JP2013132209A - 界磁子 - Google Patents

Abstract

【課題】界磁子と電機子とを組み合わせる作業が簡便に行える界磁子を提供する。
【解決手段】界磁子２に磁性板５を設ける。永久磁石２２よりも回転軸Ｑから遠い側にある界磁子コア２１は周方向に複数配置され、空隙２３によって相互に磁気的に分離されている。磁性板５は、孔５２の端５２ｃが締結具６６を係止する第１の位置にあっては界磁子コア２１同士を磁気的に分離する。磁性板５は、孔５２の端５２ｄが締結具６６を係止する第２の位置にあっては界磁子コア２１同士を磁気的に連結する。界磁子コア２４は永久磁石２２に対して界磁子コア２１と反対側に設けられてバックヨークとして機能する。磁性板５は、第１位置において界磁子コア２１，２４を磁気的に分離し、第２位置において界磁子コア２１、２４を磁気的に連結する。
【選択図】図６

Description

この発明はいわゆるラジアルギャップを呈する、永久磁石埋め込み型モータに採用される界磁子に関する。

回転電機は一般に固定子と回転子で構成される。固定子には回転磁界を発生させる電機子巻線を巻回したティースが設けられる電機子が、回転子には界磁磁束を発生させる永久磁石が設けられる界磁子が、それぞれ採用される場合が多い。

電機子と界磁子との間にはエアギャップと通称される空隙が設けられる。当該エアギャップは回転子と固定子との相対的な回転運動を許しつつ、回転磁界と界磁磁束との相互作用を機能させる程度に小さく設定される。かかるエアギャップの態様としては、その側面が回転子の回転軸に垂直な筒状を呈する、いわゆるラジアルギャップ型が多く採用される。

そして界磁子の構成としては、リラクタンストルクを利用する観点から、永久磁石が界磁子コアの内部に設けられる永久磁石埋め込み型モータ（電動機としても利用可能）も多く採用される。

そしてかような構成を採るラジアルギャップ型の永久磁石埋め込み型モータを作製すべく界磁子と電機子とを組み合わせるときには、回転軸に平行な方向（以下「回転軸方向」と称す）に沿って一方を他方へと貫挿する。しかしこのとき、界磁子の永久磁石と電機子のティースとの間には回転軸方向に垂直に吸引力が働く。よって当該吸引力は界磁子と電機子とを組み合わせる作業に大きな障害となる。

かかる障害を回避するために、電機子と界磁子とを組み合わせてから界磁子の永久磁石を着磁したり、界磁子を回転させつつ電機子へと組み込んだりする技術が特許文献１に開示されている。

なお、電動機の高速回転時に磁束通路となる部材が界磁を弱めるべく移動する技術が特許文献２に開示されている。

特開２００１−３７１７１号公報 特開平１１−２７５７８９号公報

しかしながら、電機子と界磁子とを組み合わせてから界磁子の永久磁石を着磁する方法では、電動機のメンテナンスを行うために界磁子と電機子とを回転軸方向に沿って分解する際に上記の吸引力が働く。また界磁子を回転させつつ電機子へと組み込む方法は、同様にして界磁子と電機子とを分解することも考えられるものの、特許文献１の第００２０段落に記載されているように、界磁子たるロータの端部を支持する支持装置及び磁力を均一分布するに十分な速度で回転できる回転装置が要求される。

特許文献２に開示されている技術も、電動機の高速回転時には界磁が弱まるものの、電動機の組立時やメンテナンス時においては界磁が弱められるものでもない。

本願は上記の観点に鑑みたものであって、界磁子と電機子とを組み合わせる作業が簡便に行える界磁子を提供することを目的とする。

この発明にかかる界磁子の第１の態様は、所定の軸（Ｑ）の周囲で周方向に複数配置される第１界磁子コア（２１）と、隣接する前記第１界磁子コアに極性が異なる界磁磁束を供給する複数の永久磁石（２２）と、前記第１界磁子コアの前記軸に沿った横に設けられ、第１位置にあっては隣接する前記第１界磁子コア同士を磁気的に分離し、第２位置にあっては隣接する前記第１界磁子コア同士を磁気的に連結し、前記第１位置と前記第２位置との間で可動な磁性板（５）と、前記永久磁石（２２）に対して前記第１界磁子コアと反対側に設けられてバックヨークとして機能する第２界磁子コア（２４）とを備える。

前記磁性板（５）は、前記第１位置において前記第１界磁子コアと前記第２界磁子コアとを磁気的に分離し、前記第２位置において前記第１界磁子コアと前記第２界磁子コアとを磁気的に連結する。

この発明にかかる界磁子の第２の態様は、その第１の態様であって、前記磁性板（５）は、前記周方向に複数配置され、隣接するもの同士が磁気的に分離されつつ機構的に連結された磁性片（５０）を有する。前記磁性板は前記第１位置と前記第２位置の間で前記周方向に移動し、前記磁性板（５）が前記第１位置にあるとき、前記磁性片の各々の前記永久磁石（２２）側の辺（５１ａ）は前記永久磁石と第１界磁子コアとの境界、もしくは当該境界よりも前記第１界磁子コア側に位置する。前記磁性板（５）が前記第２位置にあるとき、前記軸（Ｑ）に沿った平面視上で、前記辺は前記第２界磁子コア（２４）を渡って相互に隣接する一対の前記第１界磁子コアと重なり、前記磁性片の各々の前記周方向についての一対の縁（５１ｂ）の一方が重なる前記第１界磁子コア（２１）と、前記一対の縁の他方が重なる前記第１界磁子コア（２１）とは相互に隣接する。

この発明にかかる界磁子の第３の態様は、その第１の態様であって、前記第１界磁子コアは前記永久磁石に対して前記軸と反対側に位置する。

この発明にかかる界磁子の第４の態様は、その第２の態様であって、前記第１界磁子コアは前記永久磁石に対して前記軸と反対側に位置する。

この発明にかかる界磁子の第５の態様は、その第４の態様であって、前記磁性板（５）は、前記軸（Ｑ）に垂直な面内で前記磁性片（５０）を連結する非磁性体を更に有する。

この発明にかかる界磁子の第６の態様は、その第３の態様又は第４の態様であって、前記磁性板（５）はその一部領域（５７）において厚みが他所と異なる。

この発明にかかる界磁子の第１の態様によれば、当該界磁子と電機子とを組み合わせて回転電機を構成するときには磁性板を第２位置に移動させる。これにより永久磁石が一時的に短絡され、永久磁石と電機子コアとの間での吸引力の発生を抑制し、界磁子と電機子とを組み合わせる作業が容易となる。回転電機が構成された後は永久磁石の短絡を解除し、通常の運転を行う。第１界磁子コアの前記軸に沿った横に設けられるので、その構成は、永久磁石を短絡させるための磁性体を第１界磁子コアの内部に配置する構成と比較して簡易である。磁性板はまた、第１界磁子コアを積層鋼板で形成する際には、鋼板に対する端板として機能する。そして第２位置にある磁性板の作用が高まる。

この発明にかかる界磁子の第２の態様によれば、磁性板の第１位置と第２位置との間の移動が簡便である。

この発明にかかる界磁子の第５の態様によれば、磁性板の磁気的作用を損なうことなく機械的強度を高める。

この発明にかかる界磁子の第６の態様によれば、厚みの偏りが界磁子の軸周りの重心を調整するバランサとして機能する。

この発明にかかる界磁子を採用できるモータの構成を示す断面図である。 この発明にかかる界磁子を採用できるモータの構成を示す側面図である。 界磁子を示す断面図である。 磁性板を示す平面図である。 本実施の形態の効果を説明する図である。 本実施の形態の効果を説明する図である。

図１はこの発明にかかる界磁子を採用できるラジアルギャップ形の永久磁石埋め込み型モータの構成を示す断面図であり、当該モータの回転軸Ｑに垂直な断面を模式的に示している。

当該モータは固定子たる電機子４と、電機子４に囲まれた回転子たる界磁子２とを備えている。

電機子４は、複数のティース４３、ヨーク４２、電機子巻線４１（図の繁雑を避けるため、鎖線で描画）を有している。電機子巻線４１は各ティース４３に巻回される。ティース４３は界磁子２側で周方向に拡がる幅広部４４を有している。幅広部４４は界磁子２に対向する面４３ａを呈する。ティース４３は幅広部４４と反対側でヨーク４２によって相互に連結される。

界磁子２は、界磁子コア２１，２４と永久磁石２２とを備えている。界磁子コア２１は回転軸Ｑの周囲で周方向に複数配置される。永久磁石２２は界磁子コア２１に対して界磁磁束を供給する。隣接する界磁子コア２１にそれぞれ供給される界磁磁束は、相互に極性が異なる。

界磁子コア２４は、永久磁石２２に対して界磁子コア２１と反対側に設けられてバックヨークとして機能する。界磁子コア２４には回転軸Ｑを中心として回転軸方向に延びるシャフト３０が貫挿されている。また界磁子コア２４には貫通孔６４が設けられている。貫通孔６４は、界磁子２を用いたモータが圧縮機に搭載される場合、当該圧縮機の圧縮対象（例えば空気調和機の冷媒）の通路として機能する。かかる機能が不要な場合には、もちろん貫通孔６４は不要である。

界磁子コア２４とシャフト３０とは楔３１によって契合し、両者が相互に周方向に滑らないようにしている。その他の方法として、界磁子コア２４をシャフトに圧入することや焼き填めすることで、楔３１による契合を省略してもよい。

例えば界磁子コア２１，２４は回転軸Ｑに垂直な電磁鋼板が、回転軸方向に積層して構成される。この場合、界磁子コア２１は締結具６６によって回転軸方向に締結される。締結具６６は界磁子コア２４に設けられてもよいし、界磁子コア２１，２４の両方に設けられてもよい。更に電磁鋼板の各々は、界磁子コア２１において凹凸６５を有することも望ましい。当該凹凸６５は隣接する電磁鋼板同士において相互に契合し、いわゆる「絡ませ」と称される締結機能を果たす。

図２はこの発明にかかる界磁子を採用できるラジアルギャップ形の永久磁石埋め込み型モータの構成を示す側面図であり、当該モータの回転軸Ｑに垂直な方向から見た側面を概念的に示している。

当該モータは、図１では現れない磁性板５も描かれている。磁性板５は、界磁子コア２１の回転軸方向に沿った横に設けられる。締結具６６は磁性板５も貫通する。界磁子コア２１，２４が積層鋼板で形成される際には、磁性板５は鋼板に対する端板として機能する。

なお、界磁子コア２１，２４が積層鋼板で形成されない場合、締結具６６を設ける必要はない。但し後述するような、磁性板５の周方向の移動の位置決めのため、締結具６６と類似の構造が設けられることが望ましい。具体的には、界磁子コア２１の回転軸方向に沿った横で界磁子コア２１に固定され、回転軸に沿って突出する凸部が設けられることが望ましい。締結具６６が設けられる場合には、当該凸部の機能は締結具６６によって担保される。

図３は界磁子２を示す断面図であり、回転軸Ｑに垂直な断面を模式的に示している。界磁子コア２１が永久磁石２２から供給される界磁磁束の極性は、それぞれの界磁子コア２１の永久磁石２２近傍に「Ｎ」「Ｓ」として示した。

隣接する界磁子コア２１同士は、ほぼ径方向に延びる空隙２３によって周方向において磁気的に分離される。但し構造的には回転軸Ｑと反対側で、隣接する界磁子コア２１同士が薄肉部２６で連結される。

空隙２３は同じ永久磁石２２において磁束が短絡的に流れることを阻止する機能と、隣接する界磁子コア２１同士を介して隣接する永久磁石２２が短絡的に流れることを阻止する機能とを併せ持つ。

界磁子コア２４は空隙２３によっていずれの界磁子コア２１とも磁気的に分離されるが、空隙２３の間に設けられる薄肉部２５によって薄肉部２６を介して界磁子コア２１と構造的に連結される。

但し、薄肉部２５，２６を設けずに、界磁子コア２１，２４の各々が空隙２３によって相互に分離されていても良い。この場合には磁性板５が界磁子コア２１を保持するなど、界磁子２が回転する際に界磁子コア２１を遠心力に抗して保持する機構を別途に設けることが望ましい。

図４は磁性板５を示す平面図であり、回転軸方向に沿って見た平面を模式的に示している。

磁性板５は、周方向に複数配置された磁性片５０を有する。磁性片５０の各々は、周方向についての一対の縁５１ｂと、永久磁石２２側の辺５１ａとを呈する。

隣接する磁性片５０同士は薄肉部５１ｃで磁気的に分離されつつ機構的に連結される。但し界磁子コア２１，２４が相互に機構的に連結されている場合には、必ずしも薄肉部５１ｃを設ける必要はなく、磁性片５０同士が相互に分離していても良い。

磁性片５０において孔５２が設けられる。孔５２は端５２ｃ，５２ｄと、ガイド縁５２ａ，５２ｂとを外延として呈する。

図５及び図６は本実施の形態の効果を説明する図であり、界磁子２については断面を、磁性板５については平面を、それぞれ回転軸Ｑを重ねて示している。但し図面の繁雑を避けるために磁性板５は鎖線で描いている。図５及び図６はいずれも回転軸Ｑに沿ってみた平面視上の構成とほぼ把握することができる。但し、締結具６６はその回転軸方向における端部が大きくなって磁性板５及び界磁子コア２１を締結するものの、図５及び図６ではそのような端部は現れていない。

図５は端５２ｃが締結具６６を係止する状態を、図６は端５２ｃが締結具６６を係止する状態を、それぞれ示している。本実施の形態において図５及び図６に示された磁性板５の位置を、それぞれ第１位置及び第２位置と称する。ガイド縁５２ａ，５２ｂは、端５２ｃ，５２ｄの間で、孔５２における締結具６６の周方向の移動を案内する。

このようにして磁性板５は第１位置と第２位置との間で周方向に可動である。具体的には種々の方法が考えられるが、締結具６６が磁性板５を界磁子コア２１へと締め付ける力に抗して磁性板５を周方向に移動させることも考えられるし、当該移動を許す程度に上記の締め付ける力を弱めてもよい。

図５に示されるように磁性板５は第１位置において隣接する界磁子コア２１同士を磁気的に分離し、図６に示されるように第２位置において隣接する界磁子コア２１同士を磁気的に連結する。

よって界磁子２と電機子４（図１参照）とを組み合わせて回転電機を構成するときには磁性板５を第２位置に移動させる。これにより永久磁石２２が一時的に短絡され、永久磁石２２と電機子コア（例えば図１に示されたティース４３）との間での吸引力の発生を抑制し、界磁子２と電機子４とを組み合わせる作業が容易となる。

回転電機が構成された後は磁性板５を第１位置に移動させ、永久磁石２２の短絡を解除し、通常の運転を行う。

なお、界磁子コア２１の回転軸Ｑに沿った横に磁性板５を設けるので、その構成は、永久磁石２２を短絡させるための磁性体を界磁子コア２１の内部に配置する構成と比較して簡易である。

また磁性板５が第２位置にあるとき、回転軸Ｑに沿って見た平面視上、同じ磁性片５０の縁５１ｂの一方が覆う界磁子コア２１と、縁５１ｂの他方が覆う界磁子コア２１とは相互に隣接する。つまり隣接する界磁子コア２１は、同じ磁性片５０の周方向への拡がりによって覆われることになる。これは磁性板５の第１位置と第２位置との間の移動を、磁性板５を周方向に移動させるという簡便な態様で実現する観点で望ましい。

また磁性板５は、第１位置において界磁子コア２１，２４を相互に磁気的に分離する事が望ましい。よって磁性板５が第１位置にあるとき、磁性片５０の各々の辺５１ａは永久磁石２２と界磁子コア２１との境界、もしくは境界よりも界磁子コア２１側に位置することが望ましい。

他方、辺５１ａは、磁性板５が第２位置にあるときには、回転軸Ｑに沿ってみた平面視上、界磁子コア２４を渡って相互に隣接する一対の界磁子コア２１と重なることが望ましい。このときも同じ磁性片５０の縁５１ｂの一方が覆う界磁子コア２１と、縁５１ｂの他方が覆う界磁子コア２１とは相互に隣接する。

しかも磁性板５は界磁子コア２１，２４同士をも磁気的に連結するので、永久磁石２２を短絡させる作用が大きい。

また孔５２がガイド縁５２ａ，５２ｂ及び端５１ｃ，５１ｄを有するので、磁性板５は第１位置、第２位置へと周方向に容易に案内及び位置決めされる。

磁性板５は、回転軸Ｑに垂直な面内で磁性片５０を連結する非磁性体を更に有することも望ましい。具体的には、薄肉部５１ｃの内側で、辺５１ａ及び縁５１ｂで囲まれた領域（図４参照）を樹脂などで充填する。これは磁性板５の磁気的作用を損なうことなくその機械的強度を高める効果がある。

また磁性板５はその一部領域５７（図４参照）において厚みが他所と異なることも望ましい。厚みの偏りが界磁子２の回転軸Ｑ周りの重心を調整するバランサとして機能するからである。

上述の説明は、界磁子コア２１が永久磁石２２に対して回転軸Ｑと反対側に位置する、いわゆるインナーロータ型のモータについて説明している。本発明はアウターロータ型のモータにも適用できるが、アウターロータ型では界磁子の径方向の寸法が小さい。よって磁性板５に孔５２を設ける態様を採用する場合には、上述のインナーロータ型のモータに本発明を適用することが望ましい。

２ 界磁子
２１，２４ 界磁子コア
２２ 永久磁石
５ 磁性板
５０ 磁性片
５１ａ 辺
５１ｂ 縁
５７ 一部領域
Ｑ 回転軸

Claims (6)

1. 所定の軸（Ｑ）の周囲で周方向に複数配置される第１界磁子コア（２１）と、
   隣接する前記第１界磁子コアに極性が異なる界磁磁束を供給する複数の永久磁石（２２）と、
   前記第１界磁子コアの前記軸に沿った横に設けられ、第１位置にあっては隣接する前記第１界磁子コア同士を磁気的に分離し、第２位置にあっては隣接する前記第１界磁子コア同士を磁気的に連結し、前記第１位置と前記第２位置との間で可動な磁性板（５）と、
   前記永久磁石（２２）に対して前記第１界磁子コアと反対側に設けられてバックヨークとして機能する第２界磁子コア（２４）と
   を備え、
   前記磁性板（５）は、前記第１位置において前記第１界磁子コアと前記第２界磁子コアとを磁気的に分離し、前記第２位置において前記第１界磁子コアと前記第２界磁子コアとを磁気的に連結する、界磁子（２）。
2. 前記磁性板（５）は、前記周方向に複数配置され、隣接するもの同士が磁気的に分離されつつ機構的に連結された磁性片（５０）を有し、
   前記磁性板は前記第１位置と前記第２位置の間で前記周方向に移動し、
   前記磁性板（５）が前記第１位置にあるとき、前記磁性片の各々の前記永久磁石（２２）側の辺（５１ａ）は前記永久磁石と第１界磁子コアとの境界、もしくは当該境界よりも前記第１界磁子コア側に位置し、
   前記磁性板（５）が前記第２位置にあるとき、前記軸（Ｑ）に沿った平面視上で、前記辺は前記第２界磁子コア（２４）を渡って相互に隣接する一対の前記第１界磁子コアと重なり、前記磁性片の各々の前記周方向についての一対の縁（５１ｂ）の一方が重なる前記第１界磁子コア（２１）と、前記一対の縁の他方が重なる前記第１界磁子コア（２１）とは相互に隣接する、請求項１記載の界磁子（２）。
3. 前記第１界磁子コアは前記永久磁石に対して前記軸と反対側に位置する、請求項１記載の界磁子（２）。
4. 前記第１界磁子コアは前記永久磁石に対して前記軸と反対側に位置する、請求項２記載の界磁子（２）。
5. 前記磁性板（５）は、前記軸（Ｑ）に垂直な面内で前記磁性片（５０）を連結する非磁性体を更に有する、請求項４記載の界磁子（２）。
6. 前記磁性板（５）はその一部領域（５７）において厚みが他所と異なる、請求項３又は請求項４記載の界磁子（２）。

Images