(57)【要約】【課題】高出力のＩＰＭモータを提供する。【解決手段】コイル９を有する電機子と、前記コイル９内に磁束が鎖交するように前記電機子と空隙を隔てて対向配置された複数の永久磁石６がロータコア５のスロット４内に収容されているロータ３とを備え、前記コイル９に通電することにより電機子と前記ロータ３とが相対的に回転運動可能な磁石埋め込み型回転機１のロータ３であって、  前記永久磁石６が矩形形状のＮｄ系希土類永久磁石であり、前記スロット４の永久磁石磁化方向幅に占める前記永久磁石の磁化方向厚みの割合が９０％以上確保されているロータである。【選択図】  図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
コイルを有する電機子と、前記コイル内に磁束が鎖交するように前記電機子と空隙を隔てて対向配置された複数の永久磁石がロータコアのスロット内に収容されているロータとを備え、前記コイルに通電することにより電機子と前記ロータとが相対的に回転運動可能な磁石埋め込み型回転機のロータであって、
前記永久磁石が矩形形状のＮｄ系希土類永久磁石であり、前記スロットの永久磁石磁化方向幅に占める前記永久磁石の磁化方向厚みの割合が９０％以上確保されている磁石埋め込み型回転機用ロータ。
【請求項２】
前記永久磁石の磁化方向寸法公差が±０，０５ｍｍ以下であり、かつ前記スロットの永久磁石磁化方向幅の寸法公差が±０．１ｍｍ以下である請求項１に記載のロータ。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、モータや発電機等の同期式の永久磁石回転機で、永久磁石がロータ内に埋め込まれている磁石埋め込み型回転機用ロータと、このロータを具備する磁石埋め込み型回転機に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
永久磁石をロータ内部に埋め込んでなる磁石埋め込み型回転機（一般にはＩＰＭモータ）は、コイルと永久磁石の吸引力／反発力に起因するマグネットトルクに加えてリラクタンストルクを得ることが出来るため、永久磁石をロータ外周面に貼着してなる表面磁石型モータ（ＳＰＭモータ）に比して高トルクかつ高効率である。したがって、この磁石埋め込み型回転機は高出力性能が要求されるハイブリッド車、電気自動車の駆動モータやエアコン、冷蔵庫、冷凍庫、あるいはショーケースなどの圧縮機に使用されている。
【０００３】
図５に示すように典型的なＩＰＭモータ１００は、永久磁石１０６とロータコア１０５、ステータコア１０７、コイル１０９から構成され、ステータコア１０７に固定された電機子コイル１０９に三相交流正弦波電流を通電することにより、コイル１０９と永久磁石１０６との吸引力／反発力に起因するマグネットトルクに加えてリラクタンストルクによりロータ１０３は回転運動を行う。
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
図６に示すようにロータ１０３には永久磁石を埋め込むための一定大きさのスロット穴１０４が設けられている。この穴は不具合無く永久磁石１０６が挿入されるようスロット穴大きさが決められているが、穴の大きさが永久磁石に比して相対的に大きすぎる場合はロータコアスロットと磁石との隙間１１３が大きくなり、出力が大幅に低下するという問題が考えられる。
【０００５】
本発明の目的は、高出力のＩＰＭ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】
【０００６】
上記目的を達成するために、本発明では、コイルを有する電機子と、前記コイル内に磁束が鎖交するように前記電機子と空隙を隔てて対向配置された複数の永久磁石がロータコアのスロット内に収容されているロータとを備え、前記コイルに通電することにより電機子と前記ロータとが相対的に回転運動可能な磁石埋め込み型回転機のロータであって、前記永久磁石が矩形形状のＮｄ系希土類永久磁石であり、前記スロットの永久磁石磁化方向幅に占める前記永久磁石の磁化方向厚みの割合が９０％以上確保されている磁石埋め込み型回転機用ロータを提供する。
【０００７】
本発明の磁石埋め込み型回転機用ロータは、永久磁石とロータコアスロットの隙間が小さい為相対的に磁気回路としての磁気効率が向上し、結果としてモータ出力も向上する。
【０００８】
本発明のモータは、永久磁石磁化方向厚み寸法公差を±０．０５ｍｍ、ロータコアの永久磁石挿入スロットの磁化方向厚み寸法公差を±０．１ｍｍに仕上げることにより、ロータコアスロット中に占める永久磁石の磁化方向厚み割合を９０％以上確保することにより高出力なモータを提供する。
【発明の効果】
【０００９】
以上の説明からも理解できるように、本発明の磁石埋め込み型モータ用ロータによれば、永久磁石やロータコアスロット製作時の寸法公差を精度良く仕上げることにより、永久磁石とロータコアスロットとの隙間を小さくし、高出力のＩＰＭモータを提供することができ、産業上その利用価値は極めて高い。
【図面の簡単な説明】
【００１０】
【図１】本発明に係るＩＰＭモータの一態様を示す平面図である。
【図２】図１のロータコアに設けられたスロット部の拡大断面図である。
【図３】磁石−電磁鋼板間の隙間とＩＰＭモータの誘起電圧の低減割合との相関を示すグラフである。
【図４】磁石厚と誘起電圧の低減割合との相関を示すグラフである。
【図５】従来の典型的なＩＰＭモータを示す平面図である。
【図６】図５のロータコアに設けられたスロット部の拡大断面図である。
【発明を実施するための形態】
【００１１】
以下、本発明について、図面を参照してさらに詳細に説明する。
図１は、本発明の磁石埋め込み型モータ（ＩＰＭ）１の一実施の形態を示している。ロータ３は、４つの矩形の貫通孔とシャフト挿入孔とを有する円盤状の電磁鋼板または圧粉磁心を貫通孔の位置があうように積層することでスロット４を有するロータコア５を形成している。ロータコアのシャフト挿入孔には図示しないシャフトが挿入されロータコアを回転自在に支持している。各スロット内には角柱状の永久磁石６が挿入固定されて磁極を形成している。ここで各永久磁石における紙面に垂直な４つの面のうち、ステータに対向する面とその反対側の面とが磁極面、すなわち磁化方向に垂直な面に相当する。
尚図示例においては、隣接する永久磁石の磁極面が互いに直角をなすように配され各永久磁石が１つの極を形成しているが、平面視でＶ字にスロットを２つに分けて、または、２つに分けないで形成し、収容される２つの永久磁石を１組として１つの極を形成してもよい。
【００１２】
このロータ３は、円筒状のステータコア７内の中空部、すなわち、平面視が略円環状のステータヨークから径方向内側に突出する複数のティース８で形成される中空部に該ティース８と空隙を隔てて回転可能に配置されている。各ティース８には集中巻の巻線が巻き回されコイル９を形成している。
【００１３】
図２は、本発明の磁石埋め込み型モータ１の一実施の形態のロータコアスロット部の詳細図を示している。ロータコア５のスロット４の内壁面のうち、シャフト挿入孔に最も近い（径方向内側の）壁面にそって永久磁石６がその磁極面を接するように配置され、シャフト挿入孔から最も離れた（径方向外側の）壁面にそってスロット内挿用電磁鋼板１１が配置されている。これにより、ロータコア５の各スロット４内において、永久磁石６とスロット内挿用電磁鋼板１１との間には一定の隙間１３が存在している。
なお、スロット内挿用電磁鋼板１１の材料は、ロータコア５に使用される材料と組成が同じであっても異なっていてもよい。
【実施例】
【００１４】
図１、図２で示したロータ３によってモータ１を製作及び実測を行い、ロータコア５のスロット４の内壁面のうち径方向内側の面に磁極面を接触するように配置された永久磁石６の磁化方向幅に占める永久磁石６の磁化方向厚み割合がモータ出力に及ぼす影響について確認した。実測評価のモータは外部駆動モータにより強制回転させられ、電力計にて無負荷誘起電圧を測定した。モータ緒元はステータ、ロータ共に長さが５５ｍｍであり、ステータコア外径はφ１１０ｍｍ、ロータコア外径はφ５５ｍｍ、永久磁石は５５ｍｍ（Ｌ）×３０ｍｍ（Ｗ）×２１ｍｍ（Ｔ：磁化方向厚み）である。ロータコアスロットサイズは３０ｍｍ（Ｗ）×３ｍｍ（Ｔ：永久磁石の磁化方向厚み方向）であり、ロータコアポケットと永久磁石との間にある一定の隙間はスロット４の内壁面のうち径方向外側の面に接するように配置したスロット内挿用電磁鋼板１１の厚みを変えることによって調整した。コイル９は各ティース８において２００ターン、各相２並列の３相１スター結線をし、ロータコア５、ステータコア７の材質は３５Ａ３００（占積率９５％）、永久磁石６は残留磁束密度１．３Ｔ、保磁力（Ｈｃｊ）１７００ｋＡ／ｍの材料を使用した。
【００１５】
評価方法として３０００ｒｐｍでモータを強制回転させ、線間無負荷誘起電圧にて評価した。電磁鋼板１１の厚み方向のパラメータは０ｍｍ（非挿入）〜１ｍｍまで任意の刻み幅で変えた。その結果を図３に示す。図３の横軸は永久磁石とロータコアスロットとの隙間とし、縦軸は永久磁石とロータコアスロットとの隙間が０ｍｍの際の無負荷誘起電圧を１００％とした際の無負荷誘起電圧低減比を示している。図からも理解できるように前記永久磁石とロータコアスロットとの隙間に対して前記無負荷誘起電圧の低減割合には１次の相関関係があることがわかった。尚、隙間はロ−タコアスロットの磁石厚み幅方向の寸法及び磁石厚みと内挿用電磁鋼板厚みを部品単位で数点測定し、平均値から隙間を算出した。
【００１６】
図４は図３グラフの横軸をロータコアスロットに占める永久磁石磁化方向厚み割合に書き換えた結果を示している。図からも理解できるように、永久磁石磁化方向厚み割合が９０％以上であれば無負荷誘起電圧低減比は１０％以内に収まる。この結果から示されるように、ロータコアスロット内の永久磁石磁化方向幅に占める永久磁石の磁化方向厚み割合が９０％以上であれば無負荷誘起電圧低減比は１０％以内に収まり、高出力なモータ特性が得られることが分かった。
【００１７】
本実施例による無負荷誘起電圧低滅比が１０％以内に収まる永久磁石とロータコアスロットの隙間は０．３ｍｍに相当する。これを各材料の寸法公差に割り当てると、永久磁石磁化方向寸法公差が±０，０５ｍｍ以下、ロータコアポケットの永久磁石磁化方向幅寸法が±０．１ｍｍ以下で実現することが理解でき、この寸法公差は通常の永久磁石やロータコアの電磁鋼板を製造するプロセスで実現できるレベルである。
【００１８】
以上の実測評価結果からも分かるように、ロータコアスロットの永久磁石磁化方向幅に占める永久磁石の磁化方向厚み割合が大きいほどモータ出力は大きくなる。換言するならば、ロータコアスロットの永久磁石磁化方向幅の寸法公差及び永久磁石の磁化方向寸法公差が高精度であれば、より高出力のモータを得られる。今回の実施例結果からロータコアスロットの永久磁石磁化方向幅に占める永久磁石の磁化方向厚み割合が９０％以上であれば無負荷誘起電圧低減比が１０％以内であり、高出力なモータが得られる。
【００１９】
上記した永久磁石及びロータコアを内蔵した本発明のロータを具備するモータによれば、モータ性能の向上が図られ、近時のハイブリッド車、電気自動単の駆動モータやエアコン、冷蔵庫・冷凍庫、あるいはショーケースなどの圧縮機等に好適である。
【００２０】
以上、本発明の実施の形態について図を用いて詳述してきたが、基本的な構成はこの実施形態に限定されるものではなく、本発明の要旨を逸脱しない範囲における設計変更等があっても、それらは本発明の技術的範囲に属する。
【符号の説明】
【００２１】
１，１００  磁石埋め込み型回転機（ＩＰＭモータ）
３、１０３  ロータ
４、１０４  スロット
５、１０５  ロータコア
６、１０６  永久磁石
７、１０７  ステータコア
８  ティース
９、１０９  コイル
１１  スロット内挿用電磁鋼板
１３、１１３  隙間
【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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