JP2020014268A

JP2020014268A - 同期電動機の回転子

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Publication number: JP2020014268A
Application number: JP2018132900A
Authority: JP
Inventors: 達哉志津; Tatsuya Shizu; 孝典横地; Takanori Yokochi
Original assignee: Okuma Corp; Okuma Machinery Works Ltd
Current assignee: Okuma Corp
Priority date: 2018-07-13
Filing date: 2018-07-13
Publication date: 2020-01-23
Anticipated expiration: 2038-07-13
Also published as: TW202013855A; CN110718976B; KR20200007716A; JP7053392B2; US20200021177A1; TWI760625B; US11038409B2; DE102019118186B4; KR102532687B1; DE102019118186A1; CN110718976A

Abstract

【課題】コギングトルクを低減することができる同期電動機の回転子を提供する。【解決手段】同期電動機の回転子１０は、磁石挿入穴１７および磁石挿入穴１７の外周側に形成された複数のスリット１２（１２ａ，１２ｂ，１２ｃ）を有する回転子コア１１と、磁石挿入穴１７に埋設された永久磁石１３とを備える。永久磁石１３の辺に沿う方向に間隔をあけて磁路形成スリット１２ａ，１２ｂが形成される。各磁路形成スリット１２ａ，１２ｂの間、および，最も外側の磁路形成スリット１２ａの外側部分に磁路１４が形成される。隣り合う磁路１４の永久磁石１３の磁極の向きと交差する方向の幅当たりの通過する磁束量の差が小さくなるように、所定の磁路形成スリット１２ｂと永久磁石１３との間に調整スリット１２ｃが形成される。【選択図】図１

Description

本発明は、同期電動機の回転子に関する。

永久磁石同期電動機には様々な構造が存在し、永久磁石を回転子の外周面に貼り付けた表面磁石同期電動機（以下、「ＳＰＭ」と言う）と、永久磁石を回転子鉄心に埋め込んだ埋込磁石同期電動機（以下、「ＩＰＭ」、または、単に「同期電動機」と言う）がよく知られている。

ＩＰＭは、永久磁石を回転子内に埋め込んだ構造であるため、回転子の表面に永久磁石を貼り付けたＳＰＭと比較し、回転子が高速回転した際に永久磁石が飛散するリスクが小さい。また、ＩＰＭは、ＳＰＭのように回転子の表面に永久磁石を貼り付けるための曲面を永久磁石に設ける必要がなく、平板の永久磁石を採用できるため、コストを抑えることができる。

従って、例えばＩＰＭを工作機械の送り軸を駆動するためのサーボモータに採用することができれば高信頼性と低コストを実現することができる。ただし、一般的にＩＰＭはＳＰＭと比較してインダクタンスが大きく、電流の追従遅れが生じるため、制御性が悪い。よって、高速高精度な位置決め動作を要求されるサーボモータには不向きである。

これに関して、ＩＰＭのインダクタンスを低減するための回転子構造として、例えば特許文献１に開示された回転子が知られている。以下に、その回転子の構造について、図５を用いて説明する。図５は、従来のＩＰＭにおける回転子の断面の一例を示す図である。回転子５０は、珪素鋼板等を積層して構成された回転子コア５１と、複数の永久磁石５３とを備える。回転子コア５１は、周方向に間隔をあけて形成された複数の磁石挿入穴５７と、磁石挿入穴５７のそれぞれの外周側に形成された複数のスリット５２とを含む。各永久磁石５３は、各磁石挿入穴５７に埋設され、磁極の向きが回転子コア５１の径方向である。回転子５０は、その中心において回転軸（不図示）と接続されている。磁石挿入穴５７およびスリット５２は、回転軸の軸方向（紙面を突き抜ける方向）にあいた穴（空隙）である。隣り合うスリット５２の間、および、スリット５２と回転子コア５１の外周端との間に、磁路５４が形成される。

なお、回転子５０の径方向外側には、図示しない固定子が配置される。固定子は略円筒形状を有し、円筒形の内周面に周方向に沿って複数の極歯が配列される。極歯の間の空間はスロットと呼ばれ、巻線がスロットを通過しつつ極歯に巻回されて磁極が形成される。

図６は、図５の回転子５０の一部を拡大し、永久磁石５３から発生する磁束５５と、固定子巻線に電流を通電することによって発生する磁束５６を示した図である。図６から、スリット５２は固定子巻線に電流を通電することによって発生する磁束５６の通過を妨げるように配置されていることが分かる。このようにスリット５２を配置し、固定子巻線に電流を通電することによって発生する磁束５６を低減することでＩＰＭのインダクタンスを低減している。一方、永久磁石５３は径方向外側の向きに着磁されており、永久磁石５３から発生する磁束５５は磁路５４を通過して、固定子に流れる。

ここで、磁極中心から遠い磁路５４ａと磁極中心に近い磁路５４ｂのそれぞれを通過する磁束量に着目する。図６において磁束５５の本数は磁束の相対的な量を示している。また、説明を簡単にするため、磁路５４ａと磁路５４ｂの幅（永久磁石５３の磁極の向きと交差する方向の幅、図６では永久磁石５３の辺に沿った方向である左右方向の幅）は等しく設定されている。このため、磁路５４ａと磁路５４ｂには永久磁石５３から同量（３本）の磁束が流入する。磁路５４ｂでは流入した３本がそのまま固定子に３本流出している。これに対し、磁路５４ａでは磁極間のつなぎ部分に磁束が１本漏れるため、流入した３本の内２本だけが固定子に流出している。

特開平８−１８２２６７号公報

上述したように、従来のＩＰＭの回転子では、永久磁石５３から発生する磁束が、磁極中心から遠い磁路５４ａよりも磁極中心に近い磁路５４ｂを多く通過して、固定子に流れ込む。ここで、磁束の通過量と磁気吸引力はほぼ比例関係にあるため、磁束の通過量の多い磁路では大きい磁気吸引力が発生し、磁束の通過量の少ない磁路では小さい磁気吸引力しか発生しない。このように磁路によって磁束の通過量が異なると、回転子５０の回転位置によって磁気吸引力に差が生じる。すなわち、固定子の極歯に磁束通過量の多い磁路が近づいた場合は磁気吸引力が大きくなり、逆に固定子の極歯に磁束通過量の少ない磁路が近づいた場合は磁気吸引力が小さくなる。このように回転子５０の回転位置によって磁気吸引力が変動すると、回転子５０が回転した際にコギングトルクと呼ばれるトルクの脈動が発生してしまう。

コギングトルクの大きいサーボモータを、例えば工作機械の送り軸に使用した場合、切削面に筋目が現れる等の不具合を生じる。本発明の目的は、コギングトルクを低減することができる同期電動機の回転子を提供することにある。

本発明の同期電動機の回転子は、上記の目的を達成するために以下の手段を採った。

本発明の同期電動機の回転子は、珪素鋼板または軟磁性材料で構成された回転子コアであって、周方向に間隔をあけて形成された複数の磁石挿入穴と、前記磁石挿入穴のそれぞれの外周側に形成された複数のスリットとを含む回転子コアと、前記各磁石挿入穴に埋設され、磁極の向きが前記回転子コアの径方向である複数の永久磁石と、を備え、前記複数のスリットは、調整スリットと、前記各永久磁石の磁極の向きと交差する方向に間隔をあけて形成された磁路形成スリットとを含み、前記磁路形成スリットの少なくとも１つが被調整スリットであり、前記各磁路形成スリットの間、および、前記交差する方向における最も外側の前記磁路形成スリットの外側部分に磁路が形成されており、隣り合う前記磁路の前記交差する方向の幅当たりの通過する磁束量の差が小さくなるように、前記被調整スリットと前記永久磁石との間に前記調整スリットが形成されている、ことを特徴とする。

本発明の同期電動機の回転子において、前記調整スリットの前記交差する方向の最大幅が、前記被調整スリットの前記交差する方向の最大幅よりも広い、としても好適である。

本発明の同期電動機の回転子において、前記調整スリットは、前記磁石挿入穴に繋がっている、としても好適である。

本発明の同期電動機の回転子において、前記被調整スリットは、前記永久磁石の磁極中心側にある前記磁路形成スリットである、としても好適である。

本発明の同期電動機の回転子において、前記交差する方向は、前記永久磁石の辺に沿った第１方向であり、前記永久磁石の前記第１方向の一端側における、前記回転子コアの外周端と前記磁石挿入穴の縁との最短距離であるＷ１、前記第１方向の距離であって、前記永久磁石の前記一端から、前記一端に最も近い前記磁路形成スリットの前記一端側の縁までの距離であるＷ２、前記第１方向の距離であって、前記被調整スリットの前記一端側の縁から、当該被調整スリットの前記一端側に隣り合う前記磁路形成スリットの当該被調整スリット側の縁までの距離であるＷ３、および、前記第１方向の距離であって、前記調整スリットの前記一端側の縁から、当該調整スリットの前記一端側に隣り合う前記磁路形成スリットの当該調整スリット側の縁までの距離であるＷ４は、下記（１）式の関係を満たす、としても好適である。
（Ｗ２−Ｗ１）／Ｗ２＝Ｗ４／Ｗ３・・・（１）

本発明の同期電動機の回転子において、前記被調整スリットは、前記永久磁石の磁極中心側にある前記磁路形成スリットの両側にある前記磁路形成スリットである、としても好適である。

本発明の同期電動機の回転子は、珪素鋼板または軟磁性材料で構成された回転子コアであって、周方向に間隔をあけて形成された複数の磁石挿入穴と、前記磁石挿入穴のそれぞれの外周側に形成された複数のスリットとを含む回転子コアと、前記各磁石挿入穴に埋設され、磁極の向きが前記回転子コアの径方向である複数の永久磁石と、を備え、前記複数のスリットは、前記各永久磁石の磁極の向きと交差する方向に間隔をあけて形成されており、前記各スリットの間、および、前記交差する方向における最も外側の前記スリットの外側部分に磁路が形成されており、隣り合う前記磁路の前記交差する方向の幅当たりの通過する磁束量の差が小さくなるように、前記交差する方向の最大幅が異なる２種類以上の前記スリットが形成されている、ことを特徴とする。

本発明の同期電動機の回転子において、前記スリットの少なくとも１つは、前記永久磁石側から前記回転子コアの外周側に向かって延びて、途中で前記交差する方向の幅が変化する形状を有する変形スリットである、としても好適である。

本発明の同期電動機の回転子において、前記変形スリットの前記永久磁石側の端部の前記交差する方向の幅は、当該変形スリットの前記回転子コアの外周側の端部のそれよりも広い、としても好適である。

本発明の同期電動機の回転子において、前記変形スリットは、前記磁石挿入穴に繋がっている、としても好適である。

本発明の同期電動機の回転子において、前記変形スリットは、前記永久磁石の磁極中心側にある前記スリットである、としても好適である。

本発明の同期電動機の回転子において、前記交差する方向は、前記永久磁石の辺に沿った第１方向であり、前記変形スリットの前記永久磁石側の端部は、拡張部であり、前記変形スリットの前記永久磁石側の端部と前記回転子コアの外周側の端部との間の部分は、中間部であり、前記永久磁石の前記第１方向の一端側における、前記回転子コアの外周端と前記磁石挿入穴の縁との最短距離であるＷ１、前記第１方向の距離であって、前記永久磁石の前記一端から、前記一端に最も近い前記スリットの前記一端側の縁までの距離であるＷ２、前記第１方向の距離であって、前記変形スリットの前記中間部の前記一端側の縁から、当該変形スリットの前記一端側に隣り合う前記スリットの当該変形スリット側の縁までの距離であるＷ５、および、前記第１方向の距離であって、前記変形スリットの前記拡張部の前記一端側の縁から、当該変形スリットの前記一端側に隣り合う前記スリットの当該変形スリット側の縁までの距離であるＷ６は、下記（２）式の関係を満たす、としても好適である。
（Ｗ２−Ｗ１）／Ｗ２＝Ｗ６／Ｗ５・・・（２）

本発明の同期電動機の回転子において、前記変形スリットは、前記永久磁石の磁極中心側にある前記スリットの両側にある前記スリットである、としても好適である。

本発明によれば、同期電動機のコギングトルクを低減できる。

第１の実施形態における回転子の断面の一部を拡大した図である。第２の実施形態における回転子の断面の一部を拡大した図である。第２の実施形態の変形例における回転子の断面の一部を拡大した図である。第２の実施形態の別の変形例における回転子の断面の一部を拡大した図である。従来のＩＰＭにおける回転子の断面の一例を示す図である。図５の回転子の一部を拡大し、永久磁石から発生する磁束を示した図である。

以下、本発明を具体化した同期電動機の回転子の実施形態を図面に従って説明する。

＜第１の実施形態＞
図１は、第１の実施形態における同期電動機の回転子１０の断面の一部を拡大した図である。本実施形態の同期電動機の回転子１０は、スリットの形態以外は、図５に示す同期電動機の回転子５０と同様の構成である。すなわち、図１と図５を合わせて参照するとき、回転子１０は、珪素鋼板等を積層して構成された回転子コア１１（図５の５１に相当）と、複数の永久磁石１３（図５の５３に相当）とを備える。回転子コア１１は、周方向に間隔をあけて形成された複数の磁石挿入穴１７（図５の５７に相当）を含む。各永久磁石１３は、各磁石挿入穴１７に埋設され、磁極の向きが回転子コア１１の径方向である。回転子１０は、その中心において回転軸（不図示）と接続されている。磁石挿入穴１７と後述するスリット１２は、回転軸の軸方向（紙面を突き抜ける方向）にあいた穴（空隙）である。

なお、第１の実施形態および図５では、磁石挿入穴１７（図５の５７に相当）および永久磁石１３（図５の５３に相当）はそれぞれ４つであるが、磁極数に応じて、それ以外の数であり得る。

なお、本明細書において、回転子１０または回転子コア１１の周方向とは、厳密な円周方向でない場合がある点に留意すべきである。例えば、図５のように互いに９０度を成して隣り合っている各磁石挿入穴５７（各永久磁石５３）や、例えば、磁石挿入穴５７（永久磁石５３）の数が２つの場合にそれらが図５の上下、または、左右に対向して配置される場合も、磁石挿入穴５７（永久磁石５３）が周方向に間隔をあけて配置（形成）されている、と表現する。

以下、図１を参照しながら、第１の実施形態の同期電動機の回転子１０について詳しく説明する。一般的に、回転子１０は、回転軸線直交断面が回転軸線方向において一様であるので、磁路、スリット、永久磁石、および磁石挿入穴の形状については、回転軸線直交断面における形状に関して説明する。

回転子１０の回転子コア１１は、珪素鋼板などの軟磁性材料で構成される板材を回転軸線方向に積層して形成される。回転子コア１１は、磁石挿入穴１７の外周側に形成された複数のスリット１２を備える。複数のスリット１２は、調整スリット１２ｃと、永久磁石１３の磁極の向き（径方向）と交差する方向に間隔をあけて形成された磁路形成スリット１２ａ，１２ｂとを含む。なお、図１では、交差する方向は、永久磁石１３の辺に沿った方向（図１の左右方向）であり、以下、適宜、永久磁石１３の辺に沿った方向を「第１方向」と言う。磁路形成スリット１２ａ，１２ｂの少なくとも１つが被調整スリットであり、図１では、永久磁石１３の磁極中心側にある磁路形成スリット１２ｂが被調整スリットである。各磁路形成スリット１２ａ，１２ｂの間、および、第１方向における最も外側の磁路形成スリット１２ａの外側部分に磁路１４が形成されている。

なお、回転子１０の径方向外側には、図示しない固定子が配置される。固定子は略円筒形状を有し、円筒形の内周面に周方向に沿って複数の極歯が配列される。極歯の間の空間はスロットと呼ばれ、巻線がスロットを通過しつつ極歯に巻回されて磁極が形成される。

図１に示すように、被調整スリット１２ｂと調整スリット１２ｃは、スリット群１６を構成している。調整スリット１２ｃの第１方向の最大幅は、被調整スリット１２ｂの第１方向の最大幅よりも広い。第１の実施形態の同期電動機の回転子１０は、隣り合う磁路１４ａ，１４ｂの第１方向の幅当たりの通過する磁束量の差が小さくなるように、被調整スリット１２ｂと永久磁石１３との間に調整スリット１２ｃが形成されている特徴を有する。

図１においては、説明を簡単にするため磁路１４ａと磁路１４ｂの幅（第１方向の幅）は等しく設定されている。図１では、磁路１４ａを通過して固定子へ流れ込む磁束量と、磁路１４ｂを通過して固定子へ流れ込む磁束量が等しくなるように、被調整スリット１２ｂと調整スリット１２ｃのそれぞれの幅が、式（１）に示す関係で決定されている。

（Ｗ２−Ｗ１）／Ｗ２＝Ｗ４／Ｗ３・・・（１）

図１には、上記式（１）におけるＷ１，Ｗ２，Ｗ３およびＷ４が示されている。上記式（１）において、Ｗ１は、永久磁石１３の第１方向の一端側（図１の右側）における、回転子コア１１の外周端と磁石挿入穴１７の縁との最短距離である。Ｗ２は、第１方向の距離であって、永久磁石１３の上記一端（図１の右端）から、当該一端に最も近い磁路形成スリット１２ａの当該一端側の縁までの距離である。Ｗ３は、第１方向の距離であって、被調整スリット１２ｂの上記一端側（図１の右側）の縁から、被調整スリット１２ｂの当該一端側に隣り合う磁路形成スリット１２ａの被調整スリット１２ｂ側の縁までの距離である。Ｗ４は、第１方向の距離であって、調整スリット１２ｃの一端側（図１の右側）の縁から、調整スリット１２ｃの当該一端側に隣り合う磁路形成スリット１２ａの調整スリット１２ｃ側の縁までの距離である。

図１を用いて、この構造における永久磁石１３から発生する磁束の流れ方について説明する。図１において、永久磁石１３は径方向外側の向きに着磁されており、磁束１５は、永久磁石１３から発生する磁束の経路を示している。また、磁束の経路を示す磁束１５の本数は磁束の相対的な量を示す。前述した通り、磁路１４ａと磁路１４ｂの幅は等しいので、基本的には全磁路に永久磁石１３から同じ本数の磁束線が流入することになる。しかし、第１方向の幅が広い調整スリット１２ｃが配置されていることにより磁路１４ｂに流入する磁束が制限され、磁路１４ａには３本、磁路１４ｂには２本磁束が流入している。永久磁石１３から磁路１４を通過して固定子に流れ込む磁束量に着目すると、磁路１４ｂでは流入した２本がそのまま固定子に流出し、磁路１４ａでは磁極間のつなぎ部分に磁束が１本漏れるため、流入した３本の内２本が固定子に流出している。

このように調整スリット１２ｃの効果によって、従来のＩＰＭの回転子における磁束の流れ方を示す図６とは異なり、磁路１４を通過して固定子に流れ込む磁束量は、磁路１４ａと磁路１４ｂとで等しくなる。これによって、すべての磁路で発生する磁気吸引力が等しくなり、回転子１０が回転した際に磁気吸引力の変動が発生しないため、コギングトルクを小さくできる。

なお、以上説明した第１の実施形態では、１極当たり磁路形成スリット１２ａ，１２ｂを３本配置しているが、１極当たりの磁路形成スリット１２ａ，１２ｂの本数は３本に限定されるものではない。また、磁路形成スリット１２ａ，１２ｂは、磁極の向き（図１の上下方向）に沿って、複数分離して存在してもよい。また、調整スリット１２ｃも、磁極の向き（図１の上下方向）に沿って、複数分離して存在してもよい。

また、以上説明した第１の実施形態では、磁路１４ａと磁路１４ｂの幅が等しい場合を例に説明したが、これに限定されるものではない。

また、以上説明した第１の実施形態では、磁路１４ａを通過して固定子に流れ込む磁束量と、磁路１４ｂを通過して固定子に流れ込む磁束量が等しくなるように、式（１）によって磁路形成スリット１２ａ，１２ｂおよび調整スリット１２ｃの幅を決定した。しかし、この例に限定されるものではない。式（１）の関係になくとも、第１方向の幅が広い調整スリット１２ｃが存在すれば、磁路１４ａを通過して固定子へ流れ込む磁束量と、磁路１４ｂを通過して固定子へ流れ込む磁束量の差を小さくすることができ、コギングトルクを低減することができる。

また、調整スリット１２ｃは、磁石挿入穴１７に繋がっている構造であってもよい。その場合でも、上記と同様の効果を得ることができる。

また、以上説明した第１の本実施形態では、スリット群１６（被調整スリット１２ｂと調整スリット１２ｃ）は、永久磁石１３の磁極中心側に存在した。しかし、隣り合う磁路１４ａ，１４ｂの磁束変化を小さくすることができる限り、スリット群１６の位置は限定されない。例えば、永久磁石１３の磁極中心側にある磁路形成スリット１２ｂの両側にある２つの磁路形成スリット１２ａを被調整スリットとして、これらの磁路形成スリット１２ａ（被調整スリット）のそれぞれと永久磁石１３との間に、調整スリット１２ｃを配置してもよい。これは、後で説明する図４（第２の実施形態の変形例）における２つの変形スリット１８のそれぞれを上下に分離して、被調整スリットおよび調整スリットとした場合の構成である。

＜第２の実施形態＞
次に、第２の実施形態における同期電動機の回転子１０について説明する。図２は、第２の実施形態における同期電動機の回転子１０の断面の一部を拡大した図である。第２の実施形態では、第１の実施形態における被調整スリット１２ｂと調整スリット１２ｃが一体化されて、変形スリット１８が形成されている。その他の構成は、第１の実施形態と同様であるため、共通する構成については適宜説明を省略する。

図２に示すように、複数のスリット１２，１８は、永久磁石１３の磁極の向き（径方向）と交差する方向に間隔をあけて形成されている。なお、第１の実施形態と同様に、第２の実施形態においても、交差する方向は、永久磁石１３の辺に沿った方向（左右方向、第１方向）である。各スリット１２，１８の間、および、第１方向における最も外側のスリット１２の外側部分に磁路１４が形成されている。第２の実施形態の同期電動機の回転子１０は、隣り合う磁路１４の第１方向の幅当たりの通過する磁束量の差が小さくなるように、第１方向の最大幅が異なる２種類以上のスリット１２，１８が形成されている特徴を有する。

スリット１２，１８の少なくとも１つが、永久磁石１３側から回転子コア１１の外周側に向かって延びて、途中で第１方向の幅が変化する形状を有する変形スリット１８である。図２においては、変形スリット１８の永久磁石１３側の端部の第１方向の幅が、当該変形スリット１８の回転子コアの外周側の端部の第１方向の幅よりも広くなっている。

図２においては、磁路１４ａと磁路１４ｂの幅（第１方向の幅）は等しく設定されている。図２では、磁路１４ａを通過して固定子へ流れ込む磁束量と、磁路１４ｂを通過して固定子へ流れ込む磁束量が等しくなるように、スリット１２，１８の幅が、式（２）に示す関係で決定されている。

（Ｗ２−Ｗ１）／Ｗ２＝Ｗ６／Ｗ５・・・（２）

図２には、上記式（２）におけるＷ１，Ｗ２，Ｗ５およびＷ６が示されている。ここで、変形スリット１８の永久磁石１３側の端部を「拡張部」と言い、変形スリット１８の永久磁石１３側の端部と回転子コア１１の外周側の端部との間の部分を「中間部」と言う。上記式（２）において、Ｗ１は、永久磁石１３の第１方向の一端側（図２の右側）における、回転子コア１１の外周端と磁石挿入穴１７の縁との最短距離である。Ｗ２は、第１方向の距離であって、永久磁石１３の上記一端（図２の右端）から、当該一端に最も近いスリット１２の当該一端側の縁までの距離である。Ｗ５は、第１方向の距離であって、変形スリット１８の中間部の上記一端側（図１の右側）の縁から、変形スリット１８の当該一端側に隣り合うスリット１２の変形スリット１８側の縁までの距離である。Ｗ６は、第１方向の距離であって、変形スリット１８の拡張部の一端側（図１の右側）の縁から、変形スリット１８の当該一端側に隣り合うスリット１２の変形スリット１８側の縁までの距離である。

図２を用いて、この構造における永久磁石１３から発生する磁束の流れ方について説明する。図２において、永久磁石１３は径方向外側の向きに着磁されており、磁束１５は、永久磁石１３から発生する磁束の経路を示している。また、磁束の経路を示す磁束１５の本数は磁束の相対的な量を示す。前述した通り、磁路１４ａと磁路１４ｂの幅は等しいので、基本的には全磁路に永久磁石１３から同じ本数の磁束線が流入することになる。しかし、磁極中心側に配置された変形スリット１８の第１方向（図２の左右方向）の最大幅が、他のスリット１２の第１方向の最大幅よりも広いことにより、磁路１４ｂに流入する磁束が制限され、磁路１４ａには３本、磁路１４ｂには２本の磁束が流入している。ここで、永久磁石１３から磁路１４を通過して固定子に流れ込む磁束量に着目すると、磁路１４ｂでは流入した２本がそのまま固定子に流入し、磁路１４ａでは磁極間のつなぎ部分に磁束が１本漏れるため、流入した３本の内２本が固定子に流出している。

このように変形スリット１８の効果によって、従来のＩＰＭの回転子における磁束の流れ方を示す図６とは異なり、各磁路１４を通過する磁束量が等しくなる。よって、第１の実施形態と同様に、すべての磁路１４で発生する磁気吸引力が等しくなり、回転子１０が回転した際に磁気吸引力の変動が発生しないため、コギングトルクを小さくできる。

なお、第１の実施形態と同様に、以上説明した第２の実施形態では、１極当たりスリット１２，１８を３本配置しているが、１極当たりのスリット１２，１８の本数は３本に限定されるものではない。また、スリット１２，１８は、磁極の向き（図２の上下方向）に沿って、複数分離して存在してもよい。

また、第１の実施形態と同様に、以上説明した第２の実施形態では、磁路１４ａと磁路１４ｂの幅が等しい場合を例に説明したが、これに限定されるものではない。

また、以上説明した第２の実施形態では、磁路１４ａを通過して固定子へ流れ込む磁束量と、磁路１４ｂを通過して固定子へ流れ込む磁束量が等しくなるように、式（２）によってスリット１２，１８の幅を決定した。しかし、この例に限定されるものではない。式（２）の関係になくとも、最大幅が異なる２種類以上のスリット１２，１８が形成されていれば、磁路１４ａを通過して固定子へ流れ込む磁束量と、磁路１４ｂを通過して固定子へ流れ込む磁束量の差を小さくすることができ、コギングトルクを低減することができる。

また、変形スリット１８は、磁石挿入穴１７と繋がっている構造であってもよい。その場合でも、上記と同様の効果を得ることができる。

また、以上説明した第２の実施形態では、変形スリット１８の第１方向の幅が最も大きくなる箇所（最大幅となる箇所）は、永久磁石１３側の端部であった。しかし、最大幅となる箇所は、変形スリット１８のそれ以外の部分であってもよい。図３は、第２の実施形態の変形例における回転子の断面の一部を拡大した図である。図３に示すように、変形スリット１８において、磁極の向きに沿った方向（図２の上下方向）の略中間付近に最大幅となる箇所があってもよい。この場合であっても、上記と同様の効果を得ることができる。

また、以上説明した第２の実施形態では、変形スリット１８が、永久磁石１３の磁極中心側に存在した。しかし、隣り合う磁路１４ａ，１４ｂの第１方向の幅当たりの通過する磁束量の差が小さくなることができる限り、変形スリット１８の位置は限定されない。図４は、第２の実施形態の別の変形例における回転子の断面の一部を拡大した図である。図４に示すように、永久磁石１３の磁極中心側にあるスリット１２の両側にある２つのスリットを、変形スリット１８としてもよい。この場合でも、上記と同様の効果を得ることができる。

１０回転子、１１回転子コア、１２スリット、１２ａ磁路形成スリット、１２ｂ被調整スリット（磁路形成スリット）、１２ｃ調整スリット、１３永久磁石、１４，１４ａ，１４ｂ磁路、１５磁束、１６スリット群、１７磁石挿入穴、１８変形スリット（スリット）、５０回転子、５１回転子コア、５２スリット、５３永久磁石、５４，５４ａ，５４ｂ磁路、５５，５６磁束、５７磁石挿入穴。

Claims

珪素鋼板または軟磁性材料で構成された回転子コアであって、周方向に間隔をあけて形成された複数の磁石挿入穴と、前記磁石挿入穴のそれぞれの外周側に形成された複数のスリットとを含む回転子コアと、
前記各磁石挿入穴に埋設され、磁極の向きが前記回転子コアの径方向である複数の永久磁石と、を備え、
前記複数のスリットは、調整スリットと、前記各永久磁石の磁極の向きと交差する方向に間隔をあけて形成された磁路形成スリットとを含み、
前記磁路形成スリットの少なくとも１つが被調整スリットであり、
前記各磁路形成スリットの間、および、前記交差する方向における最も外側の前記磁路形成スリットの外側部分に磁路が形成されており、
隣り合う前記磁路の前記交差する方向の幅当たりの通過する磁束量の差が小さくなるように、前記被調整スリットと前記永久磁石との間に前記調整スリットが形成されている、
ことを特徴とする同期電動機の回転子。
請求項１に記載の同期電動機の回転子であって、
前記調整スリットの前記交差する方向の最大幅が、前記被調整スリットの前記交差する方向の最大幅よりも広い、
ことを特徴とする同期電動機の回転子。
請求項１または２に記載の同期電動機の回転子であって、
前記調整スリットは、前記磁石挿入穴に繋がっている、
ことを特徴とする同期電動機の回転子。
請求項１から３のいずれか一項に記載の同期電動機の回転子であって、
前記被調整スリットは、前記永久磁石の磁極中心側にある前記磁路形成スリットである、
ことを特徴とする同期電動機の回転子。
請求項４に記載の同期電動機の回転子であって、
前記交差する方向は、前記永久磁石の辺に沿った第１方向であり、
前記永久磁石の前記第１方向の一端側における、前記回転子コアの外周端と前記磁石挿入穴の縁との最短距離であるＷ１、
前記第１方向の距離であって、前記永久磁石の前記一端から、前記一端に最も近い前記磁路形成スリットの前記一端側の縁までの距離であるＷ２、
前記第１方向の距離であって、前記被調整スリットの前記一端側の縁から、当該被調整スリットの前記一端側に隣り合う前記磁路形成スリットの当該被調整スリット側の縁までの距離であるＷ３、および、
前記第１方向の距離であって、前記調整スリットの前記一端側の縁から、当該調整スリットの前記一端側に隣り合う前記磁路形成スリットの当該調整スリット側の縁までの距離であるＷ４は、下記（１）式の関係を満たす、
ことを特徴とする同期電動機の回転子。
（Ｗ２−Ｗ１）／Ｗ２＝Ｗ４／Ｗ３・・・（１）
請求項１から３のいずれか一項に記載の同期電動機の回転子であって、
前記被調整スリットは、前記永久磁石の磁極中心側にある前記磁路形成スリットの両側にある前記磁路形成スリットである、
ことを特徴とする同期電動機の回転子。
珪素鋼板または軟磁性材料で構成された回転子コアであって、周方向に間隔をあけて形成された複数の磁石挿入穴と、前記磁石挿入穴のそれぞれの外周側に形成された複数のスリットとを含む回転子コアと、
前記各磁石挿入穴に埋設され、磁極の向きが前記回転子コアの径方向である複数の永久磁石と、を備え、
前記複数のスリットは、前記各永久磁石の磁極の向きと交差する方向に間隔をあけて形成されており、
前記各スリットの間、および、前記交差する方向における最も外側の前記スリットの外側部分に磁路が形成されており、
隣り合う前記磁路の前記交差する方向の幅当たりの通過する磁束量の差が小さくなるように、前記交差する方向の最大幅が異なる２種類以上の前記スリットが形成されている、
ことを特徴とする同期電動機の回転子。
請求項７に記載の同期電動機の回転子であって、
前記スリットの少なくとも１つは、前記永久磁石側から前記回転子コアの外周側に向かって延びて、途中で前記交差する方向の幅が変化する形状を有する変形スリットである、
ことを特徴とする同期電動機の回転子。
請求項８に記載の同期電動機の回転子であって、
前記変形スリットの前記永久磁石側の端部の前記交差する方向の幅は、当該変形スリットの前記回転子コアの外周側の端部のそれよりも広い、
ことを特徴とする同期電動機の回転子。
請求項８または９に記載の同期電動機の回転子であって、
前記変形スリットは、前記磁石挿入穴に繋がっている、
ことを特徴とする同期電動機の回転子。
請求項８から１０のいずれか一項に記載の同期電動機の回転子であって、
前記変形スリットは、前記永久磁石の磁極中心側にある前記スリットである、
ことを特徴とする同期電動機の回転子。
請求項１１に記載の同期電動機の回転子であって、
前記交差する方向は、前記永久磁石の辺に沿った第１方向であり、
前記変形スリットの前記永久磁石側の端部は、拡張部であり、
前記変形スリットの前記永久磁石側の端部と前記回転子コアの外周側の端部との間の部分は、中間部であり、
前記永久磁石の前記第１方向の一端側における、前記回転子コアの外周端と前記磁石挿入穴の縁との最短距離であるＷ１、
前記第１方向の距離であって、前記永久磁石の前記一端から、前記一端に最も近い前記スリットの前記一端側の縁までの距離であるＷ２、
前記第１方向の距離であって、前記変形スリットの前記中間部の前記一端側の縁から、当該変形スリットの前記一端側に隣り合う前記スリットの当該変形スリット側の縁までの距離であるＷ５、および、
前記第１方向の距離であって、前記変形スリットの前記拡張部の前記一端側の縁から、当該変形スリットの前記一端側に隣り合う前記スリットの当該変形スリット側の縁までの距離であるＷ６は、下記（２）式の関係を満たす、
ことを特徴とする同期電動機の回転子。
（Ｗ２−Ｗ１）／Ｗ２＝Ｗ６／Ｗ５・・・（２）
請求項８から１０のいずれか一項に記載の同期電動機の回転子であって、
前記変形スリットは、前記永久磁石の磁極中心側にある前記スリットの両側にある前記スリットである、
ことを特徴とする同期電動機の回転子。