JPH0583911A - 回転電機 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【目的】 200 ℃以上の高温環境で使用しても巻線が高
温により絶縁破壊されること無く連続駆動が可能で、永
久磁石・磁性鋼板等から生じる高温での特性低下を抑制
でき、耐真空、耐放射線、耐宇宙線に優れた回転電機を
提供する。 【構成】 本発明においては、固定子鉄心１のスロット
２にセラミック材からなる絶縁被覆を有するマグネット
ワイヤにて多層巻線３を形成し、対向する回転子外周に
複数ブロックの回転子鉄心７を形成し、各ブロック間に
軸方向に着磁した円盤状永久磁石８を挟み込むとともに
各ブロックの回転子鉄心７の回転子歯６を互いに１／２
歯ピッチずらし円盤状永久磁石８の外周を非磁性金属リ
ング９で覆い回転子鉄心７と接合し回転子をキャン構造
とする。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は、高温環境下で使用する
回転電機に関する。

【０００２】

【従来の技術】例えば従来の高温用モータは、図７に示
すように巻線となるマグネットワイヤは、有機物の絶縁
被覆（３ａ）からなる。また、回転子の永久磁石の固定
方法は、回転子鉄心表面に接着剤で固着するか、非磁性
金属で永久磁石を覆うキャン方式が採用されている。

【０００３】

【発明が解決しようとする課題】従来の高温用モータ
は、有機物の絶縁被覆からなるマグネットワイヤ（３
ａ）を使用しているため、巻線温度で200 ℃以上では、
短時間で破壊される。

【０００４】回転子に於いては、永久磁石の固定を回転
子鉄心表面に接着剤にて固着すると、200 ℃以上では急
激に接着剤の接着強度が悪くなり、さらには剥離するか
炭化する。この状態で回転子が回転すると、遠心力によ
り永久磁石が飛散する。

【０００５】また、高温に対しては接着剤が適用不可能
なため、永久磁石の回転子への固定方法として非磁性金
属で永久磁石を覆うキャン方式がある。このキャン方式
の場合、図７に示すように、永久磁石の磁束発生方向に
非磁性の金属リング（９）があるため、磁気的空隙長が
長くなり界磁磁束はかなり減少する。さらに、図３に示
す様に磁気的隙長が大きくなると、永久磁石の磁気特性
の動作点を決めるパーミアンス係数Ｐｃが小となり、永
久磁石の磁気特性の温度係数も大きくなるため、高温時
の磁束量がさらに減少する。磁束が低下すると、モータ
の出力は大きく低下する。

【０００６】永久磁石に関しては、一般に使用されてい
るフェライト磁石では、磁気特性の温度係数は−0.2 ％
℃とかなり大である。従って、高温時には、磁石の磁気
特性は著しく低下し、大型化することにより出力増加を
図ることになる。本発明は以上の従来技術の欠点に鑑み
なされたものであり、200 ℃以上の高温で長時間使用可
能な高温モータを提供することを目的とする。

【０００７】

【課題を解決するための手段】上記目的を達成するた
め、本発明においては、Ｆｅ−Ｃｏ系合金から成る固定
子鉄心の円周方向に複数個の歯とスロットを設け、各ス
ロットにセラミック材の絶縁被覆を持つマグネット・ワ
イヤにて多相巻線を形成し、空隙面に対向する回転子の
外周面に複数個の回転子歯を有したＦｅ−Ｃｏ系合金の
回転子鉄心を２ブロック形成し、これら２ブロックの前
記回転子鉄心間に軸方向に着磁された円盤状永久磁石を
軸方向に挟み込むとともに２ブロックの回転子鉄心の回
転子歯を互いに１／２歯ピッチずらし、円盤状永久磁石
の外周を非磁性金属で覆い、回転子鉄心と接合し、キャ
ン構造とした構成とする。

【０００８】

【作用】本発明の回転電機は、セラミック材で被覆され
たマグネットワイヤを巻線として使用するため、200 ℃
以上の巻線温度で連続運転しても絶縁破壊が生ずること
はなく安定して駆動できる。

【０００９】また、回転子は、鉄心間に外周を非磁性の
リングで覆った永久磁石を挟む構成となっているので、
接着剤がなくても回転子から飛散することはない。万
一、永久磁石が金属リング内で周方向に位置が移動して
も、永久磁石より発生する磁束は軸に平行に同一方向で
あり、さらに軸方向磁束は鉄心で径方向に一様に分布す
るため、特性上問題はない。また、磁気特性上では、以
下のようになる。

【００１０】本発明の回転電機は、永久磁石の磁束が発
生する磁化方向に飛散・保護用の非磁性金属リングが存
在しない構成となるため、磁気的空隙長が短くなりパー
ミアンス係数は大となる。従って、図３に示す様に、永
久磁石のＢ−Ｈ磁気特性上の動作点での磁束密度が大と
なり、永久磁石の発生する磁束が増加し回転電機の出力
が増加する。

【００１１】また、パーミアンス係数が小となるにつれ
て、永久磁石の磁気特性は温度上昇に大きく影響され大
幅に低下する。しかし、本発明ではパーミアンス係数が
大きくなることから、永久磁石の負の温度係数は小とな
り、高温時の永久磁石の磁気特性の低下率を小とする。

【００１２】永久磁石に関しては、本発明では、アルニ
コ磁石またはサマリウム・コバルト磁石を適用し、負の
温度係数は、それぞれ−0.02％／℃，−0.036 ％／℃で
あり、例えば、220 ℃雰囲気で使用しても、４〜８％の
磁気特性の低下に抑えることができる。

【００１３】固定子鉄心と回転子鉄心には、Ｆｅ−Ｃｏ
系合金を適用しており、Ｆｅ−Ｃｏ系合金は、キューリ
点が980 度であり、高温特性が良く、高磁束密度での可
逆透磁率が大であり、飽和磁束密度が2.3 （Ｔ）ある。
従って、高温環境に於いて、磁気特性がケイ素鋼板より
かなり良く、回転電機の子形化が可能となる。以上よ
り、200 ℃以上の高温環境における連続駆動が可能で小
形の回転電機を提供することができる。

【００１４】

【実施例】以下、本発明について高温モータの一実施例
について、図１ないし図７を参照して説明する。

【００１５】本発明の一実施例である高温モータを図１
ないし図３に示す。図２に示すように、固定子鉄心
（１）にＦｅ−Ｃｏ−Ｖ合金を用い、固定子鉄心（１）
は内周側の円周方向に＃１〜＃８で示す８個のスロット
（２）を有し、固定子歯（４）の内周面には５個の固定
子小歯（５）が形成されている。各スロット（２）に
は、セラミック材の絶縁被覆（ボロシロキサン系無機ポ
リマ）を持つマグネット・ワイヤ（３）からなる巻線を
設ける。

【００１６】また、スロット絶縁等の絶縁物には、上記
無機ポリマを含め無機質のものを使用する。回転子鉄心
（７）にＦｅ−Ｃｏ−Ｖ合金を用い、回転子鉄心（７）
の外周面には等間隔ピッチで50個の回転子（６）が形成
された鋼板を蓄層した２ブロックの回転子鉄心（７）を
形成し、２ブロックの回転子鉄心（７）間に円盤状の永
久磁石（８）を軸方向に挟み込む形で回転子が構成され
る。さらに、２ブロックの回転子鉄心（７）は、１／２
回転子歯ピッチの角度で互いに周方向にずれた位置で回
転軸(10)に固定されている。

【００１７】図１に示す様に、円盤状永久磁石（８）
は、外周を非磁性の金属リング（９）（ＳＵＳ−304 ）
で覆って金属リング（９）を回転子鉄心（７）と接合し
キャン構造としている。円盤状の永久磁石（８）はＳｍ
2 Ｃｏ17系磁石を適用し軸方向に磁化されている。次
に、本発明の一実施例の作用を説明する。

【００１８】従来の高温用モータは、有機物の絶縁被覆
からなるマグネットワイヤ（３ａ）を使用しているた
め、巻線温度で200 ℃以下で使用され、200 ℃以上では
短時間で破壊される。

【００１９】回転子に於いて、接着剤で回転子鉄心表面
に永久磁石を固着すると、200 ℃以上では急激に接着剤
の接着強度が悪くなる。さらには、接着剤が剥離するか
炭化する。この状態で回転子が回転すると、遠心力によ
り永久磁石が飛散する。

【００２０】また、図７に示す様に、高温時の永久磁石
の固定方法として、非磁性金属で永久磁石を覆うキャン
方式があるが、キャン方式は永久磁石の磁束発生方向に
非磁性の金属リングがあるため磁気的隙長が長くなる。
従って、永久磁石の磁気特性の動作点を決めるパーミア
ンス係数Ｐｃは、ほぼＬｍ／Ｌｇ（Ｌｍ：永久磁石磁化
方向の厚み、Ｌｇ：磁気的空隙長）となるので、Ｐｃは
小となる。図３の例では、Ｐｃ＝１であり、動作点はｂ
点となる。ｂ点より、磁石の磁束密度は５kGaussとな
り、界磁磁束はかなり減少する。さらに、パーミアンス
係数が小となると、永久磁石の磁気特性の負の温度係数
も大きくなるため高温時の磁束量がさらに減少する。磁
束が低下すると、モータの出力は大きく低下する。

【００２１】これにたいして本実施例の高温モータは、
セラミック材（ボロシロキサン系無機ポリマ）で被覆さ
れたマグネットワイヤを巻線（３）として使用するた
め、200 ℃以上の巻線温度で連続運転しても、絶縁破壊
が生ずることはなく、巻線温度300 ℃〜500 ℃で連続使
用することが可能となる。

【００２２】また、回転子は、２つの鉄心（７）間に外
周を非磁性のリング（９）で覆われた永久磁石（８）を
挟む構成となっている。磁石の固定に接着剤を用いず機
械的に固定を行うため、200 ℃以上の高温状態でも永久
磁石は飛散することはなく回転子に固定される。

【００２３】万一、永久磁石（８）が金属リング（９）
内で位置が移動しても、永久磁石（８）より発生する磁
束は軸に平行に同一方向であり、さらに、軸方向磁束は
鉄心で径方向に一様に分布するため、特性上問題はない
構成となっている。また、図４に示す様に回転子鉄心か
らの突起(11)による永久磁石の固定も可能である。次
に、磁気特性上では、下記のような作用・効果がある。

【００２４】従来の高温モータは、図７に示すように、
永久磁石（８）の磁束が発生する磁化方向に飛散・保護
用の非磁性金属リング（９）が存在する構成となる。こ
れにより、磁気的空隙長がリング厚と幾何的隙長を加え
た値となる。従って、空隙磁束密度は小となる。

【００２５】本実施例に於いては、永久磁石（８）の磁
束が発生する磁化方向に飛散・保護用の非磁性金属リン
グ（９）が存在しない構成となるため、磁気的空隙長が
短くなりパーミアンス係数は大となる。実施例では、パ
ーミアンス係数は、Ｐｃ＝６であり、動作点は図３のａ
点となり、磁束密度は９kGaussである。従って、永久磁
石のＢ−Ｈ磁気特性上の動作点における磁束密度が大と
なり、永久磁石の発生する磁束が増加する。これより、
モータの出力が増加する。また、同時にパーミアンス係
数が大きくなることから、永久磁石（８）の負の温度係
数は小となり、高温時の永久磁石（８）の磁気特性の低
下率を小とする。永久磁石（８）に関しては、一般に使
用されているフェライト磁石では、磁気特性の温度係数
は−0.2 ％℃でありかなり大である。

【００２６】本実施例では、アルニコ磁石またはＳｍ2
Ｃｏ17磁石を適用しており、温度係数はそれぞれ−0.02
％／℃，−0.036 ％／℃であり、例えば 220℃雰囲気で
使用しても４〜８％の磁気特性の低下に抑えることがで
きる。

【００２７】固定子鉄心と回転子鉄心には、Ｆｅ−Ｃｏ
−Ｖ合金を適用しており、Ｆｅ−Ｃｏ−Ｖ合金はキュー
リ点が 980度であり高温特性が良く高磁束密度での可逆
透磁率が大であり飽和磁束密度が 2.3（Ｔ）ある。従っ
て、高温環境に於いて、磁気特性がケイ素鋼板よりかな
り良くモータの小形化が可能となる。

【００２８】以上のように本実施例によれば、200 ℃以
上の高温環境で使用しても連続駆動可能で、構造上、磁
石特性上から高温でのモータの特性低下は抑えられるた
め、小形の高温モータを提供することができる。他の実
施例として図５に示す様に、上記実施例の基本磁気回路
構成と同じものを多段にしてモータの容量を大きくして
も、当然同様な効果が得られる。

【００２９】また、上記実施例と比較して、固定子歯数
と回転子歯数が少なくても多くても当然同様な効果が得
られる。高速回転に適用する歯数を少なくした高温モー
タの一例を図６に示す。また、上記モータを切り開き、
直線上に並べた構成と基本的に等価であるリニアモータ
としても当然同様な効果が得られる。さらに、上記実施
例ではモータを例に説明したが発電機としても当然適用
可能である。

【００３０】

【発明の効果】以上説明したように本発明の回転電機
は、200 ℃以上の高温環境で使用しても、巻線が高温に
より絶縁破壊されることなく連続駆動が可能となる。さ
らに、構造上、永久磁石・磁性鋼板の特性上から生じる
高温での特性低下を抑えられるため、小形でかつ高温に
耐え得る回転電機を提供することができる。

【００３１】また、本発明の回転電機は、セラミック等
の無機物と金属から構成され、有機材料を使用していな
いため、耐真空、耐放射線、耐宇宙線に優れた効果が同
時に得られる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明に係る回転電機の一実施例を示す高温モ
ータの軸方向断面図

【図２】図１のＡ−Ａ線に沿う矢視径方向断面図

【図３】磁石の磁気特性を示す図

【図４】本発明の他の実施例に係る永久磁石の固定の突
起を示す回転子軸方向要部断面図

【図５】図１の基本磁気構成を多段にし大容量とした高
温モータの実施例を示す軸方向段面図

【図６】本発明の他の実施例である回転子歯数の少ない
高速用高温モータの実施例を示す径方向断面図

【図７】従来の高温モータの軸方向断面図

【符号の説明】

１…固定子鉄心 ２…スロッ
ト ３…マグネットワイヤ（セラミック被覆） ３ａ…マグネットワイヤ（有機物被覆） ４…固定子
歯 ５…固定子小歯 ６…回転子
歯 ７…回転子鉄心 ８…永久磁
石 ９…非磁性金属リング 10…回転軸 11…突起

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 円周方向に複数個の歯とスロットを設け
   た固定子鉄心の各スロットにセラミック材から成る絶縁
   被覆を有するマグネット・ワイヤにて多相巻線を形成
   し、前記固定子鉄心の歯に対向する回転子の外周面に複
   数個の回転子歯を有する回転子鉄心を複数ブロック形成
   し、各ブロックの前記回転子鉄心間に軸方向に着磁され
   た円盤状永久磁石を軸方向に挟み込むとともに各ブロッ
   クの回転子鉄心の回転子歯を互いに１／２歯ピッチずら
   し、前記円盤状永久磁石の外周を非磁性金属で覆い前記
   回転子鉄心と接合しキャン構造としたことを特徴とする
   回転電機。