特許 6507273 永久磁石埋込型電動機のためのロータ及びそれを用いた電動機

(19)【発行国】日本国特許庁(JP)

(12)【公報種別】特許公報(B2)

(11)【特許番号】6507273

(24)【登録日】2019年4月5日

(45)【発行日】2019年4月24日

(54)【発明の名称】永久磁石埋込型電動機のためのロータ及びそれを用いた電動機

(51)【国際特許分類】

   H02K 1/27 20060101AFI20190415BHJP

   H02K 21/14 20060101ALI20190415BHJP

   H02K 1/22 20060101ALI20190415BHJP

【ＦＩ】

   H02K1/27 501M

   H02K1/27 501A

   H02K1/27 501K

   H02K21/14 M

   H02K1/22 A

【請求項の数】17

【全頁数】15

(21)【出願番号】特願2017-566324(P2017-566324)

(86)(22)【出願日】2016年12月16日

(65)【公表番号】特表2018-518935(P2018-518935A)

(43)【公表日】2018年7月12日

(86)【国際出願番号】KR2016014839

(87)【国際公開番号】WO2017105147

(87)【国際公開日】20170622

【審査請求日】2017年12月21日

(31)【優先権主張番号】10-2015-0181794

(32)【優先日】2015年12月18日

(33)【優先権主張国】KR

(31)【優先権主張番号】10-2015-0185435

(32)【優先日】2015年12月23日

(33)【優先権主張国】KR

(73)【特許権者】

【識別番号】513214000

【氏名又は名称】ハノン システムズ

(74)【代理人】

【識別番号】100094569

【弁理士】

【氏名又は名称】田中 伸一郎

(74)【代理人】

【識別番号】100088694

【弁理士】

【氏名又は名称】弟子丸 健

(74)【代理人】

【識別番号】100103610

【弁理士】

【氏名又は名称】▲吉▼田 和彦

(74)【代理人】

【識別番号】100095898

【弁理士】

【氏名又は名称】松下 満

(74)【代理人】

【識別番号】100098475

【弁理士】

【氏名又は名称】倉澤 伊知郎

(74)【代理人】

【識別番号】100130937

【弁理士】

【氏名又は名称】山本 泰史

(74)【代理人】

【識別番号】100168871

【弁理士】

【氏名又は名称】岩上 健

(72)【発明者】

【氏名】ホ チョン ギル

(72)【発明者】

【氏名】ベク チャン ホ

(72)【発明者】

【氏名】ソ ボン キュン

【審査官】 若林 治男

(56)【参考文献】

【文献】 特開２００９−２７３２５８（ＪＰ，Ａ）

【文献】 国際公開第２０１５／０５９７６８（ＷＯ，Ａ１）

【文献】 米国特許出願公開第２０１１／００６２８１５（ＵＳ，Ａ１）

【文献】 米国特許出願公開第２０１６／０２０４６６６（ＵＳ，Ａ１）

(58)【調査した分野】（Int.Cl.，ＤＢ名）

Ｈ０２Ｋ １／２７

Ｈ０２Ｋ １／２２

Ｈ０２Ｋ ２１／１４

(57)【特許請求の範囲】

【請求項1】

中央に回転軸が固定されており、複数個の磁石挿入孔が円周方向に沿って離隔して形成されるロータコアと、
前記複数個の磁石挿入孔毎に、半径方向外側に行くに従って互いに離隔するようにＶ字状にそれぞれ挿入される複数対の永久磁石と、
前記ロータコアの前記磁石挿入孔と前記回転軸が固定される回転軸孔との間に円周方向に沿って貫通形成される複数のリベット孔と、
前記ロータコアの前記磁石挿入孔と前記回転軸が固定される回転軸孔との間に円周方向に沿って貫通形成される複数の重量軽減孔と、を含み、
前記複数個の磁石挿入孔のそれぞれは、互いに対向する一対の内側辺を含み、
前記それぞれの磁石挿入孔の内部空間を前記一対の内側辺から互いに向かってそれぞれ突出するように拡張させるバリア孔がさらに形成され、
前記複数の重量軽減孔は、前記複数のリベット孔の中心を繋ぐ円と交差するように形成され、
前記各磁石挿入孔の対称軸の延長線が前記各リベット孔の中心を通るように位置することを特徴とする、永久磁石埋込型電動機用ロータ。

【請求項2】

中央に回転軸が固定されており、複数個の磁石挿入孔が円周方向に沿って離隔して形成されるロータコアと、
前記複数個の磁石挿入孔毎に、半径方向外側に行くに従って互いに離隔するようにＶ字状にそれぞれ挿入される複数対の永久磁石と、
前記ロータコアの前記磁石挿入孔と前記回転軸が固定される回転軸孔との間に円周方向に沿って貫通形成される複数のリベット孔と、
前記ロータコアの前記磁石挿入孔と前記回転軸が固定される回転軸孔との間に円周方向に沿って貫通形成される複数の重量軽減孔と、を含み、
前記複数個の磁石挿入孔のそれぞれは、互いに対向する一対の内側辺を含み、
前記それぞれの磁石挿入孔の内部空間を前記一対の内側辺から互いに向かってそれぞれ突出するように拡張させるバリア孔がさらに形成され、
前記複数の重量軽減孔は、前記複数のリベット孔の中心を繋ぐ円と交差するように形成され、
前記複数の重量軽減孔は、隣接した一対の前記磁石挿入孔の間の間隔の中心と前記回転軸孔の中心とを繋ぐ直線を基準として対称であることを特徴とする、永久磁石埋込型電動機用ロータ。

【請求項3】

前記バリア孔は円弧状に延びることを特徴とする、請求項１又は２に記載の永久磁石埋込型電動機用ロータ。

【請求項4】

前記磁石挿入孔はそれぞれ「Ｖ」字状を有するように形成されており、前記バリア孔は、磁石挿入孔の中心に向かって円周方向に沿って延びることを特徴とする、請求項３に記載の永久磁石埋込型電動機用ロータ。

【請求項5】

前記バリア孔の両端部と前記ロータコアの中心とをそれぞれ連結した２つの線が成す角度が１２°〜１４°であることを特徴とする、請求項４に記載の永久磁石埋込型電動機用ロータ。

【請求項6】

前記バリア孔は、１．１ｍｍ〜１．５ｍｍの長さを有することを特徴とする、請求項４に記載の永久磁石埋込型電動機用ロータ。

【請求項7】

前記バリア孔は、０．４ｍｍ以上の厚さを有することを特徴とする、請求項１又は２に記載の永久磁石埋込型電動機用ロータ。

【請求項8】

前記複数のリベット孔と前記複数の重量軽減孔は、各内側端部が、前記ロータコアの中心から１５．９ｍｍ離れた部分よりも半径方向の外側に形成されることを特徴とする、請求項１又は２に記載の永久磁石埋込型電動機用ロータ。

【請求項9】

前記複数のリベット孔と前記複数の重量軽減孔は、各外側端部が、前記ロータコアの中心から２０．１ｍｍ離れた部分よりも半径方向の内側に形成されることを特徴とする、請求項８に記載の永久磁石埋込型電動機用ロータ。

【請求項10】

前記複数のリベット孔は円形の形状を有することを特徴とする、請求項１に記載の永久磁石埋込型電動機用ロータ。

【請求項11】

前記複数の重量軽減孔は、隣接した一対の前記磁石挿入孔の間の間隔の中心と前記回転軸孔の中心とを繋ぐ直線を基準として対称であることを特徴とする、請求項１に記載の永久磁石埋込型電動機用ロータ。

【請求項12】

前記各重量軽減孔は、内側端部と外側端部が、前記回転軸孔の中心を基準とする円の一部として形成され、前記内側端部と外側端部を連結する両側端部は、各側端部が対向する前記リベット孔の中心を基準とする円の一部として形成されることを特徴とする、請求項２又は１１に記載の永久磁石埋込型電動機用ロータ。

【請求項13】

前記外側端部は前記内側端部に比べて長さがより長く形成され、前記両側端部は長さが等しいことを特徴とする、請求項１２に記載の永久磁石埋込型電動機用ロータ。

【請求項14】

前記重量軽減孔の両側端部は、各側端部が対向する前記リベット孔の中心から８ｍｍ以上離隔して形成されることを特徴とする、請求項１３に記載の永久磁石埋込型電動機用ロータ。

【請求項15】

前記磁石挿入孔は８個であることを特徴とする、請求項１又は２に記載の永久磁石埋込型電動機用ロータ。

【請求項16】

ハウジングと、
前記ハウジング内に固定される固定子と、
前記固定子内に回転可能に取り付けられる請求項１又は２に記載の永久磁石埋込型電動機用ロータと、を含むことを特徴とする、永久磁石埋込型電動機。

【請求項17】

前記固定子は１２個のスロットを含み、前記ロータは８個の極を含むことを特徴とする、請求項１６に記載の永久磁石埋込型電動機。

【発明の詳細な説明】

【技術分野】

【0001】

本発明は、永久磁石埋込型電動機のためのロータ及びそれを用いた電動機に関し、より詳細には、ロータの内部に永久磁石が埋め込まれた形態のロータ及びそれを含む電動機に関する。

【背景技術】

【0002】

近年、整流子とブラシの機械的接触式の問題点を考慮して、半導体素子を用いた電子スイッチング方式のいわゆるブラシレスＤＣモータ（Ｂｒｕｓｈｌｅｓｓ ＤＣ Ｍｏｔｏｒ：ＢＬＤＣモータ）が広く用いられており、ブラシレスＤＣモータは、固定子と回転子の配置構造によって内転型（ｉｎｔｅｒｉｏｒ ｒｏｔｏｒ ｔｙｐｅ）と外転型（ｅｘｔｅｒｉｏｒ ｒｏｔｏｒ ｔｙｐｅ）に区別され得る。

【0003】

前記内転型モータには、円筒状の永久磁石の中心にシャフトを挿入した回転子や、電気鋼板を積層した回転子コアの中心にシャフトを挿入し、回転子コアに複数の永久磁石を挿入した、いわゆるＩＰＭタイプの永久磁石挿入式回転子が用いられている。

【0004】

最近は、高効率モータとして、マグネットトルクの他にリラクタンストルクを用いた永久磁石埋込型モータ（以下、ＩＰＭモータ）が用いられている。リラクタンストルクとは、ｄ軸インダクタンス（Ｌｄ）とｑ軸インダクタンス（Ｌｑ）の突極性を利用して発生させる力のことであって、そのために、永久磁石をＶ字状に配置する場合が多い。

【0005】

かかる永久磁石埋込型モータに用いられるロータの一例が図１に示されている。図１を参照すると、前記ロータは、電動圧縮機の駆動部などに活用可能であって、内側方向に突出したティースと、ティースに巻回されたコイルと、を備える固定子の内側に配置されるものである。前記ロータ１０は、複数枚の電気鋼板を積層して形成したロータコア１２を含み、前記ロータコア１２の外周側に隣接して略「Ｖ」字状を成すように配置される複数対の永久磁石が前記ロータコア１２内に埋め込まれた形態で固定される。

【0006】

そして、前記ロータコア１２の略中央部には、駆動軸が挿入及び固定されるための駆動軸孔２０が備えられており、前記駆動軸孔２０を中心として、複数個の永久磁石挿入孔３０が固定子側に向かって開けられているＶ字状に一定の間隔で形成されている。前記駆動軸孔２０と前記永久磁石挿入孔３０との間のロータコア部分１２は、磁束が通る通路の役割とともに、駆動軸の回転力を支持する役割を担う。

【0007】

一方、上記のような電動機において、トルク及び効率を増大させるために磁石量を増加させたり、固定子コアとの空隙を減少させたりする過程で、コギングトルクが増加するという問題があった。このようにコギングトルクが増加すると、騒音が増加するだけでなく、モータの制御も困難となるという問題がある。

【0008】

また、前記駆動軸孔２０には駆動軸が密着された状態で圧入結合され、前記永久磁石挿入孔３０にも永久磁石が挿入孔を閉鎖するように複数の永久磁石が設けられるため、前記ロータ１０には、熱が放出されるための通路がなく、モータが過熱される恐れがあるという問題がある。

【0009】

さらに、近年は、コストを低減し、且つ回転力を向上させるために、前記ロータ１０の重量を軽量化する必要性が生じた。
しかし、それに応じて、前記ロータコア部分１２に所かまわず通孔を形成すると、前記駆動軸を支持するための支持力が減少されて回転が不安定となり、磁束が通ることを妨害して磁束が弱くなり得るという問題が発生する。

【発明の概要】

【発明が解決しようとする課題】

【0010】

本発明は、上記のような従来技術の欠点を克服するためになされたものであって、ロータの変更を最小化しながらも、コギングトルクを低減することができる永久磁石埋込型電動機のためのロータを提供することを技術的課題とする。

【0011】

また、本発明は、軽量化及びコスト低減が可能であり、モータの冷却効率が向上した永久磁石埋込型電動機のためのロータを提供することを技術的課題とする。

【0012】

さらに、本発明は、上記のようなロータを備えた電動機を提供することを技術的課題とする。

【課題を解決するための手段】

【0013】

上記のような技術的課題を解決するための本発明の一実施形態によると、中央に回転軸が固定されており、複数個の磁石挿入孔が円周方向に沿って離隔して形成されるロータコアと、前記複数個の磁石挿入孔毎に、半径方向外側に行くに従って互いに離隔するようにＶ字状にそれぞれ挿入される複数対の永久磁石と、を含み、前記複数個の磁石挿入孔のそれぞれは、互いに対向する一対の内側辺を含み、前記それぞれの磁石挿入孔の内部空間を前記一対の内側辺からそれぞれ突出するように拡張させるバリア孔がさらに形成されることを特徴とする、永久磁石埋込型電動機用ロータが提供される。

【0014】

本発明の上記の側面では、磁石挿入孔の空間を拡張させることで、永久磁石によって発生した磁束が固定子に伝達されることを制限し、コギングトルクの発生が最小化されるようにしている。すなわち、コギングトルクは、永久磁石が固定子を引っ張りながらロータの回転を断続的にするものであるという点に着目して、永久磁石のうち、固定子に与える影響が最も大きい地点に磁束を制限するバリア孔を形成したのである。これにより、コギングトルクを従来に比べて低減することが可能となる。

【0015】

ここで、前記バリア孔は任意の形状を有することができるが、磁束をより均一に遮断するように円弧状に延びることができる。

【0016】

また、前記磁石挿入孔はそれぞれ「Ｖ」字状を有するように形成されており、前記バリア孔は、磁石挿入孔の中心に向かって円周方向に沿って延びることができる。

【0017】

また、前記バリア孔の両端部と前記ロータコアの中心とをそれぞれ連結した２つの線が成す角度が１２°〜１４°であることができる。

【0018】

また、前記バリア孔は、１．１ｍｍ〜１．５ｍｍの長さを有することができる。

【0019】

また、前記バリア孔は、０．４ｍｍ以上の厚さを有することができる。

【0020】

また、前記ロータコアの前記磁石挿入孔と前記回転軸が固定される回転軸孔との間に円周方向に沿って貫通形成される複数のリベット孔と、前記ロータコアの前記磁石挿入孔と前記回転軸が固定される回転軸孔との間に円周方向に沿って貫通形成される複数の重量軽減孔と、をさらに含むことができる。

【0021】

本発明の上記の側面では、ロータコアの中央に形成される回転軸孔と、ロータコアの円周方向に沿って形成される磁石挿入孔との間に、積層形成されるロータコアを結合させるリベットが貫通するためのリベット孔及び／または不要なロータコアの重量部分を無くすための重量軽減孔を形成することで、前記リベット孔と前記重量軽減孔が、冷媒が通る流路の役割を担う。これにより、モータの冷却効率性が増大するとともに、軽量化及びコスト低減が可能となる。

【0022】

前記複数の重量軽減孔は、前記複数のリベット孔の中心を繋ぐ円と交差するように形成されることができる。

【0023】

前記複数のリベット孔と前記複数の重量軽減孔は、各内側端部が、前記ロータコアの中心から１５．９ｍｍ離れた部分よりも半径方向の外側に形成されることができる。

【0024】

前記複数のリベット孔と前記複数の重量軽減孔は、各外側端部が、前記ロータコアの中心から２０．１ｍｍ離れた部分よりも半径方向の内側に形成されることができる。

【0025】

前記複数のリベット孔は円形の形状を有し、前記各磁石挿入孔の対称軸の延長線が前記各リベット孔の中心を通るように位置することができる。

【0026】

前記複数の重量軽減孔は、隣接した一対の前記磁石挿入孔の間の間隔の中心と前記回転軸孔の中心とを繋ぐ直線を基準として対称であることができる。

【0027】

前記各重量軽減孔は、内側端部と外側端部が、前記回転軸孔の中心を基準とする円の一部として形成され、前記内側端部と外側端部を連結する両側端部は、各側端部が対向する前記リベット孔の中心を基準とする円の一部として形成されることができる。

【0028】

前記外側端部は前記内側端部に比べて長さがより長く形成され、前記両側端部は長さが等しいことができる。

【0029】

前記重量軽減孔の両側端部は、各側端部が対向する前記リベット孔の中心から８ｍｍ以上離隔して形成されることができる。

【0030】

前記磁石挿入孔は８個であることを特徴とする。

【0031】

本発明の他の実施形態によると、ハウジングと、前記ハウジング内に固定される固定子と、前記固定子内に回転可能に取り付けられるロータと、を含み、前記ロータは、上述のロータの何れか１つであることを特徴とする、永久磁石埋込型電動機が提供される。

【0032】

ここで、前記固定子は１２個のスロットを含み、前記ロータは８個の極を含むことができる。

【発明の効果】

【0033】

上記のような構成を有する本発明の側面によると、磁石挿入孔の内側壁面にバリア孔を形成するだけで、従来に比べてコギングトルクを低減することができる。

【0034】

また、磁石の最外殻側からバリア孔を形成することにより、バリア孔の大きさを小さくし、剛性や効率などへの影響を最小化しながらも、従来に比べて半分程度にコギングトルクを低減することができる。

【0035】

さらに、ロータコアの磁石挿入孔と回転軸孔との間に円周方向に貫通形成される複数のリベット孔及び複数の重量軽減孔を含むことで、ロータの重量を軽量化するとともに、コストを低減することができる効果がある。

【0036】

また、前記複数のリベット孔と前記複数の重量軽減孔が、冷媒が通る流路の役割を担うため、モータの冷却効率性が増大することができる。

【0037】

本発明の効果は上記の効果に限定されず、本発明の詳細な説明または特許請求の範囲に記載された発明の構成から推論可能な全ての効果を含むと理解すべきである。

【図面の簡単な説明】

【0038】

【図1】従来の一般的な永久磁石埋込型電動機用ロータを示した平面図である。

【図2】本発明による永久磁石埋込型電動機の一実施形態を概略的に示した平面図である。

【図3】図２において、ロータの端部付近を拡大して示した平面図である。

【図4】従来の永久磁石埋込型電動機用ロータにおけるコギングトルクを測定したグラフである。

【図5】図３に示されたロータにおけるコギングトルクを測定したグラフである。

【図6】図２において、バリア孔の長さによるコギングトルクとトルクリップルの変化を示したグラフである。

【図7】図２に示されたロータを温度を変化させて１５０００ｒｐｍで作動させた場合における応力分布を示した図である。

【図8】図２において、ロータを分離して示した平面図である。

【図9】図８のＡ部分を拡大して示した平面図である。

【図10】図９に示されたロータの位置による磁束密度を示した図である。

【発明を実施するための形態】

【0039】

以下では、添付図面を参照して、本発明による永久磁石埋込型電動機用ロータの実施形態について詳細に説明する。

【0040】

また、後述の用語は、本発明における機能を考慮して定義された用語であって、これは、使用者、運用者の意図または慣例によって変わり得る。下記の実施形態は、本発明の権利範囲を限定するためのものではなく、本発明の請求範囲に提示された構成要素の例示的な事項に過ぎない。

【0041】

本発明を明確に説明するために、説明と関係のない部分は省略しており、明細書全体にわたって同一または類似の構成要素には同一の参照符号を付す。明細書全体において、ある部分がある構成要素を「含む」としたときに、これは、特に反対される記載がない限り、他の構成要素を除くのではなく、他の構成要素をさらに備え得るということを意味する。

【0042】

図２は本発明による永久磁石埋込型電動機の一実施形態を概略的に示した平面図であり、図３は図２においてロータの端部付近を拡大して示した平面図であり、図４は従来の永久磁石埋込型電動機用ロータにおけるコギングトルクを測定したグラフであり、図５は図３に示されたロータにおけるコギングトルクを測定したグラフであり、図６は図２においてバリア孔の長さによるコギングトルクとトルクリップルの変化を示したグラフであり、図７は図２に示されたロータを温度を変化させて１５０００ｒｐｍで作動させた場合における応力分布を示した図であり、図８は図２においてロータを分離して示した平面図であり、図９は図８のＡ部分を拡大して示した平面図であり、図１０は図９に示されたロータの位置による磁束密度を示した図である。

【0043】

図２を参照すると、本発明による永久磁石埋込型電動機の一実施形態は、ハウジング（不図示）と、前記ハウジングの内部に固定される固定子５０と、前記固定子内で回転可能に支持されるロータ１００と、を含む。

【0044】

前記固定子５０は、内部が貫通されたリング状を有する複数枚の板材を積層した形態を有しており、圧入などの方式により前記ハウジングの内部に固定されることができる。前記固定子は、半径方向内側に突出するように形成される複数個のティース５２と、前記ティースに巻回されたコイル５４と、を備える。

【0045】

前記固定子５０の内部にロータ１００が設けられる。前記ロータ１００は、固定子に巻回されたコイルに電流が流れることによって発生する電磁気力を受けて回転するように、複数の永久磁石１１０を含んでいる。また、前記ロータ１００の中央には、回転軸２００がロータ１００とともに一体に回転するように固定される。

【0046】

ここで、前記固定子に形成されたティース５２は総１２個からなり、それに応じて、前記ティース５２の間に形成されるスロットも１２個からなる。また、前記ロータ１００には、後述の磁石挿入孔が総８個形成されている。すなわち、前記実施形態に開示された電動機は、いわゆる８極１２スロット電動機であるが、本発明が必ずしもこれに限定されるものではない。

【0047】

次に、図３を参照して、前記ロータについてより詳細に説明する。図２及び図３に示されたように、前記ロータ１００は、前記固定子と同様に複数枚の電気鋼板が積層されて形成されるロータコア１０２を備える。前記ロータコア１０２は、上述の回転軸２２０及び永久磁石１１０を支持するとともに、ロータ１００の全体的な形態を構成する。

【0048】

前記ロータコア１０２の略中央には、前記回転軸２２０が挿入結合される回転軸孔２００が形成されており、最外殻側には、上述の永久磁石１１０が少なくとも１つ以上挿入されている。ここで、前記永久磁石１１０は、永久磁石が挿入されることができるように略「Ｖ」字状に形成される永久磁石挿入孔１０３の内部に挿入されて固定される。具体的に、前記永久磁石挿入孔１０３は、半径方向外側に行くに従って互いに離隔する、すなわち、前記固定子５０と対向する側に向かって開けられたＶ字状を成しており、前記Ｖ字状の永久磁石挿入孔１０３には一対の永久磁石１１０が挿入される。

【0049】

この際、前記永久磁石挿入孔１０３は、前記ロータコア１０２の外側円周方向に沿って８個が一定の間隔で配置されることが好ましい。

【0050】

前記永久磁石挿入孔１０３は、半径方向外側に行くに従って互いに遠くなる一対の内側辺１０４を含む。前記一対の内側辺１０４は、ロータコア１０２を挟んで互いに対向するように配置されており、略鈍角の角度を有してＶ字状に配置されることができる。

【0051】

前記内側辺１０４と対向する一対の外側辺には外側固定突起１０５及び内側固定突起１０６が形成される。前記内側及び外側固定突起１０５、１０６は、それらの間で前記永久磁石１１０が挿入される空間を定義する。すなわち、前記永久磁石１１０の両端部がそれぞれ前記内側及び外側固定突起１０５、１０６と接して、前記永久磁石挿入孔の長さ方向における永久磁石の移動が阻止される。これにより、前記永久磁石が前記永久磁石挿入孔内で安定して支持されることができる。

【0052】

一方、前記永久磁石１１０の半径方向外側端部には２つの空間が形成されるが、前記内側辺１０４から遠い側には、略三角形の断面を有する空間部１０７が形成される。そして、前記空間部１０７と連結され、且つ前記内側辺１０４から突出するバリア孔１０８がさらに形成される。

【0053】

前記空間部１０７及び前記バリア孔１０８は、前記永久磁石挿入孔１０３と一体に形成される空間であって、前記永久磁石１１０が挿入された状態で、永久磁石の半径方向外側端部を基準として命名したものである。前記空間部１０７及びバリア孔１０８は、上述のように空き空間となっているため、永久磁石から発生する磁束が伝達される磁路を形成することができない。これにより、永久磁石の端部から生成された磁束が上述の固定子に与える影響が最小化される。

【0054】

具体的に、前記空間部１０７は、永久磁石の一側端部から発生する磁束を遮断する役割を主に担い、前記バリア孔１０８は、永久磁石の一側端部と隣接した側面から発生する磁束を遮断する役割を主に担う。

【0055】

本発明者らの研究の結果、コギングトルクを引き起こす重要因子の１つとして、永久磁石の端部から発生した磁束が固定子に影響を与え、ロータの回転を妨害するということが分かった。したがって、上記のように、永久磁石１１０の端部とその側面にそれぞれ磁路を遮断する空間部１０７及びバリア孔１０８を形成することで、コギングトルクを著しく低減することができる。

【0056】

一方、前記バリア孔１０８は、前記内側辺１０４から互いに向かって突出する任意の形状を有する空間部として形成されることができる。示された例において、前記バリア孔１０８は、前記永久磁石挿入孔１０３の最外殻側端部から円周方向に沿って互いに向かって延びる円弧状を有するように形成される。

【0057】

ここで、前記バリア孔１０８の長さＬ、幅ｄ１、及びロータコアの外側端部からの距離ｄ２は、前記バリア孔１０８の形状だけでなく、バリア孔によるコギングトルク、トルクリップル、及びロータコアの剛性にも影響する。

【0058】

先ず、前記バリア孔１０８の幅ｄ１はできるだけ小さいほど好ましい。前記幅ｄ１が小さいほど、剛性の低下量が最小化されるためである。しかし、加工の限界により、前記幅ｄ１の最小値は０．４ｍｍとする。

【0059】

前記バリア孔１０８の長さＬは、ロータの剛性、コギングトルク、及びトルクリップルなどに影響する主要因子の１つである。示された例において、前記バリア孔１０８の長さは１．５ｍｍであり、バリア孔の長さが長いほどコギングトルクは減少するが、剛性が低下し、トルクリップルが増加する様相を示す。

【0060】

図６は、前記長さＬの変化によるコギングトルク及びトルクリップルの大きさの変化を示したグラフである。図６に示されたように、コギングトルクは前記長さＬが長いほど減少する傾向を示す。しかし、トルクリップルは、逆に前記長さＬが長いほど増加する傾向を示す。ここで、１．１ｍｍ〜１．５ｍｍの区間では、コギングトルクが持続的に減少するが、トルクリップルは一定に維持されることが分かる。したがって、前記グラフによると、前記長さＬが１．５ｍｍである際に、トルクリップルの増加をある程度抑えながらも、コギングトルクは著しく低減することができることを確認することができる。

【0061】

一方、前記長さＬは他の形態でも表現することができる。すなわち、前記バリア孔の両端部と、前記ロータの中心から半径方向外側に距離Ｄ（ここでは０．９８ｍｍ）だけ離れた地点とを繋ぐ２つの線の角度θによっても前記長さＬを表現することができ、示された例において、前記角度θは１２°〜１４°の範囲にあることが好ましい。ここで、前記地点は、前記ロータの中心と、２つの永久磁石の間の中心とを連結した直線上に置かれている。

【0062】

そして、前記バリア孔の半径方向外側面と前記ロータコアの外周面との間の距離ｄ２は０．４ｍｍとすることができる。前記距離ｄ２も小さいほど好ましいが、前記バリア孔の半径方向外側面と前記ロータコアの外周面との間の部分は、ロータが高速で回転する過程で前記磁石に加えられる遠心力を支持する部分であるため、過度に小さい場合には、永久磁石を安定して固定できない恐れがる。このような点から、前記距離ｄ２は０．４ｍｍとすることができる。

【0063】

図４は、前記バリア孔１０８のないロータを有する電動機におけるコギングトルクを測定した結果を示したグラフであり、図５は、図２に示されたロータを有する電動機におけるコギングトルクを測定した結果を示したグラフである。図４及び図５において、縦軸はコギングトルクの大きさを示し、横軸はそれぞれのコギングトルクをテストした周期に対応する値である。すなわち、横軸は、テストステップ（ｓｔｅｐ）の数を示したものであって、前記図４及び図５に示されたグラフは、テスト時に出力される電力の１周期を１９３個のステップに分割し、それぞれのステップで出力されるコギングトルクを表示したものである。

【0064】

図示されたように、従来の電動機では、略０．８０Ｎｍ程度のコギングトルクが発生しているのに対し、前記実施形態では、その半分以下である０．３０Ｎｍのコギングトルクが発生していることを確認することができる。すなわち、既存の永久磁石挿入孔の内側辺に１．５ｍｍ程度の孔を形成したことにより、コギングトルクを半分以下に低減することができるのである。

【0065】

剛性の側面でも、図７に示されたように、前記図２のロータをそれぞれ２５℃、４０℃、６０℃、１００℃、１４０℃、及び１８０℃で１５００ＲＰＭの回転速度で運転した結果、温度にかかわらず前記バリア孔が位置した部分での応力が最も大きいことを確認することができる。但し、前記バリア孔のない半径方向の最外殻部分の応力とは、大きい差がないことも確認することができる。

【0066】

すなわち、上記のように、バリア孔をさらに形成しても、ロータコアの剛性に与える影響は微小であることが分かる。

【0067】

また、図８に示されたように、前記ロータコア１０２の前記永久磁石挿入孔１０３と前記回転軸孔２００との間には、円周方向に沿って複数のリベット孔４００及び重量軽減孔５００が貫通形成されることができる。

【0068】

具体的に、前記複数のリベット孔４００は、前記永久磁石挿入孔１０３と前記回転軸孔２００との間に周方向に貫通形成され、前記永久磁石挿入孔１０３の数と同様に８個が一定の間隔で配置されることが好ましい。

【0069】

ロータは、複数の薄いディスク形態のロータコア部材が積層されて形成されるものであって、前記複数のリベット孔４００に貫通して結合される複数のリベット４２０は、前記積層されたロータコア部材が１つのロータを成すように結合させる役割を担って、容易に組み立てられるようにする。

【0070】

前記複数のリベット孔４００の形状は円形であることが好ましく、円形の他に、四角形、台形であってもよい。前記各リベット孔４００は、前記各永久磁石挿入孔１０３の対称軸の延長線ａが前記各リベット孔４００の中心を通るように位置する。

【0071】

Ｖ字状の永久磁石の間のロータコアの部分は、磁束が流れる通路の役割を担うため、リベット孔を形成すると磁束に抵抗がかかることになる。したがって、前記回転軸孔２００と前記永久磁石挿入孔１０３との間において、ロータコア空間部の磁路が形成されない部分にリベット孔を形成すべきである。

【0072】

したがって、前記複数のリベット孔４００は、内側端部が、前記ロータコア１０２の中心、すなわち、前記回転軸孔２００の中心から１５．９ｍｍ離れた部分よりも半径方向の外側に形成され、外側端部が、前記回転軸孔２００の中心から２０．１ｍｍ離れた部分よりも半径方向の内側に形成される。

【0073】

これは、ロータの位置による磁束密度を示した図１０を参照すると、磁束密度が低い区間に該当するためである。図１０を参照すると、磁束密度が最も低い区間は前記回転軸孔２００の周辺に現れており、次に磁束密度が低い区間は前記回転軸孔２００と永久磁石挿入孔１０３との間のロータコアの部分に現れており、前記永久磁石挿入孔１０３の周辺では磁束密度が高く現れていることが分かる。

【0074】

しかし、磁束密度が最も低く形成される前記回転軸孔２００の周辺に複数のリベット孔を形成する場合、回転軸を支持する支持力が弱くなってロータの回転が不安定となる。したがって、前記複数のリベット孔４００の内側端部と外側端部の範囲が限定されたように、磁束密度が低くて磁束が通ることを妨害せず、且つ回転軸を十分に支持可能な部分にリベット孔を形成することが好ましい。したがって、リベット孔の形成によってロータの性能及び効率の損失が発生しない。

【0075】

図９を参照すると、本発明の一実施形態による永久磁石埋込型電動機用ロータの複数のリベット孔４００は、前記回転軸孔２００の中心から半径方向に１８ｍｍ程度離れた部分に各リベット孔４００の中心が位置しており、４．１５ｍｍの直径を有する円形に形成されている。

【0076】

前記複数の重量軽減孔５００は、前記永久磁石挿入孔１０３と前記回転軸孔２００との間に周方向に貫通形成されており、前記複数のリベット孔４００の中心を繋ぐ円と交差するように形成される。前記複数の重量軽減孔５００は、前記各リベット孔４００の間毎に形成され、前記複数のリベット孔４００と等しい数で形成される。したがって、８個の重量軽減孔が一定の間隔で形成されることが好ましい。

【0077】

前記複数の重量軽減孔５００は、隣接した一対の前記永久磁石挿入孔１０３の間の間隔の中心と、前記回転軸孔２００の中心とを繋ぐ直線ｂを基準として対称に配置されることが好ましい。

【0078】

これは、Ｖ字状の永久磁石の間のロータコアの部分は、磁束が流れる通路の役割を担うため、重量軽減孔を形成すると磁束に抵抗がかかるためである。したがって、前記複数のリベット孔の間の空間部の磁路が形成されない部分に重量軽減孔を形成すべきである。
したがって、前記複数の重量軽減孔５００は、内側端部が、前記ロータコア１０２の中心、すなわち、前記回転軸孔２００の中心から１５．９ｍｍ離れた部分よりも半径方向の外側に形成され、外側端部が、前記回転軸孔２００の中心から２０．１ｍｍ離れた部分よりも半径方向の内側に形成される。

【0079】

これは、同様に、ロータの位置による磁束密度を示した図１０を参照すると、磁束密度が低い区間に該当するためである。図１０を参照すると、磁束密度が最も低い区間は前記回転軸孔２００の周辺に現れており、次に磁束密度が低い区間は前記回転軸孔２００と永久磁石挿入孔１０３との間のロータコアの部分に現れており、前記永久磁石挿入孔１０３の周辺では磁束密度が高く現れていることが分かる。

【0080】

しかし、磁束密度が最も低く形成される前記回転軸孔２００の周辺に複数の重量軽減孔５００を形成する場合、回転軸を支持する支持力が弱くなってロータの回転が不安定となる。したがって、前記複数の重量軽減孔５００の内側端部と外側端部の範囲が限定されたように、磁束密度が低くて磁束が通ることを妨害せず、且つ回転軸を十分に支持可能な部分に重量軽減孔を形成することが好ましい。したがって、重量軽減孔の形成によってロータの性能及び効率の損失が発生しない。

【0081】

また、前記複数の重量軽減孔５００の形成によってロータの軽量化が可能であり、前記各重量軽減孔が冷媒の通る流路の役割を担うため、モータの冷却効率性も向上する。

【0082】

図９を参照すると、本発明の一実施形態による永久磁石埋込型電動機用ロータの複数の重量軽減孔５００は、前記回転軸孔２００の中心から半径方向に１８ｍｍ程度離れた部分に各重量軽減孔５００の中心が位置しており、詳細な形状は以下で説明する。

【0083】

前記各重量軽減孔５００は、全ての辺が円の一部として構成された台形の形状を有することが好ましい。このような構成によると、ロータの剛性を維持した状態で、磁路を妨害しない区間を最大限用いて軽量化することができる。しかし、これに限定されるものではなく、前記ロータの形状及び大きさによって、円形、四角形、三角形などの如何なる形状に変更されてもよい。

【0084】

前記各重量軽減孔５００は、内側端部５０２と外側端部５０１が前記回転軸孔２００の中心を基準とする円の一部として形成され、前記内側端部５０２と外側端部５０１を連結する両側端部５０３、５０４は、各側端部が対向するリベット孔の中心を基準とする円の一部として形成される。

【0085】

これにより、前記各重量軽減孔の外側端部５０１、内側端部５０２、及び回転軸孔２００は、何れも同心円上に位置することになる。前記各重量軽減孔の内側端部５０２と前記回転軸孔２００との間の間隔は、何れの部分でも一定に維持されることができ、これによって、ロータの剛性が一定に維持される。

【0086】

また、前記各重量軽減孔の両側端部５０３、５０４と、各側端部が対向するリベット孔４００との間の間隔が何れの部分でも一定に維持されるため、ロータの剛性が一定に維持されることができる。

【0087】

前記外側端部５０１は前記内側端部５０２に比べて長さがより長く形成され、前記両側端部５０３、５０４は長さが等しく形成されることができる。また、前記重量軽減孔の両側端部５０３、５０４は、各側端部が対向するリベット孔４００の中心から半径方向に８ｍｍ以上離隔して位置することが好ましい。これは、前記両側端部５０３、５０４が、各側端部が対向するリベット孔４００の中心から半径方向に８ｍｍ以内に位置すると、各リベット孔４００と重量軽減孔５００との間のロータコア部分の厚さが薄くなって磁束が通ることができず、全体的な支持力及び耐久性が弱くなるためである。

【0088】

図９を参照すると、本発明の一実施形態による永久磁石埋込型電動機用ロータの複数の各重量軽減孔５００は、内側端部５０２が、前記回転軸孔２００の中心を基準として直径３１．８５ｍｍの円の一部として形成され、外側端部５０１は、前記回転軸孔２００の中心を基準として直径４０．１５ｍｍの円の一部として形成される。また、両側端部５０３、５０４は、各側端部が対向するリベット孔の中心を基準として直径８ｍｍの円の一部として形成され、８ｍｍだけ離隔して形成される。

【0089】

以上のように、本発明の実施形態によると、既存の永久磁石挿入孔の内側辺に１．５ｍｍ程度の孔を形成することで、コギングトルクを半分以下に低減させることが可能であるとともに、電動機の騒音を改善する効果も提供することができる。

【0090】

さらに、ロータコア上の所定領域に複数の孔を形成することで、軽量化及びコスト低減が可能であるだけでなく、冷媒が通る流路の役割を担って、冷却効率が向上する効果も提供することができる。

【0091】

本発明は、上述の特定の実施形態及び説明に限定されず、本発明が属する技術分野において通常の知識を有する者であれば、特許請求の範囲で請求する本発明の要旨を逸脱することなく様々な変形実施が可能であり、そのような変形は本発明の保護範囲に属する。

【産業上の利用可能性】

【0092】

本発明は、永久磁石埋込型電動機のためのロータ及びそれを用いた電動機に関し、より詳細には、ロータの内部に永久磁石が埋め込まれた形態のロータ及びそれを含む電動機に関する。

【図1】

【図2】

【図3】

【図4】

【図5】

【図6】

【図7】

【図8】

【図9】

【図10】