(57)【要約】  回転子鉄心の内側連結部への漏れ磁束を高度に遮断し、より多くの永久磁石の磁束を回転子の外周へ導くことで、永久磁石の使用量に見合うトルク向上が得られ、極数や回転子の外径、シャフト径の変化に広く対応できる一貫的で、単純な形状の回転子鉄心の空隙を有する埋込磁石型モータを提供する。  固定子（１０１）と、固定子（１０１）に径方向のギャップを介して対向する回転子（１０２）を有し、回転子（１０２）の各極の中央の磁極部（１１１ａ）とその両側に放射状に配置された極数と同数の永久磁石（１１２）を有する埋込磁石型モータにおいて、それぞれの永久磁石（１１２）の間の回転子鉄心（１１１）の内周側に多角形、例えば略五角形の空隙（１１４）を設ける。
2008078584.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
固定子と、前記固定子に径方向のギャップを介して対向する回転子を有し、前記回転子の各極の中央の磁極部とその両側に放射状に配置された極数と同数の永久磁石を有する埋込磁石型モータにおいて、
それぞれの永久磁石の間の回転子鉄心の内周側に、前記永久磁石の磁束発生面である側面と対向し、前記回転子鉄心の内側連結部への漏れ磁束を制限する漏れ磁束制限面と、永久磁石の磁束を回転子の外周へ導くガイド面とを有する多角形の空隙を設けたことを特徴とする埋込磁石型モータ。
【請求項２】
前記空隙が略５角形であることを特徴とする請求項１に記載の埋込磁石型モータ。
【請求項３】
前記空隙の、回転子鉄心の内側連結部への漏れ磁束制限面は、永久磁石の磁束発生面と平行に向かい合う平面であることを特徴とする請求項１または２に記載の埋込磁石型モータ。
【請求項４】
前記空隙の各面を、直線的に形成したことを特徴とする請求項１または２に記載の埋込磁石型モータ。
【請求項５】
前記空隙の内径側の面、および前記ガイド面を円弧状に形成したことを特徴とする請求項１または２に記載の埋込磁石型モータ。
【請求項６】
前記空隙の各面の角部を円弧状に形成したことを特徴とする請求項１または２に記載の埋込磁石型モータ。
【請求項７】
前記空隙の前記回転子の外周に近い頂点を挟むガイド面を１つの曲面としたことを特徴とする請求項１または２に記載の埋込磁石型モータ。
【請求項８】
前記空隙の内径側の面の径が、前記永久磁石の底部の径以下であることを特徴とする請求項１または２に記載の埋込磁石型モータ。
【請求項９】
前記空隙は、それぞれの永久磁石の底部と回転子鉄心の内周面との間に位置する部分を有さないことを特徴とする請求項１または２に記載の埋込磁石型モータ。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、固定子と、前記固定子に径方向のギャップを介して対向する回転子を有し、前記回転子の各極の中央の磁極部とその両側に放射状に配置された極数と同数の永久磁石を有する埋込磁石型モータに関するものである。
【背景技術】
【０００２】
従来の、この種の埋込磁石型モータは、永久磁石より発生する磁束を回転子外周に導き、磁極を得る。２つの永久磁石の磁束発生面より発生する磁束を、回転子外周の磁極に集中することで、ギャップ磁束密度を上げ、より大きなトルクが得られる。
その場合、外周に至らず回転子内で永久磁石へ戻る洩れ磁束の遮断は、モータの性能向上に重要である。そこで、回転子鉄心の内側連結部への漏れ磁束を遮断するために、それぞれの永久磁石の間に空隙を設けるものがある（例えば、特許文献１参照）。
図７は、第１の従来技術における埋込磁石型モータの回転子構造を示す正断面図であり、特許文献１の図１に示されているものである。
図７において、回転子１は、薄い積層鋼板を積層してなる回転子鉄心２を備え、前記回転子鉄心２における各極の中央の磁極部２bと、その両側に放射状に配置された極数と同数の永久磁石３と、それぞれの永久磁石の間に打抜孔４を有し、前記打抜孔４には補強部材７が挿入されている。補強部材は非磁性であるため、磁気的には空隙とみなし得る。
永久磁石３より発生する磁束の一部は、打抜孔４の両側の接続部分２cから回転子鉄心２の内側連結部２aを経て、永久磁石３へ戻る漏れ磁束となるが、打抜孔４が設けられているために、その大きさは制限されている。【０００３】
また、回転子鉄心に略５角形の空隙を有するものもある（例えば、特許文献２参照）。
図８は、第２の従来技術における極数と同数の永久磁石を有しない埋込磁石型モータの回転子構造を示す正断面図である。
図８において、回転子１１は、リラクタンストルクをより利用する構造となっており、磁極と磁極の間に、磁束が通り易い磁極の凸部１７を設けている。角部に丸みをもつ略５角形の空隙２２は、磁極の凸部１７から出入りする磁束を隣の磁極の凸部１７へ導くガイド部として役立っている。
なお、図８において、１２は回転子鉄心、１５は孔部、１６は磁気的な凹部、１８はキーである。
このように、従来の埋込磁石型モータは、回転子鉄心内に空隙を用い、あるものは洩れ磁束を遮断し、あるものは磁束を導くガイド部として役立てているのである。
【特許文献１】実公平７−３６４５９号公報（図１）
【特許文献２】特開２００５−１８４９５７号公報（図６）
【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、図７に示した従来の埋込磁石型モータでは、打抜孔４である空隙の形状が、洩れ磁束の遮断のためだけでなく、補強部材７の要求品質を満たすように決定されているため、洩れ磁束の遮断が不十分なだけでなく、永久磁石３の磁束を回転子１の外周へ導くガイド部を有しないため、より多くの永久磁石３の磁束を回転子の外周へ導く効果が小さい。
また、図８に示した従来の極数と同数の永久磁石を有しない埋込磁石型モータの空隙２２の形状は、磁極の凸部１７から出入りする磁束を隣合う磁極の凸部１７へ導くガイド部として役立っているが、永久磁石１４より発生する磁束の一部である洩れ磁束を遮断するものではない。
そのため、高価な永久磁石の使用量に見合うトルク向上が得られていないという問題があった。
本発明は、このような問題点に鑑みてなされたものであり、回転子鉄心の内側連結部への漏れ磁束を高度に遮断し、より多くの永久磁石の磁束を回転子の外周へ導くことで、永久磁石の使用量に見合うトルク向上が得られ、極数や回転子の外径、シャフト径の変化に広く対応できる一貫的で、単純な形状の回転子鉄心の空隙を有する埋込磁石型モータを提供することを目的とするものである。
【課題を解決するための手段】
【０００５】
上記問題を解決するため、本発明は、次のように構成したものである。
請求項１に記載の発明は、固定子と、前記固定子に径方向のギャップを介して対向する回転子を有し、前記回転子の各極の中央の磁極部とその両側に放射状に配置された極数と同数の永久磁石を有する埋込磁石型モータにおいて、それぞれの永久磁石の間の回転子鉄心の内周側に、前記永久磁石の磁束発生面である側面と対向し、前記回転子鉄心の内側連結部への漏れ磁束を制限する漏れ磁束制限面と、永久磁石の磁束を回転子の外周へ導くガイド面とを有する多角形の空隙を設けたことを特徴とするものである。
請求項２に記載の発明は、前記空隙の形状を、前記永久磁石の側面と対向し、前記回転子鉄心の内側連結部への漏れ磁束を制限する漏れ磁束制限面と、永久磁石の磁束を回転子の外周へ導くガイド面とを有する、略５角形としたことを特徴とするものである。
請求項３に記載の発明は、前記空隙の、回転子鉄心の内側連結部への漏れ磁束制限面は、永久磁石の磁束発生面（側面）と平行に向かい合う平面であることを特徴とするものである。
請求項４に記載の発明は、前記空隙の各面を、直線的に形成したことを特徴とするものである。
請求項５に記載の発明は、前記空隙の内径側の面、および前記ガイド面を円弧状に形成したことを特徴とするものである。
請求項６に記載の発明は、前記空隙の各面の角部を円弧状に形成したことを特徴とするものである。
請求項７に記載の発明は、前記空隙の前記回転子の外周に近い頂点を挟むガイド面を１つの曲面としたことを特徴とするものである。
請求項８に記載の発明は、前記空隙の内径側の面の径が、前記永久磁石の底部の径以下であることを特徴とするものである。
請求項９に記載の発明は、前記空隙が、それぞれの永久磁石の底部と回転子鉄心の内周面との間に位置する部分を有さないことを特徴とするものである。
【発明の効果】
【０００６】
請求項１および請求項２に記載の発明によると、回転子鉄心の内側連結部への漏れ磁束を高度に遮断し、より多くの永久磁石の磁束を回転子の外周へ導くことで、永久磁石の使用量に見合うトルク向上が得られ、極数や回転子の外径、シャフト径の変化に広く対応できる一貫的で、単純な形状の回転子鉄心の空隙を有する埋込磁石型モータを提供することができる。
請求項３から請求項７に記載の発明によると、回転子鉄心の内側連結部への漏れ磁束を高度に遮断する埋込磁石型モータを提供することができる。
請求項５に記載の発明によると、より多くの永久磁石の磁束を回転子の外周へ導く埋込磁石型モータを提供することができる。
請求項８に記載の発明によると、回転子鉄心の内側連結部への漏れ磁束の遮断効果を確実にすることができる埋込磁石型モータを提供することができる。
請求項９に記載の発明によると、永久磁石をより内周側まで配置でき、永久磁石の使用量に見合うより一層のトルク向上が得られる埋込磁石型モータを提供することができる。
【図面の簡単な説明】
【０００７】
【図１】本発明の第１実施例を示す埋込磁石型モータの正断面図である。
【図２】図１における回転子の拡大図である。
【図３】（ａ）〜（ｃ）は、本発明の第１実施例を示す回転子鉄心の略５角形の形状例を示す説明図である。
【図４】本発明の第２実施例を示す埋込磁石型モータの、磁界解析による磁束線図である。
【図５】本発明の第２実施例を示す埋込磁石型モータの、比較モデルの磁界解析による磁束線図である。
【図６】本発明の第２実施例を示す埋込磁石型モータと比較モデルの、通電による発生トルクの磁界解析による比較図である。
【図７】第１の従来技術における埋込磁石型モータの回転子構造を示す正断面図である。
【図８】第２の従来技術における極数と同数の永久磁石を有しない埋込磁石型モータの回転子構造を示す正断面図である。
【符号の説明】
【０００８】
１  回転子
２  回転子鉄心
２ａ  内側連結部
２ｂ  磁極部
２ｃ  接続部分
３  永久磁石
４  打抜孔
７  補強部材
１１  回転子
１２  回転子鉄心
１４  永久磁石
１５  孔部
１６  磁気的な凹部
１７  磁極の凸部
１８  キー
２２  空隙
１００    埋込磁石型モータ
１０１    固定子
１０２    回転子
１１０    ギャップ
１１１    回転子鉄心
１１１ａ  磁極部
１１１ｂ  内側連結部
１１２    永久磁石
１１２ａ  磁束発生面
１１３    シャフト
１１４    空隙
１１４ａ  漏れ磁束制限面
１１４ｂ  ガイド面
１１４ｃ  空隙の頂点
１１４ｄ  空隙の底面
１１５  漏れ磁束
１１６  空隙
１１７  空隙
【発明を実施するための最良の形態】
【０００９】
以下、本発明の実施の形態について、図を参照して説明する。
【実施例１】
【００１０】
図１は本発明の第１実施例を示す埋込磁石型モータの正断面図である。
図１において、本発明の実施例を示す埋込磁石型モータ１００は、固定子１０１と、前記固定子に径方向のギャップ１１０を介して対向する回転子１０２を有し、回転子は回転子鉄心１１１、シャフト１１３等からなり、回転子鉄心１１１には放射状に配置された極数と同数の永久磁石１１２が装着され、極数と同数の空隙１１４が設けられている。【００１１】
図２は、本発明の埋込磁石型モータに用いられている、永久磁石を備えた回転子構造説明図である。
図２において、回転子鉄心１１１は、薄い積層鋼板を積層してなり、各極の中央の磁極部１１１aとその両側に永久磁石１１２を有する。各極の両側の永久磁石１１２の磁束の向きは、ある磁極部にはＮ極を互いに向かい合わせ、その隣の極ではＳ極を向かい合わせるように装着されている。そのため、永久磁石のＮ極が向かい合った磁極部はＮ極となり、永久磁石のＳ極が向かい合った磁極部はＳ極となる。それぞれの永久磁石の間の回転子鉄心の内周側には、多角形、例えばシャフト側の１辺が曲線となった略５角形の形状を有する空隙１１４が設けられている。
略５角形の形状を有する空隙１１４の永久磁石１１２の側面に近い両側の２辺は、永久磁石１１２の磁束発生面１１２ａと平行に向かい合う平面を有する洩れ磁束制限部１１４aであり、回転子の回転による遠心力や駆動トルクに耐え、製造コスト上許され得る限りの隘路とすることで、永久磁石より発生する磁束の回転子鉄心１１１の内側連結部１１１bへの漏れ磁束を、高度に遮断することができる。
また、略５角形の形状を有する空隙１１４の、回転子の外周に近い頂点１１４cを挟む２辺を構成する斜平面は、永久磁石１１２の磁束を回転子の外周へ導くガイド面１１４bであり、より多くの永久磁石１１２の磁束を回転子の外周へ導くことができる。なお、１１４ｄは、前記空隙１１４の底面である。
それぞれの永久磁石１１２の間の回転子鉄心１１１の内周側に設けられた前記空隙１１４は、図７に示した従来の埋込磁石型モータのような、永久磁石の内周側に位置する部分を持たない。つまり、前記空隙１１４は、それぞれの永久磁石１１２の底部と回転子鉄心１１１の内周面との間に位置する部分を有さない。そのため、永久磁石１１２を、より回転子鉄心１１１の内周側まで配置でき、永久磁石１１２の使用量に見合うより一層のトルク向上が得られる。なお、前記空隙１１４の内径側の面の径は、前記永久磁石１１２の底部の径以下に設定し、回転子鉄心１１１の内側連結部１１１ｂへの漏れ磁束の遮断効果を確実にしている。【００１２】
図３は、本発明の埋込磁石型モータに用いられている、回転子鉄心１１１の略５角形の形状を有する空隙１１４の形状の例を説明する図である。
略５角形の形状を有する空隙１１４は、図２に示した形状に限られるものではなく、近似する形状であれば同等の効果を発揮する。そのため、以下に説明する形状であっても良い。
図３（ａ）に示す空隙１１４は５角形であり、各面を直線的に形成した基本的な形状である。（ｂ）はシャフトに近い内周側の前記底面１１４ｄと前記ガイド面１１４ｂを空隙１１４内に突出する曲線、つまり円弧状とした形状である。つまり、略５角形の形状は、５角形を構成する５辺のいずれかを、直線でなく曲線とする形状を含んでいる。（ｃ）は、前記空隙１１４の角部を円弧状に形成した、つまり、略５角形の５つの頂点の全て、またはいずれかに角Ｒをつけた形状を含んでいる。（ｄ）は、回転子の外周に近い頂点を挟む２辺のガイド面１１４ｂを１つの曲線とした形状であり、空隙１１４が比較的小さいとき、形状を簡略化する場合に、永久磁石１１２の磁束を回転子の外周へ導く支障にならない範囲で用いることがある。
【実施例２】
【００１３】
図４は、本発明の第２実施例を示す埋込磁石型モータの、磁界解析による磁束線図である。
図４において、第１実施例の回転子が８極であったのに対し、本第２実施例の回転子は１０極であり、各極の中央の磁極部１２１aとその両側に永久磁石１２２を有する。各極の両側の永久磁石１２２の磁束の向きは、ある磁極部にはＮ極を互いに向かい合わせ、その隣の極ではＳ極を向かい合わせるように装着されている。そのため、永久磁石のＮ極が向かい合った磁極部はＮ極となり、永久磁石のＳ極が向かい合った磁極部はＳ極となる。それぞれの永久磁石１１２の間の回転子鉄心１１１の内周側には、略５角形の形状を有する空隙１１４が設けられている。
略５角形の形状を有する空隙の永久磁石に近い両側の２辺は、永久磁石の磁束発生面と平行に向かい合う平面を有する洩れ磁束制限部１１４aであり、回転子の回転による遠心力や駆動トルクに耐え、製造コスト上許され得る限りの隘路とすることで、永久磁石より発生する磁束の回転子鉄心の内側連結部１１１bへの漏れ磁束が飽和し、高度に遮断されていることが磁束線より確認できる。
また、略５角形の形状を有する空隙１１４の、回転子の外周に近い空隙の頂点１１４cを挟む２辺を構成する斜平面は、永久磁石１１２の磁束を回転子の外周へ導くガイド面１１４bであり、より多くの永久磁石の磁束を回転子の外周へ導くことが磁束線より確認できる。【００１４】
図５は、本発明の第２実施例を示す埋込磁石型モータに用いられている、回転子鉄心１１１の略５角形の形状を有する空隙１１４の効果を確認するための、比較モデルの磁界解析による磁束線図である。
図５において、（Ａ）は、前記空隙がないモデルの磁界解析による磁束線図である。永久磁石１１２より発生する磁束の回転子鉄心１１１の内側連結部１１１ｂへの漏れ磁束１１５が多くなっている。
（Ｂ）は、前記空隙１１４の、永久磁石１１２の磁束を回転子の外周へ導くガイド面がない小さい台形状の空隙１１６を有するモデルの磁界解析による磁束線図である。永久磁石１１２より発生する磁束の空隙１１６の上部の磁束線が滞っている。また、空隙１１６が小さくなったため、回転子鉄心１１１の内側連結部１１１ｂへの漏れ磁束の遮断も悪化している。
（Ｃ）は、前記空隙１１４の、永久磁石１１２の磁束を回転子の外周へ導くガイド面１１４ｂも、回転子鉄心１１１の内側連結部１１１ｂへの漏れ磁束制限面１１４ａとした大きい台形状の空隙１１７を有するモデルの磁界解析による磁束線図である。永久磁石１１２より発生する磁束の回転子鉄心１１１の内側連結部１１１ｂへの漏れ磁束の遮断は充分であるが、回転子の外周へ導くべき磁束をも妨げている。【００１５】
図６は、図４及び図５に示した第２実施例の埋込磁石型モータと比較モデルの、通電による発生トルクの磁界解析による比較図である。
図６に示すように、それぞれの永久磁石１１２の間に設ける回転子鉄心１１１の空隙１１４の形状を、回転子鉄心１１１の内側連結部１１１ｂへの漏れ磁束制限面１１４ａと、永久磁石１１２の磁束を回転子の外周へ導くガイド面１１１４ｂとを有する、略５角形とした、第２実施例の埋込磁石型モータのトルクが、比較モデル（Ａ）、（Ｂ）、（Ｃ）に勝るのである。
以上説明したように、本発明によると、回転子鉄心１１１の内側連結部１１１ｂへの漏れ磁束を高度に遮断し、より多くの永久磁石１１２の磁束を回転子の外周へ導くことで、永久磁石１１２の使用量に見合うトルク向上が得られ、極数や回転子の外径、シャフト径の変化に広く対応できる一貫的で、単純な形状の回転子鉄心１１１の空隙１１４を有する埋込磁石型モータを提供することができる。【００１６】
本発明が特許文献１と異なる部分は、空隙１１４の形状を、洩れ磁束の遮断と補強部材の要求品質を満たすように決定するのではなく、洩れ磁束の遮断とより多くの永久磁石１１２の磁束を回転子の外周へ導くガイド面１１４ｂを有する略５角形とした部分である。
本発明が特許文献２と異なる部分は、極数と同数の永久磁石１１２を有する埋込磁石型モータに対して、空隙１１４の形状を、回転子鉄心１１１の内側連結部１１１ｂへの漏れ磁束制限面１１４ａと、永久磁石１１２の磁束を回転子の外周へ導くガイド面１１４ｂとを有する、略５角形とした部分である。
【産業上の利用可能性】
【００１７】
本発明は、固定子と、前記固定子に径方向のギャップを介して対向する回転子を有し、前記回転子の各極の中央の磁極部とその両側に放射状に配置された極数と同数の永久磁石を有する埋込磁石型モータに適用して、回転子鉄心の内側連結部への漏れ磁束を高度に遮断し、より多くの永久磁石の磁束を回転子の外周へ導くことで、永久磁石の使用量に見合うトルク向上が得られる埋込磁石型モータを製造、提供する分野に利用することができる。
【図１】
2008078584.tif 000003
【図２】
2008078584.tif 000004
【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】
2008078584.tif 000009
【図８】
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【国際調査報告】
2008078584.tif 000011
2008078584.tif 000012
2008078584.tif 000013
2008078584.tif 000014