JP2003219586A - 永久磁石式回転電機 - Google Patents

永久磁石式回転電機

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浩幸 三上
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Abstract

(57)【要約】 【課題】永久磁石式回転電機の磁石の磁束を有効に活用
でき、小型軽量化する。 【解決手段】固定子鉄心のティースに巻線を施した固定
子と、永久磁石を回転子鉄心に放射状に配置された永久
磁石挿入孔に埋め込んだ回転子とを備えた永久磁石式回
転電機において、回転軸から伸びるスパイダが前記永久
磁石間下部に接合されていることを特徴とする永久磁石
式回転電機。 【効果】永久磁石式回転電機において、磁石の磁束を有
効に活用でき、小型軽量化できる。

Description

【発明の詳細な説明】
【0001】
【発明の属する技術分野】本発明は、永久磁石式回転電
機に関する。
【0002】
【従来の技術】従来、永久磁石式回転電機の永久磁石の
表面磁束を有効に活用する構造として、特開2000−
152534号公報(以下引例1と称す)には、永久磁
石を放射状に配置し、回転子鉄心の外径を磁極の中心で
大きく、磁極と磁極の境で小さくし、回転子鉄心と軸の
間に非磁性体を介在させたものが記載されている。ま
た、回転子の径が大きい場合には、スパイダ構造を用い
る。特開平10−174325号公報(以下引例2と称す)に
は、スパイダに永久磁石及び、非磁性の極間スペーサ,
非磁性の側面保護部材と外周保護部材で構成された回転
子が記載されている。
【0003】
【発明が解決しようとする課題】永久磁石式回転電機で
は、永久磁石を放射状に配置することにより、磁石の磁
束を有効に使うことができ、磁石量の低減を図ることが
でき、回転電機を小型軽量化することができる。しかし
ながら、軸が磁性体の場合では、軸に磁束が流れてしま
うため特性が低下してしまう。そのため引例1では回転
子鉄心と軸の間に非磁性体を介在させている。しかしな
がら、軸は磁性体のため、非磁性体を厚くしなければな
らないという問題がある。また、回転子鉄心を大径化
し、スパイダを用いることにより非磁性体の厚さを低減
することも可能であるが、磁性体であるスパイダの取り
付け位置によっては、スパイダを磁束が通ってしまうた
め、回転電機の特性が低下してしまう問題がある。
【0004】
【課題を解決するための手段】以上の点に鑑み本発明
は、永久磁石式回転電機において、強度を保ちつつ、非
磁性体の厚さを低減し、磁石の磁束を有効に活用でき、
小型軽量化を図ることができる永久磁石式回転電機を提
供する。
【0005】本発明の特徴は、固定子鉄心のティースに
巻線を施した固定子と、永久磁石を回転子鉄心に放射状
に埋め込んだ回転子を備えた永久磁石式回転電機におい
て、回転軸から伸びるスパイダを磁極下に設けることに
ある。
【0006】
【発明の実施の形態】以下、本発明の実施例を、図面を
参照して説明する。
【0007】図1に、30極の永久磁石式回転電機に適
用した第1実施例につき回転子軸方向断面を示した図で
ある。回転子10は、回転軸11から伸びるスパイダ1
2に非磁性体13を接合し、非磁性体13上部に回転子
鉄心14を嵌合固着し、この回転子鉄心14に放射状に
形成された永久磁石挿入孔15に、永久磁石16を軸方
向から、着磁方向17のように、隣り合う永久磁石16
のN極とS極とが向かい合うように30個挿入し、組込
むことによって構成され、固定子20の内部に固定子テ
ィース先端部21とギャップ22を有する状態で回転可
能に配置されている。固定子ティース23の間にはスロ
ット24があり、ここには図示されていないが、スロッ
ト24には三相の分布巻巻線、あるいは固定子ティース
23に集中的に巻かれた三相の集中巻巻線が配置され
る。
【0008】図2は、第1実施例につき、回転子10を
拡大して示したものである。スパイダ12は、磁極25
の下部に配置されている。このスパイダ12の位置は、
永久磁石16の非磁性体13側の中心をmc1,mc2
で表し、このmc1,mc2の距離をd1とし、mc1
からスパイダ12の非磁性体13側の中心pまでの距離
をd2としたとき、スパイダ位置係数Cpを用いてd2
=Cp・d1となるように設定する。第1実施例におい
てはCp=0.5となる。
【0009】また、非磁性体13の厚さをt1,回転子
鉄心14の厚さをt2で表している。
【0010】図3は、比較例1として、スパイダ12を
永久磁石16下部、すなわちCp=0あるいはCp=1
の位置に設けた回転子30を拡大して示したものであ
る。図2と図3を用いて本発明の効果を説明すると、比
較例1のようにスパイダ12を永久磁石16下部に設け
ると、永久磁石16から発生する磁束はスパイダ12を
通るため、漏れ磁束が増え、誘導起電力の実効値が低下
する。しかしながら、第1実施例のように、スパイダ1
2を磁極25下部に設けることにより、永久磁石16か
ら発生する磁束はスパイダ12を通り難くなるため、漏
れ磁束が減少し、誘導起電力の実効値が増加することと
なる。誘導起電力の実効値により、回転電機の体格を決
定するため第1実施例の構造とすることにより、回転電
機を小型軽量化することができる。
【0011】図4は、縦軸を誘導起電力値とし、横軸を
回転子位置(電気角で表示)としてスパイダ12を磁極
25下部に設けた第1実施例の誘導起電力波形41と、
比較例1としてスパイダ12を永久磁石16下部に設け
た場合の誘導起電力波形42を示す。スパイダの取り付
け位置により、誘導起電力の実効値が変化していること
がわかる。誘導起電力波形41の実効値は376.3V
であり、誘導起電力波形42の実効値は311.9V で
あるため、スパイダ12を磁極25下部に設けることに
より、誘導起電力の実効値を約1.2 倍することができ
る。
【0012】図5は、縦軸を誘導起電力値とし、横軸を
厚さ係数Cとしてスパイダ12を磁極25下部に設けた
第1実施例の効果51と比較例1の効果52を示す。こ
こで、前記非磁性体の厚さt1と前記回転子鉄心の厚さ
t2を用いてt1=C・t2と表したとき同図より、厚
さ係数Cが0.8 以下において第1実施例と比較例1の
誘導起電力に差が生じており、厚さ係数C=0.04 に
おいて第1実施例の誘導起電力は375.0V であり、
比較例1の誘導起電力263.3Vの1.42倍とするこ
とができる。但し、非磁性体の厚さt1は製作限界を考
慮し1mm以上とする。
【0013】図6は、縦軸を誘導起電力値とし、横軸を
スパイダ位置係数Cpとして、第1実施例においてスパ
イダ位置を変化させた場合の効果61を示す。同図より
0.167≦Cp≦0.833の範囲では、誘導起電力値
がCp=0あるいはCp=1と比較して約1割高い。そ
のためスパイダ位置係数Cpは0.167≦Cp≦0.8
33と設定することが望ましい。さらに、Cp≒0.5
(0.4≦Cp≦0.6)に設定すると最も誘導起電力値
が高くなる。
【0014】
【発明の効果】本発明によれば、永久磁石式回転電機に
おいて、磁石の磁束を有効に活用でき、小型軽量化でき
る。
【図面の簡単な説明】
【図1】本発明の第1実施例の永久磁石式回転電機にお
ける主要断面の概略を示す図。
【図2】図1の部分拡大図。
【図3】本発明の比較例の部分拡大図。
【図4】本発明の第1実施例の効果を示す図。
【図5】本発明の第1実施例の効果を示す図。
【図6】本発明の第1実施例の効果を示す図。
【符号の説明】
10,30…回転子、11…回転軸、12…スパイダ、
13…非磁性体、14…回転子鉄心、15…永久磁石挿
入孔、16…永久磁石、20…固定子、21…固定子テ
ィース先端部、22…ギャップ、25…磁極。
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 三上 浩幸 茨城県日立市大みか町七丁目1番1号 株 式会社日立製作所日立研究所内 (72)発明者 高橋 身佳 茨城県日立市大みか町七丁目1番1号 株 式会社日立製作所日立研究所内 Fターム(参考) 5H002 AA08 AA09 AB07 AB09 AC04 AC07 AC08 AE06 AE08 5H621 GA01 GA14 GA16 GB03 HH01 HH08 JK02 JK05 5H622 AA03 CA05 CB04 CB05 PP03 PP10 QB05

Claims (6)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】固定子鉄心のティースに巻線を施した固定
    子と、放射状に配置された永久磁石挿入孔を有する回転
    子と、前記永久磁石挿入孔に埋め込まれた永久磁石とを
    備えた永久磁石式回転電機において、回転軸から伸びる
    スパイダが前記永久磁石間下部に配置されていることを
    特徴とする永久磁石式回転電機。
  2. 【請求項2】固定子鉄心のティースに巻線を施した固定
    子と、放射状に配置された永久磁石挿入孔と回転軸とを
    有する回転子鉄心と、前記永久磁石挿入孔に埋め込まれ
    た永久磁石と、前記回転子鉄心の前記回転軸側に配置さ
    れた非磁性体とを有し、前記回転軸から伸びるスパイダ
    が前記永久磁石間下部に配置されていることを特徴とす
    る永久磁石式回転電機。
  3. 【請求項3】請求項2において、前記非磁性体の厚さt
    1と前記回転子鉄心の厚さt2を用いてt1=C・t2
    と表したとき、厚さ係数Cを0.04≦C≦0.8とし、
    t1≧1mmとしたことを特徴とする永久磁石式回転電
    機。
  4. 【請求項4】請求項2において、前記永久磁石の前記非
    磁性体側の中心をmc1,mc2とし、前記mc1,m
    c2の間の距離をd1とし、前記mc1から前記スパイ
    ダの前記非磁性体側の中心pまでの距離をd2とし、ス
    パイダ位置係数Cpを用いてd2=Cp・d1 と表し
    たとき、スパイダ位置係数Cpを0.167≦Cp≦0.
    833としたことを特徴とする永久磁石式回転電機。
  5. 【請求項5】請求項2において、前記永久磁石の前記非
    磁性体側の中心をmc1,mc2とし、このmc1,m
    c2の距離をd1とし、mc1から前記スパイダの前記
    非磁性体側の中心pまでの距離をd2とし、スパイダ位
    置係数Cpを用いてd2=Cp・d1と表したとき、ス
    パイダ位置係数CpをCp≒0.5 としたことを特徴と
    する永久磁石式回転電機。
  6. 【請求項6】請求項2において、前記永久磁石の前記非
    磁性体側の中心をmc1,mc2とし、このmc1,m
    c2の距離をd1とし、mc1から前記スパイダの前記
    非磁性体側の中心pまでの距離をd2とし、スパイダ位
    置係数Cpを用いてd2=Cp・d1と表したとき、ス
    パイダ位置係数Cpを0.4≦Cp≦0.6としたことを
    特徴とする永久磁石式回転電機。
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