JP5066799B2

JP5066799B2 - 永久磁石型電動機

Info

Publication number: JP5066799B2
Application number: JP2005283244A
Authority: JP
Inventors: 久司橋場
Original assignee: Meidensha Corp
Current assignee: Meidensha Corp
Priority date: 2005-09-29
Filing date: 2005-09-29
Publication date: 2012-11-07
Anticipated expiration: 2025-09-29
Also published as: JP2007097306A

Description

本発明は、永久磁石型電動機に関し、特に回転子の内部に永久磁石を埋め込む永久磁石型電動機に関する。

永久磁石を用いた電動機には回転子の内部に永久磁石を埋め込む構造としたものがある。具体的には、図３に示すように回転子０１と、回転子０１の外側に微小間隙を介して設けられた固定子０２などにより構成されるものであって、回転子０１には複数の穴０１１が形成され、この穴０１１にそれぞれ永久磁石０３が挿入配置されている。また、固定子０２には穴０２１が形成され、この穴０２１にはそれぞれ固定子側のコイル（図示省略）が挿入配置される。

上述した永久磁石型電動機は、回転子０１に挿入配置した複数の永久磁石０３によって極を形成し、固定子０２に挿入したコイルに通電して回転磁界を形成することで、回転子０１が回転駆動される構成となっており、小型化、高効率化が可能となっているが、高周波磁束によって永久磁石０３に渦電流が発生し、渦電流による電力損失、すなわち渦電流損失が生じてモータの効率の低下に繋がるという問題などが生じていた。

そこで、従来の永久磁石型電動機には、回転子０１の内部に埋め込む永久磁石０３を図４に示すように変形したものがある（例えば、特許文献１参照）。具体的には、図４（ａ）に示す永久磁石０３ａは円周方向に分割されたものであり、図４（ｂ）、図４（ｃ）に示す永久磁石０３ｂ，０３ｃは実質的には分割されているが一部を連結することで一体化されたものである。また、永久磁石の表面および裏面に、表面と裏面とで直交する方向に延びるスリットを設ける例もある（例えば、特許文献２参照）。

これらの永久磁石型電動機は、回転子０１に設けられた一つの穴０１１に挿入配置される永久磁石の渦電流の経路の総和を長くすることができるため、渦電流を抑制し、渦電流損失を低減することが可能であるとしている。

特開２０００−２２８８３８号公報特開２００１−７８４０２号公報

しかしながら、上述した図４（ａ）に示す構成の場合、永久磁石０３ａが分割されているため渦電流は抑制されるが、分割して貼り合わせる必要があるなど、永久磁石０３ａの組み込み作業が煩雑になるおそれがある。また、図４（ｂ）に示す構成とした場合、永久磁石０３ｂは表面側にスリットが形成され裏面側が連通する構成であるため、裏面側に発生する渦電流への対応が必要である。さらに図４（ｃ）に示す構成とした場合、永久磁石０３ｃは中央部が一直線上に連続しているためこの中央部に渦電流が流れることにより経路の広い渦電流が発生し、渦電流損失の低減を妨げるおそれがある。

また、渦電流損失はジュール熱として電力が失われるということでもあり、このジュール熱により永久磁石の温度が上昇し、永久磁石型電動機の発熱に繋がるという問題が発生するおそれもある。

このようなことから本発明は、渦電流損失を低減し、組み込み作業を容易に行うことが可能な永久磁石型電動機を提供することを目的とする。

上記の課題を解決するための本発明に係る永久磁石型電動機は、回転子内部に永久磁石を埋め込む構造を有する永久磁石型電動機において、前記永久磁石が、前記回転子の半径方向に直交する面である表面ないし裏面に、前記表面および裏面に直交するとともに前記回転子の軸方向に平行して互いに対向する二つの端面から交互に延びる複数のスリットを有し、前記スリットが前記回転子の軸方向に直交する面に沿って延びることを特徴とする。

上述した本発明に係る永久磁石型電動機によれば、永久磁石の回転子の半径方向に直交する面である表面ないし裏面に、表面および裏面に直交するとともに回転子の軸方向に平行して互いに対向する二つの端面から交互に延びる複数のスリットを有し、スリットが回転子の軸方向に直交する面に沿って延びることにより、永久磁石を実質的に分割するとともに連通部が一部の面や一部の範囲に偏ることがないため、連通部を介して経路を有する渦電流の発生を抑制することができ、従来と比較して渦電流損失をより低減することが可能となる。さらに、永久磁石は一体となっているため、分割してそれぞれを貼り付けるという作業が不要であり、組み込み作業を効率よく行うことができる。

本発明を実施するための最良の形態は、回転子の内部に埋め込む永久磁石の表面ないし裏面に、互いに対向する二つの端面から交互に延びる複数のスリットを設けるものであり、スリットは二つの端面から各々対向する端面へ向かって形成されるものとする。なお、本明細書において、永久磁石を回転子の内部に埋め込んだ際に、回転子の半径方向にほぼ直交する永久磁石の面を永久磁石の表面ないし裏面とし、永久磁石の表面および裏面にほぼ直交し互いに対向する二組の面のいずれか一組の面をスリットが形成される二つの端面とする。

上述した構成とすれば、永久磁石は表面ないし裏面がスリットによって実質的に分割されることとなり渦電流損失を低減することができる。さらにスリットが互いに対向する二つの端面に交互に設けられたことによって、対向する二つの端面に連通部が交互に設けられることとなるため、連通部に渦電流が流れて永久磁石全体にわたって経路を有する渦電流が発生するというおそれが低減される。また、回転子の一つの穴に挿入する永久磁石は分割されず一体となっているため、組み込み作業を効率よく行うことができる。従って、本実施形態によれば、渦電流損失を低減し、組み込み作業を容易に行うことが可能な永久磁石型電動機を提供することが可能となる。

以下、本発明に係る永久磁石型電動機の一実施例を図１および図２に基づいて説明する。図１に示すように、回転子１の外周に微小間隙を介して固定子２が配置されている。回転子１には軸方向に延びる穴１１が複数個形成されており、これらの穴１１にはそれぞれ永久磁石３が挿入配置される。また、固定子２には軸方向に延びる穴２１が複数個形成されており、これらの穴２１にはそれぞれ固定子側のコイル（図示省略）が挿入配置される。なお、穴１１および穴２１は、同一円周上に、円周方向に間隔をおいて配置されている。

図２に示すように、回転子の半径方向にほぼ直交する永久磁石３の面である表面３３ないし裏面３４に、表面３１および裏面３４に直交し回転軸にほぼ平行な面である端面としての側面３１，３２からそれぞれスリットが形成されている。具体的には、スリット３０１，３０２は表面３３および裏面３４に直交する面よりなり、スリット３０１は側面３１から側面３１と対向した端面である側面３２に向かって形成され、スリット３０２は側面３２から側面３１に向かってスリット３０１とほぼ平行に形成されている。

スリット３０１とスリット３０２とは、軸方向に間隔を有し、永久磁石３の表面３３ないし裏面３４には側面３１，３２から延びるスリット３０１，３０２が交互に形成されているものとする。なお、スリット３０１とスリット３０２の長さは永久磁石の強度が許す限り長く設定することが可能である。

上述した永久磁石型電動機は、回転子１に複数個の永久磁石３を挿入配置して極を形成し、固定子２に挿入配置されたコイルに通電して回転磁界を形成することにより回転子１を回転駆動させている。この際、コイルによる磁界の変化に誘導され、永久磁石３において渦電流が発生する。

しかし、本実施例による永久磁石型電動機によれば、永久磁石３の表面３３ないし裏面３４にスリット３０１，３０２を設け、実質的に永久磁石３を分割したことで、永久磁石３に発生する渦電流の経路の総和が長くなり、永久磁石３に発生する渦電流が抑制されて渦電流損失を低減することが可能となった。

さらに、表面３３ないし裏面３４に、互いに対向する二つの側面３１，３２からスリット３０１，３０２を交互に設けたことにより連通部が一部の範囲に集中しないため、渦電流が連通部を流れることによって永久磁石３全体にわたって経路を有する渦電流の発生を抑制することが可能となった。さらに、永久磁石３は完全には分割されずに連通部を有して一体となっているため、分割および貼り付けを行う手間が省け、組み込み作業が容易となる。

従って、本実施例に係る永久磁石型電動機によれば、渦電流を抑制して渦電流損失を低減することにより、効率の低下や永久磁石の温度上昇を防ぎ、さらに組み込み作業を容易に行うことが可能となった。

なお、上述した本実施例においては側面３１，３２からそれぞれ一つずつスリット３０１，３０２を形成する例を示したが、側面３１，３２に限らず、側面３１，３２および表面３３、裏面３４にほぼ直交し互いに対向する二つの面からスリットを形成して、表面３３ないし裏面３４を実質的に複数に分割してもよい。また、スリットは、対向する面に交互に形成すればよく、二本に限らない。

本発明は、永久磁石型電動機に関し、特に回転子の内部に永久磁石を埋め込む永久磁石型電動機に利用可能である。

本発明の実施例による永久磁石型電動機の構成例を示す斜視図である。本発明の実施例による永久磁石型電動機に用いる永久磁石の例を示す斜視図である。従来の永久磁石型電動機の構成例を示す斜視図である。図４（ａ）は従来の永久磁石型電動機に用いる永久磁石の例を示す斜視図、図４（ｂ）は従来の永久磁石型電動機に用いる永久磁石の変形例を示す斜視図、図４（ｃ）は従来の永久磁石型電動機に用いる永久磁石の他の変形例を示す斜視図である。

符号の説明

１回転子
２固定子
３永久磁石
１１，２１穴
３１，３２永久磁石側面
３３永久磁石表面
３４永久磁石裏面
３０１，３０２スリット

Claims

回転子内部に永久磁石を埋め込む構造を有する永久磁石型電動機において、前記永久磁石が、前記回転子の半径方向に直交する面である表面ないし裏面に、前記表面および裏面に直交するとともに前記回転子の軸方向に平行して互いに対向する二つの端面から交互に延びる複数のスリットを有し、前記スリットが前記回転子の軸方向に直交する面に沿って延びることを特徴とする永久磁石型電動機。