(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
ロータコアの円周方向に等ピッチで設けられ、中心軸に対して垂直な、断面が四角形の軸方向に伸びた複数の磁石装着穴と、前記磁石装着穴に装着された、断面が四角形の永久磁石とを備えた内磁形モータのロータ構造であって、前記各磁石装着穴に装着される永久磁石を複数の永久磁石片の組み合わせで形成し、かつ組み合わせて前記磁石装着穴に装着した状態で、磁石装着穴の上下部を通る磁束の磁束密度が、永久磁石全体を通る磁束の平均磁束密度に対して部分的に小さくなるような前記永久磁石片の形状および／または組み合わせた内磁形モータのロータ構造において、
永久磁石を、中央の四角形状の永久磁石片と、この四角形状の永久磁石片の上下辺に底辺が接する上下の二等辺三角形状の永久磁石片とで構成したことを特徴とする内磁形モータのロータ構造。
【請求項２】
ロータコアの円周方向に等ピッチで設けられ、中心軸に対して垂直な、断面が四角形の軸方向に伸びた複数の磁石装着穴と、前記磁石装着穴に装着された、断面が四角形の永久磁石とを備えた内磁形モータのロータ構造であって、前記各磁石装着穴に装着される永久磁石を複数の永久磁石片の組み合わせで形成し、かつ組み合わせて前記磁石装着穴に装着した状態で、磁石装着穴の上下部を通る磁束の磁束密度が、永久磁石全体を通る磁束の平均磁束密度に対して部分的に小さくなるような前記永久磁石片の形状および／または組み合わせた内磁形モータのロータ構造において、
永久磁石を、中央の四角形状の永久磁石片と、この四角形状の永久磁石片の上下辺に底辺が接する上下の半円形状の永久磁石片とで構成したことを特徴とする内磁形モータのロータ構造。
【請求項３】
ロータコアの円周方向に等ピッチで設けられ、中心軸に対して垂直な、断面が四角形の軸方向に伸びた複数の磁石装着穴と、前記磁石装着穴に装着された、断面が四角形の永久磁石とを備えた内磁形モータのロータ構造であって、前記各磁石装着穴に装着される永久磁石を複数の永久磁石片の組み合わせで形成し、かつ組み合わせて前記磁石装着穴に装着した状態で、磁石装着穴の上下部を通る磁束の磁束密度が、永久磁石全体を通る磁束の平均磁束密度に対して部分的に小さくなるように、各磁石装着穴の横幅方向の中央部に、各磁石装着穴を二分するブリッジ部を形成し、各二分された磁石装着穴のそれぞれに、永久磁石片を装着した内磁形モータのロータ構造において、
各二分された磁石装着穴に装着される永久磁石を、中央の四角形状の永久磁石片と、この四角形状の永久磁石片の上下辺に斜辺でない一辺が接する上下の直角三角形状の永久磁石片とで構成したことを特徴とする内磁形モータのロータ構造。
【請求項４】
ロータコアの円周方向に等ピッチで設けられ、中心軸に対して垂直な、断面が四角形の軸方向に伸びた複数の磁石装着穴と、前記磁石装着穴に装着された、断面が四角形の永久磁石とを備えた内磁形モータのロータ構造であって、前記各磁石装着穴に装着される永久磁石を複数の永久磁石片の組み合わせで形成し、かつ組み合わせて前記磁石装着穴に装着した状態で、磁石装着穴の上下部を通る磁束の磁束密度が、永久磁石全体を通る磁束の平均磁束密度に対して部分的に小さくなるように、各磁石装着穴の横幅方向の中央部に、各磁石装着穴を二分するブリッジ部を形成し、各二分された磁石装着穴のそれぞれに、永久磁石片を装着した内磁形モータのロータ構造において、
各二分された磁石装着穴に装着される永久磁石を、中央の四角形状の永久磁石片と、この四角形状の永久磁石片の上下辺に一辺が接する１／４円形状の永久磁石片とで構成したことを特徴とする内磁形モータのロータ構造。
【請求項５】
ロータコアの円周方向に等ピッチで設けられ、中心軸に対して垂直な、断面が四角形の軸方向に伸びた複数の磁石装着穴と、前記磁石装着穴に装着された、断面が四角形の永久磁石とを備えた内磁形モータのロータ構造であって、前記各磁石装着穴に装着される永久磁石を複数の永久磁石片の組み合わせで形成し、かつ組み合わせて前記磁石装着穴に装着した状態で、磁石装着穴の上下部を通る磁束の磁束密度が、永久磁石全体を通る磁束の平均磁束密度に対して部分的に小さくなるように、各磁石装着穴の横幅方向の中央部に、各磁石装着穴を二分するブリッジ部を形成し、各二分された磁石装着穴のそれぞれに、永久磁石片を装着した内磁形モータのロータ構造において、
各二分された磁石装着穴に装着される永久磁石のすべてを、直角三角形状の永久磁石片で構成したことを特徴とする内磁形モータのロータ構造。
【請求項６】
ロータコアの円周方向に等ピッチで設けられ、中心軸に対して垂直な、断面が四角形の軸方向に伸びた複数の磁石装着穴と、前記磁石装着穴に装着された、断面が四角形の永久磁石とを備えた内磁形モータのロータ構造であって、前記各磁石装着穴に装着される永久磁石を複数の永久磁石片の組み合わせで形成し、かつ組み合わせて前記磁石装着穴に装着した状態で、磁石装着穴の上下部を通る磁束の磁束密度が、永久磁石全体を通る磁束の平均磁束密度に対して部分的に小さくなるような前記永久磁石片の形状および／または組み合わせた内磁形モータのロータ構造において、
挿入する永久磁石片の形状を、幅が前記磁石装着穴の広幅方向の半分の幅とし、高さが前記磁石装着穴の整数分の１とし、これらの永久磁石片を、軸方向位置をずらし、空隙部と磁石を交互に配置したことを特徴とする内磁形モータのロータ構造。
【請求項７】
ロータコアの円周方向に等ピッチで設けられ、中心軸に対して垂直な、断面が四角形の軸方向に伸びた複数の磁石装着穴と、前記磁石装着穴に装着された、断面が四角形の永久磁石とを備えた内磁形モータのロータ構造であって、前記各磁石装着穴に装着される永久磁石を複数の永久磁石片の組み合わせで形成し、かつ組み合わせて前記磁石装着穴に装着した状態で、磁石装着穴の上下部を通る磁束の磁束密度が、永久磁石全体を通る磁束の平均磁束密度に対して部分的に小さくなるような前記永久磁石片の形状および／または組み合わせた内磁形モータのロータ構造において、
挿入する永久磁石片の形状を、幅が前記磁石装着穴の広幅方向の半分の幅とし、高さが前記磁石装着穴の整数分の１より高い高さとし、これらの永久磁石片を、磁石装着穴の軸方向に重なりを持つように、軸方向位置をずらし、空隙部と磁石を交互に配置したことを特徴とする内磁形モータのロータ構造。
【請求項８】
ロータコアの円周方向に等ピッチで設けられ、中心軸に対して垂直な、断面が四角形の軸方向に伸びた複数の磁石装着穴と、前記磁石装着穴に装着された、断面が四角形の永久磁石とを備えた内磁形モータのロータ構造であって、前記各磁石装着穴に装着される永久磁石を複数の永久磁石片の組み合わせで形成し、かつ組み合わせて前記磁石装着穴に装着した状態で、磁石装着穴の上下部を通る磁束の磁束密度が、永久磁石全体を通る磁束の平均磁束密度に対して部分的に小さくなるように、各磁石装着穴の横幅方向の中央部に、各磁石装着穴を二分するブリッジ部を形成し、各二分された磁石装着穴のそれぞれに、永久磁石片を装着した内磁形モータのロータ構造において、
各二分された磁石装着穴に装着される永久磁石片の形状を、幅が前記磁石装着穴の広幅方向の半分の幅とし、高さが前記磁石装着穴の整数分の１より高い高さとし、これらの永久磁石片を、他方の磁石装着穴に挿入される永久磁石片と軸方向に重なりを持つように、軸方向位置をずらし、空隙部と磁石を交互に配置したことを特徴とする内磁形モータのロータ構造
【請求項９】
磁石間の隙間部にスペーサを挿入したことを特徴とする請求項６から８のいずれか１項に記載の内磁形モータのロータ構造。
【請求項１０】
前記スペーサの材料を樹脂材としたことを特徴とする請求項９記載の内磁形モータのロータ構造。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、ベクトル制御を行うことで、低速領域で低トルク特性を、高速領域で定出力特性を持つ永久磁石同期回転電機のロータに関し、特に、電気自動車、工作機主軸駆動等の高速領域で定出力特性を広域に維持できる永久磁石形同期回転電機に適したロータの構造に関する。
【０００２】
【従来の技術】
従来、内磁形モータのロータは、例えば実開平７−１１８５９号公報に開示されたように、ロータコアを軸方向にＡからＤの４ブロックに分割し、各ブロックのスロット内に、各ブロックの長さに等しい長さの界磁永久磁石を嵌合し、各ブロックのスロット中心を角度αずつ順次位相をずらして軸方向に積層することにより、ステップ状のロータスキューを施したものがある。
また、従来の内磁形モータのロータは、特開平８−２５１８４８号公報に開示され、図８（ａ）に示されているように、ロータコア１の円周方向に等ピッチで設けられ、中心軸に対して垂直な、断面が四角形の軸方向に伸びた複数の磁石装着穴１１と、磁石装着穴１１に装着された、断面が四角形の永久磁石２とを備えた内磁形モータにおいて、定出力範囲を広げるために、図８（ｂ）に示すように、リラクタンストルクのみを生じさせる部分（挿入磁石無し部分）２１を設けたロータ構造である。
【０００３】
【発明が解決しようとする課題】
ところが、前掲の実開平７−１１８５９号公報に開示されたスキュー方法では、界磁永久磁石を嵌合した各ブロックのスロット中心を角度αずつ位相をずらす必要があるため、組立作業の工程が複雑となるという問題があった。
また、特開平８−２５１８４８号公報に開示された従来技術では、ロータコアが表面に絶縁皮膜が形成された電磁鋼板を積層したものであるので、図８（ｃ）に示すように、磁石磁束が、磁石が挿入されている部分ＬａにΦｄのように集中し、鉄損が増加するという問題があった。
本発明は、部品点数および加工工数が少なく、構造が簡単なコギングトルクの小さい、また鉄損が少ない内磁形モータのロータを提供することを目的とするものである。
【０００４】
【課題を解決するための手段】
上記課題を解決するため、本発明は、ロータコアの円周方向に等ピッチで設けられ、中心軸に対して垂直な、断面が四角形の軸方向に伸びた複数の磁石装着穴と、前記磁石装着穴に装着された、断面が四角形の永久磁石とを備えた内磁形モータのロータ構造であって、前記各磁石装着穴に装着される永久磁石を複数の永久磁石片の組み合わせで形成し、かつ組み合わせて前記磁石装着穴に装着した状態で、磁石装着穴の上下部を通る磁束の磁束密度が、永久磁石全体を通る磁束の平均磁束密度に対して部分的に小さくなるような前記永久磁石片の形状および／または組み合わせた内磁形モータのロータ構造において、永久磁石を、中央の四角形状の永久磁石片と、この四角形状の永久磁石片の上下辺に底辺が接する上下の二等辺三角形状の永久磁石片とで構成したものである。このように永久磁石を組み合わせて磁石装着穴に装着することで、部品点数および加工工数が少なく、構造が簡単なコギングトルクの小さい、鉄損が少ない内磁形モータのロータを提供することができる。
【０００５】
【発明の実施の形態】
本発明の実施の形態として、次の各例が挙げられる。
（１）永久磁石を、中央の四角形状の永久磁石片と、この四角形状の永久磁石片の上下辺に底辺が接する上下の二等辺三角形状の永久磁石片とで構成する。  （２）永久磁石を、中央の四角形状の永久磁石片と、この四角形状の永久磁石片の上下辺に底辺が接する上下の半円形状の永久磁石片とで構成する。
（３）各磁石装着穴の横幅方向の中央部に、各磁石装着穴を二分するブリッジ部を形成し、各二分された磁石装着穴のそれぞれに、永久磁石片を装着する。
（４）上記（３）の場合において、各二分された磁石装着穴に装着される永久磁石を、中央の四角形状の永久磁石片と、この四角形状の永久磁石片の上下辺に斜辺でない一辺が接する上下の直角三角形状の永久磁石片とで構成する。
（５）上記（３）の場合において、各二分された磁石装着穴に装着される永久磁石を、中央の四角形状の永久磁石片と、この四角形状の永久磁石片の上下辺に一辺が接する１／４円形状の永久磁石片とで構成する。
（６）上記（３）の場合において、各二分された磁石装着穴に装着される永久磁石のすべてを、直角三角形状の永久磁石片で構成する。
（７）挿入する永久磁石片の形状を、幅が前記磁石装着穴の広幅方向の半分の幅とし、高さが前記磁石装着穴の整数分の１とし、これらの永久磁石片を、軸方向位置をずらし、空隙部と磁石を交互に配置する。
（８）挿入する永久磁石片の形状を、幅が前記磁石装着穴の広幅方向の半分の幅とし、高さが前記磁石装着穴の整数分の１より高い高さとし、これらの永久磁石片を、磁石装着穴の軸方向に重なりを持つように、軸方向位置をずらし、空隙部と磁石を交互に配置する。
（９）上記（３）の場合において、各二分された磁石装着穴に装着される永久磁石片の形状を、幅が前記磁石装着穴の広幅方向の半分の幅とし、高さが前記磁石装着穴の整数分の１より高い高さとし、これらの永久磁石片を、他方の磁石装着穴に挿入される永久磁石片と軸方向に重なりを持つように、軸方向位置をずらし、空隙部と磁石を交互に配置する。
（１０）上記（７）から（９）の場合において、磁石間の隙間部にスペーサを挿入する。
（１１）上記（１０）のスペーサの材料を樹脂材とする。
【０００６】
【実施例】
以下、本発明を図に示す実施例について説明する。
図１は本発明の第１実施例である。図１（ａ）はロータの形状を示すものであり、１はロータコア、１１は磁石装着穴、１２は漏洩磁束防止穴、２は永久磁石である。本実施例では、図１（ａ）に示すロータコア１の形状に対し、図１（ｂ）に示すように、ロータの磁石装着穴１１に挿入する永久磁石２を軸方向に複数個分割し、ロータの中央部の磁石２ａの形状を長方形、両端面にある磁石２ｂの形状を二等辺三角形にして、すべての磁石で作られた全体形状が舟形となるようにしている。このように構成することにより、図１（ｃ）に示すようにロータコア１の長手方向の磁束密度が台形状となる。
図２は本発明の第２実施例を示すものであり、図２（ａ）に示すように、図１の二等辺三角形の磁石の代わりに、半円形の磁石２ｃを挿入した構造になっている。このように構成することにより、図１（ｂ）に示すようにロータコア１の長手方向の磁束密度の両側が円形状となる。
図３は本発明の第３実施例を示すものであり、前記磁石装着穴１１を、前記ｄ軸上で２分割し、そして図１、図２の二等辺三角形、または半円形も図３（ａ），（ｂ）に示すように２分割し、それぞれの磁石装着穴１１に入れた構造になっている。なお、図３（ａ）において、ロータコア１の磁石装着穴１１はブリッジ部１１ａで２分割されており、ここに、図３（ｂ）に示された分割された永久磁石片２ｄ，２ｅまたは図３（ｃ）に示された永久磁石片２ｄ，２ｆがそれぞれ装着される。これらの永久磁石による磁束分布は図１（ｃ）および図２（ｂ）に示す磁束分布と同様である。
図１、図２、図３に示す実施例では、磁石形状を図示のようにすることで、ギャップ磁束密度分布の高調波成分をモータの軸方向分布で低減し、これによりコギングトルクおよび、トルクリップルを低減することが可能となる。
【０００７】
また、図４は本発明の第４実施例を示すものであり、同一形状の直角三角形磁石片２ｅで永久磁石２を構成したものになっている。この実施例による磁束分布はを図１（ｃ）に示すものと同様である。本実施例では、同一形状の三角形磁石にすることで生産性を改善している。
図５は本発明の第５実施例を示すものであり、図５（ａ）は磁石装着穴１１に装着される永久磁石片２ｇの挿入パターン、図５（ｂ）は図５（ａ）のＸ−Ｘ’断面図、図５（ｃ）はロータコアの軸方向のギャップ磁束密度分布を示す。本実施例では、永久磁石片２ｇを一部に空間３を置いて配置し、左右の永久磁石片２ｇの一部分が重なるような配置としている。図中、Ｌｐが重なり部分、Ｌｓが重ならない部分である。
図５はずらした左右の永久磁石片２ｇの一部分が重なるパターンの場合であるが、図６に示す第６実施例は、ずらした左右の永久磁石片ｈがラップしない場合である。図６（ａ）は挿入パターン、図６（ｂ）は図６（ａ）のＹ−Ｙ’断面図、図６（ｃ）はロータコアの軸方向のギャップ磁束密度分布を示す。
さらに図７は、図３（ａ）のｄ軸上にブリッジ部１１ａを設けた場合において、二分された磁石装着穴のそれぞれに永久磁石片２ｉを挿入する第７実施例である。スペーサ３は、金属製スペーサでは少量ではあるが生じる渦電流損が全く生じないように、樹脂製としている。
【０００８】
図５（ｃ）及び図６（ｃ）の軸方向ギャップ磁束密度分布にあるように、第５実施例および第６実施例によれば、ギャップ磁束密度分布がほぼ均一になり、その結果、ステータコアのティースおよびヨークの磁束密度が平均化され、且つ従来例に対し減少する。前記ステータコアに生じる鉄損は、下式に示すように、
・鉄損：Ｗｉ∝Ｂ２（ステータティースおよびヨークの磁束密度）
・鉄損：Ｗｉ∝Ｇ  （ステータコア重量）
磁束密度の２乗に比例し、コア重量に比例するので、前記ステータ各部の磁束密度を下げることは、その部分に生じる鉄損を低減するのに大きな効果がある。したがって、最終的な効果として、モータ効率の向上につながる。
なお、図５（ｃ）では、重なり部分Ｌｐを設けることにより、重なりを設けない図６（ｃ）の場合に比べ、全体の鎖交磁束数が増加する。これは、モータの所要出力から鎖交磁束数が決まるが、図６のように重なりを設けない場合では鎖交磁束数を確保できないときに、永久磁石片をラップさせることで、鎖交磁束数を確保することができる。永久磁石片全てをラップさせると、前述のように鉄損増加につながるので、部分的にラップさせるようにしている。
【０００９】
【発明の効果】
以上述べたように、本発明によれば、磁石装着穴に装着される永久磁石を複数の永久磁石片の組み合わせで形成し、かつ組み合わせて前記磁石装着穴に装着した状態で、磁石装着穴の上下部を通る磁束の磁束密度が、永久磁石全体を通る磁束の平均磁束密度に対して小さくなるような前記永久磁石片の形状および／または組み合わせとしたことにより、ステータやロータコアにスキュー溝を設けることなく、加工工数の少ない、構造が簡単なコギングトルク、そしてトルクリップルの小さい内磁形モータのロータを提供することができる。また、ステータコアに生じる鉄損が低減するので、モータ効率も向上する。
【図面の簡単な説明】
【図１】  本発明の第１実施例を示す斜視図である。
【図２】  本発明の第２実施例を示す斜視図である。
【図３】  本発明の第３実施例を示す斜視図である。
【図４】  本発明の第４実施例を示す斜視図である。
【図５】  本発明の第５実施例を示す説明図である。
【図６】  本発明の第６実施例を示す説明図である。
【図７】  本発明の第７実施例を示す説明図である。
【図８】  従来例を示す正面図である。
【符号の説明】
１：ロータコア、１１：磁石装着穴、１１ａ：ブリッジ部、１２：漏洩磁束防止穴、２：永久磁石、２ａ〜２ｉ：永久磁石片、３：空間（スペーサ）
【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】
0003719569.tif 000008
【図８】
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