JP2010094001A - 回転電機のロータ構造 - Google Patents

Abstract

【課題】モータの低振動化を図ることができる回転電機のロータ構造を提供する。
【解決手段】通常モータに対して磁石数が半数のハーフマグネット型モータ１において、ロータ３の磁石９を、磁極がロータ周方向Ｘ１を向きつつ、磁極が同じ方向を向くように配置する。また、ロータ３の突極の位置、即ち隣り合う磁石９，９同士の中間位置１０に、磁気バリアとして働く放射状空隙１１を形成する。
【選択図】図１

Description

本発明は、ステータの巻線に発生する磁界の変化により、磁石を持つロータがステータに対して回転する回転電機のロータ構造に関する。

従来、車両、家電製品、ＡＶ機器等の種々の装置や機器では、その駆動源としてモータが広く使用されている。この種のモータの中のブラシレスモータの一種には、例えばロータ（回転子）に永久磁石を使用するＰＭ（Permanent Magnetic）モータがあり、この種のＰＭモータには、例えばＳＰＭ（Surface PM）モータやＩＰＭ（Interior PM）モータがある。ＳＰＭモータは、ロータの表面に永久磁石を貼り付けたＰＭモータである。また、ＩＰＭモータは、ロータの内部に永久磁石を組み込んだＰＭモータである。ところで、ＩＰＭモータは永久磁石によるトルクのみならずリラクタンストルクが発生するので、ＳＰＭモータよりも大きなトルクが得られ利点がある反面、永久磁石をロータの内部に組み込む分だけ高コストであるという利点欠点があり、実際のところは種々の状況によってＳＰＭモータやＩＰＭモータが使い分けられている。

この種のＰＭモータでは、省資源や低コスト等の観点から、ロータに取り付ける磁石を半数に減らしたハーフマグネット型モータの一例として、例えばコンシクエントポール型モータ（通称、ハーフマグネットモータともいう）というものが考案されている。コンシクエントポール型モータは、従来ならばロータの回転方向（周方向）に沿って交互に入れ替わって並ぶＮ極磁石及びＳ極磁石のうち一方の磁石を省略するとともに、この省略した側の磁極を鉄心により代用してこれを突極とするモータである。このコンシクエントポール型モータの一例は、例えば特許文献１等に開示されている。

図１２にコンシクエントポール型モータ８１の一例を図示すると、同モータ８１がインナーロータ型の場合、同モータ８１の外枠を形成するステータ８２の内部には、ロータ８３が回転可能な状態で収納されている。このロータ８３には、同極磁石８４（図１２ではＮ極）がロータ周方向に沿って１つおきに配置され、同極磁石を飛ばした箇所は鉄心により埋められて、この箇所が突極８５とされている。この突極８５には、両側に同極磁石８４が配置されているので、この同極磁石８４の反対極が形成される。このため、ロータ８３は、同極磁石８４の部分がＮ極発生領域となり、突極８５の部分がＳ極発生領域となる。よって、モータ８１として回転するのに必要なロータ８３の表面の磁束分布が確保され、ロータ８３はステータ８２に対して回転する動きをとる。
特開２００４−３５７４８９号公報

ところで、図１２に示すロータ８３では、同極磁石８４をモータ径方向（図１２の矢印Ｘａ）の外側がＮ極、モータ径方向の内側がＳ極を向く方向で、しかもこの磁極向きをとる同極磁石８４をモータ周方向（図１２の矢印Ｘｂ）に沿ってロータ外周に１つおきに配置することにより、ロータ８３にＮ極発生領域とＳ極発生領域とを形成している。このため、Ｓ極発生領域の磁束の方向性や密度は、同極磁石８４のＳ極というロータ表面から遠い箇所の磁極に寄るものとなるので、ある意味自然に任せた状態となり、同極磁石８４のＮ極がそのまま利くＮ極発生領域に比べて、磁束の方向性が弱くしかも磁束が疎となってしまう。

従って、ロータ８３は同極磁石８４のＮ極発生領域では磁束の方向性が強く磁束が密で、突極８５のＳ極発生領域では磁束の方向性が弱く磁束が疎となるように、ロータ８３の表面において磁束の方向性や磁束密度が均等にならず、ロータ８３からステータ８２にかかる磁束に偏りが発生してしまう。よって、これが原因でトルクリップルが大きくなったり、或いは主トルクのリップルの数が半減したりすることから、例えば低周波数振動が大きくなり、これが振動騒音増加の問題に繋がっていた。

本発明の目的は、モータの低振動化を図ることができる回転電機のロータ構造を提供することにある。

前記問題点を解決するために、本発明では、複数の巻線が巻回されたステータと、Ｎ極及びＳ極からなる磁極を複数組持つロータとを備え、前記ロータの鉄心において隣り合う磁石の間を突極としてこれを磁極とするハーフマグネット型の回転電機のロータ構造において、磁極が前記ロータの周方向を向きつつ、しかも当該周方向において同じ方向を向くように前記磁石を放射状に配置するとともに、前記突極の位置に前記ロータの径方向に沿った空隙を形成して、当該隙間の両側における前記鉄心を２磁極としたことを要旨とする。

この構成によれば、ロータの鉄心において隣り合う磁石の間を突極としたハーフマグネット型回転電機のロータの磁石を、磁極がロータの周方向を向きつつ、しかもこの周方向において同じ方向を向くように配置した。このため、ロータの表面において磁石の磁束によって生成されるＮ極とＳ極との磁束発生向きがロータ周方向において対称形状になるので、Ｎ極及びＳ極の磁束方向性の均一化を図ることが可能となる。また、本構成においては、ロータの突極の位置にロータの径方向に沿った空隙を形成することにより、鉄心において隙間の両側を２磁極（Ｎ極とＳ極）とした。ところで、この種の空隙には磁気バリア機能があるので、突極の位置に空隙を形成すれば、この空隙位置でロータ内の磁束を急激に「０」に落とし込むことが可能となるので、各々強い磁束部分でＮ極又はＳ極が生成される。よって、Ｎ極及びＳ極がともに強い磁束領域で生成された領域となるので、磁束の疎密の均一化も図ることが可能となる。

よって、本構成のようにロータから発生される磁束の方向性及び疎密の均一化を図って磁束の偏りが小さく抑えられれば、その分だけモータのトルクリップルを小さく抑えることが可能となる。ところで、この種のトルクリップルが大きいと、モータの振動が増大したり、或いはこの振動で騒音が発生したりするなども問題が起こってしまう。しかし、本構成では磁束の偏りを少なく抑えてトルクリップルを小さく抑えているので、その分だけモータの低振動化を図ることが可能となり、ひいては低騒音化の効果を得ることにも繋がる。

本発明では、前記ロータが回転可能に前記ステータの内部に収納され、前記ロータが前記ステータの内部において回転動作をとるインナーロータ型であることを要旨とする。
この構成によれば、振動や騒音等の少ないインナーロータ型モータを提供することが可能となる。

本発明では、前記磁石は、前記ロータに形成された磁石収納部に収納され、前記空隙は、前記磁石収納部と同一形状をとっていることを要旨とする。
この構成によれば、空隙と磁石収納部とのこれら２者を同じ一作業工程で製造することが可能となるので、ロータ製造作業、ひいてはモータ製造作業の簡素化を図ることが可能となる。また、例えばロータから発生するＮ極とＳ極との磁束を両方とも磁石で生成するモータを従来型のモータとした場合、本構成のように磁石収納部と空隙とを同一形状とすれば、従来型モータのロータから同極の磁石を抜き取ってその孔を空隙とすれば、これは本構成のモータで使用するロータとなる。よって、従来型モータと本構成のモータとの間でロータの共用化を図ることが可能となり、部品点数の削減等の効果を得ることが可能となる。

本発明では、前記ロータの軸方向の両端には、当該ロータに取り付けた前記磁石の外れを防止する磁石保持部が固定ピンを介して取り付けられ、前記空隙が当該固定ピンの挿込先として利用されていることを要旨とする。

この構成によれば、磁気バリア用にロータに形成された空隙は、磁石保持部をロータに取り付け固定する固定ピンの挿込先として利用される。ところで、もし仮に固定ピン取り付け用の挿込先として新たな孔をロータに設けた場合を想定すると、このときはこの孔によってロータ内の磁気的通路が影響を受けて、これが磁気特性の悪化に繋がる懸念もある。しかし、本構成の場合には、空隙を固定ピン用の挿込先として利用するので、この種の孔をロータに新たに設けずに済み、固定ピン挿込先の新規形成を起因とする磁気特性悪化の問題を考えずに済む。

本発明では、前記空隙の内部には、当該空隙を前記ロータの径方向において分断するように前記鉄心を延設することにより、当該空隙の内部における磁束の通路として磁束通路部が形成されていることを要旨とする。

この構成によれば、空隙の内部に、この空隙内部における新たな磁気的通路として磁束通路部を形成したので、隙間を横断する新たな磁束の流れを形成することが可能となる。よって、この磁束通路部を流れる磁束によって新たなリラクタンストルクがモータに発生するので、その分だけモータの発生トルクを確保することが可能となる。このため、ロータに空隙を形成したことによるモータの低振動化と、新たな磁束通路部を形成したことによるモータのトルク量確保との両立を図ることが可能となる。

本発明では、前記磁石は、前記ロータに形成された磁石収納部に収納され、前記磁石収納部において前記ロータの径方向の少なくとも一方の端部位置には、前記鉄心を間に残して前記周方向の両側に一対の補助空隙が形成されていることを要旨とする。

この構成によれば、ロータ内に流れる磁束は補助空隙の磁気バリア機能によってその箇所からロータ外部に漏れ出る状況が生じ難くなる。このため、ロータからの磁束漏れを少なく抑えることが可能となり、その分だけトルク量を確保することが可能となる。

本発明では、前記空隙の内部に前記磁束通路部を設けることによって形成される一対の狭空隙は、各々が向き合う前記磁石収納部に形成された前記補助空隙において、前記ステータから遠い側で、かつ自身と向き合う側のものにそれぞれ連結されることにより、前記ロータの磁極を反ステータ側から囲むように空隙距離が延長されていることを要旨とする。

この構成によれば、距離延長した空隙によってロータの磁極を囲むことが可能となるので、隣の磁極への磁束漏れや磁石の端部付近での磁束漏れを、より効果的に防ぐことが可能となる。このため、ロータからの磁束漏れをより一層低減することが可能となり、モータの高トルク化に一層効果が高くなる。

本発明によれば、モータに発生し得る振動を小さく抑えることができる。

（第１実施形態）
以下、本発明を具体化した回転電機のロータ構造の第１実施形態を図１〜図５に従って説明する。

図１に示すように、モータ１には、同モータ１の固定側であるステータ２と、同モータ１の回転側であるロータ３とが設けられている。本例のモータ１は、円筒形状のステータ２の内部に、円柱形状のロータ３が回転可能に収納されたインナーロータ型となっている。また、本例のモータ１は、ロータ３の回転角に応じて巻線（図示略）に流れる電流の向き、即ち巻線から発生する磁束の向きを変える際に、これを機械的接点である整流子（ブラシ）を用いずに行ってロータ３をステータ２に対して回転させるブラシレスモータでもある。なお、モータ１が回転電機に相当する。

モータ１がブラシレス型の場合、ステータ２の本体部分をなすステータコア４の内周面には、巻線の巻回箇所として複数のティース５，５…がロータ３の周方向（ロータ周方向：図１の矢印Ｘ１）、即ちロータ３の回転方向に沿って等間隔に並び、かつ隣接する状態で突設されている。これらティース５，５には、各々対向するものを組として、一対のＵ相、一対のＶ相、一対のＷ相の巻線がそれぞれ巻回されている。このため、本例のモータ１は、計６つの巻線からなる６相交流モータでもある。なお、ロータ周方向Ｘ１が周方向に相当する。

また、ロータ３の本体部分をなすロータコア６は、例えば鉄心からなるとともに、中央部にモータ軸７が一体回動可能に挿通されている。このロータコア６には、ロータ３の径断面が略長四角形状をなした磁石収納部８がロータ３の周方向に沿って等間隔に複数（図１では４個）設けられている。この磁石収納部８には、長細い形状をなした永久磁石からなる磁石９が収納されている。よって、本例のブラシレス型モータ１は、永久磁石からなる磁石９がロータ３（ロータコア６）の内部に埋め込まれた取り付け状態をとるＩＰＭ型でもある。

本例の磁石９は、Ｎ極及びＳ極を形成する永久磁石を同じ磁極向きでロータ周方向に等間隔に並べるとともに、隣り合う永久磁石の間の鉄心を突極として、この部分を磁極とする磁石配置関係をとっている。即ち、本例のモータ１は、通常モータに対して磁石数が半数のハーフマグネット型となっている。また、磁石９は、磁極がロータ周方向Ｘ１を向きつつ、しかも磁極が同じ方向を向くように配置されている。即ち、磁石９は、Ｎ極とＳ極との境目の線がロータ３の径方向（ロータ径方向：図１の矢印Ｘ２）に沿う向きに配置され、更に言い換えるならば、放射状の配置状態が採用されている。また、本例の磁石９は、紙面反時計回り側がＮ極、紙面時計回り側がＳ極をとる向きに配置されている。なお、ロータ径方向Ｘ２が径方向に相当する。

ロータコア６には、ロータ３の突極の位置に、即ち隣同士に位置する磁石９，９の各々の中間位置１０に、ロータ３の回転軸心Ｏを中心として放射状に配置された空隙（以降、放射状空隙と記す）１１が貫設されている。この放射状空隙１１は、磁石９から発生する磁束（磁界）の磁気バリアとして働き、この磁気バリア機能によって磁束の流れをこの位置で遮って、磁束を空隙で急激に「０」に落とし込むことにより、ロータ３の鉄心部分に発生する磁束を強いもの、即ち密とする働きを持つ。このため、ロータコア６においては磁石９に近い部分と放射状空隙１１に近い部分との両方において強い磁束が発生する状態をとり、磁束密度の均一化が図られる。なお、放射状空隙１１が空隙を構成する。

また、この放射状空隙１１は、孔断面形状及び長さ方向形状ともに磁石収納部８と同一形状をとっている。ここで、本例のロータ３として例えば従来型のロータ、即ちＮ極とＳ極とを両方とも磁石により発生させる従来型ロータを使用した場合には、一方極の磁極の磁石を抜き取った後に残る磁石収納部を放射状空隙１１として使用してもよい。即ち、この種の従来型ロータでは、Ｎ極磁石とＳ極磁石とがロータ周方向に沿って交互にロータに設けられているので、一方の磁極、例えばＳ極の磁石を抜き取り、この磁石が収納されていた収納部を放射状空隙１１として使用することも可能である。

また、磁石９は磁極がロータ周方向Ｘ１を向きつつ、しかも磁極が同じ方向を向くように配置されているので、ロータコア６において磁石９のＮ極と放射状空隙１１との間の部分には、Ｎ極を発生し得る磁束の流れが発生し、磁石９のＳ極と放射状空隙１１との間の部分には、Ｓ極を発生し得る磁束の流れが発生する。このため、図２に示すように、本例のロータ３は、磁石９のＮ極と放射状空隙１１との間の部分がＮ極発生領域となり、磁石９のＳ極と放射状空隙１１との間の部分がＳ極発生領域となっている。また、本例のモータ１は、計８個の磁極領域（Ｎ極発生領域及びＳ極発生領域）と１２個のティース５とを持つことから、８極１２スロット構造をとっている。

さて、ステータ２の巻線に電流が流された際には、巻線周囲に磁束が発生し、この磁束がロータ３に付与されて、ロータ３がステータ２に対して回転する。ところで、本例においては、ハーフマグネット型の磁石配置関係をとる磁石９を、磁極がロータ周方向Ｘ１を向きつつ、磁極が同じ方向を向くように配置するので、ロータコア６において磁石９のＮ極側と放射状空隙１１との間にかかる磁束と、同じくロータコア６において磁石９のＳ極側と放射状空隙１１との間にかかる磁束とが対称形状をとる。即ち、ロータ３のＮ極発生領域で発生する磁束とロータ３のＳ極発生領域で発生する磁束とが、放射状空隙１１を境目として対称形状をとる。このため、ロータ３のＮ極発生領域に発生する磁束と、Ｓ極発生領域に発生する磁束との磁束方向性の均一化を図ることが可能となる。なお、ここで言う磁束方向性が均一とは、Ｎ極とＳ極とで極の向きは逆となるものの、方向自体の角度が同じ向きで並ぶ状態のことをいう。

また、ここで、例えば隣同士の磁石９の間にもし仮に放射状空隙１１が存在していない場合を想定すると、例えば磁石９のＮ極から発生した密な磁束は、磁石９から離れるに従って徐々に低下していってＮ極とＳ極との境界で０になり、この境界から今度は値が徐々に増加していって、隣の磁石９のＳ極で再び密となる磁束変化をとる。即ち、磁石９に近い側は磁束が密となり、隣り合う２つの磁石９の境界付近は磁束が疎となるように、ロータ３の鉄心において磁束の疎密が発生してしまう。

しかし、本例のように隣り合う磁石９同士の間に放射状空隙１１を形成すれば、この放射状空隙１１が持つ磁気バリア機能によって、磁石９から発生する磁束の通過経路を、隣同士に位置する磁石９の中間位置で区切ることが可能となる。このように、隣り合う磁石９同士の中間位置１０で磁束経路を分断することが可能となれば、この中間位置１０で急激に磁束を「０」にするという磁束経路の寸断を行うことが可能となり、強い磁束がかかる部分のみをロータ３の鉄心として残すことが可能となる。このため、本例のロータ３は、磁石９に近い部分と、放射状空隙１１に近い部分との両者に強い磁束（磁束領域）が発生する状態をとり、ロータ３に発生する磁束密度の均一化が図られる。

以上により、本例においては、磁束方向性の均一性が図られるとともに、磁束密度の均一性も図られるので、ロータ３から発生するＮ極及びＳ極の磁束について、これらの間における磁束の偏りが低く抑えられる。このため、本例のようにロータ３における磁束の偏りが低く抑えられれば、モータ回転時における振動の要因となるトルクリップルを低く抑えることが可能となるので、モータ１の低振動化、ひいては低騒音化を図ることが可能となる。

また、図３及び図４に示すように、ロータコア６においてその軸方向（ロータ軸方向：図３の矢印Ｘ３）の両端には、ロータコア６に取り付けた磁石９が磁石収納部８から外れて飛び出してしまうことを防止する一対の磁石飛び出し防止板１２，１２が取り付けられる場合もある。これら磁石飛び出し防止板１２，１２は、ピン形状をなした複数のリベット１３によってロータコア６に固定されている。このとき、ロータコア６に空けられている放射状空隙１１を、リベット１３の挿込先として利用してもよい。この場合、ロータコア６にリベット１３の挿入先を新たに空ける必要がなくなるので、この種の孔をロータコア６に設けた場合に生じ得る磁気特性の悪化という問題を、この場合は考えなくて済む。なお、磁石飛び出し防止板１２が磁石保持部に相当し、リベット１３が固定ピンに相当し、ロータ軸方向Ｘ３が軸方向に相当する。

ところで、回転時のモータ１が発生するトルクには、巻線に印加される起電力による成分のみならず、コギングトルクの成分も大きく関係しており、トルクリップルを低減するためには、コギングトルクを小さく抑えることも効果があることが知られている。ここで、例えば図５に示すように、１０極１２スロット構造にした場合には、実験結果からコギングトルクが低減することが分かった。このため、モータ１を１０極１２スロット構造とすれば、回転時にモータ１に発生し得る振動や騒音を、より一層低く抑えることが可能となる。

従って、本実施形態の構成によれば、以下に記載の効果を得ることができる。
（１）本例のようにハーフマグネット型モータ１のロータ３において、この磁石９を磁極がロータ周方向Ｘ１を向きつつ、しかも磁極が同じ方向を向くように配置し、しかもロータ３の突極の位置、即ち隣り合う磁石９，９同士の中間位置１０に、磁気バリアとして働く放射状空隙１１を形成した。このため、ロータ３の表面に発生するＮ極及びＳ極の磁束の方向性及び疎密の均一化を図ることが可能となるので、このように磁束の偏りが小さく抑えられれば、モータ１に発生し得るトルクリップルを小さく抑えることができる。よって、本例のようにトルクリップルの低減が可能となれば、その分だけモータ１の低振動化、ひいては低騒音化を図ることができる。

（２）本例では、振動や騒音の少ないインナーロータ型のモータ１を提供することができる。
（３）磁石収納部８と放射状空隙１１とを同一形状としたので、ロータ３にこれら部材を形成するに際しては、同じ一作業工程で製造することが可能となる。よって、ロータ３の製造作業、ひいてはモータ１の製造作業の簡素化を図ることができる。また、例えばロータ３から発生するＮ極とＳ極とを両者とも磁石により生成するモータを従来型モータとした場合、本例のように磁石収納部８と放射状空隙１１とを同一形状とすれば、従来型モータのロータから同極の磁石を抜き取って、その孔を放射状空隙１１とすることが可能となる。このため、従来型モータと本例のモータ１とでロータ３を共用することが可能となるので、部品点数の削減等の効果を得ることができる。

（４）ロータコア６に空けられた放射状空隙１１をリベット１３の挿込先として利用すれば、ロータコア６の両端に磁石飛び出し防止板１２をリベット１３により取り付ける構造をとったとしても、ロータコア６にリベット１３を挿し込む新たな孔を設けずに済む。このため、ロータコア６にリベット挿込用の新たな孔を形成することを起因とする磁気特性悪化の問題を考えずに済む。

（５）モータ１として１０極１２スロット構造を採用した場合には、トルクリップルがより小さく抑えられるので、モータ１の低振動化をより一層図ることができる。
（第２実施形態）
次に、第２実施形態を図６〜図９に従って説明する。なお、第２実施形態は、第１実施形態に記載した空隙の形状を変更した実施形態であって、他の基本的な構成は第１実施形態と同様である。よって、第１実施形態と同一部分には同一符号を付して詳しい説明を省略し、異なる部分についてのみ詳述する。

図６及び図７に示すように、放射状空隙１１の内部には、この空隙内部においてロータコア６の鉄心をロータ径方向Ｘ２において延ばして放射状空隙１１を分断することにより、放射状空隙１１内における磁束の通路として磁束通路部１４が形成されている。この磁束通路部１４は、放射状空隙１１の内部において新たな磁束の流れ（図７に示す太矢印）を形成することにより、ロータ３の内部に新たなリラクタンストルクを発生させ、磁石数が半数しかなく低トルクの傾向が高い本例のようなハーフマグネット型の磁石配置関係を磁石９がとっていても、高トルク出力を確保する働きを持つ。なお、図７では、磁束の流れを１つのみ図示したが、実際には各磁束通路部１４で同様の新たな磁束流れが発生する。

また、磁束通路部１４においてロータ周方向Ｘ１の両側には、空隙がロータ径方向Ｘ２に沿って細長く延びた一対の狭空隙１５，１５が形成されている。これら狭空隙１５，１５は、各々が向き合う磁石９においてロータ径方向Ｘ２の中心側の端部位置まで延長されている。これら狭空隙１５，１５は、放射状空隙１１を２つに分断することにより形成されるものであるので、ロータ３の突極に対応する位置に配置されている。なお、本例においては、一対の狭空隙１５，１５のうち、磁石９のＮ極側に位置するものをＮ極側狭空隙１５ｎとし、磁石９のＳ極側に位置するものをＳ極側狭空隙１５ｓとする。なお、狭空隙１５（１５ｎ，１５ｓ）が空隙を構成する。

ところで、本例の場合には、図８に示すように、元々のロータ３においては磁石収納部８のロータ径方向Ｘ２の両端に、それぞれ一対の補助空隙１６，１７が設けられている。これら補助空隙１６，１７は、間に鉄心を残してロータ周方向Ｘ１に少量延びた形状をとり、ロータ３内における磁束漏れを抑制するように働く。なお、本例においては、ステータ２側のものを外径側補助空隙１６とし、ロータ３の中心側のものを内径側補助空隙１７とする。また、本例においては、一対の内径側補助空隙１７，１７のうち、Ｎ極側に位置するものをＮ極側補助空隙１７ｎとし、Ｓ極側に位置するものをＳ極側補助空隙１７ｓとする。そして、本例の狭空隙１５，１５は、Ｎ極側狭空隙１５ｎのロータ中心側の端部をＮ極側補助空隙１７ｎまで延ばして連結し、Ｓ極側狭空隙１５ｓのロータ中心側の端部をＳ極側補助空隙１７ｓまで延ばすことにより、ロータ径方向Ｘ２の中心側の端部位置まで空隙距離が延長されている。

また、磁束通路部１４は、狭空隙１５，１５を磁石収納部８側に延ばすことによって、磁気通路が元の放射状空隙１１の位置から延長されている。即ち、本例の磁束通路部１４は、第１実施形態に記載の放射状空隙１１を両側に空隙を残して埋めることにより形成された第１磁束通路部１４ａと、これら第１磁束通路部１４ａをロータ３の中心側で連結する円環状の第２磁束通路部１４ｂとからなる。また、第１磁束通路部１４ａは、第１実施形態に記載の放射状空隙１１に形成されていることから、これと同様にロータ３のモータ軸７を中心として放射状に延びる形状をとっている。

ところで、磁石配置構造がハーフマグネット型をとる本例のロータ３では、磁石数が従来のものに対して半数と少ないので、この種のモータ１に発生する一トルク成分のリラクタンストルクは、モータ１のトルク力を確保する上で、非常に重要なトルク成分の一要素となる。なお、リラクタンストルクとは、磁気抵抗が小さくなろうとする箇所に発生するトルク、即ち磁気が流れ難いところに磁束を流そうとロータ３がステータ２に対して回転することにより発生するトルクである。しかし、第１実施形態のようにロータ３に放射状空隙１１のような空隙を形成すると、その分だけ磁気的通路が少なくなるので、リラクタンストルクを有効発生できない問題に繋がる。

しかし、本例の場合には、第１実施形態に記載の放射状空隙１１の内部に新たな磁気的通路として磁束通路部１４を形成したので、この磁束通路部１４に磁束が流れて、ロータ３に新たなリラクタンストルクが発生する。このため、ロータ３に磁束偏りを抑制する空隙（一対の狭空隙１５，１５）を設けても、ロータ３にはリラクタンストルク発生を促進する磁束通路部１４が形成されることにより、リラクタンストルクの発生が助長されるので、空隙形成の効果として得られるモータ１の低振動化と、リラクタンストルク発生を助長することによるトルク力確保との両立を図ることが可能となる。

なお、本例のように狭空隙１５，１５の間に磁束通路部１４を形成してリラクタンストルクを確保する場合、モータ１を回転する際の駆動制御としては、例えば巻線を通電するタイミングを早めることでモータ１の回転速度を制御する進角制御を採用するとよい。このように、モータ１の駆動制御として進角制御を採用するのは、一対の狭空隙１５，１５の間に磁束通路部１４（要は鉄心）が存在するので、ロータ３はＮ極発生領域−磁束通路部１４（鉄心）−Ｓ極発生領域が交互に現れるものとなるので、磁束通路部１４を吸引する処理を含めたモータ駆動制御が必要となるためである。

また、図９に示すように、第１実施形態と同様にこれら狭空隙１５，１５をリベット１３の挿込孔として利用することも可能である。但し、本例の狭空隙１５，１５は幅が狭い空隙であるので、リベット１３を挿し込むには空隙幅を少し大きくする変更が必要となる。しかし、狭空隙１５，１５として孔が空いている箇所に大きめの孔を形成するだけであるので、例えばリベット１３を挿通する孔をロータ３に新たに形成する場合に比べれば、磁気特性の悪化は低く抑えられる。よって、この場合も、ロータ３に磁石飛び出し防止板１２，１２をリベット１３で固定する場合であっても、磁気特性が大きく悪化する懸念は発生し難い。

従って、本実施形態の構成によれば、第１実施形態の（１），（２），（４），（５）に記載の効果に加え、以下の効果を得ることができる。
（６）放射状空隙１１の内部に、この空隙１１内における新たな磁気的通路として磁束通路部１４を形成したので、この部分を流れる磁束によって新たなリラクタンストルクを発生させることが可能となり、その分だけモータ１の発生トルクを高トルクとすることが可能となる。このため、ロータ３に空隙（狭空隙１５ｎ，１５ｓ）を形成したことによるモータ１の低振動化と、新たな磁束通路部１４を形成したことによるモータ１のトルク量確保との両立を図ることができる。

（７）磁石９のロータ径方向Ｘ２の端部位置に補助空隙１６，１７を設けたので、磁石９の端部位置からの磁束漏れを少なく抑えることが可能となる。このため、ロータ３からの磁束漏れをその分だけ少なく抑えることが可能となるので、モータ１の高トルク化を図る上で効果が高くなる。

（８）放射状空隙１１の内部に磁束通路部１４を設けることにより形成される一対の狭空隙１５ｎ，１５ｓは、各々が向き合う磁石収納部８に形成された補助空隙１６，１７において、ステータ２から遠い側（即ち、ロータ中央側）で、しかも各々の向き合う側のものに各々連結すること、即ち狭空隙１５ｎを補助空隙１７ｎに連結し、狭空隙１５ｓを補助空隙１７ｓに各々連結することにより、狭空隙１５ｎ，１５ｓの空隙距離が延長されている。このため、距離延長した狭空隙１５ｎ，１５ｓによってロータ３の磁極（Ｎ極発生領域、Ｓ極発生領域）をロータ中央側から囲むことが可能となるので、隣の磁極への磁束漏れや磁石９の端部付近での磁束漏れを、より効果的に防ぐことが可能となる。よって、ロータ３からの磁束漏れをより一層低減することが可能となり、モータ１の高トルク化に一層効果が高くなる。

（９）本例のようにモータ１の駆動制御として進角制御を採用した場合、例えば故意にラジアル方向に振動を起こさせることにより、モータ１が元来持っているラジアル振動にこの振動を重畳させて、モータ１の振動を更に低減することもできる。この場合、モータ１がより一層振動の少ないものとなるので、本例のモータ１を高機能モータとして提供することができる。

なお、実施形態はこれまでに述べた構成に限らず、以下の態様に変更してもよい。
・ 第２実施形態において、磁束通路部１４は、必ずしも狭空隙１５，１５を補助空隙１６，１７まで延ばして経路を延長した構造をとることに限定されない。例えば、図１０に示すように、元の放射状空隙１１の部分にのみ磁束通路部１４が形成されることにより、延長されていない形状をとっていてもよい。なお、補助空隙１６，１７は、必ずしも存在しなければならないものではなく、これを省略してもよい。

・ 第１及び第２実施形態において、図１１に示すように、補助空隙１６，１７は、放射状空隙１１や狭空隙１５，１５（図１１では放射状空隙１１を図示）に連続する形状をとることに限定されず、これら空隙から分離した形状をとっていてもよい。また、補助空隙１６，１７は、必ずしも磁石収納部８のロータ径方向両端に形成されず、片側一方のみでもよい。さらに、図１１に示すように、放射状空隙１１のロータ径方向Ｘ２の少なくとも一方（図１１では両端）に補助空隙１６，１７を形成してもよい。

・ 第１及び第２実施形態において、磁石９は、必ずしも永久磁石を使用することに限らず、どのような種の磁石を使用してもよい。
・ 第１及び第２実施形態において、ステータ２の巻線形式は、集中巻や分布巻きなど、種々の巻線形式が採用可能である。

・ 第１及び第２実施形態において、モータ１は、必ずしも８極１２スロット構造のように、４の整数倍の極数を持つロータ３を持つものに限定されず、種々の極数を持つものを採用可能である。

・ 第１及び第２実施形態において、モータ１は、必ずしも１０極１２スロット構造のように、１つの相を２つのティース５の組で形成されるものに限らず、例えば１つの相を１つのティース５の組で形成するものでもよい。

・ 第１及び第２実施形態において、空隙１１，１５の形状は、種々の形状が採用可能であることは言うまでもない。
・ 第１及び第２実施形態において、モータ１（ステータ２）の外観形状は、円筒に限定されず、種々の形状が採用可能である。

・ 第１及び第２実施形態において、磁石９の配置向きは、本例のように図１の紙面反時計回り側がＮ極で、時計回り側がＳ極であることに限定されず、この組み合わせを逆としてもよい。

・ 第１実施形態において、磁石収納部８と放射状空隙１１とは、必ずしも同一形状をとることに限定されず、これらが各々異なる形状をとっていてもよい。
・ 第１及び第２実施形態において、磁石保持部は、必ずしも板形状の磁石飛び出し防止板１２に限らず、例えば爪や舌片等の他の形状をなしていてもよい。

・ 第１及び第２実施形態において、固定ピンは必ずしもリベット１３に限らず、磁石飛び出し防止板１２をロータコア６に固定できるものであれば、どのような種のものでもよい。

・ 第１及び第２実施形態において、モータ１は、８極１２スロット構造や１０極１２スロット構造に限定されず、極数やスロット数は適宜変更可能である。
・ 第１及び第２実施形態において、モータ１は、必ずしもＩＰＭ型に限定されず、例えばＳＰＭ型を採用してもよい。

・ 第１及び第２実施形態において、モータ１は、必ずしもインナーロータ型に限定されず、例えばアウターロータ型を採用してもよい。
次に、上記実施形態及び別例から把握できる技術的思想について、それらの効果とともに以下に追記する。

（１）複数の巻線が巻回されたステータと、Ｎ極及びＳ極からなる磁極を複数組持つロータとを備え、前記ロータの鉄心において隣り合う当該磁石の間を突極としてこれを磁極とするハーフマグネット型回転電機において、磁極が前記ロータの周方向を向きつつ、しかも当該周方向において同じ方向を向くように前記磁石を放射状に配置するとともに、前記突極の位置に前記ロータの径方向に沿った空隙を形成して、当該隙間の両側における前記鉄心を２磁極としたことを特徴とする回転電機。

（２）複数の巻線が巻回されたステータと、Ｎ極及びＳ極からなる磁極を複数組持つロータとを備え、前記ロータの鉄心において隣り合う当該磁石の間を突極としてこれを磁極とするハーフマグネット型回転電機のロータにおいて、磁極が前記ロータの周方向を向きつつ、しかも当該周方向において同じ方向を向くように前記磁石を放射状に配置するとともに、前記突極の位置に前記ロータの径方向に沿った空隙を形成して、当該隙間の両側における前記鉄心を２磁極としたことを特徴とする回転電機のロータ。

第１実施形態における８極１２スロットモータの内部構造を示す断面図。 ロータにおける発生磁極を説明するロータの模式図。 磁石飛び出し防止板がリベットにより取り付けられたロータを示す斜視図。 リベットが挿し込まれたロータを示す断面図。 １０極１２スロットモータの内部構造を示す断面図。 第２実施形態におけるモータの内部構造を示す断面図。 ロータにおける発生磁極を説明するロータの模式図。 狭空隙を距離延長する前のロータの内部構造を示す断面図。 リベットが挿し込まれたロータを示す断面図。 別例における他形状の空隙を例示するロータの模式図。 同じく他の別例における他形状の空隙を例示するモータの断面図。 従来におけるモータの内部構造を示す断面図。

符号の説明

１…回転電機としてのモータ、２…ステータ、３…ロータ、８…磁石収納部、９…磁石、１１…空隙を構成する放射状空隙、１２…磁石保持板としての磁石飛び出し防止板、１３…固定ピンとしてのリベット、１４（１４ａ，１４ｂ）…磁束通路部、１５（１５ｎ，１５ｓ）…空隙を構成する狭空隙、１６…補助空隙、１７（１７ｎ，１７ｓ）…補助空隙、Ｘ１…周方向としてのロータ周方向、Ｘ２…径方向としてのロータ径方向、Ｘ３…軸方向としてのロータ軸方向。

Claims (7)

1. 複数の巻線が巻回されたステータと、Ｎ極及びＳ極からなる磁極を複数組持つロータとを備え、前記ロータの鉄心において隣り合う磁石の間を突極としてこれを磁極とするハーフマグネット型の回転電機のロータ構造において、
   磁極が前記ロータの周方向を向きつつ、しかも当該周方向において同じ方向を向くように前記磁石を放射状に配置するとともに、前記突極の位置に前記ロータの径方向に沿った空隙を形成して、当該隙間の両側における前記鉄心を２磁極としたことを特徴とする回転電機のロータ構造。
2. 前記ロータが回転可能に前記ステータの内部に収納され、前記ロータが前記ステータの内部において回転動作をとるインナーロータ型であることを特徴とする請求項１に記載の回転電機のロータ構造。
3. 前記磁石は、前記ロータに形成された磁石収納部に収納され、前記空隙は、前記磁石収納部と同一形状をとっていることを特徴とする請求項１又は２に記載の回転電機のロータ構造。
4. 前記ロータの軸方向の両端には、当該ロータに取り付けた前記磁石の外れを防止する磁石保持部が固定ピンを介して取り付けられ、前記空隙が当該固定ピンの挿込先として利用されていることを特徴とする請求項１〜３のうちいずれか一項に記載の回転電機のロータ構造。
5. 前記空隙の内部には、当該空隙を前記ロータの径方向において分断するように前記鉄心を延設することにより、当該空隙の内部における磁束の通路として磁束通路部が形成されていることを特徴とする請求項１〜４のうちいずれか一項に記載の回転電機のロータ構造。
6. 前記磁石は、前記ロータに形成された磁石収納部に収納され、前記磁石収納部において前記ロータの径方向の少なくとも一方の端部位置には、前記鉄心を間に残して前記周方向の両側に一対の補助空隙が形成されていることを特徴とする請求項１〜５のうちいずれか一項に記載の回転電機のロータ構造。
7. 前記空隙の内部に前記磁束通路部を設けることによって形成される一対の狭空隙は、各々が向き合う前記磁石収納部に形成された前記補助空隙において、前記ステータから遠い側で、かつ自身と向き合う側のものにそれぞれ連結されることにより、前記ロータの磁極を反ステータ側から囲むように空隙距離が延長されていることを特徴とする請求項６に記載の回転電機のロータ構造。

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