JP6857959B2 - 磁石埋め込み型モータ用ロータ構造及びこの構造を備えるモータ - Google Patents

Description

本願発明は、多数のロータコア板を軸方向に積層してなるロータコアの周縁部に複数の永久磁石を埋設した磁石埋め込み型モータ用ロータ構造及びこの構造を備えるモータに関する。

回転子に磁石が埋め込まれたモータの回転子が高速回転しても、磁石が剥がれたり飛散したりする虞は無いが、回転子の外側に配設される固定子と回転子の磁石との距離が大きくなり、磁力が弱くなって回転子のトルクが低下するという問題が生じる。そこで、回転子の磁石を埋め込むためのロータコア板の形状を工夫して、磁石のマグネットトルクだけではなく、磁力線によるリラクタンストルクも利用して、得られるトルクを増大可能な磁石埋め込み型モータが提案されている（特許文献１参照）。

この特許文献１に記載されロータコア板は、強磁性体からなる円板を周方向に複数に分割した扇形状の薄板を、回転軸方向に積層するとともに周方向に薄板同士を結合して構成されている。薄板の内部には、永久磁石を挿入するための２つの孔が設けられている。

孔は、扇状に形成された薄板の周縁部の周方向中央部から薄板の両側へ直線状に延びるようにして一対形成されている。これらの孔は、薄板の周縁部の内側に形成された矩形状孔部と、矩形状孔部に繋がって薄板の側部へ延びる長方形状の長孔部とを有して構成されている。長孔部に磁石が挿入される。孔は、周方向に隣接する他の薄板に形成された孔と連通して対となり、この対となる２つの孔の夫々に磁石が極を揃えて挿着される。

このように構成されたモータの回転子の回転時には、回転子を囲むようにして配設された固定子のｑ軸電流による磁束が回転子を引き付けることで、リラクタンストルクが生じて、回転子を回転させるためのトルクを増大することができる。このリラクタンストルクを生じさせるｑ軸電流による磁束線は、磁気抵抗の小さい対となる孔間の薄板内を通り、この磁束線の密度が高いほどリラクタンストルクは大きくなる。

特開２０１２−２０５４４６号公報

しかしながら、特許文献１に記載の回転子の薄板に形成された矩形状孔部は、回転子径方向に直線状に延びているため、ｑ軸電流による磁束線の一部が矩形状孔部によって遮られて磁束線の磁束密度が低下し、リラクタンストルクが低下する虞がある。

一方、近年、希土類磁石の価格は高騰しているので、特許文献１に記載の多数の磁石が使用されている回転子では、モータのコストが上昇する。そこで、磁石の数を減らせばモータのコスト上昇を抑えることができるが、安易に磁石の数を減らすと、モータのトルクが低下して所望のトルクを得ることが出来なくなる。

本発明の少なくとも幾つかの実施形態は、上述の事情に鑑みて、回転子に埋設された磁石の数を減らしても、モータのトルク低下を招かない磁石埋め込み型モータ用ロータ構造及びこの構造を備えるモータを提供することを目的とする。

本発明の少なくとも一つの実施形態に係わる磁石埋め込み型モータ用ロータ構造は、
多数のロータコア板を軸方向に積層してなるロータコアの周縁に複数の永久磁石を埋設する磁石埋め込み型モータ用ロータ構造であって、
前記ロータコア板は、
該ロータコア板の外周部に周方向に沿って延びるとともに等間隔に複数設けられ、前記ロータコア板の軸方向に貫通するマグネット取付孔と、
複数の前記マグネット取付孔の夫々の径方向外側の前記ロータコア板の外周部に該ロータコア板と一体形成される突極部と、
複数の前記マグネット取付孔の夫々に固定された状態で収容される前記永久磁石と、
前記ロータコア板の周方向に隣接する前記突極部間の空間領域に形成され、周方向に隣接する前記突極部の夫々の径方向外側端部間を繋ぐ橋部、該橋部の周方向中間部から前記ロータコア板の軸心側へ延びて該ロータコア板に一体的に形成される支柱部、及び周方向に隣接する永久磁石の端面によって囲まれて、前記支柱部の両側に形成される一対の孔部と、を有して形成され、
前記孔部を形成する前記橋部のうち前記マグネット取付孔に繋がる部分は、前記ロータコア板を軸心方向から見たときに、前記マグネット取付孔に収容される前記永久磁石の中心軸（ｄ軸）に直交する仮想線に対して前記ロータコア板の径方向外側に傾く角度が鋭角であるとともに前記ロータコア板の径方向外側に進むにしたがって小さくなるように湾曲形成され、
前記孔部を形成する前記橋部のうち前記支柱部側に繋がる部分は、前記ロータコア板の径方向外側へ進むに従って前記孔部に隣接する前記永久磁石側へ湾曲形成されるように構成される。

上記磁石埋め込み型モータ用ロータ構造によれば、橋部のうちマグネット取付孔に繋がる部分は、ロータコア板を軸心方向から見たときに、永久磁石の中心軸（ｄ軸）に直交する仮想線に対してロータコア板の径方向外側に傾く角度が鋭角であるとともに橋部に接近するにしたがって小さくなるように湾曲形成されている。このため、橋部のうちマグネット取付孔に繋がる部分が径方向に直線状に延びる場合と比較して、橋部のうちマグネット取付孔に繋がる部分とロータコア板の周縁部との間の領域を、広くすることができる。このため、ステータのコイルが作るｑ軸方向の磁束線の一部が孔部によって遮られる磁束線を少なくすることができ、突極部を通る磁束線の磁束密度の低下を抑えることができる。よって、ステータのコイルが作るｑ軸方向の磁束線によるリラクタンストルクを増大することができる。このため、ロータに設けられる永久磁石の数を減らしても、モータのトルク低下を防止することができる。よって、モータのコスト上昇を抑えるために磁石の数を減らしても、モータのトルク低下を招かない磁石埋め込み型モータ用ロータ構造を提供することができる。また、回転子が高速回転すると、橋部には回転子の径方向外側へ向く遠心力が作用して橋部に応力が生じるが、孔部を形成する橋部のうちマグネット取付孔に繋がる部分及び支柱部側に繋がる部分は、共に湾曲形成されている。よって、これらの部分に応力集中が発生する虞を無くすことができ、橋部の損傷を抑えることができる。

また、本発明の少なくとも幾つかの実施形態は、
前記支柱部は、前記ロータコア板の軸心方向へ向いて延びているように構成される。

この場合、支柱部はロータコア板の軸心方向に向いて延びているので、回転子の回転時に、支柱部を介して橋部に作用する遠心力をロータコア板の軸心側方向へ向く応力で支持することができる。このため、橋部に作用する遠心力が確実に支持されるので、回転子の回転時において、橋部が損傷する虞をより小さくすることができる。

また、本発明の少なくとも幾つかの実施形態は、
前記一対の孔部は、前記支柱部を中央として前記ロータコア板の周方向に対称的に形成されている。

この場合、一対の孔部は支柱部を中央としてロータコア板の周方向に対称的に形成されているので、回転子の回転時に、一対の孔部を形成する橋部に生じる応力も対称的に生じる。このため、孔部を形成する橋部に偏った応力が発生する虞を未然に防止することができ、橋部が損傷する虞をより低減することができる。

また、本発明の少なくとも一つの実施形態に係わる磁石埋め込み型モータは、
請求項１〜３のいずれかに記載の磁石埋め込み型モータ用ロータを回転自在に支持するモータケースと、
前記モータケースの内面に前記磁石埋め込み型モータ用ロータの外周面に対して所定のエアギャップを有して固定されるステータと、を備えるように構成される。

上記磁石埋め込み型モータによれば、請求項１〜３のいずれかに記載の磁石埋め込み型モータ用ロータ構造を有したロータを回転自在に支持するモータケースの内面に、ロータの外周面に対して所定のエアギャップを有して固定されるステータを備えることで、モータのコスト上昇を抑えるために磁石の数を減らしても、モータのトルク低下を招かない磁石埋め込み型モータ用ロータ構造を備えるモータを実現できる。

本発明の少なくとも幾つかの実施形態によれば、モータのコスト上昇を抑えるために磁石の数を減らしても、モータのトルク低下を招かない磁石埋め込み型モータ用ロータ構造及びこの構造を備えるモータを提供することができる。

本発明に係る磁石埋め込み型モータ用ロータ構造を備えるロータコア板及びこれを囲むステータを有したモータの断面図である。 図１に示すロータコア板の周縁部の周辺の部分拡大図である。 ステータの電機子のｑ軸電流が作る磁束線の磁束密度分布を示したモータの断面である。 ステータ電流をゼロとしたときの永久磁石が作る磁束線の磁束密度分布を示したモータの断面図である。 支柱部の幅が狭い場合の磁束線の磁束密度分布を示したモータの断面図である。 支柱部の幅が広い場合の磁束線の磁束密度分布を示したモータの断面図である。 支柱部の幅に対するモータのトルク、トルクリプル、端子電圧の関係を示すグラフである。 孔を形成する橋部のうちマグネット取付孔に繋がる部分の立上り角度θに対するモータのトルク、トルクリプル、端子電圧の関係を示すグラフである。 孔の深さに対するモータのトルク、トルクリプル、端子電圧の関係を示すグラフである。 ステータ電流の位相φに対するモータの直軸インダクタンスＬｄ、横軸インダクタンスＬｑとの関係を示すグラフである。 ステータ電流の振幅Ｉｍに対する直軸インダクタンスＬｄ、横軸インダクタンスＬｑとの関係を示すグラフである。

以下、添付図面を参照して本発明の実施形態について、図１〜図１１を参照しながら説明する。本実施形態のモータは、９スロット６極タイプを例にして以下説明する。但し、この実施形態に記載されている構成部品の寸法、材質、形状、その相対配置などは特に特定的な記載がない限り、この発明の範囲をそれのみに限定する趣旨ではない。

図１は、磁石埋め込み型モータ用ロータ構造を備えるモータの断面図である。モータ１は、図１に示すように、回転自在に支持されたロータコア１０と、ロータコア１０を囲むようにして配置されたステータ５０とを有して構成される。ロータコア１０は、円板状に形成されたロータコア板１１を軸方向に多数積層して構成される。ロータコア板１１は、軟磁性材で形成されている。軟磁性材は、その材質を問わないが、例えば、珪素鋼、純鉄、合金鋼の鉄系であることが好ましい。

ロータコア板１１の中央部には、回転軸１２が挿入される挿入孔部１１ａが設けられ、ロータコア板１１の円周部には、永久磁石１３を挿着するためのマグネット取付孔１１ｂが周方向に等間隔を有して複数設けられている。マグネット取付孔１１ｂは、ロータコア板１１の外周部に周方向に直線状に延びる長方形状に形成されている。本実施形態では、マグネット取付孔１１ｂは、周方向に隣接する他のマグネット取付孔１１ｂに対して６０度の角度を有して設けられている。

多数のロータコア板１１を軸方向に積層すると、ロータコア板１１の夫々に形成されたマグネット取付孔１１ｂ同士が連通する。この連通するマグネット取付孔１１ｂに、ロータコア１０の径方向一方側がＮ極で他方側がＳ極の永久磁石１３が挿着されている。周方向に隣接するマグネット取付孔１１ｂの夫々に装着される永久磁石１３は、極の配置が互いに反対方向を向くように挿着される。

マグネット取付孔１１ｂの径方向外側には、ロータコア板１１と一体形成される突極部１１ｃが形成されている。突極部１１ｃは、図２に示すように、その外縁部が円弧状に形成されている。この突極部１１ｃの外縁部は、この外縁部が永久磁石１３のｄ軸と交差する点Ｐとロータコア板１１の軸心Ｓとの間の距離を有した半径Ｒｂより小さい半径Ｒａ（Ｒａ＜Ｒｂ）を有してｄ軸のステータ５０側を凸にした円弧状に形成されている。なお、半径Ｒａの中心Ｓ'は、点Ｐと軸心Ｓとを繋ぐ線Ｌａ上に設けられる。また、半径Ｒｂが描くロータコア１０の外径を、以下、「ロータ外径」と記す。図２は、周方向に隣接する永久磁石１３間の最短距離（永久磁石１３間の四隅のうちロータ径方向内側の二隅間の距離）ｄｍが磁石長Ｌｍに対して０．６３４の場合を示している。

ここで、ステータ５０の電機子５１の磁力ｆがロータコア１０の永久磁石１３を引き付ける場合、磁力ｆのうちロータコア１０の回転方向成分ｆ_θが回転トルクを生む。この磁力ｆは、ステータ５０の電機子５１のコイルに流す電流（以下、「ステータ電流」と記す。）により生じる磁束とロータコア１０の回転角度により変化する永久磁石１３の磁束との相互作用が一定でないため、モータ１に振動（トルクリプル）を生じさせる。このトルクリプルは、ロータコア１０を回転させる磁力の径方向成分ｆｒが大きくなるほど大きくなり、磁力の回転方向成分ｆ_θが大きくなるほど小さくなる。一方、回転トルクは磁力の回転方向成分ｆ_θが大きくなるほど大きくなる。

このため、突極部１１ｃの外縁部の形状は、半径Ｒｂの曲率を有した円弧ではなく、磁力の回転方向成分ｆ_θが大きくなるように、半径Ｒｂよりも小さい半径Ｒａの曲率を有した円弧状に形成されている。

ロータコア板１１の周方向に隣接する突極部１１ｃ間には、空間領域ｔｓが形成されている。この空間領域ｔｓには、周方向に隣接する突極部１１ｃの夫々の径方向外側端部間を繋ぐ橋部１５と、橋部１５の周方向中間部からロータコア板１１の軸心側へ延びてロータコア板１１に一体的に形成される支柱部１７とが設けられている。そして、橋部１５、支柱部１７及び周方向に隣接する永久磁石１３の端面によって囲まれた孔部１９が支柱部１７の両側に一対形成されている。

支柱部１７は、ロータコア板１１の軸心Ｓ方向側へ向いて延びて、橋部１５及び支柱部１７によってＴ字状に形成されている。また、一対の孔部１９は、支柱部１７を中央としてロータコア板１１の周方向に対称的に形成されている。

また、孔部１９を形成する橋部１５のうちマグネット取付孔１１ｂに繋がるマグネット側部分１５ａは、ロータコア板１１を軸心方向から見たときに、マグネット取付孔１１ｂに収容される永久磁石１３の中心軸１３ａ（ｄ軸）に直交する仮想線Ｌｂに対してロータコア板１１の径方向外側に傾く角度θが鋭角であるとともに橋部１５に接近するにしたがって小さくなるように湾曲形成されている。

さらに、孔部１９を形成する橋部１５のうち支柱部側に繋がる支柱側部分１５ｂは、ロータコア板１１の径方向外側へ進むに従って孔部１９に隣接する永久磁石１３側へ湾曲形成されている。支柱部１７の幅ｂは、ロータコア１０の回転時に、橋部１５に作用する遠心力を支持可能な大きさを有していればよい。なお、橋部１５の形状の詳細については後述する。

このように構成されたロータコア１０は、図１に示すように、円筒状に形成されたモータケース６０内にロータコア１０に装着される回転軸１２を介して回転自在に支持される。

一方、ステータ５０は、モータケース６０の内面に装着され、ロータコア１０の外周面に対してエアギャップｇを有して固定される。ロータコア１０は、前述したように、ロータ外径Ｒｂよりも小さい半径Ｒａを有して凸状に形成された突極部１１ｃがポール数に応じて周方向に複数連続して形成されている（本実施形態では６個）。このため、ロータコア１０の外周は、周方向に隣接する一対の突極部１１ｃの外周とこれら一対の突極部１１ｃの両側に延びるｑ軸とによって囲まれる斜線で示した領域Ａｓが、銀杏の葉に似た形状を有している。このため、図１及び図２に示すように、ステータ５０の内面、即ち電機子５１の内周面５１ａとロータコア１０の外周面１０ａとの間のエアギャップｇは、ｄ軸と電気的に直交するｑ軸上では広く、ｄ軸上では狭くなるように形成されている。

ステータ５０には、巻線形で界磁を行う電機子５１がステータ５０の周方向に所定間隔を有して複数個（本実施形態では９個）配設されている。電機子５１のコイル５１ｂには、インバータを介して三相交流電流が流れる。これによって、ステータ５０の電機子５１とロータコア１０の永久磁石１３との間に回転磁界が発生する。この回転磁界に起因するマグネットトルク及び後述するリラクタンストルクよって、ロータコア１０が回転する。マグネットトルク及びリラクタンストルクの詳細は後述する。

このように構成されたロータコア１０には、図３に示すように、ステータ電流としてｑ軸電流による磁束φｑが通る。この磁束φｑは、ロータコア１０の永久磁石１３の中心軸（ｄ軸）に対して直交して、磁気抵抗の小さい突極部１１ｃの周方向一方側から他方側に円弧状に延びる。この磁束φｑの磁力線は、あたかも延びたゴムが縮むように作用して、ロータコア１０を反時計方向（矢印Ａ方向）に回転させる。なお、磁力線の力のうちロータコア板１１の接線方向成分がロータコア１０を反時計方向に回転させるリラクタンストルクとなる。

また、ロータコア１０には、ロータコア１０内の永久磁石１３とステータ５０の電機子５１との間の吸引力及び反発力によるマグネットトルクが発生する。図４は、ステータ電流をゼロとしたときの、永久磁石１３が作る磁力線を示している。支柱部１７では、図４に示すように、磁力線は径方向に直交する方向に延びて孔部１９を通る。孔部１９は磁気抵抗が大きいので、支柱部１７を通る磁力線は少ない。ロータコア１０の実際の回転時には、図３に示す磁力線と図４に示す磁力線が重ね合わされた状態となる（図５参照）。図５に示すように、磁力線の歪が元に戻ろうとする力によって、ロータコア１０を反時計方向（矢印Ａ方向）に回転させる。

ここで、支柱部１７は、図２に示すように、ロータコア板１１の軸心Ｓ方向へ向いて延びる。ロータコア１０の回転時には、橋部１５に遠心力が作用するが、この遠心力は、橋部１５に繋がる支柱部１７を介してロータコア板１１に伝達される。このため、橋部１５は支柱部１７を介して確実に支持され、ロータコア１０の回転時において、橋部１５が損傷する虞を小さくすることができる。

支柱部１７の幅ｂ（ロータコア板１１の周方向長さ）は、図２及び図３に示すように、ロータコア１０の回転時に橋部１５に作用する遠心力を支持可能な大きさを有していればよい。ただし、この幅ｂを大きくすると、ステータ５０のｑ軸電流による磁束の一部が支柱部１７を通り、突極部１１ｃを通る磁束の磁束密度が低下する。このため、支柱部１７の幅ｂは、遠心力の支持が可能であるとともに、突極部１１ｃを通る磁束の磁束密度が低下しない大きさが好ましい。

図５は、支柱部１７の幅ｂが狭い場合（幅ｂ／磁石長Ｌｍ=０．２６７）の磁束線の分布を示したモータ１の断面図であり、図６は、支柱部１７の幅が広い場合（幅ｂ／磁石長Ｌｍ=０．６）の磁束線の分布を示したモータ１の断面図である。なお、磁石長Ｌｍは永久磁石１３の周方向長さをいう。図５に示す永久磁石１３と電機子５１との間を通るｑ軸電流が作る磁束線φ_Ｓの密度は、図６に示す永久磁石１３と電機子５１との間を通るｑ軸電流が作る磁束線φ_Ｌの密度より大きいのが判る。このため、支柱部１７の幅ｂは狭い方（幅ｂ／磁石長Ｌｍ=０．２６７）が好ましい。なお、図５及び図６に示す磁束線は、ステータ電流の実効値が７８Ａ、電流位相が２０度の場合の磁束分布の結果を示している。

ここで、ｑ軸電流及び永久磁石１３が作る磁束φ_Ｓは、図５に示すように、突極部１１ｃの周方向一方側から他方側へ進むに従って永久磁石１３側へ傾斜するように延びるが、突極部１１ｃの周方向両側には、永久磁石１３と同じ磁気抵抗の大きい一対の孔部１９が形成されている。この孔部１９によって突極部１１ｃを通る磁束の磁束密度が低下する虞がある。この孔部１９は、図２に示すように、周方向に隣接する突極部１１ｃの夫々の径方向外側端部間を繋ぐ橋部１５と、橋部１５の周方向中間部からロータコア板１１の軸心側へ延びてロータコア板１１に一体的に形成される支柱部１７と、周方向に隣接する永久磁石１３の端面によって囲まれて形成されている。

この孔部１９を形成する橋部１５のうちマグネット取付孔に繋がるマグネット側部分１５ａは、ロータコア板を軸心方向から見たときに、マグネット取付孔１１ｂに収容される永久磁石１３の中心軸（ｄ軸）に直交する仮想線Ｌｂに対してロータコア板１１の径方向外側に傾く角度θが鋭角であるとともに橋部１５に接近するにしたがって小さくなるように湾曲形成されている。

このため、橋部１５のうちマグネット取付孔１１ｂに繋がるマグネット側部分１５ａが破線で示すように径方向に直線状に延びる場合と比較して、橋部１５のうちマグネット取付孔１１ｂに繋がる部分とロータコア板１１の周縁部との間の領域を、拡大することができる。従って、電機子５１のコイル５１ｂのｑ軸電流による磁束の一部が孔部１９によって遮られる割合が少なくなり、突極部１１ｃを通る磁束の磁束密度の低下を抑えることができる。よって、ステータ５０のｑ軸電流によるリラクタンストルクをより増大することができ、ロータコア板１１に設ける永久磁石１３の数を減らしても、モータ１のトルク低下を抑えることが可能になる。

ここで、図７は、支柱部１７の幅ｂに対するモータ１のトルク、トルクリプル、端子電圧の関係を示すグラフであるこのグラフは、先ず、立上り角度θを５０°とし、孔部１９の底辺１９ａの位置が永久磁石１３の底部と同一半径位置（以下、「ｄｈ＝０」と記す。）にある状態で（図２参照）、支柱部１７の幅ｂを変化させたときのトルク、トルクリプル特性を示している。なお、永久磁石１３は、軸長（永久磁石１３のロータコア軸方向長さ／磁石長Ｌｍ）が２．１７、ロータコア１０の回転数は５４００ｒｐｍであり、ステータ電流の実効値は７８Ａとした。このグラフから、支柱部１７の幅ｂ／磁石長が０．２６７でトルクが最大となり、且つトルクリプルが最少となり、また支柱部１７の幅ｂを増すと、トルクが減るとともにトルクリプルが増加することが判る。

また、図８は、図２に示す孔部１９を形成する橋部１５のうちマグネット側部分１５ａ部分の立上り角度θに対するモータ１のトルク、トルクリプル、端子電圧の関係を示すグラフである。このグラフは、立上り角度θを４０°、５０°、６０°、９０°と変化させたときのトルク、トルクリプル特性を示している。このグラフから立上り角度θを６０°、９０°と大きくすると、若干だがトルクが大きくなるが、トルクリプルも大きくなる。このため、本実施例では、立上り角度θを５０°に設定した。

また、図９は、図２に示す孔部１９の深さｄｈに対するモータ１のトルク、トルクリプル、端子電圧の関係を示すグラフである。このグラフから、ｄｈを変化させてもトルク、トルクリプルがほとんど変化しないことが判る。

次に、モータ電流の位相φ及び振幅Ｉｍに対する直軸インダクタンスＬｄ、 横軸インダクタンスＬｑの関係について説明する。図１０は、ステータ電流の位相φに対する直軸インダクタンスＬｄ、横軸インダクタンスＬｑ、突極比Ｌｑ／Ｌｄの関係を示すグラフである。また、図１１は、ステータ電流の振幅Ｉｍに対する直軸インダクタンスＬｄ、横軸インダクタンスＬｑ、突極比Ｌｑ／Ｌｄの関係を示すグラフである。

モータ電流の位相φ及び振幅Ｉｍに対する直軸インダクタンスＬｄ、 横軸インダクタンスＬｑの算出は、以下の１．〜４．の手順で求める。

１．電流振幅 Im, 位相φとして、
iu=Im・sin(ωt＋φ)，iv=Im・sin(ωt＋2π／3＋φ)，iw=Imsin(ωt＋4π／3＋φ) を印加する。ここで、iuはＵ相コイルに流れる電流であり、ivはＶ相コイルに流れる電流であり、iwはＷ相コイルに流れる電流である。位相φは電流の進み位相であり、通電開始角は通常βで表す。

座標軸をｄ軸ｑ軸で考えると、電流はｑ軸を0°として定義する。電機子５１のＵ相のコイル５１ｂとロータコア１０の永久磁石１３との位置関係によって初期位相θ₀が式に含まれる。

２．位相進み角φは、Id=0，Iq=√(3/2)*Im となる位置が基準となる。
無負荷の誘起電圧波形と負荷時の電流波形がぴったりと重なる電流位相を初期位相θ₀とし、ロータ初期位置で調整する場合は、Ｕ相が作る磁束の向きがｄ軸と対向する位置を基準とする。

３．電流の進み位相φを維持したままロータコア１０を電気角1周期分回して、各相の電圧波形を求める。インダクタンスの計算に使用する電圧値は、電圧波形を高速フーリエ変換し基本波の振幅を抽出する。

４．インダクタンスは、ｄ軸、ｑ軸に変換した電圧方程式から算出する：
Ld1=(Vq0-Vq1)/{ω(Id0-Id1)},Ld2=(Vq0-Vq2)/{ω(Id0-Id2)}⇒Ld=(Ld1+Ld2/2)
Lq = -Vd/{ωIq} ]
突極比：ρ= Lq/Ld
なお、一般的傾向として、
・φ（β）を進めると、ｑ軸磁束の通路の磁気飽和が下がるため、Ｌｑが上昇する。
・ｄ軸に関してはもともと永久磁石１３の磁気抵抗がインダクタンスに対し支配的なため、Ｌｄの変化は小さい。

図１０及び図１１に示すように、（支柱部１７の幅ｂ／磁石長）が０．２６７の場合、定格運転条件下付近において、電流振幅１１０Ａ、進み位相φ=２０°前後で、突極比ρ=Ｌｑ／Ｌｑ≒１．５８が得られた。この突極比ρ≒１．５８は、（支柱部１７の幅ｂ／磁石長）が０．６の場合（１２ｓ８ｐ）での突極比ρ≒１．５４と略同程度である。なお、（支柱部１７の幅ｂ／磁石長）が０．０６６７の場合では、突極比ρ≒１．３８となる。

このように、ロータコア板１１の周方向に隣接する永久磁石１３間に形成される一対の孔部１９の形状は、ｄ軸上に支柱部１７の中心軸を配置したときに、一対の孔部１９は一度外へ拡がり（ロータ外周に近づき）その後内部の磁石へと繋がっているように構成されている。このようにすることで、１２スロット８極タイプでなはく、９スロット６極タイプでも、同一電流、同一磁石で同一トルク、より少ないトルクリプルが実現できる。

１ モータ（磁石埋め込み型モータ）
１０ ロータコア
１０ａ 外周面
１１ ロータコア板
１１ａ 挿入孔部
１１ｂ マグネット取付孔
１１ｃ 突極部
１２ 回転軸
１３ 永久磁石
１３ａ 中心軸
１５ 橋部
１５ａ マグネット側部分（部分）
１５ｂ 支柱側部分（部分）
１７ 支柱部
１９ 孔部
１９ａ 底辺
５０ ステータ
５１ 電機子
５１ａ 内周面
５１ｂ コイル
６０ ステータ
Ａｓ 領域
ｇ エアギャップ
Ｊ 中心軸
Ｌａ 線
Ｌｂ 仮想線
Ｓ 軸心
ｔｓ 空間領域
φｑ、φｓ 磁束

Claims (4)

1. 多数のロータコア板を軸方向に積層してなるロータコアの周縁に複数の永久磁石を埋設する磁石埋め込み型モータ用ロータ構造と、前記磁石埋め込み型モータ用ロータの外周面に対向して固定されるステータとを備える磁石埋め込み型モータであって、
   前記ロータコア板は、
   該ロータコア板の外周部に周方向に沿って延びるとともに等間隔に複数設けられ、前記ロータコア板の軸方向に貫通するマグネット取付孔と、
   複数の前記マグネット取付孔の夫々の径方向外側の前記ロータコア板の外周部に該ロータコア板と一体形成される突極部と、
   複数の前記マグネット取付孔の夫々に固定された状態で収容される前記永久磁石と、
   前記ロータコア板の周方向に隣接する前記突極部間の空間領域に形成され、周方向に隣接する前記突極部の夫々の径方向外側端部間を繋ぐ橋部、該橋部の周方向中間部から前記ロータコア板の軸心側へ延びて該ロータコア板に一体的に形成される支柱部、及び周方向に隣接する永久磁石の端面によって囲まれて、前記支柱部の両側に形成される一対の孔部と、を有して形成され、
   前記孔部を形成する前記橋部のうち前記マグネット取付孔に繋がる部分は、前記ロータコア板を軸心方向から見たときに、前記マグネット取付孔に収容される前記永久磁石の中心軸（ｄ軸）に直交する仮想線に対して前記ロータコア板の径方向外側に傾く角度が鋭角であるとともに前記ロータコア板の径方向外側に進むにしたがって小さくなるように湾曲形成され、
   前記孔部を形成する前記橋部のうち前記支柱部側に繋がる支柱側部分は、前記ロータコア板の径方向外側へ進むに従って前記孔部に隣接する前記端面を有する前記永久磁石側へ湾曲形成されたコーナー部であり、
   前記突極部は前記ロータコア板の外径よりも小さい半径を有して凸状に形成されており、
   前記エアギャップは、前記ロータコア板の径方向に沿って前記永久磁石の中心を通るｄ軸と電気的に直交するｑ軸上では広く、前記ｄ軸上では狭くなるように形成されている
   ことを特徴とする磁石埋め込み型モータ。
2. 前記支柱部は、前記ロータコア板の軸心方向へ向いて延びている
   ことを特徴とする請求項１に記載の磁石埋め込み型モータ。
3. 前記一対の孔部は、前記支柱部を中央として前記ロータコア板の周方向に対称的に形成されている
   ことを特徴とする請求項１又は２に記載の磁石埋め込み型モータ。
4. 前記磁石埋め込み型モータ用ロータを回転自在に支持するモータケースを備え、
   前記ステータは、前記モータケースの内面に固定される
   ことを特徴とする請求項１〜３のいずれかに記載の磁石埋め込み型モータ。

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