(57)【要約】【課題】永久磁石の減磁温度を改善することが可能になるモータの回転子構造を提供するにある。【解決手段】永久磁石２を回転子コア１に埋設し、永久磁石２の軸方向長さを固定子コア４の軸方向長さと等しくしたモータの回転子構造において、永久磁石２の軸方向長さよりも回転子コア１の軸方向長さを大きくするので、漏れ磁束Ｈが発生する回転子コア１端部の角部Ｃを永久磁石２から遠ざけることができ、そのため、永久磁石２が受ける大きな減磁界を避けることができ、永久磁石２の減磁温度が改善する。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
永久磁石を回転子コアに埋設し、前記永久磁石の軸方向長さを固定子コアの軸方向長さと等しくした永久磁石モータの回転子構造において、前記永久磁石の軸方向長さよりも前記回転子コアの軸方向長さを大きくすることを特徴とする永久磁石モータの回転子構造。
【請求項２】
請求項１において、前記永久磁石の軸方向長さよりも前記回転子コアの軸方向長さを、回転子直径の５％以上大きくすることを特徴とする永久磁石モータの回転子構造。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、永久磁石モータの回転子構造に関する。詳しくは、永久磁石を埋設したモータの回転子構造において、回転子両端部の永久磁石の減磁温度を改善することが可能になる（減磁しにくくなる）回転子構造に関する。
【背景技術】
【０００２】
従来、高トルクモータの代表格として埋め込み磁石式（ＩＰＭという）モータがあり、これは回転子においてリラクタンストルクとマグネットトルクとを発生させる磁束を磁極に通すように磁極部に主として希土類磁石による永久磁石を収納して構成されている。
図４に一例として従来の４極ＩＰＭ型回転子の１極分（軸方向半分）を示す。図４では、全体については一点鎖線で示している。
【０００３】
一例として、図４に示すように、薄板を軸方向に積層した回転子コア１０と、この回転子コア１０に所定ピッチで設けた永久磁石挿入穴と、この永久磁石挿入穴に挿入する矩形の永久磁石２０よりなる永久磁石形同期回転電機の回転子において、永久磁石挿入穴を１極ピッチ置きに設け、径方向の極性を同一とした永久磁石２０を挿入し、永久磁石形同期回転電機のロータを構成する。回転子コア２０の中心には回転軸３０が配置されている。
一般的に、回転子コア１０と永久磁石２０の軸方向長さは同一である。
また、永久磁石挿入穴や永久磁石は図４に示す形状に限らず、様々な断面形状が存在するが、この断面形状の説明は本願では省略する。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００４】
【特許文献１】特開平１０−２７１７２２
【特許文献２】特開平１１−３５５９８５
【特許文献３】特開２００９−０３８９３０
【特許文献４】特開２００９−２５４１４３
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
従来のモータにおいて高温環境で使用される場合や、高出力密度で駆動される場合には、一般的に保磁力の大きい（１，６００〜２，４００ｋＡ／ｍ）ネオジム系焼結磁石が用いられる。
しかしながら、保磁力の大きいネオジム系焼結磁石には、特に高価な希少金属であるディスプロシウム（元素記号：Ｄｙ）が５〜１０％程度含まれており、近年価格が高騰し、供給不安が生じている。
【０００６】
永久磁石は、温度によって残留磁束密度Ｂｒ（Ｔ）および保磁力Ｈｃｊ（Ａ／ｍ）が変化することが知られている。
ネオジム系焼結磁石は、一般的に温度が上昇することにより残留磁束密度Ｂｒおよび保磁力Ｈｃｊが減少し、減磁し易くなる。
【０００７】
磁石内の磁界の強さ（以下、減磁界という）が保磁力Ｈｃｊを超えると減磁してしまうため、モータの発熱や使用環境の温度によって適切な保磁力Ｈｃｊの磁石を選択する必要がある。
図５に図４の回転子構造を用いた場合のモータ最大負荷時の永久磁石２０（軸方向半分）内の磁界の強さ分布（磁界解析結果）を示す。図５中では、全体については、一点鎖線で示し、磁界の強い部分ほど濃淡を濃く示している。濃度の最も濃い部分が、減磁界が集中している部分である。
【０００８】
図５に示すように、永久磁石２０内の減磁界は均一ではなく、永久磁石２０の軸方向端部に磁界が集中している。
したがって、埋設される永久磁石の選定は、最も減磁界が大きい部分を考慮して、保磁力Ｈｃｊの高い材料を選ぶ必要がある。
【０００９】
しかし、保磁力が高い永久磁石は、ディスプロシウムの添加量が多いため高価になるという問題だけでなく、残留磁束密度Ｂｒが低いという問題もある。
つまり、保磁力Ｈｃｊが高い永久磁石を選定すると、同じ磁石量であっても、残留磁束密度Ｂｒが低い分だけ、磁束量を増やすことができないという問題がある。
【００１０】
一方、特許文献１〜３に開示されているように、保磁力の異なる永久磁石を組み合わせてロータ本体に埋設する技術が知られている。
この技術では、最低２種類の磁石を用意する必要があるとともに、磁石を幅方向に最低３分割する必要があり、モータ制作の手間が増え、コストが上がることが考えられる。また、軸方向端部の回転子における減磁界の集中に関しては記載がない。
【００１１】
特許文献４に示されるように、磁石を台形状にし、両端部の磁石の磁化配向方向を台形状の両端辺に沿って形成することで、両端部の厚みを増やすことと同等の効果を得ることができる。
しかしながら、この方法は磁石の磁化配向方向を部分的に変える必要があるため、そのための設備の開発が必要となり、製作・調整が困難であり、コストが上がることが考えられる。また、軸方向端部の回転子における減磁界の集中に関しては記載がない。
【課題を解決するための手段】
【００１２】
上記課題を解決する本発明の請求項１に係る永久磁石モータの回転子構造は、永久磁石を回転子コアに埋設し、前記永久磁石の軸方向長さを固定子コアの軸方向長さと等しくした永久磁石モータの回転子構造において、前記永久磁石の軸方向長さよりも前記回転子コアの軸方向長さを大きくすることを特徴とする。
【００１３】
上記課題を解決する本発明の請求項２に係る永久磁石モータの回転子構造は、請求項１において、前記永久磁石の軸方向長さよりも前記回転子コアの軸方向長さを、回転子直径の５％以上大きくすることを特徴とする。
【発明の効果】
【００１４】
本発明を埋め込み磁石式モータに適用することにより、永久磁石の減磁温度が改善されるため、保磁力が小さく（ディスプロシウム添加量が少ない）、残留磁束密度が大きい永久磁石を使用でき、モータの小型化、低コスト化が可能となる。
【図面の簡単な説明】
【００１５】
【図１】本発明の一実施例に係る４極ＩＰＭ型ロータの１極分（軸方向半分）の斜視図である。
【図２】図１に示す回転子構造における永久磁石（軸方向半分）内の磁界の強さ分布（磁界解析結果）を示す斜視図である。
【図３】図１中Ｂ−Ｂ′断面における回転子構造中の磁束の流れを示す説明図である。
【図４】従来技術に係る４極ＩＰＭ型回転子の１極分（軸方向半分）の斜視図である。
【図５】図４に示す回転子構造における永久磁石（軸方向半分）内の磁界の強さ分布（磁界解析結果）を示す斜視図である。
【図６】図４中Ａ−Ａ′断面における回転子構造中の磁束の流れを示す説明図である。
【図７】永久磁石の軸方向長さのみを回転子コアの軸方向長さより短くした回転子構造中の磁束の流れを示す説明図である。
【発明を実施するための形態】
【００１６】
以下、本発明について、図面に示す実施例を参照して詳細に説明する。
【実施例１】
【００１７】
本発明の一実施例に係る４極ＩＰＭ型ロータの１極分（軸方向半分）を図１に示す。図１では、全体については一点鎖線で示している。
【００１８】
本実施例では、図１に示すように、回転子コア１に永久磁石２を埋設したモータの回転子構造、即ち、薄板を軸方向に積層した回転子コア１と、この回転子コア１の中心に配置される回転軸３と、この回転子コア１に所定ピッチで設けた矩形の永久磁石挿入穴に挿入される矩形の永久磁石２よりなる点では従来技術と同様である。
更に、本実施例では、回転子コア１のみを軸方向に長くした点に特徴がある。即ち、永久磁石２の軸方向長さと固定子コア（図３参照）の軸方向長さは等しく、且つ、永久磁石２の軸方向長さよりも回転子コア１の軸方向長さを大きくしたものである。具体的には、永久磁石２の軸方向長さよりも回転子コア１の軸方向長さを、回転子直径の５％以上大きくした点に特徴がある。
但し、「回転子直径の５％」は、回転子直径の大きさに応じて減磁界が影響を受けやすいだろうという経験上の目安に過ぎず、「回転子直径の５％」に特に限定されるものではない。永久磁石２が受ける大きな減磁界を避けることができる程度に、永久磁石２の軸方向長さよりも回転子コア１の軸方向長さを大きくすれば十分である。
【００１９】
このような構造とすることにより、漏れ磁束Ｈが発生する回転子コア１の角部Ｃを永久磁石２から遠ざけることにより、永久磁石２が受ける大きな減磁界を避けることができ、永久磁石の減磁温度を改善することが可能となる。なお、回転子コア２の中心には回転軸３が配置されている点も従来と同様である。
【００２０】
図１に示す回転子構造における永久磁石２（軸方向半分）内の磁界の強さ分布（磁界解析結果）を図２に示す。図２中で、全体については、一点鎖線で示した。
図２に示す本実施例の回転子構造では、図５に示す従来の回転子構造と比較して、部分的に大きな減磁界が緩和され、ほぼ均一な磁界の強さ分布となっていることが確認できる。
この点について、以下に、図３、図６を参照して説明する。
【００２１】
従来の回転子構造の磁束の流れを図６に示す。図６に示すように、従来の回転子構造では、永久磁石２０と回転子コア１０の軸方向長さが同一であるため、矢印で示すように、主磁束Ｈ0が径方向外側に一様に発生する一方、漏れ磁束Ｈが回転子コア端部の角部（図中一点鎖線で示す）Ｃに集中し、その角部Ｃに接する永久磁石２０が部分的に大きな減磁界を受け、減磁し易くなる。図６において、回転子コア１０の半径方向外側に固定子コア４０が位置している。
【００２２】
本実施例の回転子構造の磁束の流れを図３に示す。図３に示すように、本実施例の回転子構造では、永久磁石２の軸方向長さよりも回転子コア１の軸方向長さを大きくしたので、矢印で示すように、主磁束Ｈ0が径方向外側に一様に発生する一方、漏れ磁束Ｈが回転子コア端部の角部Ｃから発生するが、回転子コア端部の角部Ｃを永久磁石２から遠ざけることができ、そのため、永久磁石２が受ける大きな減磁界を避けることができ、永久磁石２の減磁温度が改善することが判る。図３において、回転子コア１の半径方向外側に固定子コア４が位置している。
【００２３】
従って、本実施例によれば、永久磁石の減磁温度が改善されるため、保磁力が小さく（ディスプロシウム添加量が少ない）、残留磁束密度が大きい永久磁石を使用でき、モータの小型化、低コスト化が可能となる。
【００２４】
なお、図７に、永久磁石２０の軸方向長さのみを回転子コア１０の軸方向長さより短くした回転子構造を示す。この回転子構造は、固定子コア４０の軸方向長さと回転子コア１０の軸方向長さとが等しく、固定子コア４０の軸方向長さに比較し永久磁石２０の軸方向長さが短い。そのため、永久磁石２０が少なくなることにより、磁石に働くトルク(マグネットトルク)が減少してしまう欠点がある。
また、永久磁石２０の軸方向長さを変えずに固定子コア４０および回転子コア１０を長くした場合には、固定子コア４０の長さは、モータの全長に影響するため、モータの全長（体格）が大きくなってしまう問題がある。
本発明の回転子構造は、図３に示すように、回転子コア１のみを軸方向に長くするため、即ち、永久磁石２及び固定子コア４の軸方向長さは等しく、回転子コア１の軸方向長さより短い為、磁石量は変わらず、トルクおよびモータの全長を維持しつつ、磁石角部への減磁界の集中を抑制することが可能である。
【産業上の利用可能性】
【００２５】
本発明の永久磁石モータの回転子構造は、回転子両端部の磁石の減磁温度を改善することが可能になる回転子構造として広く産業上利用可能なものである。
【符号の説明】
【００２６】
１，１０  回転子コア
２，２０  永久磁石
３，３０  回転軸
４，４０  固定子
Ｈ0 主磁束
Ｈ  漏れ磁束
【図１】
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【図３】
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【図４】
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【図６】
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【図７】
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【図２】
2014165971.tif 000008
【図５】
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