JP2022116564A - 永久磁石埋込型モータ及びポンプ装置 - Google Patents

Abstract

【課題】構造の簡素化、低コスト化を図り、コギングトルクを低減できる永久磁石埋込型モータを提供する。【解決手段】周方向に配列されたティース２２及びスロット２３を有する環状のステータコア２０，ティースの周りに巻回されたコイル４０を含むステータＳｔと、ステータのティースに対向して配置されると共に周方向に配列された挿着孔５１を有するロータコア５０，挿着孔に挿着された永久磁石６０を含むロータＲｔを備えた永久磁石埋込型モータにおいて、ロータコア５０は、永久磁石に対応する磁極を生じる外周磁極部５３を画定するべく周方向において挿着孔同士の間に形成された溝状凹部５２と、挿着孔よりも径方向の外側において外周磁極部の周方向における両端側から中央側に亘って延びる一対のスリット孔５３ａ，５３ａを含む。【選択図】図１０

Description

本発明は、コイルが巻回されたステータ及び永久磁石が埋設されたロータを備えた永久磁石埋込型モータ及びそれを駆動源とするポンプ装置に関する。

従来の永久磁石埋込型モータとしては、周方向に配列されたティース及びスロットを有する環状のステータと、ティースの周りに巻回されたコイルと、ステータの内側に回動自在に配置されると共に永久磁石を埋設するべく周方向に配列された埋設孔にスキューを持たせたロータを備え、ロータの埋設孔に対して、永久磁石を多段に埋設すると共に各段の永久磁石に角度差を設けてスキューを確保した永久磁石型モータが知られている（例えば、特許文献１）。
この永久磁石型モータでは、永久磁石にスキューを確保することで、外乱として作用するコギングトルクの低減を図るものであるが、複数の永久磁石が回転軸の軸線方向に多段に配置されるため、構造が複雑で、部品点数の増加、高コスト化を招く。

また、他の永久磁石埋込型モータとしては、周方向に配列されたティース及びスロットを有する環状のステータと、ティースの周りに巻回されたコイルと、ステータの内側に回動自在に配置されると共に周方向に配列された埋設孔に主永久磁石を埋設したロータを備え、ロータに対して、主永久磁石とは別に複数の補助永久磁石を埋設して磁束を主永久磁石の中央寄り（ロータの磁極片の中央部に）に集めるようにしたものが知られている（例えば、特許文献２）。
この永久磁石埋込型モータでは、複数の補助永久磁石をロータに埋設することでコギングトルクの低減を図るものであるが、主永久磁石の他に複数の補助永久磁石が必要になるため、構造が複雑で、部品点数の増加、高コスト化を招く。

特開２００７－１１０８６８号公報 特許第６０８３６４０号公報

本発明は、上記の事情に鑑みて成されたものであり、その目的とするところは、上記従来技術の問題点に鑑み、構造の簡素化、低コスト化を図りつつ、コギングトルクを低減できる永久磁石埋込型モータ及びそれを駆動源とするポンプ装置を提供することにある。

本発明の永久磁石埋込型モータは、周方向に配列されたティース及びスロットを有する環状のステータコア，ティースの周りに巻回されたコイルを含むステータと、ステータのティースに対向して配置されると共に周方向に配列された挿着孔を有するロータコア，挿着孔に挿着された永久磁石を含むロータとを備え、ロータコアは、永久磁石に対応する磁極を生じる外周磁極部を画定するべく周方向において挿着孔同士の間に形成された溝状凹部と、挿着孔よりも径方向の外側において外周磁極部の周方向における両端側から中央側に亘って延びる一対のスリット孔を含む、構成となっている。

上記永久磁石埋込型モータにおいて、挿着孔は、ロータの径方向に対して垂直方向に長尺な断面形状をなし、永久磁石は、垂直方向に長尺な矩形断面をなす平板状であり、垂直方向の両端に空隙を設けて挿着孔に挿着されている、構成を採用してもよい。

上記永久磁石埋込型モータにおいて、溝状凹部は、半円状断面の空隙をなすように形成され、挿着孔は、ロータの径方向に対して垂直方向に長尺な断面形状でかつ垂直方向の両端において溝状凹部の壁部に倣って内側に突出する凸状湾曲面をなし、永久磁石は、垂直方向に長尺な矩形断面をなす平板状であり、垂直方向の両端に空隙を設けて挿着孔に挿着されている、構成を採用してもよい。

上記永久磁石埋込型モータにおいて、一対のスリット孔の離隔寸法をＰｗ、永久磁石の上記垂直方向における幅寸法をＭｗとするとき、Ｐｗ＜Ｍｗを満たす、構成を採用してもよい。

上記永久磁石埋込型モータにおいて、一対のスリット孔の離隔寸法をＰｗ、永久磁石の垂直方向における幅寸法をＭｗとするとき、Ｐｗ：Ｍｗ＝１：１．３～１．７の関係を満たす、構成を採用してもよい。

上記永久磁石埋込型モータにおいて、一対のスリット孔は、外周磁極部の周方向における両端側から中央側に向けて進むに連れて挿着孔から徐々に遠ざかるように傾斜して形成されている、構成を採用してもよい。

上記永久磁石埋込型モータにおいて、一対のスリット孔は、外周磁極部の周方向における両端側において、挿着孔に連通するように形成されている、構成を採用してもよい。

上記永久磁石埋込型モータにおいて、ティースの先端幅寸法をＴｗ、スロットの開口幅寸法をＳｗ、一対のスリット孔の離隔寸法をＰｗとするとき、Ｔｗ：Ｓｗ：Ｐｗ＝４．５～６．５：１～３：４．５～６．５の関係を満たす、構成を採用してもよい。

上記永久磁石埋込型モータにおいて、ロータコアは、挿着孔よりも径方向の内側において、挿着孔に連通して形成され接着剤を充填する充填孔を含む、構成を採用してもよい。

上記永久磁石埋込型モータにおいて、ロータの磁極の個数は、２ｎ（ｎは自然数）であり、ステータのティース及びスロットの個数は、それぞれ３ｎ（ｎは自然数）である、構成を採用してもよい。

本発明のポンプ装置は、流体の吸入及び吐出を行うポンプユニットと、ポンプユニットに連結された回転軸と、回転軸に駆動力を及ぼす駆動源と、を備えたポンプ装置であって、駆動源は、上記構成をなすいずれか一つの永久磁石埋込型モータである、構成となっている。

上記ポンプ装置において、ポンプユニットは、回転軸が連結されるインナーロータと、インナーロータと噛合うアウターロータを含むトロコイドポンプである、構成を採用してもよい。

上記構成をなす永久磁石埋込型モータによれば、構造の簡素化、低コスト化を達成しつつ、コギングトルクを低減することができる。また、このような永久磁石埋込型モータを駆動源とすることで、振動や騒音の少ないポンプ装置を得ることができる。

本発明に係る永久磁石埋込型モータを備えたポンプ装置を示す外観斜視図である。 図１に示すポンプ装置の断面図である。 図１に示すポンプ装置の分解斜視図である。 図１に示すポンプ装置において、流体の吸入口及び吐出口を示すものであり、回転中心線に垂直な面での断面図である。 図１に示すポンプ装置に含まれる駆動源としての永久磁石埋込型モータを示す外観斜視図である。 図５に示す永久磁石埋込型モータの分解斜視図である。 図５に示す永久磁石埋込型モータの内部構造を示すものであり、回転中心線に垂直な面での断面図である。 図５に示す永久磁石埋込型モータの一部をなすロータを示す外観斜視図である。 図８に示すロータの一部をなすロータコアを示す正面図である。 永久磁石埋込型モータの一部を部分的に拡大した拡大断面図である。 ロータの外周磁極部にスリット孔を設けない比較例としての永久磁石埋込型モータにおいて、回転角度が０度のときの磁力線流れを部分的に示す磁力線分布図である。 ロータの外周磁極部にスリット孔を設けない比較例としての永久磁石埋込型モータにおいて、回転角度が５度のときの磁力線流れを部分的に示す磁力線分布図である。 ロータの外周磁極部にスリット孔を設けた永久磁石埋込型モータにおいて、回転角度が０度のときの磁力線流れを部分的に示す磁力線分布図である。 ロータの外周磁極部にスリット孔を設けた永久磁石埋込型モータにおいて、回転角度が５度のときの磁力線流れを部分的に示す磁力線分布図である。 永久磁石埋込型モータにおいて、ロータの外周磁極部にスリット孔を設けない比較例のコギングトルク（二点鎖線）と、ロータの外周磁極部にスリット孔を設けた実施例のコギングトルク（実線）を示すグラフである。 ロータの外周磁極部に設けるスリット孔の他の実施形態を示す部分断面図である。 ロータの外周磁極部を画定する溝状凹部と挿着孔の他の実施形態を示す部分断面図である。 図１７において、スリット孔を変更した他の実施形態を示す部分断面図である。 図１７において、スリット孔を変更したさらに他の実施形態を示す部分断面図である。

以下、本発明の実施形態について、添付図面を参照しつつ説明する。
一実施形態に係る永久磁石埋込型モータを備えたポンプ装置は、図１ないし図３に示すように、ハウジング本体１、ポンプカバー２、モータカバー３、基板カバー４、回転軸５、ポンプユニットＵ、駆動源としての永久磁石埋込型モータＭ、回路基板ＣＢ等を備えている。

ポンプユニットＵは、流体（ここでは、オイル）を吸入及び吐出するものであり、インナーロータ１１、アウターロータ１２を含むトロコイドポンプである。
永久磁石埋込型モータＭは、図５及び図６に示すように、ステータコア２０，ボビン３０，及びコイル４０を含むステータＳｔと、ロータコア５０及び永久磁石６０を含むロータＲｔを備え、９つのスロット及び６つの磁極を有する三相のブラシレスモータである。

ハウジング本体１は、アルミニウム材料等により形成され、図２及び図３に示すように、ポンプユニットＵを収容する収容凹部１ａ、駆動源を収容する収容凹部１ｂ、収容凹部１ａと収容凹部１ｂを連通する連通路１ｃ、環状凹部１ｄ、環状凹部１ｅ、端面１ｆ、端面１ｇを備えている。
連通路１ｃは、永久磁石埋込型モータＭの回転中心線Ｌを中心とする円筒状に形成され、回転軸５を所定の隙間をおいて挿通させる。
環状凹部１ｄは、リップ型シールＬｓが嵌め込まれるべく、回転中心線Ｌを中心とする円環状に形成されている。
環状凹部１ｅは、リップ型シールＬｓとの間にワッシャＷを介在させて、回転軸５を回動自在に支持する軸受Ｂ１が嵌め込まれるべく、回転中心線Ｌを中心とする円環状に形成されている。

ポンプカバー２は、アルミニウム材料等により形成され、図２及び図３に示すように、ハウジング本体１の端面１ｆに接合されて収容凹部１ａを覆うものであり、流体を吸入する吸入口２ａ、加圧した流体を吐出する吐出口２ｂを備えている。
そして、ポンプカバー２は、ポンプユニットＵが収容凹部１ａに収容された状態で、ハウジング本体１の端面１ｆに接合されて、ネジｂ１により締結固定される。

モータカバー３は、樹脂材料により形成され、ハウジング本体１の端面１ｇに接合されて収容凹部１ｂを覆うものであり、図２及び図３に示すように、回転中心線Ｌを中心とする貫通孔３ａ、環状凹部３ｂ、回路基板ＣＢを固定する固定部３ｃ、外部に接続する端子を収容するコネクタ３ｄを備えている。
貫通孔３ａは、回転軸５の端部に固定された被検出ユニット５ｂを挿通させるように形成されている。
環状凹部３ｂは、円筒状の金属製ホルダ３ｅが嵌合固定されるべく、回転中心線Ｌを中心とする円環状に形成されている。金属製ホルダ３ｅは、回転軸５を回動自在に支持する軸受Ｂ２を嵌合させて保持する。
そして、モータカバー３は、ハウジング本体１の端面１ｇに接合され、外側から基板カバー４が接合され、ネジｂ２により締結されることで両者の間に固定される。

基板カバー４は、金属板又は樹脂材料等により形成され、回路基板ＣＢを覆うべく、モータカバー３を挟み込んだ状態で、ネジｂ２により、ハウジング本体１の端面１ｇに締結固定される。

回転軸５は、金属材料を用いて、回転中心線Ｌを中心とする円柱状に形成され、図３及び図９に示すように、一端側において二面幅を有する連結部５ａ、他端側に固定された被検出ユニット５ｂ、外周においてキー溝５ｃを備えている。
そして、回転軸５は、永久磁石埋込型モータＭに含まれるロータコア５０の軸孔５５に嵌合されると共に連結部５ａがポンプユニットＵのインナーロータ１１に連結され、又、リップ型シールＬｓにより外周がシールされ、軸受Ｂ１，Ｂ２により回動自在に支持されて、ロータＲｔの回転力をインナーロータ１１に伝達するようになっている。

被検出ユニット５ｂは、環状のホルダに対して、回転中心線Ｌ回りにおいて６つのＮ極及びＳ極が交互に入れ替わるように永久磁石が嵌め込まれたものであり、図２に示すように、回路基板ＣＢに実装された検出センサＣ１と対向するように配置される。
そして、被検出ユニット５ｂは、回転軸５すなわちロータＲｔの回転角度位置を検出する検出センサＣ１の検出対象として機能する。

ポンプユニットＵは、図２及び図３に示すように、インナーロータ１１及びアウターロータ１２を備えている。
インナーロータ１１は、鋼又は焼結鋼等の材料を用いて、ハウジング本体１の収容凹部１ａの底壁面とポンプカバー２の内壁面を摺動する端面を画定する略星形状に形成されている。インナーロータ１１は、嵌合孔１１ａ、５つの凸部（山）及び５つの凹部（谷）を備えたトロコイド曲線による歯形をもつ外歯車として形成されている。
嵌合孔１１ａは、回転軸５の連結部５ａが嵌合されるように形成されている。
そして、インナーロータ１１は、回転軸５により回転中心線Ｌを回転中心として、図１及び図２中の矢印Ａ方向に回転する。

アウターロータ１２は、鋼又は焼結鋼等の材料を用いて、ハウジング本体１の収容凹部１ａの底壁面とポンプカバー２の内壁面を摺動する端面を画定する円環状に形成されている。アウターロータ１２は、円形の外周面１２ａ、６つの凸部及び６つの凹部を備え、インナーロータ１１に噛合し得る歯形をもつ内歯車として形成されている。
外周面１２ａは、収容凹部１ａの内周面に接触して回転中心線Ｌから外れた軸線を中心として回動自在に支持される。
そして、アウターロータ１２は、回転中心線Ｌを中心として回転するインナーロータ１１の回転に連動しつつ、インナーロータ１１よりも遅い速度で回転する。
インナーロータ１１及びアウターロータ１２により、流体を吸入口２ａからポンプ室内に吸入して加圧しつつ吐出口２ｂから吐出するようになっている。

回路基板ＣＢは、永久磁石埋込型モータＭの駆動を制御する部品を備えるものであり、配線がプリントされると共に制御回路を構成する種々の電子部品が実装され、又、図２に示すように、被検出ユニット５ｂと対向する検出センサＣ１が実装されている。
検出センサＣ１は、回転中心線Ｌを中心とする弧状に配列された３つのホール素子からなる。そして、検出センサＣ１は、回転軸５すなわちロータＲｔの回転方向における磁極位置（回転角度位置）を検出するようになっている。

永久磁石埋込型モータＭは、図５及び図６に示すように、ステータコア２０，ボビン３０，及びコイル４０を含むステータＳｔと、ロータコア５０及び永久磁石６０を含むロータＲｔを備えている。
ステータコア２０は、磁性材料からなる鋼板を用いてプレス成形した後に積層した積層体として形成され、図６及び図７に示すように、円環状部２１、円環状部２１から中心（回転中心線Ｌ）に向けて突出すると共に周方向において等間隔で配列された突極としての９つのティース２２、周方向において等間隔で配列された９つのスロット２３を備えている。
９つのティース２２は、回転中心線Ｌを中心として回転対称の同一形状に形成され、それぞれ、円弧面を画定する先端面２２ａを備えている。
９つの先端面２２ａは、所定の径寸法をなす円筒面上に配列され、ロータコア５０の外周磁極部５３の外周面５３ｓ）と所定の隙間をおいて対向するように配置される。
９つのスロット２３は、回転中心線Ｌを中心として回転対称の同一形状に形成され、それぞれ、両側のティース２２同士の間において、図１０に示すように、開口幅寸法Ｓｗをなす開口２３ａを備えている。

ボビン３０は、電気的絶縁性を有する樹脂材料を用いて二分割構造に形成され、回転中心線Ｌ方向においてステータコア２０を挟み込むように組み込まれる。
コイル４０は、ボビン３０を介して、９つのティース２２の周りにそれぞれ巻回された集中巻構造が採用され、三相に分けて電気的に接続されている。

ロータコア５０は、磁性材料からなる鋼板を用いてプレス成形した後に積層した積層体からなり、図７に示すように、ステータコア２０のティース２２（先端面２２ａ）と所定の隙間をおいて対向する円筒状の外周輪郭５０ａを画定するように形成されている。
ロータコア５０は、図９に示すように、周方向に等間隔で配列された６つの挿着孔５１、周方向に等間隔で配列された６つの溝状凹部５２、周方向に等間隔で配列された６つの外周磁極部５３、周方向に等間隔で配列された６つの充填孔５４、回転軸５を嵌合させる軸孔５５、周方向に等間隔で配列された６つの長孔５６を備えている。

ここで、６つの挿着孔５１、６つの溝状凹部５２、６つの外周磁極部５３、６つの充填孔５４、６つの長孔５６は、それぞれ、回転中心線Ｌを中心とする回転対称に形成され、又、長孔５６を除いて径方向の直線ＤＬに対して線対称に形成されているため、以下では各々の一つについて説明する。

挿着孔５１は、永久磁石６０を挿入して固着する領域すなわち永久磁石６０の埋込領域であり、図９に示すように、ロータＲｔの径方向の直線ＤＬに対して垂直方向Ｐｄに長尺な断面形状をなすように形成されている。
具体的には、挿着孔５１は、垂直方向Ｐｄに平行な２つの平面５１ａ，５１ｂと、垂直方向Ｐｄの両端において溝状凹部５２の壁部５２ａに倣って内側に突出する２つの凸状湾曲面５１ｃを含むように形成されている。
挿着孔５１が２つの凸状湾曲面５１ｃを備えることにより、永久磁石６０が挿着孔５１に挿入された際に、両側に空隙Ｇを設けつつも、永久磁石６０の垂直方向Ｐｄへのずれを抑制ないし防止することができる。

溝状凹部５２は、外周輪郭５０ａを周方向に区分けして、外周磁極部５３を画定するべく、周方向において挿着孔５１，５１同士の間において、壁部５２ａにより半円状断面の空隙をなすように形成されている。
そして、溝状凹部５２は、磁力線の漏れ及び短絡を抑制ないし防止するフラックスバリアとして機能すると共に、永久磁石６０を挿着孔５１に組み付ける際に、ロータコア５０を位置決めする治具を挿入する位置決め部の役割もなす。
ここで、壁部５２ａの肉厚寸法は、機械的強度上の許容範囲内で比較的に薄く形成されているため、隣り合う永久磁石６０，６０同士で磁力線が短絡するのを抑制ないし防止することができる。

外周磁極部５３は、挿着孔５１に挿着された永久磁石６０に対応する磁極を生じる領域であり、図９に示すように、径方向の直線ＤＬに対して線対称の形状をなし、一対のスリット孔５３ａ、５３ａと、外周面５３ｓを備えている。
一対のスリット孔５３ａ，５３ａは、直線ＤＬに対して線対称であり、外周磁極部５３の周方向における両端側から中央（直線ＤＬ）側に亘って延びるように形成されている。

具体的には、一対のスリット孔５３ａ，５３ａは、図９及び図１０に示すように、外周磁極部５３の周方向における両端側から中央側に向けて進むに連れて挿着孔５１から徐々に遠ざかるように傾斜して先細りに延びるように、すなわち、傾斜した三角形をなすように形成されている。また、一対のスリット孔５３ａ，５３ａは、外周磁極部５３の周方向における両端側において、挿着孔５１に連通するように形成されている。

そして、一対のスリット孔５３ａ，５３ａは、ロータコア５０に埋設された永久磁石６０とステータコア２０のティース２２（先端面２２ａ）との間の空隙を広げるフラックスバリアとして機能し、外周磁極部５３を流れる磁力線を中央寄りの領域、すなわち、一対のスリット孔５３ａ，５３ａに挟まれた離隔寸法Ｐｗをなす領域に集めてティース２２に向かう有効磁束を増加させる役割をなす。
外周面５３ｓは、外周磁極部５３の表面領域であり、外周輪郭５０ａを画定する円筒状の湾曲面、すなわち、外周輪郭５０ａの外径寸法をＤとするとき、２／Ｄの曲率をなす湾曲面をなし、ティース２２の先端面２２ａと所定の隙間をおいて対向する。

充填孔５４は、永久磁石６０を固着させるための接着剤を充填する領域であり、挿着孔５１よりも径方向の内側において、挿着孔５１に連通して形成されている。
すなわち、永久磁石６０が挿着孔５１に挿入された後に、充填孔５４に接着剤が充填されることにより、永久磁石６０の径方向内側を向く面と挿着孔５１の平面５１ｂとが接着される。

軸孔５５は、図９に示すように、回転軸５を嵌合するものであり、回転軸５のキー溝５ｃに嵌合する６つの突起５５ａを備えている。
長孔５６は、軸孔５５の径方向外側において、直線ＤＬに対して傾斜した方向に伸長するように形成されている。そして、長孔５６は、回転軸５が軸孔５５に嵌合される際に、突起５５ａの周辺領域の弾性変形を許容する。これにより、回転軸５の嵌合作業をスムーズに行うことができる。

６つの永久磁石６０は、図７及び図１０に示すように、同一の形状で垂直方向Ｐｄに長尺な矩形断面をなす平板状に形成されている。そして、６つの永久磁石６０は、図８に示すように、ロータコア５０の径方向（直線ＤＬ方向）においてＮ極及びＳ極が対向するように方向付けられ、回転中心線Ｌ回りの周方向において等間隔でかつ外側を向く極が交互に入れ替わるように挿着されている。また、永久磁石６０は、垂直方向Ｐｄの両端に空隙Ｇを設けて、ロータコア５０の挿着孔５１に挿着されている。

ここでは、永久磁石６０の両側に空隙Ｇが設けられているため、磁力線が永久磁石６０のＮ極からＳ極に向けて自己短絡するのを防止することができる。
また、一つの外周磁極部５３に対応して平板状の単純形態をなす一つの永久磁石６０が配置されるため、一つの外周磁極部５３に対応して湾曲形状をなす永久磁石が配置される構成や、一つの外周磁極部５３に対応して複数個の永久磁石が配置される構成に比べて、構造の簡素化、低コスト化を達成することができる。

上記構成をなす永久磁石埋込型モータＭにおいて、図１０に示すように、一対のスリット孔５３ａ，５３ａの垂直方向Ｐｄにおける離隔寸法Ｐｗと永久磁石６０の垂直方向ｐｄにおける幅寸法Ｍｗとの関係は、Ｐｗ＜Ｍｗを満たすように設定されている。
このように設定されることにより、外周磁極部５３を通る磁力線が、外周磁極部５３の両側から漏れるのを抑制しつつ、外周磁極部５３の中央（直線ＤＬ）側に集めることができる。
特に、Ｐｗ：Ｍｗ＝１：１．３～１．７の関係を満たすように設定されるのが好ましい。これにより、コギングトルクを低減しつつ、回転トルクに寄与する有効磁束を増加させることができる。

上記構成をなす永久磁石埋込型モータＭにおいて、永久磁石６０による磁力線の分布状態をシミュレーションした結果について、図１１ないし図１４に基づいて説明する。
図１１及び図１２は、ロータコア５０に一対のスリット孔５３ａ，５３ａを設けない比較例における磁力線分布図であり、図１３及び図１４は、ロータコア５０に一対のスリット孔５３ａ，５３ａを設けた実施例における磁力線分布図である。

比較例においては、図１１に示すように、ロータＲｔが回転角０°の停止状態において、直線Ｅを挟んだ両側のティース２２には同数の磁力線が流れている。
そこで、図１１に示す状態から図１２に示すように、ロータＲｔを反時計回りに回転角５°だけ回転させると、左側のティース２２を流れる磁力線の数よりも右側のティース２２を流れる磁力線の数が少なくなる。
その結果、磁気的に安定な状態に戻ろうとして、ロータＲｔを時計回りに回転させようとするコギングトルクが生じる。また、比較例においては、図１１及び図１２に示されるように、外周磁極部５３の両端側から中央のティース２２を経由して比較的多くの磁力線が隣り合う外周磁極部５３，５３同士で短絡している。

一方、実施例においては、図１３に示すように、ロータＲｔが回転角０°の停止状態において、直線Ｅを挟んだ両側のティース２２には同数の磁力線が流れている。
そこで、図１３に示す状態から図１４に示すように、ロータＲｔを反時計回りに回転角５°だけ回転させると、図１２に示す比較例に比べて、右側のティース２２を流れる磁力線の数が増加し、左側のティース２２を流れる磁力線の数に近づく。
その結果、磁気的に安定な状態に戻ろうとして、ロータＲｔを時計回りに回転させようとするコギングトルクは、比較例に比べて小さくなる。
また、実施例においては、図１３及び図１４に示されるように、比較例に比べて、外周磁極部５３の両端側から中央のティース２２を経由して隣り合う外周磁極部５３，５３同士で短絡する磁力線の数が減少している。その結果、回転トルクに効果的な有効磁束を増加させることができる。

上記構成をなす実施例と比較例におけるコギングトルクは、図１５に示されるような結果となる。図１５中において、比較例のコギングトルクは二点鎖線で示され、実施例におけるコギングトルクは実線で示される。
図１５に示される結果から明らかなように、一対のスリット孔５３ａ，５３ａを設けた実施例によれば、スリット孔を設けない比較例のコギングトルクに対して、コギングトルクを１／２程度に低減することができる。

そこで、上記結果を踏まえて、永久磁石埋込型モータＭにおいて、ティース２２の先端幅寸法Ｔｗ、スロット２３の開口幅寸法Ｓｗ、及び一対のスリット孔５３，５３の離隔寸法Ｐｗの相互の寸法を変更してシミュレーションを行った結果では、Ｔｗ：Ｓｗ：Ｐｗ＝４．５～６．５：１～３：５～６．５の関係を満たす相対的な形状関係の場合において、外周磁極部５３の両端側からの磁束の漏れを抑制して、ティース２２に向かう有効磁束を増加させることができ、コギングトルクを効果的に低減できることが確認された。

以上述べたように、上記構成をなす永久磁石埋込型モータＭによれば、構造の簡素化、低コスト化を達成しつつ、コギングトルクを低減することができる。
また、上記構成をなす永久磁石埋込型モータＭがポンプ装置の駆動源として適用された場合、振動や騒音の少ないポンプ装置を得ることができる。さらに、このようなポンプ装置が、自動車等におけるオイルの供給及び循環のために適用された場合、自動車における振動や騒音を低減することができる。
尚、上記構成をなす永久磁石埋込型モータＭの動作については、従来の永久磁石埋込型モータと同様であるため、ここでの説明は省略する。

図１６は、前述の実施形態に係る永久磁石埋込型モータＭにおいて、ロータコア５０に設ける一対のスリット孔の他の実施形態を示すものである。前述の実施形態と同一の構成については、同一の符号を付して説明を省略する。
この実施形態において、ロータコア５０は、６つの挿着孔５１、６つの溝状凹部５２、６つの外周磁極部５３、６つの充填孔５４、軸孔５５、６つの長孔５６を備えている。外周磁極部５３は、一対のスリット孔１５３ａ，１５３ａと、外周面５３ｓを備えている。

一対のスリット孔１５３ａ，１５３ａは、直線ＤＬに対して線対称であり、外周磁極部５３の周方向における両端側から中央（直線ＤＬ）側に亘って延びるように形成されている。具体的には、一対のスリット孔１５３ａ，１５３ａは、外周磁極部５３の周方向における両端側において挿着孔５１に連通すると共に、外周磁極部５３の周方向における両端側から中央側に向けて進むに連れて挿着孔５１から徐々に遠ざかるように傾斜して所定の幅寸法で延びるように、すなわち、傾斜した長尺な孔をなすように形成されている。

この実施形態においても、一対のスリット孔１５３ａ，１５３ａは、前述同様に、ロータコア５０に埋設された永久磁石６０とステータコア２０のティース２２（先端面２２ａ）との間の空隙を広げるフラックスバリアとして機能するため、外周磁極部５３を流れる磁力線を中央寄りの領域、すなわち、一対のスリット孔１５３ａ，１５３ａに挟まれた離隔寸法Ｐｗをなす領域に集めてティース２２に向かう有効磁束を増加させることができ、コギングトルクを低減することができる。
すなわち、この実施形態に係る永久磁石埋込型モータＭにおいても、構造の簡素化、低コスト化を達成しつつ、コギングトルクを低減することができる。

図１７は、前述の図１０に示す実施形態に係る永久磁石埋込型モータＭにおいて、ロータコア５０に設ける溝状凹部及び挿着孔の他の実施形態を示すものである。前述の実施形態と同一の構成については、同一の符号を付して説明を省略する。
この実施形態において、ロータコア５０は、６つの挿着孔１５１、６つの溝状凹部１５２、６つの外周磁極部５３、６つの充填孔５４、軸孔５５、６つの長孔５６を備えている。外周磁極部５３は、一対のスリット孔５３ａ，５３ａと、外周面５３ｓを備えている。

挿着孔１５１は、永久磁石６０を挿入して固着する領域すなわち永久磁石６０の埋込領域であり、図１７に示すように、ロータＲｔの径方向の直線ＤＬに対して垂直方向Ｐｄに長尺な断面形状をなすように形成されている。
具体的には、挿着孔１５１は、垂直方向Ｐｄに平行な２つの平面１５１ａ，１５１ｂと、垂直方向Ｐｄの両端において外向きに突出する２つの凹状湾曲面１５１ｃを含むように形成されている。
ここで、永久磁石６０が挿着孔１５１に配置された状態で、永久磁石６０の垂直方向Ｐｄにおける両側には、前述の空隙Ｇよりも大きい空隙Ｇ１を設けることができ、溝状凹部１５２と協働して磁力線の短絡や漏れを抑制ないし防止することができる。

溝状凹部１５２は、外周輪郭５０ａを周方向に区分けして、外周磁極部５３を画定するべく、周方向において挿着孔１５１，１５１同士の間において、壁部１５２ａにより前述の溝状凹部５２よりも浅い半円状断面の空隙をなすように形成されている。
そして、溝状凹部１５２は、前述の溝状凹部５２と同様に、磁力線の漏れ及び短絡を抑制ないし防止するフラックスバリアとして機能すると共に、永久磁石６０を挿着孔１５１に組み付ける際に、ロータコア５０を位置決めする治具を挿入する位置決め部の役割もなす。ここで、壁部１５２ａの肉厚寸法は、機械的強度上の許容範囲内で比較的に薄く形成されているため、隣り合う永久磁石６０，６０同士で磁力線が短絡するのを抑制ないし防止することができる。
すなわち、この実施形態に係る永久磁石埋込型モータＭにおいても、構造の簡素化、低コスト化を達成しつつ、コギングトルクを低減することができる。

図１８は、前述の図１７に示す実施形態に係る永久磁石埋込型モータＭにおいて、ロータコア５０に設ける一対のスリット孔として図１６に示す形態を採用した実施形態を示すものである。前述の実施形態と同一の構成については、同一の符号を付して説明を省略する。
この実施形態において、ロータコア５０は、６つの挿着孔１５１、６つの溝状凹部１５２、６つの外周磁極部５３、６つの充填孔５４、軸孔５５、６つの長孔５６を備えている。外周磁極部５３は、一対のスリット孔１５３ａ，１５３ａと、外周面５３ｓを備えている。
一対のスリット孔１５３ａ，１５３ａ、挿着孔１５１、溝状凹部１５２は、前述の通りであるため、この実施形態に係る永久磁石埋込型モータＭにおいても、構造の簡素化、低コスト化を達成しつつ、コギングトルクを低減することができる。

図１９は、前述の図１８に示す実施形態に係る永久磁石埋込型モータＭにおいて、ロータコア５０に設ける一対のスロット孔の他の実施形態を示すものである。前述の実施形態と同一の構成については、同一の符号を付して説明を省略する。
この実施形態において、ロータコア５０は、６つの挿着孔１５１、６つの溝状凹部１５２、６つの外周磁極部５３、６つの充填孔５４、軸孔５５、６つの長孔５６を備えている。外周磁極部５３は、一対のスリット孔２５３ａ，２５３ａと、外周面５３ｓを備えている。

一対のスリット孔２５３ａ，２５３ａは、直線ＤＬに対して線対称であり、外周磁極部５３の周方向における両端側から中央（直線ＤＬ）側に亘って延びるように形成されている。具体的には、一対のスリット孔２５３ａ，２５３ａは、外周磁極部５３の周方向における両端側において挿着孔５１に連通せず、外周磁極部５３の周方向における両端側から中央側に向けて進むに連れて挿着孔１５１から徐々に遠ざかるように傾斜して所定の幅寸法で延びるように、すなわち、傾斜した長尺な孔をなすように形成されている。

この実施形態においても、一対のスリット孔２５３ａ，２５３ａは、前述同様に、ロータコア５０に埋設された永久磁石６０とステータコア２０のティース２２（先端面２２ａ）との間の空隙を広げるフラックスバリアとして機能するため、外周磁極部５３を流れる磁力線を中央寄りの領域、すなわち、一対のスリット孔２５３ａ，２５３ａに挟まれた離隔寸法Ｐｗをなす領域に集めてティース２２に向かう有効磁束を増加させることができ、コギングトルクを低減することができる。
また、一対のスリット２５３ａ，２５３ａは、挿着孔１５１に連通しないで閉じているため、その分だけ機械的強度を高めることができ、永久磁石６０を堅固に保持することができる。
すなわち、この実施形態に係る永久磁石埋込型モータＭにおいても、構造の簡素化、低コスト化を達成しつつ、コギングトルクを低減することができる。

上記実施形態においては、周方向に配列された複数のティース及びスロットを含むステータと、周方向に配列された複数の挿着孔及び各々の挿着孔に挿着された複数の永久磁石を含むロータとを備える永久磁石埋込型モータとして、９つのティース２２及びスロットを含むステータＳｔと、６つの挿着孔５１，１５１（すなわち６つの永久磁石６０）を含むロータＲｔとを備える、すなわち、ロータＲｔの磁極の個数が６つでかつステータＳｔのティース及びスロットの個数が９つである永久磁石埋込型モータＭを示した。
しかしながら、上記構成に限定されるものではなく、ロータの磁極の個数が２ｎ（ｎは自然数）で、かつ、ステータのティース及びスロットの個数がそれぞれ３ｎ（ｎは自然数）の条件を満たす他の構成をなす永久磁石埋込型モータにおいても、同様に本発明を適用することができる。

上記実施形態においては、ロータコア５０に設ける溝状凹部として、半円状断面の空隙をなす溝状凹部５２，１５２を示したが、これに限定されるものではなく、永久磁石に対応する磁極を生じる外周磁極部を画定するべく周方向において挿着孔同士の間に形成されるものであれば、その他の断面形状をなす溝状凹部を採用してもよい。

上記実施形態においては、永久磁石埋込型モータＭを駆動源とするポンプ装置において、ポンプユニットとして、トロコイドポンプを採用した場合を示したが、これに限定されるものではなく、ベーンポンプ、その他の形式のポンプを採用してもよい。

以上述べたように、本発明の永久磁石埋込型モータは、構造の簡素化、低コスト化、コギングトルクの低減を達成することができるため、ポンプ装置の駆動源として適用できるのは勿論のこと、種々の装置の駆動源として有用である。

Ｕ ポンプユニット（トロコイドポンプ）
２ａ 吸入口
２ｂ 吐出口
５ 回転軸
１１ インナーロータ（トロコイドポンプ）
１２ アウターロータ（トロコイドポンプ）
Ｍ 永久磁石埋込型モータ（駆動源）
Ｌ 回転中心線
Ｓｔ ステータ
２０ ステータコア
２２ ティース
Ｔｗ ティースの先端幅寸法
２３ スロット
２３ａ スロットの開口
Ｓｗ スロットの開口幅寸法
４０ コイル
Ｒｔ ロータ
５０ ロータコア
５０ａ 外周輪郭
ＤＬ 直線（径方向）
Ｐｄ ロータの径方向に対して垂直方向
５１ 挿着孔
５１ｃ 凸状湾曲面
５２ 溝状凹部
５３ 外周磁極部
５３ａ 一対のスリット孔
５４ 充填孔
６０ 永久磁石
Ｇ，Ｇ１ 空隙
１５１ 挿着孔
１５２ 凹状溝部
１５３ａ 一対のスリット孔
２５３ａ 一対のスリット孔

Claims (12)

1. 周方向に配列されたティース及びスロットを有する環状のステータコア，前記ティースの周りに巻回されたコイルを含むステータと、
   前記ステータのティースに対向して配置されると共に周方向に配列された挿着孔を有するロータコア，前記挿着孔に挿着された永久磁石を含むロータと、を備え、
   前記ロータコアは、前記永久磁石に対応する磁極を生じる外周磁極部を画定するべく周方向において前記挿着孔同士の間に形成された溝状凹部と、前記挿着孔よりも径方向の外側において前記外周磁極部の周方向における両端側から中央側に亘って延びる一対のスリット孔を含む、
   ことを特徴とする永久磁石埋込型モータ。
2. 前記挿着孔は、前記ロータの径方向に対して垂直方向に長尺な断面形状をなし、
   前記永久磁石は、前記垂直方向に長尺な矩形断面をなす平板状であり、前記垂直方向の両端に空隙を設けて前記挿着孔に挿着されている、
   ことを特徴とする請求項１に記載の永久磁石埋込型モータ。
3. 前記溝状凹部は、半円状断面の空隙をなすように形成され、
   前記挿着孔は、前記ロータの径方向に対して垂直方向に長尺な断面形状でかつ前記垂直方向の両端において前記溝状凹部の壁部に倣って内側に突出する凸状湾曲面をなし、
   前記永久磁石は、前記垂直方向に長尺な矩形断面をなす平板状であり、前記垂直方向の両端に空隙を設けて前記挿着孔に挿着されている、
   ことを特徴とする請求項１に記載の永久磁石埋込型モータ。
4. 前記一対のスリット孔の離隔寸法をＰｗ、前記永久磁石の前記垂直方向における幅寸法をＭｗとするとき、Ｐｗ＜Ｍｗを満たす、
   ことを特徴とする請求項２又は３に記載の永久磁石埋込型モータ。
5. 前記一対のスリット孔の離隔寸法をＰｗ、前記永久磁石の前記垂直方向における幅寸法をＭｗとするとき、
   Ｐｗ：Ｍｗ＝１：１．３～１．７の関係を満たす、
   ことを特徴とする請求項２ないし４いずれか一つに記載の永久磁石埋込型モータ。
6. 前記一対のスリット孔は、前記外周磁極部の周方向における両端側から中央側に向けて進むに連れて挿着孔から徐々に遠ざかるように傾斜して形成されている、
   ことを特徴とする請求項１ないし５いずれか一つに記載の永久磁石埋込型モータ。
7. 前記一対のスリット孔は、前記外周磁極部の周方向における両端側において、前記挿着孔に連通するように形成されている、
   ことを特徴とする請求項１ないし６いずれか一つに記載の永久磁石埋込型モータ。
8. 前記ティースの先端幅寸法をＴｗ、前記スロットの開口幅寸法をＳｗ、前記一対のスリット孔の離隔寸法をＰｗとするとき、
   Ｔｗ：Ｓｗ：Ｐｗ＝４．５～６．５：１～３：４．５～６．５の関係を満たす、
   ことを特徴とする請求項１ないし７いずれか一つに記載の永久磁石埋込型モータ。
9. 前記ロータコアは、前記挿着孔よりも径方向の内側において、前記挿着孔に連通して形成され接着剤を充填する充填孔を含む、
   ことを特徴とする請求項１ないし８いずれか一つに記載の永久磁石埋込型モータ。
10. 前記ロータの磁極の個数は、２ｎ（ｎは自然数）であり、
    前記ステータのティース及びスロットの個数は、それぞれ３ｎ（ｎは自然数）である、
    ことを特徴とする請求項１ないし９いずれか一つに記載の永久磁石埋込型モータ。
11. 流体の吸入及び吐出を行うポンプユニットと、
    前記ポンプユニットに連結された回転軸と、
    前記回転軸に駆動力を及ぼす駆動源と、を備えたポンプ装置であって、
    前記駆動源は、請求項１ないし１０いずれか一つに記載の永久磁石埋込型モータである、
    ことを特徴とするポンプ装置。
12. 前記ポンプユニットは、前記回転軸が連結されるインナーロータと、前記インナーロータと噛合うアウターロータを含むトロコイドポンプである、
    ことを特徴とする請求項１１に記載のポンプ装置。
    
    

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