(57)【要約】【課題】  モータトルクを高く維持し、トルクリップルの発生を低減して、しかも磁極位置の検出精度を低下させることがないモータ用回転子を提供する。【解決手段】  ロータコア１３の表面に軸線方向に並べて、第１の分割ロータ磁極ユニット１５と第２の分割ロータ磁極ユニット１７とを配置する。第１の分割ロータ磁極ユニット１５は、Ｐ個の第１の種類の永久磁石磁極部２１とＰ個の磁性材料からなる第１の種類の突極部２３とが回転軸１１の周方向に交互に並ぶように配置されて構成される。また第２の分割ロータ磁極ユニット１７は、ロータコア１３の表面の他の一部上にＰ個の第２の種類の永久磁石磁極部２５が周方向に間隔をあけて配置されて構成される。そしてＰ個の第２の種類の永久磁石磁極部の隣接する２つの永久磁石磁極部の間に製造上の寸法精度が原因となって発生する隙間には、磁性材料からなるスペーサ２７を配置する。【選択図】  図２
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
回転軸に設けられたロータコアと、
前記ロータコアの表面にＰ個（Ｐは正の偶数）の第１の種類の永久磁石磁極部とＰ個（Ｐは正の偶数）の磁性材料からなる突極部とが前記回転軸の周方向に交互に並ぶように配置されてなる第１の分割ロータ磁極ユニットと、
前記ロータコアの表面にＰ個（Ｐは正の偶数）の第２の種類の永久磁石磁極部が前記回転軸の周方向に隣接して配置されてなる第２の分割ロータ磁極ユニットとを備え、
前記第１の分割ロータ磁極ユニットと前記第２の分割ロータ磁極ユニットとは、前記回転軸の軸線に沿い且つ前記第１の種類の永久磁石磁極部の中心を通る仮想中心線と前記軸線に沿い且つ前記第２の種類の永久磁石磁極部の中心を通る仮想中心線とが一致するようにして、前記回転軸の軸線方向に並んで配置されており、
前記第２の分割ロータ磁極ユニットにおける前記Ｐ個の第２の種類の永久磁石磁極部の隣接する２つの前記永久磁石磁極部間に、前記永久磁石磁極部の寸法精度が原因となって隙間が形成されており、
前記隙間に磁性材料からなるスペーサが配置されていることを特徴とするモータ用回転子。
【請求項２】
前記隙間の前記周方向に測定した幅寸法が、１．０ｍｍ以下である請求項１に記載のモータ用回転子。
【請求項３】
前記第１の種類の永久磁石磁極部の極弧角θmと前記突極部の開角θsとの比（θm／θs）が、１．５〜２．５の範囲の値であり、
前記第１の分割ロータ磁極ユニットの軸線方向の長さＬ１と前記第２の分割ロータ磁極ユニットの軸線方向の長さＬ２との比（Ｌ１／Ｌ２）が、０．７５〜１の範囲の値であることを特徴とする請求項１に記載のモータ用回転子。
【請求項４】
前記第１の分割ロータ磁極ユニットの軸線方向の長さＬ１と前記第２の分割ロータ磁極ユニットの軸線方向の長さＬ２とが等しいことを特徴とする請求項３に記載のモータ用回転子。
【請求項５】
前記第１の種類の永久磁石磁極部及び前記第２の種類の永久磁石磁極部は、それぞれ前記回転軸の中心と前記永久磁石磁極部の中心とを通る仮想中心線と磁化方向とが平行になる平行磁化配向となるように着磁されている請求項１に記載のモータ用回転子。
【請求項６】
前記第１及び第２のロータ磁極ユニットの外周面には、強化繊維材料からなる糸が巻回され且つ接着剤が含浸されて前記外周面に対して固定された保護層が設けられている請求項１に記載のモータ用回転子。
【請求項７】
前記回転軸が１５万回転／分以上の高速で回転する高速回転モータに用いられる請求項１に記載のモータ用回転子。
【請求項８】
請求項１乃至７のいずれか１項に記載のモータ用回転子を備えた永久磁石回転型モータであって、
前記モータ用回転子の位置を検出する位置検出用ホール素子が、前記第２の種類の永久磁石磁極部からの漏洩磁束を測定するように配置されていることを特徴とする永久磁石回転型モータ。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、モータ用回転子に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
図１８に示すように、回転軸に設けられたロータコアの表面に周方向に並んで相互に隣接するように配置されたＰ個（この例では２個）の永久磁石１０１を具備するモータ用回転子が知られている。しかしながら、このような回転子を用いたモータでは、インバータのキャリア周波数による高周波電流リップルが発生し、モータのステータコアや永久磁石に高調波鉄損を発生させ、しかもトルクリップルが多くなるという問題があった。また、高速領域においては、誘起電圧上昇を抑制するために電流位相角を進めて、いわゆる弱め界磁制御を行うが、このような弱め界磁制御を行うとトルクが急激に低下する。そこで、図１９（例えば、特許第３６５９０１２号公報）に示すように、２個の永久磁石１０１と磁性材料からなる２個の突極１０３とが回転軸の周方向に交互に並ぶように配置されたモータ用回転子が提案された。このモータ用回転子では、突極１０３を有することにより、トルクリップルの発生を抑制している。
【０００３】
また、特開平８−２３６６４号公報には、複数個の第１の種類の永久磁石磁極部と複数個の磁性材料からなる第１の種類の突極部とが回転軸の周方向に交互に並ぶようにロータコアの表面に配置された第１の分割ロータ磁極ユニットと、複数個の第２の種類の永久磁石磁極部と複数個の磁性材料からなる第２の種類の突極部とが回転軸の周方向に交互に並ぶようにロータコアの表面に配置された第２の分割ロータ磁極ユニットとを備えたモータ用回転子が示されている。このモータ用回転子では、第１の種類の永久磁石磁極部の極弧角と第２の種類の永久磁石磁極部の極弧角とを異ならせ、第１の種類の突極部の開角と第２の種類の突極部の開角を異ならせることにより、トルクリップルの発生を抑制している。
【特許文献１】特許第３６５９０１２号公報
【特許文献２】特開平８−２３６６４号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
この種のモータ用回転子を用いるモータでは、固定子側に、回転子の位置に応じて固定子の電機子への電流の切替えを行うための磁極位置検出用ホール素子を備えている。この磁極位置検出用ホール素子は、通常、回転軸の軸線方向に位置する、永久磁石の端部に近接して配置されている。しかしながら、図１９に示すモータ用回転子（特許文献１）のように突極部を有するモータ用回転子では、図２０に示すように、磁極位置検出用ホール素子が検出する磁束密度波形（回転子の回転角度と軸方向ギャップ磁束密度との関係の波形）のゼロクロス近傍に磁束の乱れＴ１が生じる。そのため磁束密度波形が、正弦波の波形になり難く、磁極位置の検出誤差が発生する問題がある。また突極部を設けると、トルクリップルは低減できるものの、モータトルクが低減する問題が発生することになる。
【０００５】
また、図１８に示すモータ用回転子のように突極部が無いモータ用回転子においては、モータトルクの大幅な低下はないものの、トルクリップルを低減させることができない。またこのモータ用回転子では、永久磁石の寸法精度が原因となって、永久磁石間に隙間が形成される。そしてこの隙間が原因となって、図２１に示すように、磁束密度波形に磁束の乱れＴ２が生じる問題がある。
【０００６】
また、特許文献２に示すモータ用回転子においても、磁束密度波形のゼロクロス近傍に磁束の乱れが生じて、正弦波の波形が得難くなり誤動作が発生するおそれがある。
【０００７】
本発明の目的は、モータトルクを高く維持し、トルクリップルの発生を低減して、しかも磁極位置の検出精度を低下させることがないモータ用回転子及び永久磁石回転型モータを提供することにある。
【０００８】
本発明の目的は、位置検出用ホール素子が検出する磁束密度波形に磁束の乱れが生じ難く、正弦波に近い磁束密度波形が得られるモータ用回転子及び永久磁石回転型モータを提供することにある。
【０００９】
本発明の他の目的は、上記目的に加えて、トルクリップルを抑制してトルクを高く維持でき、しかも高速回転を行っても、高調波鉄損が増加を抑制できるモータ用回転子及び永久磁石回転型モータを提供することにある。
【００１０】
本発明の他の目的は、高速回転を行っても、永久磁石及び突極がロータコアから外れるのを防ぐことができるモータ用回転子及び永久磁石回転型モータを提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【００１１】
本発明のモータ用回転子は、回転軸に設けられたロータコアと、第１の分割ロータ磁極ユニットと、第２の分割ロータ磁極ユニットとを備えている。第１の分割ロータ磁極ユニットは、ロータコアの表面にＰ個（Ｐは正の偶数）の第１の種類の永久磁石磁極部とＰ個（Ｐは正の偶数）の磁性材料からなる突極部とが回転軸の周方向に交互に並ぶように配置されて構成されている。第２の分割ロータ磁極ユニットは、ロータコアの表面にＰ個（Ｐは正の偶数）の第２の種類の永久磁石磁極部が周方向に隣接して配置されている。
【００１２】
第１の分割ロータ磁極ユニットと第２の分割ロータ磁極ユニットとは、回転軸の軸線に沿い且つ第１の種類の永久磁石磁極部の中心を通る仮想中心線と軸線に沿い且つ第２の種類の永久磁石磁極部の中心を通る仮想中心線とが一致するようにして、回転軸の軸線方向に並んで配置されている。
【００１３】
なお、ここでいう「永久磁石磁極部」とは、１以上の永久磁石から構成される磁極部である。例えば、一個の永久磁石から１つの永久磁石磁極部を構成することもできるし、表面に同極性を有する複数個の永久磁石を並べて１つの永久磁石磁極部を構成することもできる。また、「突極部」とは、１以上の突極から構成される部分である。
【００１４】
本発明のモータ用回転子のように、第１の分割ロータ磁極ユニットに突極部を設けると、この突極部においてリラクタンストルクが発生し高調波鉄損の増加を抑制でき、しかもトルクリップルの発生を抑制できる。また、突極部を有しない第２の分割ロータ磁極ユニットを用いることにより、モータトルクの低減を抑制することができる。しかしながら第２の分割ロータ磁極ユニットにおけるＰ個の第２の種類の永久磁石磁極部の隣接する２つの永久磁石磁極部間に、永久磁石磁極部の寸法精度が原因となって隙間が形成される。この隙間は、ロータコアの加工精度や、回転子の組立精度を考えて、永久磁石の寸法精度が決定されることから発生する。すなわち実際にモータ用回転子を製造する場合には、各部品の加工精度及び部品の組立精度を考慮して、部品組立の際に、寸法誤差を吸収できるようにしなければならない。永久磁石磁極部を形成するために使用する永久磁石は、寸法精度を高めることがし難く、寸法精度を高めると、永久磁石の価格は極端に高くなるのが実情である。そのため当業者の常識では、永久磁石の寸法精度を高めることなく、モータ用回転子を製造している。このような事情から、複数の永久磁石磁極を周方向に隣接して配置した場合には、隣り合う２つの永久磁石磁極部間に間隙が形成されることになる。一般的に形成されるこの間隙の周方向に測定した寸法は、０．２〜０．５ｍｍ程度である。しかしながらこの隙間は、第２の分割ロータ磁極ユニットの磁束密度波形に乱れを生じさせる原因となっている。そこで本発明においては、この隙間に磁性材料からなるスペーサを配置する。このような磁性材料からなるスペーサを配置すると、磁束密度波形の乱れが抑制されて、磁束密度波形は正弦波に近いものとなる。
【００１５】
第１の種類の永久磁石磁極部の極弧角θmと突極部の開角θsとの比（θm／θs）は、１．５〜２．５の範囲の値とするのが好ましい。比（θm／θs）が１．５を下回ると、トルクが低下し、トルクリップルが増加しやすくなる。比（θm／θs）が２．５を上回ると、高速領域でのトルクが低下し、高調波鉄損を十分に抑制できない。このような場合、第１の分割ロータ磁極ユニットの軸線方向の長さＬ１と第２の分割ロータ磁極ユニットの軸線方向の長さＬ２との比（Ｌ１／Ｌ２）は、０．７５〜１の範囲の値とするのが好ましい。
【００１６】
第１の分割ロータ磁極ユニットの軸線方向の長さＬ１と第２の分割ロータ磁極ユニットの軸線方向の長さＬ２とを等しくすると、高調波鉄損の増加を抑制できる。
【００１７】
第１の種類の永久磁石磁極部及び第２の種類の永久磁石磁極部は、それぞれ回転軸の中心と永久磁石磁極部の中心とを通る仮想中心線と磁化方向とが平行になる平行磁化配向となるように着磁するのが好ましい。このようにすれば、位置検出用ホール素子が検出する磁束密度波形をより正弦波に近い波形にすることができる。
【００１８】
第１及び第２の分割ロータ磁極ユニットの外周面には、強化繊維材料からなる糸が巻回され且つ接着剤が含浸されて外周面に対して固定された保護層を設けるのが好ましい。このようにすれば、ロータ磁極が第１及び第２の２つの分割ロータ磁極ユニットから構成されていても、保護層によって、高速回転時に分割ロータ磁極ユニットが遠心力でロータコアから外れるのを防ぐことができる。
【００１９】
特に本発明によって得られる磁束密度波形の乱れ抑制効果は、磁極位置の検出がモータの制御に重大な影響を与える高速回転モータにおいて顕著に発揮される。ここで高速回転モータとは、回転軸が１５万回転／分以上の高速で回転するモータである。このような高速回転モータでは、磁束密度波形の乱れから生じる磁極位置の検出精度の低下は、モータの制御精度を大幅に低下させるので、本発明の効果は格別なものである。
【００２０】
本発明のモータ用回転子を備えた永久磁石回転型モータは、モータ用回転子の位置を検出する位置検出用ホール素子が、第２の種類の永久磁石磁極部からの漏洩磁束を測定するように配置する。このようにすれば、前述したように、磁極位置検出用ホール素子が検出する磁束密度波形に磁束の乱れが生じ難く、磁束密度波形を正弦波に近い波形にして、モータを制御する場合の誤動作の発生を抑制できる。
【発明の効果】
【００２１】
本発明のモータ用回転子によれば、第１の分割ロータ磁極ユニットに突極部を設けることにより、この突極部においてリラクタンストルクが発生し高調波鉄損の増加を抑制できる。また、第２の分割ロータ磁極ユニットでは、第２の種類の永久磁石磁極部が隣接して配置されているので、モータトルクの低下を抑制できる。その上、本発明においては、第２の分割ロータ磁極ユニットを構成する複数の永久磁石磁極部間の隣接する２つの永久磁石磁極部間に寸法精度が原因となって形成される隙間に、磁性材料からなるスペーサを配置する。このような磁性材料からなるスペーサを配置することにより、第２の分割ロータ磁極ユニットから発生する漏洩磁束の磁束密度波形の乱れを抑制することができて、この磁束密度波形をより正弦波に近いものとすることができる。その結果、磁極位置精度の低下を抑制することができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００２２】
以下、図面を参照して本発明の実施の形態を詳細に説明する。図１は、本発明の一実施の形態の永久磁石回転型モータの一部断面図である。本図では、理解を容易にするため、モータ用回転子を平面図で描き、他の部分を断面図で描いている。図１に示すように、本例のモータは、モータ用固定子１とモータ用回転子３とを備えている。モータ用固定子１は、一対のブラケット５Ａ，５Ｂと、電機子７とを有している。一対のブラケット５Ａ，５Ｂは、モータ用回転子３を回転自在に支持している。一対のブラケット５Ａ，５Ｂの一方のブラケット５Ｂには、モータ用回転子３の位置を検出する位置検出用ホール素子９が取り付けられている。位置検出用ホール素子９は、モータ用回転子３の後述する第２の種類の永久磁石磁極部２５からの漏洩磁束を測定できるように、第２の種類の永久磁石磁極部２５の端部から１ｍｍ程度離れた位置に配置されている。電機子７は、電機子コア９と電機子コア９に巻回された複数の巻線１１とを有しており、一対のブラケット５Ａ，５Ｂに挟持されている。
【００２３】
図２は、モータ用回転子３の斜視図であり、図３（Ａ）及び（Ｂ）は、図２のＡ−Ａ線断面図及びＢ−Ｂ線断面図であり、図４は、モータ用回転子３の分解図である。なお、各図においては、後述する保護層１９を除いた状態を描いている。また、理解を容易にするため、図３（Ａ）及び（Ｂ）においては、断面を表示するハッチングを省略している。図１〜図４に示すように、モータ用回転子３は、回転軸１１と、ロータコア１３と、第１の分割ロータ磁極ユニット１５と、第２の分割ロータ磁極ユニット１７と保護層１９とを備えている。ロータコア１３は円柱形を有しており、回転軸１１の軸線方向の中央部に回転軸１１と一体に設けられている。第１の分割ロータ磁極ユニット１５は、ロータコア１３の表面の一部上にＰ個（Ｐは正の偶数：本例では２個）の第１の種類の永久磁石磁極部２１とＰ個（Ｐは正の偶数：本例では２個）磁性材料からなる突極部２３とが回転軸１１の周方向に交互に並ぶように配置されて構成されている。第２の分割ロータ磁極ユニット１７は、ロータコア１３の表面の他の一部上にＰ個（Ｐは正の偶数：本例では２個）の第２の種類の永久磁石磁極部２５が相互に隣接して配置されている。第２の種類の永久磁石磁極部２５の隣接する２つの永久磁石磁極部２５の間に製造上の寸法精度が原因になって形成される隙間には、磁性材料からなるスペーサ２７が配置されている。この隙間の厚み寸法すなわちこの隙間を回転軸の周方向に測定した寸法は、０．２〜０．５ｍｍ程度である。理想的には、スペーサ２７で、この隙間を完全に埋めるのが好ましい。しかしながら現実的に、この隙間を完全に埋めることは難しいので、予め厚み寸法が異なる複数種類のスペーサを用意しておくことになる。そして、実際にモータ用回転子を製造する際に、なるべく隙間を埋めることができる厚み寸法を有するスペーサ２７をこの隙間に挿入することになる。スペーサ２７は、鉄合金粉末をプレスで圧縮成形した成形品により形成してもよいし、磁性鋼板を圧延によりその厚みを薄くして得た薄板からスペーサ２７を成形してもよい。
【００２４】
本例では、第１及び第２の種類の永久磁石磁極部２１，２５は、一個の永久磁石によりそれぞれ構成されており、また突極部２３は、鉄合金粉末をプレスで圧縮成形した一個の成形品によりそれぞれ構成されている。また磁性材料からなるスペーサ２７も、鉄合金粉末をプレスで圧縮成形した一個の成形品によりそれぞれ構成されている。図２に示すように、第１の分割ロータ磁極ユニット１５と第２の分割ロータ磁極ユニット１７とは、回転軸１１の軸線Ａに沿い且つ第１の種類の永久磁石磁極部２１の中心を通る仮想中心線Ｃ１と軸線Ａに沿い且つ第２の種類の永久磁石磁極部２５の中心を通る仮想中心線Ｃ１’とが一致するようにして、回転軸１１の軸線方向に並んで配置されている。
【００２５】
第１の種類の永久磁石磁極部２１及び第２の種類の永久磁石磁極部２５は、図３に示すように、それぞれ回転軸１１の中心と永久磁石磁極部の中心とを通る仮想中心線Ｃ３と磁化方向（矢印Ｍ１）とが平行になる平行磁化配向となるように着磁されている。
【００２６】
また、第１の分割ロータ磁極ユニット１５の軸線方向の長さＬ１と第２の分割ロータ磁極ユニット１７の軸線方向の長さＬ２とが等しくなっている。長さＬ１と長さＬ２との比（Ｌ１／Ｌ２）は、０．７５〜１の範囲の値とするのが好ましい。前述のように突極部２３は、鉄合金粉末をプレスで圧縮成形した成形品であり、ロータコア１３とは別体に設けられている。
【００２７】
図３に示すように、第１の種類の永久磁石磁極部２１の極弧角θmと突極部２３の開角θsとの比（θm／θs）は、１．５〜２．５の範囲の値である。
【００２８】
第１及び第２の分割ロータ磁極ユニット１５，１７の外周面に対して固定された保護層１９（図１参照）は、図５に示すように、強化繊維材料からなる糸１９ａが張力が加えられた状態で巻回され、且つ接着剤が含浸されて形成されている。
【００２９】
図６は、本例のモータにおいて磁極位置検出用ホール素子９が検出する第２の分割ロータ磁極ユニットから発生する漏洩磁束の磁束密度波形（回転子の回転角度と軸方向ギャップ磁束密度との関係の波形）を示している。図６より、本例のモータの磁束密度波形では、図２０及び図２１に示すような磁束の乱れが生じることは実質的になく、正弦波に近い磁束密度波形が得られるのが分かる。なお図６に示した破線の波形は、隙間にスペーサを挿入していないときの磁束密度波形である。
【００３０】
次に、本例のモータ（実施例のモータ）と、図１８に示す回転子を用いたモータ（比較例１のモータ）と、図１９に示す回転子を用いたモータ（比較例２のモータ）との回転子の回転角度とトルクとの関係を調べた。図７〜図１０は、電流進み角が０°、２０°、４０°、６０°における各モータの回転子の回転角度とトルクとの関係を示している。また、図１１は、各モータの電流進み角と平均トルクとの関係を示している。図７〜図１１より、電流進み角が０°の場合では、比較例１のモータのトルクが高くなるものの、電流進み角が２０°、４０°、６０°においては、実施例のモータは、比較例１及び２のモータに比べてトルクを高められるのが分かる。また、各電流進み角において、実施例のモータは、比較例２のモータに比べてトルクリップルを小さくできるのが分かる。
【００３１】
図１２は、実施例のモータと比較例１及び２のモータとの相インダクタンスを示す図である。本図より、実施例のモータは、比較例２のモータより相インダクタンスが大きく、比較例１のモータとそれほど大きな差がないのが分かる。そのため、実施例のモータは、インバータのキャリア周波数による高周波電流リップルを抑制でき、高調波鉄損が増加を抑制できるのが分かる。
【００３２】
図１３（Ａ）及び（Ｂ）は、本発明の他の実施の形態の永久磁石回転型モータの回転子の第１及び第２の分割ロータ磁極ユニット２１５，２１７のそれぞれの断面図である。なお、理解を容易にするため、図１３（Ａ）及び（Ｂ）においては、断面を表示するハッチングを省略している。本例のモータ用回転子では、第１及び第２の種類の永久磁石磁極部２２１，２２５が、それぞれ磁化方向（矢印Ｍ２）が回転軸２１１の径方向になるラジアル磁化配向となるように着磁されており、その他は、図１〜図４に示すモータ用回転子と同じ構造を有している。図１４は、本例のモータにおける位置検出用ホール素子が検出する磁束密度波形を示している。図１４より、本例のモータの磁束密度波形では、図２０及び図２１に示すような磁束の乱れが生じないが、方形波に近い波形になってしまうのが分かる。
【００３３】
図１５は、本発明の他の実施の形態の永久磁石回転型モータのモータ用回転子３の斜視図であり、図１６（Ａ）及び（Ｂ）は、図１５のＡ−Ａ線断面図及びＢ−Ｂ線断面図であり、図１７は、モータ用回転子３の分解図である。本例のモータ用回転子では、突極部３２３とスペーサ３２７とが一体に形成されている。図１５〜図１７に示すように、モータ用回転子３は、回転軸１１と、ロータコア１３と、第１の分割ロータ磁極ユニット１５と、第２の分割ロータ磁極ユニット１７と保護層１９とを備えている。ロータコア１３は円柱形を有しており、回転軸１１の軸線方向の中央部に回転軸１１と一体に設けられている。第１の分割ロータ磁極ユニット１５は、ロータコア１３の表面の一部上にＰ個（Ｐは正の偶数：本例では２個）の第１の種類の永久磁石磁極部２１とＰ個（Ｐは正の偶数：本例では２個）の磁性材料からなる突極部３２３とが回転軸１１の周方向に交互に並ぶように配置されて構成されている。第２の分割ロータ磁極ユニット１７は、ロータコア１３の表面の他の一部上にＰ個（Ｐは正の偶数：本例では２個）の第２の種類の永久磁石磁極部２５とＰ個（Ｐは正の偶数：本例では２個）の磁性材料からなるスペーサ３２７とが回転軸１１の周方向に交互に並ぶように配置されて構成されている。この実施の形態では、突極部３２３とスペーサ３２７とが一対に形成されている。そしてスペーサ３２７は、第２の種類の２つの永久磁石磁極部２５の間に、製造上の寸法精度が原因となって形成された隙間内に配置される。本例では、第１及び第２の種類の永久磁石磁極部２１，２５は、一個の永久磁石によりそれぞれ構成されている。図１５に示すように、第１の分割ロータ磁極ユニット１５と第２の分割ロータ磁極ユニット１７とは、回転軸１１の軸線Ａに沿い且つ第１の種類の永久磁石磁極部２１の中心を通る仮想中心線Ｃ１と軸線Ａに沿い且つ第２の種類の永久磁石磁極部２５の中心を通る仮想中心線Ｃ１’とが一致し、軸線Ａに沿い且つ突極部３２３の中心を通る仮想中心線Ｃ２と軸線Ａに沿い且つスペーサ３２７の中心を通る仮想中心線Ｃ２’とが一致するようにして、回転軸１１の軸線方向に並んで配置されている。
【００３４】
第１の種類の永久磁石磁極部２１及び第２の種類の永久磁石磁極部２５は、図１６に示すように、それぞれ回転軸１１の中心と永久磁石磁極部の中心とを通る仮想中心線Ｃ３と磁化方向（矢印Ｍ１）とが平行になる平行磁化配向となるように着磁されている。
【００３５】
また、第１の分割ロータ磁極ユニット１５の軸線方向の長さＬ１と第２の分割ロータ磁極ユニット１７の軸線方向の長さＬ２とが等しくなっている。長さＬ１と長さＬ２との比（Ｌ１／Ｌ２）は、０．７５〜１の範囲の値とするのが好ましい。また、突極部３２３とスペーサ３２７は、鉄合金粉末をプレスで圧縮成形した一体成形品であり、ロータコア１３とは別体に設けられている。
【００３６】
図１６に示すように、第１の種類の永久磁石磁極部２１の極弧角θm1が第２の種類の永久磁石磁極部２５の極弧角θm2よりも小さく、突極部３２３の開角θs1がスペーサ３２７の開角θs2よりも大きくなっている。具体的には、第１の種類の永久磁石磁極部２１の極弧角θm1と第１の種類の突極部２３の開角θs1との比（θm1／θs1）は、１．５〜２．５の範囲の値である。スペーサ３２７の外周の弧の長さは１ｍｍ以下が好ましい。この場合、第２の種類の突極部の外周を含む仮想円の半径をＲとすると、第２の種類の永久磁石磁極部２５の極弧角θm2と第２の種類の突極部２７の開角θs2との比（θm2／θs2）は（πＲ−１）以上である。本例では、突極部３２３の開角θs1が５４°であり、スペーサ３２７の開角θs2が４．５°である。
【００３７】
また、第１の種類の永久磁石磁極部の極弧角θm1と第１の種類の突極部の開角θs1との比（θm1／θs1）を４．５〜７．５の範囲の値とし、第２の種類の突極部の外周の弧の長さを１ｍｍ以下にしてもよい。この場合、第１の分割ロータ磁極ユニットの軸線方向の長さＬ１と第２の分割ロータ磁極ユニットの軸線方向の長さＬ２との比（Ｌ１／Ｌ２）は、１〜１．３３の範囲の値とするのが好ましい。
【００３８】
また、上記各例では、突極部２３をロータコア１３と別体に設けたが、突極部は、ロータコアと一体に設けても構わない。
【００３９】
また、上記各例では、第１及び第２の種類の永久磁石磁極部２１，２５を、一個の永久磁石によりそれぞれ構成し、突極部２３を、一個の突極によりそれぞれ構成したが、第１及び第２の種類の永久磁石磁極部を、複数個の永久磁石によりそれぞれ構成し、突極部２３を、複数個の突極によりそれぞれ構成してもよいのは勿論である。
【図面の簡単な説明】
【００４０】
【図１】本発明の一実施の形態の永久磁石回転型モータの一部断面図である。
【図２】図１に示す永久磁石回転型モータに用いるモータ用回転子の斜視図である。
【図３】（Ａ）及び（Ｂ）は、図２のＡ−Ａ線断面図及びＢ−Ｂ線断面図である。
【図４】図２に示すモータ用回転子の分解図である。
【図５】図２に示すモータ用回転子の第１及び第２の分割ロータ磁極ユニットの外周面に対して保護層を固定する態様を示す図である。
【図６】図１に示す永久磁石回転型モータにおいて位置検出用ホール素子が検出する磁束密度波形を示す図である。
【図７】電流進み角が０°における試験に用いた各モータの回転子の回転角度とトルクとの関係を示す図である。
【図８】電流進み角が２０°における試験に用いた各モータの回転子の回転角度とトルクとの関係を示す図である。
【図９】電流進み角が４０°における試験に用いた各モータの回転子の回転角度とトルクとの関係を示す図である。
【図１０】電流進み角が６０°における試験に用いた各モータの回転子の回転角度とトルクとの関係を示す図である。
【図１１】試験に用いた各モータの電流進み角と平均トルクとの関係を示す図である。
【図１２】実施例のモータと比較例１及び２のモータとの相インダクタンスを示す図である。
【図１３】（Ａ）及び（Ｂ）は、本発明の他の実施の形態の永久磁石回転型モータの回転子の第１及び第２の分割ロータ磁極のそれぞれの断面図である。
【図１４】図１３に示す回転子を用いた永久磁石回転型モータにおける位置検出用ホール素子が検出する磁束密度波形を示す図である。
【図１５】本発明の他の実施の形態永久磁石回転型モータに用いるモータ用回転子の斜視図である。
【図１６】（Ａ）及び（Ｂ）は、図１５のＡ−Ａ線断面図及びＢ−Ｂ線断面図である。
【図１７】図２０に示すモータ用回転子の分解図である。
【図１８】従来の一例のモータ用回転子の平面図である。
【図１９】従来の他の例のモータ用回転子の平面図である。
【図２０】図１５に示す回転子を用いた永久磁石回転型モータにおける位置検出用ホール素子が検出する磁束密度波形を示す図である。
【図２１】図１６に示す回転子を用いた永久磁石回転型モータにおける位置検出用ホール素子が検出する磁束密度波形を示す図である。
【符号の説明】
【００４１】
１  モータ用固定子
３  モータ用回転子
５Ａ，５Ｂ  ブラケット
９  位置検出用ホール素子
１３  ロータコア
１５  第１の分割ロータ磁極ユニット
１７  第２の分割ロータ磁極ユニット
１９  保護層
２１  第１の種類の永久磁石磁極部
２３  突極部
２５  第２の種類の永久磁石磁極部
２７  スペーサ
θm  第１の種類の永久磁石磁極部の極弧角
θs  第１の種類の突極部の開角
【図１】
2008011695.tif 000003
【図２】
2008011695.tif 000004
【図３】
2008011695.tif 000005
【図４】
2008011695.tif 000006
【図５】
2008011695.tif 000007
【図６】
2008011695.tif 000008
【図７】
2008011695.tif 000009
【図８】
2008011695.tif 000010
【図９】
2008011695.tif 000011
【図１０】
2008011695.tif 000012
【図１１】
2008011695.tif 000013
【図１２】
2008011695.tif 000014
【図１３】
2008011695.tif 000015
【図１４】
2008011695.tif 000016
【図１５】
2008011695.tif 000017
【図１６】
2008011695.tif 000018
【図１７】
2008011695.tif 000019
【図１８】
2008011695.tif 000020
【図１９】
2008011695.tif 000021
【図２０】
2008011695.tif 000022
【図２１】
2008011695.tif 000023
【手続補正書】
【提出日】平成19年4月27日(2007.4.27)
【手続補正１】
【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】
回転軸に設けられたロータコアと、
前記ロータコアの表面にＰ個（Ｐは正の偶数）の第１の種類の永久磁石磁極部とＰ個（Ｐは正の偶数）の磁性材料からなる突極部とが前記回転軸の周方向に交互に並ぶように配置されてなる第１の分割ロータ磁極ユニットと、
前記ロータコアの表面にＰ個（Ｐは正の偶数）の第２の種類の永久磁石磁極部が前記回転軸の周方向に隣接して配置されてなる第２の分割ロータ磁極ユニットとを備え、
前記第１の分割ロータ磁極ユニットと前記第２の分割ロータ磁極ユニットとは、前記回転軸の軸線に沿い且つ前記第１の種類の永久磁石磁極部の中心を通る仮想中心線と前記軸線に沿い且つ前記第２の種類の永久磁石磁極部の中心を通る仮想中心線とが一致するようにして、前記回転軸の軸線方向に並んで配置されており、
前記第２の分割ロータ磁極ユニットにおける前記Ｐ個の第２の種類の永久磁石磁極部の隣接する２つの前記永久磁石磁極部間に、前記永久磁石磁極部の寸法精度が原因となって隙間が形成されており、
前記隙間に軟磁性材料からなるスペーサが配置されていることを特徴とするモータ用回転子。
【請求項２】
前記隙間の前記周方向に測定した幅寸法が、１．０ｍｍ以下である請求項１に記載のモータ用回転子。
【請求項３】
前記第１の種類の永久磁石磁極部の極弧角θmと前記突極部の開角θsとの比（θm／θs）が、１．５〜２．５の範囲の値であり、
前記第１の分割ロータ磁極ユニットの軸線方向の長さＬ１と前記第２の分割ロータ磁極ユニットの軸線方向の長さＬ２との比（Ｌ１／Ｌ２）が、０．７５〜１の範囲の値であることを特徴とする請求項１に記載のモータ用回転子。
【請求項４】
前記第１の分割ロータ磁極ユニットの軸線方向の長さＬ１と前記第２の分割ロータ磁極ユニットの軸線方向の長さＬ２とが等しいことを特徴とする請求項３に記載のモータ用回転子。
【請求項５】
前記第１の種類の永久磁石磁極部及び前記第２の種類の永久磁石磁極部は、それぞれ前記回転軸の中心と前記永久磁石磁極部の中心とを通る仮想中心線と磁化方向とが平行になる平行磁化配向となるように着磁されている請求項１に記載のモータ用回転子。
【請求項６】
前記第１及び第２のロータ磁極ユニットの外周面には、強化繊維材料からなる糸が巻回され且つ接着剤が含浸されて前記外周面に対して固定された保護層が設けられている請求項１に記載のモータ用回転子。
【請求項７】
前記回転軸が１５万回転／分以上の高速で回転する高速回転モータに用いられる請求項１に記載のモータ用回転子。
【請求項８】
請求項１乃至７のいずれか１項に記載のモータ用回転子を備えた永久磁石回転型モータであって、
前記モータ用回転子の位置を検出する位置検出用ホール素子が、前記第２の種類の永久磁石磁極部からの漏洩磁束を測定するように配置されていることを特徴とする永久磁石回転型モータ。
【手続補正２】
【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、モータ用回転子に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
図１８に示すように、回転軸に設けられたロータコアの表面に周方向に並んで相互に隣接するように配置されたＰ個（この例では２個）の永久磁石１０１を具備するモータ用回転子が知られている。しかしながら、このような回転子を用いたモータでは、インバータのキャリア周波数による高周波電流リップルが発生し、モータのステータコアや永久磁石に高調波鉄損を発生させ、しかもトルクリップルが多くなるという問題があった。また、高速領域においては、誘起電圧上昇を抑制するために電流位相角を進めて、いわゆる弱め界磁制御を行うが、このような弱め界磁制御を行うとトルクが急激に低下する。そこで、図１９（例えば、特許第３６５９０１２号公報）に示すように、２個の永久磁石１０１と磁性材料からなる２個の突極１０３とが回転軸の周方向に交互に並ぶように配置されたモータ用回転子が提案された。このモータ用回転子では、突極１０３を有することにより、トルクリップルの発生を抑制している。
【０００３】
また、特開平８−２３６６４号公報には、複数個の第１の種類の永久磁石磁極部と複数個の磁性材料からなる第１の種類の突極部とが回転軸の周方向に交互に並ぶようにロータコアの表面に配置された第１の分割ロータ磁極ユニットと、複数個の第２の種類の永久磁石磁極部と複数個の磁性材料からなる第２の種類の突極部とが回転軸の周方向に交互に並ぶようにロータコアの表面に配置された第２の分割ロータ磁極ユニットとを備えたモータ用回転子が示されている。このモータ用回転子では、第１の種類の永久磁石磁極部の極弧角と第２の種類の永久磁石磁極部の極弧角とを異ならせ、第１の種類の突極部の開角と第２の種類の突極部の開角を異ならせることにより、トルクリップルの発生を抑制している。
【特許文献１】特許第３６５９０１２号公報
【特許文献２】特開平８−２３６６４号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
この種のモータ用回転子を用いるモータでは、固定子側に、回転子の位置に応じて固定子の電機子への電流の切替えを行うための磁極位置検出用ホール素子を備えている。この磁極位置検出用ホール素子は、通常、回転軸の軸線方向に位置する、永久磁石の端部に近接して配置されている。しかしながら、図１９に示すモータ用回転子（特許文献１）のように突極部を有するモータ用回転子では、図２０に示すように、磁極位置検出用ホール素子が検出する磁束密度波形（回転子の回転角度と軸方向ギャップ磁束密度との関係の波形）のゼロクロス近傍に磁束の乱れＴ１が生じる。そのため磁束密度波形が、正弦波の波形になり難く、磁極位置の検出誤差が発生する問題がある。また突極部を設けると、トルクリップルは低減できるものの、モータトルクが低減する問題が発生することになる。
【０００５】
また、図１８に示すモータ用回転子のように突極部が無いモータ用回転子においては、モータトルクの大幅な低下はないものの、トルクリップルを低減させることができない。またこのモータ用回転子では、永久磁石の寸法精度が原因となって、永久磁石間に隙間が形成される。そしてこの隙間が原因となって、図２１に示すように、磁束密度波形に磁束の乱れＴ２が生じる問題がある。
【０００６】
また、特許文献２に示すモータ用回転子においても、磁束密度波形のゼロクロス近傍に磁束の乱れが生じて、正弦波の波形が得難くなり誤動作が発生するおそれがある。
【０００７】
本発明の目的は、モータトルクを高く維持し、トルクリップルの発生を低減して、しかも磁極位置の検出精度を低下させることがないモータ用回転子及び永久磁石回転型モータを提供することにある。
【０００８】
本発明の目的は、位置検出用ホール素子が検出する磁束密度波形に磁束の乱れが生じ難く、正弦波に近い磁束密度波形が得られるモータ用回転子及び永久磁石回転型モータを提供することにある。
【０００９】
本発明の他の目的は、上記目的に加えて、トルクリップルを抑制してトルクを高く維持でき、しかも高速回転を行っても、高調波鉄損が増加を抑制できるモータ用回転子及び永久磁石回転型モータを提供することにある。
【００１０】
本発明の他の目的は、高速回転を行っても、永久磁石及び突極がロータコアから外れるのを防ぐことができるモータ用回転子及び永久磁石回転型モータを提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【００１１】
本発明のモータ用回転子は、回転軸に設けられたロータコアと、第１の分割ロータ磁極ユニットと、第２の分割ロータ磁極ユニットとを備えている。第１の分割ロータ磁極ユニットは、ロータコアの表面にＰ個（Ｐは正の偶数）の第１の種類の永久磁石磁極部とＰ個（Ｐは正の偶数）の磁性材料からなる突極部とが回転軸の周方向に交互に並ぶように配置されて構成されている。第２の分割ロータ磁極ユニットは、ロータコアの表面にＰ個（Ｐは正の偶数）の第２の種類の永久磁石磁極部が周方向に隣接して配置されている。
【００１２】
第１の分割ロータ磁極ユニットと第２の分割ロータ磁極ユニットとは、回転軸の軸線に沿い且つ第１の種類の永久磁石磁極部の中心を通る仮想中心線と軸線に沿い且つ第２の種類の永久磁石磁極部の中心を通る仮想中心線とが一致するようにして、回転軸の軸線方向に並んで配置されている。
【００１３】
なお、ここでいう「永久磁石磁極部」とは、１以上の永久磁石から構成される磁極部である。例えば、一個の永久磁石から１つの永久磁石磁極部を構成することもできるし、表面に同極性を有する複数個の永久磁石を並べて１つの永久磁石磁極部を構成することもできる。また、「突極部」とは、１以上の突極から構成される部分である。
【００１４】
本発明のモータ用回転子のように、第１の分割ロータ磁極ユニットに突極部を設けると、この突極部においてリラクタンストルクが発生し高調波鉄損の増加を抑制でき、しかもトルクリップルの発生を抑制できる。また、突極部を有しない第２の分割ロータ磁極ユニットを用いることにより、モータトルクの低減を抑制することができる。しかしながら第２の分割ロータ磁極ユニットにおけるＰ個の第２の種類の永久磁石磁極部の隣接する２つの永久磁石磁極部間に、永久磁石磁極部の寸法精度が原因となって隙間が形成される。この隙間は、ロータコアの加工精度や、回転子の組立精度を考えて、永久磁石の寸法精度が決定されることから発生する。すなわち実際にモータ用回転子を製造する場合には、各部品の加工精度及び部品の組立精度を考慮して、部品組立の際に、寸法誤差を吸収できるようにしなければならない。永久磁石磁極部を形成するために使用する永久磁石は、寸法精度を高めることがし難く、寸法精度を高めると、永久磁石の価格は極端に高くなるのが実情である。そのため当業者の常識では、永久磁石の寸法精度を高めることなく、モータ用回転子を製造している。このような事情から、複数の永久磁石磁極を周方向に隣接して配置した場合には、隣り合う２つの永久磁石磁極部間に間隙が形成されることになる。一般的に形成されるこの間隙の周方向に測定した寸法は、０．２〜０．５ｍｍ程度である。しかしながらこの隙間は、第２の分割ロータ磁極ユニットの磁束密度波形に乱れを生じさせる原因となっている。そこで本発明においては、この隙間に軟磁性材料からなるスペーサを配置する。このような軟磁性材料からなるスペーサを配置すると、磁束密度波形の乱れが抑制されて、磁束密度波形は正弦波に近いものとなる。
【００１５】
第１の種類の永久磁石磁極部の極弧角θmと突極部の開角θsとの比（θm／θs）は、１．５〜２．５の範囲の値とするのが好ましい。比（θm／θs）が１．５を下回ると、トルクが低下し、トルクリップルが増加しやすくなる。比（θm／θs）が２．５を上回ると、高速領域でのトルクが低下し、高調波鉄損を十分に抑制できない。このような場合、第１の分割ロータ磁極ユニットの軸線方向の長さＬ１と第２の分割ロータ磁極ユニットの軸線方向の長さＬ２との比（Ｌ１／Ｌ２）は、０．７５〜１の範囲の値とするのが好ましい。
【００１６】
第１の分割ロータ磁極ユニットの軸線方向の長さＬ１と第２の分割ロータ磁極ユニットの軸線方向の長さＬ２とを等しくすると、高調波鉄損の増加を抑制できる。
【００１７】
第１の種類の永久磁石磁極部及び第２の種類の永久磁石磁極部は、それぞれ回転軸の中心と永久磁石磁極部の中心とを通る仮想中心線と磁化方向とが平行になる平行磁化配向となるように着磁するのが好ましい。このようにすれば、位置検出用ホール素子が検出する磁束密度波形をより正弦波に近い波形にすることができる。
【００１８】
第１及び第２の分割ロータ磁極ユニットの外周面には、強化繊維材料からなる糸が巻回され且つ接着剤が含浸されて外周面に対して固定された保護層を設けるのが好ましい。このようにすれば、ロータ磁極が第１及び第２の２つの分割ロータ磁極ユニットから構成されていても、保護層によって、高速回転時に分割ロータ磁極ユニットが遠心力でロータコアから外れるのを防ぐことができる。
【００１９】
特に本発明によって得られる磁束密度波形の乱れ抑制効果は、磁極位置の検出がモータの制御に重大な影響を与える高速回転モータにおいて顕著に発揮される。ここで高速回転モータとは、回転軸が１５万回転／分以上の高速で回転するモータである。このような高速回転モータでは、磁束密度波形の乱れから生じる磁極位置の検出精度の低下は、モータの制御精度を大幅に低下させるので、本発明の効果は格別なものである。
【００２０】
本発明のモータ用回転子を備えた永久磁石回転型モータは、モータ用回転子の位置を検出する位置検出用ホール素子が、第２の種類の永久磁石磁極部からの漏洩磁束を測定するように配置する。このようにすれば、前述したように、磁極位置検出用ホール素子が検出する磁束密度波形に磁束の乱れが生じ難く、磁束密度波形を正弦波に近い波形にして、モータを制御する場合の誤動作の発生を抑制できる。
【発明の効果】
【００２１】
本発明のモータ用回転子によれば、第１の分割ロータ磁極ユニットに突極部を設けることにより、この突極部においてリラクタンストルクが発生し高調波鉄損の増加を抑制できる。また、第２の分割ロータ磁極ユニットでは、第２の種類の永久磁石磁極部が隣接して配置されているので、モータトルクの低下を抑制できる。その上、本発明においては、第２の分割ロータ磁極ユニットを構成する複数の永久磁石磁極部間の隣接する２つの永久磁石磁極部間に寸法精度が原因となって形成される隙間に、軟磁性材料からなるスペーサを配置する。このような軟磁性材料からなるスペーサを配置することにより、第２の分割ロータ磁極ユニットから発生する漏洩磁束の磁束密度波形の乱れを抑制することができて、この磁束密度波形をより正弦波に近いものとすることができる。その結果、磁極位置精度の低下を抑制することができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００２２】
以下、図面を参照して本発明の実施の形態を詳細に説明する。図１は、本発明の一実施の形態の永久磁石回転型モータの一部断面図である。本図では、理解を容易にするため、モータ用回転子を平面図で描き、他の部分を断面図で描いている。図１に示すように、本例のモータは、モータ用固定子１とモータ用回転子３とを備えている。モータ用固定子１は、一対のブラケット５Ａ，５Ｂと、電機子７とを有している。一対のブラケット５Ａ，５Ｂは、モータ用回転子３を回転自在に支持している。一対のブラケット５Ａ，５Ｂの一方のブラケット５Ｂには、モータ用回転子３の位置を検出する位置検出用ホール素子９が取り付けられている。位置検出用ホール素子９は、モータ用回転子３の後述する第２の種類の永久磁石磁極部２５からの漏洩磁束を測定できるように、第２の種類の永久磁石磁極部２５の端部から１ｍｍ程度離れた位置に配置されている。電機子７は、電機子コア９と電機子コア９に巻回された複数の巻線１１とを有しており、一対のブラケット５Ａ，５Ｂに挟持されている。
【００２３】
図２は、モータ用回転子３の斜視図であり、図３（Ａ）及び（Ｂ）は、図２のＡ−Ａ線断面図及びＢ−Ｂ線断面図であり、図４は、モータ用回転子３の分解図である。なお、各図においては、後述する保護層１９を除いた状態を描いている。また、理解を容易にするため、図３（Ａ）及び（Ｂ）においては、断面を表示するハッチングを省略している。図１〜図４に示すように、モータ用回転子３は、回転軸１１と、ロータコア１３と、第１の分割ロータ磁極ユニット１５と、第２の分割ロータ磁極ユニット１７と保護層１９とを備えている。ロータコア１３は円柱形を有しており、回転軸１１の軸線方向の中央部に回転軸１１と一体に設けられている。第１の分割ロータ磁極ユニット１５は、ロータコア１３の表面の一部上にＰ個（Ｐは正の偶数：本例では２個）の第１の種類の永久磁石磁極部２１とＰ個（Ｐは正の偶数：本例では２個）磁性材料からなる突極部２３とが回転軸１１の周方向に交互に並ぶように配置されて構成されている。第２の分割ロータ磁極ユニット１７は、ロータコア１３の表面の他の一部上にＰ個（Ｐは正の偶数：本例では２個）の第２の種類の永久磁石磁極部２５が相互に隣接して配置されている。第２の種類の永久磁石磁極部２５の隣接する２つの永久磁石磁極部２５の間に製造上の寸法精度が原因になって形成される隙間には、軟磁性材料からなるスペーサ２７が配置されている。この隙間の厚み寸法すなわちこの隙間を回転軸の周方向に測定した寸法は、０．２〜０．５ｍｍ程度である。理想的には、スペーサ２７で、この隙間を完全に埋めるのが好ましい。しかしながら現実的に、この隙間を完全に埋めることは難しいので、予め厚み寸法が異なる複数種類のスペーサを用意しておくことになる。そして、実際にモータ用回転子を製造する際に、なるべく隙間を埋めることができる厚み寸法を有するスペーサ２７をこの隙間に挿入することになる。スペーサ２７は、鉄合金粉末をプレスで圧縮成形した成形品により形成してもよいし、磁性鋼板を圧延によりその厚みを薄くして得た薄板からスペーサ２７を成形してもよい。
【００２４】
本例では、第１及び第２の種類の永久磁石磁極部２１，２５は、一個の永久磁石によりそれぞれ構成されており、また突極部２３は、鉄合金粉末をプレスで圧縮成形した一個の成形品によりそれぞれ構成されている。また軟磁性材料からなるスペーサ２７も、鉄合金粉末をプレスで圧縮成形した一個の成形品によりそれぞれ構成されている。図２に示すように、第１の分割ロータ磁極ユニット１５と第２の分割ロータ磁極ユニット１７とは、回転軸１１の軸線Ａに沿い且つ第１の種類の永久磁石磁極部２１の中心を通る仮想中心線Ｃ１と軸線Ａに沿い且つ第２の種類の永久磁石磁極部２５の中心を通る仮想中心線Ｃ１’とが一致するようにして、回転軸１１の軸線方向に並んで配置されている。
【００２５】
第１の種類の永久磁石磁極部２１及び第２の種類の永久磁石磁極部２５は、図３に示すように、それぞれ回転軸１１の中心と永久磁石磁極部の中心とを通る仮想中心線Ｃ３と磁化方向（矢印Ｍ１）とが平行になる平行磁化配向となるように着磁されている。
【００２６】
また、第１の分割ロータ磁極ユニット１５の軸線方向の長さＬ１と第２の分割ロータ磁極ユニット１７の軸線方向の長さＬ２とが等しくなっている。長さＬ１と長さＬ２との比（Ｌ１／Ｌ２）は、０．７５〜１の範囲の値とするのが好ましい。前述のように突極部２３は、鉄合金粉末をプレスで圧縮成形した成形品であり、ロータコア１３とは別体に設けられている。
【００２７】
図３に示すように、第１の種類の永久磁石磁極部２１の極弧角θmと突極部２３の開角θsとの比（θm／θs）は、１．５〜２．５の範囲の値である。
【００２８】
第１及び第２の分割ロータ磁極ユニット１５，１７の外周面に対して固定された保護層１９（図１参照）は、図５に示すように、強化繊維材料からなる糸１９ａが張力が加えられた状態で巻回され、且つ接着剤が含浸されて形成されている。
【００２９】
図６は、本例のモータにおいて磁極位置検出用ホール素子９が検出する第２の分割ロータ磁極ユニットから発生する漏洩磁束の磁束密度波形（回転子の回転角度と軸方向ギャップ磁束密度との関係の波形）を示している。図６より、本例のモータの磁束密度波形では、図２０及び図２１に示すような磁束の乱れが生じることは実質的になく、正弦波に近い磁束密度波形が得られるのが分かる。なお図６に示した破線の波形は、隙間にスペーサを挿入していないときの磁束密度波形である。
【００３０】
次に、本例のモータ（実施例のモータ）と、図１８に示す回転子を用いたモータ（比較例１のモータ）と、図１９に示す回転子を用いたモータ（比較例２のモータ）との回転子の回転角度とトルクとの関係を調べた。図７〜図１０は、電流進み角が０°、２０°、４０°、６０°における各モータの回転子の回転角度とトルクとの関係を示している。また、図１１は、各モータの電流進み角と平均トルクとの関係を示している。図７〜図１１より、電流進み角が０°の場合では、比較例１のモータのトルクが高くなるものの、電流進み角が２０°、４０°、６０°においては、実施例のモータは、比較例１及び２のモータに比べてトルクを高められるのが分かる。また、各電流進み角において、実施例のモータは、比較例２のモータに比べてトルクリップルを小さくできるのが分かる。
【００３１】
図１２は、実施例のモータと比較例１及び２のモータとの相インダクタンスを示す図である。本図より、実施例のモータは、比較例２のモータより相インダクタンスが大きく、比較例１のモータとそれほど大きな差がないのが分かる。そのため、実施例のモータは、インバータのキャリア周波数による高周波電流リップルを抑制でき、高調波鉄損が増加を抑制できるのが分かる。
【００３２】
図１３（Ａ）及び（Ｂ）は、本発明の他の実施の形態の永久磁石回転型モータの回転子の第１及び第２の分割ロータ磁極ユニット２１５，２１７のそれぞれの断面図である。なお、理解を容易にするため、図１３（Ａ）及び（Ｂ）においては、断面を表示するハッチングを省略している。本例のモータ用回転子では、第１及び第２の種類の永久磁石磁極部２２１，２２５が、それぞれ磁化方向（矢印Ｍ２）が回転軸２１１の径方向になるラジアル磁化配向となるように着磁されており、その他は、図１〜図４に示すモータ用回転子と同じ構造を有している。図１４は、本例のモータにおける位置検出用ホール素子が検出する磁束密度波形を示している。図１４より、本例のモータの磁束密度波形では、図２０及び図２１に示すような磁束の乱れが生じないが、方形波に近い波形になってしまうのが分かる。
【００３３】
図１５は、本発明の他の実施の形態の永久磁石回転型モータのモータ用回転子３の斜視図であり、図１６（Ａ）及び（Ｂ）は、図１５のＡ−Ａ線断面図及びＢ−Ｂ線断面図であり、図１７は、モータ用回転子３の分解図である。本例のモータ用回転子では、突極部３２３とスペーサ３２７とが一体に形成されている。図１５〜図１７に示すように、モータ用回転子３は、回転軸１１と、ロータコア１３と、第１の分割ロータ磁極ユニット１５と、第２の分割ロータ磁極ユニット１７と保護層１９とを備えている。ロータコア１３は円柱形を有しており、回転軸１１の軸線方向の中央部に回転軸１１と一体に設けられている。第１の分割ロータ磁極ユニット１５は、ロータコア１３の表面の一部上にＰ個（Ｐは正の偶数：本例では２個）の第１の種類の永久磁石磁極部２１とＰ個（Ｐは正の偶数：本例では２個）の磁性材料からなる突極部３２３とが回転軸１１の周方向に交互に並ぶように配置されて構成されている。第２の分割ロータ磁極ユニット１７は、ロータコア１３の表面の他の一部上にＰ個（Ｐは正の偶数：本例では２個）の第２の種類の永久磁石磁極部２５とＰ個（Ｐは正の偶数：本例では２個）の軟磁性材料からなるスペーサ３２７とが回転軸１１の周方向に交互に並ぶように配置されて構成されている。この実施の形態では、突極部３２３とスペーサ３２７とが一対に形成されている。そしてスペーサ３２７は、第２の種類の２つの永久磁石磁極部２５の間に、製造上の寸法精度が原因となって形成された隙間内に配置される。本例では、第１及び第２の種類の永久磁石磁極部２１，２５は、一個の永久磁石によりそれぞれ構成されている。図１５に示すように、第１の分割ロータ磁極ユニット１５と第２の分割ロータ磁極ユニット１７とは、回転軸１１の軸線Ａに沿い且つ第１の種類の永久磁石磁極部２１の中心を通る仮想中心線Ｃ１と軸線Ａに沿い且つ第２の種類の永久磁石磁極部２５の中心を通る仮想中心線Ｃ１’とが一致し、軸線Ａに沿い且つ突極部３２３の中心を通る仮想中心線Ｃ２と軸線Ａに沿い且つスペーサ３２７の中心を通る仮想中心線Ｃ２’とが一致するようにして、回転軸１１の軸線方向に並んで配置されている。
【００３４】
第１の種類の永久磁石磁極部２１及び第２の種類の永久磁石磁極部２５は、図１６に示すように、それぞれ回転軸１１の中心と永久磁石磁極部の中心とを通る仮想中心線Ｃ３と磁化方向（矢印Ｍ１）とが平行になる平行磁化配向となるように着磁されている。
【００３５】
また、第１の分割ロータ磁極ユニット１５の軸線方向の長さＬ１と第２の分割ロータ磁極ユニット１７の軸線方向の長さＬ２とが等しくなっている。長さＬ１と長さＬ２との比（Ｌ１／Ｌ２）は、０．７５〜１の範囲の値とするのが好ましい。また、突極部３２３とスペーサ３２７は、鉄合金粉末をプレスで圧縮成形した一体成形品であり、ロータコア１３とは別体に設けられている。
【００３６】
図１６に示すように、第１の種類の永久磁石磁極部２１の極弧角θm1が第２の種類の永久磁石磁極部２５の極弧角θm2よりも小さく、突極部３２３の開角θs1がスペーサ３２７の開角θs2よりも大きくなっている。具体的には、第１の種類の永久磁石磁極部２１の極弧角θm1と第１の種類の突極部２３の開角θs1との比（θm1／θs1）は、１．５〜２．５の範囲の値である。スペーサ３２７の外周の弧の長さは１ｍｍ以下が好ましい。この場合、第２の種類の突極部の外周を含む仮想円の半径をＲとすると、第２の種類の永久磁石磁極部２５の極弧角θm2と第２の種類の突極部２７の開角θs2との比（θm2／θs2）は（πＲ−１）以上である。本例では、突極部３２３の開角θs1が５４°であり、スペーサ３２７の開角θs2が４．５°である。
【００３７】
また、第１の種類の永久磁石磁極部の極弧角θm1と第１の種類の突極部の開角θs1との比（θm1／θs1）を４．５〜７．５の範囲の値とし、第２の種類の突極部の外周の弧の長さを１ｍｍ以下にしてもよい。この場合、第１の分割ロータ磁極ユニットの軸線方向の長さＬ１と第２の分割ロータ磁極ユニットの軸線方向の長さＬ２との比（Ｌ１／Ｌ２）は、１〜１．３３の範囲の値とするのが好ましい。
【００３８】
また、上記各例では、突極部２３をロータコア１３と別体に設けたが、突極部は、ロータコアと一体に設けても構わない。
【００３９】
また、上記各例では、第１及び第２の種類の永久磁石磁極部２１，２５を、一個の永久磁石によりそれぞれ構成し、突極部２３を、一個の突極によりそれぞれ構成したが、第１及び第２の種類の永久磁石磁極部を、複数個の永久磁石によりそれぞれ構成し、突極部２３を、複数個の突極によりそれぞれ構成してもよいのは勿論である。
【図面の簡単な説明】
【００４０】
【図１】本発明の一実施の形態の永久磁石回転型モータの一部断面図である。
【図２】図１に示す永久磁石回転型モータに用いるモータ用回転子の斜視図である。
【図３】（Ａ）及び（Ｂ）は、図２のＡ−Ａ線断面図及びＢ−Ｂ線断面図である。
【図４】図２に示すモータ用回転子の分解図である。
【図５】図２に示すモータ用回転子の第１及び第２の分割ロータ磁極ユニットの外周面に対して保護層を固定する態様を示す図である。
【図６】図１に示す永久磁石回転型モータにおいて位置検出用ホール素子が検出する磁束密度波形を示す図である。
【図７】電流進み角が０°における試験に用いた各モータの回転子の回転角度とトルクとの関係を示す図である。
【図８】電流進み角が２０°における試験に用いた各モータの回転子の回転角度とトルクとの関係を示す図である。
【図９】電流進み角が４０°における試験に用いた各モータの回転子の回転角度とトルクとの関係を示す図である。
【図１０】電流進み角が６０°における試験に用いた各モータの回転子の回転角度とトルクとの関係を示す図である。
【図１１】試験に用いた各モータの電流進み角と平均トルクとの関係を示す図である。
【図１２】実施例のモータと比較例１及び２のモータとの相インダクタンスを示す図である。
【図１３】（Ａ）及び（Ｂ）は、本発明の他の実施の形態の永久磁石回転型モータの回転子の第１及び第２の分割ロータ磁極のそれぞれの断面図である。
【図１４】図１３に示す回転子を用いた永久磁石回転型モータにおける位置検出用ホール素子が検出する磁束密度波形を示す図である。
【図１５】本発明の他の実施の形態永久磁石回転型モータに用いるモータ用回転子の斜視図である。
【図１６】（Ａ）及び（Ｂ）は、図１５のＡ−Ａ線断面図及びＢ−Ｂ線断面図である。
【図１７】図２０に示すモータ用回転子の分解図である。
【図１８】従来の一例のモータ用回転子の平面図である。
【図１９】従来の他の例のモータ用回転子の平面図である。
【図２０】図１５に示す回転子を用いた永久磁石回転型モータにおける位置検出用ホール素子が検出する磁束密度波形を示す図である。
【図２１】図１６に示す回転子を用いた永久磁石回転型モータにおける位置検出用ホール素子が検出する磁束密度波形を示す図である。
【符号の説明】
【００４１】
１  モータ用固定子
３  モータ用回転子
５Ａ，５Ｂ  ブラケット
９  位置検出用ホール素子
１３  ロータコア
１５  第１の分割ロータ磁極ユニット
１７  第２の分割ロータ磁極ユニット
１９  保護層
２１  第１の種類の永久磁石磁極部
２３  突極部
２５  第２の種類の永久磁石磁極部
２７  スペーサ
θm  第１の種類の永久磁石磁極部の極弧角
θs  第１の種類の突極部の開角