(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配置される回転子を含み、前記回転子には、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、断面蒲鉾形のマグネットをｄ軸の近傍に前記回転子の外周に沿って極数分だけ等間隔に埋め込むとともに、ｑ軸に沿って長方形の孔を形成し、前記隣接する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、前記磁路幅の確保と前記マグネットおよび前記長方形の孔とにより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永久磁石電動機において、
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マグネットの埋め込み孔との間の第１位置あるいは前記シャフト用の中心孔と前記長方形の孔との間の第２位置にリベットを通してかしめることを特徴とする永久磁石電動機。
【請求項２】
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長方形の孔と前記回転子の外周との間隔は、前記電磁鋼板からなるコアシートの厚さの１倍から３倍の範囲とした請求項１に記載の永久磁石電動機。
【請求項３】
回転磁界を発生する固定子の内部に配置される回転子を含み、前記回転子には、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、断面蒲鉾形のマグネットをｄ軸の近傍に前記回転子の外周に沿って極数分だけ等間隔に埋め込むとともに、ｑ軸に沿って前記回転子の外周側からシャフト用の中心孔に向けて長細い凹部を形成し、前記隣接する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、前記磁路幅の確保と前記マグネットおよび前記凹部とにより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永久磁石電動機において、
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前記シャフト用の中心孔と前記マグネットの埋め込み孔との間の第１位置あるいは前記シャフト用の中心孔と前記凹部の端部との間の第２位置にリベットを通してかしめることを特徴とする永久磁石電動機。
【請求項４】
前記マグネットと前記回転子の外周との間隔は、前記電磁鋼板からなるコアシートの厚さの１倍から３倍の範囲とした請求項３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係り、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に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７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なものとし、大きなトルクを発生する永久磁石電動機を得るようにしている。
【０００３】
一方、例えば図８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。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から一方（ｄ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（ｑ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内のリラクタンスが不均一になり、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。
【０００４】
したがって、永久磁石電動機は、マグネットによる磁束が大きいため、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。
【０００５】
【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からの磁路を阻害し、リラクタンストルクの発生がほとんどない。つまり、リラクタンストルクの寄与はほとんど見られないことから、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。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く、どうしても高トルク、高効率化が望めない。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。
【０００６】
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、マグネットトルクとリラクタンストルクを組合せて高トルク化、低コスト化を図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。
【０００７】
【課題を解決するための手段】
前記目的を達成するために、請求項１に記載の発明は、回転磁界を発生する固定子の内部に配置される回転子を含み、前記回転子には、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、断面蒲鉾形のマグネットをｄ軸の近傍に前記回転子の外周に沿って極数分だけ等間隔に埋め込むとともに、ｑ軸に沿って長方形の孔を形成し、前記隣接する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、前記磁路幅の確保と前記マグネットおよび前記長方形の孔とにより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永久磁石電動機において、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マグネットの埋め込み孔との間の第１位置あるいは前記シャフト用の中心孔と前記長方形の孔との間の第２位置にリベットを通してかしめることを特徴としている。
【０００８】
この場合、請求項２に記載されているように、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長方形の孔と前記回転子の外周との間隔は、前記電磁鋼板からなるコアシートの厚さの１倍から３倍の範囲にすることが好ましい。
【０００９】
また、請求項３に記載の発明は、回転磁界を発生する固定子の内部に配置される回転子を含み、前記回転子には、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、断面蒲鉾形のマグネットをｄ軸の近傍に前記回転子の外周に沿って極数分だけ等間隔に埋め込むとともに、ｑ軸に沿って前記回転子の外周側からシャフト用の中心孔に向けて長細い凹部を形成し、前記隣接する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、前記磁路幅の確保と前記マグネットおよび前記凹部とにより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永久磁石電動機において、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前記シャフト用の中心孔と前記マグネットの埋め込み孔との間の第１位置あるいは前記シャフト用の中心孔と前記凹部の端部との間の第２位置にリベットを通してかしめることを特徴としている。
【００１０】
この場合においても、請求項４に記載されているように、前記マグネットと前記回転子の外周との間隔は、前記電磁鋼板からなるコアシートの厚さの１倍から３倍の範囲にすることが好ましい。
【００１１】
【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６を参照して詳しく説明する。図中、図７および図８と同一部分には同一符号を付して重複説明を省略する。
【００１２】
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み、またｑ軸に沿って長方形状の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でなく、リラクタンストルクをも有効に発生させ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し、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。
【００１３】
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）の磁気通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）、ｑ軸に沿って（マグネット１１から電気角でほぼπ／２の位相差の位置に）フラックスバリアとなる長方形の孔１２を形成している。
【００１４】
一方、隣接するマグネット１１は異極とする。また、固定子１においては、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。なお、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。
【００１５】
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おり、マグネットトルクが有効に発生する。
【００１６】
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、マグネット１１の間隔が広く、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。
【００１７】
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、かつ長方形の孔１２がフラックスバリアであることことから、固定子１からの磁気が一方の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する。
【００１８】
さらに、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の外周と長方形の孔１２の端部との間隔はｔから３ｔの範囲内とする。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るとともに、マグネット１１の磁束の漏洩、短絡も防止することができ、マグネットトルクの向上に寄与する。
【００１９】
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る。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。
【００２０】
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。
【００２１】
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。
【００２２】
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のコアを打ち抜き、シャフト用の中心孔４、永久磁石１１を埋設する孔１１ａおよび長方形の孔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。
【００２３】
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、着磁は逆向きにする。
【００２４】
前記リベット１３を通す孔１３ａは、ｄ軸上でシャフト用の中心孔４とマグネット１１の孔１１ａとの中間点に設けられている。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。すなわち、固定子１からの磁気が一方の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。
【００２５】
なお、後述する変形例に示すように、リベット１３を通す孔１３ａをｑ軸上でシャフト用の中心孔４と長方形の孔１２との中間点に設けるようにしてもよい。この場合、リベット１３の材料としては、比較的透磁率の小さい磁性体を用いる。すなわち、固定子１からの磁気が一方のｄ軸から他方のｄ軸へ通りにくくなり、ｄ軸インダクタンスが小さくなるからである。
【００２６】
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てマグネット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有効が発生することによって高トルクを維持することができる。
【００２７】
また、前述により形成される回転子１０を組み込んでブラシレスＤＣ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。
【００２８】
図５および図６は、この発明の変形実施の形態を説明する概略的平面図である。なお、図中、図１ないし図３と同一部分には同一部分を付して重複説明を省略する。
【００２９】
図５において、この発明の永久磁石電動機の回転子２０は、図１に示すｑ軸方向のフラックスバリアの長方形の孔１２に代え、シャフト用の中心孔４に向けて長細く切り込んだ凹部２１を有している。
【００３０】
また、図６に示すように、ｑ軸上でシャフト用の中心孔４と凹部２１の端部との中間点には、コアをかしめるためにリベット１３を通す孔１３ａが設けられている。この場合、リベット１３の材料としては、前実施の形態で説明したように、透磁率の小さい磁性体を用いるとよい。
【００３１】
なお、リベット１３を通す孔１３ａは、図３と同様に、ｄ軸上でシャフト用の中心孔４とマグネット１１との中間点に設けるようにしてもよい。この場合、リベットの材料としては、前実施の形態で説明したように、透磁率の大きい磁性体を用いるとよい。
【００３２】
このように、コアに凹部を形成してフラックスバリアとし、つまりフラックスバリアの形状を前実施の形態の長方形の孔１２と異なるものとしていることから、コア製造時におけるコアプレス時にバリ等の発生を考慮する必要がなくなり、コアの製造が容易なものとなる。
【００３３】
なお、図５および図６と図２および図３とを比較すると、明かなように、当該回転子２０の他の部分ついては前実施の形態と同じであり、同じ効果を奏することから説明を省略する。
【００３４】
【発明の効果】
以上説明したように、請求項１に記載の発明による永久磁石電動機は、回転磁界を発生する固定子の内部に配置される回転子を含み、前記回転子には、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、断面蒲鉾形のマグネットをｄ軸の近傍に前記回転子の外周に沿って極数分だけ等間隔に埋め込むとともに、ｑ軸に沿って長方形の孔を形成し、前記隣接する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、前記磁路幅の確保と前記マグネットおよび前記長方形の孔とにより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ているため、マグネットトルクとリラクタンストルクを組合せて高トルク化、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ることができ、ひいては高トルク、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。また、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、この自動積層したコアをシャフト用の中心孔とマグネットの埋め込み孔との間の第１位置あるいはシャフト用の中心孔と長方形の孔との間の第２位置にリベットを通してかしめるようにしたので、シャフト用の中心孔とマグネットの埋め込み孔との間の第１位置に通すリベットを透磁率の大きい磁性体とし、あるいはシャフト用の中心孔と長方形の孔との間の第２位置に通すリベットを透磁率の小さい磁性体とすることにより、リラクタンストルクを大きくすることができ、ひいては高トルク化が望めるという効果がある。
【００３５】
請求項２に記載の発明によると、請求項１において、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長方形の孔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倍の範囲としたので、請求項１の効果に加え、自動プレスによってコアを製造する際にバリ等の発生をなくし、品質のよいコアを製造することができることから、コアの歩留まりの向上を図れるとともに、モータのコスト高を抑えることができるという効果がある。
【００３６】
請求項３に記載の発明による永久磁石電動機は、回転磁界を発生する固定子の内部に配置される回転子を含み、前記回転子には、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、断面蒲鉾形のマグネットをｄ軸の近傍に前記回転子の外周に沿って極数分だけ等間隔に埋め込むとともに、ｑ軸に沿って前記回転子の外周側からシャフト用の中心孔に向けて長細い凹部を形成し、前記隣接する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、前記磁路幅の確保と前記マグネットおよび前記凹部とにより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ているため、マグネットトルクとリラクタンストルクを組合せて高トルク化、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ることができ、ひいては高トルク、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。また、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前記シャフト用の中心孔と前記マグネットの埋め込み孔との間の第１位置あるいは前記シャフト用の中心孔と前記凹部の端部との間の第２位置にリベットを通してかしめるようにしたので、シャフト用の中心孔とマグネットの埋め込み孔との間の第１位置に通すリベットを透磁率の大きい磁性体とし、あるいはシャフト用の中心孔と前記凹部の端部との間の第２位置に通すリベットを透磁率の小さい磁性体とすることにより、リラクタンストルクを大きくすることができ、ひいては高トルク化が望めるという効果がある。
【００３７】
請求項４に記載の発明によると、請求項３において、前記マグネットと前記回転子の外周との間隔はコアシートの厚さの１倍から３倍の範囲としたので、請求項３の効果に加え、自動プレスによってコアを製造する際にバリ等の発生をなくし、品質のよいコアを製造することができることから、コアの歩留まりを向上させることができるとともに、モータのコスト高を抑えることができるという効果がある。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の一実施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】本発明の変形実施形態を示す永久磁石電動機の概略的平面図。
【図６】図５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７】従来の永久磁石電動機を示す概略的平面図。
【図８】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  回転子
１１  マグネット（蒲鉾形）
１１ａ  孔（マグネットの埋設孔）
１２  孔（長方形のフラックスバリア）
１３  リベット
１３ａ  孔（リベット通し孔）
２１  凹部（長細いフラックスバリア）
ｔ  コアシートの厚さ
【図１】
0003821186.tif 000002
【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
0003821186.tif 000006
【図６】
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【図７】
0003821186.tif 000008
【図８】
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