JP2001238382A - 回転機 - Google Patents
回転機Info
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- JP2001238382A JP2001238382A JP2000042812A JP2000042812A JP2001238382A JP 2001238382 A JP2001238382 A JP 2001238382A JP 2000042812 A JP2000042812 A JP 2000042812A JP 2000042812 A JP2000042812 A JP 2000042812A JP 2001238382 A JP2001238382 A JP 2001238382A
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- magnetic
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- Synchronous Machinery (AREA)
- Permanent Magnet Type Synchronous Machine (AREA)
- Permanent Field Magnets Of Synchronous Machinery (AREA)
Abstract
(57)【要約】
【課題】 回転子の機械的強度の向上、永久磁石と軟磁
性部材間の不要なエアギャップの削減、永久磁石の形状
の自由度と有効磁束の向上を図ること。 【解決手段】 内部磁石型の回転子ヨークを、同一素材
からなる永久磁石部分と軟磁性部分とが連続した一体部
材で構成した回転機である。例えばFe-Cr-Co系半硬質磁
性材料を用いて任意形状の永久磁石部分を熱処理するこ
とにより得て、この永久磁石部分と残りの軟磁性部分が
同居する複合磁性材料として用いたものである。このと
きの永久磁石部分は保磁力が２０,０００Ａ／ｍ（約２
５０Ｏｅ）以上であり、軟磁性部分はＢｓが０．７Ｔ以
上であることが好ましい。
性部材間の不要なエアギャップの削減、永久磁石の形状
の自由度と有効磁束の向上を図ること。 【解決手段】 内部磁石型の回転子ヨークを、同一素材
からなる永久磁石部分と軟磁性部分とが連続した一体部
材で構成した回転機である。例えばFe-Cr-Co系半硬質磁
性材料を用いて任意形状の永久磁石部分を熱処理するこ
とにより得て、この永久磁石部分と残りの軟磁性部分が
同居する複合磁性材料として用いたものである。このと
きの永久磁石部分は保磁力が２０,０００Ａ／ｍ（約２
５０Ｏｅ）以上であり、軟磁性部分はＢｓが０．７Ｔ以
上であることが好ましい。
Description
【０００１】
【発明の属する技術分野】本発明は、永久磁石を使用し
たモータ、発電機などであって内部磁石型の永久磁石界
磁方式の回転機に関するものである。以下、永久磁石式
モータを例にとり説明する。
たモータ、発電機などであって内部磁石型の永久磁石界
磁方式の回転機に関するものである。以下、永久磁石式
モータを例にとり説明する。
【０００２】
【従来の技術】従来、永久磁石式モータは様々な構成が
考案されてきた。すなわち、永久磁石が回転子外形部に
配置されたいわゆる表面磁石型モータ（ＳＰＭ）、永久
磁石が回転子内部に配置されている内部磁石型モータ
（ＩＰＭ）などである。前者は図１１にその要部断面図
の例を示すように、回転子１０表面に設置された永久磁
石１が回転子１０および固定子２０間のエアギャップ４
に直接接している形式である。この磁気回路形式を一般
に表面磁石型磁気回路と呼ぶ。図１１の表面磁石型磁気
回路の場合、永久磁石１の任意の永久磁石１ａのＮ極か
ら出た磁束Ａ1は、矢印で示すようにエアギャップ４を
貫通し、固定子ヨーク３ａ部分に達する。次いで、この
磁束Ａ1は固定子ヨーク３ｂおよび３ｃ部分を経由して
再びエアギャップ４を貫通し、さらに永久磁石１ｂおよ
び回転子ヨーク２を経由して永久磁石１ａのＳ極へ戻る
閉ループを形成する。一方、後者は内部磁石型磁気回路
と呼ばれるもので、図１２にその要部断面図の例を示
す。図１２において、永久磁石１は回転子ヨーク２内に
埋設配置されており、永久磁石１のＮ磁極側から出た磁
束Ａ2は矢印で示すように回転子ヨーク２を経由して固
定子２０と回転子１０間のエアギャップ４を貫通する。
次いで、この磁束Ａ2は固定子ヨーク３ａ，３ｂ，３ｃ
部分を順次経由して再びエアギャップ４を通過後、回転
子ヨーク２を経由して永久磁石１のＳ磁極に戻る閉ルー
プを形成する。
考案されてきた。すなわち、永久磁石が回転子外形部に
配置されたいわゆる表面磁石型モータ（ＳＰＭ）、永久
磁石が回転子内部に配置されている内部磁石型モータ
（ＩＰＭ）などである。前者は図１１にその要部断面図
の例を示すように、回転子１０表面に設置された永久磁
石１が回転子１０および固定子２０間のエアギャップ４
に直接接している形式である。この磁気回路形式を一般
に表面磁石型磁気回路と呼ぶ。図１１の表面磁石型磁気
回路の場合、永久磁石１の任意の永久磁石１ａのＮ極か
ら出た磁束Ａ1は、矢印で示すようにエアギャップ４を
貫通し、固定子ヨーク３ａ部分に達する。次いで、この
磁束Ａ1は固定子ヨーク３ｂおよび３ｃ部分を経由して
再びエアギャップ４を貫通し、さらに永久磁石１ｂおよ
び回転子ヨーク２を経由して永久磁石１ａのＳ極へ戻る
閉ループを形成する。一方、後者は内部磁石型磁気回路
と呼ばれるもので、図１２にその要部断面図の例を示
す。図１２において、永久磁石１は回転子ヨーク２内に
埋設配置されており、永久磁石１のＮ磁極側から出た磁
束Ａ2は矢印で示すように回転子ヨーク２を経由して固
定子２０と回転子１０間のエアギャップ４を貫通する。
次いで、この磁束Ａ2は固定子ヨーク３ａ，３ｂ，３ｃ
部分を順次経由して再びエアギャップ４を通過後、回転
子ヨーク２を経由して永久磁石１のＳ磁極に戻る閉ルー
プを形成する。
【０００３】また、磁石回転子の軟磁性部分の突極性を
利用したリラクタンスモータも多数考案されている
（堺、他：「永久磁石式リラクタンス電動機の基礎特
性」，平成１０年電気学会全国大会，講演番号１００２
参照）。これを固定子側の分類から考えるとスイッチド
リラクタンスモータとシンクロナスリラクタンスモータ
とに大別される。スイッチドリラクタンスモータは集中
巻きの巻線を持っているのが一般的であり、歯車形状の
回転子が集中巻きに施されている固定子の歯に磁気吸引
力で吸引され回転を行うものである。これに対し、シン
クロナスリラクタンスモータは分布巻きの巻線を持って
いるものが一般的であり、回転子もスイッチドリラクタ
ンスモータの様な歯車形状ではなく、回転子内部に単数
あるいは複数の磁気障壁を設け、磁束の通りやすいｄ軸
と磁束の通りにくいｑ軸とを設け、両軸のインダクタン
スの違いによりリラクタンストルクを発生する原理とな
っている。
利用したリラクタンスモータも多数考案されている
（堺、他：「永久磁石式リラクタンス電動機の基礎特
性」，平成１０年電気学会全国大会，講演番号１００２
参照）。これを固定子側の分類から考えるとスイッチド
リラクタンスモータとシンクロナスリラクタンスモータ
とに大別される。スイッチドリラクタンスモータは集中
巻きの巻線を持っているのが一般的であり、歯車形状の
回転子が集中巻きに施されている固定子の歯に磁気吸引
力で吸引され回転を行うものである。これに対し、シン
クロナスリラクタンスモータは分布巻きの巻線を持って
いるものが一般的であり、回転子もスイッチドリラクタ
ンスモータの様な歯車形状ではなく、回転子内部に単数
あるいは複数の磁気障壁を設け、磁束の通りやすいｄ軸
と磁束の通りにくいｑ軸とを設け、両軸のインダクタン
スの違いによりリラクタンストルクを発生する原理とな
っている。
【０００４】永久磁石と、珪素鋼板に代表される軟磁性
材料とを比較すると、永久磁石の比透磁率は軟磁性材料
の比透磁率に比べ大幅に小さいことは周知の事実であ
る。この永久磁石と軟磁性材料との比透磁率の違いを利
用して永久磁石式モータとリラクタンスモータとの特性
の融合が試みられている。すなわち、ＳＰＭにおいて
は、永久磁石と永久磁石の間に軟磁性体を突き出すこと
により、永久磁石式モータとリラクタンスモータの両方
の特性を有するモータを実現できる。また、ＩＰＭにお
いても永久磁石を磁気障壁にみたてることにより、リラ
クタンストルクを発生せしめ、永久磁石モータとリラク
タンスモータの両方の特性を有するモータを実現するこ
とができる。特に内部磁石型を基本としたモータは、永
久磁石が発生する磁束を有効利用し低速回転時の効率を
向上させ、副産物としてのリラクタンスモータを利用す
ることにより高回転領域までの回転能力を確保すること
ができる。
材料とを比較すると、永久磁石の比透磁率は軟磁性材料
の比透磁率に比べ大幅に小さいことは周知の事実であ
る。この永久磁石と軟磁性材料との比透磁率の違いを利
用して永久磁石式モータとリラクタンスモータとの特性
の融合が試みられている。すなわち、ＳＰＭにおいて
は、永久磁石と永久磁石の間に軟磁性体を突き出すこと
により、永久磁石式モータとリラクタンスモータの両方
の特性を有するモータを実現できる。また、ＩＰＭにお
いても永久磁石を磁気障壁にみたてることにより、リラ
クタンストルクを発生せしめ、永久磁石モータとリラク
タンスモータの両方の特性を有するモータを実現するこ
とができる。特に内部磁石型を基本としたモータは、永
久磁石が発生する磁束を有効利用し低速回転時の効率を
向上させ、副産物としてのリラクタンスモータを利用す
ることにより高回転領域までの回転能力を確保すること
ができる。
【０００５】一方、シンクロナスリラクタンスモータを
基本とした磁石内蔵型モータは、Reluctance Permanent
Magnet Motor（ＲＰＭ）とも称される事もあり、リラ
クタンストルクを主に用い、永久磁石の磁束をｄ軸とｑ
軸の固定子から見たインダクタンスの差をより大きくす
ること及び多少の永久磁石が発生する磁束によるトルク
を利用することをいわば補助的に用いている。（以上、
（１）W. L. Soong, T. J. E. Miller: “Practical Fi
eld-Weakening Performance of the Five Classes of B
rushless Synchronous AC Motor Drive”, Proceedings
of European Power Electronics conference (1993)、
（２）W. L. Soong, D. A. Staton, T.J. E. Miller:
“Design of a New Axially-Laminated Interior Perma
nent Magnet Motor” Proceedings of IEEE Industry A
pplications Society Annual Meeting (1993)参照。）
この様に、近年永久磁石の特性が大幅に向上したことに
より永久磁石式モータとリラクタンスモータとはその中
間の特性を持つモータを任意に作り出せる状況にある。
基本とした磁石内蔵型モータは、Reluctance Permanent
Magnet Motor（ＲＰＭ）とも称される事もあり、リラ
クタンストルクを主に用い、永久磁石の磁束をｄ軸とｑ
軸の固定子から見たインダクタンスの差をより大きくす
ること及び多少の永久磁石が発生する磁束によるトルク
を利用することをいわば補助的に用いている。（以上、
（１）W. L. Soong, T. J. E. Miller: “Practical Fi
eld-Weakening Performance of the Five Classes of B
rushless Synchronous AC Motor Drive”, Proceedings
of European Power Electronics conference (1993)、
（２）W. L. Soong, D. A. Staton, T.J. E. Miller:
“Design of a New Axially-Laminated Interior Perma
nent Magnet Motor” Proceedings of IEEE Industry A
pplications Society Annual Meeting (1993)参照。）
この様に、近年永久磁石の特性が大幅に向上したことに
より永久磁石式モータとリラクタンスモータとはその中
間の特性を持つモータを任意に作り出せる状況にある。
【０００６】
【発明が解決しようとする課題】以上のように永久磁石
を有するモータは、様々な特性を実現しており、高精度
制御特性を満足しながら、今後さらに要求が高くなるで
あろう高効率、あるいは用途に応じた最適モータ特性等
を実現できる優れたモータであると言える。しかし一
方、現在広く使用されているＩＰＭあるいはＲＰＭでは
珪素鋼板等で作成した磁石挿入用穴の空いた薄板を積層
する必要があり、個々の部材が細くなり高速回転の回転
子には不向きである。また、別に用意した永久磁石を上
記穴に挿入するため、加工公差を吸収する必要があり、
永久磁石と軟磁性材との間には不要なエアギャップの存
在が避けられない。そして、永久磁石の形状を単純にし
て永久磁石自体及び珪素鋼板の加工を簡単にして製造コ
ストの上昇を避ける必要がある。また、複数の永久磁石
の間には衝突防止用、補強用の軟磁性材料の橋渡し部分
が必要となり、図１２でも示すように永久磁石からの磁
束がこの橋渡し部分で短絡し、漏れ磁束Ｂ2を生じ永久
磁石の磁束量を無駄なく有効利用が図れないという不具
合点も生じている。このような問題点を解決する一つの
手段として特開平８−３３１７８４号公報では、強磁性
部分と非磁性部分とが共存した部材によりヨークを構成
し、橋渡し部分には非磁性部分を形成することが開示さ
れている。しかしながら、このものでは上記したような
加工上また製造上の問題点を解決するものではなかっ
た。
を有するモータは、様々な特性を実現しており、高精度
制御特性を満足しながら、今後さらに要求が高くなるで
あろう高効率、あるいは用途に応じた最適モータ特性等
を実現できる優れたモータであると言える。しかし一
方、現在広く使用されているＩＰＭあるいはＲＰＭでは
珪素鋼板等で作成した磁石挿入用穴の空いた薄板を積層
する必要があり、個々の部材が細くなり高速回転の回転
子には不向きである。また、別に用意した永久磁石を上
記穴に挿入するため、加工公差を吸収する必要があり、
永久磁石と軟磁性材との間には不要なエアギャップの存
在が避けられない。そして、永久磁石の形状を単純にし
て永久磁石自体及び珪素鋼板の加工を簡単にして製造コ
ストの上昇を避ける必要がある。また、複数の永久磁石
の間には衝突防止用、補強用の軟磁性材料の橋渡し部分
が必要となり、図１２でも示すように永久磁石からの磁
束がこの橋渡し部分で短絡し、漏れ磁束Ｂ2を生じ永久
磁石の磁束量を無駄なく有効利用が図れないという不具
合点も生じている。このような問題点を解決する一つの
手段として特開平８−３３１７８４号公報では、強磁性
部分と非磁性部分とが共存した部材によりヨークを構成
し、橋渡し部分には非磁性部分を形成することが開示さ
れている。しかしながら、このものでは上記したような
加工上また製造上の問題点を解決するものではなかっ
た。
【０００７】本発明においては上記した問題点を解消す
るもので、回転子の機械的強度が向上でき、かつ、永久
磁石と軟磁性材との間の不要なエアギャップを削減で
き、なおかつ永久磁石の形状の自由度が向上して永久磁
石の磁力の有効利用が図れる永久磁石式モータ等の回転
機の実現を目的としている。
るもので、回転子の機械的強度が向上でき、かつ、永久
磁石と軟磁性材との間の不要なエアギャップを削減で
き、なおかつ永久磁石の形状の自由度が向上して永久磁
石の磁力の有効利用が図れる永久磁石式モータ等の回転
機の実現を目的としている。
【０００８】
【課題を解決するための手段】上記目的を達成するため
に、本発明においては、内部磁石型の回転子ヨークを、
同一素材からなる永久磁石部分と軟磁性部分とが連続し
た一体部材で構成するという技術的手段を採用した。こ
のとき、前記部材の永久磁石部分は保磁力が２０,００
０Ａ／ｍ（約２５０Ｏｅ）以上であることが好ましい。
また、前記部材の軟磁性部分はＢｓが０．７Ｔ以上であ
ることが好ましい。
に、本発明においては、内部磁石型の回転子ヨークを、
同一素材からなる永久磁石部分と軟磁性部分とが連続し
た一体部材で構成するという技術的手段を採用した。こ
のとき、前記部材の永久磁石部分は保磁力が２０,００
０Ａ／ｍ（約２５０Ｏｅ）以上であることが好ましい。
また、前記部材の軟磁性部分はＢｓが０．７Ｔ以上であ
ることが好ましい。
【０００９】本発明に使用する上記同一組成からなる永
久磁石部分および軟磁性部分とが共存した部材の素材と
しては、熱処理によって永久磁石部分と軟磁性部分の両
特性を発現できるスピノ−ダル分解型の磁石材料がその
一例としてあげられる。スピノ−ダル分解を利用して高
い保磁力を得る磁石材料は、高温のフェライト単相領域
で溶体化処理するか、もしくは溶融点以上の温度で溶融
・凝固してフェライト単相の組織とすると保磁力の小さ
い軟磁性材料となることが多く、本発明ではこの点に着
目した。このスピノ−ダル分解型の磁石材料の例として
は、Fe-Cr-Co系の半硬質磁性材料、アルニコ磁石と俗称
されるFe-Al-Ni-Coを主成分とする合金磁石が良く知ら
れている。
久磁石部分および軟磁性部分とが共存した部材の素材と
しては、熱処理によって永久磁石部分と軟磁性部分の両
特性を発現できるスピノ−ダル分解型の磁石材料がその
一例としてあげられる。スピノ−ダル分解を利用して高
い保磁力を得る磁石材料は、高温のフェライト単相領域
で溶体化処理するか、もしくは溶融点以上の温度で溶融
・凝固してフェライト単相の組織とすると保磁力の小さ
い軟磁性材料となることが多く、本発明ではこの点に着
目した。このスピノ−ダル分解型の磁石材料の例として
は、Fe-Cr-Co系の半硬質磁性材料、アルニコ磁石と俗称
されるFe-Al-Ni-Coを主成分とする合金磁石が良く知ら
れている。
【００１０】スピノ−ダル分解型の磁石材料を素材とし
て、複合磁性部材を製造する方法は、まず素材全体が磁
石となる条件で熱処理を行った後、得られた磁石の一部
を局部的に加熱・冷却するか、もしくは局部的に溶融・
凝固して局部的なフェライト単相組織（軟磁性部）を作
るというものである。局部加熱の熱源としては、ＣＯ ２
レ−ザ、ＥＢ溶接機、プラズマ溶接機、高周波加熱等、
公知のいかなる熱源を用いてもよい。また、永久磁石部
分は磁場中熱処理、あるいは圧延により磁化容易方向性
を付加することが可能である。
て、複合磁性部材を製造する方法は、まず素材全体が磁
石となる条件で熱処理を行った後、得られた磁石の一部
を局部的に加熱・冷却するか、もしくは局部的に溶融・
凝固して局部的なフェライト単相組織（軟磁性部）を作
るというものである。局部加熱の熱源としては、ＣＯ ２
レ−ザ、ＥＢ溶接機、プラズマ溶接機、高周波加熱等、
公知のいかなる熱源を用いてもよい。また、永久磁石部
分は磁場中熱処理、あるいは圧延により磁化容易方向性
を付加することが可能である。
【００１１】本発明によれば、永久磁石方式の回転機に
おいて、回転子ヨークは基本的に同一組成の一体部材か
ら形成されているので回転子の機械的強度が向上でき、
かつ、永久磁石と軟磁性材との間の不要なエアギャップ
を削減できる。なおかつ永久磁石の形状の自由度が向上
し、短絡磁束を抑制して永久磁石の有効利用が図れる。
おいて、回転子ヨークは基本的に同一組成の一体部材か
ら形成されているので回転子の機械的強度が向上でき、
かつ、永久磁石と軟磁性材との間の不要なエアギャップ
を削減できる。なおかつ永久磁石の形状の自由度が向上
し、短絡磁束を抑制して永久磁石の有効利用が図れる。
【００１２】
【発明の実施の形態】以下、本発明の一実施例について
図面とともに説明する。先ず、本実施例では、回転子磁
性体を形成する複合磁性材料として、Fe-Cr-Co系の半硬
質磁性材を用いている。本実施例では、素材として質量
%でFe-32%Cr-14%Co組成の材料を用いた。この材料を選
定したのは、容易に入手できるFe-Cr-Co系半硬質磁性材
料の中で最も保磁力が高いことによるが、本発明の素材
としては、この他にもFe-30%Cr-10%Co、Fe-25%Cr-8%Co
等、公知のいかなる半硬質磁性材料を用いても良い。ま
た保磁力を更に高めるために、Fe-Cr-Co系組成にTi、M
o、V、Ni等の元素を添加した素材を用いても良い。
図面とともに説明する。先ず、本実施例では、回転子磁
性体を形成する複合磁性材料として、Fe-Cr-Co系の半硬
質磁性材を用いている。本実施例では、素材として質量
%でFe-32%Cr-14%Co組成の材料を用いた。この材料を選
定したのは、容易に入手できるFe-Cr-Co系半硬質磁性材
料の中で最も保磁力が高いことによるが、本発明の素材
としては、この他にもFe-30%Cr-10%Co、Fe-25%Cr-8%Co
等、公知のいかなる半硬質磁性材料を用いても良い。ま
た保磁力を更に高めるために、Fe-Cr-Co系組成にTi、M
o、V、Ni等の元素を添加した素材を用いても良い。
【００１３】図１に、本発明の一実施例で使用した複合
磁性材料の永久磁石特性を示すＢＨカーブを示す。図２
には、本発明の一実施例で使用した複合磁性材料の軟磁
性特性を示すＢＨカーブを示す。以上のような特性を発
現しうる上記した複合磁性材料を厚さ約１ｍｍの板に圧
延し、610℃で2時間加熱後、480℃までの温度域を5℃／
ｈの冷却速度で冷却し、その後、空冷することで全体を
永久磁石特性とした。全体が永久磁石特性となった板に
対して、CO2レ−ザを用いて局部的に１１５０℃以上に
加熱し、部分的には溶融凝固する部分も生ずる条件で熱
処理を行った。加熱後の冷却は、加熱部分が点加熱であ
り、加熱点を移動させる熱処理方式であるため周囲の物
質がヒートシンクの役割を果たし急冷となることで部分
的な軟磁性を発現させた。しかる後に、回転子全体に着
磁磁界を印加して永久磁石特性部分を着磁し、永久磁石
回転子を完成させた。
磁性材料の永久磁石特性を示すＢＨカーブを示す。図２
には、本発明の一実施例で使用した複合磁性材料の軟磁
性特性を示すＢＨカーブを示す。以上のような特性を発
現しうる上記した複合磁性材料を厚さ約１ｍｍの板に圧
延し、610℃で2時間加熱後、480℃までの温度域を5℃／
ｈの冷却速度で冷却し、その後、空冷することで全体を
永久磁石特性とした。全体が永久磁石特性となった板に
対して、CO2レ−ザを用いて局部的に１１５０℃以上に
加熱し、部分的には溶融凝固する部分も生ずる条件で熱
処理を行った。加熱後の冷却は、加熱部分が点加熱であ
り、加熱点を移動させる熱処理方式であるため周囲の物
質がヒートシンクの役割を果たし急冷となることで部分
的な軟磁性を発現させた。しかる後に、回転子全体に着
磁磁界を印加して永久磁石特性部分を着磁し、永久磁石
回転子を完成させた。
【００１４】図３に永久磁石特性及び軟磁性特性を共存
させた複合磁性材料を使用した内部磁石型回転子を有す
る回転機３０の断面を示す。この実施例では、永久磁石
特性部分３１は回転子３２を横断し、その端部３３は固
定子３４と回転子３２が対向するエアギャップ３５に部
分的に接している。着磁磁界は図３中、矢印で示された
方向にほぼ沿うように印加した。このようにして製造し
た回転子３２に回転軸３９を中心に設け、巻線を施され
た固定子３４と組み合わせて回転トルクを測定した。固
定子のスロット数は２４であり、固定子コイル３６の巻
線はＹ結線された３相分布巻線でＵ相とＶ相間に直流電
流を流した。各スロット中を流れるアンペアターン数は
３００ＡＴとした。
させた複合磁性材料を使用した内部磁石型回転子を有す
る回転機３０の断面を示す。この実施例では、永久磁石
特性部分３１は回転子３２を横断し、その端部３３は固
定子３４と回転子３２が対向するエアギャップ３５に部
分的に接している。着磁磁界は図３中、矢印で示された
方向にほぼ沿うように印加した。このようにして製造し
た回転子３２に回転軸３９を中心に設け、巻線を施され
た固定子３４と組み合わせて回転トルクを測定した。固
定子のスロット数は２４であり、固定子コイル３６の巻
線はＹ結線された３相分布巻線でＵ相とＶ相間に直流電
流を流した。各スロット中を流れるアンペアターン数は
３００ＡＴとした。
【００１５】回転子の角度に対して電流が発生する回転
磁界の角度（相対角度）を横軸に、正規化された発生ト
ルクを縦軸に示した測定結果を図４に示す。通常の永久
磁石式回転子を用いた場合は、永久磁石の発生する磁界
が固定子コイルと鎖交する事によって回転トルクを発生
するため、トルク発生の中心角度は電気角で９０deg度
及び２７０degの箇所であるが、本発明の回転子ではリ
ラクタンストルクをも発生するため、最大トルクが３０
degと３００deg付近に移動していることがわかる。
磁界の角度（相対角度）を横軸に、正規化された発生ト
ルクを縦軸に示した測定結果を図４に示す。通常の永久
磁石式回転子を用いた場合は、永久磁石の発生する磁界
が固定子コイルと鎖交する事によって回転トルクを発生
するため、トルク発生の中心角度は電気角で９０deg度
及び２７０degの箇所であるが、本発明の回転子ではリ
ラクタンストルクをも発生するため、最大トルクが３０
degと３００deg付近に移動していることがわかる。
【００１６】本発明の複合磁性材料においては、同一組
成の一体部材に対し、例えば熱処理を施すことによって
任意の形状に永久磁石特性部分を形成することが可能で
あるため、従来例として示した図９のように複数の磁石
１’を嵌め込んでいる穴部分８’に永久磁石との隙間６
が存在するのに対し、本例では隙間が生じることがな
い。又、図１０のような従来例では磁石に囲まれた部分
の軟磁性材料を保持するための橋渡し部分８が必要であ
り、これは軟磁性材料に貫通穴９を明けることでで形成
されている。この点で複合磁性材料を用いた図３におい
ては永久磁石特性部分と軟磁性特性部分とが連続した部
材で一体的に形成されるため、橋渡し部分をなくすこと
ができると共に永久磁石特性部分を機械的構造部材とし
ても使用できる。以上より、永久磁石で１極全体を取り
囲む理想的な形状をとることが可能となり、永久磁石の
面積を増加する、軟磁性材料の橋渡し部分での磁束短絡
が防げる、リラクタンストルクを増加できる、高い強度
を得られる等の利点を生じる。
成の一体部材に対し、例えば熱処理を施すことによって
任意の形状に永久磁石特性部分を形成することが可能で
あるため、従来例として示した図９のように複数の磁石
１’を嵌め込んでいる穴部分８’に永久磁石との隙間６
が存在するのに対し、本例では隙間が生じることがな
い。又、図１０のような従来例では磁石に囲まれた部分
の軟磁性材料を保持するための橋渡し部分８が必要であ
り、これは軟磁性材料に貫通穴９を明けることでで形成
されている。この点で複合磁性材料を用いた図３におい
ては永久磁石特性部分と軟磁性特性部分とが連続した部
材で一体的に形成されるため、橋渡し部分をなくすこと
ができると共に永久磁石特性部分を機械的構造部材とし
ても使用できる。以上より、永久磁石で１極全体を取り
囲む理想的な形状をとることが可能となり、永久磁石の
面積を増加する、軟磁性材料の橋渡し部分での磁束短絡
が防げる、リラクタンストルクを増加できる、高い強度
を得られる等の利点を生じる。
【００１７】図１に示す如く、Ｆｅ−Ｃｒ−Ｃｏ半硬質
磁石材においては、その保磁力は小さく、図１１に示す
ような永久磁石特性部分が回転子表面に存在する表面磁
石型磁石回転子に使用した場合は、固定子巻線による逆
磁界が永久磁石部分に直接印加されるため、永久磁石を
減磁させることになる。しかし、図３に示すような内部
磁石型磁石回転子として使用した場合においては、図５
に磁束の流れを模式的に示すように固定子巻線が発生し
た磁束Ａ3、Ａ4は軟磁性部分３２、３８を主に通過し、
永久磁石特性部分３１には大変弱い逆磁界が印加される
のみである。特にトルクを発生するためには固定子コイ
ル３６によって発生される磁界が永久磁石の磁極面に対
して斜めに印加されるため、固定子コイルによって発生
される磁界は軟磁性体内部を効率よく通過することとな
る。このため、ＲＰＭモータを含む内部磁石型回転子に
於いては、永久磁石特性部分には小さい逆磁界が印加さ
れるのみであり、永久磁石の特性としては保磁力が約２
０,０００Ａ／ｍ（約２５０Ｏｅ）程度あれば十分であ
る。
磁石材においては、その保磁力は小さく、図１１に示す
ような永久磁石特性部分が回転子表面に存在する表面磁
石型磁石回転子に使用した場合は、固定子巻線による逆
磁界が永久磁石部分に直接印加されるため、永久磁石を
減磁させることになる。しかし、図３に示すような内部
磁石型磁石回転子として使用した場合においては、図５
に磁束の流れを模式的に示すように固定子巻線が発生し
た磁束Ａ3、Ａ4は軟磁性部分３２、３８を主に通過し、
永久磁石特性部分３１には大変弱い逆磁界が印加される
のみである。特にトルクを発生するためには固定子コイ
ル３６によって発生される磁界が永久磁石の磁極面に対
して斜めに印加されるため、固定子コイルによって発生
される磁界は軟磁性体内部を効率よく通過することとな
る。このため、ＲＰＭモータを含む内部磁石型回転子に
於いては、永久磁石特性部分には小さい逆磁界が印加さ
れるのみであり、永久磁石の特性としては保磁力が約２
０,０００Ａ／ｍ（約２５０Ｏｅ）程度あれば十分であ
る。
【００１８】第二の実施例による回転子断面図を図６に
示す。この実施例は前記の実施例に比べ、さらに永久磁
石部分に印加される逆磁界を低減するために考案された
もので、図６にその断面を示すように回転子３２の外周
部には永久磁石特性部分３１の端部３３が露出せず、軟
磁性部分で周囲を取り囲んでいる。このように永久磁石
特性部分と軟磁性特性部分とを配置することにより、固
定子コイルによって発生される磁束は永久磁石特性部分
で囲まれた軟磁性特性部分に閉じることなく、永久磁石
特性部分とエアギャップ部分に挟まれた軟磁性特性部分
を通り、容易に固定子鉄芯に還流することが可能とな
る。その結果、永久磁石特性部分に印加させる逆磁界の
大きさをさらに低減することが可能となる。
示す。この実施例は前記の実施例に比べ、さらに永久磁
石部分に印加される逆磁界を低減するために考案された
もので、図６にその断面を示すように回転子３２の外周
部には永久磁石特性部分３１の端部３３が露出せず、軟
磁性部分で周囲を取り囲んでいる。このように永久磁石
特性部分と軟磁性特性部分とを配置することにより、固
定子コイルによって発生される磁束は永久磁石特性部分
で囲まれた軟磁性特性部分に閉じることなく、永久磁石
特性部分とエアギャップ部分に挟まれた軟磁性特性部分
を通り、容易に固定子鉄芯に還流することが可能とな
る。その結果、永久磁石特性部分に印加させる逆磁界の
大きさをさらに低減することが可能となる。
【００１９】図６の構成によれば、たとえば軟磁性特性
部分の軟磁性特性を発現させるためにレーザビーム等で
局所的に加熱する場合に起こりうる部分的な溶解に起因
する回転子外形部分の寸法公差不良も避けることが出来
るというメリットもある。
部分の軟磁性特性を発現させるためにレーザビーム等で
局所的に加熱する場合に起こりうる部分的な溶解に起因
する回転子外形部分の寸法公差不良も避けることが出来
るというメリットもある。
【００２０】第三の実施例として、１磁極に対して複数
の永久磁石特性部分を有する回転子の断面模式図を図７
に示す。この第三の実施例によれば、永久磁石の間に第
１の永久磁石特性部分３１１、第２の永久磁石特性部分
３１２及び第３の永久磁石特性部分３１３と多数の軟磁
性特性部分を層状に設置することが可能となり、リラク
タンストルクをより多く発生させることが可能となる。
の永久磁石特性部分を有する回転子の断面模式図を図７
に示す。この第三の実施例によれば、永久磁石の間に第
１の永久磁石特性部分３１１、第２の永久磁石特性部分
３１２及び第３の永久磁石特性部分３１３と多数の軟磁
性特性部分を層状に設置することが可能となり、リラク
タンストルクをより多く発生させることが可能となる。
【００２１】第四の実施例として、１磁極に対して複数
の湾曲した、あるいは円弧状とも呼ぶことが出来る永久
磁石部分３１１’、３１２’及び３１３’を有する回転
子の断面模式図を図８に示す。この第四の実施例によれ
ば、永久磁石部分、あるいは軟磁性特性部分に屈曲部が
なく、例えばレーザビーム等で局所的な加熱部を移動さ
せながら熱処理を行う場合に熱処理が平均して行うこと
が出来る利点を有する。
の湾曲した、あるいは円弧状とも呼ぶことが出来る永久
磁石部分３１１’、３１２’及び３１３’を有する回転
子の断面模式図を図８に示す。この第四の実施例によれ
ば、永久磁石部分、あるいは軟磁性特性部分に屈曲部が
なく、例えばレーザビーム等で局所的な加熱部を移動さ
せながら熱処理を行う場合に熱処理が平均して行うこと
が出来る利点を有する。
【００２２】なお、上記実施例ではFe-Cr-Co系半硬質磁
性材料を複合磁性材料として用いたがこれに限定される
ものではなく、例えばFe-Al-Ni-Co系の合金組成である
アルニコ磁石でも、Fe-Cr-Co系半硬質磁性材料と同様に
永久磁石部分と軟磁性部分とが共存する複合磁性部材を
実現することが可能であり、以上の実施例による磁石回
転子はアルニコ磁石でも実現することが可能である。
性材料を複合磁性材料として用いたがこれに限定される
ものではなく、例えばFe-Al-Ni-Co系の合金組成である
アルニコ磁石でも、Fe-Cr-Co系半硬質磁性材料と同様に
永久磁石部分と軟磁性部分とが共存する複合磁性部材を
実現することが可能であり、以上の実施例による磁石回
転子はアルニコ磁石でも実現することが可能である。
【００２３】
【発明の効果】本発明は以上記述のような構成及び作用
であるから、下記の効果を奏し得る。 （１）回転子の機械的強度が向上。 （２）永久磁石と軟磁性材との間の不要なエアギャップ
を削減できる。 （３）永久磁石の形状の自由度が向上する。 （４）不要な磁束短絡部分が削減でき、永久磁石の有効
利用が図れる。
であるから、下記の効果を奏し得る。 （１）回転子の機械的強度が向上。 （２）永久磁石と軟磁性材との間の不要なエアギャップ
を削減できる。 （３）永久磁石の形状の自由度が向上する。 （４）不要な磁束短絡部分が削減でき、永久磁石の有効
利用が図れる。
【図１】本発明の一実施例で使用した複合磁性材料の永
久磁石特性を示すＢＨカーブ線図である。
久磁石特性を示すＢＨカーブ線図である。
【図２】本発明の一実施例で使用した複合磁性材料の軟
磁性特性を示すＢＨカーブ線図である。
磁性特性を示すＢＨカーブ線図である。
【図３】永久磁石特性及び軟磁性特性を共存させた複合
磁性材料を使用した回転機の一実施例を示す断面図であ
る。
磁性材料を使用した回転機の一実施例を示す断面図であ
る。
【図４】実施例による発生トルクの測定結果を示す角度
−トルク線図である。
−トルク線図である。
【図５】本発明の実施例による固定子コイルにより発生
する磁束の流れ模式図を示す拡大図である。
する磁束の流れ模式図を示す拡大図である。
【図６】本発明の第二の実施例による複合磁性材料を使
用した回転機の断面図である。
用した回転機の断面図である。
【図７】本発明の他の実施例に関わる回転子の模式断面
図である。
図である。
【図８】本発明の他の実施例に関わる回転子の模式断面
図である。
図である。
【図９】従来の内部磁石型回転子の状態を示す断面図で
ある。
ある。
【図１０】従来の内部磁石型永久磁石モータ用回転子を
有する回転機の断面図の一例である。
有する回転機の断面図の一例である。
【図１１】従来の表面磁石型永久磁石モータ用回転子を
有する回転機の断面図の一例である（ＳＰＭ）。
有する回転機の断面図の一例である（ＳＰＭ）。
【図１２】従来の内部磁石型永久磁石モータ用回転子を
有する回転機の断面図の一例である。
有する回転機の断面図の一例である。
３０、４０：内部磁石型回転子を有する回転機 ３１、４１：永久磁石部分 ３２、４２：回転子ヨーク（軟磁性部分） ３３、４３：永久磁石部分の端部 ３４、４４：固定子ヨーク ３５、４５：エアギャップ ３６、４６：固定子コイル ３７、４７：貫通穴 ３８、４８：固定子磁極 ３９、４９：回転軸 １：永久磁石 ２：回転子ヨーク ３：固定子ヨーク ４：エアギャップ ５：回転軸 ７：コイル ８：橋渡し部 Ａ１〜Ａ４：有効磁束 Ｂ１、Ｂ２：漏れ磁束
フロントページの続き (51)Int.Cl.7 識別記号 ＦＩ テーマコート゛(参考） Ｈ０２Ｋ 21/14 Ｈ０２Ｋ 21/14 Ｍ Ｆターム(参考） 5H002 AA09 AB07 AC04 AC06 AE08 5H619 AA01 AA05 BB01 BB06 BB22 BB24 PP02 PP04 PP08 5H621 GA01 GA04 GA16 HH01 JK02 JK05 5H622 AA03 CA02 CA13 CB01 CB04 CB05 DD02 DD03 PP10 PP11
Claims (8)
- 【請求項１】 複数の永久磁石を回転子ヨーク内に設け
た内部磁石型回転子と、この回転子とエアギャップを隔
てて対向する固定子を有する回転機であって、前記回転
子が同一組成からなる永久磁石部分と軟磁性部分とが共
存した複合磁性部材で構成されていることを特徴とする
回転機。 - 【請求項２】 前記永久磁石部分は、保磁力が２０,０
００Ａ／ｍ（約２５０Ｏｅ）以上であることを特徴とす
る請求項１に記載の回転機。 - 【請求項３】 前記複合磁性部材は、スピノ−ダル分解
型の磁石材料であることを特徴とする請求項１又は２に
記載の回転機。 - 【請求項４】 前記複合磁性部材は、Fe-Cr-Co系半硬質
磁性材料であることを特徴とする請求項１又は２に記載
の回転機。 - 【請求項５】 前記複合磁性部材は、Fe-Al-Ni-Co系磁
石材料であることを特徴とする請求項１又は２に記載の
回転機。 - 【請求項６】 前記回転子の永久磁石部分の磁極面が実
質的に全面に亘り軟磁性部分と接しており、固定子に対
向するエアギャップに対して露出した面は、主に軟磁性
部分によって形成されていることを特徴とする請求項１
乃至５に記載の回転機。 - 【請求項７】 前記回転子のエアギャップに対して露出
した面は、全面に亘って軟磁性部分によって形成されて
いることを特徴とする請求項１乃至５に記載の回転機。 - 【請求項８】 前記複合磁性部材の軟磁性の発現は、部
分的に熱処理を行うことで形成することを特徴とする請
求項１乃至７に記載の回転機。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP2000042812A JP2001238382A (ja) | 2000-02-21 | 2000-02-21 | 回転機 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP2000042812A JP2001238382A (ja) | 2000-02-21 | 2000-02-21 | 回転機 |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JP2001238382A true JP2001238382A (ja) | 2001-08-31 |
Family
ID=18565835
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP2000042812A Pending JP2001238382A (ja) | 2000-02-21 | 2000-02-21 | 回転機 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JP2001238382A (ja) |
Cited By (2)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| FR2895844A1 (fr) * | 2006-01-03 | 2007-07-06 | Leroy Somer Moteurs | Machine electrique tournante comportant des pieces polaires et des aimants permanents |
| CN113726047A (zh) * | 2021-08-25 | 2021-11-30 | 珠海格力电器股份有限公司 | 一种电机转子及具有其的永磁辅助磁阻电机 |
-
2000
- 2000-02-21 JP JP2000042812A patent/JP2001238382A/ja active Pending
Cited By (4)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| FR2895844A1 (fr) * | 2006-01-03 | 2007-07-06 | Leroy Somer Moteurs | Machine electrique tournante comportant des pieces polaires et des aimants permanents |
| WO2007077381A1 (fr) * | 2006-01-03 | 2007-07-12 | Moteurs Leroy-Somer | Machine electrique tournante comportant des pieces polaires et des aimants permanents |
| US7911103B2 (en) | 2006-01-03 | 2011-03-22 | Moteurs Leroy-Somer | Rotary electrical machine including pole pieces and permanent magnets |
| CN113726047A (zh) * | 2021-08-25 | 2021-11-30 | 珠海格力电器股份有限公司 | 一种电机转子及具有其的永磁辅助磁阻电机 |
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Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| A711 | Notification of change in applicant |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A712 Effective date: 20040526 |