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永久磁石埋込型ロータおよび永久磁石埋込型モータ - トヨタ自動車株式会社
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発明の名称 永久磁石埋込型ロータおよび永久磁石埋込型モータ
発行国 日本国特許庁(JP)
公報種別 公開特許公報(A)
公開番号 特開2007−74870(P2007−74870A)
公開日 平成19年3月22日(2007.3.22)
出願番号 特願2005−261514(P2005−261514)
出願日 平成17年9月9日(2005.9.9)
代理人 【識別番号】100075258
【弁理士】
【氏名又は名称】吉田 研二
発明者 立松 和高 / 水谷 良治 / 遠藤 康浩
要約 課題
集中巻方式のステータと組み合わせて使用された場合におけるロータ損失の低減が図られた永久磁石埋込型ロータを提供する。

解決手段
ロータ20は、ロータコア22の内部に永久磁石23a,23bが埋め込まれてなる永久磁石埋込型ロータである。このロータ20において、ロータコア22のうち永久磁石23a,23bとロータ外周との間の部分は、他の部分よりも高周波特性に優れた材料で構成される。
特許請求の範囲
【請求項1】
ロータコアの内部に永久磁石が埋め込まれてなる永久磁石埋込型ロータであって、
前記ロータコアのうち前記永久磁石とロータ外周との間の部分が、他の部分よりも高周波特性に優れた材料で構成されていることを特徴とする永久磁石埋込型ロータ。
【請求項2】
複数の電磁鋼板が積層された積層コアの内部に永久磁石が埋め込まれてなる永久磁石埋込型ロータであって、
前記積層コアのうち前記永久磁石とロータ外周との間の部分には、ロータ回転軸方向に沿って挿入孔が形成され、
前記挿入孔には、絶縁皮膜で被覆された磁性粉末が加圧成形されてなる圧粉磁心が挿入されていることを特徴とする永久磁石埋込型ロータ。
【請求項3】
請求項1または2に記載の永久磁石埋込型ロータと、集中巻方式のステータとが組み合わされて構成されることを特徴とする永久磁石埋込型モータ。

発明の詳細な説明
【技術分野】
【0001】
本発明は、ロータコアの内部に永久磁石が埋め込まれてなる永久磁石埋込型ロータ、およびこれを用いた永久磁石埋込型モータに関する。
【背景技術】
【0002】
ステータコアのティースにコイルが集中巻されてなる集中巻方式のステータと、ロータコア内部に永久磁石が埋め込まれてなる永久磁石埋込型(IPM: Interior Permanent Magnet)ロータとを組み合わせて構成するモータ(以下、集中巻IPMモータと称す)が知られている(例えば、特許文献1参照)。
【0003】
図2は、特許文献1に開示されている集中巻IPMモータの概略断面図である。図2において、集中巻IPMモータは、3相4極モータであり、集中巻方式のステータ50と、その内側に配置された永久磁石埋込型のロータ60とから構成されている。ステータ50は、ステータコア51に設けられた6個のティース51a,51b,51c,51d,51e,51fにU,V,W各相のコイル52u,52v,52wが集中巻されてなる。一方、ロータ60は、回転軸61に装着されたロータコア62の内部に永久磁石63a,63b,63cが4極分だけ埋め込まれてなる。この構成では、永久磁石がロータコア内部に埋め込まれていることより、マグネットトルクに加えてリラクタンストルクを利用することができ、高効率を得ることができる。また、ステータのコイルが集中巻であることより、分布巻と比較して小型化や低コスト化を図ることができる。
【0004】
【特許文献1】特開2003−88019号公報
【特許文献2】特開2000−166135号公報
【特許文献3】特開2001−286109号公報
【特許文献4】特開2001−238382号公報
【特許文献5】特開2001−332411号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【0005】
図2において、左上の磁極(N極)に注目すると、磁極から出た磁束が流れ込むティースは、ロータ60の回転に応じて、ティース51a→51b→51c→51d→・・・といった具合に切り替わる。このとき、集中巻方式ではティースピッチが広いため磁束が急激に曲げられることとなり、磁束の変化に基づく渦電流が多大となる。より具体的には、ある磁極が3相分のティースを通過する際、3回磁束が急変するので、ステータ基本周波数(ステータに供給される3相交流の周波数)の3倍の調波が発生し、ロータ損失(渦電流損)が増大してしまう。ここで、調波の発生部位は、磁束が急変する部分、すなわちロータコア62のうち永久磁石63a,63b,63cとロータ外周との間の部分62aが殆どである。このように、集中巻IPMモータでは、一般に、基本周波数を高くするとロータ損失が増大してしまう。
【0006】
そこで、本発明は、集中巻方式のステータと組み合わせて使用された場合におけるロータ損失の低減が図られた永久磁石埋込型ロータ、およびこれを用いた永久磁石埋込型モータを提供する。
【課題を解決するための手段】
【0007】
本発明に係る永久磁石埋込型ロータは、ロータコアの内部に永久磁石が埋め込まれてなる永久磁石埋込型ロータであって、前記ロータコアのうち前記永久磁石とロータ外周との間の部分が、他の部分よりも高周波特性に優れた材料で構成されていることを特徴とする。
【0008】
また、本発明に係る永久磁石埋込型ロータは、複数の電磁鋼板が積層された積層コアの内部に永久磁石が埋め込まれてなる永久磁石埋込型ロータであって、前記積層コアのうち前記永久磁石とロータ外周との間の部分には、ロータ回転軸方向に沿って挿入孔が形成され、前記挿入孔には、絶縁皮膜で被覆された磁性粉末が加圧成形されてなる圧粉磁心が挿入されていることを特徴とする。
【0009】
本発明に係る永久磁石埋込型モータは、上記いずれかの永久磁石埋込型ロータと、集中巻方式のステータとが組み合わされて構成されることを特徴とする。
【発明の効果】
【0010】
本発明によれば、集中巻方式のステータと組み合わせて使用された場合におけるロータ損失の低減が図られた永久磁石埋込型ロータ、およびこれを用いた永久磁石埋込型モータを提供することができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【0011】
以下、本発明の実施の形態を図面に従って説明する。
【0012】
図1は、本実施の形態に係る集中巻永久磁石埋込型(IPM)モータ1の概略断面図である。この集中巻IPMモータ1は、集中巻方式のステータ10と、永久磁石埋込型のロータ20とが組み合わされて構成されたモータである。
【0013】
ステータ10は、略円筒形状であり、主としてステータコア11とこれに巻回されるコイル12とで構成されている。ステータコア11は、略円筒形状のヨーク部11aと、このヨーク部11aの内側に所定間隔ごとに中心軸に向けて延設された3n(nは正数、図1ではn=2)個のティース部11bとで構成されている。ステータコア11は、好適には、複数枚の薄い電磁鋼板(珪素鋼板等)が軸方向に積層されてなる。3n個のティース部11bには、各相のコイル12が集中巻により巻回されている。
【0014】
ロータ20は、略円筒形状であり、ステータ10の内部にエアギャップを介してステータ10と同軸に配置されている。ロータ20は、回転軸21を備えている。この回転軸21には、これを中心軸とする円筒形状のロータコア22が装着されている。このロータコア22の内部には、2n極(図1では4極)分の永久磁石が埋め込まれている。そして、ロータコア22のうち永久磁石とロータ外周との間の部分は、当該部分における高周波鉄損を低減させる観点より、他の部分よりも高周波特性に優れた材料(高周波域での鉄損が小さい材料)で構成されている。
【0015】
具体的には、本実施の形態では、ロータコア22の大部分は、複数枚の電磁鋼板(珪素鋼板等)が軸方向に積層されてなる積層コア22aで構成されている。この積層コア22aには、ロータ中心に向かって凸となるV字状の永久磁石挿入孔22bが、周方向に等間隔で磁極数分(ここでは4個)だけ形成されている。そして、それぞれの永久磁石挿入孔22bには、V字を構成する2つの辺に永久磁石が1個ずつ配置される態様で、軸方向に延びる直方体形状の一対の永久磁石23a,23bが挿入されている。一対の永久磁石23a,23bは、ロータ外周側の極性が同一となるように着磁されており、1つの磁極を構成している。したがって、4組の一対の永久磁石23a,23bにより、4つの磁極が構成されている。各組の一対の永久磁石23a,23bは、隣り合う極同士で極性が異なるように着磁されている。したがって、ロータ周方向に沿って、N極とS極とが交互に配置されている。
【0016】
さらに、積層コア22aのうち永久磁石挿入孔22bとロータ外周との間の部分には、回転軸21方向に沿って合計4個の圧粉磁心挿入孔22cが形成されている。そして、圧粉磁心挿入孔22cのそれぞれには、圧粉磁心22dが挿入されている。この圧粉磁心22dは、広く知られているとおり、絶縁皮膜で被覆された磁性粉末が加圧成形されたものであり、高周波域での鉄損が小さく、高周波特性に優れたものである。なお、圧粉磁心挿入孔22cの大きさは、ロータ20に必要とされる強度や高周波特性に基づいて適宜に設定されればよい。
【0017】
上記構成において、ステータ10のコイル12に3相交流が供給されると、回転磁界が発生し、マグネットトルクおよびリラクタンストルクによりロータ20が回転軸21周りに回転する。このとき、先述したとおり、ロータコア22のうち永久磁石とロータ外周とで挟まれる領域において、磁束の急激な変化が生じ、ステータ基本周波数(上記3相交流の周波数)の3倍の調波が発生する。本実施の形態では、この調波が発生する領域には高周波特性に優れた圧粉磁心22dが配置されているので、調波による渦電流が抑えられ、ロータ損失が低く抑えられる。
【0018】
以上のとおり、本実施の形態に係るIPMロータでは、ロータコアのうち永久磁石とロータ外周との間の部分が、他の部分よりも高周波特性に優れた材料で構成されている。このため、本実施の形態に係るIPMロータによれば、集中巻方式のステータとIPMロータとを組み合わせて使用する場合において、永久磁石とロータ外周との間の部分に発生する調波によるロータ損失を低減することができる。これにより、ステータ基本周波数をより高くすることが可能となり、集中巻IPMモータをより高い回転数で使用することが可能となる。この結果、高い回転数が要求される車両走行用モータに適した集中巻IPMモータを提供することが可能となる。
【0019】
また、本実施の形態に係るIPMロータでは、調波発生部分を他の部分よりも高周波特性に優れた材料で構成するので、ロータコア全体を高周波特性に優れた材料で構成する場合に生じる問題を回避することができる。例えば、ロータコア全体を非常に薄い電磁鋼板を積層して構成した場合、ロータ損失は低減するが、プレス性が悪化してしまい、コストが高くなってしまう。また、例えば、ロータコア全体を圧粉磁心で構成した場合、ロータ損失は低減するが、強度が低くなってしまい、ロータを高回転で回すことができなくなる。
【0020】
また、本実施の形態に係るIPMロータでは、ロータコアの大部分は、複数の電磁鋼板が積層されてなる積層コアである。そして、積層コアのうち永久磁石とロータ外周との間の部分に圧粉磁心挿入孔が形成され、この圧粉磁心挿入孔に圧粉磁心が挿入される。このため、本実施の形態に係るIPMロータによれば、高強度を維持しつつ、高周波特性を向上させることができる。また、比較的簡易な方法で製造することができ、低コスト化を図ることができる。
【0021】
なお、本発明は、上記実施の形態に限定されるものではなく、本発明の要旨を逸脱しない範囲内で種々変更することができる。例えば、本発明は、集中巻方式のステータとIPMロータとが組み合わされた集中巻IPMモータについて広く適用可能であり、ステータの具体的構成(ティース数、形状、材料等)やロータの具体的構成(極数、永久磁石の配置パターン、形状、材料等)は、適宜変更可能である。また、上記実施の形態では、高周波特性に優れた材料として圧粉磁心を用いたが、特にこれに限定されない。
【図面の簡単な説明】
【0022】
【図1】実施の形態に係る集中巻IPMモータの概略断面図である。
【図2】特許文献1に開示されている集中巻IPMモータの概略断面図である。
【符号の説明】
【0023】
1 集中巻永久磁石埋込型モータ、10 ステータ、11 ステータコア、11a ヨーク部、11b ティース部、12 コイル、20 ロータ、21 回転軸、22 ロータコア、22a 積層コア、22b 永久磁石挿入孔、22c 圧粉磁心挿入孔、22d 圧粉磁心、23a,23b 永久磁石。




 

 


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