JPH1198736A

JPH1198736A - 永久磁石電動機

Info

Publication number: JPH1198736A
Application number: JP9272100A
Authority: JP
Inventors: Kenji Narita; 憲治成田; Takashi Suzuki; 孝史鈴木; Hiroyuki Okudera; 浩之奥寺; Yuji Kawai; 裕司河合; Yuji Soma; 裕治相馬; Koji Kasai; 宏治河西; Yoshifumi Fukuda; 好史福田
Original assignee: Fujitsu General Ltd
Current assignee: Fujitsu General Ltd
Priority date: 1997-09-18
Filing date: 1997-09-18
Publication date: 1999-04-09

Abstract

(57)【要約】【課題】永久磁石電動機において、磁束密度、リラク
タンストルクおよびコストの選択幅が広い適応的モータ
を得る。【解決手段】インナーロータ型の永久磁石電動機にお
いて、極数に合わせて毎極あたり１個の永久磁石１１，
１２ａ，１２ｂを埋設して前記ロータコア１０とする
際、同一極性の磁極には同じ形状の永久磁石１１（また
は永久磁石１２ａ，１２ｂ）を埋設し、かつ異極性の磁
極には異なる形状の永久磁石１２ａ，１２ｂ（または永
久磁石１１）を埋設する。永久磁石１１は断面長方形
（板形）で、コアの円周に沿ってＳ極として配置され、
永久磁石１２ａ，１２ｂは断面長方形（板形）で、磁極
間の中心線に沿って、かつ所定角度でＮ極として配置さ
れる。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】この発明はコンプレッサ等に
用いるインナーロータ型の永久磁石電動機に係り、特に
詳しくは適応的なモータを実現する永久磁石電動機に関
するものである。

【０００２】

【従来の技術】この種の永久磁石電動機のインナーロー
タの構成はロータコアに永久磁石を埋設しており、例え
ば図１４や図１５に示すものが提案されている。図１４
に示すように、２４スロットのステータコア１内のロー
タコア２には、当該永久磁石電動機の極数（例えば４
極）分だけ板状の永久磁石３が外径に沿って円周方向に
配置され、かつそれら隣接する永久磁石３の間に磁束の
短絡、漏洩を防止するためのフラックスバリア４が形成
されている。なお、５は中心孔（シャフト用の孔）であ
る。

【０００３】ここで、永久磁石３による空隙部（ステー
タコア１の歯と永久磁石３との間）の磁束分布が正弦波
状になっているものとすると、永久磁石電動機のトルク
ＴはＴ＝Ｐｎ｛Φａ・Ｉａ・ｃｏｓβ−０．５（Ｌｄ−Ｌ
ｑ）・Ｉ^２・ｓｉｎ２β｝で表される。なお、Ｔは出力トルク、Φａはｄ，ｑ座標
軸上の永久磁石による電機子鎖交磁束、Ｌｄ，Ｌｑは
ｄ，ｑ軸インダクタンス、Ｉａはｄ，ｑ座標軸上の電機
子電流の振幅、βはｄ，ｑ座標軸上の電機子電流のｑ軸
からの進み角、Ｐｎは極対数である。

【０００４】前記数式において、第１項は永久磁石３に
よるマグネットトルクであり、第２の２項はｄ軸インダ
クタンスとｇ軸インダクタンスとの差によって生じるリ
ラクタンストルクである。詳しくは、Ｔ．ＩＥＥＪａ
ｐａｎ，Ｖｏｌ．１１７―Ｄ，Ｎｏ７，１９９７の論文
を参照されたい。また、図１５に示すロータコア２は図
５に示す永久磁石３と異なる形状の永久磁石６を有する
構成になっているが、前記数式の適用は明かである。

【０００５】ところで、永久磁石３，６の代表的なもの
としては、安価なフェイライト磁石や高価な希土類磁石
がある。フェライト磁石を用いた場合、成形の容易性に
より種々形状の永久磁石を得ることが可能であるが、磁
束密度が小さいため、ロータコアの小型化が難しい。こ
れに対して、希土類磁石を用いた場合、磁束密度が大き
いため、ロータコアの小型化が容易であるが、成形の困
難性により永久磁石の形状が限られる。したがって、モ
ータの用途やコストを考慮して、フェライト磁石あるい
は希土類磁石の何れか一方を選択していた。

【０００６】

【発明が解決しようとする課題】しかしながら、前記永
久磁石電動機においては、図１４および図１５に示すよ
うに、磁極（４極）を構成する永久磁石の形状、構成が
全く同じであるため、磁束密度、リラクタンストルクお
よびコストの選択幅を狭くしている。

【０００７】特に、希土類磁石を用いた場合、各磁極
（４極）の永久磁石の形状、構成を同じく変えると、磁
束密度、リラクタンストルクおよびコストが変わるが、
その形状を変える前と後とでの差が大き過ぎることにな
る。具体的には、図１４の示すロータの場合磁束密度が
高いものの、リラクタンストルクが小さく、しかも高コ
ストであり、これに対して例えば図１４に示すロータの
永久磁石３を小さくしてロータの内径側に配置すると、
磁束密度が低いものの、リラクタンストルクが大きく、
しかも低コストになる。そのために、その中間的な磁束
密度、リラクタンストルクおよびコストを選択すること
がなかなか難しく、つまり選択幅が狭く、適応的モータ
を得ることが難しい。

【０００８】この発明は前記課題に鑑みなされたもので
あり、その目的は磁束密度、リラクタンストルクおよび
コスト等の選択幅を広げることができ、適応的モータを
得ることができるようにした永久磁石電動機を提供する
ことにある。

【０００９】

【課題を解決するための手段】前記目的を達成するため
に、この発明はロータコアを内部に有する永久磁石電動
機において、前記ロータコアに収納する永久磁石の形状
を異極性同士で異なるようにしたことを特徴としてい
る。

【００１０】この発明はステータコア内に磁石埋込型界
磁鉄心（ロータコア）を配置してなる永久磁石電動機に
おいて、前記永久磁石電動機の極数に合わせて毎極あた
り１個の永久磁石を埋設して前記ロータコアとする際、
同一極性の磁極には同じ形状の永久磁石を埋設し、かつ
異極性の磁極には異なる形状の永久磁石を埋設してなる
ことを特徴としている。

【００１１】この場合、前記磁極を構成する毎極あたり
の永久磁石を複数とし、あるいは一方の磁極を構成する
毎極あたりの永久磁石を複数にしてもよい。前記磁極の
うち一方の極性の磁極を断面長方形の永久磁石で構成
し、該永久磁石をコアの円周に沿って配置し、他方の極
性の磁極を２つの断面長方形の永久磁石で構成し、該２
つの永久磁石を磁極間の中心線に沿って、かつ所定角度
で配置してもよい。前記磁極のうち一方の極性の磁極を
断面逆円弧形の永久磁石で構成し、他方の極性の磁極を
２つの断面長方形の永久磁石で構成し、該２つの永久磁
石を磁極間の中心線に沿って、かつ所定角度で配置して
もよい。

【００１２】また、電磁鋼板を打ち抜いて金型内で自動
積層して前記ロータコアを得る際、少なくとも前記永久
磁石の形状孔を同時に形成して前記永久磁石を埋設、着
磁するとよい。さらに、前記永久磁石は希土類磁石ある
いはフェライト磁石を材料とすると好ましい。さらにま
た、前記コアをロータコアとして組み込んでＤＣブラシ
レスモータとするとよい。

【００１３】

【発明の実施の形態】以下、この発明の実施の形態を図
１ないし図１３を参照して詳しく説明する。この発明の
永久磁石電動機は、同一極性の磁極に同じ形状の永久磁
石を用いる一方、異極同士の永久磁石の形状を変えるよ
うにすれば、磁束密度およびリラクタンストルクの発生
を微妙に変え、かつコストも変わり、つまり磁束密度、
リラクタンストルクおよびコストの選択幅の拡大が可能
となり、しかもモータの回転に支障を来さないことに着
目したものである。

【００１４】そのため、図１に示すように、この永久磁
石電動機のロータコア１０は、同じ希土類磁石の永久磁
石１１，１２ａ，１２ｂで構成されるが、例えばＳ極に
する永久磁石１１とＮ極にする永久磁石１２との形状が
異なり、つまり異極同士の永久磁石１１，１２ａ，１２
ｂの形状、構造が異なっている。この場合、各Ｓ極を構
成する永久磁石１１は断面長方形でコアの円周に沿って
配置される。

【００１５】また、各Ｎ極を構成する２つの永久磁石１
２ａ，１２ｂは同じ断面長方形で、磁極間の中心線に沿
って、かつ所定角度で配置され、つまり逆ハの字形にな
っている。これにより、ｑ軸インダクタンスとｄ軸イン
ダクタンスとの差（リラクタンストルクのパラメタータ
が従来例の図１４より大きく、つまりリラクタンストル
クは図１４より大きくなる。なお、永久磁石１１の両端
部側には磁束の短絡、漏洩を防止するためにフラックス
バリア用の孔１３が設けられ、永久磁石１２の一端部
（ロータ外径側端部）側には同様の理由からフラックス
バリア用の孔１４が設けれられている。また、１５はシ
ャフト用の中心孔である。

【００１６】したがって、図１に示す実施例によると、
全磁極を永久磁石１１の形状で構成したロータ（図１４
に示すロータ）と全磁極を永久磁石１２ａ，１２ｂの形
状で構成したロータとの中間的な性格を有し、つまり少
なくとも磁束密度、リラクタンストルクの発生が中間的
となり、コストも中間的なものとなる。このように、中
間的な性格を有するロータコアを容易に得ることがで
き、つまり磁束密度、リラクタンストルクおよびコスト
の選択幅が広げることができ、ひいては適応的モータを
得ることが可能となる。また、各磁極を構成する永久磁
石に希土類磁石を用いているため、小型の適応的モータ
を得ることができる。

【００１７】図２に示すように、ロータコア１０にあっ
ては、電磁鋼板をプレスで打ち抜いて金型内で自動積層
して得る一方、永久磁石１１，１２ａ，１２ｂを埋設し
て着磁する。そのプレスの際に、前記永久磁石１１，１
２ａ，１２ｂの形状孔、フラックスバリア用の孔１３，
１４および中心孔（シャフト用の孔）１５を同時に打ち
抜けばよいことから、製造能率を落とすことなく、つま
りコスト的には従来と変わらず、コストアップにならず
に済むという効果がある。また、前述により形成される
ロータコアを組み込んでＤＣブラシレスモータとし、空
気調和機の圧縮機モータ等として利用すれば、コストを
アップすることなく、空気調和機の性能アップ（運転効
率の上昇、振動や騒音の低下）が図れるという効果があ
る。

【００１８】なお、永久磁石１１，１２ａ，１２ｂおよ
びフラックスバリア用の孔１３，１４は一体的、つまり
連結した孔にしてもよい。また、各永久磁石１１，１２
ａ，１２ｂの外径側端部およびフラックスバリア用の孔
１３，１４の箇所については、遠心力に耐えられるよう
に、十分な強度をもたせる。さらに、ステータコア１６
は従来例に示した図１４および図１５と同様でよいこと
から、その説明を省略する。

【００１９】図３に示すロータコア１０は、図１と同様
に永久磁石１２ａ，１２ｂをＳ極用とし、このＳ極に対
してＮ極になる永久磁石１７を断面長方形（板形）、か
つコアの内径に沿って配置したものである。また、永久
磁石１２ａ，１２ｂの一端側には前記同様にフラックス
バリア用の孔１４を形成し、永久磁石１７の両端部側に
はコアの外径方向に、かつ磁極間の中心線に沿って延び
るフラックスバリア用の孔１８を形成する。

【００２０】図４に示すロータコア１０は、図３に示す
永久磁石１２ａ，１２ｂに代えて図１に示す永久磁石１
１をＳ極用として配置し、このＳ極に対してＮ極になる
永久磁石１７を図３と同様の形状、構造に配置したもの
である。また、永久磁石１１の両端部側には前記同様に
フラックスバリア用の孔１３を形成し、永久磁石１７の
両端部側には前記同様にフラックスバリア用の孔１８を
形成する。

【００２１】図５に示すロータコア１０は、図４に示す
永久磁石１７に代え、断面長方形（板形）の永久磁石１
９ａ，１９ｂをＮ極用として磁極間の中心線に沿って２
つ配置し、このＮ極に対してＳ極になる永久磁石１１を
図１と同様の形状、構造に配置したものである。また、
永久磁石１１の両端部側には前記同様にフラックスバリ
ア用の孔１３を形成し、永久磁石１９ａ，１９ｂの一端
側（コアの内径側端部）には円弧状をなすフラックスバ
リア用の孔２０を形成する。

【００２２】図６に示すロータコア１０は、図４に示す
永久磁石１１に代え、図５に示す永久磁石１９ａ，１９
ｂをＳ極用として配置し、このＳ極に対してＮ極になる
永久磁石１７を図４と同様の形状、構造に配置したもの
である。また、永久磁石１９ａ，１９ｂの一端側（コア
の内径側端部）には前記同様にフラックスバリア用の孔
２０を形成し、永久磁石１７の両端部側には前記同様に
フラックスバリア用の孔１８を形成する。

【００２３】図７に示すロータコア１０は、図６に示す
永久磁石１７に代え、図３に示す永久磁石１２ａ，１２
ｂをＮ極用として配置し、このＮ極に対してＳ極になる
永久磁石１９ａ，１９ｂを図６と同様の形状、構造に配
置したものである。また、永久磁石１２ａ，１２ｂの一
端側（コアの外径側）には前記同様にフラックスバリア
用の孔１４を形成し、永久磁石１９ａ，１９ｂの一端側
（コアの内径側端部）には前記同様にフラックスバリア
用の孔２０を形成する。

【００２４】したがって、図３ないし図７に示したロー
タコア１０にあっては、各ロータコアの永久磁石を全て
同一形状にした場合と比較すると、前述したようにそれ
らの中間的性格を有することが明かである。つまり、磁
束密度、リラクタンストルクおよびコストの選択幅が広
げることができ、ひいては適応的モータを得ることが可
能となる。また、図１に示した実施例で述べた効果も奏
する。

【００２５】なお、前述した実施例では希土類磁石を材
料としているが、フェライト磁石を用いてもよい。この
フェライト磁石は成形の容易性から種々形状の永久磁石
を低コストで得ることができる。このフェライト磁石を
用いた例を図８ないし図１３を参照して説明する。

【００２６】図８に示すロータコア１０は、逆円弧状の
永久磁石２１をＳ極とし、このＳ極に対してＮ極に断面
長方形（板形）の永久磁石２２ａ，２２ｂを配置したも
のである。この永久磁石２２ａ，２２ｂは磁極間の中心
線に沿って、かつ所定角度で配置され、つまり逆ハの字
形になっている。したがって、ｑ軸インダクタンスとｄ
軸インダクタンスとの差（リラクタンストルクのパラメ
ータ）が大きく、リラクタンストルクが大きいというこ
とが言える。

【００２７】図９に示すロータコア１０は、図８と同様
に永久磁石２１をＳ極用として配置し、このＳ極に対し
てＮ極になる永久磁石２３ａ，２３ｂを断面長方形（板
形）で磁極間の中心線（ｑ軸線）に沿って２つ配置した
ものである。

【００２８】図１０に示すロータコア１０は、図９に示
す永久磁石２３ａ，２３ｂに代えて逆円弧状の永久磁石
２４ａ，２４ｂをＮ極として２層に配置し、このＮ極に
対してＳ極になる永久磁石２１を図９と同様の形状、構
造に配置したものである。したがって、磁束密度および
リラクタンストルクが図８より大きくなる可能性があ
る。

【００２９】図１１に示すロータコア１０は、図８に示
す永久磁石２１に代え、図１０に示す永久磁石２４ａ，
２４ｂをＳ極用として配置し、このＳ極に対してＮ極に
なる永久磁石２２ａ，２２ｂを図８と同様の形状、構造
に配置したものである。

【００３０】図１２に示すロータコア１０は、図１１に
示す永久磁石２２ａ，２２ｂに代え、図９と同様の永久
磁石２３ａ，２３ｂをＮ極用として配置し、このＮ極に
対してＳ極になる永久磁石２４ａ，２４ｂを図１１と同
様の形状、構造に配置したものである。

【００３１】図１３に示すロータコア１０は、図１１に
示す永久磁石２４ａ，２４ｂに代えて図９と同様の永久
磁石２３ａ，２３ｂをＳ極用として配置し、このＳ極に
対してＮ極になる永久磁石２２ａ，２２ｂを図１１と同
様の形状、構造に配置したものである。

【００３２】なお、図８ないし図１３において、Ｎ極を
構成する永久磁石とＳ極を構成する永久磁石との配置が
逆であっても同じである。

【００３３】したがって、図８ないし図１３に示したロ
ータコア１０にあっては、各ロータコア１０の永久磁石
を全て同一形状にした場合と比較すると、前述同様にそ
れらの中間的性格を有することが明かである。つまり、
磁束密度、リラクタンストルクおよびコストの選択幅が
広げることができ、ひいては適応的モータを得ることが
可能となる。また、図１に示した実施例で述べた効果も
奏する。さらに、ファライト磁石を用いていることか
ら、材料や形成のコストが希土類磁石より安価で済み、
その成形の容易性からより多くの形状の永久磁石を配置
することができ、より適応的なモータを得ることが可能
である。

【００３４】

【発明の効果】以上説明したように、この永久磁石電動
機の請求項１記載の発明によると、ロータコアに収納す
る永久磁石の形状を異極性同士で異なるようにしたの
で、各磁極の永久磁石を同一形状、構造としている場合
に比較すると、それらの中間的な性格を有するモータを
容易に得ることができ、つまり磁束密度、リラクタンス
トルクおよびコスト等の選択幅を広げることができ、適
応的モータを得ることができるという効果がある。

【００３５】請求項２記載の発明によると、永久磁石電
動機の極数に合わせて永久磁石を埋設して前記ロータコ
アとする際、同一極性の磁極には同じ形状の永久磁石を
埋設し、かつ異極性の磁極には異なる形状の永久磁石を
埋設したので、各磁極の永久磁石を同一形状、構造とし
ている場合に比較すると、それらの中間的な性格を有す
るモータを容易に得ることができ、磁束密度、リラクタ
ンストルクおよびコストの選択幅を広げることができ、
ひいては適応的モータを得ることができるという効果が
ある。

【００３６】請求項３記載の発明によると、請求項２に
おいて前記磁極を構成する永久磁石を複数とし、あるい
は一方の極極を構成する永久磁石を複数としたので、請
求項２の効果に加え、種々磁束密度およびリラクタンス
トルクの発生が見込め、効率的面での選択幅も広がると
いう効果がある。

【００３７】請求項４記載の発明によると、請求項２に
おいて前記磁極のうち一方の極性の磁極を断面長方形の
永久磁石で構成し、この永久磁石をコアの円周に沿って
配置し、他方の極性の磁極を２つの断面長方形の永久磁
石で構成し、この２つの永久磁石を磁極間の中心線に沿
って、かつ所定角度で配置したので、請求項２の効果に
加え、効率的にもよいという効果がある。

【００３８】請求項５記載の発明によると、請求項２に
おいて前記磁極のうち一方の極性の磁極を断面逆円弧形
の永久磁石で構成し、他方の極性の磁極を２つの断面長
方形の永久磁石で構成し、該２つの永久磁石を磁極間の
中心線に沿って、かつ所定角度で配置したので、請求項
２の効果に加え、効率的にもよいという効果がある。

【００３９】請求項６記載の発明によると、請求項２に
おいて電磁鋼板を打ち抜いて金型内で自動積層して前記
ロータコアを得る際、少なくとも前記永久磁石の形状孔
を同時に形成して前記永久磁石を埋設、着磁したので、
請求項２の効果に加え、コスト的には従来と変わらず、
コストアップにならずに済むという効果がある。

【００４０】請求項７記載の発明によると、請求項１，
２，３，４，５または６において前記永久磁石は希土類
磁石あるいはフェライト磁石を材料としたので、請求項
１，２，３，４，５または６の効果に加え、希土類磁石
を材料とした場合には小型の適応的モータを得ることが
でき、ファライト磁石を材料とした場合には低コストの
適応的モータを得ることができるという効果がある。

【００４１】請求項８記載の発明によると、請求項１，
２，３，４，５または５において前記コアをロータコア
として組み込んでＤＣブラシレスモータとしたので、請
求項１，２，３，４，５または６の効果に加え、空気調
和機の圧縮機モータ等として利用すれば、コストをアッ
プすることなく、空気調和機の性能アップが図れるとい
う効果がある。

【図面の簡単な説明】

【図１】この発明の実施の一形態を示す永久磁石電動機
の概略的平面図。

【図２】図１に示す永久磁石電動機のロータの概略的縦
断面図。

【図３】図１に示す永久磁石電動機のロータの概略的平
面図。

【図４】図１に示す永久磁石電動機のロータの概略的平
面図。

【図５】図１に示す永久磁石電動機のロータの概略的平
面図。

【図６】図１に示す永久磁石電動機のロータの概略的平
面図。

【図７】図１に示す永久磁石電動機のロータの概略的平
面図。

【図８】図１に示す永久磁石電動機のロータの概略的平
面図。

【図９】図１に示す永久磁石電動機のロータの概略的平
面図。

【図１０】図１に示す永久磁石電動機のロータの概略的
平面図。

【図１１】図１に示す永久磁石電動機のロータの概略的
平面図。

【図１２】図１に示す永久磁石電動機のロータの概略的
平面図。

【図１３】図１に示す永久磁石電動機のロータの概略的
平面図。

【図１４】従来の永久磁石電動機の概略的平面図。

【図１５】従来の永久磁石電動機の概略的平面図。

【符号の説明】

１０ロータコア（磁石埋込型界磁鉄心）１１，１２ａ，１２ｂ，１７，１９ａ，１９ｂ永久磁
石（希土類磁石）１３，１４，１８，２０孔（フラックスバリア用）１５中心孔（シャフト用）１６ステータコア２１，２２ａ，２２ｂ，２３ａ，２３ｂ，２４ａ，２４
ｂ永久磁石（フェライト磁石）

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者河合裕司神奈川県川崎市高津区末長1116番地株式会社富士通ゼネラル内 (72)発明者相馬裕治神奈川県川崎市高津区末長1116番地株式会社富士通ゼネラル内 (72)発明者河西宏治神奈川県川崎市高津区末長1116番地株式会社富士通ゼネラル内 (72)発明者福田好史神奈川県川崎市高津区末長1116番地株式会社富士通ゼネラル内

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】ロータコアを内部に有する永久磁石電動
機において、前記ロータコアに収納する永久磁石の形状
を異極性同士で異なるようにしたことを特徴とする永久
磁石電動機。
【請求項２】ステータコア内に磁石埋込型界磁鉄心
（ロータコア）を配置してなる永久磁石電動機におい
て、前記永久磁石電動機の極数に合わせて毎極あたり１
個の永久磁石を埋設して前記ロータコアとする際、同一
極性の磁極には同じ形状の永久磁石を埋設し、かつ異極
性の磁極には異なる形状の永久磁石を埋設してなること
を特徴とする永久磁石電動機。
【請求項３】前記磁極を構成する毎極あたりの永久磁
石を複数とし、あるいは一方の磁極を構成する毎極あた
りの永久磁石を複数としてなる請求項２記載の永久磁石
電動機。
【請求項４】前記磁極のうち一方の極性の磁極を断面
長方形の永久磁石で構成し、該永久磁石をコアの円周に
沿って配置し、他方の極性の磁極を２つの断面長方形の
永久磁石で構成し、該２つの永久磁石を磁極間の中心線
に沿って、かつ所定角度で配置してなる請求項２記載の
永久磁石電動機。
【請求項５】前記磁極のうち一方の極性の磁極を断面
逆円弧形の永久磁石で構成し、他方の極性の磁極を２つ
の断面長方形の永久磁石で構成し、該２つの永久磁石を
磁極間の中心線に沿って、かつ所定角度で配置してなる
請求項２記載の永久磁石電動機。
【請求項６】電磁鋼板を打ち抜いて金型内で自動積層
して前記ロータコアを得る際、少なくとも前記永久磁石
の形状孔を同時に形成して前記永久磁石を埋設、着磁し
てなる請求項２記載の永久磁石電動機。
【請求項７】前記永久磁石は希土類磁石あるいはフェ
ライト磁石を材料としている請求項１，２，３，４，５
または６記載の永久磁石電動機。
【請求項８】前記コアをロータコアとして組み込んで
ＤＣブラシレスモータとした請求項１，２，３，４，５
または６記載の永久磁石電動機。