JP2016010176A - モータ - Google Patents

Abstract

【課題】モータの効率の低下を抑制しつつ一部の永久磁石の磁束量を効率よく変更する。【解決手段】モータの回転部は、周方向に配列される複数の磁石３３と、複数の保持孔３２１内に前記複数の磁石３３を保持するロータコア３２を備える。前記複数の磁石３３は、第１磁石要素３３１と、２つの第２磁石要素３３２とを含む。前記第１磁石要素３３１は、周方向に広がりを有する板状である。前記第２磁石要素３３２は、前記第１磁石要素３３１の周方向両側に位置し、保磁力は、前記第１磁石要素３３１よりも小さい。前記ロータコア３２が、各第１磁石要素３３１の径方向内側に位置する空隙であって、径方向内側の壁面と径方向外側の壁面に挟まれるフラックスバリア３２２を含む。前記中心軸に垂直な面内において、磁石３３の幅は、対応するフラックスバリア３２２の同方向の幅よりも大きい。【選択図】図３

Description

本発明は、電動式のモータに関する。

複数の永久磁石の一部の磁束量を可逆的に変化させ、低速から高速までの広範囲での可変速運転を可能とした永久磁石同期モータ（以下、「可変磁石モータ」と呼ぶ。」）が知られている。可変磁石モータは、例えば、ＩＰＭ（埋め込み磁石）型モータにおいて、２種類以上の永久磁石を使うことにより、構成される。

例えば、特開２０１０−１５４６７６号公報に開示される永久磁石電動機２１では、図２に示されるように、回転子２４の各永久磁石収容穴３１ａに、１つの第１の永久磁石３３と、２つの第２の永久磁石３４とが収容される。２つの第２の永久磁石３３は第１の永久磁石の周方向両側に位置する。第１の永久磁石３３は高保磁力永久磁石であり、磁束量は固定である。第２の永久磁石３４は低保磁力永久磁石であり、磁束量は可変である。

特開２０１０−４６７３号公報に開示される回転子１は、回転子鉄心２と、永久磁石３，４を有する。永久磁石３，４は回転子鉄心２内に配置される。永久磁石３は、保磁力と磁化方向厚みの積が、永久磁石４のものより小である。一対の永久磁石４は、各永久磁石３の周方向両側に位置する。一対の永久磁石４と回転子鉄心２の外周面との間には、一対の磁気障壁（フラックスバリア）がそれぞれ配置され、永久磁石３と回転子鉄心２の外周面との間には磁気障壁は配置されない。
特開２０１０−１５４６７６号公報 特開２０１０−４６７３号公報

一般に、ＩＰＭ型モータのロータコアには、永久磁石の周辺にフラックスバリアが配置される。これは、静止部と回転部との間において磁束を流れやすくし、トルクに寄与する磁束の量を増やすためである。その結果、モータにおけるトルクや効率を上げることができる。特開２０１０−４６７３号公報に開示される回転子１にもフラックスバリアが設けられるが、このフラックスバリアは、永久磁石３の磁束量を効率よく変更するために設けられる。しかし、フラックスバリアを磁束量の多い永久磁石４と回転子１の外周との間に配置すると、モータの効率の低下は大きくなる。

そこで、本発明は、可変磁石モータにおいて、磁束の流れを考慮したフラックスバリアの形状および配置の設計により、モータの効率の低下を抑制しつつ一部の永久磁石の磁束量を効率よく変更することを目的としている。

本発明の一の例示的な実施形態に係るモータは、中心軸を中心として回転する回転部と、前記回転部の周りに配置される静止部と、前記回転部を回転可能に支持する軸受機構と、を備える。前記回転部は、周方向に配列される複数の磁石と、軸方向に延びる複数の保持孔を有し、前記複数の保持孔内に前記複数の磁石をそれぞれ保持するロータコアと、を備える。前記複数の磁石のそれぞれは、第１磁石要素と、２つの第２磁石要素とを含む。前記第１磁石要素は、周方向に広がりを有する板状である。前記２つの第２磁石要素は、前記第１磁石要素の周方向両側に位置し、前記２つの第２磁石要素の保磁力は、前記第１磁石要素の保磁力よりも小さい。前記ロータコアが、各第１磁石要素の径方向内側に位置する空隙であって、径方向内側の壁面と径方向外側の壁面に挟まれるフラックスバリアを含む。前記中心軸に垂直な面内において、前記第１磁石要素の中央を通る径方向に垂直な方向における、前記第１磁石要素を含む磁石の幅は、対応するフラックスバリアの同方向の幅よりも大きい。

本発明によれば、フラックスバリアにより、モータの効率の低下を抑制しつつ第２磁石要素の磁束量を効率よく変更することができる。

図１は、一の実施形態に係るモータを示す縦断面図である。 図２は、ステータコアと、ロータコアと、複数の磁石と、を示す平面図である。 図３は、ロータコアと、複数の磁石と、を示す平面図である。 図４は、ロータコアと、複数の磁石と、を拡大して示す平面図である。 図５は、ロータコアと、磁石と、をさらに拡大して示す平面図である。 図６は、フラックスバリアの他の例を示す平面図である。 図７は、複数の磁石の他の例を示す平面図である。

本明細書では、説明の便宜上、モータの中心軸方向である図１の上下方向をモータの上下方向と定める。上下方向は、重力方向と一致する必要はない。また、中心軸に平行な方向を「軸方向」と呼び、中心軸を中心とする径方向を単に「径方向」と呼び、中心軸を中心とする周方向を単に「周方向」と呼ぶ。

図１は、本発明の例示的な一の実施形態に係るモータ１を示す縦断面図である。断面の細部における平行斜線を省略している。モータ１は、回転電機である。モータ１はインナロータ型であり、ＩＰＭ（埋め込み磁石）型モータである。モータ１は、静止部２と、回転部３と、軸受機構４と、を含む。軸受機構４は、モータ１の中心軸Ｊ１を中心に回転部３を静止部２に対して回転可能に支持する。

静止部２は、回転部３の周りに配置される。静止部２は、ハウジング２１と、ステータ２２と、を含む。ハウジング２１は、有底略円筒状のハウジング部材２１１と、蓋部材２１２と、を含む。ハウジング部材２１１は、円筒部５１１と、底部５１２と、を含む。蓋部材２１２は、略矩形状であり、円筒部５１１の上部に取り付けられる。蓋部材２１２の中央には開口５２１が設けられる。ステータ２２は、ステータコア２２３と、複数のインシュレータ２２１と、複数のコイル２２２と、を含む。ステータコア２２３の各ティースは、１つのインシュレータ２２１により覆われる。インシュレータ２２１は、例えば、絶縁性の樹脂材料から構成される。各インシュレータ２２１上には、１つのコイル２２２が設けられる。より詳細には、インシュレータ２２１を介してティースの周囲に導線が巻き回されることにより、コイル２２２が構成される。静止部２に外部電源等から電力が供給されることにより、回転部３は、中心軸Ｊ１を中心として回転する。なお、インシュレータ２２１に代えて、絶縁紙等がコイル２２２とステータコア２２３との間に配置されてもよい。

軸受機構４は、複数の軸受４０１により構成される。本実施の形態では軸受４０１の数は２つであり、軸受４０１はそれぞれ玉軸受である。軸受４０１は、玉軸受以外の他の構造の軸受であってもよい。一方の軸受４０１は、開口５２１において蓋部材２１２に固定される。他方の軸受４０１は、底部５１２に固定される。

回転部３は、シャフト３１と、ロータコア３２と、複数の磁石３３と、を含む。シャフト３１は、軸方向に延びる部材であり、中心軸Ｊ１に沿うように配置される。この好ましい実施形態において、シャフト３１は、略円柱状である。なお、シャフト３１は、中空部材であってもよい。シャフト３１は、軸受機構４により中心軸Ｊ１を中心として回転可能に支持される。ロータコア３２は、略円筒状である。ロータコア３２の貫通孔には、シャフト３１が通される。シャフト３１は、ロータコア３２の貫通孔内に、例えば、圧入や接着等により固定される。径方向において、ロータコア３２は、ステータ２２の内側に配置される。ロータコア３２の外周面はステータ２２の内周面に近接する。

図２は、ステータコア２２３と、ロータコア３２と、複数の磁石３３と、を示す平面図である。図２では、複数のコイル２２２の概略形状を二点鎖線にて示している。ステータコア２２３は、複数のティース５３１と、コアバック５３２と、を含む。コアバック５３２は、中心軸Ｊ１を中心とする略環状である。この好ましい実施形態では、ティース５３１の数は９であり、スロットの数は９である。各ティース５３１は、コアバック５３２からロータコア３２に向かって径方向内方に延びる。ステータコア２２３は、複数枚の電磁鋼板が軸方向に積層されて構成される積層鋼板である。

図３は、ロータコア３２と、複数の磁石３３とを示す平面図である。ロータコア３２は、複数枚の電磁鋼板が軸方向に積層されて構成される積層鋼板である。複数の磁石３３は、周方向に配列される。この好ましい実施形態において、磁石の数は６個である。言い換えると、この好ましい実施形態において、モータ１のポール数は６である。回転部３および静止部２の極数は様々に変更されてよい。各磁石３３は、１つの第１磁石要素３３１と、２つの第２磁石要素３３２とから構成される。もちろん、各磁石３３には、他の補助的な１以上の第３磁石要素が含まれてもよい。第１磁石要素３３１および第２磁石要素３３２は、それぞれ、永久磁石である。ロータコア３２は、軸方向に延びる複数の保持孔３２１を有する。複数の保持孔３２１は、周方向に配列される。各保持孔３２１は、軸方向から見た場合に径方向に対して略垂直な方向に延びる。複数の磁石３３は、それぞれ複数の保持孔３２１内に保持される。各保持孔３２１は、ロータコア３２を軸方向に貫通する。図示は省略されているが、好ましくは、各保持孔３２１の上下両端には、磁石３３の脱落を防止する部材が取り付けられる。各磁石３３は、軸方向に延び、保持孔３２１の内部において軸方向におけるほぼ全長に亘って存在する。各磁石３３を構成する第１磁石要素３３１の数は２以上でもよく、各磁石３３を構成する第２磁石要素３３２の数は３以上でもよい。

各磁石３３の第１磁石要素３３１は、周方向に広がりを有する板状である。図３の例では、第１磁石要素３３１は、その中央を通る径方向に垂直な平板状である。２つの第２磁石要素３３２は、第１磁石要素３３１の周方向両端部にそれぞれ位置する。各第２磁石要素３３２の周方向の幅は、第１磁石要素３３１の周方向の幅よりも小さい。ここでの周方向の幅とは、中心軸Ｊ１から見たときの周方向の角度範囲をいう。第１磁石要素３３１および第２磁石要素３３２の形状は、図３に示される形状に限定されない。第１磁石要素３３１の厚さは一定でなくてもよく、例えば、少なくとも一部が湾曲した板状であってもよい。

図３の例では、第１磁石要素３３１および２つの第２磁石要素３３２はほぼ一直線上に並ぶ。２つの第２磁石要素３３２は、第１磁石要素３３１の周方向両側にそれぞれ位置すればよく、第１磁石要素３３１に接しなくてもよい。また、２つの第２磁石要素３３２は、第１磁石要素３３１のおよそ周方向両側にそれぞれ位置すればよく、厳密な意味での周方向両側に位置する必要はない。２つの第２磁石要素３３２の保磁力は、第１磁石要素３３１の保磁力よりも小さい。好ましくは、第１磁石要素３３１は、Ｎｄ−Ｆｅ−Ｂ磁石であり、第２磁石要素３３２は、２−１７系Ｓｍ−Ｃｏ磁石である。なお、第１磁石要素３３１および第２磁石要素３３２に用いられる磁石の材料は、上述のものに限られず、適宜変更されてもよい。モータ１の静止時または回転中に、ｄ軸電流によるステータ２２からの磁界により、各第２磁石要素３３２の磁束量は変更可能である。

ここで、磁石３３の長手方向における第１磁石要素３３１の長さをｃ、各第２磁石要素３３２の同方向の長さをｖとする。ｖがｃに比べて小さすぎると、第２磁石要素３３２の磁束量の可変幅が小さくなる。そのため、磁石３３全体の総鎖交磁束の変化量が小さく、高速回転時における効率の向上が困難となる。ｖがｃに比べて大きすぎると、磁気装荷が少なくなる。その結果、モータ１の銅損が増加するので、特に低速・中速回転時の効率が低下する。以上を考慮し、設計上、比ｖ／ｃは０．２以上０．３以下であることが好ましい。

ロータコア３２は、複数のフラックスバリア３２２を含む。各フラックスバリア３２２は各第１磁石要素３３１の径方向内側に配置される。各フラックスバリア３２２は空隙であり、ロータコア３２を軸方向に貫通する。本実施形態では、各フラックスバリア３２２内に空気が存在する。なお、各フラックスバリア３２２の内部に樹脂等が存在してもよい。各フラックスバリア３２２は、ロータコア３２において、他の部分よりも磁気抵抗が大きい領域であればよい。後述する他のフラックスバリアにおいても、同様である。各フラックスバリア３２２はおよそ周方向に延びる。換言すれば、軸方向から見たときに、各フラックスバリア３２２は、径方向内側の壁面３４１と、径方向外側の壁面３４２とに挟まれる空隙である。図１に示すように各フラックスバリア３２２は、ロータコア３２を貫通する。

ロータコア３２の外周面は、複数の凸部３２３を有する。各凸部３２３は、各第１磁石要素３３１の径方向外側において径方向外方に突出する。各凸部３２３は、中心軸Ｊ１および第１磁石要素３３１に沿って軸方向に亘って存在する。すなわち、中心軸Ｊ１に垂直なロータコア３２の断面の形状は、軸方向の各位置において同様である。各凸部３２３の周方向中央位置は、各第１磁石要素３３１の周方向中央位置および各フラックスバリア３２２の周方向中央位置と一致する。凸部３２３が設けられることにより、静止部２と回転部３との間の磁束密度分布を正弦波に近づけることができ、モータ１の回転時のトルクリップルを低減することができる。凸部３２３の曲率半径が小さすぎると、エアギャップが大きくなり、ティース５３１と磁石３３との間における漏れ磁束が多くなり、トルク特性が低下する。そのため、中心軸Ｊ１に垂直な面内において、凸部３２３の曲率半径は、好ましくは、ロータコア３２の直径の０．３倍以上０．４倍以下である。ロータコア３２の直径は、ロータコア３２の断面に外接する円の直径を指すものとする。

図４は、１つの磁石３３およびその近傍を拡大して示す図である。各フラックスバリア３２２は、中央部４１と、２つの延伸部４２と、を含む。中心軸Ｊ１に垂直な面内において、中央部４１は、第１磁石要素３３１の中央を通る径方向に垂直な方向に延びる。第１磁石要素３３１の中央の周方向の位置は、フラックスバリア３２２および中央部４１の中央の周方向の位置とほぼ一致する。２つの延伸部４２は、それぞれ、中央部４１の両端からロータコア３２の外周側に向かって延びる。２つの延伸部４２は、ロータコア３２の外周側に進むに従って漸次互いに離れる。言い換えると、平面視において、近接する延伸部４２と延伸部４２との間の周方向の距離は、中心軸Ｊ１側からロータコア３２の外周側に進むに従って徐々に大きくなる。ロータコア３２の強度を確保するため、中央部４１には、補強部４１１が設けられる。平面視において、補強部４１１は径方向に延び、ロータコア３２の中央部４１よりも径方向内側の部位と径方向外側の部位とを繋ぐ。

中心軸Ｊ１に垂直な面内において、２つの延伸部４２は、第１磁石要素３３１と２つの第２磁石要素３３２との２つの境界に向かってそれぞれ延びる。さらに、中心軸Ｊ１に垂直な面内における、各第１磁石要素３３１の中央を通る径方向に垂直な方向４１２において、当該第１磁石要素３３１を含む磁石３３の幅、すなわち、磁石３３の長手方向の長さは、対応するフラックスバリア３２２の同方向の幅よりも大きい。より好ましくは、各磁石３３の周方向の幅は、各フラックスバリア３２２の周方向の幅よりも大きい。すなわち、中心軸Ｊ１から各フラックスバリア３２２を見たと仮定した場合に、その両側に２つの第２磁石要素３３２の少なくとも一部がはみ出して見える。

各フラックスバリア３２２の幅は各磁石３３の幅よりも小さく、かつ、各フラックスバリア３２２は各磁石３３の径方向内側に存在する。各フラックスバリア３２２では磁気抵抗が大きいため、静止部２からのｄ軸電流による磁束を利用して２つの第２磁石要素３３２の磁束量、すなわち、着磁量を変更する際に、ステータ２２からの磁束が第１磁石要素３３１を経由して流れることが妨げられる。これにより、第２磁石要素３３２に多くの磁束を導くことができ、効率よく第２磁石要素３３２の磁束量を変更することができる。その結果、低速回転から高速回転まで効率よく行うことができる。第２磁石要素３３２の磁束量を低減した上で（消磁を含む。）、弱め磁束制御が行われてもよい。

各フラックスバリア３２２の形状は、好ましくは、中心軸Ｊ１に垂直な面内において、径方向内方に向かう凸形状である。これにより、複数の第２磁石要素３３２の磁束量変更時に、第１磁石要素３３１に向かう磁束を効率よく低減し、磁束を第２磁石要素３３２に集中させることができる。その結果、第２磁石要素３３２の増磁および減磁を容易に行うことができ、磁束量の変更に必要な電流を低減することができる。平面視において、各フラックスバリア３２２の形状は、図４に示すものには限定されず、例えば、円弧状、楕円弧状、Ｕ字状等であってもよい。好ましくは、平面視において、各フラックスバリア３２２の形状は、径方向を向く対称軸を中心として左右対称である。フラックスバリア３２２の形状とは、フラックスバリア３２２の外形を指し、より正確には、フラックスバリア３２２である貫通孔を構成する内側の面の輪郭の形状を指す。

いずれの形状を有するフラックスバリア３２２においても、好ましくは、各フラックスバリア３２２の両端部は、第１磁石要素３３１と２つの第２磁石要素３３２との２つの境界に向かってそれぞれ延びる。図４の例では、各フラックスバリア３２２の両端部は、２つの延伸部４２に含まれる。本実施形態では、中央部４１の端から第１磁石要素３３１と２つの第２磁石要素３３２との２つの境界に向かう２つの方向は、２つの第２磁石要素３３２とそれぞれ交差するため、実質的に、フラックスバリア３２２の両端部の延長線上に２つの第２磁石要素３３２がそれぞれ位置すると捉えることもできる。

各フラックスバリア３２２は、磁石３３よりも径方向内側に存在するため、フラックスバリアを磁石の径方向外側に配置する場合よりも、ロータコアの剛性を保ちつつ、磁束が第２磁石要素に流れやすくなる。その結果、フラックスバリアを磁石の径方向外側に配置する場合よりもモータの効率の低下を抑制することができる。

図４の例では、各フラックスバリア３２２が中央部４１と２つの延伸部４２とにより構成されるため、Ｖ字状のフラックスバリアを設ける場合に比べてフラックスバリア３２２の径方向の幅を小さく抑えることができる。これにより、各フラックスバリア３２２を磁石３３の径方向内側に配置する設計が容易となる。

ここで、第１磁石要素３３１の中央を通る径方向に平行な方向を第１方向４２１と呼び、第１磁石要素３３１を含む磁石３３と隣接する磁石３３との間の中央を通る径方向に平行な方向を第２方向４２２と呼ぶ。フラックスバリア３２２の両端部の延びる方向は、第１方向４２１、または、第２方向４２２、または、第１方向４２１と第２方向４２２との間の方向であることが好ましい。これにより、各第２磁石要素３３２の磁束量を変更する際に、フラックスバリア３２２に沿ってステータ２２からの磁束を滑らかに第２磁石要素３３２に向かわせ、第２磁石要素３３２に集中させることができる。その結果、第２磁石要素３３２の増磁および減磁をより容易に行うことができる。

一方、各フラックスバリア３２２の中央部４１は、第１磁石要素３３１からの磁束がロータコア３２の径方向内側へ流れることを妨げる。これにより、磁束をロータコア３２の外部へと大きく導き出すことができ、モータ１のトルクおよび効率が向上する。フラックスバリア３２２により、モータ１の効率の低下を抑制しつつ第２磁石要素３３２の磁束量を効率よく変更することができる。

本実施形態では、フラックスバリア３２２内は空気であり、その透磁率は磁石３３の透磁率に等しい。フラックスバリア３２２の磁気抵抗が永久磁石の磁気抵抗よりも相対的に小さいと、フラックスバリア３２２内に磁束が漏れ、トルク特性が低下する。そのため、中心軸Ｊ１に垂直な面内において、図５中において各フラックスバリア３２２の中央部４１の径方向幅Ｗ１は、各第１磁石要素３３１の中央の同方向の幅Ｗ２よりも大きいことが好ましい。他方で、各フラックスバリア３２２の幅Ｗ１が大きすぎると、ロータコア３２の機械的強度を確保することが困難となる。以上のことから、各フラックスバリア３２２の中央部４１の径方向の幅Ｗ１は、各第１磁石要素３３１の中央の同方向の幅Ｗ２の１．１倍以上、１．５倍以下であることが好ましい。

また、各第１磁石要素３３１の中央を通る径方向において、ロータコア３２の外周面と第１磁石要素３３１との間の距離をｄとする。距離ｄはいわゆる磁石３３の埋め込み深さである。埋め込み深さを浅くし、距離ｄを小さくした場合、ロータコア３２からの漏れ磁束、すなわち、短絡磁束が少なくなり、トルクの発生に寄与する磁束が多くなる。これにより、トルクの向上や低速および中速領域での効率の向上が実現される。

一方、距離ｄを小さくしすぎると、ｑ軸インダクタンスが減少し、回転部３における突極比が小さくなる。その結果、リラクタンストルクの減少や弱め磁束効果の減少といったデメリットが生じる。加えて、距離ｄを極端に小さくすると、ロータコア３２の外周面と各保持孔３２１の外縁との間の部位の機械的強度が低下する。モータ１は低速回転から高速回転まで利用されるため、ロータコア３２には高速回転のための十分な強度が求められる。距離ｄを小さくしすぎないことにより、突極比が小さくならず、高速領域での出力が向上する。以上の条件に鑑み、距離ｄは、第１磁石要素３３１の幅Ｗ２の１．５倍以上２．０倍以下であることが好ましい。この条件は、磁極数には制限されないが、図３のように磁極数が６の場合に特に適している。

ロータコア３２には、複数の側方フラックスバリア３５１が設けられる。各側方フラックスバリア３５１は、各磁石３３の周方向両側にそれぞれ位置する空隙である。各側方フラックスバリア３５１と磁石３３とは、当該磁石３３の周方向両側の面のうち、一方の面のみに接する。換言すれば、各側方フラックスバリア３５１は、磁石３３の他の面とは接しない。２つの側方フラックスバリア３５１が磁石３３の両側面のみに接することにより、第２磁石要素３３２の磁束量変更時に、ステータ２２からの磁束を第２磁石要素３３２に効率よく導くことができる。

各側方フラックスバリア３５１とロータコア３２の外周面との間の部位は、中心軸Ｊ１に垂直な面内において、周方向に延びる細長いリブ部３５２である。リブ部３５２の幅は、平面視において、ほぼ一定である。これにより、磁石３３の漏れ磁束を少なくするとともに、側方フラックスバリア３５１とロータコア３２の外周面との間の部位の強度を保つことができる。また、第２磁石要素３３２の磁束量変更時に、ステータ２２からの磁束を第２磁石要素３３２に効率よく導くことも実現される。

既述のように、ロータコア３２の外周部には複数の凸部３２３が設けられる。各凸部３２３により、磁石３３の側方におけるロータコア３２の存在領域が制限され、磁束を効率よく第２磁石要素３３２に導くことができる。特に、凸部３２３および側方フラックスバリア３５１の双方を設けることにより、第２磁石要素３３２の磁束量を変更する効率を大きく向上することができる。

図５に示す例では、中心軸Ｊ１に垂直な面内において、各側方フラックスバリア３５１と第２磁石要素３３２との境界の径方向外側の端点３６１は、第２磁石要素３３２の当該側方フラックスバリア３５１と接する辺３６２の端点と一致する。側方フラックスバリア３５１と第２磁石要素３３２との境界の径方向内側の端点３６３は、辺３６２上に位置する。換言すれば、ロータコア３２の一部が第２磁石要素３３２と側方フラックスバリア３５１との間において径方向外方へと突出する突出部３６４となっている。これにより、磁石３３の周方向の位置が固定される。

図６は、フラックスバリア３２２の他の例を示す平面図である。図６に示されるように、複数のフラックスバリア３２２は、それぞれ、複数の磁石３３の径方向内側に位置し、中心軸Ｊ１に垂直な面内において、第１磁石要素３３１の中央を通る径方向に垂直な方向に延びる略直線状である。回転部３の他の構成要素は図３に示された構成と同様であり、詳細な説明は省略する。図６のフラックスバリア３２２も、図３に示された構造と同様に、各第１磁石要素３３１の径方向内側に位置する空隙である。また、各フラックスバリア３２２は、径方向内側の壁面と径方向外側の壁面に挟まれる。この好ましい実施形態において、中心軸Ｊ１に垂直な面内において、フラックスバリア３２２の中央部の径方向の幅は、第１磁石要素３１１の同方向の幅の１．１倍以上１．５倍以下である。

中心軸Ｊ１に垂直な面内における、各第１磁石要素３３１の中心を通る径方向に垂直な方向において、各磁石３３の幅、すなわち、各磁石３３の長手方向の幅は、各フラックスバリア３２２の同方向の幅よりも大きい。より好ましくは、各磁石３３の周方向の幅は、各フラックスバリア３２２の周方向の幅よりも大きい。これにより、第２磁石要素３３２の磁束量を変更する際に、ステータ２２からの磁束を第２磁石要素３３２に容易に集中させることができ、効率よく第２磁石要素３３２の磁束量を変更することができる。

図７は、磁石３３の他の例を示す平面図である。図７では、２つの第２磁石要素３３２は第１磁石要素３３１の周方向両側にそれぞれ位置するが、２つの第２磁石要素３３２の位置は、図６と異なる。他の構成要素は、図６と同様であり、その説明を省略する。図７では、第１磁石要素３３１は、図６と同様に径方向に垂直に配置される。２つの第２磁石要素３３２は、第１磁石要素３３１の両端部から、それぞれ、第１磁石要素３３１の周方向外方かつ径方向外方に向かうように配置される。各磁石３３と各フラックスバリア３２２との周方向の大きさの関係は、図６に示される構成と同様であり、得られる作用効果も同様である。

モータ１は、上述の実施形態または変形例に限られるものではなく、様々な変更が可能である。

各第１磁石要素３３１は、その中央を通る径方向に対して正確に垂直である必要はない。各第１磁石要素３３１および各２つの第２磁石要素３３２の形状および配置は、フラックスバリア３２２による効果が得られる範囲内で様々に変更されてよい。磁石３３は一繋がりの磁石であってもよい。すなわち、一繋がりの磁石の一部が第１磁石要素３３１であり、他の部位が第２磁石要素３３２であってもよい。

平面視において、磁石３３の径方向内側に十分な領域があれば、軸方向から見たときにフラックスバリア３２２の形状は、Ｖ字状でもよく、特に限定されない。フラックスバリア３２２には補強部４１１は設けられなくてもよく、逆に、複数の補強部が設けられてもよい。

側方フラックスバリア３５１は、好ましくは、各磁石３３の周方向両側に設けられるが、側方フラックスバリア３５１は、各磁石３３の周方向一方側のみに設けられてもよい。側方フラックスバリア３５１の形状は様々に変形されてよい。ロータコア３２には、さらに他のフラックスバリアが設けられてもよい。

ロータコア３２に複数の磁石３３を固定する手法として、様々なものが採用されてよい。例えば、磁石３３はロータコア３２に接着剤にて固定されてもよい。積層鋼板であるロータコア３２の一部が磁石３３の位置を固定してもよい。

ハウジング２１やステータ２２等の他の構造も様々に変更されてよい。例えば、ハウジング２１は複数（例えば、３以上）の部材を組み合わせたものであってもよい。

上記実施の形態および各変形例における構成は、相互に矛盾しない限り適宜組み合わされてよい。

本発明に係るモータは、様々な用途の駆動源として利用可能であり、例えば、広範囲での可変速運転が求められる、空調機の室外機用コンプレッサ、洗濯機、ＥＶ（Electric Vehicle）駆動用モータ、ＨＥＶ（Hybrid Electric Vehicle）駆動用モータ、電動パワーステアリング等に用いることができる。

１ モータ
２ 静止部
３ 回転部
４ 軸受機構
３２ ロータコア
３３ 磁石
４１ 中央部
４２ 延伸部
３２１ 保持孔
３２２ フラックスバリア
３２３ 凸部
３３１ 第１磁石要素
３３２ 第２磁石要素
３５１ 側方フラックスバリア
４２１ 第１方向
４２２ 第２方向
Ｊ１ 中心軸

Claims (10)

1. 中心軸を中心として回転する回転部と、
   前記回転部の周りに配置される静止部と、
   前記回転部を回転可能に支持する軸受機構と、
   を備え、
   前記回転部が、
   周方向に配列される複数の磁石と、
   軸方向に延びる複数の保持孔を有し、前記複数の保持孔内に前記複数の磁石をそれぞれ保持するロータコアと、
   を備え、
   前記複数の磁石のそれぞれは、第１磁石要素と、２つの第２磁石要素とを含み、
   前記第１磁石要素は、周方向に広がりを有する板状であり、
   前記２つの第２磁石要素は、前記第１磁石要素の周方向両側に位置し、前記２つの第２磁石要素の保磁力は、前記第１磁石要素の保磁力よりも小さく、
   前記ロータコアが、各第１磁石要素の径方向内側に位置する空隙であって、径方向内側の壁面と径方向外側の壁面に挟まれるフラックスバリアを含み、
   前記中心軸に垂直な面内において、前記第１磁石要素の中央を通る径方向に垂直な方向における、前記第１磁石要素を含む磁石の幅は、対応するフラックスバリアの同方向の幅よりも大きい、モータ。
2. 前記フラックスバリアは、前記中心軸に垂直な面内において、径方向内方に向かう凸形状である、請求項１に記載のモータ。
3. 前記中心軸に垂直な面内において、前記フラックスバリアの両端部は、前記第１磁石要素と前記２つの第２磁石要素との境界に向かって延びる、請求項１または２に記載のモータ。
4. 前記中心軸に垂直な面内において、前記フラックスバリアは、前記第１磁石要素の中央を通る径方向に垂直な方向に延びる中央部と、前記中央部の両端から前記ロータコアの外周に向かい、前記両端部を含む２つの延伸部と、を含み、
   前記２つの延伸部は、前記外周に進むに従って漸次互いに離れる、請求項３に記載のモータ。
5. 前記両端部の延びる方向が、前記第１磁石要素の中央を通る径方向に平行な第１方向、または、前記第１磁石要素を含む磁石と隣接する磁石との間の中央を通る径方向に平行な第２方向、または、前記第１方向と前記第２方向との間の方向である、請求項３に記載のモータ。
6. 前記中心軸に垂直な面内において、前記フラックスバリアは、前記第１磁石要素の中央を通る径方向に垂直な方向に延びる直線状である、請求項１に記載のモータ。
7. 前記中心軸に垂直な面内において、前記フラックスバリアの中央部の径方向の幅が、前記第１磁石要素の中央の同方向の幅の１．１倍以上１．５倍以下である、請求項１ないし６のいずれかに記載のモータ。
8. 前記第１磁石要素の中央を通る径方向において、前記ロータコアの外周面と前記第１磁石要素との間の距離が、前記第１磁石要素の同方向の幅の１．５倍以上２．０倍以下である、請求項１ないし７のいずれかに記載のモータ。
9. 前記ロータコアの外周面が、各第１磁石要素の径方向外側において径方向外方に突出する凸部を有し、
   前記中心軸に垂直な面内において、前記凸部の曲率半径が、前記ロータコアの直径の０．３倍以上０．４倍以下である、請求項１ないし８のいずれかに記載のモータ。
10. 前記ロータコアが、各磁石の周方向両側に、当該ロータコアの空隙である２つの側方フラックスバリアを有し、
    前記２つの側方フラックスバリアが、前記各磁石の前記周方向両側の面のみに接する、請求項１ないし９のいずれかに記載のモータ。

Images