JP2007074870A

JP2007074870A - 永久磁石埋込型ロータおよび永久磁石埋込型モータ

Info

Publication number: JP2007074870A
Application number: JP2005261514A
Authority: JP
Inventors: Kazutaka Tatematsu; 和高立松; Ryoji Mizutani; 良治水谷; Yasuhiro Endo; 康浩遠藤
Original assignee: Toyota Motor Corp
Current assignee: Toyota Motor Corp
Priority date: 2005-09-09
Filing date: 2005-09-09
Publication date: 2007-03-22
Also published as: CN1933288A; DE102006000455A1; US20070057589A1

Abstract

【課題】集中巻方式のステータと組み合わせて使用された場合におけるロータ損失の低減が図られた永久磁石埋込型ロータを提供する。
【解決手段】ロータ２０は、ロータコア２２の内部に永久磁石２３ａ，２３ｂが埋め込まれてなる永久磁石埋込型ロータである。このロータ２０において、ロータコア２２のうち永久磁石２３ａ，２３ｂとロータ外周との間の部分は、他の部分よりも高周波特性に優れた材料で構成される。
【選択図】図１

Description

本発明は、ロータコアの内部に永久磁石が埋め込まれてなる永久磁石埋込型ロータ、およびこれを用いた永久磁石埋込型モータに関する。

ステータコアのティースにコイルが集中巻されてなる集中巻方式のステータと、ロータコア内部に永久磁石が埋め込まれてなる永久磁石埋込型（IPM: Interior Permanent Magnet）ロータとを組み合わせて構成するモータ（以下、集中巻ＩＰＭモータと称す）が知られている（例えば、特許文献１参照）。

図２は、特許文献１に開示されている集中巻ＩＰＭモータの概略断面図である。図２において、集中巻ＩＰＭモータは、３相４極モータであり、集中巻方式のステータ５０と、その内側に配置された永久磁石埋込型のロータ６０とから構成されている。ステータ５０は、ステータコア５１に設けられた６個のティース５１ａ，５１ｂ，５１ｃ，５１ｄ，５１ｅ，５１ｆにＵ，Ｖ，Ｗ各相のコイル５２ｕ，５２ｖ，５２ｗが集中巻されてなる。一方、ロータ６０は、回転軸６１に装着されたロータコア６２の内部に永久磁石６３ａ，６３ｂ，６３ｃが４極分だけ埋め込まれてなる。この構成では、永久磁石がロータコア内部に埋め込まれていることより、マグネットトルクに加えてリラクタンストルクを利用することができ、高効率を得ることができる。また、ステータのコイルが集中巻であることより、分布巻と比較して小型化や低コスト化を図ることができる。

特開２００３−８８０１９号公報特開２０００−１６６１３５号公報特開２００１−２８６１０９号公報特開２００１−２３８３８２号公報特開２００１−３３２４１１号公報

図２において、左上の磁極（Ｎ極）に注目すると、磁極から出た磁束が流れ込むティースは、ロータ６０の回転に応じて、ティース５１ａ→５１ｂ→５１ｃ→５１ｄ→・・・といった具合に切り替わる。このとき、集中巻方式ではティースピッチが広いため磁束が急激に曲げられることとなり、磁束の変化に基づく渦電流が多大となる。より具体的には、ある磁極が３相分のティースを通過する際、３回磁束が急変するので、ステータ基本周波数（ステータに供給される３相交流の周波数）の３倍の調波が発生し、ロータ損失（渦電流損）が増大してしまう。ここで、調波の発生部位は、磁束が急変する部分、すなわちロータコア６２のうち永久磁石６３ａ，６３ｂ，６３ｃとロータ外周との間の部分６２ａが殆どである。このように、集中巻ＩＰＭモータでは、一般に、基本周波数を高くするとロータ損失が増大してしまう。

そこで、本発明は、集中巻方式のステータと組み合わせて使用された場合におけるロータ損失の低減が図られた永久磁石埋込型ロータ、およびこれを用いた永久磁石埋込型モータを提供する。

本発明に係る永久磁石埋込型ロータは、ロータコアの内部に永久磁石が埋め込まれてなる永久磁石埋込型ロータであって、前記ロータコアのうち前記永久磁石とロータ外周との間の部分が、他の部分よりも高周波特性に優れた材料で構成されていることを特徴とする。

また、本発明に係る永久磁石埋込型ロータは、複数の電磁鋼板が積層された積層コアの内部に永久磁石が埋め込まれてなる永久磁石埋込型ロータであって、前記積層コアのうち前記永久磁石とロータ外周との間の部分には、ロータ回転軸方向に沿って挿入孔が形成され、前記挿入孔には、絶縁皮膜で被覆された磁性粉末が加圧成形されてなる圧粉磁心が挿入されていることを特徴とする。

本発明に係る永久磁石埋込型モータは、上記いずれかの永久磁石埋込型ロータと、集中巻方式のステータとが組み合わされて構成されることを特徴とする。

本発明によれば、集中巻方式のステータと組み合わせて使用された場合におけるロータ損失の低減が図られた永久磁石埋込型ロータ、およびこれを用いた永久磁石埋込型モータを提供することができる。

以下、本発明の実施の形態を図面に従って説明する。

図１は、本実施の形態に係る集中巻永久磁石埋込型（ＩＰＭ）モータ１の概略断面図である。この集中巻ＩＰＭモータ１は、集中巻方式のステータ１０と、永久磁石埋込型のロータ２０とが組み合わされて構成されたモータである。

ステータ１０は、略円筒形状であり、主としてステータコア１１とこれに巻回されるコイル１２とで構成されている。ステータコア１１は、略円筒形状のヨーク部１１ａと、このヨーク部１１ａの内側に所定間隔ごとに中心軸に向けて延設された３ｎ（ｎは正数、図１ではｎ＝２）個のティース部１１ｂとで構成されている。ステータコア１１は、好適には、複数枚の薄い電磁鋼板（珪素鋼板等）が軸方向に積層されてなる。３ｎ個のティース部１１ｂには、各相のコイル１２が集中巻により巻回されている。

ロータ２０は、略円筒形状であり、ステータ１０の内部にエアギャップを介してステータ１０と同軸に配置されている。ロータ２０は、回転軸２１を備えている。この回転軸２１には、これを中心軸とする円筒形状のロータコア２２が装着されている。このロータコア２２の内部には、２ｎ極（図１では４極）分の永久磁石が埋め込まれている。そして、ロータコア２２のうち永久磁石とロータ外周との間の部分は、当該部分における高周波鉄損を低減させる観点より、他の部分よりも高周波特性に優れた材料（高周波域での鉄損が小さい材料）で構成されている。

具体的には、本実施の形態では、ロータコア２２の大部分は、複数枚の電磁鋼板（珪素鋼板等）が軸方向に積層されてなる積層コア２２ａで構成されている。この積層コア２２ａには、ロータ中心に向かって凸となるＶ字状の永久磁石挿入孔２２ｂが、周方向に等間隔で磁極数分（ここでは４個）だけ形成されている。そして、それぞれの永久磁石挿入孔２２ｂには、Ｖ字を構成する２つの辺に永久磁石が１個ずつ配置される態様で、軸方向に延びる直方体形状の一対の永久磁石２３ａ，２３ｂが挿入されている。一対の永久磁石２３ａ，２３ｂは、ロータ外周側の極性が同一となるように着磁されており、１つの磁極を構成している。したがって、４組の一対の永久磁石２３ａ，２３ｂにより、４つの磁極が構成されている。各組の一対の永久磁石２３ａ，２３ｂは、隣り合う極同士で極性が異なるように着磁されている。したがって、ロータ周方向に沿って、Ｎ極とＳ極とが交互に配置されている。

さらに、積層コア２２ａのうち永久磁石挿入孔２２ｂとロータ外周との間の部分には、回転軸２１方向に沿って合計４個の圧粉磁心挿入孔２２ｃが形成されている。そして、圧粉磁心挿入孔２２ｃのそれぞれには、圧粉磁心２２ｄが挿入されている。この圧粉磁心２２ｄは、広く知られているとおり、絶縁皮膜で被覆された磁性粉末が加圧成形されたものであり、高周波域での鉄損が小さく、高周波特性に優れたものである。なお、圧粉磁心挿入孔２２ｃの大きさは、ロータ２０に必要とされる強度や高周波特性に基づいて適宜に設定されればよい。

上記構成において、ステータ１０のコイル１２に３相交流が供給されると、回転磁界が発生し、マグネットトルクおよびリラクタンストルクによりロータ２０が回転軸２１周りに回転する。このとき、先述したとおり、ロータコア２２のうち永久磁石とロータ外周とで挟まれる領域において、磁束の急激な変化が生じ、ステータ基本周波数（上記３相交流の周波数）の３倍の調波が発生する。本実施の形態では、この調波が発生する領域には高周波特性に優れた圧粉磁心２２ｄが配置されているので、調波による渦電流が抑えられ、ロータ損失が低く抑えられる。

以上のとおり、本実施の形態に係るＩＰＭロータでは、ロータコアのうち永久磁石とロータ外周との間の部分が、他の部分よりも高周波特性に優れた材料で構成されている。このため、本実施の形態に係るＩＰＭロータによれば、集中巻方式のステータとＩＰＭロータとを組み合わせて使用する場合において、永久磁石とロータ外周との間の部分に発生する調波によるロータ損失を低減することができる。これにより、ステータ基本周波数をより高くすることが可能となり、集中巻ＩＰＭモータをより高い回転数で使用することが可能となる。この結果、高い回転数が要求される車両走行用モータに適した集中巻ＩＰＭモータを提供することが可能となる。

また、本実施の形態に係るＩＰＭロータでは、調波発生部分を他の部分よりも高周波特性に優れた材料で構成するので、ロータコア全体を高周波特性に優れた材料で構成する場合に生じる問題を回避することができる。例えば、ロータコア全体を非常に薄い電磁鋼板を積層して構成した場合、ロータ損失は低減するが、プレス性が悪化してしまい、コストが高くなってしまう。また、例えば、ロータコア全体を圧粉磁心で構成した場合、ロータ損失は低減するが、強度が低くなってしまい、ロータを高回転で回すことができなくなる。

また、本実施の形態に係るＩＰＭロータでは、ロータコアの大部分は、複数の電磁鋼板が積層されてなる積層コアである。そして、積層コアのうち永久磁石とロータ外周との間の部分に圧粉磁心挿入孔が形成され、この圧粉磁心挿入孔に圧粉磁心が挿入される。このため、本実施の形態に係るＩＰＭロータによれば、高強度を維持しつつ、高周波特性を向上させることができる。また、比較的簡易な方法で製造することができ、低コスト化を図ることができる。

なお、本発明は、上記実施の形態に限定されるものではなく、本発明の要旨を逸脱しない範囲内で種々変更することができる。例えば、本発明は、集中巻方式のステータとＩＰＭロータとが組み合わされた集中巻ＩＰＭモータについて広く適用可能であり、ステータの具体的構成（ティース数、形状、材料等）やロータの具体的構成（極数、永久磁石の配置パターン、形状、材料等）は、適宜変更可能である。また、上記実施の形態では、高周波特性に優れた材料として圧粉磁心を用いたが、特にこれに限定されない。

実施の形態に係る集中巻ＩＰＭモータの概略断面図である。特許文献１に開示されている集中巻ＩＰＭモータの概略断面図である。

符号の説明

１集中巻永久磁石埋込型モータ、１０ステータ、１１ステータコア、１１ａヨーク部、１１ｂティース部、１２コイル、２０ロータ、２１回転軸、２２ロータコア、２２ａ積層コア、２２ｂ永久磁石挿入孔、２２ｃ圧粉磁心挿入孔、２２ｄ圧粉磁心、２３ａ，２３ｂ永久磁石。

Claims

ロータコアの内部に永久磁石が埋め込まれてなる永久磁石埋込型ロータであって、
前記ロータコアのうち前記永久磁石とロータ外周との間の部分が、他の部分よりも高周波特性に優れた材料で構成されていることを特徴とする永久磁石埋込型ロータ。
複数の電磁鋼板が積層された積層コアの内部に永久磁石が埋め込まれてなる永久磁石埋込型ロータであって、
前記積層コアのうち前記永久磁石とロータ外周との間の部分には、ロータ回転軸方向に沿って挿入孔が形成され、
前記挿入孔には、絶縁皮膜で被覆された磁性粉末が加圧成形されてなる圧粉磁心が挿入されていることを特徴とする永久磁石埋込型ロータ。
請求項１または２に記載の永久磁石埋込型ロータと、集中巻方式のステータとが組み合わされて構成されることを特徴とする永久磁石埋込型モータ。