JP2002078259A - 永久磁石回転子 - Google Patents

永久磁石回転子

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JP2002078259A
JP2002078259A JP2000263984A JP2000263984A JP2002078259A JP 2002078259 A JP2002078259 A JP 2002078259A JP 2000263984 A JP2000263984 A JP 2000263984A JP 2000263984 A JP2000263984 A JP 2000263984A JP 2002078259 A JP2002078259 A JP 2002078259A
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layer
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rotor
magnetic flux
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Shinya Naito
真也 内藤
Youji Hino
陽至 日野
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Yamaha Motor Co Ltd
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    • H02—GENERATION; CONVERSION OR DISTRIBUTION OF ELECTRIC POWER
    • H02K—DYNAMO-ELECTRIC MACHINES
    • H02K1/00—Details of the magnetic circuit
    • H02K1/06—Details of the magnetic circuit characterised by the shape, form or construction
    • H02K1/22—Rotating parts of the magnetic circuit
    • H02K1/27—Rotor cores with permanent magnets
    • H02K1/2706—Inner rotors
    • H02K1/272—Inner rotors the magnetisation axis of the magnets being perpendicular to the rotor axis
    • H02K1/274—Inner rotors the magnetisation axis of the magnets being perpendicular to the rotor axis the rotor consisting of two or more circumferentially positioned magnets
    • H02K1/2753—Inner rotors the magnetisation axis of the magnets being perpendicular to the rotor axis the rotor consisting of two or more circumferentially positioned magnets the rotor consisting of magnets or groups of magnets arranged with alternating polarity
    • H02K1/276—Magnets embedded in the magnetic core, e.g. interior permanent magnets [IPM]
    • H02K1/2766—Magnets embedded in the magnetic core, e.g. interior permanent magnets [IPM] having a flux concentration effect

Abstract

(57)【要約】 【課題】トルクリプル及びコギングトルクを低減した
い。 【解決手段】スリット部１２Ａ〜１２Ｃに埋設された永
久磁石ＰＭの各層毎の磁石長さを、ロータコア１１の外
周側から順にＬ1 、Ｌ2 （＝Ｌ21＋Ｌ22）、Ｌ3（＝Ｌ
31＋Ｌ32）とした場合に、ＳＬ2 ＜ＳＬ3 、Ｌ1 ＜Ｌ2
＜Ｌ3 を満足させる。これによって、スリット部１２Ａ
〜１２Ｃに埋設された永久磁石ＰＭのそれぞれが回転電
機に組み込まれた状態で発生する総磁束量φ1 ，φ2 ，
φ3 の間に、φ1 ＜φ2 ＜φ3 という関係を成立させ
た。

Description

【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】この発明は、永久磁石式電動
機や永久磁石式発電機等の永久磁石式回転電機を構成す
る永久磁石回転子に関し、特に、磁石埋設型の永久磁石
回転子であって、インナーロータ型の永久磁石式回転電
機に好適な永久磁石回転子において、トルクリプル及び
コギングトルクが低減されるようにしたものである。
【０００２】
【従来の技術】従来の磁石埋設型の永久磁石回転子とし
ては、例えば、特開平１１−２６２２０５号公報や特開
平１１−２０６０７５号公報等に開示されたものあり、
これら公報に開示された永久磁石回転子は、図１２にそ
の端面方向から見た形状を一極分だけ示すように、ロー
タコア１に複数のスリット部２Ａ、２Ｂ、２Ｃが多層に
形成されている。各スリット部２Ａ〜２Ｃは、その端面
形状が、長手方向両端部がロータコア１の外周面近傍に
位置し且つ長手方向中央部が端部よりもロータコア１の
中心軸側に入り込んだ円弧形状となっていて、その端面
形状と同形状がロータコア１の軸方向（図１２に直交す
る方向）に連続してロータコア１の逆方向端面にまで至
っている。
【０００３】そして、各スリット部２Ａ〜２Ｃ内にボン
ド磁石（プラスチックマグネット）を充填し（或いは、
磁場中で充填し）固化させる（つまり、射出成形する）
ことにより、若しくは、各スリット部２Ａ〜２Ｃの形状
に研削された永久磁石をそれらスリット部２Ａ〜２Ｃに
嵌め込むことにより、ロータコア１に永久磁石が埋設さ
れた永久磁石回転子１０を構成することができる。さら
に、図１２に示した永久磁石回転子１０では、スリット
部２Ａ〜２Ｃによってロータコア１の径方向外側部分
（外周面側部分）と径方向内側部分（中心軸側部分）と
が完全に分離されないようにするために、スリット部２
Ａ〜２Ｃの長手方向両端部（ロータコア１外周面に近接
した部分）とロータコア１外周面との間に肉厚を残し
て、ブリッジ部３を形成するようにしている。
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】しかしながら、上述し
た従来の永久磁石回転子１０にあっては、回転電機に組
み込まれた状態で固定子との間の隙間に形成される磁束
密度分布が、図１３に示すように、方形波に近い形状と
なっていたため、誘起電圧波形のひずみ率が大きく、そ
の影響を受けてトルクリプルおよびコギングトルクが増
大してしまうという問題点があった。
【０００５】本発明は、このような従来の技術が有する
未解決の課題に着目してなされたものであって、トルク
リプルおよびコギングトルクを低減することができる永
久磁石回転子を提供することを目的としている。
【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、請求項１に係る発明は、ロータコアに永久磁石を各
磁極毎に複数層埋設してなる永久磁石回転子において、
前記ロータコアの最外周側の層を構成する前記永久磁石
以外の永久磁石が埋設されるスリット部のそれぞれの一
部に、前記ロータコアの外周側よりも内周側の方が大き
くなる傾向で、前記永久磁石が埋設されない空スリット
部を形成するとともに、回転電機に組み込まれた状態で
の各永久磁石層が発生する総磁束量を、前記ロータコア
の外周側の層よりも内周側の層の方が大きくなるように
した。
【０００７】上記目的を達成するために、請求項２に係
る発明は、ロータコアに永久磁石を各磁極毎に複数層埋
設してなる永久磁石回転子において、前記ロータコアの
各磁極を互いに特性の異なる前記永久磁石を埋設したス
リットで構成し、前記永久磁石の残留磁束密度を、前記
ロータコアの外周側の層よりも内周側の層の方が小さく
なるようにするとともに、回転電機に組み込まれた状態
での各永久磁石層が発生する総磁束量を、前記ロータコ
アの外周側の層よりも内周側の層の方が大きくなるよう
にした。
【０００８】上記目的を達成するために、請求項３に係
る発明は、ロータコアに永久磁石を各磁極毎に複数層埋
設してなる永久磁石回転子において、前記ロータコアの
各磁極を前記永久磁石を埋設したスリットで構成し、複
数層の前記スリット部の少なくとも一部の層に、特性の
異なる複数種類の前記永久磁石を組み合わせて埋設し、
各層に含まれる永久磁石毎の前記ロータコアの端面方向
から見た長手方向長さと残留磁束密度との積を各層毎に
合計した値を、各層毎の全永久磁石の前記ロータコアの
端面方向から見た長手方向長さの合計で割った値を各層
の平均残留磁束密度とした場合に、その平均残留磁束密
度を、前記ロータコアの外周側の層よりも内周側の層の
方が小さくなるようにするとともに、回転電機に組み込
まれた状態での各永久磁石層が発生する総磁束量を、前
記ロータコアの外周側の層よりも内周側の層の方が大き
くなるようにした。
【０００９】請求項４に係る発明は、上記請求項２又は
３に係る発明である永久磁石回転子において、前記スリ
ット部の一部に、前記永久磁石を埋設しない空スリット
部を形成した。上記目的を達成するために、請求項５に
係る発明は、ロータコアに永久磁石を各磁極毎に複数層
埋設してなる永久磁石回転子において、前記ロータコア
の端面方向から見たときの前記永久磁石同士の間の距離
に、永久磁石の長手方向端部側で広く長手方向中央部側
で狭くなるように差を付けた。
【００１０】請求項６に係る発明は、上記請求項１乃至
請求項５のいずれかに記載の永久磁石回転子において、
前記ロータコアの端面方向から見たときの隣接する前記
永久磁石の長手方向端部のそれぞれと前記ロータコアの
回転中心とを結ぶ２直線の成す角度を、前記ロータコア
の外周側の層よりも内周側の層の方が小さくなるように
し、しかも、磁極の中心と前記回転中心とを結ぶ直線
と、最外周側の層を構成する前記永久磁石の長手方向端
部と前記回転中心とを結ぶ直線の成す角度よりも小さ
く、且つ、隣り合った磁極同士の間と前記回転中心とを
結ぶ直線と、最内周側の層を構成する前記永久磁石の長
手方向端部と前記回転中心とを結ぶ直線の成す角度より
も大きくした。
【００１１】請求項７に係る発明は、上記請求項１乃至
請求項６のいずれかに記載の永久磁石回転子において、
前記永久磁石を各磁極毎に複数ｎ層備えるとともに、前
記永久磁石の各層の前記ロータコアの端面方向から見た
ときの長手方向両端部のそれぞれと、前記ロータコアの
回転中心とを結ぶ２直線の成す電気角度を、前記ロータ
コアの外周側からθ1 、θ2 、θ3 、…、θn とし、回
転電機に組み込まれた状態での各永久磁石層が発生する
総磁束量をφ1 、φ2 、φ3 、…、φn としたとき、下
記（１）式を満足又は略満足するようにした。
【００１２】 （φ1 −ｄ1 Ｂｓ）：（φ2 −ｄ2 Ｂｓ）：…：（φn −ｄn Ｂｓ）＝ θ1 ｃｏｓ（θ1 ／４）： （θ2 −θ1 ）ｃｏｓ（（θ2 ＋θ1 ）／４）＋θ1 ｃｏｓ（θ1 ／４）： …：（θn −θn-1 ）ｃｏｓ（（θn ＋θn-1 ）／４） ＋（θn-1 −θn-2 ）ｃｏｓ（（θn-1 ＋θn-2 ）／４） ＋…＋（θ2 −θ1 ）ｃｏｓ（（θ2 ＋θ1 ）／４） ＋θ1 ｃｏｓ（θ1 ／４） ……（１） 但し、ｄi （ｉ＝１、２、３、…、ｎ）は、前記永久磁
石が埋設されるスリット部を境とした前記ロータコアの
径方向外側部分と径方向内側部分とを連結するブリッジ
部の幅を、各層毎に合計した値、Ｂｓは、前記ロータコ
アの飽和磁束密度である。
【００１３】請求項８に係る発明は、上記請求項１乃至
請求項７のいずれかに記載の永久磁石回転子において、
前記永久磁石を、前記スリット部にボンド磁石を充填し
固化させることにより形成される永久磁石とした。ここ
で、請求項１に係る発明にあっては、空スリット部を上
記のような傾向で設けるとともに、回転電機に組み込ま
れた状態での各永久磁石層が発生する磁束総量を外周側
よりも内周側の方が大きくなるようにしたため、固定子
との間の隙間に形成される磁束密度分布が、階段状では
あるが、方形波よりも正弦波に近い分布形状となる。こ
のため、従来の永久磁石回転子に比べて、誘起電圧波形
のひずみ率が低減され、トルクリプル及びコギングトル
クが低減され、騒音や振動が低減される。
【００１４】また、請求項２に係る発明にあっては、空
スリット部を設けなくても、請求項１に係る発明と同様
に、固定子との間の隙間に形成される磁束密度分布を方
形波よりも正弦波に近い分布形状とすることができ、空
スリットを設けない分、ロータコアに効率的に磁石を埋
設できるから、小型化を図る上で有利である。そして、
請求項３に係る発明にあっては、一つのスリット部に複
数種類の磁石を埋設しているから、用意できる磁石の種
類が、スリット部の数よりも少なくても、請求項２に係
る発明と同様の作用を発揮できる永久磁石回転子とする
ことができ、磁石の種類が少ない分、費用低減を図る上
で有利である。
【００１５】また、請求項４に係る発明であると、空ス
リット部を設けた永久磁石層については、空スリット部
を設けない場合に比べて永久磁石の特性が異なったこと
と等価になるから、磁石の種類を低減する上でさらに有
利である。一方、請求項５に係る発明にあっては、永久
磁石同士の間の距離に差を付けているから、上記請求項
１と同様に、回転電機に組み込まれた状態で固定子との
間の隙間に形成される磁束密度分布を、方形波よりも正
弦波に近い分布形状とすることができる。このため、従
来の永久磁石回転子に比べて、磁束密度分布の変化が緩
やかになるから、それだけトルクリプル及びコギングト
ルクが低減され、騒音や振動が低減される。
【００１６】そして、請求項６に係る発明にあっては、
回転電機に組み込まれた状態で固定子との間の隙間に形
成される磁束密度分布を、さらに正弦波に近い分布形状
とすることができるため、誘起電圧波形のひずみ率、ト
ルクリプル、コギングトルク及び騒音・振動の低減がよ
り顕著になる。さらに、請求項７に係る発明にあって
は、上記電気角度θ1 〜θn や総磁束量φ1 〜φn を含
む上記（１）式を満足又は略満足するようにしたため、
回転電機に組み込まれた状態で固定子との間の隙間に形
成される磁束密度分布を、階段状ではあるが理想に近い
正弦波に近い分布形状とすることができる。よって、回
転電機に組み込まれた状態で固定子との間の隙間に形成
される磁束密度分布を、さらに正弦波に近い分布形状と
することができ、誘起電圧波形のひずみ率、トルクリプ
ル、コギングトルク及び騒音・振動の低減が、極めて顕
著になる。
【００１７】そして、請求項８に係る発明にあっては、
ボンド磁石を利用して永久磁石を射出成形するようにし
たため、スリット形状が多少複雑でもロータコアに永久
磁石を埋設することが可能である。なお、ボンド磁石を
利用した射出成形は、ボンド磁石をスリット部に充填し
固化させる通常の射出成形であってもよいし、或いは、
ボンド磁石が異方性磁石の場合には、磁場内においてボ
ンド磁石をスリット部に充填し配向させて固化させる磁
場中射出成形であってもよい。
【００１８】
【発明の実施の形態】以下、本発明の実施の形態を図面
に基づいて説明する。図１は、本発明の第１の実施の形
態を示す図であって、インナーロータ型の永久磁石式電
動機等に用いられる永久磁石回転子１０を端面方向から
見た形状を、一極分だけ示している。
【００１９】即ち、永久磁石回転子１０は、円形に打ち
抜かれた薄板を多数張り合わせて円柱形状としたロータ
コア１１を有しており、ロータコア１１の中心部分に
は、図示しない回転軸が同軸に挿入される軸孔１１ａが
形成されている。そして、ロータコア１１には、軸孔１
１ａ側に凸の円弧状である複数層のスリット部１２Ａ、
１２Ｂ及び１２Ｃが、ロータコア１１の両端面間を貫通
するように形成されている。各スリット部１２Ａ〜１２
Ｃは、ロータコア１１径方向外側のスリット部１２Ａが
小径の円弧で、同径方向内側のスリット部１２Ｃが大径
の円弧で、それらの間のスリット部１２Ｂは中程度の径
の円弧であって、互いに同心に並べられた配置となって
いる。
【００２０】これらスリット部１２Ａ〜１２Ｃのうち、
ロータコア１１の外周側に形成されたスリット部１２Ａ
を境としたロータコア１１の径方向外側部分１１Ａが径
方向内側部分から分離されないよう、スリット部１２Ａ
の端面形状で長手方向両端部にブリッジ部１３Ａ1 、１
３Ａ2 が形成されている。また、中央のスリット部１２
Ｂを境としたロータコア１１の径方向外側部分１１Ｂが
径方向内側部分から分離されないよう、スリット部１２
Ｂの端面形状で長手方向両端部にブリッジ部１３Ｂ1 、
１３Ｂ2 が形成されるとともに、中央部の２カ所にもブ
リッジ部１３Ｂ3 、１３Ｂ4 が形成されている。
【００２１】さらに、ロータコア１１の内周側に形成さ
れたスリット部１２Ｃを境としたロータコア１１の径方
向外側部分１１Ｃが径方向内側部分から分離されないよ
う、スリット部１２Ｃの端面形状で長手方向両端部にブ
リッジ部１３Ｃ1 、１３Ｃ2が形成されるとともに、中
央部の２カ所にもブリッジ部１３Ｃ3 、１３Ｃ4 が形成
されている。
【００２２】そして、各スリット部１２Ａ〜１２Ｃのう
ち、スリット部１２Ａの全体と、スリット部１２Ｂのブ
リッジ部１３Ｂ1 及び１３Ｂ3 で挟まれた部分並びにブ
リッジ部１３Ｂ2 及び１３Ｂ4 で挟まれた部分と、スリ
ット部１２Ｃのブリッジ部１３Ｃ1 及び１３Ｃ3 で挟ま
れた部分並びにブリッジ部１３Ｃ2 及び１３Ｃ4 で挟ま
れた部分とのそれぞれに、スリット部１２Ａ〜１２Ｃの
端面形状で厚さ方向に着磁された同特性の永久磁石ＰＭ
が埋設されている。なお、永久磁石ＰＭは、ボンド磁石
をスリット部１２Ａ〜１２Ｃの上記部分に充填し固化さ
せ、その後着磁することにより形成することができる。
小型で且つ強い永久磁石ＰＭとするためには、異方性の
ボンド磁石を用い、それを磁場中射出成形して厚さ方向
に配向した永久磁石ＰＭを形成すればよい。
【００２３】これに対し、スリット部１２Ｂのブリッジ
部１３Ｂ3 及び１３Ｂ4 で挟まれた部分と、スリット部
１２Ｃのブリッジ部１３Ｃ3 及び１３Ｃ4 で挟まれた部
分とには、永久磁石ＰＭは埋設しておらず、これらの部
分を、中空の空スリット部１４Ｂ、１４Ｃとしている。
空スリット部１４Ｂ及び１４Ｃは、スリット部１２Ｂ及
び１２Ｃの長手方向の略中央部に形成され、磁極の中心
線を境に左右対称の形状となっている。また、中央のス
リット部１２Ｂに形成された空スリット部１４Ｂより
も、内周側のスリット部１２Ｃに形成されたスリット部
１４Ｃの方が大きくなっている。
【００２４】ここで、各スリット部１２Ａ〜１２Ｃに埋
設された永久磁石ＰＭの各層毎の磁石長さを、ロータコ
ア１１の外周側から順にＬ1 、Ｌ2 （＝Ｌ21＋Ｌ22）、
Ｌ3（＝Ｌ31＋Ｌ32）とする。なお、磁石長さＬ1 〜Ｌ
3 は、スリット部１２Ａ〜１２Ｃに沿ったその長手方向
両端部間の距離であり、両端部のブリッジ部１３Ａ1、
１３Ａ2 、１３Ｂ1 、１３Ｂ2 、１３Ｃ1 、１３Ｃ2 の
幅、中央部のブリッジ部１３Ｂ3 、１３Ｂ4 、１３
Ｃ3 、１３Ｃ4 の幅、及び空スリット部１４Ｂ、１４Ｃ
の長さ（ＳＬ2 、ＳＬ3 ）を除いた長さである。そし
て、本実施の形態にあっては、下記（２）式、（３）式
を満足している。
【００２５】 ＳＬ2 ＜ＳＬ3 ……（２） Ｌ1 ＜Ｌ2 ＜Ｌ3 ……（３） よって、上記（３）式のような関係が成立しているか
ら、回転電機に組み込まれた状態（つまり、固定子と組
み合わせた状態）での各スリット部１２Ａ〜１２Ｃに埋
設された永久磁石ＰＭのそれぞれが発生する総磁束量Φ
1 、Φ2 、Φ3 の間には、 Φ1 ＜Φ2 ＜Φ3 ……（４） という関係が成立している。
【００２６】図２は、本実施の形態における永久磁石回
転子１０の端面形状の全体を示すとともに、各永久磁石
の配向及び着磁の方向を破線で示している。即ち、永久
磁石回転子１０は四つの磁極Ｎ、Ｓを有していて、各永
久磁石ＰＭの配向及び着磁の方向は、ロータコア１１の
回転中心Ｃと各磁極Ｎ、Ｓ境界とを結んだ直線ＣＬ上に
中心を持つ同心円の接線方向としている。
【００２７】そして、本実施の形態の永久磁石回転子１
０にあっては、上記（２）〜（４）式を満足するように
しているから、回転電機に組み込まれた状態で固定子と
の間の隙間に形成される磁束密度分布は、正弦波に近い
階段状の分布形状となる。このため、本実施の形態の永
久磁石回転子１０によれば、従来の永久磁石回転子に比
べて、誘起電圧波形のひずみ率が低減され、トルクリプ
ル及びコギングトルクが低減され、騒音及び振動が低減
されるようになる。
【００２８】また、本実施の形態の永久磁石回転子１０
にあっては、空スリット部１４Ｂ及び１４Ｃを利用する
ことにより、上記隙間に形成される磁束密度分布を正弦
波に近い階段状の分布形状としているから、スリット１
２Ａ、１２Ｂ及び１２Ｃ間の距離を部分的に狭くするよ
うな対策を講じる必要がなく、図１にも示されるよう
に、各層間の距離は長手方向に渡って略一定となってい
る。このため、リラクタンストルクの低下を招かないで
済むのである。
【００２９】また、空スリット部１４Ｂ及び１４Ｃの形
成位置は、特に限定されないのであるが、本実施の形態
では、特にスリット部１２Ｂ及び１２Ｃの長手方向中央
部としている。そして、スリット部１２Ｂ及び１２Ｃの
長手方向中央部は、図２からも判るように、配向や着磁
の際に磁束が届きにくく制御が困難な位置であるから、
そもそも磁束を生成しない空スリット部１４Ｂ及び１４
Ｃをそのような配向や着磁が困難な部位に形成する本実
施の形態の構成であれば、永久磁石を効率的に利用する
ことができる。
【００３０】図３は、本発明の第２の実施の形態の構成
を示す図であって、図１と同様に永久磁石回転子１０を
端面方向から見た形状を一極分だけ示している。なお、
上記第１の実施の形態と同様の構成には、同じ符号を付
し、その重複する説明は省略する。即ち、本実施の形態
にあっても、上記第１の実施の形態と同様に、３層のス
リット部１２Ａ〜１２Ｃを有しているが、いずれのスリ
ット部１２Ａ〜１２Ｃにも空スリット部は形成していな
い。その一方で、各スリット部１２Ａ〜１２Ｃに埋設さ
れる永久磁石ＰＭ1 、ＰＭ2 及びＰＭ3 の特性を異なら
せている。つまり、上記第１の実施の形態では、特性の
同じ永久磁石ＰＭを各スリット部１２Ａ〜１２Ｃに埋設
していたが、本実施の形態では、一つの磁極内に特性の
異なる３種類の永久磁石ＰＭ1 〜ＰＭ3 を含んでいる。
【００３１】そして、各永久磁石ＰＭ1 、ＰＭ2 及びＰ
Ｍ3 の残留磁束密度を、それぞれＢｒ1 、Ｂｒ2 及びＢ
ｒ3 とすると、 Ｂｒ1 ＞Ｂｒ2 ＞Ｂｒ3 ……（５） という関係を満足している。さらに、回転電機に組み込
まれた状態での各永久磁石ＰＭ1 、ＰＭ2 、ＰＭ3のそ
れぞれが発生する総磁束量をΦ1 、Φ2 、Φ3 とする
と、 Φ1 ＜Φ2 ＜Φ3 ……（６） という関係を満足している。
【００３２】そして、本実施の形態の永久磁石回転子１
０にあっても、上記（５）、（６）式を満足しているた
め、回転電機に組み込まれた状態で固定子との間の隙間
に形成される磁束密度分布は、正弦波に近い階段状の分
布形状となり、上記第１の実施の形態と同様に、トルク
リプル及びコギングトルクが低減される等の作用効果を
得ることができる。
【００３３】また、本実施の形態にあっては、空スリッ
ト部を設けていない分、ロータコア１１に効率的に永久
磁石ＰＭ1 〜ＰＭ3 を埋設できるから、永久磁石回転子
１０の小型化を図る上で有利な構造となっている。図４
は、本発明の第３の実施の形態の構成を示す図であっ
て、図１と同様に永久磁石回転子１０を端面方向から見
た形状を一極分だけ示している。なお、上記第１、２の
実施の形態と同様の構成には、同じ符号を付し、その重
複する説明は省略する。
【００３４】即ち、本実施の形態の永久磁石回転子１０
は、上記第２の実施の形態の永久磁石回転子１０と略同
様であって、異なるのは、スリット部１２Ｂを三等分す
るように長手方向の２カ所にブリッジ部１３Ｂ3 及び１
３Ｂ4 を形成するとともに、スリット部１２Ｂのブリッ
ジ部１３Ｂ3 及び１３Ｂ4 で挟まれた部分には永久磁石
ＰＭ1 を埋設し、ブリッジ部１３Ｂ1 及び１３Ｂ3 で挟
まれた部分並びにブリッジ部１３Ｂ2 及び１３Ｂ4 で挟
まれた部分には永久磁石ＰＭ3 を埋設した点である。つ
まり、本実施の形態では、スリット部１２Ａ〜１２Ｃは
上記第２の実施の形態と同様に三カ所に設けているが、
二種類の永久磁石ＰＭ1 、ＰＭ3 を用いているため、用
いた永久磁石の種類は上記第２の実施の形態よりも少な
くなっている。
【００３５】かかる構成の場合、スリット部１２Ｂに埋
設された永久磁石ＰＭ1 、ＰＭ3 の平均的な残留磁束密
度Ｂｒ2'は、スリット部１２Ｂの各部の磁石長さを図４
に図示するようにＬ21、Ｌ22、Ｌ23とすると、 Ｂｒ2'＝｛Ｌ22Ｂｒ1 ＋（Ｌ21＋Ｌ23）Ｂｒ3 ｝／（Ｌ21＋Ｌ22＋Ｌ23） ……（７） となる。そして、本実施の形態では、 Ｂｒ1 ＞Ｂｒ2 ' ＞Ｂｒ3 ……（８） Φ1 ＜Φ2 ＜Φ3 ……（９） を満足している。
【００３６】このため、本実施の形態であっても、上記
第１、２の実施の形態と同様に回転電機に組み込まれた
状態で固定子との間の隙間に形成される磁束密度分布
は、正弦波に近い階段状の分布形状となり、トルクリプ
ル及びコギングトルクが低減される等の作用効果を得る
ことができる。そして、本実施の形態にあっては、二種
類の永久磁石ＰＭ1 、ＰＭ3 で済んでいるから、上記第
２の実施の形態に比べて磁石の種類が少ない分、費用低
減を図る上で有利な構造となっている。
【００３７】図５は、本発明の第４の実施の形態の構成
を示す図であって、図１と同様に永久磁石回転子１０を
端面方向から見た形状を一極分だけ示している。なお、
上記第１〜３の実施の形態と同様の構成には、同じ符号
を付し、その重複する説明は省略する。即ち、本実施の
形態の永久磁石回転子１０は、上記第３の実施の形態の
永久磁石回転子１０と略同様であって、異なるのは、ス
リット部１２Ｃの中央部近傍に上記第１の実施の形態の
場合と同様にブリッジ部１３Ｃ3 及び１３Ｃ4 を形成す
るとともに、それらブリッジ部１３Ｃ3 及び１３ｃ4 で
挟まれた部分には永久磁石を埋設せず中空の空スリット
部１４Ｃとし、ブリッジ部１３Ｃ1 及び１３Ｃ3で挟ま
れた部分並びにブリッジ部１３Ｃ2 及び１３Ｃ4 で挟ま
れた部分には永久磁石ＰＭ2 を埋設した点である。
【００３８】そして、本実施の形態では、 Φ1 ＜Φ2 ＜Φ3 ……（10） を満足している。このため、本実施の形態であっても、
上記第１、２の実施の形態と同様に回転電機に組み込ま
れた状態で固定子との間の隙間に形成される磁束密度分
布は、正弦波に近い階段状の分布形状となり、トルクリ
プル及びコギングトルクが低減される等の作用効果を得
ることができる。
【００３９】図６は、本発明の第５の実施の形態の構成
を示す図であって、図１と同様に永久磁石回転子１０を
端面方向から見た形状を一極分だけ示している。なお、
上記第１〜５の実施の形態と同様の構成には、同じ符号
を付し、その重複する説明は省略する。即ち、本実施の
形態の永久磁石回転子１０は、永久磁石ＰＭが２層（ｎ
＝２）となっていて、各スリット部１２Ａ及び１２Ｂの
端面形状は、円弧状ではなく、Ｕ字状となっている。そ
して、本実施の形態では、スリット部１２Ｂに空スリッ
ト部を形成することなく、永久磁石ＰＭが埋設されるス
リット部１２Ａ及び１２Ｂ間の距離（径方向外側部分１
１Ｂの幅）に、永久磁石ＰＭの長手方向両端部側で広く
中央部側で狭くなるように、差を付けている。
【００４０】このような構成であっても、回転電機に組
み込まれた状態で固定子との間の隙間に形成される磁束
密度分布は、正弦波に近い階段状の分布形状となる。こ
のため、本実施の形態の永久磁石回転子１０によれば、
従来の永久磁石回転子に比べて、誘起電圧波形のひずみ
率が低減され、トルクリプル及びコギングトルクが低減
され、騒音及び振動が低減されるようになる。
【００４１】図７は、本発明の第６の実施の形態の構成
を示す図であって、図１と同様に永久磁石回転子１０を
端面方向から見た形状を一極分だけ示している。なお、
上記第１〜５の実施の形態と同様の構成には、同じ符号
を付し、その重複する説明は省略する。即ち、本実施の
形態の構成は、上記第１の実施の形態と略同様であっ
て、異なるのは、上記第１の実施の形態では特に相互の
関係を限定していなかった四つの角度α1 、α2 、α3
及びα4 に、 α1 ＞α2 ＞α3 ＞α4 ……（11） という関係を成立させている点である。ここで、角度α
1 は、磁極の中心とロータコア１１の回転中心Ｃとを結
ぶ直線Ｓ1 と、最外周側の層を構成するスリット１２Ａ
に埋設された永久磁石ＰＭの長手方向端部と回転中心Ｃ
とを結ぶ直線Ｓ2の成す角度であり、角度α2 は、隣接
する二つのスリット部１２Ａ及び１２Ｂに埋設された永
久磁石ＰＭの長手方向端部のそれぞれと回転中心Ｃとを
結ぶ２直線Ｓ2 、Ｓ3 の成す角度であり、角度α3 は、
角度α2 と同様に隣接する二つのスリット部１２Ｂ及び
１２Ｃに埋設された永久磁石ＰＭの長手方向端部のそれ
ぞれと回転中心Ｃとを結ぶ２直線Ｓ3 、Ｓ4 の成す角度
であり、角度α4 は、隣り合った磁極同士の間と回転中
心Ｃとを結ぶ直線Ｓ5 （図２に示した直線ＣＬに等し
い）と、最内周側の層を構成するスリット１２Ｃに埋設
された永久磁石ＰＭの長手方向端部と回転中心Ｃとを結
ぶ直線Ｓ4 の成す角度である。
【００４２】このような構成であると、回転電機に組み
込まれた状態で固定子との間の隙間に形成される磁束密
度分布を、角度α1 〜α4 の関係を上記（11）式を満足
させなかった場合に比べてさらに正弦波に近い分布形状
とすることができるため、誘起電圧波形のひずみ率、ト
ルクリプル、コギングトルク及び騒音・振動の低減がよ
り顕著になる。
【００４３】図８は、本発明の第７の実施の形態の構成
を示す図である。なお、本実施の形態の構成は上記第１
の実施の形態と略同様であるため、図８には、上記第１
の実施の形態と異なる部分を説明するのに必要な記号を
特に示している。即ち、図８に示すように、各スリット
部１２Ａ〜１２Ｃに埋設された各永久磁石の層の長手方
向両端部のそれぞれとロータコア１１の回転中心Ｃとを
結ぶ２直線の成す電気角度を、ロータコア１１の外周側
からθ1 、θ2 、θ3 とし、回転電機に組み込まれた状
態での各永久磁石層が発生する総磁束量をφ1 、φ2 、
φ 3 とする。
【００４４】また、各ブリッジ部１３Ａ1 〜１３Ｃ4 の
幅（スリット部１２Ａ〜１２Ｃの中心線の接線方向の寸
法）を、ｄ11、ｄ12、…、ｄ33、ｄ34とし、各層毎のブ
リッジ部１３Ａ1 〜１３Ｃ4 の幅の合計を、それぞれｄ
1 （＝ｄ11＋ｄ12）、ｄ2 （＝ｄ21＋ｄ22＋ｄ23＋
ｄ24）、ｄ3 （＝ｄ31＋ｄ32＋ｄ33＋ｄ34）とし、ロー
タコア１１の飽和磁束密度をＢｓとする。
【００４５】そして、本実施の形態では、下記（12）式
を満足している。なお、下記（12）式は、上記（１）式
を本実施の形態の構成（つまり、ｎ＝３の場合）に適用
したものである。また、下記（12）式の満足の程度は、
数学的に厳密に満足する程度でなくてもよく、略満足す
る程度であってもよい。 （φ1 −ｄ1 Ｂｓ）：（φ2 −ｄ2 Ｂｓ）：（φ3 −ｄ3 Ｂｓ）＝ θ1 ｃｏｓ（θ1 ／４）： （θ2 −θ1 ）ｃｏｓ（（θ2 ＋θ1 ）／４）＋θ1 ｃｏｓ（θ1 ／４）： （θ3 −θ2 ）ｃｏｓ（（θ3 ＋θ2 ）／４） ＋（θ2 −θ1 ）ｃｏｓ（（θ2 ＋θ1 ）／４） ＋θ1 ｃｏｓ（θ1 ／４） ……（12） そして、本実施の形態の永久磁石回転子１０にあって
は、上記（12）式を満足又は略満足するようにしている
から、回転電機に組み込まれた状態で固定子との間の隙
間に形成される磁束密度分布は、図９に実線で示すよう
に、正弦波（図９に破線で示す）に極めて近い階段状の
分布形状となる。磁束密度分布が正弦波に近いという点
は、従来の磁束密度分布を表す図１３と比較するとより
明瞭になる。このため、本実施の形態の永久磁石回転子
１０によれば、従来の永久磁石回転子に比べて、誘起電
圧波形のひずみ率が顕著に低減され、トルクリプルおよ
びコギングトルクが顕著に低減されるようになる。
【００４６】しかも、高調波による鉄損の低減により、
出力の低下を招くことなく、騒音の低減も図られる。図
１０は、本実施の形態の永久磁石回転子１０を組み込ん
だ永久磁石電動機の側面から距離１００ｍｍにおける測
定点での騒音レベル（電動機の回転速度が４０００ｒｐ
ｍで、０〜２０ｋＨｚの帯域における騒音のオーバーオ
ール値）と、同じ条件で測定した従来の永久磁石回転子
による騒音レベルとを比較したグラフであって、本発明
によれば、従来に比較して、約２５％騒音レベルを低減
できることが判った。
【００４７】なお、この第７の実施の形態では、磁極電
気角度θ1 〜θn について特に具体的な数値を挙げてい
ないが、本発明者等の考察によれば、下記のような数値
（単位は、電気角である。）が好適である。また、層数
ｎについては、それが整数のものは、上記各実施の形態
のように各磁極毎に永久磁石が独立している場合のこと
であり、「．５」が付いているのは、最内周側の永久磁
石（図１であれば、スリット部１３Ｃに埋設されている
永久磁石ＰＭ）を、隣り合った磁極同士で共通としてい
る場合であり、具体的に図示すると、図１１のような構
成となる。
【００４８】 ｎ＝１．５； θ1 ＝１１０、θ2 ＝１８０ ｎ＝２； θ1 ＝９２、θ2 ＝１５４ ｎ＝２．５； θ1 ＝８３、θ2 ＝１３４、θ3 ＝１８０ ｎ＝３； θ1 ＝７７、θ2 ＝１２６、θ3 ＝１６３ ｎ＝３．５； θ1 ＝６６、θ2 ＝１１２、θ3 ＝１４７、θ4 ＝１８０ ｎ＝４； θ1 ＝６５、θ2 ＝１０１、θ3 ＝１３３、θ4 ＝１６５ ｎ＝４．５； θ1 ＝５８、θ2 ＝９２、θ3 ＝１２４、θ4 ＝１５３、θ５＝１８０ ｎ＝５； θ1 ＝５２、θ2 ＝８５、θ3 ＝１１６、θ4 ＝１４１、θ５＝１６９
【００４９】
【発明の効果】以上説明したように、本発明によれば、
固定子との間の隙間に形成される磁束密度分布が正弦波
に近い分布形状となるようにしたため、従来の永久磁石
回転子に比べて、誘起電圧波形のひずみ率が低減され、
トルクリプル及びコギングトルクが低減されるという効
果がある。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の第１の実施の形態の構成を示す図であ
る。
【図２】着磁の方向を説明する図である。
【図３】本発明の第２の実施の形態の構成を示す図であ
る。
【図４】本発明の第３の実施の形態の構成を示す図であ
る。
【図５】本発明の第４の実施の形態の構成を示す図であ
る。
【図６】本発明の第５の実施の形態の構成を示す図であ
る。
【図７】本発明の第６の実施の形態の構成を示す図であ
る。
【図８】本発明の第７の実施の形態の構成を示す図であ
る。
【図９】固定子との間に発生する磁束密度分布を示すグ
ラフである。
【図１０】本発明と従来との騒音レベルを比較したグラ
フである。
【図１１】最内周側の永久磁石を隣り合った磁極同士で
共通とした例を示す図である。
【図１２】従来の構成を示す図である。
【図１３】固定子との間に発生する従来の磁束密度分布
を示すグラフである。
【符号の説明】
１０ 永久磁石回転子 １１ ロータコア １２Ａ〜１２Ｃ スリット部 １３Ａ1 〜１３Ｃ4 ブリッジ部 １４Ａ、１４Ｂ 空スリット部 ＰＭ1 〜ＰＭ3 永久磁石
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (51)Int.Cl.7 識別記号 ＦＩ テーマコート゛(参考） Ｈ０２Ｋ 21/14 Ｈ０２Ｋ 21/14 Ｍ Ｆターム(参考） 5H002 AA04 AA09 AB07 AC07 AC08 AE07 AE08 5H619 AA01 AA03 AA05 AA10 BB01 BB06 BB13 BB24 PP02 PP05 PP06 PP08 5H621 AA02 5H622 AA02 AA03 CA02 CA07 CA10 CA13 CB04 CB05 DD04 PP03 PP07 PP10 PP20 QA03 QA10

Claims (8)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項１】 ロータコアに永久磁石を各磁極毎に複数
    層埋設してなる永久磁石回転子において、 前記ロータコアの最外周側の層を構成する前記永久磁石
    以外の永久磁石が埋設されるスリット部のそれぞれの一
    部に、前記ロータコアの外周側よりも内周側の方が大き
    くなる傾向で、前記永久磁石が埋設されない空スリット
    部を形成するとともに、回転電機に組み込まれた状態で
    の各永久磁石層が発生する総磁束量を、前記ロータコア
    の外周側の層よりも内周側の層の方が大きくなるように
    したことを特徴とする永久磁石回転子。
  2. 【請求項２】 ロータコアに永久磁石を各磁極毎に複数
    層埋設してなる永久磁石回転子において、 前記ロータコアの各磁極を互いに特性の異なる前記永久
    磁石を埋設したスリットで構成し、前記永久磁石の残留
    磁束密度を、前記ロータコアの外周側の層よりも内周側
    の層の方が小さくなるようにするとともに、回転電機に
    組み込まれた状態での各永久磁石層が発生する総磁束量
    を、前記ロータコアの外周側の層よりも内周側の層の方
    が大きくなるようにしたことを特徴とする永久磁石回転
    子。
  3. 【請求項３】 ロータコアに永久磁石を各磁極毎に複数
    層埋設してなる永久磁石回転子において、 前記ロータコアの各磁極を前記永久磁石を埋設したスリ
    ットで構成し、複数層の前記スリット部の少なくとも一
    部の層に、特性の異なる複数種類の前記永久磁石を組み
    合わせて埋設し、各層に含まれる永久磁石毎の前記ロー
    タコアの端面方向から見た長手方向長さと残留磁束密度
    との積を各層毎に合計した値を、各層毎の全永久磁石の
    前記ロータコアの端面方向から見た長手方向長さの合計
    で割った値を各層の平均残留磁束密度とした場合に、そ
    の平均残留磁束密度を、前記ロータコアの外周側の層よ
    りも内周側の層の方が小さくなるようにするとともに、
    回転電機に組み込まれた状態での各永久磁石層が発生す
    る総磁束量を、前記ロータコアの外周側の層よりも内周
    側の層の方が大きくなるようにしたことを特徴とする永
    久磁石回転子。
  4. 【請求項４】 前記スリット部の一部に、前記永久磁石
    を埋設しない空スリット部を形成した請求項２又は３記
    載の永久磁石回転子。
  5. 【請求項５】 ロータコアに永久磁石を各磁極毎に複数
    層埋設してなる永久磁石回転子において、 前記ロータコアの端面方向から見たときの前記永久磁石
    同士の間の距離に、永久磁石の長手方向端部側で広く長
    手方向中央部側で狭くなるように差を付けたことを特徴
    とする永久磁石回転子。
  6. 【請求項６】 前記ロータコアの端面方向から見たとき
    の隣接する前記永久磁石の長手方向端部のそれぞれと前
    記ロータコアの回転中心とを結ぶ２直線の成す角度を、
    前記ロータコアの外周側の層よりも内周側の層の方が小
    さくなるようにし、しかも、磁極の中心と前記回転中心
    とを結ぶ直線と、最外周側の層を構成する前記永久磁石
    の長手方向端部と前記回転中心とを結ぶ直線の成す角度
    よりも小さく、且つ、隣り合った磁極同士の間と前記回
    転中心とを結ぶ直線と、最内周側の層を構成する前記永
    久磁石の長手方向端部と前記回転中心とを結ぶ直線の成
    す角度よりも大きくした請求項１乃至請求項５のいずれ
    かに記載の永久磁石回転子。
  7. 【請求項７】 前記永久磁石を各磁極毎に複数ｎ層備え
    るとともに、前記永久磁石の各層の前記ロータコアの端
    面方向から見たときの長手方向両端部のそれぞれと、前
    記ロータコアの回転中心とを結ぶ２直線の成す電気角度
    を、前記ロータコアの外周側からθ1 、θ2 、θ3 、
    …、θn とし、回転電機に組み込まれた状態での各永久
    磁石層が発生する総磁束量をφ1 、φ2 、φ3 、…、φ
    n としたとき、下記関係式を満足又は略満足するように
    した請求項１乃至請求項６のいずれかに記載の永久磁石
    回転子。 （φ1 −ｄ1 Ｂｓ）：（φ2 −ｄ2 Ｂｓ）：…：（φn −ｄn Ｂｓ）＝ θ1 ｃｏｓ（θ1 ／４）： （θ2 −θ1 ）ｃｏｓ（（θ2 ＋θ1 ）／４）＋θ1 ｃｏｓ（θ1 ／４）： …：（θn −θn-1 ）ｃｏｓ（（θn ＋θn-1 ）／４） ＋（θn-1 −θn-2 ）ｃｏｓ（（θn-1 ＋θn-2 ）／４） ＋…＋（θ2 −θ1 ）ｃｏｓ（（θ2 ＋θ1 ）／４） ＋θ1 ｃｏｓ（θ1 ／４） 但し、ｄi （ｉ＝１、２、３、…、ｎ）は、前記永久磁
    石が埋設されるスリット部を境とした前記ロータコアの
    径方向外側部分と径方向内側部分とを連結するブリッジ
    部の幅を、各層毎に合計した値、Ｂｓは、前記ロータコ
    アの飽和磁束密度である。
  8. 【請求項８】 前記永久磁石を、前記スリット部にボン
    ド磁石を充填し固化させることにより形成される永久磁
    石とした請求項１乃至請求項７のいずれかに記載の永久
    磁石回転子。
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