(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
円周方向における複数箇所にティースを備え、該各ティース間にスロットが形成されたステータと、該ステータの径方向内方において回転自在に支持された回転軸と、該回転軸に固定されたロータとから成るとともに、該ロータは、円周方向における複数箇所に埋設された永久磁石、及び該永久磁石を保持し、各永久磁石間に磁極間鉄心を形成するロータコアを備え、かつ、磁極間鉄心開角をθとし、前記磁極間鉄心の幅に対応するティースの各端面のうち最も離れた二つの端面の先端と、前記回転軸の中心とを結ぶ２本の直線が成す角度の最小値をθＭＩＮ  とし、前記磁極間鉄心の幅に対応するティースにおけるティースヘッドの各端部のうち最も離れた二つの端部と、前記回転軸の中心とを結ぶ２本の直線が成す角度の最大値をθＭＡＸ  としたとき、
θＭＩＮ  ≦θ≦θＭＡＸ  
となるように前記磁極間鉄心の幅が設定されることを特徴とする永久磁石式同期電動機。
【請求項２】
前記永久磁石は、径方向における内方に平坦面を、径方向における外方にロータの外周縁とほぼ平行な円弧面を有する請求項１に記載の永久磁石式同期電動機。
【請求項３】
前記永久磁石は、円周方向における両側方に垂直面を有する請求項１に記載の永久磁石式同期電動機。
【請求項４】
前記永久磁石は、径方向における内方及び外方に平坦面を有する請求項１に記載の永久磁石式同期電動機。
【請求項５】
前記永久磁石は、径方向における内方及び外方にロータの外周縁とほぼ平行な円弧面を有する請求項１に記載の永久磁石式同期電動機。
【請求項６】
前記磁極間鉄心開角は、各磁極間鉄心の両端部における永久磁石の外周側屈曲部と、前記回転軸の中心とを結ぶ２本の直線が成す角度である請求項１〜５のいずれか１項に記載の永久磁石式同期電動機。
【請求項７】
前記磁極間鉄心開角は、各磁極間鉄心の両端部における永久磁石の内周側屈曲部と、前記回転軸の中心とを結ぶ２本の直線が成す角度である請求項１〜５のいずれか１項に記載の永久磁石式同期電動機。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、永久磁石式同期電動機に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
従来、永久磁石式同期電動機は、ロータの磁極となる永久磁石を備え、前記ロータの周囲にステータが配設され、該ステータにロータと対向させて複数のティースが形成されるようになっている。そして、前記ステータに巻装されたコイルに電流を供給すると、該電流によって誘起された磁束により、ステータとロータとの間に反発力及び吸引力が発生させられ、前記反発力及び吸引力によってロータが回転するようになっている。
【０００３】
ところが、前記各ティース間にはスロットが形成され、また、前記各永久磁石は互いに分離させて配設されるので、ロータが回転すると、あるティースを通っていた磁束が、隣接するティースを通るようになる。このとき、永久磁石のコーナ部が前記スロットを通過することによって磁束の移動が不連続になる。その結果、磁気リアクタンスの変化に伴ってステータとロータとの間の吸引力が変動し、該変動によってコギングトルクが発生してしまう。
【０００４】
そこで、前記各永久磁石間を径方向外方に突出させて突出部を形成するとともに、該各突出部の幅をＡとし、スロットピッチをＢとしたとき、
Ａ＝（ｎ＋１／２）×Ｂ    （ｎは整数）
の式を満たすように前記突出部の幅Ａ及びスロットピッチＢを設定することによって、コギングトルクが発生するのを抑制するようにしたものが提供されている（特開平１−２８６７５８号公報参照）。
【０００５】
そして、前記ロータの円周方向における各突出部の両端に、前記永久磁石を押さえるための磁石押さえ部が形成されている場合は、該磁石押さえ部を含めた突出部の幅をＡとして、前記式を満たすように突出部の幅Ａ及びスロットピッチＢを設定するようにしている。
【０００６】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、前記従来の永久磁石式同期電動機においては、突出部の幅Ａ及びスロットピッチＢを設定することによってコギングトルクが発生するのを抑制するようにしているので、ティースの幅が異なると、ロータの回転に伴って磁気リアクタンスが変化してしまう。したがって、コギングトルクが発生するのを十分に抑制することができない。
【０００７】
本発明は、前記従来の永久磁石式同期電動機の問題点を解決して、コギングトルクが発生するのを十分に抑制することができる永久磁石式同期電動機を提供することを目的とする。
【０００８】
【課題を解決するための手段】
そのために、本発明の永久磁石式同期電動機においては、円周方向における複数箇所にティースを備え、該各ティース間にスロットが形成されたステータと、該ステータの径方向内方において回転自在に支持された回転軸と、該回転軸に固定されたロータとから成る。
【０００９】
そして、該ロータは、円周方向における複数箇所に埋設された永久磁石、及び該永久磁石を保持し、各永久磁石間に磁極間鉄心を形成するロータコアを備える。
また、磁極間鉄心開角をθとし、前記磁極間鉄心の幅に対応するティースの各端面のうち最も離れた二つの端面の先端と、前記回転軸の中心とを結ぶ２本の直線が成す角度の最小値をθＭＩＮ  とし、前記磁極間鉄心の幅に対応するティースにおけるティースヘッドの各端部のうち最も離れた二つの端部と、前記回転軸の中心とを結ぶ２本の直線が成す角度を最大値θＭＡＸ  としたとき、
θＭＩＮ  ≦θ≦θＭＡＸ  
となるように前記磁極間鉄心の幅が設定される。
【００１０】
【発明の実施の形態】
以下、本発明の実施の形態について図面を参照しながら詳細に説明する。
図２は本発明の第１の実施の形態におけるモータ駆動装置の第１の断面図、図３は本発明の第１の実施の形態におけるモータ駆動装置の第２の断面図である。
図において、１１はモータアッセンブリ、１２は該モータアッセンブリ１１の直上に配設されたインバータアッセンブリである。前記モータアッセンブリ１１においては、モータケース１４内に永久磁石式同期電動機１５が収容され、前記インバータアッセンブリ１２においては、インバータケース１６内にインバータ１３、コンデンサ１０２、制御基板１０３等が収容される。
【００１１】
前記モータケース１４は、ほぼ有底の円筒状部分１４ａ、及び該円筒状部分１４ａの一端を閉鎖して、密閉されたモータ収容室１８を形成する蓋（ふた）部分１４ｂから成る。一方、インバータケース１６は、中央に配設されたベース１６ａ、該ベース１６ａと前記円筒状部分１４ａとの間に配設された中間ケース１６ｂ、ブラケット１６ｃ、及び前記ベース１６ａの上にスナップ止めされ、インバータ収容室１９を形成するインバータカバー１６ｄから成り、前記中間ケース１６ｂ及びブラケット１６ｃは、ボルトｂ１によって円筒状部分１４ａに、ボルトｂ２によってベース１６ａにそれぞれ着脱自在に固定される。
【００１２】
そして、前記ベース１６ａ及び中間ケース１６ｂの頂壁７１によって、前記モータ収容室１８とインバータ収容室１９とが区画される。また、中間ケース１６ｂ内には室６８が形成され、中間ケース１６ｂの下面に形成された開口部７５と、前記円筒状部分１４ａの上面に前記開口部７５と対応させて形成された開口部１１５とによって、前記室６８とモータ収容室１８とが連通させられる。
【００１３】
なお、本実施の形態においては、中間ケース１６ｂはモータケース１４のフロント側に、ブラケット１６ｃはモータケース１４のリヤ側においてそれぞれ別体として配設されるが、一体的に形成して配設することもできる。
また、前記インバータ収容室１９は前記ベース１６ａとインバータカバー１６ｄとによって密閉される。そして、前記ベース１６ａ及びブラケット１６ｃにおけるそれぞれ対応する箇所には、インバータカバー１６ｄの内外間における気圧差をなくすためのブリーザ１０１が形成され、該ブリーザ１０１を介して空気が自由に移動することができるようになっている。
【００１４】
また、前記円筒状部分１４ａの外周面には複数のフィン２４が形成され、該各フィン２４は永久磁石式同期電動機１５によって発生させられた熱を放出する。一方、前記ベース１６ａの下面には複数のフィン２６が下方に向けて形成され、該各フィン２６はインバータ１３によって発生させられた熱を放出する。
そして、前記円筒状部分１４ａの底部の中央、及び蓋部分１４ｂの中央にはそれぞれ穴が形成され、該穴を貫通させて回転軸としてのモータシャフト２７が配設され、該モータシャフト２７はベアリング２９、３０によって回転自在に支持される。また、前記蓋部分１４ｂの穴に隣接させて凸部が形成され、該凸部は蓋部材３３によって閉鎖されることによりセンサ室３４を形成する。
【００１５】
そして、該センサ室３４にはレゾルバ３５が配設され、該レゾルバ３５は、前記モータシャフト２７の回転に基づいて永久磁石式同期電動機１５の磁極位置を検出する。
前記永久磁石式同期電動機１５は、前記モータシャフト２７の軸方向におけるほぼ中央に取り付けられ、該モータシャフト２７と共に回転させられるロータ３７、及び円筒状部分１４ａの円筒部の内周面において前記ロータ３７と対向させて固定されたステータ３８から成り、該ステータ３８に３相（Ｕ相、Ｖ相及びＷ相）のコイル３９が巻装される。
【００１６】
したがって、該各コイル３９に前記インバータ１３において発生させられた３相の交流電流を供給することによって、ロータ３７を回転させることができる。
前記ロータ３７は、複数の鋼板を積層した状態でモータシャフト２７に嵌（かん）合される。そして、前記ロータ３７の外周には、円周方向における複数箇所に永久磁石１０５が埋設される。該永久磁石１０５は、両端に配設されたストッパ１０６、１０７によって押さえられた状態で固定され、磁極を構成する。
【００１７】
また、前記円筒状部分１４ａの底部には、リヤケース８１がボルトｂ５によって取り付けられる。前記リヤケース８１は凹部を有し、リヤケース８１にリヤカバー８２を固定することによって、トルク伝動室８３が形成される。そして、該トルク伝動室８３においては、カウンタシャフト８４が前記モータシャフト２７と平行に配設され、ベアリング８５、８６を介して回転自在に支持される。
【００１８】
また、前記モータシャフト２７にカウンタドライブギヤ８７が、前記カウンタシャフト８４にカウンタドリブンギヤ８８及びパーキングギヤ１２６がそれぞれ固定されるとともに、前記カウンタドライブギヤ８７とカウンタドリブンギヤ８８とが噛（し）合させられる。
そして、前記カウンタシャフト８４に出力ギヤ８９が配設され、該出力ギヤ８９の回転がディファレンシャル装置９０に伝達される。
【００１９】
該ディファレンシャル装置９０は、外周にリングギヤ９１を備えるとともに、ベアリング７９、８０を介して回転自在に支持されたディファレンシャルケース９２、該ディファレンシャルケース９２に固定されたピニオン軸９３、該ピニオン軸９３に回転自在に支持されたピニオン９４、及び該ピニオン９４と噛合する左右のサイドギヤ９５、９６から成る。したがって、前記ディファレンシャル装置９０によって、前記リングギヤ９１に伝達された回転を左右の駆動軸９７、９８に分割して伝達する。
【００２０】
前記トルク伝動室８３の最下部には、潤滑用及び冷却用の油が溜（た）められ、前記リングギヤ９１の回転に伴って前記油が掻（か）き揚げられるようになっている。そして、掻き揚げられた油は、カウンタドライブギヤ８７、カウンタドリブンギヤ８８、出力ギヤ８９、ディファレンシャル装置９０、リングギヤ９１等を循環するとともに、油受けパイプ１１０を介してモータシャフト２７内の油路１１１に送られ、ロータ３７の回転に伴う遠心力によって、モータシャフト２７に形成された油穴１０８、及びストッパ１０６に形成された油溝１０９を通り、ロータ３７に形成された油路１２０に送られてロータ３７を冷却し、更にコイル３９を冷却する。
【００２１】
ところで、該各コイル３９のリード線３９ａはそれぞれ上方に延び、各リード線３９ａの先端に圧着端子４１が接続される。そして、該圧着端子４１は、前記室６８内においてボルトｂ３によって連結部材５１と連結される。一方、インバータ１３の各トランジスタモジュール１３ａの出力端子６２は、インバータカバー１６ｄ内において連結部材５１とボルトｂ４とによって連結される。そして、前記連結部材５１は、前記インバータカバー１６ｄ内からベース１６ａを貫通し、更に前記頂壁７１を貫通して中間ケース１６ｂ内に延びる。また、前記室６８は、連結部材５１の下端側を包囲する。なお、前記トランジスタモジュール１３ａは、図示しない二つのトランジスタによって構成される。
【００２２】
次に、前記構成の永久磁石式同期電動機１５について説明する。
図１は本発明の第１の実施の形態における永久磁石式同期電動機の断面図である。
図において、１５は永久磁石式同期電動機、２７はモータシャフト、３７は該モータシャフト２７に固定されたロータ、３８は該ロータ３７の外周側に配設されたステータである。そして、前記ロータ３７の外周縁の近傍には、円周方向における複数箇所に永久磁石１０５が埋設される。該永久磁石１０５は、断面が「Ｄ」字状であり、径方向における内方に平坦（たん）面１６６を、径方向における外方にロータ３７の外周縁とほぼ平行な円弧面１６７を、円周方向における両側方にテーパ面１６８を有する。そして、前記円弧面１６７とテーパ面１６８との間に外周側屈曲部１３３が、前記平坦面１６６とテーパ面１６８との間に内周側屈曲部１３４がそれぞれ形成される。
【００２３】
また、１３５は前記永久磁石１０５を支持するロータコアであり、該ロータコア１３５の外周縁、すなわち、前記ロータ３７の外周縁の近傍には、円周方向における複数箇所に前記永久磁石１０５を挿入するための穴１９９が形成され、かつ、該各穴１９９間に磁極間鉄心１３６が、前記各永久磁石１０５より径方向外方に磁石保持部１４４がそれぞれ形成され、該磁石保持部１４４によって永久磁石１０５が包囲され保持される。
【００２４】
前記ステータ３８には、円周方向における複数箇所にロータ３７と対向させてティース１３０が形成され、該ティース１３０は、ロータ３７の外周縁部から径方向内方に向けて延びる本体部１４１、及び該本体部１４１の先端において円周方向における両側に突出し、前記ステータ３８に巻装されたコイル３９（図２）が抜けるのを防止するティースヘッド１３９から成る。そして、前記コイル３９に電流を供給すると、該電流によって誘起された磁束によりステータ３８とロータ３７との間に反発力及び吸引力が発生させられ、前記反発力及び吸引力によってロータ３７が回転するようになっている。
【００２５】
ところが、前記各ティース１３０間にはスロット１３１が形成され、また、前記各永久磁石１０５は互いに分離させて配設されるので、ロータ３７が回転すると、あるティース１３０を通っていた磁束が、隣接するティース１３０を通るようになる。
このとき、前記永久磁石１０５が前記スロット１３１を通過することによって磁束の移動が不連続になると、磁気リアクタンスの変化に伴ってステータ３８とロータ３７との間の吸引力が変動し、該変動によってコギングトルクが発生してしまう。
【００２６】
そこで、前記永久磁石１０５が前記スロット１３１を通過するときに磁束の移動が不連続になることがなく、磁気リアクタンスの変化が生じないように、前記磁極間鉄心１３６の幅が設定される。すなわち、前記磁極間鉄心１３６によって構成される磁極間鉄心開角をθとしたとき、該磁極間鉄心開角θが前記ティース１３０の幅に対応させて規定される最大値θＭＡＸ  と最小値θＭＩＮ  との間の範囲に収まるように設定される。
【００２７】
ところで、前記永久磁石１０５としては、各種の形状のものが提供されているので、永久磁石１０５のどの部分が前記スロット１３１を通過すると磁束の移動が不連続になるかは、永久磁石１０５の形状、材質等によって異なる。例えば、第１の実施の形態においては、前記外周側屈曲部１３３が前記スロット１３１を通過するときに磁束の移動が不連続になる。そこで、第１の実施の形態において、磁極間鉄心開角θは、各磁極間鉄心１３６の両端部における前記外周側屈曲部１３３と、前記モータシャフト２７の中心Ｏとを結ぶ２本の直線が成す角度とされる。
【００２８】
図４は本発明の第１の実施の形態における磁極間鉄心開角を最大値にしたときの永久磁石式同期電動機の断面図、図５は本発明の第１の実施の形態における磁極間鉄心開角を最小値にしたときの永久磁石式同期電動機の断面図である。
この場合、図４に示すように、磁極間鉄心１３６の幅に対応する３個のティース１３０の各ティースヘッド１３９の端部のうち最も離れた二つの端部をＰ１、Ｐ２とし、各端部Ｐ１、Ｐ２の先端とモータシャフト２７の中心Ｏとを結ぶ２本の直線が成す角度を最大値θＭＡＸ  とする。
【００２９】
また、図５に示すように、磁極間鉄心１３６の幅に対応する３個のティース１３０の各端面のうち最も離れた二つの端面Ｓ１、Ｓ２の先端Ｑ１、Ｑ２（すなわち、前記端部Ｐ１、Ｐ２のつけね部）と、前記モータシャフト２７の中心Ｏとを結ぶ２本の直線が成す角度を最小値θＭＩＮ  とする。
したがって、磁極間鉄心開角θが
θＭＩＮ  ≦θ≦θＭＡＸ  
となるように設定することによって、ティース１３０の幅が異なっても磁気リアクタンスが変化することがなくなるので、コギングトルクが発生するのを十分に抑制することができる。また、トルクリップルが発生するのを十分に抑制することもできる。なお、本実施の形態において、前記磁極間鉄心１３６の幅に対応するティース１３０は３個あるが、磁極間鉄心１３６の幅が変化すると、対応するティース１３０の個数も変化する。
【００３０】
図６は実験結果による磁極間鉄心開角とトルク変動率との関係を表す図、図７は実験結果によるロータ回転角とトルク／トルク平均値との関係を表す図である。なお、図６において、横軸に磁極間鉄心開角θを、縦軸にトルク変動率を、図７において、横軸にロータ回転角を、縦軸にトルク／トルク平均値を採ってある。
【００３１】
図６においては、スロット１３１のピッチ、すなわち、スロットピッチを１０〔°〕とし、ティース１３０の最も離れた二つの端面Ｓ１（図５）、Ｓ２の先端Ｑ１、Ｑ２とモータシャフト２７の中心Ｏとを結ぶ２本の直線が成す角度を２５〔°〕とし、ティースヘッド１３９の端部のうち最も離れた二つの端部Ｐ１（図４）、Ｐ２とモータシャフト２７の中心Ｏとを結ぶ２本の直線が成す角度を２７．５〔°〕としたときの、磁極間鉄心開角θに対するトルク変動率が示される。図から分かるように、磁極間鉄心開角θが
２５≦θ≦２７．５    〔°〕
となるときに、トルク変動率が小さくなり、コギングトルクが発生するのが十分に抑制される。この場合、
θＭＩＮ  ＝２５    〔°〕
θＭＡＸ  ＝２７．５    〔°〕
になり、最小値θＭＩＮ  はティース１３０の最も離れた二つの端面Ｓ１、Ｓ２の先端Ｑ１、Ｑ２とモータシャフト２７の中心Ｏとを結ぶ２本の直線が成す角度を、最大値θＭＡＸ  はティースヘッド１３９の端部のうち最も離れた二つの端部Ｐ１、Ｐ２とモータシャフト２７の中心Ｏとを結ぶ２本の直線が成す角度をそれぞれ表す。
【００３２】
したがって、磁極間鉄心開角θを
θＭＩＮ  ≦θ≦θＭＡＸ  
と設定すればよいことが分かる。
また、図７において、ａは磁極間鉄心開角θを２７．５〔°〕にしたときの、ｂは磁極間鉄心開角θを２６〔°〕にしたときの、ｃは磁極間鉄心開角θを２５〔°〕にしたときのロータ回転角とトルク／トルク平均値との関係を示す。
【００３３】
次に、前記永久磁石式同期電動機１５（図１）におけるロータ３７の製造方法について説明する。
▲１▼Ｎｄ、Ｆｅ、Ｂ、Ｃｏ等の原料を溶解させて磁石合金インゴットにする。そして、該磁石合金インゴットを粉砕して粉末にし、永久磁石１０５の「Ｄ」字状の原型を磁場中で成形する。また、前記「Ｄ」字状の原型を焼結し、時効処理（アニーリング）を施す。
▲２▼ロータコア１３５の穴１９９と接触する永久磁石１０５のテーパ面１６８を研削加工し、永久磁石１０５の製造を完成する。このとき、前記穴１９９と接触しない前記円弧面１６７を同時に研削加工することもできる。
▲３▼Ｎｉラックメッキ又はＮｉバレルメッキによって前記永久磁石１０５に表面処理を施す。
▲４▼穴１９９、磁極間鉄心１３６、磁石保持部１４４等を備えた電磁鋼板をプレス加工によって打ち抜く。
▲５▼前記電磁鋼板を積層してモータシャフト２７に嵌合し、ロータコア１３５を形成する。
▲６▼前記永久磁石１０５を、前記モータシャフト２７の軸方向から各磁極間鉄心１３６間の前記穴１９９に挿入する。
▲７▼ロータコア１３５の両端において、ストッパ１０６（図２）、１０７をそれぞれモータシャフト２７に嵌合し、ロータ３７を形成する。これによって、前記永久磁石１０５の軸方向位置は前記ストッパ１０６、１０７によって決まる。
▲８▼着磁ヨーク内において前記ロータ３７にパルス電流による磁場を与えることによって、前記永久磁石１０５のすべての磁極について同時に着磁させ、ロータ３７が完成する。
【００３４】
次に、本発明の第２の実施の形態について説明する。
図８は本発明の第２の実施の形態における磁極間鉄心開角を最大値にしたときの永久磁石式同期電動機の断面図、図９は本発明の第２の実施の形態における磁極間鉄心開角を最小値にしたときの永久磁石式同期電動機の断面図である。
この場合、永久磁石２０５は、断面が「Ｄ」字状であり、径方向における内方に平坦面２０６を、径方向における外方にロータ３７の外周縁とほぼ平行な円弧面２０７を、円周方向における両側方に垂直面２０８を有する。そして、前記円弧面２０７と垂直面２０８との間に外周側屈曲部２３３が形成される。
【００３５】
そこで、第２の実施の形態において、磁極間鉄心開角θは、各磁極間鉄心２３６の両端部における前記外周側屈曲部２３３と、モータシャフト２７の中心Ｏとを結ぶ２本の直線が成す角度とされる。
そして、図８に示すように、磁極間鉄心２３６の幅に対応する３個のティース１３０の各ティースヘッド１３９の端部のうち最も離れた二つの端部をＰ１、Ｐ２とし、各端部Ｐ１、Ｐ２の先端と前記中心Ｏとを結ぶ２本の直線が成す角度を最大値θＭＡＸ  とする。
【００３６】
また、図９に示すように、磁極間鉄心２３６の幅に対応する３個のティース１３０の各端面のうち最も離れた二つの端面Ｓ１、Ｓ２の先端Ｑ１、Ｑ２と、前記中心Ｏとを結ぶ２本の直線が成す角度を最小値θＭＩＮ  とする。
したがって、前記第１の実施の形態と同様に、磁極間鉄心開角θが
θＭＩＮ  ≦θ≦θＭＡＸ  
となるように設定することによって、トルク変動率を小さくすることができ、コギングトルクが発生するのを十分に抑制することができる。
【００３７】
次に、本発明の第３の実施の形態について説明する。
図１０は本発明の第３の実施の形態における磁極間鉄心開角を最大値にしたときの永久磁石式同期電動機の断面図、図１１は本発明の第３の実施の形態における磁極間鉄心開角を最小値にしたときの永久磁石式同期電動機の断面図である。
この場合、永久磁石３０５は、断面が矩（く）形状であり、径方向における内方に平坦面３０６を、径方向における外方に平坦面３０７を、円周方向における両側方に垂直面３０８を有する。そして、前記平坦面３０７と垂直面３０８との間に外周側屈曲部３３３が形成される。
【００３８】
そこで、第３の実施の形態において、磁極間鉄心開角θは、各磁極間鉄心３３６の両端部における前記外周側屈曲部３３３と、モータシャフト２７の中心Ｏとを結ぶ２本の直線が成す角度とされる。
そして、図１０に示すように、磁極間鉄心３３６の幅に対応する３個のティース１３０の各ティースヘッド１３９の端部のうち最も離れた二つの端部をＰ１、Ｐ２とし、各端部Ｐ１、Ｐ２の先端と前記中心Ｏとを結ぶ２本の直線が成す角度を最大値θＭＡＸ  とする。
【００３９】
また、図１１に示すように、磁極間鉄心３３６の幅に対応する３個のティース１３０の各端面のうち最も離れた二つの端面Ｓ１、Ｓ２の先端Ｑ１、Ｑ２と、前記中心Ｏとを結ぶ２本の直線が成す角度を最小値θＭＩＮ  とする。
したがって、前記第１の実施の形態と同様に、磁極間鉄心開角θが
θＭＩＮ  ≦θ≦θＭＡＸ  
となるように設定することによって、トルク変動率を小さくすることができ、コギングトルクが発生するのを十分に抑制することができる。
【００４０】
次に、本発明の第４の実施の形態について説明する。
図１２は本発明の第４の実施の形態における磁極間鉄心開角を最大値にしたときの永久磁石式同期電動機の断面図、図１３は本発明の第４の実施の形態における磁極間鉄心開角を最小値にしたときの永久磁石式同期電動機の断面図である。
この場合、永久磁石４０５は、断面が瓦（かわら）形状であり、径方向における内方にロータ３７の外周縁とほぼ平行な円弧面４０６を、径方向における外方に前記ロータ３７の外周縁とほぼ平行な円弧面４０７を、円周方向における両側方に垂直面４０８を有する。そして、各永久磁石４０５における前記円弧面４０７と垂直面４０８との間に外周側屈曲部４３３が形成される。
【００４１】
そこで、第４の実施の形態において、磁極間鉄心開角θは、各磁極間鉄心４３６の両端部における前記外周側屈曲部４３３と、モータシャフト２７の中心Ｏとを結ぶ２本の直線が成す角度とされる。
そして、図１２に示すように、磁極間鉄心４３６の幅に対応する３個のティース１３０の各ティースヘッド１３９の端部のうち最も離れた二つの端部をＰ１、Ｐ２とし、各端部Ｐ１、Ｐ２の先端と前記中心Ｏとを結ぶ２本の直線が成す角度を最大値θＭＡＸ  とする。
【００４２】
また、図１３に示すように、磁極間鉄心４３６の幅に対応する３個のティース１３０の各端面のうち最も離れた二つの端面Ｓ１、Ｓ２の先端Ｑ１、Ｑ２と、前記中心Ｏとを結ぶ２本の直線が成す角度を最小値θＭＩＮ  とする。
したがって、前記第１の実施の形態と同様に、磁極間鉄心開角θが
θＭＩＮ  ≦θ≦θＭＡＸ  
となるように設定することによって、トルク変動率を小さくすることができ、コギングトルクが発生するのを十分に抑制することができる。
【００４３】
次に、本発明の第５の実施の形態について説明する。
図１４は本発明の第５の実施の形態における磁極間鉄心開角を最大値にしたときの永久磁石式同期電動機の断面図である。
この場合、永久磁石１０５は、断面が「Ｄ」字状であり、径方向における内方に平坦面１６６を、径方向における外方にロータ３７の外周縁とほぼ平行な円弧面１６７を、円周方向における両側方にテーパ面１６８を有する。そして、前記平坦面１６６とテーパ面１６８との間に内周側屈曲部１３４が形成される。
【００４４】
この場合、前記内周側屈曲部１３４がスロット１３１を通過するときに磁束の移動が不連続になる。そこで、第５の実施の形態において、磁極間鉄心開角θは、各磁極間鉄心１３６の両端部における前記内周側屈曲部１３４と、モータシャフト２７の中心Ｏとを結ぶ２本の直線が成す角度とされる。
したがって、前記第１の実施の形態と同様に、磁極間鉄心開角θが
θＭＩＮ  ≦θ≦θＭＡＸ  
となるように設定することによって、トルク変動率を小さくすることができ、コギングトルクが発生するのを十分に抑制することができる。
【００４５】
次に、本発明の第６の実施の形態について説明する。
図１５は本発明の第６の実施の形態における磁極間鉄心開角を最大値にしたときの永久磁石式同期電動機の断面図である。
この場合、永久磁石２０５は、断面が「Ｄ」字状であり、径方向における内方に平坦面２０６を、径方向における外方にロータ３７の外周縁とほぼ平行な円弧面２０７を、円周方向における両側方に垂直面２０８を有する。そして、前記平坦面２０６と垂直面２０８との間に内周側屈曲部２３４が形成される。
【００４６】
そこで、第６の実施の形態において、磁極間鉄心開角θは、各磁極間鉄心２３６の両端部における前記内周側屈曲部２３４と、モータシャフト２７の中心Ｏとを結ぶ２本の直線が成す角度とされる。
したがって、前記第１の実施の形態と同様に、磁極間鉄心開角θが
θＭＩＮ  ≦θ≦θＭＡＸ  
となるように設定することによって、トルク変動率を小さくすることができ、コギングトルクが発生するのを十分に抑制することができる。
【００４７】
次に、本発明の第７の実施の形態について説明する。
図１６は本発明の第７の実施の形態における磁極間鉄心開角を最大値にしたときの永久磁石式同期電動機の断面図である。
この場合、永久磁石３０５は、断面が矩形状であり、径方向における内方に平坦面３０６を、径方向における外方に平坦面３０７を、円周方向における両側方に垂直面３０８を有する。そして、前記平坦面３０６と垂直面３０８との間に内周側屈曲部３３４が形成される。
【００４８】
そこで、第７の実施の形態において、磁極間鉄心開角θは、各磁極間鉄心３３６の両端部における前記内周側屈曲部３３４と、モータシャフト２７の中心Ｏとを結ぶ２本の直線が成す角度とされる。
したがって、前記第１の実施の形態と同様に、磁極間鉄心開角θが
θＭＩＮ  ≦θ≦θＭＡＸ  
となるように設定することによって、トルク変動率を小さくすることができ、コギングトルクが発生するのを十分に抑制することができる。
【００４９】
次に、本発明の第８の実施の形態について説明する。
図１７は本発明の第８の実施の形態における磁極間鉄心開角を最大値にしたときの永久磁石式同期電動機の断面図である。
この場合、永久磁石４０５は、断面が瓦形状であり、径方向における内方にロータ３７の外周縁とほぼ平行な円弧面４０６を、径方向における外方に前記ロータ３７の外周縁とほぼ平行な円弧面４０７を、円周方向における両側方に垂直面４０８を有する。そして、前記円弧面４０６と垂直面４０８との間に内周側屈曲部４３４が形成される。
【００５０】
そこで、第８の実施の形態において、磁極間鉄心開角θは、各磁極間鉄心４３６の両端部における前記内周側屈曲部４３４と、モータシャフト２７の中心Ｏとを結ぶ２本の直線が成す角度とされる。
したがって、前記第１の実施の形態と同様に、磁極間鉄心開角θが
θＭＩＮ  ≦θ≦θＭＡＸ  
となるように設定することによって、トルク変動率を小さくすることができ、コギングトルクが発生するのを十分に抑制することができる。
【００５１】
次に、本発明の第９の実施の形態について説明する。
図１８は本発明の第９の実施の形態における磁極間鉄心開角を最大値にしたときの永久磁石式同期電動機の断面図である。
この場合、永久磁石５０５は、断面が「Ｄ」字状であり、径方向における内方に平坦面５０６を、径方向における外方に前記ロータ３７の外周縁とほぼ平行な円弧面５０７を、円周方向における両側方に、径方向に延びるテーパ面５０８を有する。そして、前記円弧面５０７とテーパ面５０８との間に外周側屈曲部５３３が、前記平坦面５０６とテーパ面５０８との間に内周側屈曲部５３４がそれぞれ形成される。
【００５２】
この場合、前記テーパ面５０８が径方向に延びるので、前記外周側屈曲部５３３及び内周側屈曲部５３４がスロット１３１を通過するときに磁束の移動が不連続になる。そこで、第９の実施の形態において、磁極間鉄心開角θは、各磁極間鉄心５３６の両端部における前記外周側屈曲部５３３及び内周側屈曲部５３４と、モータシャフト２７の中心Ｏとを結ぶ２本の直線が成す角度とされる。
【００５３】
したがって、前記第１の実施の形態と同様に、磁極間鉄心開角θが
θＭＩＮ  ≦θ≦θＭＡＸ  
となるように設定することによって、トルク変動率を小さくすることができ、コギングトルクが発生するのを十分に抑制することができる。
次に、本発明の第１０の実施の形態について説明する。
【００５４】
図１９は本発明の第１０の実施の形態における磁極間鉄心開角を最大値にしたときの永久磁石式同期電動機の断面図である。
この場合、永久磁石６０５は、断面が逆台形状であり、径方向における内方に平坦面６０６を、径方向における外方に平坦面６０７を、円周方向における両側方に、径方向に延びるテーパ面６０８を有する。そして、前記平坦面６０７とテーパ面６０８との間に外周側屈曲部６３３が、前記平坦面６０６とテーパ面６０８との間に内周側屈曲部６３４がそれぞれ形成される。
【００５５】
そこで、第１０の実施の形態において、磁極間鉄心開角θは、各磁極間鉄心６３６の両端部における前記外周側屈曲部６３３及び内周側屈曲部６３４と、モータシャフト２７の中心Ｏとを結ぶ２本の直線が成す角度とされる。
したがって、前記第１の実施の形態と同様に、磁極間鉄心開角θが
θＭＩＮ  ≦θ≦θＭＡＸ  
となるように設定することによって、トルク変動率を小さくすることができ、コギングトルクが発生するのを十分に抑制することができる。
【００５６】
次に、本発明の第１１の実施の形態について説明する。
図２０は本発明の第１１の実施の形態における磁極間鉄心開角を最大値にしたときの永久磁石式同期電動機の断面図である。
この場合、永久磁石７０５は、断面が瓦形状であり、径方向における内方にロータ３７の外周縁とほぼ平行な円弧面７０６を、径方向における外方に前記ロータ３７の外周縁とほぼ平行な円弧面７０７を、円周方向における両側方に、径方向に延びるテーパ面７０８を有する。そして、前記円弧面７０７とテーパ面７０８との間に外周側屈曲部７３３が、前記円弧面７０６とテーパ面７０８との間に内周側屈曲部７３４がそれぞれ形成される。
【００５７】
そこで、第１１の実施の形態において、磁極間鉄心開角θは、各磁極間鉄心７３６の両端部における前記外周側屈曲部７３３及び内周側屈曲部７３４と、モータシャフト２７の中心Ｏとを結ぶ２本の直線が成す角度とされる。
したがって、前記第１の実施の形態と同様に、磁極間鉄心開角θが
θＭＩＮ  ≦θ≦θＭＡＸ  
となるように設定することによって、トルク変動率を小さくすることができ、コギングトルクが発生するのを十分に抑制することができる。
【００５８】
なお、本発明は前記実施の形態に限定されるものではなく、本発明の趣旨に基づいて種々変形させることが可能であり、それらを本発明の範囲から排除するものではない。
【００５９】
【発明の効果】
以上詳細に説明したように、本発明によれば、永久磁石式同期電動機においては、円周方向における複数箇所にティースを備え、該各ティース間にスロットが形成されたステータと、該ステータの径方向内方において回転自在に支持された回転軸と、該回転軸に固定されたロータとから成る。
【００６０】
そして、該ロータは、円周方向における複数箇所に埋設された永久磁石、及び該永久磁石を保持し、各永久磁石間に磁極間鉄心を形成するロータコアを備える。
また、磁極間鉄心開角をθとし、前記磁極間鉄心の幅に対応するティースの各端面のうち最も離れた二つの端面の先端と、前記回転軸の中心とを結ぶ２本の直線が成す角度の最小値をθＭＩＮ  とし、前記磁極間鉄心の幅に対応するティースにおけるティースヘッドの各端部のうち最も離れた二つの端部と、前記回転軸の中心とを結ぶ２本の直線が成す角度の最大値をθＭＡＸ  としたとき、
θＭＩＮ  ≦θ≦θＭＡＸ  
となるように前記磁極間鉄心の幅が設定される。
【００６１】
この場合、永久磁石がスロットを通過するときに磁束の移動が不連続になることがなく、磁気リアクタンスの変化が生じない。したがって、コギングトルクが発生するのを十分に抑制することができる。また、トルクリップルが発生するのを十分に抑制することもできる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の第１の実施の形態における永久磁石式同期電動機の断面図である。
【図２】本発明の第１の実施の形態におけるモータ駆動装置の第１の断面図である。
【図３】本発明の第１の実施の形態におけるモータ駆動装置の第２の断面図である。
【図４】本発明の第１の実施の形態における磁極間鉄心開角を最大値にしたときの永久磁石式同期電動機の断面図である。
【図５】本発明の第１の実施の形態における磁極間鉄心開角を最小値にしたときの永久磁石式同期電動機の断面図である。
【図６】実験結果による磁極間鉄心開角とトルク変動率との関係を表す図である。
【図７】実験結果によるロータ回転角とトルク／トルク平均値との関係を表す図である。
【図８】本発明の第２の実施の形態における磁極間鉄心開角を最大値にしたときの永久磁石式同期電動機の断面図である。
【図９】本発明の第２の実施の形態における磁極間鉄心開角を最小値にしたときの永久磁石式同期電動機の断面図である。
【図１０】本発明の第３の実施の形態における磁極間鉄心開角を最大値にしたときの永久磁石式同期電動機の断面図である。
【図１１】本発明の第３の実施の形態における磁極間鉄心開角を最小値にしたときの永久磁石式同期電動機の断面図である。
【図１２】本発明の第４の実施の形態における磁極間鉄心開角を最大値にしたときの永久磁石式同期電動機の断面図である。
【図１３】本発明の第４の実施の形態における磁極間鉄心開角を最小値にしたときの永久磁石式同期電動機の断面図である。
【図１４】本発明の第５の実施の形態における磁極間鉄心開角を最大値にしたときの永久磁石式同期電動機の断面図である。
【図１５】本発明の第６の実施の形態における磁極間鉄心開角を最大値にしたときの永久磁石式同期電動機の断面図である。
【図１６】本発明の第７の実施の形態における磁極間鉄心開角を最大値にしたときの永久磁石式同期電動機の断面図である。
【図１７】本発明の第８の実施の形態における磁極間鉄心開角を最大値にしたときの永久磁石式同期電動機の断面図である。
【図１８】本発明の第９の実施の形態における磁極間鉄心開角を最大値にしたときの永久磁石式同期電動機の断面図である。
【図１９】本発明の第１０の実施の形態における磁極間鉄心開角を最大値にしたときの永久磁石式同期電動機の断面図である。
【図２０】本発明の第１１の実施の形態における磁極間鉄心開角を最大値にしたときの永久磁石式同期電動機の断面図である。
【符号の説明】
１５    永久磁石式同期電動機
２７    モータシャフト
３７    ロータ
３８    ステータ
１０５、２０５、３０５、４０５、５０５、６０５、７０５    永久磁石
１３０    ティース
１３１    スロット
１３３、２３３、３３３、４３３、５３３、６３３、７３３    外周側屈曲部
１３４、２３４、３３４、４３４、５３４、６３４、７３４    内周側屈曲部
１３５    ロータコア
１３６、２３６、３３６、４３６、５３６、６３６、７３６    磁極間鉄心
１３９    ティースヘッド
１６６、２０６、３０６、３０７、５０６、６０６、６０７    平坦面
１６７、２０７、４０６、４０７、５０７、７０６、７０７    円弧面
２０８、３０８、４０８    垂直面
Ｑ１、Ｑ２    先端
Ｐ１、Ｐ２    端部
Ｓ１、Ｓ２    端面
【図１】
0003629897.tif 000002
【図２】
0003629897.tif 000003
【図３】
0003629897.tif 000004
【図４】
0003629897.tif 000005
【図５】
0003629897.tif 000006
【図６】
0003629897.tif 000007
【図７】
0003629897.tif 000008
【図８】
0003629897.tif 000009
【図９】
0003629897.tif 000010
【図１０】
0003629897.tif 000011
【図１１】
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【図１２】
0003629897.tif 000013
【図１３】
0003629897.tif 000014
【図１４】
0003629897.tif 000015
【図１５】
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【図１６】
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【図１７】
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【図１８】
0003629897.tif 000019
【図１９】
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【図２０】
0003629897.tif 000021