(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
少なくとも複数の永久磁石と高透磁率材とからなるロータ本体に、一極あたりロータ半径方向に複数に分割された永久磁石を、分割したそれぞれの永久磁石の端部がロータ外周に近接するように埋設した永久磁石モータにおいて、各極のロータの内周側に位置する永久磁石の端部がロータ外周に対して近接する位置で、ロータ外周側の永久磁石側にのみ切り欠いた尖端形状であることを特徴とする永久磁石モータ。
【請求項２】
各極のロータの外周側に位置する永久磁石の端部がロータ外周に対して近接する位置で尖端形状であることを特徴とする請求項１に記載の永久磁石モータ。
【請求項３】
ロータの外周側に位置する永久磁石の両端の切り欠きのうち、円弧内側部の切り欠き、すなわちロータ外周側の切り欠きが一直線上にあり、かつ円弧外側部の切り欠き、すなわちロータ内周部の切り欠きが互いに平行であり、尖った先端が直角となるように形成されたことを特徴とする請求項２記載の永久磁石モータ。
【請求項４】
各永久磁石が、ロータの中心側に凸の円弧形状に形成されていることを特徴とする請求項１から請求項３に記載の永久磁石モータ。
【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ロータ内部に埋め込むことで、マグネットトルクに併せて、リラクタンストルクをも利用する永久磁石モータに関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
従来から、鉄などの高透磁率材からなるロータ本体に永久磁石を埋設したモータが知られている。図５は、従来の永久磁石埋め込みモータを示す。この永久磁石埋め込みモータは、高透磁率材の鉄心あるいは積層された電磁鋼板で構成されたロータコア３ａの内部に、ロータ中心側に凸の円弧形状に形成された永久磁石８を埋め込んでロータ３１を形成している。図５に示すものは４極のモータであって、４本の永久磁石８がＮ極、Ｓ極交互になるように円周方向に配置されている。ステータ２に施された巻線１０により、回転磁界が生じステータティース４からロータ３１に磁束が入る。
【０００３】
しかし、上記構成はリラクタンストルクを有効に活用する点では好ましくない。リラクタンストルクは、磁路２２の磁束の通り易さと磁路２１の磁束の通り易さとの差に比例する。上記構成においては、磁路２１は透磁率が空気と同等の永久磁石を２度通過するため磁束が通りにくく、かつ磁路２２も永久磁石の端部９ａ、９ｂが磁束をロータ内に通すのを妨げているため、磁束が通りにくくなる。従って、リラクタンスを十分に利用しているとは言えなかった。
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】
上記の問題点を解決するため本発明者らは、永久磁石を半径方向に複数に分割したロータをもつ永久磁石モータを発明し、出願した。図６は、本発明者が開発した永久磁石モータを示している。この先行発明に係る永久磁石モータは、高透磁率の電磁鋼板を積層して作ったロータ３２に、ロータ半径方向に１極あたり２層に間隔をおいて配置された４組の永久磁石８ｃ、８ｄを埋設してなる。上記構成のロータは、ステータ２の各ティース４の間に配設された巻線１０によって生ずる回転磁界と永久磁石の磁界との関係により発生するマグネットトルク、および前記回転磁界による磁束がロータ３２の磁路Ｐａ１、Ｐａ２などに流れることにより発生するリラクタンストルクとの合成により、Ｒ方向に回転している。
【０００５】
上記先行発明において、２層構造をとる永久磁石の間に磁路Ｐａ１を設けることにより、リラクタンストルクを有効に利用することが可能となった。上記構成のモータにおいて、リラクタンストルク発生に有効な磁束は、磁路Ｐａ１を通るものでありロータ外周側に位置する永久磁石の先端９ｃ、９ｄに、ロータ外周に略平行に対向する部分が存在し、磁路Ｐａ１に流れ込む磁束を制限していた。すなわち、永久磁石先端の幅がステータの磁界が流れ込むのを妨害していた。従って、よりリラクタンストルクを有効に利用できる永久磁石の形状が要求されていた。
【０００６】
【課題を解決するための手段】
本発明は、上記先行発明の問題点を解決するため、少なくとも複数の永久磁石と高透磁率材とからなるロータ本体に、一極あたりロータ半径方向に複数に分割された永久磁石を、分割したそれぞれの永久磁石の端部がロータ外周に近接するように埋設した永久磁石モータにおいて、各極のロータの内周側に位置する永久磁石の端部がロータ外周に対して近接する位置で、ロータ外周側の永久磁石側にのみ切り欠いた尖端形状としたことを特徴とする。
【０００７】
ロータ内周側に位置する永久磁石は、マグネットトルクに深く関わるため、ロータ外周側の永久磁石側にのみ切り欠くようにすると好適である。
【０００８】
上記発明において、ロータの外周側に位置する永久磁石を、図２のごとく両端の切り欠きのうち円弧内側部の切り欠き、すなわちロータ外周側の切り欠きが一直線上にあり、かつ円弧外側部の切り欠き、すなわちロータ内周部の切り欠きが互いに平行であり、尖った先端が直角となるように形成されたことを特徴とすることにより、永久磁石の生産性を向上させ加工精度を向上させることが可能である。また、各永久磁石を円弧形状とすることにより、磁石表面積を大きくできる。
【０００９】
【発明の実施の形態】
本発明は上記構成によって、次のような作用を有する。
【００１０】
ロータ内周側に位置する永久磁石は、ステータティースと近接して対向する部分がある幅をもって存在するため、永久磁石の先端に回り込む無効な磁束を防ぐことができる。
【００１１】
また、ロータ外周側に位置する永久磁石の両端が尖端形状であることにより、ロータの回転位置によらず、ステータの回転磁界による磁束が、磁路Ｐａ１に十分かつ均等に流れる。すなわち、リラクタンストルクを有効に利用し、同じ入力でも高いトルクを発生させるとともに、トルクリップルの低減も可能である。
【００１２】
さらに、図２に示すような永久磁石は加工性が良く、寸法精度も良いため生産性とモータ特性を向上させることができる。
【００１３】
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。
【００１４】
図１は、本発明の一実施の形態を示す断面図である。高透磁率の電磁鋼板を積層して作ったロータ３本体に、ロータ半径方向に１極あたり２層に間隔をおいて配置された４組の永久磁石８ａ、８ｂ、・・・を埋設してなり、ロータ内周側に位置する永久磁石８ｂは、永久磁石の端部９ｂがロータ外周側の永久磁石８ａ側にのみ切り欠いた尖端形状を有しており、ステータ２の回転磁界による磁束を十分に磁路Ｐａ１に導くことができるとともに、永久磁石による磁束を有効に利用でき、減磁界に対する耐力も向上する。
【００１５】
ロータ外周側に位置する永久磁石の端部９ａは、尖端形状となっている。永久磁石８ａの上面図と正面図を図２に示す。円弧内側部の切り欠き、すなわちロータ外周側の切り欠き１１が一直線上にあり、かつ円弧外側部の切り欠き、すなわちロータ内周部の切り欠き１２が互いに平行であり、尖った先端の角θがほぼ直角となるような形状である。
【００１６】
また、各永久磁石８ａ、８ｂ、・・・はロータ３の中心側に凸の円弧形状部分を配設されている。
【００１７】
図１に示す本願発明のモータ、および図６の先行発明のモータのトルクの値を図３に、トルクリップルの値を図４に示した。トルクリップルの値は、トルク波形の最大値と最小値の差を示している。実際にモータとして使用される負荷点３点において測定を行った結果、先行発明との比較において、全ての負荷点において同一入力電流下でトルクは約５パーセントの向上、トルクリップルは２０パーセント以上の低減が図られている。
【００１８】
なお、上記実施の形態は４極のロータに、一極あたり２層の永久磁石を用いた構成となっているが、本発明は４極に限るものではない。また、１極あたり２層の永久磁石である必要もなく、３層以上の場合は少なくともロータの最外周に位置する永久磁石のみを尖端形状に、望ましくはロータの最内周に位置する永久磁石以外の永久磁石全ての両端を尖端形状にすればよい。
【００１９】
すなわち本発明は上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き種種の変形が可能であり、これらを本発明の範囲から排除するものではない。
【００２０】
【発明の効果】
本発明により、マグネットトルクを減少させることなくリラクタンストルクを最大限に活用でき、かつトルクリップルを低減するので、高効率、高出力、低振動の永久磁石モータを提供することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の一実施の形態を示す断面図
【図２】本発明の一実施の形態におけるロータ外周側に位置する永久磁石の上面図および正面図
【図３】先行発明および本願発明のモータのトルクの値を示す図
【図４】先行発明および本願発明のモータのトルクリップルの値を示す図
【図５】従来の永久磁石埋め込みモータを示す断面図
【図６】先行発明の二層永久磁石埋め込みモータを示す断面図
【符号の説明】
２  ステータ
３、３１、３２  ロータ
３ａ  ロータコア
４  ステータティース
８ａ、８ｂ、８ｃ、８ｄ  永久磁石
９ａ、９ｂ、９ｃ、９ｄ  永久磁石の端部
１０  巻線
１１  ロータ外周側の切り欠き
１２  ロータ内周側の切り欠き
２１、２２  磁路
【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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