(57)【要約】【課題】永久磁石を複雑な形状にしたり、永久磁石に斜めの着磁パターンを付与したりせずに、簡易な手段で連続スキュー構造が得られる埋め込み磁石型ロータの提供。【解決手段】ロータコア１４は、その外周面に形成された凹部２２を有し、凹部２２は所望のスキュー構造における磁極境界線に沿って延びるように構成される。従って各永久磁石１６自体は直方体形状であっても、透磁率の高い電磁鋼板内を通過する間に磁束が平均化され、透磁率の低いギャップ内の磁束が支配的となり、連続スキュー構造のロータが得られる。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
電磁鋼板を積層してなるロータコアと、
該ロータコアに埋め込まれた複数の永久磁石と、を備えた埋め込み磁石型ロータであって、
前記永久磁石の各々は直方体形状を有し、
前記ロータコアの外周面に、前記ロータの軸方向に平行でない部分を少なくとも部分的に有して延びる凹部を形成することにより、連続スキュー構造が少なくとも部分的に構成された、
埋め込み磁石型ロータ。
【請求項２】
前記凹部は、前記ロータコアの外周面に折れ線状に延びるように形成される、請求項１に記載の埋め込み磁石型ロータ。
【請求項３】
前記凹部は、前記ロータコアの外周面に折れ線状に延びるとともに、前記ロータの軸方向に平行な部分を部分的に有して延びるように形成される、請求項１又は２に記載の埋め込み磁石型ロータ。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、磁極位置が連続的にスキューした連続スキュー構造を有するとともに、ロータコアに永久磁石を埋め込んで構成される埋め込み磁石型ロータに関する。
【背景技術】
【０００２】
一般に、ステータ及びロータを有する同期式電動機では、ステータに対するロータの回転中にトルクが変動するコギングトルクやトルクリップルという現象が発生し、ロータの滑らかな回転が妨げられることがある。この解決手段として、隣接するＮ極とＳ極との間の境界線がロータの回転軸（シャフト）の軸方向に対して斜めになるように磁極位置をずらす、いわゆる連続スキュー構造が知られている。連続スキュー構造により、コギングトルクやトルクリップルをずらして発生させ、トルクを平均化させて安定なトルクに変え、電動機を滑らかに回転させることができる。
【０００３】
同期電動機のロータは、打ち抜き等により成形された電磁鋼板を積層してなるロータコアと、該ロータコアの外周面に貼り付けられ又は内部に埋め込まれる永久磁石とを有する。特に磁石がロータコアに埋め込まれる埋め込み磁石型ロータの場合、寸法精度が比較的高いロータコアとステータコアの内周面とによってステータとロータとの間にギャップが形成されるため、連続スキューによる高い効果が期待できる。埋め込み磁石型のロータは、例えば特許文献１に記載されており、ここでは、「１つの埋設孔部に装着する１つの永久磁石を２極着磁かつスキューを設ける」と記載されている。
【０００４】
特許文献２には、いくつかのスキュー構造付回転子が開示されており、例えば、「図１（ｂ）に示すような軸方向に延び途中で周方向にずれて形成された略クランク形状の永久磁石埋込孔４が形成される。そして平行四辺形の永久磁石２を略クランク形状の永久磁石埋込孔４に挿入することにより永久磁石２をスキューさせることができる」と記載されている。
【０００５】
特許文献３には、２種の永久磁石材を有する回転子が開示されており、例えば、「積層回転子鉄心２の永久磁石片開口部３で形成される略直方体部に挿入する永久磁石片６は、軸方向にスキューした永久磁石片である中央部主材６ａと中央部主材６ａより磁束密度の低い永久磁石片である副材６ｂを中央部主材の両端に配して構成されている」と記載されている。
【０００６】
また、円弧状の断面を有する永久磁石を埋め込んだ回転子も周知である。例えば特許文献４には、「回転子１には、断面が円弧状で、その中心位置が周方向にずれた永久磁石７が埋め込まれている。これにより、回転子１には、軸方向において連続的なスキューが与えられる」と記載されている。
【０００７】
さらに特許文献５には、フラックスバリアの位置を軸方向に対して連続的または段階的に変化させたロータが開示されており、例えば、「磁束遮断部の位置がコア単体を積層する軸方向に対して連続的または段階的に変化するようにして磁束遮断部を軸方向に対して斜めに形成したので、永久磁石による磁束が軸方向に対して斜めになり、従来のように永久磁石自体を斜めに配置したりまたは磁石の着磁方向を斜めにすることなく、スキューを設けることができ、」と記載されている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００８】
【特許文献１】特開２００７−２２８７７１号公報
【特許文献２】特開２００８−１３６３５２号公報
【特許文献３】特開平１０−１７４３２４号公報
【特許文献４】特開２０１０−０８１６７６号公報
【特許文献５】特開２０００−２７８８９５号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００９】
特許文献１に記載のロータは、ロータコアの外周を円筒形状とし、永久磁石を軸方向に平行な形状としつつ、着磁パターンだけを斜めに形成して連続スキュー構造とするものであり、一方や特許文献２に記載のロータは、永久磁石を分割面が周方向に傾斜するように分割して配置し、分割された永久磁石の極性が異なるようにしたものである。しかしこれらのロータでは、磁石の厚みが理想状態とは異なるため、発生磁束量の低下や、減磁率の悪化等、モータの出力特性の低下を招く虞がある。
【００１０】
また、特許文献３のロータは、直方体の開口部に平行四辺形の磁石を挿入してなるものであるが、磁石から発生した磁束がギャップ面に達するまでの間に、透磁率が高い電磁鋼板を通過することによって磁束が均一化してしまい、ギャップ面では連続スキューの効果が得られにくいという問題がある。
【００１１】
特許文献４のロータは、ロータコアを連続スキュー構造とし、磁石を挿入する穴をロータ回転中心と同じ中心を持つ外周と内周を有する形状とし、さらに磁石をこの穴と同一形状とするものである。しかし、磁石の形状が曲面を有した複雑なものとなり、多くの場合このような磁石は直方体からの削り出しで製作されるため、磁石の製造コストが高くなるという問題がある。
【００１２】
特許文献５のロータは、ロータコアを連続スキュー構造とし、磁石を挿入する穴をロータ回転中心と同じ中心を持つ外周と内周を有する形状とし、磁石はこの穴の内周及び外周と同じ面を有し、軸方向に平行に配置されるものである。しかしこのような構成では、スキュー角度が大きい場合は磁石の挿入量が減ってしまい、モータの出力特性の低下につながる虞がある。
【００１３】
そこで本発明は、永久磁石を複雑な形状にしたり、永久磁石に斜めの着磁パターンを付与したりせずに、簡易な手段で連続スキュー構造が得られる埋め込み磁石型ロータを提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【００１４】
上記目的を達成するために、本願第１の発明は、電磁鋼板を積層してなるロータコアと、該ロータコアに埋め込まれた複数の永久磁石と、を備えた埋め込み磁石型ロータであって、前記永久磁石の各々は直方体形状を有し、前記ロータコアの外周面に、前記ロータの軸方向に平行でない部分を少なくとも部分的に有して延びる凹部を形成することにより、連続スキュー構造が少なくとも部分的に構成された、埋め込み磁石型ロータを提供する。
【００１５】
第２の発明は、第１の発明において、前記凹部は、前記ロータコアの外周面に折れ線状に延びるように形成される、埋め込み磁石型ロータを提供する。
【００１６】
第３の発明は、第１又は第２の発明において、前記凹部は、前記ロータコアの外周面に折れ線状に延びるとともに、前記ロータの軸方向に平行な部分を部分的に有して延びるように形成される、埋め込み磁石型ロータを提供する。
【発明の効果】
【００１７】
本発明によれば、ロータコアに埋め込まれる各永久磁石自体は単純な直方体形状としつつ、ロータコアの外周面に形成した凹部によって連続スキュー構造を得ることができるので、スキュー構造によってコギングトルク等を低減させるロータを安価に製造することができる。
【００１８】
ロータコアの外周面に形成される凹部を折れ線状にすることにより、スキュー角度が途中で変化するスキュー構造や、スキューしていない部分を部分的に有するスキュー構造を容易に得ることができる。
【図面の簡単な説明】
【００１９】
【図１】本願発明に係る埋め込み磁石型ロータの概略構成を示す図である。
【図２】図１のロータを模式的に示す図である。
【図３】スキュー角度が途中で反転する連続スキュー構造を備えたロータを模式的に示す図である。
【図４】図３のロータを軸方向に連結してなるロータを模式的に示す図である。
【図５】非スキュー部を部分的に含む連続スキュー構造を備えたロータを模式的に示す図である。
【図６】非スキュー部を部分的に含む連続スキュー構造を備えた他のロータを模式的に示す図である。
【発明を実施するための形態】
【００２０】
図１は、本願発明の好適な実施形態に係る埋め込み磁石型ロータ１０の概略図である。ロータ１０は、略円形の電磁鋼板１２を積層してなるロータコア１４と、ロータコア１４に埋め込まれた複数（図示例では８つ）の永久磁石１６とを有する。永久磁石１６の各々は、単純な略直方体形状であり、例えばネオジム磁石であり、好ましくは互いに同一形状である。永久磁石１６は、ロータコア１４ａの軸方向長さと概ね同じ長さを有し、ロータコア１４に設けた回転軸１８方向に延びる磁石挿入孔すなわちスロット２０内に挿入され、回転軸１８を中心として所定の角度間隔（図示例では４５度）でＮ極及びＳ極が交互になるように配置される。
【００２１】
ロータコア１４は、その外周部（外周面）に形成された凹部２２を有し、凹部２２は所望のスキュー構造における磁極境界線に沿って延びるように構成される。詳細には、例えばロータ１０を図２に示すような、スキュー角度が一定の連続スキュー構造に構成しようとする場合、凹部２２を、隣接するＮ極及びＳ極間の境界線に沿って延びるように形成することにより、所望の連続スキュー構造を得ることができる。
【００２２】
つまり凹部２２は回転軸１８に対して平行には延びず、その最も深い部分が所望のスキュー構造の各磁極の境界線に合致するように形成される。一般に同期式電動機では、ロータコアとステータコア（図示せず）との間のギャップにおいてロータ側の磁束が生成されるが、ロータコア１４の外周部に凹部２２を設けることによって、隣接する凹部間の略中間部分（図示例では稜線２４）が各磁極の中心となる。従って各永久磁石１６自体は直方体形状であっても、透磁率の高い電磁鋼板内を通過する間に磁束が平均化され、透磁率の低い空気（ギャップ）内の磁束が支配的となり、磁極位置を回転方向に連続的にずらしたいわゆる連続スキュー構造のロータが得られる。従って、永久磁石をスキュー構造に対応した複雑な形状とせずとも、或いは永久磁石にスキュー構造に対応した着磁パターンを形成（スキュー着磁）しなくとも、所望のスキュー構造を容易に得ることができる。
【００２３】
図１に示す凹部２２は、滑らかな（シャープなエッジを有さない）溝状であるが、ステータとのギャップが凹部以外の部位よりも大きくなるようなものであればどのような形状でもよく、例えばシャープなエッジを有する溝等でもよい。
【００２４】
なお上述のように連続スキュー構造は凹部の形状によって定められるので、各永久磁石１６は製造が容易な単純な直方体形状とすることができ、かつロータコア１４に対する高い位置決め精度も要求されない。但し、図２に概略図示するように、各永久磁石１６は、スキューされた各磁極が画定する領域内に該磁極と同極性の永久磁石１６が収まるように、換言すれば隣接する（異なる極性の）磁極が画定する領域にはオーバーラップしないように、配置される。
【００２５】
図３−図６は、連続スキュー構造の応用例を示す図であり、いずれもスキュー角度が一定でない形態を示している。先ず図３に示すロータ１０ａは、ロータコア１４ａの軸方向略中間においてスキュー角度が不連続に変化し、より具体的にはスキュー角度が軸方向に対して概ね同角度で反転した構造となっている。上述のように本願発明ではスキュー構造はロータコア外周部の凹部によって構成できるので、図示するような折れ線状に延びる凹部２２ａをロータコア１４ａの外周面に形成することにより、反転構造のスキュー構造も容易に実現できる。各永久磁石１６ａは、ロータコア１４ａの軸方向長さと概ね同じ長さを有し、この場合も、スキューされた各磁極が画定する領域内に同極性の永久磁石１６ａが収まるように、つまり隣接する磁極が画定する領域にはオーバーラップしないように配置される。
【００２６】
図４に示すロータ１０ｂは、図３に示したロータ１０ａの２つを、両者の磁極位置が合致するように軸方向に接続した構造を有する。図４の形態でも、折れ線状の凹部２２ｂをロータコア１４ｂの外周面に形成することにより、反転構造のスキュー構造を容易に実現できる。また各永久磁石１６ｂは、ロータコア１４ｂの軸方向長さと概ね同じ長さを有し、この場合も、スキューされた各磁極が画定する領域内に同極性の永久磁石１６ｂが収まるように、つまり隣接する磁極が画定する領域にはオーバーラップしないように配置される。なお図示例では各永久磁石１６ｂもロータコア１４ｂと同様に軸方向に分割された構造となっているが、ロータ１０ｂ全体の軸方向長さに略等しい長さを有する実質一部材とすることもできる。
【００２７】
図５に示すロータ１０ｃは、スキューしていない（隣接する磁極間の境界線が軸方向に平行な直線となっている）領域を部分的に含むスキュー構造を有する。具体的には、ロータ１０ｃは、ロータコア１４ｃの外周部に形成した折れ線状の凹部２２ｃによって、軸方向中央に直線部分（非スキュー部）を有し、その両側に互いに逆方向の連続スキュー部を設けた構造となっている。このように部分的に直線部分があっても、スキュー効果は全体に対する直線部分の割合に応じて減少するだけであり、スキュー部によって一定のスキュー効果は得られる。なお各永久磁石１６ｃは、ロータコア１４ｃの略全長にわたって延びる構造としてもよいが、図示するように、直線状部分とスキュー部分とで分割し、各部分に相当する磁極領域の概ね中間に、分割された磁石を配置するようにしてもよい。
【００２８】
図６に示すロータ１０ｄは、スキューしていない領域を部分的に含む他のスキュー構造を有する。具体的には、ロータ１０ｄは、ロータコア１４ｄの外周部に形成した折れ線状の凹部２２ｄによって、軸方向中央にスキュー部を有し、その両側に互いに直線部分（非スキュー部）を有する構造となっている。この場合も、図５のロータ１０ｃと同様、スキュー部によって一定のスキュー効果は得られる。また各永久磁石１６ｄも、ロータコア１４ｄの略全長にわたって延びる構造としてもよいが、図示するように、直線状部分とスキュー部分とで分割し、各部分に相当する磁極領域の概ね中間に、分割された磁石を配置するようにしてもよい。
【００２９】
このように本願発明では、ロータコアの外周面に、ロータの軸方向に平行でない部分を少なくとも部分的に有して延びる凹部を形成することにより、連続スキュー構造が少なくとも部分的に構成された埋め込み磁石型ロータを構成することができる。
【符号の説明】
【００３０】
１０    ロータ
１２    電磁鋼板
１４    ロータコア
１６    永久磁石
１８    回転軸
２０    スロット
２２    凹部
２４    稜線
【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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