(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
回転磁界を発生する固定子の内部に回転子を有する永久磁石電動機において、
前記回転子には、前記固定子からの磁路について一方のｑ軸から他方のｑ軸へ所定の磁路幅を確保するように、外形が円弧曲線と両側辺が前記ｑ軸と平行である断面バスタブ曲線との組み合わせからなる断面蒲鉾形のマグネットがｄ軸に対応する部分に前記円弧曲線を前記回転子の外周に沿って当該永久磁石電動機の極数分だけ等間隔に埋め込まれているとともに、
前記マグネットの外形に含まれている前記断面バスタブ曲線と相似形である断面バスタブ曲線に沿って形成されたフラックスバリアとしての細長い孔がその全長にわたって前記マグネットとの間の間隔を一定として前記各マグネットを囲むように配置されており、
隣接する前記マグネットの磁化方向を逆向きとしてマグネットトルクを発生させ、かつ、前記マグネットおよび前記細長い孔とにより、ｄ軸，ｑ軸インダクタンスの差を大きくしてリラクタンストルクを発生させることを特徴とする永久磁石電動機。
【請求項２】
前記断面バスタブ曲線形状の細長い孔の底部分あるいは前記断面バスタブ曲線形状の細長い孔の両側辺部分もしくは前記断面バスタブ曲線形状の細長い孔の全てにマグネットを埋め込み、該マグネットを前記断面バスタブ曲線形状の細長い孔によって囲んだ前記断面蒲鉾形のマグネットの磁束の向きに磁化、着磁してなる請求項１に記載の永久磁石電動機。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、空気調和機や自動車等に用いられる永久磁石電動機に関し、さらに詳しく言えば、マグネットトルクおよびリラクタンストルクを有効利用する永久磁石電動機に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
永久磁石電動機は、例えば図１０に示すように、回転磁界を発生する２４スロットの固定子１内に回転子２を有しており、この回転子２には当該永久磁石電動機の極数（４極）分だけの永久磁石３が外径に沿って円周方向に配置されている。なお、４はシャフト用の中心孔である。また、回転子２を無駄なく利用するために、マグネットの量を多くすることによってマグネットトルクを大きくし、大きなトルクを発生する永久磁石電動機を得ることができる。
【０００３】
一方、例えば図１１に示すように、マグネットを用いないリラクタンスモータが既に提案されており、このリラクタンスモータは前記永久磁石電動機と同様の２４スロットの固定子１内に回転子５を有している。
【０００４】
この回転子５の外周は凹凸形状になっており、この凹凸部が当該リラクタンスモータの極数（４極）分だけ等間隔に形成されている。これにより、固定子１からの一方（ｑ軸）の磁束がその凸部を介して回転子５内を通り易く、他方（ｄ軸）の磁束が凹部（フラックスバリア）により回転子５内を通りにくくなる。このような磁束の通り方により、回転子５内がリラクタンス不均一なり、またその凸部に突極部が形成され、固定子１の回転磁界とあいまって回転子５が回転する。
【０００５】
したがって、永久磁石電動機は、マグネットを使用する分リラクタンスモータより大きいトルクを得ることができ、リラクタンスモータは、マグネットを使用しない分永久磁石電動機よりコストが安価に済む。
【０００６】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、前記永久磁石電動機においては、永久磁石３が固定子１からの磁路を阻害するためリラクタンストルクはほとんど発生せず、つまりリラクタンストルクの寄与が殆ど見られない。しかも、高トルク、高効率化を図るために、希土類の永久磁石等を使用すると、モータのコストがより高くなってしまう。
【０００７】
また、前記リラクタンスモータにおいては、回転子５に設けた凹部（フラックスバリア）が無駄なスペースになっているばかりかマグネットトルクの発生がないため、どうしても高トルク、高効率化が望めない。
【０００８】
このように、永久磁石電動機およびリラクタンスモータにあっては、トルクおよびコスト面を勘案すると、トルクの有効的な利用に限りがある。
【０００９】
本発明は前記課題に鑑みなされたものであり、その目的は、リラクタンストルクを発生させ、マグネットトルクと組合せて高トルク、低コストのモータを得ることができるようにした永久磁石電動機を提供することにある。
【００１０】
【課題を解決するための手段】
前記目的を達成するために、本発明は、回転磁界を発生する固定子の内部に回転子を有する永久磁石電動機において、前記回転子には、前記固定子からの磁路について一方のｑ軸から他方のｑ軸へ所定の磁路幅を確保するように、外形が円弧曲線と両側辺が前記ｑ軸と平行である断面バスタブ曲線との組み合わせからなる断面蒲鉾形のマグネットがｄ軸に対応する部分に前記円弧曲線を前記回転子の外周に沿って当該永久磁石電動機の極数分だけ等間隔に埋め込まれているとともに、前記マグネットの外形に含まれている前記断面バスタブ曲線と相似形である断面バスタブ曲線に沿って形成されたフラックスバリアとしての細長い孔がその全長にわたって前記マグネットとの間の間隔を一定として前記各マグネットを囲むように配置されており、隣接する前記マグネットの磁化方向を逆向きとしてマグネットトルクを発生させ、かつ、前記マグネットおよび前記細長い孔とにより、ｄ軸，ｑ軸インダクタンスの差を大きくしてリラクタンストルクを発生させることを特徴としている。
【００１１】
前記回転子は、電磁鋼板を自動プレスで打ち抜くとともに、金型内で自動積層してなるコアであり、該自動積層したコアをシャフト用の中心孔と前記細長い孔との間でｑ軸上あるいはｄ軸上にリベットを通してかしめるとよい。
【００１２】
また、前記マグネットと前記回転子の外周との間隔および前記断面バスタブ曲線形状の孔の両端部と前記回転子の外周との間隔は、当該コアシートの厚さの１倍から３倍の範囲にするとよい。
【００１３】
前記断面バスタブ曲線形状の細長い孔の底部分あるいは前記断面バスタブ曲線形状の細長い孔の両側辺部分もしくは前記断面バスタブ曲線形状の細長い孔の全てにマグネットを埋め込み、該マグネットを前記断面蒲鉾形のマグネットの磁束の向きに磁化、着磁するとよい。
【００１４】
【発明の実施の形態】
以下、本発明の実施の形態を図１ないし図９を参照して詳しく説明する。なお、図中、図１０および図１１と同一部分には同一符号を付して重複説明を省略する。
【００１５】
本発明の永久磁石電動機は、ｄ軸方向にＩＰＭ方式でマグネットを埋め込む一方、そのマグネットを囲むようにフラックスバリアを設け、かつ一方のｑ軸から他方のｑ軸への磁路幅を広く確保すれば、マグネットトルクの発生だけなく、リラクタンストルクを有効に発生させることができるという永久磁石電動機およびリラクタンスモータの利点を生かせば、高トルク化、低コスト化が図れることに着目にしたものである。
【００１６】
そのため、図１および図２に示すように、この永久磁石電動機の回転子１０は、固定子１からの一方（一方のｑ軸から他方のｑ軸へ）の磁路を確保するように（図２の破線矢印参照）、蒲鉾形状のマグネット１１を回転子１０の外周に沿って当該永久磁石電動機の極数分等間隔に埋め込む一方（電気角でほぼπの位相差を有するように埋め込む一方）、そのマグネット１１を囲む形に細長いフラックスバリアの孔１２を形成してなる。なお、隣接するマグネット１１は異極とする。
【００１７】
また、固定子１において、例えば外径側の巻線をＵ相、内径側の巻線をＷ相、その中間の巻線をＶ相としている。さらに、２４スロットの固定子１には三相（Ｕ相、Ｖ相およびＷ相）の電機子巻線が施されているが、スロット数や電機子巻線が異なっていてもよい。
【００１８】
前記マグネット１１は、蒲鉾形の円弧部分を外周に沿うように配置されている。またマグネット１１の外形は、その円弧曲線と断面バスタブ曲線とを組合せてなり、かつその断面バスタブ曲線の側辺がｑ軸に平行となるように同断面バスタブ曲線の折り曲げ角度が鈍角になっている。したがって、前記フラックスバリアの細長い孔１２は断面断面バスタブ曲線形状となる。
【００１９】
一方、前記マグネット１１の量は、従来の永久磁石電動機より少なく、かつマグネット１１と断面バスタブ曲線形状の孔１２との間隔は一定値ｘとし、固定子１からの磁気を一方のｑ軸から他方のｑ軸へと通り易くしている（図２の破線矢印参照）。これは、その磁路の磁気抵抗を小さくし、ｑ軸インダクタンスＬｑを大きくすることになる。
【００２０】
また、マグネット１１は、透磁率が小さくフラックスバリアとして働き、さらに断面バスタブ曲線形状の孔１２がフラックスバリアであることことから、固定子１からの磁束が一方のｄ軸から他方のｄ軸へ通りにくくなる。これは、その磁路の磁気抵抗を大きくし、ｄ軸インダクタンスＬｄを小さくすることになる。したがって、ＬｄとＬｑとの差が大きくなり、リラクタンストルクが有効に発生する。
【００２１】
また、回転子１０の外周とマグネット１１との間隔は、後述するコアシート１０ａの厚さをｔとすると、ｔから３ｔの範囲内とする。同様に、回転子１０の外周と断面バスタブ曲線形状の孔１２の両端部との間隔はｔから３ｔの範囲内にするとよい。これにより、後述するコア製造時にバリ等の発生もなく、精度よくコアを製造することができ、またマグネット１１の磁束の漏洩、短絡も防止することができ、つまりマグネットトルクの向上に寄与する。
【００２２】
ここで、モータコストについて考えると、コストはマグネット１１の大きさに依存する。したがって、マグネット１１の使用量を少なくし、マグネット１１を小さくして一方のｑ軸から他方のｑ軸への磁路幅をより広くすると、リラクタンストルクを大きくすることができ、つまりマグネット１１の減少分をリラクタンストルクで補うことができ、ひいては高トルク化、低コスト化を実現することができる。
【００２３】
また、マグネット１１としては、フェライト磁石や希土類磁石を用いる。この場合、フェライト磁石は低コスト化に有効であり、希土類磁石は高トルク化に有効となる。
【００２４】
ところで、回転子１０の製造においては、コアプレス金型を用いて自動プレスで電磁鋼板を打ち抜き、金型内で一体的に形成するコア積層方式（自動積層方式）を採用する。
【００２５】
図３および図４に示すように、このプレス加工工程では、回転子１０のコアを打ち抜くが、シャフト用の中心孔４、永久磁石１１を埋設する孔１１ａおよび断面バスタブ曲線形状の孔１２を打ち抜いたコアシート１０ａを積層してかしめる。このかしめは、積層したコアの両端側に蓋をするとともに、かしめ用のリベット１３を孔１３ａに通して行う。したがって、前記コアシート１０ａのプレス加工時に、リベット１３を通す孔１３ａも打ち抜くことになる。
【００２６】
そして、自動的にプレス、積層して得た回転子１０のコアの孔にＩＰＭ方式でマグネット１１を埋め込み、このマグネット１１を磁化、着磁する。なお、マグネット１１は、ｄ軸方向に磁化、着磁し、かつ隣接するマグネット１１の磁化、着磁の向きを逆にする。
【００２７】
また、前記リベット１３を通す孔１３ａは、中心孔４と孔１２と孔１２の間（フラックスバリアの間）でｑ軸上に設けられている。したがって、リベット１３の材料としては、透磁率の大きい磁性体を用いる。これは、固定子１からの磁束が一方のｑ軸から他方のｑ軸へ通り易くなり（図３の破線矢印参照）、ｑ軸インダクタンスが大きくなるからである。
【００２８】
このように、マグネットトルクおよびリラクタンストルクを有効に発生させ、しかもマグネット１１の使用量を削減することにより、低コスト化を実現することができるとともに、リラクタンストルクを発生させて高トルクを維持することができる。
【００２９】
また、前述により形成される回転子１０を組み込んでＤＣブラシレスモータとし、例えば空気調和機の圧縮機モータ等として利用すれば、コストをアップすることなく、空気調和機の性能アップ（運転効率の上昇）を図ることができる。
【００３０】
図５ないし図７は、本発明の変形実施の形態を説明する回転子の概略的平面図である。なお、図中、図３と同一部分には同一符号を付して重複説明を省略する。また、固定子１については図１を参照されたい。
【００３１】
図５に示す回転子２０は、断面バスタブ曲線形状の孔１２の底部分にマグネット２１をＩＰＭ方式で埋め込んだ構成になっている。なお、他の構成部分については図３と同一である。
【００３２】
この場合、マグネット２１の磁化、着磁を前記孔１２で囲まれているマグネット１１の磁化方向に合わせ、つまり同マグネット１１の磁束に重なるようにマグネット２１を磁化、着磁する。すると、マグネット２１は当該マグネットトルクに寄与する一方、断面バスタブ曲線形状の孔１２のうちマグネット２１を埋め込んでいない孔とともに、フラックスバリアの機能を発揮する。
【００３３】
したがって、この変形例では、図３に示す場合よりもマグネットトルクを大きくすることができるとともに、リラクタンストルクを大きくすることができるため、高トルク化、高効率化が図れる。
【００３４】
図６に示す回転子３０は、断面バスタブ曲線形状の孔１２の側辺部にマグネット３１をＩＰＭ方式で埋め込んだ構成になっている。なお、他の構成部分については図３と同一である。
【００３５】
この場合、前記マグネット３１の磁化、着磁を前変形実施例と同様に行うことにより、埋め込んだマグネット３１は当該マグネットトルクに寄与する一方、断面バスタブ曲線形状の孔１２のうちマグネット３１を埋め込んでいない孔とともに、フラックスバリアの機能を発揮する。
【００３６】
したがって、この変形例では、図３に示す場合よりもマグネットトルクを大きくすることができるとともに、リラクタンストルクを大きくすることができるため、高トルク化、高効率化が図れる。
【００３７】
さらに、図７に示す回転子４０は、断面バスタブ曲線形状の孔１２にマグネット４１をＩＰＭ方式で埋め込んだ構成になっている。なお、他の構成部分については図３と同一である。
【００３８】
この場合、マグネット４１の磁化、着磁を前述した変形実施例と同様に行うことにより、埋め込んだマグネット４１は当該マグネットトルクに寄与する一方、断面バスタブ曲線形状の孔１２のうちマグネット４１を埋め込んでいない孔とともに、フラックスバリアの機能を発揮する。
【００３９】
したがって、この変形例では、図３に示す場合および前記変形例に示す場合よりもマグネットトルクを大きくすることができるだけでなく、リラクタンストルクを大きくすることができるため、より高トルク化、高効率化が図れる。
【００４０】
図８はこの発明の変形実施の形態を説明する回転子の概略的平面図である。なお、図中、図３と同一部分には同一符号を付して重複説明を省略する。また、固定子１については図１を参照されたい。
【００４１】
図８に示す回転子５０は、コアをかしめるためのリベット５１を断面バスタブ曲線形状の孔１２と中心孔４との間でｄ軸上に配置した構成になっている。なお、リベット５１と中心孔４との間隔およびリベット５１と孔１２との間隔はコアシート１０ａの厚さｔより大きくする。また、リベット５１の材料としては透磁率の大きい磁性体を用いるとよい。なお、この変形例は、図５ないし図７に示す回転子２０，３０，４０に適用することができる。また、回転子２０，３０，４０，５０の製造としては、前述した方法をそのまま適用することができる。
【００４２】
このように、マグネット２１，３１，４１をマグネット１１の補助的なものとしたので、当該マグネットトルクを大きくすることができ、またその補助的なマグネットが残りの孔（空気層）とともにフラックスバリア機能を発揮することから、当該リラクタンストルクに影響を与えずに済み、ひいては高トルク、高効率化を図ることができる。
【００４３】
図９は本発明の他の実施の形態を説明する回転子の概略的平面図である。なお、図中、図３と同一部分には同一符号を付して重複説明を省略する。また、固定子１については図１を参照されたい。
【００４４】
この他の実施の形態においては、図８に示すリベット１３が狭い箇所に通っており、製造面で支障を来すこともあることから、マグネット１１を囲む断面バスタブ曲線形状の孔（フラックスバリア）を中心孔４に近づけ、マグネット１１と断面バスタブ曲線形状の孔との間でｄ軸上でリベットを通している。
【００４５】
そのため、この回転子６０は、断面バスタブ曲線形状の孔６１をマグネット１１からより離して（図３に示す一定値ｘの大きさ）配置し、コアをかしめるためのリベット６２を断面バスタブ曲線形状の孔６１と中心孔４との間でｄ軸上に通す構成になっている。なお、リベット６２とマグネット１１との間隔およびリベット６２と孔６１との間隔はコアシート１０ａの厚さｔより大きくする。また、リベット５１の材料としては透磁率の大きい磁性体を用いるとよい。
【００４６】
したがって、マグネット１１と孔６１との間隔、つまり磁路幅が広くなることから、ｑ軸インダクタンスが大きくなり、ひいてはリラクタンストルクを大きくすることができる。
【００４７】
また、この実施例は、図５ないし図７に示す回転子２０，３０，４０に適用することができる。さらに、回転子６０の製造は前述した方法を適用することができる。
【００４８】
【発明の効果】
以上説明したように、本発明によれば、回転磁界を発生する固定子の内部に回転子を有する永久磁石電動機において、前記回転子には、前記固定子からの磁路について一方のｑ軸から他方のｑ軸へ所定の磁路幅を確保するように、外形が円弧曲線と両側辺が前記ｑ軸と平行である断面バスタブ曲線との組み合わせからなる断面蒲鉾形のマグネットがｄ軸に対応する部分に前記円弧曲線を前記回転子の外周に沿って当該永久磁石電動機の極数分だけ等間隔に埋め込まれているとともに、前記マグネットの外形に含まれている前記断面バスタブ曲線と相似形である断面バスタブ曲線に沿って形成されたフラックスバリアとしての細長い孔がその全長にわたって前記マグネットとの間の間隔を一定として前記各マグネットを囲むように配置されており、隣接する前記マグネットの磁化方向を逆向きとしてマグネットトルクを発生させ、かつ、前記マグネットおよび前記細長い孔とにより、ｄ軸，ｑ軸インダクタンスの差を大きくしてリラクタンストルクを発生させるようにしたことにより、マグネットトルクとリラクタンストルクを組合せてモータトルクを得ることができるため、高トルク化および低コスト化を図ることができ、例えば、マグネットの使用量を減らしてマグネットのコア占有率を下げることにより、リラクタンストルクを上げ、高トルク、低コストのモータを実現することができるという効果がある。
【００４９】
特に、マグネットの断面蒲鉾形は、円弧曲線と断面バスタブ曲線とを組合せ、かつこの断面バスタブ曲線の側辺が前記ｑ軸に平行となるように同断面バスタブ曲線の折り曲げ角度を鈍角とし、前記細長い孔は前記断面バスタブ曲線形状のフラックスバリアとしてなるので、ｄ軸インダクタンスとｑ軸インダクタンスとの差が大きくなり、モータトルクに対するリラクタンストルクの寄与が大きくなり、ひいては高トルク化が望むことができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の実施の一形態を示す永久磁石電動機の概略的平面図。
【図２】図１に示す永久磁石電動機を説明するための回転子の概略的平面図。
【図３】図１に示す永久磁石電動機を説明するための回転子の概略的平面図。
【図４】図１に示す永久磁石電動機を説明するための回転子の概略的側断面図。
【図５】本発明の変形実施の形態を示す永久磁石電動機の概略的平面図。
【図６】本発明の変形実施の形態を示す永久磁石電動機の概略的平面図。
【図７】本発明の変形実施の形態を示す永久磁石電動機の概略的平面図。
【図８】本発明の変形実施の形態を示す永久磁石電動機の概略的平面図。
【図９】本発明の他の形実施の形態を示す永久磁石電動機の概略的平面図。
【図１０】従来の永久磁石電動機を示す概略的平面図。
【図１１】従来のリラクタンスモータを示す概略的断面図。
【符号の説明】
１  固定子
４  中心孔（シャフト用）
１０，２０，３０，４０，５０，６０  回転子
１１  マグネット（蒲鉾形）
１１ａ  孔（マグネットの埋設孔）
１２，６１  孔（断面バスタブ曲線形状のフラックスバリア）
１３，５１，６２  リベット
１３ａ  孔（リベット通し孔）
２１，３１，４１  マグネット
ｔ  コアシートの厚さ
ｘ  一定値（マグネット１１と孔１２との間隔）
【図１】
0003968542.tif 000002
【図２】
0003968542.tif 000003
【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
0003968542.tif 000008
【図８】
0003968542.tif 000009
【図９】
0003968542.tif 000010
【図１０】
0003968542.tif 000011
【図１１】
0003968542.tif 000012