JP2003348809A

JP2003348809A - 磁石内包式インナーロータ型モータ

Info

Publication number: JP2003348809A
Application number: JP2002149145A
Authority: JP
Inventors: Kiyoshi Iga; 清伊賀
Original assignee: Toyota Motor Corp
Current assignee: Toyota Motor Corp
Priority date: 2002-05-23
Filing date: 2002-05-23
Publication date: 2003-12-05

Abstract

(57)【要約】【課題】中高速運転が可能で、印加電圧を減少させつつ
出力トルクの向上を図れるモータを提供する。【解決手段】本発明の磁石内包式インナーロータ型モー
タは、８個またはその倍数個の永久磁石（Ｍ）を外周面
近傍の内部に均等に配設して回転界磁を生じ得るロータ
（２）と、このロータの外周面へ向けて均等な放射状に
突出した９本またはその倍数本のティース（Ｔ）と各テ
ィースに集中巻きされた電機子コイル（Ｃ）とからなり
回転磁界を生じ得るステータ（３）とを備えてなる磁石
内包式インナーロータ型モータ（１００）であって、少
なくとも９本のティース（Ｔ１〜Ｔ９）に巻回された電
機子コイル（Ｃ１〜Ｃ９）間には、３相交流がＵ相、Ｖ
相、Ｕ相、Ｖ相、Ｗ相、Ｖ相、Ｗ相、Ｕ相、Ｗ相の順に
印加されると共に各電機子コイルの巻線方向が同一方向
であることを特徴とする。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、中高速運転が可能
な磁石内包式インナーロータ型モータに関するものであ
る。

【０００２】

【従来の技術】モータは多種多様な機械で使用されてい
るが、最近の環境問題意識の高揚に伴い、電気自動車
（ＥＶ）やハイブリット車（ＨＶ）等の車両駆動用とし
ても多用されつつある。モータには種々のタイプが存在
するが、ＨＶ等で使用されるモータは比較的コンパクト
で高出力なタイプのものである。その一例として、８極
９コイル型バーニアモータと称されるブラシレス同期電
動機（シンクロナスモータ）がある。このモータの構造
は、例えば、特開平１０−２８５８９１号公報に開示さ
れている。この公報では、内周面に１６個の永久磁石を
環状に配列したアウターロータと、その永久磁石に対向
して１８個の電機子コイルを環状に配列したインナース
テータとからなるアウターロータ型ホイールモータを開
示している。なお、「８極９コイル型」というのは電気
角２πあたりの界磁の極数と電機子コイルの個数を示し
たものである。同期電動機の場合、界磁の極数が２の倍
数であり電機子のコイル数（極数）が３の倍数（３相交
流を使用した場合）であれば理論的に可動となる。これ
らの中でも８極９コイル型モータは、コンパクト、高ト
ルクであると共に、コギングトルク等の抑制された滑ら
かな出力特性をもつ。

【０００３】ここで、上記公報に開示されているような
アウターロータ型モータの場合、永久磁石をロータ内周
面に貼着することで、遠心力による永久磁石の飛出し等
を防止できるので、比較的高速運転が可能となる。しか
し、ロータをアウターとしているため、モータの外径が
その分拡大することは避けられないし、回転軸からロー
タまでの取回し等も複雑となり、モータ全体が大型化す
る傾向にある。また、上記公報のモータの場合、Ｕ相、
Ｖ相およびＷ相の３相交流を、Ｕ相正巻き、Ｕ相逆巻
き、Ｕ相正巻き、Ｖ相正巻き、Ｖ相逆巻き、Ｖ相正巻
き、Ｗ相正巻き、Ｗ相逆巻きおよびＷ相正巻きの順で、
各電機子コイルに印加している。しかしこのような配線
仕様および巻線仕様（以下適宜、「巻線仕様等」とい
う。）とした場合、本発明者の解析によれば、隣接する
逆相間で、モータの出力トルクに寄与しない磁束が多く
発生してしまうことが明らかとなった。このため、所望
の高トルクを得ようとすると、一層高い印加電圧を加え
ることが必要となる。しかし、通常、印加電圧には限り
がある。特に、ＥＶやＨＶ等のようにバッテリ等を電源
とする場合には、印加電圧の上限規制が厳しい。従っ
て、所定の電源電圧内でより高トルクを得る場合には、
従来のような巻線仕様等は必ずしも好ましいものではな
い。

【０００４】ところで、車両駆動用モータ等ではない
が、そのような巻線仕様等を改善したインナーロータ型
モータが、特開２００１−２７５３２５号公報に開示さ
れている。具体的には、同公報の図１１にもあるよう
に、相互に隣接しない３極に設けたコイルを直列接続し
て各々１相分とし、巻線方向は全て同一としたものであ
る。これにより、同相コイル間での相互インダクタンス
が小さくなり、出力トルクの低下が抑制されるとその公
報には記載されている。ところが、その公報の図６また
は図７にも示されているように、そのモータは永久磁石
を出力軸の外表面全体に密に貼着させた構造（ＳＰＭ構
造）を採用している。この構造を採用しているのは、そ
のモータが電動パワーステアリング用の駆動モータであ
って、その回転数が高々数十ｒｐｍ程度の低速モータだ
からである。すなわち、数百ｒｐｍを超えるような中高
速タイプのモータの場合なら、遠心力による永久磁石の
飛出しを生じ得るおそれがあるため、ＳＰＭ構造を採用
することは難しい。また、そもそもＳＰＭ構造のモータ
なら、上記のような巻線仕様等を敢て採用する必要性も
乏しい。ロータ側に界磁突極が存在せず、ロータの回転
に伴う磁束変化も比較的緩やかだからである。

【０００５】さらに、特開２０００−３５４３５７号公
報には、インナーロータに永久磁石を埋込んだ３相同期
電動機（モータ）が開示されている。そのモータは、ロ
ータコアの外周面形状を完全な円筒面形状とはせず、周
方向に凹凸が交互に繰返される形状としている。このロ
ータが回転すると、広狭のエアギャップが交互に繰返し
現れ、より大きなリアクタンストルクが生じるようにな
っている。しかし、このモータの場合、界磁側が８極で
あるものの、電機子側が前述した９コイルタイプではな
く、コイルが分布巻きされたタイプであって、そもそも
対象としているモータのタイプが異なる。

【０００６】

【発明が解決しようとする課題】本発明は、このような
事情を踏まえて為されたものであり、中高速域での運転
が可能であると共に、印加電圧を低減しつつ出力トルク
の向上を図ることができる磁石内包式インナーロータ型
モータを提供することを目的とする。

【０００７】

【課題を解決するための手段】本発明者はこの課題を解
決すべく鋭意研究し、試行錯誤を重ねた結果、前述の８
極９コイル型のブラシレス同期電動機を前提に、永久磁
石をインナーロータに内包して中高速回転を可能にする
とともに、磁石内包式とすることで生じる問題点を電機
子コイルの巻線仕様等を工夫したり、ロータを構成する
界磁コアの外周面形状を工夫することで解決し得ること
を見出し、本発明を完成するに至った。（１）すなわち、本発明の磁石内包式インナーロータ型
モータ（以下、適宜「モータ」という。）は、出力軸と
共に回転する界磁コアと該界磁コアの外周面近傍の内部
で（均等な）放射状に形成された界磁突極を挟んで周方
向に配列してなる８個またはその倍数個の永久磁石とか
らなり回転界磁を生じ得るロータと、該ロータの外周側
を環状に囲繞するヨークおよび該ヨークの内周面から該
ロータの外周面へ向けて（均等な）放射状に突出した９
本またはその倍数本のティースを有する電機子コアと該
電機子コアの各ティースに集中巻きされた電機子コイル
とからなり回転磁界を生じ得るステータと、を備えてな
る磁石内包式インナーロータ型モータであって、少なく
とも９本の前記ティースに設けられた電機子コイル間で
は、Ｕ相、Ｖ相およびＷ相の３相またはその倍数相の交
流がＵ相、Ｖ相、Ｕ相、Ｖ相、Ｗ相、Ｖ相、Ｗ相、Ｕ
相、Ｗ相の順に印加されると共にこれらの電機子コイル
の各巻線方向が同一方向であることを特徴とする。

【０００８】先ず、本発明に係るモータは、インナーロ
ータ型であると共に、このロータ内に配設された永久磁
石が界磁を形成するブラシレス同期電動機である。この
ため、全体的にコンパクトでその構造も簡素である。ま
た、いわゆる８極９コイル型モータであるため、高トル
クで滑らかな出力特性が得られる。しかも本発明のモー
タは、その永久磁石がロータの外表面ではなく（つま
り、ＳＰＭ構造ではなく）、その内部に配設されている
内包型であるために（つまり、ＩＰＭ構造であるため
に）、高速運転した場合でも、永久磁石の飛出しが容易
に防止される。また、高価な永久磁石の使用量が、ＳＰ
Ｍ構造を採用した場合よりもＩＰＭ構造を採用した場合
の方が少なくできるため、コスト的にも有利となる。さ
らには、無通電状態で発生する（つまり、発電される）
逆起電力も、ＳＰＭ構造よりもＩＰＭ構造を採用した場
合の方が少ないため、耐電圧性や絶縁性の確保が容易と
なり、モータの高速化および低コスト化を図る上で一層
有利である。次に、本発明のモータは、これらに加え
て、上述のような特徴的な巻線仕様等を有する。その結
果、出力トルクに寄与しない、隣接する電機子コイル
と、永久磁石を内包型とする際に形成された界磁突極
（界磁コア内で永久磁石の両翼間に形成された部分）と
の間に流れるループ状の磁束が抑制される。そして、モ
ータの運転中（つまり、通電中）の印加電圧を抑制しつ
つ、従来と同等以上のトルクを得ることができるように
なった。また、上記のような巻線仕様等にしたため、界
磁突極が電機子コイルの相を跨ぐときに生じる電機子コ
イル内の磁束変化量も小さくなり、ピーク的に大きな逆
起電力が電機子コイルに生じることもない。そのため、
本発明のモータを電流制御する場合、モータへの印加電
圧波形は正弦波形に近づき、各相の中性点の電位も０近
傍で安定し、モータの制御性を向上させることができ
た。

【０００９】（２）このような本発明の効果は、次のよ
うにしても得られる。すなわち、本発明は、出力軸と共
に回転する界磁コアと該界磁コアの外周面近傍の内部で
（均等な）放射状に形成された界磁突極を挟んで周方向
に配列してなる８個またはその倍数個の永久磁石とから
なり回転界磁を生じ得るロータと、該ロータの外周側を
環状に囲繞するヨークおよび該ヨークの内周面から該ロ
ータの外周面へ向けて（均等な）放射状に突出した９本
またはその倍数本のティースを有する電機子コアと該電
機子コアの各ティースに集中巻きされた電機子コイルと
からなり回転磁界を生じ得るステータと、を備えてなる
磁石内包式インナーロータ型モータであって、前記界磁
コアは、前記界磁突極の外周面側に軸方向に延在する磁
気抵抗溝を有することを特徴とする磁石内包式インナー
ロータ型モータであっても良い。

【００１０】このモータの場合、巻線仕様等については
特に限定されないが、それ以外の全体的な構造は前述し
たモータと同様である。このモータに上記磁気抵抗溝を
設けると、磁気抵抗の増加により、ロータの界磁突極か
らステータのティースへ直接流れる磁束が抑制、防止さ
れて、ほとんどの磁束が界磁突極の両脇にある永久磁石
のいずれかを通過するようになる。その結果、磁束が有
効にトルクに反映されるようになる。しかもその磁束
は、永久磁石を通過することで弱められるため、電機子
コイルに発生する逆起電力が小さくなり、印加電圧の低
減にも役立つ。従って、印加電圧を抑制しつつ出力トル
クを向上させることが可能となる。この磁気抵抗溝の断
面形状は、方形状でも三角形状でも円弧形状でも良い
が、磁束変化を滑らかにするためには円弧状（逆Ｒ状）
が好ましい。

【００１１】ところで、本発明のいずれのモータも、電
機子コアのティースに電機子コイルが集中巻きされた状
態となっている。集中巻きすることで、電機子コイルの
形成が容易となり、ステータひいてはモータの生産性を
一層向上させることができる。その場合、電機子コイル
をティースに挿着されるカセット式コイルとして形成す
ると、巻線の巻回を電機子コアから独立させて行えるた
め、一層モータの生産性を向上させることができる。ま
た、そのカセット式コイルを全て同一形状とせずに、例
えば、直方体状コイルと角錐状コイルとを交互に組合わ
せたりすることで、電機子コアのスロット内におけるコ
イル（銅）の充填率を向上させることもできる。さら
に、電機子コイルおよびティースは、軸方向にスキュー
され（捻られ）ていても良い。これにより磁束の変化を
緩やかにして、出力トルクや印加電圧の変化を滑らかに
することができる。

【００１２】本発明の磁石内包式インナーロータ型モー
タの用途は種々考えられるが、車両駆動用モータとして
使用されると好適である。その場合、高トルクを円滑に
出力するために、ロータに設ける永久磁石を１６個と
し、ステータに設けるティースを１８本（つまりは電機
子コイルを１８個）とするとより好ましい。一般にそれ
らの最小公倍数が増加する程、コギングが低減されるか
らである。なお、言うまでもないが、本発明は、巻線仕
様等を上述のようにした場合と磁気抵抗溝を設けた場合
とを選択的に採用したモータに限られず、両者を併用さ
せたモータとすることも当然に可能であり、一層特性の
優れたモータが得られる。

【００１３】

【発明の実施の形態】次に、実施形態を挙げ、本発明を
より詳しく説明する。本発明に係る実施形態である磁石
内包式インナーロータ型モータ１００（以下単に「モー
タ１００」という。）の半断面図を図１に示す。このモ
ータ１００は、ハイブリット車の駆動モータとして使用
されるものであり、モータ主軸（出力軸）１と一体的に
回転するロータ２と、このロータ２の外周側を環状に囲
繞するステータ３とから主になる。後述するように、モ
ータ１００は、永久磁石Ｍを１６個、電機子コイルＣを
１８個備えるが、電気角２π当りで観ると、永久磁石Ｍ
を８個、電機子コイルＣを９個備える８極９コイル型バ
ーニアモータである。そして、永久磁石Ｍと電機子コイ
ルＣとの間で生じる磁気吸引力の差動に基づき、ロータ
２を回転させ、大きなトルクを滑らかに出力する。

【００１４】ロータ２は、環状に打抜かれて両面が絶縁
被覆された薄い電磁鋼板を軸方向に積層して形成された
円筒状の界磁コア２０と、この界磁コア２０の内部に配
設された１６個の永久磁石Ｍ１〜Ｍ１６とからなる。界
磁コア２０の最外周面近傍の内部１６箇所には、長円状
のスロット２１が均等な間隔で環状に形成されている。
そして、隣接するスロット２１間に形成された１６個の
部分が界磁突極２２となっている。さらに、界磁突極２
２の外周側に位置する、界磁コア２０の最外周面の１６
カ所には、軸方向に延在する円弧状断面の磁気抵抗溝２
３が設けられている。なお、図１中では、便宜上、界磁
突極、磁気抵抗溝およびスロット２１の符合を一つずつ
しか記載していないが、それぞれ１６個ずつ均等に存在
する。

【００１５】長円状の永久磁石Ｍ１〜Ｍ１６（図１では
Ｍ１〜Ｍ８を図示：以下適宜「永久磁石Ｍ」という。）
は、前記スロット２１にそれぞれ収納保持され、ロータ
２（界磁コア２０）に内包された状態となっている。こ
ららの永久磁石Ｍは、ＮｄＦｅＢ系またはＳｍＦｅＮ系
の異方性希土類永久磁石からなり、半径方向に（つま
り、外周面側と内周面側とに）Ｓ極とＮ極とをもつ。そ
して、永久磁石Ｍ１〜Ｍ１６は、各々のＳ極とＮ極とが
ロータ２の外周面側に交互に現れるように配置されてい
る。

【００１６】ステータ３も、櫛歯環状に打抜かれて両面
が絶縁被覆された薄い電磁鋼板を軸方向に積層して形成
された、略円筒状の電機子コア３０と、この電機子コア
３０の内周側に設けられた１８個の電機子コイルＣ１〜
Ｃ１８（図１ではＣ１〜Ｃ９を図示：以下適宜「電機子
コイルＣ」という。）とからなる。電機子コア３０は、
外周側に形成された環状のヨーク３１と、このヨーク３
１の内周面側からロータ２の中心に向けて均等な放射状
に突出したティースＴ１〜Ｔ１８（図１ではＴ１〜Ｔ９
を図示：以下適宜「ティースＴ」という。）とを有す
る。これらのティースＴの内周側端面は、界磁コア２０
の外周面にまで近接している。

【００１７】電機子コイルＣ１〜Ｃ１８は、ティースＴ
１〜Ｔ１８にそれぞれ挿着された、集中巻き状態のカセ
ット式電機子コイルからなる。このカセット式の電機子
コイルＣは、図２に示すようなものであり、カセット型
ボビンＢとそこに巻回される巻線Ｄとからなる。カセッ
ト型ボビンＢは、ティースＴに挿入可能な内形状をもつ
方形筒状部材であり、巻線Ｄの端部を保持する鍔をヨー
ク３１側に有する。なお図２は、図１に示すティースＴ
１〜Ｔ３と、それらに挿着される電機子コイルＣ１〜Ｃ
３とを例示したものである。

【００１８】図１に示したモータ１００の場合、各電機
子コイルＣは全て同一形状としているが、形状の異なる
カセット式の電機子コイルＣを交互に組合わせて、電機
子コア３０内での巻線の充填率を向上させても良い。例
えば、図２に示した電機子コイルＣ１およびＣ３を直方
体状のカセット式電機子コイルとし、それらに挟まれる
電機子コイルＣ２をヨーク３１側に拡大した角錐状のカ
セット式電機子コイルとしても良い。なお、電機子コイ
ルＣ１〜Ｃ３の組付けは、先ず、角錐状のカセット式電
機子コイルＣ２を先に挿着した後に、残りの直方体状カ
セット式電機子コイルＣ１、Ｃ３を挿着すれば良い。い
ずれの場合でも、各ティースＴと各電機子コイルＣとの
組合わせにより、全体として１８個の電機子突極が形成
されることになる。

【００１９】次に、電機子コイルＣ１〜Ｃ９の巻線仕様
および配線仕様を図３および図４を用いて説明する。言
うまでもないが、残りの電機子コイルＣ１０〜１８の巻
線仕様および配線仕様は、電機子コイルＣ１〜Ｃ９と同
様である。図３から分るように、ティースＴ１〜Ｔ９に
巻回された電機子コイルＣ１〜Ｃ９は、全て同じ向きに
巻回されている。これにより、後述する優れた効果を発
現すると共に、電機子コイルＣの巻回方向をすべて同一
とすることでカセット式電機子コイルの生産性も向上す
る。

【００２０】図１〜図４および図９では、このような巻
回方向を正巻として「＋」符号を付けて示した。図１０
に示す従来のモータのように、電機子コイルの巻回方向
に正巻と逆巻とがある場合には、それぞれ「＋」、
「−」を付して示した。もっとも、ここでいう正巻、逆
巻は、便宜的な呼称であり、巻回方向が統一されている
限り、右巻でも左巻でも良い。

【００２１】図１または図３からも明らかなように、電
機子コイルＣ１〜Ｃ９には、順にＶ ₁相、Ｕ₁相、Ｖ
₂相、Ｗ₁相、Ｖ₃相、Ｗ₂相、Ｕ₂相、Ｗ₃相、Ｕ₃相の３
相交流が印加されている。なお、Ｕ相（Ｕ₁〜₃相）、Ｖ
相（Ｖ₁〜₃相）およびＷ相（Ｗ₁〜₃相）の添字１〜３は
電機子コイルＣの接続順を示すために、便宜的に付した
ものである。これら電機子コイルＣの配線図は図４に示
す通りである。同相となる３つの電機子コイルＣは直列
に接続され、その一端は３相端子Ｕ₀、Ｖ₀およびＷ₀に
接続され、他端は中性点Ｎ₀で接続され、全体としては
Ｙ（スター）結線とされている。

【００２２】モータ１００は、ハイブリット車のバッテ
リを直流電源として、ＥＣＵによってインバータ制御さ
れている。このＥＣＵは、エンコーダ等により検出され
たロータ２の回転位置に基づいてインバータ制御する周
波数を決定すると共に出力要求に応じた交流電流を各端
子Ｕ₀、Ｖ₀およびＷ₀へ供給する。出力トルクが安定し
ている場合、供給される電流も安定的となるが、各端子
Ｕ₀、Ｖ₀およびＷ₀への印加電圧は、一般的に安定して
いるとは限らない。このことを図５および図６を用いて
説明する。

【００２３】図５は、モータ１００の端子Ｕ₀、Ｖ₀、Ｗ
₀および中性点Ｎ₀における電圧波形を解析的に求めたグ
ラフである。また、図６は、モータ１００と同構造のモ
ータに対して、電機子コイルＣの配線仕様および巻線仕
様を変更した場合の、端子Ｕ ₀、Ｖ₀、Ｗ₀および中性点
Ｎ₀における電圧波形を解析的に求めたグラフである。
この場合の巻線仕様等は、図１０に示すように、電機子
コイルＣ’１〜Ｃ’９間で順に、Ｕ−、Ｖ−、Ｖ＋、Ｖ
−、Ｗ−、Ｗ＋、Ｗ−、Ｕ−、Ｕ＋としたものである。
この場合を比較形態と呼び、部材の符号には適宜「’」
を付して本実施形態と区別した。なお、図５、図６は、
最大出力トルクをほぼ同様としたときの印加電圧波形の
グラフである。図５から明らかなように、本実施形態に
係るモータ１００の場合、各相の端子電圧はいずれも滑
らかな正弦波形を描いている。また、中性点電圧もほぼ
０で安定している。従って、モータ１００は、電圧制御
し易いモータとなっていることが分かる。

【００２４】一方、比較形態の場合は、図６から明らか
なように、端子電圧が部分的に大きく跳ね上がってお
り、電圧波形も正弦波形から大きく崩れたものとなって
いる。また、それに伴って、中性点電圧も大きくばらつ
いている。従って、このような従来のモータは、電圧制
御し難いものであったことが分かる。さらに、図５およ
び図６の電圧波形を比較すると、図５に示すモータ１０
０の場合、相電圧比は高々１．３であるのに対して、図
６に示す比較形態の場合、相電圧比はその約２倍の２．
５まで大きくなっている。逆に言えば、モータ１００を
用いると、同程度の出力トルクを得るために必要となる
電源電圧は、従来の約１／２程度で良いことになる。従
って、ハイブリット車や電気自動車の電源ように、あま
り大きな電源電圧を得られない場合であっても、モータ
１００を駆動モータとして使用すれば、十分に大きな出
力トルクを安定して得ることができるようになることが
分かった。なお、ここでいう相電圧比とは、分布巻きし
たときのピーク電圧を１としたときの比である。参考ま
でに、この分布巻きモータの端子電圧および中性点電圧
の電圧波形を図７に示した。

【００２５】モータ１００と、前述の比較形態のモータ
と、この分布巻きモータとの最大トルク特性を図８に示
す。図８中のトルク比は、分布巻きモータの最大トルク
を１としたときの比で表したものである。この図８と前
述の図５とを観れば解るように、本実施形態のモータ１
００の場合、出力トルクが約１．８倍となっているにも
拘わらず、相電圧のピークは約１．３倍になっているに
過ぎない。このこと、モータ１００が如何に低電圧で高
トルクを出力しているかが解る。

【００２６】次に、モータ１００がこのような優れた特
性を発揮する理由を図９〜図１２を用いて説明する。図
９および図１０は、モータ１００と前述の比較形態のモ
ータとについて、磁束の様子をそれぞれ示したものであ
る。両図から次のことが解る。図１０に示した比較形態
のモータのように、例えば、隣接する電機子コイルＣ’
５、Ｃ’６およびＣ’７が逆相関係にある場合、それら
の近傍にあるロータ２’の界磁突極２２’を通してそれ
らの電機子コイルＣ’５〜Ｃ’７間でループ状の磁束が
形成されている。この磁束は、出力トルクと無関係であ
り、各電機子コイルＣ’に大きな逆起電力を生じさせる
こととなる。また、界磁突極２２’が相の異なる電機子
コイルＣ’を跨ぐ際に磁束が急変するため、それに伴っ
て電圧も急変してしまう。このようなことが、図６に示
したような、ピーク電圧の高い、刺々しい電圧波形を生
じさせた考えられる。これに対し、本実施形態に係るモ
ータ１００の場合、図９からも明らかなように、上述の
ような無効なループ状の磁束がかなり抑制されている。
この結果、図５に示したように、通電中のピーク電圧が
約１／２まで低下し、各端子電圧波形がほぼ正弦波形を
描くと共に中性点電圧もほぼ０近傍で安定したと考えら
れる。

【００２７】次に、本実施形態であるモータ１００の磁
気抵抗溝２３周辺の磁束の様子を図１１に、磁気抵抗溝
を設けなかった場合の磁束の様子を比較形態として図１
２にそれぞれ拡大して示した。図１１および図１２中、
同部材等には同符号を付して示したが、モータ１００と
異なる部分には「”」を付して示した。図１２に示すよ
うに、磁気抵抗溝をロータ２”の外周面に設けなかった
場合、永久磁石Ｍａからでた磁束φ”のほとんど全て
が、ロータ２”の内部から界磁突極２２”を通過して、
ステータ３のティースＴおよびヨーク３１へと流れてい
る。径方向に延びる界磁突極２２”を通過する磁束φ”
は、出力トルクに寄与せず、電機子コイルＣに発生する
逆起電力を増加させるように作用する。

【００２８】これに対し、磁気抵抗溝２３を有するモー
タ１００の場合、永久磁石Ｍａからでた磁束φのほとん
どは、ロータ２の内部から隣接する永久磁石Ｍｂを経由
して（界磁突極２２を通過せずに）、ステータ３のティ
ースＴおよびヨーク３１へと流れている。ロータ２（界
磁コア２０）の外周面とティースＴの内周端面との間に
形成されるエアギャップが、界磁突極２２の外周側で局
部的に大きくなり、磁気抵抗が増大したからである。こ
のような磁束の回り込みは、出力トルクを増大させる方
向に作用する。また、磁束φが永久磁石Ｍｂを通過する
際に永久磁石Ｍｂの磁気抵抗によって弱められるため、
ティースＴに流れた磁束φが電機子コイルＣで生じさせ
る逆起電力も小さなものとなる。本発明者の解析による
と、このような磁気抵抗溝２３を設けることで、出力ト
ルクを数％増加させると共に印加電圧で数％減少させる
ことができた。なお、磁気抵抗溝２３の形状は、磁束の
変化を滑らかにする観点から、断面円弧形状（逆Ｒ形
状）としたが、断面が逆三角形状等であっても良い。

【００２９】

【発明の効果】本発明の磁石内包式インナーロータ型モ
ータによれば、中高速運転が可能となると共に、印加電
圧を減少させつつ出力トルクの向上を図れる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の実施形態に係る磁石内包式インナーロ
ータ型モータの半断面図である。

【図２】そのモータのステータを構成する電機子コアと
そこに挿着されるカセット式電機子コイルとを示した斜
視図である。

【図３】その電機子コイルの配線仕様および巻線仕様を
示す説明図である。

【図４】その電機子コイルの回路図である。

【図５】そのモータの三相端子および中性点の電圧波形
を示すグラフである。

【図６】電機子コイルの配線仕様および巻線仕様を変更
した比較形態に係るモータの三相端子および中性点の電
圧波形を示すグラフである。

【図７】分布巻きした電機子コイルからなるモータの三
相端子および中性点の電圧波形を示すグラフである。

【図８】これら３種のモータの最大トルク特性を示すグ
ラフである。

【図９】実施形態に係るモータのロータおよびステータ
間に流れる磁束の様子を示した解析図である。

【図１０】前記比較形態に係るモータのロータおよびス
テータ間に流れる磁束の様子を示した解析図である。

【図１１】磁気抵抗溝を設けた本実施形態に係るモータ
の界磁突極周辺における磁束の様子を示した模式図であ
る。

【図１２】磁気抵抗溝を設けなかったモータの界磁突極
周辺における磁束の様子を示した模式図である。

【符号の説明】

１モータ主軸（出力軸）２ロータ２０界磁コア２２界磁突極２３磁気抵抗溝３ステータ３０電機子コア３１ヨークＣ電機子コイルＭ永久磁石Ｔティース

───────────────────────────────────────────────────── 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 29/00 Ｈ０２Ｋ 29/00 ＺＦターム(参考） 5H019 AA05 BB01 CC03 CC06 CC09 DD01 5H603 AA01 BB01 BB09 BB12 CA01 CA05 CB02 CB26 CC04 CC06 CC11 CC18 CD21 CD32 CE01 EE12 5H604 AA08 BB01 BB10 BB14 BB17 CC01 CC05 CC14 PB03 5H621 BB07 GA01 GA04 GA14 GB08 HH03 5H622 AA03 CA02 CA07 CA09 CB03 CB05 DD02

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】出力軸と共に回転する界磁コアと該界磁コ
アの外周面近傍の内部で放射状に形成された界磁突極を
挟んで周方向に配列してなる８個またはその倍数個の永
久磁石とからなり回転界磁を生じ得るロータと、該ロータの外周側を環状に囲繞するヨークおよび該ヨー
クの内周面から該ロータの外周面へ向けて放射状に突出
した９本またはその倍数本のティースを有する電機子コ
アと該電機子コアの各ティースに集中巻きされた電機子
コイルとからなり回転磁界を生じ得るステータと、を備えてなる磁石内包式インナーロータ型モータであっ
て、少なくとも９本の前記ティースに設けられた電機子コイ
ル間では、Ｕ相、Ｖ相およびＷ相の３相またはその倍数
相の交流がＵ相、Ｖ相、Ｕ相、Ｖ相、Ｗ相、Ｖ相、Ｗ
相、Ｕ相、Ｗ相の順に印加されると共にこれらの電機子
コイルの各巻線方向が同一方向であることを特徴とする
磁石内包式インナーロータ型モータ。
【請求項２】出力軸と共に回転する界磁コアと該界磁コ
アの外周面近傍の内部で放射状に形成された界磁突極を
挟んで周方向に配列してなる８個またはその倍数個の永
久磁石とからなり回転界磁を生じ得るロータと、該ロータの外周側を環状に囲繞するヨークおよび該ヨー
クの内周面から該ロータの外周面へ向けて放射状に突出
した９本またはその倍数本のティースを有する電機子コ
アと該電機子コアの各ティースに集中巻きされた電機子
コイルとからなり回転磁界を生じ得るステータと、を備えてなる磁石内包式インナーロータ型モータであっ
て、前記界磁コアは、前記界磁突極の外周面側に軸方向に延
在する磁気抵抗溝を有することを特徴とする磁石内包式
インナーロータ型モータ。
【請求項３】前記磁気抵抗溝は、断面が円弧状である請
求項２記載の磁石内包式インナーロータ型モータ。
【請求項４】前記電機子コイルは、前記ティースに挿着
されるカセット式コイルからなる請求項１または２に記
載の磁石内包式インナーロータ型モータ。
【請求項５】車両駆動用モータに使用される請求項１ま
たは２に記載の磁石内包式インナーロータ型モータ。
【請求項６】前記永久磁石は１６個であり、前記ティー
スは１８本である請求項５に記載の磁石内包式インナー
ロータ型モータ。