WO2006092921A1

WO2006092921A1 - 磁性体、回転子、電動機

Info

Publication number: WO2006092921A1
Application number: PCT/JP2006/301671
Authority: WO
Inventors: Kiyotaka Nishijima
Original assignee: Daikin Industries Ltd
Current assignee: Daikin Industries Ltd
Priority date: 2005-02-28
Filing date: 2006-02-01
Publication date: 2006-09-08
Anticipated expiration: 2007-08-28
Also published as: EP1855370A4; KR100947728B1; CN101128969B; EP1855370A1; JP2006238678A; CN101128969A; KR20070116020A; JP4110146B2

Abstract

　本発明では界磁磁石貫通孔（２）の一方の端（２１，２２）にそれぞれ設けられた空隙（３１，３２）は、界磁磁石貫通孔（２）よりも周縁１０側を通ってそれぞれ他方の端（２２，２１）へと延びるので、この部分における磁性体（１）の径方向の寸法を磁極中心よりも小さくし、磁極の境界と磁極とで磁性体の径方向（１００）の厚みの差を低減できる。よって回転子の形状の非対称性を必須とせず、外面を凹ませる必要もなく、トルクリプルを軽減する。

Description

明細書

磁性体、回転子、電動機

技術分野

[0001] この発明は電動機、特に回転子の構造に関する。

背景技術

[0002] 従来力電動機のトルクリプルを軽減する技術が提案されている。例えば下記の特許文献には種々の工夫が開示されている。

[0003] 特許文献 1には回転子にスキューを設ける技術力、特許文献 2には固定子にスキュ一を設ける技術が、それぞれ開示されている。し力生産性の観点からはスキューを設けることは望ましくない。

[0004] 特許文献 3では回転子の磁極間に存在する磁束障壁の形状に着目し、そのなす角度を所定の値に設定したり、不等なピッチにすることで、トルクリプルの低減を図つている。

[0005] 特許文献 4には、回転子の磁気障壁と外周との間に存在するブリッジの厚さを変化させた技術が、特許文献 5では回転子の磁極の角度を所定の範囲に設定する技術力特許文献 6では回転子の磁気障壁の先端の角度を所定の範囲に設定する技術力それぞれ例示されている。

[0006] 特許文献 1：特許第 3028669号公報

特許文献 2：特開 2001— 8417号公報

特許文献 3：特開平 11― 98731号公報

特許文献 4:特開 2000— 217287号公報

特許文献 5 :特開 2002— 44888号公報

特許文献 6：特開 2004— 180460号公報

[0007] しかし、特許文献 3のように不等なピッチを採用すると、回転子が磁極の境界に対して周方向に非対称な形状を必須とする。これは磁束の流れ方が磁極によって異なることを招き、振動や騒音の発生の観点力は望ましくな、。

[0008] 特許文献 4ではブリッジの厚さが磁極の境界近傍で薄くなつているので、回転子の磁極の境界と磁極の中心とで磁性体の径方向の厚みの差は軽減されておらず、トルクリプルの十分な軽減には至れな、。また回転子の外面を凹ませる態様も例示されているが、この形状では風損や風切り音の発生の観点からは望ましくない。

[0009] 特許文献 5、特許文献 6で紹介された技術は回転子の形状の非対称性を必須とせず、外面を凹ませる必要もないものの、回転子の磁極の境界と磁極の中心とで磁性体の径方向の厚みの差は軽減されておらず、まだなおトルクリプルの十分な軽減には至っていない。

発明の開示

[0010] 本発明は、回転子の形状の非対称性を必須とせず、外面を凹ませる必要もなぐ更にトルクリプルを軽減することを目的とする。

[0011] この発明にかかる磁性体（1)の第 1の態様は、周縁（10)と、周方向で環状に配置され、それぞれが周方向に一対の端 (21, 22)を有する複数の界磁磁石貫通孔（2) と、前記一対の端に設けられた一対の空隙（31, 32)とを備える。そして、一の前記界磁磁石貫通孔の前記端の一方（21)に設けられた前記空隙（31)は、（0当該界磁磁石貫通孔よりも前記周縁側を通って当該端の他方（22)へと延び、（ii)当該空隙は、当該端の前記他方側力周方向に沿って同一の第 1距離 (L1)で前記周縁と離隔する第 1部分 (311)と、前記第 1部分から当該端の前記一方側で隣接する他の前記界磁磁石貫通孔へ向かうに従って前記周縁との距離が漸増する第 2部分 (312)とを有する。前記空隙は、前記第 2部分と前記界磁磁石貫通孔との間に設けられる第 3 部分 (313)を更に有する。

[0012] この発明に力かる磁性体（1)の第 2の態様は、この発明に力かる磁性体の第 1の態様であって、一の前記空隙において、前記第 1部分（311 ; 321)の径方向の幅は前記第 2部分（312 ; 322)から周方向に遠ざかるにつれ漸減し、前記第 1部分の前記第 2部分とは反対側の端部（311t; 321t)の角度（ Θ 3)が 15〜25度の間に選定される。

[0013] この発明に力かる磁性体（1)の第 3の態様は、この発明に力かる磁性体の第 1の態様又は第 2の態様であって、隣接する前記界磁磁石貫通孔にそれぞれ属して隣接する一対の前記空隙（31 ; 32)の一方（31)の前記第 1部分（311)の前記第 2部分（ 312)とは反対側の端部（31 It)と、前記一対の前記空隙の他方（32)の前記第 1部分（321)の前記第 2部分（322)とは反対側の端部（321t)との間は、前記周縁（10) の中心 (Z0)力見て周方向に第 1角度（ θ 1)で広がる。前記空隙の前記一方（31) の前記第 1部分 (311)の前記第 2部分 (312)側の周縁側端部（311s)と、前記空隙の前記他方（32)の前記第 1部分（321)の前記第 2部分（322)側の周縁側端部（32 Is)との間は、前記中心から見て周方向に第 2角度（ Θ 2)で広がる。そして前記第 2 角度は 1乃至 16度の間に選定され、前記第 1角度及び前記第 2角度は図 6に示す曲線 Ll l, L12, L20で囲まれる範囲内に選定される。

[0014] この発明に力かる磁性体（1)の第 4の態様は、この発明に力かる磁性体の第 1の態様乃至第 3の態様の、ずれかであって、前記第 2部分 (312； 322)の前記第 3部分（ 313 ; 323)側の周縁側端部（312s； 322s)と前記の周縁（10)とは第 2距離 (L2)で離隔する。そして前記第 1距離は 0. 4〜2. Ommに選定され、前記第 2距離は前記第 1距離の 0. 80倍よりも 1. 0mm以上大きぐ前記第 1距離の 0. 75倍に 3. 7mmを加えた長さ以下に選定される。

[0015] この発明に力かる磁性体（1)の第 5の態様は、この発明に力かる磁性体の第 1の態様乃至第 4の態様のいずれかであって、前記第 2部分 (312 ; 322)と前記周縁（10) との距離は周方向にぉ、て直線状に変化する。

[0016] この発明に力かる磁性体（1)の第 6の態様は、この発明に力かる磁性体の第 1の態様乃至第 4の態様のいずれかであって、前記第 2部分 (312 ; 322)と前記周縁（10) との距離は周方向にぉ、て曲線状に変化する。

[0017] この発明に力かる磁性体（1)の第 7の態様は、この発明に力かる磁性体の第 1の態様乃至第 4の態様のいずれかであって、前記第 2部分 (312 ; 322)と前記周縁（10) との距離は周方向にぉ、て階段状に変化する。

[0018] この発明に力かる磁性体（1)の第 8の態様は、この発明に力かる磁性体の第 1の態様乃至第 7の態様のいずれかであって、隣接する前記界磁磁石貫通孔にそれぞれ属して隣接する一対の前記空隙（31 ; 32)の前記第 3部分（313, 323)同士は、離隔して隣接する。

[0019] この発明に力かる磁性体（1)の第 9の態様は、この発明に力かる磁性体の第 1の態様乃至第 7の態様のいずれかであって、隣接する前記界磁磁石貫通孔（2)にそれぞれ属して隣接する一対の前記空隙（31 ; 32)の前記第 3部分（313, 323)同士が連通する。

[0020] この発明に力かる磁性体（1)の第 10の態様は、この発明に力かる磁性体の第 1の態様乃至第 9の態様のいずれかであって、前記空隙の前記第 3部分 (313, 323)と前記界磁磁石用貫通孔（2)とが連通する。

[0021] この発明に力かる磁性体（1)の第 11の態様は、この発明に力かる磁性体の第 10の態様であって、前記空隙（31, 32)は、前記第 3部分（313, 323)の前記界磁磁石用貫通孔（2)側に凹部（310, 320)を更に有する。

[0022] この発明に力かる磁性体（1)の第 12の態様は、この発明に力かる磁性体の第 1の態様乃至第 9の態様のいずれかであって、前記空隙の前記第 3部分 (313, 323)と前記界磁磁石用貫通孔 (2)とは離隔して隣接する。

[0023] この発明にかかる回転子（100)は、この発明にかかる磁性体（1)の第 1の態様乃至第 12の態様のいずれかと、前記界磁磁石用貫通孔（2)に貫挿される界磁磁石 (6

)とを備える。

[0024] この発明にかかる電動機は、この発明にかかる回転子（100)と、前記回転子に対して所定の間隔を介して前記周縁 (10)側に設けられた固定子 (200)とを備える。

[0025] この発明にかかる磁性体の第 1乃至第 12の態様によれば、当該磁性体単体で、あるいは複数を積層して、界磁磁石貫通孔に界磁磁石を貫挿し、以て埋込磁石型の回転子を構成することができる。第 2部分と周縁との間にある磁性体は、隣接する界磁磁石によってできる磁極の境界近傍にお！ヽて、周方向に沿って境界へと近づくにつれて径方向の寸法が漸増する。よって当該境界における磁性体の径方向の寸法を大きくでき、磁極の境界と中心とで磁性体の径方向の厚みの差を低減できる。かかる構造により、トルクリプルが軽減される。

[0026] し力も界磁磁石貫通孔の一方の端に設けられた空隙は、界磁磁石貫通孔よりも周縁側を通って他方の端へと延びるので、この部分における磁性体の径方向の寸法を磁極中心よりも小さくし、磁極の境界と磁極とで磁性体の径方向の厚みの差を低減できる。 [0027] よって回転子の形状の非対称性を必須とせず、外面を凹ませる必要もなぐ更にトルクリプルを軽減する。

[0028] 中でもこの発明にかかる磁性体の第 2の態様によれば、界磁磁石貫通孔に界磁磁石を貫挿した埋込磁石型の回転子を適用した電動機のトルクリプルを良好に軽減することがでさる。

[0029] 中でもこの発明にかかる磁性体の第 3の態様によれば、界磁磁石貫通孔に界磁磁石を貫挿した埋込磁石型の回転子を、 36スロット 6極電動機に適用して、当該電動機のトルクリプルを良好に軽減することができる。

[0030] 中でもこの発明にかかる磁性体の第 4の態様によれば、界磁磁石貫通孔に界磁磁石を貫挿した埋込磁石型の回転子を適用した電動機のトルクリプルを良好に軽減することがでさる。

[0031] 中でもこの発明にかかる磁性体の第 8の態様によれば、空隙が設けられた近傍での機械的強度が高められる。

[0032] 中でもこの発明にかかる磁性体の第 11の態様によれば、界磁磁石用貫通孔に貫挿される界磁磁石の位置決めが容易である。

[0033] 中でもこの発明にかかる磁性体の第 12の態様によれば、空隙が設けられた近傍での機械的強度が高められる。

[0034] この発明にかかる回転子によれば、第 2部分と周縁との間にある磁性体は、隣接する界磁磁石によってできる磁極の境界近傍において、周方向に沿って境界へと近づくにつれて径方向の寸法が漸増する。よって当該境界における磁性体の径方向の寸法を大きくでき、磁極の境界と中心とで磁性体の径方向の厚みの差を低減できる。かカゝる構造により、トルクリプルが軽減される。

[0035] し力も界磁磁石貫通孔の一方の端に設けられた空隙は、界磁磁石貫通孔よりも周縁側を通って他方の端へと延びるので、この部分における磁性体の径方向の寸法を磁極中心よりも小さくし、磁極の境界での磁性体の径方向の厚みの段差を低減できる。

[0036] この発明に力かる電動機によれば、そのトルクリプルが軽減される。

[0037] この発明の目的、特徴、局面、および利点は、以下の詳細な説明と添付図面とによつて、より明白となる。

図面の簡単な説明

[図 1]本発明の第 1の実施の形態に力かる磁性体の構成を示す平面図である。

[図 2]本発明の第 1の実施の形態に力かる回転子の構造を示す断面図である。

[図 3]本発明の第 1の実施の形態に力かる回転子の構造を示す断面図である。

[図 4]本発明の第 1の実施の形態に力かる回転子の構造を示す断面図である。

[図 5]本発明の第 1の実施の形態に力かる回転子と固定子コアとを備えた電動機の断面形状を示す断面図である。

[図 6]トルクリプル率の角度 Θ 3に対する依存性を示すシミュレーショングラフである。

[図 7]トルクリプル率の角度 θ 1, Θ 2に対する依存性を示すシミュレーショングラフである。

[図 8]トルクリプル率が距離 LI, L2に依存して減少する様子を示すシミュレーショングラフである。

[図 9]トルクを示すグラフである。

[図 10]ロータ表面力接線成分の回転角度 φ Aにおける関係を示すグラフである。

[図 11]ロータ表面力接線成分の回転角度 φ Aにおける関係を示すグラフである。

[図 12]ロータ表面力接線成分の回転角度 φ Aにおける関係を示すグラフである。

[図 13]回転子と固定子における磁束ベクトルを示すシミュレーションを示す断面図である。

[図 14]回転子と固定子における磁束ベクトルを示すシミュレーションを示す断面図である。

[図 15]ロータ表面力接線成分の回転角度 φ Bにおける関係を示すグラフである。

[図 16]ロータ表面力接線成分の回転角度 φ Bにおける関係を示すグラフである。

[図 17]ロータ表面力接線成分の回転角度 φ Bにおける関係を示すグラフである。

[図 18]回転子と固定子における磁束ベクトルを示すシミュレーションを示す断面図である。

[図 19]回転子と固定子における磁束ベクトルを示すシミュレーションを示す断面図である。 [図 20]本発明の第 2の実施の形態に力かる回転子の構造を示す断面図である。

[図 21]本発明の第 3の実施の形態に力かる回転子の構造を示す断面図である。

[図 22]本発明の第 4の実施の形態に力かる回転子の構造を示す断面図である。

[図 23]本発明の第 4の実施の形態の変形に力かる回転子の構造を示す断面図である。

[図 24]本発明の第 5の実施の形態に力かる回転子 100の構造を部分的に示す断面図である。

[図 25]本発明の第 5の実施の形態に力かる回転子 100の構造を部分的に示す断面図である。

発明を実施するための最良の形態

[0039] 第 1の実施の形態.

<基本的な形状の説明 >

図 1は本発明の第 1の実施の形態にカゝかる磁性体 1の構成を示す平面図である。但し、当該磁性体 1は、後述のように、埋込磁石型の回転子に資することができる。また磁性体 1は紙面に垂直な方向に延在してもよ!、し、紙面に垂直な方向に薄くてもよい。前者の場合は、例えば圧粉鉄心で形成して回転子のコアとして採用することができる。後者の場合には、例えば鋼板を採用して形成し、相互に積層して回転子のコアとして採用することができる。その場合、図 1は当該コアの断面図として把握できる。中心 ZOは回転子のコアの回転軸に相当する。

[0040] 磁性体 1は環状を呈する周縁 10を備え、ここでは周縁 10が外周として円形を呈している場合が例示されている。但し必ずしも真円である必要はなぐ設計上の変更は適宜に可能である。上述の回転子を得た場合、当該回転子の周縁 10に対向して電機子たる固定子を設けて、電動機を構成することが可能である。周縁 10が内周側に設けられる場合には固定子は当該回転子の内側に配置されることになる（図示省略）磁性体 1は、周方向で環状に配置され、それぞれが周方向に一対の端 21, 22を有する界磁磁石貫通孔 2が複数個、ここでは 6個設けられている。またいずれの界磁磁石貫通孔 2においても、端 21, 22にはそれぞれ空隙 31, 32が設けられている。 [0042] なお、磁性体 1が複数積層される場合には締結具を貫挿するための締結用孔 4が設けられることが望ましい。以下の説明では図示しているが、必須の構成要件ではなぐ例えば磁性体 1同士をカシメにより結合する場合や、磁性体 1を圧粉鉄心で形成する回転子のコアとして形成する場合には不要である。

[0043] また回転子の軸が貫挿される軸孔 5も、磁性体 1の中心に設けられた場合が図示されている。これも必須の構成要件ではなぐ例えば軸方向の端において端板を設け、当該端板に回転軸を設ける場合には不要である。

[0044] 図 2は回転子 100の構造を示す断面図であり、回転軸 ZOに垂直な断面を示している。回転子 100は、図 1に示された磁性体 1の、あるいはその複数を積層したものの、界磁磁石貫通孔 2に界磁磁石 6を貫挿して得られる。

[0045] 界磁磁石 6は周縁 10側（ここでは外周側）とその反対側（ここでは内周側）とにそれぞれ異なる磁極面を呈する。ここで例示された回転子 100の極対数は 3であり、隣接する界磁磁石 6同士は、周縁 10に向けて異なる極性の磁極面を呈している。

[0046] 図 3は回転子 100の磁極境界近傍を拡大して示す断面図であり、図 4は磁極境界近傍で相互に隣接する空隙 31, 32の近傍を更に拡大して示す断面図である。

[0047] ある界磁磁石貫通孔 2の空隙 31は、それが設けられた端 21を有する界磁磁石貫通孔 2 (界磁磁石 6が界磁磁石貫通孔 2に貫挿されて、る場合には、今着目して!/、る空隙 31が設けられた界磁磁石貫通孔 2に貫挿された界磁磁石 6 :図 4では当該端 21 は右側の界磁磁石 6の磁極面 61, 62以外の端 63に一致する）よりも周縁 10側を通つて、同じ界磁磁石貫通孔 2の端 22へと延びる。

[0048] 図 4をも参照して、空隙 31は第 1部分 311、第 2部分 312、第 3部分 313を有している。第 1部分 311は、その属する空隙 31が設けられた端 21を有する界磁磁石貫通孔 2の端 22側から、周方向に沿って、同一の距離 L1で周縁 10と離隔する。

[0049] 第 2部分 312は、第 1部分 311から端 21の側（図 4では右側の界磁磁石 6の端部 63 側)で隣接する他の界磁磁石貫通孔 2へ向かうに従って周縁 10との距離が漸増する。第 3部分 313は、第 2部分 312と界磁磁石貫通孔 2との間に設けられる。第 2部分 3 12の、第 3部分 313側の周縁 10側の端部 312sと周縁 10とは距離 L2で離れている。

[0050] 同様に、ある界磁磁石貫通孔 2の空隙 32は、それが設けられた端 22を有する界磁磁石貫通孔 2 (界磁磁石 6が界磁磁石貫通孔 2に貫挿されている場合には、今着目している空隙 32が設けられた界磁磁石貫通孔 2に貫挿された界磁磁石 6：図 4では当該端 22は左側の界磁磁石 6の磁極面 61, 62以外の端 63に一致する）よりも周縁 10側を通って、同じ界磁磁石貫通孔 2の端 21へと延びる。

[0051] 空隙 32は第 1部分 321、第 2部分 322、第 3部分 323を有している。第 1部分 321 は、その属する空隙 32が設けられた端 22を有する界磁磁石貫通孔 2の端 21側から、周方向に沿って、同一の距離 L1で周縁 10と離隔する。

[0052] 第 2部分 322は、第 1部分 321から端 22の側（図 4では左側の界磁磁石 6の端部 63 側)で隣接する他の界磁磁石貫通孔 2へ向かうに従って周縁 10との距離が漸増する。第 3部分 323は、第 2部分 322と界磁磁石貫通孔 2との間に設けられる。第 2部分 3 22の、第 3部分 323側の周縁 10側の端部 322sと周縁 10とは距離 L2で離れている。

[0053] 空隙 31, 32は、第 3部分 313, 323の界磁磁石用貫通孔 2側に、それぞれ凹部 31 0, 320を有している。これは界磁磁石用貫通孔 2に貫挿される界磁磁石 6の位置決めを容易とする。

[0054] このようにして、磁性体 1単体で、あるいは複数を積層して、界磁磁石貫通孔 2に界磁磁石 6を貫挿し、以て埋込磁石型の回転子 100を構成することができる。

[0055] 図 5は回転子 100と 36スロット 6極の固定子コア 200とを備えた電動機の断面形状を示す断面図である。回転子 100及び固定子 200の磁極の境界を、それぞれ径方向に延びた 6個の直線で示し、かつ回転子 100から発生した磁束の分布をも併記した。図 5では回転子 100の中央の穴に磁性材カもなる回転軸を貫挿した場合を示している。

[0056] 第 2部分 312, 322と周縁 10との間にある磁性体 1は、隣接する界磁磁石 6によつてできる磁極の境界近傍において、周方向に沿って境界へと近づくにつれて径方向の寸法が距離 L1から距離 L2へと漸増する。よって当該境界における磁性体 1の径方向の寸法を大きくでき、磁極の境界と中心とで磁性体 1の径方向の厚みの差を低減できる。カゝかる構造により、トルクリプルが軽減される。

[0057] しカゝも界磁磁石貫通孔 2の端 21, 22にそれぞれ設けられた空隙 31, 32は、界磁磁石貫通孔 2よりも周縁 10側を通ってそれぞれ端 22, 21へと延びるので、この部分における磁性体 1の径方向の寸法を磁極中心よりも小さくし、磁極の境界での磁性体 1の径方向の厚みの段差を低減できる。

[0058] 本件発明は、距離 L2が距離 L1よりも大きいという特徴において特許文献 5や特許文献 6と大きく異なるものの、特許文献 5や特許文献 6の利点、即ち回転子の形状の非対称性を必須とせず、外面を凹ませる必要もなくトルクリプルを改善する点を享受できる。し力も当該特徴は上述の特有の効果、即ち磁極の境界と中心とで磁性体 1 の径方向の厚みの差を低減することに由来する、更なるトルクリプルの改善を招来する。

[0059] <好適な形状 >

さて、空隙 31, 32についてのより好ましい形状について説明する。図 4を参照して、空隙 31において、第 1部分 311の径方向の幅は第 2部分 312から周方向に遠ざかるにつれ漸減し、第 1部分 311の第 2部分 312とは反対側の端部 31 Itは角度 Θ 3をなす。同様にして、空隙 32において、第 1部分 321の径方向の幅は第 2部分 322から周方向に遠ざかるにつれ漸減し、第 1部分 321の第 2部分 322とは反対側の端部 32 Itは角度 0 3をなす。

[0060] 空隙 31の第 1部分 311の端部 311tと、当該空隙 31と最も近く隣接する空隙 32の第 1部分 321の端部 321tとの間は、周縁 10の中心たる中心軸 ZOから見て周方向に角度 0 1で広がる（図 3及び図 4を参照)。

[0061] また、空隙 31の第 1部分 311の第 2部分 312側の周縁 10側の端部 31 Isと、当該空隙 31と最も近く隣接する空隙 32の第 1部分 321の第 2部分 322側の周縁 10側端部 321sとの間は、中心軸 ZOから見て周方向に角度 0 2で広がる（図 3及び図 4を参照)。

[0062] 図 6は L1 = 0. 7mm、L2 = 3. 2mm、 θ 1 = 25° 、 θ 2 = 7. 5° とした場合の、回転子 100と固定子 200を備えた電動機のトルクリプル率（トルクの最大値と最小値との差の、トルクの平均値に対する百分率)の角度 Θ 3に対する依存性を示すシミュレーシヨングラフである。 0 3 = 15〜25° においてほぼ 10%以下にトルクリプル率を抑制できる。なお、相互に最も隣接する第 3部分 313, 323の間でリブとして機能する磁性体は中心軸 ΖΟに対して 1. で広がる場合を例に採っている。 [0063] ちなみに、特許文献 6に記載の技術に近づけるために、 L1 =L2 = 0. 7mm, θ 1 = 25° 、 θ 3 = 22° との条件下では、トルクリプル率は 20. 8%であった。なお、 L1 =L2であるので、第 2部分のように周縁 10との距離が周方向にそって漸次変化する領域が存在せず角度 Θ 2は定義できない。この場合、空隙 31, 32はリブとして機能する磁性体をその両側から挟み、かつ周縁 10との間に距離 L1を保ちつつ角度 θ 1 で広がることになる。

[0064] これに対して、 L1, Θ 1, Θ 3の値をそのままにし、 L2 = 3. 2mmまで増大させた場合 (これに伴って 0 2 = 7. 5° となる）にはトルクリプル率は 8. 1%にまで低下した。これにより特許文献 6に記載の技術よりも本実施の形態の方がトルクリプル率が改善されていることがわ力る。

[0065] 図 7はトルクリプル率の角度 0 1, 0 2に対する依存性を示すシミュレーショングラフであり、トノレクリプノレ率は等高線で示している。図 7中のニ析の数値はトノレクリプノレ率をパーセントで表した数値であり、その横にある曲線が、当該トルクリプル率を与える角度 0 1, Θ 2の座標を結んでいる。トルクリプル率が 10%を示す等高線の内側の短線は、当該短線がある領域の方力トルクリプル率が小さいことを示している。つまり、トルクリプル率が 10%を示す等高線の内側にはトルクリプル率が 10%を超えて大きな領域が存在しな、ことを示して、る。

[0066] 二点鎖線は図 7のグラフを得るためのシミュレーションの範囲を示している。また図 6 と同様に、 L1 = 0. 7mm、 L2 = 3. 2mmに設定した。

[0067] 図 3から理解されるように、単に角度 θ 1を大きくすると、角度 Θ 3は小さくなつてしまう。そこでシミュレーションにおいては角度 Θ 3を、図 6においてトルクリプル率を良好にする範囲（15〜25° )に保たせている。具体的には、 0 1 =40° では 0 3 = 18. 4 。、 0 1 = 30° では 0 3 = 19. 9° 、 0 1 = 25° では 0 3 = 22. 2° 、 0 1 = 20° では 0 3 = 19. 8〜22. 0° 、 0 1 = 15では 0 3 = 17. 8〜20. 1° とした。また 0 1 = 3 5° のとき、 0 3 = 18. 4〜19. 9° である。

[0068] 上述の通り、 L1 =L2 = 0. 7mm、 0 1 = 25° 、 0 3 = 22° の場合が特許文献 6に記載の技術に近く、トノレクリフ。ノレ率は 20. 8%であった。このときの L1, Θ 1, Θ 3の条件は、図 7において最良の結果を示す範囲内にある（トルクリプル率が 10%を示す等高線の内側にある)。よって 0 1, 0 2の好適な値を得る条件として、トルクリプル率が 20. 8%よりも小さいことを、実際には簡単のためこれを近似して 20%以下となることを、採用する。

[0069] θ 1の上限値は曲線 Ll l, L12で、下限値は曲線 L20で、それぞれ規定される。 Θ

2の上限値及び下限値は、それぞれ 16° 及び 1° であり、シミュレーションの境界から決定した。

[0070] 曲線 L11はトルクリプル率が 20%となる曲線のうち θ 1の大きい方の一部である。

曲線 L11の左端は 0 1 = 33° 及び Θ 2= 1° の座標で決定されており、右端は θ 1 = 31° 及び 0 2= 14° の座標で決定されている。曲線 L12は 0 1 = 31° 及び 0 2 = 14° の座標を左端とし、ここにおいて曲線 L11と連結している。また曲線 L12は Θ 2= 14〜15° においては 0 1 = 31° 〖こ対応しており、 0 2= 15〜16° においては θ 1が大き!/、方のシミュレーションの境界に対応して!/、る。

[0071] 曲線 L12はトルクリプル率が 20%を示す曲線 Ll l, L20と、トルクリプル率が 15% を示す曲線との間に存在するので、また、曲線 Ll l, L20の間にはトルクリプル率が 25%を示す曲線が存在しない。

[0072] 以上のことから、 Θ 1 = 1〜16° 、かつ 0 1, 0 2が図 6に示す曲線 Ll l, L12, L2 0で囲まれる範囲内に選定されることにより、トルクリプル率を 20%以下とできること、即ち特許文献 6に記載の技術よりも本実施の形態の方がトルクリプル率が改善されていることがわ力る。

[0073] なお、図 6で示されたシミュレーショングラフにおいて採用された 0 1 = 25° 、 Θ 2

= 7. 5° の条件は、図 7において最良の結果を示す範囲内にある。

[0074] 図 8は回転子 100と固定子 200を備えた電動機のトルクリプル率が距離 LI, L2に依存して減少する様子を示すシミュレーショングラフである。

[0075] 図 8中の二桁の数値はトルクリプル率力 L1 =L2の場合と比較した減少率をパーセントで表した数値であり、その横にある曲線が、当該減少率を与える距離 LI, L2 の座標を結んでいる。減少率が 40%を示す等高線の内側の短線は、当該短線がある領域の方が、減少率が小さいことを示している。つまり、減少率が 40%を示す等高線の内側には減少率力 0%を超えて大きな領域が存在しないことを示している。 [0076] 二点鎖線は図 8のグラフを得るためのシミュレーションの範囲を示している。また θ 1 = 24° 、 0 2 = 7. 5° (L1 =L2の場合には定義されない）、 0 3 = 21° とした。これらの角度 0 1, Θ 2, Θ 3は、図 6及び図 7に鑑みて、ほぼ最適な値を採っている。

[0077] 距離 L1は、回転子 100の機械的強度を考慮すると薄くすることは望ましくない。他方、界磁磁石 6の磁極面同士での磁束の短絡防止を考慮すると厚いことは望ましくない。これらの観点から、距離 L1は 0. 4〜2. Ommに選定されることが望ましい。距離 L1が上限値 2. Ommをとる近傍において、距離 L2がほぼ 2. 6〜4. 5mmの間では距離 L2に対する減少率の依存性が低いこと、及びシミュレーション範囲に鑑み、 0. 80 -L1 + 1. 0〜0. 75 -L1 + 3. 7 (mm)に距離 L2を選定することが望ましい。これにより、 L1 =L2の場合と比較して、トルクリプル率について、ほぼ 4割以上の軽減を得ることができる。力かる望ましい範囲は図 8において網掛けにて示した。

[0078] <効果が得られる理由についての考察 >

さて次に、トルクリプル率が軽減される理由についての考察を簡単に説明する。図 9 はトルクを示すグラフである。曲線 T1は、 L1 =L2 = 0. 7mm、 0 1 = 25° 、 0 3 = 2 2° を採用した回転子と、 36スロット 6極の固定子 200とを用いた電動機のトルクを示すグラフである。曲線 T2は本実施の形態に力かる電動機のトルクを示し、 L1 = 0. 7 mm、L2 = 3. 2mm、 0 1 = 25° 、 0 2 = 7. 5° 、 0 3 = 22° に設定されている。両者のトルクの平均トルクは等しく設定されて、る。

[0079] 但し図 9では磁極一つ分、即ち機械角として 360° /6 = 60° の間隔のみを例示している。回転角度は、回転子の磁極の境界と固定子の磁極の境界とがー致した状態を 0° として、る（図 5の径方向に延びる直線を参照)。

[0080] 曲線 T1よりも曲線 T2の方が変動は小さぐ即ちトルクリプル率は小さい。より具体的には曲線 T1は回転角度 φ Α、 φ Βで、それぞれ最大値及び最小値を採る。曲線 Τ 2も回転角度 φ Α、 φ Βの近傍で極大値、極小値を採る。しかし曲線 T1の最大値と比較して曲線 Τ2の極大値は小さぐ曲線 T1の最小値と比較して曲線 Τ2の極小値は大きい。

[0081] これをより詳細に検討するため、回転子の表面に働く電磁力の接線成分（「ロータ表面力接線成分」と称す)と、回転子の位置角度 (磁極境界を 0° とする）との関係をグラフにした。図 10乃至図 12は回転角度 φ Aにおける関係を示し、図 15乃至図 17 は回転角度 φ Bにおける関係を示した。

[0082] 図 10は磁極一つ分（ここでは回転子の極対数が 3であるため、 360° /3/2 = 60 。 )の、図 11は 0〜10° 近傍の、図 12は 50〜60° 近傍の、それぞれロータ表面力接線成分を示している。曲線 F1A, F2Aはそれぞれ図 9において曲線 Tl, T2を与える電動機におけるロータ表面力接線成分を示す。

[0083] 回転角度 φ Αにおいて、位置角度が 7〜40° 近傍では曲線 F1A, F2Aはいずれもほぼ零であり、ロータ表面力接線成分は二つの電動機の間で殆ど相違しない。し力ゝし図 11及び図 12に示された位置角度では、曲線 F1Aよりも曲線 F2Aが、小さな口ータ表面力接線成分を示していることがわかる。特に図 12に示されるように位置角度力 5〜58° の領域においてその傾向は顕著である。

[0084] 図 13及び図 14は、回転子と固定子における磁束ベクトルを示すシミュレーション結果であり、断面図に相当する。但し、シミュレーションを行うために、回転子と固定子とは複数の要素に細分されており、その要素の中心に磁束ベクトルの始点が配置されている。固定子の歯部 201は、その回転子側に拡幅部 202を備えている。

[0085] 図 13は回転子に L1 =L2の構造が採用された場合を、図 14は L2>L1の構造 (即ち本発明にかかる回転子）が採用された場合を、それぞれ示す。図 13、図 14共に、径方向の鎖謝 Aが、ほぼ位置角度 56° の位置を示す。

[0086] 図 13と比較して図 14では、鎖謝 Aで示された周方向の位置での磁束ベクトルは、周方向成分は殆ど変わらないものの、径方向成分が小さくなつている。これは、 L2> L1とすることにより、当該位置での磁束ベクトルが向力う方向と同じ向きの周方向側の磁性体が増厚し、換言すれば第 2領域 312と周縁 10との間の磁性体量が図 13に示された構造よりも多いからであると考えられる。即ち、図 14に示された構造では図 1 3に示された構造よりも、鎖謝 Aで示された周方向の位置での磁束ベクトルは、固定子の拡幅部 202とは反対側へと向き易くなつているからであると考えられる。

[0087] ロータ表面力接線成分は、磁束ベクトルの周方向成分と径方向成分の積に比例する。よって、磁束ベクトルの周方向成分が殆ど変わらないまま径方向成分が減少することにより、ロータ表面力接線成分は減少する。これが、図 12に現れた曲線 F2Aが曲線 F1Aに対して小さいことの理由であると考えられる。

[0088] 図 15は磁極一つ分（60° )の、図 16は 0〜10° 近傍の、図 17は 50〜60° 近傍の、それぞれロータ表面力接線成分を示している。曲線 FIB, F2Bはそれぞれ図 9 において曲線 Tl, T2を与える電動機におけるロータ表面力接線成分を示す。

[0089] 回転角度 φ Bにおいて、位置角度が 7〜42° 近傍では曲線 FIB, F2Bはいずれもほぼ零であり、ロータ表面力接線成分は二つの電動機の間で殆ど相違しない。しかし図 16及び図 17に示された位置角度では、曲線 F1Bよりも曲線 F2B力大きなロータ表面力接線成分を示していることがわかる。特に図 16に示されるように位置角度が 0〜5° の領域においてその傾向は顕著である。

[0090] 図 18及び図 19は、回転子と固定子における磁束ベクトルを示すシミュレーション結果であり、回転角度が異なる以外は、図 13及び図 14と同様に示されている。図 18は回転子に L1 =L2の構造が採用された場合を、図 18は L2>L1の構造 (即ち本発明にかかる回転子）が採用された場合を、それぞれ示す。図 18、図 19共に、径方向の鎖謝 Bが、ほぼ位置角度 4° の位置を示す。

[0091] 図 18と比較して図 19では、鎖謝 Bで示された周方向の位置での磁束ベクトルは、周方向成分は殆ど変わらないものの、径方向成分が大きくなつている。これは、 L2> L1とすることにより、当該位置での磁束ベクトルが向力う方向とは反対向きの周方向側の磁性体が増厚し、換言すれば第 2領域 322と周縁 10との間の磁性体量が図 18 に示された構造よりも多いからであると考えられる。即ち、図 19に示された構造では図 18に示された構造よりも、鎖謝 Bで示された周方向の位置での磁束ベクトルは、固定子の拡幅部 202側へと向き易くなつているからであると考えられる。

[0092] よって、磁束ベクトルの周方向成分が殆ど変わらないまま径方向成分が増大することにより、ロータ表面力接線成分は増大する。これが、図 12に現れた曲線 F2Bが曲線 F1Bに対して小さいことの理由であると考えられる。

[0093] 以上のことをより定性的に考えると、次のように見ることもできる。即ち、図 9に示されるように、回転子の磁極の境界近傍にぉ、て磁性体が増厚してヽな、場合 (L1 =L 2)と比較して、当該位置での磁性体を増厚すると、回転角度に対するトルクの依存性を緩和している。これは回転子の磁極の境界近傍において増厚した磁性体力固定子と回転子との間の磁束の流れの不規則性を改善しているからであると考えられる

[0094] 第 2の実施の形態.

図 20は本発明の第 2の実施の形態に力かる回転子 100の構造を部分的に示す断面図である。もちろん、当該回転子 100から界磁用磁石 6を除いた構造も、本発明に力かる磁性体 1として把握できる。

[0095] 本実施の形態における回転子 100の特徴は、第 2部分 312, 322と周縁 10との距離が周方向において曲線状に変化する点にあり、それ以外は第 1の実施の形態に示された技術と同様である。このような構成であっても、第 1の実施の形態で説明されたように、磁極の境界近傍において磁性体が増厚され、磁極の境界と中心とで磁性体の径方向の厚みの差を低減できる。よって第 1の実施の形態と同様にトルクリプルを軽減することができる。もちろん、回転子 100の形状の非対称性を必須とせず、外面を凹ませる必要もない。

[0096] 第 3の実施の形態.

図 21は本発明の第 3の実施の形態に力かる回転子 100の構造を部分的に示す断面図である。もちろん、当該回転子 100から界磁用磁石 6を除いた構造も、本発明に力かる磁性体 1として把握できる。

[0097] 本実施の形態における回転子 100の特徴は、隣接する界磁磁石貫通孔 2にそれぞれ属して隣接する一対の第 3部分 313, 323同士が連通する点にあり、それ以外は第 1の実施の形態に示された技術と同様である。このような構成であっても、第 1の実施の形態で説明された作用、効果を得ることができることは明白である。また、第 2の実施の形態に示された構造において、第 3部分 313, 323同士が連通してよい。

[0098] 但し、空隙 31, 32近傍、即ち回転子の磁極境界近傍での機械的強度については、第 3部分 313, 323同士が離隔して隣接することが望ましい。

[0099] また、第 3部分 313, 323同士を連通させることにより、トルクリプルは幾分増大する。（列えば、: L1 = 0. 7mm, L2 = 3. 2mm、 0 1 = 25° 、 θ 2 = 7. 5° 、 0 3 = 22° とした場合、トルクリプル率は 12. 2%であり、第 3部分 313, 323同士が離隔して隣接する構成で得られたトルクリプル率 8. 1%と比較すると大きい。しかし L1 =L2 = 0. 7 mmである構成で得られたトルクリプル率 20. 8%と比較すると、依然、トルクリプル率の軽減と、う効果があることがわかる。

[0100] 第 4の実施の形態.

図 22は本発明の第 4の実施の形態に力かる回転子 100の構造を部分的に示す断面図である。もちろん、当該回転子 100から界磁用磁石 6を除いた構造も、本発明に力かる磁性体 1として把握できる。

[0101] 本実施の形態における回転子 100の特徴は、隣接する界磁磁石貫通孔 2にそれぞれ属して隣接する一対の第 3部分 313, 323が、それぞれ界磁磁石貫通孔 2と離隔している点にあり、それ以外は第 1の実施の形態に示された技術と同様である。第 3 部分 313, 323と界磁磁石貫通孔 2との間には磁性体力それぞれリブ 314, 324として存在する。

[0102] このような構成であっても、第 1の実施の形態で説明された作用、効果を得ることができることは明白である。また、第 2の実施の形態に示された構造において、第 3部分 313, 323が界磁磁石貫通孔 2と離隔してもよい。このような構造を採用することにより、機械的強度が増大する他、突起 310, 320が不要となる利点がある。

[0103] 当該構造において、第 3実施の形態に示されたように、第 3部分 313, 323同士を連通させてもよい。図 23はそのように変形された構造を示す断面図である。

[0104] 第 5の実施の形態.

図 24及び図 25は本発明の第 5の実施の形態に力かる回転子 100の構造を部分的に示す断面図である。もちろん、当該回転子 100から界磁用磁石 6を除いた構造も、本発明にかかる磁性体 1として把握できる。

[0105] 本実施の形態における回転子 100の特徴は、第 2部分 312, 322と周縁 10との距離が周方向において階段状に変化する点にあり、それ以外は第 1の実施の形態に示された技術と同様である。このような構成であっても、第 1の実施の形態で説明された作用、効果を得ることができることは明白である。階段の数は図 24、図 25に示されるように適宜選択することができる。

[0106] 第 2部分 312, 322と周縁 10との距離が周方向において階段状に変化することにより、トノレクリフ。ノレは幾分増大する。 f列えば、 L1 =0. 7mm、 L2 = 3. 2mm、 θ 1 = 25 ° 、 0 2 = 7. 5° 、 0 3 = 22° とした場合、トルクリプル率は 13. 2%であった。しかしなお、 L1 =L2 = 0. 7mmである構成で得られたトルクリプル率 20. 8%と比較すると、トルクリプル率の軽減と、う効果があることがわかる。

[0107] 本実施の形態においても第 3の実施の形態のように、隣接する界磁磁石貫通孔 2 にそれぞれ属して隣接する一対の第 3部分 313, 323同士を連通させる変形が可能である。また第 4の実施の形態のように、第 3部分 313, 323が、それぞれ界磁磁石貫通孔 2と離隔させる変形が可能である。

[0108] この発明は詳細に説明されたが、上記した説明は、すべての局面において、例示であって、この発明がそれに限定されるものではない。例示されていない無数の変形例力この発明の範囲力外れることなく想定され得るものと解される。

Claims

請求の範囲

周縁（10)と、

周方向で環状に配置され、それぞれが周方向に一対の端 (21, 22)を有する複数の界磁磁石貫通孔（2)と、

前記一対の端に設けられた一対の空隙（31, 32)と

を備え、

一の前記界磁磁石貫通孔の前記端の一方（21)に設けられた前記空隙（31)は、

(0当該界磁磁石貫通孔よりも前記周縁側を通って当該端の他方（22)へと延び、

GO当該空隙は、当該端の前記他方側から周方向に沿って同一の第 1距離 (L1)で前記周縁と離隔する第 1部分 (311)と、前記第 1部分から当該端の前記一方側で隣接する他の前記界磁磁石貫通孔へ向かうに従って前記周縁との距離が漸増する第 2部分 (312)とを有し、

前記空隙は、前記第 2部分と前記界磁磁石貫通孔との間に設けられる第 3部分 (3 13)を更に有する磁性体（1)。

一の前記空隙において、前記第 1部分（311 ; 321)の径方向の幅は前記第 2部分（ 312 ; 322)力も周方向に遠ざかるにつれ漸減し、前記第 1部分の前記第 2部分とは反対側の端部（311t; 321t)の角度（ Θ 3)が 15〜25度の間に選定される、請求項 1 に記載の磁性体（1)。

隣接する前記界磁磁石貫通孔にそれぞれ属して隣接する一対の前記空隙（31； 3 2)の一方（31)の前記第 1部分 (311)の前記第 2部分 (312)とは反対側の端部（31 It)と、前記一対の前記空隙の他方（32)の前記第 1部分（321)の前記第 2部分（32 2)とは反対側の端部（321t)との間は、前記周縁（10)の中心 (Z0)力も見て周方向に第 1角度（Θ 1)で広がり、

前記空隙の前記一方（31)の前記第 1部分 (311)の前記第 2部分 (312)側の周縁側端部（311s)と、前記空隙の前記他方（32)の前記第 1部分 (321)の前記第 2部分 (322)側の周縁側端部（321s)との間は、前記中心力見て周方向に第 2角度（ Θ 2 )で広がり、

前記第 2角度は 1乃至 16度の間に選定され、前記第 1角度及び前記第 2角度は図 6に示す曲線 LI 1, L12, L20で囲まれる範囲内に選定される、請求項 2記載の磁性体（1)。

[4] 前記第 2部分（312 ; 322)の前記第 3部分（313 ; 323)側の周縁側端部（312s ; 32 2s)と前記の周縁 (10)とは第 2距離 (L2)で離隔し、

前記第 1距離は 0. 4〜2. Ommに選定され、

前記第 2距離は前記第 1距離の 0. 80倍よりも 1. Omm以上大きぐ前記第 1距離の

0. 75倍に 3. 7mmを加えた長さ以下に選定される、請求項 3記載の磁性体（1)。

[5] 前記第 2部分（312； 322)と前記周縁（10)との距離は周方向にぉ、て直線状に変化する、請求項 1記載の磁性体（1)。

[6] 前記第 2部分（312； 322)と前記周縁（10)との距離は周方向にぉ、て曲線状に変化する、請求項 1記載の磁性体（1)。

[7] 前記第 2部分 (312； 322)と前記周縁 (10)との距離は周方向にぉ、て階段状に変化する、請求項 1記載の磁性体（1)。

[8] 隣接する前記界磁磁石貫通孔にそれぞれ属して隣接する一対の前記空隙（31； 3

2)の前記第 3部分 (313, 323)同士は、離隔して隣接する、請求項 1記載の磁性体 (

D o

[9] 隣接する前記界磁磁石貫通孔（2)にそれぞれ属して隣接する一対の前記空隙（3

1 ; 32)の前記第 3部分（313, 323)同士が連通する、請求項 1記載の磁性体（1)。

[10] 前記空隙の前記第 3部分（313, 323)と前記界磁磁石用貫通孔（2)とが連通する

、請求項 1記載の磁性体（1)。

[11] 前記空隙（31, 32)は、前記第 3部分（313, 323)の前記界磁磁石用貫通孔（2) 側に凹部（310, 320)を更に有する、請求項 10記載の磁性体（1)。

[12] 前記空隙の前記第 3部分（313, 323)と前記界磁磁石用貫通孔（2)とは離隔して隣接する、請求項 1記載の磁性体 (1)。

[13] 請求項 1乃至請求項 12のいずれか一つに記載の磁性体（1)と、

前記界磁磁石用貫通孔（2)に貫挿される界磁磁石 (6)と

を備える回転子（100)。

[14] 請求項 13記載の回転子（100)と、前記回転子に対して所定の間隔を介して前記周縁（10)側に設けられた固定子（2 00)とを備える電動機。