(57)【要約】【課題】磁石量低減が可能なコンシクエントポール型の電動機を提供する。【解決手段】一部または全ての回転子から固定子を通り、回転子に戻る磁束のループにおいて、回転子から固定子に向かう磁極と固定子から回転子に向かう磁極の起磁力が異なり、少なくとも２以上の異なる磁極対数相当の磁束を組み合わせた磁束を生じるよう電動機を構成する。具体的な一例としては、異なる磁極数の２つの磁石をエアギャップ方向に重ね合わせて配置した場合にし、該異なる磁極数の２つの磁石を重ね合わせることで一方の磁極のＮ極および他方の磁極のＳ極がエアギャップ方向に存在して相殺される部分をフラックスバリアに置き換え、一方の磁極の磁石を減少させて構成する。【選択図】図２
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
一部または全ての回転子から固定子を通り、回転子に戻る磁束のループにおいて、回転子から固定子に向かう磁極と固定子から回転子に向かう磁極の起磁力が異なり、少なくとも２以上の異なる磁極対数相当の磁束を組み合わせた磁束を生じることを特徴とする電動機。
【請求項２】
前記異なる磁極数の２つの磁石をエアギャップ方向に重ね合わせて配置した場合にし、該異なる磁極数の２つの磁石を重ね合わせることで一方の磁極のＮ極および他方の磁極のＳ極がエアギャップ方向に存在して相殺される部分をフラックスバリアに置き換え、一方の磁極の磁石を減少させて構成したことを特徴とする請求項１に記載の電動機。
【請求項３】
回転子と固定子とを同軸状に配置してなる電動機であって、回転子を、異なる磁極数の２つの磁石を同軸状に重ね合わせて構成し、重ね合わせることで径方向に一方の磁極のＮ極および他方の磁極のＳ極が径方向に存在して相殺される部分をフラックスバリアに置き換え、一方の磁極の磁石を径方向に減少させて構成したことを特徴とする請求項2に記載の電動機。
【請求項４】
回転子と固定子とを同軸状に配置してなる電動機であって、回転子を、異なる磁極数の２つの磁石を同軸状に重ね合わせて構成し、重ね合わせることで径方向に一方の磁極のＮ極および他方の磁極のＳ極が径方向に存在して相殺される部分をフラックスバリアに置き換え、１部を一方の磁極の磁石を径方向に減少させて構成し、残りを他方の磁極の磁石を径方向に減少させて構成したことを特徴とする請求項２に記載の電動機。
【請求項５】
回転子と固定子とを同軸状に配置してなる電動機であって、回転子を、異なる磁極数の２つの磁石を同軸状に重ね合わせて構成し、重ね合わせることで径方向に一方の磁極のＮ極および他方の磁極のＳ極が径方向に存在して相殺される部分をフラックスバリアに置き換え、一方の磁極の磁石を周方向に減少させて構成したことを特徴とする請求項２に記載の電動機。
【請求項６】
回転子と固定子とを同軸状に配置してなる電動機であって、回転子を、異なる磁極数の２つの磁石を同軸状に重ね合わせて構成し、重ね合わせることで径方向に一方の磁極のＮ極および他方の磁極のＳ極が径方向に存在して相殺される部分をフラックスバリアに置き換え、一方の磁極の磁石を軸方向に減少させて構成したことを特徴とする請求項２に記載の電動機。
【請求項７】
回転子と固定子とを同軸状に配置してなる電動機であって、回転子を、異なる磁極数の２つの磁石を同軸状に重ね合わせて構成し、重ね合わせることで径方向に一方の磁極のＮ極および他方の磁極のＳ極が径方向に存在して相殺される部分をフラックスバリアに置き換え、一方の磁極の磁石を磁石よりも磁気抵抗の低い磁性体で構成したことを特徴とする請求項２に記載の電動機。
【請求項８】
前記磁性体が電磁鋼板であることを特徴とする請求項７に記載の電動機。
【請求項９】
前記フラックスバリアがエアギャップであることを特徴とする請求項１〜８のいずれか１項に記載の電動機。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は電動機に関し、特に、磁石を配した回転子と固定子とを同軸状に配置してなるコンシクエントポール型電動機に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
従来の電動機として、例えば、コイルを有する円筒型の固定子と、この固定子円筒の内側に永久磁石を埋め込まれた回転子と、からなる構造を彩る永久磁石モータ(以下「PMモータ」と称する。) のどちらか一方の磁極側の永久磁石を電磁鋼板に置き換えるコンシクエントポール型電動機と呼ばれるタイプの電動機がある（例えば、特許文献１参照）。
【０００３】
【特許文献１】特開２００４−３５７４８９号公報
【０００４】
コンシクエントポール型電動機の回転子はどちらか一方の磁極の永久磁石しか持たないが、磁束が回転子から固定子そして、回転子の磁石のない電磁鋼板部分を通り、磁路を形成するため、磁石量が低減するにもかかわらず、両方の磁極を持つ電動機と同等のトルクを得る事ができる。つまり回転子から固定子に向かう磁極と固定子から回転子に向かう磁極の起磁力が異なる磁気回路となる。
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
しかしながら、特許文献１に示される従来のコンシクエントポール型の電動機では、磁石の低減量が限られそれ以上の磁石量低減ができないという問題点があった。
【０００６】
本発明の目的は上述した問題点を解消して、磁石量低減が可能なコンシクエントポール型の電動機を提供しようとするものである。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
本発明の電動機は、一部または全ての回転子から固定子を通り、回転子に戻る磁束のループにおいて、回転子から固定子に向かう磁極と固定子から回転子に向かう磁極の起磁力が異なり、少なくとも２以上の異なる磁極対数相当の磁束を組み合わせた磁束を生じることを特徴とするものである。
【発明の効果】
【０００８】
本発明では、一部または全ての回転子から固定子を通り、回転子に戻る磁束のループにおいて、回転子から固定子に向かう磁極と固定子から回転子に向かう磁極の起磁力が異なり、少なくとも2以上の異なる磁極対数相当の磁束を組み合わせた磁束を生じる事を特徴とする1つの回転子を持つ電動機とすこと事で、起磁力を発生させる磁石量を低減させつつ1つのモータ体格で2つ分のモータトルクを発生しつつ電流による損失は2つのモータを独立に回転させる場合より低減する事ができる。
【０００９】
なお、本発明の電動機の好適例としては、異なる磁極数の２つの磁石をエアギャップ方向に重ね合わせて配置した場合にし、該異なる磁極数の２つの磁石を重ね合わせることで一方の磁極のＮ極および他方の磁極のＳ極がエアギャップ方向に存在して相殺される部分をフラックスバリアに置き換え、一方の磁極の磁石を減少させて構成したことがある。さらに具体的な好適例としては、回転子と固定子とを同軸状に配置してなる電動機であって、回転子を、異なる磁極数の２つの磁石を同軸状に重ね合わせて構成し、重ね合わせることで径方向に一方の磁極のＮ極および他方の磁極のＳ極が径方向に存在して相殺される部分をフラックスバリアに置き換え、（１）一方の磁極の磁石を径方向に減少させて構成したこと、（２）１部を一方の磁極の磁石を径方向に減少させて構成し、残りを他方の磁極の磁石を径方向に減少させて構成したこと、（３）一方の磁極の磁石を周方向に減少させて構成したこと、（４）一方の磁極の磁石を軸方向に減少させて構成したこと、（５）一方の磁極の磁石を磁石よりも磁気抵抗の低い磁性体で構成したこと、がある。このように構成することで、いずれの場合も、磁石量を減らすことができる。
【００１０】
また、本発明の電動機の好適例としては、磁性体が電磁鋼板であることがある。このように構成することで、磁石量を減らすとともに機械的な強度を向上させることができる。さらに、本発明の電動機の好適例としては、フラックスバリアがエアギャップであることがある。このように構成することで、コスト向上を抑えたまま、磁石トルク向上が可能となる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１１】
以下に、この発明の実施の形態を、図面に基づき詳細に説明する。
図１および図２はそれぞれ本発明の電動機の基本構造の一例を説明するための図である。図１および図２に示す例において、電動機１は、円筒形状の固定子２と固定子２の内側に設けた円筒形状の回転子３とを、所定のギャップを保って同軸状に形成して構成されている。回転子２は、複数（ここでは１８スロット）の電磁鋼板等からなるステータティース１１を組み合わせて構成されている。また、各ステータティース１１に対し、軸方向にコイル１２を巻回している。回転子３は、外側の３極対の磁石２１−１と内側の６極対の磁石２１−２とを重ね合わせた磁石２１から構成されている。外側の磁石および内側の磁石のそれぞれ対応した電流を複合した１つの複合電流を１つの固定子に給電することで外側の磁石および内側の磁石を独立に回転させることが可能であり、１つのモータ体格で別個の２つの出力・トルクを発生させることが可能であるとともに、外側の磁石および内側の磁石に合わせて固定子に与えられる電流の平均値は、単純に２つのモータに電流を与えた場合の平均値より低く、電流による損失が低減するという効果がある。例えば複合電流によるモータの駆動方法は特許第３４８０３０１号等によりよく知られている。このような回転子を本実施例のように一つの回転子とした場合、独立駆動することはできなくなるが、１つのモータ体格で、平均値より低く、電流による損失が低減するという効果がある。
【００１２】
図１に示す例において、３極対と６極対の磁石２１−１と２１−２とを重ね合わせた回転子３の径方向に異極同士重なっている部分は磁束の向きが真逆となる事から相殺され、フラックスバリアとしてみなす事ができる。このことから、図２にその一例を示すように、径方向に異極同士重なっている部分をフラックスバリア３１（好ましくはエアギャップ）に置き換えるとともに、３極対の磁石２１−１と６極対の磁石２１−２とが径方向の同極同士重なっている部分を、極性毎に一方の磁極の磁石３２と他方の磁極の磁石３３と置き換えることで、電動機１の回転子３を構成している。このようにすることで磁石量を低減することができる。
【００１３】
図１および図２に示す構造の場合、回転子から固定子に向かう磁極と固定子から回転子に向かう磁極の起磁力がであるので、、本発明の電動機１の特徴は、一部または全ての回転子から固定子を通り、回転子に戻る磁束のループにおいて、回転子３から固定子２に向かう磁極と固定子２から回転子３に向かう磁極の起磁力が異なり、少なくとも２以上の異なる磁極対数相当の磁束を組み合わせた磁束を生じさせる点にある。そのための好適例として、本発明では、異なる磁極数の２つの磁石をエアギャップ方向に重ね合わせて配置した場合にし、該異なる磁極数の２つの磁石を重ね合わせることで一方の磁極のＮ極および他方の磁極のＳ極がエアギャップ方向に存在して相殺される部分をフラックスバリアに置き換え、一方の磁極の磁石を減少させて構成する。ここで、エアギャップ方向とは、磁石の着磁方向（あるいは以下の具体例で説明する径方向）と同じ、中心から放射状に延びるラジアル方向のことをいう。
以下、図1、図2に示した回転子から固定子に向かう磁極と固定子から回転子に向かう磁極の起磁力が同じである回転子に対してコンシクエントポール型に変更することで、さらに磁石量を低減する本発明の具体例を、第１実施例〜第５実施例として説明する。
【００１４】
図３は本発明の電動機の第１実施例を説明するための図である。図３に示す第１実施例では、図２の一方の磁極の磁石３２を径方向に減少させ、磁石よりも磁気抵抗の低い磁性体４１で構成したものである。これにより、磁石３２における固定子から回転子に向かう磁極の起磁力は低下するものの、トルクの減少は少ないので、図２の電動機と同等のトルクで磁石量低減が可能となる。
【００１５】
図４は本発明の電動機の第２実施例を説明するための図である。図４に示す第２実施例では、図２の一方の磁極の磁石３２の一部を径方向に減少させ、磁石よりも磁気抵抗の低い磁性体４１で構成するとともに、他方の磁極の磁石３３の一部を径方向に減少させ、磁石よりも磁気抵抗の低い磁性体４１で構成したものである。これにより、回転子から固定子に向かう磁極と固定子から回転子に向かう磁極の起磁力が異なるようになり、図２の電動機と同等のトルクで磁石量低減が可能となる。
【００１６】
図５は本発明の電動機の第３実施例を説明するための図である。図５に示す第３実施例では、図２の一方の磁極の磁石３２を周方向に減少させ、磁石よりも磁気抵抗の低い磁性体４２で構成したものである。これにより、回転子から固定子に向かう磁極と固定子から回転子に向かう磁極の起磁力が異なるようになり、図２の電動機と同等のトルクで磁石量低減が可能となる。
【００１７】
図６（ａ）〜（ｃ）はそれぞれ本発明の電動機の第４実施例を説明するための図である。図６（ａ）は第４実施例の軸方向断面の一部を示し、図６（ｂ）は第４実施例の軸方向断面の残りの部分を示し、図６（ｃ）は第４実施例の短絡磁路防止部を示している。図６（ａ）〜（ｃ）に示す第４実施例では、軸方向の一部を図６（ａ）とし、残りの部分を図６（ｂ）とすることで、図２の一方の磁極の磁石３２を軸方向に減少させ、磁石よりも磁気抵抗の低い磁性体４３で構成したものである。これにより、図２の電動機と同等のトルクで磁石量低減が可能となる。また、図６（ａ）と図６（ｂ）の間に図６（ｃ）に示す短絡磁路防止部４４をはさむ事によって、磁石の短絡磁路を低減する事ができる。
【００１８】
図７は本発明の電動機の第５実施例を説明するための図である。図７に示す第５実施例では、図２の他方の磁極の磁石３３を磁石よりも磁気抵抗の低い磁性体４５で構成したものである。これにより、回転子から固定子に向かう磁極と固定子から回転子に向かう磁極の起磁力が異なるようになり、図２の電動機と同等のトルクで磁石量低減が可能となる。
【００１９】
なお、上述した第１実施例〜第５実施例において、磁性体４１、４２、４３、４５としては、回転子３の一部を構成する電磁鋼板で構成することが好ましい。また、第４実施例の短絡磁路防止部４４としては、非磁性体であれば何でもよいがエアーギャップであることが好ましい。
【産業上の利用可能性】
【００２０】
本発明の電動機によれば、一部または全ての回転子から固定子を通り、回転子に戻る磁束のループにおいて、回転子から固定子に向かう磁極と固定子から回転子に向かう磁極の起磁力が異なり、少なくとも2以上の異なる磁極対数相当の磁束を組み合わせた磁束を生じる事を特徴とする1つの回転子を持つ電動機とすこと事で、起磁力を発生させる磁石量を低減させつつ1つのモータ体格で2つ分のモータトルクを発生しつつ電流による損失は2つのモータを独立に回転させる場合より低減する事ができる。そのため、コンシクエントポール型電動機として好適な構成を得ることができる。
【図面の簡単な説明】
【００２１】
【図１】本発明の電動機の前提となる一構成を説明するための図である。
【図２】本発明の電動機の前提となる他の構成を説明するための図である。
【図３】本発明の電動機の第１実施例を説明するための図である。
【図４】本発明の電動機の第２実施例を説明するための図である。
【図５】本発明の電動機の第３実施例を説明するための図である。
【図６】（ａ）〜（ｃ）はそれぞれ本発明の電動機の第４実施例を説明するための図である。
【図７】本発明の電動機の第５実施例を説明するための図である。
【符号の説明】
【００２２】
１  電動機
２  固定子
３  回転子
１１  ステータティース
１２  コイル
２１、２１−１、２１−２、３２、３３  磁石
３１  フラックスバリア
４１、４２、４３、４５  磁性体
４４  短絡磁路防止部
【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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