(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
ステータコア内に、電動機の極数に合わせて設けられるＮ極，Ｓ極の各磁極ごとに永久磁石が埋設されているロータコア（磁石埋込型界磁鉄心）を配置してなる永久磁石電動機において、
前記ロータコアのＮ極，Ｓ極のいずれか一方の各磁極には、磁束密度が高い同一の磁石材料からなる第１永久磁石が埋設され、前記ロータコアのＮ極，Ｓ極のいずれか他方の各磁極には、磁束密度が低い同一の磁石材料からなる第２永久磁石が埋設されていることを特徴とする永久磁石電動機。
【請求項２】
前記第１および第２永久磁石が、前記各磁極ごとに複数個として埋設されている請求項１に記載の永久磁石電動機。
【請求項３】
前記第１永久磁石に希土類磁石が用いられ、前記第２永久磁石にフェライト磁石が用いられている請求項１または２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、コンプレッサ等に用いるインナーロータ型の永久磁石電動機に係り、特に詳しくは、適応的モータを得ることができるロータコア構成の永久磁石電動機に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
この種の永久磁石電動機のインナーロータの構成はロータコアに永久磁石を埋設しており、例えば図６に示すものが提案されている。図６において、２４スロットのステータコア１内のロータコア２には、当該永久磁石電動機の極数（例えば４極）分だけ板状の永久磁石３が外径に沿って円周方向に配置され、かつそれら隣接する永久磁石３の間に磁束の短絡、漏洩を防止するためのフラックスバリア４が形成されている。なお、５は中心孔（シャフト用の孔）である。
【０００３】
ここで、永久磁石３による空隙部（ステータコア１の歯と永久磁石３との間）の磁束分布が正弦波状になっているものとすると、永久磁石電動機のトルクＴはＴ＝Ｐｎ｛Φａ・Ｉａ・ｃｏｓβ−０．５（Ｌｄ−Ｌｑ）・Ｉ２・ｓｉｎ２β｝で表される。なお、Ｔは出力トルク、Φａはｄ，ｑ座標軸上の永久磁石による電機子鎖交磁束、Ｌｄ，Ｌｑはｄ，ｑ軸インダクタンス、Ｉａはｄ，ｑ座標軸上の電機子電流の振幅、βはｄ，ｑ座標軸上の電機子電流のｑ軸からの進み角、Ｐｎは極対数である。
【０００４】
前記数式において、第１項は永久磁石３によるマグネットトルクであり、第２の２項はｄ軸インダクタンスとｑ軸インダクタンスとの差によって生じるリラクタンストルクである。詳しくは、Ｔ．ＩＥＥ  Ｊａｐａｎ，Ｖｏｌ．１１７―Ｄ，Ｎｏ７，１９９７の論文を参照されたい。
【０００５】
ところで、永久磁石３の代表的なものとしては、安価なフェライト磁石や高価な希土類磁石がある。フェライト磁石を用いた場合、成形の容易性により種々形状の永久磁石を得ることが可能であるが、磁束密度が小さいため、ロータコアの小型化が難しい。これに対して、希土類磁石を用いた場合、磁束密度が大きいため、ロータコアの小型化が容易であるが、成形の困難性により永久磁石の形状が限られる。したがって、モータの用途やコストを考慮して、フェライト磁石あるいは希土類磁石の何れか一方を選択していた。
【０００６】
【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、図６に示すように、４極を構成する永久磁石の形状、構造が全く同じであるため、磁束密度、リラクタンストルクおよびコストの選択幅を狭くしている。
【０００７】
例えば、全ての磁極を同じ希土類磁石で構成した場合、磁束密度は高いが、コストも高くなってしまう。また、全ての磁極を同じフェライト磁石で構成した場合、コストは低いが、磁束密度も低く、モータトルクが十分に得られない。したがって、それらの中間的なものを得ること、つまり所望の磁束密度およびコストを選択することが難しく、換言すれば選択幅が狭く、適応的モータを得ることが難しい。
【０００８】
本発明は前記課題に鑑みなされたものであり、その目的は磁束密度およびコストの選択幅を広げることができ、適応的モータを得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。
【０００９】
【課題を解決するための手段】
前記目的を達成するために、本発明は、ステータコア内に、電動機の極数に合わせて設けられるＮ極，Ｓ極の各磁極ごとに永久磁石が埋設されているロータコア（磁石埋込型界磁鉄心）を配置してなる永久磁石電動機において、前記ロータコアのＮ極，Ｓ極のいずれか一方の各磁極には、磁束密度が高い同一の磁石材料からなる第１永久磁石が埋設され、前記ロータコアのＮ極，Ｓ極のいずれか他方の各磁極には、磁束密度が低い同一の磁石材料からなる第２永久磁石が埋設されていることを特徴としている。
【００１０】
この場合、前記磁極を構成する永久磁石を毎極あたり複数にするとよい。また、前記ロータコアを電磁鋼板を打ち抜いて金型内で自動積層して得る際、少なくとも前記永久磁石の形状孔を同時に形成して前記永久磁石を埋設、着磁するとよい。さらに、前記磁極のうち一方の磁極の永久磁石には希土類磁石を用い、他方の磁極の永久磁石にはフェライト磁石を用いるとよい。さらにまた、前記コアをロータコアとして組み込んでブラシレスＤＣモータにするとよい。
【００１１】
【発明の実施の形態】
以下、本発明の実施形態を図１ないし図５を参照して詳しく説明する。本発明の永久磁石電動機は、同一極性の磁極に同じ材料の磁石を用いる一方、異極同士の永久磁石の材料を異なるようにすれば、磁束密度が微妙に異なり、かつコストも異なり、つまり磁束密度およびコストの選択幅の拡大が可能であり、しかもモータの回転に支障を来さないことに着目したものである。
【００１２】
そのために、図１に示すように、この永久磁石電動機のロータコア１０は、一方の磁極（例えばＳ極）を希土類磁石の永久磁石１１で構成し、このＳ極に対して他方のＮ極となる磁極をフェライト磁石の永久磁石１２で構成し、つまり異極性同士の永久磁石の材料が異なる。なお、図６と同様に、永久磁石１１，１２は断面長方形（板状）の同一形状で、かつ外径に沿って円周方向に配置している。また、永久磁石１１，１２の両端部には磁束の短絡、漏洩を防止するためのフラックスバリア用の孔１３，１４が形成されている。
【００１３】
したがって、図１に示すロータコア１０による磁束密度は、図６の永久磁石３を全て希土類磁石で構成したロータと同図の永久磁石３を全てフェライト磁石で構成したロータとの中間的なものとなる。すなわち、希土類磁石の磁束密度は高いが、フェライト磁石の磁束密度はそれより低いからである。また、そのコストについても同様のことが言え、つまり半分が高価な希土類磁石であり、残り半分が安価なフェライト磁石であることから、ロータコア１０のコストがそれらの中間的なものとなる。
【００１４】
このように、中間的な磁束密度のロータコア１０を容易に得ることができ、またコスト的にも、全て希土類磁石とした場合より安価に済ませることができ、つまり磁束密度およびコストの選択幅が広げることができ、ひいては適応的モータを得ることが可能となる。なお、永久磁石１１，１２は希土類磁石およびフェライト磁石を材料としているが、他の磁石材料であっても適用可能であることは明かである。また、前述した実施例ではＳ極に希土類磁石を用い、Ｎ極にフェライト磁石を用いているが、その逆であってもよい。
【００１５】
図２に示すように、ロータコア１０にあっては、電磁鋼板をプレスで打ち抜いて金型内で自動積層して得る一方、永久磁石１１，１２を埋設して着磁する。この場合、永久磁石１１，１２およびフラックスバリア用の孔１３，１４は一体的、つまり連結した孔にするとよい。そのプレスの際に、前記永久磁石１１，１２の形状孔、フラックスバリア用の孔１３，１４および中心孔（シャフト用の孔）１５を同時に打ち抜けばよいことから、製造能率を落とすことなく、つまりコスト的には従来と変わらず、コストアップにならずに済む。各永久磁石１１，１２の外径側端部およびフラックスバリア用の孔１３，１４の箇所については、遠心力に耐えられるように、十分な強度をもたせる。また、ステータコア１６は従来例に示した図６に示したステータコア１と同様でよいことから、その説明を省略する。
【００１６】
さらに、前述により形成されるロータコア１０を組み込んでブラシレスＤＣモータとし、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、振動や騒音の低下）が図れる。
【００１７】
ところで、ｑ軸インダクタンスとｄ軸インダクタンスとの差（リラクタンストルクのパレメータ）を大きくするには、例えば図３ないし図５に示すように、永久磁石を形成するとよい。したがって、本発明をそれら構成のコアに適用すれば、リラクタンストルクを所望に選択することができるとともに、磁束密度およびコストの選択幅を広げることができ、ひいては適応的モータを得ることが可能となる。
【００１８】
図３に示すロータコア１０は、一方の磁極（例えばＳ極）として断面長方形の同一形状（板状）の永久磁石１６ａ，１６ｂをコアの内径に磁極間の中心線に沿って所定角度で配置し、つまり逆ハの字形に配置し、かつ永久磁石１６ａ，１６ｂをフェライト磁石で構成している。そのＳ極に対するＮ極とする永久磁石１７ａ，１７ｂを永久磁石１６ａ，１６ｂと同じ形状にして磁極間の中心線に沿って所定角度で配置し（Ｓ極と同じ構成とし）、かつそれら永久磁石１７ａ，１７ｂを希土類磁石で構成している。これにより、磁束密度は図１の場合と微妙に異なり、またｑ軸インダクタンスは図６の場合より大きくすることができ、つまりリラクタンストルクが大きくなる。
【００１９】
図４に示すロータコア１０は、一方の磁極（例えばＳ極）として断面長方形の同一形状（板状）の永久磁石１８ａ，１８ｂを各磁極間の中心線に沿ってそれぞれ配置し、かつこの永久磁石１８ａ，１８ｂをフェライト磁石で構成している。そのＳ極に対するＮ極とする永久磁石１９ａ，１９ｂを永久磁石１８ａ，１８ｂと同じ形状にして各磁極間の中心線に沿ってそれぞれ配置し（Ｓ極と同じ構成とし）、かつ永久磁石１９ａ，１９ｂを希土類磁石で構成している。これにより、磁束密度は前述した実施例の場合と微妙に異なり、また、図６の場合よりｑ軸インダクタンスは大きく、ｄ軸インダクタンスは小さくなり、つまりリラクタンストルクがより大きくなる。
【００２０】
図５に示すロータコア１０は、一方の磁極（例えばＳ極）として断面長方形（板状）の永久磁石２０をコア内径に沿って円周方向に配置し、かつ永久磁石２０を希土類磁石で構成している。そのＳ極に対するＮ極として、同様に断面長方形の永久磁石２１を断面長方形の永久磁石２１をコア内径に沿って円周方向に配置し、かつこの永久磁石２０をフェライト磁石で構成している。なお、永久磁石２０，２１の両端部にはコア外径側に延びたフラックスバリア用の孔２２，２３が形成されている。これにより、磁束密度は前述した実施例の場合と微妙に異なり、また、図６の場合よりｑ軸インダクタンスは大きく、ｄ軸インダクタンスは小さくなり、つまりリラクタンストルクがより大きくなる。
【００２１】
このように、図３ないし図５に示したロータコア１０にあっては、各ロータコアの永久磁石を全て同一材料で構成した場合と比較すると、磁束密度およびコストが中間的なものとなることが明かである。つまり、磁束密度およびコストの選択幅が広げることができ、ひいては適応的モータを得ることが可能となり、図１および図２を参照して説明した実施例と同じ効果を有する。
【００２２】
【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と、ステータコア内に、電動機の極数に合わせて設けられるＮ極，Ｓ極の各磁極ごとに永久磁石が埋設されているロータコア（磁石埋込型界磁鉄心）を配置してなる永久磁石電動機において、前記ロータコアのＮ極，Ｓ極のいずれか一方の各磁極には、磁束密度が高い同一の磁石材料からなる第１永久磁石が埋設され、前記ロータコアのＮ極，Ｓ極のいずれか他方の各磁極には、磁束密度が低い同一の磁石材料からなる第２永久磁石が埋設されているため、例えば全ての磁極の永久磁石を希土類磁石で構成した場合と、全ての磁極の永久磁石をフェライト磁石で構成した場合との中間的な磁束密度を得ることができ、つまり磁束密度の選択幅を広げることができ、また半分が高価な希土類磁石で、残り半分が安価なフェライト磁石であることから、ロータコアのコストは中間的なものとなり、つまりコストの選択幅を広げることができるという効果がある。
【００２３】
請求項２に記載の発明によると、磁極を構成する永久磁石を毎極あたり複数としたので、請求項１の効果に加え、磁束密度を微妙に変えることができ、より適応的モータを得ることができるという効果がある。
【００２４】
請求項３に記載の発明によると、一方の磁極の永久磁石には希土類磁石を用い、他方の磁極の永久磁石にはフェライト磁石を用いてなるので、請求項１，２の効果に加え磁石を容易に入手し易いという利点がある。
【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のロータの概略的縦断面図。
【図３】 図１に示す永久磁石電動機のロータの概略的平面図。
【図４】 図１に示す永久磁石電動機のロータの概略的平面図。
【図５】 図１に示す永久磁石電動機のロータの概略的平面図。
【図６】 従来の永久磁石電動機の概略的平面図。
【符号の説明】
１０  ロータコア（磁石埋込型界磁鉄心）
１１，１６ａ，１６ｂ，１８ａ，１８ｂ，２０  永久磁石（希土類磁石）
１２，１７ａ，１７ｂ，１９ａ，１９ｂ，２１  永久磁石（フェライト磁石）
１３，１４，２２，２３  孔（フラックスバリア用）
１５  中心孔（シャフト用）
１６  ステータコア
【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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