JP5696820B2 - 永久磁石モータの回転子 - Google Patents

Description

本発明は永久磁石モータの回転子に関し、機械的強度を確保しつつコギングトルク及びトルクリプルを低減することができるように工夫したものである。

磁石埋め込み型の永久磁石モータ（ＩＰＭモータ：Interior Permanent Magnet Motor）の回転子は、回転子鉄心に永久磁石を埋め込んだ構造になっている。
このような磁石埋め込み型の永久磁石モータでは、永久磁石の磁束により生じるマグネットトルクと、回転子鉄心の磁気抵抗（リラクタンス）の変化により生じるリラクタンストルクの両方を回転力に寄与する有効トルクとして利用することができる。このため、磁石埋め込み型の永久磁石モータは、省エネルギー、高効率、および高トルクのモータになり、各種の産業分野で利用されている。

磁石埋め込み型の永久磁石モータでは、コギングトルクや、このコギングトルクを含むトルクリプルが発生する。このようなコギングトルク及びトルクリプルを低減させるために、永久磁石モータの回転子に、磁気遮断部（詳細は後述）を形成することが提案されている（例えば特許文献１参照）。

ここで、図８を参照して、永久磁石モータの回転子に磁気遮断部を形成することにより、コギングトルク及びトルクリプルを低減した従来技術を説明する。
なお、図８では１つの主磁極の部分のみを示しており、その他の主磁極は図８に示す主磁極と同一構成のため、図示省略している。
また図８では、磁束の流れを示す磁力線を、点線で示している。

図８は、磁石埋め込み型の永久磁石モータに用いる従来の回転子１を、１つの主磁極の部分のみ取り出して示す、軸方向に直交する断面図である。
同図に示すように、回転子１の回転子鉄心２は、珪素鋼板を積層して形成した略円筒状の部材である。回転子鉄心２の軸芯部には、モータシャフト３が嵌入されており、モータシャフト３は軸受（図示省略）により回転自在に支持される。

永久磁石挿入孔４は、回転子鉄心２の一方の端面から他方の端面に亘って軸方向に貫通する孔である。この永久磁石挿入孔４は、円周方向に沿い等間隔に、回転子鉄心２に形成されている。
永久磁石挿入孔４には、板状の永久磁石５が挿入されて、１つの主磁極が形成される。そして、任意の主磁極に配置した永久磁石５の外周側磁極面５ｏｕと、この主磁極に隣接する主磁極に配置した永久磁石５の外周側磁極面５ｏｕとが、互いに異なる磁気極性となるように、主磁極毎に永久磁石５の磁気極性が設定されている。これにより、隣接する主磁極の磁気極性（Ｓ極、Ｎ極）が互いに異なることになる。

この回転子１の回転子鉄心２は、回転子１（モータシャフト３）の軸芯と、マグネットトルクを生成する任意の主磁極の中心（永久磁石５の周方向の中央位置）とを結ぶ軸上が、ｄ−ｑ軸座標のｄ軸となる。
また、回転子鉄心２のうち、任意の主磁極と、この主磁極に周方向に隣接する主磁極との間の鉄心は、リラクタンストルクを生成する補助磁極部６となる。そして、回転子１（モータシャフト３）の軸芯と補助磁極部６の中心軸とを結ぶ軸上、即ち、前記ｄ軸と電気角で直交する軸上が、ｄ−ｑ軸座標のｑ軸となる。

更に、回転子鉄心２には、一方の端面から他方の端面に亘って軸方向に貫通する孔である磁気遮断部７が形成されている。磁気遮断部７は、回転子鉄心２の端面において、ｄ−ｑ軸座標のｄ軸とｑ軸の間に位置している。図８の例では、任意の主磁極に２つの磁気遮断部７を形成している。
図９を参照して、磁気遮断部７の形状および構造を説明すると、磁気遮断部７は、本体部１７と、この本体部１７に連続（連通）する延伸部２７とで構成されている。

本体部１７は、永久磁石５の周方向の端面であるｑ軸側端面５ｑに接しており（永久磁石挿入孔４に連続（連通）しており）、その軸芯側部１７−１から外周側部１７−２に向かって回転子１の外周面に向かって伸びている。ただし、本体部１７の外周側部１７−２は、回転子１の外周面には達しておらず、外周側部１７−２と回転子１の外周面との間には回転子鉄心２が存在している。

延伸部２７は、その基端部２７−１が本体部１７の外周側部１７−２に連続（連通）しており、本体部１７の外周側部１７−２から円周方向に沿ってｄ軸に向かい延びている。ただし、延伸部２７の先端部２７−２はｄ軸には達していない。また、延伸部２７と回転子１の外周面との間の距離（半径方向の距離）は、延伸部２７の延伸方向のどの位置でも、ほぼ一定になっており、延伸部２７と回転子１の外周面との間には回転子鉄心２が存在している。

磁気遮断部７は、孔（空間）であるため、回転子鉄心２に比べて透磁率が極めて小さく、磁束が極めて通り難くなっており、磁気的な遮断部として機能する。なお、磁気遮断部７を形成する孔（空間）内に、非磁性で透磁率の低い金属（例えば、アルミニウムや真鍮など）や、接着剤、ワニス、樹脂等を充填していても、磁気遮断部であることに変わりはない。

このような磁気遮断部７が、永久磁石５の周方向の両側端面に形成されているため、次のような効果を奏する。

（１） 任意の主磁極と、この主磁極に周方向に隣接する主磁極との間を磁気的に遮断する磁気遮断部７を配置したため、主磁極の永久磁石５の外周側磁極面５ｏｕから発生し、回転子鉄心２の補助磁極部６を通って、周方向に隣接する主磁極の永久磁石５の外周側磁極面５ｏｕに達する磁束（短絡磁束）を低減することができる。短絡磁束は、固定子に鎖交せずマグネットトルクの発生に寄与しないトルクであるため、このような短絡磁束を低減することにより、有効トルクが増加する。
この短絡磁束の低減は、磁気遮断部７の延伸部２７と回転子１の外周面との間の距離（半径方向の距離）が短く、且つ、延伸部２７の円周方向に沿う長さが長い程、短絡磁束の発生を抑制することができる。

（２） 永久磁石５の外周側磁極面５ｏｕから発生した磁束が、透磁率の低い磁気遮断部７を回り込むように永久磁石５の中心側に迂回して通るため、永久磁石５によって回転子１の外周面に発生する磁束密度分布の変化が緩やかになる。具体的には、主磁極の周方向の両端部分で、磁束密度分布の変化が緩やかになる。
このように、回転子１の外周面に発生する磁束密度分布のうち、特に主磁極の周方向の両端部分での変化が緩やかになるため、コギングトルク及びトルクリプルを低減することができる。

特開平１１−９８７３１号公報

ところで上記従来技術では、次のような問題があった。

（１） 永久磁石モータの回転子１は、短絡磁束の発生を抑制するために、磁気遮断部７の延伸部２７と回転子１の外周面との間の距離（半径方向の距離）を短くし、延伸部２７の円周方向に沿う長さを長くしている。そうすると、延伸部２７と回転子１の外周面との間に位置する回転子鉄心２は、半径方向距離が短く周方向長さが長くなり、機械的な強度が小さくなる。このため、モータが高速回転したときに、遠心力に耐えられなくなるおそれがある。
また、回転子鉄心２は、打ち抜き加工により磁石挿入孔４及び磁気遮断部７等を形成した珪素鋼板を積層して構成したものである。したがって、磁気遮断部７の延伸部２７と回転子１の外周面との間の距離（半径方向の距離）を短くし、延伸部２７の円周方向に沿う長さを長くしていると、延伸部２７と回転子１との外周面の間に位置する回転子鉄心２は、前述のとおりに機械的な強度が小さく、打ち抜き加工上の問題が生じる。即ち、珪素鋼鈑の打ち抜き加工時に、延伸部２７と回転子１の外周面との間に位置する回転子鉄心２が歪み易く、最悪の場合には切断されてしまい、回転子鉄心２の製造が困難になるおそれがある。

（２） 最近では、モータの滑らかな駆動及び騒音振動低減のために、コギングトルク及びトルクリプルをより一層低減することが求められている。しかし、上記の従来技術では、コギングトルク及びトルクリプルをより一層低減するという要望に応じることができなかった。

本発明は、上記従来技術に鑑み、永久磁石モータによる高速回転時の遠心力および製造上の困難を軽減して機械的強度を向上しつつ、加えてコギングトルク及びトルクリプルを低減することができる、永久磁石モータの回転子を提供することを目的とする。

上記課題を解決する本発明の構成は、
回転子鉄心の周方向の複数箇所で前記回転子鉄心の一方の端面から他方の端面に亘って軸方向に貫通して形成された永久磁石挿入孔に、それぞれ永久磁石を備えることにより、前記回転子鉄心の周方向に沿い複数の主磁極が形成されると共に、
前記主磁極ごとに、前記回転子鉄心の一方の端面から他方の端面に亘って軸方向に貫通し且つ前記回転子鉄心の端面においてｄ−ｑ軸座標のｄ軸とｑ軸の間に位置して磁気遮断部が形成されている永久磁石モータの回転子であって、
前記磁気遮断部は、本体部と、この本体部に連続する延伸部を有すると共に、
前記本体部は、前記永久磁石のｑ軸側端面に対向する位置に形成されており、
しかも、前記本体部は、前記回転子鉄心の外周面に向かって伸びており、
前記延伸部は、前記永久磁石の外周側磁極面よりも外周側に形成されており、
しかも、前記延伸部は、前記本体部の外周側部を起点として前記ｑ軸側から前記ｄ軸側に向かって延びつつ徐々に前記回転子鉄心の外周面に近づいている第１延伸部と、前記第１延伸部の先端部から更に前記ｑ軸側から前記ｄ軸側に向かって延びる第２延伸部と、により構成され、
前記第２延伸部のうち前記回転子鉄心の外周側に位置している外周側面と、前記第２延伸部のうち前記回転子鉄心の内周側に位置し且つ前記外周側面に対向している内周側面とが、前記ｑ軸側から前記ｄ軸側に向かうにしたがい徐々に前記回転子鉄心の外周面から離れていることを特徴とする。
また本発明の構成は、
回転子鉄心の周方向の複数箇所で前記回転子鉄心の一方の端面から他方の端面に亘って軸方向に貫通して形成された永久磁石挿入孔に、それぞれ永久磁石を備えることにより、前記回転子鉄心の周方向に沿い複数の主磁極が形成されると共に、
前記主磁極ごとに、前記回転子鉄心の一方の端面から他方の端面に亘って軸方向に貫通し且つ前記回転子鉄心の端面においてｄ−ｑ軸座標のｄ軸とｑ軸の間に位置して磁気遮断部が形成されている永久磁石モータの回転子であって、
前記磁気遮断部は、本体部と、この本体部に連続する延伸部を有すると共に、
前記本体部は、前記永久磁石のｑ軸側端面に対向する位置に形成されており、
しかも、前記本体部は、前記回転子鉄心の外周面に向かって伸びており、
前記延伸部は、前記永久磁石の外周側磁極面よりも外周側に形成されており、
しかも、前記延伸部は、前記本体部の外周側部を起点として前記ｑ軸側から前記ｄ軸側に向かって延びつつ徐々に前記回転子鉄心の外周面に近づいている第１延伸部と、前記第１延伸部の先端部から更に前記ｑ軸側から前記ｄ軸側に向かって一定の幅で延びつつ徐々に前記回転子鉄心の外周面から離れている第２延伸部と、により構成されていることを特徴とする。

回転子鉄心の周方向の複数箇所で前記回転子鉄心の一方の端面から他方の端面に亘って軸方向に貫通して形成された永久磁石挿入孔に、それぞれ永久磁石を備えることにより、前記回転子鉄心の周方向に沿い複数の主磁極が形成されると共に、
前記主磁極ごとに、前記回転子鉄心の一方の端面から他方の端面に亘って軸方向に貫通し且つ前記回転子鉄心の端面においてｄ−ｑ軸座標のｄ軸とｑ軸の間に位置して磁気遮断部が形成されている永久磁石モータの回転子であって、
前記磁気遮断部は、本体部と、この本体部に連続する延伸部を有すると共に、
前記本体部は、前記永久磁石のｑ軸側端面に対向する位置に形成されており、
しかも、前記本体部は、前記回転子鉄心の外周面に向かって伸びており、
前記延伸部は、前記永久磁石の外周側磁極面よりも外周側に形成されており、
しかも、前記延伸部は、前記本体部の外周側部を起点として前記ｑ軸側から前記ｄ軸側に向かって延びつつ徐々に前記回転子鉄心の外周面に近づいている第１延伸部と、前記第１延伸部の先端部から更に前記ｑ軸側から前記ｄ軸側に向かって延びつつ徐々に前記回転子鉄心の外周面から離れている第２延伸部と、により構成されており、
前記延伸部は、前記ｑ軸側から前記ｄ軸側に向かって伸びつつ途中で折れ曲がっている、折れ曲がり形状になっていることを特徴とする。

また本発明の構成は、前記第２延伸部は、前記第１延伸部の先端部から更に前記ｑ軸側から前記ｄ軸側に向かって延びつつ湾曲していることを特徴とする。

また本発明の構成は、
前記本体部は、前記永久磁石の前記ｑ軸側端面に接していること、
または、前記本体部は、前記永久磁石のｑ軸側端面から離間していることを特徴とする。

本発明によれば、磁気遮断部の延伸部を、永久磁石の外周側磁極面よりも外周側に形成し、しかも、延伸部が、ｑ軸側からｄ軸側に向かって延びており、更にｑ軸側からｄ軸側に向かって延びつつ徐々に回転子鉄心の外周面から離れる構成にした。
このため、永久磁石によって回転子の外周面に発生する磁束密度分布の変化、特に主磁極の周方向の両端部分での磁束密度分布を、従来に比べて更に緩やかにすることができ、従来に比べて、主磁極から発生する磁束密度分布を正弦波に近づけることができ、コギングトルク及びトルクリプルを更に効果的に低減することができる。

また、延伸部の延伸終点（ｄ軸に近い部分）の位置においては、延伸部と回転子鉄心との間の距離（半径方向の距離）が大きくなるため、回転子鉄心の機械的強度を確保することができ、加工も容易になる。

本発明の実施例１に係る、永久磁石モータの回転子を示す軸方向に直交する断面図。 実施例１の磁気遮断部を示す構成図。 本発明の実施例２に係る、永久磁石モータの回転子を示す軸方向に直交する断面図。 本発明の実施例３に係る、永久磁石モータの回転子を示す軸方向に直交する断面図。 本発明の実施例４に係る、永久磁石モータの回転子を示す軸方向に直交する断面図。 本発明の実施例５に係る、永久磁石モータの回転子を示す軸方向に直交する断面図。 本発明の実施例６に係る、永久磁石モータの回転子を示す軸方向に直交する断面図。 従来技術に係る、永久磁石モータの回転子を示す軸方向に直交する断面図。 従来の磁気遮断部を抽出・拡大して示す構成図。

以下に、本発明に係る永久磁石モータの回転子を、実施例に基づき詳細に説明する。

図１を参照して、本発明の実施例１に係る永久磁石モータの回転子１０１を説明する。
なお、図１では１つの主磁極のみを示しており、その他の主磁極は図１に示す主磁極と同一構成のため、その他の主磁極は図示省略している。
また図１では、磁束の流れを示す磁力線を、点線で示している。

図１は、磁石埋め込み型の永久磁石モータに用いる実施例１の回転子１０１を、１つの主磁極のみ取り出して示す軸方向に直交する断面図である。
同図に示すように、回転子１０１の回転子鉄心１０２は、珪素鋼板を積層して形成した略円筒状の部材である。回転子鉄心１０２の軸芯部には、モータシャフト１０３が嵌入されており、モータシャフト１０３は軸受（図示省略）により回転自在に支持される。

永久磁石挿入孔１０４は、回転子鉄心１０２の一方の端面から他方の端面に亘ってモータシャフト１０３と同一方向に貫通する孔である。この永久磁石挿入孔１０４は、回転子鉄心１０２の周方向に沿い等間隔に、この回転子鉄心１０２に形成されている。
永久磁石挿入孔１０４には、本例では板状の永久磁石１０５が挿入されて、１つの主磁極が形成される。そして、任意の１つの主磁極に配置した永久磁石１０５の外周側磁極面１０５ｏｕと、この主磁極に隣接する主磁極に配置した永久磁石１０５の外周側磁極面１０５ｏｕとが、互いに異なる磁気極性となるように、磁極毎に永久磁石１０５の磁気極性が設定されている。これにより、隣接する主磁極の磁気極性（Ｓ極、Ｎ極）が互いに異なることになる。
このようにして、回転子１０１には、回転子鉄心１０２の周方向に沿い、磁気極性が交互に異なる複数の主磁極が形成される。

図１に示す永久磁石モータの回転子鉄心１０２は、回転子１０１（モータシャフト１０３）の軸芯と、マグネットトルクを生成する任意の主磁極の中心（永久磁石１０５の周方向の中央位置）とを結ぶ軸上が、ｄ−ｑ軸座標のｄ軸となる。
また、回転子鉄心１０２のうち、一磁極分の主磁極の永久磁石１０５と、この主磁極に周方向に隣接する主磁極の永久磁石１０５との間の鉄心は、リラクタンストルクを生成する補助磁極部１０６となる。そして、回転子１０１（モータシャフト１０３）の軸芯と補助磁極部６の中心軸とを結ぶ軸上、即ち、前記ｄ軸と電気角で直交する軸上が、ｄ−ｑ軸座標のｑ軸となる。

更に、回転子鉄心１０２には、一方の端面から他方の端面に亘ってモータシャフト１０３と同一方向に貫通する孔である磁気遮断部１０７が形成されている。磁気遮断部１０７は、回転子鉄心１０２の端面において、ｄ−ｑ軸座標のｄ軸とｑ軸の間に位置している。図１の例では、１つの主磁極に２つの磁気遮断部１０７を形成している。
図２を参照して、磁気遮断部１０７の形状および構造を説明すると、磁気遮断部１０７は、本体部１１７と、この本体部１１７に連続（連通）する延伸部１２７とで構成されている。しかも延伸部１２７は、第１延伸部１２７ａと第２延伸部１２７ｂとで構成されている。

本体部１１７は、永久磁石１０５の周方向の端面であるｑ軸側端面１０５ｑに対向する位置に形成されている。この本体部１１７は、その軸芯側部１１７−１が、永久磁石１０５のｑ軸側端面１０５ｑに接し永久磁石挿入孔１０４に連続（連通）しており、ｄ軸に略平行になって回転子１０１（回転子鉄心１０２）の外周面に向かって伸びている。ただし、本体部１１７の外周側部１１７−２は、回転子１０１の外周面には達しておらず、外周側部１１７−２と回転子１０１の外周面との間には回転子鉄心１０２が存在している。

延伸部１２７は、永久磁石１０５の外周側磁極面１０５ｏｕよりも外周側で、且つ、ｄ軸とｑ軸の間の位置に形成されている。この延伸部１２７は、直線状に延伸する第１延伸部１２７ａと、この第１延伸部１２７ａに対して屈曲した状態で連続（連通）する直線状に延伸する第２延伸部１２７ｂとにより構成されている。延伸部１２７と回転子１０１の外周面との間には回転子鉄心１０２が存在している。

第１延伸部１２７ａは、その基端部１２７ａ−１が本体部１１７の外周側部１１７−２に連続（連通）しており、本体部１１７の外周側部１１７−２を起点として、ｑ軸側からｄ軸側に向かって延びている。
また、この第１延伸部１２７ａは、ｄ軸側に向かい延伸するにつれて徐々に、回転子１０１（回転子鉄心１０２）の外周面に近づいている。つまり、第１延伸部１２７ａと回転子１０１（回転子鉄心１０２）の外周面との間の距離（半径方向の距離）は、第１延伸部１２７ａがｄ軸に向かい延伸していくほど、徐々に短くなっている。

第２延伸部１２７ｂは、その基端部１２７ｂ−１が第１延伸部１２７ａの先端部１２７ａ−２に連続（連通）しており、第１延伸部１２７ａの先端部１２７ａ−２を起点としてｑ軸側からｄ軸側に向かって延びている。ただし第２延伸部１２７ｂの先端部１２７ｂ−２はｄ軸には達していない。
また、この第２延伸部１２７ｂは、ｄ軸に向かい延伸するにつれて徐々に、回転子１０１（回転子鉄心１０２）の外周面から離れている。つまり、第２延伸部１２７ｂと回転子１０１（回転子鉄心１０２）の外周面との間の距離（半径方向の距離）は、第２延伸部１２７ｂがｄ軸に向かい延伸していくほど、徐々に長くなっている。

本体部１１７と、延伸部１２７（第１，第２延伸部１２７ａ，１２７ｂ）とからなる磁気遮断部１０７は、孔（空間）であるため、回転子鉄心１０２に比べて透磁率が極めて小さく、磁束が極めて通り難くなっており、磁気的な遮断部として機能する。なお、磁気遮断部１０７を形成する孔（空間）内に、非磁性で透磁率の低い金属（例えば、アルミニウムや真鍮など）や、接着剤、ワニス、樹脂等を充填していても、磁気遮断部であることに変わりはない。

このような磁気遮断部１０７が、永久磁石１０５の周方向の両側に形成されているため、実施例１に記載される永久磁石モータの回転子１０１は、次のような効果を奏する。

（１）回転子鉄心１０２は、第２延伸部１２７ｂがｄ軸に向かい延伸するにつれて、第２延伸部１２７ｂと回転子１０１の外周面との間の距離（半径方向の距離）が徐々に長くなり、第２延伸部１２７ｂの先端部１２７ｂ−２において、第２延伸部１２７ｂと回転子１０１の外周面との間の距離（半径方向の距離）が最も長くなっている。
このため、図１の磁力線分布に示されるように、磁気遮断部１０７と回転子１０１の外周面との間の回転子鉄心１０２のうち、第２延伸部１２７ｂと回転子１０１の外周面との間の部分では、主磁極の中心軸側から周方向端部側に向かって緩やかに磁気飽和が高まる。この結果、第２延伸部１２７ｂが無い従来技術に比較して、永久磁石１０５の外周側磁極面１０５ｏｕから発生して磁気遮断部１０７を回り込んで主磁極の周方向端部側に向かって回転子１０１の表面に達する磁束は、その分布範囲が広くなる。
このため、永久磁石１０５によって回転子１０１の外周面に発生する磁束密度分布の変化、特に主磁極の周方向の両端部分での磁束密度分布の変化が、第２延伸部１２７ｂが無い従来技術に比較して更に緩やかになる。
この結果、主磁極から発生する磁束の磁束密度分布の変化が正弦波形状に近づき、コギングトルク及びトルクリプルを更に効果的に低減することができる。

（２）第１延伸部１２７ａの基端部１２７ａ−１や、第２延伸部１２７ｂの先端部１２７ｂ−２において、延伸部１２７と回転子１０１の外周面との間の距離（半径方向の距離）が長くなっている。
このため、延伸部１２７と回転子１０１の外周面との間の回転子鉄心１０２において、延伸部１２７の周方向長さが長くても機械的な強度を向上することができ、遠心力や外的な衝撃等に対しても耐えることができる。
また、回転子鉄心１０２を形成するために珪素鋼鈑を打ち抜き加工する際に、延伸部１２７と回転子１０１の外周面との間に位置する回転子鉄心１０２の歪や切断の恐れがなくなり、回転子鉄心１０２の製造時の打ち抜き加工が容易になる。

（３）回転子鉄心１０２は、第１延伸部１２７ａの先端部１２７ａ−２の部分や、第２延伸部１２７ｂの基端部１２７ｂ−１の部分において、延伸部１２７と回転子１０１の外周面との間の距離（半径方向の距離）が短くなっており、且つ、延伸部１２７の周方向長さが長くなっている。このため延伸部１２７と回転子１０１の外周面との間の回転子鉄心１０２の磁気抵抗が大きくなる結果、短絡磁束を低減でき、マグネットトルクを有効に発生することができる。

（４）リラクタンストルクは、次式（１）に示すように、ｄ軸インダクタンスとｑ軸インダクタンスとの差によって生じる。
本実施例では、永久磁石１０５の外周側磁極面１０５ｏｕよりも外周側に、周方向に伸びる延伸部１２７を設けることによって、ｄ軸のインダクタンスが小さくなるため（磁束が通り難くなるため）、ｄ軸インダクタンスとｑ軸インダクタンスとの差が大きくなり（Ｌ_d＜Ｌ_q）、リラクタンストルク（式（１）の第２項目のトルク）を有効に活用することができる。
Ｔ＝Ｐ_nΦ_mｉ_q＋Ｐ_n（Ｌ_d−Ｌ_q）ｉ_dｉ_q ・・・・（１）
Ｔ：トルク
Ｐ_n：極数
Φ_m：永久磁石の磁束
ｉ_q：ｑ軸電流
ｉ_d：ｄ軸電流
Ｌ_q：ｑ軸インダクタンス
Ｌ_d：ｄ軸インダクタンス

次に本発明の実施例２に係る、永久磁石モータの回転子２０１を、図３を参照しつつ説明する。なお、実施例１と同一部分には同一符合を付し、重複する部分の説明は省略する。

実施例２の回転子２０１では、磁気遮断部２０７は、本体部２１７と、本体部２１７に連続（連通）する延伸部２２７とで構成されている。

本体部２１７は、永久磁石１０５のｑ軸側端面１０５ｑに対向する位置に形成されている。この本体部２１７は、永久磁石１０５の周方向の端面に接し永久磁石挿入孔１０４に連続（連通）しており、ｄ軸に略平行になって回転子２０１（回転子鉄心１０２）の外周面に向かって伸びている。

延伸部２２７は、永久磁石１０５の外周側磁極面１０５ｏｕよりも外周側で、且つ、ｄ軸とｑ軸の間の位置に形成されている。この延伸部２２７は、直線状に延伸する第１延伸部２２７ａと、第１延伸部２２７ａに対して折れ曲がって連続（連通）しつつ直線状に延伸する第２延伸部２２７ｂと、第２延伸部２２７ｂに対して折れ曲がって連続（連通）しつつ直線状に延伸する第３延伸部２２７ｃにより構成されている。つまり延伸部２２７は２段階に折れ曲がっている。

第１延伸部２２７ａは、ｑ軸側からｄ軸側に向かって延伸するにつれて徐々に回転子２０１（回転子鉄心１０２）の外周面に近づいている。
第２延伸部２２７ｂは、ｑ軸側からｄ軸側に向かって延伸するにつれて徐々に回転子２０１（回転子鉄心１０２）の外周面から離れており、第３延伸部２２７ｃは、ｑ軸側からｄ軸側に向かって延伸するにつれて徐々に回転子２０１（回転子鉄心１０２）の外周面から離れている。しかも、第３延伸部２２７ｃのｑ軸側からｄ軸側に向かって延伸する際に回転子２０１（回転子鉄心１０２）の外周面から離れる間隔（半径方向の距離）は、第２延伸部２２７ｂに比べて第３延伸部２２７ｃの方が大きい。

実施例２の永久磁石モータの回転子２０１では、延伸部２２７が２段階に折れ曲がっているため、延伸部２２７ａ，２２７ｂ，２２７ｃのそれぞれの長さや、折れ曲がり角度を調整することにより、回転子鉄心１０２のうち、第２延伸部２２７ｂ及び第３延伸部２２７ｃと回転子１０１の外周面との間の部分では、主磁極の中心軸側から周方向端部側に向かってより更に緩やかに磁気飽和が高まる。この結果、第３延伸部２２７ｃに相当する部分が無い実施例１に比較して、永久磁石１０５の外周側磁極面１０５ｏｕから発生して磁気遮断部２０７を回り込んで主磁極の周方向端部側に向かって回転子２０１の表面に達する磁束の分布範囲を更に細かく調整することができる。
このため、永久磁石１０５によって回転子２０１の外周面に発生する磁束密度分布の変化、特に主磁極の周方向の両端部分での磁束密度分布の変化を第３延伸部２２７ｃに相当する部分が無い実施例１に比較して、より更に緩やかにすることができる。
この結果、主磁極から発生する磁束の磁束密度分布を正弦波形状に近づけることによって、コギングトルクやトルクリプルをより更に低減することができる。
またその他、実施例１で得られたのと同様な効果を奏することができる。

なお、延伸部２２７の折れ曲がりは、上述したような２段階のみならず、３段階以上にすることもできる。

次に本発明の実施例３に係る、永久磁石モータの回転子３０１を、図４を参照しつつ説明する。なお、実施例１と同一部分には同一符合を付し、重複する部分の説明は省略する。

実施例３の回転子３０１では、磁気遮断部３０７は、本体部３１７と、本体部３１７に連続（連通）する延伸部３２７とで構成されている。

本体部３１７は、永久磁石１０５のｑ軸側端面１０５ｑに対向する位置に形成されている。この本体部３１７は、永久磁石１０５のｑ軸側端面１０５ｑに接しており（永久磁石挿入孔１０４に連続（連通）しており）、ｄ軸に略平行になって回転子３０１（回転子鉄心１０２）の外周面に向かって伸びている。

延伸部３２７は、永久磁石１０５の外周側磁極面１０５ｏｕよりも外周側で、且つ、ｄ軸とｑ軸の間の位置に形成されている。この延伸部３２７は、回転子３０１（回転子鉄心１０２）の外周面に対して凸となる円弧状になっており、湾曲しつつ延伸する第１延伸部３２７ａと、第１延伸部３２７ａに連続（連通）して湾曲しつつ延伸する第２延伸部３２７ｂにより構成されている。

第１延伸部３２７ａは、ｑ軸側からｄ軸側に向かって延伸するにつれて徐々に回転子３０１（回転子鉄心１０２）の外周面に近づいている。
一方、第２延伸部３２７ｂは、ｑ軸側からｄ軸側に向かって延伸するにつれて徐々に回転子３０１（回転子鉄心１０２）の外周面から離れている。

実施例３の永久磁石モータの回転子３０１では、延伸部３２７が円弧状に湾曲しているため、機械的応力が各々の延伸部の境界に形成される角部に集中することを避けることができ、更に機械的強度が増すことができる。
またその他、実施例１で得られたのと同様な効果を奏することができる。

次に本発明の実施例４に係る、永久磁石モータの回転子４０１を、図５を参照しつつ説明する。なお、実施例１と同一部分には同一符合を付し、重複する部分の説明は省略する。

実施例４の回転子４０１では、磁気遮断部１０７は、本体部１１７と、この本体部１１７に連続（連通）する延伸部１２７とで構成されている。しかも延伸部１２７は、第１延伸部１２７ａと第２延伸部１２７ｂとで構成されている。つまり磁気遮断部１０７自体の形状は、実施例１と同じである。

ただし、磁気遮断部１０７の本体部１１７は、永久磁石１０５のｑ軸側端面１０５ｑに対向する位置に形成されてはいるが、永久磁石１０５のｑ軸側端面１０５ｑに対して、周方向に離間して配置されている。

実施例４の永久磁石モータの回転子４０１においても、実施例１と同様な効果を奏することができる。

次に本発明の実施例５に係る、永久磁石モータの回転子５０１を、図６を参照しつつ説明する。なお、実施例１と同一部分には同一符合を付し、重複する部分の説明は省略する。

実施例５の回転子５０１では、１つの主磁極に２つの永久磁石挿入孔１０４ａ，１０４ｂを形成している。この永久磁石挿入孔１０４ａ，１０４ｂは、回転子５０１の端面から見て、ｄ軸を中心にして線対称で、しかも、回転子５０１の軸芯側から回転子５０１の外周面側に向かうに従い広くなっており、永久磁石挿入孔１０４ａ，１０４ｂは、いわゆる「Ｖの字」形状になっている。

各永久磁石挿入孔１０４ａ，１０４ｂには、永久磁石１０５ａ，１０５ｂが挿入されており、両永久磁石１０５ａ，１０５ｂの配置状態も、いわゆる「Ｖの字」の配置になっている。
このとき、両永久磁石１０５ａ，１０５ｂの外周側磁極面１０５ｏｕは、同一の磁気極性（Ｓ極またはＮ極）になっている。これにより、永久磁石１０５ａ，１０５ｂにより、１つの主磁極が形成される。

主磁極の周方向一方（時計回り方向）には永久磁石１０５ａが位置している。この一方の永久磁石１０５ａの時計回り方向の端面側に、磁気遮断部１０７−１が形成されている。
磁気遮断部１０７−１は、本体部１１７−１と延伸部１２７−１を有している。
本体部１１７−１は永久磁石１０５ａの時計回り方向の端面に接し、磁石挿入孔１０４ａに連続（連通）している。本体部１１７−１は、ｄ軸に対して傾斜した状態で回転子鉄心１０２の外周面に向かって伸びている。ただし、本体部１１７−１の外周側部は回転子５０１（回転子鉄心１０２）の外周面には達していない。本体部１１７−１と回転子５０１の外周面との間には、回転子鉄心１０２が存在している。
延伸部１２７−１は、その基端部（ｑ軸側の部分）が本体部１１７−１の外周側部に連続（連通）しており、本体部１１７−１の外周側部を起点として回転子鉄心１０２の外周面に沿ってｑ軸側からｄ軸側に向かって延びており、更にｑ軸側からｄ軸側に向かって延びつつ徐々に回転子鉄心１０２の外周面から離れている。延伸部１２７−１と回転子５０１の間には、回転子鉄心１０２が存在している。

主磁極の周方向他方（反時計回り方向）には永久磁石１０５ｂが位置している。この他方の永久磁石１０５ｂの反時計回り方向の端面側に、磁気遮断部１０７−２が形成されている。
磁気遮断部１０７−２は、本体部１１７−２と延伸部１２７−２を有している。
本体部１１７−２は永久磁石１０５ｂの半時計回り方向の端面に接し、磁石挿入孔１０４ｂに連続（連通）している。本体部１１７−２は、ｄ軸に対して傾斜した状態で回転子鉄心１０２の外周面に向かって伸びている。ただし、本体部１１７−２の外周側部は回転子５０１（回転子鉄心１０２）の外周面には達していない。本体部１１７−２と回転子５０１の外周面との間には、回転子鉄心１０２が存在している。
延伸部１２７−２は、その基端部（ｑ軸側の部分）が本体部１１７−２の外周側部に連続（連通）しており、本体部１１７−２の外周側部を起点として回転子鉄心１０２の外周面に沿ってｑ軸側からｄ軸側に向かって延びており、更にｑ軸側からｄ軸側に向かって延びつつ徐々に回転子鉄心１０２の外周面から離れている。延伸部１２７−２と回転子５０１の間には、回転子鉄心１０２が存在している。

かかる実施例５の永久磁石モータの回転子５０１においても、実施例１と同様な効果を奏することができる。

なお、永久磁石の配置状態は、上記のような「Ｖの字」の配置に限らず、「逆Ｖの字」、「Ｕ字状」、「ア−チ状」、「台形状」などであっても、実施例１と同様の効果が得られる。

次に本発明の実施例６に係る、永久磁石モータの回転子６０１を、図７を参照しつつ説明する。なお、実施例１と同一部分には同一符合を付し、重複する部分の説明は省略する。

実施例６の回転子６０１では、磁気遮断部６０７は、延伸部６２７で構成されており、前述した各実施例とは異なり本体部は備えていない。延伸部６２７は、第１延伸部６２７ａと、第１延伸部６２７ａに対して屈曲した状態で連続（連通）する第２延伸部６２７ｂとで構成されている。

第１延伸部６２７ａは、永久磁石１０５の外周側磁極面１０５ｏｕのうち永久磁石１０５のｑ軸側端面１０５ｑに近い部分を起点として、ｑ軸側からｄ軸側に向かって直線状に延伸しており、延伸するにつれて徐々に回転子６０１（回転子鉄心１０２）の外周面に近づいている。

第２延伸部６２７ｂは、第１延伸部６２７ａの先端部を起点として、ｑ軸側からｄ軸側に向かって直線状に延伸しており、延伸するにつれて徐々に回転子６０１（回転子鉄心１０２）の外周面から離れている。

実施例６の回転子６０１においても、実施例１と同様な効果を奏することができる。
なお、実施例６の延伸部６２７は、全体として屈曲した形状になっているが、全体として湾曲した形状であってもよい。
また実施例６では、延伸部６０７の第１延伸部６２７ａは外周側磁極面１０５ｏｕに接しているが、第１延伸部６２７ａが外周側磁極面１０５ｏｕから離れ、外周側磁極面１０５ｏｕよりも外周側で、且つ、ｄ軸とｑ軸の間の位置に延伸部６０７を形成してもよい。

なお、上記の各実施例では、１つの永久磁石挿入孔に単一の永久磁石を挿入しているが、永久磁石挿入孔に挿入される永久磁石は、このように単一の磁石でなくても、軸方向、径方向、周方向の何れに分割されていてもよい。

また、上記の各実施例では、１つの主磁極につき周方向の両側に磁気遮断部を形成しているが、１つの主磁極につき周方向片側のみ磁気遮断部を形成しても、コギングトルク及びトルクリプルを低減することができる。

１，１０１，２０１，３０１，４０１，５０１，６０１ 回転子
２，１０２ 回転子鉄心
３，１０３ モータシャフト
４，１０４，１０４ａ，１０４ｂ 永久磁石挿入孔
５，１０５，１０５ａ，１０５ｂ 永久磁石
１０５ｏｕ 外周側磁極面
１０５ｑ ｑ軸側端面
６，１０６ 補助磁極
７，１０７，１０７−１，１０７−２，２０７，３０７，６０７ 磁気遮断部
１１７，２１７，３１７ 本体部
１１７−１ 軸芯側部
１１７−２ 外周側部
１２７，２２７，６２７ 延伸部
１２７ａ，２２７ａ，３２７ａ，６２７ａ 第１延伸部
１２７ａ−１ 基端部
１２７ａ−２ 先端部
１２７ｂ，２２７ｂ，３２７ｂ，６２７ｂ 第２延伸部
１２７ｂ−１ 基端部
１２７ｂ−２ 先端部
２２７ｃ 第３延伸部

Claims (6)

1. 回転子鉄心の周方向の複数箇所で前記回転子鉄心の一方の端面から他方の端面に亘って軸方向に貫通して形成された永久磁石挿入孔に、それぞれ永久磁石を備えることにより、前記回転子鉄心の周方向に沿い複数の主磁極が形成されると共に、
   前記主磁極ごとに、前記回転子鉄心の一方の端面から他方の端面に亘って軸方向に貫通し且つ前記回転子鉄心の端面においてｄ−ｑ軸座標のｄ軸とｑ軸の間に位置して磁気遮断部が形成されている永久磁石モータの回転子であって、
   前記磁気遮断部は、本体部と、この本体部に連続する延伸部を有すると共に、
   前記本体部は、前記永久磁石のｑ軸側端面に対向する位置に形成されており、
   しかも、前記本体部は、前記回転子鉄心の外周面に向かって伸びており、
   前記延伸部は、前記永久磁石の外周側磁極面よりも外周側に形成されており、
   しかも、前記延伸部は、前記本体部の外周側部を起点として前記ｑ軸側から前記ｄ軸側に向かって延びつつ徐々に前記回転子鉄心の外周面に近づいている第１延伸部と、前記第１延伸部の先端部から更に前記ｑ軸側から前記ｄ軸側に向かって延びる第２延伸部と、により構成され、
   前記第２延伸部のうち前記回転子鉄心の外周側に位置している外周側面と、前記第２延伸部のうち前記回転子鉄心の内周側に位置し且つ前記外周側面に対向している内周側面とが、前記ｑ軸側から前記ｄ軸側に向かうにしたがい徐々に前記回転子鉄心の外周面から離れている、
   ことを特徴とする永久磁石モータの回転子。
2. 回転子鉄心の周方向の複数箇所で前記回転子鉄心の一方の端面から他方の端面に亘って軸方向に貫通して形成された永久磁石挿入孔に、それぞれ永久磁石を備えることにより、前記回転子鉄心の周方向に沿い複数の主磁極が形成されると共に、
   前記主磁極ごとに、前記回転子鉄心の一方の端面から他方の端面に亘って軸方向に貫通し且つ前記回転子鉄心の端面においてｄ−ｑ軸座標のｄ軸とｑ軸の間に位置して磁気遮断部が形成されている永久磁石モータの回転子であって、
   前記磁気遮断部は、本体部と、この本体部に連続する延伸部を有すると共に、
   前記本体部は、前記永久磁石のｑ軸側端面に対向する位置に形成されており、
   しかも、前記本体部は、前記回転子鉄心の外周面に向かって伸びており、
   前記延伸部は、前記永久磁石の外周側磁極面よりも外周側に形成されており、
   しかも、前記延伸部は、前記本体部の外周側部を起点として前記ｑ軸側から前記ｄ軸側に向かって延びつつ徐々に前記回転子鉄心の外周面に近づいている第１延伸部と、前記第１延伸部の先端部から更に前記ｑ軸側から前記ｄ軸側に向かって一定の幅で延びつつ徐々に前記回転子鉄心の外周面から離れている第２延伸部と、により構成されている、
   ことを特徴とする永久磁石モータの回転子。
3. 回転子鉄心の周方向の複数箇所で前記回転子鉄心の一方の端面から他方の端面に亘って軸方向に貫通して形成された永久磁石挿入孔に、それぞれ永久磁石を備えることにより、前記回転子鉄心の周方向に沿い複数の主磁極が形成されると共に、
   前記主磁極ごとに、前記回転子鉄心の一方の端面から他方の端面に亘って軸方向に貫通し且つ前記回転子鉄心の端面においてｄ−ｑ軸座標のｄ軸とｑ軸の間に位置して磁気遮断部が形成されている永久磁石モータの回転子であって、
   前記磁気遮断部は、本体部と、この本体部に連続する延伸部を有すると共に、
   前記本体部は、前記永久磁石のｑ軸側端面に対向する位置に形成されており、
   しかも、前記本体部は、前記回転子鉄心の外周面に向かって伸びており、
   前記延伸部は、前記永久磁石の外周側磁極面よりも外周側に形成されており、
   しかも、前記延伸部は、前記本体部の外周側部を起点として前記ｑ軸側から前記ｄ軸側に向かって延びつつ徐々に前記回転子鉄心の外周面に近づいている第１延伸部と、前記第１延伸部の先端部から更に前記ｑ軸側から前記ｄ軸側に向かって延びつつ徐々に前記回転子鉄心の外周面から離れている第２延伸部と、により構成されており、
   前記延伸部は、前記ｑ軸側から前記ｄ軸側に向かって伸びつつ途中で折れ曲がっている、折れ曲がり形状になっている、
   ことを特徴とする永久磁石モータの回転子。
4. 請求項１または請求項２において、
   前記第２延伸部は、前記第１延伸部の先端部から更に前記ｑ軸側から前記ｄ軸側に向かって延びつつ湾曲している、
   ことを特徴とする永久磁石モータの回転子。
5. 請求項１ないし請求項４のいずれか一項において、
   前記本体部は、前記永久磁石のｑ軸側端面に接していることを特徴とする永久磁石モータの回転子。
6. 請求項１ないし請求項４のいずれか一項において、
   前記本体部は、前記永久磁石のｑ軸側端面から離間していることを特徴とする永久磁石モータの回転子。

Images