JPH09322444A - 制御装置付き永久磁石電動機 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】 ロータに永久磁石及びかご形導体を設けた構
成において、永久磁石電動機として回転駆動する場合の
回転トルクを大きくし、また、ロータの強度を強くす
る。 【解決手段】 本発明の制御装置付き永久磁石電動機
は、永久磁石及びかご形導体を有するロータを備えたも
のにおいて、ロータ本体の外周部分に永久磁石の磁極部
を配設して磁極部の外周面がギャップに近接するように
構成すると共に、ロータ本体の外周部分における磁極部
の間にかご形導体のバーを配設したものである。この構
成の場合、磁極部から発生する磁束がギャップ側へ向か
い易くなり、漏れ磁束が少なくなる。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、永久磁石を有する
ロータを備えて構成された制御装置付き永久磁石電動機
に関する。

【０００２】

【従来の技術】永久磁石電動機は、インバータ装置によ
り運転制御するものであり、商用電源で直接運転しよう
としても始動トルクが発生しないため、商用電源で運転
することができない。これに対して、従来より、永久磁
石電動機のロータにかご形導体を設けることにより、商
用電源で直接運転したときに誘導電動機として始動可能
に構成し、商用電源で運転できるように構成したものが
ある。この構成の永久磁石電動機は、インバータ装置が
故障したような場合にも、商用電源で直接運転すること
が可能であるから、使い勝手が良い。

【０００３】ここで、上述した構成の永久磁石電動機の
一例を図７に示す。この図７において、ステータ１の固
定子鉄心２は、ほぼ円筒状に構成されており、その内周
部には多数のスロット２ａが形成されている。そして、
これらスロット２ａ内には固定子巻線（図示しない）が
収容されている。また、ステータ１の内部には、ロータ
３が回転可能に配設されている。このロータ３は、シャ
フト４と、このシャフト４に取り付けられた４極の永久
磁石５と、この永久磁石５の外周に取り付けられた円筒
状の回転子鉄心６と、この回転子鉄心６に設けられたか
ご形導体７とから構成されている。上記かご形導体７
は、回転子鉄心６の外周部に埋め込まれた多数のバー８
と、これらバー８の両端部を短絡するエンドリング（図
示しない）とから構成されている。

【０００４】

【発明が解決しようとする課題】しかしながら、上記従
来構成では、永久磁石５の外周に回転子鉄心６が配置さ
れているので、永久磁石５の磁極部５ａから発生する磁
束のうちで、回転子鉄心６内を通って他の磁極部５ａへ
向かう磁束（図７において破線Ａで示す）がかなりの量
存在する。この場合、上記磁束がいわゆる漏れ磁束であ
り、この漏れ磁束の分だけギャップ側へ向かう磁束が少
なくなるので、永久磁石電動機として回転駆動する場
合、回転トルクが小さくなるという問題点がある。更
に、上記構成の場合、永久磁石５の磁極部５ａから発生
する磁束が広がり易い構成であるので、ギャップにおい
て例えば電気角で１２０度の部位に磁束密度を集中させ
ることが困難になり、やはり回転トルクが小さくなると
いう問題点がある。

【０００５】また、上記構成では、図７に示すように、
回転子鉄心６の外周部分に４か所の切り欠き６ａが設け
られているので、これら切り欠き６ａによりロータ３の
強度が低下するという不具合がある。このため、永久磁
石電動機を高速回転運転させたり、回転速度を急激に変
化させる運転を行ったりした場合、ロータ３が破損する
おそれがあった。

【０００６】そこで、本発明の目的は、ロータに永久磁
石及びかご形導体を設けた構成でありながら、永久磁石
電動機として回転駆動する場合の回転トルクを大きくす
ることができ、また、ロータの強度を強くすることがで
きる制御装置付き永久磁石電動機を提供するにある。

【０００７】

【課題を解決するための手段】本発明の制御装置付き永
久磁石電動機は、永久磁石及びかご形導体を有するロー
タを備えて成るものにおいて、ロータ本体の外周部分に
前記永久磁石の磁極部を配設して前記磁極部の外周面が
ギャップに近接するように構成すると共に、前記ロータ
本体の外周部分における前記磁極部の間に前記かご形導
体のバーを配設したところに特徴を有する。

【０００８】上記構成によれば、ロータ本体の外周部分
に永久磁石の磁極部を配設して磁極部の外周面がギャッ
プに近接するように構成すると共に、ロータ本体の外周
部分における磁極部の間にかご形導体のバーを配設した
ので、磁極部から発生する磁束がギャップ側へ向かい易
くなり、漏れ磁束が少なくなる。このため、永久磁石電
動機として回転駆動する場合の回転トルクが従来構成に
比べて大きくなる。また、ロータ本体に従来構成の切り
欠きを設ける構成ではないので、ロータの強度が従来構
成に比べて強くなる。

【０００９】また、上記構成の場合、永久磁石を、軸方
向に直交する面に沿う断面形状がほぼ円弧状をなすよう
に構成することが好ましい。更に、永久磁石の外周部分
にも、バーを配設することが良い構成である。更にま
た、バーや永久磁石をスキューさせることも好ましい構
成である。

【００１０】

【発明の実施の形態】以下、本発明をインバータ装置付
き電動機に適用した第１の実施例について図１及び図２
を参照しながら説明する。この第１の実施例では、モー
タフレーム或いは軸受ブラケットにインバータ装置が取
り付けられており、もって、インバータ装置が電動機本
体に一体に設けられている。このインバータ装置付き電
動機のロータ１１は、図１及び図２に示すような構成と
なっている。具体的には、ロータ１１のシャフト１２に
は、鋼板を軸方向に積層して構成された回転子鉄心１３
が取り付けられている。この回転子鉄心１３がロータ本
体を構成している。上記回転子鉄心１３の外周部には、
軸方向に延びる例えば４個の収容凹部１３ａが周方向に
等間隔に設けられている。

【００１１】これら４個の収容凹部１３ａ内に、４個の
永久磁石１４が嵌合固着されている。これら永久磁石１
４の磁極部１４ａの外周面部は、ギャップに近接してい
る、具体的には、ギャップに露出している。尚、回転子
鉄心１３及び永久磁石１４の外周部に、円筒状をなす金
属製の保持環を嵌合固着するように構成しても良い。こ
の構成によれば、遠心力等により永久磁石１４が回転子
鉄心１３から脱落することを確実に防止できる。そし
て、この構成の場合、永久磁石１４の磁極部１４ａの外
周面部は、保持環の周壁部（ある程度薄い金属壁部）を
介してギャップに近接する構成となっている。

【００１２】さて、回転子鉄心１３の外周部における永
久磁石１４の磁極部１４ａの間には、複数本のバー１５
が配設されている。このバー１５は、例えば銅やアルミ
ニウム等の導体から構成されており、回転子鉄心１３に
形成された貫通孔１３ｂ内に嵌合固着されている。上記
バー１５の両端部は、回転子鉄心１３の両端面部から突
出している。そして、これらバー１５の突出端部は、図
１に示すように、エンドリング１６、１６により連結さ
れて短絡されており、このエンドリング１６とバー１５
とからかご形導体１７が構成されている。上記エンドリ
ング１６も、例えば銅やアルミニウム等の導体から構成
されている。

【００１３】このような構成の永久磁石電動機は、電動
機本体に一体に設けられたインバータ装置により運転制
御することができる。また、上記実施例では、ロータ１
１にかご形導体１７が設けられているので、上記インバ
ータ装置が故障したような場合には、商用電源で直接運
転すると、誘導電動機として始動可能であると共に運転
可能である。そして、このように商用電源で運転したと
きには、電動機の回転速度が同期速度近傍に達すると、
ロータ１１の永久磁石１４の作用により同期引き入れが
行われ、この後は永久磁石電動機として運転されるよう
になる。

【００１４】上記した構成の本実施例によれば、ロータ
１１の回転子鉄心１３の外周部分に永久磁石１４の磁極
部１４ａを配設して磁極部１４ａの外周面部がギャップ
に近接（例えば露出）するように構成したので、磁極部
１４ａから発生する磁束がギャップ側へ向かい易くな
り、漏れ磁束が少なくなる。このため、永久磁石電動機
として回転駆動する場合の回転トルクを、従来構成（図
７参照）に比べて、大きくすることができる。そして、
上記実施例では、回転子鉄心１３の外周部における磁極
部１４ａの間に、かご形導体１７のバー１５を配設する
構成としたので、商用電源で直接運転することができ
る。また、ロータ１１の回転子鉄心１３に従来構成の切
り欠きを設ける必要がないので、ロータ１１の強度を従
来構成に比べて強くすることができる。

【００１５】尚、上記実施例においては、バー１５を回
転子鉄心１３に埋め込むのに際して、回転子鉄心１３に
形成した貫通孔１３ｂ内にバー１５を挿入して固着する
ように構成したが、これに代えて、回転子鉄心１３の貫
通孔１３ｂ内に銅やアルミニウム等の導体をダイキャス
トすることによりバー及びエンドリングを一体に形成す
るように構成しても良い。この場合、ダイキャストした
後で、永久磁石１４を回転子鉄心１３に取り付けるよう
に構成することが好ましい。また、エンドリング１６
に、冷却風を生成するためのファン部を一体に形成する
ように構成することも良い構成である。

【００１６】図３は本発明の第２の実施例を示すもので
あり、第１の実施例と異なるところを説明する。尚、第
１の実施例と同一部分には、同一符号を付している。上
記第２の実施例では、図３に示すように、永久磁石１８
の形状を、軸方向に直交する面に沿う断面形状がほぼ円
弧状をなすように構成している。そして、回転子鉄心１
３に、上記永久磁石１８の形状と同じ形状の収容孔部１
９を形成し、この収容孔部１９内に永久磁石１８を挿入
嵌合して固着している。この場合、永久磁石１８の磁極
部１８ａの外周面と回転子鉄心１３の外周面（即ち、ギ
ャップ）との間の部分は薄くなるように構成されてお
り、もって、永久磁石１８の磁極部１８ａの外周面部が
ギャップに近接するように構成されている。尚、上述し
た以外の第２の実施例の構成は，第１の実施例の構成と
同じ構成となっている。

【００１７】従って、上記第２の実施例においても、第
１の実施例と同様にして、永久磁石電動機として回転駆
動する場合の回転トルクを大きくすることができる。ま
た、第２の実施例では、永久磁石１８の形状を断面ほぼ
円弧状に構成したので、回転子鉄心１３の外周部におけ
る磁極部１８ａの間の領域面積を径方向及び周方向に広
くすることができる。これにより、上記領域に配設する
かご形導体１７のバー１５の個数を多くしたり或いはバ
ー１５の太さを太くしたりすることができ、バー１５の
断面積を大きくすることができる。このため、制御盤
（インバータ装置）が故障して商用電源で直接運転する
とき、即ち、誘導電動機として始動及び運転するとき、
第１の実施例よりも、始動及び運転トルクを大きくする
ことができる。

【００１８】図４及び図５は本発明の第３の実施例を示
すものであり、第１の実施例と異なるところを説明す
る。尚、第１の実施例と同一部分には、同一符号を付し
ている。上記第３の実施例では、図４及び図５に示すよ
うに、永久磁石１４の外周部分にも、バー１５を配設す
るように構成している。具体的には、永久磁石１４の外
周部分に貫通孔１４ｂを形成し、この貫通孔１４ｂ内に
バー１５を挿入して固着している。尚、上述した以外の
第３の実施例の構成は、第１の実施例の構成と同じ構成
となっている。

【００１９】従って、第３の実施例においても、第１の
実施例と同じ作用効果を得ることができる。特に、第３
の実施例では、永久磁石１４の外周部分にもバー１５を
配設する構成としたので、バー１５の本数が多くなると
共に、断面積が大きくなり、商用電源で直接運転すると
き、即ち、誘導電動機として始動及び運転するとき、第
１の実施例よりも、始動及び運転トルクを大きくするこ
とができる。ここで、第３の実施例の方がトルクが大き
くなる様子を図６に示す。この図６において、破線Ｐは
第３の実施例のトルクの変化を示し、実線Ｑは第１の実
施例のトルクの変化を示している。

【００２０】尚、上記第３の実施例において、バー１５
をダイキャストにより形成する場合には、バー１５をダ
イキャストにより形成した後で、永久磁石１４を着磁す
るように構成することが好ましい。

【００２１】また、上記第１ないし第３の実施例におい
ては、バー１５を軸方向に平行に沿うように配置する構
成としたが、これに代えて、バー１５を軸方向に斜めに
配置する、即ち、スキューさせる構成としても良い。こ
のように構成すると、始動時に非同期トルクや同期トル
クの発生を防止することができる。また。この構成の場
合、バー１５に加えて永久磁石１４、１８をスキューさ
せるように構成しても良い。

【００２２】

【発明の効果】本発明は以上の説明から明らかなよう
に、ロータ本体の外周部分に永久磁石の磁極部を配設し
て磁極部の外周面がギャップに近接するように構成する
と共に、ロータ本体の外周部分における磁極部の間にか
ご形導体のバーを配設する構成としたので、ロータに永
久磁石及びかご形導体を設けた構成でありながら、永久
磁石電動機として回転駆動する場合の回転トルクを大き
くすることができ、また、ロータの強度を強くすること
ができるという優れた効果を奏する。また、制御装置が
こわれて動作しなくなった場合でも、電動機に直接商用
電源を接続することにより電動機を運転できるという特
徴を有する。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の第１の実施例を示すロータの部分斜視
図

【図２】ロータの部分縦断正面図

【図３】本発明の第２の実施例を示す図２相当図

【図４】本発明の第３の実施例を示す図１相当図

【図５】図２相当図

【図６】トルクの変化を示す特性図

【図７】従来構成を示すステータ及びロータの縦断正面
図

【符号の説明】

１１はロータ、１２はシャフト、１３は回転子鉄心（ロ
ータ本体）、１３ａは収容凹部、１４は永久磁石、１４
ａは磁極部、１５はバー、１６はエンドリング、１７は
かご形導体、１８は永久磁石、１８ａは磁極部を示す。

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 霜村 英二 神奈川県横浜市鶴見区末広町２−４ 株式 会社東芝京浜事業所内

Claims (5)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 永久磁石及びかご形導体を有するロータ
   を備えて成る制御装置付き永久磁石電動機において、 ロータ本体の外周部分に前記永久磁石の磁極部を配設し
   て前記磁極部の外周面がギャップに近接するように構成
   すると共に、 前記ロータ本体の外周部分における前記磁極部の間に前
   記かご形導体のバーを配設したことを特徴とする制御装
   置付き永久磁石電動機。
2. 【請求項２】 前記永久磁石は、軸方向に直交する面に
   沿う断面形状がほぼ円弧状をなすように構成されている
   ことを特徴とする請求項１記載の制御装置付き永久磁石
   電動機。
3. 【請求項３】 前記永久磁石の外周部分にも、前記バー
   を配設したことを特徴とする請求項１または２記載の制
   御装置付き永久磁石電動機。
4. 【請求項４】 前記バーをスキューさせたことを特徴と
   する請求項１ないし３のいずれかに記載の制御装置付き
   永久磁石電動機。
5. 【請求項５】 前記永久磁石をスキューさせたことを特
   徴とする請求項４記載の制御装置付き永久磁石電動機。