WO1993026076A1 - Rotor for synchronous motor - Google Patents

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WO1993026076A1
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core member
hole
rod
magnetic flux
vicinity
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PCT/JP1993/000760
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Hiroyuki Uchida
Tomonaga Yamamoto
Noboru Iwamatsu
Hideaki Oku
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Fanuc Ltd
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    • H—ELECTRICITY
    • H02—GENERATION; CONVERSION OR DISTRIBUTION OF ELECTRIC POWER
    • H02K—DYNAMO-ELECTRIC MACHINES
    • H02K1/00—Details of the magnetic circuit
    • H02K1/06—Details of the magnetic circuit characterised by the shape, form or construction
    • H02K1/22—Rotating parts of the magnetic circuit
    • H02K1/27—Rotor cores with permanent magnets
    • H02K1/2706—Inner rotors
    • H02K1/272—Inner rotors the magnetisation axis of the magnets being perpendicular to the rotor axis
    • 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
    • H02K1/2753—Inner rotors the magnetisation axis of the magnets being perpendicular to the rotor axis the rotor consisting of two or more circumferentially positioned magnets the rotor consisting of magnets or groups of magnets arranged with alternating polarity
    • 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
    • H02K1/2773—Magnets embedded in the magnetic core, e.g. interior permanent magnets [IPM] having a flux concentration effect consisting of tangentially magnetized radial magnets
    • H—ELECTRICITY
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    • H02K—DYNAMO-ELECTRIC MACHINES
    • H02K21/00—Synchronous motors having permanent magnets; Synchronous generators having permanent magnets
    • H02K21/12—Synchronous motors having permanent magnets; Synchronous generators having permanent magnets with stationary armatures and rotating magnets
    • H02K21/14—Synchronous motors having permanent magnets; Synchronous generators having permanent magnets with stationary armatures and rotating magnets with magnets rotating within the armatures

Definitions

  • the present invention relates to a synchronous motor rotor. More specifically, the present invention is configured such that a plurality of permanent magnets are arranged around the shaft at substantially equal intervals and magnetized in the circumferential direction, and each of the permanent magnets is circumferentially sandwiched and arranged around the shaft.
  • the present invention relates to an improvement in a rotor structure of a synchronous motor provided with a plurality of core members each of which forms a magnetic pole.
  • each permanent magnet is closely attached to the side surface of each adjacent core member, and the inner locking projections provided on the side surface at the radially inner and outer peripheral portions of each core member. And is fixedly supported in the radial direction by the outer locking projection.
  • each core member generally made of a laminated body of a magnetic material such as a silicon steel plate has a through hole extending substantially in the center thereof in the axial direction, and a rod member is inserted into each through hole.
  • Annular end plates are closely arranged on both axial end surfaces of the permanent magnet and the core member.
  • Each end plate is fixed to a shaft at its center hole, and has an opening around the center hole that is aligned with the through hole of each core member.
  • the rod member penetrates through the opening of each end plate at both ends protruding from both end surfaces in the axial direction of the core member.
  • the plurality of permanent magnets and the plurality of core members are fixedly supported in the rotor structure by the end plate, the rod member, and the locking projection against external force such as centrifugal force.
  • the outer peripheral surface in the radial direction of the core member faces the stay core through a small gap, and the main magnetic flux from the permanent magnet extends through the core member and the gap to the stay core.
  • the magnetic flux distribution between the core member and the stay core in this gap should be drawn as a sinusoidal curve with the center of the radially outer peripheral surface of the core member as the apex. Is substantially eliminated. Therefore, according to this kind of rotor, by forming the radially outer peripheral surface of the core member into a curved surface shape in accordance with a given rule, the magnetic flux distribution of the main magnetic flux in the air gap can be easily changed to an ideal sinusoidal wave. It can be approximated to a curve.
  • the above-mentioned magnetic flux distribution curve of the main magnetic flux is set in advance due to the armature reaction exerted by the winding current at the time of the rotation operation of the mouth, that is, when the current is applied to the stay winding. Deviation from the optimum sinusoidal magnetic flux distribution curve, and uneven torque of the motor occurs. This is particularly remarkable when the number of turns of the winding is large or when the winding current is large.
  • the state where the magnetic flux distribution of the main magnetic flux is distorted due to the armature reaction is schematically shown in FIGS.
  • the armature reaction magnetic flux F has a phase difference of 90 ° in electrical angle with respect to the main magnetic flux F as shown in FIG. Further, as shown in FIG.
  • a magnetic path symmetrical with respect to the symmetry plane of the core member extending in the axial direction through the axis is formed. If the main magnetic flux to be formed distorts the symmetrical shape of the magnetic path by, for example, armature reaction magnetic flux, the core member locally generates magnetic saturation. There are various factors other than the armature reaction magnetic flux in asymmetry of the magnetic path. Local magnetic saturation in the core member causes problems such as a decrease in the peak torque of the motor, a decrease in the smoothness of rotation over the mouth, an instability in current control, and an increase in the amount of heat generated due to an increase in iron loss. Disclosure of the invention
  • An object of the present invention is to provide a synchronous motor rotor that can prevent or at least suppress the asymmetry of the magnetic flux distribution of a main magnetic flux in a core member due to, for example, an armature reaction.
  • the present invention provides a shaft, a plurality of permanent magnets arranged at substantially equal intervals around the shaft, and magnetized in the circumferential direction, and sandwiching each of the permanent magnets in the circumferential direction.
  • a plurality of core members each having a hole means formed independently in the axial direction along the plane of symmetry independently of the through hole, and disposed at both axial ends of the permanent magnet and the core member and fixed to the shaft
  • a rotor for a synchronous motor comprising: a pair of end plate members formed as described above; and a rod member that penetrates a rod hole of a core member in an axial direction and is fixed to each of the end plate members at both ends. .
  • Hole means provided in the core member divide the core member substantially magnetically symmetric with respect to a substantially plane of symmetry thereof. Therefore, the hole means passes through the core member.
  • the magnetic flux distribution of the main magnetic flux by the permanent magnet can be maintained substantially symmetric with respect to the substantially symmetric plane of the core member.
  • the hole means since the hole means is formed independently of the rod hole, it does not impair the rigidity of the mouth, and does not open on any of the inner peripheral surface, the outer peripheral surface, and both side surfaces of the core member. It does not affect magnetic properties.
  • the hole means of the core member is substantially symmetrical in a portion from near the radial inner peripheral surface of the core member facing the axis to near the radial outer peripheral surface of the core member.
  • a through hole formed including the surface can be provided.
  • the rod through-hole of the core member can be formed substantially at the center of the core member including the substantially symmetrical surface, and the hole means is located near the radially inner peripheral surface of the core member facing the shaft.
  • the first through hole formed substantially including the plane of symmetry in the portion from the vicinity of the rod to the through hole, and the portion from the vicinity of the rod through hole to the vicinity of the radially outer peripheral surface of the core member.
  • a second through-hole formed including a substantially plane of symmetry is
  • the hole means of the core member is substantially formed at a portion approaching from the vicinity of both side surfaces of the core member in contact with the permanent magnet to substantially the symmetry plane and approaching the radial outer peripheral surface of the core member.
  • a plurality of through holes formed symmetrically with respect to the plane of symmetry can be provided.
  • the rod through-hole of the core member can be formed substantially at the center of the core member including the substantially symmetrical plane, and the hole means can be formed from the vicinity of the radially inner peripheral surface of the core member facing the axis.
  • a plurality of second through holes formed symmetrically with respect to a substantially symmetry plane can be provided in a portion reaching the vicinity of the outer peripheral surface in the radial direction.
  • FIG. 1 is a side view of a rotor of a synchronous motor according to a first embodiment of the present invention
  • FIG. 2 is a cross-sectional view of the rotor of FIG. 1 taken along line I-I,
  • FIG. 3 is a partially enlarged cross-sectional view of the rotor of FIG. 1, showing a distribution state of magnetic flux formed on the stay core and the core member.
  • FIG. 4 is a sectional view of the mouth of the synchronous motor according to the second embodiment of the present invention
  • FIG. 5 is a partially enlarged sectional view of the rotor of FIG. 3, showing a magnetic flux formed on the stay core and the core member. Diagram showing the distribution state of
  • Fig. 6 is a partially enlarged cross-sectional view of a state of distribution of magnetic flux formed on a rotor core member and a stator core in a conventional synchronous motor, and
  • FIG. 7 is a waveform diagram showing a distribution state of magnetic flux formed on a core member and a stay core in the mouth in the conventional synchronous motor.
  • FIGS. 1 and 2 show a mouth 10 of a synchronous motor according to a first embodiment of the present invention.
  • the rotor 10 is composed of a shaft 12, a plurality of (eight in the example in the figure) permanent magnets 14 having a substantially rectangular cross section arranged at substantially equal intervals around the shaft 12, and each of the permanent magnets 14.
  • a plurality of core members 16 (eight in the example in the figure) having a substantially fan-shaped cross section are provided around the shaft 12 while being sandwiched in the direction.
  • the plurality of permanent magnets 14 are alternately magnetized in the circumferential direction, whereby each of the plurality of core members 16 forms the magnetic pole of the rotor 10.
  • the permanent magnet 14 can be formed from a continuous body that is tiled over substantially the entire length of the core member 16 and extends in the axial direction.
  • the core member 16 is formed by laminating a magnetic material such as a silicon steel plate in the axial direction.
  • annular end plates are provided. 18 are arranged respectively. Each end plate 18 is fixed to the shaft 12 by shrink fitting, for example.
  • Each core member 16 has a substantially symmetry plane S extending including the center line 0 of the axis 12, and a substantially central portion has one rod passage extending axially including the substantially symmetry plane S.
  • a hole 20 is provided.
  • a rod member 22 is inserted into the through hole 20. Each rod member 22 is fixed to each end plate 18 at both ends protruding from both axial end surfaces of the core member 16.
  • Each core member 16 further penetrates in the axial direction, including a substantially symmetrical surface S, from the vicinity of the radially inner peripheral surface 16 a facing the shaft 12 to the vicinity of the mouth ⁇ through hole 20. And a portion extending from the vicinity of the mouth hole 20 to the vicinity of the radially outer peripheral surface 16 b facing the stay core 26 (see FIG. 3).
  • a second through hole 28 including the symmetry plane S and penetrating in the axial direction is provided.
  • the first through-holes 24 and the second through-holes 28 form air gaps where the magnetic flux is difficult to pass along the substantially symmetry plane S of the core member 16, and thus the permanent holes passing through the core member 16 are formed.
  • Asymmetry of the magnetic flux distribution of the main magnetic flux F see FIG.
  • first through hole 24 and the second through hole 28 are formed at positions where the magnetic path of the main magnetic flux F is not obstructed. The operation of the first and second through-holes 24 and 28 will be described with reference to FIG. 3 as an example for the distortion of the main magnetic flux F due to the armature reaction.
  • the magnetic flux distribution of the armature reaction magnetic flux F ⁇ has a phase difference of 90 ° with respect to the magnetic flux distribution of the main magnetic flux F.
  • FIG. 4 shows a rotor 32 of the synchronous motor according to the second embodiment of the present invention.
  • the same or similar components as those of the first embodiment are denoted by the same reference numerals.
  • the rotor 32 rotates around the shaft 12, a plurality of permanent magnets 14 arranged at approximately equal intervals around the shaft 12, and each permanent magnet 14. And a plurality of core members 34 arranged around the shaft 12 while being held in the direction.
  • the core member 34 is made of a laminated body of a magnetic material such as a silicon steel plate, and each forms a magnetic pole of the rotor 32 through the main magnetic flux generated by the permanent magnet 14.
  • Each core member 34 has a rod insertion hole 36 penetrating in the axial direction including a substantially plane of symmetry S at a substantially central portion of each core member 34.
  • Each rod member 22 is fixed to the annular end plate 18 at both ends in the same manner as the row member 10.
  • Each core member 34 further penetrates in the axial direction, including a substantially symmetry plane S, from the vicinity of the radially inner peripheral surface 34 a facing the shaft 12 to the vicinity of the opening ⁇ through hole 36.
  • the first through hole 38 is formed, and is curved so as to asymptotically approach the substantially symmetry plane S from the vicinity of both side surfaces 34 c contacting the permanent magnets 14 and faces the stay core 26 (see FIG. 5).
  • a portion reaching the vicinity of 34b is provided with a pair of second through holes 40 penetrating in the axial direction in a symmetric arrangement with respect to the substantially symmetry plane S.
  • the first and second through holes 38, 40 are the same as the first and second through holes 24, 2 in the first embodiment. Acts in the same manner as in FIG. 8, and suppresses the asymmetry of the magnetic flux distribution of the main magnetic flux F (see FIG. 5) of the permanent magnet 14 passing through the core member 34 with respect to the substantial symmetry plane S.
  • the armature reaction magnetic flux F ⁇ generated by applying a current to the winding 30 wound around the stay core 26 is caused by a pair of second through holes 40 of the core member 34.
  • the formation of a magnetic path is prevented.
  • the first through hole 38 and the second through hole 40 prevent the main magnetic flux F from shifting in the circumferential direction, and suppress the asymmetrical magnetic flux distribution with respect to the substantially symmetry plane S. In this way, as in the first embodiment, the distortion of the magnetic flux distribution of the main magnetic flux F due to the armature reaction magnetic flux F ⁇ is reduced, and the local magnetic saturation state in the core member 34 is alleviated. You.
  • the second through hole 40 of the core member 34 is formed at two points crossing the magnetic path of the armature reaction magnetic flux F ⁇ and along the ideal magnetic path of the main magnetic flux F. Therefore, asymmetry of the magnetic flux distribution of the main magnetic flux F due to the armature reaction magnetic flux F ⁇ can be more effectively suppressed without obstructing the magnetic path of the main magnetic flux.
  • the first through holes 24 and 38 and the second through holes 28 and 40 are all connected to the rod through holes 20 and 36 for the rod member 22. And are formed independently.
  • each through-hole has no effect on the tightening action of the core members 16 and 34 by the rod member 22 and the supporting action against centrifugal force, and the rigidity of the rotors 10 and 32 is not affected. Can be maintained.
  • the second through holes 28 and 40 in each embodiment do not reach the outer peripheral surfaces 16 a and 34 a of the core members 16 and 34, respectively, The magnetic flux distribution in the gap between them does not disturb due to the discontinuity of the outer peripheral surfaces 16a, 34a, and the smooth rotation of the rotors 10, 32 is maintained.
  • the second through hole 40 in the second embodiment does not reach the side surface 34c that is in contact with the permanent magnet 14, the total amount of the main magnetic flux can be reduced. Absent.
  • the rod member 22 was assumed to be made of a material such as general carbon steel. Instead, the rod member 22 was made of a non-magnetic material such as stainless steel. It can also be formed. In this case, the pad member 22 arranged on the substantially symmetry plane S does not transmit magnetic flux like each through-hole, so that the distribution of the magnetic flux of the main magnetic flux F passing through the core members 16 and 34, Asymmetry about the substantially symmetry plane S is suppressed more effectively. Industrial applicability
  • the present invention provides a core member at the mouth of a synchronous motor that has a hole that penetrates in the axial direction independently from the rod hole along a substantially plane of symmetry including the axis.
  • the synchronous motor using the rotor of the present invention can reduce the peak torque due to local magnetic saturation in the core member of the rotor, deteriorate the rotation smoothness, destabilize the current control, and increase the iron loss.
  • the resulting increase in heat generation is effectively suppressed or prevented, and the output characteristics are significantly improved.

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  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • Power Engineering (AREA)
  • Permanent Field Magnets Of Synchronous Machinery (AREA)
  • Permanent Magnet Type Synchronous Machine (AREA)

Description

明細書 同期電動機のロータ 技術分野
本発明は同期電動機のロータに関する。 さらに詳述すると、 本発 明は、 軸の周囲に略等間隔に配置され、 周方向へ着磁される複数の 永久磁石と、 永久磁石の各々を周方向へ挟持して軸の周囲に配設さ れ、 それぞれが磁極を形成する複数のコア部材とを備えた同期電動 機のロータ構造の改良に関する。 背景技術
永久磁石界磁の同期電動機において、 軸の周囲に略等間隔に配置 される複数の永久磁石と、 各永久磁石を周方向に挟持して軸の周囲 に配設される複数のコア部材とを備えてなるロータは周知である。 この配置において、 複数の永久磁石は周方向へ交互的に着磁され、 それにより複数のコア部材の各々がロータの磁極を形成する。 従来 のこの種のロータでは、 一般に各永久磁石は、 隣接する各コア部材 の側面に密接され、 各コア部材の半径方向内周部及び外周部にて側 面に設けられた内側係止突部及び外側係止突部によって半径方向へ 固定支持される。 他方、 一般に珪素鋼板等の磁性材料の積層体から なる各コア部材は、 略中心部に軸線方向へ延びる貫通穴を備え、 そ れぞれの貫通孔にロッ ド部材が揷入される。 永久磁石及びコア部材 の軸線方向両端面には、 それぞれ環状の端板が密接配置される。 各 端板は、 その中心孔にて軸に固定され、 中心孔の周囲に、 各コア部 材の貫通孔に整合配置される開口を備える。 ロッ ド部材は、 コア部 材の軸方向両端面から突出する両端部にて、 各端板の開口を貫通し て各端板に固定される。 このように、 複数の永久磁石及び複数のコ ァ部材は、 端板、 ロッ ド部材、 及び係止突部を介して、 遠心力等の 外力に対しロータ構造内で固定的に支持される。
コア部材の半径方向外周面は、 僅かな空隙を介してステ一夕コァ に対向し、 永久磁石による主磁束がコア部材及び空隙を通ってステ —夕コアまで延びる。 この空隙におけるコア部材とステ一夕コアと の間の磁束分布は、 コア部材の半径方向外周面の中心を頂点とした 正弦波曲線を描く ことが理想的であり、 このとき電動機のトルクの 変動が実質的に排除される。 したがってこの種のロータによれば、 コア部材の半径方向外周面を所与の規則に従った湾曲面形状に形成 することにより、 上記空隙における主磁束の磁束分布を、 容易に理 想の正弦波曲線に近似させることができる。
しかしながら、 上記の主磁束の磁束分布曲線は、 口一夕の回転作 動時、 すなわちステ一夕巻線に電流を流したときに、 巻線電流によ つて及ぼされる電機子反作用により、 予め設定された最適な正弦波 状の磁束分布曲線から逸脱し、 電動機のトルクむらが発生する。 こ れは特に、 巻線の巻回数が多い場合や巻線電流が大きい場合に顕著 である。 電機子反作用によって主磁束の磁束分布が歪曲する状態を、 図 6及び図 7に模式的に図示する。 電機子反作用磁束 F ,. は、 図 7 に示すように主磁束 Fに対して一般に電気角 9 0 ° の位相差を有す る。 また図 6に示すように、 コア部材 Cが容易に電機子反作用磁束 F r の磁路となるから、 コア部材 C内を通る主磁束 Fの磁路が電機 子反作用磁束 F r によって周方向へ偏移し、 それによつて主磁束 F の磁束分布曲線に歪みが生じるのである。 図 7に示すように、 主磁 束 Fと電機子反作用磁束 F r との合成磁束の磁束分布は、 主磁束 F から大きくずれることとなる。 さらに、 電機子反作用によって周方 向へ偏移した主磁束 Fは、 コア部材 C内に局部的な磁気飽和を生じ、 電動機のピーク トルクを低減させる。
このように、 ステ一夕コアとの間に理想的な正弦波曲線に基づく 磁束分布を形成するために、 軸心を通って軸線方向へ延びるコア部 材の対称面に関して左右対称な磁路を形成すべき主磁束が、 例えば 電機子反作用磁束によってその磁路の対称形状を歪曲せられると、 コア部材は局部的に磁気飽和を生じることになる。 このような磁路 の非対称化は、 電機子反作用磁束以外にも様々な要因が挙げられる。 コア部材における局部的磁気飽和は、 電動機のピーク トルクの低下、 口一夕回転の円滑性の劣化、 電流制御の不安定化、 鉄損の増加に伴 う発熱量の増加等の課題を生じる。 発明の開示
本発明の目的は、 例えば電機子反作用による、 コア部材内での主 磁束の磁束分布の非対称化を防止又は少なく とも抑制可能な同期電 動機のロータを提供することにある。
上記目的を達成するために、 本発明は、 軸と、 軸の周囲に略等間 隔に配置され、 周方向へ着磁される複数の永久磁石と、 永久磁石の 各々を周方向へ挟持して軸の周囲に配設され、 永久磁石による磁束 を通して各々が磁極を形成し、 軸の中心線を含んで延びる実質的対 称面と、 軸線方向へ貫通形成されるロッ ド挿通孔と、 ロッ ド揷通孔 から独立して対称面に沿って軸線方向へ貫通形成される孔手段とを 各々に備えた複数のコア部材と、 永久磁石及びコア部材の軸線方向 両端に配置され、 軸に固定される一対の端板部材と、 コア部材のロ ッ ド揷通孔を軸線方向へ貫通し、 両端で端板部材の各々に固定され るロッ ド部材とを具備した同期電動機のロータを提供する。
コア部材に設けた孔手段は、 コア部材をその実質的対称面に関し て磁気的に略対称に分割する。 したがって孔手段は、 コア部材を通 る永久磁石による主磁束の磁束分布を、 コア部材の実質的対称面に 関して実質的に対称状態に維持することができる。 このとき孔手段 は、 ロッ ド揷通孔から独立して形成されるので口一夕剛性を損なう ことがなく、 またコア部材の内周面、 外周面、 及び両側面のいずれ にも開口しないので、 磁気特性に影響を及ぼすことがない。
本発明の好適な実施態様によれば、 コア部材の孔手段は、 軸に対 向するコア部材の半径方向内周面近傍からコア部材の半径方向外周 面近傍に至る部分にて、 実質的対称面を含んで形成される貫通孔を 備えることができる。 また、 コア部材のロッ ド揷通孔は、 実質的対 称面を含んでコア部材の略中心に形成することができ、 かつ孔手段 は、 軸に対向するコア部材の半径方向内周面近傍からロッ ド揷通孔 近傍に至る部分にて、 実質的対称面を含んで形成される第 1貫通孔 と、 ロッ ド揷通孔近傍からコア部材の半径方向外周面近傍に至る部 分にて、 実質的対称面を含んで形成される第 2貫通孔とを備えるこ とができる。
さらに他の実施態様によれば、 コア部材の孔手段は、 永久磁石に 接するコア部材の両側面近傍から実質的対称面に漸近してコア部材 の半径方向外周面近傍に至る部分にて、 実質的対称面に関して対称 に形成される複数の貫通孔を備えることができる。 また、 コア部材 のロッ ド揷通孔は、 実質的対称面を含んでコア部材の略中心に形成 することができ、 かつ孔手段は、 軸に対向するコア部材の半径方向 内周面近傍からロッ ド揷通孔近傍に至る部分にて、 実質的対称面を 含んで形成される第 1貫通孔と、 永久磁石に接するコア部材の両側 面近傍から実質的対称面に漸近してコア部材の半径方向外周面近傍 に至る部分にて、 実質的対称面に関して対称に形成される複数の第 2貫通孔とを備えることができる。 図面の簡単な説明
本発明の上記及び他の目的、 特徴、 及び利点を、 添付図面に示す 好適な実施例に基づいて説明する。 同添付図面において ；
図 1 は、 本発明の第 1実施例による同期電動機のロータの側面図、 図 2は、 図 1 のロータの線 I一 I に沿った断面図、
図 3は、 図 1 のロータの部分拡大断面図で、 ステ一夕コア及びコ ァ部材に形成される磁束の分布状態を示す図、
図 4は、 本発明の第 2実施例による同期電動機の口一夕の断面図、 図 5は、 図 3のロータの部分拡大断面図で、 ステ一夕コア及びコ ァ部材に形成される磁束の分布状態を示す図、
図 6は、 従来の同期電動機におけるロータのコア部材及びステ一 夕コアに形成される磁束の分布状態の部分拡大断面図、 及び
図 7は、 従来の同期電動機における口一夕のコア部材及びステ一 夕コアに形成される磁束の分布状態を示す波形図である。 発明を実施するための最良の形態
図面を参照すると、 図 1及び図 2は本発明の第 1実施例による同 期電動機の口一夕 1 0を示す。 ロータ 1 0は、 軸 1 2 と、 軸 1 2の 周囲に略等間隔に配置された断面略矩形の複数 （図の例では 8個） の永久磁石 1 4 と、 各永久磁石 1 4を周方向へ挟持して軸 1 2の周 囲に配設された断面略扇形の複数 （図の例では 8個） のコア部材 1 6 とを備える。 この配置で、 複数の永久磁石 1 4は周方向へ交互的 に着磁され、 それにより複数のコア部材 1 6の各々がロータ 1 0の 磁極を形成する。 永久磁石 1 4は、 コア部材 1 6の略全長に瓦って 軸線方向へ延びる連続体から形成することができる。 コア部材 1 6 は、 珪素鋼板等の磁性材料を軸線方向へ積層して形成される。
永久磁石 1 4及びコア部材 1 6の軸線方向両端には、 環状の端板 1 8がそれぞれ配置される。 各端板 1 8は、 例えば焼嵌めによって 軸 1 2に固定される。 各コア部材 1 6は、 軸 1 2の中心線 0を含ん で延びる実質的対称面 Sを有し、 略中心部に、 実質的対称面 Sを含 んで軸線方向へ延びる 1 つのロッ ド揷通孔 2 0を備える。 口ッ ド揷 通孔 2 0 にはロッ ド部材 2 2が挿入される。 各ロッ ド部材 2 2は、 コア部材 1 6の軸線方向両端面から突出するその両端で各端板 1 8 に固定される。
各コア部材 1 6はさらに、 軸 1 2に対向する半径方向内周面 1 6 a近傍から口ッ ド揷通孔 2 0近傍に至る部分に、 実質的対称面 Sを 含んで軸線方向へ貫通する第 1貫通孔 2 4を備え、 かつ口ッ ド揷通 孔 2 0近傍からステ一夕コア 2 6 (図 3参照） に対向する半径方向 外周面 1 6 b近傍に至る部分に、 実質的対称面 Sを含んで軸線方向 へ貫通する第 2貫通孔 2 8を備える。 第 1貫通孔 2 4及び第 2貫通 孔 2 8は、 コア部材 1 6の実質的対称面 Sに沿って磁束を通しにく い空隙部分を形成し、 それにより、 コア部材 1 6を通る永久磁石 1 4の主磁束 F (図 3参照） の磁束分布の、 実質的対称面 Sに関する 非対称化を防止又は抑制することができる。 しかも、 第 1貫通孔 2 4及び第 2貫通孔 2 8は、 主磁束 Fの磁路を妨害しない位置に形成 される。 このような第 1及び第 2貫通孔 2 4 , 2 8の作用を、 例と して電機子反作用による主磁束 Fの歪曲化に対するものとして、 図 3を参照して説明する。
図 3に示すように、 同期電動機 1 0のステ一夕コア 2 6に巻設し た巻線 3 0 ( 1つのコイルのみ図示） に電流を流すと、 図示のよう な電機子反作用磁束 F\ が生じる。 電機子反作用磁束 F\ の磁束分 布は、 主磁束 Fの磁束分布に対して 9 0 ° の位相差を有する。 この ような電機子反作用磁束 F r がコア部材 1 6を通ることによって、 従来、 特に電流が大きい場合に、 図 6に示すように主磁束 Fが周方 向へ偏移して局部的な磁気飽和状態を呈し、 磁束分布の非対称化に 起因する前述の様々な課題を生じていた。 本発明によれば、 第 1実 施例では図 3に示すように、 第 2貫通孔 2 8が電機子反作用磁束 F r の磁路の形成を妨げるとともに、 第 1貫通孔 2 4及び第 2貫通孔 2 8が主磁束 Fの周方向への偏移を妨げるので、 対称面 Sに関する 磁束分布の非対称化が抑制される。 それにより、 コア部材 1 6にお ける局部的な磁気飽和状態が緩和され、 前述の課題が解消される。 図 4は、 本発明の第 2実施例による同期電動機のロータ 3 2を示 す。 なお、 第 1実施例と同一又は類似の構成要素には同一の参照番 号を付す。 ロータ 3 2は、 第 1実施例によるロータ 1 0 と同様に、 軸 1 2 と、 軸 1 2の周囲に略等間隔に配置された複数の永久磁石 1 4 と、 各永久磁石 1 4を周方向へ狭持して軸 1 2の周囲に配設され た複数のコア部材 3 4 とを備える。 コア部材 3 4は、 珪素鋼板等の 磁性材料の積層体からなり、 永久磁石 1 4による主磁束を通してそ れぞれがロータ 3 2の磁極を形成する。 各コア部材 3 4は、 それぞ れの略中心部に、 実質的対称面 Sを含んで軸線方向へ貫通する 1つ のロッ ド挿通孔 3 6を備え、 このロッ ド揷通孔 3 6内にロッ ド部材
2 2が揷入される。 各ロッ ド部材 2 2は、 ロー夕 1 0 と同様にその 両端で環状端板 1 8に固定される。
各コア部材 3 4はさらに、 軸 1 2に対向する半径方向内周面 3 4 a近傍から口ッ ド揷通孔 3 6近傍に至る部分に、 実質的対称面 Sを 含んで軸線方向へ貫通する第 1貫通孔 3 8を備え、 かつ永久磁石 1 4 に接する両側面 3 4 c近傍から実質的対称面 Sに漸近するように 湾曲してステ一夕コア 2 6 (図 5参照） に対向する半径方向外周面
3 4 b近傍に至る部分に、 実質的対称面 Sに関して対称配置で軸線 方向へ貫通する一対の第 2貫通孔 4 0を備える。 第 1及び第 2貫通 孔 3 8， 4 0は、 第 1実施例における第 1及び第 2貫通孔 2 4， 2 8 と同様に作用し、 コア部材 3 4を通る永久磁石 1 4の主磁束 F (図 5参照） の磁束分布の、 実質的対称面 Sに関する非対称化を抑 制する。
図 5に示すように、 ステ一夕コア 2 6に巻設した巻線 3 0に電流 を流すことによって生じる電機子反作用磁束 F\ は、 コア部材 3 4 の一対の第 2貫通孔 4 0によって磁路の形成を妨げられる。 同時に、 第 1貫通孔 3 8及び第 2貫通孔 4 0が主磁束 Fの周方向への偏移を 妨げ、 実質的対称面 Sに関する磁束分布の非対称化を抑制する。 こ のようにして、 第 1実施例と同様に、 電機子反作用磁束 F\ による 主磁束 Fの磁束分布の歪曲化が低減され、 コア部材 3 4内での局部 的な磁気飽和状態が緩和される。 さらにロー夕 3 2では、 コア部材 3 4の第 2貫通孔 4 0力 電機子反作用磁束 F\ の磁路に交差する 2箇所に、 かつ主磁束 Fの理想の磁路に沿って形成されるので、 主 磁束の磁路を妨害することなく、 電機子反作用磁束 F\ による主磁 束 Fの磁束分布の非対称化をさらに効果的に抑制することができる。 上記の各実施例において、 第 1貫通孔 2 4 , 3 8及び第 2貫通孔 2 8， 4 0は、 いずれもロッ ド部材 2 2用のロッ ド揷通孔 2 0 , 3 6に連通せず、 独立して形成される。 したがって、 ロッ ド部材 2 2 によるコア部材 1 6， 3 4の積層構造締着作用、 遠心力に対する支 持作用等に、 各貫通孔は何ら影響を与えず、 ロータ 1 0 , 3 2の剛 性を維持することができる。 また、 各実施例における第 2貫通孔 2 8， 4 0は、 いずれもコア部材 1 6， 3 4の外周面 1 6 a , 3 4 a までは到達しないので、 ステ一夕コア 2 6 との間の空隙における磁 束分布に外周面 1 6 a， 3 4 aの不連続性に起因した乱れを生じる ことがなく、 ロータ 1 0 , 3 2の回転の円滑性が保持される。 さら に、 第 2実施例における第 2貫通孔 4 0は、 永久磁石 1 4に接する 側面 3 4 cまで到達しないので、 主磁束の総量を減少させることが ない。
また、 上記の各実施例において、 ロッ ド部材 2 2は一般的な炭素 鋼等の材料からなるものを前提としたが、 その代わりに口ッ ド部材 2 2をステンレス鋼等の非磁性材料から形成することもできる。 こ の場合、 実質的対称面 S上に配置された口ッ ド部材 2 2は各貫通孔 と同様に磁束を通さないので、 コア部材 1 6， 3 4を通る主磁束 F の磁束分布の、 実質的対称面 Sに関する非対称化が、 さらに効果的 に抑制されることになる。 産業上の利用可能性
以上の説明から明らかなように、 本発明は、 同期電動機の口一夕 のコア部材に、 軸心を含む実質的対称面に沿ってロッ ド揷通孔から 独立して軸線方向へ貫通する孔手段を設けることにより、 コア部材 を通してステ一夕コアまで延びる永久磁石による主磁束の磁束分布 を、 実質的対称面に関して対称状態に維持することができる。 その 結果、 ロータの剛性を損なうことなく、 例えば電機子反作用による コア部材内での主磁束の磁束分布の非対称化が抑制又は防止される。 したがって、 本発明のロータを用いた同期電動機は、 ロー夕のコア 部材内での局部的磁気飽和によるピーク トルクの低下、 回転の円滑 性の劣化、 電流制御の不安定化、 鉄損の増加に伴う発熱量の増加等 が効果的に抑制又は防止され、 出力特性が著しく改善される。

Claims

請求の範囲
1 . 軸と、
前記軸の周囲に略等間隔に配置され、 周方向へ着磁される複数の 永久磁石と、
前記永久磁石の各々を周方向へ挟持して前記軸の周囲に配設され、 該永久磁石からの磁束を通して各々が磁極を形成し、 前記軸の中心 線を含んで延びる実質的対称面と、 軸線方向へ貫通形成される口ッ ド揷通孔と、 該ロッ ド挿通孔から独立して該対称面に沿って軸線方 向へ貫通形成される孔手段とを各々に備えた複数のコア部材と、 前記永久磁石及び前記コア部材の軸線方向両端に配置され、 前記 軸に固定される一対の端板部材と、
前記コア部材の前記ロッ ド揷通孔を軸線方向へ貫通し、 両端で前 記端板部材の各々に固定される口ッ ド部材、
とを具備した同期電動機の口一夕。
2 . 前記コア部材の前記孔手段が、 前記軸に対向する該コア部材 の半径方向内周面近傍から該コア部材の半径方向外周面近傍に至る 部分にて、 前記実質的対称面を含んで形成される貫通孔を備える請 求項 1 に記載の同期電動機のロータ。
3 . 前記コア部材の前記ロッ ド揷通孔が、 前記実質的対称面を含 んで該コア部材の略中心に形成され、 前記孔手段は、 前記軸に対向 する該コア部材の半径方向内周面近傍から該ロッ ド揷通孔近傍に至 る部分にて、 前記実質的対称面を含んで形成される第 1貫通孔と、 該ロッ ド揷通孔近傍から該コア部材の半径方向外周面近傍に至る部 分にて、 前記実質的対称面を含んで形成される第 2貫通孔とを備え る請求項 1 に記載の同期電動機の口一夕。
4 . 前記ロッ ド部材が非磁性材料からなる請求項 3に記載の同期 電動機のロータ。
5 . 前記コア部材の前記孔手段が、 前記永久磁石に接する該コア 部材の両側面近傍から前記実質的対称面に漸近して該コア部材の半 径方向外周面近傍に至る部分にて、 該対称面に関して対称に形成さ れる複数の貫通孔を備える請求項 1 に記載の同期電動機のロータ。
6 . 前記コア部材の前記ロッ ド揷通孔が、 前記実質的対称面を含 んで該コア部材の略中心に形成され、 前記孔手段は、 前記軸に対向 する該コア部材の半径方向内周面近傍から該ロッ ド揷通孔近傍に至 る部分にて、 前記実質的対称面を含んで形成される第 1貫通孔と、 前記永久磁石に接する該コア部材の両側面近傍から前記実質的対称 面に漸近して該コア部材の半径方向外周面近傍に至る部分にて、 該 対称面に関して対称に形成される複数の第 2貫通孔とを備える請求 項 1 に記載の同期電動機の口一夕。
7 . 前記ロッ ド部材が非磁性材料からなる請求項 6に記載の同期 電動機の口一夕。
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