JP6809047B2 - 回転子及び永久磁石式回転電機 - Google Patents
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Description
この回転子において、各磁極部における各磁石スロットに発生する応力を小さくするために、各磁極部における各磁石スロットを周方向に2つに分割し、分割された2つの磁石スロットのそれぞれに永久磁石を固定することが行われる。
特許文献1に示す埋込磁石型回転電機におけるロータは、円筒状のロータコアと、このロータコアの周方向に所定間隔をあけて設けた複数の磁極部とを備えている。そして、複数の磁極部の各々は、ロータ子コアの軸方向に貫通し、ロータコアの周方向に離間して形成された一対のロータスロットと、これらロータスロット内に固定され、周方向に隣り合う磁極部同士が異極性となるように配置した永久磁石とを備えている。
この埋込磁石型回転電機によれば、各磁極部において、ロータスロットを一対設け、各ロータスロット内に固定される永久磁石を小さくすることにより、各磁極部における各ロータスロットに発生する応力を小さくすることができる。
即ち、各磁極部において、ロータコアの周方向に離間して形成された一対のロータスロットを設けているが、各磁極部における各ロータスロットに発生する応力の低減度合がまだ足りない。
一方、各磁極部における各ロータスロットに発生する応力の低減度合を高めるために、各磁極部において、周方向に一対以上、すなわち2つ以上のロータスロットを配設することも考えられる。その場合、各ロータスロットに固定される永久磁石が小さくなりすぎ磁力も弱くなるため、各磁極部における磁力が弱くなり所望の電気的特性が得られず、ロータの回転速度を上げるのが困難にであった。
(第1実施形態)
本発明の第1実施形態に係る回転子を備えた永久磁石式回転電機は、図1に示されており、永久磁石式回転電機1は、4極24スロットの埋込磁石型同期電動機である。なお、本発明は、極数やスロット数、その他の各部分の寸法などによって何ら制約を受けるものではない。
図1に示す永久磁石式回転電機1は、固定子10と、固定子10の内周側に回転自在に配置された回転子20とを備えている。
また、回転子20は、図1及び図2に示すように、積層鉄心で構成された円筒状の回転子コア21と、回転子コア21に設けられた4つの磁極部22とを備えている。回転子20は、回転子コア21の中心部に嵌挿固定された回転軸3によって回転する。
また、各外周側永久磁石24a及び各内周側永久磁石24bは、それぞれ断面矩形形状に形成されており、その大きさは同じである。また、各外周側永久磁石24aの磁束密度と、各内周側永久磁石24bの磁束密度とは同一となっている。
また、各磁極部22における磁石スロット23が周方向のみならず径方向にも分割され、それぞれの磁石スロット23内に永久磁石24が固定されているので、各磁石スロット23に固定される永久磁石24が小さくなり磁力が弱くなったとしても、各磁極部22におけるトータルの磁力は弱くならないので、所望の電気的特性を得ることができ、回転子20の回転速度を容易に上げることができる。
これに対し、本実施形態の場合、各磁極部22における磁石スロット23が周方向のみならず径方向にも分割され、それぞれの磁石スロット23内に永久磁石24が固定されている。これにより、各磁石スロット23内に固定される永久磁石24が周方向のみに磁石スロット23を分割する場合よりも小さくすることができ、各磁極部22における各磁石スロット23に発生する応力を小さくすることができる。
次に、本発明の第2実施形態に係る回転子について図4を参照して説明する。図4において、図1乃至図3に示す部材と同一の部材については同一の符号を付し、その説明を省略することがある。
図4に示す回転子20は、図2に示す回転子20と基本構成は同様である。図2に示す回転子20においては、各磁極部22において、4つの内周側磁石スロット23bの各々内に固定される4つの内周側永久磁石24bの磁束密度が、4つの外周側磁石スロット23aの各々内に固定される4つの外周側永久磁石24aの磁束密度と同一となっている。これに対し、図4に示す回転子20においては、各磁極部22において、4つの内周側磁石スロット23bの各々内に固定される4つの内周側永久磁石24bの磁束密度が、4つの外周側磁石スロット23aの各々内に固定される4つの外周側永久磁石24aの磁束密度よりも小さくなっている点で相違している。各外周側永久磁石24a及び各内周側永久磁石24bは、それぞれ断面矩形形状に形成されており、その大きさは同じである。
また、各磁極部22において、4つの内周側磁石スロット23bの各々内に固定される4つの内周側永久磁石24bの磁束密度が、4つの外周側磁石スロット23aの各々内に固定される4つの外周側永久磁石24aの磁束密度よりも小さくなっているので、図1に示す永久磁石式回転電機1と電気的特性の異なる永久磁石式回転電機1を、図2に示す回転子コア21と同一の抜型で製作した回転子コア21を用いて製作することができる。
次に、本発明の第3実施形態に係る回転子について図5を参照して説明する。図5において、図1乃至図3に示す部材と同一の部材については同一の符号を付し、その説明を省略することがある。
図5に示す回転子20は、図2に示す回転子20と基本構成は同様である。図2に示す回転子20においては、各磁極部22において、4つの内周側磁石スロット23bの各々内に固定される4つの内周側永久磁石24bの磁束密度が、4つの外周側磁石スロット23aの各々内に固定される4つの外周側永久磁石24aの磁束密度と同一となっている。これに対し、図5に示す回転子20においては、各磁極部22において、4つの内周側磁石スロット23bの各々内に固定される4つの内周側永久磁石は、4つの磁極部22の周方向に磁極中央側に配置された2つの内周側磁石スロット23bの各々内に固定された2つの内周側第1永久磁石24cと、4つの磁極部22の周方向に磁極両端側に配置された2つの内周側磁石スロット23bの各々内に固定された2つ内周側第2永久磁石24dとを備え、2つの内周側第1永久磁石24cは、2つの外周側磁石スロット23aの各々内に固定される複数の外周側永久磁石24aと磁束密度が同一であり、2つの内周側第2永久磁石24dは、2つの内周側第1永久磁石24cよりも磁束密度が小さい点で相違している。各外周側永久磁石24a、各内周側第1永久磁石24c及び各内周側第2永久磁石24dは、それぞれ断面矩形形状に形成されており、その大きさは同じである。
ここで、第1実施形態に係る回転子20のように、各磁極部22において、4つの内周側磁石スロット23bの各々内に固定される4つの内周側永久磁石24bの磁束密度が、4つの外周側磁石スロット23aの各々内に固定される4つの外周側永久磁石24aの磁束密度と同一になっている場合には、4つの外周側永久磁石24a及び4つの内周側永久磁石24bからの磁束が作る起磁力の波形は、矩形波形状となる。
次に、本発明の第4実施形態に係る回転子について図6を参照して説明する。図6において、図1乃至図3に示す部材と同一の部材については同一の符号を付し、その説明を省略することがある。
図6に示す回転子20は、図2に示す回転子20と基本構成は同様である。図2に示す回転子20においては、各磁極部22において、8つの磁石スロット23の全てに永久磁石24が固定されているが、即ち、4つの外周側磁石スロット23aに4つの外周側永久磁石24aが固定され、4つの内周側磁石スロット23bに4つの内周側永久磁石24bが固定されている。これに対し、図6に示す回転子20では、各磁極部22において、4つの外周側磁石スロット23aの各々内に4つの外周側永久磁石24aが固定され、4つの内周側磁石スロット23bの各々内に4つの磁性金属25が固定されている点で相違している。各外周側永久磁石24a及び各磁性金属25は、それぞれ断面矩形形状に形成されており、その大きさは同じである。磁性金属25としては、鉄などの強磁性体があげられる。
また、第4実施形態に係る回転子20によれば、各磁極部22において、4つの内周側磁石スロット23bの全てに磁性金属25が固定されているため、第2実施形態に係る回転子20と同様に、大きな逆磁界が発生した際の逆磁界の影響を考慮した適切な磁石配置の回転子20とすることができる。
次に、本発明の第5実施形態に係る回転子について図7を参照して説明する。図7において、図1乃至図3に示す部材と同一の部材については同一の符号を付し、その説明を省略することがある。
図7に示す回転子20は、図2に示す回転子20と基本構成は同様である。図2に示す回転子20においては、各磁極部22において、8つの磁石スロット23の全てに永久磁石24が固定されているが、即ち、4つの外周側磁石スロット23aに4つの外周側永久磁石24aが固定され、4つの内周側磁石スロット23bに4つの内周側永久磁石24bが固定されている。これに対し、図7に示す回転子20では、各磁極部22において、4つの外周側磁石スロット23aの各々内に4つの外周側永久磁石24aが固定され、4つの内周側磁石スロット23bのうち4つの磁極部22の周方向に磁極中央側に配置された2つの内周側磁石スロット23bの各々内に外周側永久磁石24aと同一の磁束密度を有する2つの内周側永久磁石24bが固定され、4つの内周側磁石スロット23bのうち4つの磁極部22の周方向に磁極両端側に配置された2つの内周側磁石スロット23bの各々内に2つの磁性金属25が固定される点で相違している。各外周側永久磁石24a、各内周側永久磁石24b及び各磁性金属25は、それぞれ断面矩形形状に形成されており、その大きさは同じである。磁性金属25としては、鉄などの強磁性体があげられる。
例えば、第1実施形態に係る回転子20においては、各磁極部22において、磁石スロット23が2行4列状に形成されているが、これに限定されるものではなく、2行以上かつ2列以上の行列状に形成されていればよい。
また、第1実施形態に係る回転子20においては、各外周側永久磁石24a及び各内周側永久磁石24bの大きさは同じであるが、異なっていてもよい。
また、第2実施形態に係る回転子20においては、各磁極部22において、磁石スロットが2行4列状に形成されているが、これに限定されず、2行かつ2列以上の行列状に形成されていればよい。
また、第3実施形態に係る回転子20においては、各磁極部22において、各磁極部22において、磁石スロットが2行4列状に形成されているが、これに限定されず、2行かつ3列以上の行列状に形成されていればよい。
また、第5実施形態に係る回転子20においては、各磁極部22において、各磁極部22において、磁石スロットが2行4列状に形成されているが、これに限定されず、2行かつ3列以上の行列状に形成されていればよい。
10 固定子
14 固定子巻線
20 回転子
21 回転子コア
22 磁極部
23 磁石スロット
23a 外周側磁石スロット
23b 内周側磁石スロット
24 永久磁石
24a 外周側永久磁石
24b 内周側永久磁石
24c 内周側第1永久磁石
24d 内周側第2永久磁石
25 磁性金属
Claims (2)
- 円筒状の回転子コアと、該回転子コアの周方向に沿って所定間隔をあけて設けられた複数の磁極部とを備え、
該複数の磁極部の各々が、前記回転子コアの軸方向に貫通し、前記回転子コアの周方向及び径方向に沿って行列状に配設された複数の磁石スロットであって、径方向外周側の複数の外周側磁石スロットと、径方向内周側の複数の内周側磁石スロットとの2行複数列状に形成されている複数の磁石スロットと、前記複数の外周側磁石スロットの各々内に固定される複数の外周側永久磁石と、前記複数の内周側磁石スロットのうち前記複数の磁極部の周方向に磁極中央側に配置された複数の内周側磁石スロットの各々内に固定された複数の内周側永久磁石と、前記複数の内周側磁石スロットのうち前記複数の磁極部の周方向に磁極両端側に配置された複数の内周側磁石スロットの各々内に固定される複数の磁性金属とを備え、前記複数の内周側永久磁石は、前記複数の外周側永久磁石と磁束密度が同一であることを特徴とする回転子。 - 固定子巻線を巻装した固定子と、該固定子の内周側に回転自在に配置された、請求項1に記載の回転子とを備えたことを特徴とする永久磁石式回転電機。
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