JP2001145283A - 永久磁石式回転機の回転子 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】 大きなリラクタンストルクを得ながら、永久
磁石の個数を低減して構成の簡略化を図る。 【解決手段】 回転子２０の径方向の断面において、略
長方形の永久磁石２４が、回転子２０の径方向に向け
て、この永久磁石式回転機の極数（８極）分だけ等間隔
に円周方向に配置されている。そして、これらの永久磁
石２４の間に、回転子２０の外周に沿って位置する略長
方形の永久磁石２６と、回転子２０の内周に沿って位置
する長方形の永久磁石２８とが配置されている。このと
き、径方向に配置される永久磁石２４は、互いに隣接す
る２つの磁極の間で共用する構成となって配置されるこ
とになる。このため、永久磁石の個数の低減を図ること
ができる。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】この発明は、中心部に回転軸
が設けられた円柱状の鉄心に、前記回転軸方向に永久磁
石を埋設してなる永久磁石式回転機の回転子に関する。

【０００２】

【従来の技術】従来より、永久磁石式回転機の回転子と
して、永久磁石を回転子鉄心の外周に装着したものに替
えて、永久磁石を回転子鉄心内部に埋め込んだものが提
案されている。永久磁石を回転子鉄心内部に埋め込むこ
とで、マグネットトルクに加えてリラクタンストルクの
利用を図ることが可能となり、高効率、高出力な永久磁
石式回転機を製作することができる。

【０００３】こうした回転子鉄心内部に永久磁石を埋め
込む構成の永久磁石式回転機では、断面において複数の
永久磁石をコの字状あるいはＵの字状に組み合わせるこ
とで、固定子からの磁束の磁路を確保して、大きなリラ
クタンストルクが得られる回転子構造とすることができ
る。さらに、コの字あるいはＵの字の内側の部分に回転
子鉄心の外周に沿うように追加の永久磁石を配置するこ
とで、より大きなリラクタンストルクが得られる回転子
構造も提案されている（特開平１１−１３６８９０号公
報の図７）。

【０００４】

【発明が解決しようとする課題】しかしながら、前記従
来の技術では、複数の永久磁石を組み合わせる必要があ
ることから永久磁石の個数が多くなるという問題があっ
た。

【０００５】この発明は、従来技術における上述の課題
を解決するためになされたものであり、大きなリラクタ
ンストルクを得ながら、永久磁石の個数を低減して構成
の簡略化を図ることを目的とする。

【０００６】

【課題を解決するための手段およびその作用・効果】上
記課題を解決するため、この発明の永久磁石式回転機の
回転子は、中心部に回転軸が設けられた円柱状の鉄心
に、前記回転軸方向に永久磁石を埋設してなる永久磁石
式回転機の回転子であって、１極当たりの永久磁石を４
以上の個数で構成し、該個数の永久磁石を、前記回転軸
に垂直な断面において２辺が前記鉄心の径方向に延びる
角数４以上の多角形の形状に配置すると共に、前記径方
向に延びる辺の部分に対応する永久磁石を、互いに隣接
する２極の間で共用する構成に配置したことを要旨とす
る。

【０００７】上記構成の永久磁石式回転機の回転子で
は、４以上の個数の永久磁石を画数４以上の多角形の形
状に配置することで、固定子からの磁束の磁路を確保し
て大きなリラクタンストルクを得ることを可能としてお
り、さらには、径方向に延びる辺の部分に対応する永久
磁石を、互いに隣接する２極の間で共用する構成に配置
することで、永久磁石の個数の低減を図ることができ
る。したがって、大きなリラクタンストルクを得なが
ら、永久磁石の個数を低減して構成の簡略化を図ること
ができる。

【０００８】なお、上記構成の永久磁石式回転機の回転
子において、前記多角形が台形と構成することができ
る。

【０００９】また、上記構成の永久磁石式回転機の回転
子において、断面が一方向に長尺な形状である磁石用溝
を前記鉄心に設け、該磁石用溝の長尺方向の端部が前記
鉄心の外周付近にあるとき、該端部に前記鉄心よりも透
磁率の低い領域を介在させた状態で前記磁石用溝への前
記永久磁石の埋設を行なう構成とすることができる。

【００１０】一般に、永久磁石を回転子に埋設した構成
においては、回転磁束によりトルクが発生して回転子が
回転駆動されたとき、永久磁石には永久磁石の有する磁
束の方向と反する磁束が掛かることになり、永久磁石の
端部（鉄心の外周に近い側の端部）が減磁する問題が生
じた。上記構成によれば、その端部に鉄心よりも透磁率
の低い領域が介在されることから、その永久磁石の端部
は上述したような磁束を受けることがなく、このために
減磁されることもない。したがって、高効率、高出力な
永久磁石式回転機を製作することが可能となる。

【００１１】なお、上述した永久磁石端部に透磁率の低
い領域を介在させた永久磁石式回転機の回転子におい
て、その透磁率の低い領域を空隙により構成することも
できる。この構成によれば、部品点数をより削減するこ
とができることから、より一層構成の簡略化を図ること
ができる。

【００１２】

【発明の他の態様】本発明は、以下のような他の態様を
とることも可能である。第１の態様は、中心部に回転軸
が嵌着された円柱状の鉄心に、前記回転軸と平行に永久
磁石を埋設してなる永久磁石式回転機の回転子であっ
て、断面が一方向に長尺な形状である磁石用溝を前記鉄
心に設け、該磁石用溝の長尺方向の端部が前記鉄心の外
周付近にあるとき、該端部に前記鉄心よりも透磁率の低
い領域を介在させた状態で前記磁石用溝への前記永久磁
石の埋設を行なった構成である。

【００１３】一般に、永久磁石を回転子に埋設した構成
においては、回転磁束によりトルクが発生して回転子が
回転駆動されたとき、永久磁石には永久磁石の有する磁
束の方向と反する磁束が掛かることになり、永久磁石の
端部（鉄心の外周に近い側の端部）が減磁する問題が生
じた。上記構成によれば、その端部に鉄心よりも透磁率
の低い領域が介在されることから、その永久磁石の端部
は上述したような磁束を受けることがなく、このために
減磁されることもない。したがって、高効率、高出力な
永久磁石式回転機を製作することが可能となる。

【００１４】第２の態様は、上記第１の態様において、
前記透磁率の低い領域を空隙により構成したものであ
る。この構成によれば、部品点数を削減して構成の簡略
化を図ることができる。

【００１５】

【発明の実施の形態】以下、本発明の実施の形態を実施
例に基づいて説明する。図１は、本発明の一実施例の永
久磁石式回転機の回転子の径方向断面を示す説明図であ
る。図示するように、この一実施例の永久磁石式回転機
は、電機子巻線１２を備えた固定子１０と、円筒形の鉄
心２２からなる回転子２０とから構成される。固定子１
０は、１２スロットの電機子巻線１２により三相（Ｕ
相、Ｖ相およびＷ相）の巻線を構成する。

【００１６】この発明の特徴部分となる回転子２０の構
造は次の通りである。回転子２０は、鉄心２２の中心部
に回転軸２３が嵌着されており、その回転軸２３と平行
（図中、紙面に垂直な方向）に永久磁石２４，２６，２
８が埋設されたものである。図示するように、回転子２
０の径方向の断面においては、略長方形の永久磁石２４
が、回転子２０の径方向に向けて、この永久磁石式回転
機の極数（８極）分だけ等間隔に円周方向に配置されて
いる。そして、これらの永久磁石２４の間に、回転子２
０の外周に沿って位置する略長方形の永久磁石２６と、
回転子２０の内周に沿って位置する長方形の永久磁石２
８とが配置されている。

【００１７】すなわち、この実施例の回転子２０におい
ては、１極当たり、隣り合う２つの永久磁石２４，２４
と、永久磁石２４，２４の間に位置する２つの永久磁石
２６，２８とが配置されており、これら４つの永久磁石
２４，２６，２８，２４により、台形の磁石形状を形作
る。このとき、径方向に配置される永久磁石２４は、互
いに隣接する２つの磁極の間で共用する構成となってい
る。

【００１８】上述した永久磁石２４，２６，２８が埋め
込まれる磁石用溝について次に説明する。図２は、回転
子２０の径方向断面の一部分を示す一部断面図である。
図示するように、径方向に配置される永久磁石２４用の
磁石用溝３４は、その永久磁石２４の断面と形状がほぼ
一致する主要部３４ａと、その主要部３４ａから径方向
にさらに延びる副部３４ｂから構成されている。永久磁
石２４はこの主要部３４ａに挿入され、永久磁石２４が
埋設されたとき、副部３４ｂによってその永久磁石２４
の端部（固定子１０の径方向外側向きの端部）に空隙が
できるような構成となっている。なお、副部３４ｂの主
要部３４ａ側の端部は絞られた形状となっており、主要
部３４ａに埋設された永久磁石２４が回転子２０の回転
により副部３４ｂ側にずれることを防いでいる。

【００１９】また、上述した外周側に配置される永久磁
石２６用の磁石用溝３６は、その永久磁石２６の断面と
形状がほぼ一致する主要部３６ａと、その主要部３６ａ
から周方向両側にさらに延びる副部３６ｂ，３６ｃとか
ら構成されている。永久磁石２６はこの主要部３６ａに
挿入され、永久磁石２６が埋設されたとき、副部３６
ｂ，３６ｃによってその永久磁石２６の両端部（固定子
１０の周方向の両端部）に空隙ができるような構成とな
っている。なお、磁石用溝３６の副部３６ｂ，３６ｃの
先端部３６ｘ，３６ｙは、回転子２０の外周側に向かっ
て突出した形状をしている。副部３６ｂ，３６ｃは、主
要部３６ａに比べて幅が狭くなっており、主要部３６ａ
に埋設された永久磁石２６が回転子２０の回転により副
部３６ｂ，３６ｃ側にずれることを防いでいる。

【００２０】上述した内周側に配置される永久磁石２８
用の磁石用溝３８は、その永久磁石２６の断面とほぼ一
致した形状をしており、断面長方形状の永久磁石２８が
挿入される。なお、詳細には、磁石用溝３８は、その４
つの角部３８ａが、永久磁石２８の各角部２８ａと接触
するのを避けるように、外側へ、すなわち図中上下方向
へ円弧状にふくらむふくらみが形成されている。このふ
くらみを形成することで、永久磁石２８の角部３８ａに
面取りを施すことなしに、鉄心２２における応力集中を
回避することが可能となる。なお、こうしたふくらみ
は、前述した磁石用溝３８の主要部３４ａにも設けられ
ている。

【００２１】以上詳述したように、この永久磁石式回転
機の回転子２０では、１極当たり、径方向に向く２つの
永久磁石２４，２４と、永久磁石２４，２４の間に位置
する２つの永久磁石２６，２８とが配置されており、こ
れら４つの永久磁石２４，２６，２８，２４により台形
の磁石形状を形作る。このために、固定子１０からの磁
束の磁路は、図中１点鎖線に示すように、外周側に位置
する永久磁石２６の長手方向の端部と径方向に位置する
永久磁石２４との間を通って、台形状の内側を経て、そ
の永久磁石２６の長手方向の他の端部と隣りに位置する
永久磁石２４との間を抜ける経路をとることになる。し
たがって、固定子１０からの磁束の磁路を十分に確保し
て大きなリラクタンストルクを得ることができる。

【００２２】また、この回転子２０では、径方向に向く
永久磁石２４を、互いに隣接する２極の間で共用する構
成に配置していることから、永久磁石の個数の低減を図
ることができる。したがって、大きなリラクタンストル
クを得ながら、永久磁石の個数を低減して構成の簡略化
を図るという効果を奏する。

【００２３】なお、上述のように永久磁石の個数を低減
すると、マグネットトルクが減少する恐れがあるが、こ
の実施例では、径方向に配置される永久磁石２４の厚さ
を、従来例のような１極当たりに２つの径方向の永久磁
石を備える構成のものと比べて、２倍の大きさとするこ
とで、マグネットトルクの減少を防いでいる。図１，図
２を見ると、径方向に配置される永久磁石２４は従来例
の２倍の厚さをとっているように見えないが、これは従
来例のものが厚さが薄くて済んだためで、実際は従来例
の２倍ほどの厚さとなっている。

【００２４】さらに、上述したように、この永久磁石式
回転機の回転子２０では、磁石用溝３４，３６に永久磁
石２４，２６を埋め込んだときに、永久磁石２４，２６
の所定端部、すなわち、鉄心２２の外周付近に位置する
端部（径方向に配置される永久磁石２４にあっては径方
向外側向きの端部であり、周方向に配置される永久磁石
２６にあっては周方向の両端部）に磁束を流すことのな
い空隙が形成される構成となっている。

【００２５】一般に、永久磁石を回転子に埋設した構成
においては、固定子巻線に交流電流が与えられることで
発生する回転磁束により回転方向のトルクが発生して回
転子Ａ１が回転駆動されるが、このとき図３に示すよう
に、永久磁石Ａ２には永久磁石Ａ２の有する磁束の方向
（図中、１点鎖線で示す）と反する磁束（図中が実線で
示す）が掛かることになり、永久磁石Ａ２の端部ｅｄが
減磁する問題が生じた。上記構成の回転子２０によれ
ば、永久磁石２４，２６の所定端部、すなわち、鉄心２
２の外周付近に位置する端部に磁束を流すことのない空
隙が形成されることから、永久磁石２４，２６のそれら
端部は上述したような磁束を受けることがないことから
減磁されることもない。したがって、高効率、高出力な
永久磁石式回転機を製作することができるという効果も
奏する。

【００２６】なお、この実施例では、鉄心２２の内周側
に位置する永久磁石２８の端部には上述したような空隙
は設けられていない。これは、永久磁石２８は鉄心の外
周から離れて上述したような減磁が生じることが少ない
ためである。

【００２７】上記一実施例の変形例について次に説明す
る。上記実施例では、磁石用溝３４の副部３４ｂと、磁
石用溝３６の副部３６ｂ、３６ｃとが、永久磁石２４，
２６を埋め込んだときの空隙となる働きをしていたが、
これに替えて、これら副部３４ｂ，３６ｂ，３６ｃに、
エポキシ、フェノール等の樹脂を詰め込んだ構成とする
ことができる。これら樹脂は、透磁率が低いために、磁
束を通すことが無いことから、上記実施例と同様に、永
久磁石２４，２６の減磁を防止することができる。しか
もこの第１の変形例によれば、回転子の回転により永久
磁石がずれるのを樹脂により、より確実に防止すること
ができる。なお、他の変形例として、樹脂に替えて、鉄
心２２よりも透磁率の低い材料としてもよい。

【００２８】図４は、第２の変形例の永久磁石の配置を
示す説明図である。上記実施例では、１極当たりの永久
磁石を４個で構成し、台形の形状としていたが、これに
替えて、図４に示すように、１極当たりの永久磁石を５
個で構成し、５角形の形状としてもよい。永久磁石５２
が回転子５０の径方向に配置されており、この永久磁石
５２が互いに隣接する２極の間で共用される構成となっ
ている。また、５角形に限る必要もなく、それ以上の画
数の多角形を構成するようにしてもよい。

【００２９】以上本発明の実施例について説明したが、
本発明はこうした実施例に何等限定されるものではな
く、本発明の要旨を逸脱しない範囲内において、種々な
る態様で実施し得ることは勿論である。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の一実施例の永久磁石式回転機の回転子
の径方向断面を示す説明図である。

【図２】回転子２０の径方向断面の一部分を示す一部断
面図である。

【図３】永久磁石が減磁される理由を示す説明図であ
る。

【図４】第２の変形例の永久磁石の配置を示す説明図で
ある。

【符号の説明】

１０…固定子 １２…電機子巻線 ２０…回転子 ２２…鉄心 ２３…回転軸 ２４，２６，２８，２４…永久磁石 ３４ａ…主要部 ３４ｂ…副部 ３６…磁石用溝 ３６ａ…主要部 ３６ｂ，３６ｃ…副部 ３８…磁石用溝

Claims (4)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 中心部に回転軸が設けられた円柱状の鉄
   心に、前記回転軸方向に永久磁石を埋設してなる永久磁
   石式回転機の回転子であって、 １極当たりの永久磁石を４以上の個数で構成し、該個数
   の永久磁石を、前記回転軸に垂直な断面において２辺が
   前記鉄心の径方向に延びる角数４以上の多角形の形状に
   配置すると共に、 前記径方向に延びる辺の部分に対応する永久磁石を、互
   いに隣接する２極の間で共用する構成に配置した永久磁
   石式回転機の回転子。
2. 【請求項２】 前記多角形が台形である請求項１に記載
   の永久磁石式回転機の回転子。
3. 【請求項３】 断面が一方向に長尺な形状である磁石用
   溝を前記鉄心に設け、該磁石用溝の長尺方向の端部が前
   記鉄心の外周付近にあるとき、該端部に前記鉄心よりも
   透磁率の低い領域を介在させた状態で前記磁石用溝への
   前記永久磁石の埋設を行なう請求項１に記載の永久磁石
   式回転機の回転子。
4. 【請求項４】 前記透磁率の低い領域を空隙により構成
   した請求項３に記載の永久磁石式回転機の回転子。