(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
ロータに永久磁石を埋め込んだ極数が４極以上である同期電動機において、
極数に等しい数の該永久磁石がロータの回転軸の回りに回転対称の位置に配置され、
該ロータに埋め込まれた永久磁石の外側に配置される積層体がロータの回転軸と平行の向きに積層された方向性電磁鋼板からなり、かつ、該積層体は極数に等しい数に分割されてロータの回転軸の回りに回転対称の位置に配置され、
分割された該積層体の隣同士の継ぎ目に方向性電磁鋼板または無方向性電磁鋼板からなる積層体が配置され、
該永久磁石の内側に配置される積層体がロータの回転軸と平行の向きに積層された二方向性電磁鋼板からなることを特徴とする同期電動機。
【請求項２】
ロータに永久磁石を埋め込んだ極数が６極以上である同期電動機において、
極数に等しい数の該永久磁石がロータの回転軸の回りに回転対称の位置に配置され、
該ロータに埋め込まれた永久磁石の外側に配置される積層体がロータの回転軸と平行の向きに積層された方向性電磁鋼板からなり、かつ、該積層体は極数に等しい数に分割されてロータの回転軸の回りに回転対称の位置に配置され、
該永久磁石の内側に配置される積層体がロータの回転軸と平行の向きに積層されロータの回転軸と垂直な平面内に三方向以上の磁化容易方向を有する多方向性電磁鋼板からなることを特徴とする同期電動機。
【請求項３】
ロータに永久磁石を埋め込んだ極数が６極以上である同期電動機において、
極数に等しい数の該永久磁石がロータの回転軸の回りに回転対称の位置に配置され、
該ロータに埋め込まれた永久磁石の外側に配置される積層体がロータの回転軸と平行の向きに積層された方向性電磁鋼板からなり、かつ、該積層体は極数に等しい数に分割されてロータの回転軸の回りに回転対称の位置に配置され、
分割された該積層体の隣同士の継ぎ目に方向性電磁鋼板または無方向性電磁鋼板からなる積層体が配置され、
該永久磁石の内側に配置される積層体がロータの回転軸と平行の向きに積層されロータの回転軸と垂直な平面内に三方向以上の磁化容易方向を有する多方向性電磁鋼板からなることを特徴とする同期電動機。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、ロータに永久磁石を埋め込んだ同期電動機に関する。具体的には、ロータに配置される積層体に電磁鋼板を用いた同期電動機に関する。
【０００２】
【従来の技術】
永久磁石同期電動機は、ステータ（固定子）に電流を流すことにより発生する磁場が、ロータ（回転子）に埋め込まれた永久磁石に働いて、ロータが回転する同期電動機であって、保守性、制御性、耐環境性に優れ、高効率、高力率運転が可能なモータとして産業・民生家電分野を問わず広く用いられている。
図９および図１０は、従来の同期電動機の断面を示しており、ヨーク８およびティース９からなるステータ７の中心に、ロータ１が配置されている。
ロータ１には永久磁石４が埋め込まれており、ステータ７に三相交流を流すことにより発生する磁場が、この永久磁石４に働くことによりロータ１が回転する。
【０００３】
従来、同期電動機のロータは、鉄損を低減するために無方向性電磁鋼板（ＮＯ）を積層することにより作られていた。
無方向性電磁鋼板は、図６に示すように、鋼板表面のどの方向にも一様な比透磁率を有する鋼板であって、比較的鉄損の小さい材料として広く用いられているが、長時間連続運転する同期電動機のロータに用いる材料としては十分な磁気特性が得られていなかった。
【０００４】
同期電動機に用いられる電磁鋼板の種類については、特開平７−６７２７２号公報に、ステータのヨークには円周方向を磁化容易方向とする方向性電磁鋼板（ＧＯ）を用い、ティースには径方向を磁化容易方向とする方向性電磁鋼板を用いることにより鉄損を低減する方法が開示されている。
しかし、この先行技術はステータの構造に関するものであり、ロータの構造や材質については全く開示されておらず、鉄損の低減のためのロータの構造や材質については具体的な製造技術が確立されていなかった。
【０００５】
【発明が解決しようとする課題】
本発明は、前記のような従来技術の問題点を解決し、ロータの磁気特性を向上させ、鉄損を低減することができる同期電動機を提供することを課題とする。
【０００６】
【課題を解決するための手段】
本発明は、ロータの構造や材質を工夫することによりロータの磁気特性を向上させ、鉄損を低減することができる同期電動機を提供するものであり、その要旨は特許請求の範囲に記載した通りの下記内容である。
（１）ロータに永久磁石を埋め込んだ極数が４極以上である同期電動機において、極数に等しい数の該永久磁石がロータの回転軸の回りに回転対称の位置に配置され、該ロータに埋め込まれた永久磁石の外側に配置される積層体がロータの回転軸と平行の向きに積層された方向性電磁鋼板からなり、かつ、該積層体は極数に等しい数に分割されてロータの回転軸の回りに回転対称の位置に配置され、分割された該積層体の隣同士の継ぎ目に方向性電磁鋼板または無方向性電磁鋼板からなる積層体が配置され、該永久磁石の内側に配置される積層体がロータの回転軸と平行の向きに積層された二方向性電磁鋼板からなることを特徴とする同期電動機。
（２）ロータに永久磁石を埋め込んだ極数が６極以上である同期電動機において、極数に等しい数の該永久磁石がロータの回転軸の回りに回転対称の位置に配置され、該ロータに埋め込まれた永久磁石の外側に配置される積層体がロータの回転軸と平行の向きに積層された方向性電磁鋼板からなり、かつ、該積層体は極数に等しい数に分割されてロータの回転軸の回りに回転対称の位置に配置され、該永久磁石の内側に配置される積層体がロータの回転軸と平行の向きに積層されロータの回転軸と垂直な平面内に三方向以上の磁化容易方向を有する多方向性電磁鋼板からなることを特徴とする同期電動機。
【０００７】
（３）ロータに永久磁石を埋め込んだ極数が６極以上である同期電動機において、極数に等しい数の該永久磁石がロータの回転軸の回りに回転対称の位置に配置され、該ロータに埋め込まれた永久磁石の外側に配置される積層体がロータの回転軸と平行の向きに積層された方向性電磁鋼板からなり、かつ、該積層体は極数に等しい数に分割されてロータの回転軸の回りに回転対称の位置に配置され、分割された該積層体の隣同士の継ぎ目に方向性電磁鋼板または無方向性電磁鋼板からなる積層体が配置され、該永久磁石の内側に配置される積層体がロータの回転軸と平行の向きに積層されロータの回転軸と垂直な平面内に三方向以上の磁化容易方向を有する多方向性電磁鋼板からなることを特徴とする同期電動機。
【０００８】
【発明の実施の形態】
本発明の実施の形態を、図１乃至図８を用いて詳細に説明する。
（第１の実施形態）
図１は、本発明における４極の同期電動機のロータ構造を示す図である。
ロータ１は、埋め込まれた４つの永久磁石と、その外側の４方向に配置された方向性電磁鋼板からなる積層体２と、永久磁石の内側に配置された二方向性電磁鋼板の積層体３とから構成されている。
方向性電磁鋼板（ＧＯ）は一方向の磁化容易方向を有する電磁鋼板であり、二方向性電磁鋼板（ＤＯ）は、二方向の磁化容易方向を有する電磁鋼板である。
積層体２を構成する方向性電磁鋼板の磁化容易方向は隣接する永久磁石４のＮ−Ｓ方向と一致させることにより、ロータの磁気特性を向上させ鉄損を低減することができる。
【０００９】
また、積層体３を構成する二方向性電磁鋼板の磁化容易方向は、隣接する二つの永久磁石のＮ−Ｓ方向に一致させることにより、ロータの磁気特性を向上させ鉄損を低減することができる。
このロータは、積層体５の周囲に永久磁石４を貼り付け、その外側に積層体２を取り付けることにより組み立てられるが、永久磁石の材料を埋め込んだ後に励磁することもできる。
【００１０】
（第２の実施形態）
図２は、本発明における４極の同期電動機のロータ構造を示す図である。
本実施形態の基本的な構造は第１の実施形態と同じであるが、永久磁石の外側の４方向に配置された方向性電磁鋼板からなる積層体２の継ぎ目に、方向性電磁鋼板（ＧＯ）または無方向性電磁鋼板（ＮＯ）からなる積層体５を配置したものである。
この積層体５により、隣り合う方向性電磁鋼板の磁化容易方向が急激に変化することを緩和することにより、ロータが回転するときの回転力の脈動を防止することができる。
【００１１】
この積層体５は無方向性電磁鋼板でも良いが、磁化容易方向をロータの径方向とする方向性電磁鋼板とすることにより、さらに鉄損を低減することができる。永久磁石の外側に配置される積層体２と積層体５の境界にＳＵＳ鋼板などの不導体を挟み込むことにより、さらにロータの回転力の脈動を防止することができる。
【００１２】
（第３の実施形態）
図３は、本発明における６極の同期電動機のロータ構造を示す図である。
本実施形態の基本的な構造は第１の実施形態と同じであるが、永久磁石を６つ配置して６極とし、これに合わせて、永久磁石の外側の６方向に方向性電磁鋼板からなる積層体２が配置されている。
この場合、積層体２の磁化容易方向は第１の実施形態と同じであるが、積層体３の磁化容易化方向は、隣接する永久磁石のＮ−Ｓ方向と一致させることによりが鉄損を低減することができるので、磁化容易方向を０度、１２０度、および２４０度の３方向とすることが好ましい。
【００１３】
本実施形態においては、６極の同期電動機について３方向の方向性電磁鋼板を適用する例を示したが、それ４極以上の同期電動機について、多方向の方向性電磁鋼板を適用することができる。
なお、図２と同様に、積層体２と積層体５の継ぎ目に方向性電磁鋼板または無方向性電磁鋼板からなる積層体５を配置することにより、隣り合う方向性電磁鋼板の磁化容易方向が急激に変化することを緩和することにより、ロータが回転するときの回転力の脈動を防止することができる。
【００１４】
図４乃至図８は、本発明に用いる電磁鋼板の特性について示す図である。
図４は、方向性電磁鋼板および二方向性電磁鋼板の磁化容易方向の説明図である。
方向性電磁鋼板は圧延方向であるＲＤ（Rolling Direction）が磁化容易方向となる。
一方、二方向性電磁鋼板は、圧延方向を二方向とし、さらに必要な熱処理を施すことにより磁化容易方向を二方向とした鋼板であり、通常は、圧延方向に加えて、これと直角方向であるＴＤ（Transverse Direction）が磁化容易方向となる。
【００１５】
この方法により、圧延方向を１２０度ずらすことにより第３の実施形態で述べた３方向の磁化容易方向を持つ電磁鋼板が実現できる。
図５は、方向性電磁鋼板および二方向性電磁鋼板の磁気特性を示す図である。
図５の横軸は磁界Ｈ、縦軸は磁束密度Ｂであり鋼板の磁気特性の指標となる比透磁率μ＝Ｂ／Ｈとして表される。
方向性電磁鋼板はθ＝０（ＲＤ方向）の磁気特性がよく、二方向性電磁鋼板はθ＝０（ＲＤ方向）およびθ＝９０（ＴＤ方向）の磁気特性がよい。
【００１６】
図６は、無方向性電磁鋼板の比透磁率（μ）の特性を示す図である。
無方向性電磁鋼板は、どの方向にも等しい磁気特性を有するが、方向性電磁鋼板および二方向性電磁鋼板に比べて比透磁率（μ）の値は低い。
図７は、方向性電磁鋼板の比透磁率（μ）の特性を示す図である。
方向性電磁鋼板は、圧延方向の比透磁率（μR）の値が大きく、その他の方向は無方向性電磁鋼板と同等である。
図８は、二方向性電磁鋼板の比透磁率（μ）の特性を示す図である。
二方向性電磁鋼板は、圧延方向の比透磁率（μR）および圧延方向と直角方向の比透磁率（μT）の値が大きく、その他の方向は無方向性電磁鋼板と同等である。
【００１７】
【発明の効果】
本発明によれば、ロータの磁気特性を向上させ、鉄損を低減することができる同期電動機を提供することができ、産業上有用な著しい効果を奏する。
【図面の簡単な説明】
【図１】  本発明における４極の同期電動機のロータ構造を示す図である。
【図２】  本発明における４極の同期電動機のロータ構造を示す図である。
【図３】  本発明における６極の同期電動機のロータ構造を示す図である。
【図４】  方向性電磁鋼板および二方向性電磁鋼板の磁化容易方向の説明図である。
【図５】  方向性電磁鋼板および二方向性電磁鋼板の磁気特性を示す図である。
【図６】  無方向性電磁鋼板の比透磁率（μ）の特性を示す図である。
【図７】  方向性電磁鋼板の比透磁率（μ）の特性を示す図である。
【図８】  二方向性電磁鋼板の比透磁率（μ）の特性を示す図である。
【図９】  従来の同期電動機の断面図である。
【図１０】従来の同期電動機の断面図である。
【符号の説明】
１  ：ロータ（回転子）
２  ：積層体（永久磁石の外側）
３  ：積層体（永久磁石の内側）
４  ：永久磁石
５  ：積層体（無方向性電磁鋼板の継ぎ目部）
６  ：ＳＵＳ板（不導体）
７  ：ステータ（固定子）
８  ：ヨーク
９  ：ティース
【図１】
0003984483.tif 000002
【図２】
0003984483.tif 000003
【図３】
0003984483.tif 000004
【図４】
0003984483.tif 000005
【図５】
0003984483.tif 000006
【図６】
0003984483.tif 000007
【図７】
0003984483.tif 000008
【図８】
0003984483.tif 000009
【図９】
0003984483.tif 000010
【図１０】
0003984483.tif 000011