JP5274302B2 - 回転電機 - Google Patents
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Description
また、特許文献3に記載のIPMモータでは、複数の突極が回転子鉄心の外周面上に所定のピッチで形成されているので、各突極の周方向両側に段差が生じ、回転子鉄心の外径を高精度に仕上げることが困難となる。そこで、固定子鉄心と回転子鉄心との間の空隙を狭くすることができず、固定子鉄心と回転子鉄心との間の磁気抵抗が増大するので、固定子コイルへの鎖交磁束量が減少してしまう。
さらに、特許文献3に記載のIPMモータでは、永久磁石が露出しているので、固定子磁束が永久磁石に直接侵入する。そこで、永久磁石として導電性を有する希土類磁石を用いた場合には、渦電流が流れ、永久磁石が発熱して熱減磁してしまう。
また、永久磁石が磁石保持穴に嵌合されて回転子鉄心の内部に埋め込まれているので、永久磁石が回転子鉄心の外周面から露出しない。そこで、固定子磁束が永久磁石に直接侵入することがなく、渦電流が永久磁石に流れることに起因する永久磁石の熱減磁が防止される。
図1はこの発明の実施の形態1に係る内部磁石埋込型モータを模式的に示す断面図、図2はこの発明の実施の形態1に係る内部磁石埋込型モータに適用される回転子を模式的に示す断面図、図3はこの発明の実施の形態1に係る内部磁石埋込型モータに適用される回転子における漏れ磁束の流れを説明する図である。
回転子5は、例えば所定枚数の磁性鋼板を積層、一体化して作製され、6つの磁石収納穴7が等角ピッチで配列するように形成された外周面を円筒面とする回転子鉄心6と、各磁石収納穴7内に収納された永久磁石8と、を備えている。そして、永久磁石8は、隣り合う永久磁石8同士が回転子表面に向かって互いに逆極性の磁束を発生するように着磁配向されている。つまり、隣り合う永久磁石8の着磁配向方向9は、逆向きになっている。
永久磁石8は、例えば、断面が底辺と斜辺とのなす角度を70度とする等脚台形の四角柱に作製されたネオジウム・鉄・ボロン系希土類焼結磁石である。磁石収納穴7は、永久磁石8の断面形状に略等しい等脚台形の相対する両斜辺の上辺側の部位を上辺の長さ方向外方に凸状に湾曲させた断面形状を有し、等脚台形の下辺からなる面が径方向に対して直交し、かつ内径側に位置するように、回転子鉄心6に軸方向に貫通するように形成されている。ここで、永久磁石8の断面等脚台形の下辺からなる面、上辺からなる面、および相対する斜辺からなる面を、それぞれ底面8a、上面8b、および側面8cとする。同様に、磁石収納穴7の断面等脚台形の下辺からなる面、上辺からなる面、相対する両斜辺の下辺側からなる面、および両斜辺の上辺側を凸状に湾曲させた部位からなる面を、それぞれ底面7a、上面7b、遠心力受け面7cおよび湾曲面7dとする。
また、永久磁石8に作用する遠心力は、磁石収納穴7の両遠心力受け面7cで受けられ、回転子鉄心6の磁石収納穴7の外径側の部位である薄皮部13に作用しない。そこで、薄皮部13の剛性を過度に高める必要がない。つまり、薄皮部13の薄肉化が図られるので、永久磁石8の径方向における収納位置を回転子5の表面に近づけることができる。これにより、固定子コイル4から見たインダクタンスの変化が大きくなり、大きなリラクタンストルクを得ることができる。
また、永久磁石8が露出していないので、固定子コイル4を鎖交した磁束が固定子2から永久磁石8に直接侵入しない。そこで、渦電流が流れることに起因する永久磁石8の熱減磁が抑制される。
図4はこの発明の実施の形態2に係る内部磁石埋込型モータにおける磁石保持構造を説明する図である。
なお、他の構成は上記実施の形態1と同様に構成されている。
また、非磁性の磁石保持部材15が遠心力受け面7cと側面8cとの間に介装されているので、遠心力受け面7cと側面8cとの間の磁気抵抗が増大し、永久磁石8から発生した磁束が薄皮部13を流れて側面8cから永久磁石8に流れ込む漏れ磁束14を低減できる。
また、磁石保持部材として、例えば比透磁率が数十程度の磁性粉末の成型体を用いてもよい。この成型体の比透磁率は鉄の非透磁率に比べて小さいので、鉄製の磁石保持部材を用いる場合に比べ、漏れ磁束の低減効果が得られる。
図5はこの発明の実施の形態3に係る内部磁石埋込型モータにおける磁石保持構造を説明する図である。
なお、他の構成は上記実施の形態1と同様に構成されている。
また、磁気誘導部材17が、永久磁石8の底面8aと磁石収納穴7の底面7aとの間の隙間に介装されている。これにより、永久磁石8の割れの発生が抑制される。さらに、永久磁石8の底面8aと磁石収納穴7の底面7aとの間の磁気抵抗が低減される。そこで、固定子コイル4を鎖交する磁束が流れる磁路の磁気抵抗が低減され、永久磁石8の起磁力を有効に活用できる。
図6はこの発明の実施の形態4に係る内部磁石埋込型モータに適用される永久磁石を示す側面図である。
図6の(b)において、永久磁石20Bは、磁石体21と同一の材料で同一の形状に作製された2つの磁石体22を接着固定して構成されている。そして、各磁石体22は、着磁配向方向9が、径方向の内方に向かって、2つの磁石体22の接合面から離反する方向、すなわち永久磁石20Bの周方向中央と回転子鉄心6の軸心とを含む平面から離反する方向に傾斜するように着磁配向されている。
なお、他の構成は上記実施の形態1と同様に構成されている。
また、この実施の形態4によれば、永久磁石20Aを構成する2つの磁石体21の着磁配向方向9が、径方向の外方に向かって、永久磁石20Aの周方向中央と回転子鉄心6の軸心とを含む平面に近づく方向に傾斜しており、永久磁石20Bを構成する2つの磁石体22の着磁配向方向9が、径方向の内方に向かって、永久磁石20Bの周方向中央と回転子鉄心6の軸心とを含む平面から離反する方向に傾斜している。そこで、磁束は、永久磁石20A,20Bの周方向中央に、すなわち極中心に集中され、固定子鉄心3と回転子鉄心6との間の空隙の磁束密度分布が正弦波に近づく。これにより、磁束密度の高調波成分が抑制され、損失を低減させることができる。
図7はこの発明の実施の形態5に係る内部磁石埋込型モータに適用される永久磁石を示す側面図である。
図7の(b)において、永久磁石25Bは、磁石体26と同一の材料で同一の形状に作製された1つの磁石体28と、磁石体27と同一の材料で同一の形状に作製された2つの磁石体29とを備え、2つの磁石体29を磁石体27の両側に接着固定して構成されている。そして、磁石体28は、着磁配向方向9が径方向の内方に向かう方向に着磁配向され、各磁石体29は、着磁配向方向9が径方向の内方に向かって、磁石体28,29の接合面から離反する方向、すなわち永久磁石25Bの周方向中央と回転子鉄心6の軸心とを含む平面から離反する方向に傾斜するように着磁配向されている。
なお、他の構成は上記実施の形態4と同様に構成されている。
また、上記各実施の形態では、永久磁石としてネオジウム・鉄・ボロン系希土類焼結磁石を用いるものとしているが、永久磁石はネオジウム・鉄・ボロン系希土類焼結磁石に限定されるものではなく、例えばフェライト磁石を用いてもよい。
Claims (4)
- スロットが、内周側に開口して、かつ溝方向を軸方向として、周方向に複数配列された円筒状の固定子鉄心、および該固定子鉄心に巻装された固定子コイルを有する固定子と、
回転軸が軸心位置に固着されて上記固定子内に所定の空隙を有して同軸に配設された外周面を円筒面とする回転子鉄心、およびそれぞれ該回転子鉄心の内部に埋め込まれて周方向に配設された複数の永久磁石を有する回転子と、を備え、
複数の磁石収納穴は、それぞれ、周方向の両側面が径方向外方に向かって該磁石収納穴の周方向中央と上記回転子鉄心の軸心とを含む平面に近づく方向に傾斜する遠心力受け面と該遠心力受け面の外径側に連設されて周方向外方に凸状に湾曲する湾曲面とからなり、穴方向を軸方向として上記回転子鉄心の外径側に周方向に互いに離間して穿設され、
上記複数の永久磁石は、それぞれ、両側面が傾斜面に形成され、該両側面の下端側が上記遠心力受け面に支持されるように、かつ隣り合う上記回転子鉄心の外周面側の極性が逆極性となるように上記複数の磁石収納穴のそれぞれに嵌合され、
磁石保持部材が非磁性材料でL字状に作製され、上記複数の磁石保持穴のそれぞれの上記遠心力受け面および底面の遠心力受け面側の縁部と該磁石保持穴に嵌合されている上記永久磁石の上記両側面および底面の両側面側の縁部との間に介装され、
空洞が上記複数の磁石収納穴のそれぞれの上記湾曲面と該磁石保持穴に嵌合されている上記永久磁石の両側面との間に形成されていることを特徴とする回転電機。 - 上記複数の永久磁石は、それぞれ、複数個の磁石体を連接して構成され、連接された該複数個の磁石体のそれぞれが、着磁配向方向を径方向外方かつ極中心に向かう方向、又は径方向内方かつ極中心から離れる方向とするように着磁配向されていることを特徴とする請求項1記載の回転電機。
- 磁性材料からなる磁気誘導部材が、上記磁石保持部材の間、かつ上記複数の磁石保持穴のそれぞれの底面と該磁石保持穴に嵌合されている上記永久磁石の底面との間に介装されていることを特徴とする請求項1又は請求項2記載の回転電機。
- 上記複数の磁石収納穴は、それぞれ、遠心力が該磁石保持穴に嵌合されている上記永久磁石に作用したときに、該永久磁石に作用する該遠心力を該永久磁石の両側面を介して上記遠心力受け面で受け、該永久磁石が上記回転子鉄心の該磁石収納穴の外径側に位置する薄皮部を押圧することを阻止するように形成されていることを特徴とする請求項1乃至請求項3のいずれか1項に記載の回転電機。
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