JP2009516498A - 誘導電動機用回転子 - Google Patents

Abstract

【課題】 バリア内部に永久磁石を容易に固定させることができるようにし、コイルから発生する磁束の損失を最小にして効率を高める誘導電動機用回転子を提供する。
【解決手段】 誘導電動機用回転子１３０は、固定子１１０に対して空隙を有するようにその内部に回転可能に取り付けられ、コイル１２０から発生する磁束の磁路を提供し、かつ外周に沿って複数の導体１３１ａが設けられているような本体１３１と、半球の断面形状を有するように本体１３１を貫通して形成され、直線部が互いに向き合うように形成される一対のバリア（図１の１３ａ）または、遮断部材１３４と、それぞれの遮断部材１３４の内側に配置された複数の永久磁石１３３とを含む。したがって、永久磁石１３３はバリア内部に容易に固定させられるようになり、磁束の損失を最小化して効率を高める。
【選択図】 図２

Description

本発明は、誘導電動機用回転子に関し、より詳しくは、永久磁石の組み立てが容易、且つ磁束の損失を最小化する誘導電動機用回転子に関する。

一般的に、電動機は電気的エネルギーを機械的エネルギーに変換させて回転力を得る装置である。電動機は家庭用電子製品だけでなく産業用器機などに幅広く使われ、大きく交流電動機と直流電動機に分けられる。

交流電動機の一種である誘導電動機は、固定子に巻線されたコイルに流れる交流によって発生する磁束と固定子に挿入される回転子に発生する誘導電流との相互作用によって回転力を発生させる。

従来の誘導電動機について図１を参照して説明すると、次の通りとなる。

図１は従来の技術による誘導電動機を示す平面図である。従来の誘導電動機１０は、固定子１１と、コイル１２と、回転子１３を含む。固定子１１は図示されていないケーシングやシェルなどに固定される。コイル１２は固定子１１に巻線される。回転子１３は、固定子１１に対して空隙を有するように回転可能に設けられる。

固定子１１は同一形状の珪素鋼板のみを複数積層して形成される。図示していないが、固定子１１の内側に回転子１３が位置するようにホールが形成される。固定子１１の内周面に沿って一定間隔で複数の歯部１１ｂが形成され、歯部１１ｂ間ごとに複数のスロット１１ａを形成する。

コイル１２は歯部１１ｂそれぞれに巻線されることで交流電源の印加及び上記固定子１１の構造によって回転磁束を発生させる。

回転子１３は、固定子１１に対して空隙を有するようにその内部に回転可能に取り付けられ、中心にシャフト１３ａが貫通して固定される。回転子１３の外周に沿って複数のバー状の導体１３ｂが挿入されて固定される。シャフト１３ａの周りにバリア１３ｃが形成され、バリア１３ｃごとに複数の永久磁石１３ｄが挿入される。

シャフト１３ａは誘導電動機１０のフレームを成すケーシングやシェル（図示せず）にベアリングを媒介とし回転可能に取り付けられる。

導体１３ｂは一般的に伝導性が優れており、更に、ダイキャスト工法が可能なアルミニウム（Ａｌ）が用いられる。

バリア１３ｃは、円弧状を有し、一対から成り、シャフト１３ａを間に置いて向き合うように形成され、内側に空気が満たされて磁束を遮断する。

永久磁石１３ｄは、各バリア１３ｃ内に挿入されてバリア１３ｃの内側面に加圧されて固定され、コイル１２から発生する磁界との相互作用によってトルクを発生させる。

作動時に、コイル１２に所定の電流が印加されると、固定子１１の構造によって発生する回転磁界と回転子１３の導体１３ｂとから発生する誘導電流との相互作用によって回転子１３が回転し始める。そして、回転子１３が同期速度に達すると、永久磁石１３ｄによるトルクと回転子１３の構造に起因したリラクタンストルクが発生して回転子１３が回転する。

しかし、このような従来の誘導電動機１０は複数の永久磁石１３ｄをバリア１３ｃに無理やり挿入して固定させなければならないので、金属である両者間の摩擦によって組み立ての際に永久磁石１３ｄに損傷を与えるだけでなく、組み立て作業に手間がかかる。

また、図１に示すように、バリア１３ｃが円弧状を有し、これらの間を通過するようになることで、トルク発生に寄与できない磁束Ｍ_ｌｏｓｓ の損失が多く発生する。結果的に、流動電動機１０の効率を大幅に減少させる。

このため、誘導電動機１０のバリア１３ｃへ永久磁石１３ｄを設置することを容易にすることで生産性を向上させるとともに、磁束の損失を最小化することで高い効率を有する誘導電動機１０の開発が必要になった。

したがって、本発明の目的は、バリア内部に永久磁石を容易に固定させることができるようにし、コイルから発生する磁束の損失を最小化して効率を高める誘導電動機用回転子を提供することにある。

本発明の好適な実施形態によって、誘導電動機用の、コイルが巻線された固定子内に設けられる回転子が提供される。この回転子は、本体と、一対のバリアと、永久磁石とを含み、本体は、固定子に対して空隙を有するようにその内部に回転可能に取り付けられ、コイルから発生する磁束の磁路を提供し、本体の外周領域に設けられた複数の導体を含み、一対のバリアは、半球の断面形状を有するように本体を貫通して形成され、半球の断面形状の直線部が互いに向き合うように形成され、永久磁石は、個々のバリアの内側に配置される。

本発明による誘導電動機用回転子はバリア内部に永久磁石を容易に固定させることができるようにし、コイルから発生する磁束の損失を最小化して効率を高める。

以下、本発明の好適な実施形態を添付した図面を参照し、当業者が容易に実施できるように詳細に説明する。

図２は本発明による誘導電動機を示す平面図である。図２に示すように、誘導電動機１００は固定子１１０、コイル１２０、回転子１３０を含む。コイル１２０は固定子１１０の歯部１１１に巻線される。回転子１３０は本体１３１、バリア１３２、永久磁石１３３、遮断部材１３４を含む。本体１３１は固定子１１０内に装着される。バリア１３２は本体１３１内に半球形状に形成される。永久磁石１３３は個々のバリア１３２内に位置され、遮断部材１３４はまた永久磁石１３３を個々のバリア１３２に固定するためにバリア１３２内に挿入される。

本体１３１は複数の珪素鋼板の積層によって形成されるか、軟磁性粉末の圧縮プロセスによって形成される３次元形状を有した軟磁性複合材（soft magnetic composite；「ＳＭＣ」ともいう）であることもあり、コイル１２０から発生する磁束の磁路を提供し、固定子１１０の内部に空隙をおいて回転可能に設置される。

本体１３１には中心部にシャフト１３５が挿入されて固定され、バー状の導体１３１ａが外周に沿って等間隔で複数挿入される。バー状の導体１３１ａは伝導性に優れたアルミニウム（Ａｌ）を含む。本体１３１には、その上側と下側を貫通することでそれぞれホールを形成するバリア１３２が設けられる。

バリア１３２は、一対からなり、半球の断面形状を有する。バリア１３２の直線部が本体１３１の中心部に向けて互いに向き合うように形成される。バリア１３２の内弧側に永久磁石１３３が配置される。

本実施形態で示されているように、永久磁石１３３は個々のバリア１３２の内側に複数個配置される。永久磁石１３３は、本体１３１と固定子１１０との間の空隙から発生するエネルギーの損失を償うとともに回転磁界との相互作用によってトルクを発生させる。

各遮断部材１３４は、それぞれのバリア１３２内に挿入されて永久磁石１３３を固定させる。特に、遮断部材１３４は、磁束の流れを遮断させるようにラバーまたは合成樹脂などの絶縁材質を含む。

遮断部材１３４は、永久磁石１３３をあらかじめ装着した状態でバリア１３２内に挿入固定されることができる。すなわち、遮断部材１３４は永久磁石１３３に相応する数の装着凹部１３４ａをあらかじめ形成し、装着凹部１３４ａに永久磁石１３３を装着した状態でバリア１３２内に挿入され固定されることができる。

遮断部材１３４があらかじめ製作されていなくても、射出によってバリア１３２に挿入されることができる。すなわち、遮断部材１３４は、個々のバリア１３２の内部に永久磁石１３３を配置した状態で射出によってバリア１３２内に満たされることで永久磁石１３３を固定させることができる。

永久磁石１３３は、遮断部材１３４によってバリア１３２の曲線部位に接するように固定されるのが望ましい。このため、複数の永久磁石１３３が個々のバリア１３２に置かれる場合、永久磁石１３３は、相互に一定の間隔をおいて各バリア１３２の曲線部位に接するように配列される。

上記のような構造から成る誘導電動機１００の回転子１３０の作用は次の通りである。

コイル１２０に所定量の電流が印加されると、回転磁界が発生して、この回転磁界は順に導体１３１ａに誘導電流を発生させる。回転磁界と誘導電流との相互作用によって回転子１３０が回転するようになる。そして、同期速度に達すると、永久磁石１３３によるトルクと回転子１３０の構造に起因して発生したリラクタンストルクによって回転し続ける。すなわち、本発明の回転子１３０は回転することによってバリア１３２の位置が変化し磁気抵抗も変化するが、このような磁気抵抗の変化によって固定子１１０と回転子１３０との間に位置する空隙に蓄積されているエネルギーが変化する。回転位置に対するエネルギーの変化によってトルクが発生し、回転子１３０に回転力を提供する。

この時、半球の断面状を有するバリア１３２の内部にそれぞれ挿入される絶縁材質の遮断部材１３４によってバリア１３２間の磁路を最小にしてバリア１３２間を通過することで、磁束の損失を最小化する。結果的に、磁束のほとんどがトルクの発生に寄与して誘導電動機１００の効率を高める。

遮断部材１３４が予め製作されて各バリア１３２内に挿入されて固定される場合、永久磁石１３３のバリア１３２との摩擦部分を小さくすることができる。したがって、組立て時の磁束の損失を最小にすることができる。また、永久磁石１３３が複数あっても、永久磁石１３３はそれぞれの装着凹部１３４ａに固着され、それによって個々のバリア１３２内に固定される。結果的に永久磁石１３３は容易にバリア１３２内に固定される。

また、遮断部材１３４が射出成形によってそれぞれのバリア１３２内に注入される場合、遮断部材１３４は、各バリア１３２への遮断部材１３４の射出成形によって永久磁石１３３を個々のバリア１３２内に固定するが、永久磁石１３３は個々のバリア１３２内に自由に配置される。したがって、永久磁石１３３がバリア１３２の内面と摩擦を起こす可能性が少ない。結果的に、永久磁石１３３が複数個あっても、永久磁石１３３はそれぞれのバリア１３２内に同時に設けられることができ、組立てが容易になる。

なお、本発明は好ましい実施例に基づいて図示して説明しているが、請求範囲に定義された本発明に係る技術的思想の範囲から逸脱しない範囲内で様々な変更が可能であることは当業者にとって自明である。

従来の技術による誘導電動機を示す平面図である。 本発明による誘導電動機を示す平面図である。

Claims (5)

1. 誘導電動機用の、コイルが巻線された固定子内に設けられる回転子であって、
   前記固定子に対して空隙を有するようにその内部に回転可能に取り付けられ、前記コイルから発生する磁束の磁路を提供し、かつ外周領域に複数の導体が設けられているような本体と、
   半球の断面形状を有するように前記本体を貫通して形成され、前記半球の断面形状の直線部が互いに向き合うように形成された一対のバリアと、
   前記各バリアの内側に配置された複数の永久磁石とを含むことを特徴とする回転子。
2. 前記バリアが、前記磁束を遮断する遮断部材を含み、
   前記遮断部材が前記各バリア内に挿入され、それによって前記永久磁石が前記バリア内に固定されるようにしたことを特徴とする請求項１に記載の回転子。
3. 前記各遮断部材が、前記永久磁石を前記各バリア内に固定するための装着凹部を有することを特徴とする請求項２に記載の回転子。
4. 前記各遮断部材が射出成形により前記各バリア内に注入され、それによって前記永久磁石が前記各バリア内に固定されるようにしたことを特徴とする請求項２に記載の回転子。
5. 前記複数の永久磁石が、相互に一定の間隔をおいて前記各バリアの曲線部位に接するように配列されていることを特徴とする請求項１に記載の回転子。

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