JPH11275789A

JPH11275789A - 回転子

Info

Publication number: JPH11275789A
Application number: JP10073840A
Authority: JP
Inventors: Norisada Nishiyama; 典禎西山; Masayuki Sanada; 雅之真田; Shigeo Morimoto; 茂雄森本; Hirotsugu Takeda; 洋次武田
Original assignee: Matsushita Electric Industrial Co Ltd
Current assignee: Panasonic Holdings Corp
Priority date: 1998-03-23
Filing date: 1998-03-23
Publication date: 1999-10-08

Abstract

(57)【要約】【課題】本願発明は高トルクかつ定出力運転範囲が広
い電動機を提供することを目的とする。【解決手段】本願発明の回転子１は、回転子本体２
と、フラックスバリアと、このフラックスバリアに埋め
込んだ永久磁石３と、隣合うフラックスバリアの端部間
から回転子端面付近まで伸びたスリット部５と、このス
リット部５の中に配置した磁束通路部材７とを備え、磁
束通路部材７はスリット部５の中で移動可能であり、回
転子が低速回転の時、磁束通路部材７には磁束が流れな
いギャップ位置にあり、回転子が高速回転になると磁束
通路部材７はギャップ部より突出し、スリット部５に磁
束短絡部を形成して、弱め界磁効果を得、高速回転であ
っても高トルクを得ることができる。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本願発明は、高トルク且つ広
い範囲で定出力運転が可能な永久磁石埋め込み回転子に
関するものである。

【０００２】

【従来の技術】埋込磁石構造のモータは、逆突極性に伴
うリラクタンストルクを用いることにより、表面磁石構
造に比べさらに高い効率が期待できるため、エアコンや
冷蔵庫のコンプレッサ駆動用電動機等として広く用いら
れるようになっている。さらに、電池技術の画期的な進
展が期待されている電気自動車用において、心臓部とな
る電動機が高効率であることは重要なポイントであり、
埋め込み磁石モータの電気自動車への応用研究も盛んに
行われている。電気自動車への応用において高効率以外
にモータに要求される特性は、高トルクであるという点
および電源電圧の制限下で、定出力運転範囲が広いとい
う点である。

【０００３】

【発明が解決しようとうする課題】永久磁石同期電動機
の高トルク且つ高速回転運転を実現するため電流ベクト
ル制御により弱め界磁効果を得ると、トルクに関与しな
い負のｄ軸電流成分での損失が特に高速低トルク運転で
問題となる。また、高トルクを狙って永久磁石の磁束量
を増したモータ設計では逆起電力定数が大きくなりすぎ
ることから、弱め磁束制御等を行っても、非常に低い速
度で電圧飽和に陥り高速運転が不能となってしまう。逆
に、広い運転範囲を確保しようとすれば、永久磁石によ
る空隙磁束量を抑えざるを得ないため、低速時の最大ト
ルクを犠牲にすることとなる。

【０００４】本願発明はこのような課題を解決し高トル
クかつ定出力運転範囲が広い電動機を提供することを目
的とする。

【０００５】

【課題を解決するための手段】本願発明の回転子は、中
心に回転軸を有する回転子本体と、この回転子本体に前
記回転軸を囲むように設けたフラックスバリアと、この
フラックスバリアに埋め込んだ永久磁石と、隣合う前記
フラックスバリアの端部間から回転子外周端面付近まで
伸びたスリット部と、このスリット部の中に配置した磁
束通路部材とを備え、この磁束通路部材は前記スリット
部の中で移動可能であり、回転子が低速回転の時、前記
磁束通路部材はギャップ位置にあり、回転子が高速回転
になると前記磁束通路部材はギャップ位置より突出し、
前記スリット部に磁気短絡部を形成して、回転子構造の
変化により弱め界磁効果を得、高速回転であっても高ト
ルクを得ることができる。

【０００６】

【発明の実施の形態】本願発明の回転子は、中心に回転
軸を有する回転子本体と、この回転子本体に前記回転軸
を囲むように設けたフラックスバリアと、このフラック
スバリアに埋め込んだ永久磁石と、隣合う前記フラック
スバリアの端部間から回転子外周端面付近まで伸びたス
リット部と、このスリット部の中に配置した磁束通路部
材とを備え、この磁束通路部材は前記スリット部の中で
移動可能であり、磁束通路部が移動することにより、ス
リット部に磁気短絡部を形成して弱め界磁効果を得るこ
とができる。また、磁束通路部材はギャップ位置から、
磁束通路部材の少なくとも一部がギャップ位置より突出
するよう移動することができる。なお、ギャップ位置と
はポールピース部と磁束通路部材が磁気的に接しないよ
うに、ポールピース部と磁束通路部材との間に非磁性
体、空隙等を介在したような状態の位置である。

【０００７】更に、回転子が低速回転の時、磁束通路部
材は磁束通路部材自身に磁束が流れないギャップ位置に
あり、回転子が高速回転になると、磁束通路部材の少な
くとも一部は前記ギャップ位置より突出するように、回
転速度により磁束通路部材を移動する弾性手段とを備え
ることより、高速回転になると磁束通路部材に作用する
遠心力により磁束通路部材が回転子の外周方向へ移動し
磁束短絡部を形成して弱め界磁効果を得ることができ
る。

【０００８】また、フラックスバリアと、スリット部
と、回転子本体の外周辺とにより囲まれた部分をポール
ピース部とし、回転子が高速回転であると、隣り合うポ
ールピース間を磁束通路部材により磁気的に短絡し弱め
界磁効果を得ることができる。また、磁性体通路部材が
ギャップ位置にある時は、ポールピース部と前記磁性体
通路部材との間には非磁性体部が介在するので磁束通路
部材による漏れ磁束は生じない。

【０００９】更に、スリット部とフラックスバリアとが
連結することにより、逆突極性に伴うリラクタンストル
クを大きし高トルク化とすることができる。更に、スリ
ット部とフラックスバリアとの間に細いブリッジ部を設
けることで、回転子が高速回転してもブリッジ部により
ポールピース部は連結されるため、強度を高くすること
ができる。また、ブリッジ部の厚みを０．３〜２．０ｍ
ｍにすることでブリッジ部が磁気飽和し漏れ磁束が少な
くでき、かつ回転子の強度も確保することができる。

【００１０】更に、スリット部と永久磁石と間のフラッ
クスバリアに非磁性部材を埋め込むことにより、永久磁
石の固定、回転子の補強が行われる。また、スリット部
は永久磁石より回転子外側に突出してもよい。更に、弾
性体はスリット部内に位置し、磁束通路部とスリット部
の回転子外周側端面とを連結することで、回転子をコン
パクトにすることができる。また、弾性体はバネとして
もよい。

【００１１】更に、この回転子を備えた電動機を、バッ
テリとを備えた電気自動車に用いるとよい。

【００１２】

【実施例】本願発明の回転子１は、図１に示すように、
電磁鋼板等の高透磁率材からなる円板状のコアシートを
複数枚積層した回転子本体２と、この回転子本体２の中
心に設けた回転軸３と、この回転軸３を囲むよう回転子
本体２の４箇所に形成したフラックスバリアとなす磁石
挿入穴と、この磁石挿入穴の端部から回転子本体２の回
転子外周端面４に近接するまで延びているスリット部５
と、磁石挿入穴のそれぞれに埋め込んだ永久磁石６と、
スリット部５の中に設けた磁束通路部材となす短絡鉄片
７と、この短絡鉄片７を回転子１が高速回転であれば回
転子外周端面側に、低速であれば回転子中心側に移動す
るように短絡鉄片７スリット部５の回転子外周側端面と
の間に設けた弾性手段となすバネ８とからなる。なお、
磁石挿入穴に挿入した永久磁石６は、隣り合う永久磁石
の、磁極が対になっている。また、短絡鉄片７スリット
部５の回転子外周側端面との間には、弾性手段のような
ものでなくとも、制御信号の様なもので短絡鉄片７を動
かす移動装置でもよい。

【００１３】ここで、磁石挿入穴とスリット部５と回転
子外周端面に囲まれた部分をポールピース部９と呼ぶ。
また、スリット部５と磁石挿入穴とは連結しており、永
久磁石６とスリット部５間の間隔は、非磁性体となす樹
脂材１０を詰めておき、回転子１の強度を高める。樹脂
材料１０を埋め込まなくても、必要強度が確保できる場
合は、非磁性体は空隙のままでもよい。

【００１４】回転子１が停止、又は低速で回転している
時は、図1に示すように磁束通路部材７はバネ８に押さ
れて、回転軸３側に位置しており、ポールピース部９と
磁束通路部材７との間は樹脂１０により遮断されてお
り、ポールピース部９と磁束通路部材７とは短絡してい
ない。このような位置をギャップ位置と呼び、ギャップ
位置に短絡鉄片７が収まっていれば短絡鉄片を通る漏れ
磁束は生じない。

【００１５】このような回転子１を回転駆動する電動機
は、この回転子と複数のスロットに巻線を施した固定子
とを備える。回転子１の内部のフラックスバリアに永久
磁石６を埋め込み配することにより、永久磁石６の磁束
の方向であるｄ軸方向とそれに電気角で直行したｑ軸方
向、この両方向での磁束の通りやすさ、すなわちインダ
クタンスの差が生じる。本願の電動機は、このインダク
タンスの差により生じるリラクタンストルクと、永久磁
石６のマグネットトルクの両方のトルクを利用するため
同一の電流でも高トルクを発揮し高効率であるという特
徴を有する。

【００１６】図１に示すように、回転子１の回転数が低
速の場合、スリット部５に設けた短絡鉄片７は回転軸３
側に位置し、スリット部５と樹脂部１０に囲まれている
ために、短絡鉄片７とホールピース部１０とは接しない
ギャップ位置にあり、短絡鉄片７を介し隣合うホールピ
ース部１０間での磁束の漏れがないため、マグネットト
ルクが大きくかつ、リラクタンストルクも大きくでき高
トルクを実現できる。

【００１７】一般的に、永久磁石モータで回転子１の回
転速度を高くすると、回転速度に比例してモータ端子電
圧が上昇し、電源電圧より高くなるとモータはそれ以上
高速では回転できなくなる。そこで、永久磁石電動機で
は、高速回転時にトルクに寄与しない負のｄ軸電流を流
すことで弱め界磁制御を行い高速回転を行っている。し
かし、本願の回転子１を用いた電動機では、回転速度を
高いと図２に示すように短絡鉄片７に作用する遠心力に
より、短絡鉄片７はバネ５を押し込み、ギャップ位置よ
り少なくとも一部突出する。つまり、短絡鉄片７は非磁
性部１０より飛び出して、短絡鉄片７が隣合うホールピ
ース部９と連結するため、隣合うホールピース部間で漏
れ磁束が生じ、回転子から出る有効な磁束が減少するの
で、高速回転時の電動機の端子電圧を小さくでき、高速
回転が可能となる。よって、高トルク高速回転が可能と
なり、電源電圧の制限下で、定出力運転範囲が広くな
る。

【００１８】なお、上記実施例では各磁束接断部の間に
二つのスリット部を設けたが、図３、図４に示すよう
に、スリット部８は一つでも、複数でもよい。また、空
隙部１１を非磁性体部としてもよいし、スリット部５と
フラックスバリアにブリッジ部１２を設けてもよい。ま
た、回転数に応じて短絡させる永久磁石磁束の量はバネ
定数によって最適にすることができる。

【００１９】

【発明の効果】本願請求項1、２、４、５、９、１２記
載の発明は、磁束通路部材の移動が可能であり、機械的
に弱め界磁効果を得、高速回転であっても、高トルク駆
動が可能である。更に、請求項３記載の発明は、磁束通
路部材の移動を弾性体により行い、容易な構成で機械的
に弱め界磁の状態を得ることが可能である。

【００２０】更に、請求項６記載の発明は、ｄ軸磁束と
ｑ軸磁束の磁束差を大きくすることができ、リラクタン
ストルクが増大する。更に、請求項７記載の発明は、ブ
リッジ部を設けることで、回転子本体で、ポールピース
部と、磁石に囲まれた部分とがブリッジ部で連結され、
回転子の強度が高くなる。

【００２１】更に、請求項８記載の発明は、非磁性体部
材を埋め込むことにより、回転子の強度が高くなる。更
に、請求項１０、１１記載の発明は、少ないスペースに
弾性体を収めることができるので、簡単な構成にするこ
とができる。更に、請求項１３記載の発明は電源電圧の
制限下で、定出力運転範囲が広くすることができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本願実施例の低速回転の状態の回転子断面図

【図２】本願実施例の高速回転の状態の回転子断面図

【図３】本願他の実施例の低速回転の状態の回転子断面
図

【図４】本願他の実施例の高速回転の状態の回転子断面
図

【符号の簡単な説明】

１回転子２回転子本体５スリット部６永久磁石７短絡鉄片

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者武田洋次大阪府富田林市錦織北１丁目23−23

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】中心に回転軸を有する回転子本体と、この
回転子本体に前記回転軸を囲むように設けたフラックス
バリアと、このフラックスバリア内に配した永久磁石
と、隣合う前記フラックスバリアの端部間から回転子外
周端面付近まで伸びたスリット部と、このスリット部の
中に配置した磁性材からなる磁束通路部材とを備え、こ
の磁束通路部材は前記スリット部の中で移動可能である
回転子。
【請求項２】磁束通路部材は、ギャップ位置から少なく
とも一部が突出するようにスリット部の中で移動するこ
とができる請求項1記載の回転子。
【請求項３】回転子が低速回転の時、磁束通路部材はギ
ャップ位置にあり、回転子が高速回転の時には、前記磁
束通路部材の少なくとも一部が前記ギャップ位置より突
出するように、回転子の回転速度により前記磁束通路部
材を移動させる弾性手段とを備えた請求項1記載の回転
子。
【請求項４】フラックスバリアと、スリット部と、回転
子本体の外周辺とにより囲まれた部分をポールピース部
とし、回転子が高速回転であると、隣り合うポールピー
ス部間を磁束通路部材により磁気的に短絡する請求項１
記載の回転子。
【請求項５】磁束通路部材がギャップ位置にある時、ポ
ールピース部と前記磁束通路部材との間には非磁性体部
が介在する請求項４記載の回転子
【請求項６】スリット部とフラックスバリアとが連結し
た請求項1記載の回転子。
【請求項７】スリット部とフラックスバリアとの間に細
いブリッジ部を有する請求項1記載の回転子。
【請求項８】スリット部と永久磁石と間のフラックスバ
リアに非磁性部材を埋め込んだ請求項６又は請求項７記
載の回転子。
【請求項９】スリット部は永久磁石より回転子外側に突
出した請求項１記載の回転子。
【請求項１０】弾性体はスリット部内に位置し、磁束通
路部とスリット部の回転子外周側端面とを連結した請求
項１記載の回転子。
【請求項１１】弾性体はバネである請求項1０記載の回
転子。
【請求項１２】請求項1記載の回転子を有する電動機。
【請求項１３】請求項１０記載の回転子を有する電動機
と、バッテリとを備えた電気自動車。