(57)【要約】【課題】定電圧範囲が広く、可変速範囲が広いＩＰＭモータを得る。【解決手段】ロータコア１の円周方向に等ピッチで複数の一文字型磁石挿入孔２を設けるとともに、各磁石挿入孔２に希土類からなる永久磁石３を挿入し、磁石挿入孔２の外側の幅は一極当たり約１１５度〜１４５度とし、永久磁石３のロータコア１の径方向の幅は磁石挿入孔２のロータコア１の径方向の幅とほぼ同一とするとともに、永久磁石３のロータコア１の円周方向の幅は、永久磁石３の体積が磁石挿入孔２の容積の約５０〜６０％となるように定める。又、磁石挿入孔２の外側の各部２ａとロータコア１の外周部との最短距離を約３ｍｍ以下とし、磁石挿入孔２における永久磁石３のロータコア１の円周方向両側に永久磁石３を固定するためのガイド１ａを設けた。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
ロータコアと、ロータコアの円周方向に等ピッチで設けられ、軸方向に伸びる複数の磁石挿入孔と、磁石挿入孔に挿入された永久磁石とを備えたＩＰＭモータにおいて、磁石挿入孔をロータコアの円周方向の一文字型とするとともに、磁石挿入孔の外側の幅は一極当たり約１１５度〜１４５度としたことを特徴とするＩＰＭモータ。
【請求項２】
ロータコアと、ロータコアの円周方向に等ピッチで設けられ、軸方向に伸びる複数の磁石挿入孔と、磁石挿入孔に挿入された永久磁石とを備えたＩＰＭモータにおいて、磁石挿入孔をロータコアの円周方向の一文字型とするとともに、希土類からなる永久磁石のロータコア径方向の幅は磁石挿入孔のロータコア径方向の幅とほぼ同一とするとともに、永久磁石のロータコア円周方向の幅は永久磁石の体積が磁石挿入孔の容積の約５０〜６０％となるように定めたことを特徴とするＩＰＭモータ。
【請求項３】
磁石挿入孔の外側の角部とロータコアの外周部との最短距離を約３ｍｍ以下としたことを特徴とする請求項１又は２記載のＩＰＭモータ。
【請求項４】
磁石挿入孔における永久磁石のロータコア円周方向の両側に永久磁石を固定するためのガイドを設けたことを特徴とする請求項１〜３の何れかに記載のＩＰＭモータ。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
この発明は、磁石寸法を最適な範囲にして、可変速範囲を広く取れるようにしたＩＰＭモータ(永久磁石埋め込み型モータ)に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
ＩＰＭモータは、永久磁石をロータコア内に埋設した小形、高出力のモータである。特許文献１においては、このＩＰＭモータにおいて回転子のスリット内に磁束通路部材を径方向移動可能に設け、低速時には高トルクとし、高速時には磁束通路部材の移動により弱め界磁として高速回転を実現するものが示されている。又、特許文献２においては、リラクタンストルクしか発生しないシンクロナスリラクタンスモータが示されるとともに、ロータコアに永久磁石を埋設し、永久磁石の内側と外側にスリットを形成したＩＰＭモータが示され、このＩＰＭモータではリラクタンストルクを大きくしてマグネットトルクを小さくすることにより、永久磁石を残留磁束密度が小さく、安価なものにすることが示されている。
【０００３】
又、特許文献３においては、ＩＰＭモータのロータコアに磁石挿入孔を設け、この磁石挿入孔に永久磁石を挿入し、この永久磁石を固定用ばねにより押圧付勢して、永久磁石の位置を固定するようにしたものが示されている。又、非特許文献１においては、電気自動車等に用いられる広い可変速範囲で小形、高効率のモータとして、永久磁石式リラクタンスモータ（ＰＲＭモータ）が示され、これはリラクタンストルクを主トルクとしている。その他、ＩＰＭモータ等についても記載されている。
【０００４】
上記したＩＰＭモータは、永久磁石によるトルクに加え、リラクタンストルクを有効に活用して大トルクを発生する構造であるが、高回転数では永久磁石の磁束によって、過大な誘起電圧が発生してしまう。ステータ巻線のターン数を減らすと、誘起電圧は低減されるが、その場合、トルクを得るために電流を増やす必要があり、制御装置の容量が大きくなるなどの問題が生じた。ステータ巻線のターン数を減らさずに誘起電圧を抑えるには、永久磁石の磁束を減らす必要があるが、減らし過ぎると、トルクが得られなくなってしまう。即ち、永久磁石の磁石量を減らして誘起電圧を下げ、なおかつリラクタンストルクを多く活用してトルクを下げない構造が望まれる。
【０００５】
このような要求に対しては、特許文献２や非特許文献１に示されたようにＰＲＭモータやシンクロナスリラクタンスモータに永久磁石を配置した構造が考案されているが、磁石量及び磁石分割数は必ずしも少なくなってなく、誘起電圧があまり下がらず、高回転が得難く、コスト高となった。従って、シンプルな構造で広い可変速範囲が得られる構造が望まれており、一文字形ＩＰＭ構造で、広い可変速範囲が得られる形状を検討した。
【特許文献１】特開平１１−２７５７８７号公報
【特許文献２】特開平２０００−１５２５３８号公報
【特許文献３】特開平２０００−１７５３８８号公報
【非特許文献１】堺  和人、外５名、「可変速特性に優れた電気自動車用永久磁石式リラクタンスモータの開発」、電学論Ｄ、１２３巻６号、２００３年、ｐ．６８１−６８８
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
図5はＩＰＭモータの特性の一例を示し、横軸に回転数を取り、縦軸に電圧、電流、トルク、無負荷誘起電圧を取ったものである。トルク特性は、低回転速度時の定トルク領域と、そこから最高回転速度までの間の定出力領域からなる。又、無負荷誘起電圧は最高回転数で制御装置に使われるスイッチング素子を壊さないような値に設計する必要があり、電圧は定格出力で制限されることになる。電圧特性の定電圧範囲はＩＰＭモータの構造によって決まり、通常定電圧範囲は定出力範囲よりも狭くなる。矢印で示すように、電圧特性の定電圧範囲を広く取ろうとすると、矢印で示すように電流特性の最大値が下がるので、リラクタンストルクを有効に使った定電圧範囲の広いＩＰＭモータを得ることができなかった。
【０００７】
この発明は上記のような課題を解決するために成されたものであり、リラクタンストルクを有効に使って定電圧範囲が広く、可変速範囲が広いＩＰＭモータを得ることを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００８】
この発明の請求項１に係るＩＰＭモータは、ロータコアと、ロータコアの円周方向に等ピッチで設けられ、軸方向に伸びる複数の磁石挿入孔と、磁石挿入孔に挿入された永久磁石とを備えたＩＰＭモータにおいて、磁石挿入孔をロータコアの円周方向の一文字型とするとともに、磁石挿入孔の外側の幅は一極当たり約１１５度〜１４５度としたものである。
【０００９】
請求項２に係るＩＰＭモータは、ロータコアと、ロータコアの円周方向に等ピッチで設けられ、軸方向に伸びる複数の磁石挿入孔と、磁石挿入孔に挿入された永久磁石とを備えたＩＰＭモータにおいて、磁石挿入孔をロータコアの円周方向の一文字型とするとともに、希土類からなる永久磁石のロータコア径方向の幅は磁石挿入孔のロータコア径方向の幅とほぼ同一とするとともに、永久磁石のロータコア円周方向の幅は永久磁石の体積が磁石挿入孔の容積の約５０〜６０％となるように定めたものである。
【００１０】
請求項３に係るＩＰＭモータは、磁石挿入孔の外側の角部とロータコアの外周部との最短距離を約３ｍｍ以下としたものである。
【００１１】
請求項４に係るＩＰＭモータは、磁石挿入孔における永久磁石のロータコア円周方向の両側に永久磁石を固定するためのガイドを設けたものである。
【発明の効果】
【００１２】
以上のようにこの発明の請求項１によれば、磁石挿入孔を一文字型にしたので、永久磁石が直方体となり、製造コストを安価にすることができる。又、磁石挿入孔の外側の幅を一極当たり約１１５度〜１４５度としており、最大出力を大きく、電機子電流を小さくすることができ、可変速範囲の広いＩＰＭモータを得ることができる。
【００１３】
請求項２によれば、やはり磁石挿入孔を一文字型としたので、永久磁石が直方体となり、製造コストを安価にすることができる。又、希土類からなる永久磁石のロータコア径方向の幅は磁石挿入孔のロータコア径方向の幅とほぼ同一とするとともに、永久磁石のロータコア円周方向の幅は永久磁石の体積が磁石挿入孔の容積の約５０〜６０％となるように定めており、最大出力と定電圧範囲が良好となり、可変速範囲を広く取ることができる。
【００１４】
請求項３によれば、磁石挿入孔の外側の角部とロータコアの外周部との最短距離を約３ｍｍ以下としており、磁束漏れを少なくすることができる。
【００１５】
請求項４によれば、磁石挿入孔における永久磁石のロータコア円周方向の両側に永久磁石を固定するためのガイドを設けており、永久磁石の位置を固定したので、モータ特性を安定化させることができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１６】
以下、この発明を実施するための最良の形態を図面とともに説明する。図１及び図２はこの発明の実施最良形態による４極のＩＰＭモータのロータの要部拡大正面図及び全体正面図であり、１は薄板鋼板を積層して形成した円柱状のロータコアであり、ロータコア１にはその円周方向に等ピッチ（９０度間隔）で一文字型の磁石挿入孔２を４つ設ける。磁石挿入孔２はロータコア１の軸方向に貫通しており、各磁石挿入孔２には永久磁石３が挿入される。磁石挿入孔２の外側の幅は一極(電気角で１８０度）当たり約１１５〜１４５度の範囲内とし、磁石挿入孔２の外側の角部２ａとロータコア１の外周部との最短距離Ｌは約３ｍｍ以下とする。
【００１７】
永久磁石３は希土類からなる高性能のものとし、永久磁石３のロータコア１の径方向の幅は、磁石挿入孔２のロータコア１の径方向の幅とほぼ同一であり、０．１ｍｍ程度オフセットした値である。又、永久磁石３のロータコア１の円周方向の幅は、永久磁石３の体積が磁石挿入孔２の容積の約５０〜６０％となるように定める。また、磁石挿入孔２における永久磁石３のロータコア１の円周方向の両側の内縁部分には永久磁石３を固定するためのガイド１ａを設ける。ガイド１ａは、１ｍｍ×１ｍｍ程度の大きさである。
【００１８】
上記のような構成で、可変速範囲を広く取ることができる。即ち、図３は上記構成のＩＰＭモータの最大出力と電機子電流との関係を示し、横軸に過負荷運転した際の限界（最大出力）を取り、縦軸に１００％負荷時の電機子電流を取ったものであり、最大出力は大きく取れたほうがよく、同じ出力では電機子電流が小さいほど良いので、図３の点線より右下に位置する特性であるほど良い特性といえる。このグラフは磁石挿入孔２の外側の幅をパラメータとしており、磁石挿入孔２の外側の幅を一極当たり約１１５度〜１４５度とすることにより、最大出力と電機子電流とを改善し、可変速範囲を広く取ることができる。
【００１９】
又、図4は横軸に磁石量（％）を取り、縦軸に過負荷運転をした際の限界（最大出力）及び定電圧範囲の比率を示しており、磁石量を少なくしていくと、定電圧範囲は広く取れるが、過負荷運転できる限界は小さくなり、逆に磁石量を増やすと、過負荷運転できる限界は大きくなるが、定電圧範囲は狭くなり、電流が増加してしまう。この場合も最大出力と定電圧範囲はトレードオフの関係になる。従って、良好な特性の範囲は限られたものとなり、永久磁石３のロータコア１の円周方向の幅を、永久磁石３の体積が磁石挿入孔２の容積の約５０〜６０％になるように定めることにより、最大出力と定電圧範囲が良好となり、可変速範囲を広く取ることができる。
【００２０】
又、磁石挿入孔２を一文字型にしたので、永久磁石３は直方体となり、円弧型に比べて安価にでき、またＶ字型や多層型に比べて挿入回数を少なくできるので、製造コストを安価にすることができる。又、磁石挿入孔２の外側の角部とロータコア１の外周部との最短距離を約３ｍｍ以下としたので、磁束漏れを少なくすることができる。さらに、磁石挿入孔２における永久磁石３のロータコア1の円周方向両側にガイド１ａを突出して設け、永久磁石３の位置を固定したので、モータ特性を安定化することができる。
【図面の簡単な説明】
【００２１】
【図１】この発明の実施最良形態によるＩＰＭモータのロータの要部拡大正面図である。
【図２】実施最良形態によるＩＰＭモータの全体正面図である。
【図３】実施最良形態によるＩＰＭモータの最大出力と電機子電流との関係図である。
【図４】実施最良形態によるＩＰＭモータの磁石量と最大出力及び定電圧範囲の比率との関係図である。
【図５】従来のＩＰＭモータの回転数と電圧、電流、トルク及び無負荷誘起電圧との関係図である。
【符号の説明】
【００２２】
１…ロータコア
１ａ…ガイド
２…磁石挿入孔
２ａ…角部
３…永久磁石
【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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