(57)【要約】【課題】通常のＩＰＭ構造の永久磁石電動機の回転子鉄心をコンシクエントポール型の回転子鉄心として用いることができる永久磁石電動機を得ること。【解決手段】鋼板を積層して円柱状に形成した回転子鉄心１６の周方向に所定間隔をあけて複数の磁石埋め込み孔１２ａ、１２ｂ、１２ｃ、１２ｄ、１２ｅ、１２ｆが形成された回転子１０を備える永久磁石電動機３０であって、磁石埋め込み孔１２ａ、１２ｂ、１２ｃ、１２ｄ、１２ｅ、１２ｆに対し、永久磁石１３ａ、１３ｃ、１３ｅと軟磁性体１３ｂ、１３ｄ、１３ｆを周方向に沿って交互に埋め込み、コンシクエントポール型回転子を形成する。【選択図】図１−１
2016174472.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
鋼板を積層して円柱状に形成した回転子鉄心の周方向に所定間隔をあけて複数の孔が形成された回転子を備える電動機であって、
前記孔に対し、永久磁石と軟磁性体を周方向に沿って交互に埋め込み、
回転子を形成することを特徴とする永久磁石電動機。
【請求項２】
前記永久磁石と軟磁性体とは同形状としたことを特徴とする請求項１に記載の永久磁石電動機。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、永久磁石電動機に関する。
【背景技術】
【０００２】
近年、コンプレッサー等に用いられる永久磁石電動機は、小型で大出力が得られる埋込磁石型（ＩＰＭ：Ｉｎｔｅｒｉｏｒ  Ｐｅｒｍａｎｅｎｔ  Ｍａｇｎｅｔ）構造の同期電動機を採用している。このＩＰＭ構造の同期電動機は、通常は１磁極に１本のＩ字型永久磁石を所定間隔で環状に配置し、永久磁石の両端部付近にフラックスバリア（非磁性部）が設けられた回転子鉄心を用いている。例えば、ＩＰＭ構造の６極電動機では、回転子鉄心に６本の板状の永久磁石を所定間隔で環状に配置し、永久磁石が全体として六角形状を形成するように配置している（特許文献１の図１参照）。
【０００３】
これに対し、磁石の使用量を減らしてコストを下げる方法として、回転子の極数に対して回転子鉄心に挿入される永久磁石の枚数を半分としたコンシクエントポール型回転子が考案されている（特許文献１の図８参照）。特に、ＩＰＭ構造の同期電動機に用いられる永久磁石は、高価で電動機の価格全体に占める割合が高く、永久磁石を半減することによるコスト低減効果は大きい。
【０００４】
しかし、通常の回転子（少なくとも極数分の永久磁石を用いる回転子）とコンシクエントポール型の回転子とは、磁石を埋め込む孔の数が異なるため、それぞれ別の回転子鉄心を用いる必要があり、部品点数が増える。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００５】
【特許文献１】特開２０１２−２４４７８３号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
そこで、本発明は、上記に鑑みてなされたものであって、通常のＩＰＭ構造の永久磁石電動機の回転子鉄心をコンシクエントポール型の回転子鉄心として用いることができる永久磁石電動機を得ることを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
上述した課題を解決し、目的を達成するために、本発明は、鋼板を積層して円柱状に形成した回転子鉄心の周方向に所定間隔をあけて複数の孔が形成された回転子を備える電動機であって、前記孔に対し、永久磁石と軟磁性体を周方向に沿って交互に埋め込み、回転子を形成することを特徴とする。
【０００８】
また、本発明は、前記永久磁石と軟磁性体とは同形状としたことが好ましい。
【発明の効果】
【０００９】
本発明によれば、通常のＩＰＭ構造の電動機の回転子鉄心とコンシクエントポール型の電動機の回転子鉄心とを共用できる永久磁石電動機が得られるという効果を奏する。
【図面の簡単な説明】
【００１０】
【図１−１】図１−１は、本実施例にかかる回転子鉄心を用いて磁石埋め込み孔に磁石とＳＰＣＣとを交互に配置しコンシクエントポール型回転子とした永久磁石電動機の構成を示す平面図である。
【図１−２】図１−２は、図１−１の永久磁石電動機の回転時におけるＵＶＷ各相の誘起電圧波形図である。
【図２−１】図２−１は、図１−１と同じ回転子鉄心を用いたＩＰＭ構造の永久磁石電動機の構成を示す平面図である。
【図２−２】図２−２は、図２−１の永久磁石電動機の回転時におけるＵＶＷ各相の誘起電圧波形図である。
【図３−１】図３−１は、コンシクエントポール型専用の回転子鉄心を用いた比較例の永久磁石電動機の構成を示す平面図である。
【図３−２】図３−２は、図３−１の永久磁石電動機の回転時におけるＵＶＷ各相の誘起電圧波形図である。
【図４−１】図４−１は、図１−１と同じ回転子鉄心を用いて磁石埋め込み孔に磁石と空隙とを交互に配置しコンシクエントポール型回転子とした比較例の永久磁石電動機の構成を示す平面図である。
【図４−２】図４−２は、図４−１の永久磁石電動機の回転時におけるＵＶＷ各相の誘起電圧波形図である。
【図５】図５は、図１−１のＳＰＣＣに代えてＳＵＹ−１の磁性体を用いて構成した永久磁石電動機の回転時におけるＵＶＷ各相の誘起電圧波形図である。
【発明を実施するための形態】
【００１１】
以下に、本発明にかかる永久磁石電動機の実施例を図面に基づいて詳細に説明する。なお、この実施例によりこの発明が限定されるものではない。
【実施例】
【００１２】
図１−１は、本実施例にかかる回転子鉄心を用いて磁石埋め込み孔に板状の永久磁石（硬磁性体）と軟磁性体を交互に配置しコンシクエントポール型回転子とした永久磁石電動機の構成を示す平面図であり、図１−２は、図１−１の永久磁石電動機の回転時におけるＵＶＷ各相の誘起電圧波形図であり、図２−１は、図１−１と同じ回転子鉄心を用いたＩＰＭ構造の永久磁石電動機の構成を示す平面図であり、図２−２は、図２−１の永久磁石電動機の回転時におけるＵＶＷ各相の誘起電圧波形図である。
【００１３】
（本実施例のコンシクエントポール型の回転子）
本実施例にかかる永久磁石電動機３０は、図１−１に示すように、軟磁性体の鋼板であるけい素鋼板を多数枚積層して円柱状に形成した回転子鉄心１６の周方向の突極部１１ａ、１１ｂ、１１ｃ、１１ｄ、１１ｅ、１１ｆに対応する位置にそれぞれ磁石埋め込み孔１２ａ、１２ｂ、１２ｃ、１２ｄ、１２ｅ、１２ｆが環状に形成され、その中心に回転軸１５が形成された回転子１０と、その外周部を囲う固定子２０とを備えている。固定子２０は、回転子１０の外周部から所定のエアギャップを隔てて配置され、環状のヨーク部２１から内方に延びる９本のティース部２２が４０度（機械角）間隔で形成され、ティース部２２の先端から周方向に先端エッジ部２３が突出している。
【００１４】
本実施例にかかる永久磁石電動機３０の特徴は、回転子鉄心１６に形成された磁石埋め込み孔１２ａ、１２ｂ、１２ｃ、１２ｄ、１２ｅ、１２ｆに対し、永久磁石１３ａ、１３ｃ、１３ｅと、その永久磁石と同じ形状に加工された軟磁性体であるＳＰＣＣ（冷間圧延鋼板）１３ｂ、１３ｄ、１３ｆとを交互に埋め込むことで、コンシクエントポール型の回転子１０を構成した点にある。そして、永久磁石１３ａ、１３ｃ、１３ｅ及びＳＰＣＣ１３ｂ、１３ｄ、１３ｆが埋め込まれる磁石埋め込み孔１２ａ〜１２ｆの両端部には、非磁性部であるフラックスバリア１４が形成されている。なお、ＳＰＣＣは、鉄心に用いられるけい素鋼板と同様に軟磁性体であるため、鉄心として用いることができる。さらに、ＳＰＣＣは、非常に安価であるため、電動機の低コスト化が可能である。
【００１５】
図１−１のコンシクエントポール型の永久磁石電動機３０を回転させた時のＵＶＷ各相の誘起電圧波形は、図１−２に示すように、横軸の電気角［ｄｅｇ］に対する縦軸の誘起電圧［Ｖ］をＵＶＷの相ごとに表している。この図からわかるように、永久磁石電動機３０の回転時（６０ｒｐｓ）における誘起電圧の実効値は９４．９Ｖｒｍｓ、誘起電圧の歪率（高調波含有率）は２７．７４％となる。なお、無負荷時のモータトルクであるコギングトルクは解析の結果０．５２Ｎｍとなる。
【００１６】
（本実施例のＩＰＭ構造の回転子）
また、本実施例の永久磁石電動機は、図２−１に示すように、図１−１の回転子鉄心１６と同一形状の回転子鉄心４６を用いて、その磁石埋め込み孔４２ａ、４２ｂ、４２ｃ、４２ｄ、４２ｅ、４２ｆに対し、６本の板状の永久磁石４３ａ、４３ｂ、４３ｃ、４３ｄ、４３ｅ、４３ｆを埋め込むことで、通常のＩＰＭ構造の永久磁石電動機３１（少なくとも回転子の極数と同数以上の永久磁石が用いられる電動機）の回転子４０を構成することができる。
【００１７】
図２−１の永久磁石電動機３１を回転させた時のＵＶＷ各相の誘起電圧波形は、図２−２に示すように、横軸の電気角［ｄｅｇ］に対する縦軸の誘起電圧［Ｖ］をＵＶＷの相ごとに表している。永久磁石電動機３１の回転時（６０ｒｐｓ）における誘起電圧の実効値は１３２．７Ｖｒｍｓ、誘起電圧の歪率（高調波含有率）は５．０３％となる。なお、無負荷時のモータトルクであるコギングトルクは解析の結果０．１１Ｎｍとなる。
【００１８】
以上の通り、図１−１に示すコンシクエントポール型の電動機の回転子１０の回転子鉄心１６と、図２−１に示す通常の永久電動機３１の回転子４０の回転子鉄心４６とが同一形状であるため、１つの金型で作成した回転子鉄心を共用することができる。このため、コンシクエントポール型の回転子１０を作成する場合は、永久磁石の代わりに軟磁性体を用いるだけで、その他の部品は全て共通であり、その他の設備や治具などの取り替えが不要となる。
【００１９】
また、図１−１に示すコンシクエントポール型の永久磁石電動機３０は、図２−１の通常の永久電動機３１と比べると磁石の使用数が半分で済み、磁石の代わりに使うＳＰＣＣ（冷間圧延鋼板）は非常に安価であるため、電動機自体を安価に製作することができる。さらに、本実施例にかかる永久磁石電動機の回転子鉄心が共通化できるため、コンシクエントポール型回転子と通常のＩＰＭ構造の回転子とを要求に応じて（例えば、高い出力の電動機には通常の永久磁石電動機３１とし、低い出力の電動機には永久磁石電動機３０とする。）自由に作り分けることができるという利点がある。
【００２０】
続いて、図３−１は、コンシクエントポール型専用の回転子鉄心を用いた比較例の永久磁石電動機の構成を示す平面図であり、図３−２は、図３−１の永久磁石電動機の回転時におけるＵＶＷ各相の誘起電圧波形図であり、図４−１は、図１−１と同じ回転子鉄心を用いて磁石埋め込み孔に磁石と空隙とを交互に配置しコンシクエントポール型回転子とした比較例の永久磁石電動機の構成を示す平面図であり、図４−２は、図４−１の永久磁石電動機の回転時におけるＵＶＷ各相の誘起電圧波形図である。
【００２１】
（コンシクエントポール型専用の回転子（比較例１））
図３−１に示すコンシクエントポール型専用の回転子鉄心５６は、一磁極おきに永久磁石５３ａ、５３ｃ、５３ｅを埋め込む磁石埋め込み孔５２ａ、５２ｃ、５２ｅが形成されており、その両端部には、非磁性部であるフラックスバリア５４が設けられている。このように、永久磁石を埋め込まない突極部５１ｂ、５１ｄ、５１ｆには、図３−１に示すように、磁石埋め込み孔が無く、コンシクエントポール型専用の回転子鉄心５６である。
【００２２】
図３−１の永久磁石電動機３２を回転させた時のＵＶＷ各相の誘起電圧波形は、図３−２に示すように、横軸の電気角［ｄｅｇ］に対する縦軸の誘起電圧［Ｖ］をＵＶＷの相ごとに表している。永久磁石電動機３２の回転時（６０ｒｐｓ）における誘起電圧の実効値は９７．３Ｖｒｍｓ、誘起電圧の歪率（高調波含有率）は２８．８９％となる。なお、無負荷時のモータトルクであるコギングトルクは解析の結果０．５９Ｎｍとなる。
【００２３】
つまり、図３−１のコンシクエントポール型専用の回転子鉄心５６を用いた永久磁石電動機３２のＥＭＦ実効値は、図２−１の本実施例にかかるＩＰＭ構造の回転子４０を用いた永久磁石電動機３１のＥＭＦ実効値と比べると約７３％程度となり、図１−１の本実施例にかかるコンシクエントポール型の回転子鉄心１６を用いた永久磁石電動機３０のＥＭＦ実効値（約７２％）とほぼ同程度となり、永久磁石電動機の出力も同程度となる。
【００２４】
（空隙を用いたコンシクエントポール型の回転子（比較例２））
また、図４−１に示すコンシクエントポール型の回転子鉄心６６は、一磁極おきに永久磁石６３ａ、６３ｃ、６３ｅを埋め込むための磁石埋め込み孔６２ａ、６２ｃ、６２ｅの他、磁石埋め込み孔６２ｂ、６２ｄ、６２ｆが形成されているため、ＩＰＭ構造の回転子にも転用可能である。しかし、比較例として図４−１に示した永久磁石電動機３３は、磁石埋め込み孔６２ｂ、６２ｄ、６２ｆに何も埋め込まずに空隙としているため、磁石埋め込み孔６２ｂ、６２ｄ、６２ｆの部分で磁束線が通らなくなり、磁気抵抗が増大する。
【００２５】
図４−１の永久磁石電動機３３を回転させた時のＵＶＷ各相の誘起電圧波形は、図４−２に示すように、横軸の電気角［ｄｅｇ］に対する縦軸の誘起電圧［Ｖ］をＵＶＷの相ごとに表している。永久磁石電動機３３の回転時（６０ｒｐｓ）における誘起電圧の実効値は７２．９Ｖｒｍｓ、誘起電圧の歪率（高調波含有率）は２８．８８％となる。なお、無負荷時のモータトルクであるコギングトルクは解析の結果０．３５Ｎｍとなる。
【００２６】
つまり、図４−１のコンシクエントポール型の回転子鉄心６６を用いた永久磁石電動機３３のＥＭＦ実効値は、図２−１の本実施例にかかるＩＰＭ構造の回転子４０を用いた永久磁石電動機３１のＥＭＦ実効値を１００％とすると約５５％程度となり、図１−１の本実施例にかかるコンシクエントポール型の回転子鉄心１６を用いた永久磁石電動機３０のＥＭＦ実効値（約７２％）と比べると大幅に低下しており、実用的ではない。
【００２７】
続いて、図５を用いて、図１−１の永久磁石電動機３０において磁石の代わりに磁石埋め込み孔１２ｂ、１２ｄ、１２ｆにＳＰＣＣ（冷汗圧延鋼板）以外の軟磁性体を使って誘起電圧波形等を測定した結果を以下で説明する。
【００２８】
（軟磁性体にＳＵＹ−１を用いたコンシクエントポール型の回転子）
図５は、図１−１の永久磁石電動機３０においてＳＰＣＣに代えてＳＵＹ−１（電磁軟鉄・純鉄）を永久磁石１３ａ、１３ｃ、１３ｅと同じ形状に加工し、磁石埋め込み孔１２ｂ、１２ｄ、１３ｆに埋め込んでコンシクエントポール型回転子を製作し、永久磁石電動機を回転させた時のＵＶＷ各相の誘起電圧波形図である。図５に示すように、横軸の電気角［ｄｅｇ］に対する縦軸の誘起電圧［Ｖ］をＵＶＷの相ごとに表している。永久磁石電動機の回転時（６０ｒｐｓ）の誘起電圧の実効値は９４．９Ｖｒｍｓ、誘起電圧の歪率（高調波含有率）は２７．７６％となる。なお、電動機のモータトルクであるコギングトルクは解析の結果０．５２Ｎｍとなる。
【００２９】
つまり、ＳＵＹ−１を埋め込んだ場合の誘起電圧波形図、ＥＭＦ実効値、ＥＭＦ歪率、コギングトルクは、上記図１−１において磁石埋め込み孔１２ｂ、１２ｄ、１２ｆにＳＰＣＣを埋め込んだ時の誘起電圧波形及び各数値がほぼ同じである。
【００３０】
以上述べたように、本実施例にかかる永久磁石電動機の回転子鉄心は、コンシクエントポール型と少なくとも磁極数分の磁石を用いる通常の永久磁石電動機のいずれの回転子にも共用することができる。また、コンシクエントポール型回転子を製作する場合は、回転子鉄心の周方向に環状に磁石埋め込み孔を形成し、永久磁石（硬磁性体）と軟磁性体を交互に埋め込むことで、磁石にかかるコストが半減可能なコンシクエントポール型回転子を用いた永久磁石電動機を製作することができる。本実施例では、安価で出力低下の少ないＳＰＣＣ（冷汗圧延鋼板）等を好ましく用いているが、ＳＵＹ−１（電磁軟鉄・純鉄）等種々の軟磁性体を用いることもできる。
【００３１】
なお、上記実施例では、永久磁石と交互に埋め込む軟磁性体を永久磁石と同じ形状に加工して磁石埋め込み孔に埋め込んだ例で説明したが、必ずしもこれに限定されず、フラックスバリアも含む磁石埋め込み孔全てを埋め込んでも良い。
【産業上の利用可能性】
【００３２】
以上のように、本発明にかかる永久磁石電動機は、同一形状の回転子鉄心でコンシクエントポール型と通常のＩＰＭ構造の永久磁石電動機（少なくとも極数分の永久磁石を回転子鉄心に埋め込む電動機）のいずれの回転子にも共用可能であって、出力調整ができると共に、磁石の省資源化を図ることでコストが大幅に低減できるコンプレッサー用の電動機等に用いられる永久磁石電動機として有用である。
【符号の説明】
【００３３】
１０  回転子
１１ａ、１１ｂ、１１ｃ、１１ｄ、１１ｅ、１１ｆ  突極部
１２ａ、１２ｂ、１２ｃ、１２ｄ、１２ｅ、１２ｆ  磁石埋め込み孔
１３ａ、１３ｃ、１３ｅ  永久磁石
１３ｂ、１３ｄ、１３ｆ  ＳＰＣＣ（冷間圧延鋼板）
１４  フラックスバリア（非磁性部）
１５  回転軸
１６  回転子鉄心
２０  固定子
２１  ヨーク部
２２  ティース部
２３  先端エッジ部
３０、３１、３２、３３  永久磁石電動機
４０  回転子
４１ａ、４１ｂ、４１ｃ、４１ｄ、４１ｅ、４１ｆ  突極部
４２ａ、４２ｂ、４２ｃ、４２ｄ、４２ｅ、４２ｆ  磁石埋め込み孔
４３ａ、４３ｂ、４３ｃ、４３ｄ、４３ｅ、４３ｆ    永久磁石
４４  フラックスバリア（非磁性部）
４５  回転軸
４６  回転子鉄心
５０  回転子
５１ａ、５１ｂ、５１ｃ、５１ｄ、５１ｅ、５１ｆ  突極部
５２ａ、５２ｃ、５２ｅ  磁石埋め込み孔
５３ａ、５３ｃ、５３ｅ    永久磁石
５４  フラックスバリア（非磁性部）
５５  回転軸
５６  回転子鉄心
６０  回転子
６１ａ、６１ｂ、６１ｃ、６１ｄ、６１ｅ、６１ｆ  突極部
６２ａ、６２ｂ、６２ｃ、６２ｄ、６２ｅ、６２ｆ  磁石埋め込み孔
６３ａ、６３ｃ、６３ｅ    永久磁石
６４  フラックスバリア（非磁性部）
６５  回転軸
６６  回転子鉄心
【図１−１】
2016174472.tif 000003
【図１−２】
2016174472.tif 000004
【図２−１】
2016174472.tif 000005
【図２−２】
2016174472.tif 000006
【図３−１】
2016174472.tif 000007
【図３−２】
2016174472.tif 000008
【図４−１】
2016174472.tif 000009
【図４−２】
2016174472.tif 000010
【図５】
2016174472.tif 000011