JP2000116084A - 永久磁石式リラクタンス型回転電機 - Google Patents
永久磁石式リラクタンス型回転電機Info
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- JP2000116084A JP2000116084A JP10275922A JP27592298A JP2000116084A JP 2000116084 A JP2000116084 A JP 2000116084A JP 10275922 A JP10275922 A JP 10275922A JP 27592298 A JP27592298 A JP 27592298A JP 2000116084 A JP2000116084 A JP 2000116084A
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Abstract
(57)【要約】
【課題】 高出力にして広範囲の可変速運転が可能な永
久磁石式リラクタンス型回転電機を実現する。 【解決手段】 回転子３の磁極間部外周面が、回転子３
の磁極部外周面より凹んで形成される。永久磁石６は、
各磁極部の磁極軸方向に沿って各磁極部を挟むように設
けられ、かつ磁極間部を通る電機子の磁束を打ち消すよ
うに磁化される。これにより回転子３と固定子１の間の
空隙長は円周方向に変化し、回転子３は磁気的に凹凸部
を形成する。永久磁石６の半径方向外端部と回転子外周
面との間には、回転子鉄心の一部が介在される。この回
転子鉄心部分は、無負荷時における電機子コイルへの鎖
交磁束密度が所定の値となるような径方向の厚さを有す
る。
久磁石式リラクタンス型回転電機を実現する。 【解決手段】 回転子３の磁極間部外周面が、回転子３
の磁極部外周面より凹んで形成される。永久磁石６は、
各磁極部の磁極軸方向に沿って各磁極部を挟むように設
けられ、かつ磁極間部を通る電機子の磁束を打ち消すよ
うに磁化される。これにより回転子３と固定子１の間の
空隙長は円周方向に変化し、回転子３は磁気的に凹凸部
を形成する。永久磁石６の半径方向外端部と回転子外周
面との間には、回転子鉄心の一部が介在される。この回
転子鉄心部分は、無負荷時における電機子コイルへの鎖
交磁束密度が所定の値となるような径方向の厚さを有す
る。
Description
【０００１】
【発明の属する技術分野】本発明は、永久磁石式リラク
タンス型回転電機に関する。
タンス型回転電機に関する。
【０００２】
【従来の技術】リラクタンス型回転電機は、一般に、電
機子コイルを有する固定子と、固定子の中で回転する回
転子とによって構成されており、回転子には界磁を形成
するコイルが設けられず、凹凸のある鉄心のみで形成さ
れている。従って、従来の回転電機に比較して構造を簡
素化でき、安価にできるといった特徴がある。
機子コイルを有する固定子と、固定子の中で回転する回
転子とによって構成されており、回転子には界磁を形成
するコイルが設けられず、凹凸のある鉄心のみで形成さ
れている。従って、従来の回転電機に比較して構造を簡
素化でき、安価にできるといった特徴がある。
【０００３】このリラクタンス型回転電機は、回転子に
凹凸があるため凸部では磁気抵抗が小となり、凹部では
逆に磁気抵抗が高くなる。これにより、凸部と凹部上の
固定子との空隙部分では、電機子コイルに電流を流すこ
とにより蓄えられる磁気エネルギが異なってくる。リラ
クタンス型回転電機は、この磁気エネルギの変化によっ
て出力が発生する。なお、この凹凸部は幾何的に形成さ
れるのみでなく、磁気的に凹凸を形成できるように、即
ち磁気抵抗、磁束密度が回転子の回転位置によって異な
るような形状であれば良い。
凹凸があるため凸部では磁気抵抗が小となり、凹部では
逆に磁気抵抗が高くなる。これにより、凸部と凹部上の
固定子との空隙部分では、電機子コイルに電流を流すこ
とにより蓄えられる磁気エネルギが異なってくる。リラ
クタンス型回転電機は、この磁気エネルギの変化によっ
て出力が発生する。なお、この凹凸部は幾何的に形成さ
れるのみでなく、磁気的に凹凸を形成できるように、即
ち磁気抵抗、磁束密度が回転子の回転位置によって異な
るような形状であれば良い。
【０００４】他の高性能な回転電機として、永久磁石回
転電機がある。この場合、電機子は永久磁石式リラクタ
ンス型回転電機と同様であるが、回転子は鉄心と回転子
のほぼ全周にわたり配置される永久磁石とにより構成さ
れる。
転電機がある。この場合、電機子は永久磁石式リラクタ
ンス型回転電機と同様であるが、回転子は鉄心と回転子
のほぼ全周にわたり配置される永久磁石とにより構成さ
れる。
【０００５】
【発明が解決しようとする課題】ところが、従来の回転
電機では、次のような問題点があった。上述したよう
に、リラクタンス型回転電機は、回転子鉄心表面に形成
された凹凸により回転位置に応じて磁気抵抗を異なら
せ、以って変化した磁気エネルギにより出力を得るよう
にしている。しかしながら、固定子コイルに流れる電流
が増加すると、これに伴って鉄心の凸部では磁気飽和領
域が拡大し、磁極間部分となる凹部に漏れる磁束が増加
して有効な磁束は減少し、出力は低下してしまう。ある
いは、鉄心の凸部の磁気飽和で生じる漏れ磁束により、
空隙磁束密度の変化が緩やかになり、磁気エネルギの変
化が小となる。このため、電流に対して出力の増加率が
低下し、やがて出力は飽和してしまう。
電機では、次のような問題点があった。上述したよう
に、リラクタンス型回転電機は、回転子鉄心表面に形成
された凹凸により回転位置に応じて磁気抵抗を異なら
せ、以って変化した磁気エネルギにより出力を得るよう
にしている。しかしながら、固定子コイルに流れる電流
が増加すると、これに伴って鉄心の凸部では磁気飽和領
域が拡大し、磁極間部分となる凹部に漏れる磁束が増加
して有効な磁束は減少し、出力は低下してしまう。ある
いは、鉄心の凸部の磁気飽和で生じる漏れ磁束により、
空隙磁束密度の変化が緩やかになり、磁気エネルギの変
化が小となる。このため、電流に対して出力の増加率が
低下し、やがて出力は飽和してしまう。
【０００６】一方、他の方式の高出力の回転電機として
高磁気エネルギ積の希土類永久磁石を適用した永久磁石
電動機では、回転子鉄心の表面に永久磁石を配置してい
るので、界磁に高エネルギの永久磁石を適用することに
より、高磁界を電動機のエアギャップに形成できて小
形、高出力が可能となる。しかしながら、永久磁石の磁
束は一定であるので、高速回転時に電機子コイルに誘導
される電圧は回転速度に比例して大きくなる。このた
め、高速回転までの広範囲の可変速運転を行おうとして
も、界磁磁束を減らすことができないため、電源電圧を
一定とする基底速度の２倍以上の定出力運転は困難であ
った。
高磁気エネルギ積の希土類永久磁石を適用した永久磁石
電動機では、回転子鉄心の表面に永久磁石を配置してい
るので、界磁に高エネルギの永久磁石を適用することに
より、高磁界を電動機のエアギャップに形成できて小
形、高出力が可能となる。しかしながら、永久磁石の磁
束は一定であるので、高速回転時に電機子コイルに誘導
される電圧は回転速度に比例して大きくなる。このた
め、高速回転までの広範囲の可変速運転を行おうとして
も、界磁磁束を減らすことができないため、電源電圧を
一定とする基底速度の２倍以上の定出力運転は困難であ
った。
【０００７】また、回転中に電機子コイルやインバータ
において電気的に短絡されると、誘起電圧で短絡電流が
流れて過大なブレーキ力が作用する。さらには、電機子
コイルを焼損することにもなる。
において電気的に短絡されると、誘起電圧で短絡電流が
流れて過大なブレーキ力が作用する。さらには、電機子
コイルを焼損することにもなる。
【０００８】本発明は、上記の事情を考慮してなされた
もので、高出力かつ広範囲の可変速運転が可能な永久磁
石式リラクタンス型回転電機を提供することを目的とす
る。本発明の他の目的は、回転中における過大なブレー
キ力の発生や電機子コイルの焼損を防止することができ
る永久磁石式リラクタンス型回転電機を提供することで
ある。
もので、高出力かつ広範囲の可変速運転が可能な永久磁
石式リラクタンス型回転電機を提供することを目的とす
る。本発明の他の目的は、回転中における過大なブレー
キ力の発生や電機子コイルの焼損を防止することができ
る永久磁石式リラクタンス型回転電機を提供することで
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、請求項１に記載の発明は、電機子コイルを有する固
定子と、磁気的に凹凸部を形成する回転子鉄心からなる
略円筒状の回転子と、前記回転子の各磁極軸に沿った方
向に配置される永久磁石とを有する永久磁石式リラクタ
ンス型回転電機において、前記回転子の磁極間部外周面
は、回転子の磁極部外周面より凹んで形成されると共
に、前記永久磁石は、各磁極間部の回転子円周方向両端
に設けられ、かつ磁極間部を通る電機子の磁束を打ち消
すように磁化されていることを特徴としている。
め、請求項１に記載の発明は、電機子コイルを有する固
定子と、磁気的に凹凸部を形成する回転子鉄心からなる
略円筒状の回転子と、前記回転子の各磁極軸に沿った方
向に配置される永久磁石とを有する永久磁石式リラクタ
ンス型回転電機において、前記回転子の磁極間部外周面
は、回転子の磁極部外周面より凹んで形成されると共
に、前記永久磁石は、各磁極間部の回転子円周方向両端
に設けられ、かつ磁極間部を通る電機子の磁束を打ち消
すように磁化されていることを特徴としている。
【００１０】この請求項１の発明の永久磁石式リラクタ
ンス型回転電機では、回転子の磁極間部となる外周面が
磁極部となる外周面より凹んで形成されるため、回転子
・固定子間の空隙長は変化し、回転子は磁気的に凹凸部
を形成することになる。また永久磁石は、各磁極間部の
回転子円周方向両端に設けられ磁極間部を通る電機子の
磁束を打ち消すように磁化されているため、この方向で
は磁気抵抗が高くなり、空隙磁束密度に凹凸ができ、こ
の磁気エネルギ変化によって大きなトルクを発生するこ
とができる。
ンス型回転電機では、回転子の磁極間部となる外周面が
磁極部となる外周面より凹んで形成されるため、回転子
・固定子間の空隙長は変化し、回転子は磁気的に凹凸部
を形成することになる。また永久磁石は、各磁極間部の
回転子円周方向両端に設けられ磁極間部を通る電機子の
磁束を打ち消すように磁化されているため、この方向で
は磁気抵抗が高くなり、空隙磁束密度に凹凸ができ、こ
の磁気エネルギ変化によって大きなトルクを発生するこ
とができる。
【００１１】請求項２の発明は、請求項１の永久磁石式
リラクタンス型回転電機において、前記回転子半径方向
における永久磁石の外側端部と、前記回転子の外周面と
の間には回転子鉄心の一部が介在されることを特徴とし
ている。
リラクタンス型回転電機において、前記回転子半径方向
における永久磁石の外側端部と、前記回転子の外周面と
の間には回転子鉄心の一部が介在されることを特徴とし
ている。
【００１２】請求項３の発明は、請求項２の永久磁石式
リラクタンス型回転電機において、前記回転子半径方向
における永久磁石の外側端部と前記回転子の外周面との
間に介在する回転子鉄心部分は、電機子電流の磁束で磁
気飽和する半径方向の厚さを有することを特徴としてい
る。
リラクタンス型回転電機において、前記回転子半径方向
における永久磁石の外側端部と前記回転子の外周面との
間に介在する回転子鉄心部分は、電機子電流の磁束で磁
気飽和する半径方向の厚さを有することを特徴としてい
る。
【００１３】請求項４の発明は、請求項２の永久磁石式
リラクタンス型回転電機において、前記回転子半径方向
における永久磁石の外側端部と前記回転子の外周面との
間に介在する回転子鉄心部分は、磁極間中央の半径方向
の厚さより薄い厚さを有することを特徴としている。
リラクタンス型回転電機において、前記回転子半径方向
における永久磁石の外側端部と前記回転子の外周面との
間に介在する回転子鉄心部分は、磁極間中央の半径方向
の厚さより薄い厚さを有することを特徴としている。
【００１４】請求項５の発明は、請求項２乃至４の永久
磁石式リラクタンス型回転電機において、前記回転子半
径方向における永久磁石の外側端部と前記回転子の外周
面との間に介在する回転子鉄心部分は、前記電機子コイ
ルに流れる電流がゼロの時、電機子コイルと鎖交する永
久磁石の磁束において、空隙磁束密度が０．１Ｔ以下に
なるような厚さを有することを特徴としている。
磁石式リラクタンス型回転電機において、前記回転子半
径方向における永久磁石の外側端部と前記回転子の外周
面との間に介在する回転子鉄心部分は、前記電機子コイ
ルに流れる電流がゼロの時、電機子コイルと鎖交する永
久磁石の磁束において、空隙磁束密度が０．１Ｔ以下に
なるような厚さを有することを特徴としている。
【００１５】これら請求項２乃至５の発明の永久磁石式
リラクタンス型回転電機では、回転子半径方向における
永久磁石の外側端部と、回転子の外周面との間に回転子
鉄心の一部が介在されるため、電機子コイルに流れる電
流がゼロの時、即ち無負荷時には永久磁石からの磁束が
回転子鉄心内で閉じることとなり、電機子コイルでの誘
起電圧をほぼゼロとして、固定子側からブレーキのかか
らない定常回転を継続することができる。また、回転中
に電機子コイルやインバータに電気的な短絡が生じたと
しても、誘起電圧はほぼ０なので、短絡電流は流れな
い。したがって、短絡が生じても過大なブレーキ力が生
じたり、電機子コイルが焼損したりすることを防止する
ことができる。また、負荷時には磁極軸方向の電流によ
る磁束の一部が、永久磁石外側の鉄心部分を通り、磁極
間部分の円周方向両端において磁気飽和させる。これに
より、永久磁石の磁束は、回転子外へと分布することと
なり、電機子コイルと鎖交して出力や力率が向上する。
リラクタンス型回転電機では、回転子半径方向における
永久磁石の外側端部と、回転子の外周面との間に回転子
鉄心の一部が介在されるため、電機子コイルに流れる電
流がゼロの時、即ち無負荷時には永久磁石からの磁束が
回転子鉄心内で閉じることとなり、電機子コイルでの誘
起電圧をほぼゼロとして、固定子側からブレーキのかか
らない定常回転を継続することができる。また、回転中
に電機子コイルやインバータに電気的な短絡が生じたと
しても、誘起電圧はほぼ０なので、短絡電流は流れな
い。したがって、短絡が生じても過大なブレーキ力が生
じたり、電機子コイルが焼損したりすることを防止する
ことができる。また、負荷時には磁極軸方向の電流によ
る磁束の一部が、永久磁石外側の鉄心部分を通り、磁極
間部分の円周方向両端において磁気飽和させる。これに
より、永久磁石の磁束は、回転子外へと分布することと
なり、電機子コイルと鎖交して出力や力率が向上する。
【００１６】請求項６の発明は、請求項２乃至５の永久
磁石式リラクタンス型回転電機において、前記回転子半
径方向における永久磁石の外側端部と、前記回転子の外
周面との間には回転子鉄心の一部とに加え、空洞部が形
成されることを特徴としている。
磁石式リラクタンス型回転電機において、前記回転子半
径方向における永久磁石の外側端部と、前記回転子の外
周面との間には回転子鉄心の一部とに加え、空洞部が形
成されることを特徴としている。
【００１７】請求項７の発明は、請求項６の永久磁石式
リラクタンス型回転電機において、前記空洞部に非磁性
材が埋設されることを特徴としている。
リラクタンス型回転電機において、前記空洞部に非磁性
材が埋設されることを特徴としている。
【００１８】これら請求項６及び７の発明の永久磁石式
リラクタンス型回転電機では、回転子半径方向における
永久磁石の外側端部と、回転子の外周面との間に空洞部
あるいは非磁性材も形成されるため、これら空洞部ある
いは非磁性材が磁気抵抗となり、磁極側から磁極間側へ
の漏れ磁束を効果的に減少させることができる。
リラクタンス型回転電機では、回転子半径方向における
永久磁石の外側端部と、回転子の外周面との間に空洞部
あるいは非磁性材も形成されるため、これら空洞部ある
いは非磁性材が磁気抵抗となり、磁極側から磁極間側へ
の漏れ磁束を効果的に減少させることができる。
【００１９】
【発明の実施の形態】以下、本発明の一実施形態による
永久磁石式リラクタンス型回転電機を図を用いて説明す
る。
永久磁石式リラクタンス型回転電機を図を用いて説明す
る。
【００２０】図１は本発明による永久磁石式リラクタン
ス型回転電機の回転子の半径方向断面を示している。こ
の実施形態の永久磁石式リラクタンス型回転電機は、４
極の電機子コイル２を備えた固定子１と、略円筒形の回
転子３とから構成される。
ス型回転電機の回転子の半径方向断面を示している。こ
の実施形態の永久磁石式リラクタンス型回転電機は、４
極の電機子コイル２を備えた固定子１と、略円筒形の回
転子３とから構成される。
【００２１】本発明の特徴たる回転子３の構造に関し、
回転子鉄心４は、略円筒形状の軟鋼Ｓ４５Ｃ、または積
層された略円形状の珪素鋼板などの磁性材料で構成され
る。回転子鉄心４の各磁極軸に沿った方向には、磁極幅
の間隔をあけて半矢印型の空洞部５が形成される。即
ち、この実施形態では、４極電機子コイル２は、４つの
磁極が十字状に配置されるため、これに伴い空洞部５は
各磁極を両側から挟み込む位置に形成されることとな
る。
回転子鉄心４は、略円筒形状の軟鋼Ｓ４５Ｃ、または積
層された略円形状の珪素鋼板などの磁性材料で構成され
る。回転子鉄心４の各磁極軸に沿った方向には、磁極幅
の間隔をあけて半矢印型の空洞部５が形成される。即
ち、この実施形態では、４極電機子コイル２は、４つの
磁極が十字状に配置されるため、これに伴い空洞部５は
各磁極を両側から挟み込む位置に形成されることとな
る。
【００２２】磁気的に凹凸を形成するため、回転子鉄心
４の各磁極に挟まれた扇型の部分、即ち４つの磁極間部
分の外周は、十字状の磁極部分の外周に比べ、若干凹ん
で形成される。これら磁極間部分の外周と固定子１との
間には空隙部７が形成される。磁極軸に沿って形成され
た各空洞部５は、その回転子半径方向における外側端部
が、磁極間部分の外周面よりも内側の位置までに止めら
れ、かつ回転子半径方向における内側端部が、磁極間部
分を挟んで隣り合う空洞部５と干渉しないような位置に
止められる。
４の各磁極に挟まれた扇型の部分、即ち４つの磁極間部
分の外周は、十字状の磁極部分の外周に比べ、若干凹ん
で形成される。これら磁極間部分の外周と固定子１との
間には空隙部７が形成される。磁極軸に沿って形成され
た各空洞部５は、その回転子半径方向における外側端部
が、磁極間部分の外周面よりも内側の位置までに止めら
れ、かつ回転子半径方向における内側端部が、磁極間部
分を挟んで隣り合う空洞部５と干渉しないような位置に
止められる。
【００２３】以上のように形成された各空洞部５には、
例えばＮｄＦｅＢ系の矩形の永久磁石６が、その長手方
向一端を空洞部５の内側端部に接するようにし、かつ他
端の周囲には略三角形のスペース５ａを残すようにして
埋設され、例えば接着剤で固定される。この永久磁石６
は磁極軸と直交する方向に磁化されていて、磁極間にお
いては、この部分へと流れてくる電機子コイル２の漏れ
磁束に対し、永久磁石６からの磁束φｍが抵抗するよう
な方向に配置されている。すなわち、磁極部を中心とし
て磁極の両側面にある永久磁石６の関係は、磁化方向が
同一であり、磁極と直角方向となる。また、磁極間を中
心としてその両側に位置する２つの永久磁石６は、回転
子鉄心４の円周方向において互いに磁化方向は逆とな
る。
例えばＮｄＦｅＢ系の矩形の永久磁石６が、その長手方
向一端を空洞部５の内側端部に接するようにし、かつ他
端の周囲には略三角形のスペース５ａを残すようにして
埋設され、例えば接着剤で固定される。この永久磁石６
は磁極軸と直交する方向に磁化されていて、磁極間にお
いては、この部分へと流れてくる電機子コイル２の漏れ
磁束に対し、永久磁石６からの磁束φｍが抵抗するよう
な方向に配置されている。すなわち、磁極部を中心とし
て磁極の両側面にある永久磁石６の関係は、磁化方向が
同一であり、磁極と直角方向となる。また、磁極間を中
心としてその両側に位置する２つの永久磁石６は、回転
子鉄心４の円周方向において互いに磁化方向は逆とな
る。
【００２４】以上のように構成される回転子３を備えた
永久磁石式リラクタンス型回転電機の作用を以下説明す
る。
永久磁石式リラクタンス型回転電機の作用を以下説明す
る。
【００２５】図２は、電機子コイル２に電流が流れず、
これにより回転子３に電機子コイル２からの磁束が流れ
ない、いわゆる無負荷状態での回転子３に生じる磁束分
布を示したものである。一般に、このように回転子３に
永久磁石６を埋設したものでは、無負荷時には永久磁石
６そのものから発生する磁束φｍによって電機子コイル
２に短絡電流が流れて、回転子３に対しその回転を制動
させる力（ブレーキ）が作用する。しかしながら、本実
施形態の回転子３は、各永久磁石６の外側に鉄心の一部
を残す構造であるため、図示するように永久磁石６から
発生する磁束φｍが鉄心内で閉じるようになり、無負荷
時の電機子コイル２に発生する誘導電圧値をゼロにする
ことができ、もって回転子３にはブレーキがかからず、
その定常回転を継続することができる。なお、電機子コ
イル２に誘導電圧を発生させないためには、電流ゼロの
条件下において、少なくとも永久磁石６による電機子コ
イル２と鎖交する磁束の空隙磁束密度が０．１［Ｔ］以
下になるように、永久磁石６の埋設位置、すなわち、極
間部の円周方向端縁の鉄心部分（すなわち、スペース５
ａと極間部鉄心外周の間の鉄心部分）４ａの半径方向の
厚さを調整することが好ましいことが本願発明者の実験
によって確認されている。
これにより回転子３に電機子コイル２からの磁束が流れ
ない、いわゆる無負荷状態での回転子３に生じる磁束分
布を示したものである。一般に、このように回転子３に
永久磁石６を埋設したものでは、無負荷時には永久磁石
６そのものから発生する磁束φｍによって電機子コイル
２に短絡電流が流れて、回転子３に対しその回転を制動
させる力（ブレーキ）が作用する。しかしながら、本実
施形態の回転子３は、各永久磁石６の外側に鉄心の一部
を残す構造であるため、図示するように永久磁石６から
発生する磁束φｍが鉄心内で閉じるようになり、無負荷
時の電機子コイル２に発生する誘導電圧値をゼロにする
ことができ、もって回転子３にはブレーキがかからず、
その定常回転を継続することができる。なお、電機子コ
イル２に誘導電圧を発生させないためには、電流ゼロの
条件下において、少なくとも永久磁石６による電機子コ
イル２と鎖交する磁束の空隙磁束密度が０．１［Ｔ］以
下になるように、永久磁石６の埋設位置、すなわち、極
間部の円周方向端縁の鉄心部分（すなわち、スペース５
ａと極間部鉄心外周の間の鉄心部分）４ａの半径方向の
厚さを調整することが好ましいことが本願発明者の実験
によって確認されている。
【００２６】これに対し、図３は負荷時における回転子
３内の磁束分布を示している。電機子コイル２に電流が
流れることにより、ｄ軸の電機子電流による磁束φｄが
発生する。磁束φｄは回転子鉄心４の磁極部を磁路とし
て流れる主磁束以外に、極間部外周の鉄心部分を磁路と
してショートカットし、隣りの磁極に抜ける漏れ磁束を
含む。この漏れ磁束と永久磁石６からの磁束φｍによ
り、極間部の円周方向端縁の鉄心部分（すなわち、スペ
ース５ａと極間部鉄心外周の間の鉄心部分）４ａは磁気
飽和した状態となる。このため、永久磁石６から生じた
磁束φｍは、上記鉄心部分４ａを通り難くなり、磁極を
挟んで対向する永久磁石６から出た磁束φｍと結び付
き、図中点線で示すように磁極間を通って固定子１側へ
向かう磁束φｍとなる。この磁束φｍは固定子１から磁
極間鉄心部分を通って固定子コイル２と鎖交し、出力お
よび力率が向上する。
３内の磁束分布を示している。電機子コイル２に電流が
流れることにより、ｄ軸の電機子電流による磁束φｄが
発生する。磁束φｄは回転子鉄心４の磁極部を磁路とし
て流れる主磁束以外に、極間部外周の鉄心部分を磁路と
してショートカットし、隣りの磁極に抜ける漏れ磁束を
含む。この漏れ磁束と永久磁石６からの磁束φｍによ
り、極間部の円周方向端縁の鉄心部分（すなわち、スペ
ース５ａと極間部鉄心外周の間の鉄心部分）４ａは磁気
飽和した状態となる。このため、永久磁石６から生じた
磁束φｍは、上記鉄心部分４ａを通り難くなり、磁極を
挟んで対向する永久磁石６から出た磁束φｍと結び付
き、図中点線で示すように磁極間を通って固定子１側へ
向かう磁束φｍとなる。この磁束φｍは固定子１から磁
極間鉄心部分を通って固定子コイル２と鎖交し、出力お
よび力率が向上する。
【００２７】また、図４はｑ軸の電機子電流による磁極
間を中心とした軸に沿った方向の成分の磁束φｑを示し
ている。この磁極間の磁束φｑは、磁極軸に沿った永久
磁石６の間を抜け、回転子３の中心部を通り、さらに永
久磁石６間を通る磁路を形成する。しかし、永久磁石６
から固定子１側へ向かう磁束φｍと、増加された磁極間
上の空隙部７の高磁気抵抗の作用でｑ軸の電機子電流に
よる磁束φｑは低下する。
間を中心とした軸に沿った方向の成分の磁束φｑを示し
ている。この磁極間の磁束φｑは、磁極軸に沿った永久
磁石６の間を抜け、回転子３の中心部を通り、さらに永
久磁石６間を通る磁路を形成する。しかし、永久磁石６
から固定子１側へ向かう磁束φｍと、増加された磁極間
上の空隙部７の高磁気抵抗の作用でｑ軸の電機子電流に
よる磁束φｑは低下する。
【００２８】すなわち、磁極軸に沿って配置された永久
磁石６は、前述したように磁極軸と直交する方向に磁化
されているため、その磁束φｍは回転子３の磁極を横断
し、磁極間の鉄心部分から空隙部７を介して固定子１を
通り、対向する永久磁石６に戻る磁路を形成する。この
永久磁石６の磁束φｍは、先の磁束φｑと逆方向に分布
するため、磁極間へ侵入しようとする電機子磁束φｑを
反発する。また、磁極間上の空隙部７においては永久磁
石６の磁束φｑにより電機子電流が作る空隙磁束密度が
低下することとなり、磁極上の空隙磁束密度と比較して
大きく変化することとなる。すなわち、回転子３の位置
に対する空隙磁束密度の変化が大となり、磁気エネルギ
変化が大となる。つまり、永久磁石６により等価的な磁
気抵抗が変化し、その結果、空隙磁束分布に凹凸ができ
て磁気エネルギ変化により大きな出力が発生する。
磁石６は、前述したように磁極軸と直交する方向に磁化
されているため、その磁束φｍは回転子３の磁極を横断
し、磁極間の鉄心部分から空隙部７を介して固定子１を
通り、対向する永久磁石６に戻る磁路を形成する。この
永久磁石６の磁束φｍは、先の磁束φｑと逆方向に分布
するため、磁極間へ侵入しようとする電機子磁束φｑを
反発する。また、磁極間上の空隙部７においては永久磁
石６の磁束φｑにより電機子電流が作る空隙磁束密度が
低下することとなり、磁極上の空隙磁束密度と比較して
大きく変化することとなる。すなわち、回転子３の位置
に対する空隙磁束密度の変化が大となり、磁気エネルギ
変化が大となる。つまり、永久磁石６により等価的な磁
気抵抗が変化し、その結果、空隙磁束分布に凹凸ができ
て磁気エネルギ変化により大きな出力が発生する。
【００２９】以上説明したように、上記実施の形態にお
いては、無負荷・軽負荷時に永久磁石６からの電機子コ
イル２との鎖交磁束量を低減することができるため、誘
導電圧を低減することができ、鉄損を少なくすることが
できる。したがって、無負荷・軽負荷時における高効率
運転が可能となる。また、永久磁石６から発生する磁束
φｍが鉄心内で閉じることから、永久磁石６の減磁を防
止することができるという効果がある。さらに、永久磁
石６による誘導電圧が少ないことから、広範囲の可変速
運転が可能となる。
いては、無負荷・軽負荷時に永久磁石６からの電機子コ
イル２との鎖交磁束量を低減することができるため、誘
導電圧を低減することができ、鉄損を少なくすることが
できる。したがって、無負荷・軽負荷時における高効率
運転が可能となる。また、永久磁石６から発生する磁束
φｍが鉄心内で閉じることから、永久磁石６の減磁を防
止することができるという効果がある。さらに、永久磁
石６による誘導電圧が少ないことから、広範囲の可変速
運転が可能となる。
【００３０】また、回転中に電機子コイルやインバータ
に電気的な短絡が生じたとしても、誘起電圧はほぼ０な
ので、短絡電流は流れない。したがって、短絡が生じて
も過大なブレーキ力が生じたり、電機子コイルが焼損し
たりすることを防止することができる。
に電気的な短絡が生じたとしても、誘起電圧はほぼ０な
ので、短絡電流は流れない。したがって、短絡が生じて
も過大なブレーキ力が生じたり、電機子コイルが焼損し
たりすることを防止することができる。
【００３１】また本実施形態の構造は、直方体の永久磁
石６を回転子鉄心４の軸線方向に埋め込むことによって
提供されるため、積層状態にある回転子鉄心４が永久磁
石６によって保持される構造にもなるため、機械的強度
を向上させることにもなる。
石６を回転子鉄心４の軸線方向に埋め込むことによって
提供されるため、積層状態にある回転子鉄心４が永久磁
石６によって保持される構造にもなるため、機械的強度
を向上させることにもなる。
【００３２】以上、本発明の一実施形態を説明したが、
本発明は図示した実施形態に限定されず種々の変形が可
能である。例えば、本実施形態では永久磁石６の外側端
部と、回転子３の外周面との間に空洞部５ａを介在さ
せ、磁極間部分の磁気抵抗がさらに増加するようにした
が、図５に示すように、この空洞部分に非磁性材９を埋
設しても良い。この実施の形態においても、前記実施の
形態と同様の効果がある。
本発明は図示した実施形態に限定されず種々の変形が可
能である。例えば、本実施形態では永久磁石６の外側端
部と、回転子３の外周面との間に空洞部５ａを介在さ
せ、磁極間部分の磁気抵抗がさらに増加するようにした
が、図５に示すように、この空洞部分に非磁性材９を埋
設しても良い。この実施の形態においても、前記実施の
形態と同様の効果がある。
【００３３】
【発明の効果】以上説明したように請求項１に記載の発
明によれば、回転子の磁極間部となる外周面が磁極部と
なる外周面より凹んで形成されるため、回転子・固定子
間の空隙長は変化し、回転子は磁気的に凹凸部を形成す
ることになる。また永久磁石は、各磁極間部の回転子円
周方向両端に設けられ磁極間部を通る電機子の磁束を打
ち消すように磁化されているため、この方向では磁気抵
抗が高くなり、空隙磁束密度に凹凸ができ、この磁気エ
ネルギ変化によって大きなトルクを発生することができ
る。
明によれば、回転子の磁極間部となる外周面が磁極部と
なる外周面より凹んで形成されるため、回転子・固定子
間の空隙長は変化し、回転子は磁気的に凹凸部を形成す
ることになる。また永久磁石は、各磁極間部の回転子円
周方向両端に設けられ磁極間部を通る電機子の磁束を打
ち消すように磁化されているため、この方向では磁気抵
抗が高くなり、空隙磁束密度に凹凸ができ、この磁気エ
ネルギ変化によって大きなトルクを発生することができ
る。
【００３４】また請求項２乃至５に記載の発明によれ
ば、回転子半径方向における永久磁石の外側端部と、回
転子の外周面との間に回転子鉄心の一部が介在されてい
るため、電機子コイルに流れる電流がゼロの時、即ち無
負荷時には永久磁石からの磁束が回転子鉄心内で閉じる
こととなり、コイルへの誘起電圧をほぼゼロとして、固
定子側からブレーキのかからない定常回転を継続するこ
とができる。また、回転中に電機子コイルやインバータ
に電気的な短絡が生じたとしても、誘起電圧はほぼ０な
ので、短絡電流は流れない。したがって、短絡が生じて
も過大なブレーキ力が生じたり、電機子コイルが焼損し
たりすることを防止することができる。また、負荷時に
は磁極軸方向の電流による磁束の一部が、永久磁石外側
の鉄心部分を通り、磁極間部分の円周方向両端において
磁気飽和させるため、永久磁石の磁束は、回転子外へと
分布することとなり、電機子コイルと鎖交して出力や力
率が向上する。
ば、回転子半径方向における永久磁石の外側端部と、回
転子の外周面との間に回転子鉄心の一部が介在されてい
るため、電機子コイルに流れる電流がゼロの時、即ち無
負荷時には永久磁石からの磁束が回転子鉄心内で閉じる
こととなり、コイルへの誘起電圧をほぼゼロとして、固
定子側からブレーキのかからない定常回転を継続するこ
とができる。また、回転中に電機子コイルやインバータ
に電気的な短絡が生じたとしても、誘起電圧はほぼ０な
ので、短絡電流は流れない。したがって、短絡が生じて
も過大なブレーキ力が生じたり、電機子コイルが焼損し
たりすることを防止することができる。また、負荷時に
は磁極軸方向の電流による磁束の一部が、永久磁石外側
の鉄心部分を通り、磁極間部分の円周方向両端において
磁気飽和させるため、永久磁石の磁束は、回転子外へと
分布することとなり、電機子コイルと鎖交して出力や力
率が向上する。
【００３５】また、請求項６及び７に記載の発明の永久
磁石式リラクタンス型回転電機では、回転子半径方向に
おける永久磁石の外側端部と、回転子の外周面との間に
空洞部あるいは非磁性材も設けられるため、これら空洞
部あるいは非磁性材が磁気抵抗となり、磁極側から磁極
間側への漏れ磁束を効果的に減少させることができる。
磁石式リラクタンス型回転電機では、回転子半径方向に
おける永久磁石の外側端部と、回転子の外周面との間に
空洞部あるいは非磁性材も設けられるため、これら空洞
部あるいは非磁性材が磁気抵抗となり、磁極側から磁極
間側への漏れ磁束を効果的に減少させることができる。
【図１】本発明の一実施形態に係る永久磁石式リラクタ
ンス型回転電機回転電機の径方向断面図である。
ンス型回転電機回転電機の径方向断面図である。
【図２】図１に示す実施形態における、電機子電流ゼロ
の時の回転子の磁束分布を示した回転子径方向の断面図
である。
の時の回転子の磁束分布を示した回転子径方向の断面図
である。
【図３】図１に示す実施形態における、負荷時のｄ軸の
電機子電流による磁束分布および永久磁石による磁束分
布を示した回転子径方向の断面図である。
電機子電流による磁束分布および永久磁石による磁束分
布を示した回転子径方向の断面図である。
【図４】図１に示す実施形態における、負荷時のｑ軸の
電機子電流による磁束分布および永久磁石による磁束分
布を示した回転子径方向の断面図である。
電機子電流による磁束分布および永久磁石による磁束分
布を示した回転子径方向の断面図である。
【図５】図１の実施形態の変形例を示した回転子の径方
向断面図である。
向断面図である。
１ 固定子 ２ 電機子コイル ３ 回転子 ４ 回転子鉄心 ５ 空洞部 ６ 永久磁石 ７ 空隙部 ９ 非磁性材
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 徳増 正 神奈川県横浜市鶴見区末広町２丁目４番地 株式会社東芝京浜事業所内 (72)発明者 高畠 幹生 神奈川県横浜市鶴見区末広町２丁目４番地 株式会社東芝京浜事業所内 Ｆターム(参考） 5H619 AA01 AA07 BB01 BB02 BB22 BB24 PP02 PP04 PP08 5H621 AA01 BB07 GB10 HH01 HH07 JK02 JK05 PP10 5H622 AA01 AA03 CA02 CA07 CA13 CB03 DD02 PP11
Claims (7)
- 【請求項１】 電機子コイルを有する固定子と、磁気的
に凹凸部を形成する回転子鉄心からなる略円筒状の回転
子と、前記回転子の各磁極軸に沿った方向に配置される
永久磁石とを有する永久磁石式リラクタンス型回転電機
であって、 前記回転子の磁極間部外周面は、回転子の磁極部外周面
より凹んで形成されると共に、 前記永久磁石は、各磁極間部の回転子円周方向両端に設
けられ、かつ磁極間部を通る電機子の磁束を打ち消すよ
うに磁化されていることを特徴とする永久磁石式リラク
タンス型回転電機。 - 【請求項２】 前記回転子半径方向における永久磁石の
外側端部と、前記回転子の外周面との間には回転子鉄心
の一部が介在することを特徴とする請求項１に記載の永
久磁石式リラクタンス型回転電機。 - 【請求項３】 前記回転子半径方向における永久磁石の
外側端部と前記回転子の外周面との間に介在する回転子
鉄心部分は、電機子電流の磁束で磁気飽和する半径方向
の厚さを有することを特徴とする請求項２に記載の永久
磁石式リラクタンス型回転電機。 - 【請求項４】 前記回転子半径方向における永久磁石の
外側端部と前記回転子の外周面との間に介在する回転子
鉄心部分は、磁極間中央の半径方向の厚さより薄い厚さ
を有することを特徴とする請求項２に記載の永久磁石式
リラクタンス型回転電機。 - 【請求項５】 前記回転子半径方向における永久磁石の
外側端部と前記回転子の外周面との間に介在する回転子
鉄心部分は、前記電機子コイルに流れる電流がゼロの
時、電機子コイルと鎖交する永久磁石の磁束において、
空隙磁束密度が０．１Ｔ以下になるような厚さを有する
ことを特徴とする請求項２乃至４に記載の永久磁石式リ
ラクタンス型回転電機。 - 【請求項６】 前記回転子半径方向における永久磁石の
外側端部と、前記回転子の外周面との間には回転子鉄心
の一部とに加え、空洞部が形成されることを特徴とする
請求項２乃至５に記載の永久磁石式リラクタンス型回転
電機。 - 【請求項７】 前記空洞部には非磁性材が埋設されるこ
とを特徴とする請求項６に記載の永久磁石式リラクタン
ス型回転電機。
Priority Applications (12)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP27592298A JP3172497B2 (ja) | 1998-09-29 | 1998-09-29 | 永久磁石式リラクタンス型回転電機 |
| US09/406,772 US6274960B1 (en) | 1998-09-29 | 1999-09-28 | Reluctance type rotating machine with permanent magnets |
| EP07013886A EP1858138A3 (en) | 1998-09-29 | 1999-09-29 | Reluctance type rotating machine with permanent magnets |
| KR10-1999-0041664A KR100387554B1 (ko) | 1998-09-29 | 1999-09-29 | 영구 자석을 구비한 자기 저항형 회전 기계 |
| EP99119045A EP0991166A3 (en) | 1998-09-29 | 1999-09-29 | Reluctance type rotating machine with permanent magnets |
| CNB991205693A CN1327595C (zh) | 1998-09-29 | 1999-09-29 | 具有永磁体的磁阻型旋转电机 |
| EP10180891A EP2276153A3 (en) | 1998-09-29 | 1999-09-29 | Reluctance type rotating machine with permanent magnets |
| EP10180893A EP2273658A3 (en) | 1998-09-29 | 1999-09-29 | Reluctance type rotating machine with permanent magnets |
| EP07013887A EP1837981A3 (en) | 1998-09-29 | 1999-09-29 | Reluctance type rotating machine with permanent magnets |
| EP07013885A EP1837980A3 (en) | 1998-09-29 | 1999-09-29 | Reluctance type rotating machine with permanent magnets |
| US09/661,269 US6342745B1 (en) | 1998-09-29 | 2000-09-13 | Reluctance type rotating machine with permanent magnets |
| US09/871,891 US6552462B2 (en) | 1998-09-29 | 2001-06-04 | Reluctance type rotating machine with permanent magnets |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP27592298A JP3172497B2 (ja) | 1998-09-29 | 1998-09-29 | 永久磁石式リラクタンス型回転電機 |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JP2000116084A true JP2000116084A (ja) | 2000-04-21 |
| JP3172497B2 JP3172497B2 (ja) | 2001-06-04 |
Family
ID=17562303
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP27592298A Expired - Lifetime JP3172497B2 (ja) | 1998-09-29 | 1998-09-29 | 永久磁石式リラクタンス型回転電機 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JP3172497B2 (ja) |
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|---|---|---|---|---|
| JP2001346368A (ja) * | 2000-03-31 | 2001-12-14 | Sanyo Denki Co Ltd | 永久磁石内蔵型同期モータ |
| JP2002034185A (ja) * | 2000-07-17 | 2002-01-31 | Toshiba Corp | 永久磁石式リラクタンス型回転電機 |
| EP1233503A2 (en) * | 2001-02-14 | 2002-08-21 | Koyo Seiko Co., Ltd. | Brushless DC motor and method of manufacturing brushless DC motor |
| JP2004072845A (ja) * | 2002-08-02 | 2004-03-04 | Aichi Elec Co | 永久磁石電動機 |
| EP1542335A1 (en) * | 2003-12-08 | 2005-06-15 | Nissan Motor Co., Ltd. | Rotor for rotary electric machine |
| JP2011061996A (ja) * | 2009-09-10 | 2011-03-24 | Toshiba Corp | 永久磁石式回転電機 |
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|---|---|---|---|---|
| US10610745B2 (en) | 2013-03-14 | 2020-04-07 | Karsten Manufacturing Corporation | Golf club heads with optimized characteristics and related methods |
| KR102039548B1 (ko) * | 2017-11-08 | 2019-11-01 | 최용식 | 가변형 골프 퍼터 |
| KR102040832B1 (ko) * | 2019-03-19 | 2019-11-05 | 최용식 | 가변형 골프 퍼터 |
| KR102040841B1 (ko) * | 2019-03-19 | 2019-11-05 | 최용식 | 가변형 골프 퍼터 |
| KR102040833B1 (ko) * | 2019-03-19 | 2019-11-05 | 최용식 | 가변형 골프 퍼터 |
| KR102040835B1 (ko) * | 2019-03-19 | 2019-11-05 | 최용식 | 가변형 골프 퍼터 |
| KR102040830B1 (ko) * | 2019-03-19 | 2019-11-05 | 최용식 | 가변형 골프 퍼터 |
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|---|---|---|---|---|
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| JPH0739091A (ja) * | 1993-07-19 | 1995-02-07 | Toyota Motor Corp | 同期機のロータ構造および同期型モータ |
| JPH099537A (ja) * | 1995-04-21 | 1997-01-10 | Mitsubishi Electric Corp | 永久磁石形モータ |
| JPH0923598A (ja) * | 1995-07-03 | 1997-01-21 | Matsushita Electric Ind Co Ltd | 磁石埋込形モータ |
| JPH09201022A (ja) * | 1996-01-23 | 1997-07-31 | Brother Ind Ltd | 可変リラクタンスモータ |
| JPH10257702A (ja) * | 1997-03-14 | 1998-09-25 | Nippon Steel Corp | 高性能埋め込み磁石型リラクタンスモータ |
-
1998
- 1998-09-29 JP JP27592298A patent/JP3172497B2/ja not_active Expired - Lifetime
Patent Citations (6)
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| US4924130A (en) * | 1988-04-21 | 1990-05-08 | Antonino Fratta | Reluctance synchronous electric machine having intrinsic phase correction means |
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| US7327062B2 (en) | 2003-12-08 | 2008-02-05 | Nissan Motor Co., Ltd. | Rotor for rotary electric machine |
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Also Published As
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|---|---|
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