JP2000278900A - 電動機のロータ - Google Patents

電動機のロータ

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JP2000278900A
JP2000278900A JP11084798A JP8479899A JP2000278900A JP 2000278900 A JP2000278900 A JP 2000278900A JP 11084798 A JP11084798 A JP 11084798A JP 8479899 A JP8479899 A JP 8479899A JP 2000278900 A JP2000278900 A JP 2000278900A
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rotor
motor
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permanent magnet
weakening control
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Seiji Hoshika
誠司 星加
Toshiharu Oki
俊治 大木
Makoto Abe
阿部  誠
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Nissan Motor Co Ltd
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    • Y02TECHNOLOGIES OR APPLICATIONS FOR MITIGATION OR ADAPTATION AGAINST CLIMATE CHANGE
    • Y02TCLIMATE CHANGE MITIGATION TECHNOLOGIES RELATED TO TRANSPORTATION
    • Y02T10/00Road transport of goods or passengers
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    • Y02T10/64Electric machine technologies in electromobility

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Abstract

(57)【要約】 【課題】 弱め磁束制御の際に、ロータの磁力を抑える
ために加える磁束を、従来より大きくすることができる
電動機のロータを提供する。 【解決手段】 永久磁石2を設けた電動機10のロータ
1において、永久磁石2を、ロータ1の回転方向aに対
して後側の方を前側より厚くして、この後側部分の磁力
を前側より強くしたことを特徴とする電動機のロータ。
これにより、弱め磁束のための磁束を従来より強くかけ
ることができ、より高い回転数が得られる。

Description

【発明の詳細な説明】
【0001】
【発明の属する技術分野】本発明は、電動機のロータに
関し、特に弱め磁束制御が行われる電動機に好適なロー
タに関する。
【0002】
【従来の技術】電動機、すなわちモータは、既に十分な
技術が蓄積されたものであると見られて来たが、近年、
電気自動車の開発や環境問題などから、小型・軽量化、
高効率化を行うために、再び様々な技術開発が行われる
ようになっている。
【0003】その様ななかにあって、近年開発された技
術の一つに弱め磁束制御がある。この技術は、例えば日
経メカニカル、no.495、第32〜33頁(199
6年12月9発行)に掲載されているように、ロータ内
に永久磁石を埋め込んだタイプ(IPM (Internal Par
manent Magnet)と称している)のモータにおいて、回転
数をより高くするための技術である。
【0004】この弱め磁束制御について概説する。ま
ず、ロータの回転数は、ロータの回転にともない発生す
る起電力である発電機成分(誘起電圧)とロータを回転
させるモータ成分(電源電圧)とが互いに均衡し、これ
以上モータを回転させるためのトルクが出せなくなった
ところで回転数の限界に達する。そして、弱め磁束制御
は、ロータから出てくる磁束をステータのコイルからの
磁束で抑えることにより、発電機成分の働きを弱め、こ
の弱め磁束を加えない場合よりも高い回転数を得るもの
である。
【0005】
【発明が解決しようとする課題】しかしながら、この弱
め磁束制御を行った場合、ロータに埋め込である永久磁
石に対して、その磁力を抑える磁束が作用するため、あ
まり強い磁束を加えると、永久磁石そのものが磁力を失
ってしまうといった問題が発生する。このため、弱め磁
束のために加える磁束に制限があり、したがって、弱め
磁束制御による高回転化にも限界がある。なお、永久磁
石が磁力を失うことを減磁という。
【0006】そこで、本発明の目的は、弱め磁束制御の
際にロータの磁力を抑えるために加える磁束を、従来よ
り大きくすることができる電動機のロータを提供するこ
とである。
【0007】
【課題を解決するための手段】本発明の目的は、下記す
る手段により達成される。
【0008】(1)永久磁石が設けられた電動機のロー
タにおいて、前記永久磁石の磁力が、前記ロータの回転
方向に対して後側の方が前側より強いことを特徴とする
電動機のロータ。
【0009】(2)前記永久磁石は、前記ロータの回転
方向に対して後側の方を前側より厚くすることにより、
その部分の磁力を強くしたものであることを特徴とする
電動機のロータ。
【0010】(3)前記永久磁石は、2つの永久磁石か
ら構成され、当該2つの磁石のうち、前記ロータの回転
方向に対して後側の磁石を、前側の磁石より磁力の強い
ものとしたことを特徴とする電動機のロータ。
【0011】(4)前記永久磁石は、前記ロータ内に埋
め込まれていることを特徴とする電動機のロータ。
【0012】(5)前記ロータは、その回転方向が一方
向のみであることを特徴とする電動機のロータ。
【0013】
【発明の効果】本発明によれば、請求項ごとに以下のよ
うな効果を奏する。
【0014】請求項1記載の本発明によれば、ロータに
設けられた永久磁石の磁力を、前記ロータの回転方向に
対して後側の方を前側より強くしたので、弱め磁束制御
を行ったときに、弱め磁束制御の影響を最も強く受ける
ロータ回転方向後側部分において永久磁石が減磁してし
まうのを防止することができる。したがって、従来より
強い磁束で弱め磁束制御を行うことが可能となり、従来
よりも回転数を高くすることができるようになる。
【0015】請求項2記載の本発明によれば、請求項1
記載の構成において、ロータに設けられた永久磁石を、
前記ロータの回転方向に対して後側の方を前側より厚く
することにより、その部分の磁力を強くしたので、ロー
タに設ける磁石の形状を変えるだけで、従来より強い磁
束で弱め磁束制御を行うことができるロータを製造する
ことができる。
【0016】請求項3記載の本発明によれば、請求項1
記載の構成において、ロータに設けられた永久磁石を、
2つの永久磁石により構成し、そのうち、ロータの回転
方向に対して後側に設けた磁石の磁力を前側に設けた磁
石より強いものとしたので、磁力の異なる2つの永久磁
石を組み合わせるだけで、従来より強い磁束で弱め磁束
制御を行うことができるロータを製造することができ
る。
【0017】請求項4記載の本発明によれば、請求項1
〜3のいずれか一つに記載の構成において、永久磁石が
ロータ内に埋め込まれているものとしたので、モータと
して、弱め磁束制御と相性がよいリラクタンストルクを
活用することができるので、前記請求項1〜3の構成に
よって、より高い回転数を得ることが可能となる。
【0018】請求項5記載の本発明によれば、請求項1
〜4のいずれか一つに記載の構成において、ロータの回
転方向が1方向であることとしたので、例えば電気自動
車のように、小型、軽量化と共に、1方向に対してより
高い回転数を求められるモータとして非常に好適なもの
となる。
【0019】
【発明の実施の形態】以下、添付した図面を参照して、
本発明の一実施の形態を説明する。
【0020】《実施形態1》図1は、本発明に係るロー
タを採用したモータの構造を説明するための図面で、ス
テータの一部とロータの一部を示す断面図である。
【0021】本実施形態1のモータ10は、図示するよ
うに、ロータ1の内部に永久磁石2を埋め込み、一方、
ステータ11の各ティース12にコイル13を巻装した
もので、IPM型の同期モータである。なお、このよう
なIPMモータの基本構造は、例えば前述した日経メカ
ニカル、no.495、第32〜33頁にも開示されて
いるように周知のものであるので、詳細な説明は省略す
る そして、このモータ10に用いた永久磁石2は、本発明
を適用することで、その形状をロータ1の回転方向(図
示矢印a)に対して、後側の方を前側より厚くして、そ
の部分の磁力を強くしている。
【0022】これにより、このモータ10では、弱め磁
束制御を行う際に、従来より強い磁束で、磁石の磁束を
抑えることが可能となり、従来の弱め磁束制御よりも高
回転を得ることができるようになる。
【0023】ここで、このモータ10が従来の弱め磁束
制御よりも高回転を得ることができる理由について説明
する。
【0024】図2は、本発明を適用しないIPMモー
タ、すなわち、従来のIPMモータの部分断面図であ
る。
【0025】従来のIPMモータ50は、図示するよう
に、ロータ51内に埋め込めれている永久磁石52の形
状が、ロータ51の回転方向に対して均一である。そし
て、このようなモータ50において弱め磁束制御を行う
場合、ロータ51の回転数が高速になったときに、コイ
ル13に流す電流の位相を進めて、コイル13に発生す
る磁束によって、永久磁石52の磁束を弱めるようにし
ている。このとき、コイル13から発生する磁束が作用
する位置は、永久磁石52のロータ回転方向後側部分の
みとなる。したがって、弱め磁束制御においてコイル1
3から発生させる磁束を強くしたときに減磁してしまう
のは、永久磁石52のロータ回転方向後側部分のみで、
前側はほとんど影響を受けない。
【0026】そこで、図1に示したように、永久磁石2
のロータ回転方向後側部分において磁力が強くなるよう
に厚くしておけば、弱め磁束制御のために、従来のモー
タより強い磁束を加えたとしても、その影響を最も強く
受ける部分、すなわち、厚みを厚くした後側部分では永
久磁石2の磁力が強いために減磁され難くなる。一方、
ロータを回転させるために作用する力は、永久磁石全体
から出た磁束によって得られるため、永久磁石2全体の
磁力を従来のものと同じにしておけば(もちろん、その
他ステータやコイルの形状なども同じにしておく)、従
来と何等変わることのないモータ成分を得ることができ
る。したがって、より強い弱め磁束制御を行うことがで
きる分、永久磁石2全体から発する磁束を抑制して発電
機成分を抑えることができるので、より高い回転数が得
られるようになる。
【0027】また、永久磁石2の形状をロータ回転方向
に対して後側の方を厚くしたとき、その分前側を薄くし
ておけば、1つの永久磁石の重量は、従来と何等変わる
ことなく、かつ、永久磁石全体の磁力も従来と同じにす
ることができるので、モータ全体の小型化や軽量化に反
することなく、従来より強い弱め磁束制御を行うことが
できる。
【0028】図3は、本実施形態のロータを用いたモー
タ10で弱め磁束制御を行ったとき、従来のロータを用
いたモータ50で弱め磁束制御を行ったとき、および弱
め磁束制御を行わないときの、誘起電圧とバッテリ電圧
および回転数の関係を示すグラフである。ここで、本実
施形態1によるモータ10と従来のモータ50とはロー
タ内に埋め込まれている永久磁石の形状が異なるのみ
で、その他の形状や条件は同じである。
【0029】図示するように、弱め磁束制御を行わない
場合には、誘起電圧がモータの電源であるバッテリ電圧
に達したところで、回転数が上がらなくなる。これに対
し、従来のモータ50において弱め磁束制御を行うと、
弱め磁束制御を行わない場合よりも回転数が向上してい
る。そして、本実施形態1によるモータ10に弱め磁束
制御を行うと、従来のモータ50で弱め磁束制御を行っ
たときよりも、さらに回転数が向上することが分かる。
【0030】また、図4は、本実施形態1によるモータ
10と従来のモータ50によって弱め磁束制御を行った
ときと、弱め磁束制御を行わないときのトルクと回転数
の関係を示すグラフである。図示するように、回転数が
上がっていない初期段階においては、モータとしての最
大トルクが得られており、回転数が上がるにつれてトル
クが減少し、弱め磁束制御を行っていないものが最も低
い回転数においてトルクが0になってしまう。そして、
従来のモータ50において弱め磁束制御を行ったものが
次にトルク0となり、その時点で回転数が上がらなくな
る。一方、本実施形態1のモータ10では弱め磁束制御
を行うことで、より高い回転数までトルクが維持されて
おり、高回転化が可能となることが分かる。
【0031】《実施形態2》図5は、本実施形態2にお
けるモータを説明するための部分断面図である。
【0032】本実施形態2におけるモータ20は、ロー
タ1内部に埋め込だ永久磁石を、回転方向に対して前方
側と後方側で磁力の異なる2つの磁石2aおよび2bに
より形成している。その他の構成は前述の実施形態1と
同様である。
【0033】ここで、2つの磁石2aおよび2bは、後
側の磁石2bの方が前側の磁石2aより強い磁力を有す
るものである。これにより、前述したように、弱め磁束
制御のときに、最もコイル13からの磁束の影響を受け
る部分の磁力を強くすることができる。したがって、前
述の実施形態1と同様に、従来より多くの磁束を弱め磁
界制御として加えることができるようになり、より高い
回転数を得ることができる。また、この実施形態2の場
合、磁石2aおよび2bを合わせた形状は、従来の永久
磁石の形状と同じにすることもできる。したがって、そ
の場合には、永久磁石を入れるためのロータの穴形状を
変えなくてすむので、従来のロータ部品をそのまま使用
することが可能である。
【0034】以上2つの実施形態について説明したが、
これら実施形態1および2によるモータ10および20
は、例えば電気自動車のように、小型、軽量化と共に、
1方向に対してより高い回転数を求められるモータ、す
なわち、電気自動車を前進方向に進行させる際に高い回
転数が求められるモータとして非常に好適なものとな
る。
【0035】なお、本発明は、このような実施形態に限
定されるものではなく、弱め磁束制御を行うモータであ
れば、IPM型のモータに限らず、様々なタイプのモー
タに適用することが可能である。
【0036】また、本発明は、当業者が本発明の技術思
想の範囲内において様々な変形形態を実施することがで
きる。
【図面の簡単な説明】
【図1】 本発明を適用した実施形態1に係るモータの
部分断面図である。
【図2】 従来のモータの部分断面図である。
【図3】 本実施形態1によるモータと従来のモータに
よって弱め磁束制御を行ったときと、弱め磁束制御を行
わないときの誘起電圧とバッテリ電圧および回転数の関
係を示すグラフである。
【図4】 本実施形態1によるモータと従来のモータに
よって弱め磁束制御を行ったときと、弱め磁束制御を行
わないときのトルクと回転数の関係を示すグラフであ
る。
【図5】 本発明を適用した実施形態2に係るモータの
部分断面図である。
【符号の説明】
1…ロータ、 2,2a,2b…永久磁石、 11…ステータ、 12…ティース、 13…コイル、 10,20…モータ。
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 阿部 誠 神奈川県横浜市神奈川区宝町2番地 日産 自動車株式会社内 Fターム(参考) 5H622 AA03 AA04 CA02 CA10 CB02 CB03 CB04 CB05 PP03 PP10 QB02

Claims (5)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】 永久磁石が設けられた電動機のロータに
    おいて、 前記永久磁石の磁力が、前記ロータの回転方向に対して
    後側の方が前側より強いことを特徴とする電動機のロー
    タ。
  2. 【請求項2】 前記永久磁石は、前記ロータの回転方向
    に対して後側の方を前側より厚くすることにより、その
    部分の磁力を強くしたものであることを特徴とする請求
    項1記載の電動機のロータ。
  3. 【請求項3】 前記永久磁石は、2つの永久磁石から構
    成され、当該2つの磁石のうち、前記ロータの回転方向
    に対して後側の磁石を、前側の磁石より磁力の強いもの
    としたことを特徴とする請求項1記載の電動機のロー
    タ。
  4. 【請求項4】 前記永久磁石は、前記ロータ内に埋め込
    まれていることを特徴とする請求項1〜3のいずれか一
    つに記載の電動機のロータ。
  5. 【請求項5】 前記ロータは、その回転方向が一方向の
    みであることを特徴とする請求項1〜4のいづれか一つ
    に記載の電動機のロータ。
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