(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
ステータの内側に空隙を介してロータが配置され、
前記ロータは磁性体によって構成されたロータコアを有し、前記ロータコアの外周表面には、複数の永久磁石が周方向に配置されており、
前記永久磁石が配置された前記ロータコアの外周表面には、前記ロータコアの径方向に突出して形成された突起を有し、
前記永久磁石は、前記ステータの内側と対向する外周表面が円弧状であり、且つ、前記ロータコアの外周表面と対向する内面には前記突起が嵌る凹部を有している永久磁石同期モータであって、
前記突起および前記凹部は、前記凹部に前記突起が嵌る部分において前記ステータに他よりも近い面の形状が円弧であり、
前記凹部の面と前記永久磁石の円弧状外周表面との最短距離をＬ１とし、
前記凹部の前記ステータに他よりも近い面に対して、前記永久磁石の磁石中央に向かって前記ロータのシャフトの中心から前記永久磁石に向かう放射状の線分と垂直となる接線と、前記凹部において、前記永久磁石の周方向端部側の前記永久磁石と前記ロータコアの貼付面から前記永久磁石の凹部への切り替えとなる周方向外側の点を始点として、
前記ロータのシャフト中心から前記永久磁石の中心に向かう放射状の線分に平行な平行線との交点を通過し、
前記凹部と前記円弧状外周表面との最短距離をＬ２としたときに、Ｌ１≦Ｌ２となる前記凹部を有する前記永久磁石を備えたことを特徴とする永久磁石同期モータ。
【請求項２】
ステータの内側に空隙を介してロータが配置され、
前記ロータは磁性体によって構成されたロータコアを有し、前記ロータコアの外周表面には、複数の永久磁石が周方向に配置されており、
前記永久磁石が配置された前記ロータコアの外周表面には、前記ロータコアの径方向に突出して形成された突起を有し、
前記永久磁石は、前記ステータの内側と対向する外周表面が円弧状であり、且つ、前記ロータコアの外周表面と対向する内面には前記突起が嵌る凹部を有している永久磁石同期モータであって、
前記突起および前記凹部は、前記凹部に前記突起が嵌る部分において前記ステータに他よりも近い面の形状が、永久磁石の磁石中央に向かって前記ロータのシャフトの中心から前記永久磁石の中心に向かう放射状の線分に対して垂直となる平面であって且つ前記平面の角部は、円弧、または、斜めに形成されており、
前記凹部の面と前記永久磁石の円弧状外周表面との最短距離をＬ１とし、
前記凹部の前記ステータに他よりも近い面に対して、前記放射状の線分と垂直となる接線と、前記凹部において、前記永久磁石の周方向端部側の前記永久磁石と前記ロータコアの貼付面から前記永久磁石の凹部への切り替えとなる周方向外側の点を始点として、
前記ロータのシャフト中心から前記永久磁石の中心に向かう放射状の線分に平行な平行線との交点を通過し、
前記凹部と前記円弧状外周表面との最短距離をＬ２としたときに、Ｌ１≦Ｌ２となる前記凹部を有する前記永久磁石を備えたことを特徴とする永久磁石同期モータ。
【請求項３】
前記ロータコアは１極当たり複数個の突起を有し、複数の前記突起を１組の突起とする突起集合体を有し、前記突起集合体の周方向外側において、前記凹部は周方向外側の前記凹部と前記永久磁石の外径円弧部との間の最短距離をＬ２とし、Ｌ１≦Ｌ２に形成されていることを特徴とする請求項１または請求項２に記載の永久磁石同期モータ。
【請求項４】
前記突起および前記凹部の数は、２以上の偶数であることを特徴と請求項３に記載の永久磁石同期モータ。
【請求項５】
前記突起および前記凹部の数は、３以上の奇数であることを特徴とする請求項３に記載の永久磁石同期モータ。
【請求項６】
前記凹部と前記突起の少なくとも１面が接していることを特徴とする請求項３から請求項５の何れか１項に記載の永久磁石同期モータ。
【請求項７】
前記複数の突起および前記複数の凹部は、前記永久磁石の周方向中央を基軸として、鏡面対象であることを特徴とする請求項３から請求項５の何れか１項に記載の永久磁石同期モータ。
【請求項８】
前記ロータには、永久磁石同期モータにおけるｑ軸磁束Φｑに対して磁気抵抗が増大するようにスリットを設けたことを特徴とする請求項１から請求項７の何れか１項に記載の永久磁石同期モータ。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本願は、永久磁石同期モータに関するものである。
【背景技術】
【０００２】
工作機械の産業関連、電気自動車に用いられる車載関連、空調機の圧縮機などに用いられる永久磁石同期モータにおいては、トルクを出力するにはモータが発生する端子電圧を入力電圧以下にする必要がある。
一般的に、表面磁石型の永久磁石同期モータが発生するトルクＴは、
ｑ軸電流Ｉｑが必要であるからｑ軸電流Ｉｑの減少はトルク低下につながる。このため、高回転または高速時に大トルクを出力するには、小さなｄ軸電流Ｉｄで効果的な弱め磁束制御を行う必要がある。これを行うためにｄ軸インダクタンスＬｄを大きくし、小さなｄ軸電流Ｉｄで効果的な弱め磁束制御を行う技術として以下の先行技術文献がある。
本先行技術では、ロータコア表面に配置された複数の永久磁石に嵌るように、ロータコアから径方向に突出した突起を形成することでｄ軸インダクタンスＬｄを大きくし弱め界磁制御を効果的に機能させ高回転時のトルク出力を改善している。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００３】
【特許文献１】特開２００９−１３１０７０号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
しかしながら、先行技術では、永久磁石の中央部において凹部を設けており、この部分に嵌る突起がロータコアから突出している。永久磁石の凹部は矩形型をしているので、永久磁石の外径形状は円弧となっているので、凹部の角部は磁石厚が薄くなる。一般的に、永久磁石、例えば、Ｎｄ−Ｆｅ−Ｂ系のネオジム磁石等は、ステータからの反磁界あるいは、高温環境にさらされることにより、残留磁束密度が低下する不可逆減磁が発生する。先行技術では、前述したように凹部角部と磁石外径の円弧との厚みが薄くなり、不可逆減磁し易く、トルク出力が低下する問題がある。【０００５】
本願は、上記のような問題点を解決するためになされたものであり、不可逆減磁によるトルク特性の低下を抑制することが可能となり、また、高回転、高速時のトルク出力向上も可能となる永久磁石同期モータを得ることを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００６】
本願に開示される永久磁石同期モータは、ステータの内側に空隙を介してロータが配置され、ロータは磁性体によって構成されたロータコアを有し、ロータコアの外周表面には、複数の永久磁石が周方向に配置されており、永久磁石が配置されたロータコアの外周表面には、ロータコアの径方向に突出して形成された突起を有し、永久磁石は、ステータの内側と対向する外周表面が円弧状であり、且つ、ロータコアの外周表面と対向する内面には突起が嵌る凹部を有している永久磁石同期モータであって、突起および凹部は、凹部に突起が嵌る部分おいてステータに他よりも近い面の形状が円弧であり、凹部の面と永久磁石の円弧状外周表面との最短距離をＬ１とし、凹部のステータに他よりも近い面に対して、永久磁石の磁石中央に向かって前記ロータのシャフトの中心から永久磁石に向かう放射状の線分と垂直となる接線と、凹部において、永久磁石の周方向端部側の永久磁石とロータコアの貼付面から永久磁石の凹部への切り替えとなる周方向外側の点を始点として、ロータのシャフト中心から永久磁石の中心に向かう放射状の線分に平行な平行線との交点を通過し、凹部と円弧状外周表面との最短距離をＬ２としたときに、Ｌ１≦Ｌ２となる凹部を有している。
【発明の効果】
【０００７】
本願の永久磁石同期モータによれば、トルク特性の低下を抑制することが可能となり、また、高回転、高速時のトルク出力向上も可能となる。
【図面の簡単な説明】
【０００８】
【図１】実施の形態１に係る永久磁石同期モータのシャフトに垂直な面における断面図である。
【図２】実施の形態１に係る永久磁石同期モータのシャフトに垂直な面における断面の永久磁石付近を拡大した断面図である。
【図３】実施の形態１の対比となる先行技術の永久磁石同期モータのシャフトに垂直な面における断面の永久磁石付近を拡大した断面図である。
【図４】永久磁石同期モータの突起／凹部の有無による速度―トルク特性を比較した図である。
【図５】実施の形態１に係る永久磁石同期モータと、対比となる永久磁石同期モータの永久磁石の減磁率分布を比較した図である。
【図６】実施の形態１に係る永久磁石同期モータと、対比となる永久磁石同期モータの減磁後の誘起電圧の低下率を比較した図である。
【図７】実施の形態１に係る永久磁石同期モータの変形形態１を示した部分拡大断面図である。
【図８】実施の形態１に係る永久磁石同期モータの変形形態２を示した部分拡大断面図である。
【図９】実施の形態２に係る永久磁石同期モータのシャフトに垂直な面における断面の永久磁石付近を拡大した断面図である。
【図１０】実施の形態２に係る永久磁石同期モータと、対比となる永久磁石同期モータの減磁率分布を比較した図である。
【図１１】実施の形態２に係る永久磁石同期モータと、対比となる永久磁石同期モータの減磁前の誘起電圧を比較した図である。
【図１２】実施の形態２に係る永久磁石同期モータと、対比となる永久磁石同期モータの減磁後の誘起電圧低下率を比較した図である。
【図１３】実施の形態２に係る永久磁石同期モータの変形形態１を示した部分拡大断面図である。
【図１４】実施の形態２に係る永久磁石同期モータの変形形態２を示した部分拡大断面図である。
【図１５】実施の形態２に係る永久磁石同期モータの変形形態３を示した部分拡大図である。
【図１６】実施の形態２に係る永久磁石同期モータの変形形態４を示した部分拡大図である。
【図１７】実施の形態２に係る永久磁石同期モータの変形形態５を示した部分拡大断面図である。
【図１８】実施の形態３に係る永久磁石同期モータのシャフトに垂直な面における断面の永久磁石付近を拡大した断面図である。
【図１９】実施の形態３に係る永久磁石同期モータと、対比となる永久磁石同期モータの減磁率分布を比較した図である。
【図２０】実施の形態３に係る永久磁石同期モータと、対比となる永久磁石同期モータの減磁前の誘起電圧を比較した図である。
【図２１】実施の形態３に係る永久磁石同期モータと、対比となる永久磁石同期モータの減磁後の誘起電圧低下率を比較した図である。
【図２２】実施の形態３に係る永久磁石同期モータの変形形態１を示した部分拡大断面図である。
【図２３】実施の形態３に係る永久磁石同期モータの変形形態２を示した部分拡大断面図である。
【図２４】実施の形態３に係る永久磁石同期モータの変形形態３を示した部分拡大断面図である。
【図２５】実施の形態３に係る永久磁石同期モータの変形形態４を示した部分拡大断面図である。
【図２６】実施の形態３に係る永久磁石同期モータの変形形態５を示した部分拡大断面図である。
【図２７】実施の形態４に係る永久磁石同期モータにおけるロータの一例を示した断面図である。
【図２８】実施の形態４に係る永久磁石同期モータにおけるロータの他の例を示した断面図である。
【図２９】実施の形態４に係る永久磁石同期モータにおけるロータの他の例を示した断面図である。
【発明を実施するための形態】
【０００９】
実施の形態１．
実施の形態１に係る永久磁石同期モータについて説明する。図１は、本実施の形態に係る永久磁石同期モータ１００を軸方向と垂直に切断した構成を示す断面図である。ここで、永久磁石同期モータ１００におけるロータ２０の軸心に沿う方向を軸方向とする。軸方向に垂直なロータ２０の断面において、ロータ２０の半径に沿う方向を径方向とする。ロータ２０の回転方向に沿う方向、すなわち、上記断面においてロータ２０の軸心を中心とした円周に沿う方向を周方向とする。
【００１０】
図１に示すように、永久磁石同期モータ１００は、ステータ１０と、ステータ１０に対して回転自在に設けられたロータ２０と、を有している。ステータ１０は、磁気的ギャップとなる空隙１５を介してロータ２０の外周を囲むように設けられている。ステータ１０は、ステータコア１１と、複数のコイル１４と、を有している。ステータコア１１は、円環上に形成されたコアバック１２と、コアバック１２から内周側に向かって突出した複数のティース１３と、を有している。
【００１１】
複数のコイル１４は、複数のティース１３にそれぞれ巻き付けられている。図１に示す構成では、１２個のティース１３と１２個のコイル１４とが設けられている。本実施の形態では、それぞれ円弧上に形成された複数のコアブロックが円環上に連結されることによりコアバック１２が構成されているが、コアバック１２は一体に形成されていてもよい。また、コアバック１２と各ティース１３とが分離して形成されていてもよい。
【００１２】
ロータ２０は、ロータコア２１と、ロータコア２１の表面に複数の永久磁石２２が周方向に配置された表面側磁石型モータ（ＳＰＭ）である。永久磁石２２は、周方向に隣接する永久磁石２２の一方の外径側極性がＮ極であれば、他方はＳ極となるように着磁方向が異なるように配置されている。即ち、永久磁石は、隣接する永久磁石同士のステータと対向する面の極性が異極となるように配置されている。
【００１３】
ここで、図１は、ティース１３の数とコイル１４の数が１２個、永久磁石２２の数が８個である、いわゆる、８極１２スロットの永久磁石同期モータであるが、永久磁石２２と、ティース１３、コイル１４の数の組み合わせはこれに限らなくてもよい。また、ティース１３の数とコイル１４の数は同数となっているが、これが異なっていてもよい。
【００１４】
ロータコア２１は、例えば、複数のコア板が軸方向に積層された構成を有している。ロータコア２１には、軸方向に貫通したシャフト２３を有する。ロータコア２１は、径方向に突出した突起２４を有し、永久磁石２２は、突起２４が嵌る凹部２５を有する。突起２４と、凹部２５について図２を用いて詳細に説明する。
【００１５】
図２は、図１の破線円Ｅで囲んだ部分の拡大図である。軸中心から径方向に永久磁石２２の中央に向かって伸びる放射線ＲＬを定義する。ロータコア２１と、永久磁石２２とが、接する面を貼付面ＡＳとし、この貼付面ＡＳと凹部２５へ変化する点を始点ＳＰとして、放射線ＲＬに平行な線を平行線ＰＬとする。また、凹部２５の最外部に接し、放射線ＲＬに垂直な線を接線ＴＬとする。この接線ＴＬと平行線ＰＬが交差する点を交点Ａと定義する。永久磁石２２の凹部２５の最外部から永久磁石２２の外径円弧までの最短距離をＬ１とし、交点Ａを通過し、永久磁石２２の外径円弧と凹部２５の最短距離をＬ２としたときに、凹部２５は、Ｌ１≦Ｌ２となる形状を有しており、図１、２においては、凹部角部が円弧形状となっている。
【００１６】
図３は、本実施の形態１に係る永久磁石同期モータ１００と比較するための従来の永久磁石同期モータを軸方向と垂直に切断した構成を示す断面図である。ここで、ステータについては、図示を省略している。図３において、説明のない構成については図１と同様であるとする。図３において、ロータコア２１の突起２４０と、永久磁石２２の凹部２５０は矩形型となっており、Ｌ１＞Ｌ２の関係となっている。
【００１７】
次に、本実施の形態の効果について説明をする。
永久磁石同期モータは、モータ入力電圧Ｖｉを越える端子電圧Ｖｔを発生してトルクＴを出力することができない。一般的に、回転数が上がると次式（１）〜（４）で示す式に従って端子電圧Ｖｔが増大する。
Ｖｔ＝√（Ｖｄ２＋Ｖｑ２）・・・（１）
Ｖｄ＝ＲＩｄ＋ωＬｑＩｑ・・・（２）
Ｖｑ＝ＲＩｑ＋ωΦｍ＋ωＬｄＩｄ・・・（３）
ω＝２πｆ＝２π（Ｎ／６０）ｐｎ・・・（４）
ここで、Ｖｄ、Ｖｑはｄｑ軸電圧、Ｒは相抵抗、Ｉｄ、Ｉｑはｄｑ軸電流、Φｍは磁石磁束、Ｌｄ、Ｌｑはｄｑ軸インダクタンス、ωは角速度、ｆは周波数、Ｎは１分間当たりの回転数、ｐｎは極対数である。永久磁石同期モータでは、高回転におけるトルク出力を増大させる制御方式として、端子電圧増大を抑制する、所謂、弱め磁束制御がある。この弱め磁束制御は磁石磁束Φｍを弱める方向にｄ軸電流Ｉｄを通電する制御方式であるが、ｄ軸インダクタンスＬｄが小さい場合、大きなｄ軸電流Ｉｄを流す必要がある。しかしながら、モータに通電することができる電流には上限があり、インバータからモータに供給する電流をＩｉｎｖとすると、次式（５）となる。
√３×Ｉｉｎｖ＝√（Ｉｄ２＋Ｉｑ２）・・・（５）
【００１８】
ＳＰＭ型の永久磁石同期モータが出力するトルクＴは、一般的に次式（６）のように、
Ｔ＝ＰｎΦｍＩｑ・・・（６）
であるから、ｄ軸電流Ｉｄが増大するとトルクＴを出力するためのｑ軸電流Ｉｑが減少しトルク出力が低下する。従って、高回転でのトルクＴを大きくするには少ないｄ軸電流Ｉｄで弱め磁束制御を効果的に得る必要があり、ｄ軸インダクタンスＬｄを増大する必要がある。このために、図３に示す構造とすることでｄ軸インダクタンスＬｄを向上することができる。図４は、横軸を速度（回転数）、縦軸をトルク出力とした速度‐トルク特性と呼ばれるものである。図４に示すように、突起２４、および、凹部２５を適用することにより、高回転数（高速度）でのトルク出力が増大していることが分かる。
【００１９】
しかしながら、このように、永久磁石２２の凹部２５０の形状が矩形型をしていた場合、回転機のような永久磁石２２の外径形状が円弧となっている場合、凹部２５０の角部において、永久磁石２２の外径との距離が極端に短くなる。永久磁石には、永久磁石の温度上昇あるいは、着磁方向と反対方向にステータから磁界が加わる反磁界によって永久磁石の残留磁束密度Ｂｒが低下する不可逆減磁と呼ばれる現象がある。この不可逆減磁の容易さは、永久磁石の保磁力と、磁気回路で決定されるパーミアンス係数Ｐｃが関係している。パーミアンス係数Ｐｃは、磁石の着磁方向厚さと磁気抵抗に依存する。パーミアンス係数Ｐｃは、永久磁石同期モータのようなステータとロータの磁気的ギャップが狭い磁気回路において、永久磁石の着磁方向厚さをＨｍ、ステータとロータの磁気的ギャップをｇｍとしたときに次式（７）で近似することができる。
Ｐｃ≒Ｈｍ／ｇｍ・・・（７）
【００２０】
図５は、永久磁石２２の減磁状態を磁界解析によって計算した結果である。図５（ａ）はＬ１＞Ｌ２、図５（ｂ）はＬ１＝Ｌ２、図５（ｃ）はＬ１＜Ｌ２の場合における減磁率分布を示している。濃い部分は減磁率が高く、淡い部分は減磁率が低いことを表示している。図３に示すような永久磁石２２外径と凹部２５０間の最短距離Ｌ２が狭くなるような場合、図５（ａ）に示すように広い範囲で減磁が進む。
本実施の形態１では、図１、２に示すように、永久磁石２２の外径と凹部２５の最短距離Ｌ２がＬ１≦Ｌ２となるように永久磁石２２の凹部２５を円弧形状としている。
【００２１】
図５に示すように、Ｌ２を長くすることにより減磁が抑制されていることが分かる。また、図６は、図５に示した形状における減磁前後の誘起電圧低下率を示したものであり、Ｌ１＞Ｌ２の誘起電圧低下率を１．０として規格化したものである。図６に示すように、誘起電圧の低下率が先行技術であるＬ１＞Ｌ２と比較して小さくなっていることが分かる。ここで、誘起電圧の低下、つまり、磁石磁束Φｍの低下につながるものであり、前述したトルクＴが低下することに他ならず、低速域のトルク低下することとなる。また、実施の形態１によると図４に示した速度―トルク特性は変わることなく出力向上の効果を同様に得ることが可能となる。
【００２２】
図７は、実施の形態１に係る永久磁石同期モータの変形形態１における部分拡大図である。図１と図７で異なる点は、永久磁石２２の凹部２５の最外部形状が円弧であるか、フラットとなっており角部に丸みを有しているかであるのみであり、本形状においても、得られる効果に差異はない。また、図８についても、実施の形態１に係る永久磁石同期モータの変形形態２における部分拡大図である。図８は、永久磁石２２の凹部２５の角部が斜めに形成されていることが図１、図７と異なる点であるが、この形状においても得られる効果は図１に示した構造と相違はない。
【００２３】
また、本実施の形態１で示したロータコア２１の突起２４と、永久磁石２２の凹部２５は、全ての面が接しているが、全ての面は接しておらずともよく、ある１面のみが接していてもよい。製造上の観点からは、交差あるいは、製造時の永久磁石の欠け等を防止するのであれば、永久磁石２２の凹部２５の寸法は、ロータコア２１の突起２４よりも大きいことが望ましい。また、永久磁石２２の取り付けずれの影響によるトルクリップル、コギングトルクの増加を考慮すると、ある面に片寄することで、取付位置のずれを最小化することが可能である。
【００２４】
実施の形態２．
実施の形態２に係る永久磁石同期モータについて説明する。図９は、本実施の形態２に係る永久磁石同期モータを軸方向と垂直に切断し、図２と同様に永久磁石２２の近傍を拡大した断面図である。図９には、図示していないが図１と同様にステータ１０、ロータ２０によって構成されている。
【００２５】
図９において、本実施の形態に係る永久磁石同期モータは、実施の形態１に係る永久磁石同期モータと、以下の点で異なる。
永久磁石２２の凹部は、凹部２５１ａ、凹部２５１ｂ、凹部２５１ｃの３か所を有しており、ロータコア２１から径方向に突出する突起は、突起２４１ａ、突起２４１ｂ、突起２４１ｃの３つを有している。
また、本実施の形態２において、図９に示すように、永久磁石２２の中央部に位置する凹部２５１ａ、および、突起２４１ａが最も外径側に位置している。
ロータコアは１極当たり奇数個の突起を有し、複数の突起を１組の突起とする突起集合体を有し、突起集合体の周方向外側において、凹部は周方向外側の凹部と永久磁石の外径円弧部との間の最短距離Ｌ２がＬ１≦Ｌ２に形成されている。
【００２６】
実施の形態１で言うところの最短距離Ｌ１は、永久磁石２２の凹部２５１ａの最外部と、永久磁石２２の外径円弧との最短距離となる。また、実施の形態１で言うところの最短距離Ｌ２は、図９に示すように、永久磁石２２の凹部２５１ａの最外部に接する接線ＴＬと、永久磁石２２の貼付面ＡＳと凹部２５１ｂ、または、凹部２５１ｃに切り替わる周方向最外部の点を始点ＳＰとして、ロータ２０のシャフト中心から永久磁石２２の中央に向かって伸びる放射線ＲＬに平行な平行線ＰＬとの交点Ａを通り、凹部２５１ｂ、または、２５１ｃと、永久磁石２２の外径円弧との最短距離となる。
ここで、図９において、凹部２５１ｂ、凹部２５１ｃは同じ寸法となっているが、必ずしも、同じ寸法である必要はない。しかしながら、トルクリップル、コギングトルク等を低減する観点から考慮すると、同じ寸法である方が望ましい。
【００２７】
次に、実施の形態２の効果について説明する。
図１０は、本実施の形態２に係る永久磁石２２の減磁率分布と、比較となる先行技術の減磁率分布を示した図である。図１０（ａ）はＬ１＞Ｌ２、図１０（ｂ）は実施の形態２の場合における減磁率分布を示している。濃い部分は減磁率が高く、淡い部分は減磁率が低いことを表示している。図１０に示すように、実施の形態２においても実施の形態１と同様に減磁率高い分布が狭くなっていることが分かる。また、図１１、図１２は、先行技術のようなＬ１＞Ｌ２の形態と本実施の形態２における減磁前の誘起電圧と減磁後の誘起電圧低下率を示した図である。ここで、各図は先行技術の誘起電圧と誘起電圧低下率を１として規格化した図である。
【００２８】
図１１、図１２に示すように、本実施の形態２の誘起電圧が、先行技術に対して大きく、減磁によって低下する誘起電圧低下率は、先行技術に対して小さいことが分かる。
以上のことから、永久磁石２２に複数の凹部、および、ロータコア２１に複数の突起を有する図９の形態とすることにより先行技術と比較してモータの特性低下を抑制することが可能となる。また、速度―トルク特性の高速域の出力増大効果は、突起を有しているため図４同様に得ることが可能である。
【００２９】
図１３、図１４は、実施の形態２に係る永久磁石同期モータの変形形態１、変形形態２における部分拡大図であり、以下の点で図９と異なる。
ロータコア２１の突起２４１ａ〜２４１ｃと、永久磁石２２の凹部 ２５１ａ〜２５１ｃは、形状が異なり、突起２４１ａと突起２４１ｂ、または、突起２４１ａと突起２４１ｃの間に永久磁石２２が全て嵌っていなく、空隙を有している。図１４における空隙は、図１３における空隙より大きくなっている。一般的に、永久磁石に使用されるＮｄ−Ｆｅ−Ｂ系の磁石は重希土類を使用しているため、高価である。このような構成にすることで、永久磁石２２の使用量を削減し、コスト低減が可能となる。また、永久磁石の加工を容易にすることもでき、加工のための費用を削減することができる。
図１３、図１４のように構成することで、誘起電圧は多少低下するものの、実施の形態２と同様の効果を得られるため問題ない。
【００３０】
図１５は、実施の形態２を示す図９の変形形態３における部分拡大図であり、突起２４１ａ〜２４１ｃ、及び、凹部２５１ａ〜２５１ｃの形状が矩形状となって異なる以外は、実施の形態２と同じ構成となっている。このため、実施の形態２と同様の効果を得ることができるため問題ない。
【００３１】
図１６、図１７は実施の形態２の変形形態として示した図１３、図１４の変形例である変形形態４、変形形態５における部分拡大図である。図１３、図１４とは、突起２４１ａ〜２４１ｃ、凹部２５１ａ〜２５１ｃの形状が矩形状となって異なる以外は、同様の構成となっている。このため、実施の形態２と同様の効果を得ることが可能であり、問題ない。
本実施の形態２として図９、図１３〜図１７に示した永久磁石は、３つの突起を有した形状となっているが、突起の数は３以上の奇数で構成されていても問題ない。
【００３２】
実施の形態３．
実施の形態３に係る永久磁石同期モータについて説明する。図１８は、本実施の形態３に係る永久磁石同期モータのロータの永久磁石付近を拡大した図で、シャフトの軸方向と垂直に切断した断面図である。
【００３３】
図１８において、実施の形態１と以下の点で異なる。ロータコア２１から突出する突起の数は２個であり、永久磁石２２の凹部も２個である。最短距離Ｌ１は、永久磁石２２の凹部２５２ａ、または、凹部２５２ｂの最外部と、永久磁石外径円弧との最短距離であり、実施の形態１、２と異なり、永久磁石の中央付近ではない。また、最短距離Ｌ２は、以下で定義される。永久磁石の凹部２５２ａ、または、凹部２５２ｂの最外部に接する接線ＴＬを定義する。ロータコア２１と永久磁石２２の貼付面ＡＳから永久磁石の凹部２５２ａ、または、凹部２５２ｂへの切り替え点を始点ＳＰとして、ロータ２０の軸中心から永久磁石２２の中央に向かって伸びる放射線ＲＬに平行な平行線ＰＬを定義したときに、最短距離Ｌ２は、接線ＴＬと平行線ＰＬが交差する交点を通過し、永久磁石２２の凹部２５２ａ、または、凹部２５２ｂと永久磁石２２の外径円弧部との最短距離をＬ２とする。Ｌ１とＬ２の関係は、実施の形態１、２と同様にＬ１≦Ｌ２である。
このように、ロータコアは１極当たり偶数個の突起を有し、複数の突起を１組の突起とする突起集合体を有し、突起集合体の周方向外側において、凹部は周方向外側の凹部と永久磁石の外径円弧部との間の最短距離Ｌ２がＬ１≦Ｌ２に形成されている。
【００３４】
次に、本実施の形態３の効果について説明する。
図１９は、本実施の形態３に係る永久磁石２２の減磁率分布と、比較となる先行技術の減磁率分布を示した図である。図１９（ａ）はＬ１＞Ｌ２、図１９（ｂ）は実施の形態２の場合における減磁率分布を示している。濃い部分は減磁率が高く、淡い部分は減磁率が低いことを表示している。図１９に示すように、実施の形態３においても実施の形態１、２と同様に減磁率高い分布が狭くなっていることが分かる。図２０は、先行技術であるＬ１＞Ｌ２の誘起電圧を１として規格化し、本実施の形態の誘起電圧と比較した結果である。また、図２１は、先行技術であるＬ１＞Ｌ２の誘起電圧低下率を１として規格化して、本実施の形態の誘起電圧低下率と比較した図である。
【００３５】
図２０に示すように、本実施の形態とすることで、誘起電圧が向上していることが分かる。また、図２１に示すように、誘起電圧低下率は、低下率が減少していることが分かる。これは、磁石中央付近の磁石凹部を無くすことによる効果であり、ステータ１０とロータ２０の間に発生するトルクに寄与する磁石のギャップ磁束密度の基本波が増大したためである。このため、低速域のトルクを増大することが可能となるとともに、高温時の反磁界によって発生する不可逆減磁による磁石磁束の低下も抑制することが可能となる。つまり、高温下におけるトルク低下を抑制することが可能となる。
【００３６】
図２２は、本実施の形態３に係る永久磁石同期モータの変形形態１における部分拡大図であり、図１８と以下の点で異なる。
図２２は、２個の突起２４２ａ、突起２４２ｂに挟まれた永久磁石２２がロータコア２１まで伸びておらず途中までとなっている点が異なる。本形態とする理由としては、突起２４２ａ、突起２４２ｂに挟まれた部分の周方向幅が狭い場合、磁石の割れあるいは欠けが発生する可能性がある他、製造できない可能性がある。このため、生産可能性を考えた場合、永久磁石２２の底面が外周側よりも外径側に位置する構造となる方が望ましい。この構成においても図１８に示した本実施の形態３と同様の効果を得ることが可能である。
また、図２３に示したように、突起２４２ａ、突起２４２ｂに挟まれたロータコアが外径側に位置する変形形態２も考えられる。本変形形態２においても、実施の形態３の効果を同様に得ることが可能である。
【００３７】
図２４〜図２６は、本実施の形態３に係る永久磁石同期モータの変形形態３、変形形態４、変形形態５における部分拡大図であり、突起および凹部は、永久磁石２２の周方向中央を基軸として鏡面対象となっている形状である。なお、このような突起および凹部における鏡面対象による形状構成は、実施の形態１、実施の形態２等、その他の実施の形態でも同様であって、各実施の形態における放射線ＲＬを基軸として鏡面対象となっている。
また、図２４の変形形態３および図２５の変形形態４は、凹部において、最短距離Ｌ２を形成する部分の形状は最外部形状が円弧形状となっており、また、図２６の変形形態５は、凹部において、最短距離Ｌ２を形成する部分の形状は斜めに形成されている。これらの変形形態においても、実施の形態３の効果を同様に得ることができる。
【００３８】
実施の形態４．
実施の形態４に係る永久磁石同期モータについて説明する。図２７は、本実施の形態４に係る永久磁石同期モータにおけるロータ部分をシャフトの軸方向と垂直に切断した構成を示す断面図である。基本的な構成は、実施の形態１〜３と同様であり、以下の点で異なる。
本実施の形態では、図２７に示したようにロータのロータコア２１にスリット２６が設けられている。本スリット２６を配置することにより、永久磁石同期モータにおけるｑ軸インダクタンスＬｑを低減することが可能となる。従って、前述の式（１）〜式（４）に記載のωＬｑＩｑを低下させることができ、ｄ軸電圧Ｖｄの低減および端子電圧Ｖｔの低減につながる。つまり、電圧飽和を緩和することにつながり速度―トルク特性を増大することが可能となる。
図２８、図２９も同様にスリット２６が配置されている。なお、図２７は図２の構成に対応し、図２８は図９の構成に対応し、図２９は図１８の構成に対応している。
図２７〜図２９はスリット配置の一例である。永久磁石同期モータにおけるｑ軸磁束Φｑに対して磁気抵抗が大きくなるようにスリットを配置するものであれば、これらに限定されない。また、図２７〜図２９においてスリットは１極当たり２本配置されているが、それ以上配置されていても問題ない。
【００３９】
本願は、様々な例示的な実施の形態及び実施例が記載されているが、１つ、または複数の実施の形態に記載された様々な特徴、態様、及び機能は特定の実施の形態の適用に限られるのではなく、単独で、または様々な組み合わせで実施の形態に適用可能である。
従って、例示されていない無数の変形例が、本願明細書に開示される技術の範囲内において想定される。例えば、少なくとも１つの構成要素を変形する場合、追加する場合または省略する場合、さらには、少なくとも１つの構成要素を抽出し、他の実施の形態の構成要素と組み合わせる場合が含まれるものとする。
【符号の説明】
【００４０】
１０  ステータ、１１  ステータコア、１２  コアバック、１４  コイル、２０  ロータ、２１  ロータコア、２２  永久磁石、２３  シャフト、２４，２４１ａ，２４１ｂ，２４１ｃ，２４２ａ，２４２ｂ  突起、２５，２５１ａ，２５１ｂ，２５１ｃ，２５２ａ，２５２ｂ  凹部
【要約】
永久磁石（２２）はロータコア（２１）に設けた突起（２４）が嵌るように凹部（２５）を有しており、凹部（２５）の最外部と永久磁石（２２）の外径円弧部との最短距離をＬ１と定義し、永久磁石（２２）の凹部（２５）の最外部の接線と、永久磁石（２２）とロータコア（２１）の貼付面から凹部（２５）への切り替えとなる始点として、ロータ（２０）のシャフト（２３）の中心から、永久磁石（２２）に中心に向かう放射線に平行な平行線との交点を通過する永久磁石（２２）の凹部（２５）と永久磁石（２２）の外径円弧部との距離をＬ２と定義したときに、Ｌ２≧Ｌ１となる凹部を有している。【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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【図７】
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【図８】
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【図９】
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【図１０】
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【図１１】
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【図１２】
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【図１３】
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【図１４】
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【図１５】
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【図１６】
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【図１７】
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【図１８】
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【図１９】
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【図２０】
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【図２１】
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【図２２】
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【図２３】
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【図２４】
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【図２５】
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【図２６】
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【図２７】
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【図２８】
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【図２９】
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