JP2005261119A - Rotor - Google Patents

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Maomi Morishita
真臣 森下
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  • Iron Core Of Rotating Electric Machines (AREA)
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Abstract

<P>PROBLEM TO BE SOLVED: To prevent lowering of torque at low-speed rotation and also to suppress loss at high-speed rotation by optimizing the magnetic flux amount of gap corresponding to rotational speed, while improving the reliability and reducing the cost. <P>SOLUTION: A rotor 30 comprises a plurality of permanent magnets 33-36 embedded inside a cylindrical body 31, and magnetic flux barrier spaces 37-40 formed between the permanent magnetics. The magnetic flux barrier space is formed, extending radially in the crossing section, from the central part of the body to the outer periphery side, with at least a part of the magnetic flux barrier space being filled with a magnetic fluid 53 to fill it. At a low rotational speed, the gap magnetic flux amount is increased to increase torque; while at medium to high speed rotation, the gap magnetic flux amount is reduced to suppress loss. Since the magnetic fluid is employed, fixing problem of components cannot occur, and gap magnetic flux amount can be optimized to correspond to the rotational speed, with improved reliability and reduced cost. <P>COPYRIGHT: (C)2005,JPO&NCIPI

Description

本発明は、回転子、詳しくは、埋込磁石構造同期モータ(IPM:Interior Permanent Magnet)の回転子に係り、特に希土類磁石などのきわめて強い磁力を発生する永久磁石を埋め込んだ回転子に関する。   The present invention relates to a rotor, and more particularly, to an interior permanent magnet (IPM) rotor, and more particularly to a rotor embedded with a permanent magnet that generates a very strong magnetic force such as a rare earth magnet.

埋込磁石構造同期モータは、埋込磁石の磁束に加えて、固定子巻線に流れる電流が磁束を誘起するため、磁石トルクの他にもリラクタンストルクが作用し、これにより、小型のモータで大きなトルクと高い効率が得られることから、たとえば、空調機や冷蔵庫のコンプレッサまたは電気車の動力源などに用いて好適である。   In the embedded magnet structure synchronous motor, in addition to the magnetic flux of the embedded magnet, the current flowing in the stator winding induces the magnetic flux, so reluctance torque acts in addition to the magnet torque. Since a large torque and high efficiency can be obtained, it is suitable for use in, for example, an air conditioner, a compressor of a refrigerator, or a power source of an electric vehicle.

図6(a)は、IPMの回転子構造図である。この図において、回転子1は、円筒状の本体2と、この本体2の軸心に固定され且つ本体2の両端から突出する回転軸3とを有し、本体2の内部に、たとえば、4枚の永久磁石4〜7を埋設している。   FIG. 6A is a rotor structure diagram of the IPM. In this figure, the rotor 1 has a cylindrical main body 2 and a rotary shaft 3 that is fixed to the axis of the main body 2 and protrudes from both ends of the main body 2. Sheets of permanent magnets 4 to 7 are embedded.

永久磁石4〜7は、たとえば、希土類磁石などの強力磁石であり、ほぼ本体2の軸長Lと同等の長さを持つ板状の磁石が用いられる。永久磁石4〜7の磁極(N極とS極)は板の両面であり、各々の磁石の磁束は隣り合う極の磁石に向かうようになっている。   The permanent magnets 4 to 7 are, for example, strong magnets such as rare earth magnets, and plate-like magnets having a length substantially equal to the axial length L of the main body 2 are used. The magnetic poles (N pole and S pole) of the permanent magnets 4 to 7 are on both sides of the plate, and the magnetic flux of each magnet is directed to the magnet of the adjacent pole.

図6(b)は、磁束の経路図である。それぞれの永久磁石4〜7の磁極の向きを図示のとおりとすると、図面上側の永久磁石4から本体2の外表面の方向に出た磁束8は、磁束8aと磁束8bの二手に分かれ、それぞれ不図示の固定子を通った後、隣り合う極の永久磁石(図面右側の永久磁石5と図面左側の永久磁石7)に向かう。同様に、図面下側の永久磁石6から本体2の外表面の方向に出た磁束9も、磁束9aと磁束9bの二手に分かれ、それぞれ不図示の固定子を通った後、隣り合う極の永久磁石(図面右側の永久磁石5と図面左側の永久磁石7)に向かう。   FIG. 6B is a path diagram of the magnetic flux. If the directions of the magnetic poles of the permanent magnets 4 to 7 are as shown in the figure, the magnetic flux 8 emitted from the permanent magnet 4 on the upper side of the drawing in the direction of the outer surface of the main body 2 is divided into two hands, a magnetic flux 8a and a magnetic flux 8b. After passing through a stator (not shown), it goes to the adjacent permanent magnets (the permanent magnet 5 on the right side of the drawing and the permanent magnet 7 on the left side of the drawing). Similarly, the magnetic flux 9 emitted from the permanent magnet 6 on the lower side of the drawing toward the outer surface of the main body 2 is also divided into two parts, a magnetic flux 9a and a magnetic flux 9b, and after passing through a stator (not shown), It goes to the permanent magnets (the permanent magnet 5 on the right side of the drawing and the permanent magnet 7 on the left side of the drawing).

これらの磁束の経路は、回転子1の本体2の外部に設けられた固定子に向かうもの(磁石の利用率を表すものであり、ギャップ磁束ともいう)であるが、本体2の内部(回転子コア内部)においても磁束の経路が存在する。すなわち、図面右側の永久磁石5から回転軸3の方向に出た磁束は、磁束10aと磁束10bの二手に分かれ、それぞれ隣り合う極の永久磁石(図面上側の永久磁石4と図面下側の永久磁石6)に向かい、同様に、図面左側の永久磁石7から回転軸3の方向に出た磁束は、磁束11aと磁束11bの二手に分かれ、それぞれ隣り合う極の永久磁石(図面上側の永久磁石4と図面下側の永久磁石6)に向かう。   These magnetic flux paths are directed to a stator provided outside the main body 2 of the rotor 1 (representing a magnet utilization rate, also referred to as a gap magnetic flux), but inside the main body 2 (rotation). There is also a magnetic flux path in the child core. That is, the magnetic flux emitted from the permanent magnet 5 on the right side of the drawing in the direction of the rotating shaft 3 is divided into two parts, a magnetic flux 10a and a magnetic flux 10b. Similarly, the magnetic flux emitted from the permanent magnet 7 on the left side of the drawing in the direction of the rotating shaft 3 is divided into two types of magnetic flux 11a and magnetic flux 11b, and the adjacent permanent magnets (permanent magnets on the upper side of the drawing). 4 and the lower permanent magnet 6).

ここで、永久磁石の磁束収支(出た磁束の量と入った磁束の量)は等しいから、全ての永久磁石4〜7の特性を均一とすれば、「磁束8=磁束10a+磁束11a」、「磁束9=磁束10b+磁束11b」になるはずである。しかし、本体2の表面付近における漏れ磁束(図中の破線矢印で示す磁束12〜15)の存在により、実際には、「磁束8+磁束12+磁束15=磁束10a+磁束11a」、「磁束9+磁束13+磁束14=磁束10b+磁束11b」となり、結局、ギャップ磁束(磁束8、9)が上記の漏れ磁束12〜15の分だけ減少して磁石の利用率の低下、したがって、モータのトルクが低下する。   Here, since the magnetic flux balance of the permanent magnets (the amount of the magnetic flux that has come out and the amount of the magnetic flux that has entered) is equal, if the characteristics of all the permanent magnets 4 to 7 are made uniform, “magnetic flux 8 = magnetic flux 10a + magnetic flux 11a” It should be “magnetic flux 9 = magnetic flux 10b + magnetic flux 11b”. However, due to the presence of leakage magnetic flux in the vicinity of the surface of the main body 2 (magnetic fluxes 12 to 15 indicated by broken arrows in the figure), actually, “magnetic flux 8 + magnetic flux 12 + magnetic flux 15 = magnetic flux 10a + magnetic flux 11a”, “magnetic flux 9 + magnetic flux 13+”. Magnetic flux 14 = magnetic flux 10b + magnetic flux 11b ”. As a result, the gap magnetic flux (magnetic fluxes 8 and 9) is reduced by the amount of the leakage magnetic fluxes 12 to 15, and the utilization factor of the magnet is reduced, and thus the motor torque is reduced.

そこで、磁極間に磁束バリア空間部(後述)を設け、その磁束バリア空間部内に存在する媒体(空気)の低い透磁率を利用して、上記の漏れ磁束12〜15をできるだけ少なくする対策が行われている。   Therefore, a magnetic flux barrier space (described later) is provided between the magnetic poles, and measures are taken to reduce the leakage magnetic flux 12 to 15 as much as possible by utilizing the low permeability of the medium (air) existing in the magnetic flux barrier space. It has been broken.

しかしながら、かかる対策は、上記の漏れ磁束12〜15をできるだけ少なくしてギャップ磁束分(磁束8、9)を増大させることにより、トルクの低下を最小限とすることができる点で有益であるが、モータの回転数上昇に伴い、固定子側巻線には有効磁束とモータ回転数に比例する誘起電圧が発生し、運転可能な回転範囲の制限や、モータ端子電圧を抑制するための電流の増大などを招くという不利な点がある。特に、高速回転においては誘起電圧が大きくなり、モータ端子電圧を抑制するための電流による損失が増大すると共に、運転可能な回転数も低くなるため、誘起電圧の問題は避けられないものとなっている。   However, such a measure is beneficial in that the decrease in torque can be minimized by increasing the gap magnetic flux components (magnetic fluxes 8 and 9) by reducing the leakage magnetic fluxes 12 to 15 as much as possible. As the motor rotation speed increases, an induced voltage proportional to the effective magnetic flux and the motor rotation speed is generated in the stator side winding, limiting the rotation range that can be operated and the current to suppress the motor terminal voltage. There is a disadvantage that it causes an increase. In particular, at high speed rotation, the induced voltage increases, the loss due to the current to suppress the motor terminal voltage increases, and the operable speed also decreases, so the problem of induced voltage is inevitable. Yes.

そこで、磁極間に設けた磁束バリア空間部を、モータ高回転時に磁性体で機械的に閉鎖するようにしたものが知られている(たとえば、特許文献1参照)。   Therefore, a magnetic flux barrier space provided between the magnetic poles is known to be mechanically closed with a magnetic material when the motor rotates at a high speed (see, for example, Patent Document 1).

図6(c)は、従来技術の構造図である。この図において、本体2の内部には、軸心から本体2の外周面方向に延びる4個の磁束バリア空間部16〜19が放射状に形成されている。それぞれの磁束バリア空間部16〜19は、隣り合う極の永久磁石4〜7の間に位置する。磁束バリア空間部16〜19の内部には、磁束短絡鉄片20〜23が入れられており、これらの磁束短絡鉄片20〜23は通常はスプリング24〜27の力によって本体2の軸心方向に引っ張られているが、本体2の回転速度が増加して遠心力がスプリング24〜27の力を上回った場合には、磁束バリア空間部16〜19の内部を本体2の外周面方向に移動し、この磁束短絡鉄片20〜23を介して、上記の漏れ磁束12〜15を積極的に生じさせるようになっている。   FIG. 6C is a structural diagram of the prior art. In this figure, four magnetic flux barrier spaces 16 to 19 extending radially from the axial center toward the outer peripheral surface of the main body 2 are formed radially inside the main body 2. The respective magnetic flux barrier spaces 16 to 19 are located between the adjacent permanent magnets 4 to 7. Magnetic flux short-circuiting iron pieces 20 to 23 are placed inside the magnetic flux barrier spaces 16 to 19, and these magnetic flux short-circuiting iron pieces 20 to 23 are usually pulled in the axial direction of the main body 2 by the force of the springs 24 to 27. However, when the rotational speed of the main body 2 increases and the centrifugal force exceeds the force of the springs 24 to 27, the inside of the magnetic flux barrier spaces 16 to 19 moves toward the outer peripheral surface of the main body 2, The leakage magnetic fluxes 12 to 15 are positively generated through the magnetic flux short-circuit iron pieces 20 to 23.

図7(a)、(b)は、従来技術の作用説明図である。この従来技術によれば、(a)モータ低回転時には、隣り合う極の永久磁石の間に設けられた磁束バリア空間部16〜19内の媒体(空気)の低い透磁率により、上記の漏れ磁束12〜15を少なくしてギャップ磁束(磁束8、9)の量を増大し、トルク低下の要因を取り除くことができる一方、(b)モータ高回転時には、磁束短絡鉄片20〜23によって磁束バリア空間部16〜19を閉鎖し、この磁束短絡鉄片20〜23の高い透磁率によって上記の漏れ磁束12〜15を積極的に生じさせるようにしてギャップ磁束(磁束8、9)の量を少なくし、損失の抑制を図ることができる。   7 (a) and 7 (b) are diagrams for explaining the operation of the prior art. According to this prior art, (a) at the time of low motor rotation, the above leakage magnetic flux is caused by the low permeability of the medium (air) in the magnetic flux barrier spaces 16 to 19 provided between the permanent magnets of adjacent poles. While the amount of gap magnetic flux (magnetic fluxes 8 and 9) can be increased by reducing 12 to 15 and the cause of torque reduction can be eliminated, (b) the magnetic flux short-circuiting iron pieces 20 to 23 can prevent the magnetic flux barrier space during high motor rotation. The portions 16 to 19 are closed, and the leakage magnetic fluxes 12 to 15 are positively generated by the high permeability of the magnetic flux short-circuiting iron pieces 20 to 23 to reduce the amount of the gap magnetic flux (magnetic fluxes 8 and 9). Loss can be suppressed.

特開平11−275788号公報(〔0014〕−〔0015〕、第1図)JP-A-11-275788 ([0014]-[0015], FIG. 1)

しかしながら、上記の従来技術にあっては、隣り合う極の永久磁石4〜7の間に設けた磁束バリア空間部16〜19を、モータ高回転時に磁性体(磁束短絡鉄片20〜23)で“機械的”に閉鎖するようにする仕組みになっているため、コストや信頼性に劣るという問題点がある。   However, in the above prior art, the magnetic flux barrier spaces 16 to 19 provided between the adjacent permanent magnets 4 to 7 are made of a magnetic material (magnetic flux short-circuited iron pieces 20 to 23) when the motor rotates at high speed. There is a problem that it is inferior in cost and reliability because it is a mechanism for mechanically closing.

図7(c)、(d)は、従来技術の課題説明図である。(c)に示すように、磁束バリア空間部16〜19は、本体2の軸方向に沿った所定の長さ(本体2の軸長Lよりも若干短い長さ)を有する開口であり、磁束短絡鉄片20〜23は、この磁束バリア空間部16〜19に挿入された板状の形状を有している。理想的には、この磁束短絡鉄片20〜23は、(c)の白抜き矢印28で示すように、スプリング24〜27の付勢力と回転子1の回転に伴う遠心力とのバランスにより、磁束バリア空間部16〜19の内部をスムーズに、しかも、均衡状態で移動しなければならないところ、(d)に示すような不均衡な移動を生じた場合、磁束短絡鉄片20〜23に傾きが発生し、磁束短絡鉄片20〜23の端部と磁束バリア空間部16〜19の内壁面とが固着する可能性がある。このような固着状態に陥ってしまった場合、もはや、上述の作用効果(図7(c)、(d))は望めないので、信頼性の点で問題がある。また、磁束短絡鉄片20〜23やスプリング24〜27といった個別部品を必要とするため、それらの部品の製造及び組み付けのコストがかさむという問題もある。   FIGS. 7C and 7D are explanatory diagrams of problems in the prior art. As shown in (c), the magnetic flux barrier spaces 16 to 19 are openings having a predetermined length along the axial direction of the main body 2 (a length slightly shorter than the axial length L of the main body 2). The short-circuiting iron pieces 20 to 23 have a plate-like shape inserted into the magnetic flux barrier spaces 16 to 19. Ideally, the magnetic flux short-circuiting iron pieces 20 to 23 have a magnetic flux due to the balance between the urging forces of the springs 24 to 27 and the centrifugal force accompanying the rotation of the rotor 1 as indicated by the white arrow 28 in FIG. When the inside of the barrier spaces 16 to 19 must move smoothly and in an equilibrium state, if an unbalanced movement as shown in (d) occurs, the magnetic flux short-circuiting iron pieces 20 to 23 are inclined. And the edge part of the magnetic flux short circuit iron pieces 20-23 and the inner wall face of the magnetic flux barrier space parts 16-19 may adhere. When such a fixed state has occurred, the above-mentioned operational effects (FIGS. 7C and 7D) can no longer be expected, and there is a problem in terms of reliability. Further, since individual parts such as the magnetic flux short-circuiting iron pieces 20 to 23 and the springs 24 to 27 are required, there is a problem that the cost of manufacturing and assembling these parts is increased.

したがって、本発明の目的は、信頼性の向上とコストの削減を図りつつ、回転数に対応したギャップ磁束量の適正化を実現して、低速回転時のトルク低下防止、高速回転時の損失抑制、運転可能な回転範囲の拡大を共に達成することができる回転子を提供することにある。   Therefore, an object of the present invention is to realize an appropriate gap magnetic flux amount corresponding to the rotation speed while improving reliability and reducing cost, preventing torque reduction at low speed rotation, and suppressing loss at high speed rotation. Another object of the present invention is to provide a rotor capable of achieving both an increase in the operable rotation range.

本発明に係る回転子は、円筒形を有する本体の内部に埋め込まれた複数の永久磁石と、前記永久磁石の間に形成された磁束バリア空間部とを有し、前記磁束バリア空間部は、前記本体の中心部から外周側にかけて略放射状に延びる断面形状に形成されたものであり、且つ、少なくとも、その磁束バリア空間部の一部を満たす量の磁性流体を充填したことを特徴とする。
好ましくは、前記磁性流体は、軟磁性(磁石を近づけると磁化し遠ざけると消磁する性質)と流動性及び質量を持つ流体又は粉体であることを特徴とする。
この発明では、回転子の回転速度が低い(低速回転)ときには、磁束バリア空間部に充填された磁性流体に働く遠心力が小さく、且つ、永久磁石からの内部磁束(図1(b)の深内部磁束45〜48参照)によって磁化して引きつけられるため、ほとんどの磁性流体は、磁束バリア空間部の中心部に留め置かれる。したがって、磁束バリア空間部の外周側付近は、磁性流体が存在しない空気(低い透磁率)だけとなり、その低い透磁率によって、当該外周側近くを通る磁束(図1(b)の浅内部磁束49〜52参照)が減少し、ギャップ磁束量の増大が図られる。
一方、回転子の回転速度が高い(高速回転)ときには、磁束バリア空間部に充填された磁性流体に働く遠心力が大きくなり、この遠心力が永久磁石からの内部磁束(深内部磁束)の引き付け力を上回ると、磁性流体は遠心力により磁束バリア空間部の中心部から外周側へと移動する。したがって、磁束バリア空間部の外周側付近は、上記の低速回転時とは逆に磁性流体で満たされることとなり、その磁性流体の高い透磁率によって、当該外周側近くを通る磁束(浅内部磁束)が増加し、ギャップ磁束量の減少が図られる。
なお、回転子の回転速度が中程度に高い(中速回転)ときにも、磁性流体が磁束バリア空間部の中心部から外周側へと移動するが、その移動量は上記の高速回転時の移動量よりも少ないため、この中速回転時には、上記の高速回転時よりも少ないものの、やはり、浅内部磁束の増加とギャップ磁束量の減少が図られる。
このように、本発明は、高速回転運転から再び低速回転運転になった時には、磁束バリア空間部の磁束密度分布が最狭部で最も高くなるという特質を利用して、磁束バリア空間部の外周側にあった磁性流体を内周側(本体の中心部)に引き戻すことにより、再びギャップ磁束を最大とするものである。つまり、磁束バリア空間部における磁束密度は、通過する空間の間隔(幅)が狭いほど高く(密に)なるため、磁束バリア空間部の内周側を通過する磁束密度は外周側に比べて高くなっているが、磁性流体(の質量)に加わる遠心力が小さくなると、磁束バリア空間の内周側の磁束密度に引かれる形で外周側にある磁性流体が内周側空間に留まるので、高速回転から再び低速回転に移行した際にも、本発明の効果は失われない。
好ましくは、前記磁束バリア空間部は、磁極間の磁束経路上に位置するものであって、該磁束経路のうち前記本体の外周側近くを通る磁束(浅内部磁束)の通路部となる第一の空間部(たとえば、図1(c)の扇状磁束バリア空間部37b参照)と、該磁束経路のうち前記本体の中心部近くを通る磁束(深内部磁束)の通路部となる第二の空間部(たとえば、図1(c)の長手状磁束バリア空間部37a参照)とからなり、前記磁性流体の充填量は、少なくとも、該第二の空間部を満たすことができる量であることを特徴とする。
このようにすると、前記浅内部磁束は前記第一の空間部を通り、前記深内部磁束は前記第二の空間部を通るので、第一の空間部から第二の空間部への磁性流体の移動及びその移動量に対応して浅内部磁束の量が加減され、ギャップ磁束量の回転速度可変特性が得られる。
また、好ましくは、前記第二の空間部と前記本体の半径方向とを非平行としたことを特徴とする
このようにすると、前記非平行の程度を大きくしたり小さくしたりすることにより、第二の空間部に充填された磁性流体の第一の空間部への移動に必要な遠心力の大きさの調節が可能になる。
The rotor according to the present invention has a plurality of permanent magnets embedded in a cylindrical main body, and a magnetic flux barrier space formed between the permanent magnets. The main body is formed in a cross-sectional shape extending substantially radially from the center to the outer peripheral side, and is filled with an amount of magnetic fluid that fills at least a part of the magnetic flux barrier space.
Preferably, the magnetic fluid is a fluid or powder having soft magnetism (a property of being magnetized when the magnet is brought closer and demagnetizing when the magnet is moved away), fluidity and mass.
In the present invention, when the rotational speed of the rotor is low (low speed rotation), the centrifugal force acting on the magnetic fluid filled in the magnetic flux barrier space is small, and the internal magnetic flux from the permanent magnet (the depth of FIG. Most ferrofluids remain in the center of the magnetic flux barrier space because they are magnetized and attracted by the internal magnetic flux 45-48). Therefore, the vicinity of the outer peripheral side of the magnetic flux barrier space portion is only air (low magnetic permeability) in which no magnetic fluid exists, and the magnetic flux passing through the vicinity of the outer peripheral side due to the low magnetic permeability (shallow internal magnetic flux 49 in FIG. 1B). ˜52) is reduced, and the gap magnetic flux amount is increased.
On the other hand, when the rotational speed of the rotor is high (high-speed rotation), the centrifugal force acting on the magnetic fluid filled in the magnetic flux barrier space increases, and this centrifugal force attracts the internal magnetic flux (deep internal magnetic flux) from the permanent magnet. When the force is exceeded, the magnetic fluid moves from the center of the magnetic flux barrier space to the outer peripheral side by centrifugal force. Therefore, the vicinity of the outer peripheral side of the magnetic flux barrier space is filled with the magnetic fluid contrary to the above-mentioned low speed rotation, and the magnetic flux passing through the outer peripheral side due to the high permeability of the magnetic fluid (shallow internal magnetic flux) Increases, and the gap magnetic flux amount is reduced.
Even when the rotational speed of the rotor is moderately high (medium speed rotation), the magnetic fluid moves from the central part of the magnetic flux barrier space to the outer peripheral side. Since the amount of movement is smaller than the amount of movement, the shallow internal magnetic flux is increased and the gap magnetic flux is decreased at the medium speed rotation, although it is smaller than that at the high speed rotation.
As described above, the present invention takes advantage of the characteristic that the magnetic flux density distribution in the magnetic flux barrier space portion is highest in the narrowest portion when the high-speed rotational operation is changed to the low-speed rotational operation again. The gap magnetic flux is maximized again by pulling back the magnetic fluid on the side toward the inner peripheral side (the center of the main body). That is, the magnetic flux density in the magnetic flux barrier space portion becomes higher (dense) as the interval (width) of the passing space becomes smaller, so the magnetic flux density passing through the inner peripheral side of the magnetic flux barrier space portion is higher than that on the outer peripheral side. However, if the centrifugal force applied to the magnetic fluid (mass) becomes small, the magnetic fluid on the outer peripheral side stays in the inner peripheral space in a form that is attracted by the magnetic flux density on the inner peripheral side of the magnetic flux barrier space. The effect of the present invention is not lost even when the rotation is shifted from the rotation to the low-speed rotation again.
Preferably, the magnetic flux barrier space is located on a magnetic flux path between the magnetic poles, and is a first magnetic flux path (shallow internal magnetic flux) that passes near the outer peripheral side of the main body in the magnetic flux path. Space portion (for example, refer to the fan-shaped magnetic flux barrier space portion 37b in FIG. 1C) and a second space serving as a passage portion of magnetic flux (deep internal magnetic flux) passing near the center portion of the main body in the magnetic flux path. Part (see, for example, the longitudinal magnetic flux barrier space 37a in FIG. 1C), and the filling amount of the magnetic fluid is an amount that can fill at least the second space part. And
In this case, since the shallow internal magnetic flux passes through the first space portion and the deep internal magnetic flux passes through the second space portion, the magnetic fluid from the first space portion to the second space portion Corresponding to the movement and the amount of movement, the amount of the shallow internal magnetic flux is adjusted, and a variable rotational speed characteristic of the gap magnetic flux is obtained.
Preferably, the second space portion and the radial direction of the main body are non-parallel. In this case, by increasing or decreasing the non-parallel degree, It is possible to adjust the magnitude of the centrifugal force required for the movement of the magnetic fluid filled in the second space to the first space.

本発明では、低回転時にはギャップ磁束量を大きくしてトルクの増大を図り、中・高速回転時にはギャップ磁束量を小さくして損失抑制を図ることができ、しかも、磁性流体を用いているため、従来技術のような部品の固着問題が起こり得ず、信頼性の向上とコストの削減を図りつつ、回転数に対応したギャップ磁束量の適正化を実現することができる。   In the present invention, it is possible to increase the torque by increasing the gap magnetic flux amount at the time of low rotation, and to suppress the loss by reducing the gap magnetic flux amount at the time of medium / high speed rotation, and because the magnetic fluid is used, The problem of fixing components as in the prior art cannot occur, and the amount of gap magnetic flux corresponding to the number of rotations can be optimized while improving reliability and reducing costs.

以下、本発明の実施例を、図面を参照しながら説明する。なお、以下の説明における様々な細部の特定ないし実例および数値や文字列その他の記号の例示は、本発明の思想を明瞭にするための、あくまでも参考であって、それらのすべてまたは一部によって本発明の思想が限定されないことは明らかである。また、周知の手法、周知の手順、周知のアーキテクチャおよび周知の回路構成等(以下「周知事項」)についてはその細部にわたる説明を避けるが、これも説明を簡潔にするためであって、これら周知事項のすべてまたは一部を意図的に排除するものではない。かかる周知事項は本発明の出願時点で当業者の知り得るところであるので、以下の説明に当然含まれている。   Embodiments of the present invention will be described below with reference to the drawings. It should be noted that the specific details or examples in the following description and the illustrations of numerical values, character strings, and other symbols are only for reference in order to clarify the idea of the present invention, and the present invention may be used in whole or in part. Obviously, the idea of the invention is not limited. In addition, a well-known technique, a well-known procedure, a well-known architecture, a well-known circuit configuration, and the like (hereinafter, “well-known matter”) are not described in detail, but this is also to simplify the description. Not all or part of the matter is intentionally excluded. Such well-known matters are known to those skilled in the art at the time of filing of the present invention, and are naturally included in the following description.

まず、構成を説明する。
図1(a)は、本実施形態における回転子の構成図である。この図において、回転子30は、円板状の多数の電極鋼板を積層して構成された円筒形の本体31と、この本体31の軸心に固定され且つ本体31の両端から突出する回転軸32とを有し、本体31の内部に、たとえば、4枚の永久磁石33〜36を埋設すると共に、永久磁石33〜36の各々の間に磁束バリア空間部37〜40を形成する点で冒頭の従来技術と類似するが、磁束バリア空間部37〜40の形状の点及び磁束バリア空間部37〜40の内部に磁性流体(後述)を入れてある点で相違する。なお、永久磁石33〜36の枚数は、この実施の形態では4枚としているが、これは一例に過ぎない。
First, the configuration will be described.
Fig.1 (a) is a block diagram of the rotor in this embodiment. In this figure, a rotor 30 includes a cylindrical main body 31 formed by laminating a large number of disk-shaped electrode steel plates, and a rotary shaft that is fixed to the axis of the main body 31 and protrudes from both ends of the main body 31. 32, and, for example, four permanent magnets 33 to 36 are embedded in the main body 31, and magnetic flux barrier spaces 37 to 40 are formed between the permanent magnets 33 to 36, respectively. However, it is different in that a magnetic fluid (described later) is put inside the magnetic flux barrier space portions 37 to 40. The number of permanent magnets 33 to 36 is four in this embodiment, but this is only an example.

図1(b)は、回転子30の本体31の断面図である。この図において、4枚の永久磁石33〜36は、回転軸32の周囲に等間隔で配置されており、これらの永久磁石33〜36は、ほぼ本体31の軸長L(図6(a)参照)と同等の長さを持つ板状の磁石(特に希土類磁石などの強力磁石)が用いられる。永久磁石33〜36の磁極(N極とS極)は板の両面であり、各々の磁石の磁束は隣り合う極の磁石に向かうようになっている。   FIG. 1B is a cross-sectional view of the main body 31 of the rotor 30. In this figure, four permanent magnets 33 to 36 are arranged at equal intervals around the rotary shaft 32, and these permanent magnets 33 to 36 are substantially the axial length L of the main body 31 (FIG. 6A). A plate-like magnet (particularly a strong magnet such as a rare earth magnet) is used. The magnetic poles (N pole and S pole) of the permanent magnets 33 to 36 are on both sides of the plate, and the magnetic flux of each magnet is directed to the adjacent pole magnet.

ここで、磁束41と磁束42は回転子30から出て不図示の固定子に向かう、いわゆるギャップ磁束であり、磁束43と磁束44は同ギャップ磁束の戻り磁束である。また、磁束45〜48及び磁束49〜52は隣り合う極の永久磁石33〜36の間に生じる、本体31の内部磁束であり、そのうちの磁束45〜48は本体31の回転軸32に近い深い部分に生じる内部磁束(便宜的に「深内部磁束」という)、残りの磁束49〜52は本体31の外表面に近い浅い部分に生じる内部磁束(便宜的に「浅内部磁束」という)である。浅内部磁束49〜52は、冒頭で説明した「漏れ磁束」(図7(a)、(b)参照)に相当する。   Here, the magnetic flux 41 and the magnetic flux 42 are so-called gap magnetic fluxes that exit from the rotor 30 toward the stator (not shown), and the magnetic flux 43 and the magnetic flux 44 are return magnetic fluxes of the gap magnetic flux. Further, the magnetic fluxes 45 to 48 and the magnetic fluxes 49 to 52 are internal magnetic fluxes of the main body 31 generated between the adjacent permanent magnets 33 to 36, and the magnetic fluxes 45 to 48 thereof are deep near the rotating shaft 32 of the main body 31. Internal magnetic flux generated in the portion (for convenience, referred to as “deep internal magnetic flux”), and the remaining magnetic fluxes 49 to 52 are internal magnetic flux generated in a shallow portion near the outer surface of the main body 31 (for convenience, referred to as “shallow internal magnetic flux”). . The shallow internal magnetic fluxes 49 to 52 correspond to the “leakage magnetic flux” (see FIGS. 7A and 7B) described at the beginning.

図1(c)は、磁束バリア空間部37〜40の断面図である。磁束バリア空間部37〜40は、上記のとおり、永久磁石33〜36の各々の間に形成されており、それぞれの磁束バリア空間部37〜40は同一の形状を有している。すなわち、磁束バリア空間部37は、本体31の中心部から外周側にかけて放射方向に延びる長手状磁束バリア空間部37a(第二の空間部)とその長手状磁束バリア空間部37aの先に連続する扇状磁束バリア空間部37b(第一の空間部)とを有する形状に成形されており、同様に、磁束バリア空間部38は、本体31の中心部から外周側にかけて放射方向に延びる長手状磁束バリア空間部38a(第二の空間部)とその長手状磁束バリア空間部38aの先に連続する扇状磁束バリア空間部38b(第一の空間部)とを有する形状に成形されており、また、磁束バリア空間部39は、本体31の中心部から外周側にかけて放射方向に延びる長手状磁束バリア空間部39a(第二の空間部)とその長手状磁束バリア空間部39aの先に連続する扇状磁束バリア空間部39b(第一の空間部)とを有する形状に成形されており、さらに、磁束バリア空間部40は、本体31の中心部から外周側にかけて放射方向に延びる長手状磁束バリア空間部40a(第二の空間部)とその長手状磁束バリア空間部40aの先に連続する扇状磁束バリア空間部40b(第一の空間部)とを有する形状に成形されている。   FIG.1 (c) is sectional drawing of the magnetic flux barrier space parts 37-40. As described above, the magnetic flux barrier spaces 37 to 40 are formed between the permanent magnets 33 to 36, and the magnetic flux barrier spaces 37 to 40 have the same shape. That is, the magnetic flux barrier space portion 37 is continuous to the longitudinal magnetic flux barrier space portion 37a (second space portion) extending in the radial direction from the center portion to the outer peripheral side of the main body 31, and the tip of the longitudinal magnetic flux barrier space portion 37a. Similarly, the magnetic flux barrier space 38 is formed in a shape having a fan-shaped magnetic flux barrier space 37b (first space), and the magnetic flux barrier space 38 extends in the radial direction from the center of the main body 31 to the outer peripheral side. It is formed into a shape having a space 38a (second space) and a fan-shaped magnetic flux barrier space 38b (first space) continuous to the tip of the longitudinal magnetic flux barrier space 38a. The barrier space portion 39 is continuous to the longitudinal magnetic flux barrier space portion 39a (second space portion) extending in the radial direction from the center portion of the main body 31 to the outer peripheral side and the tip of the longitudinal magnetic flux barrier space portion 39a. The magnetic flux barrier space 40 is formed in a shape having a fan-shaped magnetic flux barrier space 39b (first space), and the magnetic flux barrier space 40 extends in the radial direction from the center of the main body 31 to the outer peripheral side. It is formed into a shape having a space 40a (second space) and a fan-shaped magnetic flux barrier space 40b (first space) continuous at the tip of the longitudinal magnetic flux barrier space 40a.

それぞれの磁束バリア空間部37〜40には、所定量の磁性流体53が入れられている。ここで、“磁性流体”とは、軟磁性と流動性及び質量を持つ流体であり、たとえば、液体中に高濃度のマグネタイト等の強磁性超微粒子を安定的に分散させた系などが知られている。ここで、軟磁性とは、磁気的に軟質であること、つまり、磁石を近づけると磁化し遠ざけると消磁する性質のことをいう。また、流動性とは、自らの形を変えて自在に移動しうる性質のことをいう。通常、磁性流体は媒体となる液体(ベース液)と磁性超微粒子、さらに磁性粒子の表面に強固に化学吸着した界面活性剤の三成分からなり、超微粒子は激しい熱運動と表面活性剤層の相互反発力とにより凝集することなく常に安定した分散状態を保つ。なお、一般に磁性流体は「液状」のものを指すが、本発明においては、この解釈に限定されない。たとえば、ベース液を含まずに磁性超微粒子を主成分とした粉体状(又は顆粒状)のものであってもよい。   A predetermined amount of magnetic fluid 53 is placed in each of the magnetic flux barrier spaces 37 to 40. Here, the “magnetic fluid” is a fluid having soft magnetism, fluidity and mass. For example, a system in which ferromagnetic ultrafine particles such as high-concentration magnetite are stably dispersed in a liquid is known. ing. Here, soft magnetism means that it is magnetically soft, that is, has a property of being magnetized when the magnet is brought closer and demagnetized when being moved away. In addition, fluidity refers to the property of moving freely by changing its shape. Usually, the magnetic fluid is composed of three components: a liquid (base solution) that is a medium, magnetic ultrafine particles, and a surfactant that is chemically adsorbed firmly on the surface of the magnetic particles. A stable dispersion state is always maintained without agglomeration due to mutual repulsion. In general, the magnetic fluid is “liquid”, but the present invention is not limited to this interpretation. For example, it may be in the form of powder (or granules) containing magnetic ultrafine particles as a main component without containing the base solution.

磁性流体53の充填量(便宜的にAとする)は、磁束バリア空間部37〜40の長手状磁束バリア空間部37a〜40aの容積をBとするとき、ほぼA=B程度とする。すなわち、磁束バリア空間部37〜40の長手状磁束バリア空間部37a〜40aが磁性流体53で満たされているとき、磁束バリア空間部37〜40の扇状磁束バリア空間部37b〜40bが空き状態(低透磁率の空気で満たされている状態)を保つ程度の量とする。   The filling amount of the magnetic fluid 53 (for convenience sake, A) is about A = B, where B is the volume of the longitudinal magnetic flux barrier spaces 37a-40a of the magnetic flux barrier spaces 37-40. That is, when the longitudinal magnetic flux barrier spaces 37a to 40a of the magnetic flux barrier spaces 37 to 40 are filled with the magnetic fluid 53, the fan-shaped magnetic flux barrier spaces 37b to 40b of the magnetic flux barrier spaces 37 to 40 are empty ( The amount is sufficient to maintain the state of being filled with air with low magnetic permeability.

次に、作用を説明する。
<低回転時の作用>
回転子30が低速回転しているとき、磁束バリア空間部37〜40の内部に充填された磁性流体53は、磁束バリア空間部37〜40の長手状磁束バリア空間部37a〜40aにそのまま留まり、扇状磁束バリア空間部37b〜40bへ移動しない。これは、磁性流体53の“軟磁性”により、磁性流体53が、長手状磁束バリア空間部37a〜40aを通る磁束(深内部磁束45〜48)によって磁化し、引きつけられて長手状磁束バリア空間部37a〜40aにそのまま留め置かれるからである。しかも、回転子30が低速回転しているため、磁性流体53の“質量”に作用する遠心力も小さいからである。以上の二点(磁化と小さな遠心力)により、回転子30が低速回転しているときには、磁束バリア空間部37〜40の内部に充填された磁性流体53は、磁束バリア空間部37〜40の長手状磁束バリア空間部37a〜40aにそのまま留まり、扇状磁束バリア空間部37b〜40bへ移動しない。図1(b)、(c)に示されている磁性流体53は、回転子30が低速回転しているときのものであり、このように、低速回転時においては、磁束バリア空間部37〜40の内部に充填された磁性流体53は、磁束バリア空間部37〜40の長手状磁束バリア空間部37a〜40aにそのまま留め置かれる。したがって、低速回転時においては、磁束バリア空間部37〜40の扇状磁束バリア空間部37b〜40bが空き状態(空気のみの状態)にあるため、その扇状磁束バリア空間部37b〜40bを通る磁束(浅内部磁束49〜52)の量が最小となり、結局、ギャップ磁束(磁束41〜44)の量が最大となる。
Next, the operation will be described.
<Operation at low rotation>
When the rotor 30 rotates at a low speed, the magnetic fluid 53 filled in the magnetic flux barrier spaces 37 to 40 remains in the longitudinal magnetic flux barrier spaces 37a to 40a of the magnetic flux barrier spaces 37 to 40, It does not move to the fan-shaped magnetic flux barrier spaces 37b to 40b. This is because the magnetic fluid 53 is magnetized and attracted by the magnetic flux (the deep internal magnetic fluxes 45 to 48) passing through the longitudinal magnetic flux barrier spaces 37 a to 40 a due to the “soft magnetism” of the magnetic fluid 53. This is because the parts 37a to 40a are kept as they are. Moreover, since the rotor 30 rotates at a low speed, the centrifugal force acting on the “mass” of the magnetic fluid 53 is also small. When the rotor 30 is rotating at a low speed due to the above two points (magnetization and small centrifugal force), the magnetic fluid 53 filled in the magnetic flux barrier spaces 37 to 40 is in the magnetic flux barrier spaces 37 to 40. It remains in the longitudinal magnetic flux barrier spaces 37a to 40a as it is, and does not move to the fan-shaped magnetic flux barrier spaces 37b to 40b. The magnetic fluid 53 shown in FIGS. 1B and 1C is obtained when the rotor 30 is rotating at a low speed. Thus, during the low-speed rotation, the magnetic flux barrier space portions 37 to 37 are used. The magnetic fluid 53 filled in the inside 40 is retained in the longitudinal magnetic flux barrier spaces 37a to 40a of the magnetic flux barrier spaces 37 to 40 as they are. Therefore, at the time of low speed rotation, since the fan-shaped magnetic flux barrier spaces 37b to 40b of the magnetic flux barrier spaces 37 to 40 are in an empty state (only air), the magnetic flux passing through the fan-shaped magnetic flux barrier spaces 37b to 40b The amount of shallow internal magnetic flux 49-52) is minimized, and eventually the amount of gap magnetic flux (magnetic fluxes 41-44) is maximized.

<中回転時の作用>
図2(a)、(b)は、回転子30が中速回転しているときの様子を示す図である。ここで、“中速回転”とは、磁性流体53の“質量”に作用する遠心力が、長手状磁束バリア空間部37a〜40aを通る磁束(深内部磁束45〜48)の引きつけ力を若干上回る回転のことをいう。この中速回転では、磁束バリア空間部37〜40の内部に充填された磁性流体53の一部が遠心力に引っ張られて扇状磁束バリア空間部37b〜40bへ移動する。つまり、図2(b)にそのときの磁性流体53の動きを模式的に示すように、磁性流体53の一部が遠心力に引っ張られて磁束バリア空間部37〜40の扇状磁束バリア空間部37b〜40bへと移動し、この移動した磁性流体53の透磁率により、磁束バリア空間部37〜40の扇状磁束バリア空間部37b〜40bを通る磁束(浅内部磁束49〜52)の量が増え、その増加分だけギャップ磁束(磁束41〜44)の量が減少する。
<Operation during medium rotation>
FIGS. 2A and 2B are views showing a state when the rotor 30 is rotating at a medium speed. Here, “medium speed rotation” means that the centrifugal force acting on the “mass” of the magnetic fluid 53 is a slight attracting force of the magnetic flux (the deep internal magnetic fluxes 45 to 48) passing through the longitudinal magnetic flux barrier spaces 37a to 40a. It means the rotation that exceeds. In this medium speed rotation, a part of the magnetic fluid 53 filled in the magnetic flux barrier spaces 37 to 40 is pulled by the centrifugal force and moves to the fan-shaped magnetic flux barrier spaces 37b to 40b. That is, as schematically shown in FIG. 2B, the movement of the magnetic fluid 53 at that time, a part of the magnetic fluid 53 is pulled by the centrifugal force, and the fan-shaped magnetic flux barrier space portions of the magnetic flux barrier spaces 37 to 40. The amount of magnetic flux (shallow internal magnetic flux 49-52) passing through the fan-shaped magnetic flux barrier spaces 37b-40b of the magnetic flux barrier spaces 37-40 increases due to the magnetic permeability of the moved magnetic fluid 53. The amount of gap magnetic flux (magnetic fluxes 41 to 44) decreases by the increase.

<高回転時の作用>
図2(c)、(d)は、回転子30が高速回転しているときの様子を示す図である。ここで、“高速回転”とは、磁性流体53の“質量”に作用する遠心力が最大になったときの回転をいう。この高速回転では、磁束バリア空間部37〜40の内部に充填された磁性流体53のほぼすべてが遠心力に引っ張られて扇状磁束バリア空間部37b〜40bへ移動する。つまり、図2(d)にそのときの磁性流体53の動きを模式的に示すように、磁性流体53のほぼすべてが遠心力に引っ張られて磁束バリア空間部37〜40の扇状磁束バリア空間部37b〜40bへと移動し、この移動した磁性流体53の透磁率により、磁束バリア空間部37〜40の扇状磁束バリア空間部37b〜40bを通る磁束(浅内部磁束49〜52)の量が最大に増え、その増加分だけギャップ磁束(磁束41〜44)の量が大きく減少する。
<Operation at high rotation>
FIGS. 2C and 2D are views showing a state when the rotor 30 is rotating at a high speed. Here, “high speed rotation” refers to rotation when the centrifugal force acting on the “mass” of the magnetic fluid 53 is maximized. In this high-speed rotation, almost all of the magnetic fluid 53 filled in the magnetic flux barrier spaces 37 to 40 is pulled by the centrifugal force and moves to the fan-shaped magnetic flux barrier spaces 37b to 40b. That is, as schematically shown in FIG. 2D, the movement of the magnetic fluid 53 at that time, almost all of the magnetic fluid 53 is pulled by the centrifugal force, and the fan-shaped magnetic flux barrier space portions of the magnetic flux barrier spaces 37 to 40. The amount of magnetic flux (shallow internal magnetic flux 49 to 52) passing through the fan-shaped magnetic flux barrier spaces 37b to 40b of the magnetic flux barrier spaces 37 to 40b is maximized by the magnetic permeability of the moved magnetic fluid 53. The amount of gap magnetic flux (magnetic fluxes 41 to 44) is greatly reduced by the increase.

<各回転時の作用のまとめ>
以上のとおり、本実施の形態の回転子30は、その本体31に形成した磁束バリア空間部33〜36に所要量の磁性流体53を充填し、低回転時には、磁性流体53のほぼ全てを磁化して磁束バリア空間部33〜36の長手状磁束バリア空間部37a〜40aに留め置くことによって、浅内部磁束49〜52の量を最小にすることができ、これにより、ギャップ磁束(磁束41〜44)を最大にすることができる。したがって、この低回転時には、大きなギャップ磁束により、トルクの向上を図ることができる。
<Summary of action during each rotation>
As described above, the rotor 30 according to the present embodiment fills the magnetic flux barrier spaces 33 to 36 formed in the main body 31 with the required amount of the magnetic fluid 53, and magnetizes almost all of the magnetic fluid 53 at the time of low rotation. Thus, the amount of the shallow internal magnetic flux 49-52 can be minimized by retaining it in the longitudinal magnetic flux barrier spaces 37a-40a of the magnetic flux barrier spaces 33-36. 44) can be maximized. Therefore, during this low rotation, the torque can be improved by a large gap magnetic flux.

また、中回転時には、磁性流体53の一部を遠心力により磁束バリア空間部33〜36の扇状磁束バリア空間部37b〜40bへ移動させて浅内部磁束49〜52の量を増加させることができ、これにより、ギャップ磁束(磁束41〜44)をその増加分だけ減らすことができる。したがって、この中回転時には、ギャップ磁束が減るため、固定子巻線の損失増加を招かない。   Further, during the middle rotation, a part of the magnetic fluid 53 can be moved to the fan-shaped magnetic flux barrier spaces 37b to 40b of the magnetic flux barrier spaces 33 to 36 by centrifugal force to increase the amount of the shallow internal magnetic flux 49 to 52. Thus, the gap magnetic flux (magnetic fluxes 41 to 44) can be reduced by the increment. Therefore, during this middle rotation, the gap magnetic flux decreases, so that the loss of the stator winding does not increase.

さらに、高回転時には、磁性流体53のほぼ全てを遠心力により磁束バリア空間部33〜36の扇状磁束バリア空間部37b〜40bへ移動させて浅内部磁束49〜52の量を最大限に増加させることができ、これにより、ギャップ磁束(磁束41〜44)をその増加分だけ大幅に減らすことができる。したがって、この高回転時には、ギャップ磁束が大きく減少するため、やはり、固定子巻線の損失増加を招かない。   Further, at the time of high rotation, almost all of the magnetic fluid 53 is moved to the fan-shaped magnetic flux barrier spaces 37b to 40b of the magnetic flux barrier spaces 33 to 36 by centrifugal force to maximize the amount of the shallow internal magnetic flux 49 to 52. Thus, the gap magnetic flux (magnetic fluxes 41 to 44) can be greatly reduced by the increase. Therefore, the gap magnetic flux is greatly reduced at the time of this high rotation, so that the loss of the stator winding is not increased.

図3は、以上の作用効果を示す特性図である。縦軸はギャップ磁束(磁束41〜44)量、横軸は回転速度である。この図に示すように、磁束バリア空間部33〜36の内部に充填された磁性流体53は、回転速度が上昇するにつれて、徐々に遠心力が増え、磁束バリア空間部33〜36の長手状磁束バリア空間部37a〜40aから扇状磁束バリア空間部37b〜40bへと移動する。その移動量と回転速度は、必ずしも線形的な関係を持たないが、便宜的に線形関係を持つものとすれば、本実施の形態の回転子30のギャップ磁束量と回転速度の間には、図示の通り、回転速度が上昇するほどギャップ磁束量が減少するという線形特性54が成立する。   FIG. 3 is a characteristic diagram showing the above effects. The vertical axis represents the amount of gap magnetic flux (magnetic fluxes 41 to 44), and the horizontal axis represents the rotational speed. As shown in this figure, the magnetic fluid 53 filled in the magnetic flux barrier spaces 33 to 36 gradually increases in centrifugal force as the rotational speed increases, and the longitudinal magnetic flux in the magnetic flux barrier spaces 33 to 36 is increased. It moves from the barrier spaces 37a to 40a to the fan-shaped magnetic flux barrier spaces 37b to 40b. The amount of movement and the rotational speed do not necessarily have a linear relationship, but if it has a linear relationship for convenience, between the gap magnetic flux amount and the rotational speed of the rotor 30 of the present embodiment, As shown in the figure, a linear characteristic 54 is established in which the gap magnetic flux amount decreases as the rotational speed increases.

したがって、本実施の形態の回転子30によれば、回転数に対応してギャップ磁束量を変化させることができ、低回転時にはトルク向上を図り、且つ、中・高回転時には固定子巻線の損失抑制を図るという二つの命題を共に達成することができる。しかも、本実施の形態の回転子30によれば、従来技術のような機械的部品(磁束短絡鉄片20〜23やスプリング24〜27)を使用していないため、製造コストや組み付けコストを削減できる上、それらの機械的部品の固着問題(図7(d)参照)も生じず、信頼性の点で格別の効果が得られる。   Therefore, according to the rotor 30 of the present embodiment, the gap magnetic flux amount can be changed according to the number of rotations, the torque can be improved at low speeds, and the stator windings can be improved at medium and high speeds. Both propositions of loss control can be achieved together. In addition, according to the rotor 30 of the present embodiment, since mechanical parts (magnetic flux short-circuited iron pieces 20 to 23 and springs 24 to 27) as in the prior art are not used, manufacturing costs and assembly costs can be reduced. In addition, the problem of adhering these mechanical parts (see FIG. 7D) does not occur, and an exceptional effect is obtained in terms of reliability.

<変形例>
本発明は、以上の実施形態に限定されない。その技術思想の範囲において、様々な発展例や変形例を含むことはもちろんである。
図4は、その変形例を示す図である。この図において、上記の実施形態と異なる点は、磁束バリア空間部の形状にある。まず、(a)に示す第一の変形例を説明する。仮想線Aは、永久磁石33〜36の間に形成された磁束バリア空間部55〜58の長手状磁束バリア空間部55a〜58a(第二の空間部)を通る線であり、この仮想線Aは、本体31の外周面の接線Bと斜めに交差している。これら二つの線A、Bの回転方向の交差角をαとしたとき、α>90度である(但し、αは180度未満のこと)。このようにした場合、磁束バリア空間部55〜58に充填された磁性流体(図1、図2の磁性流体53参照)は、本体31の回転に伴う遠心力が相当大きくならなければ、扇状磁束バリア空間部55b〜58b(第一の空間部)へ移動しない。移動に必要な遠心力の大きさ(すなわち回転数)は角度αに依存し、角度αを大きくするほど磁性流体の移動には大きな回転数を必要とする。したがって、この第一の変形例によれば、角度αを大きくするほど、より高回転側で磁性流体の移動を許容することができる。
<Modification>
The present invention is not limited to the above embodiment. It goes without saying that various developments and modifications are included within the scope of the technical idea.
FIG. 4 is a diagram showing a modification thereof. In this figure, a different point from said embodiment exists in the shape of magnetic flux barrier space part. First, the 1st modification shown to (a) is demonstrated. The imaginary line A is a line passing through the longitudinal magnetic flux barrier spaces 55a to 58a (second spaces) of the magnetic flux barrier spaces 55 to 58 formed between the permanent magnets 33 to 36. Is obliquely intersecting the tangent line B of the outer peripheral surface of the main body 31. When the crossing angle in the rotation direction of these two lines A and B is α, α> 90 degrees (where α is less than 180 degrees). In such a case, the magnetic fluid filled in the magnetic flux barrier spaces 55 to 58 (see the magnetic fluid 53 in FIGS. 1 and 2) is a fan-shaped magnetic flux unless the centrifugal force associated with the rotation of the main body 31 is significantly increased. It does not move to the barrier space portions 55b to 58b (first space portion). The magnitude of the centrifugal force necessary for movement (that is, the rotational speed) depends on the angle α, and the larger the angle α, the larger the rotational speed required for moving the magnetic fluid. Therefore, according to this first modified example, the larger the angle α, the more magnetic fluid can be allowed to move on the higher rotation side.

また、(b)に示す第二の変形例は、上記の第一の変形例の逆の特性が得られるようにしたものであり、二つの線A、Bの回転方向の交差角αを90度以下(但し、0度を超えること)にしたものである。このようにした場合、磁束バリア空間部55〜58に充填された磁性流体(図1、図2の磁性流体53参照)は、本体31の回転に伴う遠心力が相当小さい場合でも、扇状磁束バリア空間部55b〜58bへ容易に移動する。したがって、この第二の変形例によれば、角度αを小さくするほど、より低回転側で磁性流体の移動を許容することができる。   The second modification shown in (b) is such that the reverse characteristics of the first modification can be obtained, and the crossing angle α in the rotational direction of the two lines A and B is set to 90. It should be less than or equal to (but exceeding 0 degrees). In such a case, the magnetic fluid filled in the magnetic flux barrier spaces 55 to 58 (see the magnetic fluid 53 in FIGS. 1 and 2) is a fan-shaped magnetic flux barrier even when the centrifugal force accompanying the rotation of the main body 31 is considerably small. It moves easily to the space portions 55b to 58b. Therefore, according to the second modification, the smaller the angle α, the more the magnetic fluid can be allowed to move on the lower rotation side.

なお、以上の実施形態やその変形例においては、本体31の内部に形成した磁束バリア空間部の形状を、「長手状磁束バリア空間部」と「扇状磁束バリア空間部」とからなるものとしたが、これに限定されない。
図5は、磁束バリア空間部の他の形状例を示す図である。すなわち、(a)の磁束バリア空間部59は長手状磁束バリア空間部59aと矩形状磁束バリア空間部59bとからなるものであり、(b)の磁束バリア空間部60は長手状磁束バリア空間部60a(第二の空間部)と楕円状磁束バリア空間部60b(第一の空間部)とからなるものであり、(c)の磁束バリア空間部61は長扇状磁束バリア空間部61a(第二の空間部)と矩扇状磁束バリア空間部61b(第一の空間部)とからなるものであり、(d)の磁束バリア空間部62は鋸歯壁面磁束バリア空間部62a(第二の空間部)と扇状磁束バリア空間部62b(第一の空間部)とからなるものである。いずれの磁束バリア空間部59〜62にも磁性流体が充填されている。
In the above embodiment and its modifications, the shape of the magnetic flux barrier space formed inside the main body 31 is composed of a “longitudinal magnetic flux barrier space” and a “fan-shaped magnetic flux barrier space”. However, it is not limited to this.
FIG. 5 is a diagram illustrating another shape example of the magnetic flux barrier space. That is, the magnetic flux barrier space 59 in (a) is composed of a longitudinal magnetic flux barrier space 59a and a rectangular magnetic flux barrier space 59b, and the magnetic flux barrier space 60 in (b) is a longitudinal magnetic flux barrier space. 60a (second space portion) and an elliptical magnetic flux barrier space portion 60b (first space portion), and the magnetic flux barrier space portion 61 in (c) is a long fan-shaped magnetic flux barrier space portion 61a (second space portion). ) And a rectangular fan-shaped magnetic flux barrier space 61b (first space), and the magnetic flux barrier space 62 in (d) is a sawtooth wall magnetic flux barrier space 62a (second space). And a fan-shaped magnetic flux barrier space 62b (first space). Any of the magnetic flux barrier spaces 59 to 62 is filled with a magnetic fluid.

上記の各形状の選択条件の一つは、低速回転時における磁性流体の保持性能である。つまり、低速回転時においては、上記例示の各磁束バリア空間部59〜62の長手状磁束バリア空間部59a、長手状磁束バリア空間部60a、長扇状磁束バリア空間部61aまたは鋸歯壁面磁束バリア空間部62aに磁性流体を確実に留め置くことが求められるが、そのためには、前述の「深内部磁束45〜48」(図1(b)参照)の通過を容易にして磁性流体の磁化をしやすくする必要がある。この点において、上記例示の各磁束バリア空間部59〜62の長手状磁束バリア空間部59a、長手状磁束バリア空間部60a、長扇状磁束バリア空間部61aまたは鋸歯壁面磁束バリア空間部62aの図面横方向の幅D1〜D4は、狭いほど望ましい。深内部磁束45〜48が磁性流体全体に作用し、大きな磁力で磁性流体を磁化してその場に留め置くことができるからである。   One of the selection conditions for each of the above shapes is the magnetic fluid retention performance during low-speed rotation. That is, at the time of low speed rotation, the longitudinal magnetic flux barrier space 59a, the longitudinal magnetic flux barrier space 60a, the long fan-shaped magnetic flux barrier space 61a or the saw-tooth wall magnetic flux barrier space of each of the magnetic flux barrier spaces 59 to 62 illustrated above. It is required to securely hold the magnetic fluid in 62a. For this purpose, it is easy to magnetize the magnetic fluid by facilitating the passage of the aforementioned “deep internal magnetic fluxes 45 to 48” (see FIG. 1B). There is a need to. In this regard, the longitudinal magnetic flux barrier space 59a, the longitudinal magnetic flux barrier space 60a, the long fan-shaped magnetic flux barrier space 61a, or the saw-tooth wall magnetic flux barrier space 62a of each of the magnetic flux barrier spaces 59 to 62 illustrated above is shown in the drawing. The direction widths D1 to D4 are preferably as narrow as possible. This is because the deep internal magnetic fluxes 45 to 48 act on the entire magnetic fluid, and can magnetize the magnetic fluid with a large magnetic force and keep it in place.

なお、(d)の磁束バリア空間部62の鋸歯壁面磁束バリア空間部62aは、その内壁面が「鋸歯状」になっている点で他の形状例と相違する。“鋸歯状”とは、(e)に示すように、所定角度の立ち下がり面(逆方向の場合は立ち上がり面)63と鋭角的な立ち上がり面(逆方向の場合は立ち下がり面)64とを等間隔に繰り返す形状のことである。磁性流体の粒子65は、立ち上がり面64に向かう方向で移動する際に大きな流動抵抗を受ける。したがって、(d)の磁束バリア空間部62の鋸歯壁面磁束バリア空間部62aにおいては、その鋸歯の方向を変えることにより、鋸歯壁面磁束バリア空間部62aから扇状磁束バリア空間部62へ向かう磁性流体の流動抵抗を大きくしたり、その逆に、扇状磁束バリア空間部62から鋸歯壁面磁束バリア空間部62aへ向かう磁性流体の流動抵抗を大きくしたりすることができるので、設計の自由度が増す。   The sawtooth wall surface magnetic flux barrier space 62a of the magnetic flux barrier space 62 in (d) is different from other shape examples in that the inner wall surface is “sawtooth”. “Sawtooth” means that, as shown in (e), a falling surface (rising surface in the reverse direction) 63 and an acute rising surface (falling surface in the reverse direction) 64 at a predetermined angle. A shape that repeats at regular intervals. The magnetic fluid particles 65 receive a large flow resistance when moving in the direction toward the rising surface 64. Accordingly, in the sawtooth wall surface magnetic flux barrier space portion 62a of the magnetic flux barrier space portion 62d in (d), the magnetic fluid flowing from the sawtooth wall surface magnetic flux barrier space portion 62a to the fan-shaped magnetic flux barrier space portion 62 is changed by changing the direction of the sawtooth. The flow resistance can be increased, and conversely, the flow resistance of the magnetic fluid from the fan-shaped magnetic flux barrier space 62 to the sawtooth wall magnetic flux barrier space 62a can be increased.

本実施形態における回転子の構成図、回転子30の本体31の断面図及び磁束バリア空間部37〜40の断面図である。It is a block diagram of the rotor in this embodiment, sectional drawing of the main body 31 of the rotor 30, and sectional drawing of the magnetic flux barrier space parts 37-40. 回転子30が中速回転しているときの様子を示す図及び回転子30が高速回転しているときの様子を示す図である。It is a figure which shows a mode when the rotor 30 is rotating at medium speed, and a figure which shows a mode when the rotor 30 is rotating at high speed. 本実施形態の作用効果を示す特性図である。It is a characteristic view which shows the effect of this embodiment. 本実施形態の変形例を示す図である。It is a figure which shows the modification of this embodiment. 磁束バリア空間部の他の形状例を示す図である。It is a figure which shows the other example of a shape of magnetic flux barrier space part. 永久磁石を埋め込んだ回転子の構造図、磁束の経路図及び従来技術の構造図である。FIG. 3 is a structural diagram of a rotor embedded with permanent magnets, a magnetic flux path diagram, and a prior art structural diagram. 従来技術の作用説明図及び従来技術の課題説明図である。It is operation | movement explanatory drawing of a prior art, and the subject explanatory drawing of a prior art.

符号の説明Explanation of symbols

30 回転子
31 本体
33 永久磁石
34 永久磁石
35 永久磁石
36 永久磁石
37 磁束バリア空間部
37a 長手状磁束バリア空間部(第二の空間部)
37b 扇状磁束バリア空間部(第一の空間部)
38 磁束バリア空間部
38a 長手状磁束バリア空間部(第二の空間部)
38b 扇状磁束バリア空間部(第一の空間部)
39 磁束バリア空間部
39a 長手状磁束バリア空間部(第二の空間部)
39b 扇状磁束バリア空間部(第一の空間部)
40 磁束バリア空間部
40a 長手状磁束バリア空間部(第二の空間部)
40b 扇状磁束バリア空間部(第一の空間部)
53 磁性流体
55 磁束バリア空間部
55a 長手状磁束バリア空間部(第二の空間部)
55b 扇状磁束バリア空間部(第一の空間部)
56 磁束バリア空間部
56a 長手状磁束バリア空間部(第二の空間部)
56b 扇状磁束バリア空間部(第一の空間部)
57 磁束バリア空間部
57a 長手状磁束バリア空間部(第二の空間部)
57b 扇状磁束バリア空間部(第一の空間部)
58 磁束バリア空間部
58a 長手状磁束バリア空間部(第二の空間部)
58b 扇状磁束バリア空間部(第一の空間部)
59 磁束バリア空間部
59a 長手状磁束バリア空間部(第二の空間部)
59b 矩形状磁束バリア空間部(第一の空間部)
60 磁束バリア空間部
60a 長手状磁束バリア空間部(第二の空間部)
60b 楕円状磁束バリア空間部(第一の空間部)
61 磁束バリア空間部
61a 長扇状磁束バリア空間部(第二の空間部)
61b 矩扇状磁束バリア空間部(第一の空間部)
62 磁束バリア空間部
62a 鋸歯壁面磁束バリア空間部(第二の空間部)
62b 扇状磁束バリア空間部(第一の空間部)
30 Rotor 31 Main Body 33 Permanent Magnet 34 Permanent Magnet 35 Permanent Magnet 36 Permanent Magnet 37 Magnetic Flux Barrier Space 37a Longitudinal Magnetic Barrier Space (Second Space)
37b Fan-shaped magnetic flux barrier space (first space)
38 Magnetic flux barrier space 38a Longitudinal magnetic flux barrier space (second space)
38b Fan-shaped magnetic flux barrier space (first space)
39 Magnetic flux barrier space 39a Longitudinal magnetic flux barrier space (second space)
39b Fan-shaped magnetic flux barrier space (first space)
40 Magnetic flux barrier space 40a Longitudinal magnetic flux barrier space (second space)
40b Fan-shaped magnetic flux barrier space (first space)
53 Magnetic fluid 55 Magnetic flux barrier space 55a Longitudinal magnetic flux barrier space (second space)
55b Fan-shaped magnetic flux barrier space (first space)
56 Magnetic flux barrier space 56a Longitudinal magnetic flux barrier space (second space)
56b Fan-shaped magnetic flux barrier space (first space)
57 Magnetic flux barrier space 57a Longitudinal magnetic flux barrier space (second space)
57b Fan-shaped magnetic flux barrier space (first space)
58 Magnetic flux barrier space 58a Longitudinal magnetic flux barrier space (second space)
58b Fan-shaped magnetic flux barrier space (first space)
59 Magnetic flux barrier space 59a Longitudinal magnetic flux barrier space (second space)
59b Rectangular magnetic flux barrier space (first space)
60 Magnetic flux barrier space 60a Longitudinal magnetic flux barrier space (second space)
60b Elliptic magnetic flux barrier space (first space)
61 Magnetic flux barrier space 61a Long fan-shaped magnetic flux barrier space (second space)
61b Rectangular fan-shaped magnetic flux barrier space (first space)
62 Magnetic flux barrier space 62a Sawtooth wall magnetic flux barrier space (second space)
62b Fan-shaped magnetic flux barrier space (first space)

Claims (4)

円筒形を有する本体の内部に埋め込まれた複数の永久磁石と、前記永久磁石の間に形成された磁束バリア空間部とを有し、
前記磁束バリア空間部は、前記本体の中心部から外周側にかけて略放射状に延びる断面形状に形成されたものであり、且つ、少なくとも、その磁束バリア空間部の一部を満たす量の磁性流体を充填したことを特徴とする回転子。
A plurality of permanent magnets embedded in a cylindrical body, and a magnetic flux barrier space formed between the permanent magnets;
The magnetic flux barrier space is formed in a cross-sectional shape extending substantially radially from the center to the outer periphery of the main body, and is filled with an amount of magnetic fluid that fills at least a part of the magnetic flux barrier space. Rotor characterized by that.
前記磁束バリア空間部は、磁極間の磁束経路上に位置するものであって、該磁束経路のうち前記本体の外周側近くを通る磁束の通路部となる第一の空間部と、該磁束経路のうち前記本体の内周側近くを通る磁束の通路部となる第二の空間部とからなり、前記磁性流体の充填量は、少なくとも、該第二の空間部を満たすことができる量であることを特徴とする請求項1記載の回転子。 The magnetic flux barrier space is located on a magnetic flux path between the magnetic poles, and a first space portion serving as a magnetic flux passage portion passing near the outer peripheral side of the main body in the magnetic flux path, and the magnetic flux path And a second space portion serving as a magnetic flux passage portion passing near the inner peripheral side of the main body, and the filling amount of the magnetic fluid is an amount capable of filling at least the second space portion. The rotor according to claim 1. 前記磁性流体は、軟磁性と流動性及び質量を持つ流体又は粉体であることを特徴とする請求項1又は請求項2いずれかに記載の回転子。 The rotor according to claim 1, wherein the magnetic fluid is a fluid or powder having soft magnetism, fluidity, and mass. 前記第二の空間部と前記本体の半径方向とを非平行としたことを特徴とする請求項2記載の回転子。
The rotor according to claim 2, wherein the second space and the radial direction of the main body are non-parallel.
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