(57)【要約】【課題】  本発明は、永久磁石回転電機のトルクの低下を抑えて、永久磁石の減磁を抑制することを目的とする。【解決手段】  固定子コアと、前記固定子コアのティース部に巻回される巻線とを有する固定子と、該固定子に対して空隙を介して回転自在に配置され、回転子コアと、異なる極性を持った複数の永久磁石とが、周方向に向かって交互に配置される回転子とを備えた永久磁石回転電機において、前記永久磁石を、前記固定子と対向する方向に複数に分割することで達成できる。【選択図】  図１
2014220879.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
（永久磁石を固定子と対向する方向に複数に分割する）
固定子コアと、前記固定子コアのティース部に巻回される巻線とを有する固定子と、
該固定子に対して空隙を介して回転自在に配置され、回転子コアと、異なる極性を持った複数の永久磁石とが、周方向に向かって交互に配置される回転子とを備えた永久磁石回転電機において、
前記永久磁石を、前記固定子と対向する方向に複数に分割することを特徴とする永久磁石回転電機。
【請求項２】
（固定子に近い方の永久磁石に保磁力の高い材料を用いる）
請求項１に記載の永久磁石回転電機において、
前記複数の永久磁石のうち、前記固定子に近い方の永久磁石に、前記固定子から遠い方の永久磁石よりも保磁力の高い材料を用いることを特徴とする永久磁石回転電機。
【請求項３】
（永久磁石の角を落とす）
請求項１に記載の永久磁石回転電機において、
前記永久磁石の角部をカットすることを特徴とする永久磁石回転電機。
【請求項４】
（回転子コアの内周側を永久磁石よりも長くする）
請求項１に記載の永久磁石回転電機において、
前記回転子コアを、前記複数の永久磁石よりも周方向内側へ長くすることを特徴とする永久磁石回転電機。
【請求項５】
（永久磁石を台形状にする）
請求項４に記載の永久磁石回転電機において、
前記永久磁石の外周側の周方向長さを、内周側の周方向長さよりも短くし、前記回転子コアを前記永久磁石と嵌合する形状にすることを特徴とする永久磁石回転電機。
【請求項６】
（固定子から遠い方の永久磁石をフェライト磁石、近い方をネオジム磁石またはサマコバ磁石とする）
請求項１に記載の永久磁石回転電機において、
前記固定子から遠い方の永久磁石にフェライト磁石を用い、前記固定子に近い方の永久磁石にネオジム磁石またはサマリウム・コバルト磁石を用いることを特徴とする永久磁石回転電機。
【請求項７】
（複数の永久磁石の間に空隙を設ける）
請求項１に記載の永久磁石回転電機において、
前記複数に分割した永久磁石の間に、空隙を設けることを特徴とする永久磁石回転電機。
【請求項８】
（複数の永久磁石の周方向長さを異ならせる）
請求項１に記載の永久磁石回転電機において、
前記複数に分割した永久磁石の、周方向長さを異ならせることを特徴とする永久磁石回転電機。
【請求項９】
（複数の永久磁石の間をコアでつなぐ）
請求項１に記載の永久磁石回転電機において、
前記複数に分割した永久磁石の間に、前記複数に分割した永久磁石をはさむ前記回転子コア同士をつなぐ腕部を設けることを特徴とする永久磁石回転電機。
【請求項１０】
（回転子カバー）
請求項１に記載の永久磁石回転電機において、
前記回転子の外周部にカバーを設けることを特徴とする永久磁石回転電機。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、永久磁石回転電機に関する。
【背景技術】
【０００２】
永久磁石回転電機のうち、永久磁石の断面形状が周方向より径方向に長く、かつ永久磁石を周方向に磁化して、隣り合う磁石の磁化方向が互いに対向するように交互に配置したタイプのものが知られている。このタイプのモータは、出力トルクを大きくできる一方で、永久磁石が減磁しやすいという問題がある。
【０００３】
そこで特許文献１においては、磁気抵抗を設けることで永久磁石の局所的減磁を防止することが開示されている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００４】
【特許文献１】特開２０１１−２１７６０１号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
特許文献１では、永久磁石の受け部に相当するスロットに、磁気抵抗および磁気障壁の機能を果たす部分を設けている。この磁気抵抗および磁気障壁の機能を果たす部分は、永久磁石によって占められていないため、その分だけ界磁磁束が低減し、トルクの低下を招く。
【０００６】
本発明は、上記の課題に着目してなされたものであり、トルクの低下を抑えて、永久磁石の減磁を抑制する永久磁石回転電機を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
上記課題を解決するために、例えば特許請求の範囲に記載の構成を採用する。本願は上記課題を解決する手段を複数含んでいるが、その一例を挙げるならば、固定子コアと、前記固定子コアのティース部に巻回される巻線とを有する固定子と、該固定子に対して空隙を介して回転自在に配置され、回転子コアと、異なる極性を持った複数の永久磁石とが、周方向に向かって交互に配置される回転子とを備えた永久磁石回転電機において、前記永久磁石を、前記固定子と対向する方向に複数に分割することを特徴とする。
【発明の効果】
【０００８】
本発明によれば、永久磁石回転電機のトルクの低下を抑えて、永久磁石の減磁を抑制することができる。その結果、永久磁石回転電機を小型化できる。
【図面の簡単な説明】
【０００９】
【図１】本発明の実施例１の永久磁石回転電機の１／４断面図
【図２】従来例の永久磁石回転電機の１／４断面図
【図３】本発明の実施例２の永久磁石回転電機の１／４断面図
【図４】本発明の実施例３の永久磁石回転電機の１／４断面図
【図５】本発明の実施例４の永久磁石回転電機の１／４断面図
【図６】本発明の実施例５の永久磁石回転電機の１／４断面図
【図７】本発明の実施例６の永久磁石回転電機の１／４断面図
【図８】本発明の実施例７の永久磁石回転電機の１／４断面図
【図９】永久磁石回転電機の断面図
【発明を実施するための形態】
【００１０】
以下、図面を用いて実施例を説明する。
【００１１】
まず、本発明の実施例に共通する回転電機の構成について述べる。図９は、永久磁石回転電機の軸方向（回転子の回転軸に平行な方向）に沿った断面図である。永久磁石回転電機は、固定子１と、その径方向内側に対向する回転子２から構成され、両者の間にはエアギャップが存在する。固定子１は、ハウジング１１０に固定され、集中巻の固定子巻線１３を備えている。回転子２は、複数の電磁鋼板が積層された回転子コア２１を有し、回転子コア２１の径方向内側には非磁性体２３が配置され、さらにその内側にはシャフト１２０が配置される。シャフト１２０はハウジング１１０又はフランジ１３０に固定されたベアリング１４０に回転可能に支持される。
【実施例１】
【００１２】
以下、本発明の第１の実施例について図１から図２を用いて説明する。本実施例では、固定子ティース３本に対して回転子磁極が２極の組み合わせの例として、固定子ティースが１２本、回転子磁極が８極の場合について述べる。
【００１３】
図１は、本発明の第１の実施例に係る永久磁石回転電機の軸方向に垂直な面に沿った１／４断面図である。永久磁石回転電機は、固定子１と、その径方向内側に対向する回転子２から構成され、両者の間にはエアギャップが存在する。固定子１は、複数の電磁鋼板が積層された固定子コア１１で構成され、固定子コア１１には複数の固定子ティース１２があり、各ティースには固定子巻線１３が集中巻に巻回されている。回転子２は、複数の電磁鋼板が積層された回転子コア２１と、断面形状が周方向よりも径方向に長い永久磁石２２とが、周方向に向かって交互に配置され、回転子コア２１ならびに永久磁石２２の径方向内側で両者と接する部材は非磁性体２３で構成され、さらにその内側にはシャフト（図示せず）が配置される。
【００１４】
永久磁石２２は径方向に二分割されており、相対的に残留磁束密度が高く保磁力の低い内側永久磁石２２１と、相対的に残留磁束密度が低く保磁力の高い外側永久磁石２２２とからなる。例えば、内側永久磁石２２１と外側永久磁石２２２は同じフェライト磁石であるが、異なる特性を持つものを前述のように配置する。また、径方向に隣接する内側永久磁石と外側永久磁石は周方向に同じ向きに着磁され、周方向に隣り合う永久磁石の磁化方向は、互いに対向するように交互に着磁されている。
【００１５】
一方図２には、従来例として永久磁石を分割しない場合の図を示す。図１と異なる点は、永久磁石２２が永久磁石２２ａに変わり、それに伴って回転子２が回転子２ａとなっている点である。また図２には、永久磁石２２ａに、残留磁束密度が高く保磁力の低い材料を用いた場合に、永久磁石に逆磁界が加わったときに不可逆減磁しやすい箇所３０をハッチングで示した。高トルクを得るためには残留磁束密度が高い永久磁石を用いることが望ましいが、残留磁束密度の高い永久磁石は一般的に保磁力が小さい。そのため、図２に示すように、永久磁石のうち、固定子に対向する部分が不可逆減磁を生じやすい。また、保磁力の高い永久磁石を用いると、不可逆減磁は回避できるが、残留磁束密度が低いために、トルクが低下する。
【００１６】
そこで、図１に示すように、永久磁石を径方向に二分割し、残留磁束密度が高く保磁力の低い永久磁石を内側に配置し、残留磁束密度が低く保磁力の高い永久磁石を外側に配置することで、トルクの低下を抑えつつ、不可逆減磁を生じにくくすることができる。
【実施例２】
【００１７】
以下、本発明の第２の実施例について図３を用いて説明する。
【００１８】
図３は、本発明の実施例２の永久磁石回転電機の１／４断面図である。図１と異なる点は、永久磁石２２が永久磁石２２ｂに変わり、内側永久磁石２２１ｂの内周側角部および外側永久磁石２２２ｂの外周側角部がカットされている点である。その他は、図１と同様である。
【００１９】
内側永久磁石２２１ｂの内周側角部および外側永久磁石２２２ｂの外周側角部をカットしたことにより、図２にハッチングで示した不可逆減磁しやすい箇所３０のうち、内側永久磁石の内周側角部および外側永久磁石の外周側角部がなくなり、不可逆減磁を抑制する効果が得られる。
【実施例３】
【００２０】
以下、本発明の第３の実施例について図４を用いて説明する。
【００２１】
図４は、本発明の実施例３の永久磁石回転電機の１／４断面図である。図１と異なる点は、回転子コア２１が回転子コア２１ｃに変わり、回転子コア２１ｃの内周側に内周側凸部２４が形成されている点である。それに伴い、回転子２が回転子２ｃに変わっている。その他は、図１と同様である。
【００２２】
内周側凸部２４の形成によって、その周辺部の磁束が非磁性体２３の方へ誘導されることにより、図２にハッチングで示した不可逆減磁しやすい箇所３０のうち、内周側角部の不可逆減磁が緩和される効果が得られる。さらに内周側凸部２４の周方向長さのうち、内周側を長くすることで、回転子コア２１ｃが非磁性体２３と嵌合し、回転子が高速回転した際の遠心力に対して回転子コアを強固に固定できる。
【実施例４】
【００２３】
以下、本発明の第４の実施例について図５を用いて説明する。
【００２４】
図５は、本発明の実施例４の永久磁石回転電機の１／４断面図である。図４と異なる点は、永久磁石２２が永久磁石２２ｄに変わり、内側永久磁石２２１ｄおよび外側永久磁石２２２ｄが、いずれも外周側の周方向長さが内周側の周方向長さよりも短くなり、回転子コア２１ｄの永久磁石２２ｄと接する面が永久磁石２２ｄと嵌合するように形成されている点である。それに伴い、回転子２ｃが回転子２ｄに変わっている。その他は、図４と同様である。
【００２５】
内周側凸部２４の周方向長さのうち、内周側を長くすることで、回転子コア２１ｄが非磁性体２３と嵌合している。さらに永久磁石の外周側の周方向長さを内周側の周方向長さよりも短くして回転子コアと嵌合させている。その結果、回転子が高速回転して回転子コア２１ｄと永久磁石２２ｄに遠心力がかかっても、回転子が分離しない効果が得られる。
【実施例５】
【００２６】
以下、本発明の第５の実施例について図６を用いて説明する。
【００２７】
図６は、本発明の実施例５の永久磁石回転電機の１／４断面図である。図１と異なる点は、永久磁石２２が永久磁石２２ｅに変わり、内側永久磁石２２１ｅと外側永久磁石２２２ｅの間に空隙２６が設けられている点である。また、外側永久磁石２２２ｅの周方向長さが内側永久磁石２２１ｅの周方向長さよりも短くなっており、回転子コア２１ｅの外側永久磁石２２２ｅと接する部分が周方向に延長され、周方向凸部２５を形成している。それらに伴い、回転子２が回転子２ｅに変わっている。その他は、図１と同様である。
【００２８】
本実施例では、例えば、内側永久磁石２２１ｅにフェライト磁石を用い、外側永久磁石２２２ｅにはネオジム磁石あるいはサマリウム・コバルト磁石を用いる。また、径方向に隣接する内側永久磁石と外側永久磁石は周方向に同じ向きに着磁され、周方向に隣り合う永久磁石の磁化方向は、互いに対向するように交互に着磁されている。
【００２９】
不可逆減磁しやすい部分に、保磁力の高いネオジム磁石あるいはサマリウム・コバルト磁石を配置することで、不可逆減磁を回避できる。また、ネオジム磁石とサマリウム・コバルト磁石はフェライト磁石よりも残留磁束密度が２〜３倍程度高いため、トルクの向上も実現できる。
【００３０】
ただし、内側永久磁石と外側永久磁石を近接させると、外側永久磁石の高い残留磁束密度の影響で、内側永久磁石が不可逆減磁を起こす恐れがある。したがって、内側永久磁石と外側永久磁石との間に空隙２６を設けることで、それを回避することができる。
【００３１】
また、フェライト磁石と比べてネオジム磁石やサマリウム・コバルト磁石は、最大エネルギー積が一桁高く、残留磁束密度と保磁力が共に高いため、外側永久磁石の周方向長さを短くすることができる。
【００３２】
以上のように、内側永久磁石にフェライト磁石を用い、外側永久磁石にはネオジム磁石あるいはサマリウム・コバルト磁石を用いることにより、不可逆減磁を回避し、さらにトルクを向上する効果が得られる。
【実施例６】
【００３３】
以下、本発明の第６の実施例について図７を用いて説明する。
【００３４】
図７は、本発明の実施例６の永久磁石回転電機の１／４断面図である。図６と異なる点は、回転子コア２１ｅが回転子コア２１ｆに変わり、隣り合う回転子コアをつなぐ腕部２７が設けられた点である。それに伴い、回転子２ｅが回転子２ｆに変わっている。その他は、図６と同様である。
【００３５】
隣り合う回転子コアをつなぐことで、回転子コアが分離することなく回転子を構成することができる。さらに、回転子が高速回転して回転子コア２１ｆと内側永久磁石２２１ｅに遠心力がかかっても、回転子が分離しない。
【実施例７】
【００３６】
以下、本発明の第７の実施例について図８を用いて説明する。
【００３７】
図８は、本発明の実施例７の永久磁石回転電機の１／４断面図である。図１と異なる点は、回転子コア２１および永久磁石２２の外周側にカバー２８が設けられている点である。カバーの材質の例として、厚さが薄く強度の高いステンレス管を用いる。それに伴って回転子２が回転子２ｇに変わっている。その他は、図１と同様である。
【００３８】
回転子コア２１および永久磁石２２の外周側にカバー２８を設けたことにより、回転子コアが分離することなく回転子を構成することができる。さらに、回転子が高速回転して回転子コア２１と永久磁石２２に遠心力がかかっても、回転子が分離しない効果が得られる。さらに、永久磁石の割れ、欠けが生じた場合に、その破片を回転子の外部に出さない効果が得られる。
【実施例８】
【００３９】
なお、これまでの説明では、固定子ティース１２本に対して回転子磁極が８極の例を用いて説明したが、固定子ティース３本に対して回転子磁極が２極の組み合わせであれば、固定子ティース９本に対して回転子磁極６極や、固定子ティース６本に対して回転子磁極４極などに関しても、同様に実現可能である。さらに、固定子ティース１２本に対して回転子磁極１０極あるいは１４極の例や、固定子ティース９本に対して回転子磁極８極あるいは１０極など、他の組み合わせに関しても同様に実現可能である。
【００４０】
また、これまでの説明では、固定子が外側に、回転子が内側に配置された例を説明したが、固定子が内側に、回転子が外側に配置された場合も、同様に実現可能である。
【００４１】
また、これまでの説明では、回転軸の外周方向にエアギャップを持つラジアルギャップ型の例を説明したが、回転軸の軸方向にエアギャップを持つアキシャルギャップ型や、直線駆動するリニア型などに関しても、同様に実現可能である。
【符号の説明】
【００４２】
１  固定子、２、２ａ、２ｂ、２ｃ、２ｄ、２ｅ、２ｆ、２ｇ  回転子、
９  固定子ティース
１１  固定子コア
１２  固定子ティース
１３  固定子巻線
２１、２１ｃ、２１ｄ、２１ｅ、２１ｆ  回転子コア
２２、２２ａ、２２ｂ、２２ｄ、２２ｅ  永久磁石
２３  非磁性体
２４  内周側凸部
２５  周方向凸部
２６  空隙
２７  腕部
２８  カバー
３０  不可逆減磁しやすい箇所
１１０  ハウジング
１２０  シャフト
１３０  フランジ
１４０  ベアリング
２２１、２２１ｂ、２２１ｄ、２２１ｅ  内側永久磁石
２２２、２２２ｂ、２２２ｄ、２２２ｅ  外側永久磁石
【図１】
2014220879.tif 000003
【図２】
2014220879.tif 000004
【図３】
2014220879.tif 000005
【図４】
2014220879.tif 000006
【図５】
2014220879.tif 000007
【図６】
2014220879.tif 000008
【図７】
2014220879.tif 000009
【図８】
2014220879.tif 000010
【図９】
2014220879.tif 000011