(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側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、板状のマグネットをｑ軸に沿って、かつ、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、前記マグネットの磁化をｑ軸に対して直角方向とし、かつ、隣接する前記マグネットの対向極側を同極として当該極をｄ軸部分に形成し、ｄ軸部分に一方のｑ軸から他方のｑ軸への磁路（磁束の路）を確保するスリットを形成してなり、前記スリットによりｄ軸，ｑ軸インダクタンス比を大きくするようにしたことを特徴とする永久磁石電動機。
【請求項２】
前記スリットは、断面円弧形状，断面バスタブ形状もしくはＶ字形状であり、それらの中央部分をシャフト用中心孔側に向けた状態でｄ軸方向に等間隔で多層に形成されている請求項１に記載の永久磁石電動機。
【請求項３】
前記マグネットのシャフト挿通用中心孔側の端部にはフラックスバリアを形成し、前記フラックスバリアは隣接する前記マグネットの前記シャフト挿通用中心孔側の端部に渡るようにした請求項１または２に記載の永久磁石電動機。
【請求項４】
前記フラックスバリアは、中間部で２つに分割して一対のフラックスバリアとしてなる請求項３に記載の永久磁石電動機。
【請求項５】
前記スリットとシャフト挿通用中心孔との間あるいは前記スリットとフラックスバリアとの間で、ｄ軸上にコアかしめ用のリベットを通してなり、前記リベットを磁性材料とした請求項１，２または３に記載の永久磁石電動機。
【請求項６】
前記スリットと前記回転子のコア外周との間あるいは前記スリットと前記フラックスバリアとの間で、ｄ軸上にコアかしめ用のリベットを通し、前記リベットを磁性材料とした請求項１，２または３に記載の永久磁石電動機。
【請求項７】
前記回転子は電磁鋼板からなるコアシート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、該自動プレス時に前記マグネットの埋設孔、前記スリットの孔、前記リベットの孔および前記フラックスバリアの孔を打ち抜き、かつ、これら孔の間およびこれら孔と前記回転子のコア外周との間は、少なくとも前記コアシートの厚さより大きくした請求項１ないし６のいずれか１項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るモータの永久磁石電動機に係り、さらに詳しく言えば、リラクタンストルクの有効利用を可能と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例えば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（例えば４極）分の永久磁石３が外径に沿って円周方向に配置されている。なお、４はシャフト挿通用の中心孔である。
【０００３】
この回転子２の構造においては、永久磁石３がｑ軸に沿った板形状であり、一方のｑ軸から他方のｑ軸への磁束（固定子１からの磁束）の路が確保され、また一方のｄ軸から他方のｄ軸への磁束（固定子１からの磁束）の路に永久磁石３が垂直に介在する。このような構造によりｄ軸、ｑ軸インダクタンス比（いわゆる突極比）がとれ、リラクタンストルクの発生が見られることから、したがってマグネットトルクだけなく、リラクタンストルクも期待できる。なお、上記回転子２を備えた永久磁石電動機は三相四極モータであるが、特開平１０−６６２８５の公報には六極モータについての説明があり、前述した従来例の参照例とされたい。
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、上記永久磁石電動機においては、ｄ軸、ｑ軸インダクタンス比（いわゆる突極比）が極めて小さく、リラクタンストルクがモータトルクに殆ど寄与せず、主にマグネットトルクがモータトルクに寄与することなり、高トルク、高効率化するため、マグネットを大きくしたり、磁力の強いマグネットを用いると、コスト高となり、しかもコスト等を勘案すると、マグネットの使用量にも限界がある。
【０００５】
本発明は、上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大きくし、高トルク、高効率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。
【０００６】
【課題を解決するための手段】
上記目的を達成するために、本発明は、請求項１に記載されているように、回転磁界を発生する固定子の内側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、板状のマグネットをｑ軸に沿って、かつ、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、前記マグネットの磁化をｑ軸に対して直角方向とし、かつ、隣接する前記マグネットの対向極側を同極として当該極をｄ軸部分に形成し、ｄ軸部分に一方のｑ軸から他方のｑ軸への磁路（磁束の路）を確保するスリットを形成してなり、前記スリットによりｄ軸，ｑ軸インダクタンス比を大きくするようにしたことを特徴としている。
【０００７】
請求項２に記載されているように、請求項１において、前記スリットは、断面円弧形状，断面バスタブ形状もしくはＶ字形状であり、それらの中央部分をシャフト用中心孔側に向けた状態でｄ軸方向に等間隔で多層に形成されていることが好ましい。
【０００８】
請求項３に記載されているように、請求項１または２において、前記マグネットのシャフト挿通用中心孔側の端部にはフラックスバリアを形成し、前記フラックスバリアは隣接する前記マグネットの前記シャフト挿通用中心孔側の端部に渡るようにするとよい。
【０００９】
請求項４に記載されているように、請求項３において、前記フラックスバリアは、中間部で２つに分割して一対のフラックスバリアにしてもよい。
【００１０】
請求項５に記載されているように、請求項１，２または３において、前記スリットとシャフト挿通用中心孔との間あるいは前記スリットとフラックスバリアとの間で、ｄ軸上にコアかしめ用のリベットを通してなり、前記リベットを磁性材料とするとよい。
【００１１】
請求項６に記載されているように、請求項１，２または３において、前記スリットと前記回転子のコア外周との間あるいは前記スリットと前記フラックスバリアとの間で、ｄ軸上にコアかしめ用のリベットを通し、前記リベットを磁性材料とするとよい。
【００１２】
請求項７に記載されているように、請求項１ないし６のいずれか１項において、前記回転子は電磁鋼板からなるコアシート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、該自動プレス時に前記マグネットの埋設孔、前記スリットの孔、前記リベットの孔および前記フラックスバリアの孔を打ち抜き、かつ、これら孔の間およびこれら孔と前記回転子のコア外周との間は、少なくとも前記コアシートの厚さより大きくするとよい。
【００１３】
【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と同一部分には同一符号を付して重複説明を省略する。
【００１４】
図１ないし図３に示すように、この永久磁石電動機の回転子１０は、ｑ軸方向に沿って細長い（板状の）マグネット１１をＩＰＭ方式で埋め込み、かつ、当該極数分コア外周に沿って等間隔に埋め込み、固定子１からの（一方のｑ軸から他方のｑ軸へ）の磁気通路を確保する一方（図３の破線矢印参照）、この確保した領域にリラクタンストルクを大きくするスリット１２を形成する。上記マグネット１１をｑ軸と直角方向（板状マグネット１１の厚さ方向）に磁化、着磁するとともに、隣接するマグネット１１を同極とし、ｄ軸側に当該モータの極を形成する。
【００１５】
上記モータの極を形成したｄ軸部には、シャフト挿通用の中心孔４に頂点を向けた逆円弧状のスリット１２が形成されるが、このスリット１２は一方のｄ軸から他方のｄ軸への磁束（固定子１からの磁束）に対してほぼ垂直に介在し、フラックスバリアの機能を発揮する一方、一方のｑ軸から他方のｑ軸への磁束（固定子１からの磁束）の路を十分に確保する。したがって、ｄ軸、ｑ軸インダクタンス比が大きくなり（突極比が大きくなり）、これによりリラクタンストルクは大きくなる。
【００１６】
なお、スリット１２はｄ軸方向に三層構造となっているが、少なくとも一層以上であればよい。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。
【００１７】
ところで、上記ｑ軸に沿って埋設したマグネット１１により、ｄ軸側に極（Ｎ極あるいはＳ極）が生じ、しかもこの極が円周方向に交互に生じることになるため、マグネットトルクが発生する。また、回転子１０の外周縁とマグネット１１の端部との間隔は、後述するコアシート１０ａの厚さをｔとすると、その厚さｔより大きい値（例えばｔ〜３ｔ）とする。これにより、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し、しかも後述する自動プレスによ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。
【００１８】
また、モータコストはマグネット１１の大きさに依存する。そこで、マグネット１１の使用量を少なくすることにより、コストが抑えられる一方、一方のｑ軸から他方のｑ軸への磁路幅が広くなり、ここにスリット１２を形成してｄ軸、ｑ軸インダクタンスの比を大きくすることができる。このようにして、マグネット１１の使用量の減少によるマグネットトルクの低下分をリラクタンストルクで補うとが可能となる。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。
【００１９】
さらに、上記回転子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。図２および図３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、本発明ではその時と同時にシャフト挿通用の中心孔４、マグネット１１を埋設する孔およびスリット１２の孔を打ち抜いたコアシート１０ａを積層する。
【００２０】
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を埋め込む。なお、マグネット１１は前述したようにｑ軸と直角方向に磁化、着磁し、かつ、隣接するマグネット１１が同極となるようにする。
【００２１】
このように、スリット１２の形成によりリラクタンストルクを大きくすることができ、マグネットトルクとリラクタンストルクによるトータルトルクの向上が図れ、ひいては高トルク、高効率のモータを実現することができ、またコストおよびトルクを勘案してマグネットの使用量（大きさ）を選択することにより適用的モータを実現することができる。
【００２２】
図４は本発明の他の実施例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。この実施例では、マグネット１１の中心孔４側端部において磁束の短絡、漏洩を防止するために、マグネット１１の中心孔４側端部にフラックスバリア２１を形成している。
【００２３】
図４に示す回転子２０は、マグネット１１の端部（中心孔４側端部）から隣接するマグネット１１の方向に延びる一対の細長い孔２１ａ，２１ｂによるフラックスバリア２１を有する構造になっている。なお、マグネット１１と細長い孔２１ａとの間隔、マグネット１１と細長い孔２１ｂとの間隔、細長い孔２１ａと細長い孔２１ｂの間隔、中心孔４と細長い孔２１ａとの間隔および中心孔４と細長い孔２１ｂとの間隔はコアシート１０ａの厚さｔより大きくする。これにより、マグネット１１の磁束の短絡、漏洩を防止し、マグネットトルクを有効に発生させることができる一方、コア製造時にバリ等の発生を防止することができ、しかも孔２１ａと孔２１ｂとの間が橋絡部となり、コア強度を高めることができる。
【００２４】
図５および図６は本発明の変形実施例を説明する回転子の概略的平面図である。なお、図中、図４と同一部分および相当する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。図５に示す回転子２０は、コアをかしめるためのリベット２２をスリット１２と中心孔４の間でｄ軸上に、つまり隣接するマグネット１１の中間に通している。
【００２５】
この場合、中心孔４とリベット２２との間隔およびリベット２２とマグネット１１の端部との間隔はコアシート１０ａの厚さｔよりも大きくする。これにより、回転子２０の製造において、プレス加工時のバリ等の発生を防ぎ、歩留まりの向上を図ることができる。上記リベット２２の材質としては、透磁率の良い磁性体を用いる。これにより、一方のｑ軸から他方のｑ軸への磁束に与える影響を小さくし、ｄ軸、ｑ軸インダクタンス比を大きくすることができる。
【００２６】
また、図６に示す回転子２０は、リベット２３を最外側のスリット１２とコア外周との間でｄ軸上に通している。この場合、最外側のスリット１２とリベット２３との間隔および回転子２０の外周とリベット２３との間隔は、前述と同じ理由からコアシート１０ａの厚さｔより大きくする。ところで、図５および図６に示したリベット２２，２３を通す孔は、前述したプレス加工時に形成する。つまり、中心孔４、マグネット１１の孔、スリット１２およびフラックスバリア２１の孔を打ち抜く際に、そのリベット２２あるいはリベット２３の通し孔を同時に打ち抜くことができる。
【００２７】
図７は図４ないし図６に示した実施例と異なるフラックスバリアを有する回転子の概略的平面図である。なお、図中、図４ないし図６と同一部分および相当する部分には同一符号を付して重複説明を省略する。この回転子２０は、マグネット１１の磁束の漏洩、短絡を防止するために、図４ないし図６に示す細長い孔２１ａ，２１ｂのフラックスバリア２１に代え、１つのフラックスバリア２４をマグネット１１の中心孔４側の端部の間に形成したものである。
【００２８】
なお、前述したフラックスバリア２１，２２は直線的に細長い孔であるが、曲線的な孔でもよく、例えばフラックスバリア２１，２２の形状を１つの逆円弧状のスリットとし、またそのスリットの中心孔４側を同中心孔４に沿った円弧曲線とし、そのスリットのコア外周側を逆円弧曲線とする。これにより、磁束の漏洩、短絡防止だけなく、一方のｑ軸から他方のｑ軸への磁束の路を確保することができる。
【００２９】
図８および図９は本発明のさらに他の変形例を示す回転子の概略的平面図である。なお、図中、図３と同一部分および同一と見なされる部分には同一符号を付して重複説明を省略する。図８に示す回転子１０は、図３に示すスリット１２に代え、断面バスタブ形状のスリット２５を備えている。なお、スリット２５の断面バスタブ形状とは台形の底辺を除いた両辺および上辺に沿った形状をいう。
【００３０】
この場合、断面バスタブ形状の底辺を中心孔４に向けて複数層に形成する。これによっても、固定子１からの磁束（一方のｑ軸から他方のｑ軸への磁束）の路を確保することができ、前述同様にｄ軸、ｑ軸インダクタンス比を大きくすることができる。
【００３１】
図９に示す回転子１０は、図３に示すスリット１２に代え、Ｖ字形状のスリット２６を備えている。この場合、Ｖ字形状の開き角度は鈍角であり、この頂角を中心孔４に向けて複数層に形成する。これにより、固定子１からの磁束（一方のｑ軸から他方のｑ軸への磁束）の路を確保することができ、前述同様にｄ軸、ｑ軸インダクタンス比を大きくすることができる。
【００３２】
なお、図８および図９にはともに図示されていないが、埋め込むマグネット１１の中心孔４側端部には図４に示したフラックスバリア２１あるいは図７に示すフラックスバリア２４を形成するとよい。また、コアをかしめるためのリベットについては、図５に示したリベット２２と同様の位置に、つまりｄ軸上で中心孔４とスリット２５との間に通すか、図６に示したリベット２３と同様の位置、つまりｄ軸上でコア外周とスリット２５との間に通すようにすればよい。
【００３３】
さらに、前述した回転子１０，２０を直流ブラシレスモータに組み込めば、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、空気調和機の運転効率の上昇、を図ることができる。
【００３４】
【発明の効果】
以上説明した本発明によれば、次のような効果が奏される。本発明は回転子にリラクタストルクを大きくするスリットを形成したことから、リラクタンストルクの十分な活用を実現することができ、このリラクタンストルクとマグネットトルクによって高トルク、高効率モータを実現することができるという効果があり、またコストおよびトルクを勘案してマグネットの使用量（大きさ）を選択することにより適用的モータを実現することができるという効果がある。
【００３５】
本発明は回転子にリラクタンストルクを大きくするスリットをｄ軸方向に多層構造としたことから、より一方のｑ軸から他方のｑ軸への磁束の路を確保する一方、一方のｄ軸から他方のｄ軸への磁束に対してフラックスバリアの効果が有効に発揮し、リラクタンストルクをより大きくすることができ、ひいては高トルク、高効率モータを得ることができる。
【００３６】
本発明は回転子に埋め込んだマグネットの当該中心孔側端部にフラックスバリアを形成し、このフラックスバリアを隣接するマグネットの当該中心孔側端部に渡るようにしたことから、マグネットの磁束の短絡、漏洩を防止し、マグネットトルクを有効に発生させることができるという効果がある。
【００３７】
本発明は回転子に形成するフラックスバリアを中間部で２つに分割して一対のフラックスバリアとしたことから、その一対の孔と孔との間が橋絡部となり、コア強度を高めることができるという効果がある。
【００３８】
本発明はｄ軸上にコアかしめ用のリベットを通し、このリベットを磁性材料としたことから、回転子の強度向上になり、しかも一方のｑ軸から他方のｑ軸への磁束に影響を与えずに済み、つまりｄ軸、ｑ軸インダクタンス比の低下なしに済ませることができる。
【００３９】
本発明は回転子を、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得る際に、マグネットの埋設孔、スリットの孔、リベットの孔およびフラックスバリアの孔を打ち抜き、かつこれら孔の間およびこれら孔と当該コア外周との間は少なくとも当該コアシートの厚さより大きくしたことから、従来のプレス技術を利用することができ、つまり製造コストアップなしに実現することができ、またコア製造時にバリ等の発生を防止し、コア製造の歩留まりを上げ、ひいては製造コストの低下を図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側断面図。
【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３に示す回転子の他の実施例を説明するための概略的平面図。
【図５】図４に示す回転子の他の実施例を説明するための概略的平面図。
【図６】図５に示す回転子の変形例を説明するための概略的平面図。
【図７】図４に示し回転子の変形例を説明するための概略的平面図。
【図８】本発明の他の変形実施の形態を示す回転子の概略的平面図。
【図９】本発明の他の形実施の形態を示す回転子の概略的平面図。
【図１０】従来の永久磁石電動機の概略的平面図。
【符号の説明】
１  固定子
４  中心孔（シャフト用）
１０，２０  回転子
１０ａ  コアシート
１１  マグネット（板状の永久磁石）
１２  スリット（円弧形状）
２１，２４  フラックスバリア
２１ａ，２１ｂ  孔（フラックスバリア）
２２，２３  リベット
２５  スリット（断面バスタブ形状）
２６  スリット（Ｖ字形状）
ｔ  コアシートの厚さ
【図１】
0003832540.tif 000002
【図２】
0003832540.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】
0003832540.tif 000008
【図８】
0003832540.tif 000009
【図９】
0003832540.tif 000010
【図１０】
0003832540.tif 000011