

【００２９】（実施例２）図２は、本発明の他の実施例
における直流モータの４極永久磁石ロータの断面を示す
図である。構成及び動作，効果は実施例１と同じなので
省略する。４極の場合、電気角４５゜は機械角２２．５
゜となる。従って、突極部２６は、磁極の中心２７ｂか
らロータ回転前進側に電気角４５゜、機械角では２２．
５゜の位置にある。また、本実施例では、永久磁石飛散
防止に管を用いず、永久磁石をコアに接着している。

【００３０】（実施例３）図３は、本発明の他の実施例
における直流モータの４極永久磁石ロータの断面を示す
図である。ロータ３１は、ロータコア３２の表面付近に
シャフト穴３４に圧入されたシャフト（図示せず）を中
心として同心円弧状に等間隔に配置された４個の永久磁
石用打ち抜き穴３８を有し、前記永久磁石用打ち抜き穴
に挿入された永久磁石３３の磁極中心３７ｂからロータ
回転前進側に電気角４５゜、機械角２２．５゜の位置に
前記永久磁石用打ち抜き穴間のロータコア部３６を有す
る。１個の磁石の内部にＮ極とＳ極の境目３７ａが存在
する。

【００３１】効果は実施例１と同じなので省略する。本
実施例においては、永久磁石をロータコア内部に埋設す
るため、ロータコア薄肉部３５が存在し、永久磁石飛散
防止手段が不要となる。

【００３２】（実施例４）図４は、本発明の他の実施例
における直流モータの２極永久磁石ロータの断面を示す
図である。ロータ４１は、ロータコア４２の表面に略リ
ング状の永久磁石４３を有し、永久磁石内側すなわちロ
ータコア外周から、ロータコア中心までの距離が、磁極
中心４７ｂからロータ回転前進側に電気角４５゜の位置
４６ａが大きく、ロータ回転後進側に電気角４５゜の位
置４６ｂが小さい。２極永久磁石ロータの場合は、ロー
タコア形状が、磁極中心４７ｂからロータ回転前進側に
電気角４５゜の位置を結ぶ線を長軸とする楕円となる。

【００３３】効果は実施例１と同じであるので省略す
る。本実施例においては、ロータ外周全て永久磁石とす
ることにより、磁石表面積を最大限に大きくすることが
でき、マグネットトルクを最大にすることができる。

【００３４】なお、小穴４５を設けると、着磁の際、着
磁中心をあわせる目印となる。また前記小穴に治具を挿
入してロータを押さえることにより、着磁の際リラクタ
ンストルクが働いてロータが回転し、着磁不完全となる
ことを防止できる。

【００３５】前記小穴は、全ロータコアシートにあって
もよく、またロータコアの端部にあるロータコアシート
のみにあってもよい。

【００３６】（実施例５）図５は、本発明の他の実施例
における直流モータの４極永久磁石ロータの断面を示す
図である。ロータ５１は、ロータコア５２の表面に略リ
ング状の永久磁石５３を有し、永久磁石内側すなわちロ
ータコア外周から、ロータコア中心までの距離が、磁極
中心５７ｂからロータ回転前進側に電気角４５゜の位置
５６ａが大きく、ロータ回転後進側に電気角４５゜の位
置５６ｂが小さい。

【００３７】効果は、実施例４と同じなので省略する。（実施例６）図６は、本発明の他の実施例における直流
モータの４極永久磁石ロータの断面を示す図である。ロ
ータ６１は、ロータコア６２表面にリング状の永久磁石
６３を有し、ロータコア内部にスリット６５ａ，６５ｂ
を有し、前記スリットの先端６６が磁極中心６７ｂより
ロータ回転前進側に電気角４５゜の位置付近でロータコ
ア外周に向かってほぼ直角をなして集まり、ロータの求
心方向に凸の形状で、前記スリットが１磁極当たり２層
ある。ここでは、スリット形状はロータコア外周より外
側かつロータ回転後進側に電気角４５゜の位置に中心６
８をもつ円弧形状である。

【００３８】本構造により、ロータコアに、突極性をも
たせることにより、マグネットトルクのみならずリラク
タンストルクをも有効に利用でき、マグネットトルクと
リラクタンストルクの最大となる点を一致させることに
より、同一入力により、より高いトルクを発生させるこ
とができ、効率の高いモータを提供することができる。
また、永久磁石の厚みを均一にできるため、成形がしや
すく減磁耐力にも有利である。

【００３９】なお、本実施例においては、円弧形状のス
リットであったが、ロータ求心方向に凸であればよく、
磁極数も４に限るものではない。例えば、磁極数が増せ
ば円弧形状よりＶ型形状が有利となる。円弧形状のスリ
ットの場合、多層構造としたとき、スリットとスリット
の間に等幅のなめらかな磁路が形成されるため、リラク
タンストルクを大きくするために有効である。

【００４０】また、スリットの１磁極当たりの層数も選
択自由である。さらに、スリット内部には樹脂などの非
磁性体を充填し、または透磁率の低い物質を埋設するこ
とにより、強度や精度的に有利となる。

【００４１】（実施例７）図７は、本発明の他の実施例
における直流モータの２極永久磁石ロータの断面を示す
図である。ロータ７１は、ロータコア７２表面にリング
状の永久磁石７３を有し、ロータコア内部にスリット７
５ａ，７５ｂ，７５ｃを有し、そのスリットが１８０゜
の位置で相対する磁極中心７７ｂを結んだ線よりロータ
回転前進側に電気角４５゜の線に平行である。

【００４２】効果は実施例６と同じなので省略する。線
状のスリットであり、加工が容易で精度がよい。

【００４３】多極の場合は、シャフト穴を中心として、
磁極の数だけ、放射状にスリットを配置するとよい。

【００４４】（実施例８）図８は、本発明の他の実施例
における直流モータの２極永久磁石ロータの断面を示す
図である。ロータ８１は、磁化容易方向をそろえて積層
された方向性電磁鋼板からなるロータコア８２表面にリ
ング状の永久磁石８３を有し、磁化容易方向Ｌが磁極中
心８７ｂを結んだ線よりロータ回転前進側に電気角４５
゜の線に平行である。

【００４５】本構造により、磁化容易方向と磁化困難方
向（磁化容易方向に直角の方向）とのインダクタンスの
差により、リラクタンストルクが発生する。また、マグ
ネットトルクとリラクタンストルクの最大となる点が一
致するため、同一入力でより高いトルクを発生し、効率
の高い永久磁石モータを提供することができる。

【００４６】構造が単純であるため加工が容易であり、
生産性，強度，精度ともにすぐれている。

【００４７】また、無方向性電磁鋼板を用いる場合は、
圧延方向が磁極中心８７ｂを結んだ線よりロータ回転前
進側に電気角４５゜の線に平行となるようにするとよ
い。

【００４８】本実施例は、前記実施例との任意の組み合
わせでもよい。（実施例９）図９は、本発明の他の実施例における同期
モータの２極永久磁石ロータの断面を示す図である。ロ
ータ９１は鉄などの高透磁率材または積層された電磁鋼
板からなるロータコア９２と前記ロータコアの中心のシ
ャフト穴９４を貫くシャフト（図示せず）と前記シャフ
トを中心として配置された２個の永久磁石９３からな
り、脱調トルクをＴｏ、負荷トルクをＴｌとしたとき、
磁極中心９７ｂからロータ回転前進側に電気角略｛４５
−ＣＯＳ^-1（Ｔｌ／Ｔｏ）｝゜の位置に突起状の突極９
６を有する。また、ロータコアの外周付近に複数個の導
体によるバー９９を軸方向に有し、ロータの両端面で導
体エンドリング（図示せず）により短絡されている。

【００４９】交流電流がステータ巻線（図示せず）を流
れることにより発生する回転磁界により、Ｒの方向に回
転している。

【００５０】本構造により、ロータコアに突極性をもた
せることにより、マグネットトルクのみならずリラクタ
ンストルクをも有効に利用でき、負荷回転時にリラクタ
ンストルクが最大となる構造をとることにより、同一入
力により、より高いトルクを発生させることができ、効
率の高いモータを提供することができる。

【００５１】一般に無負荷回転時は、ロータ磁極中心に
ステータ巻線に流れる電流によりつくられる対となる磁
極がくる。脱調時は、ロータ磁極中心からロータ回転前
進側に電気角９０゜の位置にステータ巻線に流れる電流
によりつくられる対となる磁極がくる。負荷回転時は、
負荷の重さに応じて、ロータ磁極中心からロータ回転前
進側に電気角０゜から９０゜の間にステータ巻線に流れ
る電流によりつくられる対となる磁極がくる。従って、
負荷時のロータ磁極の、ステータ巻線に流れる電流によ
りつくられる磁極に対する遅れは、電気角０゜から９０
゜の間となり、その角度を（９０−θ）とすると、Ｔｌ
／Ｔｏ＝ｃｏｓθとなる。リラタンストルクは、電流位
相がロータ回転前進側に電気角４５゜で最大となるの
で、ロータ磁極中心からロータ回転前進側に電気角（４
５−θ）゜の位置において、インダクタンスが最大とな
る構造とするとよい。負荷が変化する場合、平均負荷ト
ルクまたは、最も長い時間用いられる負荷トルクをＴｌ
として計算すればよい。

【００５２】また、始動時、ロータに入る磁束量の変化
に応じて導体バー及び導体エンドリングに誘導電流が流
れるため、回路を必要とせずに始動することが可能であ
る。

【００５３】本実施例では、２極永久磁石ロータを示し
たが、図１０のごとく４極、またはそれ以上であっても
よい。また、磁石の固定方法として、図９ではステンレ
スなどの磁石飛散防止管９５のほかに、図１０のように
永久磁石をロータコアに接着する方法、図１１のように
ロータコア１１２に打ち抜き穴１１８を設け、永久磁石
１１３を埋設する方法などがある。

【００５４】また、突極を設けず図１２，図１３のごと
く、ロータコア１２２，１３２の外周を円ではなく、磁
極の中心１２７ｂ，１３７ｂから、ロータ回転前進側に
電気角｛４５−ＣＯＳ^-1（Ｔｌ／Ｔｏ）｝゜の位置１２
６ａ，１３６ａを大きく、ロータ回転後進側に電気角
｛４５＋ＣＯＳ^-1（Ｔｌ／Ｔｏ）｝゜の位置１２６ｂ，
１３６ｂを小さくすることによって、リラクタンストル
クを発生させてもよい。

【００５５】また、図１４，図１５のように、ロータコ
ア内部にスリットを設けてもよい。同様に図１６のよう
に、ロータ１６１を磁化容易方向をそろえて積層された
方向性電磁鋼板からなるロータコア１６２表面にリング
状の永久磁石１６３を有し、磁化容易方向Ｌが磁極中心
１６７ｂを結んだ線よりロータ回転前進側に電気角｛４
５−ＣＯＳ^-1（Ｔｌ／Ｔｏ）｝゜の線に平行となるよう
にしてもよい。

【００５６】すなわち、本実施例の趣旨にそって、ロー
タ構造，永久磁石形状，突極形状，スリット形状などは
種々の変形が可能である。

【００５７】（実施例１０）図１９は、本発明の他の実
施例における直流モータの４極永久磁石ロータの構成を
示す図である。ロータ１９１は、略リング状の永久磁石
１９３を有し、ロータコア１９２内部の特定の位置にス
リット１９５ａ，１９５ｂを有する。ロータコアの両端
面少なくともそれぞれ１枚以上のロータコアシート１９
８ｂ，１９８ｃは、他のロータコアシート１９８ａのス
リット１９５ａ，１９５ｂより小さいスリット１９５
ｃ，１９５ｄを有する。

【００５８】本構成により、磁石成型時のロータコアに
かかる応力やロータ回転による遠心力などによる変形に
よるエアギャップ不同などを防止することができる。

【００５９】永久磁石は、略リング状に限らず磁極数個
に分割されたものや、ロータコア内部に埋設されたもの
であってもかまわない。

【００６０】図２０は、ロータコア両端面にスリットの
ないロータコアシート２０８ｂ，２０８ｃを設けてい
る。ロータコアの強度を高めるとともに、ロータコアシ
ートの加工が容易であり生産性がよい。

【００６１】（実施例１１）図２１は、本発明の他の実
施例における同期モータの４極永久磁石ロータの構成を
示す図である。ロータ２１１は、略リング状の永久磁石
２１３を有し、ロータコア２１２内部の特定の位置にス
リット２１５ａ，２１５ｂを有する。ロータコア外周付
近には、導体バー用穴２１９を有し、前記導体バー用穴
に導体バーを設置し、両端を導体エンドリング２２０
ａ，２２０ｂにより短絡している。

【００６２】ロータコアの両端面少なくともそれぞれ１
枚以上のロータコアシート２１８ｂ，２１８ｃは、導体
エンドリングにかからない小さいスリット２１５ｃ，２
１５ｄを有する。

【００６３】本構成により、磁石成型時のロータコアに
かかる応力やロータ回転による遠心力などによる変形に
よるエアギャップ不同などを防止することができるとと
もに、導体バー及び導体エンドリングをダイカスト成形
するとき、スリットに導体が流れ込むことを防止する。

【００６４】図２２は、ロータコア両端面にスリットの
ないロータコアシート２２８ｂ，２２８ｃを設けてい
る。ロータコアの強度を高めるとともに、ロータコアシ
ートの加工が容易であり生産性がよい。

【００６５】（実施例１２）図２３は、本発明の他の実
施例における直流モータの４極永久磁石ロータの製造方
法を示す図である。永久磁石ロータ２３１は、ロータコ
アシート２３８を積層したロータコア２３２と前記ロー
タコア中心のシャフト穴２３４に貫かれたシャフト（図
示せず）と略リング状に成形された永久磁石２３３から
なる。

【００６６】まず、ロータコアシート２３８を積層して
ロータコア２３２を形成する。次に、ボンドマグネット
２３３を一体成形して、その後に着磁をしてロータ２３
１とする。これにより、ロータコアの形状によらず永久
磁石の寸法精度が良く、着磁の精度も出やすい。

【００６７】なお、ロータコアの形状，スリットの有
無，突極の有無，導体バー及び導体エンドリングの有無
によらず、本発明の趣旨に応じて種々の変形が可能であ
る。

【００６８】なお、同期モータの永久磁石ロータであっ
て、導体バー及び導体エンドリングを有する場合は、図
２２のようにロータコアシート２２８ａを積層した後、
導体バーと導体エンドリングとを一体としてダイカスト
し、その後にボンドマグネット２２３を成形し着磁す
る。

【００６９】ボンドマグネットの成形温度は８０〜１０
０℃前後であり、導体としてアルミニウムをダイカスト
して用いる場合、ダイカスト温度は６００℃前後であ
る。従って、ダイカストを先に行いボンドマグネット成
形を後に行うことにより、永久磁石を破壊することな
く、磁性を失うことなく、永久磁石ロータを製造でき
る。

【００７０】（実施例１３）図２４は、本発明の他の実
施例における同期モータの４極永久磁石ロータの製造方
法を示す図である。ロータコア２４２にスリット２４５
ａ，２４５ｂを有する場合、導体バーと導体エンドリン
グを一体としてダイカスト成形すると、導体が前記スリ
ットに流れ込む可能性がある。本実施例においては、ロ
ータコアシート２４８を積層してロータコア２４２を形
成し、スリットへの導体の流れ混みを防止するため、あ
らかじめ成形された導体バー２４０の少なくとも片側の
端面を短絡しないで開放した状態で前記ロータコアに挿
入し、短絡されていない端面に導体エンドリング２５０
を溶接する。その後、ボンドマグネット２４３をロータ
コアと一体として成形して円筒形のロータとして、所定
の位置に着磁を行いロータ２４１を製造する。

【００７１】本実施例により、スリットに導体が流れ込
むことなく、永久磁石を破壊することなく、磁性を失う
ことなく、永久磁石ロータを製造できる。

【００７２】なお、導体バーや導体エンドリングの材質
としては、アルミニウムや銅などが適している。

【００７３】また、導体バーの本数や断面形状、導体エ
ンドリングの形状などは、本実施例以外にも種々に変形
が可能である。

【００７４】なお、本発明は上記実施例に限定されるも
のではなく、本発明の趣旨に基づき種々の変形が可能で
あり、これらを本発明の範囲から排除するものではな
い。

【００７５】

【発明の効果】上記実施例から明らかなように、請求項
１記載の発明によれば、ロータコア形状によりマグネッ
トトルクとリラクタンストルクのピークを一致させ、同
じ入力により多くのトルクを発生させることができ、単
純な構造で直流モータの効率を向上させることができ
る。

【００７６】また、請求項９においては、従来の直流モ
ータと全く同じ構造で、コアの打ち抜き方向を変えるだ
けで、磁束の流れ易さの違いによりリラクタンストルク
が働き、同じ入力により多くのトルクを発生させること
ができ、単純な構造で直流モータの効率を向上させるこ
とができる。

【００７７】また、請求項１０においては、方向性電磁
鋼板を用いることにより、磁束の流れ易さの違いにより
リラクタンストルクが働き、同じ入力により多くのトル
クを発生させることができ、単純な構造で直流モータの
効率を向上させることができる。

【００７８】また、請求項１１においては、同期モータ
において、負荷回転時にリラクタンストルクが最大とな
る構造とすることにより、同じ入力により多くのトルク
を発生させることができ、単純な構造で同期モータの効
率を向上させることができる。

【００７９】また、請求項１９においては、従来の同期
モータと全く同じ構造で、コアの打ち抜き方向を変える
だけで、磁束の流れ易さの違いによりリラクタンストル
クが働き、同じ入力により多くのトルクを発生させるこ
とができ、単純な構造で同期モータの効率を向上させる
ことができる。

【００８０】また、請求項２０においては、方向性電磁
鋼板を用いることにより、磁束の流れ易さの違いにより
リラクタンストルクが働き、同じ入力により多くのトル
クを発生させることができ、単純な構造で同期モータの
効率を向上させることができる。

【００８１】また、請求項２１においては、ロータコア
に小穴を設けることにより、着磁の際の位置合わせの目
印となり、精度良く着磁が可能である。

【００８２】また、請求項２２においては、磁石成形時
のロータコアにかかる応力やロータ回転による遠心力な
どによる変形によるギャップ不同などを防止し、精度良
く、効率の高いモータを提供することができる。

【００８３】また、請求項２３においては、導体バー及
び導体エンドリングを一体としてダイカスト成形する
際、スリットに導体が流れるのを防止することができ
る。

【００８４】また、請求項２４においては、ロータコア
及び永久磁石の寸法精度が良く、生産性よく永久磁石を
製造することができる。

【００８５】また、請求項２５においては、導体バー及
び導体エンドリング成形による熱で永久磁石が破損、ま
たは磁性を失うことなく、精度良く、生産性よく永久磁
石ロータの製造が可能となる。

【００８６】また、請求項２６においては、導体バーを
ロータコア内部に埋設する際に高温にする必要がなく、
ロータコアのスリットにも導体が流れ込むことなく、か
つ永久磁石の破損、または磁性を失うことなく、永久磁
石ロータの製造が可能となる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の一実施例における永久磁石ロータの構
成図

【図２】本発明の他の実施例における永久磁石ロータの
構成図

【図３】本発明の他の実施例における永久磁石ロータの
構成図

【図４】本発明の他の実施例における永久磁石ロータの
構成図

【図５】本発明の他の実施例における永久磁石ロータの
構成図

【図６】本発明の他の実施例における永久磁石ロータの
構成図

【図７】本発明の他の実施例における永久磁石ロータの
構成図

【図８】本発明の他の実施例における永久磁石ロータの
構成図

【図９】本発明の他の実施例における永久磁石ロータの
構成図

【図１０】本発明の他の実施例における永久磁石ロータ
の構成図

【図１１】本発明の他の実施例における永久磁石ロータ
の構成図

【図１２】本発明の他の実施例における永久磁石ロータ
の構成図

【図１３】本発明の他の実施例における永久磁石ロータ
の構成図

【図１４】本発明の他の実施例における永久磁石ロータ
の構成図

【図１５】本発明の他の実施例における永久磁石ロータ
の構成図

【図１６】本発明の他の実施例における永久磁石ロータ
の構成図

【図１７】本発明における永久磁石モータのトルクと電
流位相の関係を示す図

【図１８】従来の永久磁石モータのトルクと電流位相の
関係を示す図

【図１９】本発明の他の実施例における永久磁石ロータ
の構成を示す図

【図２０】本発明の他の実施例における永久磁石ロータ
の構成を示す図

【図２１】本発明の他の実施例における永久磁石ロータ
の構成を示す図

【図２２】本発明の他の実施例における永久磁石ロータ
の構成を示す図

【図２３】本発明の他の実施例における永久磁石ロータ
の製造方法を示す図

【図２４】本発明の他の実施例における永久磁石ロータ
の製造方法を示す図

【図２５】従来の永久磁石モータを示す構成図

【図２６】特開平７−１４３６９４における永久磁石モ
ータを示す構成図

【符号の説明】

１１，２１，３１，４１，５１，６１，７１，８１，９
１，１０１，１１１，１２１，１３１，１４１，１５
１，１６１，１９１，２０１，２１１，２２１，２３
１，２４１ロータ１２，２２，３２，４２，５２，６２，７２，８２，９
２，１０２，１１２，１２２，１３２，１４２，１５
２，１６２，１９２，２０２，２１２，２２２，２３
２，２４２ロータコア１３，２３，３３，４３，５３，６３，７３，８３，９
３，１０３，１１３，１２３，１３３，１４３，１５
３，１６３，１９３，２０３，２１３，２２３，２３
３，２４３永久磁石１４，２４，３４，４４，５４，６４，７４，８４，９
４，１０４，１１４，１２４，１３４，１４４，１５
４，１６４，１９４，２０４，２１４，２２４，２３
４，２４４シャフト穴１６，２６，３６，４６，５６，９６，１０６突極部１７ｂ，２７ｂ，３７ｂ，４７ｂ，５７ｂ，６７ｂ，７
７ｂ，８７ｂ，９７ｂ，１０７ｂ，１１７ｂ，１２７
ｂ，１３７ｂ，１４７ｂ，１５７ｂ，１６７ｂ磁極中心３８，１１８打ち抜き穴４５小穴６５ａ，６５ｂ，７５ａ，７５ｂ，７５ｃ，１４５ａ，
１４５ｂ，１５５ａ，１５５ｂ，１５５ｃ，１９５ａ，
１９５ｂ，２０５ａ，２０５ｂ，２１５ａ，２１５ｂ，
２２５ａ，２２５ｂ，２４５ａ，２４５ｂスリット７８，１４８，１５８円弧中心９９，１０９，１１９，１２９，１３９，１４９，１５
９，１６９，２４０導体バー１１６ロータコア部１９５ｃ，１９５ｄ，２１５ｃ，２１５ｄスリット
（小）１９８ａ，１９８ｂ，１９８ｃ，２０８ａ，２０８ｂ，
２０８ｃ，２１８ａ，２１８ｂ，２１８ｃ，２２８ａ，
２２８ｂ，２２８ｃ，２３８，２４８ロータコアシー
ト２１９，２２９，２４９導体バー用穴２２０ａ，２２０ｂ，２３０ａ，２３０ｂ，２５０導
体エンドリングＴ総合トルクＴＭマグネットトルクＴＲリラクタンストルクＲロータ回転方向Ｌ磁化容易方向Ｐｑｑ軸磁束の磁路Ｐｄｄ軸磁束の磁路 β 電流位相の進み角（電気角）

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者小原一浩大阪府門真市大字門真1006番地松下電器産業株式会社内

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】高透磁率材または積層された電磁鋼板から
なるロータコアと前記ロータコアの中心を貫くシャフト
と、前記シャフトを中心として配置された複数個の永久
磁石からなる永久磁石ロータにおいて、磁極中心からロ
ータ回転前進側に電気角略４５゜の位置における磁束の
通りやすさ、すなわちインダクタンスが他の角度のそれ
より高くなるような構造をもつ直流モータの永久磁石ロ
ータ。
【請求項２】永久磁石の間にロータコアによる突起形状
の突極部を設け、前記突極部が磁極中心よりロータ回転
前進側に電気角略４５゜の位置に存在することを特徴と
した請求項１記載の永久磁石ロータ。
【請求項３】ロータコアの表面付近に前記シャフトを中
心として同心円弧状に等間隔に配置された複数個の永久
磁石用打ち抜き穴を有し、前記永久磁石用打ち抜き穴に
挿入された永久磁石の磁極中心からロータ回転前進側に
電気角略４５゜の位置に前記永久磁石用打ち抜き穴間の
ロータコア部を有することを特徴とする請求項１記載の
永久磁石ロータ。
【請求項４】ロータコアの表面に略リング状の永久磁石
を有し、永久磁石内側すなわちロータコア外周から、ロ
ータコア中心までの距離が、磁極中心からロータ回転前
進側に電気角略４５゜の位置が大きく、ロータ回転後進
側に電気角略４５゜の位置が小さいことを特徴とする請
求項１記載の永久磁石ロータ。
【請求項５】ロータコア表面に複数個の略リング形状の
永久磁石を配した永久磁石ロータにおいて、ロータコア
内部に複数個のスリットを有し、前記スリットの先端が
磁極中心よりロータ回転前進側に電気角略４５゜の位置
付近でロータコア外周に向かってほぼ直角をなして集ま
り、ロータの求心方向に凸の形状で、前記スリットが１
磁極あたり１層以上である請求項１記載の永久磁石ロー
タ。
【請求項６】スリットがロータコア外周より外側かつロ
ータ回転後進側に電気角略４５゜の位置に中心をもつ円
弧形状である請求項５記載の永久磁石ロータ。
【請求項７】ロータコア外周に複数個の略リング形状の
永久磁石を配した永久磁石ロータにおいて、ロータコア
内部に複数のスリットを有し、前記スリットが１８０゜
の位置で相対する磁極中心を結んだ線よりロータ回転前
進側に電気角略４５゜の線に平行であることを特徴とす
る請求項１記載の永久磁石ロータ。
【請求項８】スリットに非磁性体またはロータコア材質
より磁性の低い磁性体を充填または埋設したことを特徴
とする請求項５〜７のいずれか１項に記載の永久磁石ロ
ータ。
【請求項９】圧延方向をそろえて積層された無方向性電
磁鋼板からなるロータコアと、前記ロータコアを貫くシ
ャフトと、前記シャフトを中心として配置された永久磁
石からなる２極永久磁石ロータにおいて、圧延方向が磁
極中心を結んだ線よりロータ回転前進側に電気角略４５
゜の線に平行であることを特徴とする直流モータの永久
磁石ロータ。
【請求項１０】磁化容易方向をそろえて積層された方向
性電磁鋼板からなるロータコアと、前記ロータコアを貫
くシャフトと、前記シャフトを中心として配置された永
久磁石からなる２極永久磁石ロータにおいて、磁化容易
方向が磁極中心を結んだ線よりロータ回転前進側に電気
角略４５゜の線に平行であることを特徴とする直流モー
タの永久磁石ロータ。
【請求項１１】高透磁率材または積層された電磁鋼板か
らなるロータコアと前記ロータコアの中心を貫くシャフ
トと、前記シャフトを中心として配置された複数個の永
久磁石と、前記ロータコアの外周付近に配置された複数
個の導体によるバーと、前記導体バーをロータコア両端
面で短絡する導体エンドリングからなる同期モータの永
久磁石ロータであって、脱調トルクをＴｏ、負荷トルク
をＴｌとしたとき、磁極中心からロータ回転前進側に電
気角略｛４５−ＣＯＳ^-1（Ｔｌ／Ｔｏ）｝゜の位置にお
ける磁束の通りやすさ、すなわちインダクタンスが他の
角度のそれより高くなるような構造をもつ同期モータの
永久磁石ロータ。
【請求項１２】ロータコアの表面に複数個の永久磁石を
等間隔に配置し、前記永久磁石の間にロータコアによる
突起形状の突極部を設けた永久磁石ロータであって、前
記突極部が磁極中心よりロータ回転前進側に電気角略
｛４５−ＣＯＳ^-1（Ｔｌ／Ｔｏ）｝゜の位置に存在する
ことを特徴とした請求項１１記載の永久磁石ロータ。
【請求項１３】ロータコアの表面付近に前記シャフトを
中心として同心円弧状に等間隔に配置された複数個の永
久磁石用打ち抜き穴を有し、前記永久磁石用打ち抜き穴
に挿入された永久磁石の磁極中心からロータ回転前進側
に電気角略｛４５−ＣＯＳ^-1（Ｔｌ／Ｔｏ）｝゜の位置
に前記永久磁石用打ち抜き穴間のロータコア部を有する
ことを特徴とする請求項１１記載の永久磁石ロータ。
【請求項１４】ロータコアの表面に略リング状の永久磁
石を有し、永久磁石内側すなわちロータコア外周から、
ロータコア中心までの距離が、磁極中心からロータ回転
前進側に電気角略｛４５−ＣＯＳ^-1（Ｔｌ／Ｔｏ）｝゜
の位置が大きく、ロータ回転後進側に電気角略｛４５＋
ＣＯＳ^-1（Ｔｌ／Ｔｏ）｝゜の位置が小さいことを特徴
とする請求項１１記載の永久磁石ロータ。
【請求項１５】ロータコア表面に複数個の略リング形状
の永久磁石を配した永久磁石ロータにおいて、ロータコ
ア内部に複数個のスリットを有し、前記スリットの先端
が磁極中心よりロータ回転前進側に電気角略｛４５−Ｃ
ＯＳ^-1（Ｔｌ／Ｔｏ）｝゜の位置付近でロータコア外周
に向かってほぼ直角をなして集まり、ロータの求心方向
に凸の形状で、前記スリットが１磁極あたり１層以上で
ある請求項１１記載の永久磁石ロータ。
【請求項１６】スリットがロータコア外周より外側かつ
ロータ回転後進側に電気角略｛４５＋ＣＯＳ^-1（Ｔｌ／
Ｔｏ）｝゜の位置に中心をもつ円弧形状である請求項１
５記載の永久磁石ロータ。
【請求項１７】ロータコア外周に複数個の略リング形状
の永久磁石を配した永久磁石ロータにおいて、ロータコ
ア内部に複数のスリットを有し、前記スリットが１８０
゜の位置で相対する磁極中心を結んだ線よりロータ回転
前進側に電気角略｛４５−ＣＯＳ^-1（Ｔｌ／Ｔｏ）｝゜
の線に平行であることを特徴とする請求項１１記載の永
久磁石ロータ。
【請求項１８】スリットに非磁性体またはロータコア材
質より磁性の低い磁性体を充填または埋設したことを特
徴とする請求項１５〜１７のいずれか１項に記載の永久
磁石ロータ。
【請求項１９】圧延方向をそろえて積層された無方向性
電磁鋼板からなるロータコアと、前記ロータコアを貫く
シャフトと、前記シャフトを中心として配置された永久
磁石からなる２極永久磁石ロータにおいて、圧延方向が
磁極中心を結んだ線よりロータ回転前進側に電気角略
｛４５−ＣＯＳ^-1（Ｔｌ／Ｔｏ）｝゜の線に平行である
ことを特徴とする同期モータの永久磁石ロータ。
【請求項２０】磁化容易方向をそろえて積層された方向
性電磁鋼板からなるロータコアと、前記ロータコアを貫
くシャフトと、前記シャフトを中心として配置された永
久磁石からなる２極永久磁石ロータにおいて、磁化容易
方向が磁極中心を結んだ線よりロータ回転前進側に電気
角略｛４５−ＣＯＳ^-1（Ｔｌ／Ｔｏ）｝゜の線に平行で
あることを特徴とする同期モータの永久磁石ロータ。
【請求項２１】請求項１〜２０のいずれか１項に記載の
永久磁石ロータ構造をもつとき、前記ロータコアに小穴
を設けたことを特徴とする永久磁石ロータ。
【請求項２２】請求項５〜７のいずれか１項に記載の永
久磁石ロータの構造であって、かつ少なくともロータコ
ア両端に各一枚ずつ、スリットのない、または他のロー
タコアシートのスリットよりも小さいスリットを有する
ロータコアシートが積層された、直流モータの永久磁石
ロータ。
【請求項２３】請求項１５〜１７のいずれか１項に記載
の永久磁石ロータの構造であって、かつ少なくともロー
タコア両端に各一枚ずつ、スリットのない、または導体
エンドリングにスリットがかからないような大きさのス
リットを有するロータコアシートが積層された、同期モ
ータの永久磁石ロータ。
【請求項２４】請求項１〜１０のいずれか１項に記載の
永久磁石ロータの製造方法において、ロータコアシート
を積層してロータコアを構成した後、ボンドマグネット
をロータコアと一体成形して円筒形のロータとし、着磁
を行う、永久磁石ロータの製造方法。
【請求項２５】請求項１１〜２０のいずれか１項に記載
の永久磁石ロータの製造方法において、ロータコアシー
トを積層してロータコアを構成した後、前記導体バーと
前記導体エンドリングとを一体としてダイカストした
後、ボンドマグネットをロータコアと一体成形して円筒
形のロータとし、着磁を行う、同期モータの永久磁石ロ
ータの製造方法。
【請求項２６】請求項１１〜２０のいずれか１項に記載
の永久磁石ロータの製造方法において、ロータコアシー
トを積層してロータコアを構成した後、少なくとも一方
の端面が短絡されていない導体バーをロータコアに挿入
し、導体バーの短絡されていない端面を前記導体エンド
リングを溶接した後、ボンドマグネットをロータコアと
一体成形して円筒形のロータとし、着磁を行う、同期モ
ータの永久磁石ロータの製造方法。