JP2000060042A - 永久磁石回転子 - Google Patents

永久磁石回転子

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JP2000060042A
JP2000060042A JP10228387A JP22838798A JP2000060042A JP 2000060042 A JP2000060042 A JP 2000060042A JP 10228387 A JP10228387 A JP 10228387A JP 22838798 A JP22838798 A JP 22838798A JP 2000060042 A JP2000060042 A JP 2000060042A
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eddy current
magnetic
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Fumio Tajima
文男 田島
Yutaka Matsunobu
豊 松延
Shoichi Kawamata
昭一 川又
Koji Kobayashi
孝司 小林
Suetaro Shibukawa
末太郎 渋川
Osamu Koizumi
小泉  修
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Hitachi Ltd
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Abstract

(57)【要約】 【課題】導電性磁石を使用するにもかかわらず、渦電流
損の少ない高効率な永久磁石回転子を提供する。 【解決手段】永久磁石回転子1を、回転子軸2の外周に
配置され、かつ回転子磁路を形成する継鉄3と、該継鉄
3の外周に配置され、かつ導電性を有する永久磁石4
と、該永久磁石4の外周に配置され、かつ回転子軸2と
直行する方向にスリット51を設けた金属カバー5と、
永久磁石4と金属カバー5との間に介在させた絶縁物6
とで構成し、絶縁物6により金属カバー5側から永久磁
石4側に流れる渦電流を遮断する。これにより、渦電流
損の少ない高効率な永久磁石回転子1を提供することが
できる。

Description

【発明の詳細な説明】
【0001】
【発明の属する技術分野】本発明は、導電性高性能磁石
を用いた永久磁石回転子に関し、特に渦電流を少なくし
た高効率の永久磁石回転子構造に関するものである。
【0002】
【従来の技術】一般産業用に使用されるモータは、小形
軽量、高効率でかつ低騒音であることが望まれる。この
条件に最も適しているのが永久磁石モータであり、かつ
表面に永久磁石を配置する方式が特に適している。
【0003】一方、小型軽量化のためにはモータの回転
を高速にすることが最も適している。回転を高速にする
ために、永久磁石の外周に非磁性の金属カバーを配置す
ることが行われている。
【0004】しかし、この非磁性金属カバーは導電性で
あるために回転子の回転に伴って渦電流を発生し、これ
によって効率を低下せしめる欠点があった。これを防ぐ
ために非磁性金属カバーにスリットを設ける方式が特公
昭63―26623号公報に開示されている。
【0005】
【発明が解決しようとする課題】しかし、上記特公昭6
3―26623号公報で開示された回転子は、単に金属
カバーにスリットを設けるだけで渦電流を防止せしめよ
うとしており、磁石材料として導電性のないフェライト
磁石を対象としている。
【0006】一方、永久磁石回転電機の小型化の鍵は永
久磁石の性能によるところが大きい。高性能磁石である
NdFeBrあるいはSmCoから構成される高性能磁石を使うこ
とによって永久磁石回転電機は小型軽量化できる。
【0007】しかし、NdFeBrあるいはSmCoから構成され
る高性能磁石は導電性を有するため、上記開示例で示し
たように単にスリットを設けても渦電流が発生し、高効
率にできない問題があった。
【0008】本発明の目的は、導電性磁石を使用するに
もかかわらず、渦電流損の少ない高効率な永久磁石回転
子を提供することにある。
【0009】
【課題を解決するための手段】上記目的を達成するため
に、本発明における永久磁石回転子の特徴とするところ
は、回転子磁路を形成する継鉄の外周に配置され、かつ
導電性を有する永久磁石と、該永久磁石の外周に配置さ
れ、かつ前記回転子軸と直行する方向にスリットを設け
た金属カバーとの間に絶縁物を介在させ、該絶縁物によ
り金属カバー側から永久磁石側に流れる渦電流を遮断す
ることにある。
【0010】具体的には本発明は次に掲げる永久磁石回
転子を提供する。
【0011】本発明は、回転子軸の外周に配置され、か
つ回転子磁路を形成する継鉄と、該継鉄の外周に配置さ
れ、かつ導電性を有する永久磁石と、該永久磁石の外周
に配置され、かつ前記回転子軸と直行する方向にスリッ
トを設けた金属カバーと、前記永久磁石と前記金属カバ
ーとの間に介在させた絶縁物とを備え、前記絶縁物は、
前記金属カバー側から前記永久磁石側に流れる渦電流を
遮断することを特徴とする永久磁石回転子を提供する。
【0012】また、本発明は、回転子軸の外周に配置さ
れ、かつ回転子磁路を形成する継鉄と、該継鉄の外周に
配置され、かつ導電性を有する複数のセグメント状の永
久磁石と、該各永久磁石の外周に配置され、かつ前記回
転子軸と直行する方向にスリットを設けた複数のセグメ
ント状の金属カバーと、前記各永久磁石及び前記各金属
カバー間に並置され、前記継鉄と一体に形成された補助
突極と、前記永久磁石と前記金属カバーとの間に介在さ
せた絶縁物とを備え、前記絶縁物は、前記金属カバー側
から前記永久磁石側に流れる渦電流を遮断することを特
徴とする永久磁石回転子を提供する。
【0013】好ましくは、前記絶縁物は、前記金属カバ
ーの内周面或いは前記永久磁石の外周面を絶縁処理する
ことによって形成される。
【0014】好ましくは、前記セグメント状の金属カバ
ーは、前記スリットが前記回転軸方向に複数段配置され
た磁性体部と、該磁性体部の周方向の両端を支持する非
磁性支持部材と、前記スリット間に設けられた非磁性体
部とを有する。
【0015】
【発明の実施の形態】以下、本発明の一実施の形態例に
係わる永久磁石回転子を、図を用いて説明する。
【0016】図1は、本発明の一実施の形態例に係わる
永久磁石回転子の縦断面構成を示し、図2は、図1のA
−A断面を示す。永久磁石回転子1は、回転軸2と、回
転軸2の外周に配置され、かつ回転子磁路を形成する継
鉄3と、継鉄3の外周に配置された円筒状の永久磁石4
と、永久磁石4の外周に配置され導電性を有する金属カ
バー5と、永久磁石4と金属カバー5との間に介在させ
た絶縁物6とで構成されている。金属カバー5には、円
周方向にスリット51が複数段設けられている。
【0017】ここで、一般産業用に使用されるモータ
は、小形軽量、高効率でかつ低騒音であることが望ま
れ、この条件に最も適しているのが永久磁石材として高
性能磁石であるNdFeBrあるいはSmCoから構成される永久
磁石回転電機である。
【0018】本実施の形態例の対象とする永久磁石材も
NdFeBrあるいはSmCo材等からなり、特に残留磁束密度
0.5T以上の磁石材で、かつ導電性を有する磁石材を
対象としている。
【0019】上記した永久磁石4と導電性を有する金属
カバー5とを有する永久磁石回転子1は、比較的シンプ
ルな構成で機械的な強度が確保できることから高速化に
適し、それ故小型軽量化に最も適している。
【0020】しかし、この金属カバー5は、開示技術に
よってスリット51を設けても、永久磁石4が上記導電
性磁石の場合には永久磁石回転子1の回転に伴って渦電
流を発生し、これによって効率を低下せしめる欠点があ
った。
【0021】ここで、図7を用いて、開示技術である非
磁性の金属カバー5にスリット51を設けても、永久磁
石4が導電性磁石の場合には、回転子1の回転に伴って
渦電流を発生しうる原理について説明する。
【0022】図7は、その動作原理を示す図で、周方向
の展開図で説明する。図7(a)には、永久磁石4の配
置状態を示し、(b)には、巻線に流れる電流による起
磁力7の分布を示す。
【0023】磁極位置検出器(図示せず)を備えたブラ
シレスモータでは、直流機とほぼ同様に永久磁石4に対
して(b)に示すように永久磁石4の極間に起磁力7の
最大が現れる。
【0024】そして、この起磁力7によって作られる磁
束は、電機子電流をPWM(パルスワイドモディレーシ
ョン)制御することによって脈動する。この脈動磁束に
よって流れる渦電流8を(c)に示す。
【0025】(d)には、従来の技術の開示例で示し
た、つまり永久磁石4が導電性の場合でかつ金属カバー
5と永久磁石4との間に絶縁物6がない場合の軸方向の
渦電流8の流れを示す。金属カバー5の中は周方向のス
リット51によって遮断することができるが、永久磁石
4が導電性であるため、スリット51部で永久磁石側に
図示のように流れ、結果的には、渦電流8は、(c)で
示したように流れ、このため、スリット51を設けても
渦電流8の低減効果は少ない。
【0026】図3は、本発明の一実施の形態例に係わる
永久磁石回転子の動作原理を示す。
【0027】本実施の形態例では、非磁性の金属カバー
5にスリット51を設けると共に、その金属カバー5の
スリット51の効果を一層効果的にするため、特に金属
カバー5と導電性の永久磁石4との間に、絶縁物6を介
在させる。
【0028】絶縁物6は、金属カバー5の内周面でも良
く、また永久磁石4の外周面に施されていても良い。ま
た、永久磁石4と金属カバー5の間にワニス等を流して
固着させても良いが、金属カバー5の内周面あるいは永
久磁石4の外周面に絶縁処理することによって絶縁効果
は一層発揮される。
【0029】また、必要に応じてカプトン等の絶縁紙を
用いれば磁石装着時の絶縁物の剥離等がなく、強固な絶
縁が可能であり、一層効果が大きい。以上は絶縁紙を入
れたことによる特性劣化と渦電流損低減効果を総合的に
判断して決める必要がある。
【0030】以下、本実施の形態例の動作原理を説明す
る。図3(a)には、永久磁石4の配置状態を示し、
(b)には、巻線に流れる電流による起磁力7の分布を
示す。
【0031】磁極位置検出器(図示せず)を備えたブラ
シレスモータでは、起磁力7は、直流機とほぼ同様に永
久磁石4に対して(b)に示すように永久磁石の極間で
あるq軸成分として現れる。
【0032】そして、この起磁力7によって作られる磁
束は、電機子電流をPWM(パルスワイドモディレーシ
ョン)制御することによって脈動する。以上は従来例と
同じである。
【0033】以上の脈動磁束によって流れる渦電流8を
(c)に示し、(d)に、渦電流8の流れを軸方向の断
面で示す。
【0034】ここで、永久磁石4と金属カバー5との間
に絶縁物6を配置した本実施の形態例の構成では従来例
で示した渦電流8の通路と異なり、スリット51で永久
磁石4側に行く渦電流8の通路を遮断すると共に、永久
磁石4を通して流れる通路も遮断することができる。
【0035】従って、渦電流8の通路は(c)で示すよ
うになり、渦電流8の通路を長くすることができる。こ
れによって、渦電流8の通路の抵抗が増加し、渦電流損
を低減することができる。
【0036】なお、上記の金属カバー5で発生する渦電
流損の他、永久磁石内に発生する渦電流損等は、永久磁
石4を小さく分割する、あるいは分割した永久磁石4間
を絶縁することによって小さくすることができる。この
場合、永久磁石4と継鉄3間を絶縁することによっても
渦電流損は小さくすることができる。
【0037】また、上記本実施の形態例では、永久磁石
4を円筒状で示したが、セグメント状の永久磁石4でも
良く、かつ永久磁石4が周方向に間欠的に配置された構
成でも良い。また、それに伴って金属カバー5も全周一
体ではなく間欠的に配置されても良い。この場合は金属
カバー5は継鉄3に固定される必要がある。
【0038】また、金属カバー5は、非磁性或いは磁性
いずれでも良い。非磁性の場合には、固定子巻線の起磁
力による磁束の発生が少なく、低騒音、低リアクタンス
である反面、磁気的な空隙長が長く、トルクが小さくな
る欠点がある。一方、磁性の場合は、非磁性の逆の特徴
と、磁性(特に鉄)の場合には低価格に作ることができ
る長所を有している。それぞれ、必要に応じて選択され
ると良い。
【0039】図4は、本発明の他の実施の形態例に係わ
る永久磁石回転子の横断面構成を示し、図5、図6は、
図3の金属カバー5の詳細構成を示す。
【0040】永久磁石回転子1は、回転軸2と、回転軸
2の外周に配置された継鉄3と、継鉄3の外周に配置さ
れ、導電性を有する複数のセグメント状の永久磁石4
と、継鉄3の半径方向外周に位置する各永久磁石4間に
継鉄3と一体に形成された(例えば珪素鋼板)補助突極
31と、永久磁石4の外周に配置され複数のセグメント
状の金属カバー5と、永久磁石4と金属カバー5との間
に介在させた絶縁物6とで構成されている。
【0041】ここで、永久磁石4の磁石材は、高性能磁
石であるNdFeBrあるいはSmCoから構成される高性能磁石
である。
【0042】本実施の形態例の金属カバー5は、図5、
図6に示すように、軸方向に複数配置されたスリット5
1を有する磁性体部53と、磁性体部53の周方向の両
端を支持する非磁性支持部材52と、スリット51間に
設けられた非磁性体部54とで構成されている。
【0043】ここで、非磁性体部54は、電機子起磁力
が作るスロット高調波磁束を効果的に遮断する役目を有
し、固定子巻線(図示せず)のインダクタンスを低減す
る働きを持っている。
【0044】また、金属カバー5の磁性体部53は、固
定子巻線のスロット(図示せず)の高調波磁束を効果的
に短絡して永久磁石に到達することを抑制する働きを持
っている。
【0045】従って、電機子起磁力による磁束、及び永
久磁石4による磁束がスロットの影響により脈動する
が、その脈動磁束が永久磁石4の中に入るのを阻止する
役割を演じてくれる。これによって永久磁石4内に渦電
流8が発生するのを抑止する。
【0046】また、永久磁石4の外周に金属カバー5を
配置し、さらに、この両者にかかる遠心力を補助突極3
1にて強固に保持する。ここで、非磁性部支持部材52
は永久磁石4の磁束が直接補助突極31を介して漏洩し
てしまうのを防ぐために使用されている。
【0047】磁性体部53と非磁性支持部材52とは、
溶接等によって接続されていても良い。あるいは熱を加
えることによって磁性が失われる材料を使用し、非磁性
支持部材52、非磁性体部54の部分に局所的に熱を加
えて非磁性化しても良い。
【0048】本実施の形態例の永久磁石回転子におい
て、永久磁石4と金属カバー5との間に絶縁物6を介在
させることにより、前述と同様の原理によって渦電流の
少ない、高効率の永久磁石回転子を提供することができ
る。
【0049】なお、上記実施の形態例は内転形の永久磁
石回転子について説明したが、本発明は外転形の永久磁
石回転子についても、また、軸方向の空隙部を有する永
久磁石回転子構成についても同様の効果を発揮すること
が可能である。
【0050】また、リニア形で移動子に永久磁石を配置
し、その空隙側に金属カバーを備えたリニア形の永久磁
石移動子にも適用可能である。
【0051】
【発明の効果】本発明によれば、導電性磁石を使用する
にもかかわらず、渦電流損の少ない高効率な永久磁石回
転子を提供でき、回転電機の小型軽量化を図ることがで
きる。
【図面の簡単な説明】
【図1】本発明の一実施の形態例に係わる永久磁石回転
子の縦断面構成図である。
【図2】図1のA−A断面図である。
【図3】本発明の一実施の形態例に係わる永久磁石回転
子の動作原理説明図である
【図4】本発明の他の実施の形態例に係わる永久磁石回
転子の横断面構成図である。
【図5】図3の金属カバーの正面詳細図である。
【図6】図5の金属カバーの底面図である。
【図7】従来の永久磁石回転子の動作原理説明図であ
る。
【符号の説明】
1…永久磁石回転子、2…回転軸、3…継鉄、31…補
助突極、4…永久磁石、5…金属カバー、51…スリッ
ト、52…非磁性支持部材、53…磁性体部、54…非
磁性体部、6…絶縁物
フロントページの続き (72)発明者 川又 昭一 茨城県日立市大みか町七丁目1番1号 株 式会社日立製作所日立研究所内 (72)発明者 小林 孝司 茨城県日立市大みか町七丁目1番1号 株 式会社日立製作所日立研究所内 (72)発明者 渋川 末太郎 茨城県ひたちなか市大字高場2520番地 株 式会社日立製作所自動車機器事業部内 (72)発明者 小泉 修 茨城県ひたちなか市大字高場2520番地 株 式会社日立製作所自動車機器事業部内 Fターム(参考) 5H622 AA03 CA02 CA05 CA10 CA14 CB05 DD02 PP03 PP18

Claims (4)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】回転子軸の外周に配置され、かつ回転子磁
    路を形成する継鉄と、該継鉄の外周に配置され、かつ導
    電性を有する永久磁石と、該永久磁石の外周に配置さ
    れ、かつ前記回転子軸と直行する方向にスリットを設け
    た金属カバーと、前記永久磁石と前記金属カバーとの間
    に介在させた絶縁物とを備え、前記絶縁物は、前記金属
    カバー側から前記永久磁石側に流れる渦電流を遮断する
    ことを特徴とする永久磁石回転子。
  2. 【請求項2】回転子軸の外周に配置され、かつ回転子磁
    路を形成する継鉄と、該継鉄の外周に配置され、かつ導
    電性を有する複数のセグメント状の永久磁石と、該各永
    久磁石の外周に配置され、かつ前記回転子軸と直行する
    方向にスリットを設けた複数のセグメント状の金属カバ
    ーと、前記各永久磁石及び前記各金属カバー間に並置さ
    れ、前記継鉄と一体に形成された補助突極と、前記永久
    磁石と前記金属カバーとの間に介在させた絶縁物とを備
    え、前記絶縁物は、前記金属カバー側から前記永久磁石
    側に流れる渦電流を遮断することを特徴とする永久磁石
    回転子。
  3. 【請求項3】請求項1または請求項2において、前記絶
    縁物は、前記金属カバーの内周面或いは前記永久磁石の
    外周面を絶縁処理することによって形成されることを特
    徴とする永久磁石回転子。
  4. 【請求項4】請求項2において、前記セグメント状の金
    属カバーは、前記スリットが前記回転軸方向に複数段配
    置された磁性体部と、該磁性体部の周方向の両端を支持
    する非磁性支持部材と、前記スリット間に設けられた非
    磁性体部とを有することを特徴とする永久磁石回転子。
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