JP2003018777A

JP2003018777A - 電動機

Info

Publication number: JP2003018777A
Application number: JP2002051069A
Authority: JP
Inventors: Masaki Tagome; 正樹田米; Yasuhiro Kondo; 康宏近藤; Naoyuki Sumiya; 直之角谷
Original assignee: Matsushita Electric Industrial Co Ltd
Current assignee: Panasonic Holdings Corp
Priority date: 2001-04-25
Filing date: 2002-02-27
Publication date: 2003-01-17
Anticipated expiration: 2022-02-27
Also published as: CN1305202C; EP1253701B1; US20020175585A1; US6919662B2; EP1253701A3; DE60239095D1; US6987343B2; EP1253701A2; JP4071510B2; US20050093388A1; CN1383251A

Abstract

(57)【要約】【課題】異種の回転子部を連結して所望のトルク特性
を得、かつ大型化及びコストアップを来すことなく特性
の低下を防止した電動機を提供する。【解決手段】複数の永久磁石５を有する永久磁石型回
転子部４と複数の突極部７を有するリラクタンス型回転
子部６とを軸方向に連結して成る回転子２と、回転子２
を回転駆動する界磁を発生する固定子３とを備えた電動
機１において、永久磁石型回転子部４とリラクタンス型
回転子部６との間に回転方向にずれ角を持たせて所望の
トルク特性を得、かつリラクタンス型回転子部６に永久
磁石５からの磁束漏れを防止するスリット８を、突極部
７の中心に対して対称形となる位置から回転方向にずれ
角を持たせて形成することにより、非磁性体を介装する
ことなく磁束漏れを防止して特性の低下を防止した。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は電動機に関し、特に
永久磁石型回転子部とリラクタンス型回転子部とを組み
合わせた回転子を用いて設計自由度の拡大を図った電動
機に関するものである。

【０００２】

【従来の技術】従来から、複数の永久磁石を有する永久
磁石型回転子部と複数の突極部を有するリラクタンス型
回転子部とを軸方向に連結させ、設計自由度の拡大を図
った電動機が、例えば特開平７−５９３１０号公報や特
開平９−２９４３６２号公報などで知られている。

【０００３】また、特開平７−５９３１０号公報では、
永久磁石と突極部の間に回転方向にずれ角を設けること
で所望の特性を得ること、及び固定子及び回転子の永久
磁石型回転子部とリラクタンス型回転子部に対向する部
分間に非磁性体を介装することで永久磁石からリラクタ
ンス型回転子部への磁束漏れを防止し、磁気回路的結合
を防止することが開示されている。

【０００４】

【発明が解決しようとする課題】しかしながら、特開平
９−２９４３６２号公報では、単に永久磁石型回転子部
とリラクタンス型回転子部とを組み合わせているだけで
あるため、相互作用による特性低下を防止することがで
きないという問題がある。つまり、永久磁石型回転子部
の永久磁石による磁束がリラクタンス型回転子部に漏
れ、特性低下に繋がるという問題がある。また、永久磁
石型回転子部が発生するトルクが最大となる電流位相値
と、リラクタンス型回転子部が発生するトルクが最大と
なる電流位相値が異なるので、足し合わせたトルクが双
方の最大値の加算にならないという問題がある。

【０００５】一方、特開平７−５９３１０号公報では、
永久磁石型回転子部とリラクタンス型回転子部の間に非
磁性体を介装しているため、それによる大型化及びコス
トアップを来すという問題がある。

【０００６】この問題を解消する技術手段としては、例
えば特開平１１−１９６５４４号公報に開示されている
ように、リラクタンス型回転子部に永久磁石からの磁束
を遮断するためのスリットを形成することが考えられ
る。そのような構成例を、図１６を参照して説明する
と、１は電動機で、回転子２と固定子３にて構成されて
いる。回転子２は、２ｎ（ｎは自然数）個の永久磁石５
を有する永久磁石型回転子部４と、複数の突極部７を有
するリラクタンス型回転子部６とを軸方向に連結して構
成されている。リラクタンス型回転子部６には、永久磁
石５の端部からの磁束漏れを防止するため、永久磁石５
の投影断面内に位置するように突極部７の中心に対して
対称形にスリット８が形成されている。固定子３には、
３ｎ個のティース９が形成されるとともに、各ティース
９に巻線１０が施され、回転子２を回転駆動する界磁を
発生するように構成されている。

【０００７】ところが、このような構成においても、ス
リット８を永久磁石５の投影断面内に納まるように形成
していると、実際に実験してみるとスリット８端部の外
側を通る磁束漏れが想像するよりもかなり大きく、その
ため永久磁石５の端部からリラクタンス型回転子部６へ
の磁束漏れを十分に防止できず、特性低下防止効果が不
充分であることが分かった。

【０００８】また、永久磁石型回転子部４が発生するト
ルクとリラクタンス型回転子部６が発生するトルクを足
し合わせたトルク特性を所望のものとするために、永久
磁石型回転子部４とリラクタンス型回転子部６とを回転
方向にずれ角を持たせて軸方向に連結した時に、スリッ
ト８の作用が十分に発揮されず、磁束漏れによる特性低
下を来すという問題がある。

【０００９】本発明は、上記従来の問題点に鑑み、異種
の回転子部を連結して設計自由度を拡大でき、かつ所望
のトルク特性を得ながら大型化及びコストアップを来す
ことなく特性の低下を防止できる電動機を提供すること
を目的とする。

【００１０】

【課題を解決するための手段】本発明の電動機は、複数
の永久磁石を有する永久磁石型回転子部と複数の突極部
を有するリラクタンス型回転子部とを軸方向に連結して
成る回転子と、回転子を回転駆動する界磁を発生する固
定子とを備えた電動機において、リラクタンス型回転子
部に、永久磁石の投影断面形状内をその周方向に沿って
延びかつ両端部が永久磁石の投影断面形状より外部に突
出して永久磁石からの磁束漏れを防止するスリットを設
けたものであり、スリットの端部を永久磁石の投影断面
形状より外部に突出させたことによって、永久磁石の端
部からリラクタンス型回転子部への磁束漏れを確実に防
止でき、磁束漏れによる特性低下を防止できる。

【００１１】また、永久磁石型回転子部とリラクタンス
型回転子部との間に、永久磁石型回転子部が最大トルク
を発生する電流位相値θ１とリラクタンス型回転子部が
最大トルクを発生する電流位相値θ２との差θ（θ＝θ
１−θ２）に相当する機械角だけ回転方向にずれ角δを
持たせ、かつリラクタンス型回転子部に永久磁石からの
磁束漏れを防止するスリットを、突極部の中心に対して
対称形となる位置から回転方向にずれ角δを持たせて形
成すると、２種の回転子部を各々の最大トルクを発生す
る電流位相値の差に相当する機械角だけ回転方向にずら
せているので、最大の出力トルクを得ることができてト
ルクアップを図ることができるとともに、ずれ角を持た
せて形成したスリットにて永久磁石からの磁束漏れを防
止でき、かつ両回転子部間に非磁性体を介装していない
ので構成のコンパクト化及びコスト低下を図ることがで
きる。

【００１２】また、スリットのずれ角は、スリットが永
久磁石の投影断面形状内に納まる範囲とすることによ
り、上記効果が確実に得られる。

【００１３】また、スリットの両端部を永久磁石の投影
断面形状より外部に突出させることにより、磁束漏れを
さらに確実に防止でき、磁束漏れによる特性低下を防止
できる。

【００１４】また、回転子に、永久磁石型回転子部に隣
接する第１のリラクタンス型回転子部と第１のリラクタ
ンス型回転子部にのみ隣接する第２のリラクタンス型回
転子部を設け、第１のリラクタンス型回転子部に永久磁
石からの磁束漏れを防止するスリットを設けるとともに
永久磁石型回転子部とは回転方向のずれ角を持たせず、
第１のリラクタンス型回転子部と第２のリラクタンス型
回転子部との間に回転方向にずれ角を持たせると、永久
磁石型回転子部と第１のリラクタンス型回転子部との間
でずれ角がないので両回転子部間で永久磁石からの磁束
漏れを確実に防止できて特性低下を防止でき、かつ非磁
性体を介装しないので磁束漏れ防止のためにトルク低下
を来さずコンパクト化及びコスト低下を図ることがで
き、また第１と第２のリラクタンス型回転子部に任意の
ずれ角を持たせることでトルクアップ及び低振動化を図
るなど任意に所望のトルク特性を得ることができる。

【００１５】また、スリットに非磁性体を配置すると、
より確実に磁束漏れを防止できるとともに、スリットに
よる強度低下を抑制できる。

【００１６】また、複数の永久磁石を有する永久磁石型
回転子部と複数の突極部を有するリラクタンス型回転子
部とを軸方向に連結して成る回転子と、回転子を回転駆
動する界磁を発生する固定子とを備えた電動機におい
て、永久磁石型回転子部と固定子の間の空隙部寸法よ
り、リラクタンス型回転子部と固定子の間の空隙部寸法
を小さくすると、永久磁石の配置により遠心力による歪
が大きくなる永久磁石型回転子部の空隙部寸法を大きく
したことにより、永久磁石型回転子部とリラクタンス型
回転子部の回転速度の限界を同等にできて高い回転速度
が得られるとともに、永久磁石型回転子部は空隙部寸法
のトルク特性に対する影響が小さいのに対してリラクタ
ンス型回転子部は空隙部寸法のトルク特性に対する影響
が大きいのでリラクタンス型回転子部のトルク特性の改
善効果が大きく、リラクタンス型回転子部の効率を向上
することができる。

【００１７】また、リラクタンス型回転子部に永久磁石
からの磁束漏れを防止するスリットを設け、そのスリッ
ト幅を固定子との間の空隙部寸法の２倍以上とすると、
永久磁石の正規の磁路に存在する総空隙長より大きな空
隙が漏れ磁束の磁路に形成されるので、上記スリットに
よる磁束漏れ防止効果を確実に得ることができる。

【００１８】また、複数の永久磁石を有する永久磁石型
回転子部と複数の突極部を有するリラクタンス型回転子
部とを軸方向に連結して成る回転子と、回転子を回転駆
動する界磁を発生する固定子とを備えた電動機におい
て、回転子を回転自在に支持する少なくとも１つの軸受
を備え、支持強度の大きい軸受を永久磁石型回転子部側
に配置すると、質量の大きい永久磁石型回転子部側を支
持強度の大きい軸受にて支持する合理的な軸受配置によ
り回転子をコンパクトな構成にて安定的に支持すること
ができる。

【００１９】また、複数の永久磁石を有する永久磁石型
回転子部と複数の突極部を有するリラクタンス型回転子
部とを軸方向に連結して成る回転子と、回転子を回転駆
動する界磁を発生する固定子とを備えた電動機におい
て、固定子の軸方向幅の全幅にわたって永久磁石型回転
子部を配設し、固定子の軸方向幅の外部にリラクタンス
型回転子部を配設すると、永久磁石型回転子部の端部で
ｑ軸及びｄ軸のインダクタンスを変化させ、永久磁石型
回転子部での誘起電圧の発生による回転速度の限界を解
消してモータの回転速度特性を改善でき、回転速度の設
計幅を広げて最大回転速度を高くすることができる。

【００２０】また、複数の永久磁石を有する永久磁石型
回転子部と複数の突極部を有するリラクタンス型回転子
部とを軸方向に連結して成る回転子と、回転子を回転駆
動する界磁を発生する固定子とを備えた電動機におい
て、永久磁石型回転子部とリラクタンス型回転子部との
回転方向の相対位置を選択できるように回転子を外部と
接続するための回転軸と永久磁石型回転子部及びリラク
タンス型回転子部とを回転方向に固定するキー溝を複数
設けると、要求されるトルク特性に応じてキー溝を選択
することで対応でき、種々に要求されるトルク特性に対
して電動機の共通化が可能となり、コスト低下を図るこ
とができる。

【００２１】また、複数のキー溝の形状を各々異ならせ
ると、所望のトルク特性にあったキー溝を選択すること
で、誤りなく容易に組み立てることができる。

【００２２】また、複数のキー溝の内、１つが基本形状
で、残りのキー溝形状は基本形状の少なくとも一部を欠
如させた形状であると、キーを共用できるとともに部分
加工によって種々の形状に対応できるので、低コスト化
を図ることができる。

【００２３】また、複数の永久磁石を有する永久磁石型
回転子部と複数の突極部を有するリラクタンス型回転子
部とを軸方向に連結して成る回転子と、回転子を回転駆
動する界磁を発生する固定子とを備えた電動機におい
て、リラクタンス型回転子部は、外周に突極部を形成す
るための切欠部を有し、かつ切欠部の外周を僅かな磁束
で磁気飽和する程度の幅の磁気飽和部を有する連結枠で
連結すると、リラクタンス型回転子部の外周を連結枠で
円形にでき、電動機を媒体中に配置する場合などに媒体
の攪拌抵抗をなくすことができ、円滑で効率的な回転を
実現でき、かつ磁束が連結枠を通ってバイパスすること
もなく、効率低下を来すこともない。また、永久磁石型
回転子部の端部の永久磁石に欠けが発生しても、そのか
けらは連結枠内に保持されたままになって媒体中に流出
して悪影響を与える恐れも無くすことができる。

【００２４】また、磁気飽和部を少なくとも連結枠の両
側部に設けると、上記効果を奏しながら連結枠の中間部
の強度と剛性を確保でき、回転子の強度を向上できる。
また、コア材をプレス成形する際の型強度を確保するこ
とができ、型費を低減できるとともにメンテナンス工数
を低減できてプレス成形の生産性を向上でき、コスト低
下を図ることができる。

【００２５】また、連結枠に、軸方向に締結固定するボ
ルト穴を形成した幅広の締結部を設けると、回転子の強
度を向上できる。

【００２６】また、上記回転子を、固定子の周囲に回転
自在に配設された円筒型とすることにより、アウタロー
タ型電動機において上記作用効果を奏することができ
る。

【００２７】また、上記のような電動機をハイブリッド
型電気自動車に備えると、磁石式のものに比して同等出
力を維持したまま磁石量を減らすことができ、電動機が
逆駆動される時に誘起電圧の発生を抑えて鉄損を低減で
き、一充電走行距離を延長することができ、また電源バ
ッテリ等の劣化、破損を防止できる。

【００２８】また、上記のような電動機を燃料電池電気
自動車に備えても、同様な効果を得ることができる。

【００２９】

【発明の実施の形態】以下、本発明の電動機の第１の実
施形態について、図１、図２を参照して説明する。な
お、電動機の全体構成は図１６を参照して説明したもの
と実質的に同一であり、本発明の要部のみを説明する。

【００３０】図１（ａ）は電動機１の回転子２を示し、
図１（ｂ）に示す永久磁石型回転子部４と、図１（ｃ）
に示すリラクタンス型回転子部６にて構成されている。
永久磁石型回転子部４は、４（２ｎ，ｎ＝２）つの希土
類磁石やフェライト磁石などの円弧状断面の永久磁石５
を曲率中心を外周側に向けてロータコア１１内に埋設配
置して構成されている。各永久磁石５は、周方向にＮ極
とＳ極が交互となるように配設されている。リラクタン
ス型回転子部６はロータコア１２に４（２ｎ，ｎ＝２）
つの突極部７とそれらの間の切欠部１３を形成して構成
されている。

【００３１】回転子２は、永久磁石５と突極部７との間
に基本的に電気角で９０度の角度を設け、かつその基本
位置から回転方向に所定のずれ角δを持たせた状態で、
永久磁石型回転子部４とリラクタンス型回転子部６を連
結して構成されている。また、リラクタンス型回転子部
６には、永久磁石５からの磁束漏れを防止するスリット
８が、突極部７の中心に対して対称形となる位置から回
転方向にずれ角δを持たせて形成されている。スリット
８は、永久磁石５の軸方向の投影断面形状の中心を通る
円弧形状に形成され、かつ突極部７にずれ角δを持たせ
て形成されているので、永久磁石型回転子部４とリラク
タンス型回転子部６をずれ角δを持たせて連結していて
も、スリット８は永久磁石５の投影断面内の中心線に沿
って配置されている。また、スリット８の両端部は永久
磁石５の投影断面形状より外部に突出され、永久磁石５
からの磁束漏れを確実に防止している。スリット８の幅
は、回転子２と固定子３の間の空隙部寸法の２倍以上に
設定されている。

【００３２】以上の構成によれば、永久磁石型回転子部
４とリラクタンス型回転子部６の間に回転方向のずれ角
を持たせているので、所望のトルク特性を得ることがで
きる。例えば、永久磁石５と突極部７との間に電気角で
９０度の角度を設けた場合、図２（ａ）で示すように、
一点鎖線で示す永久磁石型回転子部４にて得られるトル
ク（マグネットトルクと一部リラクタンストルクの和）
と、破線で示すリラクタンス型回転子部６にて得られる
トルクの和で与えられる出力トルクの最大値はＴ₀であ
るのに対して、図２（ｂ）で示すように、永久磁石型回
転子部４とリラクタンス型回転子部６の間の９０度の角
度から電気角で１５度のずれ角δを設け、永久磁石型回
転子部４によるトルクのピーク値とリラクタンス型回転
子部６によるピーク値を合わせるようにすることによ
り、最大の出力トルクＴ₁（Ｔ₁＞Ｔ₀）を得ることが
できる。また、トルク波形の異なる回転子部４、６の回
転方向のずれ角を調整することによってトルクリップル
の低減を図って低振動化を図ることもできる。

【００３３】また、スリット８の端部を永久磁石５の投
影断面形状より外部に突出させているので、永久磁石５
の端部からリラクタンス型回転子部６への磁束漏れを確
実に防止でき、磁束漏れによる特性低下を防止できる。
さらに、上記のようにスリット８をずれ角δを持たせて
形成しているので、スリット８にて永久磁石５からの磁
束漏れを確実に防止することができ、磁束漏れによる特
性低下を防止することができる。また、従来例のように
両回転子部４、６間に非磁性体を介装していないので構
成のコンパクト化及びコスト低下を図ることができる。

【００３４】なお、スリット８のずれ角は、必ずしも上
記のようにスリット８が永久磁石５の投影断面形状の中
心に沿うように設定する必要はなく、永久磁石型回転子
部４とリラクタンス型回転子部６の間に任意のずれ角を
設定した場合に、永久磁石５の投影断面形状内を通過す
るように設定すればよい。

【００３５】また、スリット８に非磁性体を配置するの
が好ましく、そうするとより確実に磁束漏れを防止でき
るとともに、スリット８による強度低下を抑制できる。

【００３６】次に、本発明の第２の実施形態について、
図３〜図５を参照して説明する。なお、以下の実施形態
の説明においては、先行する実施形態と同一の構成要素
については説明を省略し、特徴部分のみについて説明す
る。また、以下の各実施形態の特徴部分は、先行する実
施形態の構成と併用される場合も、単独で実施される場
合もある。

【００３７】本実施形態では、図３に示すように、リラ
クタンス型回転子部６は、外周に突極部７を形成するた
めの切欠部１３を有し、かつその切欠部１３の外周を、
全長が僅かな磁束で磁気飽和する程度の幅の磁気飽和部
１５からなる連結枠１４にて連結している。なお、磁気
飽和部１５は一部だけ設けてもよい。

【００３８】以上の構成によれば、リラクタンス型回転
子部６の外周を連結枠１４にて円形にしているので、電
動機１を媒体中に配置する場合などに媒体の攪拌抵抗を
なくすことができ、円滑で効率的な回転を実現でき、か
つ磁束が連結枠１４を通ってバイパスすることもなく、
効率低下を来すこともない。

【００３９】従って、冷媒などの媒体中に設置されるコ
ンプレッサなどの駆動用電動機に適用すると、回転子２
の回転に伴って媒体などを攪拌しないので、攪拌抵抗に
よる効率低下を抑制しまた媒体に悪影響を与えないため
好適である。また、永久磁石５の端部に欠けが生じた場
合でも、そのかけらが連結枠１４内に保持されて媒体中
に流出せず、悪影響を無くすことができる。

【００４０】また、図４に示すように、連結枠１４の少
なくとも両側部に磁気飽和部１５を設け、中間部分に幅
広部１６を設けると、上記効果を奏しながら幅広部１６
にて連結枠１４の中間部の強度と剛性を確保でき、回転
子２の強度を向上できる。また、コア金型の耐久性も向
上でき、生産コストを低減することができる。

【００４１】さらに、図５に示すように、連結枠１４
に、軸方向に締結固定するボルト穴１８を形成した幅広
の締結部１７を設け、この締結部１７をボルト１９にて
締結固定すると、さらに回転子１の強度を向上すること
ができる。

【００４２】次に、本発明の第３の実施形態について、
図６〜図８を参照して説明する。

【００４３】本実施形態では、図６に示すように、回転
子２を外部と接続するための回転軸と永久磁石型回転子
部４及びリラクタンス型回転子部６とを回転方向に固定
するために、回転軸（図示せず）を嵌合する永久磁石型
回転子部４又はリラクタンス型回転子部６又はその両者
の軸穴２０に複数のキー溝２１をそれぞれ電気角で１８
０度間隔（本実施形態では９０°間隔）に設定した基準
線に対して０°、δ₁、δ₂、δ₃（δ₁＜δ₂＜
δ₃）のずれ角δをもって形成し、永久磁石型回転子部
４とリラクタンス型回転子部６との回転方向の相対位置
（ずれ角）を選択できるようにしている。また、図７に
示すように、比較的幅の狭いキー溝２２を軸穴２０回り
に、基準線に対して０°、δ₁、δ₂、δ₃、δ₄、δ
₅、δ₆、δ ₇（δ₁＜δ₂＜δ₃＜δ₄＜δ₅＜δ₆
＜δ₇）のずれ角δをもって形成すると、さらにずれ角
の調整範囲を大きくすることができる。

【００４４】以上の構成によれば、要求されるトルク特
性に応じてキー溝２１又は２２を選択することで対応で
き、種々に要求されるトルク特性に対して電動機の共通
化が可能となり、コスト低下を図ることができる。

【００４５】また、上記複数のキー溝２１、２２の形状
を、ずれ角に応じて各々異ならせるのが好適である。例
えば、図８において、（ａ）を永久磁石型回転子部４固
定用のキー２３とし、（ｂ）〜（ｈ）をリラクタンス型
回転子部６固定用のキー２４とし、リラクタンス型回転
子部６の固定位置の回転方向のずれ角に応じて（ｂ）〜
（ｈ）のキー２４を選択するようにするとともに、リラ
クタンス型回転子部６の軸穴２０のキー溝２１又は２２
を各々のずれ角に対応したキー溝形状とすることで、所
望のトルク特性にあったずれ角位置に誤りなく容易に組
み立てることができる。

【００４６】なお、図示例では、（ｂ）が矩形断面の基
本形状、（ｃ）、（ｅ）、（ｇ）は何れか一方の角部を
面取りしたもの、（ｄ）、（ｆ）、（ｈ）は両方の角部
を面取りしたもので、面取り量を逐次大きくしている。
このように、複数のキー溝２１、２２の内、１つが
（ｂ）で示す基本形状で、残りのキー溝２１、２２は基
本形状の少なくとも一部を欠如させた（ｃ）〜（ｈ）に
示す形状とすることにより、キー２４を共用できるとと
もに部分加工によって種々の形状に対応できるので、低
コスト化を図ることができる。

【００４７】次に、第４の実施形態について、図９を参
照して説明する。

【００４８】本実施形態では、永久磁石型回転子部４と
固定子３の間の空隙部寸法ｇ₁より、リラクタンス型回
転子部６と固定子３の間の空隙部寸法ｇ₂を小さく設定
している。

【００４９】本実施形態によれば、永久磁石５の配置に
より遠心力による歪が大きくなる永久磁石型回転子部４
の空隙部寸法ｇ₁を大きくしたことにより、永久磁石型
回転子部４とリラクタンス型回転子部６の回転速度の限
界を同等にできて高い回転速度が得られるとともに、永
久磁石型回転子部４は空隙部寸法ｇ₁のトルク特性に対
する影響が小さいのに対してリラクタンス型回転子部６
は空隙部寸法ｇ₂のトルク特性に対する影響が大きいの
でリラクタンス型回転子部６のトルク特性の改善効果が
大きく、それだけリラクタンス型回転子部６の効率を向
上でき、したがってまたモータ効率を向上することがで
きる。

【００５０】また、その際にリラクタンス型回転子部６
に形成されるスリット８のスリット幅を、永久磁石型回
転子部４と固定子３との間の空隙部寸法ｇ₁の２倍以上
とすることにより、永久磁石５の正規の磁路に存在する
総空隙長である２ｇ₁より大きな空隙がスリット８にて
漏れ磁束の磁路に形成されるので、このスリット８によ
る磁束漏れ防止効果を確実に得ることができる。

【００５１】次に、第５の実施形態について、図１０を
参照して説明する。

【００５２】本実施形態では、回転子２を回転自在に支
持する少なくとも１つの軸受２５を備え、この軸受２５
又は複数の磁石を配設する場合は支持強度の大きい軸受
２５を永久磁石型回転子部４側に配置している。図示例
では、単一の軸受２５を永久磁石型回転子部４側に配置
しているが、両側に軸受２５を設ける場合にも一方を大
型で支持強度の大きいものとして、それを永久磁石型回
転子部４側に配置する。

【００５３】本実施形態によれば、質量の大きい永久磁
石型回転子部４側を支持強度の大きい軸受２５にて支持
する合理的な軸受配置によって、回転子２をコンパクト
な構成にて安定的に支持することができる。

【００５４】次に、第６の実施形態について、図１１を
参照して説明する。

【００５５】本実施形態では、固定子３の軸方向幅の全
幅にわたって永久磁石型回転子部４を配設し、固定子３
の軸方向幅の外部にリラクタンス型回転子部６を配設し
ている。このように構成すると、永久磁石型回転子部４
の端部でｑ軸及びｄ軸のインダクタンスを変化させるこ
とができて回転速度を高くすることができる。

【００５６】次に、第７の実施形態について、図１２を
参照して説明する。上記第１の実施形態では、永久磁石
型回転子部４に複数の永久磁石５を半径方向に１重に配
置した例を示したが、本実施形態では、半径方向に外側
の永久磁石５ａと内側の永久磁石５ｂの二重に配置し、
永久磁石型回転子部４の永久磁石５ａ、５ｂ間にも磁路
を形成してリラクタンストルクが得られるようにしてい
る。このような永久磁石型回転子部４を有する電動機１
においても、リラクタンス型回転子部６に同様にスリッ
ト８を形成することにより、同様の効果を奏することが
できる。

【００５７】次に、第８の実施形態について、図１３を
参照して説明する。上記第３の実施形態では、複数の突
極部７を有するリラクタンス型回転子部６にずれ角が異
なる複数のキー溝２１を形成した例を示したが、本実施
形態では、図１３に示すように、シンクロナスモータの
ロータ２６にずれ角が異なる複数のキー溝２１を形成
し、キー溝２１の選択によって位相を選択調整できるよ
うにしている。これにより、シンクロナスモータにおい
ても同様の効果を奏することができる。

【００５８】次に、第９の実施形態について、図１４を
参照して説明する。上記実施形態では、回転子２を永久
磁石型回転子部４と単一のリラクタンス型回転子部６を
軸方向に直結し、かつ永久磁石型回転子部４とリラクタ
ンス型回転子部６とでずれ角を設けた例を示したが、本
実施形態では、回転子２を、永久磁石型回転子部４と、
これに隣接する第１のリラクタンス型回転子部６ａと、
この第１のリラクタンス型回転子部６ａに隣接する第２
のリラクタンス型回転子部６ｂにて構成している。第１
のリラクタンス型回転子部６ａには永久磁石５からの磁
束漏れを防止するスリット８を設けるとともに永久磁石
型回転子部４とは回転方向のずれ角を持たせず、第１の
リラクタンス型回転子部６ａと第２のリラクタンス型回
転子部６ｂとの間で所望のトルク特性が得られるように
回転方向に適当なずれ角を持たせている。

【００５９】本実施形態によれば、永久磁石型回転子部
４と第１のリラクタンス型回転子部６ａとの間でずれ角
がないので両回転子部４、６ａ間で永久磁石５からの磁
束漏れを確実に防止できて特性低下を防止できるととも
に、両者間に非磁性体を介装しないので磁束漏れ防止の
ためにトルク低下を来さずコンパクト化及びコスト低下
を図ることができる。また、第１と第２のリラクタンス
型回転子部６ａ、６ｂに任意のずれ角を持たせることに
より、トルクアップ及び低振動化を図るなど任意に所望
のトルク特性を得ることができる。

【００６０】なお、本実施形態においては、第２のリラ
クタンス型回転子部６ｂは、図１３の第８の実施形態に
示したようなシンクロナスモータのロータ２６を採用す
ることもでき、このようにトルク波形特性の異なるリラ
クタンス型回転子部を併用することにより、さらにトル
クリップルを低減することができ、低振動化を達成する
ことができる。また、本実施形態では単一の永久磁石型
回転子部４と２つのリラクタンス型回転子部６ａ、６ｂ
を組み合わせた例を示したが、それぞれ任意の複数の回
転子部を組み合わせてもよい。

【００６１】次に、第１０の実施形態について、図１５
を参照して説明する。上記実施形態では、インナーロー
タ型の電動機に本発明を適用した例を説明したが、本実
施形態では、図１５に示すように、アウタロータ型の電
動機３１において、固定子３３の外周に回転自在に配設
されている回転子３２を、複数の永久磁石３５を配置し
た永久磁石回転子部３４と、複数の突極部３７を形成し
たリラクタンス型回転子部３６とを回転方向にずれ角を
持たせて連結して構成するとともに、そのリラクタンス
型回転子部３６に永久磁石３５からの磁束漏れを防止す
るスリット３８をずれ角を持たせて形成している。

【００６２】このようにアウタロータ型の電動機３１に
対しても本発明を適用することにより、上記第１の実施
形態と同様の作用効果を奏することができる。

【００６３】以上の各実施形態の電動機１、３１は、小
型、高出力、高効率であるため、第２の実施形態で示し
たコンプレッサの駆動用電動機に好適に適用できる外
に、ハイブリッド型や燃料電池型などの電気自動車の駆
動電動機や、大出力ファンの駆動用電動機に好適に適用
することができる。

【００６４】特に、ハイブリッド型電気自動車において
上記電動機１、３１を搭載すると、従来の磁石式電動機
を使用したハイブリッド型電気自動車に対して、リラク
タンストルクにより高出力化が実現されるため、電動機
出力としては同等出力を維持したまま、電動機が動作停
止してエンジンによって電動機が回転される場合や制動
時や下り坂等により電動機が回転させられる場合に、回
転子部に使用する磁石量が低減されていることで、誘起
電圧の発生を抑えて鉄損を低減させることができ、その
結果ハイブリッド型電気自動車の一充電走行距離を延長
することが可能となる。また、電動機が停止状態、つま
りエンジンの出力だけで自動車が高速走行を行っている
際にも、回転子部に使用している磁石量を減らしている
ため、電動機の高速回転による発生電圧を低減させ、電
源バッテリ等の劣化、破損を防止することができる。

【００６５】また、燃料電池電気自動車においても、同
様な効果を得ることができる。

【００６６】

【発明の効果】本発明の電動機によれば、以上の説明か
ら明らかなように、永久磁石型回転子部とリラクタンス
型回転子部とを軸方向に連結した電動機において、リラ
クタンス型回転子部に、永久磁石の投影断面形状内をそ
の周方向に沿って延びかつ両端部が永久磁石の投影断面
形状より外部に突出して永久磁石からの磁束漏れを防止
するスリットを設けたので、永久磁石の投影断面形状よ
り外部にスリットの端部が突出しているため、永久磁石
の端部からリラクタンス型回転子部への磁束漏れを確実
に防止でき、磁束漏れによる特性低下を防止できる。

【００６７】また、永久磁石型回転子部とリラクタンス
型回転子部との間に、永久磁石型回転子部が最大トルク
を発生する電流位相値θ１とリラクタンス型回転子部が
最大トルクを発生する電流位相値θ２との差θ（θ＝θ
１−θ２）に相当する機械角だけ回転方向にずれ角δを
持たせ、かつリラクタンス型回転子部に永久磁石からの
磁束漏れを防止するスリットを、突極部の中心に対して
対称形となる位置から回転方向にずれ角δを持たせて形
成すると、２種の回転子部を、各々の最大トルクを発生
する電流位相値の差に相当する機械角だけ回転方向にず
らせているので、最大の出力トルクを得ることができて
トルクアップを図ることができるとともに、ずれ角を持
たせて形成したスリットにて永久磁石からの磁束漏れを
防止でき、かつ両回転子部間に非磁性体を介装していな
いので構成のコンパクト化及びコスト低下を図ることが
できる。

【００６８】また、回転子に、永久磁石型回転子部に隣
接する第１のリラクタンス型回転子部と第１のリラクタ
ンス型回転子部にのみ隣接する第２のリラクタンス型回
転子部を設け、第１のリラクタンス型回転子部に永久磁
石からの磁束漏れを防止するスリットを設けるとともに
永久磁石型回転子部とは回転方向のずれ角を持たせず、
第１のリラクタンス型回転子部と第２のリラクタンス型
回転子部との間に回転方向にずれ角を持たせると、永久
磁石型回転子部と第１のリラクタンス型回転子部との間
でずれ角がないので両回転子部間で永久磁石からの磁束
漏れを確実に防止できて特性低下を防止でき、かつ非磁
性体を介装しないので磁束漏れ防止のためにトルク低下
を来さずコンパクト化及びコスト低下を図ることがで
き、また第１と第２のリラクタンス型回転子部に任意の
ずれ角を持たせることでトルクアップ及び低振動化を図
るなど任意に所望のトルク特性を得ることができる。

【００６９】また、スリットに非磁性体を配置すると、
より確実に磁束漏れを防止できるとともに、スリットに
よる強度低下を抑制できる。

【００７０】また、永久磁石型回転子部と固定子の間の
空隙部寸法より、リラクタンス型回転子部と固定子の間
の空隙部寸法を小さくすると、永久磁石型回転子部とリ
ラクタンス型回転子部の回転速度の限界を同等にできて
高い回転速度が得られるとともに、永久磁石型回転子部
は空隙部寸法のトルク特性に対する影響が小さいのに対
してリラクタンス型回転子部は空隙部寸法のトルク特性
に対する影響が大きいのでリラクタンス型回転子部のト
ルク特性の改善効果が大きく、リラクタンス型回転子部
の効率を向上することができる。

【００７１】また、リラクタンス型回転子部に永久磁石
からの磁束漏れを防止するスリットを設け、そのスリッ
ト幅を固定子との間の空隙部寸法の２倍以上とすると、
永久磁石の正規の磁路に存在する総空隙長より大きな空
隙が漏れ磁束の磁路に形成されるので、上記スリットに
よる磁束漏れ防止効果を確実に得ることができる。

【００７２】また、回転子を回転自在に支持する少なく
とも１つの軸受を備え、支持強度の大きい軸受を永久磁
石型回転子部側に配置すると、質量の大きい永久磁石型
回転子部側を支持強度の大きい軸受にて支持する合理的
な軸受配置により回転子をコンパクトな構成にて安定的
に支持することができる。

【００７３】また、固定子の軸方向幅の全幅にわたって
永久磁石型回転子部を配設し、固定子の軸方向幅の外部
にリラクタンス型回転子部を配設すると、永久磁石型回
転子部の端部でｑ軸及びｄ軸インダクタンスを変化させ
ることができて回転速度を高くすることができる。

【００７４】また、永久磁石型回転子部とリラクタンス
型回転子部との回転方向の相対位置を選択できるように
回転子を外部と接続するための回転軸と永久磁石型回転
子部及びリラクタンス型回転子部とを回転方向に固定す
るキー溝を複数設けると、トルク特性に応じてキー溝を
選択することで、種々のトルク特性に対して電動機の共
通化が可能となり、コスト低下を図ることができる。

【００７５】また、複数のキー溝の形状を各々異ならせ
ると、所望のトルク特性にあったキー溝を選択すること
で、誤りなく容易に組み立てることができる。

【００７６】また、複数のキー溝の内、１つが基本形状
で、残りのキー溝形状は基本形状の少なくとも一部を欠
如させた形状であると、キーを共用できるとともに部分
加工によって種々の形状に対応できるので、低コスト化
を図ることができる。

【００７７】また、リラクタンス型回転子部は、外周に
突極部を形成するための切欠部を有し、かつ切欠部の外
周を僅かな磁束で磁気飽和する程度の幅の磁気飽和部を
有する連結枠で連結すると、リラクタンス型回転子部の
外周を連結枠で円形にでき、電動機を媒体中に配置する
場合などに媒体の攪拌抵抗をなくすことができ、円滑で
効率的な回転を実現でき、かつ磁束が連結枠を通ってバ
イパスすることもなく、効率低下を来すこともない。ま
た、永久磁石型回転子部の端部の永久磁石に欠けが発生
しても、そのかけらは連結枠内に保持されたままになっ
て媒体中に流出して悪影響を与える恐れも無くすことが
できる。

【００７８】また、磁気飽和部を少なくとも連結枠の両
側部に設けると、上記効果を奏しながら連結枠の中間部
の強度と剛性を確保でき、回転子の強度を向上できる。
また、コア材をプレス成形する際の型強度を確保するこ
とができ、型費を低減できるとともにメンテナンス工数
を低減できてプレス成形の生産性を向上でき、コスト低
下を図ることができる。

【００７９】また、連結枠に、軸方向に締結固定するボ
ルト穴を形成した幅広の締結部を設けると、回転子の強
度を向上できる。

【００８０】また、上記回転子を、固定子の周囲に回転
自在に配設された円筒型とすることにより、アウタロー
タ型電動機において上記作用効果を奏することができ
る。

【００８１】また、上記のような電動機をハイブリッド
型電気自動車に備えると、磁石式のものに比して同等出
力を維持したまま磁石量を減らすことができ、電動機が
逆駆動される時に誘起電圧の発生を抑えて鉄損を低減で
き、一充電走行距離を延長することができ、また電源バ
ッテリ等の劣化、破損を防止できる。

【００８２】また、上記のような電動機を燃料電池電気
自動車に備えても、同様な効果を得ることができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の電動機の第１の実施形態の構成を示
し、（ａ）は縦断面図、（ｂ）は（ａ）のＡ−Ａ矢視断
面図、（ｃ）は（ａ）のＢ−Ｂ矢視断面図である。

【図２】電動機のトルク特性を示し、（ａ）は従来例の
トルク特性図、（ｂ）は本実施形態のトルク特性図であ
る。

【図３】本発明の電動機の第２の実施形態におけるリラ
クタンス型回転子部の構成図である。

【図４】同実施形態におけるリラクタンス型回転子部の
変形例の構成図である。

【図５】同実施形態におけるリラクタンス型回転子部の
他の変形例の構成図である。

【図６】本発明の電動機の第３の実施形態におけるキー
溝配置図である。

【図７】同実施形態における変形例のキー溝配置図であ
る。

【図８】同実施形態におけるキーの各種形状の説明図で
ある。

【図９】本発明の電動機の第４の実施形態の構成図であ
る。

【図１０】本発明の電動機の第５の実施形態の構成図で
ある。

【図１１】本発明の電動機の第６の実施形態の構成図で
ある。

【図１２】本発明の電動機の第７の実施形態の構成図で
ある。

【図１３】本発明の電動機の第８の実施形態の構成図で
ある。

【図１４】本発明の電動機の第９の実施形態の構成図で
ある。

【図１５】本発明の電動機の第１０の実施形態の構成図
である。

【図１６】従来技術から考えられる電動機の構成例を示
し、（ａ）は縦断面図、（ｂ）は（ａ）のＣ−Ｃ矢視断
面図、（ｃ）は（ａ）のＤ−Ｄ矢視断面図である。

【符号の説明】

１電動機２回転子３固定子４永久磁石型回転子部５永久磁石６リラクタンス型回転子部６ａ第１のリラクタンス型回転子部６ｂ第２のリラクタンス型回転子部７突極部８スリット１４連結枠１５磁気飽和部１７締結部１８ボルト穴２１キー溝２２キー溝２５軸受

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者角谷直之大阪府門真市大字門真1006番地松下電器産業株式会社内Ｆターム(参考） 5H619 AA01 BB01 BB06 BB15 BB24 PP02 PP04 PP08 5H621 BB02 BB10 GA04 GB10 HH01 JK03 JK13 5H622 AA04 CA02 CA05 CA10 CA13 CB04 PP17

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】複数の永久磁石を有する永久磁石型回転
子部と複数の突極部を有するリラクタンス型回転子部と
を軸方向に連結して成る回転子と、回転子を回転駆動す
る界磁を発生する固定子とを備えた電動機において、リ
ラクタンス型回転子部に、永久磁石の投影断面形状内を
その周方向に沿って延びかつ両端部が永久磁石の投影断
面形状より外部に突出して永久磁石からの磁束漏れを防
止するスリットを設けたことを特徴とする電動機。
【請求項２】複数の永久磁石を有する永久磁石型回転
子部と複数の突極部を有するリラクタンス型回転子部と
を軸方向に連結して成る回転子と、回転子を回転駆動す
る界磁を発生する固定子とを備えた電動機において、永
久磁石型回転子部とリラクタンス型回転子部との間に、
永久磁石型回転子部が最大トルクを発生する電流位相値
θ１とリラクタンス型回転子部が最大トルクを発生する
電流位相値θ２との差θ（θ＝θ１−θ２）に相当する
機械角だけ回転方向にずれ角δを持たせ、かつリラクタ
ンス型回転子部に永久磁石からの磁束漏れを防止するス
リットを、突極部の中心に対して対称形となる位置から
回転方向にずれ角δを持たせて形成したことを特徴とす
る電動機。
【請求項３】スリットのずれ角は、スリットが永久磁
石の投影断面形状内に納まる範囲としたことを特徴とす
る請求項２記載の電動機。
【請求項４】スリットの両端部を永久磁石の投影断面
形状より外部に突出させたことを特徴とする請求項２又
は３記載の電動機。
【請求項５】複数の永久磁石を有する永久磁石型回転
子部と複数の突極部を有するリラクタンス型回転子部と
を軸方向に連結して成る回転子と、回転子を回転駆動す
る界磁を発生する固定子とを備えた電動機において、回
転子に、永久磁石型回転子部に隣接する第１のリラクタ
ンス型回転子部と第１のリラクタンス型回転子部にのみ
隣接する第２のリラクタンス型回転子部を設け、第１の
リラクタンス型回転子部に永久磁石からの磁束漏れを防
止するスリットを設けるとともに永久磁石型回転子部と
は回転方向のずれ角を持たせず、第１のリラクタンス型
回転子部と第２のリラクタンス型回転子部との間に回転
方向にずれ角を持たせたことを特徴とする電動機。
【請求項６】スリットに非磁性体を配置したことを特
徴とする請求項１〜５の何れかに記載の電動機。
【請求項７】複数の永久磁石を有する永久磁石型回転
子部と複数の突極部を有するリラクタンス型回転子部と
を軸方向に連結して成る回転子と、回転子を回転駆動す
る界磁を発生する固定子とを備えた電動機において、永
久磁石型回転子部と固定子の間の空隙部寸法より、リラ
クタンス型回転子部と固定子の間の空隙部寸法を小さく
したことを特徴とする電動機。
【請求項８】リラクタンス型回転子部に永久磁石から
の磁束漏れを防止するスリットを設け、そのスリット幅
を固定子との間の空隙部寸法の２倍以上としたことを特
徴とする請求項７記載の電動機。
【請求項９】複数の永久磁石を有する永久磁石型回転
子部と複数の突極部を有するリラクタンス型回転子部と
を軸方向に連結して成る回転子と、回転子を回転駆動す
る界磁を発生する固定子とを備えた電動機において、回
転子を回転自在に支持する少なくとも１つの軸受を備
え、支持強度の大きい軸受を永久磁石型回転子部側に配
置したことを特徴とする電動機。
【請求項１０】複数の永久磁石を有する永久磁石型回
転子部と複数の突極部を有するリラクタンス型回転子部
とを軸方向に連結して成る回転子と、回転子を回転駆動
する界磁を発生する固定子とを備えた電動機において、
固定子の軸方向幅の全幅にわたって永久磁石型回転子部
を配設し、固定子の軸方向幅の外部にリラクタンス型回
転子部を配設したことを特徴とする電動機。
【請求項１１】複数の永久磁石を有する永久磁石型回
転子部と複数の突極部を有するリラクタンス型回転子部
とを軸方向に連結して成る回転子と、回転子を回転駆動
する界磁を発生する固定子とを備えた電動機において、
永久磁石型回転子部とリラクタンス型回転子部との回転
方向の相対位置を選択できるように回転子を外部と接続
するための回転軸と永久磁石型回転子部及びリラクタン
ス型回転子部とを回転方向に固定するキー溝を複数設け
たことを特徴とする電動機。
【請求項１２】複数のキー溝の形状を各々異ならせた
ことを特徴とする請求項１１記載の電動機。
【請求項１３】複数のキー溝の内、１つが基本形状
で、残りのキー溝形状は基本形状の少なくとも一部を欠
如させた形状であることを特徴とする請求項１２記載の
電動機。
【請求項１４】複数の永久磁石を有する永久磁石型回
転子部と複数の突極部を有するリラクタンス型回転子部
とを軸方向に連結して成る回転子と、回転子を回転駆動
する界磁を発生する固定子とを備えた電動機において、
リラクタンス型回転子部は、外周に突極部を形成するた
めの切欠部を有し、かつ切欠部の外周を僅かな磁束で磁
気飽和する程度の幅の磁気飽和部を有する連結枠で連結
したことを特徴とする電動機。
【請求項１５】磁気飽和部を少なくとも連結枠の両側
部に設けたことを特徴とする請求項１４記載の電動機。
【請求項１６】連結枠に、軸方向に締結固定するボル
ト穴を形成した幅広の締結部を設けたことを特徴とする
請求項１４又は１５記載の電動機。
【請求項１７】回転子は、固定子の周囲に回転自在に
配設された円筒型であることを特徴とする請求項１〜１
６の何れかに記載の電動機。
【請求項１８】請求項１〜１７の何れかに記載の電動
機を備えたことを特徴とするハイブリッド型電気自動
車。
【請求項１９】請求項１〜１７の何れかに記載の電動
機を備えたことを特徴とする燃料電池電気自動車。