(57)【要約】【課題】磁石の角を斜めに落とす加工を必要とすることなく、軸方向に隣接する異極性磁石間の距離を大きく確保することが可能な永久磁石モータの回転子を提供する。【解決手段】軸線方向に配列しかつ周方向に順次スキューした複数の永久磁石（２０，３０）を有する永久磁石モータの回転子である。隣接する上段および下段の永久磁石（２０，３０）間に中間磁石部（４０，５０）をそれぞれ形成している。中間磁石部（４０，５０）は、スキュー方向側の縁線が上段の永久磁石（２０，３０）のスキュー方向側の縁線の延長上に位置し、スキュー方向側とは逆の側の縁線が下段の永久磁石（２０，３０）のスキュー方向側とは逆の側の縁線の延長上に位置するように構成されている。【選択図】  図１
2008131692.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
軸線方向に配列しかつ周方向に順次スキューした複数の永久磁石を有する永久磁石モータの回転子であって、
隣接する上段および下段の前記永久磁石間に中間磁石部をそれぞれ形成し、
前記中間磁石部は、前記スキュー方向側の縁線が前記上段の永久磁石の前記スキュー方向側の縁線の延長上に位置し、かつ、前記スキュー方向側とは逆の側の縁線が前記下段の永久磁石の前記スキュー方向側とは逆の側の縁線の延長上に位置するように構成されていることを特徴とする永久磁石モータの回転子。
【請求項２】
前記中間磁石部は、前記上段の永久磁石から前記下段の永久磁石に向かって突出する第１の延長部と、前記下段の永久磁石から前記上段の永久磁石に向かって突出する第２の延長部とで構成され、前記第１および第２の延長部は、隙間なく組み合わされるように形成されていることを特徴とする請求項１に記載の永久磁石モータの回転子。
【請求項３】
前記第１および第２の延長部は、それらの境界線が段状を示すように形成されていることを特徴とする請求項２に記載の永久磁石モータの回転子。
【請求項４】
前記第１および第２の延長部は、それらの境界線が斜線を示すように形成されていることを特徴とする請求項２に記載の永久磁石モータの回転子。
【請求項５】
前記第１および第２の延長部は、それらの境界線が前記軸線に直交する面内に存在するように形成されていることを特徴とする請求項２に記載の永久磁石モータの回転子。
【請求項６】
前記第１および第２の延長部は、それらの境界線がＶ字状を示すように形成されていることを特徴とする請求項２に記載の永久磁石モータの回転子。
【請求項７】
前記中間磁石部は、前記上段の永久磁石もしくは前記下段の永久磁石の延長部によって形成されていることを特徴とする請求項１に記載の永久磁石モータの回転子。
【請求項８】
前記中間磁石部は、前記上段および下段の永久磁石からは独立した永久磁石によって形成されていることを特徴とする請求項１に記載の永久磁石モータの回転子。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、軸線方向に配列しかつ周方向に順次スキューした複数の永久磁石を有する永久磁石モータの回転子に関し、特に、上記スキューに伴う軸線方向への磁束の漏洩を低減する技術に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
永久磁石を回転子に設けた永久磁石モータでは、周知のように、コギングトルクと呼ばれる一種のトルク脈動が発生する。このコギングトルクは、モータの制御性の悪化や、騒音の発生等の問題を発生するので、できるだけ抑制することが望ましい。
図１２は、コギングトルクを低減するための構成を有した従来の永久磁石モータの回転子を例示した側面図である。また、図１３および図１４は、それぞれこの回転子の平面図および斜視図である。
この回転子は、回転子鉄心（積層鉄心からなる）１００と、この回転子鉄心１００の周面に取り付けた所定個数のＮ極永久磁石２００およびＳ極永久磁石３００とを備えている。なお、この回転子では、軸線方向に対するＮ極永久磁石２００およびＳ極永久磁石３００の配列段数を２としているが、必要に応じて２よりも多い配列段数が採用される。
【０００３】
隣接する上段および下段のＮ極永久磁石２００相互および隣接する上段および下段のＳ極永久磁石３００相互は、回転子鉄心１００の周方向にずらされている。これは、一般的に段スキューと呼ばれている。この段スキューは、コギングトルクを低減するために有効である。（例えば、特許文献１参照）
しかし、段スキューを施してもコギングトルクを十分に低減させることができない場合がある。その理由は以下のとおりである。
【０００４】
すなわち、段スキューによるコギングトルクの抑制効果を低下させないためには、回転子の軸線方向に隣接する異極性磁石相互間の磁気抵抗（図１２では、上段のＮ極永久磁石２００と右下段のＳ極永久磁石３００との間の磁気抵抗、および、左上段のＳ極永久磁石３００と下段のＮ極永久磁石２００との間の磁気抵抗）を高くして、上記軸線方向への磁束の漏洩量を少なくする必要がある。（例えば、非特許文献１の第５章参照）
しかし、上記段スキューにおけるスキュー量の程度によっては、上記軸線方向に隣接する異極性磁石相互間の相対距離が極めて小さくなって、つまり、それらの磁石間の磁気抵抗が低下して、段スキューによるコギングトルク低減効果が十分に発揮されなくなることがある。
【０００５】
そこで、図１２に鎖線で例示したように、上記異極性磁石相互の対向する角部を斜めに切断するという手法が提案されている。（例えば、特許文献２参照）
この手法によれば、上記異極性磁石間に空間が形成されてそれらの磁石相互間の磁気抵抗が高くなることから、上記軸線方向への磁束の漏れが低減される。
【０００６】
【特許文献１】実開昭６１−１７８７６号公報
【非特許文献１】「電気学会研究会資料」静止器、回転機合同研究会、ＳＡ−０５−２１，ＲＭ−０５−２０、「電磁鋼板の積層を考慮したスキュー付き表面磁石モータのコギングトルク解析」、服部  哲弥、成田  一行、２００５年１月２８日、社団法人電気学会発行
【特許文献２】特開２００３−３３９１２９号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００７】
ところで、上記のように磁石の角部を斜めに切断する手法を採用する場合、すべての磁石の切断角度を均一にしないと、斜め切断によって形成される各空間の形状が不揃いになって、つまり、該各空間がもたらす磁気抵抗が不揃いになって、予期せぬ周期のコギングトルクを発生するおそれがある。
しかしながら、円弧状に湾曲した形状を有する上記磁石の角部を精度よく斜めに切断することは容易でなく、このため、上記の手法を採用した場合、上記磁気抵抗の不揃いに起因した製品品質のばらつきを生じる可能性がある。なお、加工精度の高い切断装置を用いれば、上記磁石の角部を精度よく斜めに切断することが可能である。しかし、このような切断装置は高価であるので、設備コストを上昇させる。
そこで、本発明の目的は、磁石の角部を斜めに切断する加工を必要とすることなく、軸線方向に隣接する異極性磁石間の距離を大きく確保することが可能な永久磁石モータの回転子を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【０００８】
本発明は、軸線方向に配列しかつ周方向に順次スキューした複数の永久磁石を有する永久磁石モータの回転子であって、上記目的を達成するために、隣接する上段および下段の前記永久磁石間に中間磁石部をそれぞれ形成している。前記中間磁石部は、前記スキュー方向側の縁線が前記上段の永久磁石の前記スキュー方向側の縁線の延長上に位置し、前記スキュー方向側とは逆の側の縁線が前記下段の永久磁石の前記スキュー方向側とは逆の側の縁線の延長上に位置するように構成されている。
【０００９】
前記中間磁石部は、例えば、前記上段の永久磁石から前記下段の永久磁石に向かって突出する第１の延長部と、前記下段の永久磁石から前記上段の永久磁石に向かって突出する第２の延長部とで構成される。前記第１および第２の延長部は、隙間なく組み合わされるように形成される。
【００１０】
前記第１および第２の延長部は、それらの境界線が段状あるいは斜線を示すように、または前記軸線に直交する面内に存在するように、もしくはＶ字状を示すように形成することができる。
そして、前記中間磁石部は、前記上段の永久磁石もしくは前記下段の永久磁石の延長部によって形成してもよく、また、前記上段および下段の永久磁石からは独立した永久磁石によって形成してもよい。
【発明の効果】
【００１１】
本発明によれば、軸方向に隣接する異極性磁石間に空間を形成するにあたって、それらの磁石の角部を斜めに切断する加工を必要としないので、上記空間の形状の均一化、つまり、上記軸方向に隣接する異極性磁石間の磁気抵抗の均一化を図る上で有利である。また、上記空間を形成するための磁石の加工が容易になるので、製品コストの低減も可能になる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１２】
図１は、本発明の第１の実施形態に係る永久磁石モータの回転子を示す側面図である。また図２は、この回転子の平面図である。
この回転子Ｒ−１は、回転子鉄心（積層鉄心からなる）１０と、該回転子鉄心１０の周面に取り付けた所定個数のＮ極永久磁石２０およびＳ極永久磁石３０とを備えている。
この回転子Ｒ−１では、その軸線方向（図１における上下方向）に対するＮ極永久磁石２０およびＳ極永久磁石３０の配列段数を２に設定しているが、これよりも多い配列段数を設定してもよい。また、この回転子Ｒ−１では、Ｎ極永久磁石２０およびＳ極永久磁石３０を周方向に交互に合計４個配列させているが、この配列個数も所望の個数２×ｎ（ｎ＝１，２，３・・・）に設定することができる。
【００１３】
下段のＮ極永久磁石２０は、上段のＮ極永久磁石２０に対して回転子鉄心１の周方向にずらされ、同様に、下段のＳ極永久磁石３０は、上段のＳ極永久磁石３０に対して回転子鉄心１の周方向にずらされている（一般的に、段スキューと呼ばれ、図１ではスキューの方向が矢印Ａで示されている）。
隣接する上段のＮ極永久磁石２０および下段のＮ極永久磁石２０間には、Ｎ極中間磁石部４０が形成され、また、隣接する上段のＳ極永久磁石３０および下段のＳ極永久磁石３０間には、Ｓ極中間磁石部５０が形成されている。なお、Ｎ極中間磁石部４０およびＳ極中間磁石部５０には、それぞれハッチングが付されている。
【００１４】
Ｎ極中間磁石部４０は、スキュー方向Ａ側の縁線４３が上段のＮ極永久磁石２０のスキュー方向Ａ側の縁線（回転子の軸線に沿っている）２１の延長上に位置し、前記スキュー方向Ａ側とは逆の側の縁線４４が下段のＮ極永久磁石２０のスキュー方向Ａ側とは逆の側の縁線２２の延長上に位置した形状を有している。Ｓ極中間磁石部５０も、Ｎ極中間磁石部４０に準じた形状を有している。
【００１５】
この実施形態において、Ｎ極中間磁石部４０は、上段のＮ極永久磁石２０から下段のＮ極永久磁石２０に向かって突出する延長部４１と、下段のＮ極永久磁石２０から上段のＮ極永久磁石２０に向かって突出する延長部４２とを組み合わせることによって構成されている。
同様に、Ｓ極中間磁石部５０は、上段のＳ極永久磁石３０から下段のＳ極永久磁石３０に向かって突出する延長部５１と、下段のＳ極永久磁石３０から上段のＳ極永久磁石３０に向かって突出する延長部５２とを組み合わせることによって構成されている。
延長部４１と延長部４２は、それら間に隙間が形成されないように、かつ、それらの境界線が段状を示すように形成され、延長部５１と延長部５２も同様に形成されている。
【００１６】
上記のように構成されたこの実施形態に係る回転子Ｒ−１によれば、上段のＮ極永久磁石２０と、該磁石２０に対して回転子Ｒ−１の軸線方向に隣接する下段のＳ極永久磁石３０（図１では、右下段のＳ極永久磁石３０）との間に空間６０が形成され、これによって、上記両磁石２０、３０間の磁気抵抗が高められる。
また、上段のＳ極磁石３０（図１では、左上段のＳ極永久磁石３０）と、該磁石３０に対して上記軸線方向に隣接する下段のＮ極永久磁石２０との間にも空間６０が形成され、これによって、上記両磁石３０、２０間の磁気抵抗が高められる。
【００１７】
前述したように、上記磁気抵抗は、モータのコギングトルクに影響を与える。すなわち、上記磁気抵抗が低い場合には、回転子の軸線方向への磁束の漏洩量が増加するため、段スキューによるコギングトルクの抑制効果が低下することになる。
しかし、上記したように、本実施形態に係る回転子Ｒ−１によれば、軸線方向に隣接するＮ極永久磁石２０とＳ極永久磁石３０との間の磁気抵抗が上記空間６０によって高められるので、段スキューによるコギングトルクの低減効果が十分に発揮される。
しかも、本実施形態に係る回転子Ｒ−１によれば、前記延長部４１および４２を組み合わせることによってＮ極中間磁石部４０が構成され、また、前記延長部５１および５２を組み合わせることによってＳ極中間磁石部５０が構成されるので、上段のＮ極永久磁石２０に対する下段のＮ極永久磁石２０の位置決め、および、上段のＳ極永久磁石３０に対する下段のＳ極永久磁石３０の位置決めが容易になる。
上記Ｎ極中間磁石部４０を構成する延長部４１、４２および上記Ｓ極中間磁石部５０を構成する延長部５１、５２は、図３に示すように、回転子鉄心１の周方向に対して図１とは逆の側に位置するように形成してもよい。
【００１８】
図４は、本発明の第２の実施形態に係る永久磁石モータの回転子を示している。この回転子Ｒ−２は、Ｎ極中間磁石部４０を構成する延長部４１、４２の形状およびＳ極中間磁石部５０を構成する延長部５１、５２の形状において前記第１の実施形態に係る回転子Ｒ−１と相違する。
すなわち、この回転子Ｒ−２における上記延長部４１、４２（５１、５２）は、互いの境界線が右上がりの斜線を示すように形成されている。もちろん、延長部４１、４２（５１、５２）は、図５に示すように、境界線が右下がりの斜線を示すように形成してもよい。
【００１９】
図６は、本発明の第３の実施形態に係る永久磁石モータの回転子を示している。この回転子Ｒ−３も、Ｎ極中間磁石部４０を構成する延長部４１、４２の形状およびＳ極中間磁石部５０を構成する延長部５１、５２の形状において前記第１の実施形態に係る回転子Ｒ−１と相違する。
すなわち、この回転子Ｒ−３における上記延長部４１、４２（５１、５２）は、互いの境界線が該回転子Ｒ−３の軸線に直交する面内に存在するように形成されている。
【００２０】
図７は、本発明の第４の実施形態に係る永久磁石モータの回転子を示している。この回転子Ｒ−４は、互いの境界線がＶ字状を示すように形成された延長部４１、４２によってＮ極中間磁石部４０が構成され、同様に、互いの境界線がＶ字状を示すように形成された延長部５１、５２によってＳ極中間磁石部５０が構成されている。
上記延長部４１、４２（５１、５２）は、図８に示すように、それらの境界線が逆Ｖ字状を示すように形成してもよい。
【００２１】
図９は、本発明の第５の実施形態に係る永久磁石モータの回転子を示している。この回転子Ｒ−５は、は、Ｎ極中間磁石部４０が下段のＮ極永久磁石２０の延長部４５で構成され、Ｓ極中間磁石部５０が下段のＳ極永久磁石３０の延長部５５で構成されている。
なお、図１０に示すように、Ｎ極中間磁石部４０を上段のＮ極永久磁石２０の延長部４６で構成し、Ｓ極中間磁石部５０を上段のＳ極永久磁石３０の延長部５６で構成してもよい。
もちろん、Ｎ極中間磁石部４０を図９に示すように下段のＮ極永久磁石２０の延長部４５で構成する一方、Ｓ極中間磁石部５０を図１０に示すように上段のＳ極永久磁石３０の延長部５６で構成するという形態や、Ｎ極中間磁石部４０を図１０に示すように上段のＮ極永久磁石２０の延長部４６で構成する一方、Ｓ極中間磁石部５０を図９に示すように下段のＳ極永久磁石３０の延長部５５で構成するという形態等も採用可能である。
要するに、Ｎ極中間磁石部４０は、上下段のＮ極永久磁石２０のいずれの延長部で構成してもよく、同様に、Ｓ極中間磁石部５０は、上下段のＳ極永久磁石３０のいずれの延長部で構成してもよい。
【００２２】
図１１は、本発明の第６の実施形態に係る永久磁石モータの回転子を示している。この回転子Ｒ−６は、Ｎ極中間磁石部４０およびＳ極中間磁石部５０がそれぞれ単体のＮ極永久磁石４７およびＳ極永久磁石５７によって構成されている。なお、単体のＮ極永久磁石４７およびＳ極永久磁石５７に代えて、それらを複数に分割（分割方向は、回転子の軸線方向および周方向のいずれであってもよい）した極永久磁石を用いることも可能である。
【００２３】
上記した第２〜第６の実施形態に係る回転子Ｒ−２〜Ｒ−６は、いずれも前記空間６０が形成されるので、第１の実施形態に係る回転子Ｒ−１と同様に、軸線方向に隣接する異極性磁石２０、３０間の磁気抵抗を高めること、つまり、軸線方向への磁束の漏洩を低減することができる。
また、上記した第１〜第６の実施形態に係る回転子Ｒ−１〜Ｒ−６によれば、軸方向に隣接する異極性磁石２０、３０間に空間６０を形成するにあたって、それらの磁石２０、３０の角部を斜めに切断する加工を必要としないので、上記空間の形状の均一化、つまり、磁石２０、３０間の磁気抵抗の均一化を図る上で有利である。また、上記空間６０を形成するための磁石２０、３０の加工が容易になるので、製品コストの低減も可能になる。
【図面の簡単な説明】
【００２４】
【図１】本発明の第１の実施形態に係る回転子を示す側面図である。
【図２】図１に示す回転子の平面図である。
【図３】図１に示す回転子における中間磁石部の変形例を示す側面図である。
【図４】本発明の第２の実施形態に係る回転子を示す側面図である。
【図５】図４に示す回転子における中間磁石部の変形例を示す側面図である。
【図６】本発明の第３の実施形態に係る回転子を示す側面図である。
【図７】本発明の第４の実施形態に係る回転子を示す側面図である。
【図８】図７に示す回転子における中間磁石部の変形例を示す側面図である。
【図９】本発明の第５の実施形態に係る回転子を示す側面図である。
【図１０】図９に示す回転子における中間磁石部の変形例を示す側面図である。
【図１１】本発明の第６の実施形態に係る回転子を示す側面図である。
【図１２】従来の回転子の構成例を示す側面図である。
【図１３】図１２に示す回転子の平面図である。
【図１４】図１２に示す回転子の斜視図である。
【符号の説明】
【００２５】
Ｒ−１〜Ｒ−６  回転子
１０  回転子鉄心
２０  Ｎ極永久磁石
２１，２２  縁線
３０  Ｓ極永久磁石
４０  Ｎ極中間磁石部
４１，４２  延長部
４３，４４  延線
４７  Ｎ極永久磁石
５０  Ｓ極中間磁石部
５１，５２  延長部
５７  Ｓ極永久磁石
６０  空間
【図１】
2008131692.tif 000003
【図２】
2008131692.tif 000004
【図３】
2008131692.tif 000005
【図４】
2008131692.tif 000006
【図５】
2008131692.tif 000007
【図６】
2008131692.tif 000008
【図７】
2008131692.tif 000009
【図８】
2008131692.tif 000010
【図９】
2008131692.tif 000011
【図１０】
2008131692.tif 000012
【図１１】
2008131692.tif 000013
【図１２】
2008131692.tif 000014
【図１３】
2008131692.tif 000015
【図１４】
2008131692.tif 000016