JP4492681B2 - 同期機 - Google Patents
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Description
しかしながら、リラクタンストルク併用磁石式同期機においてトルク向上を図ろうとすると、高価な希土類磁石の使用量が増大するという問題があった。
上記課題を解決する本発明の同期機は、リラクタンストルクを発生するための磁気突極部と、磁石トルクを発生するための永久磁石によりロータ周面に形成される磁石磁極とを有してステータに対面して回転するロータを備える同期機において、前記ロータは、前記ステータに同一向きの磁石磁束を与える向きに磁化された2つの前記永久磁石を前記磁気突極部毎に有し、更に、前記ロータは、回転軸に固定された略円筒状のヨーク部と、前記ヨーク部の周面から電気角πごとに径方向ステータ向きに突出する磁気突極部とを有する軟磁性のロータコアと、互いに周方向に隣接する一対の前記磁気突極部の間に位置して前記ステータに対面して周方向に延在する軟磁性のセグメントと、前記一対の磁気突極部のうちの回転方向前方側の前記磁気突極部の先端と前記セグメントの周方向前端との間に挟設される前側永久磁石と、前記一対の磁気突極部のうちの回転方向後方側の前記磁気突極部の先端と前記セグメントの周方向後端との間に挟設される後側永久磁石と、互いに周方向に隣接する前記一対の磁気突極部の基端部間に位置して周方向に延在する前記ヨーク部の周面を前記セグメントから所定の径方向幅だけ隔離するセグメント・ヨーク部間非磁性部とを有し、前記セグメントは、周方向両側の前記前側永久磁石と前記後側永久磁石とから同一向きに磁化され、前記セグメントの周方向中心位置よりも、前記永久磁石のロータ周面上の1磁極分の磁石磁束の磁気的な周方向中心位置が回転前方にシフトされていることを特徴としている。
本発明の好適な実施形態1の原理を図面を参照して説明する。以下の実施形態では、多極表面磁石インナーロータの1極あたりの部分モデルにて説明しているが、ロータ磁極数や公知の種々のロータ形式の変更は適宜可能である。
図2は、この実施形態の同期機のロータの模式径方向部分断面図である。
ロータ1は、軟磁性のロータコア10と、前側永久磁石11と、後側永久磁石12と、軟磁性のセグメント13とからなる。
図2に示すこのロータの特徴について以下に具体的に説明する。
このようにすれば、リラクタンストルクの主として発生要因である磁気突極部15の周方向中心位置に比べて、磁石トルクを発生するための磁石磁束の実質的な周方向中心位置を本来のd軸位置から前方にシフトしているために、リラクタンストルクの基本波(2次)波形(空間波形)のピークに対して磁石トルクの3次高調波成分(空間波形)のピークを近接乃至一致させることができ、これにより、少ない磁石トルクの位相角シフトにより合成トルクの増大を図ることができる。これは、上記位相角シフトのためのロータの構造変更を簡素化できることを意味する。
図2に示すロータ構造では、1つのセグメント13は、互いに周方向へ所定間隔離れた一対のスポーク部16と一対の接続部17とによりヨーク部14及び磁気突極部15に機械的に支持されている。つまり、セグメント13の一対の接続部17の間の部分は、複数のスポーク部16により周方向に分散して支持される。これにより、ロータ回転時に、セグメント13が接続部17やスポーク部16にねじれ力(径方向断面上での)を与えるのを抑制することができ、更に、セグメント13の耐振性も向上することができる。また、一対のスポーク部16の間の周方向幅は、径方向外側にて小さくなっている。これにより、セグメント13の周方向へのがたを減らし、耐振剛性を更に強化することができる。
図3を参照して変形態様1を説明する。
図4を参照して変形態様2を説明する。
図5を参照して変形態様3を説明する。
図2に示すロータ構造において、永久磁石11,12の大きさを種々変更したロータサンプルについて、そのシミュレーション結果を図6に示す。ただし、各ロータサンプルの残留磁束密度は一定とした。図7〜図10に各ロータサンプルの模式断面図を示す。ロータサンプル1は磁石量を従来品に比べて33%としたものであり、ロータサンプル2は磁石量を従来品に比べて50%としたものであり、ロータサンプル3は磁石量を従来品に比べて100%としたものである。なお、従来品であるロータサンプル4は、図10に示すように、一対の磁気突極部の間においてヨーク部とセグメントとの間のフラックスバリアに永久磁石を配置した例である。
上記説明したこの実施形態では、永久磁石11,12を従来のIPMに比べてロータの径方向外側に配置し、かつ、周方向において磁気突極部に隣接して配置している。この磁石配置は、ステータに与えられる磁石磁束の空間的3次成分のみならず、空間的1次成分を増大することがわかった。これは、磁石磁束の漏れ成分の低減及び磁石磁束が流れる磁気回路の磁路長の短縮によるものと推定される。
実施例2を図11に示す。
実施例3を図12から図15に示す。
2 回転軸
3 ステータ
10 ロータコア
11A 磁極面
11 前側永久磁石
12A 磁極面
12 後側永久磁石
13 セグメント
14 ヨーク部
15 磁気突極部
16 スポーク部
17 接続部
18 ヨーク部間非磁性部
19 凹溝
100 磁石飛散防止プレート
Claims (4)
- リラクタンストルクを発生するための磁気突極部と、磁石トルクを発生するための永久磁石によりロータ周面に形成される磁石磁極とを有してステータに対面して回転するロータを備える同期機において、
前記磁気突極部の周方向中心位置を基準とする前記永久磁石の実質的周方向中心位置を電気角π/2から所定の角度Δθだけずらせることにより、磁石トルクの高調波成分とリラクタンストルクとの和の振幅最大値を、前記磁気突極部の周方向中心位置を基準とする前記永久磁石の実質的周方向中心位置が電気角π/2である場合よりも変更し、
前記ロータは、前記ステータに同一向きの磁石磁束を与える向きに磁化された2つの前記永久磁石を前記磁気突極部毎に有し、
更に、前記ロータは、回転軸に固定された略円筒状のヨーク部と、前記ヨーク部の周面から電気角πごとに径方向ステータ向きに突出する磁気突極部とを有する軟磁性のロータコアと、互いに周方向に隣接する一対の前記磁気突極部の間に位置して前記ステータに対面して周方向に延在する軟磁性のセグメントと、前記一対の磁気突極部のうちの回転方向前方側の前記磁気突極部の先端と前記セグメントの周方向前端との間に挟設される前側永久磁石と、前記一対の磁気突極部のうちの回転方向後方側の前記磁気突極部の先端と前記セグメントの周方向後端との間に挟設される後側永久磁石と、互いに周方向に隣接する前記一対の磁気突極部の基端部間に位置して周方向に延在する前記ヨーク部の周面を前記セグメントから所定の径方向幅だけ隔離するセグメント・ヨーク部間非磁性部とを有し、
前記セグメントは、周方向両側の前記前側永久磁石と前記後側永久磁石とから同一向きに磁化され、前記セグメントの周方向中心位置よりも、前記永久磁石のロータ周面上の1磁極分の磁石磁束の磁気的な周方向中心位置が回転前方にシフトされていることを特徴とする同期機。 - 前記前側永久磁石は、前記後側永久磁石よりも周方向に傾いていることを特徴とする請求項1に記載の同期機。
- 前記前側永久磁石は、前記後側永久磁石よりも大型であることを特徴とする請求項1に記載の同期機。
- 前記セグメントのステータ対向面における前記一対の前記磁気突極部の周方向中心位置よりも回転方向後方側に位置して形成された凹溝を有することを特徴とする請求項1〜3のいずれか1項に記載の同期機。
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