JP2000209798A - 永久磁石電動機 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】 永久磁石電動機において、リラクタンストル
クをより活用し、高トルク、高効率化を図る。 【解決手段】 回転磁界を発生する固定子１の内部に回
転子１０を有する永久磁石電動機において、回転子１０
には板状のマグネット１１をｑ軸に沿って埋め込み、か
つこのマグネット１１を回転子１０の外周に沿って当該
極数分だけ等間隔に埋め込み、マグネット１１の磁化を
ｑ軸に対して直角方向とし、かつ隣接マグネット１１を
同極とする。また、当該極を形成するｄ軸部分にはスリ
ット１２を形成し、少なくとも一方のｑ軸から他方のｑ
軸への磁束の路を確保しており、上記スリット１２が一
方のｄ軸から他方のｑ軸への磁束に達して垂直に介在す
ることにより、ｄ軸、ｑ軸インダクタンス比が大きくな
る。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は空気調和機や自動車
等に用いるモータの永久磁石電動機に係り、特に詳しく
はリラクタンストルクの有効利用を可能とする永久磁石
電動機に関するものである。

【０００２】

【従来の技術】永久磁石電動機は、例えば図１０に示す
ように、回転磁界を発生する例えば２４スロットの固定
子１内に回転子２を有しており、この回転子２には当該
永久磁石電動機の極数（例えば４極）分の永久磁石３が
外径に沿って円周方向に配置されている。なお、４はシ
ャフト用の中心孔である。

【０００３】この回転子２の構造においては、永久磁石
３がｑ軸に沿った板形状であり、一方のｑ軸から他方の
ｑ軸への磁束（固定子１からの磁束）の路が確保され、
また一方のｄ軸から他方のｄ軸への磁束（固定子１から
の磁束）の路に永久磁石３が垂直に介在する。このよう
な構造によりｄ軸、ｑ軸インダクタンス比（いわゆる突
極比）がとれ、リラクタンストルクの発生が見られるこ
とから、したがってマグネットトルクだけなく、リラク
タンストルクも期待できる。なお、上記回転子２を備え
た永久磁石電動機は三相四極モータであるが、特開平１
０−６６２８５の公報には六極モータについての説明が
あり、前述した従来例の参照例とされたい。

【０００４】

【発明が解決しようとする課題】しかしながら、上記永
久磁石電動機においては、ｄ軸、ｑ軸インダクタンス比
（いわゆる突極比）が極めて小さく、リラクタンストル
クがモータトルクに殆ど寄与せず、主にマグネットトル
クがモータトルクに寄与することなり、高トルク、高効
率化にはマグネットを大きくしたり、磁力の強いマグネ
ットを用いると、コスト高となり、しかもコスト等を勘
案すると、マグネットの使用量にも限界がある。

【０００５】本発明は上記課題に鑑みなされたものであ
り、その目的はリラクタンストルクを大きくし、高トル
ク、高効率化を図ることができるようにした永久磁石電
動機を提供することにある。

【０００６】

【課題を解決するための手段】上記目的を達成するため
に、本発明は回転磁界を発生する固定子の内側に回転子
を有する永久磁石電動機において、前記回転子には板状
のマグネットをｑ軸に沿って埋め込み、かつ該マグネッ
トを前記回転子の外周に沿って当該極数分だけ等間隔に
埋め込むとともに、該マグネットの磁化をｑ軸に対して
直角方向とし、かつ隣接マグネットを同極とし、当該極
を形成するｄ軸部分にはスリットを形成してなり、少な
くとも一方のｑ軸から他方のｑ軸への磁路（磁束の路）
を確保するとともに、前記スリットによりｄ軸、ｑ軸イ
ンダクタンス比を大きくするようにしたことを特徴とし
ている。

【０００７】前記回転子のスリットはｄ軸方向に多層構
造としてなり、該スリットは断面円弧形状あるいは断面
バスタブ形状もしくはＶ字形状であり、前記断面円弧形
状の頂点あるいは断面バスタ形状の底辺もしくはＶ字形
状の頂角を当該中心孔側に向けて等間隔に形成するとよ
い。

【０００８】前記回転子のマグネットの当該中心孔側端
部にはフラックスバリアを形成し、該フラックスバリア
は隣接するマグネットの当該中心孔側端部に渡るように
するとよい。前記回転子のフラックスバリアは中間部で
２つに分割して一対のフラックスバリアにするとよい。

【０００９】前記回転子のスリットと当該中心孔との間
あるいは前記スリットとフラックスバリアとの間で、ｄ
軸上にコアかしめ用のリベットを通してなり、該リベッ
トを磁性材料とするとよい。前記回転子のスリットと当
該コア外周との間あるいは前記スリットとフラックスバ
リアとの間で、ｄ軸上にコアかしめ用のリベットを通
し、該リベットを磁性材料とするとよい。

【００１０】前記回転子は電磁鋼板を自動プレスで打ち
抜くとともに、金型内で自動積層してなるコアであり、
該自動プレス時に前記マグネットの埋設孔、スリットの
孔、リベットの孔およびフラックスバリアの孔を打ち抜
き、かつこれら孔の間およびこれら孔と当該コア外周と
の間は少なくとも当該コアシートの厚さより大きくする
とよい。

【００１１】前記回転子に埋め込むマグネットはフェラ
イト磁石あるいは希土類磁石であるとよい。また、前記
回転子は直流ブラシレスモータの回転子として好適であ
る。

【００１２】

【発明の実施の形態】以下、本発明の実施の形態を図１
ないし図９を参照して詳しく説明する。なお、図中、図
１０と同一部分には同一符号を付して重複説明を省略す
る。

【００１３】図１ないし図３に示すように、この永久磁
石電動機の回転子１０は、ｑ軸方向に沿って細長い（板
状の）マグネット１１をＩＰＭ方式で埋め込み、かつ当
該極数分コア外周に沿って等間隔に埋め込み、固定子１
からの（一方のｑ軸から他方のｑ軸へ）の磁気通路を確
保する一方（図３の波線矢印参照）、この確保した領域
にリラクタンストルクを大きくするスリット１２を形成
する。上記マグネット１１をｑ軸と直角方向（板状マグ
ネット１１の厚さ方向）に磁化、着磁するとともに、隣
接するマグネット１１を同極とし、ｄ軸側に当該モータ
の極を形成する。

【００１４】上記モータの極を形成したｄ軸部には中心
孔４に頂点を向けた逆円弧状のスリット１２が形成され
るが、このスリット１２は一方のｄ軸から他方のｄ軸へ
の磁束（固定子１からの磁束）に対してほぼ垂直に介在
し、フラックスバリアの機能を発揮する一方、一方のｑ
軸から他方のｑ軸への磁束（固定子１からの磁束）の路
を十分に確保する。したがって、ｄ軸、ｑ軸インダクタ
ンス比が大きくなり（突極比が大きくなり）、これによ
りリラクタンストルクは大きくなる。

【００１５】なお、スリット１２はｄ軸方向に三層構造
となっているが、少なくとも一層以上であればよい。ま
た、固定子１において、例えば外径側の巻線をＵ相、内
径側の巻線をＷ相、その中間の巻線をＶ相としている。
さらに、２４スロットの固定子１には三相（Ｕ相、Ｖ相
およびＷ相）の電機子巻線が施されているが、スロット
数や電機子巻線が異なっていてもよい。

【００１６】ところで、上記ｑ軸に沿って埋設したマグ
ネット１１により、ｄ軸側に極（Ｎ極あるいはＳ極）が
生じ、しかもこの極が円周方向に交互に生じることにな
るため、マグネットトルクが発生する。また、回転子１
０の外周縁とマグネット１１の端部との間隔は、後述す
るコアシート１０ａの厚さをｔとすると、その厚さｔよ
り大きい値（例えばｔ〜３ｔ）とする。これにより、マ
グネット１１の磁束の漏洩、短絡も防止することがで
き、つまりマグネットトルクの向上に寄与し、しかも後
述する自動プレスによるコア製造時にバリ等の発生もな
く、精度よくコアを製造することができる。

【００１７】また、モータコストはマグネット１１の大
きさに依存する。そこで、マグネット１１の使用量を少
なくすることにより、コストが抑えられる一方、一方の
ｑ軸から他方のｑ軸への磁路幅が広くなり、ここにスリ
ット１２を形成してｄ軸、ｑ軸インダクタンスの比を大
きくすることができる。このようにして、マグネット１
１の使用量の減少によるマグネットトルクの低下分をリ
ラクタンストルクで補うとが可能となる。また、マグネ
ット１１としては、フェライト磁石や希土類磁石を用い
る。この場合、フェライト磁石は低コスト化に有効であ
り、希土類磁石は高トルク化に有効となる。

【００１８】さらに、上記回転子１０の製造において
は、コアプレス金型を用いて自動プレスで電磁鋼板を打
ち抜き、金型内で一体的に形成するコア積層方式（自動
積層方式）を採用する。図２および図３に示すように、
このプレス加工工程では、回転子１０のコアを打ち抜く
が、本発明ではその時と同時にシャフト用の中心孔４、
マグネット１１を埋設する孔およびスリット１２の孔を
打ち抜いたコアシート１０ａを積層する。

【００１９】そして、自動的にプレス、積層して得た回
転子１０のコアの孔にＩＰＭ方式でマグネット１１を埋
め込む。なお、マグネット１１は前述したようにｑ軸と
直角方向に磁化、着磁し、かつ隣接するマグネット１１
が同極となるようにする。

【００２０】このように、スリット１２の形成によりリ
ラクタンストルクを大きくすることができ、マグネット
トルクとリラクタンストルクによるトータルトルクの向
上が図れ、ひいては高トルク、高効率のモータを実現す
ることができ、またコストおよびトルクを勘案してマグ
ネットの使用量（大きさ）を選択することにより適用的
モータを実現することができる。

【００２１】図４は本発明の他の実施例を説明する回転
子の概略的平面図である。なお、図中、図３と同一部分
には同一符号を付して重複説明を省略する。また、固定
子１については図１を参照されたい。この実施例では、
マグネット１１の中心孔４側端部において磁束の短絡、
漏洩を防止するために、マグネット１１の中心孔４側端
部にフラックスバリア２１を形成している。

【００２２】図４に示す回転子２０は、マグネット１１
の端部（中心孔４側端部）から隣接するマグネット１１
の方向に延びる一対の細長い孔２１ａ，２１ｂによるフ
ラックスバリア２１を有する構造になっている。なお、
マグネット１１と細長い孔２１ａとの間隔、マグネット
１１と細長い孔２１ｂとの間隔、細長い孔２１ａと細長
い孔２１ｂの間隔、中心孔４と細長い孔２１ａとの間隔
および中心孔４と細長い孔２１ｂとの間隔はコアシート
１０ａの厚さｔより大きくする。これにより、マグネッ
ト１１の磁束の短絡、漏洩を防止し、マグネットトルク
を有効に発生させることができる一方、コア製造時にバ
リ等の発生を防止することができ、しかも孔２１ａと孔
２１ｂとの間が橋絡部となり、コア強度を高めることが
できる。

【００２３】図５および図６は本発明の変形実施例を説
明する回転子の概略的平面図である。なお、図中、図４
と同一部分および相当する部分には同一符号を付して重
複説明を省略する。また、固定子１については図１を参
照された。図５に示す回転子２０は、コアをかしめるた
めのリベット２２をスリット１２と中心孔４の間でｄ軸
上に、つまり隣接するマグネット１１の中間に通してい
る。

【００２４】この場合、中心孔４とリベット２２との間
隔およびリベット２２とマグネット１１の端部との間隔
はコアシート１０ａの厚さｔよりも大きくする。これに
より、回転子２０の製造において、プレス加工時のバリ
等の発生を防ぎ、歩留まりの向上を図ることができる。
上記リベット２２の材質としては、透磁率の良い磁性体
を用いる。これにより、一方のｑ軸から他方のｑ軸への
磁束に与える影響を小さくし、ｄ軸、ｑ軸インダクタン
ス比を大きくすることができる。

【００２５】また、図６に示す回転子２０は、リベット
２３を最外側のスリット１２とコア外周との間でｄ軸上
に通している。この場合、最外側のスリット１２とリベ
ット２３との間隔および回転子２０の外周とリベット２
３との間隔は、前述と同じ理由からコアシート１０ａの
厚さｔより大きくする。ところで、図５および図６に示
したリベット２２，２３を通す孔は、前述したプレス加
工時に形成する。つまり、中心孔４、マグネット１１の
孔、スリット１２およびフラックスバリア２１の孔を打
ち抜く際に、そのリベット２２あるいはリベット２３の
通し孔を同時に打ち抜くことができる。

【００２６】図７は図４ないし図６に示した実施例と異
なるフラックスバリアを有する回転子の概略的平面図で
ある。なお、図中、図４ないし図６と同一部分および相
当する部分には同一符号を付して重複説明を省略する。
この回転子２０は、マグネット１１の磁束の漏洩、短絡
を防止するために、図４ないし図６に示す細長い孔２１
ａ，２１ｂのフラックスバリア２１に代え、１つのフラ
ックスバリア２４をマグネット１１の中心孔４側の端部
の間に形成したものである。

【００２７】なお、前述したフラックスバリア２１，２
２は直線的に細長い孔であるが、曲線的な孔でもよく、
例えばフラックスバリア２１，２２の形状を１つの逆円
弧状のスリットとし、またそのスリットの中心孔４側を
同中心孔４に沿った円弧曲線とし、そのスリットのコア
外周側を逆円弧曲線とする。これにより、磁束の漏洩、
短絡防止だけなく、一方のｑ軸から他方のｑ軸への磁束
の路を確保することができる。

【００２８】図８および図９は本発明のさらに他の変形
例を示す回転子の概略的平面図である。なお、図中、図
３と同一部分および同一と見なされる部分には同一符号
を付して重複説明を省略する。図８に示す回転子１０
は、図３に示すスリット１２に代え、断面バスタブ形状
のスリット２５を備えている。なお、スリット２５の断
面バスタブ形状とは台形の底辺を除いた両辺および上辺
に沿った形状をいう。

【００２９】この場合、断面バスタブ形状の底辺を中心
孔４に向けて複数層に形成する。これによっても、固定
子１からの磁束（一方のｑ軸から他方のｑ軸への磁束）
の路を確保することができ、前述同様にｄ軸、ｑ軸イン
ダクタンス比を大きくすることができる。

【００３０】図９に示す回転子１０は、図３に示すスリ
ット１２に代え、Ｖ字形状のスリット２６を備えてい
る。この場合、Ｖ字形状の開き角度は鈍角であり、この
頂角を中心孔４に向けて複数層に形成する。これによ
り、固定子１からの磁束（一方のｑ軸から他方のｑ軸へ
の磁束）の路を確保することができ、前述同様にｄ軸、
ｑ軸インダクタンス比を大きくすることができる。

【００３１】なお、図８および図９にはともに図示され
ていないが、埋め込むマグネット１１の中心孔４側端部
には図４に示したフラックスバリア２１あるいは図７に
示すフラックスバリア２４を形成するとよい。また、コ
アをかしめるためのリベットについては、図５に示した
リベット２２と同様の位置に、つまりｄ軸上で中心孔４
とスリット２５との間に通すか、図６に示したリベット
２３と同様の位置、つまりｄ軸上でコア外周とスリット
２５との間に通すようにすればよい。

【００３２】さらに、前述した回転子１０，２０を直流
ブラシレスモータに組み込めば、例えば空気調和機の圧
縮機モータ等として利用すれば、コストをアップするこ
となく、空気調和機の運転効率の上昇、を図ることがで
きる。

【００３３】

【発明の効果】以上説明した本発明によれば、次のよう
な効果が奏される。本発明は回転子にリラクタストルク
を大きくするスリットを形成したことから、リラクタン
ストルクの十分な活用を実現することができ、このリラ
クタンストルクとマグネットトルクによって高トルク、
高効率モータを実現することができるという効果があ
り、またコストおよびトルクを勘案してマグネットの使
用量（大きさ）を選択することにより適用的モータを実
現することができるという効果がある。

【００３４】本発明は回転子にリラクタンストルクを大
きくするスリットをｄ軸方向に多層構造としたことか
ら、より一方のｑ軸から他方のｑ軸への磁束の路を確保
する一方、一方のｄ軸から他方のｄ軸への磁束に対して
フラックスバリアの効果が有効に発揮し、リラクタンス
トルクをより大きくすることができ、ひいては高トル
ク、高効率モータを得ることができる。

【００３５】本発明は回転子に埋め込んだマグネットの
当該中心孔側端部にフラックスバリアを形成し、このフ
ラックスバリアを隣接するマグネットの当該中心孔側端
部に渡るようにしたことから、マグネットの磁束の短
絡、漏洩を防止し、マグネットトルクを有効に発生させ
ることができるという効果がある。

【００３６】本発明は回転子に形成するフラックスバリ
アを中間部で２つに分割して一対のフラックスバリアと
したことから、その一対の孔と孔との間が橋絡部とな
り、コア強度を高めることができるという効果がある。

【００３７】本発明はｄ軸上にコアかしめ用のリベット
を通し、このリベットを磁性材料としたことから、回転
子の強度向上になり、しかも一方のｑ軸から他方のｑ軸
への磁束に影響を与えずに済み、つまりｄ軸、ｑ軸イン
ダクタンス比の低下なしに済ませることができる。

【００３８】本発明は回転子を、電磁鋼板を自動プレス
で打ち抜くとともに、金型内で自動積層して得る際に、
マグネットの埋設孔、スリットの孔、リベットの孔およ
びフラックスバリアの孔を打ち抜き、かつこれら孔の間
およびこれら孔と当該コア外周との間は少なくとも当該
コアシートの厚さより大きくしたことから、従来のプレ
ス技術を利用することができ、つまり製造コストアップ
なしに実現することができ、またコア製造時にバリ等の
発生を防止し、コア製造の歩留まりを上げ、ひいては製
造コストの低下を図ることができるという効果がある。

【００３９】本発明は回転子に埋め込むマグネットをフ
ァライト磁石あるいは希土類磁石としたことから、モー
タコストやトルクを考慮してファライト磁石あるいは希
土類磁石を選択して適応的なトルクおよびコストのモー
タを実現することができるという効果がある。

【００４０】本発明は回転子を直流ブラシレスモータに
組み込み、例えば空気調和機の圧縮機モータ等として利
用すれば、コストをアップすることなく、空気調和機の
運転効率の上昇を図ることができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の実施の一形態を示す永久磁石電動機の
概略的平面図。

【図２】図１に示す永久磁石電動機を説明するための回
転子の概略的側断面図。

【図３】図１に示す永久磁石電動機を説明するための回
転子の概略的平面図。

【図４】図３に示す回転子の他の実施例を説明するため
の概略的平面図。

【図５】図４に示す回転子の他の実施例を説明するため
の概略的平面図。

【図６】図５に示す回転子の変形例を説明するための概
略的平面図。

【図７】図４に示し回転子の変形例を説明するための概
略的平面図。

【図８】本発明の他の変形実施の形態を示す回転子の概
略的平面図。

【図９】本発明の他の形実施の形態を示す回転子の概略
的平面図。

【図１０】従来の永久磁石電動機の概略的平面図。

【符号の説明】

１ 固定子 ４ 中心孔（シャフト用） １０，２０ 回転子 １０ａ コアシート １１ マグネット（板状の永久磁石） １２ スリット（円弧形状） ２１，２４ フラックスバリア ２１ａ，２１ｂ 孔（フラックスバリア） ２２，２３ リベット ２５ スリット（断面バスタブ形状） ２６ スリット（Ｖ字形状） ｔ コアシートの厚さ

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き Ｆターム(参考） 5H619 AA01 AA07 BB01 BB15 BB22 BB24 PP02 PP06 PP08 PP14 5H621 AA03 BB07 GA01 GA04 GA15 HH01 HH08 JK02 5H622 AA03 CA02 CA07 CA10 CA13 CB03 CB05 CB06 PP03 PP10 PP11 QB02 QB05

Claims (9)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 回転磁界を発生する固定子の内側に回転
   子を有する永久磁石電動機において、前記回転子には板
   状のマグネットをｑ軸に沿って埋め込み、かつ該マグネ
   ットを前記回転子の外周に沿って当該極数分だけ等間隔
   に埋め込むとともに、該マグネットの磁化をｑ軸に対し
   て直角方向とし、かつ隣接マグネットを同極とし、当該
   極を形成するｄ軸部分にはスリットを形成してなり、少
   なくとも一方のｑ軸から他方のｑ軸への磁路（磁束の
   路）を確保するとともに、前記スリットによりｄ軸、ｑ
   軸インダクタンス比を大きくするようにしたことを特徴
   とする永久磁石電動機。
2. 【請求項２】 前記回転子のスリットはｄ軸方向に多層
   構造としてなり、該スリットは断面円弧形状あるいは断
   面バスタブ形状もしくはＶ字形状であり、前記断面円弧
   形状の頂点あるいは断面バスタ形状の底辺もしくはＶ字
   形状の頂角を当該中心孔側に向けて等間隔に形成した請
   求項１記載の永久磁石電動機。
3. 【請求項３】 前記回転子のマグネットの当該中心孔側
   端部にはフラックスバリアを形成し、該フラックスバリ
   アは隣接するマグネットの当該中心孔側端部に渡るよう
   にした請求項１または２記載の永久磁石電動機。
4. 【請求項４】 前記回転子のフラックスバリアは中間部
   で２つに分割して一対のフラックスバリアとしてなる請
   求項３記載の永久磁石電動機。
5. 【請求項５】 前記回転子のスリットと当該中心孔との
   間あるいは前記スリットとフラックスバリアとの間で、
   ｄ軸上にコアかしめ用のリベットを通してなり、該リベ
   ットを磁性材料とした請求項１，２または３記載の永久
   磁石電動機。
6. 【請求項６】 前記回転子のスリットと当該コア外周と
   の間あるいは前記スリットとフラックスバリアとの間
   で、ｄ軸上にコアかしめ用のリベットを通し、該リベッ
   トを磁性材料とした請求項１，２または３記載の永久磁
   石電動機。
7. 【請求項７】 前記回転子は電磁鋼板を自動プレスで打
   ち抜くとともに、金型内で自動積層してなるコアであ
   り、該自動プレス時に前記マグネットの埋設孔、スリッ
   トの孔、リベットの孔およびフラックスバリアの孔を打
   ち抜き、かつこれら孔の間およびこれら孔と当該コア外
   周との間は少なくとも当該コアシートの厚さより大きく
   した請求項１，２，３，４，５または６記載の永久磁石
   電動機。
8. 【請求項８】 前記回転子に埋め込むマグネットはフェ
   ライト磁石あるいは希土類磁石である請求項１，２，
   ３，４，５，６または７記載の永久磁石電動機。
9. 【請求項９】 前記回転子を直流ブラシレスモータに組
   み込んでなる請求項１，２，３，４，５，６，７または
   ８記載の永久磁石電動機。