(57)【要約】【課題】トルクを減少させることなく高速運転範囲を拡大できる永久磁石同期機及びこれを用いたプレス機械または射出成形機を提供すること。【解決手段】上記課題を解決するために、本発明は回転子鉄心の径方向表面に少なくとも１つ以上の永久磁石を有し、該永久磁石が界磁極を構成する回転子を備えた永久磁石同期電動機において、前記回転子の互いに隣接してかつ磁極の異なる永久磁石間の鉄心部に、非磁性体で構成される複数のスリットを設けたことを特徴とするものである。【効果】本発明によれば、トルクを減少させることなく高速運転範囲を拡大することが実現できる。【選択図】  図１
2011211819.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
回転子鉄心の径方向表面に少なくとも１つ以上の永久磁石を有し、
該永久磁石が界磁極を構成する回転子を備えた永久磁石同期電動機において、
前記回転子の互いに隣接してかつ磁極の異なる永久磁石間の鉄心部に、非磁性体で構成される複数のスリットを設けたことを特徴とする永久磁石同期電動機。
【請求項２】
請求項１の永久磁石同期電動機において、
前記スリットは前記互いに隣接してかつ磁極の異なる永久磁石間を直線または円弧で結ぶ形状とし、かつ、前記永久磁石の厚みＴｐが前記回転子のコアの径方向厚みＴｃに対し、Ｔｐ＜Ｔｃとなるように構成することを特徴とする永久磁石同期電動機。
【請求項３】
請求項１または請求項２の永久磁石同期電動機において、
希土類を主成分とする永久磁石で前記永久磁石を構成することを特徴とする永久磁石同期電動機。
【請求項４】
請求項１から請求項３のうちの１つの永久磁石同期電動機において、
前記永久磁石の磁極中心付近に位置するスリットの幅を、前記永久磁石の磁極端部付近に位置するスリットの幅よりも大きくすることを特徴とする永久磁石同期電動機。
【請求項５】
請求項１から請求項３のうちの１つの永久磁石同期電動機において、
前記永久磁石の磁極中心付近に位置する隣り合うスリットの間の距離を、前記永久磁石の磁極端部付近に位置する隣り合うスリットの間の距離よりも小さくすることを特徴とする永久磁石同期電動機。
【請求項６】
請求項１から請求項５のうちの１つの永久磁石同期電動機において、
前記永久磁石の径方向表面すなわち内周側と外周側のうち、前記回転子鉄心の径方向表面と接する側の面の周方向幅であって、磁極１極を構成する少なくとも１つ以上の前記永久磁石の周方向幅の合計値Ｗpmと、前記直線状または円弧状に伸びるスリットにおいてスリットの伸び方向に対して垂直となる方向の幅の磁極１極あたりの合計値Ｗslとの比が、０.０４５＜Ｗsl／Ｗpm＜０.４２５となるように構成したことを特徴とする永久磁石同期電動機。
【請求項７】
電源装置と電動機回転制御部とを備え、スライド駆動機構を介して電動機の回転運動をスライドの昇降運動に変換してプレス成形を行うプレス機械において、
前記電動機の回転子鉄心は径方向表面に少なくとも１つ以上の永久磁石を有し、
該永久磁石が界磁極を構成する回転子であって、
前記回転子の互いに隣接してかつ磁極の異なる永久磁石間の鉄心部に、非磁性体で構成される複数のスリットを設けた構成とする永久磁石同期電動機を備えたことを特徴とするプレス機械。
【請求項８】
請求項７のプレス機械において、
前記スリットは前記互いに隣接してかつ磁極の異なる永久磁石間を直線または円弧で結ぶ形状とし、かつ、前記スリットの直線部分の長さまたは円弧部分の周長が、前記永久磁石の径方向厚さの最大値よりも大きくなることを特徴とするプレス機械。
【請求項９】
請求項７または請求項８のプレス機械において、
希土類を主成分とする永久磁石で前記永久磁石を構成することを特徴とするプレス機械。
【請求項１０】
請求項７から請求項９のうちの１つのプレス機械において、
前記永久磁石の磁極中心付近に位置するスリットの幅を、前記永久磁石の磁極端部付近に位置するスリットの幅よりも大きくすることを特徴とするプレス機械。
【請求項１１】
請求項７から請求項９のうちの１つのプレス機械において、
前記永久磁石の磁極中心付近に位置する隣り合うスリットの間の距離を、前記永久磁石の磁極端部付近に位置する隣り合うスリットの間の距離よりも小さくすることを特徴とするプレス機械。
【請求項１２】
請求項７から請求項１１のうちの１つのプレス機械において、
前記永久磁石の径方向表面すなわち内周側と外周側のうち、前記回転子鉄心の径方向表面と接する側の面の周方向幅であって、磁極１極を構成する少なくとも１つ以上の前記永久磁石の周方向幅の合計値Ｗpmと、前記直線状または円弧状に伸びるスリットにおいてスリットの伸び方向に対して垂直となる方向の幅の磁極１極あたりの合計値Ｗslとの比が、０.０４５＜Ｗsl／Ｗpm＜０.４２５となるように構成したことを特徴とするプレス機械。
【請求項１３】
電源装置と電動機回転制御部とを備え、スライド駆動機構を介して電動機の回転運動をスライドの並行運動に変換してプレス成形を行う射出成形機において、
前記電動機の回転子鉄心は径方向表面に少なくとも１つ以上の永久磁石を有し、
該永久磁石が界磁極を構成する回転子であって、
前記回転子の互いに隣接してかつ磁極の異なる永久磁石間の鉄心部に、非磁性体で構成される複数のスリットを設けた構成とする永久磁石同期電動機を備えたことを特徴とする射出成形機。
【請求項１４】
請求項１３の射出成形機において、
前記スリットは前記互いに隣接してかつ磁極の異なる永久磁石間を直線または円弧で結ぶ形状とし、かつ、前記スリットの直線部分の長さまたは円弧部分の周長が、前記永久磁石の径方向厚さの最大値よりも大きくなることを特徴とする射出成形機。
【請求項１５】
請求項１３または請求項１４の射出成形機において、
希土類を主成分とする永久磁石で前記永久磁石を構成することを特徴とする射出成形機。
【請求項１６】
請求項１３から請求項１５のうちの１つの射出成形機において、
前記永久磁石の磁極中心付近に位置するスリットの幅を、前記永久磁石の磁極端部付近に位置するスリットの幅よりも大きくすることを特徴とする射出成形機。
【請求項１７】
請求項１３から請求項１５のうちの１つの射出成形機において、
前記永久磁石の磁極中心付近に位置する隣り合うスリットの間の距離を、前記永久磁石の磁極端部付近に位置する隣り合うスリットの間の距離よりも小さくすることを特徴とする射出成形機。
【請求項１８】
請求項１３から請求項１７のうちの１つの射出成形機において、
前記永久磁石の径方向表面すなわち内周側と外周側のうち、前記回転子鉄心の径方向表面と接する側の面の周方向幅であって、磁極１極を構成する少なくとも１つ以上の前記永久磁石の周方向幅の合計値Ｗpmと、前記直線状または円弧状に伸びるスリットにおいてスリットの伸び方向に対して垂直となる方向の幅の磁極１極あたりの合計値Ｗslとの比が、０.０４５＜Ｗsl／Ｗpm＜０.４２５となるように構成したことを特徴とする射出成形機。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は永久磁石同期機、及びこれを用いたプレス機または射出成形機に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
永久磁石同期電動機を高速回転させる場合、回転数に比例してインダクタンスの電圧降下が大きくなるため、入力電圧不足とならないように回転数の上限値を設定している。高速回転域の拡大を目的として、〔特許文献１〕の図４に示されるように、回転子に埋設された永久磁石外側の外周鉄心部および永久磁石内側の鉄心部にスリットを設けることでインダクタンスを低減する技術がある。
【０００３】
しかし、この従来技術に示される構成では永久磁石の径方向長さが回転子鉄心の半径方向長さよりも大きく、磁気抵抗が極めて大きい。このような肉厚の永久磁石を用いた構成は、フェライト磁石の減磁耐力向上策として見受けられる。当該構成においては、電機子磁束のほとんどが回転子の外周鉄心部を流れるので、外周鉄心部に設けたスリットはインダクタンス低減に寄与するものの、鉄心部分に設けたスリットの効果は小さい。〔特許文献１〕において、定量的な効果が明示されていない理由もこのため、と考えられる。一方で、鉄心部分にスリットを設けることで、磁性体で構成される磁路が減少するため、磁気飽和が起こりやすくなる。これによって、永久磁石の発生磁束が減少し、トルクが減少するといった問題がある。〔特許文献１〕ではこの問題に関しても触れられていないが、これは、フェライト磁石を用いた場合、永久磁石の残留磁束密度が０.５Ｔ程度であることから、鉄心部分に多少のスリットを設けても顕著な磁気飽和は発生しないため、と考えられる。
【０００４】
これに対し、ネオジム磁石をはじめとする希土類磁石では残留磁束密度が１Ｔ以上となり、回転子にスリットを設けることで磁気飽和を招きやすい。とりわけ、表面形の永久磁石同期機においては、その構成上、突極比が１に近くなり、リラクタンストルクを十分に活用できないケースが多く、永久磁石によるトルクを如何に有効に発生させるかが重要となる。このため、回転子にスリットを設ける手法は、永久磁石磁束の低下、およびトルクの減少を招くとの考えから、一般的ではなかった。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００５】
【特許文献１】特開２００２−８４６９０号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
上述したように、永久磁石同期電動機において高速回転域の拡大を図るためには、インダクタンスを低減する方法が有効であるが、希土類磁石を用いた場合には、インダクタンス低減を目的として回転子にスリットを設けることで、磁気飽和が起こりやすくなり、これによって永久磁石の発生磁束の低下、ならびにトルクの低下を招いてしまう、というジレンマがあった。
【０００７】
本発明の目的は、トルクを減少させることなく高速運転範囲を拡大できる永久磁石同期機及びこれを用いたプレス機械または射出成形機を提供することである。
【課題を解決するための手段】
【０００８】
上記課題を解決するために、本発明は回転子鉄心の径方向表面に少なくとも１つ以上の永久磁石を有し、該永久磁石が界磁極を構成する回転子を備えた永久磁石同期電動機において、前記回転子の互いに隣接してかつ磁極の異なる永久磁石間の鉄心部に、非磁性体で構成される複数のスリットを設けたことを特徴とするものである。
【０００９】
更に、本発明は永久磁石同期電動機において、
前記スリットは前記互いに隣接してかつ磁極の異なる永久磁石間を直線または円弧で結ぶ形状とし、かつ、前記スリットの直線部分の長さまたは円弧部分の周長が、前記永久磁石の径方向厚さの最大値よりも大きくなることを特徴とするものである。
【００１０】
更に、本発明は永久磁石同期電動機において、
希土類を主成分とする永久磁石で前記永久磁石を構成することを特徴とするものである。
【００１１】
更に、本発明は永久磁石同期電動機において、
前記永久磁石の磁極中心付近に位置するスリットの幅を、前記永久磁石の磁極端部付近に位置するスリットの幅よりも大きくすることを特徴とするものである。
【００１２】
更に、本発明は永久磁石同期電動機において、
前記永久磁石の磁極中心付近に位置する隣り合うスリットの間の距離を、前記永久磁石の磁極端部付近に位置する隣り合うスリットの間の距離よりも小さくすることを特徴とするものである。
【００１３】
更に、本発明は永久磁石同期電動機において、
前記永久磁石の径方向表面すなわち内周側と外周側のうち、前記回転子鉄心の径方向表面と接する側の面の周方向幅であって、磁極１極を構成する少なくとも１つ以上の前記永久磁石の周方向幅の合計値Ｗpmと、前記直線状または円弧状に伸びるスリットにおいてスリットの伸び方向に対して垂直となる方向の幅の磁極１極あたりの合計値Ｗslとの比が、０.０４５＜Ｗsl／Ｗpm＜０.４２５となるように構成したことを特徴とするものである。
【００１４】
また、上記課題を解決するために、本発明は電源装置と電動機回転制御部とを備え、スライド駆動機構を介して電動機の回転運動をスライドの昇降運動に変換してプレス成形を行うプレス機械において、前記電動機の回転子鉄心は径方向表面に少なくとも１つ以上の永久磁石を有し、該永久磁石が界磁極を構成する回転子であって、
前記回転子の互いに隣接してかつ磁極の異なる永久磁石間の鉄心部に、非磁性体で構成される複数のスリットを設けた構成とする永久磁石同期電動機を備えたことを特徴とするものである。
【００１５】
更に、本発明はプレス機械において、
前記スリットは前記互いに隣接してかつ磁極の異なる永久磁石間を直線または円弧で結ぶ形状とし、かつ、前記スリットの直線部分の長さまたは円弧部分の周長が、前記永久磁石の径方向厚さの最大値よりも大きくなることを特徴とするものである。
【００１６】
更に、本発明はプレス機械において、
希土類を主成分とする永久磁石で前記永久磁石を構成することを特徴とするものである。
【００１７】
更に、本発明はプレス機械において、
前記永久磁石の磁極中心付近に位置するスリットの幅を、前記永久磁石の磁極端部付近に位置するスリットの幅よりも大きくすることを特徴とするものである。
【００１８】
更に、本発明はプレス機械において、
前記永久磁石の磁極中心付近に位置する隣り合うスリットの間の距離を、前記永久磁石の磁極端部付近に位置する隣り合うスリットの間の距離よりも小さくすることを特徴とするものである。
【００１９】
更に、本発明はプレス機械において、
前記永久磁石の径方向表面すなわち内周側と外周側のうち、前記回転子鉄心の径方向表面と接する側の面の周方向幅であって、磁極１極を構成する少なくとも１つ以上の前記永久磁石の周方向幅の合計値Ｗpmと、前記直線状または円弧状に伸びるスリットにおいてスリットの伸び方向に対して垂直となる方向の幅の磁極１極あたりの合計値Ｗslとの比が、０.０４５＜Ｗsl／Ｗpm＜０.４２５となるように構成したことを特徴とするものである。
【００２０】
また、上記課題を解決するために、本発明は電源装置と電動機回転制御部とを備え、スライド駆動機構を介して電動機の回転運動をスライドの並行運動に変換してプレス成形を行う射出成形機において、前記電動機の回転子鉄心は径方向表面に少なくとも１つ以上の永久磁石を有し、該永久磁石が界磁極を構成する回転子であって、前記回転子の互いに隣接してかつ磁極の異なる永久磁石間の鉄心部に、非磁性体で構成される複数のスリットを設けた構成とする永久磁石同期電動機を備えたことを特徴とするものである。
【００２１】
更に、本発明は射出成形機において、
前記スリットは前記互いに隣接してかつ磁極の異なる永久磁石間を直線または円弧で結ぶ形状とし、かつ、前記スリットの直線部分の長さまたは円弧部分の周長が、前記永久磁石の径方向厚さの最大値よりも大きくなることを特徴とするものである。
【００２２】
更に、本発明は射出成形機において、
希土類を主成分とする永久磁石で前記永久磁石を構成することを特徴とするものである。
【００２３】
更に、本発明は射出成形機において、
前記永久磁石の磁極中心付近に位置するスリットの幅を、前記永久磁石の磁極端部付近に位置するスリットの幅よりも大きくすることを特徴とするものである。
【００２４】
更に、本発明は射出成形機において、
前記永久磁石の磁極中心付近に位置する隣り合うスリットの間の距離を、前記永久磁石の磁極端部付近に位置する隣り合うスリットの間の距離よりも小さくすることを特徴とするものである。
【００２５】
更に、本発明は射出成形機において、
前記永久磁石の径方向表面すなわち内周側と外周側のうち、前記回転子鉄心の径方向表面と接する側の面の周方向幅であって、磁極１極を構成する少なくとも１つ以上の前記永久磁石の周方向幅の合計値Ｗpmと、前記直線状または円弧状に伸びるスリットにおいてスリットの伸び方向に対して垂直となる方向の幅の磁極１極あたりの合計値Ｗslとの比が、０.０４５＜Ｗsl／Ｗpm＜０.４２５となるように構成したことを特徴とするものである。
【発明の効果】
【００２６】
本発明の永久磁石同期機及びこれを用いたプレス機械または射出成形機によれば、トルクを減少させることなく高速運転範囲を拡大することが実現できる。
【図面の簡単な説明】
【００２７】
【図１】本発明の第１の実施例による永久磁石同期電動機の回転子の径方向断面図。
【図２】本発明の第１の実施例による永久磁石同期電動機の径方向断面における磁束線の模式図。
【図３】本発明の効果の説明図。
【図４】本発明の効果の説明図。
【図５】図１に示す永久磁石幅と回転子鉄心に設けたスリット幅を説明するための回転子の径方向断面図。
【図６】本発明の第１の実施例によるスリット幅と無負荷誘導起電力，トルク、およびインダクタンスの関係図。
【図７】本発明の第１の実施例に係る他の永久磁石同期電動機の回転子の径方向断面図。
【図８】本発明の第１の実施例に係る他の永久磁石同期電動機の回転子の径方向断面図。
【図９】本発明の第１の実施例に係る他の永久磁石同期電動機の回転子の径方向断面図。
【図１０】本発明の第１の実施例に係る他の永久磁石同期電動機の回転子のスリット幅を説明するためのスリット形状。
【図１１】本発明の第２の実施例による永久磁石同期電動機の回転子の径方向断面図。
【発明を実施するための形態】
【００２８】
以下、本発明の一実施例について図面を参照して説明する。
【実施例１】
【００２９】
図１は、本発明の第１の実施例による永久磁石同期電動機の回転子の径方向断面図である。また、図２は、本発明の第１の実施例による永久磁石同期電動機の径方向断面における磁束線の模式図を、図５は、図１に示す永久磁石幅と回転子鉄心に設けたスリット幅を説明するための回転子の径方向断面図を、図４は、本実施例によるスリット幅と無負荷誘導起電力Ｅ０，トルクＭｐ、およびｑ軸インダクタンスＬｑの関係図を示す。
【００３０】
図１において、回転子１は積層鋼板によって構成されており、シャフト孔４に挿入される出力軸を介して外部に動力を伝達する。回転子鉄心５の径方向表面には永久磁石２が４極となるよう配置されている。回転子鉄心５に非磁性体で構成されるスリット６を設けることで、インダクタンスの低減を図れる。
【００３１】
スリット６は、図１に示すように磁極間を結ぶ連続的な円弧となるようにしても良いし、丸穴や方形穴を連ねることで構成しても良い。また、スリット６にエポキシ等の樹脂を埋め込む構成としても良く、この場合は、磁気的な特性に影響を与えることなく、強度を高めることができる。
【００３２】
回転子鉄心５の径方向断面形状は、図１に示すような円形でも良いし、極数に対応した多角形でも良い。また、永久磁石の磁極間の空隙７を埋める形で、回転子鉄心５の外周部に凸部を設けても良い。また、磁極間の空隙７を掘り下げる形で、回転子鉄心５の外周部に凹部を設けても良い。前記凸部を設ける場合には、永久磁石の周方向応力に対する固定強度が向上するほか、リラクタンストルクの活用も可能となるが、インダクタンスが増加するため、トルクを減少させることなく高速運転範囲を拡大することは困難となる。一方で、前記凹部を設ける場合には、インダクタンスが減少するため、トルクを減少させることなく高速運転範囲を拡大できる。
【００３３】
なお、永久磁石２は希土類を主成分とする焼結磁石であり、図１では１極あたり一枚の永久磁石で構成しているが、複数枚に分割した永久磁石を軸方向または周方向に配置してもよい。また、焼結磁石の他にボンド磁石で形成することも可能である。また、図１の永久磁石２は径方向断面形状がアーク形となっているが、方形状でも良いし、磁極中央部に厚みをもたせたカマボコ状でも良い。
【００３４】
また、上述した構成を有する回転子が外転形の構造でもよく、その場合は、回転子鉄心５の径方向断面形状は円環状となり、回転子鉄心５の内周側表面に永久磁石２が配置される。
【００３５】
ここで、希土類磁石を用いた永久磁石同期電動機の従来技術では、スリットを設けることでインダクタンスは低減できるものの、磁路が減少するため永久磁石の発生磁束が低下し、その結果、トルクまでもが低下してしまうと考えられていた。これに対し、本発明では、スリット６を設けることで、トルクを低下させること無く、インダクタンスの低減が可能であることを説明する。図２を用いてこの論拠を説明する。
【００３６】
図２は、本発明の第１の実施例による永久磁石同期電動機の径方向断面における磁束線の模式図である。固定子１００はティース部１１０を有し、内周側の空隙を介して、永久磁石２で構成される回転子１がある。永久磁石２が発生する磁束３１は、実線で示すように、回転子を透過するときはｄ軸と並行になり、固定子の鉄心を透過するときは円弧状の軌跡となる。電機子磁束３２は、点線で示すように、回転子を透過するときはｑ軸と並行となり、固定子の鉄心を透過するときは円弧状の軌跡となる。永久磁石同期電動機を駆動する場合、固定子鉄心部１０１とティース部１０２において、永久磁石磁束３１と電機子磁束３２とが重畳するため、当該部分の磁気飽和が顕著となる。このため、電機子電流の増加に伴い、本来は電流に比例するはずのトルク（磁石トルク）が増加しにくくなる、という問題がある。この問題の解決には、ｑ軸インダクタンスを低減し、電機子磁束３２を低減することで、固定子鉄心部１０１とティース部１０２における磁気飽和を緩和する方法が有効である。
【００３７】
すなわち、図１に示すようなスリット６を設けることで、従来考えられてきたデメリット（永久磁石磁束の低下）は確かに発生するが、それをカバーするだけのメリット（磁気飽和の緩和）があることに、本発明は着目している。
【００３８】
なお、フェライト磁石を用いた永久磁石同期電動機においては、先述したように永久磁石の残留磁束密度が０.５Ｔ程度であることから、永久磁石磁束３１と電機子磁束３２とが重畳した場合でも、磁気飽和は発生しにくい。したがって、スリット６を設けても、永久磁石磁束の低下を招くだけとなり、結果としてトルクが低下してしまう。ただし、小形化等により出力密度の向上を図る場合には、フェライト磁石を用いた永久磁石同期電動機においても機内の磁束密度の増加が避けられず、磁気飽和が顕在化する可能性は十分にある。そのような場合において、本発明は有効である。
【００３９】
上記の効果を得るためには、永久磁石２の厚みＴｐが前記回転子コア３の径方向厚みＴｃに対し、Ｔｐ＜Ｔｃとなるように構成することが望ましい。図３を用いてその論拠を説明する。
【００４０】
図３に示すような４極機において、磁極１極当りを透過する電機子磁束を考える。ここで、図３は図１に示す回転子とほぼ同等の構成であるが、回転子コアにスリットが施されていない点が異なる。永久磁石が発生する磁束の透過方向を一般にｄ軸と呼び、これに対し電気角で９０°（４極機では機械角で４５°）進み位置にある軸をｑ軸と呼ぶ。
【００４１】
簡単のため、電機子磁束が図のａ点からｂ点に透過する場合を考える。電機子磁束は経路１および２を経てｂ点に透過するが、回転子コアの径方向厚みＴｃに対して、永久磁石の厚みＴｐが大きくなるほど、経路２を透過する磁束が減少することを以下にて説明する。
【００４２】
まず、経路１の磁気抵抗Ｒ１は式（１）で表される。
【００４３】
【数１】
2011211819.tif 000003
【００４４】
ここで、μFe：鉄の比透磁率、μ0：真空の透磁率、ｌFe：回転子コアの軸長
同様に経路２の磁気抵抗Ｒ２は式（２）で表される。ただし経路２では、簡単のため永久磁石部分の経路長さをＴｐ、回転子コア部分の経路長さをＴｃ＋Ｗとする。また、永久磁石の比透磁率は１とした。
【００４５】
【数２】
2011211819.tif 000004
【００４６】
ａ点からｂ点に至る起磁力消費をΔＦとすると、経路１を透過する磁束Φ１、および経路２を透過する磁束Φ２はそれぞれ式（３），式（４）で表される。
【００４７】
【数３】
2011211819.tif 000005
【００４８】
【数４】
2011211819.tif 000006
【００４９】
ここで、μFeは磁気飽和が顕著になるほど減少するが、経路１のコアが磁気飽和状態にある、すなわち磁束密度が１.６Ｔ程度であると仮定しても、μFeは４００〜８００程度で依然大きい。また、ＴｐＴｃと比較して、Ｔｃ2、Ｗ2は１０倍程度のオーダーの値である。したがって、分母の第２項，第３項は無視することができるので、式（５）は以下のように近似できる。
【００５０】
【数５】
2011211819.tif 000007
【００５１】
式（３），式（５）から明らかなように、Φ１は磁石厚みＴｐに比例し、Φ２はＴｐに反比例する。式（３）のグラフと式（５）のグラフが交差するときのＴｐの値は式（６）にて表される。
【００５２】
【数６】
2011211819.tif 000008
【００５３】
したがって、Φ１，Φ２は図４のように示され、磁束Φ２はＴｐ＞Ｔｃの範囲において僅少となることがわかる。すなわち、Ｔｐ＜Ｔｃとなるように構成することで、バックヨークに設けたスリットの効果が大きくなる。
【００５４】
本発明によれば、トルクの低下を招くことなく、インダクタンスを低減でき、高速回転域を拡大できるほか、鉄損の低減が可能となり効率を向上できる。また、インダクタンスの低減により、電気的時定数（∝インダクタンス）が小さくなるので、過渡応答性が良くなる。また、電磁加振力を低減できるため、騒音・振動を低減することができる。また、電機子電流が増加した場合においても、電流とトルクがほぼ線形の関係となるので、制御応答性に優れ、サーボ機械等への適用が容易になる。また、回転子の質量が減少するため、イナーシャが小さくなる。この結果、急加減速への対応が容易となるほか、機械的時定数（∝イナーシャ）が小さくなり、モータを加速させる際のエネルギー投入を抑制することが可能となる。
【００５５】
図５および図６に、本発明による効果をより有効に得られる構成を示す。図５において、図１と同一構成要素には同一符号を付け、重複説明は避ける。
【００５６】
図５の構成が図１と異なる点は、磁極１極あたりに４本設けられたスリット６を、一本ずつ６ａ，６ｂ，６ｃ，６ｄと定義し、各スリットの伸び方向に対して垂直となる方向の幅をそれぞれＷsl１，Ｗsl２，Ｗsl３，Ｗsl４と定義している。また、回転子鉄心５の外周側表面と接する永久磁石内周面の周方向幅をＷpmと定義していることである。磁極１極あたりにおいて、スリット６ａ〜６ｄの幅の合計値がＷslで表されるとき、図５の構成に関しては以下の式（７）が成り立つ。
【００５７】
【数７】
2011211819.tif 000009
【００５８】
ここで、Ｗsl１〜Ｗsl４の値は同一であってもよいし、異なっていてもよい。また、スリットの本数は４本以下であってもよいし、４本以上であってもよく、Ｗslは磁極１極あたりスリット幅の合計値とする。
【００５９】
また、図５において、Ｗpmは永久磁石２の一枚分の周方向幅と一致しているが、磁極１極を構成する永久磁石が複数枚からなるときは、各永久磁石における面３の周方向幅の合計値をＷpmとする。
【００６０】
図６は、前述したＷslとＷpmとの比「Ｗsl／Ｗpm」を変化させた場合における、無負荷誘導起電力Ｅ０、出力トルクＭｐ、およびｑ軸インダクタンスＬｑの変化を表したものである。ただし、Ｗsl／Ｗpm＝０の場合はスリット６が全く設けられていない状態を表す。０＜Ｗsl／Ｗpmの場合において、無負荷誘導起電力Ｅ０の低下率と比較して、出力トルクＭｐの低下率は小さい。この結果から、スリット６を設けることで永久磁石磁束は低下するものの、磁気飽和が緩和され、結果としてトルクの低下をカバーしていることがわかる。Ｗsl／Ｗpm＝０.４２５で出力トルクＭｐおよびｑ軸インダクタンスＬｑがクニック点を迎えること、Ｗsl／Ｗpm＝０.０４５でｑ軸インダクタンスＬｑに関して５％の低減効果が得られることから、０.０４５＜Ｗsl／Ｗpm＜０.４２５となるように構成することで、本発明による効果を有効に得ることができる。
【００６１】
図７は、本発明の第１の実施例に係る他の永久磁石同期電動機の回転子の径方向断面図である。図７において、図と同一構成要素には同一符号を付け、重複説明は避ける。
【００６２】
図７の構成が図１と異なる点は、１極あたり４本設けたスリット６ａ〜６ｄのうち、磁極中央付近に位置するスリット６ｂ，６ｃの幅を、磁極端部付近に位置するスリット６ａ，６ｄより大きくしたことである。磁極中央付近を透過する磁束は、磁極の両端部に向かって二手に分かれ、当該磁極に隣接してかつ磁極の異なる永久磁石の磁極中央付近とを結ぶような磁路を形成する。このため、当該部分の磁気飽和は小さくなり、図７のように磁極中央付近のスリット幅を大きくしても、磁石磁束の低下を招きにくい。このような構成とすることで、インダクタンスの低減効果をより大きくすることができる。６極機や８極機、ならびにそれ以上の多極機においても、このような構成とすることで同様の効果を得ることができる。さらに、図６に示したように、０.０４５＜Ｗsl／Ｗpm＜０.４２５となるように構成することで、本発明による効果を有効に得ることができる。
【００６３】
図８は、本発明の第１の実施例に係る他の永久磁石同期電動機の回転子の径方向断面図である。図８において、図１と同一構成要素には同一符号を付け、重複説明は避ける。
【００６４】
図８の構成が図１と異なる点は、１極あたりに、スリットを６本設けていること、スリット６ａ〜６ｆのうち、磁極中央付近に位置する隣り合うスリット６ｅ，６ｂの間の距離または６ｆ，６ｃの間の距離を、磁極端部付近に位置する隣り合うスリット６ａ，６ｂの間の距離、または６ｃ，６ｄの間の距離よりも小さくしたことである。図７と同様に、このような構成とすることで、インダクタンスの低減効果をより大きくすることができる。６極機や８極機、ならびにそれ以上の多極機においても、このような構成とすることで同様の効果を得ることができる。さらに、図６に示したように、０.０４５＜Ｗsl／Ｗpm＜０.４２５となるように構成することで、本発明による効果を有効に得ることができる。
【００６５】
図９は、本発明の第１の実施例に係る他の永久磁石同期電動機の回転子の径方向断面図である。図９において、図１と同一構成要素には同一符号を付け、重複説明は避ける。
【００６６】
図９の構成が図１と異なる点は、１極あたり４本設けたスリット６ａ〜６ｄにおいて、いずれのスリットにおいても、スリット幅が不均一な構成となっていることである。例えばスリット６ａは、図１０に示すように多数の異なるスリット幅Ｗsl１（１），Ｗsl１（２），…，Ｗsl１（ｎ）を有するため、磁極間に伸びる方向を微小長さに分割した上で、以下の式（８）のような積分平均により当該スリットの幅Ｗsl１を定義する。
【００６７】
【数８】
2011211819.tif 000010
【００６８】
スリット６ｂの幅Ｗsl２，スリット６ｃの幅Ｗsl３，スリット６ｄの幅Ｗsl４に関しても同様に定義することで、スリット６ａ〜６ｄの幅の合計値Ｗslは式（７）と同様に表すことができる。このような構成においても、トルクの低下を招くことなく、インダクタンスを低減でき、高速回転域を拡大できるほか、鉄損の低減が可能となり効率を向上できる。また、６極機や８極機、ならびにそれ以上の多極機においても同様の効果を得ることができる。さらに、図６に示したように、０.０４５＜Ｗsl／Ｗpm＜０.４２５となるように構成することで、本発明による効果を有効に得ることができる。
【実施例２】
【００６９】
図１１は、本発明の第２の実施例による永久磁石同期電動機の回転子の径方向断面図である。図１１において、図１と同一構成要素には同一符号を付け、重複説明は避ける。
【００７０】
図１１の構成が図１と異なる点は、永久磁石２を８極となるよう配置していること、磁極１極あたりに４本設けられたスリット６を、一本ずつ６ａ，６ｂ，６ｃ，６ｄと定義し、各スリットの伸び方向に対して垂直となる方向の幅をそれぞれＷsl１，Ｗsl２，Ｗsl３，Ｗsl４と定義していること、また、回転子鉄心５の外周側表面と接する永久磁石内周面の周方向幅をＷpmと定義していることである。スリット６ａ〜６ｄの幅の合計値Ｗslは式（７）と同様に表すことができる。
【００７１】
以上のように、本発明は６極機や８極機、ならびにそれ以上の多極機に対しても、図１１のような構成とすることで、トルクの低下を招くことなく、インダクタンスを低減でき、高速回転域を拡大できるほか、鉄損の低減が可能となり効率を向上できる。また、インダクタンスの低減により、電気的時定数が小さくなるので、過渡応答性が良くなる。また、電磁加振力を低減できるため、騒音・振動を低減することができる。また、電機子電流が増加した場合においても、電流とトルクがほぼ線形の関係となるので、制御応答性に優れ、サーボ機械等への適用が容易になる。また、回転子の質量が減少するため、イナーシャが小さくなる。この結果、急加減速への対応が容易となるほか、機械的時定数が小さくなり、モータを加速させる際のエネルギー投入を抑制することが可能となる。
【００７２】
さらに、図６に示したように、０.０４５＜Ｗsl／Ｗpm＜０.４２５となるように構成することで、本発明による効果を有効に得ることができる。
【００７３】
以上、永久磁石同期電動機についての実施例を説明したが、本発明はその応用例として前述した永久磁石同期機を産業用の機器に適用することが可能である。例えば、前述した永久磁石同期機をプレス機械（図示せず）または射出成形機（図示せず）に適用することで、これらの機器のトルクを減少させることなく高速運転範囲を拡大することが実現できる。
【符号の説明】
【００７４】
１  回転子
２  永久磁石
３  回転子鉄心５の外周側表面と接する永久磁石内周面
４  シャフト
５  回転子鉄心
６  スリット
７  磁極間の空隙
３１  永久磁石の発生磁束
３２  電機子磁束
１００  固定子
１０１  固定子鉄心の磁気飽和部分
１０２  固定子ティースの磁気飽和部分
１１０  固定子ティース
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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【図８】
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【図９】
2011211819.tif 000019
【図１０】
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【図１１】
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