(57)【要約】【課題】永久磁石型同期モータで同体格にてトルク発生に起因する界磁磁束量を大きくすることによって、高トルクで高効率なロータを提供する。【解決手段】  主永久磁石２１とロータコア２２内部に磁極を前記主永久磁石のロータコア内部の磁束を補うようにロータコア内部に極数もしくは極数の整数倍の補永久磁石２３を配置することにより、主永久磁石２１による磁束に、補永久磁石２４による磁束を加え界磁磁束を増加させ、高トルク、高効率を実現する。【選択図】図２
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
高透磁率材または積層された電磁鋼板からなるロータコアと前記ロータコアを支持するシャフトと、前記ロータコア外周に磁極と同数に分割し配置され、径方向に磁化された主永久磁石と、前記主永久磁石のロータコア内部の磁束を補う方向に磁化されて前記ロータコア内部に配置された補永久磁石とで構成することを特徴とする永久磁石型同期モータのロータ。
【請求項２】
前記補永久磁石の個数が極数あるいは極数の整数倍であることを特徴とする永久磁石型同期モータのロータ。
【請求項３】
前記補永久磁石が前記ロータコアの軸方向に垂直な断面で見て長尺状をしており、この長尺の向きが前記ロータコアの半径方向であることを特徴とする請求項１又は２記載のロータ。
【請求項４】
前記主永久磁石がラジアル方向に磁化されたリング形状の永久磁石であり、これを前記ロータコア表面に配置したことを特徴とする請求項１〜３のいずれか1項記載のロータ。
【請求項５】
前記ロータコアに、前記補永久磁石の磁束を径方向へ補正するように、径方向を頂点として底辺をシャフト中心側とした三角、又は多角柱状の空隙を設けたことを特徴とする請求項１〜４のいずれか１項記載のロータ。
【請求項６】
複数のコイルが巻回された鉄心からなるステータと、前記ステータの内側に回転可能に配設されたロータを備えて成る永久磁石型同期モータであって、前記ロータが請求項１〜５のいずれか１項から成るロータであることを特徴とする永久磁石型同期モータ。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、例えば工作機械や半導体製造装置などのＦＡ分野で、高加減速の回転運動を要求されるサーボモータとして用いられる永久磁石型同期モータに関するもので、特にそのロータに関する。
【背景技術】
【０００２】
従来の永久磁石型同期モータは図５に示すように、複数のコイル１１が巻回された鉄心１２からなるステータ１と、ステータ１の内側に回転可能に配設されたロータ２を備えている。
そして、従来のロータ２は通常、図６に示すように、円筒型の磁性体、もしくは、積層された電磁鋼板からなるロータコア２２とシャフト２５とロータコア２２の外周面に各極に対応する永久磁石２１で構成される（特許文献１参照）。
永久磁石型同期モータは、ステータコイル１１に交流電流を印加することによる回転電機子磁束を発生させ、この回転磁束とロータ２の磁極が作る界磁磁束との吸引、反発によりトルクを生じさせている。
しかしながら、この永久磁石型同期モータは界磁磁束が多く得られず、モータの高トルク化および高効率化にとって課題を有していた。
【特許文献１】特開２００３−２７４５８８号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００３】
本発明は上記課題を解決するためになされたもので、トルク発生に起因する界磁磁束を増加させることにより、高トルク化されたかつ高効率化されたモータ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】
【０００４】
上記問題を解決するため、請求項１記載の発明は永久磁石型同期モータのロータに係り、高透磁率材または積層された電磁鋼板からなるロータコアと前記ロータコアを支持するシャフトと、前記ロータコア外周に磁極と同数に分割し配置され、径方向に磁化された主永久磁石と、前記主永久磁石のロータコア内部の磁束を補う方向に磁化されて前記ロータコア内部に配置された補永久磁石とで構成することを特徴としている。
請求項２記載の発明は、請求項１記載のロータにおいて、前記補永久磁石の個数が極数あるいは極数の整数倍であることを特徴としている。
請求項３記載の発明は、請求項１又は２記載のロータにおいて、前記補永久磁石が前記ロータコアの軸方向に垂直な断面で見て長尺状をしており、この長尺の向きが前記ロータコアの半径方向であることを特徴としている。
請求項４記載の発明は、請求項１〜３のいずれか1項記載のロータにおいて、前記主永久磁石がラジアル方向に磁化されたリング形状の永久磁石であり、これを前記ロータコア表面に配置したことを特徴としている。
請求項５記載の発明は、請求項１〜４のいずれか１項記載のロータにおいて、前記ロータコアに、前記補永久磁石の磁束を径方向へ補正するように、径方向を頂点として底辺をシャフト中心側とした三角、又は多角柱状の空隙を設けたことを特徴としている。
請求項６記載の発明は、永久磁石型同期モータに係り、複数のコイルが巻回された鉄心からなるステータと、前記ステータの内側に回転可能に配設されたロータを備えて成る永久磁石型同期モータであって、前記ロータが請求項１〜５のいずれか１項から成るロータであることを特徴としている。
【発明の効果】
【０００５】
このように、各極を構成する永久磁石を、ロータコア表面の主永久磁石と、ロータコア内部に主永久磁石のロータコア内部の磁束を補うように補永久磁石を配置することにより、モータのトルク発生に起因する界磁磁束を増加させることできるため、従来の技術のロータ構造と同一電流で発生するトルクを増加でき、従来技術のロータ構造と同一トルクを発生させる場合には、電流を小さくすることが出来、モータの損失を低減できるためモータの効率が向上する。
また、補永久磁石の重量、特性を調節することにより、界磁磁束を任意に調整できる利点もある。
さらに、このようなロータを用いることで、従来の技術のロータ構造と同一電流で発生するトルクを増加でき、従来技術のロータ構造と同一トルクを発生させる場合には、電流を小さくすることが出来る永久磁石型同期モータが得られる。
【発明を実施するための最良の形態】
【０００６】
以下、本発明の実施の形態について図を参照して説明する。
【実施例１】
【０００７】
図１は、本発明のロータ構造を有する永久磁石型同期モータの側断面図を示す。
図１において、ステータ１は複数のコイル１１が巻回された鉄心１２からなり、このステータ１の内側に回転可能に配設された本願発明に係るロータ２を備えている。永久磁石型同期モータは、ステータコイル１１に交流電流を印加することによる回転電機子磁束を発生させ、この回転磁束とロータ２の磁極が作る界磁磁束との吸引、反発によりトルクを生じさせている。
図２は本発明に係る永久磁石型モータのロータ２の正断面図である。
図において、主永久磁石２１はモータの極数（この場合６極）に分割され、Ｎ極、Ｓ極が交互となるように高磁性体もしくは積層された鋼板で形成されたロータコア２２の外周面に接着固定されている。補永久磁石２３はロータコア２２に設けられた空隙に主永久磁石２１のロータコア内部の磁束を補う方向に磁化するように配置されている。
また、ロータコア２２は補永久磁石の磁束を径方向へ補正するように径方向を頂点とし、シャフト側を底辺とする断面三角形の空隙２４（空隙自体は三角柱の形状）を設けている。
このように、本願発明が従来技術である図５と異なる点は、（１）補永久磁石を主永久磁石のロータコア内部の磁束を補うように配置した点と、（２）断面三角形の空隙を設けた点である。
【０００８】
図３は、上記（１）および（２）の特徴点を備えた本願発明に係るロータの正断面図である。図において、２１は主永久磁石、２２はロータコア、２３は補永久磁石、２４は空隙、２５はシャフトである。ロータコア２２の内部に配置した補永久磁石２３は磁化方向が対向しているため、補永久磁石２４が発生する磁束は径方向へ方向を変化させる。そのため、主永久磁石２１にてロータコア内部に発生する磁束に補永久磁石２２にて発生する磁束が加えられるため界磁磁束を増加させることが出来、従来技術と同体格で、発生するトルクを増加させることができる。図３では、主永久磁石２１で発生した磁束を太い矢印で示し、この矢印はシャフト２５側に向かうが、三角柱（断面三角形）状の空隙の排斥作用および補永久磁石２４の吸引作用の相乗効果で補永久磁石２４に向かい、補永久磁石２４で界磁磁束を増加され減衰することなく（これを太い矢印で示す）、隣りの主永久磁石２１に向かうようになる。なお、本発明では三角柱（断面三角形）状の空隙に限定するものではなく、シャフト側に向かっていた磁束を補永久磁石側に急な方向転換をさせるものであれば、他の多角柱状の空隙でもよいことは言うまでもない。
これに対して、従来ロータ（図６）では主永久磁石２１で発生した太い磁束（太い矢印）はシャフト２５側に向かうにつれて減衰し、その後隣の主永久磁石２１側に方向転換するが減衰していき最終的には細い磁束（細線矢印）となって隣の主永久磁石２１に到達する。
このように本願発明によれば、補永久磁石と断面三角形の空隙をロータコアに設けることで、主永久磁石からシャフトに向かう磁束が空隙と補永久磁石に早く補永久磁石側に方向転換しかつ補永久磁石で磁束を補強されて太い磁束が効率よく主永久磁石側に向かうこととなる。
【０００９】
図４は本発明と従来の技術でのロータ表面での磁束密度分布を示したものである。図に示すように、本願発明を利用することにより、磁束量が増加していることがわかる。また、主永久磁石がラジアル方向に磁化された永久磁石を用いても同様に界磁磁束を増加させることができるのは言うまでもない。
【産業上の利用可能性】
【００１０】
本発明を利用することにより、永久磁石を利用した発電機などにおいても、同体格にて界磁磁束を増加できるため、発電効率を向上させることが可能である。
【図面の簡単な説明】
【００１１】
【図１】本発明のロータを有する永久磁石型同期モータの側断面図である。
【図２】本発明のロータの正断面図である。
【図３】本発明の磁化方向および磁束の流れを示す拡大断面図である。
【図４】本発明および従来の技術のロータ表面での磁束密度分布を示す図である。
【図５】本発明および従来の技術を利用した永久磁石型モータの側断面図である。
【図６】従来の技術のロータ正断面図である。
【符号の説明】
【００１２】
１  ステータ
２  ロータ
１１  コイル
１２  鉄心
２１  主永久磁石
２２  ロータコア
２３  補永久磁石
２４  空隙
２５  シャフト
【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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