WO2015140941A1 - 永久磁石型電動機の回転子 - Google Patents

Abstract

　円環状に形成された磁性体からなる磁極部と、前記磁極部に軸方向に隣接して配置され、円環状に形成された多極構造の永久磁石、又は円環状に形成された複数の単極構造の永久磁石と磁性体からなり、前記永久磁石による磁束を軸方向に流し込み、前記磁極部の外周面に磁極を発生させる界磁部と、を備え、前記界磁部は、周方向両端部を磁性体で挟まれ、同一周方向に着磁された複数の扇形の永久磁石を、界磁部スリットを隔てて円環状に配置したものであり、前記磁極部は、複数の扇形の磁性体を、磁極部スリットを隔てて円環状に配置したものである。

Description

永久磁石型電動機の回転子

　本発明は、永久磁石型電動機の回転子に関する。

　従来、軸方向に着磁された環形状の永久磁石により、第１のクローポール磁性体と第２のクローポール磁性体の表面にＮとＳの磁極を発生させるクローポール型モータの回転子が開示されている（例えば、特許文献１参照）。

　また、従来、軸方向に着磁された円筒状の永久磁石と、該永久磁石の軸方向の両側に、鋼板を積層して形成され、該永久磁石を挟持するように固着された２個の回転子磁性体と、それらを貫通した軸とにより構成されるハイブリッド型ステッピングモータの回転子が開示されている（例えば、特許文献２参照）。

　また、従来、２Ｚ個のスロット間の永久磁石を軸方向に磁化することにより、永久磁石間の磁性体の表面にＮとＳの磁極を発生させる永久磁石型電動機の回転子が開示されている（例えば、特許文献３参照）。

　上記特許文献１～３に開示された技術は、全て、永久磁石による磁束を軸方向から流し込んで回転子磁性体の表面にＮ、Ｓ磁極を発生させる回転子構造となっており、この構造により、固定子の磁束は、永久磁石ではなく、磁気抵抗の小さい回転子磁性体内部を流れるので、永久磁石への逆磁界が低減され、永久磁石の減磁を防ぎ、減磁耐力を向上させることができる。

特開２０１０－２１３４５５号公報（図２） 特開平１０－２４３６２３号公報（図７） 特開平０７－１５４９３５号公報（図８）

　上記特許文献１～３に開示された従来の技術によれば、永久磁石による磁束を軸方向から流し込んで回転子磁性体の表面にＮ、Ｓ磁極を発生させることにより、永久磁石の減磁を防ぎ、減磁耐力を向上させることができる。しかしながら、回転子磁性体表面の周方向に、交互にＮ、Ｓ磁極を発生させるための磁性体の構造が複雑であり、製造が難しい、という問題がある。

　本発明は、上記に鑑みてなされたものであって、永久磁石への逆磁界が低減され、永久磁石の減磁を防ぎ、減磁耐力を向上させ、且つ、構造を簡素化した永久磁石型電動機の回転子を得ることを目的とする。

　上述した課題を解決し、目的を達成するために、本発明は、円環状に形成された磁性体からなる磁極部と、前記磁極部に軸方向に隣接して配置され、円環状に形成された多極構造の永久磁石、又は円環状に形成された複数の単極構造の永久磁石と磁性体からなり、前記永久磁石による磁束を軸方向に流し込み、前記磁極部の外周面に磁極を発生させる界磁部と、を備えることを特徴とする。

　本発明に係る永久磁石型電動機の回転子は、固定子から発生し回転子へ流れ込んだ磁束が、永久磁石ではなく磁気抵抗の小さい回転子の磁性体内部を流れるため、永久磁石への逆磁界が低減され、永久磁石の減磁を防ぐことができる。また、界磁部が全体として多極構造であるため、回転子の磁性体表面の周方向に、交互にＮ、Ｓ磁極を発生させるための磁性体の構造を簡素化することができる、という効果を奏する。

図１は、本発明に係る永久磁石型電動機の回転子の実施の形態１を示す斜視図である。 図２は、実施の形態１の永久磁石型電動機の回転子の外周部の展開図である。 図３は、本発明に係る永久磁石型電動機の回転子の実施の形態２を示す斜視図である。 図４は、実施の形態２の永久磁石型電動機の回転子の外周部の展開図である。 図５は、本発明に係る永久磁石型電動機の回転子の実施の形態３を示す斜視図である。 図６は、実施の形態３の永久磁石型電動機の回転子の外周部の展開図である。 図７は、本発明に係る永久磁石型電動機の回転子の実施の形態４を示す斜視図である。 図８は、実施の形態４の永久磁石型電動機の回転子の外周部の展開図である。 図９は、本発明に係る永久磁石型電動機の回転子の実施の形態５を示す斜視図である。 図１０は、実施の形態５の永久磁石型電動機の回転子の外周部の展開図である。 図１１は、本発明に係る永久磁石型電動機の回転子の実施の形態６を示す部分斜視図である。

　以下に、本発明にかかる永久磁石型電動機の回転子の実施の形態を図面に基づいて詳細に説明する。なお、この実施の形態によりこの発明が限定されるものではない。

実施の形態１．
　図１は、本発明に係る永久磁石型電動機の回転子の実施の形態１を示す斜視図であり、図２は、実施の形態１の永久磁石型電動機の回転子の外周部の展開図である。図１及び図２に示すように、実施の形態１の永久磁石型電動機の回転子９１は、円環状に形成され、軸方向両端部及び中央部に配置された三つの界磁部１０と、界磁部１０と同一内外径の円環状に形成され、界磁部１０の間に配置された二つの磁極部１１と、を備えている。界磁部１０と磁極部１１とは、軸方向に互いに隣接して配置されている。

　界磁部１０は、同一周方向に着磁され、周方向に等間隔に配置された扇形の四つの永久磁石１０ａと、永久磁石１０ａの周方向両端部に配置された八つの扇形の磁性体１０ｂと、を有している。周方向に隣接する二つの磁性体１０ｂの間には、軸方向の界磁部スリット１０ｃが形成されている。実施の形態１の界磁部１０は、円環状に形成された複数の単極構造の永久磁石１０ａと磁性体１０ｂからなる界磁部である。

　磁極部１１は、周方向に等間隔に配置された八つの扇形の磁性体１１ａを有している。周方向に隣接する二つの磁性体１１ａの間には、軸方向の磁極部スリット１１ｂ、１１ｃが形成されている。磁極部スリット１１ｃは、隣接する二つの磁性体１０ｂの間の界磁部スリット１０ｃと同一位相となっている。

　界磁部１０で発生した磁束は、軸方向に磁極部１１へ流れ込み、扇形の磁性体１１ａの外周面に、周方向に交互にＳ、Ｎ磁極を発生させる。

　図示はしないが、磁極部スリット１１ｂに、永久磁石１０ａと同一周方向に着磁された平板状の永久磁石を配置し、磁極部スリット１１ｃに、永久磁石１０ａと周方向反対向きに着磁された平板状の永久磁石を配置するとよい。すなわち、磁極部スリット１１ｂ、１１ｃ内に、Ｎ磁極が発生する磁性体１１ａを向くように周方向に着磁された平板状の永久磁石を配置する。磁極部スリット１１ｂ、１１ｃ内に永久磁石を配置すれば、いっそう強いＳ、Ｎ磁極を発生させることができる。

実施の形態２．
　図３は、本発明に係る永久磁石型電動機の回転子の実施の形態２を示す斜視図であり、図４は、実施の形態２の永久磁石型電動機の回転子の外周部の展開図である。図３及び図４に示すように、実施の形態２の永久磁石型電動機の回転子９２は、円環状に形成され、軸方向両端部及び中央部に配置された三つの界磁部２０と、界磁部２０と同一内外径の円環状に形成され、界磁部２０の間に配置された二つの磁極部２１と、を備えている。界磁部２０と磁極部２１とは、軸方向に互いに隣接して配置されている。

　界磁部２０は、着磁方向が交互に対向するように周方向に着磁され、周方向に等間隔に配置され、周方向両端部が楔形の扇形の合計八つの永久磁石２０ａ，２０ｂと、永久磁石２０ａ，２０ｂの周方向両端部に配置された三角柱状の合計十六の磁性体２０ｃと、を有している。実施の形態２の界磁部２０は、円環状に形成された多極構造の永久磁石２０ａ，２０ｂからなる界磁部である。

　磁極部２１は、周方向に等間隔に配置された八つの扇形の磁性体２１ａを有している。隣接する磁性体２１ａの間には、軸方向の磁極部スリット２１ｂが形成されている。磁極部スリット２１ｂは、永久磁石２０ａ、２０ｂの周方向中央部に配置されている。

　界磁部２０で発生した磁束は、軸方向に磁極部２１へ流れ込み、扇形の磁性体２１ａの外周面に、周方向に交互にＳ、Ｎ磁極を発生させる。

　図示はしないが、磁極部スリット２１ｂ内に、夫々同一位相の永久磁石２０ａ，２０ｂと夫々同一周方向に着磁された平板状の永久磁石を配置するとよい。すなわち、磁極部スリット２１ｂ内に、Ｎ磁極が発生する磁性体２１ａを向くように周方向に着磁された平板状の永久磁石を配置する。磁極部スリット２１ｂに永久磁石を配置すれば、いっそう強いＳ、Ｎ磁極を発生させることができる。

実施の形態３．
　図５は、本発明に係る永久磁石型電動機の回転子の実施の形態３を示す斜視図であり、図６は、実施の形態３の永久磁石型電動機の回転子の外周部の展開図である。図５及び図６に示すように、実施の形態３の永久磁石型電動機の回転子９３は、円環状に形成され、軸方向両端部及び中央部に配置された三つの界磁部３０と、界磁部３０と同一内外径の円環状に形成され、界磁部３０の間に配置された二つの磁極部３１と、を備えている。界磁部３０と磁極部３１とは、軸方向に互いに隣接して配置されている。

　界磁部３０は、着磁方向が交互に異なるように軸方向に着磁され、周方向に隙間なく等間隔に配置された扇形の合計八つの永久磁石３０ａ、３０ｂを有している。軸方向両端部に配置された同一位相の二つの永久磁石３０ａ同士は、軸方向一方向きに着磁され、軸方向中央部に配置された同一位相の一つの永久磁石３０ｂは、軸方向他方向きに着磁されている。前記の軸方向両端部に配置された同一位相の二つの永久磁石３０ａの隣に配置された同一位相の二つの永久磁石３０ｂは、軸方向他方向きに着磁され、軸方向中央部に配置された同一位相の一つの永久磁石３０ａは、軸方向一方向きに着磁されている。実施の形態３の界磁部３０は、円環状に形成された多極構造の永久磁石３０ａ，３０ｂからなる界磁部である。

　磁極部３１は、周方向に等間隔に配置された八つの円弧状の磁性体３１ａを有している。周方向に隣接する磁性体３１ａの間には、軸方向の磁極部スリット３１ｂが形成されている。磁極部スリット３１ｂは、永久磁石３０ａ，３０ｂの周方向端部に配置されている。

　界磁部３０で発生した磁束は、軸方向に磁極部３１へ流れ、磁性体３１ａの外周面に、周方向に交互にＳ、Ｎ磁極が発生する。二つの磁極部３１において、同一位相の二つの磁性体３１ａのＳ、Ｎ磁極は異なるものとなる。

　図示はしないが、磁極部スリット３１ｂ内に、磁極部３１のＮ磁極が発生する磁性体３１ａを向くように周方向に着磁された平板状の永久磁石を配置するとよい。磁極部スリット３１ｂ内に永久磁石を配置すれば、いっそう強いＳ、Ｎ磁極を発生させることができる。

実施の形態４．
　図７は、本発明に係る永久磁石型電動機の回転子の実施の形態４を示す斜視図であり、図８は、実施の形態４の永久磁石型電動機の回転子の外周部の展開図である。図７及び図８に示すように、実施の形態４の永久磁石型電動機の回転子９４は、円環状に形成され、軸方向両端部に配置された二つの界磁部４０と、軸方向中央部に配置された一つの界磁部４０ｘと、界磁部４０，４０ｘと同一内外径の円環状に形成され、界磁部４０，４０ｘの間に配置された二つの磁極部４１と、を備えている。界磁部４０，４０ｘと磁極部４１とは、軸方向に互いに隣接して配置されている。

　界磁部４０は、着磁方向が交互に異なるように軸方向斜め一方向きに着磁され、周方向に隙間なく等間隔に配置された扇形の八つの永久磁石４０ａ，４０ｂを有している。界磁部４０ｘは、着磁方向が交互に異なるように軸方向斜め他方向きに着磁され、周方向に隙間なく等間隔に配置された扇形の八つの永久磁石４０ｃ，４０ｄを有している。実施の形態４の永久磁石４０ａ，４０ｂ，４０ｃ，４０ｄは、軸方向一側と他側の位相が半ピッチずれるように傾斜した形状に形成されている。実施の形態４の界磁部４０，４０ｘは、円環状に形成された多極構造の永久磁石４０ａ，４０ｂ，４０ｃ，４０ｄからなる界磁部である。

　磁極部４１は、周方向に等間隔に配置された八つの扇形の磁性体４１ａを有している。周方向に隣接する扇形の磁性体４１ａの間には、軸方向の磁極部スリット４１ｂが形成されている。磁極部スリット４１ｂは、永久磁石４０ａ，４０ｂ，４０ｃ，４０ｄの周方向端部に位置するように配置されている。二つの磁極部４１は、磁性体４１ａの位相が半ピッチずれている。

　界磁部４０，４０ｘで発生した磁束は、軸方向に磁極部４１へ流れ、磁性体４１ａの外周面に、周方向に交互にＳ、Ｎ磁極が発生する。二つの磁極部４１において、半ピッチずれた位相の二つの磁性体４１ａのＳ、Ｎ磁極は異なるものとなる。

　図示はしないが、磁極部スリット４１ｂに、磁極部４１のＮ磁極が発生する磁性体４１ａを向くように周方向に着磁された平板状の永久磁石を配置するとよい。磁極部スリット４１ｂに永久磁石を配置すれば、いっそう強いＳ、Ｎ磁極を発生させることができる。

実施の形態５．
　図９は、本発明に係る永久磁石型電動機の回転子の実施の形態５を示す斜視図であり、図１０は、実施の形態５の永久磁石型電動機の回転子の外周部の展開図である。図９及び図１０に示すように、実施の形態５の永久磁石型電動機の回転子９５は、円環状に形成され、軸方向両端部に配置された第１の界磁部５０と、軸方向中央部に配置された第２の界磁部５０ｘと、第１及び第２の界磁部５０，５０ｘと同一内外径の円環状に形成され、第１及び第２の界磁部５０，５０ｘの間に配置された二つの磁極部５１と、を備えている。第１及び第２の界磁部５０，５０ｘと磁極部５１とは、軸方向に互いに隣接して配置されている。

　第１の界磁部５０は、着磁方向が交互に逆向きになるように軸方向に着磁され、周方向に隙間なく等間隔に配置された扇形の合計八つの永久磁石５０ａ、５０ｂを有している。永久磁石５０ａは、軸方向一方向きに着磁され、永久磁石５０ｂは、軸方向他方向きに着磁されている。永久磁石５０ａ、５０ｂの軸方向外側には、円環状の磁性体５０ｃが配置されている。円環状の磁性体５０ｃ及び永久磁石５０ａ、５０ｂは、第１の界磁部５０を構成している。実施の形態５の界磁部５０，５０ｘは、円環状に形成された多極構造の永久磁石５０ａ，５０ｂからなる界磁部である。

　軸方向中央部（二つの磁極部５１の間）に配置された第２の界磁部５０ｘは、円環状の磁性体５０ｃと、磁性体５０ｃの両側に隣接して配置され、着磁方向が交互に逆向きになるように軸方向に着磁され、周方向に隙間なく等間隔に配置された扇形の合計十六の永久磁石５０ａ、５０ｂを有している。一つの同一位相において、軸方向一端から他端まで、永久磁石が、５０ａ，５０ｂ，５０ａ，５０ｂの順で配列されていると、隣の同一位相においては、軸方向一端から他端まで、永久磁石が、５０ｂ，５０ａ，５０ｂ，５０ａの順で配列される。円環状の磁性体５０ｃは、永久磁石５０ａ、５０ｂから発生した磁束を通すためのものである。

　磁極部５１は、周方向に等間隔に配置された八つの扇形の磁性体５１ａを有している。周方向に隣接する磁性体５１ａの間には、軸方向の磁極部スリット５１ｂが形成されている。磁極部スリット５１ｂは、永久磁石５０ａ，５０ｂの周方向端部に配置されている。

　第１及び第２の界磁部５０，５０ｘで発生した磁束は、軸方向に磁極部５１へ流れ、磁性体５１ａの外周面に、周方向に交互にＳ、Ｎ磁極が発生する。二つの磁極部５１において、同一位相の二つの磁性体５１ａのＳ、Ｎ磁極は同一となる。

　図示はしないが、磁極部スリット５１ｂ内に、磁極部５１のＮ磁極が発生する磁性体５１ａを向く周方向に着磁された平板状の永久磁石を配置するとよい。スリット５１ｂに永久磁石を配置すれば、いっそう強いＳ、Ｎ磁極を発生させることができる。

実施の形態６．
　図１１は、本発明に係る永久磁石型電動機の回転子の実施の形態６を示す部分斜視図であり、軸方向一端の界磁部を取り外した状態を示している。図１１に示すように、実施の形態６の永久磁石型電動機の回転子９６は、実施の形態１～５の永久磁石型電動機の回転子９１～９５の外周面を複数の円弧板状の磁性体６１で覆ったものである。

　磁極部１１，２１，３１，４１，５１、及び、図１１には図示されていない界磁部１０，２０，３０，４０，４０ｘ，５０，５０ｘの外周面には、磁極部スリット１１ｂ，２１ｂ，３１ｂ，４１ｂ，５１ｂと同一ピッチの外周部スリット６１ｂを隔てて円環状に配置された円弧板状の磁性体６１が固着されている。

　磁極部スリット１１ｂ，２１ｂ，３１ｂ，４１ｂ，５１ｂと外周部スリット６１ｂとは、位相をずらして配置され、円弧板状の磁性体６１は、大部分が一つの扇形の磁性体１１ａ，２１ａ，３１ａ，４１ａ，５１ａの外周面に固着され、一部分が隣の扇形の磁性体１１ａ，２１ａ，３１ａ，４１ａ，５１ａの外周面の一部に固着されている。

　円弧板状の磁性体６１は、磁性体１１ａ，１１ａ同士、磁性体２１ａ，２１ａ同士、磁性体３１ａ，３１ａ同士、磁性体４１ａ，４１ａ同士、磁性体５１ａ，５１ａ同士を接続して、回転子９１，９２，９３，９４，９５を夫々一体化すると共に、界磁部１０，２０，３０，４０，４０ｘ，５０，５０ｘで発生した磁束を、軸方向に磁極部１１，２１，３１，４１，５１へ流す機能も有している。

　以上説明したように、実施の形態１～６の永久磁石型電動機の回転子９１～９５は、固定子から発生し回転子９１～９５へ流れ込んだ磁束が、永久磁石１０ａ～５０ｂではなく磁気抵抗の小さい回転子９１～９５の磁性体１１ａ～５１ａ内部を流れるため、永久磁石１０ａ～５０ｂへの逆磁界が低減され、永久磁石１０ａ～５０ｂの減磁を防ぐことができる。また、界磁部１０～５０ｘが全体として多極構造であるため、回転子９１～９５の磁性体１１ａ～５１ａ表面の周方向に、交互にＮ、Ｓ磁極を発生させるための磁性体１１ａ～５１ａの構造を簡素化することができる、という効果を奏する。

　１０，２０，３０，４０，４０ｘ，５０，５０ｘ　界磁部、１０ａ，２０ａ，２０ｂ，３０ａ，３０ｂ，４０ａ，４０ｂ，４０ｃ，４０ｄ，５０ａ，５０ｂ　永久磁石、１０ｂ，２０ｃ　磁性体、１０ｃ　界磁部スリット、５０ｃ　磁性体、１１，２１，３１，４１，５１　磁極部、１１ａ，２１ａ，３１ａ，４１ａ，５１ａ　磁性体、１１ｂ，１１ｃ，２１ｂ，３１ｂ，４１ｂ，５１ｂ　磁極部スリット、６１　円弧板状の磁性体、６１ｂ　外周部スリット、９１，９２，９３，９４，９５，９６　永久磁石型電動機の回転子。

Claims (10)

1. 　円環状に形成された磁性体からなる磁極部と、
   　前記磁極部に軸方向に隣接して配置され、円環状に形成された多極構造の永久磁石、又は円環状に形成された複数の単極構造の永久磁石と磁性体からなり、前記永久磁石による磁束を軸方向に流し込み、前記磁極部の外周面に磁極を発生させる界磁部と、
   　を備えることを特徴とする永久磁石型電動機の回転子。
2. 　前記界磁部は、周方向両端部を磁性体で挟まれ、同一周方向に着磁された複数の扇形の永久磁石を、界磁部スリットを隔てて円環状に配置したものであることを特徴とする請求項１に記載の永久磁石型電動機の回転子。
3. 　前記界磁部は、周方向に着磁された複数の扇形の永久磁石を、着磁方向が交互に対向するように、磁性体を挟んで円環状に配置したものであることを特徴とする請求項１に記載の永久磁石型電動機の回転子。
4. 　前記界磁部は、軸方向に着磁された多極構造の永久磁石を、円環状に形成したものであることを特徴とする請求項１に記載の永久磁石型電動機の回転子。
5. 　前記界磁部は、軸方向に対して傾斜して着磁された多極構造の永久磁石を、円環状に形成したものであることを特徴とする請求項１に記載の永久磁石型電動機の回転子。
6. 　前記界磁部は、
   　軸方向端部に配置された円環状の磁性体及び該磁性体の軸方向内側に隣接して配置され着磁方向が交互に逆向きになるように軸方向に着磁された多極構造の円環状の永久磁石を有する第１の界磁部と、
   　二つの前記磁極部の間に配置され、円環状の磁性体及び該磁性体の両側に隣接して配置され着磁方向が交互に逆向きになるように軸方向に着磁された多極構造の円環状の一対の永久磁石を有する第２の界磁部と、
   　を備えることを特徴とする請求項１に記載の永久磁石型電動機の回転子。
7. 　前記磁極部は、複数の扇形の磁性体を、磁極部スリットを隔てて円環状に配置したものであることを特徴とする請求項１に記載の永久磁石型電動機の回転子。
8. 　前記磁極部スリット内に、Ｎ磁極が発生する磁性体を向くように周方向に着磁された平板状の永久磁石を配置したことを特徴とする請求項７に記載の永久磁石型電動機の回転子。
9. 　前記磁極部及び界磁部の外周面には、前記磁極部スリットと同一ピッチの外周部スリットを隔てて円環状に配置された円弧板状の磁性体が固着されていることを特徴とする請求項７に記載の永久磁石型電動機の回転子。
10. 　前記磁極部スリットと外周部スリットとは、位相をずらして配置され、前記円弧板状の磁性体は、大部分が一つの扇形の磁性体の外周面に固着され、一部分が隣の扇形の磁性体の外周面の一部に固着されていることを特徴とする請求項９に記載の永久磁石型電動機の回転子。

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