JP2006345604A - 回転子及び回転機 - Google Patents

Abstract

【課題】 表面損による温度上昇をより低減することができる回転子及びこれを備える回転機を提供すること。
【解決手段】 シャフト１１と、シャフト１１の回転方向に沿って周囲に設けられた少なくとも第１磁極部１２及び第２磁極部とを有し、第１磁極部１２及び第２磁極部が、それぞれ間隙を介して配置された複数の磁極部材によって構成されている。そして、前記複数の磁極部材が、セパレータ１６を介して配されている。
【選択図】 図１

Description

本発明は、例えば、発電機や電動機などの回転機に用いられる回転子及び回転機に関するものである。

発電機や電動機などの回転機は、ステータティースにステータコイルを巻回したステータに対して、永久磁石を有するロータを回転自在に軸支したものからなる。
この回転機は、巻回されたステータコイルに励磁電流を供給することで、ステータ内において周方向で互いに隣接する２つのステータティースと、これら２つのステータティースに対向する永久磁石との間で磁気回路を形成する。このように磁気回路を形成することで、永久磁石がステータティースに対して吸引される。そして、ステータコイルに対する励磁電流の供給状態を適宜変更することで、ロータを回転軸の軸回りで回転させる。

ここで、ステータコイルに励磁電流を供給し、磁気回路が形成されて永久磁石に対して鎖交磁束が鎖交すると、永久磁石内に渦電流が発生する。この渦電流は、ロータの回転数などに応じた高周波成分を有しており、この高周波成分は永久磁石のステータティースと対向する側の面である外表面で多く発生する。
この渦電流は、永久磁石の外表面を流れることでジュール熱となって電力を消費し、いわゆる表面損を発生させる。このとき、永久磁石は、発生したジュール熱によって温度上昇する。永久磁石には、温度上昇に伴って内部の磁気エネルギーなどが急激に減少すると共に、保磁力が低下する特性がある。したがって、所望の回転トルクを得ることができなくなることがある。

そこで、表面損に起因する温度上昇による永久磁石の特性劣化を抑制する回転機が提案されている（例えば、特許文献１参照）。この回転機は、永久磁石の外表面を導電部材で被覆しており、導電部材の表面に流れる渦電流の経路を大きくすることで鎖交磁束を減衰させる磁束を発生させ、表面損の低減を可能としている。
特開平９−３０８１５０号公報

しかしながら、上記従来の回転機には、以下の課題が残されている。すなわち、上記従来の回転機においても、回転トルクを安定して得るために、より表面損の発生による温度上昇を低減することが望まれている。

本発明は、前述の課題に鑑みてなされたもので、表面損による温度上昇をより低減することができる回転子及びこれを備える回転機を提供することを目的とする。

本発明は、前記課題を解決するために以下の構成を採用した。すなわち、本発明の回転子は、シャフトと、該シャフトの回転方向に沿って周囲に設けられた少なくとも一対の磁極部とを有する回転子において、該磁極部が、それぞれ間隙を介して配置された複数の磁極部材によって構成されていることを特徴とする。

この発明によれば、磁極部が間隙を介して配置された複数の磁極部材によって構成されており、各磁極部材が外表面において絶縁されているので、磁極部に発生する渦電流の経路が細分化される。これにより、磁極部における表面損を低減し、磁極部の温度上昇をより低減する。したがって、回転トルクを安定して得ることができる。

また、本発明の回転子は、前記複数の磁極部材が、絶縁体を介して配されていることが好ましい。
この発明によれば、磁極部材の間に絶縁体を設けることによって、各磁極部材の外周面における絶縁性が高められ、確実に渦電流の経路を細分化することができる。

また、本発明の回転機は、上記記載の回転子と、該回転子を前記シャフトの軸回りで回転自在に軸支する固定子とを備えることを特徴とする。
この発明によれば、上述した回転子を備えているので、磁極部における表面損を低減し、磁極部の温度上昇をより低減する。したがって、回転子の回転トルクを安定させることができる。

本発明の回転子及び回転機によれば、磁極部が間隙を介して配置されて互いに外表面において絶縁された複数の磁極部材によって構成されているので、磁極部に発生する渦電流の外表面における経路が細分化される。これにより、磁極部における表面損を低減し、磁極部の温度上昇をより低減する。したがって、回転子の回転トルクを安定させることができる。

以下、本発明にかかる回転機の一実施形態を、図１及び図２を参照しながら説明する。
本実施形態による回転機１は、例えば、高速回転機であって、ロータ（回転子）２と、ロータ２を回転自在に軸支するステータ（固定子）３とを備えている。

ロータ２は、シャフト１１と、シャフト１１の周囲に設けられた２対の第１磁極部１２及び第２磁極部１３とを備えている。
シャフト１１は、ほぼ円柱状を有しており、その軸芯がロータ２の回転軸となっている。

第１及び第２磁極部１２、１３は、互いに外表面で異なる磁極を示すように構成されており、それぞれシャフト１１の軸方向に沿うように配置されている。そして、第１及び第２磁極部１２、１３は、互いがシャフト１１の周方向に沿うように交互に配置されている。また、第１及び第２磁極部１２、１３は、それぞれシャフト１１の周方向等間隔で間隙をあけて４分割して形成されていると共に、シャフト１１の軸方向等間隔で間隙をあけて１２分割して形成されている。すなわち、第１磁極部１２は４８個の磁極部材１４によって構成されると共に、第２磁極部１３は４８個の磁極部材１５によって構成されている。

これら磁極部材１４、１５は、それぞれ永久磁石によって構成されており、シャフト１１の外周面に接着剤などで接着固定されている。また、各磁極部材１４、１５の間には、絶縁体であるセパレータ１６が配置されている。これら磁極部材１４、１５をシャフト１１の外周面に接着固定する際には、まず、シャフト１１の中央部の外周にセパレータ１６を配置する。そして、各磁極部材１４、１５及びセパレータ１６をこの中央部から両端部に向けて順次配置する。このように、磁極部材１４、１５をシャフト１１の中央部から両端部に向けて順次配置することで、磁極部材１４、１５をシャフト１１の一端部から他端部に向けて配置することと比較して、磁極部材１４、１５の配置位置に誤差が生じにくくなり、ロータ２のトルク特性やバランス特性への影響を小さくすることができる。
また、第１及び第２磁極部１２、１３の回転軸方向での両側端には、バランスリング１７がそれぞれ設けられている。そして、第１及び第２磁極部１２、１３の外周には、第１及び第２磁極部１２、１３がシャフト１１から飛散することを防止するシュリンクバンド１８が設けられている。

ステータ３は、円柱状のステータ基材２１と、ステータ基材２１の内周面から周方向等間隔で突出して設けられたステータティース２２と、ステータティース２２に巻回されたステータコイル２３とを備えている。

ステータ基材２１は、その軸芯がロータ２の回転軸心と合致するように構成されている。そして、ステータ基材２１の両側開口端には、この開口端を覆うカバー２４がそれぞれ取り付けられている。このカバー２４には中心孔２４ａが形成されており、この中心孔２４ａ部金の内側面には軸受け支持リング２５が設けられている。そして、この軸受支持リング２５には、ボール軸受などによって構成される軸受２６が装着されており、ロータ２のシャフト１１が回転自在に支持されている。

ステータティース２２は、ステータ基材２１の内周面から回転軸に向けて突出すると共に、ステータ３の軸方向に沿って形成された突条であり、ステータ基材２１の内周面において周方向等間隔で１２箇所に設けられている。また、ステータティース２２の径方向内方端とシュリンクバンド１８との間に間隙が形成されている。
ステータコイル２３は、ステータティース２２に対して重巻や、波巻、鎖巻などの形態にて巻回されている。このステータコイル２３の一部がステータティース２２の両端面からループ状に突出しており、コイルエンド２３ａを形成している。

以上のように構成された回転機１において、ステータコイル２３に励磁電流を供給すると、互いに隣接する２つのステータティース２２と、この２つのステータティース２２の間に配置されたステータ基材２１と、第１または第２磁極部１２、１３とによって磁気回路が形成される。この磁気回路が形成されることで、第１または第２磁極部１２、１３はステータティース２２に吸引される。そして、各ステータコイル２３に対して供給する励磁電流の強度を適宜変更することで、ロータ２を回転軸の軸回りで回転させる。
ここで、ステータコイル２３に励磁電流を供給することで、第１及び第２磁極部１２、１３に対して鎖交磁束が鎖交し、第１及び第２磁極部１２、１３の外表面に渦電流が発生する。しかし、第１及び第２磁極部１２、１３は、それぞれセパレータ１６を介して配置された複数の磁極部材１４、１５によって構成されているので、渦電流の経路が細分化される。これにより、第１及び第２磁極部１２、１３の表面損が抑制される。

このように構成されたロータ２及び回転機１によれば、第１及び第２磁極部１２、１３がそれぞれセパレータ１６を介して配置された複数の磁極部材１４、１５によって構成されていることで、第１及び第２磁極部１２、１３の外表面に発生する渦電流の経路が細分化される。これにより、第１及び第２磁極部１２、１３における表面損をより低減し、第１及び第２磁極部１２、１３の温度上昇が抑制される。したがって、所望の回転トルクをより安定して得ることができる。

なお、本発明は上記実施形態に限定されるものではなく、本発明の趣旨を逸脱しない範囲において種々の変更を加えることが可能である。
例えば、上記実施形態では、高速回転機に適用しているが、発電機など、他の回転機に適用してもよい。
また、第１及び第２磁極部１２、１３がそれぞれ周方向等間隔で４分割されて軸方向等間隔で１２分割されているが、周方向及び軸方向での分割感覚や分割数は設計に応じて適宜変更してもよい。ここで、分割数を増やすことでより磁極部材１４、１５の表面における渦電流の経路が細分化されるので表面損によって発生するジュール熱を抑制することができる。しかし、ロータ２の外周面において各磁極部材１４、１５の間に設けられるセパレータ１６の占有面積が増大するため、これを勘案して設計することが望ましい。
また、各磁極部材１４、１５の間にはセパレータ１６が設けられているが、セパレータ１６を設けず、空隙のままとしてもよく、樹脂状の絶縁材料で充填するような構成としてもよい。そして、シャフト１１の中央部から両端部に向けて順に接着することで形成されているが、シャフト１１の一端部から他端部に向けて順次接着して形成してもよい。
また、２対の第１及び第２磁極部１２、１３を互いがシャフト１１の周方向に沿うように交互に配置しているが、互いにシャフト１１の周方向に沿って交互に配置されていればよく、一対の第１及び第２磁極部１２、１３であっても、３対以上の第１及び第２磁極部１２、１３であってもよい。
また、ステータティース２２は、ステータ基材２１の内周面において周方向等間隔で１２箇所に設けられているが、設計に応じて適宜変更してもよい。

この発明によれば、回転子及びこれを備える回転機に関して、表面損による温度上昇をより低減することができ、産業上の利用可能性が認められる。

本発明の一実施形態における回転機を示す軸方向断面図である。 図１のＸ−Ｘ矢視断面図である。

符号の説明

１ 回転機
２ ロータ（回転子）
３ ステータ（固定子）
１１ シャフト
１２ 第１磁極部
１３ 第２磁極部
１４、１５ 磁極部材
１６ セパレータ（絶縁体）

Claims (3)

1. シャフトと、該シャフトの回転方向に沿って周囲に設けられた少なくとも一対の磁極部とを有する回転子において、
   該磁極部が、それぞれ間隙を介して配置された複数の磁極部材によって構成されていることを特徴とする回転子。
2. 前記複数の磁極部材が、絶縁体を介して配されていることを特徴とする請求項１に記載の回転子。
3. 請求項１または２に記載の回転子と、
   該回転子を前記シャフトの軸回りで回転自在に軸支する固定子とを備えることを特徴とする回転機。

Images