JP2001178045A

JP2001178045A - 永久磁石埋め込みモータ

Info

Publication number: JP2001178045A
Application number: JP36334599A
Authority: JP
Inventors: Shigeru Okuma; 繁大熊; Shinji Michiki; 慎二道木; Mutsuo Tomita; 睦雄冨田; Mitsuhiko Sato; 光彦佐藤; Seiichi Kaneko; 清一金子; Mitsuhiro Suzuki; 光広鈴木
Original assignee: Aichi Elec Co
Current assignee: Aichi Elec Co
Priority date: 1999-12-21
Filing date: 1999-12-21
Publication date: 2001-06-29
Anticipated expiration: 2019-12-21
Also published as: JP3602392B2

Abstract

(57)【要約】【課題】モータ効率を低下させることなく、永久磁石
の使用量を減少させることができる永久磁石埋め込みモ
ータを提供する。【解決手段】回転子コア１には、軸方向の断面形状
が、凸部側が中心側を向いた凸型の台形状に形成された
磁石収容孔３（中央部３ａ、外周部３ｂ）が設けられて
いる。磁石収容孔３には、永久磁石１０（中央部３ａに
永久磁石１０ａ、外周部３ｂに永久磁石１０ｂ）が埋め
込まれている。磁石収容孔３の端部壁５と対抗する回転
子コア１の部分には、端部壁５から回転子コア１の外周
方向に切り欠かれた切欠部６が設けられている。あるい
は、端部壁５と回転子コア１の外周壁との間に空隙部を
設ける。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、固定子コイルを有
する固定子と、磁石収容孔に埋め込まれた永久磁石を有
する回転子とを備える永久磁石埋め込みモータに関す
る。

【０００２】

【従来の技術】圧縮機等の駆動源として、固定子コイル
を有する固定子と、磁石収容孔に埋め込まれた永久磁石
を有する回転子、すなわち埋め込み磁石構造の回転子と
を備えた永久磁石埋め込みモータが用いられている。永
久磁石埋め込みモータは、永久磁石の磁束によるマグネ
ットトルクと、回転子の突極性によるリラクタンストル
クの両方を利用するモータである。従来、永久磁石埋め
込みモータとしては、例えば図１６、図１７に記載され
ている構造のものが知られている。なお、図１７は、図
１６の部分拡大図である。図１６、図１７において、永
久磁石埋め込みモータは、回転子１８０と固定子１９０
を備えている。回転子１８０は、回転子コア１８１と、
永久磁石１８４を有している。回転子コア１８１の中心
に設けられた軸孔には、回転子軸１８２が嵌入されてい
る。また、回転子コア１８１には、軸方向の断面形状
が、凸部側が中心側を向いた円弧状の磁石収容孔１８３
が各磁極毎に設けられている。図１６に示した回転子１
８０は、４極構造である。そして、この磁石収容孔１８
３に円弧状の永久磁石１８４が埋め込まれている。固定
子１９０は、回転子１８０とエアギャップ１９６を介し
て対向配置されている固定子コア１９１を有している。
固定子コア１９１には、歯部１９２によってスロット１
９３が設けられている。そして、このスロット１９３
に、固定子巻線１９５が巻回されている。固定子巻線１
９５にインバータ等の電源供給源を介して電源を供給す
ることにより、回転子１８０が回転する。

【０００３】

【発明が解決しようとする課題】このような構造の永久
磁石埋め込みモータにおいては、永久磁石１８４として
フェライト磁石や希土類磁石が用いられている。フェラ
イト磁石は、温度が高くなると磁束密度が低下する特性
を有している。これに対し、希土類磁石は、温度が高く
なっても磁束密度の低下が少ない特性を有している。こ
こで、圧縮機の内部は温度が高くなるため、永久磁石埋
め込みモータを圧縮機の駆動源として用いる場合、永久
磁石の材料として希土類磁石を用いた永久磁石埋め込み
モータを用いるのが好ましい。しかしながら、固定子巻
線１９５の電源供給源としてＰＷＭ制御（パルス幅制
御）によるインバータを用いた場合、ＰＷＭ制御による
高調波が発生し、この高調波による影響が回転子コア１
８１の外周表面付近に集中するため、回転子コア１８１
の外周表面付近が発熱し、鉄損を増加させる。このよう
な現象は、表皮効果によって発生する。通常、磁石収容
孔１８３の端部壁１８５の厚さは薄く形成されているた
め、磁石収容孔１８３に埋め込まれている永久磁石１８
４の端部は、この回転子コア１８１の外周表面より流出
入する高調波磁束の影響を強く受けることになる。特
に、希土類磁石は金属系磁石のため、永久磁石１８４の
端部が高調波磁束の影響を受けやすく、その結果永久磁
石１８４の端部が発熱し鉄損を増加させることとなり、
モータ効率が低下する。また、希土類磁石は高価である
ため、永久磁石１８４使用量をできる限り少なくし、モ
ータ効率を向上させることが望まれている。そこで、本
発明は、このような従来技術の問題点を解決するために
創案されたものであり、モータ効率を低下させることな
く、永久磁石使用量を減少させることができる永久磁石
埋め込みモータを提供することを目的とする。

【０００４】

【課題を解決するための手段】前記課題を解決するため
に、本発明の第１発明は、請求項１に記載されたとおり
の永久磁石埋め込みモータである。請求項１に記載の永
久磁石埋め込みモータでは、回転子コアには、磁石収容
孔の端部壁から回転子コアの外周方向に向けて切り欠い
た切欠部が形成されている。この切欠部の底片の幅は、
少なくとも端部壁の幅と同程度の幅を有している。これ
により、回転子コアの磁石収容孔に埋め込まれた永久磁
石の端部は、回転子コアの外周部から離れて配設される
ため、ＰＷＭ制御等による高調波磁束の影響を受けるこ
とがなく、永久磁石の端部発熱を減少させて、鉄損を減
少させることができる。このことにより、モータ効率を
低下させることなく永久磁石の使用量も減少させること
ができる。また、本発明の第２発明は、請求項２に記載
されたとおりの永久磁石埋め込みモータである。請求項
２に記載の永久磁石埋め込みモータでは、切欠部の側面
がほぼ平行に形成されている。これにより、切欠部のプ
レス打ち抜きによる成形が容易となる。また、本発明の
第３発明は、請求項３に記載されたとおりの永久磁石埋
め込みモータである。請求項３に記載の永久磁石埋め込
みモータでは、切欠部の側面が、磁石収容孔の端部壁の
ほぼ中心と回転子コアの中心とを結ぶ直線にほぼ平行な
直線に沿って形成されている。これにより、回転子コア
の外周面における切欠部の開口面積を少なくすることが
でき、モータ効率の低下を少なくすることができる。ま
た、本発明の第４発明は、請求項４に記載されたとおり
の永久磁石埋め込みモータである。請求項４に記載の永
久磁石埋め込みモータでは、切欠部の側面が回転子コア
の中心点を通る直線に沿って形成されている。これによ
り、切欠部の成形が容易となる。また、本発明の第５発
明は、請求項５に記載されたとおりの永久磁石埋め込み
モータである。請求項５に記載の永久磁石埋め込みモー
タでは、切欠部の幅が収容孔の幅より大きく形成され、
且つ隣接する磁極方向に延びて形成されている。これに
より、リラクタンストルク等による音や振動による影響
を減少させることができる。また、本発明の第６発明
は、請求項６に記載されたとおりの永久磁石埋め込みモ
ータである。請求項６に記載の永久磁石埋め込みモータ
では、切欠部の幅が磁石収容孔の幅より大きく形成さ
れ、且つ隣接する磁極方向及び磁極中心方向に延びて形
成されている。これにより、リラクタンストルク等によ
る音や振動による影響を減少させることができるととも
に、損失を減少させることができる。また、本発明の第
７発明は、請求項７に記載されたとおりの永久磁石埋め
込みモータである。請求項７に記載の永久磁石埋め込み
モータでは、磁石収容孔の端部壁と回転子コアの外周壁
との間に空隙部が形成されている。空隙部は、少なくと
も端部壁の幅と同程度の幅を有している。これにより、
回転子の磁石収容孔に埋め込まれた永久磁石の端部は、
回転子コアの外周部から離れて配設されるため、ＰＷＭ
制御等による高調波磁束の影響を受けることがなく、永
久磁石の端部発熱による鉄損を減少させることができ
る。したがって、モータ効率を低下させることなく永久
磁石の使用量も減少させることができる。また、本発明
の第８発明は、請求項８に記載されたとおりの永久磁石
埋め込みモータである。請求項８に記載の永久磁石埋め
込みモータでは、空隙部の幅が磁石収容孔の幅より大き
く形成され、且つ隣接する磁極方向に延びて形成されて
いる。これにより、リラクタンストルク等による音や振
動による影響を減少させることができる。また、本発明
の第９発明は、請求項９に記載されたとおりの永久磁石
埋め込みモータである。請求項９に記載の永久磁石埋め
込みモータでは、空隙部の幅が磁石収容孔の幅より大き
く形成され、且つ隣接する磁極方向及び磁極中心方向に
延びて形成されている。これにより、リラクタンストル
ク等による音や振動による影響を減少させることができ
るとともに、損失を減少させることができる。また、本
発明の第１０発明は、請求項１０に記載されたとおりの
永久磁石埋め込みモータである。請求項１０に記載の永
久磁石埋め込みモータでは、永久磁石として希土類磁石
を用いている。これにより、小型、軽量で効率のよい永
久磁石埋め込みモータを得ることができる。また、本発
明の第１１発明は、請求項１１に記載されたとおりの永
久磁石埋め込みモータである。請求項１１に記載の永久
磁石埋め込みモータでは、磁石収容孔は凸型の角形状に
形成されている。これにより、マグネットトルクとリラ
クタンストルクを十分に引き出すことができる。また、
本発明の第１２発明は、請求項１２に記載されたとおり
の永久磁石埋め込みモータである。請求項１２に記載の
永久磁石埋め込みモータでは、磁石収容孔は凸型のＶの
字形状に形成されている。これにより、磁石収容孔と軸
孔との間に磁束の通路を幅広くとることができるため、
大きなリラクタンストルクを発生することが可能にな
る。また、本発明の第１３発明は、請求項１３に記載さ
れたとおりの永久磁石埋め込みモータである。請求項１
３に記載の永久磁石埋め込みモータでは、回転子コアの
磁石収容孔に、軸方向に直角な断面形状が長方形に形成
された複数の永久磁石が埋め込まれている。これによ
り、永久磁石を複雑な形状に加工や成形する必要がな
く、型費や製造費を低減することができる。

【０００５】

【発明の実施の形態】以下に、本発明の永久磁石埋め込
みモータの実施の形態を図面を用いて説明する。なお、
本発明の永久磁石埋め込みモータの固定子の構成は従来
技術と同様の構成であるため、以下では固定子の構成の
説明は省略し、磁石埋め込み構造の回転子（以下、単に
「回転子」という）の構成のみ説明する。図１〜図３
に、本発明の永久磁石埋め込みモータの第１の実施の形
態で用いる回転子を示す。なお、図１は分解斜視図であ
り、図２は軸方向に垂直な断面図であり、図３は図２の
部分拡大図である。本実施の形態では、４極の回転子を
示している。回転子は、回転子コア１、永久磁石１０、
端板２０、カシメピン２３等により構成されている。回
転子コア１は、例えば、順送プレス型によって打ち抜い
た電磁鋼板等の鋼板を順次かしめながら積層するオート
クランプ方式により、略円筒形状に積層したものであ
る。勿論、オートクランプ方式以外の方法で回転子コア
１を積層することもできる。また、積層以外の方法で回
転子コア１を形成することもできる。回転子コア１に
は、回転軸を挿通するための軸孔２が中心に設けられて
いる。また、永久磁石１０を挿通する（埋め込む）ため
の複数の磁石収容孔３及びカシメピン２３を挿通するた
めの複数のピン孔４が軸孔２と平行に設けられている。
端板２０には、回転軸を挿通するための軸孔２１及びカ
シメピン２３を挿通するための複数のピン孔２２が設け
られている。磁石収容孔３は、各極毎に設けられてい
る。本実施の形態では、磁石収容孔３は、９０度間隔で
４個設けられている。

【０００６】回転子コア１に設けられる磁石収容孔３
は、軸方向に垂直な断面が、凸部側が中心側を向き、凹
部側が外周側を向いている凸型の形状に形成されてい
る。本実施の形態では、磁石収容孔３は、凸部側の中央
部３ａ及び回転子コア１の外周側の外周部３ｂを有する
凸型の台形状に形成されている。軸方向と垂直な断面に
おける、磁石収容孔３の中央部３ａと外周部３ｂとの角
度、中央部３ａや外周部３ｂの幅や長さ等は、モータの
体格やモータ負荷点等に応じて適宜設定される。また、
磁石収容孔３の回転子コア１の外周部側には、端部壁
（外周端部壁）５が設けられている。この端部壁５は、
永久磁石１０が磁石収容孔３から飛び出るのを防止し、
また回転時における回転子コア１の磁極部による回転応
力が回転子コア１の外周部側の部分に作用して回転子コ
ア１が変形するのを防止する。端部壁５は、磁石収容孔
３に埋め込まれた永久磁石の、回転子コア１の外周側の
端部（外周端部）、本実施の形態では磁石収容孔３ｂに
埋め込まれた永久磁石１０ｂの外周端部とほぼ平行に形
成されている。回転子コア１の磁石収容孔３の端部壁５
と対向する個所には、磁石収容孔３の端部壁５から回転
子コア１の外周方向に向けて切り欠かれた切欠部６が設
けられている。切欠部６の深さ、幅、形状等は、永久磁
石１０の外周端部が、回転子コア１の外周表面より流出
入するＰＷＭ制御等による高調波磁束の影響を受け難い
ように設定される。

【０００７】本実施の形態では、切欠部６は、図３の部
分拡大図に示すように設けられている。磁石収容孔３の
端部壁、本実施の形態では磁石収容孔３の外周部３ｂの
端部壁５の、磁石収容孔３ｂと反対側の面が切欠部６の
底面６ａを形成している。また、切欠部６の側面は、回
転子コアの中心点Ｐと磁石収容孔３の端部壁５のほぼ中
心点を結ぶ直線Ｍ１とほぼ平行な直線Ｍ２及びＭ３に沿
って形成されている。直線Ｍ２及びＭ３は、端部壁５の
ほぼ両端部を通るように設定されている。すなわち、底
面６ａの幅は、端部壁５の幅にほぼ等しく形成されてい
る。あるいは、磁石収容孔３の外周部３ｂに埋め込まれ
た永久磁石１０ｂの回転子コア１の外周側の端部の幅に
ほぼ等しく設定されている。なお、本発明は、磁石収容
孔３に埋め込まれた永久磁石１０の外周端部が回転子コ
ア１の外周表面より流出入するＰＷＭ制御等による高調
波磁束の影響を受け難いようにするために切欠部を設け
ている。したがって、本発明における「切欠部の底面は
少なくとも端部壁の幅と同程度の幅を有している」とい
う記載は、「切欠部の底面は少なくとも磁石収容孔に埋
め込まれた永久磁石の端部（外周端部）の幅と同程度の
幅を有する」という概念を含んでいる。このように、切
欠部６の側面６ｂ及び６ｃをほぼ平行とすることによ
り、切欠部６のプレス打ち抜きによる成形が容易とな
る。また、回転子コア１の外周面における切欠部６の開
口面積を少なくすることができるため、回転子コア１の
外周側に切欠部を設けたことによるモータ効率の低下を
少なくすることができる。なお、回転子コア１の外径は
４０ｍｍ〜８５ｍｍ、永久磁石１０の厚さ（Ｔ２）は
２．０〜３．５ｍｍ、端部壁５の厚さ（Ｔ３）は０．２
ｍｍ〜１．０ｍｍに設定するのが好ましい。また、切欠
部６の深さや幅は、高調波の周波数、固定子のスロット
数等に応じて最適値に設定される。例えば、インバータ
から発生する高調波の周波数が高いと切欠部６の深さを
浅くすることができるが、高調波の周波数が低いと切欠
部６の深さを深くする必要がある。

【０００８】本実施の形態の回転子を形成するには、例
えば、先ず、積層された回転子コア１の軸孔２に回転軸
を圧入等により挿通して固定する。次に、回転子コア１
の磁石収容孔３に永久磁石１０を挿通する。次に、回転
子コア１の軸方向両端部に端板２０を装着する。次に、
端板２０のピン孔２２及び回転子コア１のピン孔４にカ
シメピン２３を挿通して回転子コア１を一体化固着す
る。カシメピン２３としては、鉄等の磁性体や非磁性体
を用いることができる。なお、回転子コア１のピン孔４
は、磁束の変化が少ない位置等モータ性能を悪化させな
い位置や機械応力を受け難い位置に設けるのが好まし
い。図では、磁束の変化が少ない、磁石収容孔３より回
転子コア１の外周側にピン孔４を設けている。また、永
久磁石回転子を形成する方法は、上記方法に限定されな
い。

【０００９】磁石収容孔３には、永久磁石１０が軸方向
から挿通される。本実施の形態では、永久磁石１０とし
て、軸方向に垂直な断面が長方形に形成された永久磁石
１０ａ、１０ｂを用いている。永久磁石１０として断面
が長方形に形成された永久磁石を用いることにより、永
久磁石１０の加工及び成形が容易となる。また、磁石収
容孔３の中央部３ａ及び外周部３ｂそれぞれに永久磁石
１０ａ及び１０ｂを挿通している。永久磁石１０として
は、希土類磁石を用いるのが好ましい。永久磁石１０
ａ、１０ｂは、厚さ方向に着磁されている。また、図２
に示す状態において、各磁石収容孔３毎に交互にＮ極、
Ｓ極が配置されるように、各磁石収容孔３に埋め込まれ
ている永久磁石１０ａ、１０ｂが着磁されている。

【００１０】次に、図４〜図６に、本発明の永久磁石埋
め込みモータの第２の実施の形態で用いる回転子を示
す。なお、図４は分解斜視図であり、図５は軸方向に垂
直な断面図であり、図６は図５の部分拡大図である。第
２の実施の形態の回転子は、第１の実施の形態の回転子
では磁石収容孔の端部壁と回転子コアの外周部との間に
切欠部を設けているのに対し、第２の実施の形態では磁
石収容孔の端部壁と回転子コアの外周壁との間に空隙を
設けている点で、第１の実施の形態の回転子と相違して
いる。したがって、以下では、第１の実施の形態の回転
子と相違している部分のみを説明する。なお、図４〜図
６では、第１の実施の形態の回転子の構成要素と同等の
構成要件には同じ符号を付してある。

【００１１】本実施の形態では、磁石収容孔３の端部
壁、この場合磁石収容孔３の外周部３ｂの端部壁７と、
回転子コア１の外周側の外周壁８との間に空隙部９が設
けられている。空隙部９の断面形状、断面積等は、永久
磁石１０の回転子コア１の外周側の端部（外周端部）、
この場合には磁石収容孔３の外周部３ｂに埋め込まれて
いる永久磁石１０ｂの回転子コア１の外周側の端部が、
回転子コア１の外周表面より流出入する高調波磁束の影
響を受け難いように設定される。また、空隙部９の幅
は、端壁部７の幅にほぼ等しく形成されている。あるい
は、磁石収容孔３の外周部３ｂに埋め込まれた永久磁石
１０ｂの回転子コア１の外周側の端部の幅にほぼ等しく
設定されている。なお、本発明は、磁石収容孔３に埋め
込まれた永久磁石１０の外周端部が回転子コア１の外周
表面より流出入するＰＷＭ制御等による高調波磁束の影
響を受け難いようにするために空隙部９を設けている。
したがって、本発明における「空隙部は少なくとも端部
壁の幅と同程度の幅を有している」という記載は、「空
隙部は少なくとも磁石収容孔に埋め込まれた永久磁石の
端部（外周端部）の幅と同程度の幅を有する」という概
念を含んでいる。本実施の形態では、回転時における回
転子コア１の磁極部による回転応力が回転子コア１の外
周部側の部分に作用して回転子コア１が変形するのを防
止する部材として端部壁７及び外周壁８が設けられてい
る。このため、端部壁７の厚さ（Ｔ４）及び外周壁８の
厚さ（Ｔ５）は、第１の実施の形態における端部壁５の
厚さ（Ｔ３）に対し、Ｔ４＋Ｔ５＝Ｔ３となるように設
定することができる。この場合、大きな回転応力が作用
する外周壁８の厚さ（Ｔ５）を厚くし、端部壁７の厚さ
（Ｔ４）を薄くするのが好ましい。

【００１２】以上のような第１及び第２の実施の形態の
永久磁石埋め込みモータでは、回転子コアに設けられた
切欠部や空隙部によって、磁石収容孔に埋め込まれてい
る永久磁石の外周端部が回転子コアの外周表面より流出
入する高調波磁束による影響を受け難い。このため、永
久磁石の使用量も従来の永久磁石埋め込みモータの使用
量より減少させることができるのにもかかわらず、従来
の永久磁石埋め込みモータと同等のモータ効率を得るこ
とができる。これにより、安価で、モータ効率の良い永
久磁石埋め込みモータを得ることができる。

【００１３】ところで、前記した第１の実施の形態及び
第２の実施の形態の永久磁石埋め込みモータでは、モー
タ効率の低下を防止することはできるが、音や振動が発
生する。本発明者らは、種々検討した結果、リラクタン
ストルクを減少させることによってこの音や振動を低減
することができることを見出した。音や振動を減少させ
ることができる第３の実施の形態の永久磁石埋め込みモ
ータで用いる回転子の断面図を図７に示す。本実施の形
態の回転子は、図２に示した第１の実施の形態の回転子
と同様に、回転子コア１の磁石収容孔３の端部壁３５と
対向する個所に、磁石収容孔３の端部壁３５から回転子
コア１の外周方向に向けて切り欠かれた切欠部３６が設
けられている。本実施の形態では、切欠部３６の幅（Ｔ
６）が、磁石収容孔３の磁石収容孔に埋め込まれた永久
磁石の回転子コアの外周側の端部の幅（Ｔ２）より大き
く形成されている。また、切欠部３６は、隣接する他の
磁石収容孔の方向（磁極間方向）に延びて形成されてい
る。切欠部３６の幅を磁石収容孔３に埋め込まれた永久
磁石１０の外周端部の幅より大きく形成し、かつ隣接す
る磁極方向に延びて形成した場合、リラクタンストルク
は、隣接する磁石収容孔の間（磁極間）の回転子コアの
外周部の面積から、切欠部により切り欠かれた部分の面
積を減算した面積により定まる。例えば、図７に示す、
磁極間の外周部から切欠部３６の部分を除いた部分の角
度θ２によってリラクタンストルクが定まる。このθ２
を大きくする方がリラクタンストルク利用率が高くなる
が、音、振動の影響が大きくなる。したがって、本実施
の形態では、切欠部３６の形状、幅、深さ等は、モータ
効率、音や振動の減少率、高調波の周波数、固定子のス
ロット数等に応じて適宜設定される。

【００１４】切欠部３６の幅（Ｔ６）を磁石収容孔３に
埋め込まれた永久磁石１０の外周端部の幅（Ｔ２）より
大きく形成し、且つ隣接する磁極方向に延びて形成して
いる。切欠部３６の形状としては種々の形状が考えられ
る。切欠部３６の実施例を、図８〜図１１に示す。図８
に示す実施例では、切欠部３６は、底面３６ａ、側面３
６ｂ、３６ｃにより形成されている。底面３６ａは、磁
石収容孔３の外周部３ｂの端部壁３５の内面にほぼ平行
な直線に沿って形成されている。また、磁極間側の側面
３６ｂ及び磁極中心側の側面３６ｃは、回転子コア１の
中心点Ｐを通る直線に沿って形成されている。本実施例
では、切欠部３６の磁極中心側の側面３６ｃは、回転子
コア１の中心点Ｐと端部壁３５の磁極中心側の端部３５
ｂを通る直線に沿って形成されている。

【００１５】図９に示す実施例では、切欠部４６は、底
面４６ａ１、４６ａ２、側面４６ｂ、４６ｃにより形成
されている。磁極間側の側面４６ｂ及び磁極中心側の側
面４６ｃは、回転子コア１の中心点Ｐを通る直線に沿っ
て形成されている。端部壁４５に対抗し、端部壁４５の
ほぼ同程度の幅を有する磁極中心側の底面４６ａ１は、
磁石収容孔３ｂの端部壁４５の内面にほぼ平行な直線に
沿って形成されている。切欠部４６の底面４６ａ１の幅
Ｔｘが、磁石収容孔３ｂの端部壁４５ｂの幅、すなわち
磁石収容孔３の外周部３ｂに埋め込まれた永久磁石１０
ｂの外周端部の幅Ｔ２より小さいと、永久磁石の磁束の
漏れが多くなり、モータ効率が低下する。このため、磁
石収容孔３ｂの底面４６ａ１の幅Ｔｘは、磁石収容孔３
ｂの外周端部壁、すなわち磁石収容孔３ｂに埋め込まれ
た永久磁石の外周端部の幅と同程度かそれ以上となるよ
うに設定するのが好ましい。また、切欠部の断面積をで
きるだけ小さくして回転子コアの有効断面積を大きく
し、リラクタンストルク利用率を高くするのが好まし
い。そこで、本実施例では、切欠部４６の磁極間側の底
面４６ａ２は、回転子コア１の有効断面積を確保できる
ように、底面４６ａ１とは異なる角度で形成されてい
る。そして、底面４６ａ１と４６ａ２は、永久磁石収容
孔３ｂの磁極間側端面に沿った直線で仕切られている。
なお、端部壁４５の磁極間側の端部４５ａと回転子コア
１の中心点Ｐとを結んだ直線で仕切ってもよい。

【００１６】図１０に示す実施例では、切欠部５６は、
底面５６ａ、側面５６ｂ、５６ｃにより構成されてい
る。底面５６ａは、磁石収容孔３の端部壁５５の内面に
ほぼ平行な直線に沿って形成されている。また、磁極間
側の側面５６ｂ及び磁極中心側の側面５６ｃは、回転子
コア１の中心点Ｐを通る直線にほぼ平行な直線に沿って
形成されている。本実施例では、側面５６ｂ及び５６ｃ
は、回転子コア１の中心点と端部壁５５の磁極間側の端
部５５ａを通る直線Ｍ５にほぼ平行な直線Ｍ６及びＭ７
に沿って形成されている。

【００１７】図１１に示す実施例では、切欠部６６は、
底面６６ａ１、６６ａ２、側面６６ｂ、６６ｃにより構
成されている。磁極間側の側面６６ｂ及び磁極中心側の
側面６６ｃは、回転子コア１の中心点Ｐから引いた直線
にほぼ平行な直線に沿って形成されている。本実施例で
は、図１０に示した実施例と同様に、側面６６ｂ及び６
６ｃは、回転子コア１の中心点Ｐと端部壁６５の磁極間
側の端部６５ａを通る直線Ｍ１０にほぼ平行な直線Ｍ１
１及びＭ１２に沿って形成されている。また、本実施例
では、図９に示した実施例と同様に、端部壁６５に対抗
する磁極中心側の底面６６ａ１は、磁石収容孔３ｂの端
部壁６５の内面にほぼ平行な直線に沿って形成されてい
る。磁極間側の底面６６ａ２は、回転子コアの有効断面
積を確保できるように、底面６６ａ１とは異なる角度で
形成されている。底面６６ａ１と６６ａ２は、磁石収容
孔３ｂの磁極間側端面に沿った直線で仕切られている。
なお、端部壁６５の磁極間側の端部６５ａと回転子コア
１の中心点Ｐとを結んだ直線で仕切ってもよい。

【００１８】以上は、音や振動を減少させるために切欠
部を磁極間方向に延ばして形成したが、切欠部を磁極間
方向及び磁極中心方向に延ばして形成することもでき
る。前述したように、図７に示す角度θ２を小さくした
場合、リラクタンス利用率は低くなるが、音や振動を減
少させることができる。また、図７に示す、磁極中心側
の外周部から切欠部の部分を除いた残りの部分の角度θ
１を小さくすると、永久磁石による磁束が集中して有効
磁束量が多くなる。有効磁束量が多くなると、運転可能
な回転数は低くなるが、同じモータトルクを得るのに少
ない駆動電流ですむ。駆動電流が少なくなれば、固定子
巻線抵抗によって発生する銅損が小さくなる。また、角
度θ１を小さくすると、永久磁石の凹部側（磁極中心
側）の鋼板の断面積が小さくなり、永久磁石の凹部側の
鋼板の磁束密度が鋼板の断面積に反比例して高くなる結
果、鉄損が増加する。一方、角度θ１が大きくすると、
永久磁石による磁束の集中が少なくなって有効磁束量が
少なくなる。有効磁束量が少なくなると、運転可能な回
転数は高くなるが、同じモータトルクを得るのに多くの
駆動電流が必要になる。駆動電流が多くなれば、固定子
巻線抵抗によって発生する銅損が大きくなる。また、角
度θ１を大きくすると、永久磁石凹部側の鋼板の断面積
が大きくなり、永久磁石の凹部側の鋼板の磁束密度が広
範の断面積に反比例して低くなる結果、鉄損が減少す
る。したがって、本実施例では、切欠部の形状、幅、深
さ等は、モータ効率、音や振動の減少率、高調波の周波
数、固定子のスロット数、所望のモータ特性等に応じて
適宜設定される。なお、銅損と鉄損の和が小さくなるよ
うに角度θ１を設定すれば、モータ効率が向上する。本
発明者らが検討した結果、θ１を電気角で１００度〜１
５０度の範囲内に設定するとモータ効率が向上すること
が判明した。

【００１９】図１２に示す実施例は、切欠部７６は、底
面７６ａ、側面７６ｂ、７６ｃにより形成されている。
底面７６ａは、磁石収容孔３の外周部３ｂの端部壁７５
の内面にほぼ平行な直線に沿って形成されている。ま
た、磁極間側の側面７６ｂ及び磁極中心側の側面７６ｃ
は、回転子コア１の中心点Ｐを通る直線に沿って形成さ
れている。また、切欠部７６は、磁極間方向及び磁極中
心方向に延びて形成されている。なお、第１及び第２の
実施の形態では、カシメピンを挿通するピン孔４を磁束
の変化の少ない位置、例えば図２に示すように、磁石収
容孔の凹部側（磁極中心側）の位置に設けたが、本実施
例では、図１２に示すように、磁束の変化が少なく、機
械応力を受け難い磁極間の位置に設けている。勿論、第
１の実施の形態及び第２の実施の形態でも磁束の変化が
少なく、機械応力を受け難い磁極間の位置に設けてもよ
いし、本実施例でも磁束の変化が少ない磁極中心の位置
に設けることもできる。

【００２０】図１３に示す実施例では、切欠部８６は、
底面８６ａ、側面８６ｂ、８６ｃにより形成されてい
る。磁極間側の側面８６ｂ及び磁極中心側の側面８６ｃ
は、回転子コア１の中心点Ｐを通る直線にほぼ平行な直
線に沿って形成されている。本実施例では、側面８６ｂ
及び８６ｃは、回転子コア１の中心点Ｐと端部壁８５の
磁極間側の端部８５ａを通る直線Ｍ２０にほぼ平行な直
線Ｍ２１及びＭ２２に沿って形成されている。また、本
実施例では、ピン孔４を、磁束の変化が少なく、機械応
力を受け難い磁極間の位置に設けている。

【００２１】次に、音や振動を減少させることができる
第４の実施の形態の永久磁石埋め込みモータで用いる回
転子の断面図を図１４に示す。図１４に示す回転子は、
図５に示した回転子と同様に、磁石収容孔３の回転子コ
アの外周側の端部壁、この場合磁石収容孔３の外周部３
ｂの端部壁９７と、回転子コア１の外周側の外周壁９８
との間に空隙部９９が設けられている。本実施の形態で
は、空隙部９９の幅（Ｔ７）が磁石収容孔３に埋め込ま
れた永久磁石１０の外周端部の幅（Ｔ２）より大きく形
成されている。また、空隙部９９は、隣接する磁石収容
孔の方向（磁極間方向）に延びて形成されている。空隙
部９９の断面形状、断面積等は、モータ効率、音や振動
の減少率、高調波の周波数、固定子のスロット数等に応
じて適宜設定される。なお、本実施の形態では、ピン孔
４は、磁束の変化が少ない磁極中心側に設けている。

【００２２】また、図１５に示すように、空隙部１０９
の幅（Ｔ７）を磁石収容孔３に埋め込まれた永久磁石１
０の外周端部の幅（Ｔ２）より大きく形成し、且つ空隙
部１０９を磁極間方向及び磁極中心方向に延ばして形成
することもできる。図１５に示す実施例では、図１２及
び図１３で示した実施例と同様に、角度θ２を調整する
ことにより、リラクタンストルク利用率は低くなるが、
音や振動を減少させることができる。また、角度θ１を
調整することにより、駆動電流に基づいた銅損と回転子
コアの断面積に基づいた鉄損の和を減少させることがで
きる。角度θ１は、電気角で１００度〜１５０度の範囲
内で設定するのが好ましい。したがって、本実施例で
は、空隙部の形状、幅、深さ等は、モータ効率、音や振
動の減少率、高調波の周波数、固定子のスロット数、所
望のモータ特性等に応じて適宜設定される。なお、本実
施例では、ピン孔４を、磁束の変化が少なく、機械応力
を受け難い磁極間の位置に設けている。

【００２３】以上のように、第３の実施の形態及び第４
の実施の形態では、切欠部や空隙部を隣接する磁石収容
孔寄りに形成しているため、リラクタンストルクは第１
の実施の形態及び第２の実施の形態よりは減少するが、
音や振動は第１の実施の形態及び第２の実施の形態より
低減することができる。なお、第３の実施の形態及び第
４の実施の形態においても、切欠部や空隙部により、永
久磁石の外周端部が、回転子コアの外周面より流出入す
る高調波磁束による影響を受け難いため、従来技術に比
べて、永久磁石のモータ効率を低減することなく永久磁
石の使用量も減少させることができる。

【００２４】本発明は、前記した実施の形態に限定され
ることなく、本発明の要旨を変更しない範囲以内で構成
要件の変更、追加、削除等を行うことができる。例え
ば、磁石収容孔としては、凸型の台形状に限定されず、
凸部側が中心側を向いた凸型の弧形状、円弧形状、Ｖの
字形状（例えば図２に示した磁石収容孔１０ａを省略
し、外周部１０ｂをＶの字状に配置した構造）等であっ
てもよい。なお、台形状という記載は、厳密に台形であ
る必要はなく、ほぼ台形状であればよい。また、永久磁
石の軸方向に直角な断面形状は、長方形に限定されず、
台形状、円弧状、三角形状等の種々の形状が可能であ
る。断面が台形状の永久磁石を用いる場合、永久磁石を
交互に反転させ、斜辺同士が対向するように磁石収容孔
内に埋め込むことにより、永久磁石間の空隙を小さくす
ることができ、モータ性能を向上させることができる。
また、第１の実施の形態では、切欠部の側面を回転子コ
アの中心点と端部壁のほぼ中心点を結ぶ直線にほぼ平行
な直線に沿って形成したが、図８に示したように、回転
子コアの中心点を通る直線に沿って形成してもよい。ま
た、第１の実施の形態の切欠部の底面の幅及び第２の実
施の形態の空隙部の幅を端部壁の幅（永久磁石の外周端
部の幅）と同程度に設定したが、切欠部の底面の幅及び
空隙の幅は少なくとも端部壁の幅（永久磁石の外周端部
の幅）を有していればよい。また、磁石収容孔の中央
部、外周部にそれぞれ１個の永久磁石を埋め込んだが、
複数の永久磁石を埋め込んでもよい。また、磁石収容孔
に同じ厚さの永久磁石を埋め込んだが、例えば磁石収容
孔の中央部に厚さの大きい永久磁石、外周部に厚さの小
さい永久磁石を埋め込む等厚さの異なる永久磁石を磁石
収容孔に埋め込むことができる。磁石収容孔の中央部に
外周部の永久磁石の厚さより大きい厚さの永久磁石を埋
め込むことにより、主磁束トルクが増加する。また、異
なる特性の永久磁石を磁石収容孔に埋め込むこともでき
る。例えば、磁石収容孔の中央部に残留磁束密度が高
く、保持力の低い材質の永久磁石を埋め込み、外周部に
残留磁束密度は低いが、保持力が高い材質の永久磁石を
埋め込むことにより、主磁束を高めることができるとと
もに、減磁耐力も高めることができる。また、各磁極に
磁石収容孔を１個設けて単層構造としたが、各磁極に磁
石収容孔を所定間隔を開けて複数個設け、多層構造とす
ることもできる。

【００２５】

【発明の効果】以上説明したように、請求項１に記載の
永久磁石埋め込みモータを用いれば、モータ効率を低下
させることなく永久磁石の使用量を減少させることがで
きる。また、請求項２に記載の永久磁石埋め込みモータ
を用いれば、プレス打ち抜きによる切欠部の成形が容易
となる。また、請求項３に記載の永久磁石埋め込みモー
タを用いれば、モータ効率の低下を少なくすることがで
きる。また、請求項４に記載の永久磁石埋め込みモータ
を用いれば、プレス打ち抜きによる切欠部の成形が容易
となる。また、請求項５に記載の永久磁石埋め込みモー
タを用いれば、音や振動を減少させることができる。ま
た、請求項６に記載の永久磁石埋め込みモータを用いれ
ば、音や振動を減少させることができるとともに、損失
を低減させることができる。また、請求項７に記載の永
久磁石埋め込みモータを用いれば、モータ効率を低下さ
せることなく永久磁石の使用量を減少させることができ
る。また、請求項８に記載の永久磁石埋め込みモータを
用いれば、音や振動を減少させることができる。また、
請求項９に記載の永久磁石埋め込みモータを用いれば、
音や振動を減少させることができるとともに、損失を減
少させることができる。また、請求項１０に記載の永久
磁石埋め込みモータを用いれば、小型、軽量で効率のよ
い永久磁石埋め込みモータを得ることができる。また、
請求項１１及び請求項１２に記載の永久磁石埋め込みモ
ータを用いれば、マグネットトルクとリラクタンストル
クを十分に引き出すことができる。また、請求項１３に
記載の永久磁石埋め込みモータを用いれば、永久磁石の
加工や成形が容易となる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の永久磁石埋め込みモータの第１の実施
の形態で用いる回転子の分解斜視図である。

【図２】本発明の永久磁石埋め込みモータの第１の実施
の形態で用いる回転子の断面図である。

【図３】図２の部分拡大図である。

【図４】本発明の永久磁石埋め込みモータの第２の実施
の形態で用いる回転子の分解斜視図である。

【図５】本発明の永久磁石埋め込みモータの第２の実施
の形態で用いる回転子の断面図である。

【図６】図５の部分拡大図である。

【図７】本発明の永久磁石埋め込みモータの第３の実施
の形態で用いる回転子の断面図である。

【図８】第３の実施の形態で用いる回転子の例を示す図
である。

【図９】第３の実施の形態で用いる回転子の例を示す図
である。

【図１０】第３の実施の形態で用いる回転子の例を示す
図である。

【図１１】第３の実施の形態で用いる回転子の例を示す
図である。

【図１２】第３の実施の形態で用いる回転子の例を示す
図である。

【図１３】第３の実施の形態で用いる回転子の例を示す
図である。

【図１４】本発明の永久磁石埋め込みモータの第４の実
施の形態で用いる回転子の断面図である。

【図１５】第４の実施の形態で用いる回転子の例を示す
図である。

【図１６】従来の永久磁石埋め込みモータの断面図であ
る。

【図１７】図１６の部分拡大図である。

【符号の説明】

１０ａ、１０ｂ永久磁石３ａ、３ｂ磁石収容孔４ピン孔５、７、３５、４５、５５、６５、７５、８５、９７、
１０７磁石収容孔の端部壁６、３６、４６、５６、６６、７６、８６切欠部８、９８、１０８回転子コアの外周壁９、９９、１０９空隙部

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者佐藤光彦愛知県名古屋市瑞穂区新開町11−９シティコーポ新開405 (72)発明者金子清一三重県桑名郡木曽岬町栄68−４ (72)発明者鈴木光広愛知県名古屋市緑区鳴海町字山ノ神72 Ｆターム(参考） 5H622 AA03 CA02 CA07 CA13 CB03 CB05 CB06 DD01 DD02 PP03 PP11 PP14 PP16

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】固定子巻線を有する固定子と、永久磁石
を有する回転子とを備え、回転子は、回転子コアと、回
転子コアに設けられた磁石収容孔に埋め込まれた永久磁
石を有し、磁石収容孔は回転子の軸方向に直角な断面形
状が、凸部側が中心側を向いた凸型形状に形成され、回
転子コアには、磁石収容孔の端部壁から回転子コアの外
周方向に向けて切り欠いた切欠部が形成されており、切
欠部の底面は少なくとも端部壁の幅と同程度の幅を有し
ている永久磁石埋め込みモータ。
【請求項２】請求項１に記載の永久磁石埋め込みモー
タであって、切欠部の側面がほぼ平行に形成されている
永久磁石埋め込みモータ。
【請求項３】請求項２に記載の永久磁石埋め込みモー
タであって、切欠部の側面が、磁石収容孔の端部壁のほ
ぼ中心と回転子コアの中心とを結ぶ直線にほぼ平行な直
線に沿って形成されている永久磁石埋め込みモータ。
【請求項４】請求項１に記載の永久磁石埋め込みモー
タであって、切欠部の側面が回転子コアの中心点を通る
直線に沿って形成されている永久磁石埋め込みモータ。
【請求項５】請求項１〜４のいずれかに記載の永久磁
石埋め込みモータであって、切欠部の幅が磁石収容孔の
幅より大きく形成され、且つ隣接する磁極方向に延びて
形成されている永久磁石埋め込みモータ。
【請求項６】請求項１〜４のいずれかに記載の永久磁
石埋め込みモータであって、切欠部の幅が磁石収容孔の
幅より大きく形成され、且つ隣接する磁極方向及び磁極
中心方向に延びて形成されている永久磁石埋め込みモー
タ。
【請求項７】回転子巻線を有する固定子と、永久磁石
を有する回転子とを備え、回転子は、回転子コアと、回
転子コアに設けられた磁石収容孔に埋め込まれた永久磁
石を有し、磁石収容孔は回転子の軸方向に直角な断面形
状が、凸部側が中心側を向いた凸型形状に形成され、回
転子コアには、磁石収容孔の端部壁と回転子コアの外周
壁との間に空隙部が形成されており、空隙部は少なくと
も端部壁の幅と同程度の幅を有している永久磁石埋め込
みモータ。
【請求項８】請求項７に記載の永久磁石埋め込みモー
タであって、空隙部の幅が磁石収容孔の幅より大きく形
成され、且つ隣接する磁極方向に延びて形成されている
永久磁石埋め込みモータ。
【請求項９】請求項７に記載の永久磁石埋め込みモー
タであって、空隙部の幅が磁石収容孔より大きく形成さ
れ、且つ隣接する磁極方向及び磁極中心方向に延びて形
成されている永久磁石埋め込みモータ。
【請求項１０】請求項１〜９のいずれかに記載の永久
磁石埋め込みモータであって、永久磁石として希土類磁
石を用いた永久磁石埋め込みモータ。
【請求項１１】請求項１〜１０のいずれかに記載の永
久磁石埋め込みモータであって、磁石収容孔は凸型の角
形状に形成されている永久磁石埋め込みモータ。
【請求項１２】請求項１〜１０のいずれかに記載の永
久磁石埋め込みモータであって、磁石収容孔は凸型のＶ
字形状に形成されている永久磁石埋め込みモータ。
【請求項１３】請求項１〜１２のいずれかに記載の永
久磁石埋め込みモータであって、磁石収容孔には、軸方
向に直角な断面形状が長方形に形成された複数の永久磁
石が埋め込まれている永久磁石埋め込みモータ。