JPH10295051A - 永久磁石式同期モータ - Google Patents

永久磁石式同期モータ

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JPH10295051A
JPH10295051A JP9317120A JP31712097A JPH10295051A JP H10295051 A JPH10295051 A JP H10295051A JP 9317120 A JP9317120 A JP 9317120A JP 31712097 A JP31712097 A JP 31712097A JP H10295051 A JPH10295051 A JP H10295051A
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rotor core
tapered
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康夫 山口
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Abstract

(57)【要約】 【課題】ロータ鉄心の強度を高くし、かつ、大きいトル
クを発生させるとともに、トルク振動が発生するのを抑
制する。 【解決手段】回転自在に配設され、円周方向における複
数箇所に穴１２が形成されたロータ鉄心１１と、前記穴
１２に組み付けられた永久磁石１３と、ステータ鉄心
と、該ステータ鉄心に配設されたコイルとを有する。そ
して、前記永久磁石１３は、幅方向に延びる直線部２
５、該直線部２５の両端に形成され、互いに近接する側
に向けて斜め外方に延びるテーパ部２７、及び該両テー
パ部２７間を結ぶ円弧部２８を備え、かつ、前記穴１２
の両端に形成され、互いに近接する側に向けて斜め外方
に延びる両テーパ部１７によって支持される。ロータ１
０を回転させたときに、遠心力は穴１２のテーパ部１７
に加わるが、円弧部１８には加わらない。

Description

【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】本発明は、永久磁石式同期モ
ータに関するものである。
【０００２】
【従来の技術】従来、永久磁石式同期モータにおいて
は、回転自在に支持されたロータ及び該ロータの周囲に
配設されたステータから成り、前記ロータは、ロータ鉄
心及び該ロータ鉄心の円周方向における複数箇所に配設
された永久磁石を、前記ステータは、ステータ鉄心及び
該ステータ鉄心の円周方向における複数箇所に配設され
たコイルをそれぞれ備える。
【０００３】ところで、扇形の永久磁石をロータ鉄心の
外周縁に露出させて配設した表面磁石型の永久磁石式同
期モータにおいては、永久磁石の比透磁率がほぼ１であ
るので、ステータ側からみた実質的なエアギャップ長
は、ステータとロータとの間のギャップと、永久磁石の
厚さとを加えたものになる。したがって、ステータの反
作用が小さくなり、弱め界磁制御を行うのが困難になっ
てしまう。
【０００４】そこで、前記永久磁石をロータ鉄心内に埋
め込んだ内部磁石型の永久磁石式同期モータが提供され
ている（特開平８−１０７６３９号公報参照）。この場
合、ステータ側からみた実質的なエアギャップ長は、ス
テータとロータとの間のギャップと等しくなるので、ス
テータの反作用が大きくなり、弱め界磁制御を行うのが
容易になる。
【０００５】また、ｄ軸の磁路に磁気抵抗が大きい永久
磁石が配設され、ｑ軸の磁路には永久磁石が配設されな
いので、円周方向における位置によって磁気抵抗が変化
し、ｑ軸インダクタンスＬｑがｄ軸インダクタンスＬｄ
より大きくなり、逆突極性を示す。したがって、適切な
ｄ軸電流を流すことによって、前記永久磁石の磁束及び
ｑ軸電流に基づいて発生させられるマグネットトルクの
ほかに、リラクタンストルクを発生させることができ、
トルクを発生させるために必要なｑ軸電流を少なくする
ことができる。
【０００６】
【発明が解決しようとする課題】しかしながら、前記従
来の永久磁石式同期モータにおいては、高速で回転させ
たときに、永久磁石に生じる遠心力に対して十分な強度
を持つことができるように、ロータ鉄心の径方向におけ
る永久磁石より外方の部分の寸法を大きくする必要が生
じる。ところが、ロータ鉄心の径方向における永久磁石
より外方の部分の自重による遠心力と、永久磁石に生じ
る遠心力とが、ロータ鉄心の径方向における永久磁石の
端部より外方の比較的薄い部分に作用するので、ロータ
鉄心の強度が低くなってしまう。
【０００７】そこで、ロータ鉄心の径方向における永久
磁石の端部より外方の部分の寸法を大きくすることが考
えられるが、その場合、磁束の漏れ量が多くなり、大き
いトルクを発生させることができなくなってしまうだけ
でなく、ギャップの磁束分布に歪（ひず）みが生じて、
磁束密度波形に高調波成分が生じ、トルク振動を発生さ
せてしまう。
【０００８】本発明は、前記従来の永久磁石式同期モー
タの問題点を解決して、ロータ鉄心の強度を高くし、か
つ、大きいトルクを発生させることができるとともに、
トルク振動が発生するのを抑制することができる永久磁
石式同期モータを提供することを目的とする。
【０００９】
【課題を解決するための手段】そのために、本発明の永
久磁石式同期モータにおいては、回転自在に配設され、
円周方向における複数箇所に穴が形成されたロータ鉄心
と、前記穴に組み付けられた永久磁石と、ステータ鉄心
と、該ステータ鉄心に配設されたコイルとを有する。
【００１０】そして、前記永久磁石は、幅方向に延びる
直線部、該直線部の両端に形成され、互いに近接する側
に向けて斜め外方に延びるテーパ部、及び該両テーパ部
間を結ぶ円弧部を備え、かつ、前記穴の両端に形成さ
れ、互いに近接する側に向けて斜め外方に延びる両テー
パ部によって支持される。本発明の他の永久磁石式同期
モータにおいては、さらに、前記永久磁石の円弧部と前
記ロータ鉄心の円弧部との間に間隙（げき）が形成され
る。
【００１１】本発明の更に他の永久磁石式同期モータに
おいては、さらに、前記永久磁石のテーパ部及び円弧部
が一方の極性に着磁され、永久磁石の直線部が他方の極
性に着磁される。本発明の更に他の永久磁石式同期モー
タにおいては、さらに、回転自在に配設され、ロータ鉄
心、及び該ロータ鉄心の外周縁の近傍に配設された永久
磁石を備えるロータと、該ロータの外周に配設され、ス
テータ鉄心、及び該ステータ鉄心に巻装されたコイルを
備えるステータとを有する。
【００１２】そして、前記永久磁石は、主磁極部、及び
屈曲部を境にして磁極端部において主磁極部と一体に形
成され、主磁極部と同じ極性に着磁された補極部を備
え、該補極部から流れ出る磁束によって前記磁極端部の
磁路が飽和させられる。本発明の更に他の永久磁石式同
期モータにおいては、さらに、前記補極部はテーパ部を
有する。
【００１３】本発明の更に他の永久磁石式同期モータに
おいては、さらに、前記ロータ鉄心の円周方向における
複数箇所に、前記永久磁石に対応するテーパ部を備える
穴が形成され、前記永久磁石は前記各穴に組み付けら
れ、かつ、前記テーパ部によって支持される。本発明の
更に他の永久磁石式同期モータにおいては、さらに、前
記主磁極部の開角は、ステータ鉄心のスロットピッチの
約 ｎ＋１／２（ｎは整数） にされる。
【００１４】
【発明の実施の形態】以下、本発明の実施の形態につい
て図面を参照しながら詳細に説明する。図２は本発明の
第１の実施の形態における永久磁石式同期モータの縦断
面図である。図において、１１１はモータアッセンブ
リ、１４はモータケースであり、該モータケース１４内
に永久磁石式同期モータ１１５が収容される。
【００１５】前記モータケース１４は、ほぼ有底の円筒
状部分１４ａ、及び該円筒状部分１４ａの一端を閉鎖し
て、密閉されたモータ収容室１１８を形成する蓋（ふ
た）部分１４ｂから成る。また、前記円筒状部分１４ａ
の外周面には複数のフィン２４が形成される。そして、
前記円筒状部分１４ａの底部の中央、及び前記蓋部分１
４ｂの中央にはそれぞれ穴が形成され、該穴を貫通させ
てモータシャフト２７が配設され、該モータシャフト２
７はベアリング２９、３０によって回転自在に支持され
る。また、前記蓋部分１４ｂの穴に隣接させて凹部が形
成され、該凹部は蓋部材３３によって閉鎖されることに
よりセンサ室３４を形成する。
【００１６】そして、該センサ室３４にはレゾルバ３５
が配設され、該レゾルバ３５は、前記モータシャフト２
７の回転に基づいて永久磁石式同期モータ１１５の磁極
の位置を検出する。すなわち、前記永久磁石式同期モー
タ１１５は、前記モータシャフト２７の軸方向における
ほぼ中央に取り付けられ、該モータシャフト２７と共に
回転させられるロータ１０、及び前記円筒状部分１４ａ
の円筒部の内周面において前記ロータ１０と対向させて
固定されたステータ５１を有し、該ステータ５１はステ
ータ鉄心５２、及び該ステータ鉄心５２に巻装された３
相（Ｕ相、Ｖ相及びＷ相）のコイル３９から成る。
【００１７】したがって、該各コイル３９に、図示しな
いインバータにおいて発生させられた３相の交流電流を
供給することによって、ロータ１０を回転させることが
できる。該ロータ１０は、複数の電磁鋼板を積層した状
態でモータシャフト２７に嵌（かん）合され、図示しな
いロータ鉄心、及び該ロータ鉄心の外周縁の近傍に配設
された永久磁石１３を有する。該永久磁石１３は、ロー
タ１０の円周方向における複数箇所に等ピッチで配設さ
れるとともに、両端に配設されたストッパ５６、５７に
よって押さえられた状態で固定され、前記磁極を形成す
る。
【００１８】また、前記円筒状部分１４ａの底部にはリ
ヤケース８１が取り付けられ、前記円筒状部分１４ａの
底部とリヤケース８１との間にトルク伝動室８３が形成
される。そして、該トルク伝動室８３には、前記モータ
シャフト２７とスプライン嵌合させて同軸的にスリーブ
状の伝動軸１６１が配設され、該伝動軸１６１はベアリ
ング１６２、１６３によって回転自在に支持される。ま
た、前記伝動軸１６１と平行にカウンタシャフト８４が
配設され、該カウンタシャフト８４はベアリング６４、
６５によって回転自在に支持される。
【００１９】さらに、前記伝動軸１６１にカウンタドラ
イブギヤ８７が、前記カウンタシャフト８４にパーキン
グギヤ８５及びカウンタドリブンギヤ８８がそれぞれ固
定されるとともに、前記カウンタドライブギヤ８７とカ
ウンタドリブンギヤ８８とが噛（し）合させられる。ま
た、前記カウンタシャフト８４に出力ギヤ８９が配設さ
れ、該出力ギヤ８９の回転がディファレンシャル装置９
０に伝達される。
【００２０】該ディファレンシャル装置９０は、外周に
リングギヤ９１を備えるとともに、ベアリング７９、８
０を介して回転自在に支持されたディファレンシャルケ
ース９２、該ディファレンシャルケース９２に固定され
たピニオン軸９３、該ピニオン軸９３に回転自在に支持
されたピニオン９４、及び該ピニオン９４と噛合する左
右のサイドギヤ９５、９６から成る。したがって、前記
ディファレンシャル装置９０は、前記リングギヤ９１に
伝達された回転を左右の駆動軸９７、９８に分割して伝
達する。
【００２１】次に、前記永久磁石式同期モータ１１５に
ついて説明する。図１は本発明の第１の実施の形態にお
けるロータの要部断面図、図３は本発明の第１の実施の
形態における永久磁石式同期モータの要部横断面図であ
る。図において、１０は回転自在に配設されたロータ、
１１はロータ鉄心であり、前記ロータ１０の周囲にステ
ータ５１が配設される。また、５２はステータ鉄心、５
３は該ステータ鉄心５２の円周方向における複数箇所に
おいてロータ１０に向けて突出させて形成されたステー
タポールであり、前記ステータ鉄心５２には、Ｕ相の巻
線６１、Ｖ相の巻線６２及びＷ相の巻線６３から成るコ
イル３９が配設される。そして、前記ロータ鉄心１１の
円周方向における複数箇所、本実施の形態においては、
６箇所に、断面が「Ｄ」字状の穴１２が形成され、該穴
１２内に断面が「Ｄ」字状の永久磁石１３が挿入され、
固定されることによって組み付けられる。
【００２２】前記穴１２は、接線方向に延びる直線部１
５、該直線部１５の両端に形成された切込部１６、該切
込部１６から互いに近接する側に向けて斜め外方に延び
るテーパ部１７、及び該両テーパ部１７間を結び、ロー
タ鉄心１１の外周縁とほぼ平行に延びる円弧部１８から
成る。また、前記永久磁石１３は穴１２の形状に対応す
る形状を有し、接線方向に延びる直線部２５、該直線部
２５の両端に形成された立上部２６、該立上部２６から
互いに近接する側に向けて斜め外方に延びるテーパ部２
７、及び該両テーパ部２７間を結び、ロータ鉄心１１の
外周縁とほぼ平行に延びる円弧部２８から成る。
【００２３】そして、前記永久磁石１３を穴１２内に挿
入したとき、前記各テーパ部１７、２７が互いに当接
し、かつ、円弧部１８、２８間にわずかな間隙が形成さ
れるように、穴１２及び永久磁石１３の寸法が設定され
る。したがって、永久磁石１３はテーパ部１７によって
支持されることになり、ロータ１０を回転させたときに
永久磁石１３に遠心力が発生し、該遠心力は前記テーパ
部１７に加わるが、円弧部１８には加わらず、永久磁石
１３を支持するのに寄与しないので、円弧部１８が破損
するのを防止することができる。そして、各円弧部１
８、２８間にわずかな間隙が形成されるので、円弧部１
８、２８の面加工が容易になる。
【００２４】また、前記テーパ部１７は、切込部１６か
ら互いに近接する側に傾斜させて形成されるので、テー
パ部１７とロータ鉄心１１の外周縁との間に十分な肉厚
を確保することができる。したがって、ロータ１０を高
速で回転させ、大きい遠心力が前記テーパ部１７に加わ
っても、テーパ部１７が破損することはない。さらに、
切込部１６とテーパ部１７との間、及び該テーパ部１７
と円弧部１８との間に鈍角が形成されるので、応力集中
が発生するのを防止することができる。その結果、テー
パ部１７の周囲のロータ鉄心１１の強度を高くすること
ができる。
【００２５】ところで、前記円弧部１８は、径方向にお
ける前記永久磁石１３より外方において永久磁石１３を
覆うので、永久磁石１３の内部における欠陥、ロータ１
０の過剰回転等によって、永久磁石１３が破損したり、
粉砕したりしたときに、破片が周囲に飛散するのを防止
する。この場合、円弧部１８は永久磁石１３を覆うだけ
の機能を備えれば十分であるので、円弧部１８の径方向
の寸法を小さくすることができ、テーパ部１７の径方向
の寸法を小さくすることができる。したがって、円弧部
１８からの磁束の漏れ量を少なくすることができ、ステ
ータ５１とロータ１０との間のギャップを通る磁束の量
を多くすることができるので、永久磁石式同期モータ１
１５（図２）によってその分大きいトルクを発生させる
ことができる。また、ギャップの磁束分布に生じる歪み
を極めて少なくすることができ、磁束密度波形に生じる
高調波成分を減少させ、トルク振動が発生するのを防止
することができる。
【００２６】しかも、前記テーパ部１７の近傍において
はロータ鉄心１１が飽和し、前記円弧部１８の磁束がテ
ーパ部１７の近傍を通るのを抑制する。したがって、前
記円弧部１８の磁束がロータ鉄心１１において短絡する
のを抑制することができるので、ステータ５１とロータ
１０との間のギャップを通る磁束の量を更に多くするこ
とができる。その結果、モータトルクを大きくすること
ができる。
【００２７】なお、前記永久磁石１３のテーパ部２７及
び円弧部２８が一方の極性に着磁され、永久磁石１３の
直線部２５が他方の極性に着磁される。ところで、低ト
ルク領域において永久磁石式同期モータ１１５を駆動す
る場合のように、コイル３９に流れる電流が少ないと、
前記円弧部１８の磁束の一部は、ステータ鉄心５２を通
らず、ロータ鉄心１１を短絡する。そして、このこと
と、実質的なエアギャップ長が短くなり、磁気抵抗が小
さくなることとが作用して、逆起電圧が低くなるので、
電源電圧を高くすることなくロータ１０の回転数を高く
することができる。したがって、弱め界磁制御を行うた
めのｄ軸電流をその分少なくすることができるので、永
久磁石式同期モータ１１５の効率を高くすることができ
る。
【００２８】そして、前記構成の永久磁石式同期モータ
１１５を形成する場合、永久磁石１３を着磁した後に永
久磁石１３を穴１２内に挿入しようとすると、永久磁石
１３の磁力によって穴１２が吸引されてしまい作業が極
めて困難になる。そこで、着磁する前の永久磁石１３を
穴１２に組み付けた後に、パルス磁場を発生させて永久
磁石１３を着磁するようにしている。この場合、径方向
における前記円弧部１８の寸法が小さいので、着磁が容
易になる。
【００２９】次に、本発明の永久磁石式同期モータ１１
５の特性及び従来の永久磁石式同期モータの特性につい
て説明する。図４は永久磁石式同期モータの第１の特性
比較図である。なお、図において、横軸に永久磁石式同
期モータの種類を、縦軸に出力トルクを採ってある。図
から分かるように、本発明の永久磁石式同期モータ１１
５（図２）による出力トルクを１００としたとき、従来
の永久磁石式同期モータによる出力トルクは８０．７に
なる。なお、この場合、本発明の永久磁石式同期モータ
１１５における円弧部１８（図１）の厚さ、及び従来の
永久磁石式同期モータにおけるロータ鉄心の外周縁と永
久磁石との間の厚さ、すなわち、磁極上部鉄心厚さは、
いずれも１．５〔ｍｍ〕とし、磁石の量を等しくし、同
一レベルの逆起電圧を発生させるようにした。
【００３０】図５は本発明の第１の実施の形態における
永久磁石式同期モータの第１の特性図である。なお、図
において、横軸に円弧部１８（図１）の厚さを、縦軸に
出力トルクを採ってある。図から分かるように、本発明
の永久磁石式同期モータ１１５（図２）において、円弧
部１８の厚さが０．５〔ｍｍ〕であるときの出力トルク
を１００としたときに、円弧部１８の厚さを０．７５
〔ｍｍ〕、１〔ｍｍ〕、１．５〔ｍｍ〕にすると、出力
トルクはそれぞれ９９．５、９８．１、９５、９にな
る。
【００３１】図６は永久磁石式同期モータの第２の特性
比較図である。なお、図において、横軸に永久磁石式同
期モータ１１５（図２）の種類を、縦軸に逆起電圧を採
ってある。図から分かるように、本発明の永久磁石式同
期モータによる逆起電圧を１００としたときに、従来の
永久磁石式同期モータによる逆起電圧は１０２．５にな
る。なお、この場合、本発明の永久磁石式同期モータ１
１５における円弧部１８（図１）の厚さ、及び従来の永
久磁石式同期モータにおける磁極上部鉄心厚さは、いず
れも１．５〔ｍｍ〕とし、磁石の量を等しくし、同一レ
ベルの逆起電圧を発生させるようにした。
【００３２】図７は本発明の第１の実施の形態における
永久磁石式同期モータの第２の特性図である。なお、図
において、横軸に円弧部１８（図１）の厚さを、縦軸に
逆起電圧を採ってある。図から分かるように、本発明の
永久磁石式同期モータ１１５（図２）において、円弧部
１８の厚さが０．５〔ｍｍ〕であるときの逆起電圧を１
００としたときに、円弧部１８の厚さを０．７５〔ｍ
ｍ〕、１〔ｍｍ〕、１．５〔ｍｍ〕にすると、逆起電圧
はそれぞれ９７．３、９４．７、８９．２になる。
【００３３】図８は永久磁石式同期モータの第３の特性
比較図である。なお、図において、横軸に永久磁石式同
期モータ１１５（図２）の種類を、縦軸に出力トルク／
逆起電圧を採ってある。図から分かるように、本発明の
永久磁石式同期モータ１１５による出力トルク／逆起電
圧を１００としたときに、従来の永久磁石式同期モータ
による出力トルク／逆起電圧は７８．７になる。この場
合、本発明の永久磁石式同期モータ１１５における円弧
部１８（図１）の厚さ、及び従来の永久磁石式同期モー
タにおける磁極上部鉄心厚さは、いずれも１．５〔ｍ
ｍ〕とし、磁石の量を等しくし、同一レベルの逆起電圧
を発生させるようにした。
【００３４】次に、本発明の第２の実施の形態について
説明する。図９は本発明の第２の実施の形態におけるロ
ータの拡大図、図１０は本発明の第２の実施の形態にお
ける磁束パターンを示す図、図１１は本発明の第２の実
施の形態における磁束の量の比較図、図１２は本発明の
第２の実施の形態におけるモータトルクの比較図であ
る。
【００３５】図において、１１は電磁鋼板を積層するこ
とによって形成されたロータ鉄心、３７はロータ、５５
は永久磁石である。前記ロータ鉄心１１には、前記永久
磁石５５を収容し、保持するための穴１２が形成され
る。前記永久磁石５５は、ほぼ蒲鉾（かまぼこ）の形状
を有し、接線方向に延びる直線部５５ａ、該直線部５５
ａの両端に形成された立上部５５ｂ、該立上部５５ｂか
ら互いに近接する側に向けて斜め外方に延びるテーパ部
５５ｃ、及び該両テーパ部５５ｃ間を結び、ロータ鉄心
１１の外周縁とほぼ平行に延びる円弧部５５ｄから成
る。
【００３６】そして、前記直線部５５ａと円弧部５５ｄ
との間に主磁極部４４が、前記テーパ部５５ｃと円弧部
５５ｄとの隣接点である屈曲部を境に、磁極端部におい
て主磁極部４４と併設させて、かつ、一体に補極部４５
が形成され、前記主磁極部４４及び補極部４５はいずれ
も同じ極性に着磁させられる。本実施の形態において
は、前記テーパ部５５ｃ及び円弧部５５ｄが一方の極性
に着磁され、前記直線部５５ａが他方の極性に着磁され
る。
【００３７】一方、前記穴１２は、ほぼ蒲鉾の形状を有
し、接線方向に延びる直線部１５、該直線部１５の両端
に形成された切込部１６、該切込部１６から互いに近接
する側に向けて斜め外方に延びるテーパ部１７、及び該
両テーパ部１７間を結び、ロータ鉄心１１の外周縁とほ
ぼ平行に延びる円弧部１８から成る。そして、前記補極
部４５が着磁されるので、補極部４５によって発生させ
られた磁束がテーパ部５５ｃからロータ鉄心１１に向け
て、図示しないテーパ面に対してほぼ垂直の方向に流れ
出る。
【００３８】したがって、ロータ鉄心１１における磁極
端部の近傍、すなわち、補極部４５の近傍において磁路
を一層飽和させることができる。その結果、磁極端部に
おいて磁束が短絡するのを防止することができ、図１１
に示すように、ステータ５１（図３）とロータ１０との
間のギャップを通る磁束の量を、その分多くすることが
できるので、図１２に示すように、モータトルクを大き
くすることができる。すなわち、補極部４５が有る場合
の磁束の量を１００としたとき、補極部４５が無い場合
の磁束の量は９５であり、補極部４５が有る場合のモー
タトルクを１００としたとき、補極部４５が無い場合の
モータトルクは８８である。
【００３９】さらに、主磁極部４４と補極部４５とが一
体に形成されるので、永久磁石式同期モータ１１５の構
造を簡素化することができるだけでなく、部品点数及び
組付工数を少なくすることができ、永久磁石式同期モー
タ１１５のコストを低くすることができる。そして、前
記補極部４５が、前記テーパ部５５ｃと円弧部５５ｄと
の隣接点である屈曲部を境に形成されるので、補極部４
５におけるＮ極とＳ極との間の距離を短くすることがで
きる。したがって、補極部４５における磁石の量を少な
くすることができるだけでなく、ロータ鉄心１１の外周
面と補極部４５との間の距離が長くなるので、磁路を十
分に飽和させることができる。
【００４０】また、ロータ３７の円周方向における磁極
間距離を長くすることができるので、ロータ鉄心１１の
強度を高くすることができる。ところで、前記永久磁石
５５はテーパ部１７によって支持されることになり、ロ
ータ１０を回転させたときに永久磁石５５に遠心力が発
生し、該遠心力は前記テーパ部１７に加わるが、円弧部
１８には加わらず、永久磁石５５を支持するのに寄与し
ないので、円弧部１８が破損するのを防止することがで
きる。そして、各円弧部１８、５５ｄ間にわずかな間隙
が形成されるので、円弧部１８、５５ｄの面加工が容易
になる。
【００４１】また、前記テーパ部１７は、切込部１６か
ら互いに近接する側に傾斜させて形成されるので、テー
パ部１７とロータ鉄心１１の外周縁との間に十分な肉厚
を確保することができる。したがって、ロータ１０を高
速で回転させ、大きい遠心力が前記テーパ部１７に加わ
っても、テーパ部１７が破損することはない。さらに、
切込部１６とテーパ部１７との間、及び該テーパ部１７
と円弧部１８との間に鈍角が形成されるので、応力集中
が発生するのを防止することができる。その結果、テー
パ部１７の周囲のロータ鉄心１１の強度を高くすること
ができる。
【００４２】ところで、前記円弧部１８は、径方向にお
ける前記永久磁石５５より外方において永久磁石５５を
覆うので、永久磁石５５の内部における欠陥、ロータ１
０の過剰回転等によって、永久磁石５５が破損したり、
粉砕したりしたときに、破片が周囲に飛散するのを防止
する。この場合、円弧部１８は永久磁石５５を覆うだけ
の機能を備えれば十分であるので、円弧部１８の径方向
の寸法を小さくすることができ、テーパ部１７の径方向
の寸法を小さくすることができる。したがって、円弧部
１８からの磁束の漏れ量を少なくすることができ、ステ
ータ５１とロータ１０との間のギャップを通る磁束の量
を多くすることができるので、永久磁石式同期モータ１
１５（図２）によってその分大きいトルクを発生させる
ことができる。また、ギャップの磁束分布に生じる歪み
を極めて少なくすることができ、磁束密度波形に生じる
高調波成分を減少させ、トルク振動が発生するのを防止
することができる。
【００４３】ところで、低トルク領域において永久磁石
式同期モータ１１５を駆動する場合のように、コイル３
９に流れる電流が少ないと、前記円弧部１８の磁束の一
部は、ステータ鉄心５２を通らず、ロータ鉄心１１を短
絡する。そして、このことと、実質的なエアギャップ長
が短くなり、磁気抵抗が小さくなることとが作用して、
逆起電圧が低くなるので、電源電圧を高くすることなく
ロータ１０の回転数を高くすることができる。したがっ
て、弱め界磁制御を行うためのｄ軸電流をその分少なく
することができるので、永久磁石式同期モータ１１５の
効率を高くすることができる。
【００４４】そして、前記構成の永久磁石式同期モータ
１１５を形成する場合、永久磁石５５を着磁した後に永
久磁石５５を穴１２内に挿入しようとすると、永久磁石
５５の磁力によって穴１２が吸引されてしまい作業が極
めて困難になる。そこで、着磁する前の永久磁石５５を
穴１２に組み付けた後に、パルス磁場を発生させて永久
磁石５５を着磁するようにしている。この場合、径方向
における前記円弧部１８の寸法が小さいので、着磁が容
易になる。
【００４５】さらに、前記主磁極部４４の開角をθと
し、ステータ鉄心５２の各ステータポール５３のピッ
チ、すなわち、スロットピッチをｐとすると、開角θ
は、 θ≒（ｎ＋１／２）・ｐ （ｎは整数）にされる。
【００４６】この場合、ロータ３７が回転させられ、ス
テータ５１に対してどの位置に置かれても、主磁極部４
４と対向するステータ鉄心５２の各ステータポール５３
間のスロットの数が、常にｎになり、一定になる。した
がって、コギングトルクが発生するのを抑制し、振動が
発生するのを抑制することができる。なお、本発明は前
記実施の形態に限定されるものではなく、本発明の趣旨
に基づいて種々変形することが可能であり、それらを本
発明の範囲から排除するものではない。
【００４７】
【発明の効果】以上詳細に説明したように、本発明によ
れば、永久磁石式同期モータにおいては、回転自在に配
設され、円周方向における複数箇所に穴が形成されたロ
ータ鉄心と、前記穴に組み付けられた永久磁石と、ステ
ータ鉄心と、該ステータ鉄心に配設されたコイルとを有
する。
【００４８】そして、前記永久磁石は、幅方向に延びる
直線部、該直線部の両端に形成され、互いに近接する側
に向けて斜め外方に延びるテーパ部、及び該両テーパ部
間を結ぶ円弧部を備え、かつ、前記穴の両端に形成さ
れ、互いに近接する側に向けて斜め外方に延びる両テー
パ部によって支持される。この場合、永久磁石はテーパ
部によって支持されることになり、ロータを回転させた
ときに永久磁石に遠心力が発生し、該遠心力は穴のテー
パ部に加わるが、円弧部には加わらず、永久磁石を支持
するのに寄与しないので、円弧部が破損するのを防止す
ることができる。
【００４９】また、前記テーパ部は、穴の両端において
互いに近接する側に傾斜させて形成されるので、テーパ
部とロータ鉄心の外周縁との間に十分な肉厚を確保する
ことができる。したがって、ロータを高速で回転させ、
大きい遠心力が前記テーパ部に加わっても、テーパ部が
破損することはない。さらに、テーパ部と円弧部との間
に鈍角が形成されるので、応力集中が発生するのを防止
することができる。その結果、テーパ部の周囲のロータ
鉄心の強度を高くすることができる。
【００５０】そして、前記円弧部は、径方向における前
記永久磁石より外方において永久磁石を覆うので、永久
磁石の内部における欠陥、ロータの過剰回転等によっ
て、永久磁石が破損したり、粉砕したりしたときに、破
片が周囲に飛散するのを防止する。この場合、円弧部は
永久磁石を覆うだけの機能を備えれば十分であるので、
円弧部の径方向の寸法を小さくすることができ、テーパ
部の径方向の寸法を小さくすることもできる。したがっ
て、円弧部からの磁束の漏れ量を少なくすることがで
き、ステータとロータとの間のギャップを通る磁束の量
を多くすることができるので、永久磁石式同期モータに
よってその分大きいトルクを発生させることができる。
また、ギャップの磁束分布に生じる歪みを極めて少なく
することができ、磁束密度波形に生じる高調波成分を減
少させ、トルク振動が発生するのを抑制することができ
る。
【００５１】しかも、前記テーパ部の近傍においては、
ロータ鉄心が飽和し、前記円弧部の磁束がテーパ部の近
傍を通るのを抑制する。したがって、前記円弧部の磁束
がロータ鉄心において短絡するのを抑制することができ
るので、ステータとロータとの間のギャップを通る磁束
の量を更に多くすることができる。また、低トルク領域
において永久磁石式同期モータを駆動する場合のよう
に、コイルに流れる電流が少ないと、前記円弧部の磁束
の一部は、ステータ鉄心を通らず、ロータ鉄心を短絡す
る。そして、このことと、実質的なエアギャップ長が短
くなり、磁気抵抗が小さくなることとが作用して、逆起
電圧が低くなるので、電源電圧を高くすることなくロー
タの回転数を高くすることができる。したがって、弱め
界磁制御を行うためのｄ軸電流をその分少なくすること
ができるので、効率を高くすることができる。
【００５２】さらに、径方向における前記円弧部の寸法
が小さいので、永久磁石の着磁が容易になる。本発明の
他の永久磁石式同期モータにおいては、さらに、前記永
久磁石の円弧部と前記ロータ鉄心の円弧部との間に間隙
が形成される。この場合、前記永久磁石の円弧部と前記
ロータ鉄心の円弧部との間に間隙が形成されるので、各
円弧部の面加工が容易になる。
【００５３】本発明の更に他の永久磁石式同期モータに
おいては、さらに、前記永久磁石のテーパ部及び円弧部
が一方の極性に着磁され、永久磁石の直線部が他方の極
性に着磁される。この場合、前記テーパ部の近傍におい
ては、ロータ鉄心が飽和し、前記円弧部の磁束がテーパ
部の近傍を通るのを抑制する。したがって、前記円弧部
の磁束がロータ鉄心において短絡するのを抑制すること
ができるので、ステータとロータとの間のギャップを通
る磁束の量を更に多くすることができる。その結果、モ
ータトルクを大きくすることができる。
【００５４】本発明の更に他の永久磁石式同期モータに
おいては、回転自在に配設され、ロータ鉄心、及び該ロ
ータ鉄心の外周縁の近傍に配設された永久磁石を備える
ロータと、該ロータの外周に配設され、ステータ鉄心、
及び該ステータ鉄心に巻装されたコイルを備えるステー
タとを有する。そして、前記永久磁石は、主磁極部、及
び屈曲部を境にして磁極端部において主磁極部と一体に
形成され、主磁極部と同じ極性に着磁された補極部を備
え、該補極部から流れ出る磁束によって前記磁極端部の
磁路が飽和させられる。
【００５５】この場合、補極部が着磁されるので、補極
部によって発生させられた磁束がロータ鉄心に流れ出
る。したがって、ロータ鉄心における磁極端部の近傍に
おいて磁路を飽和させることができる。その結果、磁極
端部において磁束が短絡するのを防止することができ、
ステータとロータとの間のギャップを通る磁束の量をそ
の分多くすることができるので、モータトルクを大きく
することができる。
【００５６】また、主磁極部と補極部とが一体に形成さ
れるので、永久磁石式同期モータの構造を簡素化するこ
とができるだけでなく、部品点数及び組付工数を少なく
することができ、永久磁石式同期モータのコストを低く
することができる。そして、前記補極部が前記屈曲部を
境に形成されるので、補極部におけるＮ極とＳ極との間
の距離を短くすることができる。したがって、補極部に
おける磁石の量を少なくすることができるだけでなく、
ロータ鉄心の外周面と補極部との間の距離が長くなるの
で、磁路を十分に飽和させることができる。
【００５７】また、ロータの円周方向における磁極間距
離を長くすることができるので、ロータ鉄心の強度を高
くすることができる。本発明の更に他の永久磁石式同期
モータにおいては、さらに、前記補極部はテーパ部を有
する。この場合、前記補極部が着磁されるので、補極部
によって発生させられた磁束がテーパ部からロータ鉄心
にほぼ垂直の方向に流れ出る。したがって、ロータ鉄心
における磁極端部の近傍において磁路を一層飽和させる
ことができる。その結果、磁極端部において磁束が短絡
するのを防止することができ、ステータとロータとの間
のギャップを通る磁束の量をその分多くすることができ
るので、モータトルクを大きくすることができる。
【００５８】本発明の更に他の永久磁石式同期モータに
おいては、さらに、前記ロータ鉄心の円周方向における
複数箇所に、前記永久磁石に対応するテーパ部を備える
穴が形成され、前記永久磁石は前記各穴に組み付けら
れ、かつ、前記テーパ部によって支持される。この場
合、ロータを回転させたときに永久磁石に遠心力が発生
し、該遠心力は穴のテーパ部に加わるが、円弧部には加
わらず、永久磁石を支持するのに寄与しない。したがっ
て、前記円弧部が破損するのを防止することができる。
【００５９】また、テーパ部とロータ鉄心の外周縁との
間に十分な肉厚を確保することができるので、ロータを
高速で回転させ、大きい遠心力が前記テーパ部に加わっ
ても、テーパ部が破損することはない。さらに、テーパ
部と円弧部との間に鈍角が形成されるので、応力集中が
発生するのを防止することができる。その結果、テーパ
部の周囲のロータ鉄心の強度を高くすることができる。
【００６０】そして、前記円弧部は、径方向における前
記永久磁石より外方において永久磁石を覆うので、永久
磁石の内部における欠陥、ロータの過剰回転等によっ
て、永久磁石が破損したり、粉砕したりしたときに、破
片が周囲に飛散するのを防止する。この場合、円弧部は
永久磁石を覆うだけの機能を備えれば十分であるので、
円弧部の径方向の寸法を小さくすることができ、テーパ
部の径方向の寸法を小さくすることもできる。したがっ
て、円弧部からの磁束の漏れ量を少なくすることがで
き、ステータとロータとの間のギャップを通る磁束の量
を多くすることができるので、永久磁石式同期モータに
よってその分大きいトルクを発生させることができる。
また、ギャップの磁束分布に生じる歪みを極めて少なく
することができ、磁束密度波形に生じる高調波成分を減
少させ、トルク振動が発生するのを抑制することができ
る。
【００６１】また、低トルク領域において永久磁石式同
期モータを駆動する場合のように、コイルに流れる電流
が少ないと、前記円弧部の磁束の一部は、ステータ鉄心
を通らず、ロータ鉄心を短絡する。そして、このこと
と、実質的なエアギャップ長が短くなり、磁気抵抗が小
さくなることとが作用して、逆起電圧が低くなるので、
電源電圧を高くすることなくロータの回転数を高くする
ことができる。したがって、弱め界磁制御を行うための
ｄ軸電流をその分少なくすることができるので、効率を
高くすることができる。
【００６２】さらに、径方向における前記円弧部の寸法
が小さいので、永久磁石の着磁が容易になる。本発明の
更に他の永久磁石式同期モータにおいては、さらに、前
記主磁極部の開角は、ステータ鉄心のスロットピッチの
約 ｎ＋１／２（ｎは整数） にされる。
【００６３】この場合、ロータが回転させられ、ステー
タに対してどの位置に置かれても、主磁極部と対向する
ステータ鉄心のスロットの数が、常にｎになり、一定に
なる。したがって、コギングトルクが発生するのを抑制
し、振動が発生するのを抑制することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の第１の実施の形態におけるロータの要
部断面図である。
【図２】本発明の第１の実施の形態における永久磁石式
同期モータの縦断面図である。
【図３】本発明の第１の実施の形態における永久磁石式
同期モータの要部横断面図である。
【図４】永久磁石式同期モータの第１の特性比較図であ
る。
【図５】本発明の第１の実施の形態における永久磁石式
同期モータの第１の特性図である。
【図６】永久磁石式同期モータの第２の特性比較図であ
る。
【図７】本発明の第１の実施の形態における永久磁石式
同期モータの第２の特性図である。
【図８】永久磁石式同期モータの第３の特性比較図であ
る。
【図９】本発明の第２の実施の形態におけるロータの拡
大図である。
【図１０】本発明の第２の実施の形態における磁束パタ
ーンを示す図である。
【図１１】本発明の第２の実施の形態における磁束の量
の比較図である。
【図１２】本発明の第２の実施の形態におけるモータト
ルクの比較図である。
【符号の説明】
１０ ロータ １１ ロータ鉄心 １２ 穴 １３、５５ 永久磁石 ２５、５５ａ 直線部 ２７、５５ｃ テーパ部 ２８、５５ｄ 円弧部 ３９ コイル ４４ 主磁極部 ４５ 補極部 ５１ ステータ ５２ ステータ鉄心 １１５ 永久磁石式同期モータ
【手続補正書】
【提出日】平成９年１１月２０日
【手続補正１】
【補正対象書類名】図面
【補正対象項目名】図９
【補正方法】変更
【補正内容】
【図９】
【手続補正２】
【補正対象書類名】図面
【補正対象項目名】図１０
【補正方法】変更
【補正内容】
【図１０】

Claims (7)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項１】 回転自在に配設され、円周方向における
    複数箇所に穴が形成されたロータ鉄心と、前記穴に組み
    付けられた永久磁石と、ステータ鉄心と、該ステータ鉄
    心に配設されたコイルとを有するとともに、前記永久磁
    石は、幅方向に延びる直線部、該直線部の両端に形成さ
    れ、互いに近接する側に向けて斜め外方に延びるテーパ
    部、及び該両テーパ部間を結ぶ円弧部を備え、かつ、前
    記穴の両端に形成され、互いに近接する側に向けて斜め
    外方に延びる両テーパ部によって支持されることを特徴
    とする永久磁石式同期モータ。
  2. 【請求項２】 前記永久磁石の円弧部と前記ロータ鉄心
    の円弧部との間に間隙が形成される請求項１に記載の永
    久磁石式同期モータ。
  3. 【請求項３】 前記永久磁石のテーパ部及び円弧部が一
    方の極性に着磁され、永久磁石の直線部が他方の極性に
    着磁される請求項１又は２に記載の永久磁石式同期モー
    タ。
  4. 【請求項４】 回転自在に配設され、ロータ鉄心、及び
    該ロータ鉄心の外周縁の近傍に配設された永久磁石を備
    えるロータと、該ロータの外周に配設され、ステータ鉄
    心、及び該ステータ鉄心に巻装されたコイルを備えるス
    テータとを有するとともに、前記永久磁石は、主磁極
    部、及び屈曲部を境にして磁極端部において主磁極部と
    一体に形成され、主磁極部と同じ極性に着磁された補極
    部を備え、該補極部から流れ出る磁束によって前記磁極
    端部の磁路が飽和させられることを特徴とする永久磁石
    式同期モータ。
  5. 【請求項５】 前記補極部はテーパ部を有する請求項４
    に記載の永久磁石式同期モータ。
  6. 【請求項６】 前記ロータ鉄心の円周方向における複数
    箇所に、前記永久磁石に対応するテーパ部を備える穴が
    形成され、前記永久磁石は前記各穴に組み付けられ、か
    つ、前記テーパ部によって支持される請求項４又は５に
    記載の永久磁石式同期モータ。
  7. 【請求項７】 前記主磁極部の開角は、ステータ鉄心の
    スロットピッチの約 ｎ＋１／２（ｎは整数） にされる請求項４〜６のいずれか１項に記載の永久磁石
    式同期モータ。
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