JPH02276431A - 永久磁石付回転子を持つ回転電機 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】 〔産業上の利用分野〕 この発明は、例えばＡＣサーボモータのような永久磁石
付回転子を持つ回転電機に関する。

〔従来の技術〕

第９図は従来例の回転子の側面図である。

図において、回転軸７と一体にされた回転子鉄心ｌの外
周には円筒形の永久磁石３２が接着等によって固着され
、４挽の磁極６を持つように着磁されている。永久磁石
３２には、例えばラジアル異方性のフェライト磁石が使
用される。

磁石をラジアル異方性に形成するには、粉末永久磁石材
料を磁界をかけたローラで圧延して薄板を成形し、この
板を多層に巻いてから焼結す−る。

成形された薄板は磁気特性が最高になる方向が平行であ
るが、巻いて焼結された永久磁石は磁気特性が最高にな
る方向がラジアル方向に向くラジアル異方性を備えるこ
とになる。

〔発明が解決しようとする課題〕

前記の従来の技術においては、永久磁石としての最大磁
気エネルギ積の大きい、すなわち強力な永久磁石である
フェライト磁石を使用し、これにラジアル異方性を持た
せる。したがって回転子は小形となって電機全体も小形
になり、特に回転子の慣性も小さくてサーボ特性が優れ
る。

一方、次のような問題を包含する。

（ａ）永久磁石を円筒形に研磨してから回転子に接着す
るので、隙間管理、特に同心性を維持して固着する工程
が困難である。

（ｂ）円筒形ラジアル異方性永久磁石の焼結工程でクラ
ックや歪が生じやすく、真円度も必ずしも良くないので
大形の円筒形永久磁石を得るには限界があり、回転電機
の大容量化にも限界がある。

したがって、大形のものには円筒形ラジアル異方性以外
のものを使用せざるを得ない。

（Ｃ）フェライト磁石より更に強力な希土類磁石を平行
な異方性に焼結する製造技術は確立しているが、ラジア
ル異方性に焼結することが難しく、円筒形のラジアル異
方性を備えた希土類磁石は現状では得がたく、製造した
としてもフェライ＋−ｍ石で可能な大きさよりはるかに
小さい。

一方、矩形波駆動のＡＣサーボモータはモータの逆起電
圧減形を矩形波状にすることが理想であり、固定子鉄心
と永久磁石との空隙の磁束密度を均一にする必要がある
。

回転子の溝によって生じる脈動トルクを減らすために、
固定子の溝の方向又はロータの着磁による磁極の方向を
固定子の１溝分だけスキューさせることが行なわれる。

そのようなスキューによって解決可能な周期的な脈動ト
ルクのほかに、何らかの原因による円周方向の磁束密度
が部分的に不均一になってコギングトルクを生じたり、
逆起動圧波形に不整服が生じたりするのを防ぐ必要があ
る。これ、は低速回転の時の回転むらを防ぐ場合に特に
重要である。

この発明の目的は、最大磁気エネルギ積の大きい、すな
わちより強力な永久磁石材料を使用し、ラジアル異方性
の磁気特性のある円筒状の永久磁石をより大形な電機に
適用可能とし、コギングトルクと波形歪を低減し、固定
子鉄心への磁石の固着の作業性のよい永久磁石付回転子
を持つ回転電機を提供することにある。

〔課題を解決するための手段〕

発明１の永久磁石付回転子を持つ回転電機は、円周方向
に極数の整数倍に等分割して円弧状の分割永久磁石を形
成し、この分割永久磁石に磁気異方性の磁気特性が最高
になる方向が平行である異方性永久磁石材料を使用し、
前記分割永久磁石を磁性材からなる回転子鉄心の外周に
固着して近似的にラジアル異方性の永久磁石とするもの
である。

発明２の永久磁石付回転子を持つ回転電機は、円周方向
に極数の整数倍に等分割して円弧状の分割永久磁石を形
成し、この分割永久磁石に磁気異方性の磁気特性が最高
になる方向が円弧の中心からラジアル方向に向く異方性
永久磁石材料を使用し、前記分割永久磁石を磁性材から
なる回転子鉄心の外周に固着してラジアル異方性の永久
磁石とするものである。

発明３の永久磁石付回転子を持つ回転電機は、発明１又
は２において、 分割永久磁石の相互の隙間にペースト状で後に硬化する
磁性材からなる磁性充填材を充填するものである。

〔作用〕 発明１においては、円弧状でラジアル異方性に成形し、
焼結することがむずかしく、円弧状であって磁気特性が
最高になる方向が平行にのみ異方性を与えることができ
るような永久磁石材料、例えば希土類磁石を使用するに
もかかわらず、円弧状に分割した分割永久磁石を回転子
鉄心の外周に配置することによって全体の円筒状の永久
磁石は近似的にラジアル異方性となる。すなわち、各分
割永久磁石について言えば、中央の母線上では完全にラ
ジアルであり、両側でわずかにラジアルから偏るのみで
、磁束密度はほとんど均一となる。

分割永久磁石の隣接する微小な部分で磁束がわずかに不
均一になる部分があるが、分割数が極数の整数倍である
ので各磁極の磁束密度分布は相似する。

焼結できる１個の永久磁石の大きさに限界があっても、
円筒のものに比べ分割数の倍数だけ全体が大きくなり、
飛躍的に大容量化する。しかも円筒より円弧の方が１個
の大きさの限界はかなり大きくできる。なお、遠心力に
対する固着強さを維持する必要があるが、これは接着剤
等の選択で容易に解決がつき、分割されたものは円筒の
ように同心性を維持して固着する作業は容易になる。

発明２においては、分割永久磁石そのものの方向性が円
弧の中心からラジアル方向に向くラジアル異方性永久磁
石を用いるので発明１のような近似でなく完全にラジア
ル異方性の永久磁石となる。

隣接する微小な部分での不均一性は、発明１と同様に分
割数が極数の整数倍であることにより、各磁極の分布は
相似する。

分割して全体が大形化、大容量化することと固着の容易
性も発明１と同一作用である。

なお、ラジアル異方性の永久磁石は、焼結技術上、フェ
ライト磁石に適する。

発明３は発明１又は発明２の作用に加えて、分割永久磁
石の相互の隙間の磁束密度の均一性を向上させるもので
ある。焼結し、全面を研磨してできる分割永久磁石は、
加工誤差のため相互間にわずかな隙間が残り、この部分
は微小ながら円周方向の磁束の欠損が前記隙間に生じる
。接近する固定子との間の空隙が大きいほど前記磁束の
欠損は周囲から補なわれて平均化されるが、多少の磁束
密度の凹みは残る。したがって隙間に磁性材を充填する
ことにより、より平均化され、コギングトルクと逆起電
圧波形の不整脈が著しく減少する。

〔実施例〕

第１図は実施例１の回転子の側面図、第２図は第１図の
正面図、第３図は第２図の回転子を持つ回転電機の断面
図、第４図は第３図の固定子鉄心の側面図であり、第５
図は着磁装置の側面図、第６図は第５図のＰ天方向から
見た着磁鉄心の展開図であり、第７図は実施例２の回転
子の側面図、第８図は第７図の部分断面正面図である。

従来例と同一符号を付けるものはおよそ同一機能を持つ
。

第１図ないし第３図はこの発明の実施例１を示す。回転
子鉄心ｌの外周に希土類、フェライト等からなり、磁気
異方性の磁気特性が最高になる方向が平行である異方性
永久磁石材料からなる円弧状の分割永久磁石２が複数個
円筒状に接着剤等で固着して取付けられている。前記回
転子鉄心１は回転軸７と一体形成した塊状鉄心を使用し
ているが、これに限定・されるものではない。前記分割
永久磁石２は極数の整数倍に等分割（図では極数が４、
分割数が８）して個々の断面形状が円弧状に湾曲した板
状に形成されている。これは個々の分割永久磁石２の形
状を簡単にするためである。

この分割永久磁石２を包囲する筒状固定子鉄心３の内周
部には第４図に示すように軸方向の溝５が多数段けられ
、この溝５内に巻線４が内周側の開口部から挿入して巻
装されている。

前記分割永久磁石２は未着磁の状態で回転子鉄心１の外
周に取付けた後第５図および第６図に示す円筒状の着磁
装置８に挿入して着磁される。この着磁装置８は円筒状
継鉄９の内周に固着した複数の着磁鉄心１０に着磁コイ
ル１１を巻装してなり、着磁鉄心１０は固定子鉄心溝５
の１溝ピッチ相当分だけ円周方向にスキューされている
。前記着磁鉄心１０は所望の回転子磁極６の極数分だけ
円周上等分に配設され、着磁コイル１１に直流電圧を印
加すると着磁鉄心１０に対応してスキューした磁極６が
複数の分割永久磁石２に形成される。

なお１．磁極の境界を図示のように分割永久磁石２の中
央に位置させる代りに、分割永久磁石２の相互の隙間に
位置させてもよい。

隣接する前記磁極６は第１図に磁束の流れる方向を矢印
で示すように径方向に交互に反対方向に着磁され、近似
的にラジアル異方性となる。

前記構造によれば、発明１に関する〔作用〕の項に説明
したように、全周にわたり、近似ラジアル異方性の永久
磁石となって全周の磁束密度が均一化され、隣接する微
小な隙間による不均一性も各磁極間では分布が相似し、
特に、電機の大形化ができ、固着の作業性もよい。そし
て実施例２で採用するように隙間へ磁性充填材を充填し
て更に磁束密度の均一化をすることもできる。

実施例２を示す第７図、第８図においては、分割永久磁
石２２は異方性永久磁石材料を使用するうえに、磁気異
方性の磁気特性が最高になる方向が円弧の中心、すなわ
ち回転子の中心から完全にラジアル方向を向くものを使
用する。そのような磁石材料の製造方法は従来例で説明
したとおりである。しかしこの実施例２においては極数
の整数倍（図では極数が４、分割数が４）に分割された
分割永久磁石２２とされるので大形化が可能になる。分
解永久磁石２２の外周の両側は、欠けないように図示し
ない面取りを持つ。

実施例１において付言したように、実施例２の分割永久
磁石２２の相互の隙間に、磁性充填材２３を充填するこ
とによりコギングトルクと逆起電圧波形の不整脈が著し
く減少する。磁性充填材２３は粉末の磁性材をペースト
状にし、硬化して使用する。例えば鉄セメントが用いら
れる。磁性材は永久磁石材料でもよいが、軟鉄等のよう
な磁化による残留磁束の少ない磁性体が良い結果を示し
、スキューした磁極の境界２４を磁性充填材２３に交差
させると、コギングトルクと逆起電圧波形は更に改善さ
れる。

〔発明の効果〕

この発明１の永久磁石付回転子を持つ回転電機は、 円周方向に極数の整数倍に等分割して円弧状の分割永久
磁石を形成し、この分割永久磁石に磁気異方性の磁気特
性が最高になる方向が平行である異方性永久磁石材料を
使用し、前記分割永久磁石を磁性材からなる回転子鉄心
の外周に固着して近似的にラジアル異方性の永久磁石と
するようにしたので、 磁気特性が最高になる方向が平行にしかできない異方性
永久磁石を材料を使用しても、分割によって近似的にラ
ジアル異方性の円筒状永久磁石を得ることができるとい
う効果がある。

そのような発明１のもの又は発明２のように材料として
ラジアル異方性のあるものを使用していずれも極数の整
数倍に等分割した円弧状の分割永久磁石を使用すること
により、磁束密度が均一化されて、トルクの脈動と逆起
電圧波形の歪みが減少するという効果がある。

発明３においては、発明１又は２によって生じる分割永
久磁石の相互間の隙間の微小な磁束の凹みをも磁性充填
材によって改善し、更に微弱なコギングトルクと波形の
不整密が減少するという効果がある。

【図面の簡単な説明】

第１図は実施例１の回転子の側面図、第２図は第１図の
正面図、第３図は第２図の回転子を持つ回転電機の断面
図、第４図は第３図の固定子鉄心の側面図であり、第５
図は着磁装置の側面図、第６図は第５図のＰ天方向から
見た着磁鉄心の展開図であり、第７図は実施例２の回転
子の側面図、第８図は第７図の部分断面正面図であり、
第９図は従来例の回転子の側面図である。 １・・・回転子鉄心、２，２２・・・分割永久磁石、６
・・・磁極、２３・・・磁性充填材、３２・・・永久磁
石。

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １）円周方向に極数の整数倍に等分割して円弧状の分割
   永久磁石を形成し、この分割永久磁石に磁気異方性の磁
   気特性が最高になる方向が平行である異方性永久磁石材
   料を使用し、前記分割永久磁石を磁性材からなる回転子
   鉄心の外周に固着して近似的にラジアル異方性の永久磁
   石とすることを特徴とする永久磁石付回転子を持つ回転
   電機。 ２）円周方向に極数の整数倍に等分割して円弧状の分割
   永久磁石を形成し、この分割永久磁石に磁気異方性の磁
   気特性が最高になる方向が円弧の中心からラジアル方向
   に向く異方性永久磁石材料を使用し、前記分割永久磁石
   を磁性材からなる回転子鉄心の外周に固着してラジアル
   異方性の永久磁石とすることを特徴とする永久磁石付回
   転子を持つ回転電機。 ３）請求項１又は請求項２記載の永久磁石付回転子を持
   つ回転電機において、 分割永久磁石の相互の隙間にペースト状で後に硬化する
   磁性材からなる磁性充填材を充填することを特徴とする
   永久磁石付回転子を持つ回転電機。