JP2011166952A

JP2011166952A - 永久磁石形回転機

Info

Publication number: JP2011166952A
Application number: JP2010027390A
Authority: JP
Inventors: Hideki Oguchi; 英樹大口
Original assignee: Fuji Electric Co Ltd
Current assignee: Fuji Electric Co Ltd
Priority date: 2010-02-10
Filing date: 2010-02-10
Publication date: 2011-08-25

Abstract

【課題】飛散防止手段に流れる渦電流を低減して損失を低減することができる永久磁石形回転機を提供する。
【解決手段】コイルを巻装した固定子３と、前記固定子との対向する回転子コア２１と、該回転子コアの前記固定子との対向面に円周方向に隣接させた異なる極性の永久磁石２２と、該永久磁石の固定子との対向面を覆う飛散防止部材２３とを有し、前記固定子と所定の空隙を隔てて対向して回転する回転子４とを備えた永久磁石形回転機であって、前記飛散防止部材２３は、少なくとも永久磁石２２の一部を外部に露出させる開放窓部２６を備えている。
【選択図】図２

Description

本発明は、固定子と所定の空隙を有して対向して回転し表面に永久磁石を配設した回転子コアを有する回転子とを備えた永久磁石形回転機に関する。

近年、電動モータの高効率化のため、従来から用いられている誘導電動機に代えて、永久磁石を用いた永久磁石形同期電動機が注目を浴び、その適用が拡大している。
永久磁石形同期電動機は磁石配置によって２種類に大別され、回転子コアの表面に永久磁石を貼り付けた構成の表面磁石形同期電動機と、回転子コアに磁石挿入孔を設け、そこに永久磁石を挿入する埋込磁石形同期電動機とがある。

表面磁石形同期電動機においては、通常、回転子コアの表面に永久磁石を接着剤で接着して固定するようにしている。しかしながら、回転子を高速回転させると、これに応じて永久磁石に掛かる遠心力が大きくなり、永久磁石が回転子コアから剥がれて飛散することがある。
このため、通常は、飛散防止手段としてカーボン繊維強化プラスチックで構成される円管状のカーボンリングを永久磁石の外周面に圧入したものが提案されている（例えば、特許文献１参照）。
また、回転子の永久磁石の外周面を磁束密度が０．５〜０．８（Ｔ）にて比透磁率が１００以上であり、しかも磁束密度が１．６（Ｔ）以上で比透磁率が１０近くあるＳＵＳ６３０の非磁性材料で形成した保持環を配置することも提案されている（例えば、特許文献２参照）。

特開２００５−３１２２５０号公報特開平７−１０７７１９号公報

しかしながら、上記特許文献１に記載された従来例にあっては、カーボンリングを使用しており、このカーボンリングは軽量ではあるが高価であり、製造コストが嵩むという問題がある。また、引用文献１又は２に記載された従来例にあっては、何れにしても永久磁石の外周面の全面をカーボンリング又はステンレス製の保持環で覆うようにしており、これらカーボンリング又は保持環は図６に示すように円筒体で構成されているため、円筒体を通過する磁束が変化することになり、図６で環状の矢印Ａで示すように磁束を弱める方向に渦電流が流れ、損失が発生するという未解決の課題がある。この渦電流は、円筒体の導電率によって決まり、前述した特許文献１及び２に記載された従来例のように回転子全体をリングで覆う場合、リングの導電率に応じて任意の経路で渦電流が流れるという問題がある。
そこで、本発明は、上記従来例の未解決の課題に着目してなされたものであり、飛散防止手段に流れる渦電流を低減して損失を低減することができる永久磁石形回転機を提供することを目的としている。

上記目的を達成するために、本発明の一の形態に係る永久磁石形回転機は、コイルを巻装した固定子と、前記固定子との対向する回転子コアと、該回転子コアの前記固定子との対向面に円周方向に隣接させた異なる極性の永久磁石と、該永久磁石の固定子との対向面を覆う飛散防止部材とを有し、前記固定子と所定の空隙を隔てて対向して回転する回転子とを備えた永久磁石形回転機であって、前記飛散防止部材は、少なくとも永久磁石の一部を外部に露出させる開放窓部を備えていることを特徴としている。

また、本発明の他の形態に係る永久磁石形回転機は、前記飛散防止部材は、前記永久磁石の軸方向の両端部を覆う一対の円環状帯部と、該一対の円環状帯部間を、前記開放窓部を形成するように所定間隔で連結する連結帯部とで構成されていることを特徴としている。
さらに、本発明の他の形態に係る永久磁石形回転機は、前記連結帯部は、一つの前記永久磁石に対して２本の連結帯部が接触するように配置されていることを特徴としている。

本発明によれば、回転子の永久磁石の飛散を防止する飛散防止部材に開放窓部を形成したので、この開放窓部の周囲を渦電流が流れることになり、渦電流の経路が限定されると共に、開放窓部が無い場合に比べ導電率が低下するので、渦電流を低減することができ、飛散防止部材で発生する損失を低減することができる。したがって、高効率化を実現できる永久磁石形同期電動機を提供することができる。

本発明により製造する永久磁石形同期回転機を示す断面図である。本発明による飛散防止部材を装着した回転子を示す斜視図である。図２の飛散防止部材の斜視図である。飛散防止部材の他の例を示す回転子の斜視図である。飛散防止部材のさらに他の例を示す回転子の斜視図である。従来の飛散防止部材を示す斜視図である。

以下、本発明の実施の形態を図面に基づいて説明する。
図１は本発明の第１の実施形態によって製造した永久磁石形同期回転機を示す断面図である。
この図１において、永久磁石形同期回転機１は表面磁石形同期回転機で構成されている。この永久磁石形同期回転機１は、円筒状フレーム２を有する。この円筒状フレーム２の内周側には円筒状の積層鋼板で形成された固定子３が固定され、この固定子３の内周側には所定の空隙を介して対向する積層鋼板で形成された回転子４が配置されている。この回転子４は中心に挿通された回転軸５が円筒状フレーム２に形成された軸受（図示せず）によって回転自在に支持されている。

固定子３は、円筒状フレーム２の内周側に円周方向に９分割された固定子コア１１を円周方向に連結して配置した構成を有する。各固定子コア１１は、外周面が円筒面に形成され、内周面が９角筒内面とされた９個のヨーク１２と、このヨーク１２の内周面の円周方向の中央部から半径方向に突出形成された磁極ティース１３とから構成されている。
磁極ティース１３は、ヨーク１２に連接する一定幅Ｔｗの磁脚部１３ａと、この磁脚部１３ａの先端から円周方向に突出する楔状の鍔部１３ｂとで構成されている。
そして、隣接する固定子コア１１のヨーク１２及び磁極ティース１３とで９個のスロット１４が形成され、隣接する磁極ティース１３の鍔部１３ｂ間にスロット開口部１５が形成されている。
磁極ティース１３にはその磁脚部１３ａに励磁コイル１６が集中巻されている。

一方、回転子４は、図２に示すように、回転軸５を挿通する中心開口２１ａを有する円筒状の回転子コア２１と、この回転コア２１の外周面に円周方向に所定間隙を保って均等に例えば接着剤によって接着されて固定された軸方向に延長する８個の永久磁石２２と、これら永久磁石２２の外周面を保持して永久磁石の飛散を防止する飛散防止部材２３とで構成されている。
ここで、永久磁石２２は、例えば希土類磁石を内周面及び外周面が同軸の円筒面に形成されて断面扇状に成型されている。

また、飛散防止部材２３は、図３に示すように、例えばＳＵＳ３０４やインコネル等の非磁性材料で製作され、円周状に配置された永久磁石２２の軸方向の両端部を保持する一対の円環状の帯状板部２４及び２５と、これら帯状板部２４及び２５間に、軸方向に延長し、円周方向に所定間隔を保って開放窓部２６を形成するように配設された連結帯状板部２７とで籠形に形成されている。ここで、連結板部２７の円周方向の間隔は、一つの永久磁石２２に対して２本の連結帯状板部２７が接触するように設定されている。

このように、上記実施形態によると、永久磁石形同期回転機１が表面永久磁石形回転機の構成を有するので、回転子４の永久磁石２２の円周方向の中央部がｄ軸と隣接する永久磁石２２間がｑ軸となって、励磁コイル１６に通電してｄ−ｑ軸電流制御することにより、回転子４を回転駆動することができる。
このとき、回転子４の回転子コア２１の外周面に接着固定された永久磁石２２の外周面を飛散防止部材２３で保持しているので、回転子４が高速回転駆動されて、永久磁石２２に大きな遠心力が作用して、永久磁石２２が剥がれようとしても、飛散防止部材２３で保持されることにより、永久磁石２２が飛散されることを確実に防止することができる。このとき、一つの永久磁石２２の円周方向に２本の連結帯状板部２７が接触しているので、永久磁石２２を２本の連結帯状板部２７によって確実に保持することができる。

そして、この飛散防止部材２３には、一対の円環状の帯状板部２４及び２５と、これら間を連結する連結帯状板部２７とによって開放窓部２６が形成されているので、回転子４を回転駆動する際に生じる固定子の磁極ティース１３と回転子４の永久磁石２２との間の磁束変化によって渦電流が発生したときに、この渦電流は図３に示すように、開放窓部２６を形成する周囲の帯状板部２４及び２５と２本の連結帯状板部２７を流れることになり、渦電流の経路が限定されると共に、飛散防止部材２３は開放窓部２６を形成しない円筒体に形成する場合に比較して導電率が低下するので、渦電流を低減することができる。したがって、飛散防止部材２３で発生する損失を低減することが可能となり、高効率化を実現できる永久磁石形同期電動機を提供することができる。しかも、飛散防止部材２３をＳＵＳ３０４やインコネル等の非磁性材料で製作するので、前述した引用文献１におけるカーボンリングに比較して安価に製作することができると共に、開放窓部２６が形成されているので、軽量化も図れる。

なお、上記実施形態においては、一つの永久磁石２２を２本の連結帯状板部２７で保持する場合について説明したが、これに限定されるものではなく、永久磁石２２を保持する連結帯状板部２７の本数は保持強度に応じて任意に設定することができる。
また、上記実施形態においては、永久磁石２２の断面形状が扇形である場合について説明したが、これに限定されるものではなく、断面形状が永久磁石２２の円周方向の中央部の厚みが一番厚く、この中央部から円周方向に行くに従い厚みが徐々に薄くなる蒲鉾形を有する場合には、図４に示すように、永久磁石２２の円周方向の中央部に連結帯状板部２７が接するように連結帯状板部２７を配置するようにしてもよい。

また、上記実施形態においては、飛散防止部材２３を、一対の円環状の帯状板部２４，２５と連結帯状板部２７とで構成した場合について説明したが、これに限定されるものではなく、図５に示すように、連結帯状板部２７の軸方向の中央部間を連結する周方向帯状板部２８を配設するようにしてもよく、要は飛散防止部材２３に永久磁石２２を外部に望ませる開放窓部２６が形成されていれば、その開放窓部２６の周囲を渦電流経路とすることができるので、本発明の効果を発揮することができる。このため、開放窓部２６の形状も方形に限らず楕円形や円形等の任意の形状とすることができる。

１…永久磁石形同期回転機、２…円筒状フレーム、３…固定子、４…回転子、５…回転軸、１１…固定子コア、１２…ヨーク、１３…磁極ティース、１４…スロット、１６…励磁コイル、２１…回転子コア、２１ａ…中心開口、２２…永久磁石、２３…飛散防止部材、２４，２５…円環状の帯状板部、２６…開放窓部、２７…連結帯状板部

Claims

コイルを巻装した固定子と、前記固定子との対向する回転子コアと、該回転子コアの前記固定子との対向面に円周方向に隣接させた異なる極性の永久磁石と、該永久磁石の固定子との対向面を覆う飛散防止部材とを有し、前記固定子と所定の空隙を隔てて対向して回転する回転子とを備えた永久磁石形回転機であって、
前記飛散防止部材は、少なくとも永久磁石の一部を外部に露出させる開放窓部を備えていることを特徴とする永久磁石形回転機。
前記飛散防止部材は、前記永久磁石の軸方向の両端部を覆う一対の円環状帯部と、該一対の円環状帯部間を、前記開放窓部を形成するように所定間隔で連結する連結帯部とで構成されていることを特徴とする請求項１に記載の永久磁石形回転機。
前記連結帯部は、一つの前記永久磁石に対して２本の連結帯部が接触するように配置されていることを特徴とする請求項２に記載の永久磁石形回転機。