(57)【要約】【課題】反磁界による永久磁石の減磁をより効果的に防ぐことができる磁石埋込型の電動機を提供する。【解決手段】永久磁石５ａ〜５ｆの端部からロータ３の半径方向に沿って第１空隙部３２と第２空隙部３３とを分割して形成する。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
回転磁界を発生するステータと、内部に永久磁石が埋設され、上記ステータの内径側に配置されるロータとを有し、上記永久磁石の端部から上記ロータの外周面との間に空隙部が設けられている磁石埋込型の電動機において、
上記空隙部は、上記永久磁石の端部から上記ロータの外周面側に向かって延在する第１空隙部と、上記第１空隙部と上記ロータの外周面との間に配置される第２空隙部とを備えていることを特徴とする電動機。
【請求項２】
上記第２空隙部は、上記ロータの円周方向に沿ってスリット状に形成されていることを特徴とする請求項１に記載の電動機。
【請求項３】
上記第２空隙部の円周方向には、スリット状の第３空隙部が所定間隔をもって配置されていることを特徴とする請求項１または２に記載の電動機。
【請求項４】
上記第２空隙部の円周方向の長さが、上記第３空隙部の円周方向の長さよりも短く形成されていることを特徴とする請求項３に記載の電動機。
【請求項５】
上記永久磁石を挟んで互いに対向配置された上記第３空隙部と、上記ロータの中心点とを結んだ電気角がほぼ９０°であることを特徴とする請求項３または４に記載の電動機。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、ロータ内に永久磁石を埋め込んでなる磁石埋込型の電動機に関し、さらに詳しく言えば、埋め込まれた永久磁石の減磁耐力を向上した電動機に関する。
【背景技術】
【０００２】
圧縮機などに採用されている電動機は、より高効率化のためブラシレスＤＣモータが用いられている。従来、この種のブラシレスＤＣモータは、ロータの表面に貼り合わせた永久磁石をステンレスなどの金属管で覆ったＳＰＭ型（表面磁石貼付型）が用いられていたが、ＳＰＭ型は、金属管で鉄損が発生するため、現在ではより効率のよいＩＰＭ型（磁石埋込型）が主流となっている（例えば特許文献１参照）。
【０００３】
図７および図８に示すように、ＩＰＭ型モータは、永久磁石Ｍに同期して働くマグネットトルクと、永久磁石が埋め込まれたスリット部により生じる突極比により得られるリラクタンストルクとが相乗的に働くことで、より高効率駆動が可能である。
【０００４】
このＩＰＭ型モータを回転させると、隣り合うティース間で磁極が異なるため、磁束がロータの一部を通って一方のティースから他方のティースに漏れる。このとき、永久磁石Ｍの端部に永久磁石Ｍの磁束を打ち消すような逆磁界が流れ、永久磁石Ｍを減磁するおそれがある。
【０００５】
そこで、特許文献１に記載のＩＰＭ型モータは、永久磁石の両端から半径方向に沿って磁気的空隙からなるスリット部Ｆ（いわゆる、フラックスバリア）を設けて、磁束が永久磁石を通過しにくくして、減磁を防いでいる。
【０００６】
【特許文献１】特開２０００−６９７１７号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００７】
しかしながら、従来の減磁対策には、次のような問題があった。すなわち、特許文献１のように永久磁石の端部からロータの表面近傍までフラックスバリアを形成した場合、隣り合うティース間でロータ表面の一部を通って短絡する磁束を通りにくくすることはできるが、反面、磁石挿入孔より連続したフラックスバリアＦを設けた場合、磁石前面（外周）の鉄心を保持する橋絡部が長くなるため、機械的強度が低下してしまう。
【０００８】
また、特許文献１のようにロータ表面１カ所のみに橋絡部があるものでは、反磁界が増えた場合、図７および８のように、永久磁石Ｍの近傍での逆磁界が生じて、磁石の減磁が生じやすい。
【課題を解決するための手段】
【０００９】
そこで、本発明は上述した問題を解決するため、反磁界による永久磁石の減磁をより効果的に防ぐことができる磁石埋込型の電動機を提供することにある。
【００１０】
上述した目的を達成するため、本発明は以下に示すいくつかの特徴を備えている。請求項１に記載の発明は、回転磁界を発生するステータと、内部に永久磁石が埋設され、上記ステータの内径側に配置されるロータとを有し、上記永久磁石の端部から上記ロータの外周面との間に空隙部が設けられている磁石埋込型の電動機において、上記空隙部は、上記永久磁石の端部から上記ロータの外周面側に向かって延在する第１空隙部と、上記第１空隙部と上記ロータの外周面との間に配置される第２空隙部とを備えていることを特徴としている。
【００１１】
請求項２に記載の発明は、上記請求項１において、上記第２空隙部は、上記ロータの円周方向に沿ってスリット状に形成されていることを特徴としている。
【００１２】
請求項３に記載の発明は、上記請求項１または２において、上記第２空隙部の円周方向には、スリット状の第３空隙部が所定間隔をもって配置されていることを特徴としている。
【００１３】
請求項４に記載の発明は、上記請求項３において、上記第２空隙部の円周方向の長さが、上記第３空隙部の円周方向の長さよりも短く形成されていることを特徴としている。
【００１４】
請求項５に記載の発明は、上記請求項３または４において、上記永久磁石を挟んで互いに対向配置された上記第３空隙部と、上記ロータの中心点とを結んだ電気角がほぼ９０°であることを特徴としている。
【発明の効果】
【００１５】
請求項１に記載の発明によれば、永久磁石の端部からロータの外周面側に向かって第１空隙部を設けるとともに、この第１空隙部とロータ外周面との間に第２空隙部が配置されていることにより、第２空隙部の半径方向の両端に橋絡部ができるため、磁石近傍でのマグネットの磁界を弱める方向に作用する磁界（逆磁界）を防ぐことができ、結果、反磁界による減磁耐力の向上を図ることができる。ここで本発明において、反磁界とは、ステータ側からロータ側に入る磁界を言う。
【００１６】
請求項２に記載の発明によれば、第２空隙部がロータの円周方向に沿ってスリット状に形成されていることにより、第２空隙部と半径方向に隣接する橋絡部が、より外周面側に位置することになるため、逆磁界をさらに防ぐことができる。
【００１７】
請求項３に記載の発明によれば、第２空隙部の円周方向の側面に第３空隙部が所定間隔をもって形成されていることにより、反磁界による減磁を抑えながら、ロータマグネットからステータへ向かう磁束を空隙部がない部分に集中させることができる。
【００１８】
請求項４に記載の発明によれば、第３空隙部の円周方向の長さが、第２空隙部の円周方向の長さよりも長く形成されていることにより、極間部で機械応力が最も加わる箇所での空隙部による機械的強度の低下を抑えつつ、マグネットからの磁束を空隙部がない部分に集中させることができる。
【００１９】
請求項５に記載の発明によれば、永久磁石を挟んで互いに対向配置された上記第３空隙部と、上記ロータの中心点とを結んだ電気角がほぼ９０°であることにより、磁気的突極部を形成して磁束を集中させ、誘起電圧のピークを大きくすることができるため、モータ特性の改善を図ることができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００２０】
図１は、本発明の一実施形態（実施例１）に係る電動機の要部断面図であり、図２は、上記電動機のロータの部分拡大図であり、図３は、反磁界最大位置におけるロータとステータの磁束線図であり、図４は、ロータの変形例（実施例２）を示す部分拡大図であり、図５は、磁界最大位置におけるロータとステータの磁束線図であり、図６は、減磁限界を表すグラフである。図中、減磁電流の増加は反磁界の増加を表す。
【００２１】
図１に示すように、この電動機１は、円筒状のステータ２と、同ステータ２の内径に沿って同軸的に配置されるロータ３とを備えたインナーロータ型の同期電動機であり、ロータ３の中心には、回転軸４が一体的に設けられている。
【００２２】
ステータ２は、９極のティース部２１ａ〜２１ｉを有し、それら各ティース部２１ａ〜２１ｉの外周にコイル２２が巻回されている。本発明において、ステータ２の具体的な構成は任意であり、同期電動機として機能するものであれば、その仕様は特に限定されない。
【００２３】
図２を併せて参照して、本発明に係るロータについて詳述する。ロータ３は、電磁鋼板を回転軸４の軸線方向に沿って積層してなる円筒状を呈し、その内部には、６個の永久磁石５ａ〜５ｆが回転軸４を中心とする同心円上に一定間隔で配置されている。
【００２４】
各永久磁石５ａ〜５ｆは、ロータ３の軸線方向に沿って形成された貫通孔３１ａ〜３１ｆに沿って埋設されている。永久磁石５ａ〜５ｆはともに同一形状の板状マグネットからなる。なお、永久磁石５ａ〜５ｆの具体的な材質や形状などの性状については、任意的事項である。
【００２５】
ロータ３には、各永久磁石５ａ〜５ｆの端部から半径方向に沿って第１空隙部３２が形成されている。以下においては、永久磁石５ａを例にとって説明する。第１空隙部３２は、永久磁石５ａの端部から半径方向に沿って矩形状に形成されており、ロータ３の軸線方向に沿って貫通している。この第１空隙部３２によって、永久磁石５ａのＮ極側から出た磁力線がステータ２を介さないでロータ鉄心内で閉じる（永久磁石５ａのＳ極側に回り込む）ことを防止できるため、性能が低下することを防止できる。
【００２６】
第１空隙部３２の先端側には、所定の間隔をもって第２空隙部３３が設けられている。第２空隙部３３は、第１空隙部３２とロータ３の外周面との間に配置された空隙からなり、ロータ３の円周方向に沿って細長いスリット状に形成されている。
【００２７】
上記ロータの減磁耐力について、図３を用いて以下に述べる。図３は、ステータからロータへの反磁界が最も大きくなるステータ・ロータ配置での磁力線を表している。通常のモータ運転時は、ロータの位置をホール素子やステータ巻線に生じる誘起電圧により検知して、モータ位置に応じた回転磁界を発生させてロータを回転させているため、ロータへの反磁界が必要以上に大きくなることはない。
【００２８】
しかし、ロータ３の位置が正確に把握できない場合（特に起動時など）、図３のようにステータ２からロータ３への反磁界が大きくなってしまうステータ・ロータ配置で、ステータ巻線２２に通電してしまう事態が起きうる。
【００２９】
実施例１に係るロータ３の場合、空隙部（フラックスバリア）を永久磁石５ａの端部からロータ外周面側に向かって延在した第１空隙部３２と、第１空隙部３２とロータ外周面との間に設けられる細長いスリット状の第２空隙部３３とで構成したため、ロータ３に埋設される永久磁石５ａにより構成される極と極の間（極間）付近で、かつ、ロータ外周面近傍に周方向に延在する鉄心部分が２つ（第１橋絡部３５と第２橋絡部３６）存在することになる。
【００３０】
これにより、ステータ・ロータ配置が、特に起動時などで反磁界が大きくなる位置関係にあるとき、ステータ巻線２２に大きな電流が流された場合でも、図３に示すように、ステータ２のティース２１ａからの磁力線が、第１橋絡部３５だけでなく、第２橋絡部３６をも経由して、隣接するティース２１ｂに流れてゆく。
【００３１】
このように隣接するティース２１ａ，２１ｂ間で磁力線が短絡する際に、ロータ外周面近傍で磁路が形成されるため、反磁界が大きくなるステータ・ロータ位置関係の場合にも、永久磁石近傍での逆磁界を小さくすることができる。
【００３２】
なお、本実施例では、上記所定の間隔、すなわち、第１橋絡部３５と第２橋絡部３６の短手方向（径方向）の幅ｔｓ１，ｔｓ２は、電磁鋼板の板厚の約１．５倍としている。しかし、この幅ｔｓ１，ｔｓ２は、ロータ３に埋設された永久磁石５の磁束のＮ極側から出た磁力線がステータを介さずにロータ鉄心内で閉じる磁束の（回り込み）が多くならない程度において適宜設定可能であり、この幅に限定されない。
【００３３】
なお、より好ましくは、第１橋絡部３５と第２橋絡部３６の短手方向の幅ｔｓ１，ｔｓ２と、長手方向（周方向）の幅ｔｌ１，ｔｌ２は、ｔｓ２＞ｔｓ１，ｔｌ２＜ｔｌ１の関係にあるとよい。このようにすると、電磁鋼板からロータコアを打ち抜く際に第１，第２空隙部に挟まれる第２橋絡部３６の強度をより高くすることができる。
【００３４】
これによれば、空隙部（フラックスバリア）を第１空隙部３２と第２空隙部３３とに分割したことにより、図３に示すように、ステータ２の短絡磁束をモータ外周の２本の磁路に分散し、反磁界が増加しても磁石端部の逆磁界が発生しにくくなり、よって減磁を防ぐことができる。
【００３５】
次に、図４，５を参照して、ロータの変形例（実施例２）について述べる。第２空隙部３３の円周方向には、第３空隙部３４が所定間隔をもって配置されている。第３空隙部３４は、第２空隙部３３の円周方向の側面（磁極中心寄りの側面）に配置されており、好ましくは、第２空隙部３３と同じ細長いスリット状で、第２空隙部３３の同一円周上に設けられていることが好ましい。
【００３６】
実施例２に係るロータ３の減磁耐力について、図５を用いて以下に述べる。図５は、図３と同様に、ステータ２からロータ３への反磁界が最も大きくなるステータ・ロータ配置での磁力線を表している。
【００３７】
図５から分かるように、変形例では第２空隙部３３の磁極中心寄り側面に第３空隙部３４が配置されている。したがって、一方のティース２１ａから隣接する他方のティース２１ｂへ短絡する磁力線は、図３の磁力線よりもロータマグネット５ａの近くを通るものの、磁力線（図５の波線）から分かるように、やはり第２橋絡部３６をも経由してゆくことにより、永久磁石５の近傍での逆磁界は小さくなる。
【００３８】
第３空隙部３４は、永久磁石５ａを挟んで互いに対向的に配置された第２空隙部３３，３３と、ロータ３の中心とを結ぶ角度が電気角でほぼ９０°（機械角でほぼ３０°）となるように設計されている。これによれば、磁気的突極部を形成して磁束を集中させることにより、誘起電圧のピークを大きくさせることができ、モータ特性の改善を図ることができる。
【００３９】
第３空隙部３４は、その円周方向の長さが第２空隙部３３の円周方向の長さよりも長くなるように形成されている。これによれば、第３空隙部３４の長さを長くすることにより、第２空隙部３４の円周方向の長さが抑えられるため、第１，２橋絡部３５，３６の周方向の幅ｔｌ１，ｔｌ２が抑えられる。したがって、極間部で機械応力が最も加わる箇所での磁界的強度の低下を抑えることが可能となる。
【００４０】
次に、図６を用いて、本発明のロータと従来のロータとの減磁耐力の違いについて述べる。図６は、本発明の実施例１，２および従来例のそれぞれのロータを用いた場合の減磁率、すなわちステータ巻線への通電電流（減磁電流）とロータマグネットの減磁率の関係を表している。図６中の減磁限界線とは、製品として許容できる減磁率を表しており、ロータマグネットは、この減磁限界以上に減磁することは許されない。
【００４１】
図６からも分かるように、実施例１および２は、減磁限界に至る減磁電流値が従来例よりも大きくなっている、これは、本発明に係るロータを用いたモータは、従来のモータに比べてロータマグネットが減磁しにくくなっていることを示しており、減磁耐力が高くなっていることを示している。
【００４２】
なお、上記実施例１，２では、６極の永久磁石埋込型電動機を例にとって説明したが、極数はこれに限られるものではなく、例えば４極や８極など他の極数でもよい。また、マグネット形状やステータ形状などについても種々の変形が可能である。
【図面の簡単な説明】
【００４３】
【図１】本発明の一実施形態に係る電動機の要部断面図。
【図２】（ａ）上記電動機の部分拡大図，（ｂ）上記電動機の橋絡部周辺の拡大図。
【図３】上記実施例の電動機の磁束線図。
【図４】上記電動機の変形例を示す部分拡大図。
【図５】上記変形例の電動機の磁束線図。
【図６】実施例および従来例の減磁限界ピークを比で表したグラフ。
【図７】従来のロータの部分拡大図。
【図８】従来の電動機の磁束線図。
【符号の説明】
【００４４】
１  電動機
２  ステータ（固定子）
２１ａ〜２２ｉ  ティース
２２  コイル
３  ロータ（回転子）
３１ａ〜３１ｆ  貫通孔
３２  第１空隙部
３３  第２空隙部
３４  第３空隙部
３５  第１橋絡部
３６  第２橋絡部
４  回転軸
５ａ〜５ｆ  マグネット
【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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