JP2008199790A - 永久磁石埋め込み型ロータ - Google Patents

Abstract

【課題】永久磁石の埋設量を減少させることなく、マグネットトルクとリラクタンストルクとを効率よく利用することができる永久磁石埋め込み型ロータを提供する。
【解決手段】本発明のロータ１０では、回転方向前進側のフラックスバリア部１２ｂの周方向の幅よりも、回転方向後進側のフラックスバリア部１２ｃの周方向の幅が大きくなるように、各フラックスバリア部１２ｂ，１２ｃの幅が規定されている。すなわち、永久磁石埋設用孔１２のうち、永久磁石１３が埋設されていない部分の形状を調整し、それにより、ｑｍ軸に対してｄｒ軸がずれた状態を実現している。このため、永久磁石１３の埋設量を減少させることなく、マグネットトルクとリラクタンストルクとを効率よく利用することができる。
【選択図】図２

Description

本発明は、略円筒形状のロータコアの内部に永久磁石を埋設して構成された永久磁石埋め込み型ロータに関する。

従来より、ラジアルギャップ型モータの界磁子として、永久磁石埋め込み型ロータが使用されている。図１１および図１２は、従来の永久磁石埋め込み型ロータ１１０を、回転軸に対して垂直な平面で切断した断面図である。図１１および図１２に示したように、永久磁石埋め込み型ロータ１１０は、鉄などの高磁率材料からなる略円筒形状のロータコア１１１を有し、ロータコア１１１の内部に周方向に沿って複数の永久磁石１１３が埋設された構成となっている。

このような永久磁石埋め込み型ロータ１１０では、径方向について磁束の通りやすい方向と磁束の通りにくい方向とがあり、このような性質を磁気的な突極性（あるいは逆突極性）という。永久磁石埋め込み型ロータ１１０を動作させると、永久磁石１１３とステータとの間の磁束により「マグネットトルク」が発生し、また、上記の突極性に起因して「リラクタンストルク」が発生する。このため、永久磁石埋め込み型ロータ１１０は、全体として高いトルクを得ることができる。

このような従来の永久磁石埋め込み型ロータについては、例えば、特許文献１に開示されている。

特開２００３−１１１３２１号公報

永久磁石埋め込み型ロータ１１０では、図１１に示したように、マグネットトルクに関する磁極中心軸としてのｄｍ軸と、マグネットトルクに関する磁極境界軸としてのｑｍ軸とが、それぞれ定義される。また、同一の永久磁石埋め込み型ロータ１１０において、図１２に示したように、リラクタンストルクに関する磁極中心軸としてのｄｒ軸と、リラクタンストルクに関する磁極境界軸としてのｑｒ軸とが、それぞれ定義される。

このような永久磁石埋め込み型ロータ１１０を動作させるときには、マグネットトルクとリラクタンストルクとを全体として最も効率良く得ることができるように、電流位相を制御しつつ動作させる。しかしながら、図１１および図１２に示したように、従来の永久磁石埋め込み型ロータ１１０では、通常ｄｍ軸とｑｒ軸とが一致し、また、ｄｒ軸とｑｍ軸とが一致する。このため、図１３に示したように、リラクタンストルクを増加させるべく電流位相を進めると、マグネットトルクが減少し、結果としてリラクタンストルクの増加分からマグネットトルクの減少分を差し引いたトルクアップしか得ることができなかった。

この点について、上記の特許文献１には、ロータコアの永久磁石埋設用孔内に永久磁石を偏在させた構成が開示されている。このように永久磁石を偏在させると、マグネットトルクとリラクタンストルクとの位相関係がずれ、マグネットトルクとリラクタンストルクとを効率よく利用できる可能性がある。しかしながら、特許文献１の構成では、永久磁石を偏在させるために永久磁石埋設用孔内の空隙部分を大きくする必要があった。このため、ロータコアに埋設される永久磁石の量が減少するという問題があった。

本発明は、このような事情に鑑みなされたものであり、永久磁石の埋設量を減少させることなく、マグネットトルクとリラクタンストルクとを効率よく利用することができる永久磁石埋め込み型ロータを提供することを目的とする。

上記課題を解決するため、請求項１に係る発明は、永久磁石埋め込み型ロータ（１０，２０，３０，４０，５０，６０）において、複数の永久磁石埋設用孔（１２，２２，３２，４２，５２，６２）を有する略円筒形状のロータコア（１１，２１，３１，４１，５１，６１）と、前記ロータコア（１１，２１，３１，４１，５１，６１）の前記複数の永久磁石埋設用孔（１２，２２，３２，４２，５２，６２）のそれぞれに埋設された複数の永久磁石（１３，２３，３３，４３，５３，６３）と、を備え、前記複数の永久磁石埋設用孔（１２，２２，３２，４２，５２，６２）のそれぞれは、前記ロータコア（１１，２１，３１，４１，５１，６１）の外周面に近接させた両端部（１２ｄ，１２ｅ，２２ｄ，２２ｅ，３２ｄ，３２ｅ，４２ｄ，４２ｅ，５２ｄ，５２ｅ，６２ｄ，６２ｅ）を有し、前記両端部（１２ｄ，１２ｅ，２２ｄ，２２ｅ，３２ｄ，３２ｅ，４２ｄ，４２ｅ，５２ｄ，５２ｅ，６２ｄ，６２ｅ）の周方向の幅は、回転方向前進側（１２ｄ，２２ｄ，３２ｄ，４２ｄ，５２ｄ，６２ｄ）に比べて回転方向後進側（１２ｅ，２２ｅ，３２ｅ，４２ｅ，５２ｅ，６２ｅ）が大きいことを特徴とする。

請求項２に係る発明は、請求項１に記載の永久磁石埋め込み型ロータ（１０）において、前記複数の永久磁石埋設用孔（１２）のそれぞれは、前記永久磁石（１３）を埋設するための埋設部（１２ａ）と、前記埋設部（１２ａ）の周方向の両端において前記ロータコア（１１）の外周面に近接し、前記永久磁石（１３）を埋設しない空隙部（１２ｂ，１２ｃ）と、を有し、前記永久磁石埋設用孔（１２）のそれぞれにおいて、回転方向後進側の前記空隙部（１２ｃ）の幅は、回転方向前進側の前記空隙部（１２ｂ）の幅よりも大きいことを特徴とする。

請求項３に係る発明は、請求項１に記載の永久磁石埋め込み型ロータ（２０，３０，４０，５０）において、前記複数の永久磁石埋設用孔（２２，３２，４２，５２）のそれぞれは、前記永久磁石（２３，３３，４３，５３）を埋設するための埋設部（２２ａ，３２ａ，４２ａ，５２ａ）と、前記埋設部（２２ａ，３２ａ，４２ａ，５２ａ）の周方向の両端において前記ロータコア（２１，３１，４１，５１）の外周面に近接し、前記永久磁石（２３，３３，４３，５３）を埋設しない空隙部（２２ｂ，２２ｃ，３２ｂ，３２ｃ，４２ｂ，４２ｃ，５２ｂ，５２ｃ）と、を有し、前記永久磁石埋設用孔（２２，３２，４２，５２）のそれぞれにおいて、回転方向前進側の前記空隙部（２２ｂ，３２ｂ，４２ｂ，５２ｂ）が、前記ロータコア（２１，３１，４１，５１）の外周面に向けて幅が狭くなる先細り形状を有していることを特徴とする。

請求項４に係る発明は、請求項３に記載の永久磁石埋め込み型ロータ（２０，４０）において、前記永久磁石埋設用孔（２２，４２）のそれぞれの回転方向前進側の前記空隙部（２２ｂ，４２ｂ）は、前記空隙部（２２ｂ，４２ｂ）の回転方向前進側の面（２２ｆ，４２ｆ）を傾斜させることにより前記先細り形状を形成していることを特徴とする。

請求項５に係る発明は、請求項１に記載の永久磁石埋め込み型ロータ（５０，６０）において、前記複数の永久磁石埋設用孔（５２，６２）のそれぞれは、前記永久磁石（５３，６３）を埋設するための埋設部（５２ａ，６２ａ）と、前記埋設部（５２ａ，６２ａ）の周方向の両端において前記ロータコア（５１，６１）の外周面付近に近接し、前記永久磁石（５３，６３）を埋設しない空隙部（５２ｂ，５２ｃ，６２ｂ，６２ｃ）と、を有し、前記永久磁石埋設用孔（５２，６２）のそれぞれにおいて、回転方向後進側の前記空隙部（５２ｃ，６２ｃ）が、前記ロータコア（５１，６１）の外周面に向けて幅が広くなっていることを特徴とする。

請求項６に係る発明は、請求項２から請求項５までのいずれかに記載の永久磁石埋め込み型ロータ（１０，３０，５０，６０）において、前記ロータコア（１１，３１，５１，６１）内の隣り合う前記永久磁石埋設用孔（１２，３２，５２，６２）の前記空隙部（１２ｂ，１２ｃ，３２ｂ，３２ｃ，５２ｂ，５２ｃ，６２ｂ，６２ｃ）の間に形成されるコア部（１１ａ，３１ａ，５１ａ，６１ａ）は、その周方向の幅が内周側から外周側にかけて略同一であることを特徴とする。

請求項７に係る発明は、永久磁石埋め込み型ロータ（７０）において、複数の永久磁石埋設用孔（７２）を有する略円筒形状のロータコア（７１）と、前記ロータコア（７１）の前記複数の永久磁石埋設用孔（７２）のそれぞれに埋設される複数の永久磁石（７３）と、を備え、前記複数の永久磁石埋設用孔（７２）のそれぞれは、前記永久磁石（７３）を埋設するための埋設部（７２ａ）と、前記埋設部（７２ａ）の周方向の両端において前記ロータコア（７１）の外周面に近接し、前記永久磁石（７３）を埋設しない空隙部（７２ｂ，７２ｃ）と、を有し、回転方向後進側の前記空隙部（７２ｃ）の近傍に、前記空隙部（７２ｃ）とは分離して形成された補助孔（７４）が設けられていることを特徴とする。

請求項８に係る発明は、永久磁石埋め込み型ロータ（８０）において、複数の永久磁石埋設用孔（８２）を有する略円筒形状のロータコア（８１）と、前記ロータコア（８１）の前記複数の永久磁石埋設用孔（８２）のそれぞれに埋設される複数の永久磁石（８３）と、を備え、前記複数の永久磁石（８３）の磁極境界部における前記ロータコア（８１）の外周面には、回転方向前進側に凹部（８１ｃ）が形成されていることを特徴とする。

請求項１〜６に記載の発明によれば、永久磁石埋め込み型ロータの永久磁石埋設用孔は、回転方向前進側の端部の周方向の幅よりも回転方向後進側の端部の周方向の幅が大きくなるように、その形状が規定されている。このため、マグネットトルクについての磁極境界軸（ｑｍ軸）とリラクタンストルクについての磁極中心軸（ｄｒ軸）とがずれ、これにより、永久磁石の埋設量を減少させることなく、マグネットトルクとリラクタンストルクとを効率よく利用することができる。

特に、請求項２に記載の発明によれば、永久磁石を埋設しない空隙部の幅を調整することにより、ｑｍ軸とｄｒ軸とがずれた状態を実現することができる。

特に、請求項３に記載の発明によれば、回転方向前進側の空隙部を先細り形状とすることにより、ｑｍ軸とｄｒ軸とがずれた状態を実現することができる。

特に、請求項４に記載の発明によれば、回転方向前進側の空隙部の回転方向前進側の面を傾斜させることにより、先細り形状を形成している。このため、隣り合う空隙部の間に挟まれたコア部の幅が拡大し、ステータからコア部に対して磁束が進入し易くなる。したがって、より高いリラクタンストルクを得ることができる。

特に、請求項５に記載の発明によれば、回転方向後進側の空隙部を外周面に向けて幅が広くなるように形成することにより、ｑｍ軸とｄｒ軸とがずれた状態を実現することができる。

特に、請求項６に記載の発明によれば、隣り合う永久磁石埋設用孔の空隙部の間に形成されるコア部の周方向の幅が、内周側から外周側にかけて略同一となる。このため、リラクタンストルクに対するコア部の飽和特性が向上し、リラクタンストルクをより効率よく得ることができる。

また、請求項７に記載の発明によれば、ロータコアには、永久磁石埋設用孔の回転方向後進側の空隙部の近傍に、空隙部とは分離して形成された補助孔が設けられている。このため、マグネットトルクについての磁極境界軸（ｑｍ軸）とリラクタンストルクについての磁極中心軸（ｄｒ軸）とがずれ、これにより、永久磁石の埋設量を減少させることなく、マグネットトルクとリラクタンストルクとを効率よく利用することができる。

また、請求項８に記載の発明によれば、複数の永久磁石の磁極境界部におけるロータコアの外周面には、回転方向前進側に凹部が形成されている。このため、マグネットトルクについての磁極境界軸（ｑｍ軸）とリラクタンストルクについての磁極中心軸（ｄｒ軸）とがずれ、これにより、永久磁石の埋設量を減少させることなく、マグネットトルクとリラクタンストルクとを効率よく利用することができる。

以下、本発明の好適な実施形態について、図面を参照しつつ説明する。

＜１．第１実施形態＞
図１は、本発明の第１実施形態に係るロータ１０を含むモータ１を、回転軸と垂直な平面で切断した断面図である。図１に示したように、モータ１は、略円筒形状のステータ９０と、ステータ９０の内周側に配置された略円筒形状のロータ１０とを有しており、ステータ９０とロータ１０との間の磁束の作用により回転力（トルク）を発生させる機能を有する。

ステータ９０は、積層鋼板または圧粉磁心により構成されたステータコア９１を有している。ステータコア９１の内周面には、複数のティース部９２が突出形成されており、各ティース部９２にはコイル９３が巻回されている。一方、ロータ１０は、鉄などの高磁率材料からなるロータコア１１と、ロータコア１１の内部に埋設された複数の永久磁石１３とを有している。ロータ１０は、回転軸に沿って延設されたシャフト９９に嵌合固着されており、シャフト９９とともに一体的に回転する。

図２は、図１のロータ１０の拡大図である。ロータ１０のロータコア１１には、回転軸方向に貫通する複数（本実施形態では６つ）の永久磁石埋設用孔１２が形成されている。複数の永久磁石埋設用孔１２には、それぞれ永久磁石１３が埋設されている。複数の永久磁石埋設用孔１２および複数の永久磁石１３は、ロータコア１１の周方向に沿って配置されている。そして、複数の永久磁石１３は、その磁極の向きが周方向に沿って交互に交代するように（すなわち、隣り合う永久磁石１３の磁極の向きが互いに逆向きとなるように）、配置されている。

図２に示したように、各永久磁石埋設用孔１２は、永久磁石１３を埋設するための埋設部１２ａと、埋設部１２ａの周方向の両端においてロータコア１１の外周面方向にのびるフラックスバリア部（空隙部）１２ｂ，１２ｃとを有している。フラックスバリア部１２ｂ，１２ｃは、ロータコア１１内において永久磁石１３による磁束の短絡を防止する機能を有する。フラックスバリア部１２ｂ，１２ｃの先端部１２ｄ，１２ｅは、それぞれロータコア１１の外周面に近接する。このように、複数の永久磁石埋設用孔１２は、それぞれ断面視においてロータコア１１の外周面方向に開いた略コの字形の穿孔となっている。

本実施形態のロータ１０においては、回転方向（図２中矢印ＡＲの方向）前進側のフラックスバリア部１２ｂの形状と、回転方向後進側のフラックスバリア部１２ｃの形状とが相違する。具体的には、回転方向前進側のフラックスバリア部１２ｂの周方向の幅よりも、回転方向後進側のフラックスバリア部１２ｃの周方向の幅が大きくなるように、各フラックスバリア部１２ｂ，１２ｃの幅が規定されている。

このようなモータ１において、ステータ９０のコイル９３に電流を供給してティース部９２に磁極を発生させると、ティース部９２の磁極とロータ１０内の永久磁石１３の磁極との間にマグネットトルクが発生し、ロータ１０が回転する。また、ロータ１０は突極性を有するため、上記のマグネットトルクに加えて、コア部１１ａとティース部９２との間の磁束によって生じるリラクタンストルクを得ることができる。

本実施形態のロータ１０では、上記のように、回転方向前進側のフラックスバリア部１２ｂの周方向の幅よりも、回転方向後進側のフラックスバリア部１２ｃの周方向の幅が大きくなるように、各フラックスバリア部１２ｂ，１２ｃの幅が規定されている。このため、図２に示したように、マグネットトルクについての磁極境界軸（ｑｍ軸）とリラクタンストルクについての磁極中心軸（ｄｒ軸）とが一致せず、ｑｍ軸に対してｄｒ軸が回転方向後進側へ微小角度Δθｍだけずれた状態となっている。また、ロータ１０の極対数をＰｎ（本実施形態では３）とすると、この微小角度Δθｍのずれは、ロータ１０全体としてΔθ＝Ｐｎ・Δθｍの電気角のずれとなり、ロータ１０において発生するリラクタンストルクの波形は、電気角Δθ分だけマイナス側へずれる。

すなわち、本実施形態のようなフラックスバリア部１２ｂ，１２ｃを有するロータ１０において発生するトルクＴは、次式（数１）で表すことができる。但し、（数１）中のφａは鎖交磁束を、Ｉａは電流ベクトルの大きさを、βは電流位相を、Ｌｑはｑ軸インダクタンスを、Ｌｄはｄ軸インダクタンスを、それぞれ示す。また、（数１）中の右辺第１項は、マグネットトルクＴｍを示し、第２項はリラクタンストルクＴｒを示す。

Ｔ＝Ｐｎ・［φａ・Ｉａ・ｃｏｓβ＋０．５・（Ｌｑ−Ｌｄ）・Ｉａ^２・ｓｉｎ｛２・（β＋Δθ）］ ・・・ （数１）

図３は、本実施形態のようなフラックスバリア部１２ｂ，１２ｃを有するロータ１０における、電流位相βとマグネットトルクＴｍおよびリラクタンストルクＴｒとの関係を示したグラフである。図３のグラフに示されたように、このロータ１０において得られるリラクタンストルクＴｒの波形は、従来の波形（図３中の破線波形）と比べてマイナス側へ電気角Δθ分だけずれた状態となっている。このため、マグネットトルクＴｍとリラクタンストルクＴｒとを合わせた合計トルクＴの最大値は従来よりも高くなり、好適に電流位相βを制御しつつモータ１を動作させれば、従来よりも高いトルクＴを得ることができる。

このように、本実施形態のロータ１０では、回転方向前進側のフラックスバリア部１２ｂの周方向の幅よりも、回転方向後進側のフラックスバリア部１２ｃの周方向の幅が大きくなるように、各フラックスバリア部１２ｂ，１２ｃの幅が規定されている。すなわち、永久磁石埋設用孔１２のうち、永久磁石１３が埋設されていない部分の形状を調整し、それにより、ｑｍ軸に対してｄｒ軸がずれた状態を実現している。このため、永久磁石１３の埋設量を減少させることなく、マグネットトルクＴｍとリラクタンストルクＴｒとを効率よく利用することができる。あるいは、比較的低い電流で従来と同等のトルクを得ることができる。

特に、本実施形態のロータ１０では、フラックスバリア部１２ｂ，１２ｃの周方向の幅が、それぞれ内周側から外周側にかけて略同一となっている。このため、内周側から外周側にかけて磁束の短絡を確実に防止することができる。

また、本実施形態のロータ１０では、永久磁石１３は、永久磁石埋設用孔１２のフラックスバリア部１２ｂ，１２ｃにはみ出すことなく埋設部１２ａ内に収まっている。すなわち、永久磁石１３の磁極面（径方向を向いた面）が、フラックスバリア部１２ｂ，１２ｃの空隙内に露出していない。このため、永久磁石１３の磁極方向にエアギャップが生じることはなく、永久磁石１３の磁束を効率よく利用することができる。

また、本実施形態のロータ１０では、隣り合うフラックスバリア部１２ｂ，１２ｃの間に挟まれたコア部１１ａの周方向の幅が、内周側から外周側にかけて略同一となっている。このため、リラクタンストルクに対するコア部１１ａの飽和特性が向上し、リラクタンストルクをより効率よく得ることができる。

本実施形態のロータ１０は、低速運転に適している。このため、例えば、空気調和機用圧縮機に本実施形態のモータを適用すれば、特に銅損比率の多い低速域で高効率かつ長時間の運転を実現することができる。

＜２．第２実施形態＞
図４は、本発明の第２実施形態に係るロータ２０の構成を示した図である。第２実施形態のロータ２０は、永久磁石埋設用孔２２のフラックスバリア部２２ｂ，２２ｃの構成が上記の第１実施形態と異なり、他の部分の構成は上記の第１実施形態と同等である。このため、以下では、フラックスバリア部２２ｂ，２２ｃの構成を中心に説明し、他の部分については重複説明を省略する。また、本実施形態のロータ２０と接続されるシャフト９９やステータ９０の構成も、上記の第１実施形態と同等であるため、重複説明を省略する。

本実施形態のロータ２０においては、回転方向（図４中矢印ＡＲの方向）前進側のフラックスバリア部２２ｂの形状と、回転方向後進側のフラックスバリア部２２ｃの形状とが相違する。具体的には、回転方向前進側のフラックスバリア部２２ｂが、ロータコア２１の外周面に向けて幅が狭くなる先細り形状（テーパ形状）となっている。したがって、回転方向後進側のフラックスバリア部２２ｃの先端部２２ｅの幅は、回転方向前進側のフラックスバリア部２２ｂの先端部２２ｄの幅よりも大きくなっている。

このため、本実施形態のロータ２０も、第１実施形態のロータ１０と同じように、マグネットトルクについての磁極境界軸（ｑｍ軸）とリラクタンストルクについての磁極中心軸（ｄｒ軸）とが一致せず、ｑｍ軸に対してｄｒ軸が回転方向後進側へ微小角度だけずれた状態となる。したがって、ロータ２０全体の電気角のずれをΔθとすると、ロータ２０において発生するトルクＴは上記の（数１）で表すことができる。また、本実施形態のロータ２０において得られるリラクタンストルクＴｒの波形は、上記の図３と同じようにマイナス側へ電気角Δθ分だけずれた状態となり、好適に電流位相βを制御すれば、従来よりも高いトルクＴを得ることができる。

特に、本実施形態のロータ２０では、回転方向前進側のフラックスバリア部２２ｂの回転方向前進側の面２２ｆを空隙側へ傾斜させる（切り欠く）ことにより、フラックスバリア部２２ｂの先細り形状を実現している。このため、隣り合うフラックスバリア部２２ｂ，２２ｃの間に挟まれたコア部２１ａの幅が拡大し、ステータ９０のティース部９２からコア部２１ａに対して磁束が進入し易くなる。これにより、ロータ２０は、より高いリラクタンストルクを得ることができる。また、ロータコア２１の表面付近の均一性が向上するため、コギングの発生を低減させることができる。

なお、本実施形態のロータ２０では、フラックスバリア部２２ｂが先細り形状になっているものの、その先端部２２ｄは完全に収束しているわけではなく、周方向に所定の幅が残っている。このため、フラックスバリア部２２ｂの磁束の短絡を防止する機能が著しく低下することはない。

＜３．第３実施形態＞
図５は、本発明の第３実施形態に係るロータ３０の構成を示した図である。第３実施形態のロータ３０は、永久磁石埋設用孔３２のフラックスバリア部３２ｂ，３２ｃの構成が上記の第１実施形態と異なり、他の部分の構成は上記の第１実施形態と同等である。このため、以下では、フラックスバリア部３２ｂ，３２ｃの構成を中心に説明し、他の部分については重複説明を省略する。また、本実施形態のロータ３０と接続されるシャフト９９やステータ９０の構成も、上記の第１実施形態と同等であるため、重複説明を省略する。

本実施形態のロータ３０においては、回転方向（図５中矢印ＡＲの方向）前進側のフラックスバリア部３２ｂの形状と、回転方向後進側のフラックスバリア部３２ｃの形状とが相違する。具体的には、回転方向前進側のフラックスバリア部３２ｂが、ロータコア３１の外周面に向けて幅が狭くなる先細り形状（テーパ形状）となっている。したがって、回転方向後進側のフラックスバリア部３２ｃの先端部３２ｅの幅は、回転方向前進側のフラックスバリア部３２ｂの先端部３２ｄの幅よりも大きくなっている。

このため、本実施形態のロータ３０も、第１実施形態のロータ１０と同じように、マグネットトルクについての磁極境界軸（ｑｍ軸）とリラクタンストルクについての磁極中心軸（ｄｒ軸）とが一致せず、ｑｍ軸に対してｄｒ軸が回転方向後進側へ微小角度だけずれた状態となる。したがって、ロータ３０全体の電気角のずれをΔθとすると、ロータ３０において発生するトルクＴは上記の（数１）で表すことができる。また、本実施形態のロータ３０において得られるリラクタンストルクＴｒの波形は、上記の図３と同じようにマイナス側へ電気角Δθ分だけずれた状態となり、好適に電流位相βを制御すれば、従来よりも高いトルクＴを得ることができる。

特に、本実施形態のロータ３０では、回転方向前進側のフラックスバリア部３２ｂの回転方向後進側の面３２ｇを空隙側へ傾斜させる（切り欠く）ことにより、フラックスバリア部３２ｂの先細り形状を実現している。このため、隣り合うフラックスバリア部３２ｂ，３２ｃの間に挟まれたコア部３１ａの周方向の幅は、内周側から外周側にかけて略同一となっている。これにより、リラクタンストルクに対するコア部３１ａの飽和特性が向上し、リラクタンストルクをより効率よく得ることができる。また、ロータコア３１の表面付近の均一性が向上するため、コギングの発生を低減させることができる。

なお、本実施形態のロータ３０では、フラックスバリア部３２ｂが先細り形状になっているものの、その先端部３２ｄは完全に収束しているわけではなく、周方向に所定の幅が残っている。このため、フラックスバリア部３２ｂの磁束の短絡を防止する機能が著しく低下することはない。

＜４．第４実施形態＞
図６は、本発明の第４実施形態に係るロータ４０の構成を示した図である。第４実施形態のロータ４０は、永久磁石埋設用孔４２のフラックスバリア部４２ｂ，４２ｃの構成が上記の第１実施形態と異なり、他の部分の構成は上記の第１実施形態と同等である。このため、以下では、フラックスバリア部４２ｂ，４２ｃの構成を中心に説明し、他の部分については重複説明を省略する。また、本実施形態のロータ４０と接続されるシャフト９９やステータ９０の構成も、上記の第１実施形態と同等であるため、重複説明を省略する。

本実施形態のロータ４０においては、回転方向（図６中矢印ＡＲの方向）前進側のフラックスバリア部４２ｂの形状と、回転方向後進側のフラックスバリア部４２ｃの形状とが相違する。具体的には、回転方向前進側のフラックスバリア部４２ｂが、ロータコア４１の外周面に向けて幅が狭くなる先細り形状（テーパ形状）となっている。したがって、回転方向後進側のフラックスバリア部４２ｃの先端部４２ｅの幅は、回転方向前進側のフラックスバリア部４２ｂの先端部３２ｄの幅よりも大きくなっている。

このため、本実施形態のロータ４０も、第１実施形態のロータ１０と同じように、マグネットトルクについての磁極境界軸（ｑｍ軸）とリラクタンストルクについての磁極中心軸（ｄｒ軸）とが一致せず、ｑｍ軸に対してｄｒ軸が回転方向後進側へ微小角度だけずれた状態となる。したがって、ロータ４０全体の電気角のずれをΔθとすると、ロータ４０において発生するトルクＴは上記の（数１）で表すことができる。また、本実施形態のロータ４０において得られるリラクタンストルクＴｒの波形は、上記の図３と同じようにマイナス側へ電気角Δθ分だけずれた状態となり、好適に電流位相βを制御すれば、従来よりも高いトルクＴを得ることができる。

特に、本実施形態のロータ４０では、回転方向前進側のフラックスバリア部４２ｂの回転方向前進側の面４２ｆおよび回転方向後進側の面４２ｇを、いずれも空隙側へ傾斜させる（切り欠く）ことにより、フラックスバリア部４２ｂの先細り形状を実現している。このため、フラックスバリア部４２ｂの先細り形状を、最適な角度で形成することができる。また、隣り合うフラックスバリア部４２ｂ，４２ｃの間に挟まれたコア部４１ａの幅が拡大し、ステータ９０のティース部９２からコア部４１ａに対して磁束が進入し易くなる。これにより、ロータ４０は、より高いリラクタンストルクを得ることができる。また、ロータコア４１の表面付近の均一性が向上するため、コギングの発生を低減させることができる。

＜５．第５実施形態＞
図７は、本発明の第５実施形態に係るロータ５０の構成を示した図である。第５実施形態のロータ５０は、永久磁石埋設用孔５２のフラックスバリア部５２ｂ，５２ｃの構成が上記の第１実施形態と異なり、他の部分の構成は上記の第１実施形態と同等である。このため、以下では、フラックスバリア部５２ｂ，５２ｃの構成を中心に説明し、他の部分については重複説明を省略する。また、本実施形態のロータ５０と接続されるシャフト９９やステータ９０の構成も、上記の第１実施形態と同等であるため、重複説明を省略する。

本実施形態のロータ５０においては、回転方向（図７中矢印ＡＲの方向）前進側のフラックスバリア部５２ｂの形状と、回転方向後進側のフラックスバリア部５２ｃの形状とが相違する。具体的には、回転方向前進側のフラックスバリア部５２ｂが、ロータコア５１の外周面に向けて幅が狭くなる先細り形状（テーパ形状）となっており、回転方向後進側のフラックスバリア部５２ｃが、ロータコア５１の外周面に向けて幅が広くなる略扇形となっている。したがって、回転方向後進側のフラックスバリア部５２ｃの先端部５２ｅの幅は、回転方向前進側のフラックスバリア部５２ｂの先端部５２ｄの幅よりも大きくなっている。

このため、本実施形態のロータ５０も、第１実施形態のロータ１０と同じように、マグネットトルクについての磁極境界軸（ｑｍ軸）とリラクタンストルクについての磁極中心軸（ｄｒ軸）とが一致せず、ｑｍ軸に対してｄｒ軸が回転方向後進側へ微小角度だけずれた状態となる。したがって、ロータ５０全体の電気角のずれをΔθとすると、ロータ５０において発生するトルクＴは上記の（数１）で表すことができる。また、本実施形態のロータ５０において得られるリラクタンストルクＴｒの波形は、上記の図３と同じようにマイナス側へ電気角Δθ分だけずれた状態となり、好適に電流位相βを制御すれば、従来よりも高いトルクＴを得ることができる。

特に、本実施形態のロータ５０では、回転方向前進側のフラックスバリア部５２ｂの幅を外周面に向けて狭くするとともに、回転方向後進側のフラックスバリア部５２ｃの幅を外周面に向けて広くしている。このため、ｑｍ軸とｄｒ軸とのずれ角をより大きくとることができる。

また、本実施形態のロータ５０では、隣り合うフラックスバリア部５２ｂ，５２ｃの間に挟まれたコア部５１ａの周方向の幅が、内周側から外周側にかけて略同一となっている。このため、リラクタンストルクに対するコア部５１ａの飽和特性が向上し、リラクタンストルクをより効率よく得ることができる。

＜６．第６実施形態＞
図８は、本発明の第６実施形態に係るロータ６０の構成を示した図である。第６実施形態のロータ６０は、４極機であることと、永久磁石埋設用孔６２のフラックスバリア部６２ｂ，６２ｃの構成とが上記の第１実施形態と異なり、他の部分の構成は上記の第１実施形態と同等である。このため、以下では、フラックスバリア部６２ｂ，６２ｃの構成を中心に説明し、他の部分については重複説明を省略する。また、本実施形態のロータ６０と接続されるシャフト９９やステータ９０の構成も、上記の第１実施形態と同等であるため、重複説明を省略する。

本実施形態のロータ６０においては、回転方向（図８中矢印ＡＲの方向）前進側のフラックスバリア部６２ｂの形状と、回転方向後進側のフラックスバリア部６２ｃの形状とが相違する。具体的には、回転方向後進側のフラックスバリア部６２ｃが、ロータコア６１の外周面に向けて幅が広くなる略扇形となっている。したがって、回転方向後進側のフラックスバリア部６２ｃの先端部６２ｅの幅は、回転方向前進側のフラックスバリア部６２ｂの先端部６２ｄの幅よりも大きくなっている。

このため、本実施形態のロータ６０も、第１実施形態のロータ１０と同じように、マグネットトルクについての磁極境界軸（ｑｍ軸）とリラクタンストルクについての磁極中心軸（ｄｒ軸）とが一致せず、ｑｍ軸に対してｄｒ軸が回転方向後進側へ微小角度だけずれた状態となる。したがって、ロータ６０全体の電気角のずれをΔθとすると、ロータ６０において発生するトルクＴは上記の（数１）で表すことができる。また、本実施形態のロータ６０において得られるリラクタンストルクＴｒの波形は、上記の図３と同じようにマイナス側へ電気角Δθ分だけずれた状態となり、好適に電流位相βを制御すれば、従来よりも高いトルクＴを得ることができる。

特に、本実施形態のロータ６０では、回転方向後進側のフラックスバリア部６２ｃの回転方向前進側の面６２ｈを永久磁石６３側へ傾斜させることにより、フラックスバリア部６２ｃの略扇形を実現している。このため、隣り合うフラックスバリア部６２ｂ，６２ｃの間に挟まれたコア部６１ａの周方向の幅は、内周側から外周側にかけて略同一となっている。これにより、リラクタンストルクに対するコア部６１ａの飽和特性が向上し、リラクタンストルクをより効率よく得ることができる。また、回転方向前進側のフラックスバリア部６２ｂの周方向の幅は、内周側から外周側にかけて略同一となっている。このため、磁束の短絡を防止するために必要で最低限の形状を確保することができる。

＜７．第７実施形態＞
図９は、本発明の第７実施形態に係るロータ７０の構成を示した図である。第７実施形態のロータ７０は、４極機であることと、永久磁石埋設用孔７２のフラックスバリア部７２ｂ，７２ｃの構成と、補助孔７４の構成とが上記の第１実施形態と異なり、他の部分の構成は上記の第１実施形態と同等である。このため、以下では、フラックスバリア部７２ｂ，７２ｃおよび補助孔７４の構成を中心に説明し、他の部分については重複説明を省略する。また、本実施形態のロータ７０と接続されるシャフト９９やステータ９０の構成も、上記の第１実施形態と同等であるため、重複説明を省略する。

本実施形態のロータ７０においては、フラックスバリア部７２ｂ，７２ｃの周方向の幅は、それぞれ内周側から外周側にかけて略同一となっている。そして、回転方向（図９中矢印ＡＲの方向）後進側のフラックスバリア部７２ｃの近傍には、フラックスバリア部７２ｃと分離して形成された補助孔７４が設けられている。補助孔７４は、フラックスバリア部７２ｃよりも回転方向前進側であって、かつ、永久磁石７３の磁路に大きく進入しない位置に、略扇形の断面を有する貫通孔として形成されている。

このため、本実施形態のロータ７０も、第１実施形態のロータ１０と同じように、マグネットトルクについての磁極境界軸（ｑｍ軸）とリラクタンストルクについての磁極中心軸（ｄｒ軸）とが一致せず、ｑｍ軸に対してｄｒ軸が回転方向後進側へ微小角度だけずれた状態となる。したがって、ロータ７０全体の電気角のずれをΔθとすると、ロータ７０において発生するトルクＴは上記の（数１）で表すことができる。また、本実施形態のロータ７０において得られるリラクタンストルクＴｒの波形は、上記の図３と同じようにマイナス側へ電気角Δθ分だけずれた状態となり、好適に電流位相βを制御すれば、従来よりも高いトルクＴを得ることができる。

特に、本実施形態のロータ７０では、補助孔７４は、フラックスバリア部７２ｃよりも回転方向前進側に形成されている。このため、隣り合うフラックスバリア部７２ｂ，７２ｃの間に挟まれたコア部７１ａの周方向の幅は、内周側から外周側にかけて略同一となっている。これにより、リラクタンストルクに対するコア部７１ａの飽和特性が向上し、リラクタンストルクをより効率よく得ることができる。

また、本実施形態のロータ７０では、第６実施形態のロータ６０のようにフラックスバリア部６２ｃ自体を拡大するのではなく、フラックスバリア部７２ｃとは別体の補助孔７４を設けている。このため、フラックスバリア部７２ｃと補助孔７４との間にロータコア７１の薄肉部７１ｂが形成される。これにより、ロータコア７１の強度が向上するとともに、フラックスバリア部７２ｃと補助孔７４との間に微小な磁束の通路が形成されることにより磁束の空間高調波が低減される。

＜８．第８実施形態＞
図１０は、本発明の第８実施形態に係るロータ８０の構成を示した図である。第８実施形態のロータ８０は、４極機であることと、永久磁石埋設用孔８２のフラックスバリア部８２ｂ，８２ｃの構成と、凹部８１ｃの構成とが上記の第１実施形態と異なり、他の部分の構成は上記の第１実施形態と同等である。このため、以下では、フラックスバリア部８２ｂ，８２ｃおよび凹部８１ｃの構成を中心に説明し、他の部分については重複説明を省略する。また、本実施形態のロータ８０と接続されるシャフト９９やステータ９０の構成も、上記の第１実施形態と同等であるため、重複説明を省略する。

本実施形態のロータ８０においては、永久磁石埋設用孔８２のフラックスバリア部８２ｂ，８２ｃは、それぞれロータコア８１の外周面に向けて幅が広くなる略扇形となっている。そして、ロータ８１の外周面には、複数（本実施形態では４つ）の凹部８１ｃが形成されている。凹部８１ｃは、永久磁石８３の磁極境界部におけるロータコア８１の外周面のうち、回転方向前進側の部分に形成されている。換言すれば、凹部８１ｃは、回転方向後進側のフラックスバリア部８２ｃの外周部を含むロータコア８１の外周面に形成されている。これにより、ロータコア８１の外周面とステータ９０との間のエアギャップが、凹部８１ｃにおいて部分的に大きくなる。このような本実施形態のロータ８０では、コア部８１ａの外周部において、回転方向前進側のエアギャップが回転方向後進側のエアギャップに比べて大きくなるため、リラクタンストルクについての磁極中心軸（ｄｒ軸）は、マグネットトルクについての磁極境界軸（ｑｍ軸）に対して実質的に回転方向後進側にずれることとなる。

このため、本実施形態のロータ８０も、第１実施形態のロータ１０と同じように、マグネットトルクについての磁極境界軸（ｑｍ軸）とリラクタンストルクについての磁極中心軸（ｄｒ軸）とが一致せず、ｑｍ軸に対してｄｒ軸が回転方向後進側へ微小角度だけずれた状態となる。したがって、ロータ８０全体の電気角のずれをΔθとすると、ロータ８０において発生するトルクＴは上記の（数１）で表すことができる。また、本実施形態のロータ８０において得られるリラクタンストルクＴｒの波形は、上記の図３と同じようにマイナス側へ電気角Δθ分だけずれた状態となり、好適に電流位相βを制御すれば、従来よりも高いトルクＴを得ることができる。

＜９．変形例＞
以上、本発明の主たる実施形態について説明したが、本発明は上記の例に限定されるものではない。例えば、上記の第１〜５実施形態では６極機について説明し、また、上記の第６〜８実施形態では４極機について説明したが、本発明のロータの極数は上記の例に限定されるものではない。

また、図１では、ステータ９０の例として分布巻き式のステータ９０を示したが、本発明のロータとともに使用されるステータは、分布巻き式のステータ９０に限定されるものではない。例えば、集中巻き式のステータや、その他の方式のステータであってもよい。

ロータを含むモータの断面図である。 第１実施形態に係るロータの断面図である。 本発明のロータにおけるマグネットトルクおよびリラクタンストルクの波形を示したグラフである。 第２実施形態に係るロータの断面図である。 第３実施形態に係るロータの断面図である。 第４実施形態に係るロータの断面図である。 第５実施形態に係るロータの断面図である。 第６実施形態に係るロータの断面図である。 第７実施形態に係るロータの断面図である。 第８実施形態に係るロータの断面図である。 従来の永久磁石埋め込み型ロータの断面図である。 従来の永久磁石埋め込み型ロータの断面図である。 従来のロータにおけるマグネットトルクおよびリラクタンストルクの波形を示したグラフである。

符号の説明

１ モータ
１０，２０，３０，４０，５０，６０，７０，８０ ロータ
１１，２１，３１，４１，５１，６１，７１，８１ ロータコア
１１ａ，２１ａ，３１ａ，４１ａ，５１ａ，６１ａ，７１ａ，８１ａ コア部
１２，２２，３２，４２，５２，６２，７２，８２ 永久磁石埋設用孔
１２ａ，２２ａ，３２ａ，４２ａ，５２ａ，６２ａ，７２ａ，８２ａ 埋設部
１２ｂ，１２ｃ，２２ｂ，２２ｃ，３２ｂ，３２ｃ，４２ｂ，４２ｃ，５２ｂ，５２ｃ，６２ｂ，６２ｃ，７２ｂ，７２ｃ，８２ｂ，８２ｃ フラックスバリア部
１２ｄ，１２ｅ，２２ｄ，２２ｅ，３２ｄ，３２ｅ，４２ｄ，４２ｅ，５２ｄ，５２ｅ，６２ｄ，６２ｅ 先端部
１３，２３，３３，４３，５３，６３，７３，８３ 永久磁石
７４ 補助孔
８１ｃ 凹部
９０ ステータ
９１ ステータコア
９２ ティース部
９３ コイル
９９ シャフト

Claims (8)

1. 永久磁石埋め込み型ロータ（１０，２０，３０，４０，５０，６０）において、
   複数の永久磁石埋設用孔（１２，２２，３２，４２，５２，６２）を有する略円筒形状のロータコア（１１，２１，３１，４１，５１，６１）と、
   前記ロータコア（１１，２１，３１，４１，５１，６１）の前記複数の永久磁石埋設用孔（１２，２２，３２，４２，５２，６２）のそれぞれに埋設された複数の永久磁石（１３，２３，３３，４３，５３，６３）と、
   を備え、
   前記複数の永久磁石埋設用孔（１２，２２，３２，４２，５２，６２）のそれぞれは、前記ロータコア（１１，２１，３１，４１，５１，６１）の外周面に近接させた両端部（１２ｄ，１２ｅ，２２ｄ，２２ｅ，３２ｄ，３２ｅ，４２ｄ，４２ｅ，５２ｄ，５２ｅ，６２ｄ，６２ｅ）を有し、前記両端部（１２ｄ，１２ｅ，２２ｄ，２２ｅ，３２ｄ，３２ｅ，４２ｄ，４２ｅ，５２ｄ，５２ｅ，６２ｄ，６２ｅ）の周方向の幅は、回転方向前進側（１２ｄ，２２ｄ，３２ｄ，４２ｄ，５２ｄ，６２ｄ）に比べて回転方向後進側（１２ｅ，２２ｅ，３２ｅ，４２ｅ，５２ｅ，６２ｅ）が大きいことを特徴とする永久磁石埋め込み型ロータ（１０，２０，３０，４０，５０，６０）。
2. 請求項１に記載の永久磁石埋め込み型ロータ（１０）において、
   前記複数の永久磁石埋設用孔（１２）のそれぞれは、
   前記永久磁石（１３）を埋設するための埋設部（１２ａ）と、
   前記埋設部（１２ａ）の周方向の両端において前記ロータコア（１１）の外周面に近接し、前記永久磁石（１３）を埋設しない空隙部（１２ｂ，１２ｃ）と、
   を有し、
   前記永久磁石埋設用孔（１２）のそれぞれにおいて、回転方向後進側の前記空隙部（１２ｃ）の幅は、回転方向前進側の前記空隙部（１２ｂ）の幅よりも大きいことを特徴とする永久磁石埋め込み型ロータ（１０）。
3. 請求項１に記載の永久磁石埋め込み型ロータ（２０，３０，４０，５０）において、
   前記複数の永久磁石埋設用孔（２２，３２，４２，５２）のそれぞれは、
   前記永久磁石（２３，３３，４３，５３）を埋設するための埋設部（２２ａ，３２ａ，４２ａ，５２ａ）と、
   前記埋設部（２２ａ，３２ａ，４２ａ，５２ａ）の周方向の両端において前記ロータコア（２１，３１，４１，５１）の外周面に近接し、前記永久磁石（２３，３３，４３，５３）を埋設しない空隙部（２２ｂ，２２ｃ，３２ｂ，３２ｃ，４２ｂ，４２ｃ，５２ｂ，５２ｃ）と、
   を有し、
   前記永久磁石埋設用孔（２２，３２，４２，５２）のそれぞれにおいて、回転方向前進側の前記空隙部（２２ｂ，３２ｂ，４２ｂ，５２ｂ）が、前記ロータコア（２１，３１，４１，５１）の外周面に向けて幅が狭くなる先細り形状を有していることを特徴とする永久磁石埋め込み型ロータ（２０，３０，４０，５０）。
4. 請求項３に記載の永久磁石埋め込み型ロータ（２０，４０）において、
   前記永久磁石埋設用孔（２２，４２）のそれぞれの回転方向前進側の前記空隙部（２２ｂ，４２ｂ）は、前記空隙部（２２ｂ，４２ｂ）の回転方向前進側の面（２２ｆ，４２ｆ）を傾斜させることにより前記先細り形状を形成していることを特徴とする永久磁石埋め込み型ロータ（２０，４０）。
5. 請求項１に記載の永久磁石埋め込み型ロータ（５０，６０）において、
   前記複数の永久磁石埋設用孔（５２，６２）のそれぞれは、
   前記永久磁石（５３，６３）を埋設するための埋設部（５２ａ，６２ａ）と、
   前記埋設部（５２ａ，６２ａ）の周方向の両端において前記ロータコア（５１，６１）の外周面付近に近接し、前記永久磁石（５３，６３）を埋設しない空隙部（５２ｂ，５２ｃ，６２ｂ，６２ｃ）と、
   を有し、
   前記永久磁石埋設用孔（５２，６２）のそれぞれにおいて、回転方向後進側の前記空隙部（５２ｃ，６２ｃ）が、前記ロータコア（５１，６１）の外周面に向けて幅が広くなっていることを特徴とする永久磁石埋め込み型ロータ（５０，６０）。
6. 請求項２から請求項５までのいずれかに記載の永久磁石埋め込み型ロータ（１０，３０，５０，６０）において、
   前記ロータコア（１１，３１，５１，６１）内の隣り合う前記永久磁石埋設用孔（１２，３２，５２，６２）の前記空隙部（１２ｂ，１２ｃ，３２ｂ，３２ｃ，５２ｂ，５２ｃ，６２ｂ，６２ｃ）の間に形成されるコア部（１１ａ，３１ａ，５１ａ，６１ａ）は、その周方向の幅が内周側から外周側にかけて略同一であることを特徴とする永久磁石埋め込み型ロータ（１０，３０，５０，６０）。
7. 永久磁石埋め込み型ロータ（７０）において、
   複数の永久磁石埋設用孔（７２）を有する略円筒形状のロータコア（７１）と、
   前記ロータコア（７１）の前記複数の永久磁石埋設用孔（７２）のそれぞれに埋設される複数の永久磁石（７３）と、
   を備え、
   前記複数の永久磁石埋設用孔（７２）のそれぞれは、
   前記永久磁石（７３）を埋設するための埋設部（７２ａ）と、
   前記埋設部（７２ａ）の周方向の両端において前記ロータコア（７１）の外周面に近接し、前記永久磁石（７３）を埋設しない空隙部（７２ｂ，７２ｃ）と、
   を有し、
   回転方向後進側の前記空隙部（７２ｃ）の近傍に、前記空隙部（７２ｃ）とは分離して形成された補助孔（７４）が設けられていることを特徴とする永久磁石埋め込み型ロータ（７０）。
8. 永久磁石埋め込み型ロータ（８０）において、
   複数の永久磁石埋設用孔（８２）を有する略円筒形状のロータコア（８１）と、
   前記ロータコア（８１）の前記複数の永久磁石埋設用孔（８２）のそれぞれに埋設される複数の永久磁石（８３）と、
   を備え、
   前記複数の永久磁石（８３）の磁極境界部における前記ロータコア（８１）の外周面には、回転方向前進側に凹部（８１ｃ）が形成されていることを特徴とする永久磁石埋め込み型ロータ（８０）。

Images