JP6894663B2

JP6894663B2 - 回転子および永久磁石電動機

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Publication number: JP6894663B2
Application number: JP2015213365A
Authority: JP
Inventors: 公興長谷川
Original assignee: Fujitsu General Ltd
Current assignee: Fujitsu General Ltd
Priority date: 2015-10-29
Filing date: 2015-10-29
Publication date: 2021-06-30
Anticipated expiration: 2035-10-29
Also published as: EP3163716A1; AU2016250406B2; CN106655681A; US20190190331A1; JP2017085821A; US20170126080A1; AU2016250406A1; CN106655681B; US11171525B2; US10256684B2; ES2902671T3; EP3163716B1; CN113783329A; CN113783329B

Description

本発明は、回転子および永久磁石電動機に関する。

従来、隣り合う突極部の間の外周部に形成された切欠き部と、その切欠き部と非磁性部との間に形成されたブリッジ部と、切欠き部の中央部から外方に突出した第１突起部とを有する磁石埋め込み型回転子において、突極部の半径を、突極部中心から切欠き部に向かって漸減させ、第１突起部の半径を、突極部中心の半径と同一とした磁石埋め込み型回転子が開示されている（例えば、特許文献１参照）。

特開２０１２−１２０３２６号公報

上記特許文献１に記載された磁石埋め込み型回転子は、図１４−１に示すように、回転子２１０の隣り合う突極部２１１と２１２の間の外周部に、切欠き部２１７ａ、２１６ｂと、その中央部から外方に突出した第１突起部２１８ａとを形成することで、永久磁石２１３、２１４から発生する誘起電圧の高調波成分を低減させて、正弦波に近づけることでコギングトルクを低減させて、電動機の振動や騒音を低減させることができる。しかしながら、図１４−１の回転子の回転時における誘起電圧波形を示す図１４−２を見ると、ピークとボトム付近でそれぞれ角が２つずつ出ていることから、正弦波に近づいているが、誘起電圧の高調波成分やコギングトルクの低減が未だ不十分であって、電動機の振動や騒音をさらに低減することが求められている。

本発明は、上記に鑑みてなされたものであって、回転子の回転時における誘起電圧の高調波成分やコギングトルクの低減を図って、正弦波に近い誘起電圧波形を得ることにより、回転子の回転時における回転むらを抑制することで、振動や騒音を防止することができる回転子および永久磁石電動機を得ることを目的とする。

上述した課題を解決し、目的を達成するために、本発明に係る回転子は、磁性体により円柱状に形成され、板状の永久磁石が埋め込まれる複数の磁石埋め込み孔が周方向に所定間隔を隔てて環状に配置された回転子であって、前記磁石埋め込み孔の周方向端部から前記回転子の外周に向かうように配置された第１非磁性部と、前記第１非磁性部と離間し、かつ隣接するように、前記第１非磁性部に対して突極部側に配置された第２非磁性部と、前記第１非磁性部と径方向に対向する前記回転子の外周に設けられる切欠き部と、隣り合う前記切欠き部の間における前記回転子の外周面に形成され、前記回転子の径方向に突出する突起部と、を備え、前記第２非磁性部は、前記回転子の内径側から外径側に向かって前記第１非磁性部から遠ざかる方向に外径側端部が延びる長孔であり、内径側端部に対して前記外径側端部が前記第１非磁性部から遠ざかる方向に向けて前記回転子の外周に沿って曲げられ、前記回転子の周方向において前記切欠き部の端部と当該端部に隣り合う前記回転子の外周面とがなす角度と、前記第２非磁性部の前記内径側端部と前記外径側端部との間の曲げ角度とを一致させることを特徴とする。

また、本発明に係る回転子は、前記第１非磁性部と前記切欠き部との間隔をｔとし、前記第２非磁性部と前記回転子の外周との間隔をＴとした場合に、次式の関係になることを特徴とする。

また、本発明に係る永久磁石電動機は、前記回転子と、前記回転子の外径側に配置され、環状のヨークから内径側に延びる複数のティースにそれぞれ導線が巻かれたヨークティース固定子と、を備えることを特徴とする。

本発明によれば、回転子の回転時における誘起電圧の高調波成分やコギングトルクの低減を図って、正弦波に近い誘起電圧波形を得ることで、回転子の回転時における振動や騒音を防止することができるという効果を奏する。

図１は、本実施例に係る永久磁石電動機の構成を示す平面図である。図２−１は、図１の回転子の極間部の拡大図である。図２−２は、回転子のスリットとフラックスバリアをＴ＝２ｔの位置に形成した場合の誘起電圧波形図である。図２−３は、回転子のスリットとフラックスバリアをＴ＝２．２ｔの位置に形成した場合の誘起電圧波形図である。図３−１は、図１の回転子が固定子内部で回転する際の磁束線の変化を示す磁束線図である。図３−２は、図１の回転子が固定子内部で回転する際の磁束線の変化を示す磁束線図である。図３−３は、図１の回転子が固定子内部で回転する際の磁束線の変化を示す磁束線図である。図３−４は、図１の回転子が固定子内部で回転する際の磁束線の変化を示す磁束線図である。図４は、図２−１のスリットの第１孔部の根元位置とフラックスバリアとの間隔Ｌの寸法を変えた時の誘起電圧波形の高調波成分とコギングトルクの変化を示す線図である。図５は、図２−１のスリットの第２孔部の長さを変えた時の誘起電圧波形の高調波成分とコギングトルクの変化を示す線図である。図６−１は、図２−１のスリットを折り曲げた先端部を長くした比較例としての回転子の平面図である。図６−２は、図６−１の回転子におけるＵ相の誘起電圧波形図である。図７−１は、図６−１のスリットの曲げ部の内周側Ｒを大きくとった比較例としての回転子の平面図である。図７−２は、図７−１の回転子におけるＵ相の誘起電圧波形図である。図８−１は、図２−１のスリットの先端部を折り曲げずにハの字状に形成した比較例としての回転子の平面図である。図８−２は、図８−１の回転子におけるＵ相の誘起電圧波形図である。図９−１は、図８−１の回転子を固定子内部で回転させる際の磁束線の変化を示す磁束線図である。図９−２は、図８−１の回転子を固定子内部で回転させる際の磁束線の変化を示す磁束線図である。図９−３は、図８−１の回転子を固定子内部で回転させる際の磁束線の変化を示す磁束線図である。図９−４は、図８−１の回転子を固定子内部で回転させる際の磁束線の変化を示す磁束線図である。図１０−１は、隣り合う突極部間の外周部に切欠き部と突起部が無く非磁性部の先端部が周方向内側に延び折り曲がったスリットを突極部の両端付近に形成した比較例としての回転子の平面図である。図１０−２は、図１０−１の回転子におけるＵ相の誘起電圧波形図である。図１１−１は、隣り合う突極部間の外周部に切欠き部と突起部が無く図２−１と同じ形状のスリットが同じ位置に形成された比較例としての回転子の平面図である。図１１−２は、図１１−１の回転子におけるＵ相の誘起電圧波形図である。図１２−１は、図２−１のスリットの先端部を内径方向に折り曲げた実施例としての回転子の平面図である。図１２−２は、図１２−１の回転子におけるＵ相の誘起電圧波形図である。図１３−１は、突極部の両端付近に非磁性部と外周部に平行で三角形のスリットが形成された実施例としての回転子の平面図である。図１３−２は、図１３−１の回転子におけるＵ相の誘起電圧波形図である。図１４−１は、従来の回転子の一構成例を示す平面図である。図１４−２は、図１４−１の回転子を用いた永久磁石電動機の回転時におけるＵ相の誘起電圧波形図である。図１５−１は、図１４−１の回転子が固定子内部で回転する際の磁束線の変化を示す磁束線図である。図１５−２は、図１４−１の回転子が固定子内部で回転する際の磁束線の変化を示す磁束線図である。図１５−３は、図１４−１の回転子が固定子内部で回転する際の磁束線の変化を示す磁束線図である。図１５−４は、図１４−１の回転子が固定子内部で回転する際の磁束線の変化を示す磁束線図である。

以下に、本発明に係る回転子および永久磁石電動機の実施例を図面に基づいて詳細に説明する。なお、この実施例によりこの発明が限定されるものではない。

図１は、本実施例に係る永久磁石電動機の構成を示す平面図であり、図２−１は、図１の回転子の極間部の拡大図であり、図２−２は、回転子のスリットとフラックスバリアをＴ＝２ｔの位置に形成した場合の誘起電圧波形図であり、図２−３は、回転子のスリットとフラックスバリアをＴ＝２．２ｔの位置に形成した場合の誘起電圧波形図であり、図３−１〜図３−４は、図１の回転子が固定子内部で回転する際の磁束線の変化を示す磁束線図である。

（本実施例の回転子）
本実施例に係る永久磁石電動機４０は、図１に示すように、軟磁性体の鋼板であるけい素鋼板を複数枚積層して円柱状に形成した回転子鉄心２２には、その周方向に複数の磁石埋め込み孔１２ａ、１２ｂ、１２ｃ、１２ｄ、１２ｅ、１２ｆが環状に所定間隔で形成され、その中心に回転軸２１を備えた回転子１０と、その外周部を囲う固定子３０とを備えている。固定子３０は、回転子１０の外周部から所定のエアギャップを隔てて配置され、環状のヨーク３１から内方に延びる９本のティース３２が４０ｄｅｇ（機械角）間隔で形成され、ティース３２の先端から周方向に先端エッジ３３を突出させている。

本実施例に係る回転子１０は、回転子鉄心２２に形成された磁石埋め込み孔１２ａ〜１２ｆに対し、永久磁石１３ａ、１３ｂ、１３ｃ、１３ｄ、１３ｅ、１３ｆが埋め込まれる。その磁石埋め込み孔１２ａ〜１２ｆの両端部（回転子鉄心２２の周方向に延びる磁石埋め込み孔の両端部）には、第１非磁性部としての空隙、すなわちフラックスバリア１４ａ〜１４ｆ、１５ａ〜１５ｆが形成され、磁束の短絡を防止している。第１非磁性部としてのフラックスバリア１４ａ〜１４ｆ、１５ａ〜１５ｆは、回転子１０の外周に向かうように配置される。さらに、第１非磁性部と径方向に対向する回転子１０の外周部には、切欠き部１６ａ〜１６ｆ、１７ａ〜１７ｆが形成されている。これにより、磁石埋め込み孔１２ａ〜１２ｆの外周側には、突極部１１ａ〜１１ｆが形成される。また、本実施例に係る回転子１０は、切欠き部１７ａと１６ｂ、１７ｂと１６ｃ、１７ｃと１６ｄ、１７ｄと１６ｅ、１７ｅと１６ｆ、１７ｆと１６ａのそれぞれの間に外方に突出した突起部１８ａ〜１８ｆをそれぞれ形成してもよい。回転子１０の外周部に切欠き部１６ａ〜１６ｆ、１７ａ〜１７ｆと突起部１８ａ〜１８ｆを形成すると、上記特許文献１のように、永久磁石１３ａ〜１３ｆによって発生する誘起電圧の高調波成分が低減して、誘起電圧波形が正弦波に近づいて、コギングトルクの低減が可能となるが、図１４−２の誘起電圧波形に示すように、ピークとボトム付近に角が出た波形となるため、電動機回転時における振動や騒音を十分に低減することができない。

そこで、本実施例では、上記回転子１０の外周部に切欠き部１６ａ〜１６ｆ、１７ａ〜１７ｆと突起部１８ａ〜１８ｆを形成すると共に、フラックスバリア１４ａ〜１４ｆ、１５ａ〜１５ｆに隣接するように配置された第２非磁性部としてのスリット１９ａ〜１９ｆ、２０ａ〜２０ｆを突極部１１ａ〜１１ｆに形成する。

具体的には、突極部１１ａ〜１１ｆの両端のフラックスバリア１４ａ〜１４ｆ、１５ａ〜１５ｆと隣接するように、突極部１１ａ〜１１ｆにスリット１９ａ〜１９ｆ、２０ａ〜２０ｆを形成している。図２−１に示すスリット２０ｆを用いて、その形状および配置を説明する。本実施例に係る回転子１０のスリット２０ｆは、磁石埋め込み孔１２ｆの端部付近から回転子外周に向かうように配置された第１孔部２０ｆ−１と、その外周側端部を曲げ部２０ｆ−３で回転子の外周に沿って曲げ、さらに延ばした第２孔部２０ｆ−２とで構成されている。このように構成されたスリット１９ａ〜１９ｆ、２０ａ〜２０ｆを切欠き部１６ａ〜１６ｆ、１７ａ〜１７ｆと突起部１８ａ〜１８ｆが形成された回転子に組み合わせることにより、切欠き部と突起部だけでは取り除けなかった、誘起電圧波形のピークとボトム付近で生じる角を取り除いて、より正弦波に近い波形を得ることが可能となる。

第１孔部２０ｆ−１は、磁石埋め込み孔１２ｆの端部付近から回転子外周に向かうように配置（すなわち、回転子の内径から外径に向かうように配置）される際に、外径に向かうにつれてフラックスバリア１５ｆから遠ざかるように傾いて配置される。

本実施例のスリット２０ｆの第１孔部２０ｆ−１の傾きは、図２−１に示すように、切欠き部１７ｆの切欠き面１７ｆ−１の傾斜と平行になるように形成し、第２孔部２０ｆ−２は、外周部１０ａと平行になるように形成されている。すなわち、本実施例に係る回転子のスリット２０ｆの曲げ角度（第１孔部２０ｆ−１と第２孔部２０ｆ−２とのなす角度）は、切欠き部１７ｆの角度（回転子１０の外周部１０ａと切欠き面１７ｆ−１とのなす角度）とを一致させるように傾けている。スリット１９ａの第２孔部１９ａ−２と外周部１０ａとの間の間隔をＴ（スリット２０ｆの第２孔部２０ｆ−２と外周部１０ａとの間の間隔も同様にＴ）とし、スリット１９ａの第１孔部１９ａ−１と切欠き部１６ａの切欠き面１６ａ−１の延長線（破線）との間の間隔をＴ’（スリット２０ｆの第１孔部２０ｆ−１と切欠き部１７ｆの切欠き面１７ｆ−１の延長線との間の間隔も同様にＴ’）とし、スリット２０ｆの第１孔部２０ｆ−１の根元位置とフラックスバリア１５ｆとの間隔をＬとし、隣り合う突極部１１ｆと１１ａとの間（極間部）の中心線Ｐからスリット２０ｆの第１孔部２０ｆ−１と第２孔部２０ｆ−２の間の曲げ部２０ｆ−３までの角度をθ２とし、中心線Ｐからスリット２０ｆの第２孔部２０ｆ−２の先端部までの角度θ１とし、フラックスバリア１４ａと切欠き部１６ａとの間のブリッジ部の間隔をｔ（フラックスバリア１５ｆと切欠き部１７ｆとの間のブリッジ部の間隔も同様）とする。図２−１に示す実施例はベースモデルであり、Ｔ＝１．０ｍｍ、Ｔ’＝１．１ｍｍ、Ｌ＝１．１ｍｍとしている。また、Ｔ＝２．２ｔとし、θ１−θ２＝８．５５ｄｅｇ（電気角）としている。

図２−２は、回転子のスリットとフラックスバリアをＴ＝２ｔの位置に形成した場合の誘起電圧波形である。図２−３は、回転子のスリットとフラックスバリアをＴ＝２．２ｔの位置に形成した場合の誘起電圧波形である。何れの波形も図１４−２の波形と比較すると正弦波に近い波形が得られているが、特に、図２−３に示すＴ＝２．２ｔの方がより正弦波に近い滑らかな波形となっている。これにより、永久磁石によって発生する誘起電圧の高調波成分が低減し、コギングトルクも低減するため、電動機の振動や騒音を低減することができる。

因みに、図２−１のベースモデルではＴ＝２．２ｔであるが、Ｔとｔの間隔を色々変えてシミュレーションした結果、高調波成分とコギングトルクは以下のように変化することがわかった。すなわち、
Ｔ＝ｔの場合：高調波成分＝３．５８％、コギングトルク＝０．０６Ｎｍ
Ｔ＝１．５ｔの場合：高調波成分＝２．７９％、コギングトルク＝０．１０Ｎｍ
Ｔ＝２ｔの場合：高調波成分＝２．４２％、コギングトルク＝０．２０Ｎｍ
Ｔ＝２．２ｔの場合：高調波成分＝２．３１％、コギングトルク＝０．２３Ｎｍ
Ｔ＝２．５ｔの場合：高調波成分＝２．６２％、コギングトルク＝０．２８Ｎｍ
Ｔ＝３ｔの場合：高調波成分＝３．３９％、コギングトルク＝０．３１Ｎｍ
となる。スリットを設けない図１４−１の場合の高調波成分は図１４−２に示すように４．０６％であるが、上記結果によればスリットを設けることで、高調波成分を抑えることができることがわかる。高調波成分は３％を下回るとスリットを設けない場合に比べて１％以上の低減効果が得られる。高調波成分が３％以下となるＴの範囲を求めると、次式のようになる。

従って、Ｔがこの範囲に納まるようにスリットの形成位置を決めることが好ましいことがわかる。

また、本実施例に係る回転子が固定子内部で回転する際の磁束線を示す図３−１〜図３−４の磁束線と、従来の切欠き部と突起部が形成された回転子が固定子内部で回転する際の磁束線を示す図１５−１〜図１５−４の磁束線とを比較すると、スリットが形成されている図３−１〜図３−４では、永久磁石から生じる磁束がスリットによって突極部の中央に集中することから、ティース（図１の３２参照）側に流れる磁束が突極部の中央で増加する一方、極間部側で減少する。これにより、誘起電圧波形が正弦波状になり、高調波成分が低減化できることがわかった。

（第２孔部の長さを変化させた場合）
図４は、図２−１のスリットの第１孔部の根元位置とフラックスバリアとの間隔Ｌの寸法だけを変えた時の誘起電圧波形の高調波成分とコギングトルクの変化を示す線図であり、図５は、図２−１のスリットの第２孔部の長さを変えた時の誘起電圧波形の高調波成分とコギングトルクの変化を示す線図である。

図４の場合は、図２−１のベースモデルに対して、スリット２０ｆの第１孔部２０ｆ−１の根元位置とフラックスバリア１５ｆとの間隔Ｌの寸法をだけを０．６ｍｍ〜２．４ｍｍ付近まで変化させた時の誘起電圧波形の高調波成分（ＥＭＦ高調波［％］）とコギングトルク［Ｎｍ］の変化を示したものである。なお、Ｔ’は固定されるため、Ｌの変化に伴って切欠き面１６ａ−１の位置も変化する。図４の実線はＥＭＦ高調波であり、破線はコギングトルクである。図４の線図で見ると、コギングトルクが０．３Ｎｍ以下となるのはＬが１ｍｍ以上で、ＥＭＦ高調波が全ての範囲で３％以下であり、ＥＭＦ高調波が２．５％以下となるのはＬが０．７５ｍｍ〜１．７ｍｍの範囲となる。このため、Ｌが１ｍｍ〜１．７ｍｍが好ましく、特にＥＭＦ高調波が低く、コギングトルクの線と交差するＬ＝１．１ｍｍ付近がより好ましい。

図５の場合は、図２−１のベースモデルに対して、θ１−θ２（電気角）［ｄｅｇ］だけを０ｄｅｇ〜２０ｄｅｇ付近まで変化させた時の誘起電圧波形の高調波成分（ＥＭＦ高調波［％］）とコギングトルク［Ｎｍ］の変化を示したものである。図５の場合も、実線はＥＭＦ高調波であり、破線はコギングトルクである。図５の線図で見ると、ＥＭＦ高調波が３％以下となるのはθ１−θ２の電気角が２．５ｄｅｇ〜１５ｄｅｇの範囲で、コギングトルクが０．３Ｎｍ以下となるのもθ１−θ２の電気角が２．５ｄｅｇ以上の場合となる。このため、θ１−θ２の電気角が２．５ｄｅｇ〜１５ｄｅｇの範囲が好ましい範囲となる。つまり、図６−１に示すように、図２−１のスリット２０ｆ，１９ａを曲げた先端部をさらに長く延ばす場合には、上記図４で示したＬの好ましい範囲と、上記図５で示したθ１−θ２の電気角の範囲でスリットを構成することが好ましい。

（図６−１のスリットの曲げ部の内周側Ｒを大きくとった実施例）
図７−１のスリット形状は、図６−１の形状とほぼ同じであるが、曲げ部７９ａ−３、８０ａ−３の内周側を円弧状に形成した点が異なっている。得られる誘起電圧波形は、図７−２のようになり、高調波成分は２．８８％、コギングトルクは０．３３Ｎｍとなり、図６−１とほぼ同じ効果が得られた。つまり、折り曲げた内周側のスリット面積の変化は、誘起電圧波形や特性に影響を与えにくいことがわかった。

（スリットを曲げずにハの字状に形成した実施例）
図８−１に示す回転子９０のスリット９０ａ、１００ａは、本実施例に係る図２−１のように、スリットの先端部を折り曲げずにハの字状に形成した実施例としての回転子である。本実施例に係る回転子のスリットのように、折り曲がっていない場合の誘起電圧波形は、図８−２に示す波形になる。誘起電圧波形図８−１の回転子９０の場合は、切欠き部９７ａ、９６ｂとその中央に突起部９８ａが形成されているが、これと組み合わされるスリット９０ａ、１００ａの形状がハの字状であるため、高調波成分は３．２２％、コギングトルクは０．３１Ｎｍとなる。

また、本実施例に係る回転子が固定子内部で回転する際の磁束線を示す図３−１〜図３−４の磁束線と、切欠き部と突起部とハの字状スリットとを組み合わせた回転子が固定子内部で回転する際の磁束線を示す図９−１〜図９−４の磁束線とを比較する。曲げられたスリットが形成された図３−１〜図３−４では、永久磁石から生じる磁束の発散がスリットの曲げられた部分でより抑制されるため、ティース側に流れる磁束が均一化して、誘起電圧波形の高調波成分が低減化できる。これに対して、曲げられていないハの字状スリットでは、永久磁石から生じる磁束の発散がスリット部分で抑制されるため、ティース側に流れる磁束をある程度均一化することはできるが、曲げられたスリットの方が、誘起電圧波形の高調波成分を低減できることがわかる。

（切欠き部と突起部が無くフラックスバリアの先端部を周方向内側に延ばすと共に曲がったスリットを突極部の両端付近に形成した比較例）
図１０−１に示すように、回転子１１０の外周に切欠き部と突起部が無く真円状とした場合は、コギングトルクの特性が悪くなる傾向が見られる。図１０−１の回転子１１０の特性を見ると、高調波成分は３．２３％、コギングトルクは０．５７Ｎｍとなる。また、図１０−１の回転子１１０では、フラックスバリア１１４ａ、１１５ａの先端部を周方向内側に延ばし、曲げたスリット１１９ａ、１２０ａを形成しているが、図１０−２の誘起電圧波形に見られるように、ピークとボトム付近でそれぞれ角が２つずつ出ていて、正弦波に近い波形が得られていないことがわかる。

（切欠き部と突起部が無く本実施例と同じ形状のスリットを形成した比較例）
図１１−１の回転子１３０は、本実施例の回転子１０のスリットと同じ形状で、同じ位置に形成し、外周に切欠き部と突起部が無い場合の特性を確認するものである。外周に切欠き部が無い場合は、図１１−２の誘起電圧波形に見られるように、波形が正弦波からかけ離れている。また、図１１−１の回転子１３０の特性は、高調波成分が１０．６２％、コギングトルクは０．５８Ｎｍのように著しく悪化する。このように、回転子の外周に切欠き部と突起部が無い場合は、本実施例と同じスリットを形成したとしても、スリットの効果が得られないことがわかる。

（スリットの先端部を内径方向に曲げた実施例）
図１２−１の回転子１７０は、外周に切欠き部１７７ａ、１７６ｂと突起部１７８ａが形成され、スリット１７９ａ、１８０ａの第１孔部１７９ａ−１、１８０ａ−１までは本実施例のスリットと同じであるが、曲げ部１７９ａ−３、１８０ａ−３からスリットの先端部を内径方向に折り曲げて延ばすことで、第２孔部１７９ａ−２、１８０ａ−２が形成されている点が異なっている。つまり、スリット１７９ａ、１８０ａの第２孔部１７９ａ−２、１８０ａ−２の折り曲げ角度を変えたものである。この場合の誘起電圧波形は、図１２−２に見られように、ピークとボトム付近でそれぞれ角が２つずつ出ていて、正弦波に近い波形が得られていないことがわかる。また、特性は高調波成分が３．１８％、コギングトルクが０．３０Ｎｍとなる。このように、図２−１に示す本実施例のスリットの第２孔部１７９ａ−２、１８０ａ−２の折り曲げ角度を変えただけで、特性が変化することがわかる。

（三角形状のスリットが形成された実施例）
図１３−１の回転子１９０は、外周に切欠き部１９７ａ、１９６ｂと突起部１９８ａが形成され、三角形状のスリット１９９ａ、２００ａが突極部１９１の両端に形成されている。スリット１９９ａ、２００ａは、第１の辺１９９ａ−１、２００ａ−１とフラックスバリア１９２、１９３とが平行に形成され、第２の辺１９９ａ−２、２００ａ−２と外周部１９４とが平行に形成され、第３の辺１９９ａ−３、２００ａ−３によってスリットが三角形状に形成されている。図１３−１の回転子１９０の誘起電圧波形は、図１３−２に示すように、本実施例の図２−３の誘起電圧波形と同様の効果が得られる。図１３−１の回転子１９０の高調波成分が２．７６％、コギングトルクが０．２６Ｎｍとなる。

以上述べたように、従来の回転子および永久磁石電動機は、回転子の極間部の外周部に少なくとも切欠き部を設け、さらに突起部を設けた場合は、永久磁石電動機の永久磁石から発生する誘起電圧の高調波成分を低減させて、正弦波に近づけることでコギングトルクを低減させ、電動機の振動や騒音をある程度まで低減させることができる。しかしながら、さらなる改善をしようとする場合に、これまで切欠き部や突起部とスリット形状や配置との組み合わせによって特性を改善することは行われていなかった。特に、上記比較例との対比の中で考察したように、切欠き部や突起部を設けたことによる効果と、スリットを設けたことによる効果は、単純にそれぞれの効果を足し合わせた結果とはならず、スリットの形状や配置によっては特性が悪化することもあるため、本実施例のように特定のスリット形状や配置位置のパターン化は、当業者であっても容易に想到することのできないものである。

本実施例に係る回転子は、回転子の外周方向に向けて第１非磁性部としてのフラックスバリアが配置される極間部の回転子外周に少なくとも切欠き部が設けられ、さらに極間部に突起部が設けられている場合であっても良い。この回転子の永久磁石から発生する誘起電圧の高調波成分を低減させて、正弦波に近づけることでコギングトルクを低減させ、回転子の回転時における回転むらを抑制することで、電動機の振動や騒音を低減させるには、第２非磁性部としてのスリットをフラックスバリアと隣接する位置から回転子の外周方向に向かって延びるように配置する。このスリットは、外周方向に向かって延びる長孔としての第１孔部と、第１孔部の外径側先端部を磁石埋め込み孔の端部から中央に向けて回転子の外周部に沿って折り曲げる曲げ部と、曲げ部からさらに外周部に沿って延ばす第２孔部とで構成されている。

本実施例に係る回転子のスリットは、回転子外周に形成された切欠き部の角度とスリットの第１孔部の曲げ角度とを一致させるように傾ける。また、スリットの第２孔部は、回転子外周と平行に延びるように曲げ部で折り曲げるようにする。

本実施例に係る回転子のスリットは、フラックスバリアと回転子外周部に形成された切欠き部との距離をｔとし、スリットの第２孔部と回転子外周部との距離をＴとした場合に、次式の関係を満たす位置となるようにフラックスバリアとスリットを配置する。

本実施例に係る回転子およびこれを用いた永久磁石電動機は、上記のように構成することにより、回転子外周に少なくとも切欠き部が設けられ、さらに極間部に突起部が設けられている場合であっても、永久磁石電動機の永久磁石から発生する誘起電圧の高調波成分を確実に低減させて、正弦波に近づけることが可能となり、コギングトルクを低減させることで、電動機の振動や騒音を低減させることが可能になった。

なお、上記実施例では、回転子１０と固定子３０を有する６極の埋込磁石型同期モータ（ＩＰＭＳＭ：ＩｎｔｅｒｉｏｒＰｅｒｍａｎｅｎｔＭａｇｎｅｔＳｙｎｃｈｒｏｎｏｕｓＭｏｔｏｒ）４０であって、小型で強力なトルクを要するコンプレッサー用モータ等に用いる場合を例にあげて説明したが、必ずしもこれに限定されない。本実施例に係る永久磁石電動機は、４極以上の磁極数からなる埋込磁石型同期モータ４０であれば適用することが可能である。

以上のように、本発明に係る回転子および永久磁石電動機は、誘起電圧波形が正弦波化され、コギングトルクが低減されるため、特に圧縮機に内蔵される電動機のように、高い回転数で駆動される永久磁石電動機として有用である。

１０回転子
１０ａ外周部
１１ａ〜１１ｆ突極部
１２ａ〜１２ｆ磁石埋め込み孔
１３ａ〜１３ｆ永久磁石
１４ａ〜１４ｆ、１５ａ〜１５ｆフラックスバリア（第１非磁性部）
１６ａ〜１６ｆ、１７ａ〜１７ｆ切欠き部
１６ａ−１、１７ｆ−１切欠き面
１８ａ〜１８ｆ突起部
１９ａ〜１９ｆ、２０ａ〜２０ｆスリット（第２非磁性部）
１９ａ−１、２０ｆ−１第１孔部
１９ａ−２、２０ｆ−２第２孔部
１９ａ−３、２０ｆ−３曲げ部
２１回転軸
２２回転子鉄心
３０固定子
３１ヨーク
３２ティース
３３先端エッジ
Ｐ中心線
４０永久磁石電動機（埋込磁石型同期モータ）
５０回転子
５１突極部
５７ａ、５６ｂ切欠き部
５８ａ突起部
５９ａ、６０ａスリット（第２非磁性部）
５９ａ−１、６０ａ−１第１孔部
５９ａ−２、６０ａ−２第２孔部
５９ａ−３、６０ａ−３曲げ部
７０回転子
７１突極部
７７ａ、７６ｂ切欠き部
７８ａ突起部
７９ａ、８０ａスリット（第２非磁性部）
７９ａ−１、８０ａ−１第１孔部
７９ａ−２、８０ａ−２第２孔部
７９ａ−３、８０ａ−３曲げ部
９０回転子
９１突極部
９７ａ、９６ｂ切欠き部
９８ａ突起部
９０ａ、１００ａスリット（第２非磁性部）
１１０回転子
１１１突極部
１１４ａ、１１５ａフラックスバリア（第１非磁性部）
１１９ａ、１２０ａスリット（第２非磁性部）
１１９ａ−１、１２０ａ−１第１孔部
１１９ａ−２、１２０ａ−２第２孔部
１１９ａ−３、１２０ａ−３曲げ部
１３０回転子
１３１突極部
１３９ａ、１４０ａスリット（第２非磁性部）
１３９ａ−１、１４０ａ−１第１孔部
１３９ａ−２、１４０ａ−２第２孔部
１３９ａ−３、１４０ａ−３曲げ部
１７０回転子
１７１突極部
１７７ａ、１７６ｂ切欠き部
１７８ａ突起部
１７９ａ、１８０ａスリット（第２非磁性部）
１７９ａ−１、１８０ａ−１第１孔部
１７９ａ−２、１８０ａ−２第２孔部
１７９ａ−３、１８０ａ−３曲げ部
１９０回転子
１９１突極部
１９２、１９３フラックスバリア（第１非磁性部）
１９４外周部
１９７ａ、１９６ｂ切欠き部
１９８ａ突起部
１９９ａ、２００ａスリット（第２非磁性部）
１９９ａ−１、２００ａ−１第１の辺
１９９ａ−２、２００ａ−２第２の辺
１９９ａ−３、２００ａ−３第３の辺
２１０回転子
２１１突極部
２１３、２１４永久磁石
２１７ａ、２１６ｂ切欠き部
２１８ａ突起部

Claims

磁性体により円柱状に形成され、板状の永久磁石が埋め込まれる複数の磁石埋め込み孔が周方向に所定間隔を隔てて環状に配置された回転子であって、
前記磁石埋め込み孔の周方向端部から前記回転子の外周に向かうように配置された第１非磁性部と、
前記第１非磁性部と離間し、かつ隣接するように、前記第１非磁性部に対して突極部側に配置された第２非磁性部と、
前記第１非磁性部と径方向に対向する前記回転子の外周に設けられる切欠き部と、
隣り合う前記切欠き部の間における前記回転子の外周面に形成され、前記回転子の径方向に突出する突起部と、
を備え、
前記第２非磁性部は、前記回転子の内径側から外径側に向かって前記第１非磁性部から遠ざかる方向に外径側端部が延びる長孔であり、内径側端部に対して前記外径側端部が前記第１非磁性部から遠ざかる方向に向けて前記回転子の外周に沿って曲げられ、
前記回転子の周方向において前記切欠き部の端部と当該端部に隣り合う前記回転子の外周面とがなす角度と、前記第２非磁性部の前記内径側端部と前記外径側端部との間の曲げ角度とを一致させることを特徴とする回転子。
前記第１非磁性部の外径側端面と当該外径側端面に対向する前記切欠き部の対向面との間隔をｔとし、前記第２非磁性部の前記外径側端部の外径側端面と当該外径側端面に対向する前記回転子の外周面との間隔をＴとした場合に、次式の関係になることを特徴とする請求項１に記載の回転子。
請求項１または２に記載の回転子と、前記回転子の外径側に配置され、環状のヨークから内径側に延びる複数のティースにそれぞれ導線が巻かれたヨークティース固定子と、
を備えることを特徴とする永久磁石電動機。