(57)【要約】【課題】永久磁石の寸法精度を殊更高くする必要がなく、製造性を向上でき、また、永久磁石を減磁しにくくする。【解決手段】永久磁石１６は、磁石挿入穴７に対して周囲に空間部２０を形成するように小さく形成され、その空間部２０に挿入される弾性を有するスペーサ１７を介して磁石挿入穴７に固定される構成とする。永久磁石１６の着磁方向１９と直交する面１６ａ，１６ｂのうち磁極中心のｄ軸側の一面１６ａと当該一面１６ａに隣り合った両側面１６ｃ，１６ｄの周りには空間部２０が形成されているから、永久磁石１６に作用するステータ側からの逆磁界の強さを小さくすることができるようになり、永久磁石１６は減磁されにくくなる。【選択図】　図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
回転磁界を発生するステータと、このステータの内側に回転可能に配設され、各磁極の磁極中心軸の両側に対をなす２個の永久磁石を同極同士が向き合うようにしてロータコア内の磁石挿入穴中に挿入配置して構成されるロータとを備えた永久磁石型同期電動機において、
前記永久磁石は、当該永久磁石の着磁方向と直交する面のうち前記磁極中心軸側の一面と当該一面に隣り合った両側面が前記磁石挿入穴の内面との間に空間部を形成するように配置すると共に、前記空間部に、弾性を有する非磁性体製のスペーサを、前記永久磁石を前記磁石挿入穴中に保持固定するように挿入配置したことを特徴とする永久磁石型同期電動機。
【請求項２】
前記対をなす２個の永久磁石が挿入配置される２個の磁石挿入穴は、前記ロータの中心側が狭くなるほぼハの字形に配置され、これら各磁石挿入穴とこれに挿入される前記永久磁石は、前記磁石挿入穴における前記ロータの中心側でかつ前記磁極中心軸側の頂点と前記永久磁石の前記磁極中心軸側のエッジ部との間の距離が、前記永久磁石の前記磁極中心軸側のエッジ部と前記磁石挿入穴における前記磁極中心軸側の内面との間の距離よりも大となる構成としたことを特徴とする請求項１記載の永久磁石型同期電動機。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、ロータコアの磁石挿入穴中に永久磁石を挿入配置して構成されるロータを備えた永久磁石型同期電動機に関する。
【０００２】
【発明が解決しようとする課題】
この種の電動機の従来構成を図３及び図４に示す。図３には、ステータ１及びロータ２の１／４部分の断面図が示され、図４には、ロータ２のみの１／４部分の断面図が示されている。ステータ１は、円筒状をなすと共に多数のティース３ａ及びスロット３ｂを有するステータコア３と、このステータコア３のスロット３ｂに巻装された複数のステータコイル４とから構成されていて、これらステータコイル４を通電制御することにより回転磁界を発生する。なお、ステータコア３は、多数枚の珪素鋼板を積層して構成されている。
【０００３】
ステータ１の内側に回転可能に配設されたロータ２は、回転軸５の外周部に固着されたロータコア６と、このロータコア６に形成された多数の磁石挿入穴７中に挿入配置された多数個の永久磁石８とから構成されている。ロータコア６も、ステータコア２と同様に多数枚の珪素鋼板を積層して構成されている。
【０００４】
各磁石挿入穴７はほぼ平行四辺形をなすように形成されており、対をなす隣り合った２個の磁石挿入穴７は、ロータ２の回転中心側が狭くなるようなハの字形に配置されている。そして、磁石挿入穴７に挿入配置された永久磁石８は、断面が長方形状をなしていて、着磁方向９（厚さ方向）と直交する面８ａ，８ｂが磁石挿入穴７の内面に接触する状態で、接着剤１０などを用いて磁石挿入穴７内に固定されている。これらの面８ａ，８ｂと隣り合う両側面８ｃ，８ｄと、磁石挿入穴７内の内面との間には、空間部１１が形成されている。
【０００５】
ここで、対をなす２個の永久磁石８は、同極同士（Ｎ極同士またはＳ極同士）が向き合うように配置されている。従って、各磁極１２ａの対をなす２個の永久磁石８は、磁極中心軸となるｄ軸の両側に、同極同士が向き合うようにして配置されている。磁極間１２ｂの磁極間軸となるｑ軸の両側に位置する２個の永久磁石８は、異極（Ｎ極とＳ極）同士が向き合っている。
【０００６】
このような構成の電動機は、ロータコア６に永久磁石８を埋め込んだ構成のもので、ＩＰＭ（Ｉｎｔｅｒｎａｌ　Ｐｅｒｍａｎｅｎｔ　Ｍａｇｎｅｔ）型モータとも呼ばれる。このような電動機においては、ステータコイル４に通電する電流の位相を通常の位相より進めてやることにより、永久磁石８に作用するトルクの他に、ロータコア６に作用するトルク（リラクタンストルク）を活用して特性の改善を図ることが行われている。
【０００７】
ここで、上記構成の電動機において、ロータ２の回転中心Ｏから磁極１２ａの中心に向かう方向をｄ軸、このｄ軸から電気的に９０度ずれた方向をｑ軸とすると、このｄ−ｑ座標軸を用いた電圧電流方程式及びトルクは次式で表されることが知られている。
【０００８】
【数１】
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【０００９】
車載用の電動機においては、電動機自身で駆動するモードとエンジンによって回されるモードを持つものがあり、このような用途の電動機においては、エンジンが高速で回るために、回された時の誘起電圧が問題となることがある。その場合に、永久磁石８の磁束Φｍａｇを少なくして誘起電圧を抑え、トルクはリラクタンストルクにて発生させられる、ＩＰＭ型モータが注目されている（上記（２）式の第二項分）。
【００１０】
しかしながら、上記した従来構成のものでは、次のような欠点がある。まず、永久磁石８は、これの着磁方向９と直交する面８ａ，８ｂが磁石挿入穴７の内面に当接するように磁石挿入穴７内に挿入配置する構成であるため、磁石挿入穴７に対する永久磁石８の寸法精度を高くする必要があり、製造性が悪いという欠点がある。
【００１１】
一方、図５は、上記構成の電動機において、誘起電圧を抑えるべく、ステータコイル３に流す電流の位相を変えたときのトルク特性を示しており、電流位相を約６０度進ませたところでリラクタンストルクの割合が大きくなっている。図６は、電流をさらに進めて、９０度での磁束ベクトル図を示したものである（ステータ１の磁極とロータ２の磁極が対向している状態）。この図から、永久磁石８の磁界の向きと逆向きにステータコイル３からの磁界成分が発生し、永久磁石８において、磁極中心軸となるｄ軸側の面８ａの特にエッジ部８ｅ，８ｆ（図４参照）部分に逆磁界が作用していることがわかる。この逆磁界の成分が大きいと、永久磁石８を減磁させるおそれがあった。
【００１２】
本発明は上記事情に鑑みてなされたものであり、その目的は、永久磁石の寸法精度を殊更高くする必要がなく、製造性を向上でき、また、永久磁石が減磁しにくい永久磁石型同期電動機を提供するにある。
【００１３】
【課題を解決するための手段】
上記の目的を達成するために、請求項１の発明は、回転磁界を発生するステータと、このステータの内側に回転可能に配設され、各磁極の磁極中心軸の両側に対をなす２個の永久磁石を同極同士が向き合うようにしてロータコア内の磁石挿入穴中に挿入配置して構成されるロータとを備えた永久磁石型同期電動機において、前記永久磁石は、当該永久磁石の着磁方向と直交する面のうち前記磁極中心軸側の一面と当該一面に隣り合った両側面が前記磁石挿入穴の内面との間に空間部を形成するように配置すると共に、前記空間部に、弾性を有する非磁性体製のスペーサを、前記永久磁石を前記磁石挿入穴中に保持固定するように挿入配置したことを特徴とする。
【００１４】
上記した構成によれば、永久磁石は、磁石挿入穴に対して周囲に空間部を形成するように小さく形成され、その空間部に挿入される弾性を有するスペーサを介して磁石挿入穴に固定される構成であるから、若干の寸法誤差があってもスペーサの弾性によって吸収することができる。従って、永久磁石の寸法精度をある程度ラフにできる（寸法公差を大きくできる）ため、加工が容易となり、製造性を向上できる。また、スペーサは弾性を有しているから、１個のスペーサで永久磁石を保持固定することが可能となる。
【００１５】
そして、永久磁石の着磁方向と直交する面のうち磁極中心軸側の一面と当該一面に隣り合った両側面の周りには空間部が形成されているから、永久磁石に作用するステータ側からの逆磁界の強さを小さくすることができ、よって永久磁石は減磁されにくくなる。なお、その空間部にはスペーサが介在されているが、そのスペーサは非磁性体製であるから、磁気的には空間部とみなすことができる。
【００１６】
請求項２の発明は、前記対をなす２個の永久磁石が挿入配置される２個の磁石挿入穴は、前記ロータの中心側が狭くなるほぼハの字形に配置され、これら各磁石挿入穴とこれに挿入される前記永久磁石は、前記磁石挿入穴における前記ロータの中心側でかつ前記磁極中心軸側の頂点と前記永久磁石の前記磁極中心軸側のエッジ部との間の距離が、前記永久磁石の前記磁極中心軸側のエッジ部と前記磁石挿入穴における前記磁極中心軸側の内面との間の距離よりも大となる構成としたことを特徴とする。
【００１７】
上記した構成においては、対をなす２個の磁石挿入穴はロータの中心側が狭くなるほぼハの字形に配置されているので、２個の磁石挿入穴間のうちロータの中心側のロータコアの幅が狭くなり、２個の磁石挿入穴間を通るステータ側の磁束がそこで集中することになる。このとき、その磁束が集中する部分と、永久磁石の磁極中心軸側のエッジ部との間の距離が近いと、そのエッジ部部分がステータ側からの逆磁界の影響を受けやすくなることが懸念される。
【００１８】
この点、上記した構成においては、永久磁石の磁極中心軸側のエッジ部と、上記磁束が集中する部分との間の距離を大きくでき、よって永久磁石の上記エッジ部部分が逆磁界の影響を受けにくくなり、一層減磁されにくくなる。
【００１９】
【発明の実施の形態】
以下、本発明の一実施例について図１及び図２を参照して説明する。図１は、ロータのみの１／４部分の断面図を示し、図２は、ステータ及びロータの１／４部分の断面図を示している。なお、従来と同一の部分には同一の符号を付して説明を省略し、異なる部分について説明する。
【００２０】
ステータ１の構成は従来と同じである。このステータ１の内側に回転可能に配設されたロータ１５において、ロータコア６における各磁石挿入穴７は、従来と同様にほぼ平行四辺形をなすように形成されている。対をなす隣り合った２個の磁石挿入穴７は、ロータ１５の回転中心Ｏ側が狭くなるようなハの字形に配置されている。
【００２１】
さて、磁石挿入穴７に挿入配置された各永久磁石１６は、断面が磁石挿入穴７よりも小さな長方形状に形成されていて、合成樹脂製のスペーサ１７を介して磁石挿入穴７内に保持固定されている。
【００２２】
対をなす２個の永久磁石１６は、図１に示すように、同極同士（Ｎ極同士またはＳ極同士）が向き合うように配置されている。従って、各磁極１８ａの対をなす２個の永久磁石１６は、磁極中心軸となるｄ軸の両側に、同極同士が向き合うようにして配置されている。磁極間１８ｂの磁極間軸となるｑ軸の両側に位置する２個の永久磁石１６は、異極（Ｎ極とＳ極）同士が向き合っている。
【００２３】
各永久磁石１６は、これの着磁方向１９と直交する面１６ａ、１６ｂのうち上記ｄ軸とは反対側の面１６ｂが磁石挿入穴７の内面に接触し、ｄ軸側の面１６ａとこの面１６ａと隣り合った両側面１６ｃ，１６ｄが磁石挿入穴７の内面との間に空間部２０を形成する状態で磁石挿入穴７内に配置されている。そして、各スペーサ１７は、断面がほぼコ字形をなしていて、永久磁石１６の上記空間部２０に臨む面１６ａ及び両側面１６ｃ、１６ｄに当接する状態で、空間部２０内に挿入配置されている。この状態で、磁石挿入穴７におけるロータ１５の中心側でかつ磁極中心軸であるｄ軸側の頂点７ａと永久磁石１６のｄ軸側のエッジ部１６ｆとの間の距離Ｌ１が、永久磁石１６の上記エッジ部１６ｆと磁石挿入穴７におけるｄ軸側の内面との間の距離Ｌ２よりも大（Ｌ１＞Ｌ２）となるように構成されている。
【００２４】
上記した実施例においては、永久磁石１６は、磁石挿入穴７に対して周囲に空間部２０を形成するように小さく形成され、その空間部２０に挿入される弾性を有するスペーサ１７を介して磁石挿入穴７に固定される構成であるから、若干の寸法誤差があってもスペーサ１７の弾性によって吸収することができる。従って、永久磁石１６の寸法精度をある程度ラフにできるため、加工が容易となり、製造性を向上できる。また、スペーサ１７は永久磁石１６を保持するようなほぼコ字形をなし、かつ弾性を有しているから、１個のスペーサ１７のみで永久磁石１６を保持固定することが可能となる。
【００２５】
そして、永久磁石１６の着磁方向１９と直交する面１６ａ，１６ｂのうち磁極中心軸であるｄ軸側の一面１６ａと当該一面１６ａに隣り合った両側面１６ｃ，１６ｄの周りには空間部２０が形成されているから、永久磁石１６に作用するステータ１側からの逆磁界の強さを小さくすることができ、よって永久磁石１６は減磁されにくくなる。なお、その空間部２０にはスペーサ１７が介在されているが、そのスペーサ１７は非磁性体製であるから、磁気的には空間部とみなすことができる。
【００２６】
ここで、対をなす２個の磁石挿入穴７はロータ１５の中心Ｏ側が狭くなるほぼハの字形に配置されているので、２個の磁石挿入穴７間のうちロータ１５の中心Ｏ側のロータコア６の幅が狭くなり、２個の磁石挿入穴７間を通るステータ１側の磁束がそこで集中することになる。このとき、その磁束が集中する部分と、永久磁石１６のｄ軸側のエッジ部１６ｆとの間の距離が近いと、そのエッジ部１６ｆ部分がステータ１側からの逆磁界の影響を受けやすくなることが懸念される。
【００２７】
この点、上記した構成においては、磁石挿入穴７におけるロータ１５の中心Ｏ側でかつ磁極中心軸であるｄ軸側の頂点７ａと永久磁石１６のｄ軸側のエッジ部１６ｅとの間の距離Ｌ１が、永久磁石１６の上記エッジ部１６ｆと磁石挿入穴７におけるｄ軸側の内面との間の距離Ｌ２よりも大となるように構成しているので、永久磁石１６のｄ軸側のエッジ部１６ｆと、上記磁束が集中する部分との間の距離を大きくでき、よって永久磁石１６の上記エッジ部１６ｆ部分が逆磁界の影響を受けにくくなり、一層減磁されにくくなる。
【００２８】
【発明の効果】
以上の説明から明らかなように、本発明によれば、ロータコアの磁石挿入穴に対して永久磁石を、弾性を有する非磁性体製のスペーサを介して保持固定する構成としたので、永久磁石の寸法精度を殊更高くする必要がなくなり、製造性を向上できる。また、１個のスペーサで永久磁石を保持固定することができる。さらに、永久磁石の着磁方向と直交する面のうち磁極中心軸側の一面と当該一面に隣り合った両側面の周りには空間部が形成されているから、永久磁石に作用するステータ側からの逆磁界の強さを小さくすることができ、よって永久磁石は減磁されにくくなる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の一実施例を示すロータの部分断面図
【図２】ステータ及びロータの部分断面図
【図３】従来例を示す図２相当図
【図４】図１相当図
【図５】トルク特性図
【図６】ステータの磁極とロータの磁極とが対向した状態におけるロータ付近の磁束ベクトル図
【符号の説明】
図面中、１はステータ、３はステータコア、４はステータコイル、６はロータコア、７は磁石挿入穴、７ａは頂点、１５はロータ、１６は永久磁石、１６ａ，１６ｂは着磁方向と直交する面、１６ｃ，１６ｄは側面、１６ｆはエッジ部、１７はスペーサ、１８ａは磁極、１８ｂは磁極間、１９は着磁方向、２０は空間部、Ｌ１は磁石挿入穴の頂点と永久磁石のエッジ部との間の距離、Ｌ２は永久磁石のエッジ部と磁石挿入穴の内面との間の距離を示す。
【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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【図６】
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