JP2008067474A

JP2008067474A - 回転子

Info

Publication number: JP2008067474A
Application number: JP2006241749A
Authority: JP
Inventors: Yusuke Hasuo; 裕介蓮尾; Yukio Matsunaga; 幸雄松永; Zenichi Ishikawa; 善一石川
Original assignee: Mitsui High Tec Inc
Current assignee: Mitsui High Tec Inc
Priority date: 2006-09-06
Filing date: 2006-09-06
Publication date: 2008-03-21

Abstract

【課題】漏洩磁束に起因する高調波を減少して鉄損を減らし、高効率の回転子を提供する。
【解決手段】第１、第２の永久磁石１３、１４をＶ字状に配置し、さらにこの第１、第２の永久磁石１３、１４に磁極方向を合わせて配置された第３の永久磁石１５を有する磁石群１２が、円周方向に並べて複数組配置された回転子１０であって、第３の永久磁石１５の中央側を半径方向に厚くし、しかも、第３の永久磁石１５の、第１、第２の永久磁石１３、１４の内側の隙間１７の半径方向外側に位置する部位を、例えば、第３の永久磁石１５の半径方向一方または両方の面を断面円弧状とし最大厚みとした。
【選択図】図１

Description

本発明は、内側に永久磁石が配置され、電動機または発電機に使用される回転子に関する。

従来、埋め込み磁石型の同期電動機に使用する回転子では、電動機の高効率化を図るために、図５（Ａ）に示すように、第１、第２の永久磁石５０、５１に分割してＶ字状に配置し、これを円周上に並べたものが知られている（例えば、特許文献１参照）。そして、これをさらに高効率化させるものとして、図５（Ｂ）に示すようにＶ字状に配置した永久磁石５０、５１にさらに第３の永久磁石５２を追加し、第１〜第３の永久磁石５０〜５２を逆三角形に配置する構成が知られている（例えば、特許文献２参照）。なお、図５（Ａ）、（Ｂ）は一つの磁石群のみを示し、回転子には、これらの磁石群が円周方向に等間隔で並べて配置されている。また、５３は軸孔、５４は回転子積層鉄心の１／６を示し、「Ｎ」、「Ｓ」は磁極の向きを示す。なお、図５（Ａ）が従来例１を、（Ｂ）が従来例２を示す。

特開２００２−１１２４７６号公報（図２）特開２００３−１３４７０４号公報（図１）

電動機は、誘起電圧波形が正弦波形に近いほど高効率になるが、図５（Ａ）に示すように、第１、第２の永久磁石５０、５１をＶ字状に配置したものからさらに、図５（Ｂ）に示すように、第３の永久磁石５２を追加して逆三角形に配置する構成とすることで、図２（Ｂ）に示すように段差のより少ない誘起電圧波形となり、より効率的な特性となってはいるものの、それでもなお、Ｖ字状に並べて配置した第１、第２の永久磁石５０、５１の内側端部の隙間（Ａ−Ａ´参照）に起因する漏洩磁束を原因とする空間高調波が十分に低減されていないため、結果的に鉄損も大きくは低減されず、電動機（または発電機）の高効率化を阻害している。

本発明はかかる事情に鑑みてなされたもので、漏洩磁束に起因する高調波を減少して鉄損を減らし、高効率の回転子を提供することを目的とする。

前記目的に沿う第１の発明に係る回転子は、第１、第２の永久磁石をＶ字状に配置し、さらにこの第１、第２の永久磁石に磁極方向を合わせて配置された第３の永久磁石を有する磁石群が、円周方向に並べて複数組配置された回転子であって、
前記第３の永久磁石の中央側を半径方向に厚くし、しかも、該第３の永久磁石の、前記第１、第２の永久磁石の内側の隙間の半径方向外側に位置する部位を最大厚みとした。

また、第２の発明に係る回転子は、第１の発明に係る回転子において、前記第３の永久磁石の半径方向外側の面は、断面円弧状に形成されている。
第３の発明に係る回転子は、第１の発明に係る回転子において、前記第３の永久磁石の半径方向内側の面は、断面円弧状に形成されている。
第４の発明に係る回転子は、第１の発明に係る回転子において、前記第３の永久磁石の半径方向外側および内側の面は、それぞれ断面円弧状に形成されている。

そして、第５の発明に係る回転子は、第１の発明に係る回転子において、前記第３の永久磁石の半径方向内側または外側には、該第３の永久磁石の一部となる別の永久磁石が固着されて、該第３の永久磁石の中央側の厚みが実質的に厚くなっている。

請求項１〜５記載の回転子においては、Ｖ字状に配置した第１、第２の永久磁石に対して、磁極方向を合わせて配置された第３の永久磁石の中央側を半径方向に厚くし、しかも、この第３の永久磁石の、第１、第２の永久磁石の内側の隙間の半径方向外側に位置する部位を最大厚みとしたので、第１、第２の永久磁石からの漏洩磁束を主原因とする空間高調波を十分に低減することが可能となる。これによって鉄損も低減され、これを用いる電動機または発電機の高効率化を図ることができる。

特に、請求項２記載の回転子では、第３の永久磁石の半径方向外側の面は、断面円弧状に形成され、請求項３記載の回転子では、第３の永久磁石の半径方向内側の面は、断面円弧状に形成され、請求項４記載の回転子では、第３の永久磁石の半径方向外側および内側の面は、それぞれ断面円弧状に形成されているので、回転子によって発生する誘起電圧波形を段差の少ない形にでき、より高次の高調波を低減できる。

そして、請求項５記載の回転子においては、第３の永久磁石の半径方向内側または外側には、第３の永久磁石の一部となる別の永久磁石が固着されて、第３の永久磁石の中央側の厚みが実質的に厚くなっているので、永久磁石の製造が容易となる。

続いて、添付した図面を参照しつつ、本発明を具体化した実施の形態につき説明し、本発明の理解に供する。
ここで、図１は本発明の第１の実施の形態に係る回転子の部分平面図、図２（Ａ）は同回転子の電気的特性（電気角と誘起電圧の関係）を示すグラフであり、（Ｂ）、（Ｃ）はそれぞれ従来例に係る回転子の電気的特性（電気角と誘起電圧の関係）を示すグラフである。図３は本発明の第１の実施の形態および従来例の回転子の性能を比較するグラフ、図４（Ａ）、（Ｂ）、（Ｃ）はそれぞれ本発明の第２〜第４の実施の形態に係る回転子の部分平面図である。なお、図１、図４においては、平面視した回転子の１／６を示す。

図１に示すように、本発明の第１の実施の形態に係る回転子１０は、円形の回転子積層鉄心１１と、円周方向に設けられて回転子積層鉄心１１の半径方向外側にＮおよびＳの磁極を交互に形成する磁石群１２を有している。この実施の形態においては、回転子１０は円周方向に６の磁石群１２を有しているが、図１ではその一つの磁石群１２のみしか示されていない。一つの磁石群１２は、回転子積層鉄心１１内にＶ字状に配置された第１、第２の永久磁石１３、１４と、第１、第２の永久磁石１３、１４に磁極方向を合わせて配置された第３の永久磁石１５とを有している。

第１〜第３の永久磁石１３〜１５は、中央に軸孔１６を有する回転子積層鉄心１１に予め形成された磁石装入孔に配置して例えば樹脂によって固定されたり、ボンド磁石が充填されて形成されている。Ｖ字状に左右対称に配置された第１、第２の永久磁石１３、１４の内側端部は幅Ｗの隙間１７を有している。第３の永久磁石１５は、第１、第２の永久磁石１３、１４に対して半径方向外側の領域に設けられている。そして、この第３の永久磁石１５は、前記した隙間１７の中央を通る半径線（即ち、回転子１０の軸心と隙間１７の中心を通る線）１８を中心として、左右対称で、しかも、半径方向外側の面は横断面円弧状に膨らんでいる。この実施の形態ではこの円弧の中心は回転子１０の軸心と一致するが、隙間１７の幅Ｗに応じて、第３の永久磁石１５の中央部を厚くするために、円弧の中心位置および円弧の半径を変えることもできる。

第３の永久磁石１５の半径方向内側は平面状となっているので、第１、第２の永久磁石１３、１４の内側端部の隙間１７を半径方向に延長した位置（詳細には中央）に、第３の永久磁石１５の最大厚みの部位がある。第１、第２の永久磁石１３、１４は半径方向外側に面する側に一方の磁極（例えば、Ｎ極）を有し、半径方向内側に面する側に他方の磁極（例えば、Ｓ極）に磁化されている。第３の永久磁石１５も第１、第２の永久磁石１３、１４と半径方向に磁極を合わせて、これによって、回転子１０の各磁石群１２の半径方向外側に中央部の磁束密度が大きく周囲に向かって徐々に弱くなる磁極を形成している。なお、円周方向に隣り合う磁石群１２の極性は異なっている。

この回転子１０を用いて、ロータに発生する電圧を各電気角ごとに測定したデータを図２（Ａ）に示す。縦軸は誘起電圧を示すが、誘起電圧は、−Ｎ・ｄφ／ｄｔ（Ｎはターン数、φは磁束密度）となり、結局は電気角に対する磁束密度を示すことになる。図２（Ａ）〜（Ｃ）から明らかなように、同図（Ｂ）、（Ｃ）に示す従来例２、１に係る回転子に比較して、誘起電圧が正弦波に近づいていることが分かる。また、図３に従来例１、２の場合と、本発明（第１の実施の形態）の場合の発生する電圧の周波数分析結果を示すが、本発明の場合には、第５高調波が大きく抑制され、相対的に判断して高調波が減少していることが分かり、これによって漏洩磁束に起因する高調波が減少し、これに伴い鉄損が減少する。図３において、「３rd」、「５th」、「７th」はそれぞれ第３高調波、第５高調波、第７高調波を示す。なお、パーセント（％）で表された数値は基本波成分の振幅に対する各高調波成分の振幅の比率を示す。また、本実施の形態において、機械角６０°に電気角１８０°が対応している。

図４（Ａ）〜（Ｃ）は本発明の第２〜第４の実施の形態に係る回転子１９〜２１を示すが、同図（Ａ）においては、第３の永久磁石２２の半径方向内側を断面円弧状に形成して中央側を厚くしている。また、同図（Ｂ）においては、第３の永久磁石２３の半径方向内側および外側を断面円弧状に形成して中央側を厚くしている。そして、同図（Ｃ）においては第３の永久磁石２４を、同一厚みの平面状の永久磁石２５と、この永久磁石２５の外側面（内側面であってもよい）に固着された別の永久磁石２６とによって構成している。永久磁石２６は平面視して長方形であってもよいし、場合によっては半径方向外側が円弧状であってもよい。これによって、第１、第２の永久磁石１３、１４の内側中間部によって弱められた磁束が、中央部が磁束密度の高い第３の永久磁石２２〜２４によって高められ、より正弦波に近い磁束を発生させることができる。

前記実施の形態においては、回転子の磁極数を特定して説明したが、６極以外のその他の磁極数であっても、本発明は適用される。
また、第３の永久磁石の円周方向中央の厚みを増すために、断面円弧状に形成したが、円弧状に限定されず、部分楕円状などその他の曲線であっても本発明は適用される。

本発明の第１の実施の形態に係る回転子の部分平面図である。（Ａ）は同回転子の電気的特性（電気角と誘起電圧の関係）を示すグラフであり、（Ｂ）、（Ｃ）はそれぞれ従来例に係る回転子の電気的特性（電気角と誘起電圧の関係）を示すグラフである。本発明の第１の実施の形態および従来例の回転子の性能を比較するグラフである。（Ａ）、（Ｂ）、（Ｃ）はそれぞれ本発明の第２〜第４の実施の形態に係る回転子の部分平面図である。（Ａ）、（Ｂ）は従来例１、従来例２の回転子の部分平面図である。

符号の説明

１０：回転子、１１：回転子積層鉄心、１２：磁石群、１３：第１の永久磁石、１４：第２の永久磁石、１５：第３の永久磁石、１６：軸孔、１７：隙間、１８：半径線、１９〜２１：回転子、２２〜２４：第３の永久磁石、２５、２６：永久磁石

Claims

第１、第２の永久磁石をＶ字状に配置し、さらにこの第１、第２の永久磁石に磁極方向を合わせて配置された第３の永久磁石を有する磁石群が、円周方向に並べて複数組配置された回転子であって、
前記第３の永久磁石の中央側を半径方向に厚くし、しかも、該第３の永久磁石の、前記第１、第２の永久磁石の内側の隙間の半径方向外側に位置する部位を最大厚みとしたことを特徴とする回転子。
請求項１記載の回転子において、前記第３の永久磁石の半径方向外側の面は、断面円弧状に形成されていることを特徴とする回転子。
請求項１記載の回転子において、前記第３の永久磁石の半径方向内側の面は、断面円弧状に形成されていることを特徴とする回転子。
請求項１記載の回転子において、前記第３の永久磁石の半径方向外側および内側の面は、それぞれ断面円弧状に形成されていることを特徴とする回転子。
請求項１記載の回転子において、前記第３の永久磁石の半径方向内側または外側には、該第３の永久磁石の一部となる別の永久磁石が固着されて、該第３の永久磁石の中央側の厚みが実質的に厚くなっていることを特徴とする回転子。