(57)【要約】【課題】回転電機の効率を上げる。【解決手段】電力変換装置は、回転子１０と、回転子１０の外周を、ギャップを介して取り囲む三相巻線が巻き回された固定子と、を備える。前記回転子１０は、回転子１０の周方向に互いに間隔を隔てて設けられた、複数の永久磁石１４と、回転子１０の周方向に前記永久磁石１４の間にそれぞれ設けられて、外周側に磁極が形成された複数の鉄心片１２を有し、前記永久磁石１４は、回転子１０の半径方向に対して垂直な方向に磁化されており、隣接する永久磁石１４の磁化方向は互いに反対であり、各鉄心片１２は、周方向中央部分であって半径方向外側の部分に高磁気抵抗部分が設けられ、この部分に磁束が通りにくくなっている。【選択図】図２
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
回転子と、
回転子の外周を、ギャップを介して取り囲む三相巻線が巻回された固定子と、
を備え、
前記回転子は、
回転子の周方向に互いに間隔を隔てて設けられた、複数の永久磁石と、
回転子の周方向に前記永久磁石の間にそれぞれ設けられて、外周側に磁極が形成された複数の鉄心片を有し、
前記永久磁石は、
回転子の半径方向に対して垂直な方向に磁化されており、隣接する永久磁石の磁化方向は互いに反対であり、
各鉄心片は、周方向中央部分であって半径方向外側の部分に高磁気抵抗部分が設けられ、この部分に磁束が通りにくくなっている、
回転電機。
【請求項２】
請求項１に記載の回転電機であって、
各鉄心片は、周方向中央部において外周側から内側に向けた溝を有する、
回転電機。
【請求項３】
請求項２に記載の回転電機であって、
各鉄心片における、周方向中央部の外周側から内側に向けた溝の内部に追加の永久磁石を配置する、
回転電機。
【請求項４】
請求項１に記載の回転電機であって、
各鉄心片は、周方向の一対の外周側中間部から半径方向内側および周方向中央部に向けて円弧状に延びるフラックスバリア型溝を有する、
回転電機。
【請求項５】
請求項４に記載の回転電機であって、
各鉄心片における、周方向の一対の外周側中間部から半径方向内側および周方向中央部に向けて円弧状に延びるフラックスバリア型溝に追加の永久磁石を配置する、
回転電機。
【請求項６】
請求項１〜５のいずれか１つに記載の回転電機であって、
各鉄心片を、回転軸方向に貫通する棒状の支持部材を設け、回転子の両側に配置された一対のブラケットにより支持部材の両端部を固定する、
回転電機。
【請求項７】
請求項６に記載の回転電機において、
前記支持部材を、非磁性材料で形成する、
回転電機。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、周方向に分割された回転子を有する回転電機に関する。
【背景技術】
【０００２】
従来から、永久磁石を備える回転電機において、永久磁石の磁束を集中させ、高出力化が図ることが容易なスポーク配置永久磁石型回転子が知られている。
【０００３】
例えば、非特許文献１では、ｄ軸およびｑ軸の磁路に留意し、磁束の短絡を低減することが記載されている。
【０００４】
特許文献１では、永久磁石の磁束を回転子磁極の中心に集中させるように方向性磁性材料を備えており、かつ磁極中心で回転子鉄心を分割している。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００５】
【特許文献１】特開２０１２−１６５５７６号公報
【非特許文献】
【０００６】
【非特許文献１】佐藤光彦他  「生産性を考慮したエアコンのコンプレッサ用スポーク型ＩＰＭモータの実機検討」、平成２５年電気学会産業応用部門大会，３−１０，III−１０７−１１０
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００７】
非特許文献１では、鉄心の外周部が短絡しているため、十分に磁束の短絡を低減したとは言えない。また、リラクタンストルクを最大限に高めるためには、ｄ軸インダクタンスとｑ軸インダクタンスの差を大きくとる（Ｌｑ＞＞Ｌｄ）ことが必要であるのに、これについての配慮が見られない。
【０００８】
特許文献１では、永久磁石の磁束を利用した回転力を高めることは可能であるが、リラクタンストルクを利用することはできず、更に高トルク化を図るためには永久磁石を強力なものにする必要がある。
【０００９】
また、これらのスポーク配置永久磁石型回転子において、高トルク化を図る場合、永久磁石の磁束を磁極に集中させることが主流であるが、これでは回転電機の逆起電力が大きくなり、巻線に流す電流を制御するためのスイッチ素子の高耐圧化が必要になる。
【課題を解決するための手段】
【００１０】
本発明は、回転子と、回転子の外周を、ギャップを介して取り囲む三相巻線が巻回された固定子と、を備え、前記回転子は、回転子の周方向に互いに間隔を隔てて設けられた、複数の永久磁石と、回転子の周方向に前記永久磁石の間にそれぞれ設けられて、外周側に磁極が形成された複数の鉄心片を有し、前記永久磁石は、回転子の半径方向に対して垂直な方向に磁化されており、隣接する永久磁石の磁化方向は互いに反対であり、各鉄心片は、周方向中央部分であって半径方向外側の部分に高磁気抵抗部分が設けられ、この部分に磁束が通りにくくなっている。
【００１１】
各鉄心片は、周方向中央部において外周側から内側に向けた溝を有するとよい。
【００１２】
各鉄心片における、周方向中央部の外周側から内側に向けた溝の内部に追加の永久磁石を配置するとよい。
【００１３】
各鉄心片は、周方向の一対の外周側中間部から半径方向内側および周方向中央部に向けて円弧状に延びるフラックスバリア型溝を有するとよい。
【００１４】
各鉄心片における、周方向の一対の外周側中間部から半径方向内側および周方向中央部に向けて円弧状に延びるフラックスバリア型溝に追加の永久磁石を配置するとよい。
【００１５】
各鉄心片を、回転軸方向に貫通する棒状の支持部材を設け、回転子の両側に配置された一対のブラケットにより支持部材の両端部を固定するとよい。
【００１６】
前記支持部材を、非磁性材料で形成するとよい。
【発明の効果】
【００１７】
本発明によれば、回転子の周方向中央部、径方向外側部分における磁束の短絡を防止することができ、回転電機の効率を上昇することができる。
【図面の簡単な説明】
【００１８】
【図１】回転電機の構成を示す図である。
【図２】回転子の構成を示す図である。
【図３】回転子の構成を示す図である。
【図４】第一実施形態の鉄心片の構成を示す図である。
【図５】第一実施形態の鉄心片の磁束の状態を示す図である。
【図６】第二実施形態の鉄心片の構成を示す図である。
【図７】第二実施形態の鉄心片の磁束の状態を示す図である。
【図８】第三実施形態の鉄心片の構成を示す図である。
【図９】第三実施形態の鉄心片の磁束の状態を示す図である。
【図１０】第四実施形態の第一実施形態の鉄心片の磁束の状態を示す図である。
【図１１】第四実施形態の鉄心片の磁束の状態を示す図である。
【発明を実施するための形態】
【００１９】
以下、本発明の実施形態について、図面に基づいて説明する。なお、本発明は、ここに記載される実施形態に限定されるものではない。
【００２０】
「全体構成」
図１に示すように、回転電機１は、回転子１０と、回転子１０の周囲を、所定のギャップを介して取り囲む固定子２０とを含む。固定子２０は、円環状のヨーク２２と、ヨーク２２から半径方向内側に伸びるティース２４と、ティース２４に巻回された固定子巻線２６を含み、ヨーク、ティースが固定子鉄心として機能する。固定子巻線２６は三相の巻線であり、例えば分布巻きとされる。そして、この三相の固定子巻線２６に互いに１２０度位相のずれた交流電流を供給し、これによって回転磁界を形成し、回転子１０を回転駆動する。
【００２１】
図２には、第一実施形態に係るスポーク配置永久磁石型回転子の概略構成（軸方向から見た断面）を示し、図３には図１におけるＸ−Ｘ’断面を示す。なお、図２において、シャフトは図示を省略している。
【００２２】
このように、回転子１０は、全体として円環状である。円弧状の鉄心片１２を四角柱状の永久磁石１４を介し複数周方向に組み合わせて構成されている。この例では、鉄心片１２、永久磁石１４とも８つであり、磁極が８つ存在する。また、永久磁石は半径方向と直交する方向（ほぼ周方向）に磁化されており、８つの磁石は隣接するもの同士でＮＳの配置が反対になっている。回転子１０の頂部を０°とすると、時計回りに、２２．５°，６７．５°、１１２．５°、１５７．５°、２０２．５°、２４７．５°、２９２．５°、３３７．５°の位置に永久磁石１４が位置している。時計回りに奇数番目の永久磁石１４が右側にＮ極、左側にＳ極を有し、偶数番目の永久磁石１４が右側にＮ極、左側にＳ極を有している。なお、図中の矢印は磁束の方向を示している。
【００２３】
そして、永久磁石１４は、鉄心片１２より半径方向の長さが短く（厚みが小さい）、鉄心片１２の周方向側面の半径方向内側部分に接触している。そこで、１番目と２番目の永久磁石１４に挟まれた鉄心片１２は、両側の永久磁石１４のＮ極によって半径方向内側がＳ極、外周側がＮ極になる。永久磁石１４の磁化の方向が順次反転されるため、時計方向に配置される鉄心片１２は、その後順次外周側がＳ，Ｎ極となる。
【００２４】
このような回転子１０においては、鉄心片１２を貫通して棒状の支持部材１６が配置される。そして、図３に示すように、この支持部材１６の両端を一対の円板状のブラケット１８に固定し、これによって鉄心片１２、永久磁石１４を軸方向に締め付け固定する。また、支持部材１６が鉄心片１２の内部を貫通して軸方向に伸びているため、鉄心片１２、永久磁石１４が遠心力で飛び出すことを防止できる。なお、回転子１０の中心には軸方向の伸びるシャフト３０が配置され、ブラケット１８，１８はシャフト３０に固定される。
【００２５】
＜第一実施形態＞
第一実施形態に係るスポーク配置永久磁石型回転子の構成について、図４に基づいて説明する。鉄心片１２は、全体として円弧状であり、内周側の表面は凸凹のない面になっている。なお、回転子１０は、全体として図３に示すように円筒状であり、鉄心片１２は軸方向に伸びている。
【００２６】
鉄心片１２の周方向両側面には、半径方向の内側部分が凹んだ段差部が形成されている。この段差部には、永久磁石１４の側部が係合される。すなわち、永久磁石１４の両側部は、周方向で鉄心片１２に接触すると共に半径方向外側が鉄心片１２の段差部によって保持されている。鉄心片１２の周方向両側の半径方向の外側部分は、永久磁石１４上に張り出しているが、隣接する鉄心片１２の側面との間に空間が設けられている。
【００２７】
鉄心片１２の周方向中央部には外周部から半径方向内側に向けて、スリット状の溝４２が形成されている。この溝４２は、軸方向に伸びている。この溝４２によって、鉄心片１２の周方向中央部分の半径方向外側部分の磁気抵抗が他に比べ大きくなっている。
【００２８】
また、鉄心片１２の外周側において、溝４２の両側部分の一対の中間部分には、外周側から半径方向内側に伸びる溝４４がそれぞれ形成されている。この溝４４は、半径方向内側の終端部分が断面円形（軸方向に伸びる円筒状スリット）となっており、この部分に支持部材１６が挿通される。
【００２９】
従って、回転子１０が回転した場合には、永久磁石１４は、鉄心片１２の段差部によって半径方向外側に向く遠心力が受け止められ、鉄心片１２は支持部材１６によって遠心力に対し保持される。
【００３０】
なお、鉄心片１２は、１つの磁極を構成するため、その周方向中心にｄ軸が位置し、隣の鉄心片１２との間にｑ軸が位置する。
【００３１】
図５（ａ）〜図５（ｃ）には、図４の鉄心片１２（外周Ｓ極）における、ｄ軸磁路、ｑ軸磁路、永久磁石の磁束線図が示してある。ｄ軸磁束および永久磁石磁束は中央の溝４２にで分離された２つの部分で溝４４を周回する形の磁路を有する。一方、ｑ軸磁束は、中央の溝４２の内側を通ってその両側を結ぶ形の磁路となっており、ｄ軸磁束の磁路と分離されている。また、ｄ軸磁路の磁束線図に比べ、ｑ軸磁路の磁束線図の方が磁束数が多く、ｑ軸インダクタンスがｄ軸インダクタンスよりも大きいことが分かる。また、永久磁石の磁束線図を確認すると、十分な磁束数が得られていることが分かる。
【００３２】
このように、本実施形態では、鉄心片１２のｄ軸に合致させて外周側からの溝４２を形成し、またｄ軸磁路中心とｑ軸磁路中心の中間に位置する箇所にも溝４４を形成している。このため、この溝４２，４４によりｑ軸インダクタンスを減少させることなく、ｄ軸インダクタンスのみを減少させ、ｑ軸磁路に対する、ｄ軸磁路の干渉を低減し、リラクタンストルクの発生を効率的にすることができる。
【００３３】
なお、支持部材１６は、例えばアルミニウム、チタン、セラミックや樹脂材など、非磁性材料で形成される。これによって、この部分についての磁気抵抗を大きくすることができ、磁路を適切なものにできる。
【００３４】
＜第二実施形態＞
第二実施形態では、従来の埋め込みＡ級磁石型回転子の鉄心形状をスポーク配置永久磁石型回転子に適用した形態としてる。
【００３５】
すなわち、第二実施形態の回転子１０は、図６に示されるように、鉄心片１２の溝配置を円弧状のフラックスバリア型として形成する。なお、溝配置はＶ字状のフラックスバリア型としてもよい。
【００３６】
鉄心片１２の周方向中心には、外周から断面半円形状にえぐられた軸方向の溝５０が形成されている。そして、この溝５０から半径方向に少し離れて、円弧状の溝５２が中央部分を残して溝５０の両側部分の外径側から形成されている。この一対の溝５２が円弧状のフラックスバリアを形成する。そして、各溝５２の中間部分に支持部材１６が配置されている。
【００３７】
図７（ａ）〜図７（ｃ）には、図６の鉄心片１２（外周側Ｓ極）における、ｄ軸磁路、ｑ軸磁路、永久磁石の磁束線図が示してある。ｄ軸磁束および永久磁石磁束は、フラックスバリアを形成する一対の溝５２の半径方向内側の部分と外側の部分に流れるとともに、これらを結ぶ周方向中心の半径方向部分に流れる。
【００３８】
一方、ｑ軸磁束は、溝５２で分離された半径方向内側の部分と外側の部分に独立して流れ、これらを結ぶ周方向中心の半径方向部分には流れない。これによって、ｑ軸磁束磁路と、ｄ軸磁束の磁路と分離して効果的な磁路形成ができることがわかる。
【００３９】
＜第三実施形態＞
第三実施形態では、第一実施形態の鉄心片１２のｄ軸中心磁極の中央部に追加の永久磁石６０を配置する。
【００４０】
図８の例では、鉄心片１２の外周がＳであり、追加の永久磁石６０は、他の磁束と合わせて半径方向外側がＳ極である。
【００４１】
図９（ａ）〜図９（ｃ）には、図８の鉄心片１２（外周側Ｓ極）における、ｄ軸磁路、ｑ軸磁路、永久磁石の磁束線図が示してある。ｄ軸磁束および永久磁石磁束は、フラックスバリアを形成する一対の溝５２の半径方向内側の部分と外側の部分に流れるとともに、これらを結ぶ周方向中心の半径方向部分に流れる。
【００４２】
ｄ軸中心部に追加の永久磁石６０を半径方向に向かって磁化配向される向きに配置される。この例では、板状の追加の永久磁石６０を内側がＮ極となるように配置する。これによって、永久磁石１４によって鉄心片１２の内側がＮ極となっているのをさらに強化することができる。
【００４３】
従って、より高トルク化を可能が可能となり、低回転速度で高トルクな動力性を確保することが可能になる。
【００４４】
＜第四実施形態＞
第四実施形態では、図１０に示すように、第二実施形態の回転子鉄心片の円弧状の、フラックスバリアを形成する一対の溝５２のｄ軸中心磁極側に追加の一対の永久磁石６０を配置する。
【００４５】
これにより、永久磁石１４による磁束を強化して、低回転速度で高トルクな動力性を確保することが可能になる。すなわち、図１１に示すように、追加の永久磁石６０が永久磁石１４の磁束を強化することができる。
【００４６】
＜実施形態の効果＞
本実施形態によれば、ｄ軸磁路とｑ軸磁路を効率よく分離することができる。そして、ｄ軸磁路とｑ軸磁路を効率よく分離することで、ｑ軸インダクタンスがｄ軸インダクタンスよりも大きくなり、永久磁石の磁束についても、十分な磁束数が得ることができる。
【００４７】
これにより、永久磁石によるトルクを損なうことなく、リラクタンストルクを得ることが可能となり、回転電機の逆起電力を増加させることなく、高トルクかつ高出力、低価格な回転電機を提供することが可能となる。
【符号の説明】
【００４８】
１  回転電機、１０  回転子、１２  鉄心片、１４  永久磁石、１６  支持部材、１８  ブラケット、２０  固定子、２２  ヨーク、２４  ティース、２６  固定子巻線、３０  シャフト、４２，４４，５０，５２  溝、６０  追加の永久磁石。
【図１】
2016067138.tif 000003
【図２】
2016067138.tif 000004
【図３】
2016067138.tif 000005
【図４】
2016067138.tif 000006
【図５】
2016067138.tif 000007
【図６】
2016067138.tif 000008
【図７】
2016067138.tif 000009
【図８】
2016067138.tif 000010
【図９】
2016067138.tif 000011
【図１０】
2016067138.tif 000012
【図１１】
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