JP3746664B2 - 永久磁石式リラクタンス型回転電機 - Google Patents

永久磁石式リラクタンス型回転電機 Download PDF

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Description

【0001】
【発明の属する技術分野】
本発明は、永久磁石を複合した永久磁石式リラクタンス型回転電機に関する。
【0002】
【従来の技術】
本願出願人の先願(特願平11−043869号、特願平11−122000号)に係る永久磁石式リラクタンス型回転電機は、図13の軸方向断面図、図14の径方向断面図に示す構造である。
【0003】
これらの図13,14において、固定子1は電機子コイル2を有し、回転子3を内部に収容している。回転子3は回転子鉄心4と永久磁石6を備え、中心部に回転子シャフト11を備えている。この回転子3は両端部の軸受12により支持され、その軸受12を介してフレームl0に固定されている。固定子フレーム10と軸受12Aとの対向面間に軸方向予圧バネ18を設け、回転子シャフト11に軸方向予圧をかけている。
【0004】
回転子3における回転子鉄心4は磁化の容易方向と困難方向を形成している。すなわち、回転子鉄心4は、磁気的に凹凸を形成するために、磁化容易方向に沿って8個の永久磁石6を埋め込む永久磁石埋め込み穴5を設けた電磁銅板を積層して構成されている。8個の永久磁石埋め込み穴5は十字状に配置されることにより4極の凸極を形成する。つまり、平行な2つの永久磁石埋め込み穴5で挟まれる部分が磁極的な凹部で磁極間部4bとなる。そして隣り合う磁極間部4bを通る電機子電流の磁束を打ち消すように磁化された永久磁石6を、この永久磁石埋め込み穴5に配置してある。すなわち、磁極部4aの両側にある永久磁石6の関係は、磁化方向が同一であり、磁極間部4bの両側に位置する2つの永久磁石6は回転子3の円周方向において互いに磁化方向は逆にしてある。この永久磁石6は好ましくはほぼ周方向に、より好ましくは磁極軸にほぼ垂直な方向に磁化されている。
【0005】
次に、従来例の作用について説明する。図15はd軸の電機子電流による回転鉄心4の磁極軸に沿った方向の成分の磁束φdを示しており、磁極部4aの鉄心を磁路とするため、この方向の磁路では磁気抵抗が極めて小であり、磁束が流れ易い磁気的構成になっている。なお、符号8は非磁性部を示す。
【0006】
図16はq軸の電機子電流による磁極間部4bを中心とした径方向の軸に沿った方向の成分の磁束φqを示している。この磁極間部4bの磁束φqは磁極間部4bの永久磁石6を横断する磁路を形成するが、永久磁石6の比透磁率がほぼ1であるので、永久磁石6の高磁気抵抗の作用で電機子電流による磁束は低下する。
【0007】
磁極間の永久磁石6はほぼ磁極軸と垂直方向に磁化されており、図17に示すように永久磁石6で発生した磁束は回転子鉄心4の外周境界の磁性部7を周方向に流れ、磁極部4aを通り、自己の反対の極に戻る磁気回路φmaを形成する。また、永久磁石6の一部の磁束は空隙を介して固定子1を通り、回転子3の磁極部4a又は隣り極の永久磁石6を通り、元の永久磁石6に戻る磁気回路φmbも形成する。
【0008】
この永久磁石6の鎖交磁束は、図16に示すようにq軸の電機子電流による磁極間中心軸方向成分の磁束φqと逆方向に分布して、磁極間部4bから侵入する電機子磁束φqと反発し、打ち消し合う。磁極間部4bの外側の空隙部においては、永久磁石6の磁束により電機子電流が作る空隙磁束密度が低下することになり、磁極上の空隙磁束密度と比較して大きく変化することになる。すなわち、回転子3の位置に対する空隙磁束密度の変化が大となり、磁気エネルギ変化が大となる。さらに、負荷時においては、磁極部4aと磁極間部4bとの境界で磁気的に短絡する磁性部7があり、負荷電流により強く磁気飽和する。これにより、磁極間部4bに分布する永久磁石6の磁束が増加する。従って、永久磁石6の磁気抵抗と永久磁石6の磁束により空隙磁束密度分布に変化の大きな凹凸ができて磁気エネルギ変化が著しく大となり、大きな出力が得られる。
【0009】
広範囲の可変速運転を得る端子電圧の調整幅については、次のようになる。この提案されている永久磁石式リラクタンス型回転電機では、磁極間の凹の部分の一部のみに永久磁石があることから、回転子3の表面のほぼ全周に永久磁石6がある一般的な永久磁石型回転電機よりも永久磁石の表面積が狭くなり、永久磁石による鎖交磁束量も少なくなっている。
【0010】
さらに、無励磁状態では永久磁石6のかなりの磁束は磁極境界部の磁性部7を通り回転子鉄心4内の漏れ磁束となる。従って、この状態における誘導電圧は極めて小にできるので、無励磁時の鉄損は少なくなる。また、電機子コイル2が短絡故障した時にも過電流が小になる。
【0011】
負荷時には、永久磁石6による鎖交磁束に、電機子電流(リラクタンス回転電機の励磁電流成分とトルク電流成分)による鎖交磁束が加わって、端子電圧を誘導する。
【0012】
一般的な永久磁石型回転電機では、永久磁石6の鎖交磁束が端子電圧のほとんどを占めているので端子電圧を調整することは困難であるが、この永久磁石式リラクタンス型回転電機は、永久磁石6の鎖交磁束が小であるので、励磁電流成分を広く調整することにより、端子電圧を幅広く調整できる。すなわち、速度に応じて電圧が電源電圧以下となるように励磁電流成分を調整することができるので、基底速度から一定電圧で広範囲の可変速運転が可能となる。
【0013】
また、強制的制御で弱め界磁を行って電圧を抑制していないので、高速回転時に制御が動作しなくなっても過電圧が発生することはない。さらに、永久磁石6の磁束の一部φmaが磁気的短絡の磁性部7を通って漏れるため、永久磁石内部の反磁界を小とすることができる。すなわち、永久磁石のB(磁束密度)−H(磁界の強さ)特性である減磁曲線上の動作点が高くなり(パーミアンス係数は大となる)、温度、電機子反作用に対する耐減磁特性が向上する。さらにまた、同時に永久磁石6を鉄心4内に埋め込むことになるので、回転子鉄心4が永久磁石6の保持機構となり、回転により永久磁石6が飛散するのを防止する。
【0014】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、提案されている永久磁石式リラクタンス型回転電機にも、次のような改善すべき点がある。すなわち、近年では、小型・高出力化の要求から回転電機の構造的な熱容量に対し、回転電機の発生する熱量が増加している。そのため、提案されている構造ではその熱量を十分に熱交換できず、温度上昇による電機子巻線の絶縁の劣化、効率の低下及び回転電機各部の破損等の恐れが拭えず、回転電機として改善する必要がある。
【0015】
また、低コスト・高効率化の要求から、回転電機自身の重量軽減が迫られている。さらに、ランニングコストの低減や低騒音化の要求から、その回転電機を外部に露出する開放型よりも、フレーム10やシェル等で回転電機を完全に覆った、いわゆる全閉型回転電機が主流となってきている。このような回転電機そのものをフレーム10等によって覆うものは、当然ながら回転電機内部で発生する熱がフレーム10内に停留する傾向にあり、回転電機自体の性能を著しく低下させる恐れがある。また、車両用を用途とする永久磁石6を用いた回転電機では、起動時に必要とされるトルクが定格の2〜4倍となっており、それに伴って回転電機に発生する電磁力も増加し、振動問題が生じる。
【0016】
さらに、近年、永久磁石の目覚しい研究開発により、高磁気エネルギー積の永久磁石が開発され、回転電機の小型・高出力化が可能となっているが、構造的に小型・高出力に対応していないため、提案されている回転電機にこのような高性能の永久磁石を採用して小型・高出力化しようとすると、発生する電磁力に打勝つことができず、振動問題を生じる。また、回転子3を支持する軸受12には、バネ等によって予圧をかけ、軸受12を軸方向にスライドさせることによって熱伸びを許容し、また軸方向の挙動を抑制しているが、回転電機の小型化・高速化に伴って軸受12にもコンパクト化が迫られており、外径の小さいものが用いられる。このようにして軸受12の外径が小さくなると、軸受固定部との接触面積が減少し、かつ軸方向の厚みも小さくなり、軸方向ヘスライドする場合に軸受12が傾きやすく、かじり等が生じて軸受12が軸方向にスライドできなくなり、軸受に加わる荷重が大きくなって、最終的には軸受12の焼損へとつながる恐れがあった。
【0017】
本発明はこのような従来の技術的課題に鑑みてなされたもので、回転子の重量を低減させ、かつ冷却性能を向上し、回転電機の全閉化、小型・高出力化を可能にした永久磁石式リラクタンス型回転電機を提供することを目的とする。
【0018】
本発明はまた、軸受を軸方向にスライドし易い構造とすることで軸受の焼損を防止し、信頼性を向上させた永久磁石式リラクタンス型回転電機を提供することを目的とする。
【0019】
本発明はさらに、固定子鉄心の冷却性能を向上させ、全閉化、小型・高出力化を可能とした永久磁石式リラクタンス型回転電機を提供することを目的とする。
【0020】
本発明はさらに、固定子鉄心を弾性支持し、固定子鉄心の振動をフレームに伝達されない構造とすることで、回転電機外側に放出される振動・騒音を遮断し、かつ信頼性を向上させることができる永久磁石式リラクタンス型回転電機を提供することにある。
【0021】
【課題を解決するための手段】
請求項1の発明は、電機子コイルを持つ固定子と、中心部に回転子シャフトを有し、隣り合う磁極間を通る前記電機子の磁束を打ち消すように回転子鉄心内の永久磁石埋め込み穴に永久磁石を設け、かつ前記磁極間の永久磁石の外周側に非磁性部を設けることによって周方向に磁気的凹凸を有する回転子とを備えた永久磁石式リラクタンス型回転電機において、前記回転子シャフトを中空とすると共にその空隙部の軸方向中央部分だけを中実にし、当該回転子シャフト内に冷媒の通る冷却パスを形成したものである。
【0022】
請求項2の発明は、請求項1の永久磁石式リラクタンス型回転電機において、前記固定子及び回転子を収容するフレームを有し、前記回転子シャフト、回転子鉄心及び固定子鉄心に半径方向の冷却パスを設け、この冷却パスに前記回転子の回転による遠心作用により冷媒を通すようにすると共に、前記回転子シャフトの軸方向両端の側面に冷媒が通る孔を設けたものである。
【0023】
請求項3の発明は、請求項1又は請求項2の永久磁石式リラクタンス型回転電機において、前記回転子シャフトの片側の軸受けの外径を汎用の軸受けの外径よりも大きくすると共に、前記片側の軸受けを軸方向に与圧する与圧バネを設けたものである。
【0024】
請求項4の発明は、請求項3の永久磁石式リラクタンス型回転電機において、前記片側の軸受けとは反対側の軸受けを前記回転子シャフトの内径側に配置して前記冷媒に接するようにすると共に、前記各軸受けを介して前記回転子シャフトを支持するフレームが内側に突出して前記反対側の軸受けを支持する中空の軸支部を有するものである。
【0025】
請求項5の発明は、電機子コイルを持つ固定子と、中心部に回転子シャフトを有し、隣り合う磁極間を通る前記電機子の磁束を打ち消すように回転子鉄心内の永久磁石埋め込み穴に永久磁石を設け、かつ前記磁極間の永久磁石の外周側に非磁性部を設けることによって周方向に磁気的凹凸を有する回転子とを備えた永久磁石式リラクタンス型回転電機において、前記回転子シャフトは、パイプ形状のシャフトの周りにリングを溶接して構成し、前記シャフト内に冷媒を流すようにしたものである。
【0026】
請求項6の発明は、電機子コイルを持つ固定子と、中心部に回転子シャフトを有し、隣り合う磁極間を通る前記電機子の磁束を打ち消すように回転子鉄心内の永久磁石埋め込み穴に永久磁石を設け、かつ前記磁極間の永久磁石の外周側に非磁性部を設けることによって周方向に磁気的凹凸を有する回転子とを備えた永久磁石式リラクタンス型回転電機において、固定子鉄心の最外周部の外側にパイプを配置し、当該パイプ内に冷媒を流すようにしたものである。
【0027】
請求項7の発明は、請求項6の永久磁石式リラクタンス型回転電機において、前記パイプの軸方向両端部を端板の周延部に結合し、当該端板の中心部に前記回転子シャフトを受持させたものである。
【0028】
請求項8の発明は、電機子コイルを持つ固定子と、中心部に回転子シャフトを有し、隣り合う磁極間を通る前記電機子の磁束を打ち消すように回転子鉄心内の永久磁石埋め込み穴に永久磁石を設け、かつ前記磁極間の永久磁石の外周側に非磁性部を設けることによって周方向に磁気的凹凸を有する回転子とを備えた永久磁石式リラクタンス型回転電機において、軸方向に伸び、固定子鉄心の周囲に円周状に配置したリブによって当該固定子鉄心の外周部を固定子フレームに支持させ、前記リブにおける前記固定子鉄心の荷重を固定子フレームに伝える荷重点に対応する部分に軸方向の切り欠きを設けたものである。
【0029】
請求項9の発明は、電機子コイルを持つ固定子と、中心部に回転子シャフトを有し、隣り合う磁極間を通る前記電機子の磁束を打ち消すように回転子鉄心内の永久磁石埋め込み穴に永久磁石を設け、かつ前記磁極間の永久磁石の外周側に非磁性部を設けることによって周方向に磁気的凹凸を有する回転子とを備えた永久磁石式リラクタンス型回転電機において、固定子鉄心の周囲に円周状に延び、軸方向に複数列に配置した棚板によって当該固定子鉄心の外周部を固定子フレームに支持させ、前記棚板における前記固定子鉄心の荷重を固定子フレームに伝える荷重点に対応する部分に円周方向の切り欠きを設けたものである。
【0030】
請求項10の発明は、請求項8又は請求項9の永久磁石式リラクタンス型回転電機において、前記切り欠きの断面形状を楕円形にしたものである。
【0034】
【発明の実施の形態】
以下、本発明の永久磁石式リラクタンス型回転電機の実施の形態を、図に基づいて詳説する。
【0035】
<第1の実施の形態>
図1は本発明の第1の実施の形態の永久磁石式リラクタンス型回転電機の軸方向断面図であり、図2はその径方向断面図である。図1及び図2において、固定子1は電機子コイル2を有し、回転子3を内部に収容している。回転子3は回転子鉄心4と永久磁石6を備え、また中心部に回転子シャフト11を備えている。
【0036】
回転子3は両端部の軸受12A,12Bによって支持され、その軸受12A,12Bを介しフレーム10に回転支持されている。また、回転子鉄心4は磁化の容易方向と困難方向を形成している。すなわち、回転子鉄心4は、磁気的に凹凸を形成するために、磁化容易方向に沿って8個の永久磁石6を埋め込むための永久磁石埋め込み穴5を設けた電磁鋼板を積層して構成されている。8個の永久磁石埋め込み穴5は十字状に配置されることにより4極の凸極を形成する。つまり、平行な2つの永久磁石埋め込み穴5で挟まれる部分が磁極的な凹部で磁極間部4bとなる。
【0037】
さらに、隣り合う磁極間部4bを通る電機子電流の磁束を打ち消すように磁化された永久磁石6を永久磁石埋め込み穴5に配置している。すなわち、磁極部4aの両側にある永久磁石6の関係は、磁化方向が同一であり、磁極間部4bの両側に位置する2つの永久磁石6は回転子3の円周方向において互いに磁化方向は逆となっている。永久磁石6は好ましくはほぼ周方向に、より好ましくは磁極軸にほぼ垂直な方向に磁化されている。磁極間部4bにある非磁性部8は、空隙となっている。
【0038】
回転子シャフト11は空隙部13を有する中空シャフトとなっている。ただし、回転子シャフト11の軸方向の中央部14は中実となっている。
【0039】
回転子シャフト11、回転子鉄心4そして固定子鉄心1に半径方向の冷却パス16を設けてある。また、回転子中空シャフト軸端部15の形状がファン効果を有する形状にしてある。さらに、固定子フレーム10と軸受12Aとの対向面間に軸方向予圧バネ18を設け、回転子シャフト11に軸方向に予圧をかけている。
【0040】
上記の構造の第1の実施の形態の永久磁石式リラクタンス型回転電機の動作を説明する。この構造の第1の実施の形態の永久磁石式リラクタンス型回転電機は、先願で提案されている永久磁石式リラクタンス型回転電機と同様、永久磁石6の磁気抵抗と永久磁石6の磁束により空隙磁束密度分布に変化の大きな凹凸ができるので、磁気エネルギ変化が著しく大となる。
【0041】
また、回転子シャフト11を空隙部13を有する中空シャフトとし、かつ回転子シャフト11、回転子鉄心4そして固定子鉄心1に半径方向の冷却パス16を設けることによって、回転による遠心効果により冷媒17が矢印で示したように半径方向に流れる。さらに、回転子シャフト11の中央部14を中実とした構造とすることにより、回転子シャフト11の剛性が増加する。さらにまた、回転子シャフト11の軸端部15の形状をファン効果を有する形状としたことにより、冷媒17を流入、流出させることにより、冷媒17の流量が増加する。
【0042】
これにより、第1の実施の形態の永久磁石式リラクタンス型回転電機では、回転子シャフト11に空隙部13を有する中空シャフトとしたので回転子重量を低減することができ、またこの中空の回転子シャフト11内に冷媒17を流すことによって回転子3の冷却性能を向上させることができ、信頼性も向上させることができる。
【0043】
また、回転子シャフト11の中央部14を中実としたので、回転子シャフト11の剛性が増加し、より高い高速回転が可能となり、かつ回転子シャフト11内に冷媒17を流すことによって回転子の冷却性能が向上し、また信頼性も向上させることができる。
【0044】
さらに、回転子シャフト11、回転子鉄心4、固定子鉄心1に半径方向の冷却パス16を設け、回転による遠心効果により冷媒17を流すことにより、回転子シャフト11のみならず、回転子鉄心4、固定子鉄心1、電機子コイル2及び回転電機全体を冷却することができ、冷却性能が格段に向上し、これによって小型化が可能となり、また信頼性も向上させることができる。
【0045】
さらにまた、中空の回転子シャフト11の軸端部15の形状がファン効果を有する形状とし、ここを通じて冷媒17を流入、流出させることにより、冷媒17の流量を増加させることができ、冷却性能が格段に向上し、小型・高出力化が可能となり、また信頼性も向上させることができる。
【0046】
<第2の実施の形態>
本発明の第2の実施の形態の永久磁石式リラクタンス型回転電機について、図3に基づいて説明する。なお、図3において、図1及び図2に示した第1の実施の形態と同様の要素については同一の符号を用いて示してある。
【0047】
この第2の実施の形態では、回転子シャフト11の側面に通風孔20を設け、冷媒17をここに流入、流出させ、かつ固定子フレーム10の両端の内側に冷却フィン19を設置したことを特徴としている。
【0048】
このように構成された第2の実施の形態の永久磁石式リラクタンス型回転電機では、回転子シャフト11の側面に通風孔20を形成して、ここに冷媒17を流入、流出させることで、回転電機内における冷却ループを形成する。また、固定子フレーム10の両端の内側に冷却フィン19を設置して、冷媒17がこの冷却フィン19を通過する時に熱交換を行う。
【0049】
これにより、第2の実施の形態の永久磁石式リラクタンス型回転電機によれば、回転電機を全閉化することができ、メンテナンス周期の延長、低騒音化が可能となり、信頼性も向上する。また、固定子フレーム10の両端の内側に設けた冷却フィン19により冷却性能が向上する。
【0050】
<第3の実施の形態>
図4は本発明の第3の実施の形態の永久磁石式リラクタンス型回転電機の軸方向断面図を示している。なお、図4において、図1及び図2に示した第1の実施の形態と共通する要素には同一の符号を付して示してある。
【0051】
第3の実施の形態の永久磁石式リラクタンス型回転電機の特徴は、第1の実施の形態に対して、さらに、回転子シャフト11の片側の軸受12Aに軸方向予圧を与える点にある。すなわち、回転子シャフト11の片側の軸受12Aはその外径を大きくし、固定子フレーム10と軸受12Aとの対向面間に軸方向予圧バネ18を設け、回転シャフト11の他側の軸受12Bは第1の実施の形態と同様の構造、形状にしている。
【0052】
この第3の実施の形態の永久磁石式リラクタンス型回転電機では、回転子シャフト11の軸方向予圧を与える片側の軸受12Aの外径を大きくしたことにより軸受固定部との接触面積が増加し、軸受12A,12Bが軸方向にスライドし易い構造となり、軸受が傾きにくく、かじり等による軸受12A,12Bの焼損を防止し、軸受の高寿命化及び信頼性を向上させることができる。また、軸方向の予圧を与えないもう片方の軸受12Bは、外径の小さい汎用のものを用いており、軸受12Bのコストを抑えることが可能となり、最終的に全体のコスト低減が図れる。
【0053】
<第4の実施の形態>
次に、図5に基づいて、本発明の第4の実施の形態の永久磁石式リラクタンス型回転電機について説明する。なお、図5において、図1及び図2に示した第1の実施の形態、図4に示した第3の実施の形態それぞれと共通する要素については同一の符号を付して示してある。
【0054】
第4の実施の形態の永久磁石式リラクタンス型回転電機は、図4に示した第3の実施の形態に対して、軸方向の予圧を与えない片方の軸受12Bを回転子シャフト11の内径側に配置したことを特徴とする。
【0055】
このように構成された第4の実施の形態の永久磁石式リラクタンス型回転電機では、軸方向の予圧を与えない片側の軸受12Bを回転子シャフト11の内径側に配置したことにより、回転子シャフト11の内側を流れる冷媒17により、軸受12A,12Bが直接冷却されるようになり、軸受の冷却性能が向上し、また信頼性も向上する。
【0056】
<第5の実施の形態>
図6は本発明の第5の実施の形態の永久磁石式リラクタンス型回転電機の軸方向断面図である。なお、図5において、図1及び図2に示した第1の実施の形態と共通する要素については同一の符号を付して示してある。
【0057】
第5の実施の形態の特徴は、回転シャフト11をパイプ形状とし、その回転シャフト11に溶接リング21を溶接し、この溶接リング21の外周部で回転子鉄心4の内周面を支持する構造にした点にある。
【0058】
このように構成された第5の実施の形態の永久磁石式リラクタンス型回転電機では、パイプ形状のシャフトに溶接リング21を溶接し、回転子シャフト11を構成したことによって構造が単純となり、製作に要する時間が短縮でき、かつ回転子シャフト11の重量を低減でき、コストを低減することができる。また、パイプ形状のシャフト内に冷媒17を流すことにより冷却性能が向上し、さらに信頼性も向上させることができる。
【0059】
<第6の実施の形態>
次に、本発明の第6の実施の形態の永久磁石式リラクタンス型回転電機を、図7及び図8に基づいて説明する。なお、図7及び図8において、図1及び図2に示した第1の実施の形態と共通する要素については同一の符号を付して示してある。
【0060】
第6の実施形態の永久磁石式リラクタンス型回転電機は、固定子鉄心1の最外周部の外側に冷却パイプ22を配置し、これらを両側の端板23によって支持する構造にして、図1における固定子フレーム10を省略した点に特徴を有する。
【0061】
このように構成された第6の実施形態の永久磁石式リラクタンス型回転電機では、固定子鉄心1の最外周部の外側に冷却パイプ22を配置し、その冷却パイプ22に冷媒を流すことにより、固定子鉄心1が冷却される。また、図1に示した第1の実施の形態に対して固定子フレーム10が省略されており、そのフレーム分の重量が低減される。さらに固定子鉄心1が露出することにより、外気と直接的に熱交換が行われる。
【0062】
これにより、第6の実施の形態の永久磁石式リラクタンス型回転電機によれば、固定子鉄心1の冷却性能が向上し、信頼性も向上する。また、冷却パイプ22により、固定子鉄心1の剛性が増加し、機械的強度及び耐振動性を向上させ、かつ円周方向トルクに対する周り止めを省略することが可能となり、回転電機の性能を低下させることなく、軽量化と構造の簡略化が図れる。
【0063】
<第7の実施の形態>
次に、本発明の第7の実施の形態の永久磁石式リラクタンス型回転電機を、図9の軸方向断面図、図10の径方向断面図、図11の軸方向断面拡大図を用いて説明する。なお、図9〜図11において、図1及び図2に示した第1の実施の形態と共通する要素については同一の符号を付して示してある。
【0064】
第7の実施の形態の特徴は、固定子フレーム10に対して固定子鉄心1を固定するためにフレーム10の内側に円周方向に並ぶように棚板25を設け、これらの棚板25の内周端面に軸方向に延びるリブ24を設け、さらにこのリブ24における棚板26との接合部に軸方向の切り欠き26を設けた点にある。このリブ24の切り欠き26は楕円形状にしてある。
【0065】
このような構造の第7の実施の形態の永久磁石式リラクタンス型回転電機では、固定子鉄心1の半径方向変位に対し、棚板25と接続するリブ24の狭隘部24aが弾性的なバネ構造となるため、そのバネ効果により固定子鉄心1を弾性支持し、固定子鉄心1の振動を減衰させ、フレーム10に伝達せず、回転電機の外側に放出される振動・騒音を遮断することができる。また、リブ24の切り欠き26の形状を楕円形状としたことにより、棚板25と接続するリブ狭隘部24aの半径方向の変形によって発生する応力を小さくできる。
【0066】
なお、第7の実施の形態においては、図12の径方向拡大断面図に示すように、リブ24に切り欠き26を設ける代わりに、あるいはリブ24側に切り欠き26を設けると共に、固定子鉄心1を固定する棚板25に円周方向の切り欠き26を設けることができる。
【0067】
このような構造にすれば、固定子鉄心1の半径方向変位に対し、リブ24及びフレーム10と接続する棚板の狭隘部25aが弾性的なバネ構造となるため、そのバネ効果により、固定子鉄心1を弾性支持し、固定子鉄心1の振動をフレーム10に伝達しなくなる。これにより、回転電機の外側に放出される振動・騒音を遮断することができる。
【0068】
【発明の効果】
以上のように、本発明の永久磁石式リラクタンス型回転電機によれば、回転子シャフトを空隙部を有する中空シャフトとしたので、回転子重量が低減され、かつ回転による遠心効果により冷媒を流すことによって回転子シャフトのみならず、回転子鉄心、固定子鉄心、電機子コイル及び回転電機全体を冷却することが可能となり、回転子の冷却性能が向上し、また信頼性も向上する。さらに、回転子シの空隙部の軸方向中央部分だけを中実にしたことで、回転子シャフトの剛性が増加し、より高い速度での高速回転が可能となる。
【0069】
また、軸方向予圧を与える片側の軸受外径を大きくしているので、軸受固定部との接触面積が増加し、軸受が軸方向にスライドし易い構造となるために軸受が傾きにくく、かじり等による軸受の焼損を防止し、軸受の高寿命化が図れる。
【0070】
さらに、固定子鉄心を固定するリブに軸方向の切り欠きを設けたので、固定子鉄心の半径方向変位に対して固定子フレームと接続するリブの狭隘部が弾性的なバネ構造となり、そのバネ効果によって固定子鉄心を弾性的に支持し、固定子鉄心の振動をフレームに伝達しない構造となり、回転電機の外側に放出される振動・騒音を遮断することができる。
【0071】
またさらに、固定フレームの内周に設けた固定子鉄心を受持するための棚板に切り欠きを設けたので、固定子鉄心の半径方向変位に対して棚板が弾性的なバネ構造となり、そのバネ効果によって固定子鉄心を弾性的に支持し、固定子鉄心の振動をフレームに伝達しない構造となり、回転電機の外側に放出される振動・騒音を遮断することができる。
【図面の簡単な説明】
【図1】本発明の第1の実施の形態の永久磁石式リラクタンス型回転電機の軸方向断面図。
【図2】上記第1の実施の形態の永久磁石式リラクタンス型回転電機の径方向断面図。
【図3】本発明の第2の実施の形態の永久磁石式リラクタンス型回転電機の軸方向断面図。
【図4】本発明の第3の実施の形態の永久磁石式リラクタンス型回転電機の軸方向断面図。
【図5】本発明の第4の実施の形態の永久磁石式リラクタンス型回転電機の軸方向断面図。
【図6】本発明の第5の実施の形態の永久磁石式リラクタンス型回転電機の軸方向断面図。
【図7】本発明の第6の実施の形態の永久磁石式リラクタンス型回転電機の径方向断面図。
【図8】本発明の第7の実施の形態の永久磁石式リラクタンス型回転電機の軸方向断面図。
【図9】上記第7の実施の形態の永久磁石式リラクタンス型回転電機の軸方向断面図。
【図10】上記第7の実施の形態の永久磁石式リラクタンス型回転電機の径方向断面図。
【図11】上記第7の実施の形態の永久磁石式リラクタンス型回転電機の軸方向断面拡大図。
【図12】上記第7の実施の形態の永久磁石式リラクタンス型回転電機の変形例の軸方向断面図。
【図13】先願の発明に係る永久磁石式リラクタンス型回転電機の軸方向断面図。
【図14】先願の発明に係る永久磁石式リラクタンス型回転電機の径方向断面図。
【図15】先願の発明に係る永久磁石式リラクタンス型回転電機においてd軸の電機子電流による回転子鉄心の磁極軸に沿った方向の成分の磁束Φdの流れを示した径方向断面図。
【図16】先願の発明に係る永久磁石式リラクタンス型回転電機においてq軸の電機子電流による磁極間部を中心とした径方向の軸に沿った方向の成分の磁束φqの流れを示した径方向断面図。
【図17】先願の発明に係る永久磁石式リラクタンス型回転電機において永久磁石が発生する磁束の流れを示し径方向断面図。
【符号の説明】
1 固定子(固定子鉄心)
2 電機子コイル
3 回転子
4 回転子鉄心
4a 磁極部
4b 磁極間部
5 永久磁石埋め込み穴
6 永久磁石
7 磁性部
8 非磁性部
9 磁性部
10 フレーム
11 回転子シャフト
12A,12B 軸受
13 シャフト空隙部
14 シャフト中央部
15 軸端部ファン
16 冷却パス
17 冷媒
18 軸受予圧バネ
19 冷却フィン
20 通風孔
21 溶接リング
22 冷却パイプ
23 端板
24 リブ
25 棚板
26 切り欠き

Claims (10)

  1. 電機子コイルを持つ固定子と、中心部に回転子シャフトを有し、隣り合う磁極間を通る前記電機子の磁束を打ち消すように回転子鉄心内の永久磁石埋め込み穴に永久磁石を設け、かつ前記磁極間の永久磁石の外周側に非磁性部を設けることによって周方向に磁気的凹凸を有する回転子とを備えた永久磁石式リラクタンス型回転電機において、
    前記回転子シャフトを中空とすると共にその空隙部の軸方向中央部分だけを中実にし、当該回転子シャフト内に冷媒の通る冷却パスを形成したことを特徴とする永久磁石式リラクタンス型回転電機。
  2. 前記固定子及び回転子を収容するフレームを有し、前記回転子シャフト、回転子鉄心及び固定子鉄心に半径方向の冷却パスを設け、この冷却パスに前記回転子の回転による遠心作用により冷媒を通すようにすると共に、前記回転子シャフトの軸方向両端の側面に冷媒が通る孔を設けたことを特徴とする請求項1記載の永久磁石式リラクタンス型回転電機。
  3. 前記回転子シャフトの片側の軸受けの外径を汎用の軸受けの外径よりも大きくすると共に、前記片側の軸受けを軸方向に与圧する与圧バネを設けたことを特徴とする請求項1又は請求項2記載の永久磁石式リラクタンス型回転電機。
  4. 前記片側の軸受けとは反対側の軸受けを前記回転子シャフトの内径側に配置して前記冷媒に接するようにすると共に、前記各軸受けを介して前記回転子シャフトを支持するフレームが内側に突出して前記反対側の軸受けを支持する中空の軸支部を有することを特徴とする請求項3記載の永久磁石式リラクタンス型回転電機。
  5. 電機子コイルを持つ固定子と、中心部に回転子シャフトを有し、隣り合う磁極間を通る前記電機子の磁束を打ち消すように回転子鉄心内の永久磁石埋め込み穴に永久磁石を設け、かつ前記磁極間の永久磁石の外周側に非磁性部を設けることによって周方向に磁気的凹凸を有する回転子とを備えた永久磁石式リラクタンス型回転電機において、
    前記回転子シャフトは、パイプ形状のシャフトの周りにリングを溶接して構成し、前記シャフト内に冷媒を流すようにしたことを特徴とする永久磁石式リラクタンス型回転電機。
  6. 電機子コイルを持つ固定子と、中心部に回転子シャフトを有し、隣り合う磁極間を通る前記電機子の磁束を打ち消すように回転子鉄心内の永久磁石埋め込み穴に永久磁石を設け、かつ前記磁極間の永久磁石の外周側に非磁性部を設けることによって周方向に磁気的凹凸を有する回転子とを備えた永久磁石式リラクタンス型回転電機において、
    固定子鉄心の最外周部の外側にパイプを配置し、当該パイプ内に冷媒を流すようにしたことを特徴とする永久磁石式リラクタンス型回転電機。
  7. 前記パイプの軸方向両端部を端板の周延部に結合し、当該端板の中心部に前記回転子シャフトを受持させたことを特徴とする請求項6記載の永久磁石式リラクタンス型回転電機。
  8. 電機子コイルを持つ固定子と、中心部に回転子シャフトを有し、隣り合う磁極間を通る前記電機子の磁束を打ち消すように回転子鉄心内の永久磁石埋め込み穴に永久磁石を設け、かつ前記磁極間の永久磁石の外周側に非磁性部を設けることによって周方向に磁気的凹凸を有する回転子とを備えた永久磁石式リラクタンス型回転電機において、
    軸方向に伸び、固定子鉄心の周囲に円周状に配置したリブによって当該固定子鉄心の外周部を固定子フレームに支持させ、
    前記リブにおける前記固定子鉄心の荷重を前記固定子フレームに伝える荷重点に対応する部分に軸方向の切り欠きを設けたことを特徴とする永久磁石式リラクタンス型回転電機。
  9. 電機子コイルを持つ固定子と、中心部に回転子シャフトを有し、隣り 合う磁極間を通る前記電機子の磁束を打ち消すように回転子鉄心内の永久磁石埋め込み穴に永久磁石を設け、かつ前記磁極間の永久磁石の外周側に非磁性部を設けることによって周方向に磁気的凹凸を有する回転子とを備えた永久磁石式リラクタンス型回転電機において、
    固定子鉄心の周囲に円周状に延び、軸方向に複数列に配置した棚板によって当該固定子鉄心の外周部を固定子フレームに支持させ、
    前記棚板における前記固定子鉄心の荷重を前記固定子フレームに伝える荷重点に対応する部分に円周方向の切り欠きを設けたことを特徴とする永久磁石式リラクタンス型回転電機。
  10. 前記切り欠きの断面形状を楕円形にしたことを特徴とする請求項8又は請求項9記載の永久磁石式リラクタンス型回転電機。
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