JP6597184B2

JP6597184B2 - 永久磁石型モータ

Info

Publication number: JP6597184B2
Application number: JP2015213295A
Authority: JP
Inventors: 賢子柴森; 暁鴎馬; 昌史佐久間
Original assignee: Aisin Seiki Co Ltd; Aisin Corp
Current assignee: Aisin Corp
Priority date: 2015-10-29
Filing date: 2015-10-29
Publication date: 2019-10-30
Anticipated expiration: 2035-10-29
Also published as: WO2017073418A1; JP2017085818A; US20180254677A1; DE112016004949T5; CN108352744A; CN108352744B

Description

本発明は、永久磁石型モータに関する。

永久磁石を用いたモータ（例えば、ＩＰＭモータ）においては、ロータに挿入された磁石とステータのスロットの間の吸引反発力により、モータの駆動回転時にトルクリップルが発生することが知られている。このトルクリップルを低減するための方法の一つとして、ロータにスキュー構造（以下、単にスキューとも称する）を採用することが提案されている。

特許文献１には、スキューを有する永久磁石型モータのロータに埋め込まれている永久磁石に隣接して形成されている磁束短絡防止用の空隙を、永久磁石の端面の内縁部よりも内方に延在させると共に周方向の幅を広くする発明が開示されている。空隙の周方向の幅を広くすることで、ロータを軸方向で複数に分割してスキューを設けたときに、スキュー角度を大きくすることができ、ロータの分割数を少なくすることができる。

特許文献２においては、多段ロータスキュー構造における段間の短絡磁束の発生に伴うトルク低下を抑制して、トルクリップルを低減できる永久磁石型モータが開示されている。該永久磁石型モータ用ロータは、複数磁極の永久磁石を組み込んだロータコアを軸方向に多段に有し、各段のロータコアを互いに回転方向にずらして一体形成したスキューを有する。各段のロータコアは、周方向で隣接する永久磁石の磁極間に、この磁極間における短絡磁束を遮断するためのフラックスバリア部を有する。スキュー角度は、隣接する段のロータコア間においては、隣接する永久磁石の磁極のフラックスバリア部同士の少なくとも一部が重なり合うような設定されている。

特開平５−２３６６８７号公報特開２０１４−１５０６２６号公報

スキュー構造を有すると、ロータに埋め込まれた磁石が周方向でずれるので、磁極の位置がずれた磁石の磁極間で磁束の短絡が発生する。短絡磁束が発生すると、トルクの発生に寄与する磁束が減少し、トルクリップルは低減されるものの、駆動トルク自体が小さくなってしまう。特許文献１、特許文献２に開示された永久磁石モータの構造においては、ロータに埋め込まれた磁石は周方向が長手方向になるように配置されているため、スキューによる磁極のずれ量が小さく、駆動トルクの減少の程度は小さかった。しかし、径方向が長手方向になるように磁石が埋め込まれた場合には、スキューによる磁極のずれ量が大きくなるので、短絡する磁束の割合が高くなり、駆動トルクは大きく低下していた。

このように、スキュー構造を有する永久磁石型モータにおいては、駆動トルクの低下を抑制するために更なる改善の余地があった。

本発明に係る永久磁石型モータの１つの実施形態は、複数の電磁鋼板を積層して構成されたロータコア、及び、該ロータコアの内部に形成された収容孔に収容された磁石を有するロータ、を備え、前記ロータコアは、前記ロータの軸心に対して互いに周方向にずれた第１コアと第２コアとを含むスキュー構造を有しており、前記第１コアの前記収容孔には前記磁石のうち第１磁石が収容され、前記第２コアの前記収容孔には前記磁石のうち第２磁石が収容されており、前記第１磁石と前記第２磁石は前記軸心の方向で第１間隙を有して対向しており、前記第１コアと前記第２コアの間の第１間隙に挿入された板状部材をさらに備え、前記第１磁石と前記第２磁石はいずれも前記板状部材に当接し、前記板状部材は、前記軸心の方向に沿って見たときに、少なくとも前記第１磁石と前記第２磁石とが重なっている箇所である減磁部にフラックスバリアを有する磁性体からなり、前記板状部材は、前記軸心の方向に沿って見たときに、前記ロータコアと同じ形状を有しており、前記板状部材の周方向のずれ角度は、前記第１コアと前記第２コアのずれ角度であるスキュー角度よりも小さい。

永久磁石型モータにスキュー構造を設けると、第１磁石と第２磁石もスキュー構造を有するものとなるので、第１磁石と第２磁石の磁極面のずれにより発生した磁束による不可逆減磁が生じる。不可逆減磁が生じると、第１磁石、第２磁石で発生する磁束が低下し、永久磁石型モータで発生する駆動トルクが低下する。そこで、第１磁石と第２磁石が軸心の方向で第１間隙を有して対向するように永久磁石型モータを構成すると、スキュー構造の採用によるトルクリップルを低減することができると共に、不可逆減磁を低減させて、駆動トルクの低減を抑制することができる。

第１コアと第２コアの間の第１間隙に挿入された板状部材をさらに備え、第１磁石と第２磁石はいずれも板状部材に当接していることにより、ロータ全体を一体化して強度を高めることができると共に、不可逆減磁を低減させて、駆動トルクの低減を抑制することができる。

板状部材が磁性体であって第１磁石と第２磁石の間に磁性体が存在すると、板状部材が非磁性体の場合と比較して磁気抵抗が低いので、第１磁石と第２磁石の間の短絡磁束が増加し、不可逆減磁が発生しやすい。そこで、第１磁石と第２磁石とが重なっている箇所にフラックスバリアを設けることにより、板状部材が磁性体であっても、第１磁石と第２磁石の間の短絡磁束は増加せず、不可逆減磁を低減する効果が得られる。

板状部材は、軸心の方向に沿って見たときに、ロータコアと同じ形状を有しており、板状部材の周方向のずれ角度は、第１コアと第２コアのずれ角度であるスキュー角度よりも小さいという構成であれば、板状部材がロータコアと同形状であるため、板状部材を別途製造する必要がなく、管理する部品点数を減らして永久磁石型モータの製造コストを低減することができる。また、不可逆減磁を低減しつつ、第１磁石と第２磁石で発生する磁束を優先的に流し、駆動トルクの低減を抑制することができる。さらに、第１磁石と第２磁石を挿入すると板状部材に突き当たるので、第１磁石と第２磁石の軸心方向の位置決めを容易にすることができる。

永久磁石型モータの１つの実施形態は、前記ロータの外周に前記軸心と同軸心且つ径方向に第２間隙を有して配設されたステータをさらに備え、前記第１磁石のＮ極とＳ極のうちの一方の磁極と前記第２磁石の他方の磁極の前記第１間隙における最短距離である最小磁極間距離は前記第２間隙の距離よりも大きい。

このような構成を有することにより、第１磁石と第２磁石で発生する磁束は第１間隙よりも磁気抵抗の低い第２間隙からステータに多く流れ、第１間隙に流れる磁束は少なくなる。これにより、第１磁石と第２磁石で発生する磁束を優先的にステータに流し、駆動トルクの低減を抑制することができる。

永久磁石型モータの１つの実施形態において、前記板状部材は、前記減磁部に加えて、前記減磁部よりも径方向内側にもフラックスバリアを有する。

このような構成であれば、第１磁石と第２磁石の間の減磁だけでなく、同一コア内での隣接する磁石間で発生する磁束を低減することができるので、第１磁石と第２磁石で発生する磁束をステータに流し、駆動トルクの低減を抑制することができる。

第１実施形態に係るＩＰＭモータの構造を表す平面図である。ＩＰＭモータの部分拡大斜視図である。図２のIII-III線断面図である。図２のIV-IV線断面図である。図３のV-V線断面図である。上段磁石と下段磁石の軸方向に沿う距離に対する減磁率の変化を表すグラフである。上段磁石と下段磁石の軸方向に沿う距離に対するトルク改善率の変化を表すグラフである。第２実施形態に係るＩＰＭモータにおける第１磁性体の位置と構造を表す断面図である。図８のIX-IX線断面図である。第３実施形態に係るＩＰＭモータにおける第２磁性体の位置と構造を表す断面図である。第３実施形態の変形例に係るＩＰＭモータにおける第３磁性体の位置と構造を表す断面図である。第４実施形態に係るＩＰＭモータにおける非磁性体の位置と構造を表す断面図である。各実施形態に係るＩＰＭモータの減磁率を比較したグラフである。各実施形態に係るＩＰＭモータのトルク改善率を比較したグラフである。

以下、本発明の実施形態について、図面を用いて詳細に説明する。

１．第１実施形態
図１は、本発明の第１実施形態に係る永久磁石埋め込み型（ＩＰＭ）モータ１０の回転軸心に沿う方向から見た平面図である。図１に示すように、ＩＰＭモータ１０はロータ１００とロータ１００の軸心Ｘと同軸心で径方向外側に空隙Ｚ（図３参照）を有して配置されたステータ２００を有する。なお、ＩＰＭモータ１０は永久磁石型モータの一例であり、空隙Ｚは第２間隙の一例である。

ステータ２００は、ステータコア２２０とステータコア２２０のスロット２２２に巻回されたコイル２４０を有する。ステータコア２２０は、電磁鋼板を積層して形成されており、円筒形状を有している。

ロータ１００は電磁鋼板を積層して形成された円柱形状のロータコア１２０と、ロータコア１２０の中央に形成された貫通孔に挿通され固定されたシャフト１１０と、ロータコア１２０の内部に収容された直方体形状の永久磁石（以下、単に磁石とも称する）１６０を有する。磁石１６０は直方体形状のうち面積が最大の面が磁極（Ｎ極、Ｓ極）となるように着磁されている（図２参照）。以下、磁石１６０の面のうち、磁極を有する面を磁極面と称する。

本実施形態では、ロータ１００の極数は８極であり、１極に付き６個の磁石１６０（第１上段磁石１６２、第２上段磁石１６４、第３上段磁石１６６、第１下段磁石１７２、第２下段磁石１７４、第３下段磁石１７６）が使用されている。第１上段磁石１６２はロータコア１２０の収容孔１２２に、第２上段磁石１６４は収容孔１２４に、第３上段磁石１６６は収容孔１２６に、それぞれ接着等の方法により固定されている（図３参照）。第１下段磁石１７２、第２下段磁石１７４、第３下段磁石１７６については後述する。

図３に示すように、ロータコア１２０の収容孔１２２の長手方向の端部から連続してフラックスバリア１３２が形成されている。また、同様に、収容孔１２４、１２６の長手方向の端部から連続してフラックスバリア１３４、１３６が形成されている。

フラックスバリア１３２は、第１上段磁石１６２が収容される収容孔１２２の長手方向の両端から連続して径方向外側に向かって延在した空隙であり、収容孔１２２と合わせた孔全体では径方向外側が開いたＵ字形状を有している。それぞれのフラックスバリア１３２は強度確保のためにブリッジにより２つの部分に分けられているが、必要な強度が確保できればブリッジは必ずしも必要ではない。フラックスバリア１３２の延在方向に直交する方向（ブリッジの延在方向）の幅は、収容孔１２２との境界近傍では第１上段磁石１６２の短手方向の幅よりも短く、それ以外の箇所では第１上段磁石１６２の短手方向の幅と同等である。

フラックスバリア１３４は、第２上段磁石１６４と第３上段磁石１６６がそれぞれ収容される収容孔１２４、１２６の長手方向の径方向外側の端部から連続してさらに径方向外側に向かって延在した空隙である。フラックスバリア１３４の延在方向に直交する方向の幅は、収容孔１２４、１２６との境界近傍では第２上段磁石１６４、第３上段磁石１６６の短手方向の幅よりも短く、それ以外の箇所では第２上段磁石１６４、第３上段磁石１６６の短手方向の幅と同等である。

フラックスバリア１３６は、第２上段磁石１６４と第３上段磁石１６６がそれぞれ収容される収容孔１２４、１２６の長手方向の径方向内側の端部から連続して周方向に沿って延在した空隙であり、収容孔１２４、１２６より径方向内側にあって、収容孔１２４、１２６をつなぐように形成されている。フラックスバリア１３４、１３６と収容孔１２４、１２６と合わせた孔全体では径方向外側が開いたＵ字形状を有している。フラックスバリア１３６は強度確保のために２つのブリッジにより３つの部分に分けられているが、必要な強度が確保できればブリッジは必ずしも必要ではない。フラックスバリア１３６の、収容孔１２４、１２６との境界近傍での延在方向に直交する方向の幅は第２上段磁石１６４、第３上段磁石１６６の幅よりも短い。フラックスバリア１３６のうち周方向に沿って延在する部分の延在方向に直交する方向（ブリッジの延在方向）の幅は、第２上段磁石１６４、第３上段磁石１６６の短手方向の幅よりも大きくなっている。

このように、ロータコア１２０がフラックスバリア１３２、１３４、１３６を有することで、第１上段磁石１６２、第２上段磁石１６４、第３上段磁石１６６の隣接する磁石間での磁束の短絡を防ぎ、ＩＰＭモータ１０の駆動トルクの低下を抑制している。

ＩＰＭモータ１０は同期モータの一種であり、ステータ２００のコイル２４０に交流電流を印加して発生させた回転磁界にロータ１００の磁石１６０が吸引され、回転磁界の回転速度に同期してロータ１００が回転する。このとき、回転磁界はステータ２００のスロット２２２の間にあるティース２２４に集中し、磁石１６０はティース２２４に吸引される。ティース２２４は周方向に等間隔を有して形成されているので、ティース２２４に対向している箇所と対向していない箇所によりロータ１００に発生する駆動トルクが異なり、これに起因してトルクリップルが発生する。

トルクリップルを低減するために、本実施形態ではロータ１００はスキュー構造（以下、単にスキューとも称する）を有している。すなわち、図２〜図４に示すように、ロータコア１２０を軸心Ｘに沿う方向で上段コア１４０と下段コア１５０とに分けて、上段コア１４０に対して下段コア１５０を周方向に沿って時計方向にステータコア２２０のスロット２２２の２分の１スロットに相当する角度（図３、図４のＬ１と図４のＬ２のなす角度）だけずらしている。以下、上段コア１４０と下段コア１５０のずれ角度をスキュー角度と称する。

ロータコア１２０にスキューを設けることにより、磁石１６０のうち、上段コア１４０の収容孔１２２、１２４、１２６に収容された上段磁石１６１（第１上段磁石１６２、第２上段磁石１６４、第３上段磁石１６６の総称）と下段コア１５０の収容孔１２２、１２４、１２６に収容された下段磁石１７１（第１下段磁石１７２、第２下段磁石１７４、第３下段磁石１７６の総称）も、周方向にスキュー角度だけずれる。第１上段磁石１６２と第１下段磁石１７２は磁極面が周方向に沿っているので、スキューによる磁極面のずれ量（磁極面に垂直な方向へのずれ量）は小さいが、第２上段磁石１６４と第２下段磁石１７４、第３上段磁石１６６と第３下段磁石１７６は、磁極面が径方向に沿っているので、スキューによる磁極面のずれ量が大きくなる。以下、磁石１６０は、第１上段磁石１６２、第２上段磁石１６４、第３上段磁石１６６、第１下段磁石１７２、第２下段磁石１７４、第３下段磁石１７６を総称するときにも用いる。

磁極面がずれると、軸心Ｘに沿う方向から見たときに、上段磁石１６１と下段磁石１７１が重なる部分において、上段磁石１６１の一方の磁極（例えばＮ極）と下段磁石１７１の他方の磁極（例えばＳ極）を短絡する磁路ができる。この磁路を通る磁束（以下、短絡磁束１８０とも称する）の磁束線の方向は上段磁石１６１、下段磁石１７１の内部を通る磁束線の方向と反対方向であり、この短絡磁束１８０により上段磁石１６１、下段磁石１７１には不可逆減磁（以下、単に減磁とも称する）が発生する。上段磁石１６１、下段磁石１７１に減磁が発生すると、上段磁石１６１、下段磁石１７１で発生する磁束が低下し、ＩＰＭモータ１０で発生する駆動トルクが低下する。

減磁の度合いである減磁率は、磁極面のずれ量やスキュー角度が大きいほど大きくなる。すなわち、第１上段磁石１６２と第１下段磁石１７２の間の減磁率よりも、第２上段磁石１６４と第２下段磁石１７４の間、第３上段磁石１６６と第３下段磁石１７６の間の減磁率の方が大きい。また、減磁率は、上段磁石１６１と下段磁石１７１の間の軸方向に沿う距離が短いほど大きくなる（図６参照）。

短絡磁束１８０を小さくするためには、スキュー角度を小さくすればいいが、それではトルクリップルの低減が達成できない。そのため、本実施形態においては、図５に示すように、上段コア１４０と下段コア１５０の間、すなわち、スキュー角度を有する上段磁石１６１と下段磁石１７１を軸心Ｘに沿う方向に離間させて空隙３００（空気層）を設けることにより、短絡磁束１８０の低減を図っている。図５に示すように、紙面に垂直な方向に延びる第３上段磁石１６６のＮ極と第３下段磁石１７６のＳ極との間に短絡磁束１８０が発生する。以下、短絡磁束１８０が発生する磁極面間の最短距離を最小磁極間距離（図５においてはＹの距離）と称する。最小磁極間距離は図３に示す空隙Ｚの距離よりも大きくなるように構成されている。また、このとき、第２上段磁石１６４と第２下段磁石１７４の最小磁極間距離もＹの距離に等しい。なお、空隙３００は第１間隙の一例である。

上段磁石１６１と下段磁石１７１の間に空隙３００があると、短絡磁束１８０はロータコア１２０や磁石１６０よりも磁気抵抗が高い空気中を通ることとなり、磁石１６０で発生する磁束のうち短絡磁束１８０となる磁束は減少し、トルク発生に寄与する磁束が多くなる。図６、図７に示すように、空隙３００の大きさである「磁石間の軸方向距離」が大きくなると、減磁率が小さくなると共に、トルク改善率が大きくなっていることからも空隙３００を設けることにより短絡磁束１８０が減少することが理解される。さらに、最小磁極間距離（図５におけるＹの距離）を空隙Ｚの距離よりも大きくしているので、上段磁石１６１で発生する磁束は空隙Ｚ、すなわちステータ２００に多く流れて、駆動トルクの低減を抑制することができる。

このように、空隙３００を設けることにより、上段コア１４０と下段コア１５０の間にスキューを設けてトルクリップルを低減しつつ、上段磁石１６１と下段磁石１７１の間の減磁を抑制して、駆動トルクの低減を抑制することができる。また、図２に示すように、本実施形態においては、上段コア１４０、空隙３００、下段コア１５０の合計の軸方向に沿う厚みがステータコア２２０の厚みに等しくなっている。すなわち、空隙３００を設けた状態で、ロータコア１２０の外周面は全体としてステータコア２２０の内周面に対向している。

２．第２実施形態
以下、本発明の第２実施形態に係るＩＰＭモータ２０について図面に基づいて詳細に説明する。本実施形態の説明においては、第１実施形態と同じ構成の箇所には同じ符号を付し、同様の構成に関する説明は省略する。

ＩＰＭモータ２０は、ＩＰＭモータ１０が有していた空隙３００の箇所に、第１磁性体３２０が挿入されている点が第１実施形態と異なり、他の構成は第１実施形態と同じである。第１磁性体３２０は板状部材の一例であり、第１磁性体３２０の厚みは第１間隙の一例である。

第１磁性体３２０はロータコア１２０を構成する電磁鋼板を１枚又は複数枚積層して構成されている。第１磁性体３２０は上段コア１４０の下面と下段コア１５０の上面に当接しており、上段コア１４０と下段コア１５０の間に軸方向の空隙（空気層）はない。図８は、収容孔１２２、１２４、１２６、フラックスバリア１３２、１３４、１３６により、上段コア１４０、下段コア１５０、第１磁性体３２０のスキューの度合いを示している。図８において収容孔１２２、１２４、１２６、フラックスバリア１３２、１３４、１３６により形成されている２つのＵ字形状の孔のうち、実線により示されているのが第１磁性体３２０であり、二点鎖線で示されており且つ第１磁性体３２０よりも反時計方向にずれているのが上段コア１４０、時計方向にずれているのが下段コア１５０である。

第１実施形態と同様、上段コア１４０に対して下段コア１５０はスキュー角度だけ時計方向にずれており、第１磁性体３２０は上段コア１４０に対してスキュー角度の半分の角度、すなわち、周方向にステータコア２２０のスロット２２２の４分の１スロットに相当する角度（図８のＬ１とＬ３のなす角度）だけずれている。

上述したように、第１磁性体３２０はロータコア１２０を構成する電磁鋼板を１枚又は複数枚積層して構成されている。そのため、第１磁性体３２０として専用の形状を製造する必要がないので、管理する部品点数を減らしてＩＰＭモータ２０の製造コストを低減することができる。また、第１磁性体３２０は上段コア１４０の下面と下段コア１５０の上面に当接しているので、ロータコア１２０として一体化しており、空隙３００を有する第１実施形態のロータコア１２０と比較してロータコア１２０全体の強度を高めることができる。

図８には理解促進のため磁石１６０は表示されていないが、実際には上段コア１４０には３個の上段磁石１６１、下段コア１５０には３個の下段磁石１７１が挿入されている。第１磁性体３２０には何も挿入されていない。この状態で軸心Ｘに沿う方向から見ると、上段コア１４０に収容された第２上段磁石１６４、第３上段磁石１６６、下段コア１５０に収容された第２下段磁石１７４、第３下段磁石１７６はそれぞれ重なっており、この重なり領域Ｒ（以下単に領域Ｒとも称する）にハッチングを施している。なお、重なり領域Ｒは減磁部の一例である。

この領域Ｒでは上段の磁石と下段の磁石との間で磁極面のずれが発生しており、短絡磁束１８０が発生し減磁が発生している。図８よりこの領域Ｒは第１磁性体３２０の収容孔１２４、１２６と重なっている。すなわち、第２上段磁石１６４と第２下段磁石１７４の間の領域Ｒ、及び、第３上段磁石１６６と第３下段磁石１７６の間の領域Ｒには空気層が存在している。そのため、磁石１６０で発生した磁束の大部分は短絡磁束１８０とならず磁気抵抗の小さい上段コア１４０、下段コア１５０、第１磁性体３２０を通ってステータ２００に流れる。従って、本実施形態のＩＰＭモータ２０は、図１３、図１４に示すように、上段磁石１６１と下段磁石１７１との間に空隙がない場合と比較して、減磁率が大きく低下すると共に、トルク改善率も向上している。

このように、第１磁性体３２０においては、収容孔１２２とフラックスバリア１３２からなるＵ字形状の孔全体、及び、収容孔１２４、１２６とフラックスバリア１３４、１３６からなるＵ字形状の孔全体がそれぞれフラックスバリアとして機能する。

図１３は、上段コア１４０と下段コア１５０の間（上段磁石１６１と下段磁石１７１の間）を空隙を無くしたとき、空隙３００にしたとき（第１実施形態）、非磁性体３８０を挿入したとき（後述する第４実施形態）、第１磁性体３２０を挿入したとき（第２実施形態）、第２磁性体３４０を挿入したとき（後述する第３実施形態）、第３磁性体３６０を挿入したとき（後述する第３実施形態の変形例）の減磁率の比較を表すグラフである。図１３に示すように、減磁率は空隙を無くしたときが最も大きく、空隙３００と非磁性体３８０、第１磁性体３２０、第２磁性体３４０、第３磁性体３６０の順で減磁率が低下する。

図１４は、上段コア１４０と下段コア１５０の間に空隙３００を設けたとき、非磁性体３８０を挿入したとき、第１磁性体３２０を挿入したとき、第２磁性体３４０を挿入したとき、第３磁性体３６０を挿入したときに、空隙を無くしたときのトルク改善率をゼロとしたときの、他のトルク改善率の度合いの比較を表すグラフである。図１４によると、空隙を無くしたときに対して、空隙３００と非磁性体３８０、第１磁性体３２０、第２磁性体３４０、第３磁性体３６０の順でトルク改善率が向上している。非磁性体３８０、第２磁性体３４０、第３磁性体３６０の構造等の詳細については後述する。

また、本実施形態では、図９に示すように、上段磁石１６１、下段磁石１７１を上段コア１４０、下段コア１５０の収容孔１２２、１２４、１２６に挿入したときに、その一部が第１磁性体３２０に当接する。これにより、上段磁石１６１、下段磁石１７１の軸方向の位置を容易に決めることができる。

本実施形態においても、上段コア１４０、第１磁性体３２０、下段コア１５０の合計の軸方向に沿う厚みは、ステータコア２２０の厚みに等しくなっている。

３．第３実施形態
以下、本発明の第３実施形態に係るＩＰＭモータ３０について図面に基づいて詳細に説明する。本実施形態の説明においては、第１実施形態、第２実施形態と同じ構成の箇所には同じ符号を付し、同様の構成に関する説明は省略する。

ＩＰＭモータ３０は、ＩＰＭモータ２０が有していた第１磁性体３２０の代わりに第２磁性体３４０が挿入されている点が第２実施形態と異なり、他の構成は第２実施形態と同じである。第２磁性体３４０は板状部材の一例であり、第２磁性体３４０の厚みは第１間隙の一例である

第２磁性体３４０は電磁鋼板を１枚又は複数枚積層して構成されている。図１０に示すように、第２磁性体３４０は第１磁性体３２０と比較してフラックスバリアの面積が大きいことが特徴である。具体的には、第２磁性体３４０のフラックスバリア１３７は、第１磁性体３２０が有していた収容孔１２２とフラックスバリア１３２がつながって形成されていた孔よりも一回り大きなＵ字形状の孔を有している。フラックスバリア１３７の延在方向に直交する方向の幅は一定である。また、第２磁性体３４０は、第１磁性体３２０が有していた隣接する極の収容孔１２４、１２６、フラックスバリア１３４、１３６が全てつながって１つの大きな孔となったフラックスバリア１３８を有している。

その結果、ＩＰＭモータ３０を軸心Ｘに沿って見たときに、第１上段磁石１６２、第１下段磁石１７２はフラックスバリア１３７内に存在するように構成され、第２上段磁石１６４、第３上段磁石１６６、第２下段磁石１７４、第３下段磁石１７６の全てはフラックスバリア１３８内に存在するように構成されている。

本実施形態においても、上段コア１４０と下段コア１５０はスキュー角度だけ時計方向にずれており、短絡磁束１８０が発生し減磁が発生している。しかし、フラックスバリア１３８により、第２上段磁石１６４と第２下段磁石１７４の間、及び、第３上段磁石１６６と第３下段磁石１７６の間には空気層が存在している。そのため、磁石１６０で発生した磁束の大部分は短絡磁束１８０とならず磁気抵抗の小さい上段コア１４０、下段コア１５０、第２磁性体３４０を通ってステータ２００に流れる。従って、本実施形態のＩＰＭモータ３０は、図１３に示すように、減磁率については上段磁石１６１と下段磁石１７１との間に空隙がない場合と比較して大きく改善されており、第２実施形態（第１磁性体３２０）と同程度である。また、図１４に示すように、トルク改善率は、第２実施形態に対して、さらに向上している。

本実施形態においては、上段コア１４０、第２磁性体３４０、下段コア１５０の合計の軸方向に沿う厚みは、ステータコア２２０の厚みに等しくなっている。

４．第３実施形態の変形例
第３実施形態の変形例に係るＩＰＭモータ３０は、第３実施形態の第２磁性体３４０に存在していた径方向最外側で周方向に沿って延在する箇所（図１１の一点鎖線で囲まれた箇所）にあった円弧状の電磁鋼板を取り除いた第３磁性体３６０を用いている点で第３実施形態と異なる。第３磁性体３６０を用いると、磁石１６０で発生した磁束の大部分は短絡磁束１８０とならず磁気抵抗の小さい上段コア１４０、下段コア１５０、第３磁性体３６０を通ってステータ２００に流れる。さらに第３実施形態で円弧状の電磁鋼板があった箇所を通っていた磁束についてもステータ２００に流れて駆動トルクに寄与する。従って、本実施形態のＩＰＭモータ３０は、図１３に示すように、減磁率については第３実施形態（第２磁性体３４０）に対してさらに改善されている。また、図１４に示すように、トルク改善率も、第３実施形態と比較して、さらに向上している。なお、第３磁性体３６０は板状部材の一例であり、第３磁性体３６０の厚みは第１間隙の一例である

本実施形態においては、上段コア１４０、第３磁性体３６０、下段コア１５０の合計の軸方向に沿う厚みは、ステータコア２２０の厚みに等しくなっている。

５．第４実施形態
以下、本発明の第４実施形態に係るＩＰＭモータ４０について図面に基づいて詳細に説明する。本実施形態の説明においては、第１実施形態〜第３実施形態と同じ構成の箇所には同じ符号を付し、同様の構成に関する説明は省略する。

図１２に示すように、第４実施形態に係るＩＰＭモータ４０は、第１磁性体３２０等の代わりに樹脂等からなる円板状の非磁性体３８０を挿入している点が上述した各実施形態と異なり、他の構成は同じである。非磁性体３８０の磁気抵抗は磁性体よりも高く空気と同程度であるため、非磁性体３８０にフラックスバリアを設ける必要はない。なお、非磁性体３８０は板状部材の一例であり、非磁性体３８０の厚みは第１間隙の一例である

非磁性体３８０を用いると、磁石１６０で発生した磁束のうち短絡磁束１８０となるものが少ない。従って、本実施形態のＩＰＭモータ４０は、図１３に示すように、減磁率については上段磁石１６１と下段磁石１７１との間に空隙がない場合と比較して大きく改善され、第１実施形態（空隙３００）と同程度である。そして、トルク改善率も、図１４に示すように、第１実施形態と同程度に改善されており、第２実施形態、第３実施形態よりは改善の程度が低い。これは、非磁性体３８０は、第２、第３実施形態と比較して、磁石１６０で発生した磁束の一部が短絡磁束１８０にはならないものの非磁性体３８０に流れ、上段コア１４０、下段コア１５０からステータ２００に磁束を十分に流せなかったためと考えられる。

上記の各実施形態、変形例において、スキュー角度はステータコア２２０のスロット２２２の２分の１スロットに相当する角度であるとして説明したが、これに限られるものではない。トルクリップルだけでなくコギングトルクや騒音等、ＩＰＭモータ１０の仕様に応じて最適なスキュー角度を設定することができる。

また、上記の各実施形態、変形例においては、スキューのためのロータ１００の分割数は２だったがそれに限られるものではない。ロータ１００の分割数を３以上にしてＩＰＭモータを構成してもよい。

上記の各実施形態、変形例の構造は可能な限り組み合わせることができる。

本発明は、永久磁石型モータに利用することが可能である。

１０、２０、３０、４０ＩＰＭモータ（永久磁石型モータ）
１００ロータ
１２０ロータコア
１２２、１２４、１２６収容孔
１３２、１３４、１３６、１３７、１３８フラックスバリア
１４０上段コア（第１コア）
１５０下段コア（第２コア）
１６０永久磁石（磁石）
１６１上段磁石（第１磁石）
１７１下段磁石（第２磁石）
２００ステータ
３００空隙（第１間隙）
３２０第１磁性体（板状部材、第１間隙）
３４０第２磁性体（板状部材、第１間隙）
３６０第３磁性体（板状部材、第１間隙）
３８０非磁性体（板状部材、第１間隙）
Ｒ重なり領域（減磁部）
Ｘ軸心
Ｙ最小磁極間距離
Ｚ空隙（第２間隙）

Claims

複数の電磁鋼板を積層して構成されたロータコア、及び、該ロータコアの内部に形成された収容孔に収容された磁石を有するロータ、を備え、
前記ロータコアは、前記ロータの軸心に対して互いに周方向にずれた第１コアと第２コアとを含むスキュー構造を有しており、
前記第１コアの前記収容孔には前記磁石のうち第１磁石が収容され、前記第２コアの前記収容孔には前記磁石のうち第２磁石が収容されており、
前記第１磁石と前記第２磁石は前記軸心の方向で第１間隙を有して対向しており、
前記第１コアと前記第２コアの間の第１間隙に挿入された板状部材をさらに備え、
前記第１磁石と前記第２磁石はいずれも前記板状部材に当接し、
前記板状部材は、前記軸心の方向に沿って見たときに、少なくとも前記第１磁石と前記第２磁石とが重なっている箇所である減磁部にフラックスバリアを有する磁性体からなり、
前記板状部材は、前記軸心の方向に沿って見たときに、前記ロータコアと同じ形状を有しており、前記板状部材の周方向のずれ角度は、前記第１コアと前記第２コアのずれ角度であるスキュー角度よりも小さい、永久磁石型モータ。
前記ロータの外周に前記軸心と同軸心且つ径方向に第２間隙を有して配設されたステータをさらに備え、
前記第１磁石のＮ極とＳ極のうちの一方の磁極と前記第２磁石の他方の磁極の前記第１間隙における最短距離である最小磁極間距離は前記第２間隙の距離よりも大きい、請求項１に記載の永久磁石型モータ。
前記板状部材は、前記減磁部に加えて、前記減磁部よりも径方向内側にもフラックスバリアを有する、請求項１又は２に記載の永久磁石型モータ。