JP2011239650A - 永久磁石埋め込み回転子 - Google Patents
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Abstract
【解決手段】円周方向に複数のコイル8を有する円筒状の固定子7と同軸上に、かつ、内周面7aとの間に所定の空隙9が形成されるように配置される回転子1aは、磁性金属からなる円柱体2aと,非磁性材からなるスペーサ2bとから構成され,平面視して外周面から回転中心に向かって細長い矩形状に,偶数個の挿入溝3が形成された回転子コア2と、良導電性を有する非磁性金属からなり,回転子コア2に外挿される円筒体4と、円筒体4の内周面にN極とS極が交互に当接するように挿入溝3に埋設される永久磁石5a,5bと、回転子コア2の回転中心に嵌入されるステンレス製の回転軸6とを備えている。
【選択図】図1
Description
特許文献1に開示された発明は、ロータコアの外周部分に、磁極の極数よりも多いマグネットが互いに絶縁した状態で配置された構造となっている。
渦電流損失はマグネットの寸法に比例することから、このような構造によれば、マグネットに発生する渦電流損失を減少させることができる。これにより、電動機の出力が向上する。
特許文献2に開示された発明であるロータは、中央部が軸方向に傾斜した楔状の回転軸の外周に、同じく傾斜したスペーサ及び永久磁石を配置し、これらの外側に,同じく傾斜した繊維強化プラスチック製のシュリンクリングを外嵌めした構造となっている。
繊維強化プラスチックはステンレスよりも導電率が低いため、このような構造によれば、ステンレス製のシュリンクリングを用いる場合に比べて、渦電流損失を少なくすることができる。
このような構造においては、隣接する永久磁石の磁極同士が円柱体を介して磁気的に接続され、両者の間に磁路が形成され易くなる。これにより、漏れ磁束が大幅に減少し、発熱が少なくなる。また、固定子の磁極と永久磁石の磁極の間に形成される磁路が円筒体によって遮断されないため、永久磁石の磁極と固定子の磁極との間に強力な磁路が形成される。さらに、永久磁石埋め込み回転子の回転が、固定子で作られる回転磁界の回転速度よりも遅い場合、固定子と永久磁石の磁極間を通る磁束を非磁性金属の円筒体が横切ることになるため、円筒体にフレミングの法則に基づく力が作用する。これにより、円筒体が回転磁界に引っ張られ、その結果、永久磁石埋め込み回転子全体が回転する。
このような構造の永久磁石埋め込み回転子においては、円柱体に当接する永久磁石のN極から出た磁束がそのままS極に戻るような磁路が形成され難いため、円柱体によって永久磁石の磁極同士が磁気的に接続されるという請求項1記載の発明の作用がより有効に発揮される。また、非磁性材のスペーサにより、円筒体に当接する側の永久磁石の磁極同士が近接せず、かつ、磁気的に接続されないという作用を有する。従って、凸極性が増す。
このような構造の永久磁石埋め込み回転子においては、例えば、円筒体にステンレスを用いる場合などに比べて渦電流損失が少ない。
このような構造の永久磁石埋め込み回転子においては、永久磁石の磁極から円柱体を通って回転軸に至る磁路が形成され難いという作用を有する。
このような構造の永久磁石埋め込み回転子においては、第2の永久磁石によって、円柱体に当接する側の第1の永久磁石の磁極間に請求項1記載の発明よりもさらに強力な磁路が形成されるという作用を有する。
図1(a)及び図1(b)はそれぞれ本発明の実施の形態に係る永久磁石埋め込み回転子の実施例1の外観斜視図及び平面図である。また、図2(a)及び図2(b)はそれぞれ本実施例の永久磁石埋め込み回転子とその変形例を示す平面図である。なお、図1(b)では、固定子を破線によって模式的に示している。
図1(a)に示すように、本実施例の永久磁石埋め込み回転子(以下、回転子1aという。)は、平面視して外周面から回転中心に向かって細長い矩形状に,偶数個の挿入溝3が形成された回転子コア2と、金,銀,銅又はアルミニウムあるいはそれらの中から少なくとも2種選択してなる合金等の良導電性を有する非磁性金属からなり,回転子コア2に外挿される円筒体4と、円筒体4の内周面にN極とS極が交互に当接するように挿入溝3に埋設される永久磁石5a,5bと、回転子コア2の回転中心に嵌入されるステンレス製の回転軸6とを備えている。また、回転子コア2は、外周面に挿入溝3の一部が形成され,電磁鋼板等の磁性金属からなる円柱体2aと、合成樹脂やアルミニウム又はセラミック等の非磁性材のスペーサ2bとからなる。なお、挿入溝3の深さは永久磁石5a,5bの長さの半分未満となっている。また、回転子1aは、図1(b)に示すように、円周方向に複数のコイル8を有し,このコイル8への印加電圧を変化させることで回転磁界を発生させる円筒状の固定子7と同軸上に、かつ、内周面7aとの間に所定の空隙9が形成されるように配置されている。
図3(a)は回転子1aが単体の場合に発生する磁界を模式的に示した平面図であり、図3(b)は回転子1aが固定子7の内部に配置された状態を示す平面図である。図4(a)は回転子1aの動作を説明するための平面図であり、図4(b)は図4(a)の部分拡大図であり、いずれも固定子7の内部に配置された状態の回転子1aを示している。また、図3(b)と図4(a)と図4(b)では、コイル8の磁極と回転子1a内の永久磁石5a,5bとが作る磁路を説明するために、便宜上、コイル8をコイル8a,8bの2種類に区別して図示している。さらに、図1及び図2に示した構成要素については同一の符号を付して、その説明を省略する。
以上説明したように、回転子1aを同期電動機に用いることによれば、渦電流損失を低減させて、発熱を抑えることができる。また、回転磁界による吸着力が高まり、強い回転トルクが発生するため、固定子7と回転子2との空隙9を大きくとることができる。従って、高速回転や長時間運転によって回転子2が熱膨張して空隙9が変化した場合でも、回転子2と固定子7の接触等による故障が発生し難い。さらに、脱調を防いで回転効率を高めることができる。また、回転子2が固定子7の回転磁界に同期しない場合でも、回転トルクを発生させて、回転状態を維持することができる。加えて、回転子1aは構造が簡単であるため、安価に製造することが可能である。
図5は実施例2の永久磁石埋め込み回転子の平面図である。なお、図1乃至図4で示した構成要素については同一の符号を付して、その説明を省略する。
図5に示すように、本実施例の永久磁石埋め込み回転子(以下、回転子1bという。)は、実施例1の回転子1aにおいて、両端にそれぞれ磁極が形成された平面視矩形状の永久磁石5cが、永久磁石5a,5bの円柱体4に当接する側の磁極に対して、それぞれ逆の磁極を近接させるとともに、円柱体4の外周面に埋め込まれるようにして配設された構造となっている。なお、本実施例では、永久磁石5cを円柱体4の外周面に埋設しているが、このような構造に限定されるものではなく、例えば、永久磁石5cを円柱体4の外周面に当接した状態で配設しても良い。
Claims (5)
- 同期式の回転電動機に用いられる永久磁石埋め込み回転子において、
磁性金属からなる円柱体と,スペーサとから構成される回転子コアと、
この回転子コアに外挿され,良導電性の非磁性金属からなる円筒体と、
この円筒体の内周面に一方の磁極が当接し,他方の磁極が前記円柱体に当接するように前記回転子コアに埋設される永久磁石と、
前記回転子コアの前記回転中心に嵌入される回転軸と、
を備え、
前記永久磁石は、前記円筒体の周方向に見てN極とS極が前記内周面に対して交互に当接するように配置されることを特徴とする永久磁石埋め込み回転子。 - 前記スペーサは非磁性材によって形成されることを特徴とする請求項1記載の永久磁石埋め込み回転子。
- 前記円筒体は、金,銀,銅,アルミニウム又はそれらの中から少なくとも2種選択してなる合金によって形成されることを特徴とする請求項1又は請求項2に記載の永久磁石埋め込み回転子。
- 前記回転軸は、ステンレスによって形成されることを特徴とする請求項1乃至請求項3のいずれか1項に記載の永久磁石埋め込み回転子。
- 隣接する1組の前記永久磁石を第1の永久磁石とし、この第1の永久磁石の前記円柱体側の磁極に対して、逆の磁極を有する端部をそれぞれ近接させて前記回転子コアに埋設される平面視矩形状の第2の永久磁石を備えることを特徴とする請求項1乃至請求項4のいずれか1項に記載の永久磁石埋め込み回転子。
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