JP2006087296A - 永久磁石モータ - Google Patents

Abstract

【課題】 エネルギーが大きくて高価な稀土類磁石と、エネルギーが小さくて低価なフェライト磁石とを混用して構成することで、トルク及びモータの性能を向上できる永久磁石モータを提供する。
【解決手段】 コイルが巻線されたステータ５０と、前記ステ−タ５０と対応する位置に、相異なる残留磁束密度またはエネルギーを有するマグネット６５が配列されたロータ６０と、を含んで永久磁石モータを構成する。
【選択図】 図２

Description

本発明は、半径方向に着磁された永久磁石をロータの表面に付着した表面付着型永久磁石モータに関するもので、詳しくは、高価な稀土類磁石と低価なフェライト磁石とを混用して構成することで、モータの性能を向上できる永久磁石モータに関するものである。

一般に、永久磁石モータは、磁気回路構成によって表面付着型と埋め込み型とに分類される。

図１は、従来の表面付着型永久磁石モータの一種である内転型モータを示した平面構成図である。

従来の表面付着型永久磁石モータは、ロータ２０をステータ１０の内側に設置した構造であって、ステータ１０と、前記ステータ１０の内側に、半径方向に所定エアギャップを有して回転自在に設置されたロータ２０と、から構成される。

また、前記ステータ１０は、リング状のコア１１と、前記リング状のコア１１の内周面に、円周方向に相互離隔された複数個のティース１３と、前記各ティース１３に集中巻方式でそれぞれ巻線されて外部電源と連結されたコイル１５と、から構成される。

また、前記ロータ２０は、磁束通路であるバックヨークを形成するリング状のロータコア２１と、前記ロータコア２１の外周面に、前記コイル１５に電流が流れたときに電磁気的な相互作用により回転するように、交互のN極及びS極が半径方向に着磁されて配置されたリング状のマグネット２５と、から構成される。

ここで、前記ステ−タ１０は、各ティース１３にコイル１５が集中巻方式で巻かれる２４個のスロットにより構成され、前記ロータ２０は、ロータコア２１の表面に所定厚さのフェライトまたはセラミックマグネットを付着して１６極により形成される。

このような表面付着型永久磁石モータは、トルクを向上するためにロータ２０の積層長さを向上するか、マグネット２５として高価な稀土類磁石を適用する方法がある。

しかし、全てのマグネットに稀土類磁石を適用する場合、トルクの向上は大きいが、材料費が過度に上昇するという問題点があった。

これに対して、安価なフェライト材質のマグネットを適用して積層長さを増加する場合、モータの体積が大きくなるため、空間的な制限を受けるドラム洗濯機などの製品に適用することは困難であり、フェライトマグネットの残留磁束密度が低いため、体積の増加に比べてトルクの向上幅は相対的に小さくなるという問題点があった。

本発明は、このような従来の問題点を解決するためになされたもので、エネルギーが大きくて高価な稀土類磁石と、エネルギーが小さくて低価なフェライト磁石とを混用して構成することで、トルク及びモータの性能を向上できる永久磁石モータを提供することを目的とする。

このような目的を達成するために、本発明による永久磁石モータは、コイルが巻線されたステータと、前記ステ−タと対応する位置に、相異なる残留磁束密度またはエネルギーを有するマグネットが配列されたロータと、を含むことを特徴とする。

また、前記モータは、前記ロータが前記ステ−タの内部に位置した内転型モータである。

また、前記相互に異なる材質のマグネットは、１極を形成する領域内に配置される。

また、前記１極の磁極の中心には、残留磁束密度及びエネルギーの大きい高エネルギーマグネットを配置し、その両端には、相対的に残留磁束密度及びエネルギーの小さい低エネルギーマグネットを配置する。

また、前記高エネルギーマグネットは、前記低エネルギーマグネットと厚さが同一であるか、前記低エネルギーマグネットよりも薄く形成される。

また、前記高エネルギーマグネットは、稀土類磁石からなり、前記低エネルギーマグネットは、フェライトマグネットまたはセラミックマグネットからなる。

また、前記低エネルギーマグネットは、物理的に１個のマグネット片からなり、着磁によってN、S極を形成することが好ましい。

また、前記ロータは、バックヨークを構成する部分がスパイラル工法により製作されて構成される。

また、このような目的を達成するために、本発明による永久磁石モータは、コイルが巻線されたステ−タと、前記ステ−タの内部に位置されており、前記ステ−タと対応する位置に、残留磁束密度またはエネルギーの大きい高エネルギーマグネットと、相対的に残留磁束密度またはエネルギーの小さい低エネルギーマグネットとが連続的に対をなして配列されたロータと、を含むことを特徴とする。

本発明による永久磁石モータは、エネルギーが大きくて高価な稀土類磁石と、エネルギーが小さくて低価なフェライト磁石とを混用するとともに、高価な稀土類磁石を薄く構成するため、費用を大きく上昇することなく、モータのトルク及び性能を向上できるという効果がある。

以下、本発明の好ましい実施形態について、添付図面を参照しつつ詳細に説明する。

本発明による永久磁石モータは、図２に示したように、コイル５５が巻線されたステータ５０と、前記ステータ５０と対応する位置に、相異なる残留磁束密度またはエネルギーを有する一対のマグネット６５が配列されたロータ６０と、から構成される。

ここで、前記モータは、前記ロータ６０が前記ステ−タ５０の内部に位置した内転型モータであって、前記ステ−タ５０は、リング状のコア５１と、前記リング状のコア５１の内周面に円周方向に相互離隔された複数個のティースに、集中巻方式でそれぞれ巻線されて外部電源と連結されたコイル５５と、から構成される。

前記ロータ６０は、磁束通路であるバックヨークを形成するリング状のロータコア６１と、前記ロータコア６１の外周面に、前記コイル５５に電流が流れたときに電磁気的な相互作用により回転するように、交互のN極及びS極が半径方向に着磁されて配置された一対のマグネット６５と、から構成される。

ここで、前記ステ−タ５０は、従来と類似した構造及びスロット数を有して構成され、前記ロータ６０は、１６極であって、２４スロット/１６スロットの組合せで構成されることが好ましい。

特に、前記一対のマグネット６５は、相異なる材質のマグネットが１極を形成する領域に配置されるが、前記１極の磁極の中心には、残留磁束密度及びエネルギーの大きい高エネルギーマグネット６６を配置し、その両端には、相対的に残留磁束密度及びエネルギーの小さい低エネルギーマグネット６７を配置する。

また、前記高エネルギーマグネット６６は、保磁力が大きいため、前記低エネルギーマグネット６７と厚さが同一であるか、前記低エネルギーマグネット６７より薄く形成されることが好ましい。また、前記低エネルギーマグネット６７は、物理的に１個のマグネット片からなり、着磁によってN、S極を形成して構成される。

ここで、前記高エネルギーマグネット６６は、稀土類磁石により構成され、前記低エネルギーマグネット６７は、フェライトマグネットまたはセラミックマグネットにより構成される。前記稀土類マグネットは、稀土類元素からなる磁石であって、通常の磁石よりも１０倍の保磁力を有する。

一方、前記ロータ６０は、バックヨークを構成する部分が公知の製作方法であるスパイラル工法により製作されることが好ましい。

以下、このように構成された本発明による永久磁石モータの作用を説明する。

本発明は、図２の詳細図に示したように、N極またはS極による１極の領域は、稀土類磁石からなる高エネルギーマグネット６６と、フェライト磁石からなる低エネルギーマグネット６７とを混用して一つの極をなすように配置される。したがって、高エネルギーマグネット６６としての稀土類磁石をフェライト磁石の間に薄く構成して配置することで、モータのトルクが向上し、材料費が過度に上昇する問題を解決することができる。

一方、図３と図４は、各々従来のモータと本発明のモータの磁束分布図と空隙磁束密度を比較したグラフで、本発明のモータの空隙磁束密度が増加したことを示し、図５は、従来のモータと本発明のモータの逆起電力を比較したグラフで、従来のモータの逆起電力が２８[Vrms]で、本発明のモータの逆起電力が４１[Vrms]であるため、同一の積層及び体積の表面付着型永久磁石モータと対比すると、逆起電力及びトルクを向上することができる。

従来の永久磁石モータを示した平面図である。 本発明による永久磁石モータを示した平面図である。 従来のモータ及び本発明のモータの磁束分布図である。 従来のモータと本発明のモータの空隙磁束密度を比較したグラフである。 従来のモータと本発明のモータの逆起電力を比較したグラフである。

符号の説明

５０ ステ−タ
５１ コア
５５ コイル
６０ ロータ
６１ ロータコア
６５ 一対のマグネット
６６ 高エネルギーマグネット
６７ 低エネルギーマグネット

Claims (10)

1. コイルが巻線されたステ−タと、
   前記ステ−タと対応する位置に、相異なる残留磁束密度またはエネルギーを有するマグネットが配列されたロータと、
   を含むことを特徴とする永久磁石モータ。
2. 前記モータは、前記ロータが前記ステ−タの内部に位置した内転型モータであることを特徴とする請求項１記載の永久磁石モータ。
3. 前記相異なる材質のマグネットは、１極を形成する領域に配置されたことを特徴とする請求項１記載の永久磁石モータ。
4. 前記１極の磁極の中心には、残留磁束密度及びエネルギーの大きい高エネルギーマグネットを配置し、その両端には、相対的に残留磁束密度及びエネルギーの小さい低エネルギーマグネットを配置したことを特徴とする請求項３記載の永久磁石モータ。
5. 前記高エネルギーマグネットは、前記低エネルギーマグネットと厚さが同一であるか、または前記低エネルギーマグネットより薄く形成されたことを特徴とする請求項４記載の永久磁石モータ。
6. 前記高エネルギーマグネットは、稀土類磁石であることを特徴とする請求項５記載の永久磁石モータ。
7. 前記低エネルギーマグネットは、フェライトマグネットまたはセラミックマグネットであることを特徴とする請求項５記載の永久磁石モータ。
8. 前記低エネルギーマグネットは、物理的に１個のマグネット片からなり、着磁によってN、S極を形成することを特徴とする請求項４記載の永久磁石モータ。
9. 前記ロータは、バックヨークを構成する部分がスパイラル工法により製作されたことを特徴とする請求項１記載の永久磁石モータ。
10. コイルが巻線されたステ−タと、
    前記ステ−タの内部に位置されており、前記ステ−タと対応する位置に、残留磁束密度またはエネルギーの大きい高エネルギーマグネットと、相対的に残留磁束密度またはエネルギーの小さい低エネルギーマグネットとが連続的に対をなして配列されたロータと、を含むことを特徴とする永久磁石モータ。

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