JP2016201960A

JP2016201960A - 埋込磁石型モータ

Info

Publication number: JP2016201960A
Application number: JP2015082519A
Authority: JP
Inventors: 勇人角谷; Yuto Kadoya
Original assignee: Denso Corp
Current assignee: Denso Corp
Priority date: 2015-04-14
Filing date: 2015-04-14
Publication date: 2016-12-01
Anticipated expiration: 2035-04-14
Also published as: JP6428458B2

Abstract

【課題】ロータ最内径側に配置される永久磁石７の耐減磁性を向上できる埋込磁石型モータを提供する。【解決手段】ロータコア６には、ロータ半径方向に１極当たり３層のスリット８（ロータ最内径側より外径側に向かって順に第１スリット８ａ、第２スリット８ｂ、第３スリット８ｃ）が形成され、各スリット８の内部に永久磁石７が挿入されている。第１スリット８ａと第２スリット８ｂとの間に設けられる第１磁路６ａの幅（磁路幅Ａ）が、第２スリット８ｂと第３スリット８ｃとの間に設けられる第２磁路６ｂの幅（磁路幅Ｂ）より小さく形成される。磁路幅Ａを磁路幅Ｂより小さくすることで、磁路幅Ａ＝磁路幅Ｂの構成と比較して、ステータから第１磁路６ａへ流れ込む磁束を抑制できる。これにより、第１スリット８ａに挿入されるロータ最内径側の永久磁石７の中心部に加わる逆磁界が減少するので、磁石中心部の耐減磁性を向上することが可能である。【選択図】図２

Description

本発明は、ロータの内部に永久磁石を埋め込んだ埋込磁石型モータに関する。

従来、ロータの回転中心側に向かって凸となる円弧形状のスリット内に永久磁石を埋め込んだ埋込磁石型モータが公知である。この埋込磁石型モータは、マグネットトルクとリラクタンストルクとを足し合わせた複合トルクを出力できるので、ネオジム磁石等の希土類磁石を使わずにフェライト磁石を使用しても強いトルク性能を得ることが可能である。
しかし、高トルク化を行うためには、可能な限り多くの磁石をスリット内に埋め込む必要があるため、磁石の両端部がロータの表面近くに配置されることになる。この場合、磁石端部がステータから逆磁界を受けやすくなり、且つ、ネオジム磁石に比べてフェライト磁石は保持力が低く減磁しやすいと言う背景もあるため、磁石の耐減磁性を確保することが必要となる。これに対し、特許文献１では、磁石の配向をｄ軸方向と平行となるように着磁することで、ロータの表面近くに配置される磁石端部のパーミアンスを大きくして耐減磁性を向上させる技術が開示されている。

特開２００８−１８７８０２号公報

ところで、一般的なラジアル着磁の場合は、配向方向に対する磁石の厚さが均一であるのに対し、ｄ軸方向と平行に着磁した場合は、配向方向に対する磁石の厚さが磁石中心部で最も薄くなり、パーミアンスが小さくなる。このため、ラジアル着磁の場合は、磁石隅部から減磁していくが、ｄ軸方向と平行に着磁した場合は、磁石中心部の方が磁石端部より減磁しやすくなる。また、図８に示すように、ステータ２に回転磁界が発生すると、回転磁界が作る磁束（破線で示す）がロータ最内径側の磁石７と、その一つ外側の磁石７との間の磁路６ａに流れ込み、ロータ最内径側の磁石７に逆磁界として作用するため、パーミアンスが小さい磁石中心部が最も減磁しやすいと言った問題がある。
本発明は、上記の課題を解決するために成されたものであり、その目的は、ロータ最内径側に配置される永久磁石の耐減磁性を向上できる埋込磁石型モータを提供することにある。

請求項１に係る本発明は、回転磁界を発生するステータと、このステータの内周側に回転可能に配置されるロータとを備え、前記ロータの半径方向に１極あたり３層以上のスリットが形成され、そのスリット内に永久磁石が埋め込まれる埋込磁石型モータであって、前記３層以上のスリットのうち前記ロータの最内径側に形成される前記スリットを第１スリットと呼び、この第１スリットより一つ外径側に形成される前記スリットを第２スリットと呼び、この第２スリットより一つ外径側に形成される前記スリットを第３スリットと呼び、前記第１スリットと前記第２スリットとの間に設けられる磁路を第１磁路と呼び、前記第２スリットと前記第３スリットとの間に設けられる磁路を第２磁路と呼ぶ時に、前記第１磁路の幅＜前記第２磁路の幅であることを特徴とする。

上記の構成によれば、第１磁路の幅を第２磁路の幅より小さくすることにより、ステータから第１磁路へ流れ込む磁束を抑制できるので、ロータ最内径側の永久磁石に加わる逆磁界が減少する。その結果、ロータ最内径側の永久磁石の耐減磁性を向上することが可能である。

実施例１に係るロータの１／４断面図である。実施例１に係る埋込磁石型モータの断面図である。実施例１に係る発明の効果を示すグラフである。実施例２に係るロータの１／４断面図である。実施例３に係るロータの１／４断面図である。実施例４に係るロータの１／４断面図である。実施例４に係る発明の効果を示すグラフである。従来技術の課題を説明するロータの一部断面図である。

本発明を実施するための形態を以下の実施例により詳細に説明する。

〔実施例１〕
実施例１の埋込磁石型モータ１は、図２に示すように、電機子を構成するステータ２と、界磁子を構成するロータ３とを備える。なお、図２はモータ１の断面図であるが、断面を表示するハッチングは省略している。
ステータ２は、所定本数のティース４ａを有するステータコア４と、ティース４ａに巻装される電機子コイル５とを有し、インバータ（図示せず）を通じて電機子コイル５に三相交流が印加されることで回転磁界を発生する。
ロータ３は、ステータ２の内周側に回転可能に配置されるロータコア６と、このロータコア６の内部に埋め込まれる永久磁石７とを有し、スタータ２に発生する回転磁界に同期して回転する。

ロータコア６には、図１に示すように、ロータ半径方向に１極当たり３層のスリット８が形成され、各スリット８の内部に永久磁石７が挿入される。
スリット８は、ロータ３の回転中心側が凸となる円弧形状に形成され、スリット８の両端がロータ３の外周面近くまで延設されている。スリット幅は一定である。
永久磁石７は、例えば、フェライト磁石であり、スリット８の形状に合致した円弧形状を有し、スリット８の全体に埋め込まれている。この永久磁石７は、ｄ軸方向と平行に着磁されている。なお、本発明では、ロータ３の磁極が作る磁束の方向（永久磁石７の中心軸）をｄ軸とし、このｄ軸と電気的に直交する方向をｑ軸と定義する（図１参照）。

以下、ロータ３の最内径側に形成されるスリット８を第１スリット８ａと呼び、この第１スリット８ａより一つ外径側に形成されるスリット８を第２スリット８ｂと呼び、この第２スリット８ｂより一つ外径側つまりロータ３の最外径側に形成されるスリット８を第３スリット８ｃと呼ぶ。また、第１スリット８ａと第２スリット８ｂとの間に設けられる磁路を第１磁路６ａと呼び、第２スリット８ｂと第３スリット８ｃとの間に設けられる磁路を第２磁路６ｂと呼ぶ。
実施例１のロータ３は、図１に示すように、第１磁路６ａの幅（以下、磁路幅Ａと言う）が、第２磁路６ｂの幅（以下、磁路幅Ｂと言う）より小さく形成されている。また、第１スリット８ａより外径側の磁路幅が略一定となるように、ロータコア６の外周面が円弧状に窪んで形成される。

〔実施例１の作用および効果〕
実施例1のロータ３は、円弧形状の永久磁石７をｄ軸方向と平行に着磁しているので、永久磁石７の両端部をロータ３の外周面近くまで配置しても減磁しにくくなる。また、磁路幅Ａを磁路幅Ｂより小さく形成しているので、磁路幅Ａ＝磁路幅Ｂの構成と比較して、ステータ２から第１磁路６ａへ流れ込む磁束を抑制できる。これにより、ロータ最内径側の永久磁石７、つまり第１スリット８ａに挿入される永久磁石７の中心部に加わる逆磁界が減少するので、磁石中心部の耐減磁性を向上することが可能である。なお、永久磁石７の中心部（磁石中心部）とは、ｄ軸と交差する長手方向の中心部を言う。
図３に示すグラフは、磁路幅Ａ／磁路幅Ｂと磁石中心部の減磁率との相関をシミュレーションによって求めた結果である。同グラフに示されるように、磁路幅Ａ／磁路幅Ｂが小さくなる程、減磁率が小さくなっている。但し、磁路幅Ａを小さくし過ぎると、第１磁路６ａを流れるｑ軸磁束が減少してｑ軸磁路の磁気飽和によりトルクが低下する恐れがある。よって、必要なトルクを確保できる範囲で磁路幅Ａを適宜に設定することが望ましい。

以下、本発明に係る他の実施例について説明する。
なお、実施例１と共通する部品および構成を示すものは、実施例１と同一の符号を付与して詳細な説明は省略する。
〔実施例２〕
この実施例２は、スリット８を長手方向に分断してロータ３を補強するブリッジ９を設けた事例である。
ブリッジ９は、図４に示すように、スリット長が長い第１スリット８ａと第２スリット８ｂにそれぞれ二ヶ所ずつ設けられ、第１スリット８ａおよび第２スリット８ｂを長手方向に三分割している。
以下、第１スリット８ａを分断するブリッジ９を第１ブリッジ９ａと呼び、第２スリット８ｂを分断するブリッジ９を第２ブリッジ９ｂと呼ぶ。第１ブリッジ９ａと第２ブリッジ９ｂは、共にｄ軸方向と平行に設けられ、且つ、磁極中心から同距離に位置している。

実施例２のロータ３は、実施例１の構成（磁路幅Ａ＜磁路幅Ｂ）に加えて、第１ブリッジ９ａの幅（以下、ブリッジ幅Ｃと言う）が第２ブリッジ９ｂの幅（以下、ブリッジ幅Ｄと言う）より大きく形成される（ブリッジ幅Ｃ＞ブリッジ幅Ｄ）。
ブリッジ幅Ｃをブリッジ幅Ｄより大きくすることにより、ステータ２から第１磁路６ａへ流れ込む磁束と、第２磁路６ｂから第２ブリッジ９ｂを通って第１磁路６ａへ流れ込む磁束とを第１ブリッジ９ａに流すことが可能となる。これにより、第１スリット８ａに挿入されるロータ最内径側の磁石中心部に加わる逆磁界が減少するので、磁石中心部の耐減磁性を向上することが可能である。

〔実施例３〕
この実施例３は、第１スリット８ａを分断する第１ブリッジ９ａと、第２スリット８ｂを分断する第２ブリッジ９ｂとを設けた他の事例である。
実施例３のロータ３は、図５に示すように、実施例１の構成（磁路幅Ａ＜磁路幅Ｂ）に加えて、ブリッジ幅Ｃが磁路幅Ａとブリッジ幅Ｄとを足し合わせた大きさに形成される（ブリッジ幅Ｃ＝磁路幅Ａ＋ブリッジ幅Ｄ）。
上記の構成によれば、ステータ２から第１磁路６ａへ流れる込む磁束と、第２磁路６ｂから第２ブリッジ９ｂを通って第１磁路６ａへ流れ込む磁束との全てを第１ブリッジ９ａに流すことが可能である。これにより、第１スリット８ａに挿入されるロータ最内径側の磁石中心部に加わる逆磁界が減少するので、磁石中心部の耐減磁性を向上することが可能である。
また、実施例３の構成では、ブリッジ幅Ｃを必要以上に大きくしないので、第１ブリッジ９ａを通る永久磁石７の漏れ磁束を低減できる。

〔実施例４〕
この実施例４は、少なくとも第１スリット８ａを分断する第１ブリッジ９ａを設けた事例である。
実施例４のロータ３は、図６に示すように、実施例１の構成（磁路幅Ａ＜磁路幅Ｂ）に加えて、磁路幅Ａがブリッジ幅Ｃと等しい大きさに形成される（磁路幅Ａ＝ブリッジ幅Ｃ）。
磁路幅Ａをブリッジ幅Ｃと等しくすることにより、ステータ２から第１磁路６ａへ流れる込む磁束を第１ブリッジ９ａへ流すことが可能となる。これにより、ロータ最内径側の永久磁石７に加わる磁束量が少なくなるので、磁石中心部の耐減磁性を向上することが可能である。

図７に示すグラフは、磁路幅Ａ／ブリッジ幅Ｃと磁石中心部の減磁率との相関をシミュレーションによって求めた結果である。同グラフに示されるように、磁路幅Ａ＝ブリッジ幅Ｃ（磁路幅Ａ／ブリッジ幅Ｃ＝１）のときに減磁率が最小となる。また、磁路幅Ａをブリッジ幅Ｃより小さくする（磁路幅Ａ／ブリッジ幅Ｃ＞１）と、磁石中心部以外の部分でより多くの減磁が発生するため、磁路幅Ａ＝ブリッジ幅Ｃの場合と比較して効果が減少する。よって、磁路幅Ａとブリッジ幅Ｃとを等しい大きさに形成することで、磁石中心部の耐減磁性を向上できる。

〔変形例〕
実施例１では、ロータコア６に１極当たり３層のスリット８を形成する事例を記載したが、４層以上のスリット８を形成しても良い。
磁路幅Ａとブリッジ幅Ｃとの関係において、磁路幅Ａ＞ブリッジ幅Ｃまたは磁路幅Ａ≦２×ブリッジ幅Ｃとすることも出来る。
実施例２〜４に記載したブリッジ９は、必ずしもｄ軸方向と平行に設ける必要は無く、例えば、スリット８の円弧形状に対しラジアル方向に設けることも出来る。また、第１ブリッジ９ａと第２ブリッジ９ｂは磁石中心からの位置が同距離でなくても良い。
実施例１〜４では、スリット８および永久磁石７を円弧形状として記載したが、円弧より曲率が大きい曲形状でも良い。
実施例１では、８極モータの事例を記載しているが、本発明は８極以外のモータ構造にも適用できる。

１埋込磁石型モータ
２ステータ
３ロータ
６ａ第１磁路
６ｂ第２磁路
７永久磁石
８スリット
８ａ第１スリット
８ｂ第２スリット
８ｃ第３スリット
９ブリッジ
９ａ第１ブリッジ
９ｂ第２ブリッジ

Claims

回転磁界を発生するステータ（２）と、このステータ（２）の内周側に回転可能に配置されるロータ（３）とを備え、前記ロータ（３）の半径方向に１極あたり３層以上のスリット（８）が形成され、そのスリット（８）内に永久磁石（７）が埋め込まれる埋込磁石型モータ（１）であって、
前記３層以上のスリット（８）のうち前記ロータ（３）の最内径側に形成される前記スリット（８）を第１スリット（８ａ）と呼び、この第１スリット（８ａ）より一つ外径側に形成される前記スリット（８）を第２スリット（８ｂ）と呼び、この第２スリット（８ｂ）より一つ外径側に形成される前記スリット（８）を第３スリット（８ｃ）と呼び、前記第１スリット（８ａ）と前記第２スリット（８ｂ）との間に設けられる磁路を第１磁路（６ａ）と呼び、前記第２スリット（８ｂ）と前記第３スリット（８ｃ）との間に設けられる磁路を第２磁路（６ｂ）と呼ぶ時に、
前記第１磁路（６ａ）の幅＜前記第２磁路（６ｂ）の幅であることを特徴とする埋込磁石型モータ。
請求項１に記載した埋込磁石型モータ（１）において、
前記スリット（８）を長手方向に分断して前記スリット（８）の内径側と外径側とを連結するブリッジ（９）を有し、前記第１スリット（８ａ）を分断する前記ブリッジ（９）を第１ブリッジ（９ａ）と呼び、前記第２スリット（８ｂ）を分断する前記ブリッジ（９）を第２ブリッジ（９ｂ）と呼ぶ時に、
前記第１ブリッジ（９ａ）の幅＞前記第２ブリッジ（９ｂ）の幅であることを特徴とする埋込磁石型モータ。
請求項１に記載した埋込磁石型モータ（１）において、
前記スリット（８）を長手方向に分断して前記スリット（８）の内径側と外径側とを連結するブリッジ（９）を有し、前記第１スリット（８ａ）を分断する前記ブリッジ（９）を第１ブリッジ（９ａ）と呼び、前記第２スリット（８ｂ）を分断する前記ブリッジ（９）を第２ブリッジ（９ｂ）と呼ぶ時に、
前記第１ブリッジ（９ａ）の幅＝前記第１磁路（６ａ）の幅＋前記第２ブリッジ（９ｂ）の幅であることを特徴とする埋込磁石型モータ。
請求項１に記載した埋込磁石型モータ（１）において、
前記スリット（８）を長手方向に分断して前記スリット（８）の内径側と外径側とを連結するブリッジ（９）を有し、前記第１スリット（８ａ）を分断する前記ブリッジ（９）を第１ブリッジ（９ａ）と呼ぶ時に、
前記第１磁路（６ａ）の幅≧前記第１ブリッジ（９ａ）の幅であることを特徴とする埋込磁石型モータ。
請求項１に記載した埋込磁石型モータ（１）において、
前記スリット（８）を長手方向に分断して前記スリット（８）の内径側と外径側とを連結するブリッジ（９）を有し、前記第１スリット（８ａ）を分断する前記ブリッジ（９）を第１ブリッジ（９ａ）と呼ぶ時に、
前記第１磁路（６ａ）の幅≦２×前記第１ブリッジ（９ａ）の幅であることを特徴とする埋込磁石型モータ。
請求項１〜５のいずれか一項に記載した埋込磁石型モータ（１）において、
前記スリット（８）および前記永久磁石（７）は、前記ロータ（３）の回転中心側に凸となる円弧形状を有することを特徴とする埋込磁石型モータ。
請求項１〜６のいずれか一項に記載した埋込磁石型モータ（１）において、
前記ロータ（３）の回転中心と磁極中心とを結ぶ方向をｄ軸方向と定義した時に、
前記永久磁石（７）は、前記ｄ軸方向と平行に着磁されていることを特徴とする埋込磁石型モータ。