(57)【要約】【課題】多層フラックスバリア型リラクタンスモータにおいて、回転子内の端部つなぎ部に磁束の漏れが発生するために電動機の特性が低下してしまうが、つなぎの太さは回転子に発生する遠心力によって決まってきてしまうため、変えることができない。【解決手段】端部つなぎ部１６に隣接して端部永久磁石２０が配置され、中央部に中央つなぎ部２４が配置される第２スリット１４Ｂと、中央部に中央永久磁石１８を配置された第１スリット１４Ａとの２種類のスリットを交互に配置し、漏れ磁束が通過する距離を長くすることにより、磁気抵抗を大きくして漏れ磁束を低減させ、電動機の特性低下を防ぐ。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
回転子周面の周方向において離れた領域をつなぎ、前記領域に磁極を形成するための並行して延びる複数条の磁路を含む磁路群を有し、磁路群が周方向に複数配列されたリラクタンスモータの回転子であって、
一つの磁路群を構成する磁路は、隣り合う磁路の間に位置するスリットにより離隔され、かつ磁路の端において端部つなぎ部により隣り合う磁路同士が接続され、
スリットは、
スリットの延びる方向における中央部に中央永久磁石が配置された第１スリットと、
スリット端に位置する端部つなぎ部に隣接して端部永久磁石が配置され、スリットの延びる方向における中央部に当該スリットの両側の磁路をつなぐ中央つなぎ部が設けられた第２スリットと、
を含み、
一つの磁路群において、第１スリットと第２スリットは交互に配置されており、
一つの磁路群に属する中央永久磁石と端部永久磁石は、回転子周面における隣り合う磁極の間の領域に、同じ極を向けて配置された、
リラクタンスモータの回転子。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、ロータ内に永久磁石が内挿された多層フラックスバリア型リラクタンスモータの回転子に関する。
【背景技術】
【０００２】
電動機の回転子の構造には様々なものがあるが、その中で内部に複数のスリットを配置することによって複数の磁路を形成した構造が知られている。このような構造の回転子を有するリラクタンスモータは、多層フラックスバリア型リラクタンスモータと呼ばれている。多層フラックスバリア型リラクタンスモータの回転子において、スリット内に永久磁石を配置した回転子が知られており、以下、この回転子の構造について説明する。
【０００３】
図５は、従来の多層フラックスバリア型リラクタンスモータにおける回転子構造の断面の一例を示す図である。図５は、回転子断面のうち一部を示す図であり、回転子１は複数の積層された珪素鋼板から成っており、各珪素鋼板には複数のスリット２が配置されており、各スリットの間に磁路４が存在している構造となっている。また、複数あるスリットの一部には、スリット内の外径から遠く、内径に近い部分に中央永久磁石３Ａが挿入されている。また、中央永久磁石３Ａの位置は、スリットの延びる方向において、中央部と言うことができる。
【０００４】
次に、回転子内に内挿入された中央永久磁石３Ａの磁極の方向について、図６を用いて説明する。図６は、図５と同様に回転子断面の一例を示す図である。多層フラックスバリア型リラクタンスモータにおいては、回転子内に磁極を形成するためにＷｄで示される位置において図５の紙面を貫く方向に延びる固定子巻線に電流が通電される。また、トルクを発生するためにＷｑで示される位置において紙面を貫く方向に延びる固定子巻線にも電流が通電される。巻線に電流が通電された場合、巻線を中心にして右ネジの法則に従って磁束が発生するため、Ｗｄの位置に通電された電流による磁束は、スリットに沿って形成され、これが回転子１内に磁極を形成する。一方、Ｗｑの位置に通電された電流によっても磁束が形成される。多層フラックスバリア型リラクタンスモータにおいては、スリットを配置することによって、Ｗｄに通電された電流による磁束とＷｑに通電された電流による磁束との磁気抵抗の差を利用してトルクを効率的に発生するような構造となっているため、Ｗｑに通電された電流による磁束ΦＬｄは、Ｗｄに通電された電流による磁束よりも回転子内で形成されにくい。しかし、それでも、ΦＬｄは実際に発生する磁束であり、この方向の磁束は発生するトルクを低下させる電機子反作用の原因となるため、ΦＬｄと反対方向の磁束ΦＬｍを発生させて、ΦＬｄをキャンセルできるように中央永久磁石３Ａの磁極方向は配置される。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００５】
【特許文献１】特開２００６−２０３７６号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
Ｗｑに通電された電流による磁束ΦＬｄは、前述の通り中央永久磁石３Ａによる磁束ΦＬｍによっていくらかはキャンセルされるものの、実際にはすべてがキャンセルされるわけではない。一般的に磁束は流れやすい方向に流れる性質を持つため、磁束ΦＬｄのうち、永久磁石による磁束ΦＬｍによってキャンセルされずに残った磁束は、回転子外周部分を磁束ΦＬｄ０として流れていってしまう。この、外周部分の磁束ΦＬｄ０を漏れ磁束と呼ぶことにする。外周部の漏れ磁束についても電機子反作用の原因となり、電動機の出力特性の原因となる。
【０００７】
スリットの端部にある回転子の外周部分を端部つなぎ部と呼ぶことにする。理想的には端部つなぎ部は全く無い方が良いが、そのような形状では、磁路同士がばらばらになってしまうため、現実に回転子を構成するために端部つなぎ部は必ず必要になる。ならば、少しでも漏れ磁束を少なくするために、端部つなぎ部はできるだけ細い方が良いが、端部つなぎ部が細くなると回転子が回転した際の遠心力によって端部つなぎ部に発生する応力が回転子材料の許容応力を超え、回転子が端部つなぎ部から破断してしまうため、端部つなぎ部には遠心力に耐えられるだけの太さが必要である。
【０００８】
一方で、端部つなぎ部における漏れ磁束を低減する方法として、次のような方法も考えられる。図７は、多層フラックスバリア型リラクタンスモータにおける回転子構造の断面の一例を示す図である。図７において、スリットの端部つなぎ部に近い部分に端部永久磁石３Ｂが内挿されている。このような磁石配置にすれば、端部つなぎ部における漏れ磁束を低減できる。そのことについて、図８を用いて説明を行う。図８は、図７における端部つなぎ部の拡大図である。図８において、スリットに内挿された端部永久磁石３Ｂから出ている磁束ΦＬ３Ｂは、Ｎ極から出てＳ極に入るため、図に示されるように磁石周りで磁束のループを形成する。このとき、磁束ΦＬ３Ｂは、端部つなぎ部を通過するが、端部つなぎ部は非常に細いため、通過する磁束の磁束密度が一定値以上に達すると、それ以上磁束は通過できなくなる。これを、磁束が飽和した状態と呼ぶ。端部つなぎ部で磁束が飽和すると、その部分ではそれ以上磁束が通過することができなくなるので、前述の漏れ磁束は、端部つなぎ部を通過することが非常に困難になる。このように永久磁石をスリット内の端部つなぎ部付近に配置することによって、端部つなぎ部の漏れ磁束を低減することができる。
【０００９】
図７のように永久磁石を配置すれば、トルクを発生しようとするＷｑの位置に通電された電流による磁束ΦＬｄに対して、逆方向の磁束ΦＬｍによってキャンセルし、さらに外周方向の漏れ磁束ΦＬｄ０に対しても、低減できるようになる。しかし、図７のような構造とするには、中央永久磁石３Ａと端部永久磁石３Ｂの両方が必要となるため、これまでの約２倍の永久磁石が必要になり、電動機のコストアップにつながってしまう。
【００１０】
以上のことから、多層フラックスバリア型リラクタンスモータにおいて、漏れ磁束が原因となる電動機の特性低下に対して、内挿する永久磁石を増やすことなく漏れ磁束を低減させて電動機の特性向上につなげることが、本発明が解決しようとする課題である。
【課題を解決するための手段】
【００１１】
前記課題を解決するために、本発明においては、スリットの中央部に永久磁石が配置された第１スリットと、スリットの端に位置する端部つなぎ部に隣接して永久磁石が配置され、中央部に当該スリットの両側の磁路をつなぐ中央つなぎ部を有する第２スリットとを交互に配置する。
【００１２】
本発明にかかるリラクタンスモータの回転子は、回転子周面の周方向において離れた領域をつなぎ、前記領域に磁極を形成するための並行して延びる複数条の磁路を含む磁路群を有し、磁路群が周方向に複数配列されたリラクタンスモータの回転子である。一つの磁路群を構成する磁路は、隣り合う磁路の間に位置するスリットにより離隔され、かつ磁路の端において端部つなぎ部により隣り合う磁路同士が接続される。スリットは、スリットの延びる方向における中央部に中央永久磁石が配置された第１スリットと、スリット端に位置する端部つなぎ部に隣接して端部永久磁石が配置され、スリットの延びる方向における中央部に当該スリットの両側の磁路をつなぐ中央つなぎ部が設けられた第２スリットとを含む。一つの磁路群において、第１スリットと第２スリットは交互に配置されている。また、一つの磁路群に属する中央永久磁石と端部永久磁石は、回転子周面における隣り合う磁極の間の領域に、同じ極を向けて配置されている。
【発明の効果】
【００１３】
本発明を用いることにより、永久磁石の使用量を増やすことなく回転子内の磁束の漏れを低減させ、電動機の特性低下を抑制することができる。
【図面の簡単な説明】
【００１４】
【図１】本発明における回転子の一例を示す図である。
【図２】本発明における回転子内の磁束の流れを説明する図である。
【図３】本発明における回転子の一例を示す図である。
【図４】本発明における回転子の一例を示す図である。
【図５】従来における回転子の一例を示す図である。
【図６】従来における回転子内の磁束の流れを説明する図である。
【図７】従来における回転子の一例を示す図である。
【図８】回転子内の磁束の流れを説明する図である。
【発明を実施するための形態】
【００１５】
図１に本発明を実施するための一例を示す。図１は、本実施形態の多層フラックスバリア型リラクタンスモータの回転子１０の構造を示す断面図である。回転子１０は、概略円筒形状であり、図１は円筒の中心軸線に垂直な断面の一部を示し、この断面が円筒の中心軸線方向に連続している。回転子１０の周面には周方向に離れた領域に磁極が形成される。磁極は、回転子１０の周方向に互いに間を空けて配列される。図１においては、回転子１０の隣り合う磁極間の構成が示されている。
【００１６】
隣り合う磁極が形成される領域は、並行して延びる複数条の磁路１２によってつながれている。磁路１２は、隣り合う磁路１２の間に位置するスリットにより離隔される。言い換えれば、磁路１２は、磁路１２に沿って並行して延びるスリット１４により画定される。並行して延びる複数の磁路は磁路群を構成する。磁路群は、回転子１０の周面に周方向に配列され、これにより、回転子１０は周面上に周方向に間隔を空けて磁極が形成される。
【００１７】
各スリット１４は、端部において、鋼板を構成する部材でふさがれており、このスリット端部をふさぐ部分を、以降、端部つなぎ部１６と記す。端部つなぎ部１６は隣り合う磁路１２同士を回転子１０の周面上でつないでいる。端部つなぎ部１６は、遠心力に耐えるだけの太さが必要であり、有限要素法等を用いて決定することができる。スリット１４内には、永久磁石１８、２０が配置され、スリット１４は、永久磁石の配置が異なる２種類のスリット１４を有する。
【００１８】
第１の種類のスリット１４Ａ（以下、第１スリット１４Ａと記す。）は、第１スリット１４Ａ内の、当該スリットの延びる方向における中央部に永久磁石１８が配置されている。この永久磁石１８を、以降、中央永久磁石１８と記す。中央永久磁石１８の両側に、回転子が遠心力に耐えられるよう磁石側方つなぎ部２２を設けることができる。中央永久磁石１８は、その磁極（Ｎ極とＳ極）を結ぶ方向が、この中央永久磁石１８が属する第１スリット１４Ａの延びる方向に直交する方向となっている。
【００１９】
第２の種類のスリット１４Ｂ（以下、第２スリット１４Ｂと記す。）は、第２スリット１４Ｂ内の、当該スリットの両端に位置する端部つなぎ部１６に隣接する部分に永久磁石２０が配置されている。この永久磁石２０を、以降、端部永久磁石２０と記す。端部永久磁石２０は、その磁極を結ぶ方向が、この端部永久磁石２０が属する第２スリット１４Ｂの延びる方向に直交する方向となっている。また、第２スリット１４Ｂの、当該スリットの延びる方向における中央部には両側の磁路をつなぐ中央つなぎ部２４が設けられている。なお、この中央つなぎ部２４の太さは回転子の構造を決定するにあたり、その太さを、回転子が遠心力に耐えられるよう有限要素法等で求めることができる。
【００２０】
第１スリット１４Ａと第２スリット１４Ｂを比較すると、第１スリット１４Ａは、中央部に中央永久磁石１８が配置される一方、端部には永久磁石は配置されていない。また第２スリット１４Ｂは、端部に端部永久磁石２０が配置される一方、中央部には永久磁石が配置されていない。回転子１０において、前記の２種類のスリット１４Ａ，１４Ｂが、回転子の半径方向に交互に配置されている。また、中央永久磁石１８および端部永久磁石２０の極の向きは、回転子１０の周面において隣り合う磁極の間の部分に同一の極が向いている。図１に示す例では、各永久磁石１８，２０のＮ極が、回転子の磁極の間の部分に向いている。
【００２１】
このような回転子構造とした場合に、漏れ磁束がどのような経路をたどるかについて、図２を用いて説明する。なお、図２は図１に対して磁束を記入した図である。ただし、回転子内で一番外側の磁路をＭＲ１、そこから内側へ順にＭＲ２、ＭＲ３、ＭＲ４と磁路が並んでいるとする。図２において、磁束ΦＬｄは、回転子内に入ると、まず、中央永久磁石１８による磁束ΦＬｍによってキャンセルされ、その残りが磁束ΦＬｄ１として、まず一番外側の磁路ＭＲ１を直角に通過し、そのまま中央つなぎ部２４を通って磁路ＭＲ２に入る。ここで、磁束ΦＬｄ１は、真正面にある中央永久磁石１８の磁束をよけるように二つに分かれつつ、磁束ΦＬｄ２として磁路ＭＲ２上を回転子の外側方向へ流れていく。磁路ＭＲ２の外側に到達した磁束は、磁束ΦＬｄ３として端部つなぎ部１６を通過して磁路ＭＲ３に入る。磁路ＭＲ３と磁路ＭＲ４の間の端部つなぎ部１６は、端部永久磁石２０によって磁束飽和していて通過できないため、磁束ΦＬｄ４は磁路ＭＲ３上を内側に向かっていく。その後、中心付近で反対側から来た磁束ΦＬｄ４と合わさって磁束ΦＬｄ５として中央つなぎ部２４を通過し、磁路ＭＲ４に入る。磁路ＭＲ４に入った磁束は、磁路ＭＲ２の時と同様に二つに分かれて磁束ΦＬｄ６として磁路ＭＲ４上を外側へ行き、最後に磁束ΦＬｄ７として端部つなぎ部１６を通過する。以上のように、回転子内に入った磁束は、複数の磁路を往復しながら、順に回転子の内側へと入っていく。
【００２２】
漏れ磁束が図２に示されるような経路を通過することになると、連続して端部つなぎ部１６を通過していたときに比べて磁束が通過する距離が長くなる。距離が長くなるということは、磁束通過部分の磁気抵抗が大きくなるということになるので、これまでと同等の起磁力が発生した場合、通過する磁束量は減少する。したがって、図２のような経路で漏れ磁束が通過する場合には、漏れ磁束が低下するということができる。漏れ磁束を低下させられれば、モータの特性は低下しにくくなるので、本発明をもってすればモータの特性は低下しにくくなる、ということができる。
【００２３】
以上が、本発明における実施の一例である。なお、説明に使用した図１の構造では、端部永久磁石２０が配置された第２スリット１４Ｂが最も外側に配置され、そこから内側のスリットへ行くのに従って、中央永久磁石１８が配置された第１スリット１４Ａ、端部永久磁石２０が配置された第２スリット１４Ｂ、中央永久磁石１８が配置された第１スリット１４Ａの順番で並んでいたが、図３に示されるように最も外側のスリットに中央永久磁石１８が配置され、そこから順に端部永久磁石２０が配置された第２スリット１４Ｂ、中央永久磁石１８が配置された第１スリット１４Ａ、端部永久磁石２０が配置された第２スリット１４Ｂという構造でもよい。また、各永久磁石１８，２０の磁極の向きは、図１に示す磁極群においては、回転子１０の周面上の隣り合う磁極の間の部分に向かって全てＮ極が向いている構造となっていたが、当然、この磁極群に回転子１０の周方向において隣接する磁極群においては、逆向き、つまり隣り合う磁極の間の部分に向かってＳ極が向いている構造となっている。また、本発明ではスリットの本数は４本で説明を行ったが、複数本であれば良く、さらに奇数、偶数に囚われるものではない。
【符号の説明】
【００２４】
１０  回転子、１２  磁路、１４  スリット、１４Ａ  第１スリット、１４Ｂ  第２スリット、１６  端部つなぎ部、１８  中央永久磁石、２０  端部永久磁石、２４  中央つなぎ部。
【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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