(57)【要約】【課題】この発明は、電動機のトルクリップルを低減し、この電動機を車両の駆動用モータとして利用することで快適性を向上することを目的とする。【解決手段】この発明は、複数の永久磁石群を有する回転子を備えた電動機において、複数の永久磁石群の各々は、周方向に等間隔に配置され、かつ３つの永久磁石から構成され、３つの永久磁石は、回転子の中心から外方に向かって開いたＶ字形状に配置された第１永久磁石と、Ｖ字形状の開放側を覆うような位置に配置された第２の永久磁石とから構成されていることを特徴とする。【選択図】図１
2011036071.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
複数の永久磁石群を有する回転子を備えた電動機において、
前記複数の永久磁石群の各々は、周方向に等間隔に配置され、かつ３つの永久磁石から構成され、
前記３つの永久磁石は、回転子の中心から外方に向かって開いたＶ字形状に配置された第１永久磁石と、Ｖ字形状の開放側を覆うような位置に配置された第２の永久磁石とから構成されていることを特徴とする電動機。
【請求項２】
等間隔に配置されたステータティースと、このステータティース間に形成されたスロットとを有する固定子を備え、
前記回転子の第２の永久磁石の長さは、一つのステータティースの幅とほぼ同じ長さであることを特徴とする請求項２に記載の電動機。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
この発明は電動機に係り、特に、トルクリップルを低減して電気自動車などの駆動用モータとして利用した場合に快適性向上に貢献可能な電動機に関する。
【背景技術】
【０００２】
ＥＶ、ＨＥＶ、ＰＨＥＶ、ＦＣＶ等の車両に搭載される駆動用モータには、回転子に永久磁石を埋め込んだ電動機（永久磁石埋め込み型モータ：ＩＰＭモータ）が採用されている。
【０００３】
この電動機では、磁石の形状、配置、磁束の通り道を工夫することによって、自己インダクタンスの位置による磁気エネルギの変化によって生じる回転力であるリラクタンストルクを有効に活用することができ、このリラクタンストルクを有効に活用することで、永久磁石の磁界が形成する鎖交磁束と電機子電流との積によって生じるマグネットトルクとを合わせて、総トルク（モータトルク）を増強することができる。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００４】
【特許文献１】特開平７−３９０９１号公報
【特許文献２】特開２００３−１３４７０４号公報
【特許文献３】特開２００８−２９５２００号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
ところで、ＥＶなどの駆動用モータに利用される電動機は、低回転減で大トルクに加えて、広い可変速特性が求められる。これを実現するためには、前記のようにリラクタンストルクを有効的に使うことが有効で、そのために回転子の形状としては、永久磁石をＶ字型に配置する方法が広く採用されている。
【０００６】
永久磁石をＶ字型配置した回転子を備えた電動機には、図７に示すものがある。図７において、電動機１０１は、回転子１０２と、この回転子１０２の外周側に配設した固定子１０３とを備えている。前記回転子１０２は、複数の永久磁石群１０４を周方向に等間隔に配置している。永久磁石群１０４は、２つの永久磁石１０５・１０６から構成され、回転子１０２の中心から外方に向かって開いたＶ字形状に配置されている。前記固定子１０３は、内周側に等間隔に配置された複数のステータティース１０７と、このステータティース１０７間に形成されたスロット１０８とを有している。ステータティース１０７には、巻線相としてのＵ相コイル１０９とＶ相コイル１１０とＷ相コイル１１１とをスロット１０８に通して巻回している。
【０００７】
この電動機１０１は、永久磁石１０５・１０６をＶ字型配置したことでリラクタンストルクを有効に活用することができ、リラクタンストルクとマグネットトルクとを合わせたモータトルクを増強することができる。また、この電動機１０１は、永久磁石１０５・１０６のＶ字型配置を採用すると、無負荷誘起電圧波形が正弦波に近づくため、コギングトルク（比励磁状態で回転子を動かした際に発生する磁気吸引力）を低減する効果もある。
【０００８】
しかし、永久磁石をＶ字型配置した電動機は、リラクタンストルクの比率が大きくなると、すなわち突極比が大きくなると、モータトルクのトルクリップルの増加につながる。永久磁石のＶ字型配置では、永久磁石を回転子外周近くに配置した場合に比べ突極比が大きくなるため、リラクタンストルクが増加するという欠点があらわれる。電動機のモータトルクは、図８に示すように、マグネットトルクとリラクタンストルクとを合わせたものであることから、リラクタンストルクの増加はモータトルクのトルクリップルの増加に繋がることになる。モータトルクのトルクリップルの増加は、電動機を車両の駆動用モータとして利用した場合に乗り心地に影響するため、できるだけ小さいことが望ましい。
【０００９】
この発明は、電動機のトルクリップルを低減し、この電動機を車両の駆動用モータとして利用することで快適性を向上することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【００１０】
この発明は、複数の永久磁石群を有する回転子を備えた電動機において、前記複数の永久磁石群の各々は、周方向に等間隔に配置され、かつ３つの永久磁石から構成され、前記３つの永久磁石は、回転子の中心から外方に向かって開いたＶ字形状に配置された第１永久磁石と、Ｖ字形状の開放側を覆うような位置に配置された第２の永久磁石とから構成されていることを特徴とする。
【発明の効果】
【００１１】
この発明の電動機は、トルクリップルを低減することが可能である。これにより、この電動機を車両の駆動用モータとして利用した場合には、快適性向上に貢献できる。
【図面の簡単な説明】
【００１２】
【図１】電動機の部分断面図である。（実施例）
【図２】第２の永久磁石の長さを一つのステータティースの幅とほぼ同じ長さに設定した電動機の部分断面図である。（実施例）
【図３】第２の永久磁石の長さを三つのステータティースの幅とほぼ同じ長さに設定した電動機の部分断面図である。（実施例）
【図４】無負荷誘起電圧と電気角との関係を示す図である。（実施例）
【図５】永久磁石を▽型配置した回転子によるトルクリップルを示す図である。（実施例）
【図６】永久磁石のＶ字型配置と▽型配置とによるトルクリップルの比較を示す図である。（実施例）
【図７】電動機の部分断面図である。（従来例）
【図８】永久磁石をＶ字型配置した回転子によるトルクリップルを示す図である。（従来例）
【発明を実施するための形態】
【００１３】
この発明は、回転子の永久磁石群を構成する３つの永久磁石を、回転子の中心から外方に向かって開いたＶ字形状に配置された第１永久磁石と、Ｖ字形状の開放側を覆うような位置に配置された第２の永久磁石とから構成することで、トルクリップルを低減するものである。
以下、図面に基づいて、この発明の実施例を説明する。
【実施例】
【００１４】
図１〜図６は、この発明の実施例を示すものである。図１において、１は電動機、２は回転子、３は回転子２の外周側に配設した固定子である。前記回転子２は、回転軸４に固定された磁性材料からなる円筒形状のコア５を有し、コア５に複数の永久磁石群６を周方向に等間隔に配置している。回転子２の周方向に隣り合う永久磁石群６は、それぞれ周方向に交互に磁極が異なるように配置している。各永久磁石群６は、それぞれ３つの永久磁石７〜９から構成される。
回転子２のコア５には、各永久磁石群６を構成する３つの永久磁石７〜９をそれぞれ挿入して固定するための、３つの磁石挿入孔１０〜１２を軸方向に形成している。３つの磁石挿入孔１０〜１２は、回転子２の中心から外方に向かって開いたＶ字形状に配置された一対の第１の磁石挿入孔１０・１１と、Ｖ字形状の開放側を覆うような位置に配置された第２の磁石挿入孔１２とから構成されている。
第１の磁石挿入孔１０・１１は、断面長四角形状に形成され、長手方向を回転子２の中心から外方に向かって開いたＶ字形状に沿わせて配置している。第２の磁石挿入孔１２は、断面短四角形状に形成され、長手方向を第１の磁石挿入孔１０・１１のＶ字形状の開放側を覆うような位置で回転子２の周方向に沿わせて配置している。第１の磁石挿入孔１０・１１の長手方向両端には、磁束の通過を阻止するフラックスバリア１３・１４を形成している。
各永久磁石群６を構成する３つの永久磁石７〜９は、一対の第１の永久磁石７・８と、１つの第２の永久磁石９とから構成される。第１の永久磁石７・８は、第１の磁石挿入孔１０・１１と同じ断面長四角形状に形成され、第１の磁石挿入孔１０・１１に各々挿入されて固定される。第１の永久磁石７・８が固定された第１の磁石挿入孔１０・１１の長手方向両端には、前記フラックスバリア１３・１４が配置される。第２の永久磁石９は、第２の磁石挿入孔１２と同じ断面短四角形状に形成され、第２の磁石挿入孔１２に挿入されて固定される。
これにより、３つの永久磁石７〜９は、回転子２の中心から外方に向かって開いたＶ字形状に配置された一対の第１の永久磁石７・８と、Ｖ字形状の第１の永久磁石７・８の開放側を覆うような位置に配置された第２の永久磁石９とから構成される。
【００１５】
また、電動機１の前記固定子３は、磁性材料からなる円筒形状のコア１５を有し、コア１５の内周側に等間隔に配置されたステータティース１６と、このステータティース１６間に形成されたスロット１７とを有している。ステータティース１６には、巻線相としてのＵ相コイル１８とＶ相コイル１９とＷ相コイル２０とを、それぞれ５つのステータティース１６に跨りスロット１７に通して巻回している。
Ｕ相コイル１８は、ステータティース１６の内周側に位置し、周方向に一つのステータティース１６を挟んで配置している。Ｖ相コイル１９は、Ｕ相コイル１８の外周側に位置し、周方向に一つのステータティース１６を挟んで配置し、かつＵ相コイル１８に対して周方向にずらして重なるように配置ている。Ｗ相コイル２０は、Ｖ相コイル１９の外周側に位置し、周方向に一つのステータティース１６を挟んで配置し、かつＶ相コイル１９に対して周方向にずらして重なるように配置している。
電動機１は、回転子２の周方向に等間隔に永久磁石群６を配置し、固定子３のＵ相コイル１８とＶ相コイル１９とＷ相コイル２０とにより回転磁界を発生させ、永久磁石群６の磁界との相互作用により回転子２を回転させる。
この電動機１の回転子２の第２の永久磁石９の長さＬ１は、図２に示すように、固定子３の一つのステータティース１６の幅Ｌ２とほぼ同じ長さに形成している。また、図３に示すように、第２の永久磁石９の長さＬ３は、固定子３の内周側に配設した三つのステータティース１６を跨ぐ幅Ｌ４とほぼ同じ長さに形成することもできる。
【００１６】
この電動機１は、従来の電動機（図７）が回転子に永久磁石をＶ字型に配置した構造に対して、図１〜図３に示すように、Ｖ字形状に配置された一対の第１の永久磁石７・８と、Ｖ字形状の開放側を覆うようなコア５の外周面近い位置に配置された第２の永久磁石９とから、▽型配置（逆三角型配置）に構成している。この電動機１は、回転子２が３極対、固定子３が３６個のスロット１７、ステータティース１６に５ピッチで巻線された、一般的な３相ＩＰＭモータである。
ＩＰＭモータである電動機１のモータトルクは、図５に示すように、マグネットトルクとリラクタンストルクを足し合わせた大きさになる。そのため、モータトルクのトルクリップルは、当然マグネットトルクとリラクタンストルクとの両方のリップルを足し合わせた大きさになる。
この電動機１の回転子２は、Ｖ字形状の第１の永久磁石７・８の開放側を覆うように配置された第２の永久磁石９が、Ｖ字形状の第１の永久磁石７・８が発生する磁界の方向（一対の第１永久磁石７・８の中心軸）であるｄ軸上に位置することで、負荷時の界磁磁束のベクトルの直交性を高める効果がある。この電動機１は、その影響でマグネットトルクの電気角に対する位相をずらすことが可能になり、図５に示すように、マグネットトルクのリップルがリラクタンストルクのリップルを打ち消すような位相にすることができる。
加えて、この電動機１は、前記ｄ軸に対して電気的、磁気的に直交するｑ軸の電機子反作用磁束を通りにくくなることで突極比が低くなり、その結果リラクタンストルクのリップルを小さくすることも可能になる。トルクリップルは、マグネットトルクとリラクタンストルクのリップルを足し合わせたものなので、当然トルクリップルが低減することにつながる。このため、この電動機１は、図６に示すように、従来の電動機と比べて、トルクリップルを低減することができる。
トルクリップルの低減は、第２の永久磁石９の長さにかかわらず、第１の永久磁石７・８が発生する磁界の方向であるｄ軸上に第２の永久磁石９を位置させるだけで可能になる。この電動機１は、図２に示すように、第２の永久磁石９の長さＬ１が一つのステータティース１６の幅Ｌ２とほぼ同じ長さで、第１の永久磁石７・８の厚さと同じになるくらい小さい場合でも、図３に示すように、第２の永久磁石９の長さＬ１が三つのステータティース１６を跨ぐ幅Ｌ３とほぼ同じ長さＬ４で、Ｖ字形状の第１の永久磁石７・８の間を埋め尽くすような大きい場合でも、トルクリップルを低減できる。ただし、トルクリップルの低減量やモータトルクは、変化する。
さらに、Ｖ字形状の第１の永久磁石７・８の開放側を覆うように配置された第２の永久磁石９の埋め込み深さや幅を細かく調整する事で、図４〜図６に示すように、第１の永久磁石７・８のＶ字型配置のメリットである「無負荷誘起電圧波形が正弦波に近い」を維持したまま、トルクリップルの低減も可能である。なお、図４においては、従来のＶ字型配置による無負荷誘起電圧波形とこの発明の▽型配置による無負荷誘起電圧波形とが一致しているため、従来の無負荷誘起電圧波形を示す破線とこの発明の無負荷誘起電圧波形を示す実線とが重なって表示されている。
【００１７】
このように、この電磁石１は、回転子２の永久磁石群６を構成する３つの永久磁石７〜９を、回転子２の中心から外方に向かって開いたＶ字形状に配置された第１の永久磁石７・８と、Ｖ字形状の開放側を覆うような位置に配置された第２の永久磁石９とから構成している。
これにより、この電動機１は、モータトルクのトルクリップルを低減することが可能であり、この電動機１を車両の駆動用モータとして利用した場合には、快適性向上に貢献できる。
また、電動機１の固定子３は、磁性材料により円筒形状に形成されるコア１５を有し、コア１５の内周側に等間隔に配置されたステータティース１６と、このステータティース１６間に形成されたスロット１７とを有している。ステータティース１６には、巻線相としてのＵ相コイル１８とＶ相コイル１９とＷ相コイル２０とをスロット１７に通して巻回している。
前記固定子３の内周側に配設した回転子２の第２の永久磁石９の長さは、一つのステータティース１６の幅とほぼ同じ長さに形成している。
これにより、この電動機１は、モータトルクのトルクリップルをより低減することが可能である。
【産業上の利用可能性】
【００１８】
この発明は、回転子の永久磁石群を構成する３つの永久磁石を逆三角型配置に構成することで、トルクリップルを低減するものであり、回転子に永久磁石を埋め込んだ電動機に応用が可能である。
【符号の説明】
【００１９】
１  電動機
２  回転子
３  固定子
４  回転軸
５  コア
６  永久磁石群
７・８  第１の永久磁石
９  第２の永久磁石
１５  コア
１６  ステータティース
１７  スロット
１８  Ｕ相コイル
１９  Ｖ相コイル
２０  Ｗ相コイル
【図１】
2011036071.tif 000003
【図２】
2011036071.tif 000004
【図３】
2011036071.tif 000005
【図４】
2011036071.tif 000006
【図５】
2011036071.tif 000007
【図６】
2011036071.tif 000008
【図７】
2011036071.tif 000009
【図８】
2011036071.tif 000010