(57)【要約】【課題】  埋め込み磁石型モータにおいて、ロータを長大化することなく有効磁束の低減を抑えて、コギングトルクおよびトルク脈動を低減する。【解決手段】  ロータ内部に永久磁石を配した磁性体からなるロータコアシートを積層した複数のロータコアブロックを、各々が回転方向に角度を持って軸方向に積層した構成で、その間に磁性体からなり複数の穴を有し、外周と穴とのすきまで構成された細いブリッジ部を１段目のロータコアブロックから２段目のロータコアブロックに向けて段階的にずらした形状である間ロータコアシートを積層する。【選択図】  図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
ロータ内部に永久磁石を配した磁性体からなるロータコアシートを積層した複数のロータコアブロックを、各々が回転方向に角度を持って軸方向に積層した構成で、その間に磁性体からなり複数の穴を有し、外周と穴とのすきまで構成された細いブリッジ部を１段目のロータコアブロックから２段目のロータコアブロックに向けて段階的にずらした形状である間ロータコアシートを積層した構成からなる埋込み磁石型ロータ。
【請求項２】
永久磁石の磁極中央部に、軸中心と一致した円弧を最大外径とし、磁極間近傍は最大外径よりも小さい形状であるロータコアシートを積層したロータコアブロックと間ロータコアシートとしたことを特徴とする請求項１記載の埋込み磁石型ロータ。
【請求項３】
永久磁石の磁極中央部に、軸中心と一致した円弧を最大外径とし、磁極間近傍は軸中心と一致した円弧を最小外径とし、最小外径と最大外径とを曲線でつなげた外形となるロータコアシートを積層したロータコアブロックと間ロータコアシートとしたことを特徴とする請求項１記載の埋込み磁石型ロータ。
【請求項４】
ロータ内部に永久磁石を配した外径が円形からなるロータコアブロック１と、ロータ内部に永久磁石を配した磁極中央部が軸中心と一致した円弧を最大外径とし、磁極間近傍は最大外径よりも小さい形状からなるロータコアシートを積層したロータコアブロック２を回転方向に角度を持って軸方向に積層した構成を特徴とする請求項１記載の埋込み磁石型ロータ。
【請求項５】
永久磁石の磁極中央部に、軸中心と一致した円弧を最大外径の範囲が電気角で５４°から６６°、最大外径と最小外径との差がエアギャップの７５％以上であるロータコアシートを積層したロータコアブロックと間ロータコアシートとしたことを特徴とする請求項２記載の埋込み磁石型ロータ。
【請求項６】
永久磁石の磁極中央部に、軸中心と一致した円弧を最大外径の範囲が電気角で５４°から６６°、磁極間近傍は軸中心と一致した円弧を最小外径の範囲が電気角で１５°から２０°とし、最大外径と最小外径との差がエアギャップの７５％以上としたことを特徴とする請求項３記載の埋込み磁石型ロータ。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、小型高効率で低振動低騒音性が要求される、コンプレッサ用、電気自動車、ハイブリッド自動車、燃料電池自動車等に用いられる永久磁石型モータに関する。
【背景技術】
【０００２】
従来の埋め込み磁石型モータは、磁石によるマグネットトルクに加え、ロータ内部に永久磁石を配することで磁気突極性を持たせたリラクタンストルクを利用しており、小型、高トルク、高効率といった特徴を有する。しかし、マグネットトルクとリラクタンストルクを用いるため、トルク脈動が大きくなる傾向にある。（例えば、特許文献１参照）
トルク脈動の低減策として、複数のロータコアブロックを軸方向に角度を持たせて積層することで、疑似スキューの効果をねらったものがある。
【０００３】
また、複数のロータコアブロックを軸方向に角度を持たせて積層し、ロータコアブロックの間に非磁性体からなる薄板をはさみ込んでロータブロック間の洩れ磁束を低減し、鎖交磁束の低下なく、小型高トルクの特徴を有するモータがある。
【特許文献１】特開平１１−１２２８５２号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
解決しようとする課題点は、埋め込み磁石型モータにおいて、ロータを長大化することなく有効磁束の低減を抑えて、コギングトルクおよびトルク脈動を低減することが困難な点である。
【課題を解決するための手段】
【０００５】
上記課題を解決するために、請求項１に係る発明は、ロータ内部に永久磁石を配した磁性体からなるロータコアシートを積層した複数のロータコアブロックを、各々が回転方向に角度を持って軸方向に積層した構成で、その間に磁性体からなり複数の穴を有し、外周と穴とのすきまで構成された細いブリッジ部を１段目のロータコアブロックから２段目のロータコアブロックに向けて段階的にずらした形状である間ロータコアシートを積層した構成からなることを主な特徴とするものである。
【０００６】
請求項２に係る発明は、請求項１記載の埋め込み磁石型ロータにおいて、永久磁石の磁極中央部に、軸中心と一致した円弧を最大外径とし、磁極間は最大外径よりも小さい形状であるロータコアシートを積層したロータコアブロックと間ロータコアシートとしたことを特徴とするものである。
【０００７】
請求項３に係る発明は、請求項１記載の埋め込み磁石型ロータにおいて、永久磁石の磁極中央部に、軸中心と一致した円弧を最大外径とし、磁極間近傍は軸中心と一致した円弧を最小外径とし、最小外径と最大外径とを曲線でつなげた外形となるロータコアシートを積層したロータコアブロックと間ロータコアシートとしたことを特徴とするものである。
【０００８】
請求項４に係る発明は、請求項１記載の埋め込み磁石型ロータにおいて、ロータ内部に永久磁石を配した外径が円形からなるロータコアブロック１と、ロータ内部に永久磁石を配した磁極中央部が軸中心と一致した円弧を最大外径とし、磁極間は最大外径よりも小さい形状からなるロータコアブロック２を回転方向に角度を持って軸方向に積層した構成を特徴とするものである。
【０００９】
請求項５に係る発明は、請求項２記載の埋込み磁石型ロータにおいて、永久磁石の磁極中央部に、軸中心と一致した円弧を最大外径の範囲が電気角で５４°から６６°、最大外径と最小外径との差がエアギャップの７５％以上であるロータコアシートを積層したロータコアブロックと間ロータコアシートとしたことを特徴とするものである。
【００１０】
請求項６に係る発明は、請求項３記載の埋込み磁石型ロータにおいて、永久磁石の磁極中央部に、軸中心と一致した円弧を最大外径の範囲が電気角で５４°から６６°、磁極間近傍は軸中心と一致した円弧を最小外径の範囲が電気角で１５°から２０°とし、最大外径と最小外径との差がエアギャップの７５％以上としたことを特徴とするものである。
【発明の効果】
【００１１】
本発明の埋め込み磁石型ロータは、上記構成を有し、ロータコアブロックが回転方向に角度を持って軸方向に積層した構成で疑似スキューの効果によりトルク脈動を低減する。また、ロータコアブロック間には磁性体からなるロータコアシートを複数積層し、そのロータコアシートは、外周部の肉厚の細いブリッジ部を１段目のロータコアブロックから２段目のロータコアブロックに向けて段階的にずらした形状とした構成であり、軸方向洩れ磁束を低減するとともに、ロータコアブロック間の間ロータコアを磁路としても活用しトルクに寄与することができ、簡易な構成で小型、高トルク、高効率な埋め込み磁石型モータを提供することができる。また、永久磁石の磁極中央部に、軸中心と一致した円弧を最大外径とし、磁極間は最大外径よりも小さいことにより、ステータとのエアギャップを不等ギャップとしたことで、エアギャップの磁束密度分布を正弦波状とすることができ、誘起電圧波形も正弦波状になり、正弦波状の電流でモータ駆動することで、トルク脈動がを低減することができる。また、ロータコア外形の磁極間近傍は軸中心と一致した円弧とすることで、ロータコアを回転方向に角度を変えて積層する際、磁性体からなるロータコアシート外周部の磁石穴とで構成されたブリッジ部での重なりを少なくすることができ、洩れ磁束を低減でき高トルクである。また、外径が円形からなるロータコアブロック１と、ロータ内部に永久磁石を配した磁極中央部が軸中心と一致した円弧を最大外径とし、磁極間は最大外径よりも小さい形状からなるロータコアブロック２とで構成することにより、平均トルクとトルク脈動とをバランスよく設計することが可能であり、要求仕様に応じたモータを提供することが容易にできるという効果を有する。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１２】
以下に、本発明の実施の形態を説明する。
ロータ内部に永久磁石を配した磁性体からなるロータコアシートを積層した複数のロータコアブロックを、各々のロータコアブロックが回転方向に角度を持って軸方向に積層した構成で、その間に外周部の肉厚の細いブリッジ部を１段目のロータコアブロックから２段目のロータコアブロックに向けて段階的にずらした形状である磁性体からなる間ロータコアシートを積層した構成とし、ロータコアブロックが回転方向に角度を持って軸方向に積層した構成で疑似スキューの効果によりトルク脈動を低減し、ロータコアブロック間には、磁性体からなるロータコアシートを用いて、軸方向の洩れ磁束を低減しているので、ロータコアブロック間の間ロータコアを磁路としても活用しトルクに寄与することができ、簡易な構成で小型、高トルク、高効率な埋め込み磁石型モータを提供することができる。
【実施例１】
【００１３】
本願の第１の実施例を図１を用いて説明する。１、２は磁性体からなるロータコアシートを積層したロータコアブロックであり、各々のロータコアブロックは積層方向に同じ形状であり、複数の穴に永久磁石４を配している。ロータコアブロック１とロータコアブロック２は回転方向に１０Ａで示した角度を持って軸方向に積層しており、その間に磁性体からなる複数のコアシートを積層した間コア３を配する。図２はロータコアブロック１の平面図である。磁石４を挿入する穴５の角部はロータコアシート１の外周と細いブリッジ部Ｂを構成する。ブリッジ部Ｂはロータコアシートの強度を確保しつつ細い寸法としている。
ブリッジ部Ｂは磁気飽和により隣り合う磁極間の磁束の洩れを抑制している。
図３はロータコアブロック２の平面図であり、同様に肉厚の細いブリッジ部Ｂの磁気飽和により隣り合う磁極間の磁束の洩れを抑制している。ブリッジ部Ｂは磁気飽和により洩れ磁束を抑制していることで、隣接する磁極間の境を構成している。
図１に示すように、本実施例は、磁極間を構成する肉厚の細いブリッジ部がロータコアブロック１、２で、回転方向にずらして積層する構成であり、疑似スキューの効果によりトルク脈動が低減される。
【００１４】
ロータコアブロックの疑似スキュー角は、各々のロータコアブロックのトルク波形から脈動を打ち消す位相角に設定される。一般に永久磁石型３相モータのトルク脈動は、電気角で６０°周期となり、その半周期の電気角３０°ずらして重ねあわせることが有効である。本実施例は６極であり、電気角３０°は機械角１０°に相当するが、モータの駆動電流位相により最適な角度が機械角１０°に限らないため、磁界解析、実験により最適な角度とすることが良い。
【００１５】
このように大きな角度をずらしてロータコアブロックを積層すると、ロータコアブロック間で軸方向の洩れ磁束が発生するおそれがある。軸方向磁束洩れについて図４を用いて説明する。
【００１６】
図４は、ロータコアブロック１とロータコアブロック２とを重ねて描いた図であり、ロータコアブロック１を実線、ロータコアブロック２を波線で示す。ロータコアブロック２のロータコアシートにハッチングをしている。ロータコアは、肉厚の細いブリッジ間に磁極が構成される。ロータコアブロック１の磁極をＮ１、Ｓ１で示す。同様にロータコアブロック２の磁極をＮ２、Ｓ２で示す。ここで、Ｃで示したＮ１に対してＮ２の回転方向のずれ部分は、本実施例では、機械角で７．５°から１２．５°、とりわけ１０°が好ましい。Ｃの部分が大きいためロータコアブロック１と２との境ではＮ２とＳ１とが重なり磁性体であるロータコアブロックを通じて軸方向の磁束洩れが生じることになり、このままロータコアブロックを直接積層すると軸方向磁束の洩れにより有効磁束が低減しトルクも低減することになる。
ロータコアブロック間の磁束洩れを低減するためには、間を空隙とするか非磁性材を用いることが必要となる。しかし、ロータコアは、その外周に同心状のエアギャップを介したステータコアとでモータを構成する。ステータコアと対向したロータの中央部に空隙または、非磁性材を配することは、磁路を有効活用していないことになり、モータの小型化という点で好ましくない。
【００１７】
そこで、ロータコアブロックを回転方向にずらして積層して、ロータ軸方向の磁束洩れを低減して、かつ有効な磁路を確保するためにロータコアブロック間に磁性体からなる間コアを配することが有効である。その構成について、図５を用いて説明する。
図５は、ロータコアブロック１と２との角度が小さい場合であり、Ｄで示したＮ１に対してＮ２の回転方向ずれ部分が小さく、図４にみられたＮ極とＳ極との重なりがなく軸方向の磁束の洩れが生じない。
ロータコアブロック間に、図５に示した回転方向の角度を小さくした間コアシートを用いることで軸方向洩れ磁束を低減できる。
即ち、ロータ内部に永久磁石を配した磁性体からなるロータコアシートを積層した複数のロータコアブロックを、各々のロータコアブロックが回転方向に角度を持って軸方向に積層した構成で、その間に外周部の肉厚の細いブリッジ部を１段目がロータコアブロックから、２段目のロータコアブロックに向けて段階的にずらした形状である磁性体からなる間ロータコアシートを積層した構成とすることで、ロータコアブロック間の軸方向磁束洩れ抑制でき、また、磁性体のコアであるので磁路としても有効でありロータを長大化することなく小型で高トルク高効率な磁石型同期モータを提供することができる。
【実施例２】
【００１８】
本願の第２の実施例を図６を用いて説明する。
第１の実施例でのロータコアブロック、間コアの外径が、図２、図３に示したように円形であっても効果があるが、本実施例では、図６に示すように、ロータコアの外周形状が円形ではなく、永久磁石の磁極中央部に、軸中心と一致した円弧を最大外径とし、磁極間近傍は最大外径よりも小さい形状であるロータコアシートを積層したロータコアブロックと間ロータコアシートとしている。図６でＲ１で示した箇所が、永久磁石の磁極中央部にて軸中心と一致した円弧を最大外径としている。磁極間は最大径よりも小さい形状であり、ステータ内径が円形の場合エアギャップが不等ギャップとなる。磁極間部のエアギャップが広いことで、磁極の切り替わりが滑らかになり、エアギャップの磁束密度分布を正弦波状とすることができるので、誘起電圧波形も正弦波状になる。正弦波状の電流でモータ駆動することで、トルク脈動を低減することができる。実験ではＲ１が電気角で５４°から６６°、最大外径と最小外径との差がエアギャップの７５％以上で好ましい結果が得られた。
【００１９】
このように、ロータ内部に永久磁石を配した磁性体からなる永久磁石の磁極中央部に、軸中心と一致した円弧を最大外径とし、磁極間近傍は最大外径よりも小さい形状であるロータコアシートを積層した複数のロータコアブロックを、各々のロータコアブロックが回転方向に角度を持って軸方向に積層した構成で、その間に外周部の肉厚の細いブリッジ部を１段目がロータコアブロックから、２段目のロータコアブロックに向けて段階的にずらした形状である磁性体からなる間ロータコアシートを積層した構成により、トルク脈動の小さい低振動低騒音なで高トルク高効率な磁石型同期モータを提供することができる。
【実施例３】
【００２０】
本願の第３の実施例を図７を用いて説明する。
第１の実施例でのロータコアブロック、間コアの外径が、図６に示したように円形であっても効果があるが、本実施例では、図７に示すように、ロータコアの外周形状が円形ではなく、永久磁石の磁極中央部に、軸中心と一致した円弧を最大外径とし、磁極間近傍は軸中心と一致した円弧を最小外径とし、最小外形と最大外径とを曲線でつなげた外形となるロータコアシートを積層したロータコアブロックと間ロータコアシートとしたこととしている。図７にＲ１で示した箇所が、永久磁石の磁極中央部にで軸中心と一致した円弧を最大外径としている。Ｒ２で示した箇所が、磁極間近傍で軸中心と一致した円弧を最小外径としている箇所を示す。
【００２１】
実施例２と同様に磁極間近傍は最大径よりも小さい形状であり、ステータ内径が円形の場合エアギャップが不等ギャップとなる。磁極間近傍部のエアギャップが広いことで、磁極の切り替わりが滑らかになり、エアギャップの磁束密度分布を正弦波状とすることができるので、誘起電圧波形も正弦波状になる。正弦波状の電流でモータ駆動することで、トルク脈動を低減することができる。
実験ではＲ１が電気角で５４°から６６°、Ｒ２は回転方向にずらしてもブリッジ部の細さに変化のない１５°から２０°とし、最大外径と最小外径との差がエアギャップの７５％以上で好ましい結果が得られた。
このように、磁極間近傍の形状を軸中心と一致した円弧を最小外径としているので、回転方向にずらして積層したロータコアブロックの磁石３４を挿入する穴３５とロータコアシート３１Ａの肉厚の細いブリッジ部が一定の細い寸法を保つこととなり、間コアを含むロータコアブロックでも軸方向の洩れ磁束を低減することにさらに有効である。
よって、トルク脈動の小さい低振動低騒音なで高トルク高効率な磁石型同期モータを提供することができる。
【実施例４】
【００２２】
本願の第４の実施例を図３、図７を用いて説明する。
第１の実施例でのロータコアブロック１を図７に示したロータコアの外周形状が円形ではなく、永久磁石の磁極中央部に、軸中心と一致した円弧を最大外径とし、磁極間近傍は軸中心と一致した円弧を最小外径とし、最大外径とを曲線としたロータコアシートを積層し、ロータコアブロック２を図３に示した外径が円形であるロータコアシートを積層し、ロータコアブロックの間コアは、外径が円形である外周部の肉厚の細いブリッジ部を１段目がロータコアブロックから、２段目のロータコアブロックに向けて段階的にずらした形状である。
【００２３】
間コアの外径を円形としたが、ロータコアブロック１から２にかけてロータ外径を段階的に変化させることが好ましい。また、間コアの外形が、図７に示した永久磁石の磁極中央部に、軸中心と一致した円弧を最大外径とし、磁極間近傍は軸中心と一致した円弧を最小外径とし、最大外径とを曲線とした形状であっても良い。
外形が永久磁石の磁極中央部に、軸中心と一致した円弧を最大外径とし、磁極間近傍は軸中心と一致した円弧を最小外径とし最大外径とを曲線としたロータコアブロック１は、
正弦波状となるのでトルク脈動が小さい。
外形が円形のロータコアブロック２は、ロータコアブロック１と比較してトルク脈動が大きいが、平均トルクが大きい。
このように、形状がことなり、トルクと特性の異なるロータコアブロックを用いる構成により、要求仕様に合わせて、小型高効率で低振動低騒音なロータを容易に実現することができる。
【００２４】
また、ロータコアブロックの積層は、２段に限ることなく、３段以上でも良い。ロータコアブロックは永久磁石を有するがロータコアブロック全長に磁石を有する限りではなく、永久磁石がロータコアブロックよりも短くても良い。ロータコアブロックの間コアは磁石を有しないので、マグネットトルクよりもリラクタンストルク主体となり、磁石を有するロータコアブロックと磁石を有しない間コアとの積厚の割合を変えることで、要求仕様に応じたトルク特性を実現することができる。
間コアのブリッジ部は、磁石が無い分強度に余裕ができ、その分細くすることで、軸方向洩れ磁束を低減することはさらに効果的である。
【産業上の利用可能性】
【００２５】
本発明は、簡単な構成でトルク脈動を低減した小型高出力高効率な埋め込み磁石型モータを実現できるため、コンプレッサ、電気自動車、ハイブリッド自動車、燃料電池自動車用等の同期型モータとして有用である。
【図面の簡単な説明】
【００２６】
【図１】本発明の第１の実施例を示す斜視図
【図２】本発明の第１の実施例を示すロータコアブロック１の平面図
【図３】本発明の第１の実施例を示すロータコアブロック２の平面図
【図４】本発明の第１の実施例の説明図
【図５】本発明の第１の実施例の説明図
【図６】本発明の第２の実施例を示す断面図
【図７】本発明の第３の実施例を示す断面図
【図８】従来例を示す斜視図
【符号の説明】
【００２７】
１  ロータコアブロック（１）
１Ａ  ロータコアシート（１）
２  ロータコアブロック（２）
２Ａ  ロータコアシート（２）
３  間コア
４  永久磁石
５  永久磁石挿入穴
１０Ａ  ロータコアブロック１とロータコアブロック２の回転方向で示した角度
【図１】
2006211826.tif 000003
【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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