(57)【要約】  磁束漏れを防止しつつリラクタンストルクを適切に調整することができるモータの回転子およびそれを備えたモータを提供する。回転子鉄心(21)の内部において回転軸(C)方向に貫通し、かつ、回転子鉄心(21)の周方向に複数形成された空孔(23)と、複数の空孔(23)内にそれぞれ少なくとも１つ挿入された永久磁石(22)とを備え、少なくとも１つの永久磁石(22)ごとに構成される複数の磁極部(22a)を有するモータの回転子であって、回転子鉄心(21)は、回転子鉄心(21)の周方向に隣り合い、かつ、互いに極性の異なる磁極部(22a)間において、永久磁石(22)の周方向端部の一部が露出するように切り欠かれた切り欠き部(24)と、切り欠き部(24)が形成された箇所に形成され、回転子鉄心(21)の中央部(211)から径方向外方に延びる延出部(25)とを備えている。
2013065275.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
回転子鉄心の内部において回転軸方向に貫通し、かつ、前記回転子鉄心の周方向に複数形成された空孔と、前記複数の空孔内にそれぞれ少なくとも１つ挿入された永久磁石とを備え、前記少なくとも１つの永久磁石ごとに構成される複数の磁極部を有するモータの回転子であって、
前記回転子鉄心は、前記回転子鉄心の周方向に隣り合い、かつ、互いに極性の異なる磁極部間において、前記永久磁石の周方向端部の一部が露出するように切り欠かれた切り欠き部と、前記切り欠き部が形成された箇所に形成され、前記回転子鉄心の中央部から径方向外方に延びる延出部とを備えている、モータの回転子。
【請求項２】
前記回転子鉄心は、少なくとも１つの第１板状体と少なくとも１つの第２板状体とが積層されることにより構成されており、
前記第１板状体は、前記永久磁石が挿通される開口部が前記回転子鉄心の周方向に複数設けられ、前記開口部は、当該開口部に前記永久磁石が２つ挿通されることにより構成される１つの磁極部を取り囲むように形成されており、
前記第２板状体は、前記第１板状体の前記開口部に対応する位置に設けられた複数の磁石支持部を備え、前記磁石支持部は、前記永久磁石が挿通された際に、前記永久磁石より径方向外側に設けられる外周部と、前記永久磁石より径方向内側に設けられる前記中央部と、前記第１板状体の前記開口部の周方向中央領域に対応する位置に設けられ、前記外周部と前記中央部とを繋ぐ連結部とを備え、
前記切り欠き部は、前記永久磁石が挿通された際に、前記開口部の周方向両端部に対応する位置において前記第２板状体の前記外周部と前記中央部とが離間するように形成され、
前記延出部は、前記第２板状体に形成された隣接する前記磁石支持部の間に、前記中央部から前記回転子鉄心の径方向に延びるように形成されている、請求項１に記載のモータの回転子。
【請求項３】
前記延出部の先端は、前記外周部の回転円の内側に位置する、請求項１に記載のモータの回転子。
【請求項４】
前記回転子鉄心は、前記第１板状体と前記第２板状体とが１枚ずつまたは複数枚ごとに交互に積層されて形成されている、請求項２に記載のモータの回転子。
【請求項５】
前記開口部は、前記永久磁石が挿通された際に、前記永久磁石の周方向両端部と前記開口部の内壁との間に間隙が設けられるように構成されている、請求項２に記載のモータの回転子。
【請求項６】
請求項１〜５に記載のモータの回転子を有する、モータ。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、モータの回転子およびそれを備えたモータに関し、特にブラシレスモータ(brushless motor)の高効率化を目的とするモータの回転子およびそれを備えたモータに関する。
【背景技術】
【０００２】
永久磁石を回転子に設けたブラシレスモータとしては、回転子の表面に永久磁石を貼り付けた表面磁石式のブラシレスモータ（ＳＰＭモータ）と、回転子の空孔に永久磁石を挿入して構成される永久磁石埋め込み式のブラシレスモータ（ＩＰＭモータ）とが知られている。このうち、ＩＰＭモータは、永久磁石が回転子内に埋め込まれた構造のため、表面に永久磁石を貼り付ける必要があるＳＰＭモータに比べて回転子の回転による永久磁石の飛散を防止し易く高い信頼性が期待できる。さらに、ＩＰＭモータでは、平板の永久磁石を使用することができる。すなわち、ＩＰＭモータにおいてはＳＰＭモータのように回転子の表面に永久磁石を貼り付けるために永久磁石を曲面に形成する必要がないため、材料コストを低く抑えることができる。したがって、このようなＩＰＭモータを半導体制御装置等の産業用のサーボモータに適用することにより高信頼性および低コストを実現することが期待できる。【０００３】
しかしながら、ＩＰＭモータは複数の磁極を形成するために、回転子の内部に複数の永久磁石を埋め込む構造のため、永久磁石間の鉄心部分（ブリッジ(bridge)部）から磁束が漏れる問題がある。磁束が漏れると永久磁石によって生じるマグネットトルク（magnet torque）
が低下するため、同じサイズのモータであればＩＰＭモータはＳＰＭモータに比べてトルク定数が小さくなってしまう。このような問題を解決するための構成として、永久磁石間のブリッジ部を切り欠いた構成が知られている（例えば、特許文献１〜３参照）。このように永久磁石間のブリッジ部を切り欠くことにより、磁気特性の向上を図っている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００４】
【特許文献１】特開２０１１−４４８０号公報
【特許文献２】特開２０１０−２４６３０１号公報
【特許文献３】特開２００５−３２８６１６号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
ここで、サーボモータにおいては、高い位置決め精度を得るために高い制御性が求められる。これに関し、ＳＰＭモータにおいては、永久磁石によって生じるマグネットトルクのみがモータトルクとして出力されるため、高い制御性を比較的容易に得ることができる。このため、従来からＳＰＭモータはサーボモータに多く利用されている。一方、ＩＰＭモータにおいては、マグネットトルクに加えて、固定子の回転磁界による極と回転子の永久磁石の磁極との吸引および反発によって生じるリラクタンストルク（reluctance torque）が重畳したものがモータトルクとなる。図１０は一般的なＩＰＭモータにおける電流
進角θに対するモータトルクＴの関係を示すグラフである。図１０に示すように、マグネットトルクＴｍは、電流進角θ＝０°で最大となるが、リラクタンストルクＴｒは、電流進角θ＝４５°で最大となるため、マグネットトルクＴｍ成分のみでリラクタンストルクＴｒ成分のないＳＰＭモータとマグネットトルクＴｍ成分とリラクタンスＴｒ成分とが加わったＩＰＭモータとでは、モータトルクＴが最大となる電流進角θが異なることとなる。このため、ＳＰＭモータを駆動するために用いられる汎用のインバータおよびこれを駆動する汎用の制御装置ではＩＰＭモータを適切に駆動することができない。【０００６】
これに関し、上記特許文献１及び３の構成ではブリッジ部を切り欠くことによって確かに磁束漏れが防止され、トルク定数を高くすることができるが、リラクタンストルク成分も増加してしまうため、モータトルクが最大となる電流進角が変化してしまい、ＳＰＭモータの代わりとしてＩＰＭモータを適用することができない。すなわち、ＩＰＭモータ専用のインバータおよびこれを駆動する制御装置が別途必要となり、結果として高コストとなる。また、上記特許文献２の構成では、トルク定数を高くしつつリラクタンストルクも低減させることができるが、リラクタンストルクを調整できない。モータの仕様や用途によっては、電流進角に対して最適なリラクタンストルクが異なる（リラクタンストルクが０になるのが最良とは限らない）と推考されるため、リラクタンストルクが調整できない従来の構成では、電流進角に対して最適なリラクタンストルクを生じさせることができない。【０００７】
本発明は、このような従来の課題を解決するものであり、磁束漏れを防止しつつリラクタンストルクを適切に調整することができるモータの回転子およびそれを備えたモ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】
【０００８】
本発明のある形態に係るモータの回転子は、回転子鉄心の内部において回転軸方向に貫通し、かつ、前記回転子鉄心の周方向に複数形成された空孔と、前記複数の空孔内にそれぞれ少なくとも１つ挿入された永久磁石とを備え、前記少なくとも１つの永久磁石ごとに構成される複数の磁極部を有するモータの回転子であって、前記回転子鉄心は、前記回転子鉄心の周方向に隣り合い、かつ、互いに極性の異なる磁極部間において、前記永久磁石の周方向端部の一部が露出するように切り欠かれた切り欠き部と、前記切り欠き部が形成された箇所に形成され、前記回転子鉄心の中央部から径方向外方に延びる延出部とを備えている。【０００９】
上記構成によれば、永久磁石によって形成され、互いに極性の異なる回転子鉄心の磁極部間において、永久磁石の周方向端部の一部が露出するように切り欠かれているため、磁極部間の回転子鉄心部分（ブリッジ部）を通じて磁束が漏れることを防止することができる。しかも、切り欠き部が形成された箇所において、回転子鉄心の中央部から径方向外方に延びる延出部が形成されている。これにより、ｑ軸（磁極部間の軸）の透磁率をｄ軸（磁極部の中心軸）の透磁率に対して調整することによってリラクタンストルクを従来の一般的なＩＰＭモータより低減させることができる。これにより、ＳＰＭモータを駆動するために用いられる汎用のインバータおよびこれを駆動する汎用の制御装置で駆動することができる。しかも、延出部の長さを適宜調整することにより、リラクタンストルクを適切に調整することができる。したがって、磁束漏れを防止しつつリラクタンストルクを適切に調整することができる。【００１０】
前記回転子鉄心は、少なくとも１つの第１板状体と少なくとも１つの第２板状体とが積層されることにより構成されており、前記第１板状体は、前記永久磁石が挿通される開口部が前記回転子鉄心の周方向に複数設けられ、前記開口部は、当該開口部に前記永久磁石が２つ挿通されることにより構成される１つの磁極部を取り囲むように形成されており、前記第２板状体は、前記第１板状体の前記開口部に対応する位置に設けられた複数の磁石支持部を備え、前記磁石支持部は、前記永久磁石が挿通された際に、前記永久磁石より径方向外側に設けられる外周部と、前記永久磁石より径方向内側に設けられる前記中央部と、前記第１板状体の前記開口部の周方向中央領域に対応する位置に設けられ、前記外周部と前記中央部とを繋ぐ連結部とを備え、前記切り欠き部は、前記永久磁石が挿通された際に、前記開口部の周方向両端部に対応する位置において前記第２板状体の前記外周部と前記中央部とが離間するように形成され、前記延出部は、前記第２板状体に形成された隣接する前記磁石支持部の間に、前記中央部から前記回転子鉄心の径方向に延びるように形成されていてもよい。これによれば、１つの磁極部を取り囲むように開口部が形成された第１板状体により開口部内に挿通される永久磁石が飛散することを防止するとともに、切り欠き部および延出部が形成された第２板状体により磁束漏れを防止しつつリラクタンストルクを低減させることができる。したがって、第１板状体と第２板状体とを積層して回転子鉄心を形成することにより、高信頼性かつ低コストで汎用のインバータおよび制御装置等に適用可能なＩＰＭモータを容易に形成することができる。【００１１】
前記延出部の先端は、前記外周部の回転円の内側に位置してもよい。これにより、リラクタンストルクを有効に低減させることができる。【００１２】
前記回転子鉄心は、前記第１板状体と前記第２板状体とが１枚ずつまたは複数枚ごとに交互に積層されて形成されていてもよい。これにより、第２板状体の外周部と中央部とが連結部だけでなく第１板状体を介して連結されるため、回転子鉄心全体の強度を高めることができ、永久磁石（および外周部）の回転による飛散をより有効に防止することができる。【００１３】
前記開口部は、前記永久磁石が挿通された際に、前記永久磁石の周方向両端部と前記開口部の内壁との間に間隙が設けられるように構成されていてもよい。永久磁石に回転子鉄心と開口部の内壁との間に間隙を設けることにより、フラックスバリア部を形成することができる。すなわち、当該間隙における磁気抵抗が大きくなるため、永久磁石からの外部への磁束漏れをより有効に防止することができる。【００１４】
本発明の他の形態に係るモータは、上記構成のモータの回転子を有する。【００１５】
上記構成によれば、磁束漏れを防止しつつリラクタンストルクを低減させることができる回転子を用いてモータを構成することにより、当該モータを従来のＳＰＭモータの代わりにサーボモータに適用する場合でも汎用のインバータおよび制御装置等を用いることができ、高信頼性および低コストを実現することができる。【００１６】
本発明の上記目的、他の目的、特徴、及び利点は、添付図面参照の下、以下の好適な実施態様の詳細な説明から明らかにされる。
【発明の効果】
【００１７】
本発明は以上に説明したように構成され、磁束漏れを防止しつつリラクタンストルクを適切に調整することができるという効果を奏する。
【図面の簡単な説明】
【００１８】
【図１】図１は本発明の一実施形態に係るモータの回転子を備えたモータの平面構造例を示す断面図である。
【図２】図２は図１に示すモータの回転子を構成する第１板状体を示す平面図である。
【図３】図３は図２に示す第１板状体の部分拡大斜視図である。
【図４】図４は図１に示すモータの回転子を構成する第２板状体を示す平面図である。
【図５】図５は図４に示す第２板状体の部分拡大斜視図である。
【図６】図６は図１に示すモータにおける回転子鉄心をｑ軸方向から見た側面図である。
【図７】図７は本発明の実施例における回転子を用いたモータにおいて延出部の長さに応じたトルク定数の変化を一般的なＩＰＭモータおよびＳＰＭモータと比較して示すグラフである。
【図８】図８は本発明の実施例における回転子を用いたモータにおいて延出部の長さに応じた突極比（Ｌｑ／Ｌｄ）の変化を一般的なＩＰＭモータおよびＳＰＭモータと比較して示すグラフである。
【図９】図９は図８に示す本実施例のグラフにおいて延出割合が０．９８５であるときの突極比を基準とする各突極比の偏差を示すグラフである。
【図１０】図１０は一般的なＩＰＭモータにおける電流進角θに対するモータトルクＴの関係を示すグラフである。
【発明を実施するための形態】
【００１９】
以下、本発明の実施の形態を、図面を参照しながら説明する。なお、以下では全ての図を通じて同一または相当する要素には同一の参照符号を付して、その重複する説明を省略する。
【００２０】
図１は本発明の一実施形態に係るモータの回転子を備えたモータの平面構造例を示す断面図である。なお、図１は後述する第１板状体４１上に第２板状体４２が積層された積層体を第２板状体４２側から見た平面図である。図１に示すように、本実施形態におけるブラシレスモータ（以下、単にモータと称する）は、外枠（図示せず）の内壁面に取り付けられる筒状の固定子１と、固定子１の内側に固定子１に対して相対回転可能に保持される筒状の回転子２とを有している。回転子２の中心には回転軸となるシャフトを備えたシャフト構造体（図示せず）が取り付けられる孔３が設けられ、当該孔３にシャフト構造体が挿通された状態で回転子２とシャフト構造体とが固定される。
【００２１】
固定子１は、筒状に形成された筒状部１１ａと、筒状部１１ａの内壁面から径方向内側に延出した複数（本実施形態においては１２個）のティース部１１ｂとを有する固定子鉄心１１と、ティース部１１ｂのそれぞれに巻回されたコイル１２とを有している。また、回転子２は、筒状の回転子鉄心２１と、回転子鉄心２１の内部に回転子２の周方向（回転軸Ｃの周方向）に複数（本実施形態においては１０個）形成された空孔２３に埋め込み形成された永久磁石２２とを有している。空孔２３は、回転子鉄心２１の内部において回転軸Ｃ方向に貫通し、かつ、回転子鉄心２１の周方向に複数形成されている。なお、本実施形態において、１つの空孔２３に永久磁石２２が２つずつ埋め込まれている。各空孔２３内に２つの永久磁石２２が挿入されることにより、回転子２には、複数（１０個）の磁極部２２ａが形成される。なお、１０個の空孔２３は、回転子２の周方向に等間隔に形成されている。
【００２２】
なお、本実施形態において、１つの磁極部２２ａは、１つの空孔２３に２つの永久磁石２２が挿通されて構成されているが、本発明はこれに限られない。例えば、１つの空孔２３に１つの永久磁石２２が挿通されて１つの磁極部２２ａを構成してもよいし、２つの空孔２３に２つの永久磁石２２が挿通されて１つの磁極部２２ａを構成してもよいし、３つ以上の空孔２３に同数の永久磁石２２が挿通されて１つの磁極部２２ａを構成してもよい。
【００２３】
永久磁石２２は、板状に形成されている。なお、永久磁石２２の角部は面取りまたは丸められていてもよい。これにより、永久磁石２２の製造時の割れ、欠けを防ぐことができる。また、永久磁石２２は、例えばネオジムなどの希土類元素を用いて形成された希土類磁石が用いられる。希土類元素を用いて形成された高磁力の永久磁石２２を使用することにより、回転子２を小型化しつつ高出力化することができる。
【００２４】
本実施形態においては、１０個の空孔２３にそれぞれ回転軸Ｃを挟んで対向する永久磁石２２がその対向する面同士が同じ極性となる（互いに対向する永久磁石２２は、固定子１に対して何れも同じ極性を向けて配置される）ように挿入される。すなわち、同じ１つの空孔２３に埋め込まれる２つの永久磁石２２は外周面側の極性が互いに同じ向きとなっている。なお、回転子鉄心２１と永久磁石２２とは好適な接着剤により固定されてもよい。
【００２５】
このように構成されたモータにおいては、固定子１のコイル１２に流す電流の方向を変化させることにより、シャフトの中心軸を回転軸Ｃとしてシャフトおよび回転子２が固定子１に対して回転軸Ｃ回りに回転する。
【００２６】
ここで、回転子鉄心２１は、回転子鉄心２１の周方向に隣り合う磁極部２２ａ間において、永久磁石２２の周方向端部の一部が露出するように切り欠かれた切り欠き部２４と、切り欠き部２４が形成された箇所に形成され、回転子鉄心２１の中央部２１１から径方向外方に延びる延出部２５とを備えている。
【００２７】
回転子には、磁極部（１つの磁極を構成する永久磁石）の中心軸であるｄ軸方向にｄ軸電流Ｉｄが流れることにより、鎖交磁束φｄが生じ、２つの磁極部間の中心を通る軸であるｑ軸方向にｑ軸電流Ｉｑが流れることにより、鎖交磁束φｑが生じる。ＳＰＭモータにおいては、ｑ軸とｄ軸との区別が存在しないため、どの軸方向においても鎖交磁束は一定となるが、ＩＰＭモータにおいては、一般的に、ｑ軸電流Ｉｑによる鎖交磁束φｑは、ｄ軸電流Ｉｄによる鎖交磁束φｄより大きくなる。これは、ｄ軸電流Ｉｄによる鎖交磁束φｄは、透磁率の低い永久磁石を通るので、回転子鉄心部分のみを通る、ｑ軸電流Ｉｑによる鎖交磁束φｑより小さくなる。このため、ｄ軸の磁気抵抗（ｄ軸インダクタンスＬｄ）よりｑ軸の磁気抵抗（ｑ軸インダクタンスＬｑ）は、大きくなる。すなわち、突極比ρ＝Ｌｑ／Ｌｄ＞１となる（ＳＰＭモータではρ＝１）。
【００２８】
本実施形態の回転子２によれば、永久磁石２２によって形成される回転子鉄心２１の磁極部２２ａ間において、永久磁石２２の周方向端部の一部が露出するように切り欠かれている。このため、磁極部２２ａ間の回転子鉄心部分（ブリッジ部）を通じて磁束が漏れることを防止することができる。しかも、切り欠き部２４が形成された箇所において、回転子鉄心２１の中央部２１１から径方向外方に延びる延出部２５が形成されている。これにより、ｑ軸（磁極部２２ａ間の軸）の透磁率をｄ軸（磁極部２２ａの中心軸）の透磁率に対して調整することによってリラクタンストルクをリラクタンストルクを従来の一般的なＩＰＭモータより低減させることができる。したがって、上記構成を備えた回転子鉄心２１を用いてモータを構成することにより、当該モータを従来のＳＰＭモータの代わりにサーボモータに適用する場合でも汎用のインバータおよび制御装置等を用いることができ、高信頼性および低コストを実現することができる。
【００２９】
さらに、延出部２５の長さを適宜調整することにより、当該リラクタンストルクを適切に調整することができる。したがって、磁束漏れを防止しつつリラクタンストルクを適切に調整することができる。
【００３０】
本実施形態において、回転子鉄心２１は、複数の板状体（後述する第１板状体および第２板状体）を互いに貼り合わせることによって形成されている。図２は図１に示すモータの回転子を構成する第１板状体を示す平面図であり、図３は図２に示す第１板状体の部分拡大斜視図である。また、図４は図１に示すモータの回転子を構成する第２板状体を示す平面図であり、図５は図４に示す第２板状体の部分拡大斜視図である。
【００３１】
回転子鉄心２１は、図２および図４に示すような少なくとも１つの第１板状体４１と少なくとも１つの第２板状体４２とが積層されることにより構成されている。
【００３２】
まず、第１板状体４１について説明する。図２および図３に示すように、第１板状体４１には、永久磁石２２が挿通される開口部２３ａが回転子鉄心２１の周方向に複数（１０個）設けられている。開口部２３ａは、当該開口部２３ａに永久磁石２２が２つ挿通されることにより構成される１つの磁極部２２ａを取り囲むように形成されている。具体的には、第１板状体４１は、永久磁石２２より径方向外側に位置する外周部４１１と、永久磁石２２より径方向内方に位置する中央部４１２と、複数の磁極部２２ａ間（開口部２３ａ間）に位置し、外周部４１１と中央部４１２とを繋ぐブリッジ部４１３とを有している。開口部２３ａは、外周部４１１、中央部４１２およびブリッジ部４１３により形成されており、永久磁石２２を磁極部２２ａごとに取り囲んでいる。
【００３３】
このように、第１板状体４１においては、１つの磁極部２２ａを取り囲むように開口部２３ａが形成されているため、開口部２３ａ内に挿通される永久磁石２２が回転によって飛散することが防止される。
【００３４】
本実施形態において、開口部２３ａは、永久磁石２２が挿通された際に、磁極部２２ａの周方向両端部と開口部２３ａの内壁との間に間隙２３ｂが設けられるように構成されていてもよい。すなわち、ブリッジ部４１３は、永久磁石２２から離間して設けられている。
【００３５】
２つの永久磁石２２で構成される磁極部２２ａと回転子鉄心２１の開口部２３ａの内壁との間に間隙２３ｂを設けることにより、フラックスバリア部を形成することができる。すなわち、当該間隙２３ｂにおける磁気抵抗が大きくなるため、永久磁石２２からの外部への磁束漏れをより有効に防止することができる。
【００３６】
次に、第２板状体４２について説明する。図４および図５に示すように、第２板状体４２は、第１板状体４１の開口部２３ａに対応する位置に設けられた複数の磁石支持部４２０を備えている。具体的には、磁石支持部４２０は、永久磁石２２が挿通された際に、永久磁石２２より径方向外側に設けられる外周部４２１と、永久磁石２２より径方向内側に設けられる中央部４２２と、第１板状体４１の開口部２３ａの周方向中央領域に対応する位置に設けられ、外周部４２１と中央部４２２とを繋ぐ連結部４２３とを備えている。
【００３７】
切り欠き部２４は、永久磁石２２が挿通された際に、開口部２３ａ（第１板状体４１）の周方向両端部に対応する位置において第２板状体４２の外周部４２１と中央部４２２とが離間するように形成されている。すなわち、第２板状体４２は、各磁極部２２ａの周方向両端部が外部に露出するよう構成されている。また、各磁極部２２ａを構成する永久磁石２２は、各磁極部２２ａの周方向中央部で外周部４２１と中央部４２２とが連結部４２３によって接続されるように２分割（２つの永久磁石２２により１つの磁極部２２ａが構成）されている。連結部４２３は、ｄ軸方向に延びている。
【００３８】
さらに、延出部２５は、第２板状体４２に形成された隣接する磁石支持部４２０の間に、中央部４２２から回転子鉄心２１の径方向に延びるように形成されていてもよい。すなわち、延出部２５は、ｑ軸方向に延びている。
【００３９】
このような第１板状体４１と第２板状体４２とを積層することにより、中央部２１１が第１板状体４１の中央部４１２と第２板状体４２の中央部４２２とが積層された構造として構成され、当該中央部２１１から第２板状体４２の延出部２５が径方向外方に延びているような回転子鉄心２１が形成される。
【００４０】
このように、第２板状体４２の上記構成により、磁束漏れを防止しつつリラクタンストルクを最適に調整することができる切り欠き部２４および延出部２５が形成される。したがって、第１板状体４１と第２板状体４２とを積層して回転子鉄心２１を形成することにより、高信頼性かつ低コストで汎用のインバータおよび制御装置等に適用可能なＩＰＭモータを容易に形成することができる。
【００４１】
延出部２５は、その先端が、外周部４２１の回転円の内側に位置している。これにより、リラクタンストルクを有効に低減させることができる。
【００４２】
なお、本実施形態において、延出部２５は、基端部２５ｂの周方向幅が先端部の周方向幅に比べて大きくなっている。この延出部２５の基端部２５ｂは、永久磁石２２の周方向に関する位置決め部として機能する。すなわち、延出部２５の基端部２５ｂと連結部４２３との間に永久磁石２２の周方向の移動が規制される。なお、延出部２５は、リラクタンストルクを低減させることが可能な限り、本実施形態の形状に限られない。
【００４３】
本実施形態において、回転子鉄心２１は、上述した第１板状体４１と第２板状体４２とが１枚ずつ交互に積層されて形成されている。図６は図１に示すモータにおける回転子鉄心をｑ軸方向から見た側面図である。図６に示すように、第２板状体４２の延出部２５が第１板状体４１のブリッジ部４１３に上下から挟まれた状態となる。これにより、第２板状体４２の外周部４２１と中央部４２２とが連結部４２３だけでなく第１板状体４１を介して連結されるため、回転子鉄心２１全体の強度を高めることができ、永久磁石２２（および外周部４２１）の回転による飛散をより有効に防止することができる。
【００４４】
なお、第１板状体４１と第２板状体４２とを、複数枚ごとに交互に積層して回転子鉄心２１を形成してもよい。また、第１板状体４１の積層枚数と第２板状体４２の積層枚数とを変えてもよい。さらに、１または複数の第２板状体４２を積層した構造体の上下に少なくとも１枚の第２板状体４２を貼り合わせる構成としてもよい。
【実施例１】
【００４５】
以下に、上記実施形態で説明した回転子において延出部２５の長さを変化させた場合のトルク定数および突極比の解析結果を従来の一般的なＩＰＭモータおよびＳＰＭモータと比較しつつ示す。以下の実施例においては、延出部２５の長さの指標として、回転子２の外径（回転円の半径）に対する延出部２５の長さ（回転軸Ｃと延出部２５の先端との間の距離）の比（以下、延出割合と称する）を用いている。具体的には、延出割合を０．８８８から０．９８５までの５つの長さにおけるトルク定数などの値をプロットしてグラフ化した。なお、延出割合が０．８８８のとき、延出部２５は図４における基端部２５ｂのみの長さとなっている。【００４６】
図７は本発明の実施例における回転子を用いたモータにおいて延出部の長さに応じたトルク定数の変化を一般的なＩＰＭモータおよびＳＰＭモータと比較して示すグラフである。図７に示すように、延出部２５をいずれの長さにした場合でも従来の一般的なＳＰＭモータには及ばないものの従来の一般的なＩＰＭモータに比べて高いトルク定数が得られることが分かった。したがって、延出部２５を設けても切り欠き部２４によって磁極部２２ａ間の回転子鉄心部分（ブリッジ部）を通じて磁束が漏れることを従来の一般的なＩＰＭモータに比べて防止できていることが示された。【００４７】
図８は本発明の実施例における回転子を用いたモータにおいて延出部の長さに応じた突極比（Ｌｑ／Ｌｄ）の変化を一般的なＩＰＭモータおよびＳＰＭモータと比較して示すグラフである。また、図９は図８に示す本実施例のグラフにおいて延出割合が０．９８５であるときの突極比を基準とする各突極比の偏差を示すグラフである。【００４８】
前述したように、一般的なＳＰＭモータに対してＩＰＭモータはｑ軸磁束の増加によりｑ軸インダクタンスＬｑが増加する。したがって、図８にも示されるように、従来の一般的なＩＰＭモータは、一般的なＳＰＭモータに比べて突極比ρ＝Ｌｑ／Ｌｄが増加する。これに加えて、本実施例の構成においては、切り欠き部２４が設けられていることによりｑ軸磁束が減少するため、延出部２５をいずれの長さにした場合でも従来の一般的なＩＰＭモータに比べて突極比ρが低下していることが分かる。しかも、図８および図９に示すように延出部２５の長さの変化に応じて突極比ρが変化していることが分かる。図９によれば、本実施例における突極比ρの変化幅は４％程度となった。このように、本実施例に拠れば、延出部２５の長さを適宜調整することにより、当該リラクタンストルクを適切に調整できることが示された。【００４９】
以上、本発明の実施形態について説明したが、本発明は上記実施形態に限定されるものではなく、その趣旨を逸脱しない範囲内で種々の改良、変更、修正が可能である。例えば、上記実施形態においては１０個の磁極部２２ａを有する構成について説明したが、本発明は上記で説明した構造を有する限り１０個以上の磁極部２２ａを有する構成であってもよいし、１０個より少ない磁極部２２ａを有する構成であってもよい。【００５０】
上記説明から、当業者にとっては、本発明の多くの改良や他の実施形態が明らかである。従って、上記説明は、例示としてのみ解釈されるべきであり、本発明を実行する最良の態様を当業者に教示する目的で提供されたものである。本発明の精神を逸脱することなく、その構造及び／又は機能の詳細を実質的に変更できる。
【産業上の利用可能性】
【００５１】
本発明のモータの回転子およびそれを備えたモータは、磁束漏れを防止しつつリラクタンストルクを適切に調整するために有用である。
【符号の説明】
【００５２】
１  固定子
２  回転子
３  孔
１１  固定子鉄心
１１ａ  筒状部
１１ｂ  ティース部
１２  コイル
２１  回転子鉄心
２２  永久磁石
２２ａ  磁極部
２３  空孔
２３ａ  開口部
２３ｂ  間隙
２４  切り欠き部
２５  延出部
２５ｂ  基端部
４１  第１板状体
４２  第２板状体
２１１  回転子鉄心の中央部
４１１  第１板状体の外周部
４１２  第１板状体の中央部
４１３  ブリッジ部
４２０  磁石支持部
４２１  第２板状体の外周部
４２２  第２板状体の中央部
４２３  連結部
Ｃ  回転軸
【図１】
2013065275.tif 000003
【図２】
2013065275.tif 000004
【図３】
2013065275.tif 000005
【図４】
2013065275.tif 000006
【図５】
2013065275.tif 000007
【図６】
2013065275.tif 000008
【図７】
2013065275.tif 000009
【図８】
2013065275.tif 000010
【図９】
2013065275.tif 000011
【図１０】
2013065275.tif 000012
【手続補正書】
【提出日】平成26年2月26日(2014.2.26)
【手続補正１】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】全文
【補正方法】変更
【補正の内容】
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、モータの回転子およびそれを備えたモータに関し、特にブラシレスモータ(brushless motor)の高効率化を目的とするモータの回転子およびそれを備えたモータに関する。
【背景技術】
【０００２】
永久磁石を回転子に設けたブラシレスモータとしては、回転子の表面に永久磁石を貼り付けた表面磁石式のブラシレスモータ（ＳＰＭモータ）と、回転子の空孔に永久磁石を挿入して構成される永久磁石埋め込み式のブラシレスモータ（ＩＰＭモータ）とが知られている。このうち、ＩＰＭモータは、永久磁石が回転子内に埋め込まれた構造のため、表面に永久磁石を貼り付ける必要があるＳＰＭモータに比べて回転子の回転による永久磁石の飛散を防止し易く高い信頼性が期待できる。さらに、ＩＰＭモータでは、平板の永久磁石を使用することができる。すなわち、ＩＰＭモータにおいてはＳＰＭモータのように回転子の表面に永久磁石を貼り付けるために永久磁石を曲面に形成する必要がないため、材料コストを低く抑えることができる。したがって、このようなＩＰＭモータを半導体制御装置等の産業用のサーボモータに適用することにより高信頼性および低コストを実現することが期待できる。
【０００３】
しかしながら、ＩＰＭモータは複数の磁極を形成するために、回転子の内部に複数の永久磁石を埋め込む構造のため、永久磁石間の鉄心部分（ブリッジ(bridge)部）から磁束が漏れる問題がある。磁束が漏れると永久磁石によって生じるマグネットトルク（magnet torque）が低下するため、同じサイズのモータであればＩＰＭモータはＳＰＭモータに比べてトルク定数が小さくなってしまう。このような問題を解決するための構成として、永久磁石間のブリッジ部を切り欠いた構成が知られている（例えば、特許文献１〜３参照）。このように永久磁石間のブリッジ部を切り欠くことにより、磁気特性の向上を図っている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００４】
【特許文献１】特開２０１１−４４８０号公報
【特許文献２】特開２０１０−２４６３０１号公報
【特許文献３】特開２００５−３２８６１６号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
ここで、サーボモータにおいては、高い位置決め精度を得るために高い制御性が求められる。これに関し、ＳＰＭモータにおいては、永久磁石によって生じるマグネットトルクのみがモータトルクとして出力されるため、高い制御性を比較的容易に得ることができる。このため、従来からＳＰＭモータはサーボモータに多く利用されている。一方、ＩＰＭモータにおいては、マグネットトルクに加えて、固定子の回転磁界による極と回転子の永久磁石の磁極との吸引および反発によって生じるリラクタンストルク（reluctance torque）が重畳したものがモータトルクとなる。図１０は一般的なＩＰＭモータにおける電流進角θに対するモータトルクＴの関係を示すグラフである。図１０に示すように、マグネットトルクＴｍは、電流進角θ＝０°で最大となるが、リラクタンストルクＴｒは、電流進角θ＝４５°で最大となるため、マグネットトルクＴｍ成分のみでリラクタンストルクＴｒ成分のないＳＰＭモータとマグネットトルクＴｍ成分とリラクタンスＴｒ成分とが加わったＩＰＭモータとでは、モータトルクＴが最大となる電流進角θが異なることとなる。このため、ＳＰＭモータを駆動するために用いられる汎用のインバータおよびこれを駆動する汎用の制御装置ではＩＰＭモータを適切に駆動することができない。
【０００６】
これに関し、上記特許文献１及び３の構成ではブリッジ部を切り欠くことによって確かに磁束漏れが防止され、トルク定数を高くすることができるが、リラクタンストルク成分も増加してしまうため、モータトルクが最大となる電流進角が変化してしまい、ＳＰＭモータの代わりとしてＩＰＭモータを適用することができない。すなわち、ＩＰＭモータ専用のインバータおよびこれを駆動する制御装置が別途必要となり、結果として高コストとなる。また、上記特許文献２の構成では、トルク定数を高くしつつリラクタンストルクも低減させることができるが、リラクタンストルクを調整できない。モータの仕様や用途によっては、電流進角に対して最適なリラクタンストルクが異なる（リラクタンストルクが０になるのが最良とは限らない）と推考されるため、リラクタンストルクが調整できない従来の構成では、電流進角に対して最適なリラクタンストルクを生じさせることができない。
【０００７】
本発明は、このような従来の課題を解決するものであり、磁束漏れを防止しつつリラクタンストルクを適切に調整することができるモータの回転子およびそれを備えたモ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】
【０００８】
本発明のある形態に係るモータの回転子は、回転子鉄心の内部において回転軸方向に貫通し、かつ、前記回転子鉄心の周方向に複数形成された空孔と、前記複数の空孔内にそれぞれ少なくとも１つ挿入された永久磁石とを備え、前記少なくとも１つの永久磁石ごとに構成される複数の磁極部を有するモータの回転子であって、前記回転子鉄心は、前記回転子鉄心の周方向に隣り合い、かつ、互いに極性の異なる磁極部間において、前記永久磁石の周方向端部の一部が露出するように切り欠かれた切り欠き部と、前記切り欠き部が形成された箇所に形成され、前記回転子鉄心の中央部から径方向外方に延びる延出部とを備えている。
【０００９】
上記構成によれば、永久磁石によって形成され、互いに極性の異なる回転子鉄心の磁極部間において、永久磁石の周方向端部の一部が露出するように切り欠かれているため、磁極部間の回転子鉄心部分（ブリッジ部）を通じて磁束が漏れることを防止することができる。しかも、切り欠き部が形成された箇所において、回転子鉄心の中央部から径方向外方に延びる延出部が形成されている。これにより、ｑ軸（磁極部間の軸）の透磁率をｄ軸（磁極部の中心軸）の透磁率に対して調整することによってリラクタンストルクを従来の一般的なＩＰＭモータより低減させることができる。これにより、ＳＰＭモータを駆動するために用いられる汎用のインバータおよびこれを駆動する汎用の制御装置で駆動することができる。しかも、延出部の長さを適宜調整することにより、リラクタンストルクを適切に調整することができる。したがって、磁束漏れを防止しつつリラクタンストルクを適切に調整することができる。
【００１０】
前記回転子鉄心は、少なくとも１つの第１板状体と少なくとも１つの第２板状体とが積層されることにより構成されており、前記第１板状体は、前記永久磁石が挿通される開口部が前記回転子鉄心の周方向に複数設けられ、前記開口部は、当該開口部に前記永久磁石が２つ挿通されることにより構成される１つの磁極部を取り囲むように形成されており、前記第２板状体は、前記第１板状体の前記開口部に対応する位置に設けられた複数の磁石支持部を備え、前記磁石支持部は、前記永久磁石が挿通された際に、前記永久磁石より径方向外側に設けられる外周部と、前記永久磁石より径方向内側に設けられる前記中央部と、前記第１板状体の前記開口部の周方向中央領域に対応する位置に設けられ、前記外周部と前記中央部とを繋ぐ連結部とを備え、前記切り欠き部は、前記永久磁石が挿通された際に、前記開口部の周方向両端部に対応する位置において前記第２板状体の前記外周部と前記中央部とが離間するように形成され、前記延出部は、前記第２板状体に形成された隣接する前記磁石支持部の間に、前記中央部から前記回転子鉄心の径方向に延びるように形成されていてもよい。これによれば、１つの磁極部を取り囲むように開口部が形成された第１板状体により開口部内に挿通される永久磁石が飛散することを防止するとともに、切り欠き部および延出部が形成された第２板状体により磁束漏れを防止しつつリラクタンストルクを低減させることができる。したがって、第１板状体と第２板状体とを積層して回転子鉄心を形成することにより、高信頼性かつ低コストで汎用のインバータおよび制御装置等に適用可能なＩＰＭモータを容易に形成することができる。
【００１１】
前記延出部の先端は、前記外周部の回転円の内側に位置してもよい。これにより、リラクタンストルクを有効に低減させることができる。
【００１２】
前記回転子鉄心は、前記第１板状体と前記第２板状体とが１枚ずつまたは複数枚ごとに交互に積層されて形成されていてもよい。これにより、第２板状体の外周部と中央部とが連結部だけでなく第１板状体を介して連結されるため、回転子鉄心全体の強度を高めることができ、永久磁石（および外周部）の回転による飛散をより有効に防止することができる。
【００１３】
前記開口部は、前記永久磁石が挿通された際に、前記永久磁石の周方向両端部と前記開口部の内壁との間に間隙が設けられるように構成されていてもよい。永久磁石に回転子鉄心と開口部の内壁との間に間隙を設けることにより、フラックスバリア部を形成することができる。すなわち、当該間隙における磁気抵抗が大きくなるため、永久磁石からの外部への磁束漏れをより有効に防止することができる。
【００１４】
本発明の他の形態に係るモータは、上記構成のモータの回転子を有する。
【００１５】
上記構成によれば、磁束漏れを防止しつつリラクタンストルクを低減させることができる回転子を用いてモータを構成することにより、当該モータを従来のＳＰＭモータの代わりにサーボモータに適用する場合でも汎用のインバータおよび制御装置等を用いることができ、高信頼性および低コストを実現することができる。
【００１６】
本発明の上記目的、他の目的、特徴、及び利点は、添付図面参照の下、以下の好適な実施態様の詳細な説明から明らかにされる。
【発明の効果】
【００１７】
本発明は以上に説明したように構成され、磁束漏れを防止しつつリラクタンストルクを適切に調整することができるという効果を奏する。
【図面の簡単な説明】
【００１８】
【図１】図１は本発明の一実施形態に係るモータの回転子を備えたモータの平面構造例を示す断面図である。
【図２】図２は図１に示すモータの回転子を構成する第１板状体を示す平面図である。
【図３】図３は図２に示す第１板状体の部分拡大斜視図である。
【図４】図４は図１に示すモータの回転子を構成する第２板状体を示す平面図である。
【図５】図５は図４に示す第２板状体の部分拡大斜視図である。
【図６】図６は図１に示すモータにおける回転子鉄心をｑ軸方向から見た側面図である。
【図７】図７は本発明の実施例における回転子を用いたモータにおいて延出部の長さに応じたトルク定数の変化を一般的なＩＰＭモータおよびＳＰＭモータと比較して示すグラフである。
【図８】図８は本発明の実施例における回転子を用いたモータにおいて延出部の長さに応じた突極比（Ｌｑ／Ｌｄ）の変化を一般的なＩＰＭモータおよびＳＰＭモータと比較して示すグラフである。
【図９】図９は図８に示す本実施例のグラフにおいて延出割合が０．９８５であるときの突極比を基準とする各突極比の偏差を示すグラフである。
【図１０】図１０は一般的なＩＰＭモータにおける電流進角θに対するモータトルクＴの関係を示すグラフである。
【発明を実施するための形態】
【００１９】
以下、本発明の実施の形態を、図面を参照しながら説明する。なお、以下では全ての図を通じて同一または相当する要素には同一の参照符号を付して、その重複する説明を省略する。
【００２０】
図１は本発明の一実施形態に係るモータの回転子を備えたモータの平面構造例を示す断面図である。なお、図１は後述する第１板状体４１上に第２板状体４２が積層された積層体を第２板状体４２側から見た平面図である。図１に示すように、本実施形態におけるブラシレスモータ（以下、単にモータと称する）は、外枠（図示せず）の内壁面に取り付けられる筒状の固定子１と、固定子１の内側に固定子１に対して相対回転可能に保持される筒状の回転子２とを有している。回転子２の中心には回転軸となるシャフトを備えたシャフト構造体（図示せず）が取り付けられる孔３が設けられ、当該孔３にシャフト構造体が挿通された状態で回転子２とシャフト構造体とが固定される。
【００２１】
固定子１は、筒状に形成された筒状部１１ａと、筒状部１１ａの内壁面から径方向内側に延出した複数（本実施形態においては１２個）のティース部１１ｂとを有する固定子鉄心１１と、ティース部１１ｂのそれぞれに巻回されたコイル１２とを有している。また、回転子２は、筒状の回転子鉄心２１と、回転子鉄心２１の内部に回転子２の周方向（回転軸Ｃの周方向）に複数（本実施形態においては１０個）形成された空孔２３に埋め込み形成された永久磁石２２とを有している。空孔２３は、回転子鉄心２１の内部において回転軸Ｃ方向に貫通し、かつ、回転子鉄心２１の周方向に複数形成されている。なお、本実施形態において、１つの空孔２３に永久磁石２２が２つずつ埋め込まれている。各空孔２３内に２つの永久磁石２２が挿入されることにより、回転子２には、複数（１０個）の磁極部２２ａが形成される。なお、１０個の空孔２３は、回転子２の周方向に等間隔に形成されている。
【００２２】
なお、本実施形態において、１つの磁極部２２ａは、１つの空孔２３に２つの永久磁石２２が挿通されて構成されているが、本発明はこれに限られない。例えば、１つの空孔２３に１つの永久磁石２２が挿通されて１つの磁極部２２ａを構成してもよいし、２つの空孔２３に２つの永久磁石２２が挿通されて１つの磁極部２２ａを構成してもよいし、３つ以上の空孔２３に同数の永久磁石２２が挿通されて１つの磁極部２２ａを構成してもよい。
【００２３】
永久磁石２２は、板状に形成されている。なお、永久磁石２２の角部は面取りまたは丸められていてもよい。これにより、永久磁石２２の製造時の割れ、欠けを防ぐことができる。また、永久磁石２２は、例えばネオジムなどの希土類元素を用いて形成された希土類磁石が用いられる。希土類元素を用いて形成された高磁力の永久磁石２２を使用することにより、回転子２を小型化しつつ高出力化することができる。
【００２４】
本実施形態においては、１０個の空孔２３にそれぞれ回転軸Ｃを挟んで対向する永久磁石２２がその対向する面同士が同じ極性となる（互いに対向する永久磁石２２は、固定子１に対して何れも同じ極性を向けて配置される）ように挿入される。すなわち、同じ１つの空孔２３に埋め込まれる２つの永久磁石２２は外周面側の極性が互いに同じ向きとなっている。なお、回転子鉄心２１と永久磁石２２とは好適な接着剤により固定されてもよい。
【００２５】
このように構成されたモータにおいては、固定子１のコイル１２に流す電流の方向を変化させることにより、シャフトの中心軸を回転軸Ｃとしてシャフトおよび回転子２が固定子１に対して回転軸Ｃ回りに回転する。
【００２６】
ここで、回転子鉄心２１は、回転子鉄心２１の周方向に隣り合う磁極部２２ａ間において、永久磁石２２の周方向端部の一部が露出するように切り欠かれた切り欠き部２４と、切り欠き部２４が形成された箇所に形成され、回転子鉄心２１の中央部２１１から径方向外方に延びる延出部２５とを備えている。
【００２７】
回転子には、磁極部（１つの磁極を構成する永久磁石）の中心軸であるｄ軸方向にｄ軸電流Ｉｄが流れることにより、鎖交磁束φｄが生じ、２つの磁極部間の中心を通る軸であるｑ軸方向にｑ軸電流Ｉｑが流れることにより、鎖交磁束φｑが生じる。ＳＰＭモータにおいては、ｑ軸とｄ軸との区別が存在しないため、どの軸方向においても鎖交磁束は一定となるが、ＩＰＭモータにおいては、一般的に、ｑ軸電流Ｉｑによる鎖交磁束φｑは、ｄ軸電流Ｉｄによる鎖交磁束φｄより大きくなる。これは、ｄ軸電流Ｉｄによる鎖交磁束φｄは、透磁率の低い永久磁石を通るので、回転子鉄心部分のみを通る、ｑ軸電流Ｉｑによる鎖交磁束φｑより小さくなる。このため、ｄ軸の磁気抵抗（ｄ軸インダクタンスＬｄ）よりｑ軸の磁気抵抗（ｑ軸インダクタンスＬｑ）は、大きくなる。すなわち、突極比ρ＝Ｌｑ／Ｌｄ＞１となる（ＳＰＭモータではρ＝１）。
【００２８】
本実施形態の回転子２によれば、永久磁石２２によって形成される回転子鉄心２１の磁極部２２ａ間において、永久磁石２２の周方向端部の一部が露出するように切り欠かれている。このため、磁極部２２ａ間の回転子鉄心部分（ブリッジ部）を通じて磁束が漏れることを防止することができる。しかも、切り欠き部２４が形成された箇所において、回転子鉄心２１の中央部２１１から径方向外方に延びる延出部２５が形成されている。これにより、ｑ軸（磁極部２２ａ間の軸）の透磁率をｄ軸（磁極部２２ａの中心軸）の透磁率に対して調整することによってリラクタンストルクをリラクタンストルクを従来の一般的なＩＰＭモータより低減させることができる。したがって、上記構成を備えた回転子鉄心２１を用いてモータを構成することにより、当該モータを従来のＳＰＭモータの代わりにサーボモータに適用する場合でも汎用のインバータおよび制御装置等を用いることができ、高信頼性および低コストを実現することができる。
【００２９】
さらに、延出部２５の長さを適宜調整することにより、当該リラクタンストルクを適切に調整することができる。したがって、磁束漏れを防止しつつリラクタンストルクを適切に調整することができる。
【００３０】
本実施形態において、回転子鉄心２１は、複数の板状体（後述する第１板状体および第２板状体）を互いに貼り合わせることによって形成されている。図２は図１に示すモータの回転子を構成する第１板状体を示す平面図であり、図３は図２に示す第１板状体の部分拡大斜視図である。また、図４は図１に示すモータの回転子を構成する第２板状体を示す平面図であり、図５は図４に示す第２板状体の部分拡大斜視図である。
【００３１】
回転子鉄心２１は、図２および図４に示すような少なくとも１つの第１板状体４１と少なくとも１つの第２板状体４２とが積層されることにより構成されている。
【００３２】
まず、第１板状体４１について説明する。図２および図３に示すように、第１板状体４１には、永久磁石２２が挿通される開口部２３ａが回転子鉄心２１の周方向に複数（１０個）設けられている。開口部２３ａは、当該開口部２３ａに永久磁石２２が２つ挿通されることにより構成される１つの磁極部２２ａを取り囲むように形成されている。具体的には、第１板状体４１は、永久磁石２２より径方向外側に位置する外周部４１１と、永久磁石２２より径方向内方に位置する中央部４１２と、複数の磁極部２２ａ間（開口部２３ａ間）に位置し、外周部４１１と中央部４１２とを繋ぐブリッジ部４１３とを有している。開口部２３ａは、外周部４１１、中央部４１２およびブリッジ部４１３により形成されており、永久磁石２２を磁極部２２ａごとに取り囲んでいる。
【００３３】
このように、第１板状体４１においては、１つの磁極部２２ａを取り囲むように開口部２３ａが形成されているため、開口部２３ａ内に挿通される永久磁石２２が回転によって飛散することが防止される。
【００３４】
本実施形態において、開口部２３ａは、永久磁石２２が挿通された際に、磁極部２２ａの周方向両端部と開口部２３ａの内壁との間に間隙２３ｂが設けられるように構成されていてもよい。すなわち、ブリッジ部４１３は、永久磁石２２から離間して設けられている。
【００３５】
２つの永久磁石２２で構成される磁極部２２ａと回転子鉄心２１の開口部２３ａの内壁との間に間隙２３ｂを設けることにより、フラックスバリア部を形成することができる。すなわち、当該間隙２３ｂにおける磁気抵抗が大きくなるため、永久磁石２２からの外部への磁束漏れをより有効に防止することができる。
【００３６】
次に、第２板状体４２について説明する。図４および図５に示すように、第２板状体４２は、第１板状体４１の開口部２３ａに対応する位置に設けられた複数の磁石支持部４２０を備えている。具体的には、磁石支持部４２０は、永久磁石２２が挿通された際に、永久磁石２２より径方向外側に設けられる外周部４２１と、永久磁石２２より径方向内側に設けられる中央部４２２と、第１板状体４１の開口部２３ａの周方向中央領域に対応する位置に設けられ、外周部４２１と中央部４２２とを繋ぐ連結部４２３とを備えている。
【００３７】
切り欠き部２４は、永久磁石２２が挿通された際に、開口部２３ａ（第１板状体４１）の周方向両端部に対応する位置において第２板状体４２の外周部４２１と中央部４２２とが離間するように形成されている。すなわち、第２板状体４２は、各磁極部２２ａの周方向両端部が外部に露出するよう構成されている。また、各磁極部２２ａを構成する永久磁石２２は、各磁極部２２ａの周方向中央部で外周部４２１と中央部４２２とが連結部４２３によって接続されるように２分割（２つの永久磁石２２により１つの磁極部２２ａが構成）されている。連結部４２３は、ｄ軸方向に延びている。
【００３８】
さらに、延出部２５は、第２板状体４２に形成された隣接する磁石支持部４２０の間に、中央部４２２から回転子鉄心２１の径方向に延びるように形成されていてもよい。すなわち、延出部２５は、ｑ軸方向に延びている。
【００３９】
このような第１板状体４１と第２板状体４２とを積層することにより、中央部２１１が第１板状体４１の中央部４１２と第２板状体４２の中央部４２２とが積層された構造として構成され、当該中央部２１１から第２板状体４２の延出部２５が径方向外方に延びているような回転子鉄心２１が形成される。
【００４０】
このように、第２板状体４２の上記構成により、磁束漏れを防止しつつリラクタンストルクを最適に調整することができる切り欠き部２４および延出部２５が形成される。したがって、第１板状体４１と第２板状体４２とを積層して回転子鉄心２１を形成することにより、高信頼性かつ低コストで汎用のインバータおよび制御装置等に適用可能なＩＰＭモータを容易に形成することができる。
【００４１】
延出部２５は、その先端が、外周部４２１の回転円の内側に位置している。これにより、リラクタンストルクを有効に低減させることができる。
【００４２】
なお、本実施形態において、延出部２５は、基端部２５ｂの周方向幅が先端部の周方向幅に比べて大きくなっている。この延出部２５の基端部２５ｂは、永久磁石２２の周方向に関する位置決め部として機能する。すなわち、延出部２５の基端部２５ｂと連結部４２３との間に永久磁石２２の周方向の移動が規制される。なお、延出部２５は、リラクタンストルクを低減させることが可能な限り、本実施形態の形状に限られない。
【００４３】
本実施形態において、回転子鉄心２１は、上述した第１板状体４１と第２板状体４２とが１枚ずつ交互に積層されて形成されている。図６は図１に示すモータにおける回転子鉄心をｑ軸方向から見た側面図である。図６に示すように、第２板状体４２の延出部２５が第１板状体４１のブリッジ部４１３に上下から挟まれた状態となる。これにより、第２板状体４２の外周部４２１と中央部４２２とが連結部４２３だけでなく第１板状体４１を介して連結されるため、回転子鉄心２１全体の強度を高めることができ、永久磁石２２（および外周部４２１）の回転による飛散をより有効に防止することができる。
【００４４】
なお、第１板状体４１と第２板状体４２とを、複数枚ごとに交互に積層して回転子鉄心２１を形成してもよい。また、第１板状体４１の積層枚数と第２板状体４２の積層枚数とを変えてもよい。さらに、１または複数の第２板状体４２を積層した構造体の上下に少なくとも１枚の第２板状体４２を貼り合わせる構成としてもよい。
【実施例１】
【００４５】
以下に、上記実施形態で説明した回転子において延出部２５の長さを変化させた場合のトルク定数および突極比の解析結果を従来の一般的なＩＰＭモータおよびＳＰＭモータと比較しつつ示す。以下の実施例においては、延出部２５の長さの指標として、回転子２の外径（回転円の半径）に対する延出部２５の長さ（回転軸Ｃと延出部２５の先端との間の距離）の比（以下、延出割合と称する）を用いている。具体的には、延出割合を０．８８８から０．９８５までの５つの長さにおけるトルク定数などの値をプロットしてグラフ化した。なお、延出割合が０．８８８のとき、延出部２５は図４における基端部２５ｂのみの長さとなっている。
【００４６】
図７は本発明の実施例における回転子を用いたモータにおいて延出部の長さに応じたトルク定数の変化を一般的なＩＰＭモータおよびＳＰＭモータと比較して示すグラフである。図７に示すように、延出部２５をいずれの長さにした場合でも従来の一般的なＳＰＭモータには及ばないものの従来の一般的なＩＰＭモータに比べて高いトルク定数が得られることが分かった。したがって、延出部２５を設けても切り欠き部２４によって磁極部２２ａ間の回転子鉄心部分（ブリッジ部）を通じて磁束が漏れることを従来の一般的なＩＰＭモータに比べて防止できていることが示された。
【００４７】
図８は本発明の実施例における回転子を用いたモータにおいて延出部の長さに応じた突極比（Ｌｑ／Ｌｄ）の変化を一般的なＩＰＭモータおよびＳＰＭモータと比較して示すグラフである。また、図９は図８に示す本実施例のグラフにおいて延出割合が０．９８５であるときの突極比を基準とする各突極比の偏差を示すグラフである。
【００４８】
前述したように、一般的なＳＰＭモータに対してＩＰＭモータはｑ軸磁束の増加によりｑ軸インダクタンスＬｑが増加する。したがって、図８にも示されるように、従来の一般的なＩＰＭモータは、一般的なＳＰＭモータに比べて突極比ρ＝Ｌｑ／Ｌｄが増加する。これに加えて、本実施例の構成においては、切り欠き部２４が設けられていることによりｑ軸磁束が減少するため、延出部２５をいずれの長さにした場合でも従来の一般的なＩＰＭモータに比べて突極比ρが低下していることが分かる。しかも、図８および図９に示すように延出部２５の長さの変化に応じて突極比ρが変化していることが分かる。図９によれば、本実施例における突極比ρの変化幅は４％程度となった。このように、本実施例に拠れば、延出部２５の長さを適宜調整することにより、当該リラクタンストルクを適切に調整できることが示された。
【００４９】
以上、本発明の実施形態について説明したが、本発明は上記実施形態に限定されるものではなく、その趣旨を逸脱しない範囲内で種々の改良、変更、修正が可能である。例えば、上記実施形態においては１０個の磁極部２２ａを有する構成について説明したが、本発明は上記で説明した構造を有する限り１０個以上の磁極部２２ａを有する構成であってもよいし、１０個より少ない磁極部２２ａを有する構成であってもよい。
【００５０】
上記説明から、当業者にとっては、本発明の多くの改良や他の実施形態が明らかである。従って、上記説明は、例示としてのみ解釈されるべきであり、本発明を実行する最良の態様を当業者に教示する目的で提供されたものである。本発明の精神を逸脱することなく、その構造及び／又は機能の詳細を実質的に変更できる。
【産業上の利用可能性】
【００５１】
本発明のモータの回転子およびそれを備えたモータは、磁束漏れを防止しつつリラクタンストルクを適切に調整するために有用である。
【符号の説明】
【００５２】
１  固定子
２  回転子
３  孔
１１  固定子鉄心
１１ａ  筒状部
１１ｂ  ティース部
１２  コイル
２１  回転子鉄心
２２  永久磁石
２２ａ  磁極部
２３  空孔
２３ａ  開口部
２３ｂ  間隙
２４  切り欠き部
２５  延出部
２５ｂ  基端部
４１  第１板状体
４２  第２板状体
２１１  回転子鉄心の中央部
４１１  第１板状体の外周部
４１２  第１板状体の中央部
４１３  ブリッジ部
４２０  磁石支持部
４２１  第２板状体の外周部
４２２  第２板状体の中央部
４２３  連結部
Ｃ  回転軸
【手続補正２】
【補正対象書類名】特許請求の範囲
【補正対象項目名】全文
【補正方法】変更
【補正の内容】
【特許請求の範囲】
【請求項１】
回転子鉄心の内部において回転軸方向に貫通し、かつ、前記回転子鉄心の周方向に複数形成された空孔と、前記複数の空孔内にそれぞれ少なくとも１つ挿入された永久磁石とを備え、前記少なくとも１つの永久磁石ごとに構成される複数の磁極部を有するモータの回転子であって、
前記回転子鉄心は、前記回転子鉄心の周方向に隣り合い、かつ、互いに極性の異なる磁極部間において、前記永久磁石の周方向端部の一部が露出するように切り欠かれた切り欠き部と、前記切り欠き部が形成された箇所に形成され、前記回転子鉄心の中央部から径方向外方に延びる延出部とを備えている、モータの回転子。
【請求項２】
前記回転子鉄心は、少なくとも１つの第１板状体と少なくとも１つの第２板状体とが積層されることにより構成されており、
前記第１板状体は、前記永久磁石が挿通される開口部が前記回転子鉄心の周方向に複数設けられ、前記開口部は、当該開口部に前記永久磁石が２つ挿通されることにより構成される１つの磁極部を取り囲むように形成されており、
前記第２板状体は、前記第１板状体の前記開口部に対応する位置に設けられた複数の磁石支持部を備え、前記磁石支持部は、前記永久磁石が挿通された際に、前記永久磁石より径方向外側に設けられる外周部と、前記永久磁石より径方向内側に設けられる前記中央部と、前記第１板状体の前記開口部の周方向中央領域に対応する位置に設けられ、前記外周部と前記中央部とを繋ぐ連結部とを備え、
前記切り欠き部は、前記永久磁石が挿通された際に、前記開口部の周方向両端部に対応する位置において前記第２板状体の前記外周部と前記中央部とが離間するように形成され、
前記延出部は、前記第２板状体に形成された隣接する前記磁石支持部の間に、前記中央部から前記回転子鉄心の径方向に延びるように形成されている、請求項１に記載のモータの回転子。
【請求項３】
前記延出部の先端は、前記外周部の回転円の内側に位置する、請求項１に記載のモータの回転子。
【請求項４】
前記回転子鉄心は、前記第１板状体と前記第２板状体とが１枚ずつまたは複数枚ごとに交互に積層されて形成されている、請求項２に記載のモータの回転子。
【請求項５】
前記開口部は、前記永久磁石が挿通された際に、前記永久磁石の周方向両端部と前記開口部の内壁との間に間隙が設けられるように構成されている、請求項２に記載のモータの回転子。
【請求項６】
請求項１〜５に記載のモータの回転子を有する、モータ。
【手続補正３】
【補正対象書類名】図面
【補正対象項目名】全図
【補正方法】変更
【補正の内容】
【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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【図９】
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【図１０】
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【国際調査報告】
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2013065275.tif 000024
2013065275.tif 000025
2013065275.tif 000026
2013065275.tif 000027
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