(57)【要約】【課題】ロータコアの内部に永久磁石を埋設する場合において、回転軸を挿通させる軸孔と磁石との間が離れていても、磁石配列より内側に漏れる磁束を低減させて磁気特性を向上させる。【解決手段】中央に軸孔１６を有するロータコア８の外周面寄りに磁石配置領域１９を設け、この磁石配置領域に、ロータコアの周方向に沿って配置された複数の主磁石保持部１７と、複数の主磁石保持部のそれぞれの間においてロータコアの径方向に沿って配置された複数の補助磁石保持部１８と、を設け、主磁石保持部に磁極方向がロータコアの径方向に沿う主磁石１１を嵌装し、補助磁石保持部に磁極方向がロータコアの周方向に沿う補助磁石１２を嵌装したロータ３において、ロータコア８の磁石配置領域１９と軸孔１６との間であって補助磁石保持部１８の内側に軸孔１６と平行に空隙２０を延設する。【選択図】  図５
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
円柱状のロータコアと、このロータコアの内部に配置される複数の永久磁石と、を備えるインナーロータ構造のモータに用いるロータであって、
前記ロータコアの中央には、このロータコアを貫通するように軸孔が形成され、前記ロータコアの外周面寄りの領域には、前記複数の永久磁石が配置される磁石配置領域が設けられ、
前記ロータコアの前記磁石配置領域には、前記軸孔と平行に延設され、矩形状の断面の長辺を前記ロータコアの周方向に沿うように配置された複数の主磁石保持部と、前記軸孔と平行に延設され、前記複数の主磁石保持部のそれぞれの間に配設されるとともに矩形状の断面の長辺を前記ロータコアの径方向に沿うように配置された複数の補助磁石保持部と、が形成され、
前記永久磁石は、磁極の方向が前記ロータコアの径方向に沿うように前記主磁石保持部に嵌装された主磁石と、磁極の方向が前記ロータコアの周方向に沿うように前記補助磁石保持部に嵌装された補助磁石とを含み、
前記磁石配置領域と前記軸孔との間には、前記軸孔と平行に延設された複数の空隙が設けられており、前記空隙を、それぞれの前記補助磁石保持部の径方向内側に配置したことを特徴とするロータ。
【請求項２】
前記軸孔の周囲に形成された環状のハブ部と前記磁石配置領域とは、隣り合う前記空隙の間に形成された連接部により接続されており、前記連接部を、それぞれの前記主磁石保持部の径方向内側に設けたことを特徴とする請求項１記載のロータ。
【請求項３】
前記連接部は、前記主磁石保持部の近傍の周方向巾を前記軸孔の近傍の周方向巾よりも大きくしたことを特徴とする請求項１又は２記載のロータ。
【請求項４】
前記ロータコアは、多数の鋼板を積層して構成され、前記連接部の前記主磁石保持部の近傍に、隣接する鋼板同士を互いに結合するカシメ部を設けたことを特徴とする請求項３記載のロータ。
【請求項５】
前記空隙は、前記補助磁石保持部の近傍に設けられて磁路を遮断する機能を持たせた磁路遮断部と、これに続いて前記軸孔側に設けられて重量低減機能を持たせた重量低減部とが一体化されていることを特徴とする請求項１乃至４のいずれかに記載のロータ。
【請求項６】
複数のティースを有するステータコアと、前記複数のティースのそれぞれに巻き回されている巻線と、を有する筒状のステータと、 前記ステータの内側に設けられた請求項１乃至５のいずれかに記載のロータとを有するＩＰＭモータ。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、永久磁石埋め込み型のロータ及びこれを用いたＩＰＭモータに関し、特に、永久磁石より径方向内側に漏れる磁束を低減させて磁気特性を向上させることが可能なロータとこれを用いたＩＰＭモータに関する。
【背景技術】
【０００２】
インナー型ロータ構造の電動モータにおいて、磁石配列の外側に強磁場を発生させ、またコギングトルクやトルクリップルを低減するために、ロータの径方向に着磁された複数の主磁石と、径方向以外の方向（例えば、周方向）に着磁された複数の補助磁石とを備え、主磁石を、ロータコアの外周面の周方向に間隔を空けて配置し、補助磁石を主磁石間に配置し、これら主磁石と補助磁石をハルバッハ配列とする技術が知られている（特許文献１，２参照）。
【０００３】
このような磁石配列を採用することで、高トルク、高効率の電動モータを形成することが可能となるが、ロータコアの外周面に複数の主磁石と複数の補助磁石とを配列するＳＰＭ構造を採用する場合には、主磁石や補助磁石を接着剤などでロータコアの外周面に接合する工程が必要となり、また、磁石の割れ、剥がれ、飛散が生じて磁気特性が低下する不都合が懸念される。
そこで、磁石のハルバッハ配列を応用しつつ、磁石をロータ内に埋め込むＩＰＭ構造とすることが検討されている（特許文献３，４参照）。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００４】
【特許文献１】特開２００２−３５４７２１号公報
【特許文献２】特開２００７−０１４１１０号公報
【特許文献３】特開２０１２−５０１７９号公報
【特許文献４】特開２０１４−１５０６５９号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
しかしながら、ＩＰＭ構造を採用する場合においても、回転軸の径が小さい場合には、主磁石や補助磁石と回転軸を装着させる軸孔との間の距離が大きくなり、磁石と軸孔との間に磁路となり得る領域が大きく形成されることになる。
このため、ハルバッハ配列を応用して磁石を配置した場合でも、依然として一部の磁束が磁石配列より径方向内側（軸孔側）に漏れ、磁気特性を低下させる不都合が生じる。
【０００６】
本発明は、係る事情に鑑みてなされたものであり、ハルバッハ配列を応用してロータコアの内部に永久磁石を埋設する場合において、回転軸を挿通させる軸孔と磁石との間が離れている場合においても、磁石配列より内側に漏れる磁束を低減させて磁気特性を向上させることが可能なロータ及びこれを用いたＩＰＭモータを提供することを主たる課題としている。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
上記課題を達成するために、本発明に係るロータは、円柱状のロータコアと、このロータコアの内部に配置される複数の永久磁石と、を備えるインナーロータ構造のモータに用いるロータであって、前記ロータコアの中央には、このロータコアを貫通するように軸孔が形成され、前記ロータコアの外周面寄りの領域には、前記複数の永久磁石が配置される磁石配置領域が設けられ、前記ロータコアの前記磁石配置領域には、前記軸孔と平行に延設され、矩形状の断面の長辺を前記ロータコアの周方向に沿うように配置された複数の主磁石保持部と、前記軸孔と平行に延設され、前記複数の主磁石保持部のそれぞれの間に配設されるとともに矩形状の断面の長辺を前記ロータコアの径方向に沿うように配置された複数の補助磁石保持部と、が形成され、前記永久磁石は、磁極の方向が前記ロータコアの径方向に沿うように前記主磁石保持部に嵌装された主磁石と、磁極の方向が前記ロータコアの周方向に沿うように前記補助磁石保持部に嵌装された補助磁石とを含み、前記磁石配置領域と前記軸孔との間には、前記軸孔と平行に延設された複数の空隙が設けられており、前記空隙を、それぞれの前記補助磁石保持部の径方向内側に配置したことを特徴としている。
【０００８】
したがって、軸孔を中心に放射状に形成される補助磁石保持部より径方向内側（軸孔側）に空隙が形成されているので、磁石と軸孔との間の磁路が空隙によって遮断されることになり、主磁石および補助磁石から径方向内側へ漏れる磁束を低減させることが可能となる。
【０００９】
また、前記軸孔の周囲に形成された環状のハブ部と前記磁石配置領域とは、隣り合う前記空隙の間に形成された連接部により接続されており、前記連接部を、それぞれの前記主磁石保持部の径方向内側に設けたことを特徴としている。
空隙をそれぞれの補助磁石保持部の内側において軸孔との間に設けることで、隣り合う空隙間に連接部を設け、この連接部をそれぞれの主磁石保持部の径方向内側に設けるようにしたので、連接部を主磁石の数と対応した数だけ全周に亘って等間隔に設けることが可能となり、ロータコアの変形バランスを良好に保つことが可能となる。
【００１０】
ここで、前記連接部は、前記主磁石保持部の近傍の周方向巾を前記軸孔の近傍の周方向巾よりも大きくすることが好ましい。
このような構成とすることで、遠心力による連接部の応力集中を緩和することが可能となり、また、ロータコアを多数の鋼板を積層して構成する場合に、連接部の前記主磁石保持部の近傍に、隣接する鋼板同士を互いに結合するカシメ部を設けることが可能となる。
【００１１】
隣接する鋼板同士を互いに結合するカシメ部が主磁石保持部の径方向外側に設けられる場合には、磁束が集中する磁路上にカシメ部が設けられることになり、磁束の流れを邪魔する不都合があるが、連接部の主磁石保持部の近傍を幅広にして、そこにカシメ部を設ける場合には、磁束の流れを邪魔することが殆どなく、トルクに寄与する磁束を低減させる不都合がない。
【００１２】
なお、前記空隙は、前記補助磁石保持部の近傍に設けられて磁路を遮断する機能を持たせた磁路遮断部と、これに続いて前記軸孔側に設けられて重量低減機能を持たせた重量低減部とが一体化されるものであってもよい。すなわち、前述のように主磁石と補助磁石との間で流れる径方向内側から回り込む磁束を遮るのであれば、補助磁石保持部の径方向内側の近傍にだけ空隙を設ければ足りるが、空隙を径方向内側に延設して上述のように重量低減部を一体化させることで、ロータの軽量化を図ることも可能となる。
【００１３】
以上のロータは、複数のティースを有するステータコアと、前記複数のティースのそれぞれに巻回されている巻線と、を有する筒状のステータの内側に配設されるＩＰＭモータ（磁石埋め込み型モータ）を形成する場合に有用である。
【発明の効果】
【００１４】
以上述べたように、本発明によれば、中央に軸孔を有するロータコアの外周面寄りに設けられた磁石配置領域に、ロータコアの周方向に沿って配置された複数の主磁石保持部と、複数の主磁石保持部のそれぞれの間においてロータコアの径方向に沿って配置された複数の補助磁石保持部と、を設け、主磁石保持部に磁極方向がロータコアの径方向に沿う主磁石を嵌装し、補助磁石保持部に磁極方向がロータコアの周方向に沿う補助磁石を嵌装したロータにおいて、磁石配置領域と軸孔との間であって、補助磁石保持部の径方向内側に、軸孔と平行に空隙を延設したので、回転軸の径が小さい場合でも（軸孔と磁石保持部との距離が大きくなっても）、磁石配列より径方向内側に漏れる磁束を低減させて磁気特性を向上させることが可能となる。
【００１５】
また、隣り合う空隙間に軸孔の周囲に形成されたハブ部から径方向に延びる連接部をそれぞれの主磁石保持部の径方向内側に設けたので、ロータコアの変形バランスを良好に保つことが可能になる。
【００１６】
さらに、連接部の主磁石保持部の近傍を幅広に形成し、そこにロータコアを構成する鋼板同士を結合するカシメ部を設けることで、積層された鋼板のリベット結合を割愛することが可能となり、また、磁束の流れを邪魔することがなく、トルクに寄与する磁束を低減させる不都合がなくなる。
【図面の簡単な説明】
【００１７】
【図１】図１は、本発明に係るＩＰＭモータを示す図であり、（ａ）はその側断面図、（ｂ）は（ａ）のＡ−Ａ断面図である。
【図２】図２は、ロータを示す斜視図である。
【図３】図３は、磁石が保持部に嵌装されたロータコアを示す斜視図である。
【図４】図４は、図３を軸方向から見た図である。
【図５】図５は、図４の一部を拡大した図である。
【図６】図６は、本発明のロータの磁束分布を説明する図である。
【図７】図７は、ロータの他の構成例を示す一部を拡大した図である。
【図８】図８は、図７の構成例において、ロータを構成する鋼板に設けられたカシメ部を示す図であり、カシメ部をダボカシメによって構成した例を示し、（ａ）は、鋼板をダボカシメにより積層する状態を示す図であり、（ｂ）はダボを示す斜視図である。
【図９】図９は、ロータコアに設けられた空隙の他の構成例を示す図である。
【発明を実施するための形態】
【００１８】
以下、本発明に係るＩＰＭモータ（Interior Permanent Magnet Motor）の実施形態を添付図面を参照しながら説明する。
【００１９】
図１において、ＩＰＭモータ１は、ステータ２とロータ３とを備えている。
ステータ２は、略円柱状に形成されたステータコア４と、ステータコア４の内側に放射状 に形成された複数（本実施形態では１８個）のティース５と、これらティース５に巻回され、図示しない電源装置に接続された巻線６とを備えている。巻線６は、電源装置から電流が供給されると、ロータ３を回転させるための回転磁界を発生させるように構成されている。
【００２０】
ロータ３は、ステータ２の内側に回転可能に支持されている。このロータ３は、図２乃至図４にも示されるように、回転軸７に個装されたロータコア８と、ロータコア内に周方向に配設された複数の永久磁石１０と、ロータコア８の両端に取り付けられる端板１３とを有し、ロータコア８及び端板１３をリベット１４によって軸方向に締結して一体化している。
【００２１】
ロータコア８は、例えばケイ素鋼によって形成された円盤形状の複数の鋼板１５を積層して円柱状に構成されている。ロータコア８の中央には、回転軸７を挿着する軸孔１６が形成され、外周面寄りの領域に、複数の永久磁石１０が配置される磁石配置領域１９が設けられている。そして、この磁石配置領域１９には、周方向に所定の間隔を有すると共に回転軸（軸孔）の軸方向に延設された複数の主磁石保持部１７と、隣り合う主磁石保持部間において軸孔１６を中心に放射状に形成されると共に回転軸（軸孔）の軸方向に延設された複数の補助磁石保持部１８と、が形成されている。
【００２２】
主磁石保持部１７は、軸孔と平行に延設されると共に、矩形状の断面の長辺をロータコアの周方向に沿うように配置されており、この例では、周方向に等間隔に１２箇所設けられている。また、補助磁石保持部１８は、軸孔と平行に延設されると共に、矩形状の断面の長辺をロータコアの径方向に沿うように配置されており、それぞれの隣り合う主磁石保持部１７を結ぶ線上の付近からロータコア８の外周面近傍にかけて設けられ、周方向に等間隔に１２箇所設けられている。したがって、それぞれの主磁石保持部１７は、補助磁石保持部１８の径方向の内側端に近接する位置に設けられている。
【００２３】
そして、それぞれの主磁石保持部１７に、これと略同形状の直方体状に形成された主磁石１１が嵌装され、また、それぞれの補助磁石保持部１８に、これと略同形状の直方体状に形成された補助磁石１２が嵌装されている。
【００２４】
主磁石１１は、図５に示されるように、磁極の方向がロータコア８の径方向に沿い、且つ、ロータコア８の表面側の磁極が周方向で交互に異なるように（反転するように）嵌装されている。また、補助磁石１２は、磁極の方向が周方向に沿い、且つ、隣接する主磁石１１に向けられた側の磁極がその隣接する主磁石のロータコア８の表面側の磁極と同極となるように嵌装されている。
したがって、主磁石１１と補助磁石１２とは、ロータ３の回転方向にハルバッハ配列を応用して配置され、磁束が主としてロータコア８の表面側に発生するようになっている。
【００２５】
また、ロータコア８には、磁石配置領域１９と軸孔１６との間には、軸孔１６と平行に延設された複数の空隙２０が設けられている。それぞれの空隙２０は、それぞれの補助磁石保持部１８の径方向内側に配置されており、補助磁石保持部１８の直近から軸孔１６の近くにかけて径方向に延びる断面形状を有している。補助磁石保持部１８の直近の周方向巾は、補助磁石保持部１８の周方向幅と略等しく形成され、軸孔１６の近くの周方向巾は、補助磁石保持部１８の直近の周方向巾より大きく形成されている。この例では、空隙２０の径方向の略中央で周方向巾が急激に変化するように形成されている。
【００２６】
したがって、隣り合う空隙間となるそれぞれの主磁石保持部１７の径方向内側には、軸孔１６の周囲に形成されたハブ部２１から径方向に延びる連接部（スポーク）２２が形成され、この連接部２２は、主磁石保持部１７の近傍の周方向巾が軸孔１６の近傍の周方向巾よりも大きく形成されている。
【００２７】
上述したように、ハルバッハ配列を応用して主磁石１１と補助磁石１２が配置されているため、主としてロータ３の表面側に多くの磁束が発生する。仮に、空隙２０が設けられていなければ、ロータコア８の主磁石１１や補助磁石１２の内側にも磁路が形成されるので、この内側を通る磁束も少なからず発生することになる。しかしながら、補助磁石保持部１８の径方向内側に空隙２０を形成したので、主磁石１１や補助磁石１２よりも径方向内側に形成される磁路が遮断されることになり、図６に示されるように、主磁石１１および補助磁石１２より径方向内側に漏れる磁束を効果的に低減することが可能となる。このため、回転軸７の径が小さい場合でも（永久磁石１０と回転軸７との間が離れていても）、磁石配列より径方向内側に漏れる磁束を低減させて磁気特性を向上させることが可能となる。
【００２８】
磁路を遮断する効果を得るためには空隙２０は補助磁石保持部１８の近傍だけに設ければよいが、上述の構成においては、空隙２０を径方向に伸ばし、軸孔付近において周方向巾を大きくしている。このため、この構成においては、補助磁石保持部１８の近傍の周方向巾が小さい空隙部分が磁気遮断部２０ａとして機能し、それより軸孔１６寄りの周方向巾が大きい空隙部分がロータ３の重量を軽減する重量軽減部２０ｂとして機能している。
【００２９】
なお、磁気遮断部２０ａは、磁石より内側へ漏れる磁束を遮断する機能を優先させるのであれば、図５の一点鎖線で示されるように重量軽減部２０ｂと同程度に巾広に形成してもよい。
【００３０】
また、上述の例においては、磁気遮断部２０ａを巾狭に形成した結果として連接部２２の主磁石近傍の部分が巾広に形成されている。そこで、図７に示されるように、この連接部２２の巾広部２２ａを利用して積層する隣接した鋼板同士をカシメ結合するカシメ部２３を形成するようにしてもよい。
例えば、図８に示されるように、鋼板１５をダボカシメするために、各鋼板１５の巾広部２２ａにダボ２３ａを鋼板成型時に一体に形成し、このダボ２３ａによって隣接する鋼板同士を結合させるようにしてもよい。このような構成においては、かしめ部２３が磁束密度の低い箇所に設けられるので、磁束の流れを邪魔する不都合はほとんどない。また、リベットによる鋼板１５の結合が不要となり、鋼板１５をリベット結合する工程を割愛でき、製造工数やコストを低減することが可能となる。
【００３１】
なお、連接部２２の主磁石保持部１７の近傍に形成される巾広部２２ａや空隙２０の形状は、上述の形態に限らず、図９に示されるように、空隙２０をロータコア８の内側へ向かうにつれて徐々に巾広に形成することで、連接部２２をロータコア８の外側へ向かうにつれて徐々に巾広に形成して主磁石保持部の径方向内側に巾広部を形成してもよい。
このように、空隙２０や連接部２２の形状は上述して形状に限定されるものではなく、本発明の機能（磁気遮断機能、重量低減機能、かしめ部形成機能）を損なわない範囲で適宜変形してもよい。
【符号の説明】
【００３２】
１  ＩＰＭモータ
３  ロータ
７  回転軸
８  ロータコア
１０  永久磁石
１１  主磁石
１２  補助磁石
１６  事孔
１７  主磁石保持部
１８  補助磁石保持部
１９  磁石配置領域
２０  空隙
２０ａ  磁気遮断部
２０ｂ  重量軽減部
２２  連接部
２２ａ  巾広部
【図１】
2020072634.tif 000003
【図２】
2020072634.tif 000004
【図３】
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【図４】
2020072634.tif 000006
【図５】
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【図６】
2020072634.tif 000008
【図７】
2020072634.tif 000009
【図８】
2020072634.tif 000010
【図９】
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