JP2016082696A

JP2016082696A - 埋込磁石型モータおよび埋込磁石型モータのロータ

Info

Publication number: JP2016082696A
Application number: JP2014211325A
Authority: JP
Inventors: 孝規都築; Takanori Tsuzuki; 宮田　大介; Daisuke Miyata; 大介宮田
Original assignee: Aisin Seiki Co Ltd
Current assignee: Aisin Corp
Priority date: 2014-10-16
Filing date: 2014-10-16
Publication date: 2016-05-16
Also published as: EP3010126A2; EP3010126B1; EP3010126A3; US20160111924A1; US9997969B2

Abstract

【課題】永久磁石の歩留まりが悪くなるのを抑制し、かつ、誘起電圧の波形が正弦波から大きく歪むのを抑制しながら、リラクタンストルクを大きくすることが可能な埋込磁石型モータを提供する。
【解決手段】この埋込磁石型モータ１００は、中間部分２０ｃの直径Ｒ３を、ロータコア２０のｄ軸に対応する部分２０ａの直径Ｒ１およびｑ軸に対応する部分２０ｂの直径Ｒ２よりも小さくすることにより、中間部分２０ｃにおけるステータコア１０とロータコア２０との間のエアギャップ３１が、ロータコア２０のｄ軸に対応する部分２０ａ（ｑ軸に対応する部分２０ｂ）におけるエアギャップ３２（エアギャップ３３）よりも大きくなるように構成されている。
【選択図】図２

Description

本発明は、埋込磁石型モータおよび埋込磁石型モータのロータに関し、特に、永久磁石が埋め込まれたロータコアを備える埋込磁石型モータおよび埋込磁石型モータのロータに関する。

従来、永久磁石が埋め込まれたロータコアを備える埋込磁石型モータが知られている（たとえば、特許文献１参照）。

上記特許文献１には、永久磁石が埋め込まれたロータコアを備える埋込磁石型モータが開示されている。この埋込磁石型モータでは、永久磁石は、中央部分の厚みが大きく、両端部に向かうにしたがって厚みが徐々に小さくなるように形成されている。これにより、永久磁石の中央部分に近い部分ほど、磁束が通りにくくなるように構成されている。その結果、電気子巻線が形成するｄ軸方向の磁束が通りにくくなる一方、ｑ軸方向の磁束が通り易くなる。これにより、ｑ軸インダクタンスＬ_ｑとｄ軸インダクタンスＬ_ｄとの差が大きくなり、リラクタンストルク（ステータコアからの磁界とロータコアの突極との間の吸引力によるトルク）を大きくすることが可能になる。なお、ｄ軸とは、主磁束の方向であり、ｑ軸とは、ｄ軸と電気的に直交する方向である。また、リラクタンストルクは、ｑ軸インダクタンスＬ_ｑとｄ軸インダクタンスＬ_ｄとの差に比例する。

また、上記特許文献１に記載の埋込磁石型モータでは、ロータコアは、軸方向から見て、真円形状を有する。

特開２００７−６６５７号公報

しかしながら、上記特許文献１に記載の埋込磁石型モータでは、永久磁石を、中央部分の厚みが大きく、両端部に向かうにしたがって厚みが徐々に小さくなるように形成するため、矩形形状の永久磁石を加工する必要がある。このため、永久磁石の歩留まりが悪くなるという問題点がある。また、ロータコアが、軸方向から見て、真円形状を有するため、電気子巻線により形成される誘起電圧の波形が正弦波から大きく歪むという問題点がある。

この発明は、上記のような課題を解決するためになされたものであり、この発明の１つの目的は、永久磁石の歩留まりが悪くなるのを抑制し、かつ、誘起電圧の波形が正弦波から大きく歪むのを抑制しながら、リラクタンストルクを大きくすることが可能な埋込磁石型モータおよび埋込磁石型モータのロータを提供することである。

上記目的を達成するために、この発明の第１の局面における埋込磁石型モータは、ステータコアと、ステータコアに対向するように設けられ、断面が矩形形状の複数の永久磁石が埋め込まれたロータコアとを備え、ロータコアのｄ軸に対応する部分とｑ軸に対応する部分との間の中間部分の直径を、ロータコアのｄ軸に対応する部分とｑ軸に対応する部分との直径よりも小さくすることにより、中間部分におけるステータコアとロータコアとの間のエアギャップが、ロータコアのｄ軸に対応する部分とｑ軸に対応する部分とにおけるステータコアとロータコアとの間のエアギャップよりも大きくなるように構成されている。

この発明の第１の局面による埋込磁石型モータでは、上記のように、ロータコアのｄ軸に対応する部分とｑ軸に対応する部分との間の中間部分におけるステータコアとロータコアとの間のエアギャップを、ロータコアのｄ軸に対応する部分とｑ軸に対応する部分とにおけるステータコアとロータコアとの間のエアギャップよりも大きくなるように構成する。これにより、中間部分においてｄ軸方向の磁束が通りにくくなるので、その分、ｄ軸インダクタンスＬ_ｄを小さくすることができる。その結果、ｑ軸インダクタンスＬ_ｑとｄ軸インダクタンスＬ_ｄとの差が大きくなるので、リラクタンストルク（ステータコアからの磁界とロータコアの突極との間の吸引力によるトルク）を大きくすることができる。また、上記のように、断面が矩形形状の複数の永久磁石をロータコアに埋め込む。これにより、断面が矩形形状の永久磁石を加工してｄ軸インダクタンスＬ_ｄを小さくする場合と異なり、永久磁石の歩留まりが悪くなるのを抑制することができる。また、上記のように、中間部分の直径を、ロータコアのｄ軸に対応する部分とｑ軸に対応する部分との直径よりも小さくすることによって、ロータコアの外周の形状を正弦波形状に近づけることができるので、誘起電圧の波形が正弦波から大きく歪むのを抑制することができる。これらの結果、永久磁石の歩留まりが悪くなるのを抑制し、かつ、誘起電圧の波形が正弦波から大きく歪むのを抑制しながら、リラクタンストルクを大きくすることができる。

上記第１の局面による埋込磁石型モータにおいて、好ましくは、中間部分は、軸方向から見て、エアギャップの大きさが、ｄ軸からｑ軸に向かうにしたがって、徐々に大きくなった後、徐々に小さくなるように、Ｖ字状の形状に形成されている。このように構成すれば、ロータコアの外周の形状を正弦波形状に近づけることができるので、誘起電圧の波形をより正弦波形状に近づけることができる。

上記第１の局面による埋込磁石型モータにおいて、好ましくは、ロータコアのｑ軸に対応する部分のうちの磁路に対応する部分の、ロータコアの外周の接線方向に沿った方向の幅は、ステータコアのティースの巻線が巻回される部分の、ロータコアの外周の接線方向に沿った方向の幅の２０％以上３２％以下である。このように構成すれば、リラクタンストルクおよびマグネットトルク（ステータコアからの磁界と永久磁石との間の吸引力および反発力によるトルク）の大きさを比較的大きくしながら、モータトルクを大きくすることができる。なお、この点は、後述する発明者による実験により確認済みである。

上記第１の局面による埋込磁石型モータにおいて、好ましくは、ロータコアのｄ軸に対応する部分は、ｄ軸を含み、かつ、直径が同一のロータコアの部分であり、ロータコアのｑ軸に対応する部分は、ｑ軸を含み、かつ、直径が同一のロータコアの部分である。このように構成すれば、ロータコアのｄ軸（ｑ軸）に対応する部分では直径が変化しないので、エアギャップの大きさも変化しない。これにより、ロータコアのｄ軸（ｑ軸）に対応する部分よりも直径の小さい中間部分におけるエアギャップの大きさと、ロータコアのｄ軸（ｑ軸）に対応する部分におけるエアギャップの大きさとの差異を確実に生じさせることができる。

上記第１の局面による埋込磁石型モータにおいて、好ましくは、ロータコアのｄ軸に対応する部分は、ｄ軸を含み、かつ、直径が同一のロータコアの部分であり、直径が同一のロータコアのｄ軸に対応する部分のロータコアの外周の接線方向の幅が、ステータコアのティースの先端部の接線方向に沿った方向の幅以下に設定されている。このように構成すれば、直径が同一のロータコアのｄ軸に対応する部分を比較的小さくすることができるので、その分、中間部分を大きくすることができる。その結果、ロータコアの外周の形状をより一層正弦波形状に近づけることができるので、誘起電圧の波形が正弦波から大きく歪むのをより抑制することができる。

この発明の第２の局面における埋込磁石型モータのロータは、断面が矩形形状の複数の永久磁石が埋め込まれたロータコアを備え、ロータコアのｄ軸に対応する部分とｑ軸に対応する部分との間の中間部分の直径を、ロータコアのｄ軸に対応する部分とｑ軸に対応する部分との直径よりも小さくすることにより、中間部分におけるステータコアとロータコアとの間のエアギャップが、ロータコアのｄ軸に対応する部分とｑ軸に対応する部分とにおけるステータコアとロータコアとの間のエアギャップよりも大きくなるように構成されている。

この発明の第２の局面による埋込磁石型モータのロータでは、上記のように、ロータコアのｄ軸に対応する部分とｑ軸に対応する部分との間の中間部分におけるステータコアとロータコアとの間のエアギャップを、ロータコアのｄ軸に対応する部分とｑ軸に対応する部分とにおけるステータコアとロータコアとの間のエアギャップよりも大きくなるように構成する。これにより、中間部分においてｄ軸方向の磁束が通りにくくなるので、その分、ｄ軸インダクタンスＬ_ｄを小さくすることができる。その結果、ｑ軸インダクタンスＬ_ｑとｄ軸インダクタンスＬ_ｄとの差が大きくなり、リラクタンストルク（ステータコアからの磁界とロータコアの突極との間の吸引力によるトルク）を大きくすることができる。また、上記のように、断面が矩形形状の複数の永久磁石をロータコアに埋め込む。これにより、断面が矩形形状の永久磁石を加工してｄ軸インダクタンスＬ_ｄを小さくする場合と異なり、永久磁石の歩留まりが悪くなるのを抑制することができる。また、上記のように、中間部分の直径を、ロータコアのｄ軸に対応する部分とｑ軸に対応する部分との直径よりも小さくすることによって、ロータコアの外周の形状を正弦波形状に近づけることができるので、誘起電圧の波形が正弦波から大きく歪むのを抑制することができる。これらの結果、永久磁石の歩留まりが悪くなるのを抑制し、かつ、誘起電圧の波形が正弦波から大きく歪むのを抑制しながら、リラクタンストルクを大きくすることが可能な埋込磁石型モータのロータを提供することができる。

なお、本出願では、上記第１の局面による埋込磁石型モータとは別に、以下のような他の構成も考えられる。

（付記項１）
すなわち、本出願の他の構成による埋込磁石型モータでは、ロータコアの永久磁石が埋め込まれている部分の周方向外側には、永久磁石の減磁を抑制するための空隙が設けられており、ロータコアのｑ軸の磁路に対応する部分のうちの空隙に挟まれた部分の、ロータコアの外周の接線方向の幅は、直径方向に沿って一定である。このように構成すれば、空隙の大きさを比較的大きくしながら、ロータコアのｑ軸の磁路に対応する部分が小さくなるのを抑制することができる。なお、この場合の「一定」とは、幅が均一な場合のみならず、幅が略均一（実質的に均一）な場合も含む概念である。

（付記項２）
ロータコアのｑ軸の磁路に対応する部分の、ロータコアの外周の接線方向の幅は、ステータコアのティースの先端部の周方向に突出した突出部分の接線方向の幅よりも大きい。このように構成すれば、ロータコアのｑ軸の磁路に対応する部分が小さくなることに起因して、ｑ軸インダクタンスＬ_ｑが小さくなるのを抑制することができる。

（付記項３）
Ｖ字形状の中間部分の直径方向内側の根元部分の角度は、軸方向から見て、鈍角である。このように構成すれば、Ｖ字形状の中間部分の直径方向内側の根元部分の角度が鋭角である場合と異なり、ｄ軸からｑ軸に向かう中間部分の直径が緩やかに変化するので、ロータコアの外周の形状をさらに正弦波形状に近づけることができ、その結果、誘起電圧の波形が正弦波から大きく歪むのをさらに抑制することができる。

（付記項４）
中間部分は、ロータコアのｄ軸に対応する部分の周方向の一方側と他方側との両方に設けられている。このように構成すれば、ロータコアのｄ軸に対応する部分の周方向の一方側と他方側とにおいて、ロータコアの外周の形状をより正弦波形状に近づけることができ、その結果、誘起電圧の波形が正弦波から大きく歪むのをより確実に抑制することができる。

（付記項５）
ロータコアのｄ軸に対応する部分は、ｄ軸を含み、かつ、ｄ軸から中間部分までのロータコアの部分であり、ロータコアのｑ軸に対応する部分は、ｑ軸を含み、かつ、ｑ軸から中間部分までのロータコアの部分である。このように構成すれば、ロータコアのｄ軸（ｑ軸）に対応する部分と中間部分とが接続されるので、誘起電圧の波形の形状を滑らかにすることができる。

本発明によれば、上記のように、永久磁石の歩留まりが悪くなるのを抑制し、かつ、誘起電圧の波形が正弦波から大きく歪むのを抑制しながら、リラクタンストルクを大きくすることができる。

本発明の一実施形態による埋込磁石型モータの正面図である。本発明の一実施形態による埋込磁石型モータの拡大図である。本発明の一実施形態による埋込磁石型モータのｄ軸方向およびｑ軸方向の磁束を説明するための図である。ｑ軸の磁路の幅と、リラクタンストルク、マグネットトルクおよびモータトルクとの関係を示す図である。本発明の一実施形態の変形例による埋込磁石型モータの拡大図である。

以下、本発明の実施形態を図面に基づいて説明する。

図１および図２を参照して、本実施形態による埋込磁石型モータ１００の構成について説明する。

図１に示すように、埋込磁石型モータ１００は、ステータコア１０と、ロータコア２０とを備えている。ロータコア２０は、ステータコア１０に対向するように、円環状のステータコア１０の内側に設けられている。

ステータコア１０の内周側には、複数のティース１１が設けられている。また、隣接するティース１１の間に、スロット１２が形成されている。ティース１１（スロット１２）には、巻線１３が巻回されるように構成されている。

図２に示すように、ティース１１は、巻線１３が巻回される部分１１ａと、内周側の先端部１１ｂとを含む。ティース１１の巻線１３が巻回される部分１１ａの、ロータコア２０の外周の接線方向の幅は、Ｗ１である。また、ティース１１の先端部１１ｂの、ロータコア２０の外周の接線方向の幅は、Ｗ２である。さらに、ティース１１の先端部１１ｂの周方向に突出した突出部分１１ｃ（巻線１３が巻回される部分１１ａから周方向に突出した部分）の幅は、Ｗ３（＝Ｗ２−Ｗ１）である。また、隣接するティース１１の間の間隔Ｄは、ティース１１の巻線１３が巻回される部分１１ａの接線方向の幅Ｗ１よりも小さい（Ｄ＜Ｗ１）。

また、本実施形態では、ロータコア２０には、軸方向から見て、断面が矩形形状（長方形形状）の複数の永久磁石２１が埋め込まれている。なお、永久磁石２１は、焼結などにより断面が矩形形状（長方形形状）を有するブロック形状に形成されている。

また、永久磁石２１は、ロータコア２０に設けられた穴部２２に嵌合されている。穴部２２は、軸方向から見て、台形状の形状に形成されている。そして、穴部２２のロータコア２０の外周側の内側面２２ａと、内周側の内側面２２ｂとによって、それぞれ、永久磁石２１の外周側の側面２１ａと内周側の側面２１ｂとを支持している。また、穴部２２は、穴部２２の内側方向に突出する凸状面２２ｃを有しており、凸状面２２ｃにより、永久磁石２１の周方向の側面２１ｃを支持している。

また、穴部２２は、永久磁石２１の側面２１ｃよりも、ロータコア２０の周方向外側に張り出すように形成されている。これにより、ロータコア２０の永久磁石２１が埋め込まれている部分の周方向外側には、空隙２３が形成される。空隙２３は、永久磁石２１の減磁を抑制する機能を有する。また、穴部２２は、永久磁石２１の内周側の側面２１ｂよりも、ロータコア２０の内周側に張り出すように形成されている。これにより、ロータコア２０の永久磁石２１が埋め込まれている部分の内周側には、空隙２４が形成される。空隙２４は、永久磁石２１の角部２１ｄを逃がすために設けられている。

また、ロータコア２０には、ロータコア２０のｄ軸に対応する部分２０ａと、ｑ軸に対応する部分２０ｂとが設けられている。ここで、本実施形態では、ロータコア２０のｄ軸に対応する部分２０ａは、ｄ軸を含み、かつ、直径Ｒ１が同一のロータコア２０の部分（後述する幅Ｗ４を有する部分）である。また、ロータコア２０のｑ軸に対応する部分２０ｂは、ｑ軸を含み、かつ、直径Ｒ２が同一のロータコア２０の部分（後述する幅Ｗ５を有する部分）である。言い換えると、ロータコア２０のｄ軸に対応する部分２０ａは、ｄ軸を含み、かつ、ｄ軸から後述する中間部分２０ｃまでのロータコア２０の部分であり、ロータコア２０のｑ軸に対応する部分２０ｂは、ｑ軸を含み、かつ、ｑ軸から中間部分２０ｃまでのロータコア２０の部分である。なお、本実施形態では、直径Ｒ１と直径Ｒ２とは、等しい（Ｒ１＝Ｒ２）。

なお、図３に示すように、ｄ軸とは、主磁束の方向（永久磁石２１の中心を通る直径Ｒ１（図２参照）に沿った方向）であり、ｑ軸とは、ｄ軸と電気的に直交する方向である。そして、ｄ軸方向の磁束は、永久磁石２１を貫通するように通過する。また、ｑ軸方向の磁束は、永久磁石２１を貫通しないようにロータコア２０を通過する。なお、永久磁石２１は、透磁率が小さいので、ｄ軸インダクタンスＬ_ｄは、比較的小さくなる。一方、ロータコア２０の透磁率は大きいで、ｑ軸インダクタンスＬ_ｑは、比較的大きくなる（Ｌ_ｑ＞Ｌ_ｄ）。これにより、埋込磁石型モータ１００では、突極比（Ｌ_ｑ／Ｌ_ｄ）が、１よりも大きくなる。また、リラクタンストルクは、ｑ軸インダクタンスＬ_ｑとｄ軸インダクタンスＬ_ｄとの差に比例する。

ここで、本実施形態では、図２に示すように、ロータコア２０のｄ軸に対応する部分２０ａ（直径Ｒ１が同一の部分）の、ロータコア２０の外周の接線方向の幅Ｗ４は、ティース１１の先端部１１ｂの接線方向に沿った方向の幅Ｗ２よりも小さくなる（Ｗ４＜Ｗ２）ように設定されている。たとえば、幅Ｗ４は、幅Ｗ２の約６７％の大きさを有する。

また、ロータコア２０のｑ軸に対応する部分２０ｂ（直径Ｒ２が同一の部分）の、ロータコア２０の外周の接線方向の幅は、Ｗ５である。また、ロータコア２０のｑ軸に対応する部分２０ｂには、ｑ軸の磁路に対応する部分１２０ｂが含まれている。磁路に対応する部分１２０ｂは、空隙２３に挟まれた部分を有し、この部分の接線方向の幅Ｗ６は、直径Ｒ２方向に沿って一定である。なお、この場合の「一定」とは、幅が均一な場合のみならず、幅が略均一（実質的に均一）な場合も含む概念である。ここで、本実施形態では、磁路に対応する部分１２０ｂの、ロータコア２０の外周の接線方向に沿った方向の幅Ｗ６は、ティース１１の巻線１３が巻回される部分１１ａの、ロータコア２０の外周の接線方向に沿った方向の幅Ｗ１の２０％以上３２％以下である。具体的には、図２では、幅Ｗ６は、幅Ｗ１の約３１％の大きさを有する。

また、ロータコア２０のｑ軸の磁路に対応する部分１２０ｂの、接線方向の幅Ｗ６は、ティース１１の先端部１１ｂの周方向に突出した突出部分１１ｃの接線方向の幅Ｗ３よりも大きい（Ｗ６＞Ｗ３）。

ここで、本実施形態では、ロータコア２０のｄ軸に対応する部分２０ａとｑ軸に対応する部分２０ｂとの間には、中間部分２０ｃが設けられている。なお、中間部分２０ｃは、ロータコア２０のうちの永久磁石２１が配置されている部分よりも外側の部分（第１部分１２１ｃ）と、空隙２３の外側の部分（第２部分１２２ｃ）とを含んでいる。そして、中間部分２０ｃの直径Ｒ３は、ロータコア２０のｄ軸に対応する部分２０ａの直径Ｒ１と、ｑ軸に対応する部分２０ｂの直径Ｒ２よりも小さくなる（Ｒ３＜Ｒ１＝Ｒ２）ように構成されている。これにより、埋込磁石型モータ１００は、中間部分２０ｃにおけるステータコア１０とロータコア２０との間のエアギャップ３１が、ロータコア２０のｄ軸に対応する部分２０ａ（ｑ軸に対応する部分２０ｂ）におけるステータコア１０とロータコア２０との間のエアギャップ３２（エアギャップ３３）よりも大きくなるように構成されている。すなわち、エアギャップ３１の直径方向の大きさ（間隔）ｄ１は、エアギャップ３２（エアギャップ３３）の直径方向の大きさｄ２（ｄ３）よりも大きい（ｄ１＞ｄ２＝ｄ３）。

また、本実施形態では、中間部分２０ｃは、軸方向から見て、エアギャップ３１の大きさが、ｄ軸からｑ軸に向かうにしたがって、徐々に大きくなった後、徐々に小さくなるように、Ｖ字状の形状に形成されている。具体的には、中間部分２０ｃのうちの第１部分１２１ｃの厚みｔ１は、ｄ軸からｑ軸に向かうにしたがって、徐々に小さくなる。また、中間部分２０ｃのうちの第２部分１２２ｃの厚みｔ２は、ｄ軸からｑ軸に向かうにしたがって、大きさがあまり変化しない。これにより、中間部分２０ｃは、軸方向から見て、Ｖ字状の形状に形成される。また、第２部分１２２ｃの接線方向に沿った方向の幅Ｗ７は、磁路に対応する部分１２０ｂの接線方向に沿った方向の幅Ｗ６よりも小さい（Ｗ７＜Ｗ６）。

また、Ｖ字形状の中間部分２０ｃの直径方向内側の根元部分の角度θは、軸方向から見て、鈍角である。具体的には、図２では、角度θは、１６２度である。

また、中間部分２０ｃは、ロータコア２０のｄ軸に対応する部分２０ａの周方向の一方側と他方側との両方に設けられている。また、中間部分２０ｃは、ロータコア２０のｑ軸に対応する部分２０ｂの周方向の一方側と他方側との両方に設けられている。

次に、図４を参照して、ｑ軸の磁路に対応する部分１２０ｂの幅Ｗ６と、埋込磁石型モータ１００のリラクタンストルク、マグネットトルク、および、モータトルクとの関係について行った実験について説明する。図４では、横軸は、ティース１１の巻線１３が巻回される部分１１ａの幅Ｗ１に対するｑ軸の磁路に対応する部分１２０ｂの幅Ｗ６の比率（％）を表している。また、左側の縦軸は、マグネットトルクおよびモータトルクの大きさ[Ｎｍ]を表し、右側の縦軸は、リラクタンストルクの大きさ[Ｎｍ]を表している。

図４に示すように、この実験では、ティース１１の幅Ｗ１に対するｑ軸の磁路に対応する部分１２０ｂの幅Ｗ６の比率を、１０％、２０％、３０％、４０％および５０％に変化させた。その結果、リラクタンストルクは、比率が１０％から大きくなるにしたがって、徐々に大きくなり、比率が３０％のときに、最大（約１．７[Ｎｍ]）になることが判明した。その後、リラクタンストルクは、比率が３０％から大きくなるにしたがって、徐々に小さくなることが判明した。

また、マグネットトルクは、比率が１０％のときに、最大（約２．２[Ｎｍ]）になり、比率が１０％から大きくなるにしたがって、徐々に小さくなることが判明した。また、比率が３０％を超えると、マグネットトルクが小さくなる度合い（傾き）が、比率が３０％以下の場合と比べて大きくなることが判明した。また、モータトルクもマグネットトルクと同様に、比率が１０％のときに、最大（約２．４[Ｎｍ]）になり、比率が１０％から大きくなるにしたがって、徐々に小さくなることが判明した。

この実験の結果から、比較的大きなリラクタンストルクと比較的大きなマグネットトルク（２[Ｎｍ]以上）とを得るためには、ティース１１の巻線１３が巻回される部分１１ａの幅Ｗ１に対するｑ軸の磁路に対応する部分１２０ｂの幅Ｗ６の比率を、２０％以上３２％以下にすればよいことが判明した。

本実施形態では、以下のような効果を得ることができる。

本実施形態では、上記のように、ロータコア２０のｄ軸に対応する部分２０ａとｑ軸に対応する部分２０ｂとの間の中間部分２０ｃにおけるステータコア１０とロータコア２０との間のエアギャップ３１を、ロータコア２０のｄ軸に対応する部分２０ａ（ｑ軸に対応する部分２０ｂ）におけるステータコア１０とロータコア２０との間のエアギャップ３２（エアギャップ３３）よりも大きくなるように構成する。これにより、中間部分２０ｃにおいてｄ軸方向の磁束が通りにくくなるので、その分、ｄ軸インダクタンスＬ_ｄを小さくすることができる。その結果、ｑ軸インダクタンスＬ_ｑとｄ軸インダクタンスＬ_ｄとの差が大きくなるので、リラクタンストルク（ステータコア１０からの磁界とロータコア２０の突極との間の吸引力によるトルク）を大きくすることができる。また、上記のように、断面が矩形形状の複数の永久磁石２１をロータコア２０に埋め込む。これにより、断面が矩形形状の永久磁石２１を加工してｄ軸インダクタンスＬ_ｄを小さくする場合と異なり、永久磁石２１の歩留まりが悪くなるのを抑制することができる。また、上記のように、中間部分２０ｃの直径Ｒ３を、ロータコア２０のｄ軸に対応する部分２０ａの直径Ｒ１とｑ軸に対応する部分２０ｂの直径Ｒ２よりも小さくすることによって、ロータコア２０の外周の形状を正弦波形状に近づけることができるので、誘起電圧の波形が正弦波から大きく歪むのを抑制することができる。これらの結果、永久磁石２１の歩留まりが悪くなるのを抑制し、かつ、誘起電圧の波形が正弦波から大きく歪むのを抑制しながら、リラクタンストルクを大きくすることができる。

また、本実施形態では、上記のように、中間部分２０ｃを、軸方向から見て、エアギャップ３１の大きさが、ｄ軸からｑ軸に向かうにしたがって、徐々に大きくなった後、徐々に小さくなるように、Ｖ字状の形状に形成する。これにより、ロータコア２０の外周の形状を正弦波形状に近づけることができるので、誘起電圧の波形をより正弦波形状に近づけることができる。

また、本実施形態では、上記のように、ロータコア２０のｑ軸に対応する部分２０ｂのうちの磁路に対応する部分１２０ｂの、ロータコア２０の外周の接線方向に沿った方向の幅Ｗ６を、ステータコア１０のティース１１の巻線１３が巻回される部分１１ａの、ロータコア２０の外周の接線方向に沿った方向の幅Ｗ１の２０％以上３２％以下にする。これにより、リラクタンストルクおよびマグネットトルク（ステータコア１０からの磁界と永久磁石２１との間の吸引力および反発力によるトルク）の大きさを比較的大きくしながら、モータトルクを大きくすることができる。なお、この点は、上記の発明者による実験により確認済みである。

また、本実施形態では、上記のように、ロータコア２０のｄ軸に対応する部分２０ａを、ｄ軸を含み、かつ、直径Ｒ１が同一のロータコア２０の部分とし、ロータコア２０のｑ軸に対応する部分２０ｂを、ｑ軸を含み、かつ、直径Ｒ２が同一のロータコア２０の部分とする。これにより、ロータコア２０のｄ軸（ｑ軸）に対応する部分２０ａでは直径Ｒ１（Ｒ２）が変化しないので、エアギャップの大きさも変化しない。これにより、ロータコア２０のｄ軸に対応する部分２０ａ（ｑ軸に対応する部分２０ｂ）よりも直径Ｒ３の小さい中間部分２０ｃにおけるエアギャップ３１の大きさと、ロータコア２０のｄ軸に対応する部分２０ａ（ｑ軸に対応する部分２０ｂ）におけるエアギャップ３２（エアギャップ３３）の大きさとの差異を確実に生じさせることができる。

また、本実施形態では、上記のように、直径Ｒ１が同一のロータコア２０のｄ軸に対応する部分２０ａのロータコア２０の外周の接線方向の幅Ｗ４を、ステータコア１０のティース１１の先端部１１ｂの接線方向に沿った方向の幅Ｗ２よりも小さく設定する。これにより、直径Ｒ１が同一のロータコア２０のｄ軸に対応する部分２０ａを比較的小さくすることができるので、その分、中間部分２０ｃを大きくすることができる。その結果、ロータコア２０の外周の形状をより一層正弦波形状に近づけることができるので、誘起電圧の波形が正弦波から大きく歪むのをより抑制することができる。

なお、今回開示された実施形態は、すべての点で例示であって制限的なものではないと考えられるべきである。本発明の範囲は、上記した実施形態の説明ではなく特許請求の範囲によって示され、さらに特許請求の範囲と均等の意味および範囲内でのすべての変更（変形例）が含まれる。

たとえば、上記実施形態では、ロータコア２０のｄ軸に対応する部分２０ａの直径Ｒ１と、ロータコア２０のｑ軸に対応する部分２０ｂの直径Ｒ２とが同一（Ｒ１＝Ｒ２）である例を示したが、本発明はこれに限られない。たとえば、図５に示す変形例による埋込磁石型モータ２００のように、ロータコア２２０のｑ軸に対応する部分２２０ｂの直径Ｒ４を、ロータコア２２０のｄ軸に対応する部分２２０ａの直径Ｒ１よりも大きく（Ｒ４＞Ｒ１）してもよい。これにより、ロータコア２２０のｑ軸に対応する部分２２０ｂのエアギャップ２３２（間隔ｄ５）が、ロータコア２２０のｄ軸に対応する部分２２０ａのエアギャップ２３１（間隔ｄ４）に比べて小さくなり、ｑ軸インダクタンスＬ_ｑを大きくすることが可能になる。その結果、リラクタンストルクを大きくすることが可能になる。

また、上記実施形態では、中間部分２０ｃが、軸方向から見てＶ字状の形状に形成されている例を示したが、本発明はこれに限られない。たとえば、中間部分２０ｃを軸方向から見てＶ字状以外の形状（Ｕ字状の形状など）に形成してもよい。

また、上記実施形態では、ロータコア２０のｄ軸に対応する部分２０ａの接線方向の幅Ｗ４が、ティース１１の先端部１１ｂの接線方向に沿った方向の幅Ｗ２よりも小さくなる（Ｗ４＜Ｗ２）ように設定されている例を示したが、本発明はこれに限られない。本発明では、ロータコア２０のｄ軸に対応する部分２０ａの接線方向の幅Ｗ４が、ティース１１の先端部１１ｂの接線方向に沿った方向の幅Ｗ２以下（Ｗ４≦Ｗ２）に設定されていればよい。

また、上記実施形態では、Ｖ字形状の中間部分２０ｃの直径方向内側の根元部分の角度θが、軸方向から見て、１６２度である例を示したが、本発明はこれに限られない。たとえば、Ｖ字形状の中間部分２０ｃの直径方向内側の根元部分の角度θを、１６２度以外の鈍角にしてもよい。

また、上記実施形態では、中間部分２０ｃが、ロータコア２０のｄ軸に対応する部分２０ａの周方向の一方側と他方側との両方に設けられている例を示したが、本発明はこれに限られない。たとえば、中間部分２０ｃを、ロータコア２０のｄ軸に対応する部分２０ａの周方向の一方側のみ（他方側のみ）に設けてもよい。

１０ステータコア
１１ティース
１１ａ巻線が巻回される部分
１１ｂ先端部
１３巻線
２１永久磁石
２０ロータコア
２０ａｄ軸に対応する部分
２０ｂｑ軸に対応する部分
２０ｃ中間部分
３１、３２、３３エアギャップ
１００、２００埋込磁石型モータ
１２０ｂ部分
Ｒ１ｄ軸に対応する部分の直径
Ｒ２、Ｒ４ｑ軸に対応する部分の直径
Ｒ３中間部分の直径
Ｗ１ティースの巻線が巻回される部分の幅
Ｗ２ティースの先端部の幅
Ｗ４ｄ軸に対応する部分の幅
Ｗ６ｑ軸の磁路に対応する部分の幅

Claims

ステータコアと、
前記ステータコアに対向するように設けられ、断面が矩形形状の複数の永久磁石が埋め込まれたロータコアとを備え、
前記ロータコアのｄ軸に対応する部分とｑ軸に対応する部分との間の中間部分の直径を、前記ロータコアのｄ軸に対応する部分とｑ軸に対応する部分との直径よりも小さくすることにより、前記中間部分における前記ステータコアと前記ロータコアとの間のエアギャップが、前記ロータコアのｄ軸に対応する部分とｑ軸に対応する部分とにおける前記ステータコアと前記ロータコアとの間のエアギャップよりも大きくなるように構成されている、埋込磁石型モータ。
前記中間部分は、軸方向から見て、前記エアギャップの大きさが、ｄ軸からｑ軸に向かうにしたがって、徐々に大きくなった後、徐々に小さくなるように、Ｖ字状の形状に形成されている、請求項１に記載の埋込磁石型モータ。
前記ロータコアのｑ軸に対応する部分のうちの磁路に対応する部分の、前記ロータコアの外周の接線方向に沿った方向の幅は、前記ステータコアのティースの巻線が巻回される部分の、前記ロータコアの外周の接線方向に沿った方向の幅の２０％以上３２％以下である、請求項１または２に記載の埋込磁石型モータ。
前記ロータコアのｄ軸に対応する部分は、ｄ軸を含み、かつ、直径が同一の前記ロータコアの部分であり、前記ロータコアのｑ軸に対応する部分は、ｑ軸を含み、かつ、直径が同一の前記ロータコアの部分である、請求項１〜３のいずれか１項に記載の埋込磁石型モータ。
前記ロータコアのｄ軸に対応する部分は、ｄ軸を含み、かつ、直径が同一の前記ロータコアの部分であり、
直径が同一の前記ロータコアのｄ軸に対応する部分の前記ロータコアの外周の接線方向の幅が、前記ステータコアのティースの先端部の前記接線方向に沿った方向の幅以下に設定されている、請求項１〜４のいずれか１項に記載の埋込磁石型モータ。
断面が矩形形状の複数の永久磁石が埋め込まれたロータコアを備え、
前記ロータコアのｄ軸に対応する部分とｑ軸に対応する部分との間の中間部分の直径を、前記ロータコアのｄ軸に対応する部分とｑ軸に対応する部分との直径よりも小さくすることにより、前記中間部分におけるステータコアと前記ロータコアとの間のエアギャップが、前記ロータコアのｄ軸に対応する部分とｑ軸に対応する部分とにおける前記ステータコアと前記ロータコアとの間のエアギャップよりも大きくなるように構成されている、埋込磁石型モータのロータ。