JP5411883B2 - 永久磁石式回転機 - Google Patents

Description

本発明は永久磁石同期機のほか、永久磁石を有する回転機に関するものである。

永久磁石同期機において、永久磁石の磁化方向とは逆向きの減磁磁界が印加されると、永久磁石の磁力が低下する。一般に永久磁石のＢＨカーブにおいて、ＢＨカーブが線形で表される範囲であれば、減磁磁界を印加しても減磁磁界を除去すると再び永久磁石の磁力は元に戻るが、ＢＨカーブのクニック点（ＢＨカーブの線形特性が維持できなくなる限界点）を越えて非線形となる範囲まで減磁磁界が印加されると、減磁磁界を除去しても磁力が回復しない「永久減磁」と呼ばれる状態に陥る。永久磁石同期機に用いられる永久磁石においてこのような永久減磁が発生すると、永久磁石同期機としての本来の性能、例えば高トルク・高効率などを発揮できなくなる可能性がある。したがって、永久減磁を防止するために、磁石の磁化方向厚みを大きくしたり、高保持力材を採用して減磁耐力の向上を図っている。

永久磁石同期機の脱調時や制御ソフト故障時、非同期駆動される始動時等において、回転磁界が減磁磁界となる場合がある。このような減磁磁界による永久減磁を防止する目的で、特許文献１には、ロータコアに設けた永久磁石を導体板で囲む技術が開示されている。回転磁界が過渡的に減磁磁界として永久磁石に印加されると、ファラデーの電磁誘導の法則に従い、導体板に渦電流が発生する。これによって、減磁磁界に対向する誘導磁界が発生するため、永久磁石の減磁耐力を向上させる効果が期待できる。

また、特許文献２には、永久磁石回転電機において、永久磁石ロータ表面に導電性シートを貼り付けて渦電流による表面損を抑制する構成が開示されている。

特開２００８−１２５２４２号公報 特開平９−３０８１５０号公報

しかしながらその一方で、導体板や導電性シートの持つ電気抵抗と導体板を流れる渦電流とによる電気抵抗損が導体板に発生し、導体板等が発熱する。したがって、上記技術には以下の課題がある。
（１）導体板や導電性シート自体の発熱が永久磁石の温度上昇を招き、残留磁束密度の低下や、保持力の低下といった永久磁石性能の低下をもたらす。特に、保持力の低下は減磁耐力の低下に直結するため、上記技術では、減磁耐力向上という本来の目的の実現性が著しく損なわれる。
（２）導体板に電気抵抗損が発生することによりモータ効率の低下を招く。特に、導体板が発熱、温度上昇した場合には電気抵抗損が増加するため、モータ効率のさらなる低下を招く。

特許文献１では第一の課題の解決策として導体板の放熱性を向上させる技術として、永久磁石のロータコアの軸方向端面の放熱量が大きくなるようにフィンなどを設ける構造について言及している。しかしながら、上記のような構成では導体板のロータコアの半径方向部分における放熱性は改善されず、半径方向部分から永久磁石への熱伝導が生じるため、永久磁石の温度上昇を防止する効果は限定的となる。

ところで、導体板の温度上昇が電気抵抗損に起因していることを考えると、導体板の電気抵抗を小さくしない限り、導体板の発熱に関する本質的な解決とはならない。言い換えれば、導体板の電気抵抗を設計段階で低減することができれば、電気抵抗損を低減できモータ効率の低下を防げることに加え、電気抵抗損による発熱も抑えられるので、上述した２つの課題を同時に解決することができる。特許文献１では、導電率の高い材料を導体板に使用するとの記載があるが、それ以外の方法で電気抵抗を低減する方法に関しては、一切記載していない。

導体板の電気抵抗を低減する方法としては、導電率の高い材料を使用するほかに、導体板の板厚を大きくし渦電流の流路の断面積を拡大する方法がある。しかしながら、導体板の板厚を大きくするとその分だけ永久磁石の埋設スペースが失われるため、トルク低下や効率低下などのモータ性能の低下を招いてしまう。

本発明の目的は、トルク低下やモータ効率低下を招くことなく、永久磁石の減磁耐力を向上できる永久磁石式回転機を提供することである。

本発明は、固定子巻線を巻回したティースを有する固定子と、回転子鉄心からなる磁性体を有する回転子と、前記磁性体に配置した少なくとも１つの磁石挿入孔と、該磁石挿入孔に埋設した少なくとも１つの永久磁石とを有し、該永久磁石により界磁極を構成する永久磁石同期機において、前記磁性体に埋設した前記永久磁石の、前記固定子のティースと対向する磁極面とその反対側の磁極面との間の永久磁石外周側面を周回して囲むように導電材を永久磁石と前記磁性体との間に設け、前記導電材の軸方向部分の周回方向単位長さ当り電気抵抗が、導電材の半径方向部分の周回方向単位長さ当り電気抵抗と異なることを特徴とする。

また、前記導電材の前記軸方向部分と前記半径方向部分とは、異なる断面積を有することを特徴とする。

また、永久磁石同期機において、前記磁性体に埋設されず隣接しない少なくとも一つの前記導電材の半径方向部分において導電材の周回方向の単位長さ当り電気抵抗をＲ１とし、前記磁性体に埋設され隣接する前記導電材の軸方向部分において導電材の周回方向の単位長さ当り電気抵抗をＲ２としたとき、Ｒ１＜Ｒ２としたことを特徴とする。

また、永久磁石同期機において、一極あたりの永久磁石を軸方向または周方向に複数分割し、前記各永久磁石の磁曲面間の外周側面を前記導電材で囲むことを特徴とする。

また、永久磁石同期機において、導電材で囲まれた隣接する前記永久磁石の間に磁性体からなるリブを有することを特徴とする。

さらに、固定子巻線を巻回したティースを有する固定子と、固定子の内周側に支持され回転子鉄心からなる磁性体を有する回転子と、磁性体外周部に軸方向に設けた複数のスロットと、スロット内に埋設した導電性バーと、導電性バーを軸方向端面で導通する導電性エンドリングと、前記磁性体の前記導電性バーの内周側に埋設した少なくとも１つの永久磁石とを備えた永久磁石同期機において、前記永久磁石の、前記固定子ティースと対向する磁極面とその反対側の磁極面との間の永久磁石外周側面を周回して囲む導電材を永久磁石と前記磁性体との間に介在して設け、前記導電材の軸方向部分の周回方向単位長さ当り電気抵抗が、半径方向部分の周回方向単位長さ当り電気抵抗と異なることことを特徴とする。

さらに、前記導電材の前記軸方向部分と前記半径方向部分とは、異なる断面積を有することを特徴とする。

さらに、永久磁石同期機において、前記磁性体に埋設されず隣接しない少なくとも一つの前記導電材の半径方向部分において前記導電材の周回方向の単位長さ当り電気抵抗をＲ１とし、前記磁性体に埋設され隣接する前記導電材の軸方向部分において、前記導電材の周回方向の単位長さ当り電気抵抗をＲ２としたとき、Ｒ１＜Ｒ２としたことを特徴とする。

さらに、永久磁石同期機において、一極あたりの前記永久磁石を前記固定子の軸方向または周方向に複数分割し、前記各永久磁石の磁曲面間の外周側面を前記導電材で囲むことを特徴とする。

さらに、永久磁石同期機において、同電材で囲まれた隣接する前記永久磁石の間に磁性体からなるリブを有することを特徴とする。

さらに、永久磁石同期機において、前記導電材のうち、前記磁性体に埋設されず隣接しない少なくとも一つの前記導電材の半径方向部分において前記導電材の少なくとも一部が前記永久磁石挿入孔に対し軸方向に突出する突出部を有し、該突出部の一部が前記磁性体の軸方向端面と対向することを特徴とする。

本発明によれば、ティースを有する固定子と、回転子鉄心からなる磁性体を有する回転子と、磁性体に配置した少なくとも１つの磁石挿入孔と、磁石挿入孔に埋設した少なくとも１つの永久磁石とを有し、永久磁石により界磁極を構成する永久磁石同期機において、磁性体に埋設した永久磁石の、固定子のティースと対向する磁極面とその反対側の磁極面との間の永久磁石外周側面を周回して囲むように導電材を永久磁石と前記磁性体との間に設け、導電材の回転子軸方向部分の周回方向単位長さ当り電気抵抗が、導電材の回転子半径方向部分の周回方向単位長さ当り電気抵抗と異なるように構成することことにより、トルク低下やモータ効率低下を招くことなく、永久磁石の減磁耐力を向上することができる。
また、導電材の回転子軸方向部分と回転子半径方向部分を異なる断面積とし、導電材の回転子半径方向部分を磁性体に埋設されず隣接しない構造とすることにより、永久磁石の埋設スペースを減少させることなく、導電材の電気抵抗損を低減することができる。

本発明の永久磁石同期機の回転子の模式図。 本発明の永久磁石同期機の半径方向断面図。 本発明の実施例１による永久磁石および導電材の斜視図。 本発明の実施例２による永久磁石および導電材の斜視図。 本発明の実施例３による永久磁石および導電材の斜視図。 本発明の実施例４による永久磁石および導電材の斜視図。 本発明の実施例５による永久磁石同期機の一極分の半径方向断面図。 本発明の実施例５による永久磁石同期機の斜め磁界を示す半径方向断面図。 本発明の実施例５による永久磁石同期機の垂直磁界を示す半径方向断面図。 本発明の実施例６による永久磁石同期機の斜め磁界を示す半径方向断面図。 本発明の実施例７による自己始動型永久磁石同期機の半径方向断面図。 本発明の実施例８による永久磁石式リラクタンス回転機の半径方向断面図。

以下、本発明の実施例について図面を参照して説明する。図１は、本発明の永久磁石同期機の回転子の模式図である。

図１において、回転子１は回転子鉄心２によって構成されており、シャフト孔７に挿入される出力軸を介して外部に動力を伝達する。回転子鉄心２は軸方向に積み重ねた積層鋼板で構成してもよいし、圧粉磁心などで構成してもよいし、アモルファス金属などで構成してもよい。回転子１の内部には、図示しない磁石挿入孔に埋設したほぼ直方体からなる永久磁石３が４極を構成するように配置されている。

永久磁石３の、固定子１と対向する磁極面とその反対側の磁極面との間の側面外周を周回して囲むように導電材６が設けられる。導電材６は永久磁石より十分小さい電気抵抗を有するＦｅ、Ｃｕ等の金属から構成される。

導電材６の回転子軸方向部分の導電材周回方向の単位長さ当り電気抵抗は、回転子半径方向部分の導電材周回方向の単位長さ当り電気抵抗と異なるように構成される。例えば導電材６の軸方向部分６１の電気抵抗が半径方向部分６２の電気抵抗より小さくなるようにする。

導電材６は、ダイキャスト加工により成型してもよいし、板金状材料を折り曲げ加工で成型し、永久磁石３の外周を囲む導電材６が電気的に導通するように接合部を溶接するか、ネジ締めする方法で制作してもよい。あるいは、複数の短い板金を溶接して一極の永久磁石３外周を囲む導電材６が電気的に導通するように溶接するか、ネジ締めする方法でもよい。導電材６の板幅は、永久磁石３の磁曲面または磁化方向厚みよりも小さくても大きくてもよい。

回転子の磁極を構成する永久磁石は一個で構成してもよいし、複数個に分割してもよい。また、二色成形技術（double mold）により導電材６と永久磁石３とを一体成形しても良く、その場合には両者の寸法公差によるデッドスペースが無くなるため、永久磁石表面積の増加、ならびに有効磁束の増加、ひいてはトルクの増加や効率の向上を図ることができる。

図２は、本発明の永久磁石同期機の一極分の半径方向断面図である。以下の図において、図１と同一構成要素には同一符号を付けて重複説明は避ける。以下、導電材６により永久磁石の減磁耐力が向上する原理について説明する。

図２において、永久磁石３の磁化方向に対向する減磁磁界５が印加されるとき、ファラデーの電磁誘導の法則に従い、導体板６に渦電流が発生する。これによって、減磁磁界５に対向する誘導磁界が発生するため、永久磁石３の減磁耐力を向上させることができる。誘導磁界の大きさは周方向に一様ではなく、アンペールの法則に従って、電流源の近傍が大きく、電流源から離れるにつれて小さくなる。すなわち、導電材半径方向部分６２ａ、６２ｂの近傍においては、減磁耐力の向上効果が大きく、磁極中央に近づくほどその効果が弱くなる。

一方で、導電材６の持つ電気抵抗のため、導電材６を流れる渦電流により電気抵抗損が発生して導電材が発熱する。したがって、導電材６の電気抵抗が小さくなるような構成とすることにより、電気抵抗損を低減してモータ効率の低下を防ぐとともに発熱を抑える技術が必要となる。

導電材６の電気抵抗を低減する方法としては、導電率の高い材料を組み合わせて使用するほかに、導電材の板厚または板幅を大きくし、渦電流の流路の断面積を部分的に拡大して組み合わせる方法がある。

具体的には、図２において、導電材の回転子軸方向部分６２ａ、６２ｂの断面における略周方向幅を拡大したり、略半径方向幅を拡大したりする方法を指す。ただし、周方向幅を拡大するとその分だけ永久磁石の埋設スペースが減少するため、トルク低下や効率低下などモータ性能の低下を招いてしまう。

したがって、本発明の主旨は、永久磁石の減磁耐力の向上を目的として導電材で永久磁石を囲う場合において、永久磁石の埋設スペースを減少させることなく導電材の電気抵抗損を低減し、モータ効率の低下を防ぐとともに、導電材の電気抵抗損による発熱を抑えることである。

例えば、図２に示した導電材６の回転子軸方向部分６２における略半径方向幅を拡大する方法は、永久磁石の埋設スペースを減少させることが無い。また、永久磁石同期機では、磁極間の漏れ磁束を低減する目的で永久磁石３の周方向端部にフラックスバリアを設ける場合が多いが、導電材６がこのフラックスバリアの一部または全てを兼ねるように構成することで、減磁耐力の向上と永久磁石の有効磁束増大とを両立することができる。

図３は、本発明の実施例１による永久磁石および導電材の斜視図である。図３では、導電材６の回転子半径方向部分６１の板厚が、回転子軸方向部分６２の板厚よりも大きくなっている。すなわち、回転子半径方向部分６１において導電材６の周回方向の単位長さ当り電気抵抗をＲ１と定義し、回転子軸方向部分６２において導電材６の周回方向の単位長さ当り電気抵抗をＲ２と定義するとき、Ｒ１＜Ｒ２となるように構成して回転子半径方向部分６１の単位長さ当り電気抵抗を低く構成する。これによって、永久磁石の埋設スペースを減少させることなく導電材６全体の電気抵抗損を低減し、モータ効率の低下を防ぐとともに、導電材６の電気抵抗損による発熱を抑え、かつ減磁耐力を向上することができる。

導電材６は、塊状の導電材に中空部を設けるよう打ち抜き加工したものでもよいし、ダイキャスト加工で成型したものでもよい。あるいは複数の板金を溶接し磁石一極あたりの導電材が電気的に導通するようにするか、ネジ締めしたものでもよい。導電材６の中空部に永久磁石３を嵌合して一体構造とする場合、磁石固定用の凸部１０を設けて圧入することにより接着剤等を用いずに容易に一体化することが可能となる。凸部１０は、永久磁石挿入孔４に挿入する工程において、永久磁石３を簡易的に固定できればよく、ハンダ等を薄く塗布するなどで微小な凸部を構成してもよい。

導電材６の回転子軸方向長さは、回転子鉄心２の回転子軸方向長さと同等か、あるいはこれより短くてもよいし、長くてもよい。回転子鉄心２よりも長くする場合は、回転子１に具備される永久磁石抑え用の端板に導電材６の突出部の貫通溝を設けるともに、永久磁石の軸方向移動を抑えるためのストッパを設けるか、または突出部の形状に合わせた抑え板を設ける構造とする。

図４は、本発明の実施例２による永久磁石および導電材の斜視図である。実施例２では、導電材６の回転子半径方向部分６１の板幅が回転子軸方向部分６２の板幅よりも大きくなっている。

すなわち、回転子半径方向部分６１の単位長さ当り電気抵抗をＲ１と定義し、回転子軸方向部分６２の単位長さ当り電気抵抗をＲ２と定義するとき、Ｒ１＜Ｒ２となるように構成する。これによって、永久磁石の埋設スペースを減少させることなく導電材６全体の電気抵抗損を低減し、モータ効率の低下を防ぐとともに、導電材６の電気抵抗損による発熱を抑え、かつ減磁耐力を向上することができる。

回転子の組み立て工程では、例えば、導電材の回転子半径方向部分６１のうち、上側の板が無い状態で、導電材６を回転子１の永久磁石挿入孔に回転子軸方向上向きに挿入した後、永久磁石３を回転子軸方向下向きに挿入し、上側の板を接合する。接合時は、磁石一極を囲む導電材が電気的に導通するように溶接するか、ネジ締めする。あるいは、導電材６を複数の板金で構成し、永久磁石とは別々に永久磁石挿入孔に挿入した後で、磁石一極あたりの導電材が電気的に導通するように溶接するか、ネジ締めする方法でもよい。導電材の回転子軸方向部分６２の軸方向長さを回転子鉄心２よりも長くすると、導電材の回転子半径方向部分６１が永久磁石抑え用の端板として機能するので、図３の構成に比べて永久磁石の軸方向の固定が容易となる。

図５に、実施例３において、導電材６を複数の板金で構成した場合の斜視図を示す。実施例３では、導電材６の回転子半径方向部分６１が下部６１ａと上部６１ｂとに分かれている。下部６１ａには導電材の回転子軸方向部分６２と凸部１０と磁石抑え６３が設けられ、導電材６の中空部に永久磁石３を嵌合して一体構造とする。

回転子の組み立て工程では、例えば、導電材６を上部６１ｂが無い状態で回転子の永久磁石挿入孔に軸方向上向きに挿入した後、上部６１ｂを導電材６に接合する。その際、板金固定用ネジ穴１１ａと１１ｂを合わせてネジ止めすることで、電気的・機械的に接合させる。また、回転子鉄心の軸方向端面に導電材固定用ネジ穴１２と合うようなネジ穴を設けてネジ止めすることにより、導電材６および永久磁石３を軸方向に移動しないよう固定することができる。なお、板金固定用ネジ穴１１、導電材固定用ネジ穴１２はネジ止めする代わりに、パンチング等による固定を用いてもよい。

図６は、本発明の実施例４の永久磁石および導電材を示す斜視図である。実施例４では、導電材６の回転子半径方向部分６１の形状が放熱フィン状になっている。すなわち、導電材の回転子半径方向部分６１において、表面積を大きくすると放熱性が向上してさらなる電気抵抗損の低減を図ることができる。導電材６は、塊状の導電材に中空部を打ち抜き加工したものでもよいし、ダイキャスト加工で成型したものでもよく、あるいは複数の板金で構成し、磁石一極あたりの導電材が電気的に導通するように溶接するか、ネジ締めしたものでもよい。

以上、４極機に関して説明したが、図３〜６に示した構成は、２極および６極以上の複数極で構成される永久磁石同期機についても、同様の効果が得られる。また、ラジアルギャップ型永久磁石同期機に関して説明したが、アキシャルギャップ型永久磁石同期機についても同様の効果が得られる。また、内転型回転機に関して説明したが、外転型回転機についても同様の効果が得られる。

ところで、図２に示すような構成とする場合、導電材６による減磁耐力向上の効果がさほど得られない場合がある。

図７は本発明の実施例５の原理を説明する永久磁石同期機の一極分の半径方向断面図である。図７においては、減磁磁界５が永久磁石の磁化方向に対して斜めに印加されている。このような減磁磁界が印加される場合には、導電材６から見たトータルの磁束変化は僅少となる。すなわち、永久磁石への流入磁束と流出磁束が存在するため、両者の合成磁束は僅少となり、導電材６に誘導される渦電流もまた僅少となる。このため、導電材６による誘導磁界が小さくなり、減磁耐力向上の効果が限定的となってしまう。この課題に対する解決策を図８を用いて説明する。

図８は、本発明の実施例５による永久磁石同期機の一極分の半径方向断面図である。図８においては、一極がほぼ周方向に分割された２枚の永久磁石３ａ、３ｃで構成され、それぞれの永久磁石が導電材６で囲まれている。すなわち、永久磁石３ａは、導電材の回転子軸方向部分６２ａ、６２ｂおよび図示しない導電材回転子半径方向部分によって囲まれ、各導電材は電気的に導通している。同様にして、永久磁石３ｃは、導電材の回転子軸方向部分６２ｃ、６２ｄおよび導電材回転子半径方向部分によって囲まれ、各導電材は電気的に導通している。

導電材の回転子軸方向部分６２ｂと６２ｃの間は非磁性体１３で構成され、永久磁石３ａを囲む導電材と、永久磁石３ｃを囲む導電材とは電気的に絶縁されている。これによって、図７に示したような斜めの減磁磁界に対しても、個々の永久磁石には流入磁束または流出磁束が印加されるため、各永久磁石の減磁耐力を独立に向上することが可能となる。

導電材６は、少なくとも一つの半径方向部分の導電材周回方向の単位長さ当り電気抵抗が、他の軸方向部分の単位長さ当り電気抵抗と異なるように構成する。また、各々の永久磁石を図３〜図６のような構成としても良く、これにより導電材６の電気抵抗損を低減し、モータ効率の低下を防ぐとともに、導電材６の電気抵抗損による発熱を抑え、かつ減磁耐力を向上することができる。

さらに、実施例５の構成は、図９に示すように減磁磁界５が永久磁石の磁化方向に対して正面から対向する場合においても、導電材６の電気抵抗損の低減について大きな効果を有する。以下に、この論拠について数式を用いて定量的に示す。

まず、導電材６に発生する渦電流Ｉｅは、ファラデーの電磁誘導の法則に従い、永久磁石を透過する磁束量φと、導電材６の電気抵抗Ｒとを用いて、次式で表される。

時間Δｔの間における磁束の変化量をΔφとすると、

したがって、渦電流Ｉｅが発生する電気抵抗損Ｐｅは次式で表される。

図２に示すような、１極を一枚の永久磁石で構成する場合、導電材の電気抵抗損Ｐｅ１は次式で表される。

一方で、図９に示すような、１極を周方向に分割された２枚の永久磁石で構成する場合
、各々の導電材の電気抵抗損Ｐｅ２は次式で表される。ただし、以下の式では、導電材６が図３〜図６のような構成であり、導電材の回転子半径方向部分６１の電気抵抗が導電材の回転子軸方向部分６２の電気抵抗に比べて十分小さく無視できると仮定して、Ｒ２＝Ｒ１としている。また、永久磁石を周方向に２分割しているので、φ２＝φ１／２としている。

上式より明らかなように、永久磁石を周方向に２分割した場合、１極当り導電材の電気抵抗損は

となり、１極を一枚の永久磁石で構成する場合の半分となる。

以上により、１極を一枚の永久磁石で構成するよりも、周方向に分割された２枚で構成する方が導電材６の電気抵抗損を低減でき、また、導電材６の発熱を抑えることができる。

なお、１極を、周方向に３枚以上に分割された永久磁石と、各々の永久磁石を囲む導電材とで構成する場合も、上述した効果と同等かそれ以上の効果が得られる。また、１極を、軸方向に２枚以上に分割された永久磁石と、各々の永久磁石を囲む導電材とで構成する場合や、周方向と軸方向とをそれぞれ２枚以上の永久磁石と、各々の永久磁石を囲む導電材とで構成する場合においても、上述した効果と同等かそれ以上の効果が得られる。

図１０は、本発明の実施例６による永久磁石同期機の一極分の半径方向断面図である。図１０においては、周方向に分割された２枚の永久磁石３ａ、３ｃとの間には磁性体で構成される回転子鉄心２と一体のリブ８が介在している。このような構成とすると、導電材の回転子軸方向部分６２ｂ、６２ｃを流れる渦電流によって発生する磁束９ｂ、９ｃの磁気回路において、リブ８の部分の磁気抵抗を小さくすることができる。この結果、誘導磁界が増加し、永久磁石の減磁耐力をより一層向上することができる。

この効果について、磁気回路方程式で説明すると、次のようになる。まず、図８の場合、導電材の回転子軸方向部分６２ｂを流れる渦電流Ｉｅが発生する誘導磁束φｅ、ｇは、永久磁石３ａの磁気抵抗Ｒｍ、回転子鉄心２の磁気抵抗ＲＦｅ、非磁性体１３の磁気抵抗Ｒｇを用いて次式で表される。

式（７）において、回転子鉄心２の透磁率が、永久磁石３ａや非磁性体１３の透磁率に比べて十分大きいことから、ＲＦｅ＝０と近似している。

一方、図１０の場合も同様にして、導電材の回転子軸方向部分６２ｂを流れる渦電流Ｉｅが発生する誘導磁束φｅ、ｒは、永久磁石３ａの磁気抵抗Ｒｍ、回転子鉄心２の磁気抵抗ＲＦｅ、磁性体８の磁気抵抗Ｒｒを用いて次式で表される。

式（７）において、回転子鉄心２の透磁率、およびリブ１３の透磁率が、永久磁石３ａの透磁率に比べて十分大きいことから、ＲＦｅ＝０、Ｒｒ＝０と近似している。以上、式（７）と式（８）との比較から、磁性体で構成されるリブ８を介在させると、誘導磁束および誘導磁界を増加できること、ならびに永久磁石の減磁耐力をより一層向上可能なことを示した。

なお、リブ８を大きくしすぎると、永久磁石３ａと永久磁石３ｃそれぞれの周方向短部漏れ磁束が増加するため、永久磁石の有効磁束が低下し、トルクの低下や効率の低下を招く可能性がある。したがって、リブ８の略周方向幅は適当な値に選択する必要がある。

以上、上記実施例は永久磁石同期機の４極機に関して説明したが、図８〜１０に示した構成は、２極および６極以上の複数極で構成される永久磁石同期機についても同様の効果が得られる。また、ラジアルギャップ型永久磁石同期機に関して説明したが、アキシャルギャップ型永久磁石同期機についても同様の効果が得られる。また、内転型回転機に関して説明したが、外転型回転機についても同様の効果が得られる。

図１１は、本発明を自己始動型永久磁石同期機に適用した場合を示す、実施例７による回転子の半径方向断面図である。図１１において、回転子１は、シャフト７上に設けられた回転子鉄心２の内部に、多数の回転子スロット１４とその内部に設けられた始動用導体バー１５と、磁石挿入孔４に埋設した永久磁石３を、磁極数が２極となるように配置して構成している。永久磁石３の、固定子ティースと対向する磁極面とその反対側の磁極面との間の外周側面を囲むように導電材６が具備される。

このような自己始動型永久磁石同期機の回転子においても、実施例１乃至実施例６に示したように導電材６を構成すると、導電材６の電気抵抗損を低減し、モータ効率の低下を防ぐとともに、導電材６の電気抵抗損による発熱を抑え、かつ減磁耐力を向上することができる。

特に、自己始動型永久磁石同期機の場合は、始動時に非同期の回転磁界が印加されるため、減磁耐力の向上が重要となる。従来技術では高保持力材を使用する必要がありコストの増加を招いたが、実施例７によれば、低コスト、高効率、かつ高信頼姓を有する自己始動型永久磁石同期機を提供することが可能となる。

なお、２極機に関して説明したが、図１０に示した構成は、４極以上の複数極で構成される自己始動型永久磁石同期機についても、同様の効果が得られる。また、ラジアルギャップ型自己始動型永久磁石同期機に関して説明したが、アキシャルギャップ型自己始動型永久磁石同期機についても、同様の効果が得られる。また、内転型回転機に関して説明したが、外転型回転機についても、同様の効果が得られる。

図１２は、本発明を永久磁石式リラクタンス回転機に適用した場合を示す、実施例８による回転子の半径方向断面図である。図１２において、回転子１は、シャフト７上に設けられた回転子鉄心２の外周部に、複数の回転子ティース１９を具備し、回転子１と所定の空隙を介して設けられた固定子１６は、固定子鉄心１７の内周部に複数の固定子ティース１８と、固定子ティース１８に巻回された図示しない巻線と、永久磁石３とを具備している。永久磁石３の磁化方向に、誘導磁束を発生するように導電材６が具備される。

このような永久磁石式リラクタンス回転機の回転子においても、実施例１乃至実施例６に示したように導電材６を構成すると、導電材６の電気抵抗損を低減し、モータ効率の低下を防ぐとともに、導電材６の電気抵抗損による発熱を抑え、かつ減磁耐力を向上することができる。

１…回転子、２…回転子鉄心、３…永久磁石、４…永久磁石挿入孔、５…減磁磁界、６…導電材、６１…回転子半径方向部分、６２…回転子軸方向部分、６３…磁石抑え、７…シャフト孔、８…リブ、９…渦電流が発生する磁束、１０…凸部、１１…板金固定用ネジ穴、１２…導電材固定用ネジ穴、１３…非磁性体、１４…回転子スロット、１５…始動用導体バー、１６…固定子、１７…固定子鉄心、１８…固定子ティース、１９…回転子ティース

Claims (6)

1. 固定子巻線を巻回したティースを有する固定子と、回転子鉄心からなる磁性体を有する回転子と、前記磁性体に配置した少なくとも１つの磁石挿入孔と、該磁石挿入孔に埋設した少なくとも１つの永久磁石とを有し、該永久磁石により界磁極を構成する永久磁石同期機において、
   前記磁性体に埋設した前記永久磁石の、前記固定子のティースと対向する磁極面とその反対側の磁極面との間の永久磁石外周側面を周回して囲むように導電材を永久磁石と前記磁性体との間に設け、前記導電材の回転子軸方向部分の周回方向単位長さ当り電気抵抗が、導電材の回転子半径方向部分の周回方向単位長さ当り電気抵抗と異なり、前記導電材の前記回転子軸方向部分と前記回転子半径方向部分とは異なる断面積を有し、前記磁性体に埋設されず隣接しない少なくとも一つの前記導電材の前記回転子半径方向部分において前記導電材の周回方向の単位長さ当り電気抵抗をＲ１とし、前記磁性体に埋設され隣接する前記導電材の前記回転子軸方向部分において前記導電材の周回方向の単位長さ当り電気抵抗をＲ２としたとき、Ｒ１＜Ｒ２としたことを特徴とする永久磁石同期機。
2. 請求項１のいずれかに記載された永久磁石同期機において、一極あたりの永久磁石を回転子軸方向または回転子周方向に複数分割し、前記各永久磁石の磁曲面間の外周側面を前記導電材で囲むことを特徴とする永久磁石同期機。
3. 請求項２に記載された永久磁石同期機において、導電材で囲まれた隣接する前記永久磁石の間に磁性体からなるリブを有することを特徴とする永久磁石同期機。
4. 固定子巻線を巻回したティースを有する固定子と、固定子の内周側に支持され回転子鉄心からなる磁性体を有する回転子と、磁性体外周部に軸方向に設けた複数のスロットと、スロット内に埋設され軸方向端面で互いに導通された導体バーと、前記磁性体の前記導電性バーの内周側に埋設した少なくとも１つの永久磁石とを備えた永久磁石同期機において、
   前記永久磁石の、前記固定子ティースと対向する磁極面とその反対側の磁極面との間の永久磁石外周側面を周回して囲む導電材を永久磁石と前記磁性体との間に介在して設け、前記導電材の前記回転子軸方向部分の周回方向単位長さ当り電気抵抗が、半径方向部分の周回方向単位長さ当り電気抵抗と異なり、前記導電材の前記回転子軸方向部分と前記回転子半径方向部分とは異なる断面積を有し、前記磁性体に埋設されず隣接しない少なくとも一つの前記導電材の前記回転子半径方向部分において前記導電材の周回方向の単位長さ当り電気抵抗をＲ１とし、前記磁性体に埋設され隣接する前記導電材の前記回転子軸方向部分において、前記導電材の周回方向の単位長さ当り電気抵抗をＲ２としたとき、Ｒ１＜Ｒ２としたことを特徴とする永久磁石同期機。
5. 請求項４に記載された永久磁石同期機において、一極あたりの前記永久磁石を前記固定子の軸方向または周方向に複数分割し、前記各永久磁石の磁曲面間の外周側面を前記導電材で囲むことを特徴とする永久磁石同期機。
6. 請求項５に記載された永久磁石同期機において、同電材で囲まれた隣接する前記永久磁石の間に磁性体からなるリブを有することを特徴とする永久磁石同期機。

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