JP2015198513A - 埋込磁石型回転電機 - Google Patents
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Abstract
【解決手段】励磁コイル25を巻装した固定子20と、この固定子20と所定のギャップ30を隔てて対向して回転する回転子1とを備えた埋込磁石型回転電機であって、回転子1は、回転子コア2と、回転子コア2の内部に埋め込まれ回転子1の磁極P1を形成する永久磁石3a,3bと、磁化容易軸6及び磁化困難軸7を有する方向性部材5a,5bとを備える。磁化困難軸7が延びる方向の透磁率は回転子コア2の透磁率より低く構成され、方向性部材5a,5bに基づいて回転子コア2に形成された磁石磁束集中領域SR、SLに、永久磁石3a,3bの磁束8を集中させる。
【選択図】図1
Description
例えば、図6に示すような回転子11を有する埋込磁石型回転電機の場合、永久磁石3はいわゆる一文字型と呼ばれる配置となっており、磁極(P1)1極あたり1個の永久磁石3がd軸に沿って、d軸と直交する仮想面(図中点線で示す)の方向に磁束8を発生させるようになっている。そのため、固定子(不図示)と回転子11との間のギャップにおいて永久磁石3が作る磁束8の周方向に対する磁束密度分布の変化の波形は、矩形波に近い波形となる。この矩形波状の磁束8のうち、マグネットトルクとして利用可能なのは基本波成分のみであり、それ以外の高調波成分はマグネットトルクに寄与しない。それどころか、高調波成分はトルクリプルの原因となり、埋込磁石型回転電機の制御性を悪化させるなど多くの悪影響を及ぼす。
本発明は、上記した課題に着目してなされたものであり、埋込磁石型回転電機のトルクを増大させることができるとともに、トルクリプルを低減させることができる技術を提供することを目的とする。
また永久磁石の磁束に基づくギャップの磁束密度分布の波形が正弦波状であってもよい。
また永久磁石が形成する1つの磁極のd軸において、方向性部材が複数、磁極のd軸に対して線対称位置に配設されてもよい。
また回転子コアは、無方向性電磁鋼板を用いて形成され、方向性部材は、方向性電磁鋼板を用いて形成されてもよい。
部材挿入穴15a,15bは各々、略矩形状とされ、1組の部材挿入穴15a,15bが、各々の磁極において、固定子20側であって永久磁石3a,3bと回転子1の外周面との間に、d軸を中心に線対称、且つ、互いに離間した位置に配設されている。部材挿入穴15a,15bには、方向性部材5a,5bが各々嵌挿されている。
回転子1は、上記した回転子コア2をシャフト4に嵌合固着され、回転自在に支持されている。尚、回転子コア2に用いられる素材は、無方向性電磁鋼板に限定されず、磁気異方性が比較的小さい材料であればよい。
回転子コア2の磁極P1には、図1に示すように、磁極P1の永久磁石3a,3bより固定子20側において、磁極P1のd軸と交差せずに方向性部材5a,5bが配設されている。これにより回転子コア2に、永久磁石3a,3bの磁束の通過が抑制される磁石磁束抑制領域MR、MLが形成される。本実施形態では、磁石磁束抑制領域は、図面を正面視して、磁極P1の両端部寄り位置にある右側の磁石磁束抑制領域MRと左側の磁石磁束抑制領域MLとから構成されている。
そして磁石磁束抑制領域以外の領域には、図1中の斜線で示すように、磁石磁束抑制領域と比較して相対的に永久磁石3a,3bの磁束が集中して通る磁石磁束集中領域が形成される。本実施形態では、磁石磁束集中領域は、図面を正面視して右側の磁石磁束集中領域SRと左側の磁石磁束集中領域SLと、d軸とから構成されている。
磁石磁束集中領域は、例えば右側の磁石磁束集中領域SRの場合、回転子コア2の磁極P1において、方向性部材5bの磁化困難軸7が延びる方向に沿う短辺のうちd軸側(図中左側)の短辺の位置から、d軸までの間の領域となる。また左側の磁石磁束集中領域SLの場合、回転子コア2の磁極P1において、方向性部材5aの磁化困難軸7が延びる方向に沿う短辺のうちd軸側(図中右側)の短辺の位置から、d軸までの間の領域が、磁石磁束抑制領域となる。
また本実施形態に係る埋込磁石型回転電機によれば、1つの磁極P1において2つの方向性部材5a,5bがd軸を対称軸とする線対称形に配置されているので、永久磁石3a,3bの磁束8がd軸により集中する。これにより永久磁石3a,3bの磁束8の不要な高調波成分が低減して、永久磁石3a,3bの磁束8に基づくギャップ30の磁束密度分布の波形が正弦波により近づき、マグネットトルクを効率的に増大させることができる。
また上記実施形態においては、1つの磁極P1において2つの方向性部材5a,5bがd軸を対称軸とする線対称形に配置されている場合について説明したが、これに限定されるものではなく、1つの磁極P1において3つ以上の方向性部材を用いることもできる。例えば、回転子コア2においてd軸より一方側(例えば右側)に1つの方向性部材を配置するとともに、他方側(例えば左側)には2つの方向性部材を所定の間隔を隔てて連設し、3つの方向性部材を用いた構成としてもよい。そして、この場合、左側の2つの方向性部材とそれら2つの方向性部材間の間隔を含んだ全体の長さが、縦方向及び横方向のいずれにおいても、右側に配置された1つの方向性部材の長さと略等しくなるようにすることで、線対称形に配置してもよい。要はd軸に交差しないように方向性部材を配置すればよい。
さらに、上記実施形態においては、本発明を回転子1の永久磁石3a,3bの極数を4個とする埋込磁石型回転電機に適用した場合について説明したが、これに限定されるものではなく、永久磁石3a,3bの極数を任意の数としてもよい。また、1つの磁極P1を構成する永久磁石3a,3bの数も2つに限定されるものではなく、図5に示す他の実施形態のように3つであってもよいし、或いは4つ以上としてもよい。さらに永久磁石3a,3bの配置方法もV字型に限定されずU字型や一文字型等他の配置としてもよいし、回転子1の形状も適宜変更されてよい。
5a,5b…方向性部材、 6…磁化容易軸、 7…磁化困難軸、
8…永久磁石の磁束、 9…q軸の磁束、 13a,13b…磁石挿入穴、
15a,15b…部材挿入穴、 20…固定子、 30…ギャップ、
P1…磁極、 SR,SL…磁石磁束集中領域、 MR,ML…磁石磁束抑制領域
Claims (6)
- 励磁コイルを巻装した固定子と、該固定子と所定のギャップを隔てて対向して回転する回転子とを備えた埋込磁石型回転電機であって、
前記回転子は、
回転子コアと、
該回転子コアの内部に埋め込まれ回転子の複数の磁極を形成する複数の永久磁石と、
前記回転子コアの内部に前記複数の磁極に各々対応して配設され、磁化容易軸及び磁化困難軸を有するとともに前記磁化困難軸が延びる方向の透磁率が前記回転子コアの透磁率より低く構成された方向性部材と、を備え、
該方向性部材を、前記永久磁石の磁束を前記永久磁石が形成する磁極のd軸に集中させるように配設したこと、
を特徴とする埋込磁石型回転電機。 - 前記回転子コアには、前記磁極の前記永久磁石より前記固定子側において、前記永久磁石が形成する磁極のd軸と交差せずに前記方向性部材が配設される磁石磁束抑制領域と、該磁石磁束抑制領域以外の領域に前記磁極のd軸を含んだ磁石磁束集中領域とが形成され、
前記方向性部材は、前記磁化困難軸が延びる方向が前記磁極のd軸と平行な成分を有するように配向されたこと、
を特徴とする請求項1に記載の埋込磁石型回転電機。 - 前記永久磁石の磁束に基づくギャップの磁束密度分布の波形が正弦波状であること、
を特徴とする請求項1又は2に記載の埋込磁石型回転電機。 - 前記方向性部材は、前記磁化容易軸が延びる方向の透磁率が前記回転子コアの透磁率より高く構成されるとともに、
前記磁化容易軸が延びる方向が前記磁極のq軸の磁束の向きと平行な成分を有するように配向されたこと、
を特徴とする請求項1〜3のいずれか一項に記載の埋込磁石型回転電機。 - 前記永久磁石が形成する1つの磁極のd軸において、前記方向性部材が複数、前記磁極のd軸に対して線対称位置に配設されたこと、
を特徴とする請求項1〜4のいずれか一項に記載の埋込磁石型回転電機。 - 前記回転子コアは、無方向性電磁鋼板を用いて形成され、
前記方向性部材は、方向性電磁鋼板を用いて形成されたこと、
を特徴とする請求項1〜5のいずれか一項に記載の埋込磁石型回転電機。
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