(57)【要約】      （修正有）【課題】永久磁石同期モータにおいて、必要とされるインバータの駆動周波数を低コストにて低減させることによって、低コストにて制御を容易とする。【解決手段】極として第１の極５及び第２の極６とを１つずつのみ備え、第１の極５と第２の極６とが棒状の永久磁石によって構成され、ステータ側がＳ極とされかつ上記シャフト側がＮ極とされた単一あるいは連続して配列された棒状あるいは半月形状の複数の上記永久磁石によって構成される第１の極５と、上記ステータ側がＮ極とされかつ上記シャフト側がＳ極とされた上記永久磁石であって上記第１の極を構成する上記永久磁石を除く全てであると共に棒状あるいは半月形状の上記永久磁石によって構成される第２の極６とを備えるという構成を採用する。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
中央にシャフトが挿通されると共に該シャフトを中央として環状に配列される複数の永久磁石を内部に収容する円筒状のロータと、該ロータの周面に対向配置されると共に前記ロータの回転を制御するための電機子巻線を内部に収容するステータとを備えるモータであって、
前記ステータ側がＳ極とされかつ前記シャフト側がＮ極とされた単一あるいは連続して配列された棒状あるいは半月形状の複数の前記永久磁石によって構成される第１の極と、
前記ステータ側がＮ極とされかつ前記シャフト側がＳ極とされた前記永久磁石であって前記第１の極を構成する前記永久磁石を除く全てであると共に棒状あるいは半月形状の前記永久磁石によって構成される第２の極と
を備えることを特徴とするモータ。
【請求項２】
前記永久磁石の端部に接するフラックスバリアを備えることを特徴とする請求項１記載のモータ。
【請求項３】
前記第１の極及び前記第２の極の少なくとも一方は、前記永久磁石が、前記シャフトの延在方向に複数配列されて構成されていることを特徴とする請求項１または２記載のモータ。
【請求項４】
前記シャフトの延在方向に配列される複数の前記永久磁石が、前記ロータの周方向に互いにずれて配置されていることを特徴とする請求項３記載のモータ。
【請求項５】
前記第１の極及び前記第２の極の少なくとも一方は、前記永久磁石と前記ロータの周面との間に配置される補助永久磁石を備えることを特徴とする請求項１〜４いずれかに記載のモータ。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、中央にシャフトが挿通されると共に該シャフトを中央として環状に配列される複数の永久磁石を内部に収容する円筒状のロータと、該ロータの周面に対向配置されると共に上記ロータの回転を制御する電機子巻線を内部に収容するステータとを備えるモータに関するものであり、特にシャフトが汎用モータに対して高速回転するモータに関するものである。
【背景技術】
【０００２】
近年、地球環境に配慮した自動車としてエンジンと共にモータを搭載した、いわゆるハイブリット自動車が実用化されている。
このようなハイブリッド自動車に搭載されるモータとしては、特許文献１〜１１に示されるような、ロータに永久磁石が収容された永久磁石同期モータが用いられている。
【０００３】
一方で、過給機は、エンジン等の排気ガスを用いてタービンインペラを回転駆動し、当該回転駆動を圧縮機のインペラに伝達して圧縮空気を生成するものであるが、排気ガスの流量が変動するためにトルク不足が生じ、安定して圧縮空気を得られない場合がある。そこで、上述の永久磁石同期モータを過給機に用いて上記トルク不足を永久磁石同期モータのトルクによって補う、いわゆる電動過給機が提案されている。
【特許文献１】特許第３８１１４２６号公報
【特許文献２】特許第３８１９２１１号公報
【特許文献３】特許第３５９６５４２号公報
【特許文献４】特開２００６−２８０１９５号公報
【特許文献５】特開２００５−１９８４８７号公報
【特許文献６】特開２００５−３５４７９８号公報
【特許文献７】特開２００５−３２８６７９号公報
【特許文献８】特開２００３−３２４８７５号公報
【特許文献９】特開２００２−４４８８８号公報
【特許文献１０】特開２０００−３５０３９３号公報
【特許文献１１】特開２００１−２５８１８７号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
しかしながら、電動過給機に用いられる永久磁石同期モータは、タービンインペラ及び圧縮機のインペラが高速回転であることから、ハイブリッド自動車に搭載される永久磁石同期モータと比較して、シャフトに対してかなりの高速回転が要求される。
【０００５】
電動過給機にはロータの回転を制御可能とするためにバッテリの直流電力を任意の周波数の交流電力に変換するためのインバータが搭載されているが、シャフトが高速回転される場合には、インバータの駆動周波数が非常に高くなる虞がある。つまり、シャフトが高速回転される場合には、ロータの回転を制御するために直流電力を高い周波数の交流電力に変換する必要が生じ、インバータの駆動周波数が高くなり制御が困難となる場合が考えられる。
【０００６】
また、永久磁石同期モータは、汎用の電動過給機に搭載されることとなるため、特に低コスト化が望まれている。
【０００７】
本発明は、上述する問題点に鑑みてなされたもので、永久磁石同期モータにおいて、必要とされるインバータの駆動周波数を低コストにて低減させることによって、低コストにて制御を容易とすることを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００８】
本発明は、上記課題を解決するための手段として、以下の構成を採用する。
【０００９】
第１の発明は、中央にシャフトが挿通されると共に該シャフトを中央として環状に配列される複数の永久磁石を内部に収容する円筒状のロータと、該ロータの周面に対向配置されると共に上記ロータの回転を制御するための電機子巻線を内部に収容するステータとを備えるモータであって、上記ステータ側がＳ極とされかつ上記シャフト側がＮ極とされた単一あるいは連続して配列された棒状あるいは半月形状の複数の上記永久磁石によって構成される第１の極と、上記ステータ側がＮ極とされかつ上記シャフト側がＳ極とされた上記永久磁石であって上記第１の極を構成する上記永久磁石を除く全てであると共に棒状あるいは半月形状の上記永久磁石によって構成される第２の極とを備えるという構成を採用する。
【００１０】
第２の発明は、上記第１の発明において、上記永久磁石の端部に接するフラックスバリアを備えるという構成を採用する。
【００１１】
第３の発明は、上記第１または第２の発明において、上記第１の極及び上記第２の極の少なくとも一方は、上記永久磁石が、上記シャフトの延在方向に複数配列されて構成されている
【００１２】
第４の発明は、上記第３の発明において、上記シャフトの延在方向に配列される複数の上記永久磁石が、上記ロータの周方向に互いにずれて配置されているという構成を採用する。
【００１３】
第５の発明は、上記第１〜第４いずれかの発明において、上記第１の極及び上記第２の極の少なくとも一方は、上記永久磁石と上記ロータの周面との間に配置される補助永久磁石を備えるという構成を採用する。
【発明の効果】
【００１４】
本発明によれば、ステータ側がＳ極とされかつシャフト側がＮ極とされた単一あるいは連続して配列された複数の永久磁石によって構成される第１の極と、ステータ側がＮ極とされかつシャフト側がＳ極とされた永久磁石であって第１の極を構成する永久磁石を除く全ての永久磁石によって構成される第２の極とを備える。
つまり、本発明のモータは、環状に配列される磁石が第１の極あるいは第２の極のいずれかを構成し、さらに第１の極と第２の極とを１つずつ備える、いわゆる２極モータである。
インバータの駆動周波数は、モータの極数に比例して高くなる。したがって、本発明のモータのように、最低限の極数とすることによって、インバータの駆動周波数を、例えば４極以上のモータに対して低減させることができる。
よって、本発明によれば、永久磁石同期モータにおいて、必要とされるインバータの駆動周波数を低減させることによって制御を容易とすることが可能となる。
【００１５】
また、本発明によれば、上記第１の極及び第２の極を構成する永久磁石が、棒状あるいは半月形状の永久磁石とされている。
棒状あるいは半月形状の永久磁石は、形状が単純であり、さらに汎用品であるため低コストにて製造することが可能である。
よって、本発明によれば、低コストにて製造することが可能となる。
【００１６】
したがって、本発明によれば、永久磁石同期モータにおいて、必要とされるインバータの駆動周波数を低コストにて低減させることによって、低コストにて制御を容易とすることが可能となる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１７】
以下、図面を参照して、本発明に係るモータの一実施形態について説明する。なお、以下の図面において、各部材を認識可能な大きさとするために、各部材の縮尺を適宜変更している。
【００１８】
図１は、本実施形態のモータ１００の概略構成を模式的に示した断面図である。なお、図１においては、シャフトの延在方向に対して垂直な面でモータ１００を切断している。
本実施形態のモータ１００は、特に電動過給機に対して好適に用いることができる高速回転可能なモータである。
そして、図１に示すように、本実施形態のモータ１００は、シャフト１と、ロータ２と、ステータ３とを備えている。
【００１９】
シャフト１は、ロータ２とステータ３とによって生成された回転動力を外部に伝達する棒部材であり、図１の紙面垂直方向に延在して配置されている。
また、本実施形態のモータ１００が上述のように高速回転が可能なものであるため、シャフト１の剛性は、先行技術文献として挙げた上述の特許文献１〜１１に開示されたモータが備えるシャフトの剛性よりも高いことが望まれる。そして、本実施形態のモータ１００においては、シャフト１の径を特許文献１〜１１に開示されたモータが備えるシャフトよりも大きくすることによってシャフト１の剛性を向上させている。
なお、シャフト１の形成材料や形状を好適に選択することでシャフト１の剛性を向上可能な場合には、シャフト１の径を特許文献１〜１１に開示されたモータが備えるシャフトの径と同じあるいは小さく設定することも可能である。
また、シャフト１の形成材料は、後述するロータ２が備える永久磁石の磁力線が効率的にステータ３の方向に向かうように非磁性体によって形成されることが好ましい。ただし、シャフト１を磁性体によって形成することもできる。
【００２０】
ロータ２及びステータ３は、磁界による磁力線と後述する電機子巻線を流れる電流とによって回転力を発生させるものであり、ステータ３が固定され、ロータ２が回転される。
【００２１】
ロータ２は、中央にシャフト１が挿通される円筒形状を有しており、ロータコア４と、第１の極５と、第２の極６と、フラックスバリア７とを備えている。
【００２２】
ロータコア４は、ロータ２の外形を形成するものであり、中央部にシャフト１を挿通するための孔が形成された円筒状に形状設定されると共に磁性体によって形成されている。
また、ロータコア４の内部には、後述する第１の極５を構成する永久磁石と第２の極６を構成する永久磁石を収容するための２つの空間がシャフトを中央として環状に配列されて形成されており、当該空間に上記永久磁石が収容されている。
つまり、本実施形態のモータ１００においてロータ２は、中央にシャフト１が挿通されると共に該シャフト１を中央として環状に配列される複数の永久磁石を内部に収容する。
なお、ロータコア４は、表面における渦電流の発生を抑制するために、例えば、複数の円形の電磁鋼板がシャフト１の延在方向に複数積層されて形成される、あるいはフェライトによって形成されることが好ましい。
【００２３】
第１の極５と第２の極６とは、図１に示すように、ロータコア４の内部にてシャフト１を中央にして環状に複数（本実施形態においては６つ）配列されて収容された永久磁石１０によって構成されている。なお、永久磁石１０としては、例えばネオジウム磁石を好適に用いることができる。
【００２４】
本実施形態のモータ１００は、永久磁石１０として、ステータ側がＳ極とされかつシャフト側がＮ極とされた棒状の第１永久磁石１１と、ステータ側がＮ極とされかつシャフト側がＳ極とされた棒状の第２永久磁石１２とを備えている。また、シャフトを中央として、第１永久磁石１１及び第２永久磁石１２が３つずつ連続して配置されている。
そして、第１の極５が３つの第１永久磁石１１によって構成され、第２の極６が３つ第２永久磁石１２によって構成されている。つまり、第１の極５は、ステータ側がＳ極とされかつシャフト側がＮ極とされた棒状の複数の永久磁石１０（第１永久磁石１１）によって構成されている。また、第２の極６は、ステータ側がＮ極とされかつシャフト側がＳ極とされた棒状の永久磁石１０であって第１の極５を構成する永久磁石１０を除く全ての永久磁石１０（すなわち第２永久磁石１２）によって構成されている。
【００２５】
つまり、本実施形態のモータ１００は、極として第１の極５及び第２の極６とを１つずつのみ備える、いわゆる２極モータである。
なお、本実施形態のモータ１００においては、第１の極５及び第２の極６は、ロータ２の径方向から見て重ならずにかつ１６０°の範囲に設置され、ロータ２の長さ方向（シャフト１の延在方向）において、ロータ２の長さと略等しい長さを有している。
【００２６】
フラックスバリア７は、第１永久磁石１１の両側端部及び第２永久磁石の両側端部に接するように設けられた磁気抵抗の高い領域であり、第１の極５及び第２の極６におけるステータ側からシャフト側あるいはシャフト側からステータ側への磁束の漏れを抑制するものである。
そして、本実施形態のモータ１００においてフラックスバリア７は、空孔によって構成されている。ただし、フラックスバリア７は、空孔に限らず、透磁率の低い部材によって構成することも可能である。
【００２７】
ステータ３は、ロータ２の周面に対向配置されると共にロータの回転を制御するための電機子巻線を内部に収容するものである。なお、電機子巻線は、ロータ２の周方向に等ピッチで複数設けられている。そして、電機子巻線の数は、第１の極５及び第２の極６のロータ２の周方向における広さ等を考慮して設定されている。
【００２８】
なお、図１においては示されていないが、本実施形態のモータ１００は、ステータ３を覆って支持するケーシングを備えても良い。
【００２９】
このような構成を有する本実施形態のモータ１００においては、外部の直流電源からインバータを介して交流電力がステータ３内部の電機子巻線に供給されることによって、ロータ２が回転駆動され、回転動力がシャフト１を介して外部に取り出される。
【００３０】
以上のような本実施形態のモータ１００によれば、第１の極５が、ステータ側がＳ極とされかつシャフト側がＮ極とされた棒状の複数の永久磁石１０（第１永久磁石１１）によって構成され、第２の極６が、ステータ側がＮ極とされかつシャフト側がＳ極とされた棒状の永久磁石１０であって第１の極５を構成する永久磁石１０を除く全ての永久磁石１０（すなわち第２永久磁石１２）によって構成されている。つまり、本実施形態のモータ１００は、極として第１の極５及び第２の極６とを１つずつのみ備える、いわゆる２極モータである。
ステータ３の電機子巻線に交流電力を供給するインバータの駆動周波数は、モータの極数に比例して高くなる。したがって、本実施形態のモータ１００のように、最低限の極数とすることによって、インバータの駆動周波数を、例えば４極以上のモータに対して低減させることができる。
よって、本実施形態のモータ１００によれば、永久磁石同期モータにおいて、必要とされるインバータの駆動周波数を低減させることが可能となり制御を容易とすることが可能となる。
【００３１】
また、本実施形態のモータ１００によれば、上記第１の極５及び第２の極６を構成する永久磁石１０が、棒状の永久磁石とされている。
棒状の永久磁石は、形状が単純であり、さらに汎用品であるため本実施形態のモータ１００は、低コストにて製造することが可能である。
よって、本実施形態のモータ１００によれば、低コストにて製造することが可能となる。
【００３２】
したがって、本実施形態のモータ１００によれば、永久磁石同期モータにおいて、必要とされるインバータの駆動周波数を低コストにて低減させることによって、低コストにて制御を容易とすることが可能となる。
【００３３】
なお、図２及び図３に示すように、永久磁石１０（第１永久磁石１１及び第２永久磁石１２）をロータの長さ方向（シャフト１の延在方向）に２分あるいは３分しても良い。つまり、第１の極５及び第２の極６を、ロータ２の周面に沿ってステータ側及びシャフト側が湾曲された形状の小型の永久磁石１０ｂをロータ２の長さ方向に複数配列することによって構成するようにしても良い。
このような構成を採用した場合は、１つ１つの永久磁石の大きさが小さくなり、永久磁石の歩留まりが向上すると共に破損した場合であっても破損箇所のみを交換すれば良いこととなるため、低価格にて本実施形態のモータ１００を製造することが可能となる。
なお、永久磁石１０は、第１永久磁石１１及び第２永久磁石１２のいずれか一方のみがロータ２の長さ方向に分割されていても良い。
【００３４】
なお、図２及び図３に示すように、永久磁石１０がシャフト１の延在方向に複数分割される場合には、図４及び図５に示すように、各永久磁石１０ｂをロータ２の周方向に互いにずれて配置して、ロータ２にスキューを施すことが好ましい。
このようにロータ２にスキューを施すことによって、例えばモータ１００の振動や騒音を低減させることが可能となる。
【００３５】
また、図６に示すように、第１の極５及び第２の極６が、永久磁石１０とロータ２の周面との間に配置される補助永久磁石２０を備えるように構成しても良い。
なお、第１永久磁石１１とロータ２の周面との間に配置される補助永久磁石２０は、第１永久磁石１１と同様に、シャフト側がＮ極、ステータ側がＳ極とされた棒状の永久磁石である。また、第２永久磁石１２とロータ２の周面との間に配置される補助永久磁石２０は、第２永久磁石１２と同様に、シャフト側がＳ極、ステータ側がＮ極とされた棒状の永久磁石である。
【００３６】
第１の極５あるいは第２の極６によってステータ２に対して作用される磁力は、永久磁石１０からステータに向かう磁束と補助永久磁石２０からのステータ２に向かう磁束との両方の磁束に影響を受ける。このため、永久磁石１０とロータ２の周面との間に補助永久磁石２０を配置することによってより効率的にステータ２に磁力を作用させることが可能となる。
【００３７】
また、図７に示すように、棒状の永久磁石１０の代わりに、半月形状の永久磁石３０を配置し、当該半月形状の永久磁石３０によって第１の極５及び第２の極６を構成するようにしても良い。
【００３８】
また、本実施形態においては、第１の極５及び第２の極６を３つずつの永久磁石１０によって構成する例について説明した。
しかしながら、例えば、図８に示すように、第１の極５及び第２の極６を２つずつの永久磁石１０によって構成しても良い。また、図９に示すように、第１の極５及び第２の極６を４つずつの永久磁石１０によって構成しても良い。図１０に示すように、第１の極５及び第２の極６を５つずつの永久磁石１０によって構成しても良い。図１１に示すように、第１の極５及び第２の極６を６つずつの永久磁石１０によって構成しても良い。
なお、第１の極５及び第２の極６を構成する永久磁石の数が減少することによって、モータ１００の構成部品点数が減少するため、製造が容易となる。
また、第１の極５及び第２の極６を構成する永久磁石の数が増加することによって、第１の極５及び第２の極６の全体形状が、ロータ２の周面に沿う湾曲形状に近づく。永久磁石同期モータにおいては、ロータ２が回転している際にステータの電機子巻線に生じる誘起電圧を測定し、当該測定結果からロータ２の回転を制御する場合があるが、第１の極５及び第２の極６がロータ２の周面に沿う湾曲形状に近づくことによって、測定される誘起電圧が正弦波化し、正確にロータ２の回転を制御することが可能となる。
【００３９】
以上、添付図面を参照しながら本発明に係るモータの好適な実施形態について説明したが、本発明は、上記実施形態に限定されないことは言うまでもない。上述した実施形態において示した各構成部材の諸形状や組み合わせ等は一例であって、本発明の主旨から逸脱しない範囲において設計要求等に基づき種々変更可能である。
【００４０】
例えば、上記実施形態においては、第１の極５を構成する永久磁石１０同士、及び第２の極５を構成する永久磁石１０同士がフラックスバリア７を介して接続されている構成について説明した。
しかしながら、本発明はこれに限定されるものではなく、フラックスバリア７を設けない構成、さらには永久磁石１０同士が接続されていない構成を採用することもできる。
【００４１】
また、上記実施形態においては、永久磁石１０の極性を除いて第１の極５及び第２の極６が線対称に構成されているが、本発明は、これに限定されるものではなく、第１の極５及び第２の極６が線対称に構成されていなくても良い。
例えば、第１の極５が２つの永久磁石１０によって構成され、第２の極６が３つの永久磁石１０によって構成されていても良い。
【図面の簡単な説明】
【００４２】
【図１】本発明の一実施形態であるモータの概略構成を示した断面図である。
【図２】本発明の一実施形態であるモータの変形例である永久磁石がシャフトの延在方向に２つに分割されたモータを示した断面図である。
【図３】本発明の一実施形態であるモータの変形例である永久磁石がシャフトの延在方向に３つに分割されたモータを示した断面図である。
【図４】本発明の一実施形態であるモータの変形例である永久磁石がシャフトの延在方向に２つに分割されたモータにおいてスキューが施された図である。
【図５】本発明の一実施形態であるモータの変形例である永久磁石がシャフトの延在方向に３つに分割されたモータにおいてスキューが施された図である。
【図６】本発明の一実施形態であるモータの変形例である補助永久磁石を備えるモータを示した断面図である。
【図７】本発明の一実施形態であるモータの変形例である半月形状の永久磁石を備えるモータを示した断面図である。
【図８】本発明の一実施形態であるモータの変形例である第１の極及び第２の極が２つずつの永久磁石によって構成されたモータの断面図である。
【図９】本発明の一実施形態であるモータの変形例である第１の極及び第２の極が４つずつの永久磁石によって構成されたモータの断面図である。
【図１０】本発明の一実施形態であるモータの変形例である第１の極及び第２の極が５つずつの永久磁石によって構成されたモータの断面図である。
【図１１】本発明の一実施形態であるモータの変形例である第１の極及び第２の極が６つずつの永久磁石によって構成されたモータの断面図である。
【符号の説明】
【００４３】
１００……モータ、１……シャフト、２……ロータ、３……ステータ、４……ロータコア、５……第１の極、６……第２の極、７……フラックスバリア、１０，３０……永久磁石、１１……第１永久磁石、１２……第２永久磁石、２０……補助永久磁石
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
2010045932.tif 000009
【図８】
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【図９】
2010045932.tif 000011
【図１０】
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【図１１】
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