JPH0619290Y2 - 回転電機 - Google Patents

回転電機

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JPH0619290Y2
JPH0619290Y2 JP1990003943U JP394390U JPH0619290Y2 JP H0619290 Y2 JPH0619290 Y2 JP H0619290Y2 JP 1990003943 U JP1990003943 U JP 1990003943U JP 394390 U JP394390 U JP 394390U JP H0619290 Y2 JPH0619290 Y2 JP H0619290Y2
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    • H02K1/2706—Inner rotors
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    • H02K1/274—Inner rotors the magnetisation axis of the magnets being perpendicular to the rotor axis the rotor consisting of two or more circumferentially positioned magnets
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    • H02K1/276—Magnets embedded in the magnetic core, e.g. interior permanent magnets [IPM]
    • H02K1/2766—Magnets embedded in the magnetic core, e.g. interior permanent magnets [IPM] having a flux concentration effect
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Description

【考案の詳細な説明】 本考案は一般に回転電機に関し、特に、積層極部材で組
立てた永久磁石を有する回転電機に関するものである。
コイルでなく希土類磁石等ま永久磁石を用いて回転電機
回転子を構成するのは魅力的である。永久磁石回転子の
主な利点は航空機等に用いる場合に特に重要な重量およ
び大きさが減少することである。
航空機用発電機は、一般に別の励磁器発電機により励磁
される界磁巻線を有する回転整流器を有する回転子上の
ブラシレス励磁システムを備えた交流同期機であった。
永久磁石回転子により励磁器発電機、励磁器界磁巻線お
よび回転整流器が不要になる。また始動電力用の小型補
助永久磁石発電機も不要となる。航空機用発電機は従来
可変速エンジンで作動される流体変速機により定速で駆
動されていた。現在は、航空機用発電機を可変速運転
し、流体変速機を不要にすることが必要になり、定周波
電気出力はサイクロコンバーター等の電力変換装置によ
り得る。このような電力変換装置はまた発電機を逆のモ
ードで運転して、航空機エンジンの始動発電機にあるい
はフライホイールエネルギー蓄勢および取出しに有用な
電動機として運転させることもできる。ブラシレス巻線
界磁材は低速運転のためには大型にしなければならない
励磁発電機を要するので、上述の目的のためにはあまり
適当なものではない。
永久磁石回転子を有する回転機の別の応用例はブラシレ
ス直流電動機である。この場合、巻線回転子に対して効
率、大きさおよび重量に於いて有利である。高い応答性
の要求される航空機の操縦翼用等の作動器の回転子慣性
を希土類磁石を用いて小さくすることができる。従って
油圧作動器でなく電気的作動器を用いることができるよ
うになり、完全に電気的な航空機システムを実現させる
ことも可能になる。
永久磁石回転子の構成の一例は、回転電機の空隙に対し
て各界磁石の表面を露出させて磁軸を径方向に配置され
た界磁石を用いるものである。磁石は例えば粘着結合剤
等により、極間に磁束を通す強磁性部材に固着される。
この構成は比較的簡単であるが、構造、磁石自体の支
持、磁石の強磁性部材への接合部の強度が弱いため、高
速運転には完全には適当なものではない。他の欠点は、
希土類磁石を用いた場合には、その通常の特性が比較的
低磁束密度高保磁力特性であるため、空隙内の磁束密度
が小さいことである。従ってこの構成では磁石が効果的
に用いられない。導電性の磁石を用いた場合の別の欠点
は固定子スロツト開口によるものであり、このスロツト
開口は磁石の回転によりその表面の磁束を高周波振動さ
せて大きな渦電流損を生じさせる。
強度の高い構造を得るためには、上述の回転子を変形し
て磁石を高強度囲い内に収容することができる。このよ
うな囲いは磁束を空隙に導くための強磁性体を磁石の径
方向上方に設け、また各磁石間に非磁性体を設けて磁気
的短絡を防がねばならない。このような構造に於いても
希土類磁石は有効に使用されず、囲い内の渦電流損が大
きく、また強磁性体と非磁性体との間に溶接を要するの
で製造が困難である。
第１図にはこれらの問題のうちの幾つかを軽減するため
の高強度囲い構造の一例を示す。この構造は、ジエネラ
ル・エレクトリック社航空機用機器部門の技術報告書AF
APL-TR-76-8「150 KVAサマリウム・コバルトUSCF始動発
電システム、第１部」1976年３月発行に記載されてい
る。この構造によれば、矩形断面の長い磁石１０が回転
子鉄心を通って径方向平面内に設けられている。間の鉄
心材料は磁性鋼の部分積層板即ちセグメント１２であ
る。回転子の周縁には永久磁石の面上に延びる非鉄金属
条帯１４があり、条帯１４は極領域上の円筒部分をなす
鉄鋼部材１６と共に溶接されている。磁束路１８は回転
子内に周方向に設けられた磁石の磁軸の方向によって得
られる。従って磁束路は磁石１０の一側から出て磁性極
片に入り空隙の方向に径方向に曲がる。磁束は空隙から
磁極を通って磁石の他側に戻る。磁石の面は径方向に延
びているので、磁石からの磁束を空隙部で極内に比較的
小さな面積の磁性体に集中させることができる。このた
め磁石が先に説明したものよりずっと有効に用いられ
る。しかしながら、渦電流損が大きく製造が困難である
という欠点は残っている。
永久磁石回転子の従来の構造およびその用途については
米国特許第2,059,518号、第3,492,520号、第3,671,788
号、第4,117,360号および第4,139,790号に記載されてい
る。
本考案は、高強度構造、低渦電流損で永久磁石を有効に
用い、経済的に製造した構造体内に磁石を完全に収納し
た永久磁石回転子を提供するものである。
本考案は間に空隙を有し互いに回転誘導関係に在る固定
子および回転子を備えた永久磁石回転子型回転電機であ
って、上記回転子が、上記回転子の軸方向に重ねられた
複数の積層板を有する鉄心を備え、上記積層板は磁性積
層板と分散された非磁性構造用積層板とを含み、上記回
転子の上記鉄心は、上記鉄心の周縁に沿って周方向に設
けられた複数の磁束路を形成する軸方向に延びたスロッ
ト内に配置された複数の長い永久磁石を有し、各々の上
記永久磁石は、上記鉄心の略々外周で上記鉄心を通って
長手方向に延びる楔により上記スロツト内で径方向外方
に動かぬように固着されており、上記楔は、非磁性体で
ありかつ上記楔間の上記積層板の周縁を上記空隙に露出
させて上記積層板内の所定位置に機械的に固定されてな
る回転電機である。
望ましい実施例に於いては、回転子は、強度を得るため
間に非磁性積層板を挿入された磁性積層板を含む複数の
積重ねられた積層板でできた鉄心を有している。磁石
は、鉄心内を長手方向に延びる径方向平面内に配置さ
れ、磁石を有効に用いるように磁界の向きが周方向にさ
れている。磁石は鉄心の長手方向に延びる楔により外周
部で固定され、楔は積層板内の所定位置に機械的に固定
された非磁性体であり、各楔間の積層板の外縁は極部材
であって空隙に露出されている。鉄心表面上には長手方
向に複数の溶接ビードが設けられ、積層板を一体にする
と同時に空隙に対して遮蔽された鉄心表面を最小限にし
てある。望ましい例に於いては、回転子積層板を固着す
る溶接ビードは、固定子スロットのピッチに対応する距
離だけ違いに離間しており、溶接ビード内に誘導される
電圧による電流を最小限にするようにしてある。
次に添付図面に示す本考案の実施例に沿って本考案を説
明する。
第２図に於いて、回転電機は、スロット２４およびコイ
ル巻線２５を有する普通の固定子２２に対して空隙２３
を介して誘導関係に永久磁石回転子２０を備えている。
回転子２０は、非磁性構造用積層板２８に対して積重ね
られた磁性積層板２６を含む積層構造を備えている。第
３図に示す如く、非磁性構造用積層板２８は２枚毎の磁
性積層板２６の次に挿入されている。非磁性体の端積層
板３０も設けられている。磁性積層板２６は望ましくは
第２図に示す如き積層板セグメントである。非磁性構造
用積層板２８は、第４図に示す如く磁石および楔用のス
ロット３１ａを有する連続した弧状部材である。端積層
板３０は第５図に示す如く各要素を互いに固定する楔用
のテーパー付きの浅いスロット３１ｂを備えている。
第２図に於いて、永久磁石３２は鉄心内で長手方向に延
びる径方向平面内に（積層板２８のスロツト３１ａ内
で）配置され、磁軸は磁束路３４を形成するように周方
向である。永久磁石３２は希土類磁石あるいは他の永久
磁石材料のもので良い。
積層板は互いに溶接ビードで固着され、溶接ビードは鉄
心の周縁（第２図に×印で示す）上で長手方向に延び、
望ましくは周縁の凹部内に設けて空隙内に突出せぬよう
にされている。溶接ビードは誘導電圧を小さくするため
に固定子スロット２４間の距離と同じ距離だけ離間させ
るのが望ましい。
永久磁石３２は積層体のスロット３１ａ内で、所定位置
に打込んだ非鉄金属あるいは有機材料の楔３６により保
持されている。楔３６はスロット３１ａの上端と共に端
積層板３０のスロット３１ｂにも挿入されて楔３６と積
層板との間を溶接せずに磁石を固定している。間の極は
空隙２３に露出していて磁界をより有効に用いるように
してある。
非磁性積層板２８に体する磁性積層板２６の数は重要で
はない。磁性鋼用に通常用いられる部分を非磁性構造用
鋼のため用いるので、高価なあるいは特別な磁性鋼を用
い、実効空隙密度を小さくしなければならないが、巻線
界磁構造との比較に於いてはこれは欠点ではない。巻線
界磁回転機の磁束を制限する磁性部分は空隙に対して露
出した回転子上の極面よりもずっと薄いのが普通であ
る。従ってこの構造に同等の空隙密度を与えるためには
通常の等級の鋼を用いて装置の経済性を維持することが
できる。
組立時には、最終的に用いる楔の形の楔形位置決め具で
高強度積層板の外径上にスロットパターンを用いて積層
板２６，２８および３０を心棒あるいは工具上で積重ね
る。非磁性および磁性積層板あるいは磁性積層板の積層
セグメントを積重ねた後これを溶接する。例えば「TI
G」等の適当な方法による溶接ビードを積層体の全長に
亙って各極当たり少なくとも１つ形成する。磁性体およ
び非磁性体の積層板は、良好な溶接ができるように例え
ば「ハイパーニック」（５０％ニッケル／鋼合金の商品
名）およびインコネル（商品名）等の材料を用いるべき
である。溶接すべき部分に打抜きにより凹部を形成しあ
るいは適当な形状に外径部を研削することにより、溶接
部の盛り上がり無しで充分な溶接深さが得られる。溶接
ビードは固定子スロットのピッチに等しい間隔で形成さ
れるので溶接部に誘導される電圧は同位相であり電流が
流れない。溶接部の幅を最小限にして空隙磁束が固定子
スロット開口から侵入して起こる局部的渦電流を最小限
にすることが望ましい。
予め磁化した磁石３２を積層体のスロットに挿入するの
は製造工程の最後にして、磁石を所定位置に配置したま
ま機械加工しないようにする。次に第２図に示す如き形
の非鉄金属製あるいは高強度非金属製の楔３６（有機材
料でも良い）をスロツトの外端に挿入して磁石を保持す
る。その後ワニスに浸漬して焼き、磁石の緩みあるいは
動きを防ぐことができる。ワニスによっては磁石の緩み
を防ぐのに充分な機械的保持力が得られぬような高速運
転をする場合には、組立時に磁石を楔に押し付けたりあ
るいは楔の下にシムやスペイサーを設けて磁石が楔に固
着されるようにする必要がある。
直径3.0in（約7.6cm）の本考案の永久磁石発電機回転子
を試験機で最高36,000rpmの速度で試験して良い結果が
得られた。楔が非金属の場合を除いて最高速度ででも構
造的損傷は起こらなかった。アルミニウムの楔の場合に
も最高速度ででも悪い影響は発見されなかった。試験に
より最高速度26,250rpmに設計された航空機エンジン駆
動装置に適したものであることが実証された。
以上の如く本考案により、製造が容易で磁石を有効に用
いた高強度の永久磁石回転子が得られた。
【図面の簡単な説明】
第１図は従来の永久磁石回転子の部分断面図、 第２図は本考案の回転電機の部分断面図、 第３図は第２図の線III−IIIに沿った回転電機回転子の
断面図、 第４図および第５図は第２図および第３図の回転子の積
層板の平面図である。 ２０……回転子、２２……固定子、２３……空隙、２６
……磁性積層板、２８……非磁性積層板、３１ｂ……ス
ロット、３２……永久磁石、３６……楔。

Claims (1)

    【実用新案登録請求の範囲】
  1. 【請求項１】間に空隙を有し互いに回転誘導関係に在る
    固定子および回転子を備えた永久磁石回転子型回転電機
    であって、 上記回転子が、上記回転子の軸方向に重ねられ、磁性積
    層板と上記磁性積層板間に挿入された非磁性構造用積層
    板とを含む複数の積層板を有する鉄心を備え、 上記回転子の上記鉄心は、上記鉄心の周縁に沿つて周方
    向に設けられた複数の磁束路を形成し、それぞれ矩形断
    面を有しかつ略々径方向平面内に在る主面を有する軸方
    向に延びた複数の永久磁石を有し、 各々の上記永久磁石は、上記鉄心の略々外周で上記鉄心
    を通って長手方向に延びる楔により径方向外側への移動
    に対して固着されており、上記楔は、非磁性体でありか
    つ上記楔間の上記積層板の周縁を上記空隙に露出させて
    上記積層板内の所定位置に機械的に固定されており、 上記回転子は、上記空隙に対して遮蔽された上記鉄心の
    表面を最小限にしながら上記積層板を一体構造に固着さ
    せるように上記鉄心の表面上に長手方向に延びた複数の
    溶接ビードを有し、 上記固定子が、上記固定子鉄心の内面に複数のコイルス
    ロットを有する円筒形磁気鉄心と磁気スロット内に設け
    られたコイル巻線とを備え、 上記回転子の、上記溶接ビードが、上記溶接ビードに誘
    導される電圧による電流を最小限にするように固定子ス
    ロットピッチに相当する距離だけ互いに周方向に離間し
    ており、 上記永久磁石が通って延びる上記非磁性構造用積層板
    が、上記永久磁石を受入れかつ上記楔を受入れ固定する
    スロットを有する円形部材であり、 上記磁性積層板が、それぞれの積層平面内に、隣接の磁
    石および楔の位置間に適合するような形状の複数の積層
    セグメントを有してなる回転電機。
JP1990003943U 1980-09-12 1990-01-22 回転電機 Expired - Lifetime JPH0619290Y2 (ja)

Applications Claiming Priority (2)

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US06/186,882 US4354126A (en) 1980-09-12 1980-09-12 Dynamoelectric machine with a permanent magnet rotor having laminated poles
US186882 1980-09-12

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JPH02103769U JPH02103769U (ja) 1990-08-17
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Family Applications (2)

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JP56142542A Pending JPS5778356A (en) 1980-09-12 1981-09-11 Rotary electric machine and method of assembling permanent magent rotor for rotary electric machine
JP1990003943U Expired - Lifetime JPH0619290Y2 (ja) 1980-09-12 1990-01-22 回転電機

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JP56142542A Pending JPS5778356A (en) 1980-09-12 1981-09-11 Rotary electric machine and method of assembling permanent magent rotor for rotary electric machine

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JP (2) JPS5778356A (ja)
DE (1) DE3135924A1 (ja)
FR (1) FR2490423B1 (ja)
GB (1) GB2087161B (ja)
IT (1) IT1146321B (ja)

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