JP6886257B2

JP6886257B2 - IPM motor

Info

Publication number: JP6886257B2
Application number: JP2016168688A
Authority: JP
Inventors: 藪見　崇生; 崇生藪見
Original assignee: Daido Electronics Co Ltd
Current assignee: Daido Electronics Co Ltd
Priority date: 2016-08-31
Filing date: 2016-08-31
Publication date: 2021-06-16
Anticipated expiration: 2036-08-31
Also published as: JP2018038161A

Description

本発明は、ＩＰＭ（Interior Permanent Magnet）モータに関し、さらに詳しくは、ロータ内に１個の磁極当たり複数個の円弧状磁石が同心円状に埋め込まれたＩＰＭモータに関する。 The present invention relates to an IPM (Interior Permanent Magnet) motor, and more particularly to an IPM motor in which a plurality of arcuate magnets per magnetic pole are concentrically embedded in a rotor.

モータには、
（ａ）ロータに電気伝導体を用いるインダクションモーター（ＩＭ）、
（ｂ）ロータの表面に永久磁石を貼り付けた表面磁石型（Surface Permanent Magnet; ＳＰＭ）モータ、
（ｃ）ロータの内部に永久磁石が埋め込まれた磁石埋込型（Interior Permanent Magnet; ＩＰＭ）モータ
などの様々な構造を持つものが知られている。 For the motor
(A) Induction motor (IM) that uses an electric conductor for the rotor,
(B) Surface Permanent Magnet (SPM) motor with a permanent magnet attached to the surface of the rotor,
(C) There are known motors having various structures such as an Interior Permanent Magnet (IPM) motor in which a permanent magnet is embedded in a rotor.

これらの内、ＩＰＭモータは、マグネットトルクとリラクタンストルクの双方を利用できるため、他のモータに比べて、使用可能な回転数域が広く、かつ、高速回転域においても高いトルクが得られるという利点がある。そのため、ＩＰＭモータは、電気自動車やハイブリッドカーの駆動源として用いられている。
ＩＰＭモータのトルクは、マグネットトルクとリラクタンストルクの合成トルクとなる。また、ロータに埋め込まれる磁石の形状や配置は、ＩＭＰモータの合成トルクに大きな影響を与える。そのため、ロータに埋め込まれる磁石の形状や配置に関し、従来から種々の提案がなされている。 Of these, the IPM motor can use both magnet torque and reluctance torque, so it has the advantage that it has a wider usable rotation speed range and can obtain high torque even in the high-speed rotation range compared to other motors. There is. Therefore, IPM motors are used as drive sources for electric vehicles and hybrid vehicles.
The torque of the IPM motor is the combined torque of the magnet torque and the reluctance torque. Further, the shape and arrangement of the magnets embedded in the rotor have a great influence on the combined torque of the IMP motor. Therefore, various proposals have been made conventionally regarding the shape and arrangement of magnets embedded in the rotor.

例えば、特許文献１には、
（ａ）ロータコア中に永久磁石が１極当たり複数個内蔵されており、
（ｂ）ロータの軸心側にある磁石（内側磁石）とロータの外周側にある磁石（外側磁石）の間隔を、ステータのスロットオープニング幅以上とする
ブラシレスＤＣモータが開示されている。 For example, in Patent Document 1,
(A) Multiple permanent magnets are built in the rotor core per pole.
(B) A brushless DC motor is disclosed in which the distance between the magnet (inner magnet) on the axial center side of the rotor and the magnet (outer magnet) on the outer peripheral side of the rotor is equal to or larger than the slot opening width of the stator.

同文献には、
（ａ）内側磁石と外側磁石の間隔をステータのスロットオープニング幅以上とすると、磁石とステータティースが最短のエアギャップ距離で対向しうる領域が存在するために、永久磁石の磁束をステータティースに効果的に導くことができ、リラクタンストルクが向上する点、及び、
（ｂ）ロータコア中に、１個の磁極当たり複数個の円弧状磁石を同心円状に配置する場合において、円弧状磁石の磁気配向の方向を種々の方向に制御すると、エアギャップにおける磁束密度が変化する点
が記載されている。 In the same document,
(A) When the distance between the inner magnet and the outer magnet is equal to or greater than the slot opening width of the stator, there is a region where the magnet and the stator teeth can face each other with the shortest air gap distance, so the magnetic flux of the permanent magnet is effective for the stator teeth. The point that it can be guided and the reluctance torque is improved, and
(B) When a plurality of arcuate magnets are arranged concentrically per one magnetic pole in the rotor core, if the direction of magnetic orientation of the arcuate magnets is controlled in various directions, the magnetic flux density in the air gap changes. The points to be done are described.

特許文献１に記載されているように、ロータコア中に、１個の磁極当たり複数個の円弧状磁石を同心円状に配置する場合において、円弧状磁石の磁気配向の方向を制御すると、リラクタンストルクが変化する。しかしながら、同文献には、「エアギャップにおける磁束分布をＩＰＭの使用目的に応じて変更することがより容易となる」と記載されているだけであり、マグネットトルクの向上及びリラクタンストルクの有効利用に最も適した構造については記載も示唆もない。 As described in Patent Document 1, when a plurality of arcuate magnets per magnetic pole are arranged concentrically in the rotor core, if the direction of the magnetic orientation of the arcuate magnets is controlled, the reluctance torque is generated. Change. However, the document only states that "it becomes easier to change the magnetic flux distribution in the air gap according to the purpose of use of the IPM", and it is used for improving the magnet torque and effectively using the reluctance torque. There is no description or suggestion of the most suitable structure.

特開平９−２６６６４６号公報Japanese Unexamined Patent Publication No. 9-266646

本発明が解決しようとする課題は、マグネットトルクが大きく、かつ、リラクタンストルクの有効利用が可能なＩＰＭモータを提供することにある。 An object to be solved by the present invention is to provide an IPM motor having a large magnet torque and capable of effectively utilizing reluctance torque.

上記課題を解決するために本発明に係るＩＰＭモータは、以下の構成を備えていることを要旨とする。
（１）前記ＩＰＭモータは、
２ｎ個（ｎ≧１）の磁極を備えたインナーロータと、
前記インナーロータに向かってティースが放射状に配置され、かつ、前記ティースの周囲に、前記インナーロータ対して回転磁界を作用させるためのコイルが巻き付けられたアウターステータと
を備えている。
（２）前記インナーロータは、
シャフトと、
前記シャフトの外周面に接合された、高透磁率材料からなるロータヨークと、
前記ロータヨークの内部に埋め込まれた、１個の前記磁極当たり２個以上の円弧状磁石と
を備え、
前記円弧状磁石は、ラジアル配向磁石からなり、
１個の前記磁極を構成する複数個の前記円弧状磁石は、所定の間隔を隔てて同心円状に配置されている。
（３）１個の前記磁極を構成する複数個の前記円弧状磁石の平均形状焦点は、
（ａ）下端が、前記インナーロータの内部にある地点であって、前記インナーロータの外周面からＲ₁／１０（但し、Ｒ₁は、前記インナーロータの外周面の半径）の距離にある位置以上にあり、
（ｂ）上端が、前記アウターステータの内部にある地点であって、前記アウターステータの内周面からＲ₂／５（但し、Ｒ₂は、前記アウターステータの内周面の半径）の距離にある位置以下に有り、
（ｃ）前記インナーロータの中心と前記円弧状磁石の中心を結ぶ線（中央線）を中心とし、幅が前記ティースの幅以下である
矩形領域内にある。 In order to solve the above problems, the gist of the IPM motor according to the present invention is that it has the following configuration.
(1) The IPM motor is
An inner rotor with 2n (n ≧ 1) magnetic poles and
An outer stator is provided in which the teeth are arranged radially toward the inner rotor and a coil for applying a rotating magnetic field to the inner rotor is wound around the teeth.
(2) The inner rotor is
With the shaft
A rotor yoke made of a high magnetic permeability material bonded to the outer peripheral surface of the shaft,
It is provided with two or more arcuate magnets per said magnetic pole embedded inside the rotor yoke.
The arcuate magnet is composed of a radial alignment magnet.
The plurality of arcuate magnets constituting the one magnetic pole are arranged concentrically at predetermined intervals.
(3) The average shape focal point of the plurality of arcuate magnets constituting one magnetic pole is
(A) the lower end, a point in the interior of the inner rotor, R _1/10 (where, R ₁ is the radius of the outer circumferential surface of the inner rotor) from the outer peripheral surface of the inner rotor located at a distance of Above,
(B) upper end, a point in the interior of the outer stator, R _2/5 from the inner peripheral surface of the outer stator (wherein, R ₂ is the radius of the inner peripheral surface of the outer stator) at a distance of Below a certain position,
(C) It is in a rectangular region centered on a line (center line) connecting the center of the inner rotor and the center of the arc-shaped magnet and whose width is equal to or less than the width of the teeth.

インナーロータ内に、１個の磁極当たり複数個の円弧状磁石を同心円状に埋め込む場合において、円弧状磁石の平均形状焦点がインナーロータの外周面近傍に位置する狭い矩形領域内に来るように、円弧状磁石の形状及び配置を最適化すると、マグネットトルクが向上する。また、複数個の円弧状磁石を同心円状に配置すると、リラクタンストルクの有効利用が可能となる。その結果、ＩＰＭモータの合成トルクが向上する。 When a plurality of arc-shaped magnets per magnetic pole are concentrically embedded in the inner rotor, the average shape focus of the arc-shaped magnets is within a narrow rectangular region located near the outer peripheral surface of the inner rotor. Optimizing the shape and arrangement of the arcuate magnets improves the magnet torque. Further, if a plurality of arcuate magnets are arranged concentrically, the reluctance torque can be effectively used. As a result, the combined torque of the IPM motor is improved.

１個の磁極当たり複数個の円弧状磁石が同心円状に配置されたインナーロータの斜視図である。It is a perspective view of the inner rotor in which a plurality of arcuate magnets are arranged concentrically per one magnetic pole. 矩形領域の定義を説明するための模式図である。It is a schematic diagram for demonstrating the definition of a rectangular area. Ｒ−Ｔ−Ｂ系希土類合金からなる円筒状磁石の製造方法の工程図である。It is a process drawing of the manufacturing method of the cylindrical magnet made of the RTB-based rare earth alloy. インナーロータ及びアウターステータの平面図である。It is a top view of the inner rotor and the outer stator.

以下に、本発明の一実施の形態について詳細に説明する。
［１．ＩＰＭモータ］
本発明に係るＩＰＭモータは、以下の構成を備えている。
（１）前記ＩＰＭモータは、
２ｎ個（ｎ≧１）の磁極を備えたインナーロータと、
前記インナーロータに向かってティースが放射状に配置され、かつ、前記ティースの周囲に、前記インナーロータ対して回転磁界を作用させるためのコイルが巻き付けられたアウターステータと
を備えている。
（２）前記インナーロータは、
シャフトと、
前記シャフトの外周面に接合された、高透磁率材料からなるロータヨークと、
前記ロータヨークの内部に埋め込まれた、１個の前記磁極当たり２個以上の円弧状磁石と
を備え、
前記円弧状磁石は、ラジアル配向磁石からなり、
１個の前記磁極を構成する複数個の前記円弧状磁石は、所定の間隔を隔てて同心円状に配置されている。
（３）１個の前記磁極を構成する複数個の前記円弧状磁石の平均形状焦点は、
（ａ）下端が、前記インナーロータの内部にある地点であって、前記インナーロータの外周面からＲ₁／１０（但し、Ｒ₁は、前記インナーロータの外周面の半径）の距離にある位置以上にあり、
（ｂ）上端が、前記アウターステータの内部にある地点であって、前記アウターステータの内周面からＲ₂／５（但し、Ｒ₂は、前記アウターステータの内周面の半径）の距離にある位置以下に有り、
（ｃ）前記インナーロータの中心と前記円弧状磁石の中心を結ぶ線（中央線）を中心とし、幅が前記ティースの幅以下である
矩形領域内にある。 Hereinafter, an embodiment of the present invention will be described in detail.
[1. IPM motor]
The IPM motor according to the present invention has the following configurations.
(1) The IPM motor is
An inner rotor with 2n (n ≧ 1) magnetic poles and
An outer stator is provided in which the teeth are arranged radially toward the inner rotor and a coil for applying a rotating magnetic field to the inner rotor is wound around the teeth.
(2) The inner rotor is
With the shaft
A rotor yoke made of a high magnetic permeability material bonded to the outer peripheral surface of the shaft,
It is provided with two or more arcuate magnets per said magnetic pole embedded inside the rotor yoke.
The arcuate magnet is composed of a radial alignment magnet.
The plurality of arcuate magnets constituting the one magnetic pole are arranged concentrically at predetermined intervals.
(3) The average shape focal point of the plurality of arcuate magnets constituting one magnetic pole is
(A) the lower end, a point in the interior of the inner rotor, R _1/10 (where, R ₁ is the radius of the outer circumferential surface of the inner rotor) from the outer peripheral surface of the inner rotor located at a distance of Above,
(B) upper end, a point in the interior of the outer stator, R _2/5 from the inner peripheral surface of the outer stator (wherein, R ₂ is the radius of the inner peripheral surface of the outer stator) at a distance of Below a certain position,
(C) It is in a rectangular region centered on a line (center line) connecting the center of the inner rotor and the center of the arc-shaped magnet and whose width is equal to or less than the width of the teeth.

［１．１．インナーロータ］
図１に、インナーロータの斜視図を示す。図１において、インナーロータ２０は、シャフト（図示せず）と、シャフトの外周面に接合された、高透磁率材料からなるロータヨーク２２と、ロータヨーク２２の内部に埋め込まれた、１個の磁極当たり複数個の円弧状磁石２４(ｉ，ｊ)とを備えている。
ここで、「円弧状磁石２４(ｉ，ｊ)」とは、ｉ番目の磁極を構成する外側からｊ番目の円弧状磁石をいう。図１においては、ｉ＝１〜４、ｊ＝１〜４になっているが、これは単なる例示であり、磁極の数（ｉ）及び１個の磁極当たりの円弧状磁石の数（ｊ）は、目的に応じて最適な数を選択することができる。 [1.1. Inner rotor]
FIG. 1 shows a perspective view of the inner rotor. In FIG. 1, the inner rotor 20 has a shaft (not shown), a rotor yoke 22 made of a high magnetic permeability material joined to the outer peripheral surface of the shaft, and one magnetic pole embedded inside the rotor yoke 22. It is provided with a plurality of arcuate magnets 24 (i, j).
Here, the "arc-shaped magnet 24 (i, j)" refers to the j-th arc-shaped magnet forming the i-th magnetic pole from the outside. In FIG. 1, i = 1 to 4 and j = 1 to 4 are merely examples, and the number of magnetic poles (i) and the number of arcuate magnets per magnetic pole (j). Can select the optimum number according to the purpose.

［１．１．１．磁極数］
インナーロータ２０は、２ｎ個（ｎ≧１）の磁極を備えている。磁極の数（２ｎ＝ｉ）は、特に限定されるものではなく、目的に応じて最適な個数を選択することができる。一般に、磁極の数が多くなるほど、コイルに鎖交する磁束の切替回数が増える。各極における磁石量の減り分を考慮しても、同じ回転数では、磁極の数が多くなるほど、トルク、及び発電量が向上する。このような効果を得るためには、磁極の数は、４極以上が好ましい。磁極の数は、さらに好ましくは、８極以上である。
一方、磁極の数が多くなりすぎると、ステータ形状と巻線が複雑になり、モータ体格が肥大化するという問題があり、特に小型モータで顕著となる。従って、磁極の数は、１６極以下が好ましい。磁極の数は、さらに好ましくは、１２極以下である。 [1.1.1. Number of magnetic poles]
The inner rotor 20 includes 2n (n ≧ 1) magnetic poles. The number of magnetic poles (2n = i) is not particularly limited, and the optimum number can be selected according to the purpose. Generally, as the number of magnetic poles increases, the number of times the magnetic flux interlinking with the coil is switched increases. Even if the decrease in the amount of magnets at each pole is taken into consideration, the torque and the amount of power generation improve as the number of magnetic poles increases at the same rotation speed. In order to obtain such an effect, the number of magnetic poles is preferably 4 or more. The number of magnetic poles is more preferably 8 poles or more.
On the other hand, if the number of magnetic poles is too large, the stator shape and windings become complicated, and there is a problem that the motor physique becomes bloated, which is particularly remarkable in a small motor. Therefore, the number of magnetic poles is preferably 16 poles or less. The number of magnetic poles is more preferably 12 poles or less.

［１．１．２．ロータヨーク］
ロータヨーク２２は、高透磁率材料からなる。ここで、「高透磁率材料」とは、円弧状磁石２４(ｉ，ｊ)よりも比透磁率が高い材料をいう。
ロータヨーク２２は、円弧状磁石２４(ｉ，ｊ)を保持するためのものであると同時に、円弧状磁石２４(ｉ，ｊ）と円弧状磁石２４(ｉ，ｊ＋１)との隙間にアウターステータ（図示せず）からの磁束を流入させ、リラクタンストルクを発生させるためのものである。そのため、ロータヨーク２２を構成する材料の比透磁率は、高い程よい。 [1.1.2. Rotor yoke]
The rotor yoke 22 is made of a high magnetic permeability material. Here, the "high magnetic permeability material" refers to a material having a higher relative magnetic permeability than the arcuate magnet 24 (i, j).
The rotor yoke 22 is for holding the arcuate magnet 24 (i, j), and at the same time, the outer stator (is formed in the gap between the arcuate magnet 24 (i, j) and the arcuate magnet 24 (i, j + 1). This is for inflowing magnetic flux from (not shown) to generate reluctance torque. Therefore, the higher the relative magnetic permeability of the material constituting the rotor yoke 22, the better.

高いリラクタンストルクを発生させるためには、ロータヨーク２２を構成する材料の比透磁率は、５０以上が好ましく、さらに好ましくは、５００以上である。このような条件を満たす高透磁率材料としては、例えば、
（ａ）３％Ｓｉ−Ｆｅ、６．５％Ｓｉ−Ｆｅなどの電磁鋼板、
（ｂ）パーメンジュール（Ｆｅ−Ｃｏ合金）、アモルファス（Ｆｅ基、Ｃｏ基）、ナノ結晶合金（Ｆｅ−Ｓｉ−Ｂ−Ｃｕ−Ｎｂ系）
などがある。図１に示す例では、ロータヨーク２２には、電磁鋼板の積層体が用いられている。 In order to generate a high reluctance torque, the relative magnetic permeability of the material constituting the rotor yoke 22 is preferably 50 or more, more preferably 500 or more. Examples of high magnetic permeability materials satisfying such conditions include, for example.
(A) Electromagnetic steel sheets such as 3% Si-Fe and 6.5% Si-Fe,
(B) Permendur (Fe-Co alloy), amorphous (Fe group, Co group), nanocrystalline alloy (Fe-Si-B-Cu-Nb system)
and so on. In the example shown in FIG. 1, a laminated body of electrical steel sheets is used for the rotor yoke 22.

［１．１．３．円弧状磁石］
高いリラクタンストルクを得るためには、ｄ軸方向（磁極が作る磁束の方向；図１に示すような円弧状磁石においては、ロータ中心と円弧状磁石中央を結ぶ方向）におけるインダクタンスＬ_dと、ｑ軸方向（ｄ軸と直交方向）におけるインダクタンスＬ_qの差を大きくする必要がある。Ｌ_dを大きくするためには、円弧状磁石を用いる必要がある。その理由は、ｑ軸方向において、磁気抵抗の大きな磁石によって磁路を妨げられないようにするためであり、円弧状磁石を用いることにより、磁気抵抗の小さい高透磁率材料を通る磁路を形成できる。 [1.1.3. Arc magnet]
_{In order to obtain a high relaxation torque, the inductance L d} and q in the d-axis direction (the direction of the magnetic flux created by the magnetic poles; in the arc-shaped magnet as shown in FIG. 1, the direction connecting the rotor center and the arc-shaped magnet center). It is necessary to increase the difference _{in inductance L q in} the axial direction (direction orthogonal to the d-axis). In _{order to increase L d} , it is necessary to use an arcuate magnet. The reason is that the magnetic path is not obstructed by a magnet having a large magnetic resistance in the q-axis direction, and by using an arcuate magnet, a magnetic path is formed through a high magnetic permeability material having a low magnetic resistance. it can.

［Ａ．１個の磁極当たりの円弧状磁石の数］
１個の磁極当たりの円弧状磁石２４(ｉ，ｊ)の数（ｊ）は、２個以上である必要がある。その理由は、例えば、厚みＤを持つ円弧状磁石を１つ用いるよりも、厚みＤ／２を持つ円弧状磁石を用いた方が磁石間に位置するロータヨーク２２が、上記した「磁気抵抗の小さい高透磁率材料を通る磁路」になるためである。即ち、２個以上の円弧状磁石を用いることで、磁石と磁石の間のロータヨーク２２を利用することでＬ_qが小さくなるため、リラクタンストルクを向上することが可能となる。
一方、ｊが大きくなりすぎると、合成トルクの向上効果が飽和するだけでなく、磁石の製造コストやロータ組立コストが増加したり、あるいは、インナーロータ２０の強度が低下する。従って、ｊは、５以下が好ましく、さらに好ましくは、３以下である。 [A. Number of arcuate magnets per magnetic pole]
The number (j) of the arcuate magnets 24 (i, j) per magnetic pole needs to be two or more. The reason is that, for example, the rotor yoke 22 located between the magnets when using the arc-shaped magnet having the thickness D / 2 has a smaller magnetic resistance than when using one arc-shaped magnet having the thickness D. This is because it becomes a "magnetic path that passes through a material with high magnetic permeability". That is, by using two or more arcuate magnets, L _q becomes smaller by using the rotor yoke 22 between the magnets, so that the reluctance torque can be improved.
On the other hand, if j becomes too large, not only the effect of improving the combined torque is saturated, but also the magnet manufacturing cost and the rotor assembly cost increase, or the strength of the inner rotor 20 decreases. Therefore, j is preferably 5 or less, more preferably 3 or less.

［Ｂ．円弧状磁石の磁気配向］
各円弧状磁石２４(ｉ，ｊ)は、それぞれ、ラジアル配向磁石からなる。また、ｉ番目の磁極を構成する複数個の円弧状磁石２４(ｉ，ｊ）は、所定の間隔を隔てて同心円状に配置されている。これは、
（ａ）ｉ番目の磁極を構成する各円弧状磁石２４(ｉ，ｊ)からの磁束を、ある１点に集中させるため、及び、
（ｂ）円弧状磁石２４(ｉ，ｊ)と円弧状磁石２４(ｉ，ｊ＋１)との間の隙間を、アウターステータからの磁束が流れる磁路として利用するため、
である。
なお、ラジアル配向させた円弧状磁石を同心円状に配置した場合、各円弧状磁石の磁気配向の焦点は、各円弧状磁石の形状焦点にほぼ一致する。「形状焦点」については、後述する。 [B. Magnetic orientation of arc-shaped magnet]
Each arc-shaped magnet 24 (i, j) is composed of a radial alignment magnet. Further, the plurality of arcuate magnets 24 (i, j) constituting the i-th magnetic pole are arranged concentrically at predetermined intervals. this is,
(A) To concentrate the magnetic flux from each arc-shaped magnet 24 (i, j) constituting the i-th magnetic pole at a certain point, and
(B) Since the gap between the arcuate magnet 24 (i, j) and the arcuate magnet 24 (i, j + 1) is used as a magnetic path through which the magnetic flux from the outer stator flows.
Is.
When the radially oriented arcuate magnets are arranged concentrically, the focal point of the magnetic orientation of each arcuate magnet substantially coincides with the shape focus of each arcuate magnet. The "shape focus" will be described later.

ｉ番目の磁極を構成する各円弧状磁石２４(ｉ，ｊ)は、それぞれ、同一のラジアル方向（例えば、円弧から中心に向かう方向）に着磁されている。また、ｉ番目の磁極を構成する各円弧状磁石２４(ｉ，ｊ)は、それぞれ、（ｉ＋１）番目の磁極を構成する各円弧状磁石２４(ｉ＋１，ｊ)とは逆方向に着磁されている。換言すれば、各円弧状磁石２４(ｉ，ｊ)は、インナーロータ２０の円周方向に沿って、Ｎ極とＳ極とが交互に配列するように着磁されている。 Each arc-shaped magnet 24 (i, j) constituting the i-th magnetic pole is magnetized in the same radial direction (for example, a direction from the arc toward the center). Further, each arcuate magnet 24 (i, j) forming the i-th magnetic pole is magnetized in the opposite direction to each arcuate magnet 24 (i + 1, j) forming the (i + 1) th magnetic pole. ing. In other words, each arc-shaped magnet 24 (i, j) is magnetized so that the north and south poles are alternately arranged along the circumferential direction of the inner rotor 20.

［Ｃ．円弧状磁石の材料］
円弧状磁石２４(ｉ，ｊ)の材料は、ラジアル配向させることが可能であり、かつ、保磁力の高い材料であれば良い。このような材料としては、例えば、Ｒ−Ｔ−Ｂ系希土類合金（Ｒは、Ｎｄなどの希土類元素、Ｔは、Ｆｅなどの遷移金属元素）がある。Ｒ−Ｔ−Ｂ系希土類合金は、熱間加工プロセスを用いることで、高い磁気特性が得られ、かつ、ラジアル配向が容易であるので、円弧状磁石２４(ｉ，ｊ)の材料として好適である。 [C. Arc magnet material]
The material of the arcuate magnet 24 (i, j) may be any material that can be radially oriented and has a high coercive force. Examples of such a material include RTB-based rare earth alloys (R is a rare earth element such as Nd, and T is a transition metal element such as Fe). The RTB-based rare earth alloy is suitable as a material for the arcuate magnet 24 (i, j) because high magnetic properties can be obtained by using a hot working process and radial orientation is easy. is there.

［Ｄ．円弧状磁石の平均形状焦点］
１個の前記磁極を構成する複数個の前記円弧状磁石の平均形状焦点は、
（ａ）下端が、前記インナーロータの内部にある地点であって、前記インナーロータの外周面からＲ₁／１０（但し、Ｒ₁は、前記インナーロータの外周面の半径）の距離にある位置以上にあり、
（ｂ）上端が、前記アウターステータの内部にある地点であって、前記アウターステータの内周面からＲ₂／５（但し、Ｒ₂は、前記アウターステータの内周面の半径）の距離にある位置以下に有り、
（ｃ）前記インナーロータの中心と前記円弧状磁石の中心を結ぶ線（中央線）を中心とし、幅が前記ティースの幅以下である
矩形領域内にある。 [D. Average shape focus of arc magnet]
The average shape focal point of the plurality of arcuate magnets constituting the one magnetic pole is
(A) the lower end, a point in the interior of the inner rotor, R _1/10 (where, R ₁ is the radius of the outer circumferential surface of the inner rotor) from the outer peripheral surface of the inner rotor located at a distance of Above,
(B) upper end, a point in the interior of the outer stator, R _2/5 from the inner peripheral surface of the outer stator (wherein, R ₂ is the radius of the inner peripheral surface of the outer stator) at a distance of Below a certain position,
(C) It is in a rectangular region centered on a line (center line) connecting the center of the inner rotor and the center of the arc-shaped magnet and whose width is equal to or less than the width of the teeth.

ここで、「平均形状焦点」とは、１個の磁極を構成するすべての円弧状磁石の円弧を円周方向に等１０分割し、各部位の外周弧及び内周弧の中心を加重平均した点をいう。
「形状焦点」とは、１個の円弧状磁石について、上記と同様にして求めた点をいう。 Here, the "average shape focus" means that the arcs of all the arc-shaped magnets constituting one magnetic pole are divided into 10 equal parts in the circumferential direction, and the centers of the outer and inner arcs of each part are weighted and averaged. Refer to a point.
The “shape focus” refers to a point obtained in the same manner as described above for one arc-shaped magnet.

図２に、矩形領域の定義を説明するための模式図を示す。矩形領域（図２中、ハッチングを施した領域）の下端の辺は、インナーロータ２０の外周面からＲ₁／１０の位置にある。また、矩形領域の上端の辺は、アウターステータ４０の内周面からＲ₂／５の位置にある。さらに、矩形領域は、インナーロータ２０と円弧状磁石の中心を結ぶ線（中央線）を中心とし、矩形領域の幅は、ティース４２の幅（ネック幅）（Ｗ）に等しくなっている。 FIG. 2 shows a schematic diagram for explaining the definition of the rectangular region. Rectangle bottom side of (in FIG. 2, hatched region) from the outer peripheral surface of the inner rotor 20 to the position of R _1/10. The upper end sides of the rectangular area, from the inner circumferential surface of the outer stator 40 to the position of R _2/5. Further, the rectangular region is centered on a line (center line) connecting the inner rotor 20 and the center of the arcuate magnet, and the width of the rectangular region is equal to the width (neck width) (W) of the teeth 42.

平均形状焦点がアウターステータ４０の内周面から少しアウターステータ４０側に入った位置にある時に、マグネットトルクは最大となる。しかし、平均形状焦点位置がアウターステータの内周面から過度に遠ざかると、マグネットトルクはかえって減少する。
一方、形状焦点がインナーロータ２０の外周面から少しインナーロータ２０側に入った位置にある時に、リラクタンストルクは最大となる。しかし、平均形状焦点の位置がインナーロータ２０の外周面から過度に遠ざかると、リラクタンストルクはかえって減少する。そのため、平均形状焦点が上述した領域内にある時に、合成トルクが最大となる。 The magnet torque is maximized when the average shape focus is slightly on the outer stator 40 side from the inner peripheral surface of the outer stator 40. However, if the average shape focal position is excessively far from the inner peripheral surface of the outer stator, the magnet torque will rather decrease.
On the other hand, the reluctance torque is maximized when the shape focus is slightly on the inner rotor 20 side from the outer peripheral surface of the inner rotor 20. However, if the position of the average shape focal point is excessively far from the outer peripheral surface of the inner rotor 20, the reluctance torque is rather reduced. Therefore, the combined torque is maximized when the average shape focus is within the above-mentioned region.

また、平均形状焦点は、インナーロータ２０の中心と円弧状磁石２４(ｉ，ｊ)の中心とを結ぶ中央線上にあるのが最も好ましいが、平均形状焦点の位置が中央線から左右にずれていても良い。しかし、左右方向のずれ（δ）が大きくなると、モータを右回転させた時と左回転させた時の特性の差が大きくなる。右回転時と左回転時のマグネットトルクの差を５％以内とするためには、矩形領域の幅は、ティース４２の幅（Ｗ）以下が好ましい。また、マグネットトルクの差を３％以内とするためには、矩形領域の幅は、ティース４２の幅（Ｗ）の１／２以下が好ましい。 The average shape focus is most preferably on the center line connecting the center of the inner rotor 20 and the center of the arcuate magnet 24 (i, j), but the position of the average shape focus is shifted to the left and right from the center line. You may. However, when the deviation (δ) in the left-right direction becomes large, the difference in characteristics when the motor is rotated clockwise and counterclockwise becomes large. In order to keep the difference between the magnet torques during clockwise rotation and counterclockwise rotation within 5%, the width of the rectangular region is preferably equal to or less than the width (W) of the teeth 42. Further, in order to keep the difference in magnet torque within 3%, the width of the rectangular region is preferably 1/2 or less of the width (W) of the teeth 42.

［Ｅ．円弧状磁石の形状焦点のばらつき］
ｉ番目の磁極を構成する各円弧状磁石２４(ｉ，ｊ）は、理想的には、
（ａ）各円弧状磁石２４(ｉ，ｊ)の形状焦点が完全に一致しており、かつ、
（ｂ）各円弧状磁石２４(ｉ，ｊ)の形状焦点が上述した矩形領域内にある
のが好ましい。しかしながら、実際には、各円弧状磁石２４(ｉ，ｊ)の形状焦点が理想的な位置からずれることがある。 [E. Variation in shape focus of arcuate magnet]
Ideally, each arcuate magnet 24 (i, j) constituting the i-th magnetic pole is
(A) The shape focal points of the arcuate magnets 24 (i, j) are completely the same, and
(B) It is preferable that the shape focus of each arcuate magnet 24 (i, j) is within the rectangular region described above. However, in reality, the shape focus of each arcuate magnet 24 (i, j) may deviate from the ideal position.

各円弧状磁石２４(ｉ，ｊ)の形状焦点が理想的な位置からずれている場合であっても、そのばらつきが所定の範囲内であれば、高いマグネットトルクが得られる。高いマグネットトルクを得るためには、形状焦点のばらつき（３σ）は、２ｍｍ以下が好ましい。形状焦点のばらつき（３σ）は、好ましくは、１．５ｍｍ以下、さらに好ましくは、１．０ｍｍ以下、さらに好ましくは、０．１ｍｍ以下である。
ここで、「形状焦点のばらつき（３σ）」とは、１個の磁極を構成する各円弧状磁石の円弧を円周方向に等１０分割し、各部位の外周弧又は内周弧の中心と、平均形状焦点との間の直線距離の標準偏差（σ）の３倍の値をいう。 Even when the shape focus of each arc-shaped magnet 24 (i, j) deviates from the ideal position, a high magnet torque can be obtained if the variation is within a predetermined range. In order to obtain a high magnet torque, the variation in shape focus (3σ) is preferably 2 mm or less. The variation in shape focus (3σ) is preferably 1.5 mm or less, more preferably 1.0 mm or less, still more preferably 0.1 mm or less.
Here, "variation in shape focus (3σ)" means that the arc of each arc-shaped magnet constituting one magnetic pole is divided into 10 equal parts in the circumferential direction, and the center of the outer arc or inner arc of each part is used. , 3 times the standard deviation (σ) of the linear distance from the average shape focal point.

［Ｆ．円弧状磁石の総厚さ］
１個の磁極を構成する複数個の円弧状磁石の総厚さは、合成トルクに影響を与える。一般に、円弧状磁石の総厚さが薄くなるほど、リラクタンストルクは高くなるが、マグネットトルクは低下する。高い合成トルクを得るためには、円弧状磁石の総厚さは、（２／１００）×Ｒ₁（Ｒ₁は、インナーロータの外径）以上が好ましい。
一方、円弧状磁石の総厚さが厚くなるほど、マグネットトルクは高くなるが、リラクタンストルクは低下する。高い合成トルクを得るためには、円弧状磁石の総厚さは、（２５／１００）×Ｒ₁以下が好ましい。 [F. Total thickness of arc magnet]
The total thickness of the plurality of arcuate magnets constituting one magnetic pole affects the combined torque. Generally, the thinner the total thickness of the arcuate magnet, the higher the reluctance torque, but the lower the magnet torque. In order to obtain a high combined torque, the total thickness of the arcuate magnet is preferably (2/100) × R ₁ (R ₁ is the outer diameter of the inner rotor) or more.
On the other hand, as the total thickness of the arcuate magnet increases, the magnet torque increases, but the reluctance torque decreases. In order to obtain a high combined torque, the total thickness of the arcuate magnet _{is preferably (25/100) × R 1} or less.

［Ｇ．円弧状磁石の真円度］
ｉ番目の磁極を構成する各円弧状磁石２４(ｉ，ｊ）は、理想的には、外周面及び内周面が真円弧であるのが好ましい。しかしながら、実際には、各円弧状磁石２４(ｉ，ｊ)の外周面及び／又は内周面が、理想的な真円からずれることがある。
一般に、各円弧状磁石２４(ｉ,ｊ)の外周面形状及び／又は内周面形状の真円からのずれが大きくなるほど、各円弧状磁石２４(ｉ，ｊ)からの磁力線が分散するので、マグネットトルクが小さくなる。また、円弧状磁石２４(ｉ，ｊ)と円弧状磁石２４(ｉ，ｊ＋１)との間の距離が不均一となるため、リラクタンストルクも小さくなる。 [G. Roundness of arc magnet]
Ideally, each arc-shaped magnet 24 (i, j) constituting the i-th magnetic pole preferably has a true arc on the outer peripheral surface and the inner peripheral surface. However, in reality, the outer peripheral surface and / or the inner peripheral surface of each arcuate magnet 24 (i, j) may deviate from the ideal perfect circle.
In general, as the deviation from the perfect circle of the outer peripheral surface shape and / or the inner peripheral surface shape of each arcuate magnet 24 (i, j) increases, the magnetic field lines from each arcuate magnet 24 (i, j) are dispersed. , Magnet torque becomes smaller. Further, since the distance between the arcuate magnet 24 (i, j) and the arcuate magnet 24 (i, j + 1) is non-uniform, the reluctance torque is also reduced.

高い合成トルクを得るためには、ｉ番目の磁極を構成する各円弧状磁石２４(ｉ，ｊ）の外周面及び内周面は、それぞれ、次の（１）式で表される真円度Ｃが０．５ｍｍ以下であるのが好ましい。真円度Ｃは、好ましくは、０．１ｍｍ以下である。 In order to obtain a high combined torque, the outer peripheral surface and the inner peripheral surface of each arc-shaped magnet 24 (i, j) constituting the i-th magnetic pole have roundness represented by the following equation (1), respectively. C is preferably 0.5 mm or less. The roundness C is preferably 0.1 mm or less.

Ｃ（ｍｍ）＝ｒ_max−ｒ_min ・・・（１）
但し、
ｒ_amxは、前記円弧状磁石の外周面（又は、内周面）に接する同心円の内、最小の外接円の半径（ｍｍ）、
ｒ_mminは、前記円弧状磁石の外周面（又は、内周面）に接する同心円の内、最大の内接円の半径（ｍｍ）。 C (mm) = r _max −r _min・・・ (1)
However,
_ramx is the radius (mm) of the smallest circumscribed circle among the concentric circles in contact with the outer peripheral surface (or inner peripheral surface) of the arcuate magnet.
r _mmin is the radius (mm) of the largest inscribed circle among the concentric circles in contact with the outer peripheral surface (or inner peripheral surface) of the arcuate magnet.

［Ｈ．円弧状磁石の平均厚さ］
各円弧状磁石２４(ｉ，ｊ)の平均厚さｔ_m(ｉ，ｊ）は、特に限定されない。各円弧状磁石２４(ｉ，ｊ)の平均厚さｔ_m(ｉ，ｊ)は、互いに同一であっても良く、あるいは、異なっていても良い。
ここで、「円弧状磁石２４(ｉ，ｊ)の平均厚さｔ_m(ｉ，ｊ）」とは、次の（２）式で表される値をいう。 [H. Average thickness of arc magnet]
_{The average thickness t m} (i, j) of each arc-shaped magnet 24 (i, j) is not particularly limited. _{The average thickness t m} (i, j) of each arc-shaped magnet 24 (i, j) may be the same as or different from each other.
Here, the "average thickness t _m (i, j) of the arcuate magnet 24 (i, j)" means a value represented by the following equation (2).

ｔ_m(ｉ，ｊ)＝｛ｔ_max（ｉ，ｊ）＋ｔ_min（ｉ，ｊ）｝／２・・・（２）
但し、
ｔ_max(ｉ，ｊ)は、ｉ番目の磁極のｊ番目の円弧状磁石の厚さの最大値、
ｔ_min(ｉ，ｊ)は、ｉ番目の磁極のｊ番目の円弧状磁石の厚さの最小値。 t _m (i, j) = {t _max (i, j) + t _min (i, j)} / 2 ... (2)
However,
t _max (i, j) is the maximum value of the thickness of the j-th arc-shaped magnet of the i-th magnetic pole.
t _min (i, j) is the minimum value of the thickness of the j-th arc-shaped magnet of the i-th magnetic pole.

各円弧状磁石２４(ｉ，ｊ)の平均厚さｔ_m(ｉ，ｊ)が互いに同一である場合、リラクタンストルクの磁化容易軸において、磁束の通過を阻害する磁気抵抗を低下させる部位がなく、所望のリラクタンストルクを実現できる。
一方、各円弧状磁石２４(ｉ，ｊ)の平均厚さｔ_m(ｉ，ｊ)が互いに異なっている場合、リラクタンストルクの磁化容易軸において、磁束の通過を阻害する磁気抵抗を低下させる部位が発生し、所望のリラクタンストルクを実現することが困難となる。
従って、各円弧状磁石２４(ｉ，ｊ)の平均厚さｔ_m(ｉ，ｊ)は、互いに同一であるのが好ましい。 _{When the average thickness t m} (i, j) of each arcuate magnet 24 (i, j) is the same as each other, there is no part in the easy axis of magnetization of the reluctance torque to reduce the reluctance that hinders the passage of the magnetic flux. , The desired reluctance torque can be achieved.
On the other hand, when the average thickness t _m (i, j) of each arcuate magnet 24 (i, j) is different from each other, the part that reduces the reluctance that hinders the passage of magnetic flux in the easy axis of magnetization of the reluctance torque Will occur, making it difficult to achieve the desired reluctance torque.
_{Therefore, it is preferable that the average thickness t m} (i, j) of each arcuate magnet 24 (i, j) is the same as each other.

一般に、平均厚さｔ_m(ｉ，ｊ)が大きくなるほど、マグネットトルクは向上するが、リラクタンストルクが低下する傾向となる。よって、用途に応じて、低速回転に有効なマグネットトルクと高速回転に有効なリラクタンストルクの比率を適正とする必要がある。
例えば、平均厚さｔ_m(ｉ，ｊ)を相対的に大きくすることで、マグネットトルク（の最大値）≧リラクタンストルク（の最大値）とすることが可能であり、低速回転に有効である。
他方、平均厚さｔ_m(ｉ，ｊ)を相対的に小さくすることで、リラクタンストルク（の最大値）≧マグネットトルク（の最大値）とすることが可能であり、高速回転に有効である。 Generally, as the average thickness t _m (i, j) increases, the magnet torque tends to increase, but the reluctance torque tends to decrease. Therefore, it is necessary to make the ratio of the magnet torque effective for low-speed rotation and the reluctance torque effective for high-speed rotation appropriate according to the application.
For example, by making the average thickness t _m (i, j) relatively large, it is possible to make the magnet torque (maximum value) ≥ the reluctance torque (maximum value), which is effective for low-speed rotation. ..
On the other hand, by making the average thickness t _m (i, j) relatively small, it is possible to make the reluctance torque (maximum value) ≥ the magnet torque (maximum value), which is effective for high-speed rotation. ..

［Ｉ．円弧状磁石の平均磁石間距離］
本発明において、平均磁石間距離ｄ_m(ｉ，ｊ)は、特に限定されるものではなく、少なくとも、隣接する円弧状磁石２４(ｉ，ｊ)と円弧状磁石２４(ｉ，ｊ＋１)との間に高透磁率材料（ロータヨーク２２）を挿入可能な間隔であれば良い。平均磁石間距離ｄ_m(ｉ，ｊ)は、互いに同一であっても良く、あるいは、異なっていても良い。
ここで、「平均磁石間距離ｄ_m(ｉ，ｊ）」とは、次の（３）式で表される値をいう。 [I. Average distance between arc magnets]
In the present invention, the average distance between magnets _dm (i, j) is not particularly limited, and at least the adjacent arc-shaped magnets 24 (i, j) and arc-shaped magnets 24 (i, j + 1) are used. The interval may be such that a high magnetic permeability material (rotor yoke 22) can be inserted between them. The average distance between magnets _dm (i, j) may be the same as or different from each other.
Here, the "average magnet distance d _m (i, j)" refers to a value represented by the following equation (3).

ｄ_m(ｉ，ｊ)＝｛ｄ_max（ｉ，ｊ）＋ｄ_min（ｉ，ｊ）｝／２・・・（３）
但し、
ｄ_max(ｉ，ｊ)は、ｉ番目の磁極のｊ番目の磁石間距離ｄ(ｉ，ｊ)の最大値、
ｄ_min(ｉ，ｊ)は、ｉ番目の磁極のｊ番目の磁石間距離ｄ(ｉ，ｊ)の最小値。 d _m (i, j) = {d _max (i, j) + d _min (i, j)} / 2 ... (3)
However,
d _max (i, j) is the maximum value of the j-th magnet-to-magnet distance d (i, j) of the i-th magnetic pole.
d _min (i, j) is the minimum value of the j-th magnet-to-magnet distance d (i, j) of the i-th magnetic pole.

一般に、平均磁石間距離ｄ_m(ｉ，ｊ)が大きくなるほど、リラクタンストルクは向上するが、マグネットトルクが低下する傾向となる。よって、用途に応じて、低速回転に有効なマグネットトルクと高速回転に有効なリラクタンストルクの比率を適正とする必要がある。
例えば、平均磁石間距離ｄ_m(ｉ，ｊ)を相対的に大きくすることで、リラクタンストルク（の最大値）≧マグネットトルク（の最大値）とすることが可能であり、低速回転に有効である。
他方、平均磁石間距離ｄ_m(ｉ，ｊ)を相対的に小さくすることで、マグネットトルク（の最大値）≧リラクタンストルク（の最大値）とすることが可能であり、高速回転に有効である。 Generally, as the average distance between magnets _dm (i, j) increases, the reluctance torque increases, but the magnet torque tends to decrease. Therefore, it is necessary to make the ratio of the magnet torque effective for low-speed rotation and the reluctance torque effective for high-speed rotation appropriate according to the application.
For example, by increasing the average distance between magnets _dm (i, j) relatively, it is possible to make reluctance torque (maximum value) ≥ magnet torque (maximum value), which is effective for low-speed rotation. is there.
On the other hand, by making the average distance between magnets _dm (i, j) relatively small, it is possible to make magnet torque (maximum value) ≥ reluctance torque (maximum value), which is effective for high-speed rotation. is there.

［Ｊ．円弧状磁石の磁石間距離のばらつき］
真円弧からなる複数個の円弧状磁石２４(ｉ，ｊ)が同心円状に配列している場合、平均磁石間距離ｄ_m(ｉ，ｊ)は、場所によらず同一となる。しかしながら、実際には、円弧状磁石２４(ｉ，ｊ)の外周面形状及び／又は内周面形状が真円弧からずれていたり、あるいは、並進及び／又は回転によって、円弧状磁石２４(ｉ，ｊ)が理想的な位置からずれることがある。
この場合、ずれの種類（並進、回転）や大きさによっては、円弧状磁石２４(ｉ，ｊ)−２４(ｉ，ｊ＋１)間の磁石間距離ｄ(ｉ，ｊ)が場所によって異なることがある。一般に、磁石間距離ｄ(ｉ，ｊ)が場所によって大きく異なっていると、磁化容易軸において、磁束の通過を阻害する磁気抵抗を低下させる部位が発生し、所望のリラクタンストルクを得ることができない。 [J. Variation of distance between arc-shaped magnets]
When a plurality of arcuate magnets 24 (i, j) composed of true arcs are arranged concentrically, the average distance between magnets _dm (i, j) is the same regardless of the location. However, in reality, the outer peripheral surface shape and / or the inner peripheral surface shape of the arcuate magnet 24 (i, j) deviates from the true arc, or due to translation and / or rotation, the arcuate magnet 24 (i, j) j) may deviate from the ideal position.
In this case, the distance d (i, j) between the arc-shaped magnets 24 (i, j) -24 (i, j + 1) may differ depending on the location depending on the type (translation, rotation) and magnitude of the deviation. is there. In general, if the distance d (i, j) between magnets differs greatly depending on the location, a portion that reduces the magnetoresistance that hinders the passage of magnetic flux is generated in the easy-to-magnetize axis, and a desired reluctance torque cannot be obtained. ..

従って、磁石間距離のばらつきσ(ｉ，ｊ)は、小さい程よい。ここで、「磁石間距離のばらつきσ(ｉ，ｊ）」とは、次の（４）式で表される値をいう。
σ(ｉ，ｊ)＝｛ｄ_max（ｉ，ｊ）−ｄ_min（ｉ，ｊ）｝／ｔ_m ・・・（４）
但し、
ｄ_max(ｉ，ｊ)は、ｉ番目の磁極のｊ番目の磁石間距離ｄ(ｉ，ｊ)の最大値、
ｄ_min(ｉ，ｊ)は、ｉ番目の磁極のｊ番目の磁石間距離ｄ(ｉ，ｊ)の最小値、
ｔ_mは、ｔ_m(ｉ，ｊ)の平均値（円弧状磁石の全平均厚さ）。 Therefore, the smaller the variation σ (i, j) in the distance between magnets, the better. Here, the "variation σ (i, j) of the distance between magnets" means a value represented by the following equation (4).
σ (i, j) = {d _max (i, j) -d _min (i, j)} / t _m ... (4)
However,
d _max (i, j) is the maximum value of the j-th magnet-to-magnet distance d (i, j) of the i-th magnetic pole.
d _min (i, j) is the minimum value of the j-th magnet-to-magnet distance d (i, j) of the i-th magnetic pole.
t _m is _{the average value of t m} (i, j) (total average thickness of arcuate magnets).

高いリラクタンストルクを得るためには、磁石間距離のばらつきσ(ｉ，ｊ)は、それぞれ、１／６以下が好ましい。磁石間距離のばらつきσ(ｉ，ｊ)は、さらに好ましくは、１／１２以下である。 In order to obtain a high reluctance torque, the variation σ (i, j) of the distance between magnets is preferably 1/6 or less, respectively. The variation σ (i, j) of the distance between magnets is more preferably 1/12 or less.

［１．２．アウターステータ］
アウターステータは、中央にインナーロータを挿入するための貫通穴を備えており、貫通穴の内表面には、界磁コイルの鉄芯となるティースが放射状に配置されている。また、アウターステータは、インナーロータに対して回転磁界を作用させるためのコイルが内蔵されている。本発明において、アウターステータの構造（例えば、ティースの構造、コイルの巻き線方式など）は、特に限定されるものではなく、目的に応じて最適な構造を選択することができる。 [1.2. Outer stator]
The outer stator is provided with a through hole for inserting the inner rotor in the center, and teeth serving as an iron core of the field coil are radially arranged on the inner surface of the through hole. Further, the outer stator has a built-in coil for applying a rotating magnetic field to the inner rotor. In the present invention, the structure of the outer stator (for example, the structure of the teeth, the winding method of the coil, etc.) is not particularly limited, and the optimum structure can be selected according to the purpose.

［２．円弧状磁石の製造方法］
本発明において、円弧状磁石には、ラジアル配向磁石が用いられる。ラジアル配向磁石の製造方法は、特に限定されるものではなく、磁石材料の組成に応じて最適な方法を選択することができる。
例えば、円弧状磁石の材料として、Ｒ−Ｔ−Ｂ系希土類合金を用いる場合、
（ａ）熱間押出成形法を用いて円筒状磁石を製造し、
（ｂ）得られた円筒状磁石を軸方向に分割して円弧状磁石を得る
のが好ましい。
Ｒ−Ｔ−Ｂ系希土類合金は、加圧方向に磁化容易軸が配向する性質があるため、熱間押出成形法を用いると、容易にラジアル配向磁石を得ることができる。 [2. Manufacturing method of arc magnet]
In the present invention, a radial alignment magnet is used as the arcuate magnet. The method for producing the radial alignment magnet is not particularly limited, and the optimum method can be selected according to the composition of the magnet material.
For example, when an RTB-based rare earth alloy is used as the material for the arcuate magnet,
(A) A cylindrical magnet is manufactured by using a hot extrusion molding method.
(B) It is preferable to obtain an arcuate magnet by dividing the obtained cylindrical magnet in the axial direction.
Since the RTB-based rare earth alloy has a property that the axis of easy magnetization is oriented in the pressurizing direction, a radial alignment magnet can be easily obtained by using a hot extrusion molding method.

図３に、Ｒ−Ｔ−Ｂ系希土類合金からなる円筒状磁石の製造方法の工程図を示す。
まず、超急冷法を用いて、Ｒ−Ｔ−Ｂ系希土類合金からなる原料粉末を作製する（図３（ａ））。超急冷法により製造された原料粉末（〜１５０μｍ）は、微細な等軸形状の結晶粒（０．０２μｍ）からなる主相（Ｒ₂Ｔ₁₄Ｂ結晶（２−１４−１結晶））を含んでおり、個々の主相の磁化容易軸（ｃ軸）がランダムな方向を向いた無配向組織を呈している。 FIG. 3 shows a process diagram of a method for manufacturing a cylindrical magnet made of an RTB-based rare earth alloy.
First, a raw material powder made of an RTB-based rare earth alloy is prepared by using an ultra-quenching method (FIG. 3 (a)). The raw material powder (~ 150 μm) produced by the ultra-quenching method contains a main phase (R ₂ T ₁₄ B crystal (2-14-1 crystal)) composed of fine equiaxed crystal grains (0.02 μm). The easy-to-magnetize axis (c-axis) of each main phase exhibits an unoriented structure oriented in a random direction.

次に、このような原料粉末を冷間成形する（図３（ｂ））。これにより、無配向組織の圧粉成形体が得られる。圧粉成形体の密度は、成形条件にもよるが、通常、真密度の７０％程度となる。 Next, such raw material powder is cold-molded (FIG. 3 (b)). As a result, a powder compact having an unoriented structure can be obtained. The density of the powder compact is usually about 70% of the true density, although it depends on the molding conditions.

次に、得られた冷間成形体を熱間成形する（図３（ｃ））。これにより、成形体が緻密化する。この時、金属組織の大部分は等軸形状粒のままであるため、続く熱間押出成形における異方形状粒の成長及び配列を阻害することはない。 Next, the obtained cold molded product is hot-molded (FIG. 3 (c)). As a result, the molded product becomes denser. At this time, since most of the metallographic structure remains equiaxed grains, the growth and arrangement of the anisotropic grains in the subsequent hot extrusion molding are not hindered.

次に、緻密化した熱間成形体をさらに熱間押出成形する（図３（ｄ））。これにより、異方形状粒の成長が進行すると同時に、粒界相が液相化し、粒界滑りが起きる。この時、異方形状粒は、その形状の異方性によって、ｃ軸が圧縮方向（図３（ｄ）の例ではラジアル方向）に平行となるように回転する。その結果、微細な異方形状粒を含み、かつ、異方形状粒の磁化容易軸がラジアル方向に配向したＲ−Ｔ−Ｂ系希土類磁石が得られる。
さらに、得られた円筒状磁石を所定の中心角となるように軸方向に分割すれば、ラジアル配向した円弧状磁石が得られる。 Next, the densified hot molded body is further hot-extruded (FIG. 3 (d)). As a result, the growth of the anisotropically shaped grains progresses, and at the same time, the grain boundary phase becomes a liquid phase, and grain boundary slip occurs. At this time, the irregularly shaped grains rotate so that the c-axis is parallel to the compression direction (radial direction in the example of FIG. 3D) due to the anisotropy of the shape. As a result, an RTB-based rare earth magnet containing fine anisotropically shaped particles and having the easily magnetized axis of the anisotropically shaped particles oriented in the radial direction can be obtained.
Further, if the obtained cylindrical magnet is divided in the axial direction so as to have a predetermined central angle, a radially oriented arcuate magnet can be obtained.

［３．作用］
インナーロータ内に、１個の磁極当たり複数個の円弧状磁石を同心円状に埋め込む場合において、円弧状磁石の平均形状焦点がインナーロータの外周面近傍に位置する狭い矩形領域内に来るように、円弧状磁石の形状及び配置を最適化すると、マグネットトルクが向上する。また、複数個の円弧状磁石を同心円状に配置すると、リラクタンストルクの有効利用が可能となる。その結果、ＩＰＭモータの合成トルクが向上する。 [3. Action]
When a plurality of arc-shaped magnets per magnetic pole are concentrically embedded in the inner rotor, the average shape focus of the arc-shaped magnets is within a narrow rectangular region located near the outer peripheral surface of the inner rotor. Optimizing the shape and arrangement of the arcuate magnets improves the magnet torque. Further, if a plurality of arcuate magnets are arranged concentrically, the reluctance torque can be effectively used. As a result, the combined torque of the IPM motor is improved.

（実施例１）
［１．モータの作製］
図４に、本発明に係るＩＰＭモータの平面図を示す。図４において、ＩＰＭモータ１０は、インナーロータ２０と、アウターステータ４０とを備えている。インナーロータ２０には、１個の磁極当たり３個の円弧状磁石２４(ｉ．ｊ)が埋め込まれている。また、アウターステータ４０の内周面側には、ティース４２、４２…が放射状に配置されている。さらに、ティース４２、４２…の周囲には、コイル（図示せず）が巻き付けられている。
このようなＩＰＭモータ１０のインナーロータ２０内に、曲率半径又は厚さの異なる種々の円弧状磁石２４(ｉ，ｊ）を埋め込んだ。磁極の数（ｉ）は、４極とした。 (Example 1)
[1. Manufacture of motor]
FIG. 4 shows a plan view of the IPM motor according to the present invention. In FIG. 4, the IPM motor 10 includes an inner rotor 20 and an outer stator 40. Three arcuate magnets 24 (i.j) are embedded in the inner rotor 20 for each magnetic pole. Further, the teeth 42, 42 ... Are radially arranged on the inner peripheral surface side of the outer stator 40. Further, a coil (not shown) is wound around the teeth 42, 42 ...
Various arc-shaped magnets 24 (i, j) having different radius of curvature or thickness are embedded in the inner rotor 20 of such an IPM motor 10. The number of magnetic poles (i) was set to 4 poles.

［２．試験方法及び結果］
［２．１．平均形状焦点のラジアル方向の位置］
１つの磁極を構成する円弧状磁石２４(ｉ，ｊ)の平均形状焦点の位置が図４に示すＡ点〜Ｆ点に来るように、各円弧状磁石２４(ｉ，ｊ)の曲率半径を変化させた。Ａ点〜Ｆ点は、いずれも中央線上にある。図４中、Ｃ点はアウターステータ４０の内周面上の点であり、Ｄ点はインナーロータ２０の外周面上の点である。
ＢＣ間距離は、Ｒ₂／５（Ｒ₂は、アウターステータ４０の内周面の半径）とした。ＡＣ間距離は、２×Ｒ₂／５とした。ＤＥ間距離は、Ｒ₁／１０（Ｒ₁は、インナーロータ２０の外周面の半径）とした。ＤＦ間距離は、２×Ｒ₁／１０とした。さらに、ＣＤ間距離（ロータ／ステータ間のギャップ＝Ｒ₂−Ｒ₁）は、１ｍｍとした。 [2. Test method and results]
[2.1. Radial position of average shape focus]
The radius of curvature of each arcuate magnet 24 (i, j) is set so that the positions of the average shape focal points of the arcuate magnets 24 (i, j) constituting one magnetic pole are at points A to F shown in FIG. Changed. Points A to F are all on the center line. In FIG. 4, point C is a point on the inner peripheral surface of the outer stator 40, and point D is a point on the outer peripheral surface of the inner rotor 20.
BC distance between, R _{_2/5} (R ₂ is the radius of the inner peripheral surface of the outer stator 40) was. AC distance was set to ₂ × R 2/5. DE distance between, R _{_1/10} (R ₁ is the radius of the outer circumferential surface of the inner rotor 20) was. DF distance was set to 2 × R _1/10. Further, the distance between CDs (gap between rotor / stator = R _2- R ₁ ) was set to 1 mm.

表１に、平均形状焦点の位置とトルクとの関係を示す。表１より、以下のことがわかる。
（１）平均形状焦点がＢ〜Ｄ間にある場合、マグネットトルクが高くなった。
（２）平均形状焦点がＤ〜Ｆ間にある場合、リラクタンストルクが高くなった。
（３）平均形状焦点がＢ〜Ｅ間（Ｒ₁／１０〜Ｒ₂／５の領域内）にある場合、合成トルクが高くなった。 Table 1 shows the relationship between the position of the average shape focal point and the torque. From Table 1, the following can be seen.
(1) When the average shape focus is between B and D, the magnet torque becomes high.
(2) When the average shape focus is between D and F, the reluctance torque is high.
(3) average shape focus when there between B to E (in the region of _{_{R 1 / 10~R 2/5)}} , combined torque is increased.

［２．２．形状焦点のばらつき］
１つの磁極を構成する円弧状磁石２４(ｉ，ｊ)の平均形状焦点は、図４のＤ点（インナーロータ２０の外周面）又はＣ点（アウターステータ４０の内周面）上にあるが、各円弧状磁石２４(ｉ，ｊ)の個々の形状焦点がばらつくように、各円弧状磁石２４(ｉ，ｊ）の曲率半径を変化させた。表２に、平均形状焦点がＤ点上にある場合の形状焦点のばらつき（３σ）とトルクとの関係を示す。表３に、平均形状焦点がＣ点上にある場合の形状焦点のばらつき（３σ）とトルクとの関係を示す。表２及び表３より、形状焦点のばらつきが小さくなるほど、合成トルクが高くなることがわかる。 [2.2. Variation in shape focus]
The average focal point of the arcuate magnets 24 (i, j) constituting one magnetic pole is on point D (outer peripheral surface of the inner rotor 20) or point C (inner peripheral surface of the outer stator 40) in FIG. , The radius of curvature of each arcuate magnet 24 (i, j) was changed so that the individual shape focal points of each arcuate magnet 24 (i, j) were dispersed. Table 2 shows the relationship between the variation (3σ) of the shape focus and the torque when the average shape focus is on the point D. Table 3 shows the relationship between the variation (3σ) of the shape focus and the torque when the average shape focus is on the point C. From Tables 2 and 3, it can be seen that the smaller the variation in the shape focus, the higher the combined torque.

［２．３．円弧状磁石の総厚さ］
１つの磁極を構成する円弧状磁石２４(ｉ，ｊ)の平均形状焦点は、図３のＤ点（インナーロータ２０の外周面）上にあるが、１つの磁極を構成する円弧状磁石２４(ｉ，ｊ)の総厚さを変化させた。
表４に、平均形状焦点がＤ点上にある場合の磁石の総厚さとトルクとの関係を示す。表４より、磁石の総厚さが所定の範囲にあるときに、合成トルクが高くなることがわかる。 [2.3. Total thickness of arc magnet]
The average focal point of the arcuate magnet 24 (i, j) constituting one magnetic pole is on the point D (outer peripheral surface of the inner rotor 20) in FIG. 3, but the arcuate magnet 24 (i, j) constituting one magnetic pole is located. The total thickness of i and j) was changed.
Table 4 shows the relationship between the total thickness of the magnet and the torque when the average shape focus is on the point D. From Table 4, it can be seen that the combined torque increases when the total thickness of the magnets is within a predetermined range.

［２．４．平均形状焦点の円周方向の位置］
平均形状焦点のラジアル方向の位置（図２のｙ方向の位置）は、上述したＢ〜Ｅ点と同様であるが、円周方向の位置（図２のｘ方向の位置）が中央線からシフトしているモータを作製し、左右回転時のトルク差を評価した。中央線からのシフト量δは、０〜３Ｗ／４（Ｗは、ティースの幅）とした。
表５に、中央線からのシフト量と左右回転のトルク差の関係を示す。表５より、シフト量δをＷ／２以下にする（すなわち、矩形領域の幅をティースの幅（Ｗ）以下にする）と、左右回転のトルク差が５％以下になることがわかる。 [2.4. Circumferential position of the average shape focus]
The position of the average shape focus in the radial direction (position in the y direction in FIG. 2) is the same as the points B to E described above, but the position in the circumferential direction (position in the x direction in FIG. 2) shifts from the center line. The motor was manufactured and the torque difference during left-right rotation was evaluated. The shift amount δ from the center line was 0 to 3 W / 4 (W is the width of the teeth).
Table 5 shows the relationship between the shift amount from the center line and the torque difference between the left and right rotations. From Table 5, it can be seen that when the shift amount δ is set to W / 2 or less (that is, the width of the rectangular region is set to the tooth width (W) or less), the torque difference between the left and right rotations is 5% or less.

以上、本発明の実施の形態について詳細に説明したが、本発明は上記実施の形態に何ら限定されるものではなく、本発明の要旨を逸脱しない範囲内で種々の改変が可能である。 Although the embodiments of the present invention have been described in detail above, the present invention is not limited to the above embodiments, and various modifications can be made without departing from the gist of the present invention.

本発明に係るＩＰＭモータは、電気自動車やハイブリッドカーの駆動用モータとして使用することができる。 The IPM motor according to the present invention can be used as a driving motor for an electric vehicle or a hybrid vehicle.

１０ＩＭＰモータ
２０インナーロータ
２２ロータヨーク
２４円弧状磁石
４０アウターステータ 10 IMP motor 20 Inner rotor 22 Rotor yoke 24 Arc magnet 40 Outer stator

Claims

An IPM motor with the following configuration.
(1) The IPM motor is
An inner rotor with 2n (n ≧ 1) magnetic poles and
The teeth are arranged radially toward the inner rotor, and, around the tooth, and a outer stator coil for applying a rotating magnetic field for the inner rotor is wound.
(2) The inner rotor is
With the shaft
A rotor yoke made of a high magnetic permeability material bonded to the outer peripheral surface of the shaft,
It is provided with two or more arcuate magnets per said magnetic pole embedded inside the rotor yoke.
(3) The two or more arc-shaped magnets are
(A) Composed of RTB-based rare earth alloy
(B) The magnetized easy axis of the anisotropic grain contains fine anisotropic particles and is oriented in the radial direction from the arc of the arc-shaped magnet toward the center of the arc , and each of them has the same radial orientation. It is a magnetized magnet
(C) The plurality of arcuate magnets constituting one magnetic pole are arranged concentrically at predetermined intervals.
(4) The average shape focal point of the plurality of arcuate magnets constituting one magnetic pole is
(A) the lower end, a point in the interior of the inner rotor, R _1/10 (where, R ₁ is the radius of the outer circumferential surface of the inner rotor) from the outer peripheral surface of the inner rotor located at a distance of Above,
(B) upper end, a point in the interior of the outer stator, R _2/5 from the inner peripheral surface of the outer stator (wherein, R ₂ is the radius of the inner peripheral surface of the outer stator) at a distance of Below a certain position,
(C) It is in a rectangular region centered on a line (center line) connecting the center of the inner rotor and the center of the arc-shaped magnet and whose width is equal to or less than the width of the teeth.
(5) In the IPM motor, the variation (3σ) with respect to the average shape focal point of the center of the arc of each portion of each arcuate magnet in the plurality of arcuate magnets constituting the one magnetic pole is 2 mm or less.
(6) The total thickness of the plurality of arc-shaped magnets constituting one magnetic pole is (2/100) × R ₁ or more (25/100) × R ₁ or less.

The IPM motor according to claim 1, wherein the width of the rectangular region is ½ or less of the width of the teeth.