(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磁石挿入穴が形成されたロータコアに永久磁石を挿入してなる電動機のロータにおいて、
前記磁石挿入穴をロータの軸方向に対して平行に形成し、
前記磁石挿入穴の両側の外周部に径方向の磁束遮断部を、該磁束遮断部が軸方向に対して斜めになるように形成したことを特徴とする電動機のロータ。
【請求項２】
円周方向における複数箇所に磁石挿入穴が形成されたロータコア単体を複数枚積層して形成されたロータコアに永久磁石を挿入してなる電動機のロータにおいて、
前記ロータコア単体における前記磁石挿入穴を、該ロータコア単体を積層したときに該磁石挿入穴がロータの軸方向に対して平行となるように形成し、
前記ロータコア単体における前記磁石挿入穴の両側の外周部に径方向の磁束遮断部を、該ロータコア単体を積層したときに該磁束遮断部が軸方向に対して斜めになるように形成したことを特徴とする電動機のロータ。
【請求項３】
前記磁石挿入穴は、ロータの軸方向全長に渡って軸方向に対して平行に形成され、前記磁束遮断部は、貫通穴であることを特徴とする請求項１または２記載の電動機のロータ。
【請求項４】
前記磁束遮断部は、半抜き状のかしめ部であり、該かしめ部の円周方向における一方の端面には一定の幅のスリット穴が設けられていることを特徴とする請求項２記載の電動機のロータ。
【請求項５】
前記磁束遮断部は、前記磁石挿入穴との位置関係において、その円周方向における位置が、１枚の前記ロータコア単体ごとに所定の位相だけずれていることを特徴とする請求項３または４記載の電動機のロータ。
【請求項６】
前記磁束遮断部は、前記磁石挿入穴との位置関係において、その円周方向における位置が、複数枚の前記ロータコア単体ごとに所定の位相だけずれていることを特徴とする請求項３または４記載の電動機のロータ。
【請求項７】
前記磁束遮断部は、円周方向に対し一定の幅を持った貫通穴であり、該貫通穴と前記磁石挿入穴とは両者一体となって一つの穴形状を構成していることを特徴とする請求項２記載の電動機のロータ。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、永久磁石を用いた電動機のロータの構造に関する。
【０００２】
【従来の技術】
交流モータとして、永久磁石をロータ（回転子）の磁極として有するものがある。この種のモータは、ロータの周囲にステータ（固定子）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ている。そして、ステータに巻装されたコイルに電流を流すと、該電流により誘起された回転磁界によって、ステータとロータとの間に反発力と吸引力が発生し、この反発力と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、ステータの各ティース間にはスロットが形成され、一方、ロータの各永久磁石は互いに分離されて配設されるので、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、永久磁石の端部が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、この変動によって角速度変化を伴う周期的なトルク変動（一般に、トルクリプル、トルクむら、あるいはコギングトルクと呼ばれる）が発生してしまう。
【０００４】
そこで、このようなトルクリプルを低減するためのロータの構造として、従来、例えば、図８に示すように、永久磁石をその軸方向の長さについて分割し、分割された各永久磁石を円周方向にずらしてスキュー（ｓｋｅｗ）を形成するようにしたものがある。つまり、ロータ内の永久磁石を軸方向に対して斜めになるように配設して磁束の分布の均一化を図るようにしている。なお、同図中、１はロータ、２はモータシャフト、３ａ，３ｂはそれぞれ二分割後の永久磁石である。また、同図（Ｂ）において、実線で示す分割磁石３ａは手前側のもの、破線で示す分割磁石３ｂは奥側のものである。
【０００５】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、このような従来のロータにあっては、スキューの形成が永久磁石の軸方向の分割数によって規定されるため、スキュー自体が段付き構造となり、不連続性が残ってしまう。したがって、トルクリプルの低減には一定の限界がある。
【０００６】
もちろん、永久磁石の分割数を多くすればするほど不連続点間の長さ（つまり、分割後の永久磁石の軸方向長さ）が短くなり、スキューの形成は連続化の方向に向かうことになるが、使用する磁石の個数が増大するため、コスト的には不利となる。
【０００７】
本発明は、このような従来技術の問題点に鑑みてなされたものであり、コストアップを最小限に抑えつつ、トルクリプルを十分に低減することができる電動機のロータ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】
本発明の上記目的は、下記の手段によって達成される。
【０００９】
（１）本発明に係る電動機のロータは、円周方向における複数箇所に磁石挿入穴が形成されたロータコアに永久磁石を挿入してなる電動機のロータにおいて、前記磁石挿入穴をロータの軸方向に対して平行に形成し、前記磁石挿入穴の両側の外周部に径方向の磁束遮断部を、該磁束遮断部が軸方向に対して斜めになるように形成したことを特徴とするものである。
【００１０】
本発明は、従来のように永久磁石の分割という方法によってではなく、磁束遮断部（磁束バリア）を設けることによってトルクリプル低減のためのスキューを形成するというものである。この発明の構成によると、磁束遮断部が軸方向に対して斜めに形成されているので、永久磁石による磁束は軸方向に対して斜めになり、スキューが形成される。また、磁束遮断部は磁石挿入穴の両側の外周部に径方向に形成されているので、永久磁石の漏れ磁束が低減される。
【００１１】
（２）本発明に係る電動機のロータは、円周方向における複数箇所に磁石挿入穴が形成されたロータコア単体を複数枚積層して形成されたロータコアに永久磁石を挿入してなる電動機のロータにおいて、前記ロータコア単体における前記磁石挿入穴を、該ロータコア単体を積層したときに該磁石挿入穴がロータの軸方向に対して平行となるように形成し、前記ロータコア単体における前記磁石挿入穴の両側の外周部に径方向の磁束遮断部を、該ロータコア単体を積層したときに該磁束遮断部が軸方向に対して斜めになるように形成したことを特徴とするものである。
【００１２】
この発明の構成によると、ロータコア単体を積層してロータコアを形成したときに磁束遮断部が軸方向に対して斜めに形成されるので、永久磁石による磁束が軸方向に対して斜めになり、スキューが形成される。また、磁束遮断部を磁石挿入穴の両側の外周部に径方向に形成するので、永久磁石の漏れ磁束が低減される。
【００１３】
（３）前記磁石挿入穴は、ロータの軸方向全長に渡って軸方向に対して平行に形成され、前記磁束遮断部は、貫通穴である。
【００１４】
穴、つまり空気中は磁束が通りにくいので、磁束遮断部（磁束バリア）として機能しうる。
【００１５】
（４）前記磁束遮断部は、半抜き状のかしめ部であり、該かしめ部の円周方向における一方の端面には一定の幅のスリット穴が設けられている。
【００１６】
一般に塑性加工すると磁束が通りにくくなるので、ポンチ等で塑性加工されて形成されるかしめ部は、磁束遮断部（磁束バリア）として機能しうる。かしめ部の円周方向における一方の端面に一定の幅のスリット穴を設けることで、その一定の幅だけかしめ部を円周方向にずらして積層することができる。また、かしめ部によってロータコア単体相互間で締結力が生じる。
【００１７】
（５）前記磁束遮断部は、前記磁石挿入穴との位置関係において、その円周方向における位置が、１枚の前記ロータコア単体ごとに所定の位相だけずれている。
【００１８】
この発明の構成によると、磁束遮断部の位置が円周方向に１枚のごく薄いロータコア単体ごとにずれるので、磁束遮断部は、段付きなく、軸方向に対して斜めに形成されることになり、ほぼ連続的なスキューが形成される。
【００１９】
（６）前記磁束遮断部は、前記磁石挿入穴との位置関係において、その円周方向における位置が、複数枚の前記ロータコア単体ごとに所定の位相だけずれている。
【００２０】
この発明の構成によると、磁束遮断部の位置が円周方向に複数枚のロータコア単体ごとにずれるので、磁束遮断部は、その枚数に応じた段長の段付き構造をもって、軸方向に対して斜めに形成されることになる。
【００２１】
（７）前記磁束遮断部は、円周方向に対し一定の幅を持った貫通穴であり、該貫通穴と前記磁石挿入穴とは両者一体となって一つの穴形状を構成している。
【００２２】
【発明の効果】
したがって、本発明によれば、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、永久磁石を分割することなく、つまり、永久磁石を１極当たり１個にしたまま、スキューを形成することができ、トルクリプルの低減が図られる。このとき、磁束遮断部が貫通穴またはかしめ部の場合には、簡単な加工工程の追加のみで対応できるので、コストアップを最小限に抑えることができる。
【００２３】
また、磁束遮断部を磁石挿入穴の両側の外周部に径方向に形成したので、永久磁石の漏れ磁束を低減することができ、トルクの向上が図られる。
【００２４】
また、ロータコアを積層構造とした場合には、磁束遮断部の位置を円周方向にずらすロータコア単体の単位枚数を任意に設定することができ、段付き構造の各段の長さ、つまり、スキューの連続性の程度を自由に変えることができる。このとき、１枚のロータコア単体ごとにずらせば、スキューの形成をほぼ連続化することができ、トルクリプルを最大限に低減することができる。
【００２５】
さらに、ロータコアを積層構造とした場合には、磁束遮断部をスリット穴付きかしめ部で構成することができ、この場合には、かしめ部によってロータコア単体相互間で締結力が生じるので、ロータコア外周部の固着力が向上しその浮き上がりを防止することができる。
【００２６】
また、貫通穴と磁石挿入穴とを一つの穴形状とした場合には、製造工程の追加がなく、コストアップはない。
【００２７】
【発明の実施の形態】
以下、図面を使って、本発明の実施の形態を説明する。
【００２８】
図１は、本発明の一実施の形態に係る電動機のロータの正面図である。なお、図８と共通する部材には同一の符号を付している。
【００２９】
このロータ１０は、８個の永久磁石１１を用いた８極ロータであって、円周方向における複数箇所（ここでは、８箇所）に磁石挿入穴１２ａが形成されたロータコア単体１３ａを複数枚積層して形成されたロータコア１３に、８個の永久磁石１１を挿入して構成されている。ロータコア単体１３ａは、例えば、０．５ｍｍ厚のけい素鋼板で作られている。ロータコア１３の中心にはモータシャフト２が圧入されている。
【００３０】
磁石挿入穴１２ａの両側の外周部にはそれぞれ磁束遮断部としてのかしめ部１４が形成されている。このかしめ部１４は、その長手方向中心線がロータコア単体１３ａ（またはロータコア１３）の径方向と一致している。
【００３１】
かしめ部１４は、図１（Ａ）の拡大図および図２のＡ−Ａ断面図に示すように、半抜き状のかしめ部であり、その円周方向における一方の端面には一定の幅Ｌのスリット穴１５が設けられている。スリット穴１５を設けることによって、図３に示すように、スリット穴１５の幅Ｌだけかしめ部１４を円周方向にずらして各ロータコア単体１３ａを積層することができる。
【００３２】
一般に塑性加工すると磁束が通りにくくなるので、後述するようにポンチ等で塑性加工されて形成されるかしめ部１４は、磁束の通過を阻止する磁束遮断部（磁束バリア）として機能しうることになる。
【００３３】
かしめ部１４の形成は、例えば、所定の幅（ポンチ後にＬとなる大きさ）のスリット穴を形成し、その後、ポンチでかしめることによって行う。このかしめ処理は、ロータコア単体１３ａを製造する際に、１枚製造するごとに行ってもよいし、数枚または数十枚ごとにまとめて行ってもよい。
【００３４】
すなわち、前者の場合には、１枚のロータコア単体１３ａを製造する際に、その都度、例えば、磁石挿入穴１２ａを形成する工程を完了した後に前記かしめ処理を追加的に実施する。このとき、１枚ごとに円周方向の位相をＬだけずらす。これにより、かしめ部１４の位置が円周方向に１枚のごく薄いロータコア単体１３ａごとにずれるので、かかるロータコア単体１３ａを積層してロータコア１３を形成した場合、図４（特に同図（Ａ））に示すように、かしめ部１４は、段付き構造をとることなくほぼ連続的に、軸方向に対して斜めに配置されることになり、磁束バリアによるほぼ連続的なスキューが形成される。
【００３５】
一方、後者の場合には、かしめ部１４を除いて完成されたロータコア単体１３ａを数枚または数十枚ごと所定の枚数ごとにまとめて前記かしめ処理を行う。このときには、上記所定の枚数ごとに円周方向の位相をＬだけずらす。これにより、かしめ部１４の位置が円周方向に所定枚数のロータコア単体１３ａごとにずれるので、積層時、図５に示すように、かしめ部１４は、その所定枚数に応じた段長ｄの段付き構造をもって、軸方向に対して斜めに形成されることになり、同じく磁束バリアによるスキューが形成される。
【００３６】
なお、かしめ部１４を形成する際に、円周方向における位相をずらす方向は必ずしも一方のみに限定されるものではなく、連続的であれば、途中で任意に逆方向にずらしてもよい。また、１回のかしめ処理の対象枚数は必ずしも同一である必要はなく、途中で任意に変えることも可能である。例えば、図６は、磁束バリアによって曲線的なスキューを形成した場合を示しているが、ここでは、途中で１回位相をずらす方向を変えている。要するに、位相をずらす方向を途中で変えたり１回のかしめ処理の対象枚数を途中で変えることによって、積層したときのかしめ部１４の段付き構造を調整して、磁束バリアによる任意の所望のスキューを形成することができる。
【００３７】
なお、他の実施形態として、締結構造を前記のかしめ部１４に必要としないような場合には、かしめ部１４に代えて貫通穴のみで磁束遮断部（磁束バリア）を構成することも可能である。穴、つまり空気中は磁束が通りにくいからである。貫通穴の形状およびそれによって形成される磁束バリアによるスキューは、かしめ部１４による場合と全く同様であるので（図１、図４〜図６参照）、その説明は省略する。ただし、貫通穴による場合には、かしめ部１４による場合と異なり、積層タイプのロータコアのみならず塊状のロータコアについても、磁束バリアによるスキューの形成が可能である。
【００３８】
図７は、さらに他の実施形態を示したものである。このロータ２０は、積層されたロータコア２１を有し、このロータコア２１には、磁束遮断部（磁束バリア）としての貫通穴部２１ａと永久磁石１１を挿入するための磁石挿入穴部２２ａとからなる一つの所定形状の穴２３ａが形成されている。いわばこの穴２３ａは、上記の実施形態における貫通穴と磁石挿入穴とを一つの穴として一体形成したものである。この場合、永久磁石１１の位置決めと固定は、同図に示すように、円周方向に互いにずれている手前側の穴２３ａと奥側の穴２３ｂのそれぞれ反対側の一方の端面によって永久磁石１１を挟持してなされる。
【００３９】
したがって、以上の各実施の形態によれば、磁束バリアとして機能するかしめ部１４または貫通穴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を分割することなく、つまり、永久磁石を１極当たり１個にしたまま、スキューを形成することができる。したがって、スキュー構造の形成によりトルクリプルの低減が図られる。特に、図４（Ａ）に示すようにスキューの形成を連続化した場合には、トルクリプルを最大限に低減することができる。
【００４０】
この場合、かしめ処理や穴あけ処理といった比較的簡単な加工工程の追加のみで足りるので、コストアップを最小限に抑えることができる。なお、貫通穴と磁石挿入穴とを一つの穴形状とした場合には、製造工程の追加がなく、コストアップはない。
【００４１】
また、かしめ部１４または貫通穴を磁石挿入穴１２ａの両側の外周部に径方向に形成したので、永久磁石１１の漏れ磁束を低減することができ、トルクの向上が図られる。
【００４２】
さらに、かしめ部１４を設けた場合には、このかしめ部１４によってロータコア単体１３ａ相互間で締結力が生じるので、ロータコア外周部の固着力が向上しその浮き上がりを防止することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の一実施の形態に係る電動機のロータの正面図である。
【図２】図１（Ａ）のＡ−Ａ断面図である。
【図３】積層時の状態を示す要部断面図である。
【図４】スキュー形成の一例を示す図面である。
【図５】スキュー形成の他の一例を示す図面である。
【図６】スキュー形成のさらに他の一例を示す図面である。
【図７】他の実施形態に係るロータの要部正面図である。
【図８】従来のロータ構造の説明図である。
【符号の説明】
１０，２０…ロータ、
１１…永久磁石、
１２ａ…磁石挿入穴、
１３，２１…ロータコア、
１３ａ…ロータコア単体、
１４…かしめ部（磁束遮断部）、
１５…スリット穴、
２１ａ…貫通穴部、
２２ａ…磁石挿入穴部、
２３ａ，２３ｂ…一体穴（磁束遮断部）。
【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】
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【図８】
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