(57)【要約】【課題】トルク特性を向上させると共に、機械的強度が強く、容易に製造可能なリラクタンスモータのロータを提供する。【解決手段】複数のスリット１２間に磁路１３が形成された複数のフラックスバリア部２０が周方向に所定の間隔で配置されており、隣り合うフラックスバリア部２０が内周側に設けられた環状つなぎ部１４によって内周側で連結されると共に、外周側に設けられた開口部１６によって外周側で離間している。環状つなぎ部１４には、永久磁石１５が埋設されている。【選択図】図２
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
複数のスリット間に磁路が形成された複数のフラックスバリア部が周方向に所定の間隔で配置されたリラクタンスモータのロータであって、
隣り合う前記フラックスバリア部は、内周側に設けられた環状つなぎ部によって内周側で連結され、外周側に設けられた開口部によって外周側で離間しており、
前記環状つなぎ部には、永久磁石が埋設されていることを特徴とするリラクタンスモータのロータ。
【請求項２】
前記永久磁石は、前記ロータの径方向に磁化されていることを特徴とする請求項１に記載のリラクタンスモータのロータ。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、電気自動車、ハイブリッド自動車などに搭載されるリラクタンスモータのロータに関する。
【背景技術】
【０００２】
昨今のレアアース危機に端を発し、レアアースレスモータ、特にリラクタンスモータが開発されている。しかし、リラクタンスモータは、ネオジウム磁石等の高性能磁石を使用したＳＰＭやＩＰＭと比較すると発生トルクが小さく、トルクアップが切望されている。リラクタンスモータにおけるリラクタンストルクの大きさは、ｄ軸インダクタンスＬｄと、ｑ軸インダクタンスＬｑとの差｜Ｌｄ−Ｌｑ｜に依拠することが知られている。リラクタンストルクを大きくするには、サイズアップや巻線ターン数アップでも可能ではあるが、ｄ軸インダクタンスＬｄ、ｑ軸インダクタンスＬｑも大きくなるため、希望通りに出力を高め難い問題があり、ＬｑＩｑ磁路の磁気抵抗を低くし、ＬｄＩｄ磁路の磁気抵抗を高くして、突極比（Ｌｄ／Ｌｑ）を大きくすることで、効果的にリラクタンストルクを増大することができる。
【０００３】
図６は従来のリラクタンスモータの正面図であり、リラクタンスモータ１００は、多数の歯部１０３を備え、各歯部１０３間に形成されたスロット１０４にコイル１０５が巻装されてなるステータコア１０２と、複数の円弧状のスリット１０８と、各スリット１０８間に複数の円弧状の磁路１０９が形成されてなるロータコア１０７と、を備え、ロータコア１０７に形成した複数の円弧状スリット１０８をフラックスバリアとして機能させることでＬｑＩｑ磁路の磁気抵抗を高め、ｑ軸インダクタンスＬｑを低下させて突極比を大きくするようにしたリラクタンスモータ１００が開示されている（例えば、特許文献１参照。）。
【０００４】
しかし、特許文献１のようにフラックスバリアとしてスリット１０８をロータコア１０７に設けただけでは、ロータコア１０７の外径側でｑ軸の磁束漏れが生じ、ｑ軸インダクタンスＬｑを十分に低下させることが困難であった。このため、ｑ軸の磁束漏れを抑制して更に突極比を大きくするため、複数のスリット間に磁路が形成された複数のフラックスバリア部を独立して設け（セグメント化）、ｑ軸インダクタンスＬｑを低くするようにしたリラクタンスモータも知られている（例えば、特許文献２参照。）。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００５】
【特許文献１】特許第３９４０２０７号公報
【特許文献２】特許第４０５８５７６号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
しかしながら、特許文献２に記載のリラクタンスモータでは、フラックスバリア部が分割されて独立に形成されているため、高速回転での遠心力や、加減速に対するロータの強度が問題となり、実用可能な構造とするのが困難であった。
【０００７】
本発明は、前述した課題に鑑みてなされたものであり、その目的は、トルク特性を向上させると共に、機械的強度が強く、容易に製造可能なリラクタンスモータのロータを提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【０００８】
上記目的を達成するために、請求項１に係る発明は、
複数のスリット（例えば、後述の実施形態におけるスリット１２）間に磁路（例えば、後述の実施形態における磁路１３）が形成された複数のフラックスバリア部（例えば、後述の実施形態におけるフラックスバリア部２０）が周方向に所定の間隔で配置されたリラクタンスモータ（例えば、後述の実施形態におけるリラクタンスモータ１）のロータ（例えば、後述の実施形態におけるロータ１０）であって、
隣り合う前記フラックスバリア部は、内周側に設けられた環状つなぎ部（例えば、後述の実施形態における環状つなぎ部１４）によって内周側で連結され、外周側に設けられた開口部（例えば、後述の実施形態における開口部１６）によって外周側で離間しており、
前記環状つなぎ部には、永久磁石（例えば、後述の実施形態における永久磁石１５）が埋設されていることを特徴とする。
【０００９】
請求項２に係る発明は、
請求項１の構成に加えて、前記永久磁石は、前記ロータの径方向に磁化されていることを特徴とする。
【発明の効果】
【００１０】
請求項１の発明によれば、隣り合うフラックスバリア部同士を連結する環状つなぎ部を、永久磁石によって磁気飽和させて磁気抵抗を高め、ｑ軸インダクタンスＬｑを低減させることによりリラクタンストルクを大きくすることができ、これによってトルク特性を向上させることができる。即ち、環状つなぎ部に永久磁石を配置することは、環状つなぎ部を飽和させるのが主目的であり、それにより環状つなぎ部の磁気抵抗を増大することが可能となるため、より突極差を生み出す構成にすることができる。また、永久磁石は、環状つなぎ部を磁気飽和させるだけの磁力を有していればよく、通常使用時に発生する永久磁石への反磁界影響等は皆無であり、且つ高パーミアンス環境での使われ方となるため、高保持力材である必要がない。そのため、Ｄｙ（ジスプロシウム）レス磁石や安価なフェライト磁石などが使用可能である。
また、フラックスバリア部同士は、環状つなぎ部で一体に連結されているので、通常のロータ構造設計が適用可能で、機械的強度が強く、高速回転や急激な加減速が加わる使用環境においても、高い信頼性が得られる。
【００１１】
請求項２の発明によれば、永久磁石は、ロータの径方向に磁化されて環状つなぎ部に埋設されているので、この永久磁石の磁力がステータに影響を及ぼすことがなく、従って、引摺り損などの発生もなく、高回転域でも弱め界磁などの処置が不要となる。
【図面の簡単な説明】
【００１２】
【図１】本発明に係るリラクタンスモータの正面図である。
【図２】図１に示すリラクタンスモータの磁束の流れを示す説明図である。
【図３】永久磁石の磁化方向を示す拡大図である。
【図４】電流値とインダクタンス値（Ｌｑ、Ｌｄ）との関係を示すグラフである。
【図５】比較例のロータにおける磁束の流れを説明するためのものであり、（ａ）はｄ軸の磁束の流れを示す説明図、（ｂ）ｑ軸の磁束の流れを示す説明図である。
【図６】特許文献１に記載のリラクタンスモータの正面図である。
【発明を実施するための形態】
【００１３】
以下、本発明の実施の形態を、添付図面に基づいて説明する。なお、図面は符号の向きに見るものとする。
【００１４】
図１は本発明に係るリラクタンスモータの正面図、図２は図１に示すリラクタンスモータの磁束の流れを示す説明図、図３は永久磁石の磁化方向を示す拡大図である。図１及び図２に示すように、リラクタンスモータ１は、ステータ２と、このステータ２の内周部とエアギャップｇを介して対向するロータ１０と、を備える。ステータ２は、ステータコア３の外周部がフレーム等（図示せず）に固定され、ロータ１０は、ロータコア１１の中心に嵌合する軸（図示せず）により回転自在に支持されている。
【００１５】
ステータコア３及びロータコア１１は、電磁鋼板をそれぞれ所定の形状に打ち抜き、軸方向に多数積層することによって形成される。ステータコア３の内周部には、多数のティース４と、隣接するティース４間に形成されたスロット５と、が設けられている。各スロット５には、コイル６が巻回されている。図に示す実施形態では、４８個のティース４、及びスロット５が形成されている。
【００１６】
ロータコア１１には、複数（図に示す実施形態では８個）のフラックスバリア部２０が、周方向に所定の間隔で配置されている。それぞれのフラックスバリア部２０には、複数（図に示す実施形態では３個）の円弧状のスリット１２が、各円弧の凸側を軸心に向けて、ロータコア１１の半径方向に離間して形成されている。各スリット１２は、フラックスバリアを構成し、これらのスリット１２間には、円弧状の複数の磁路１３が形成されている。なお、最外周側に位置するスリット１２の径方向外方のロータコア１１の外周面は、軸心に向かって窪むように形成され、最外周側に位置するスリット１２の径方向外方にも磁路１３が形成されている。
【００１７】
周方向に隣り合うフラックスバリア部２０同士は、ロータコア１１の内周側に設けられた環状つなぎ部１４によって内周側で連結されている。また、環状つなぎ部１４より径方向外方となる隣り合うフラックスバリア部２０の間には、フラックスバリアを構成する開口部１６が、ロータコア１１の外周に開口して形成されている。即ち、周方向に隣り合うフラックスバリア部２０同士は、外周側に設けられた開口部１６によって外周側で離間している。図３も参照して、環状つなぎ部１４には、ロータ１０の径方向に磁化された、例えばフェライト磁石などの永久磁石１５が埋設されている。なお、図３中、永久磁石１５は、Ｎ極が径方向外方、Ｓ極が径方向内方となるように配置されているが、これに限らず、Ｓ極が径方向外方、Ｎ極が径方向内方となるように配置してもよい。また、全ての永久磁石１５（本実施形態では８個）の磁極の向きをそろえてもよく、例えば交互にする等、永久磁石１５の磁極の向きは適宜選択することができる。
【００１８】
このように、ロータ１０に複数（８個）のフラックスバリア部２０を備えることで、隣り合うフラックスバリア部２０間で磁束が流れやすい方向（ｄ軸方向）と流れにくい方向（ｑ軸方向）ができる。即ち、ｄ軸方向には、円弧状の複数の磁路１３がスリット１２間に形成されることで磁束が流れやすくなっており、ｑ軸方向には、フラックスバリアとして機能するスリット１２がほぼ直角に介在することで磁束が通り難くなっている。一般的なモータの磁極はｄ軸をさすので、隣り合うフラックスバリア部２０間の中央が磁極（Ｎ、Ｓの位置）中心ｄ軸となり、フラックスバリア部２０の中央が磁極間中心ｑ軸となる。
【００１９】
また、リラクタンスモータ１のリラクタンストルクＴｑは、（式１）で表わされることが知られている。従って、大きなリラクタンストルクＴｑを発生させるには、ｄ軸インダクタンスＬｄを大きくするか、ｑ軸インダクタンスＬｑを小さくすることが有効である。
【００２０】
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Ｔｑはリラクタンストルク、Ｌｄはｄ軸インダクタンス、Ｌｑはｑ軸インダクタンス、Ｉｄはｄ軸電流、Ｉｑはｑ軸電流である。
【００２１】
図５（ａ）、（ｂ）は、環状つなぎ部に永久磁石を備えない比較例のロータのｄ軸及びｑ軸の磁束の流れを示す図である。図５（ａ）に示すように、ｄ軸の磁気の通路には、電磁鋼板からなる円弧状の複数の磁路１３がスリット１２間に形成されているので、磁気抵抗が小さく、コイル６の磁束は、磁路１３を通って矢印Ａ方向に容易に通過する。
【００２２】
一方、図５（ｂ）に示すように、ｑ軸の磁気の通路には、フラックスバリアとして機能する円弧状の複数のスリット１２が、磁気の通路に直交するように介在するため、磁気抵抗が大きく、コイル６の磁束は通過し難い。これにより、ｄ軸インダクタンスＬｄとｑ軸インダクタンスＬｑとの間に差が生じ、リラクタンストルクＴｑが発生する。しかしながら、コイル６の磁束の一部は、磁気抵抗の小さな部分、即ち、ロータ１０の外周部及び環状つなぎ部１４を通過して流れるため（矢印Ｂ方向）、ｑ軸インダクタンスＬｑが十分に低下せず、大きなリラクタンストルクＴｑの発生が阻害される虞がある。
【００２３】
これに対して本実施形態のロータ１０は、図２及び図３に示すように、環状つなぎ部１４に永久磁石１５を埋設して環状つなぎ部１４における磁気を飽和させることで、ｑ軸の磁気通路の磁気抵抗を高め、ｑ軸インダクタンスＬｑを低減させて大きなリラクタンストルクＴｑを得ている。
【００２４】
図４は、電流値とインダクタンス値（Ｌｑ、Ｌｄ）との関係を示すグラフであり、環状つなぎ部１４に永久磁石１５が埋設されていない比較例のロータのインダクタンス値を波線で、また本実施形態のロータ１０のインダクタンス値を実線で示す。図４に示すように、環状つなぎ部１４に永久磁石１５を埋設して、環状つなぎ部１４、換言すれば、ｑ軸の磁気の通路の磁気抵抗を高めることで、ｄ軸インダクタンスＬｄは変化せずに、ｑ軸インダクタンスＬｑが効果的に低減する。これにより、ｄ軸インダクタンスＬｄと、ｑ軸インダクタンスＬｑとの差｜Ｌｄ−Ｌｑ｜が大きくなり、リラクタンスモータ１のリラクタンストルクＴｑを高めることができる。
【００２５】
なお、永久磁石１５は、環状つなぎ部１４を磁気飽和させることができればよいので、磁力の強いネオジウム磁石等の高性能磁石は必要ではなく、Ｄｙ（ジスプロシウム）レス磁石やフェライト磁石などの安価な磁石を使用することができる。
【００２６】
更に、永久磁石１５は、環状つなぎ部１４に埋設されているので、永久磁石１５の磁力がステータ２に影響を及ぼすことはなく、従って、引摺り損の発生によってリラクタンスモータ１の効率に影響を及ぼすことはない。
【００２７】
以上説明したように、本実施形態に係るリラクタンスモータ１のロータ１０によれば、複数のスリット１２間に磁路１３が形成された複数のフラックスバリア部２０が周方向に所定の間隔で配置されており、隣り合うフラックスバリア部２０が内周側に設けられた環状つなぎ部１４によって内周側で連結されると共に、外周側に設けられた開口部１６によって外周側で離間している。環状つなぎ部１４には、永久磁石１５が埋設されているので、隣り合うフラックスバリア部２０同士を連結する環状つなぎ部１４を、埋設した永久磁石１５によって磁気飽和させて環状つなぎ部１４の磁気抵抗を高めることができ、これにより、ｑ軸インダクタンスＬｑを低減させてリラクタンストルクを大きくしてトルク特性を向上させることができる。即ち、環状つなぎ部１４に永久磁石１５を配置することは、環状つなぎ部１４（ロータヨークの一部）を飽和させるのが主目的であり、それにより環状つなぎ部１４の磁気抵抗を増大することが可能となるため、より突極差を生み出す構成にすることができる。
【００２８】
また、永久磁石１５は、環状つなぎ部１４を磁気飽和させるだけの磁力を有していればよく、通常使用時に発生する永久磁石１５への反磁界影響等は皆無であり、且つ高パーミアンス環境での使われ方となるため、高保持力材である必要がない。そのため、Ｄｙ（ジスプロシウム）レス磁石や安価なフェライト磁石などが使用可能である。
【００２９】
また、フラックスバリア部２０同士は、環状つなぎ部１４で一体に連結されているので、通常のロータ構造設計が適用可能で、機械的強度が強く、高速回転や急激な加減速が加わる使用環境においても、高い信頼性が得られる。
【００３０】
また、永久磁石１５は、ロータ１０の径方向に磁化されて環状つなぎ部１４に埋設されているので、この永久磁石１５の磁力がステータ２に作用することによる引摺り損などの発生もなく、高回転域でも弱め界磁などの処置が不要となる。
【００３１】
なお、永久磁石１５は、ロータ１０の径方向に磁化されていることが好ましいが、必ずしもこれに限定されず、ロータ１０の周方向に磁化されていてもよい。これによっても、環状つなぎ部１４を、埋設した永久磁石１５によって磁気飽和させて環状つなぎ部１４の磁気抵抗を高めることができる。
【００３２】
なお、本発明は、前述した実施形態に限定されるものではなく、適宜、変形、改良、等が可能である。例えば、スリット１２には、必要に応じて高磁気抵抗材を装着して、更に磁気抵抗を高めてｑ軸インダクタンスＬｑを低下させるようにしてもよい。また、スリット１２は３本に限定されず、ロータ１０の強度が許容する範囲で、任意の本数とすることができる。
【符号の説明】
【００３３】
１      リラクタンスモータ
１０    ロータ
１２    スリット
１３    磁路
１４    環状つなぎ部
１５    永久磁石
１６    開口部
２０    フラックスバリア部
【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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