JP3507680B2 - 埋め込み磁石型回転子 - Google Patents

埋め込み磁石型回転子

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JP3507680B2
JP3507680B2 JP36199897A JP36199897A JP3507680B2 JP 3507680 B2 JP3507680 B2 JP 3507680B2 JP 36199897 A JP36199897 A JP 36199897A JP 36199897 A JP36199897 A JP 36199897A JP 3507680 B2 JP3507680 B2 JP 3507680B2
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孝俊 原
光彦 佐藤
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アイチエレック株式会社
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Description

【発明の詳細な説明】 【0001】 【産業上の利用分野】本発明は、冷凍機や空調機の圧縮
機駆動用電動機等に代表される永久磁石(以下、磁石と
称す)の界磁を有する同期電動機に関し、特に回転子の
鉄心の内部に磁石を埋め込んで構成するいわゆる埋め込
み磁石構造の回転子に関するものである。 【0002】 【従来の技術】上記回転子として、図6に示す構成のも
のが知られており、例えば特開平6−339241号公
報等に開示されている。 【0003】図6は回転子の軸方向に垂直な断面を示す
平面断面図であって、図中1は鉄心であり、円形薄鉄板
を多数積層して円柱状に形成されており、中心部に軸4
が嵌着されている。鉄心1には軸4と平行に複数の収容
孔3が設けられ、この収容孔3には、一方が凸面で他方
が凹面に形成されたC形の磁石2が、凸面側を軸心に向
けて軸方向から挿入されて埋め込まれている。そして
N,Sにて図示するように、1個の磁石2が1極を形成
するように着磁されて、図示例の場合4極の界磁を構成
するようになっている。このような回転子は、その外周
部が所定のエアギャップを介して固定子と対向配置され
て電動機を構成する。 【0004】上記構成の回転子の場合には、磁石2の凹
面側と回転子外周部との間の鉄心部分の寸法が大きくで
きるため、q軸インダクタンスを大きくとることができ
る。従って、図6に破線で示すような流路を形成するq
軸の固定子磁束7a,7bのうち、7bで示されるよう
な流路の磁束が増加し、この結果、磁石2による主磁束
トルクに加えて、割と大きなリラクタンストルクが得ら
れるといった特長がある。 【0005】 【発明が解決しようとする課題】周知のようにフェライ
ト等の異方性磁石は、粒子が磁化容易方向に並ぶように
磁界中にて成形されて、所定の磁気配向を備えている。
図6に示すような回転子においては、通常、磁石の磁気
配向は図7に示すようなラジアル異方性のものが使用さ
れる。この磁気配向は、磁石2の円弧の中心とほぼ同一
地点P1に配向の焦点を有するものであり、この構成に
より、着磁後の磁石の磁束が効率良くエアギャップに流
出入し、毎極のエアギャップの磁束密度が大きくなるこ
とによって大きな主磁束トルクが得られるものである。 【0006】上記ラジアル異方性における磁石の磁束の
流れを分析すると、各極の磁石の端部において図8に破
線で示すような流れを形成している。即ち、磁石2によ
る磁束6d,6e,6f等は、磁気配向の方向5bに沿
って磁石2から流出あるいは磁石2へ流入している。図
示するように、磁石端部の極間部においては磁気配向の
方向5bが回転子外周に対して平行に近い方向となるた
め、エアギャップを介して回転子外周部と固定子間で流
出入する磁束のループが大きくなる。この結果極間部に
おいてエアギャップの磁束量が極端に粗となる部分が生
じ、回転子の1回転当たりの磁束量の粗密のむらによっ
て磁石による主磁束トルク成分の脈動が大きくなる。 【0007】一方、固定子巻線への通電によって発生す
る固定子磁束の場合も、エアギャップを介して固定子と
回転子外周部間で流出入を行う。この場合、磁石端部と
回転子外周部との間に介在する鉄心部分8は幅が狭いた
めに円周方向の磁路は容易に磁気飽和してしまい、固定
子磁束は隣接磁石間の鉄心部分9へ集中して流出入する
ことになる。そして回転子内に磁路を形成する際、磁石
2の磁気配向5bに沿った方向の磁気抵抗が比較的小さ
いために、鉄心部分9へ流出入する固定子磁束は磁石に
よる磁束6d,6e,6fの経路に沿った磁路を形成す
ることになる。従って、この固定子磁束の場合も極間部
において磁束量の粗密のむらが生じて、リラクタンスト
ルク成分の脈動が大きくなってしまう。これら主磁束ト
ルク成分とリラクタンストルク成分の脈動によって、電
動機の振動や騒音が著しく大きなものとなる。 【0008】 【課題を解決するための手段】本発明は、中心部に軸が
嵌着された円柱状の鉄心と、この鉄心の内部に前記軸と
平行に埋め込まれて磁極を形成する複数の磁石を備え、
前記軸に垂直な断面において前記磁石の其々の形状が一
方が凸面で他方が凹面をなし、この磁石を各極毎に前記
凸面側を軸心に向けて配置した埋め込み磁石型回転子に
おいて、下記構成を特徴としている。 【0009】本発明は、前記磁石の其々の磁気配向
極中央部近傍を例えばラジアル異方性等の前記磁石の其
の凹面側に焦点を有する配向に形成するとともに、磁
極端部近傍を前記中央部近傍の配向の焦点よりも遠方に
焦点を有する配向もしくは磁極軸方向異方性に形成する
ものである。上記発明においては、磁極中央部近傍と端
部近傍それぞれの磁気配向の焦点を必ずしも所定位置に
限定する必要はなく、前記磁極中央部から端部へ向けて
焦点距離を漸増させるような配向であってもよい。 【0010】 【作用】例えば、図1に示すように、磁石端部の極間部
においては、磁気配向の方向5aの回転子外周に対する
交差角が大きくなり、エアギャップを介して回転子外周
部と固定子間で流出入する磁束のループが小さくなる。
即ち、磁石端部と回転子外周部との間に介在する鉄心部
分8へ向けて磁石2aの端部から磁束6a,6b,6c
が流出すると同時に、該鉄心部分8から磁石2aの端部
へ向けて磁束6a,6b,6cが流入する。この結果、
回転子の1回転当たりのエアギャップの磁束量の粗密が
少なくなり、主磁束トルク成分の脈動が削減される。 【0011】また、隣接磁石間の鉄心部分9へ流出入す
る固定子磁束についても、回転子内に磁路を形成する
際、磁石2aの磁気配向5aに沿った方向の磁気抵抗が
比較的小さいために、磁石による磁束6a,6b,6c
の経路に沿った磁路を形成することになる。従って、こ
の固定子磁束の場合においても回転子の1回転当たりの
磁束量の粗密が小さくなり、リラクタンストルク成分の
脈動が削減される。 【0012】 【実施例】図2は本発明の第1の実施例を示し、その作
用に関しては前述した通りである。この回転子の全体形
状は図6と同様である。尚、これら図面はやや簡略的に
描いてあるが、実用上においては、磁石2b及び収容孔
3のコーナー部分には面取り状のカット面やアール面等
が存在し、また磁石2bと収容孔3とは相似形に形成す
る必要はなく、相互間に隙間が存在するような埋め込み
構成であってもよい。 【0013】第1の実施例における磁石2bの磁気配向
は、磁極中央部近傍の配向5bを磁石2bの円弧の中心
とほぼ同一地点P1に配向の焦点を有するラジアル異方
性に形成し、磁極端部近傍の配向5cを中央部近傍の配
向の焦点P1よりも遠方に焦点P2を有する配向とした
ものである。この焦点P2へ向かう磁気配向5cは、
極毎の磁極中心軸と平行な磁極軸方向異方性の磁気配向
と角度的に近似しており、この結果P1のみを配向の焦
点とするものに比べて、磁石端部と回転子外周部との間
に介在する鉄心部分8を経路とした磁束の流出入を増や
すことができる。 【0014】図3は本発明の第2の実施例を示してい
る。この例における磁石2cの磁気配向は、磁極中央部
近傍の配向5bを磁石2cの円弧の中心とほぼ同一地点
P1に配向の焦点を有するラジアル異方性に形成し、磁
極端部へ向かうに従って配向の焦点距離を漸増させて、
例えばP3,P4といった焦点を有する配向5d,5e
としたものである。この結果、磁極端部近傍における磁
気配向は各極毎の磁極中心軸と平行な磁極軸方向異方性
磁気配向と角度的に近似し、P1のみを配向の焦点と
するものに比べて、磁石端部と回転子外周部との間に介
在する鉄心部分8を経路とした磁束の流出入を増やすこ
とができる。 【0015】尚、図2及び図3において、磁気配向5b
はラジアル異方性に限定するものではなく、一般にはラ
ジアル異方性の近辺で所望の距離を選択する。また図2
の磁気配向5cや図3の磁気配向5e等の磁極端部近傍
の配向は、焦点P2やP4を無限遠とした磁極軸方向異
方性に形成してもよい。 【0016】以上説明したような本発明による磁石の磁
気配向に係わる構成は、図6に示したような構成の回転
子のみならず、図4及び図5に示すような回転子につい
ても同様に適用できる。図4に示す回転子は、各極当た
りの磁石2d,2eを凸面側を軸心に向けて2重に配置
して構成したものである。このような回転子の場合にお
いても、収容孔3a,3bに挿入された磁石2d,2e
の其々において図 1 及至図3のものと同様の磁気配向と
することにより、磁石端部と回転子外周部との間に介在
する鉄心部分を経路とした磁束の流出入を増やすことが
できる。また、鉄心1aの収容孔3aと3bとの間にq
軸の磁路が形成されているために、q軸インダクタンス
がさらに大きくなってリラクタンストルクをさらに大き
くすることができる。図4の実施例は各極の収容孔及び
磁石を2重に配置したものであるが、さらに多重に配置
した構成のものについても本発明は同様に適用できる。 【0017】また、図5に示す回転子は、各極当たり略
V字形の磁石2fを凸面側を軸心に向けて配置して構成
したものである。このような回転子の場合は、平板状の
2個の磁石によって1つのV字を形成するようにしても
よい。以上のように本発明は、磁石の凸面側を軸心に向
けて配置した埋め込み磁石型回転子であれば、どのよう
な構成のものに対しても適用できるものである。 【0018】 【発明の効果】本発明によれば、磁石による磁束及び固
定子磁束の双方が回転子の1回転当たりの粗密が少なく
なり、主磁束トルク成分及びリラクタンストルク成分の
脈動が削減され、この結果電動機の振動や騒音が著しく
低減されるものである。
【図面の簡単な説明】 【図1】本発明の回転子における磁石の磁極端部近傍の
磁束の流れを示す要部拡大説明図。 【図2】本発明の第1の実施例を示し、回転子における
磁石の磁気配向の説明図。 【図3】本発明の第2の実施例を示し、回転子における
磁石の磁気配向の説明図。 【図4】回転子の構成例を示す平面断面図。 【図5】回転子の構成例を示す平面断面図。 【図6】回転子の構成例を示す平面断面図。 【図7】従来の回転子における磁石の磁気配向の説明
図。 【図8】図7の回転子における磁石の磁極端部近傍の
束の流れを示す要部拡大説明図。 【符号の説明】 1,1a,1b・鉄心 2,2a,2b,2c,2d,2e,2f・磁石 3,3a,3b,3c・収容孔 4・軸 5a,5b,5c,5d,5e・磁気配向の方向
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (56)参考文献 特開 平9−266646(JP,A) 特開 平7−99744(JP,A) 特開 平7−336918(JP,A) 特開 平5−236686(JP,A) 特開 平8−251846(JP,A) 実開 平3−70035(JP,U) (58)調査した分野(Int.Cl.7,DB名) H02K 1/27 501 H02K 15/03 H02K 21/14

Claims (1)

  1. (57)【特許請求の範囲】 【請求項1】 中心部に軸が嵌着された円柱状の鉄心
    と、この鉄心の内部に前記軸と平行に埋め込まれて磁極
    を形成する複数の磁石を備え、前記軸に垂直な断面にお
    いて前記磁石の其々の形状が一方が凸面で他方が凹面を
    なし、この磁石を各極毎に前記凸面側を軸心に向けて配
    置した埋め込み磁石型回転子において、前記磁石の其々
    の磁気配向は磁極中央部近傍を前記磁石の其々の凹面側
    に焦点を有する配向に形成するとともに、磁極端部近傍
    を前記中央部近傍の配向の焦点よりも遠方に焦点を有す
    る配向もしくは磁極軸方向異方性に形成したことを特徴
    とする埋め込み磁石型回転子。
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