(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
複数の永久磁石を埋め込む磁石溝を備えた回転子と、前記磁石溝に埋め込んだ永久磁石と、複数のスロットを有する固定子と、前記スロットに巻線を施したコイル部とを備え、マグネットトルクとリラクタンストルクにより回転駆動する電動機であって、前記回転子の同一磁極内部に設けた磁石溝は周方向に２つ以上あり、前記同一磁極内の磁石溝と磁石溝の間の分割部を介して永久磁石を２つ以上のセグメントに分割し、前記分割部の背後にフラックスバリアを配置し、前記フラックスバリアの中心部にフラックスバリアの前面に配置された２つ以上のセグメントに分割された永久磁石と同一磁極である永久磁石を配置したことを特徴とする電動機。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
永久磁石を用いて構成される同期回転機に属する。
【０００２】
【従来の技術】
複数の永久磁石を埋め込む磁石溝を備えた回転子と、前記磁石溝に埋め込んだ永久磁石と、複数のスロットを有する固定子と、前記スロットに巻線を施したコイル部とを備え、マグネットトルクとリラクタンストルクにより回転駆動する電動機において、より少ない電流で高いトルクを発生させるためには、回転子内部に埋め込まれた永久磁石の発生する磁束を少しでも多く固定子側に配置されたコイルと鎖交させることが必要である。これによりマグネットトルクを有効に利用することが可能である。また、リラクタンストルクを有効に利用するためには永久磁石を回転子内部に埋め込み、回転子外部から見た磁気回路上で磁気抵抗が小さいｑ軸側のｑ軸インダクタンスと、永久磁石を埋め込む磁石溝及びフラックスバリアにより磁気抵抗が非常に大きいｄ軸側のｄ軸インダクタンスの差を大きくすることが必要である。その際に特に永久磁石の磁束を有効に固定子側のコイルに鎖交させるためには永久磁石及びフラックスバリア端部と回転子外周との距離であるブリッジ幅をできるだけ狭くすることが必要である。そのような設計を行うことで、ブリッジ部をより少ない永久磁石の磁束により磁気飽和させることができ、結果的により多くの永久磁石の磁束を固定子側のコイルに鎖交させることができる。
【０００３】
しかし、永久磁石端部及びフラックスバリア端部と回転子外周との距離であるブリッジ幅を狭くする場合には、回転子が回転した場合の遠心力に対する破壊強度を十分に考慮しなければならない。すなわち、ブリッジ幅を狭くするほど回転子内部で短絡してしまう漏れ磁束を低減でき、より少ない電流で高いトルクを得ることが可能だが、永久磁石及び永久磁石全面の回転子鉄心の重量を支えているブリッジ部にかかる応力も高くなるため、回転子が回転中に破壊する危険性も非常に高くなる。
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】
その危険性を克服する手段として次のような解決手法が提案されている。
【０００５】
永久磁石を埋め込む磁石溝を同一磁極内で分割して配置することにより、永久磁石及び永久磁石全面の回転子鉄心の重量を回転子表面のブリッジ部以外に同一磁極内に配置されたリブを用いて分散させる方法である。しかし、この場合には永久磁石の磁束がブリッジ部と同一磁極内に配置されたリブとを介して短絡してしまうためにコイルに鎖交する磁束を増加させることは困難である。
【０００６】
本発明では、永久磁石端部と回転子外周との距離であるブリッジ幅を狭くすることにより、より少ない電流を用いて高いトルクを発生することが可能な回転子構造を提案する。また、その際に回転子が高回転で回転した場合にも回転子が回転中に破壊する危険性が少ないことを特徴とする。
【０００７】
【課題を解決するための手段】
本発明の電動機構造は、複数の永久磁石を埋め込む磁石溝を備えた回転子と、前記磁石溝に埋め込んだ永久磁石と、複数のスロットを有する固定子と、前記スロットに巻線を施したコイル部とを備え、マグネットトルクとリラクタンストルクにより回転駆動する電動機であって、前記回転子の同一磁極内部に設けた磁石溝は周方向に２つ以上あり、前記同一磁極内の磁石溝と磁石溝の間の分割部を介して永久磁石を２つ以上のセグメントに分割し、前記分割部の背後にフラックスバリアを配置し、そのフラックスバリアの中心部にフラックスバリアの前面に配置された２つ以上のセグメントに分割された永久磁石と同一磁極である永久磁石を配置した電動機において、前記フラックスバリアの中心部にフラックスバリアの前面に配置された２つ以上のセグメントに分割された永久磁石と同一磁極である永久磁石を配置したことを特徴とする。
【０００８】
【発明の実施の形態】
本発明は複数の永久磁石を埋め込む磁石溝を備えた回転子と、前記磁石溝に埋め込んだ永久磁石と、複数のスロットを有する固定子と、前記スロットに巻線を施したコイル部とを備え、マグネットトルクとリラクタンストルクにより回転駆動する電動機であって、前記回転子の同一磁極内部に設けた磁石溝は周方向に２つ以上あり、前記同一磁極内の磁石溝と磁石溝の間の分割部を介して永久磁石を２つ以上のセグメントに分割し、前記分割部の背後にフラックスバリアを配置した構造を備える電動機である。
【０００９】
本発明では図１に示すように、回転子内部に配置された永久磁石が２つ以上のセグメントに分割された構造を有し、その背後に磁束の障壁となるフラックスバリアを配置することを特徴とする。この構造により永久磁石端部と回転子外周との距離であるブリッジ幅を狭くした場合でも、永久磁石及び永久磁石前面部の重量を前記フラックスバリア以外に永久磁石極間のリブ構造部で支えることが可能なため、回転子が高速で回転した場合にも充分な破壊強度を保つことが可能である。
【００１０】
また、その際に永久磁石極間のリブ構造部で短絡してしまう永久磁石の磁束を背後に配置されたフラックスバリアにより磁気飽和させることで前記リブ構造部において短絡する磁束を低減することが可能である。このため前記ブリッジ部及びリブ構造部を介して回転子内部で短絡してしまう磁束を最小限に低減することが可能であり、より少ない電流で高いトルクを得ることが可能であり、回転子が高速で回転しても破壊強度について充分な強度を保証することが可能となる。
【００１１】
また、図２に示すように、回転子内部に配置された永久磁石が２つ以上のセグメントに分割されており、その背後に磁束の障壁となるフラックスバリアを配置し、更に前記フラックスバリアの中心部に前記永久磁石と同一磁極の永久磁石を配置する構造を用いても同様の効果が得られる。この構造により永久磁石端部と回転子外周との距離であるブリッジ幅を狭くした場合でも、永久磁石及び永久磁石前面部の重量を前記フラックスバリア以外に永久磁石極間のリブ構造部で支えることが可能なため、回転子が高速で回転した場合にも充分な破壊強度を保つことが可能である。
【００１２】
また、その際に永久磁石極間のリブ構造部で短絡してしまう永久磁石の磁束を背後に配置された永久磁石により反発させることでリブ構造部による磁束の短絡を防ぐことが可能である。このため前記ブリッジ部及びリブ構造部を介して回転子内部で短絡してしまう磁束を最小限に低減することが可能であり、より少ない電流で高いトルクを得ることが可能であり、回転子が高速で回転しても破壊強度について充分な強度を保証することが可能となる。
【００１３】
【実施例】
（参考実施例）
図１に参考実施例を示す。図１は複数の永久磁石埋込溝１１〜１２，２１〜２２を備えた磁極数８の回転子５と、前記磁石溝に埋め込んだ永久磁石１４〜１５，２４〜２５と、スロット数１２の固定子１と、前記スロットにそれぞれＵ，Ｖ，Ｗの巻き線２〜４を順番に配置したコイル部とを備え、マグネットトルクとリラクタンストルクにより回転駆動する電動機であって、回転子内部に配置された永久磁石１４〜１５，２４〜２５が各磁極の中心部で２つのセグメントに分割された構造を有し、その背後に磁束の障壁であるフラックスバリア３１を設けた電動機の構成を示す。
【００１４】
この構成により永久磁石１４〜１５，２４〜２５前部の鉄部分の重量を永久磁石１４，２４の左側、永久磁石１５，２５の右側であるブリッジ部と、永久磁石１４，１５の中間部、永久磁石２４，２５の磁極中間部で支えることができるために、前記ブリッジ幅を従来の永久磁石が複数のセグメントに分割されていない回転子に比べて狭くすることが可能である。その際前記ブリッジ部を通り回転子内部で短絡してしまう漏れ磁束以外に永久磁石１４，１５、及び２４，２５の磁極中間部を通り回転子内部で短絡してしまう漏れ磁束が発生するが、後者の漏れ磁束は前記永久磁石の背後にフラックスバリア３１を設けることで、より少ない磁束により永久磁石１４，１５、及び２４，２５の磁極中間部を磁気飽和させることができ、結果的に同じ磁石量を用いて従来の永久磁石が複数のセグメントに分割されていない回転子よりも巻き線に鎖交する磁束量を増加することが可能である。
【００１５】
なお、本参考実施例で示したフラックスバリア３１は回転子内部で短絡してしまう漏れ磁束を効果的に磁気飽和させるために永久磁石１４，１５、及び２４，２５の磁極中間部に沿って中間部を囲い込むような形状としているが、磁極中間部を磁気飽和させることを目的とした形状で有れば、例えば図３に示すような端板やバランスウエイトなどと回転子を固定することを目的として回転子内部に空けられた通し穴３２を兼用することでも同様の効果が得られる。
【００１６】
（実施例１）
図２に本発明の実施例を示す。図２は複数の永久磁石埋め込み溝１１〜１３，２１〜２３を備えた磁極数８の回転子５と、前記磁石溝に埋め込んだ永久磁石１４〜１６，２４〜２６と、スロット数１２の固定子１と、前記スロットにそれぞれＵ，Ｖ，Ｗの巻き線２〜４を順番に配置したコイル部とを備え、マグネットトルクとリラクタンストルクにより回転駆動する電動機であって、回転子内部に配置された永久磁石１４〜１５，２４〜２５が各磁極の中心部で２つのセグメントに分割された構造を有し、その背後に磁束の障壁であるフラックスバリア３１を設け、その背後に分割された永久磁石１４〜１５，２４〜２５と同じ磁極の永久磁石１６，２６を配置した構造を備える電動機の構成を示す。
【００１７】
この構成により永久磁石１４〜１５，２４〜２５前部の鉄部分の重量を永久磁石１４，２４の左側、永久磁石１５，２５の右側であるブリッジ部と、永久磁石１４，１５、及び２４，２５の磁極中間部で支えることができるために、前記ブリッジ幅を従来の永久磁石が複数のセグメントに分割されていない回転子に比べて狭くすることが可能である。
【００１８】
その際前記ブリッジ部を通り回転子内部で短絡してしまう漏れ磁束以外に永久磁石１４，１５、及び２４，２５の磁極中間部を通り回転子内部で短絡してしまう漏れ磁束が発生するが、後者の漏れ磁束は前記永久磁石の背後に配置された永久磁石１６，２６の生じる磁束により反発させることで最小限に抑制することが可能であり、結果的に同じ磁石量を用いて従来の永久磁石が複数のセグメントに分割されていない回転子よりも巻き線に鎖交する磁束量を増加することが可能である。
【００１９】
なお、本実施例で示す固定子の巻き線方法は前記スロットにそれぞれＵ，Ｖ，Ｗの巻き線２〜４を順番に配置したいわゆる集中巻であるが、これは前記スロットにそれぞれＵ，Ｖ，Ｗの巻き線２〜４を渡らせて配置したいわゆる分布巻でも同様の効果が得られる。
【００２０】
【発明の効果】
請求項１記載の発明は、回転子内部に分割して埋め込まれた永久磁石の背後にフラックスバリアを配置し、その中心部に前記永久磁石と同じ磁極の永久磁石を配置することで、回転子の破壊強度を保持しつつ回転子内部で短絡してしまう漏れ磁束を低減させ、分割せずに埋め込まれた永久磁石により構成された回転子と同じ破壊強度で固定子巻き線に鎖交する磁束を増加することが可能である。
【００２１】
また、請求項１記載のフラックスバリアを端板やバランスウエイトなどと回転子を固定することを目的として回転子内部に空けられた通し穴で兼用することができ、回転子の構成に必ず必要な前記通し穴を有効に利用することで簡素なロータ形状とすることができコストダウンが図れる。
【００２２】
また、前記請求項１記載の発明を回転子の回転軸から見て逆円弧形状の永久磁石及びフラックスバリアで構成すれば、前記請求項１記載の回転子の磁極に垂直な永久磁石及びフラックスバリアで構成する場合よりもｄｑ軸インダクタンスの差を大きくしてリラクタンストルクを増加させることが可能である。
【００２３】
また、前記請求項１記載の発明を２層以上の永久磁石及びフラックスバリアを用いて構成すれば、前記請求項１記載の２層で構成された場合よりもｄｑ軸インダクタンスの差を大きくしてリラクタンストルクを増加させることが可能である。
【図面の簡単な説明】
【図１】  本発明の参考実施例の構成を示す同期電動機の断面図
【図２】  本発明の実施例１の構成を示す同期電動機の断面図
【図３】  本発明の他の参考実施例の構成を示す同期電動機の断面図
【符号の説明】
１  固定子
２  Ｕ相巻き線
３  Ｖ相巻き線
４  Ｗ相巻き線
５  回転子
６  回転軸
１１、１２  永久磁石埋込溝
１４、１５  永久磁石
３１  フラックスバリア
３２  通し穴
【図１】
0003835231.tif 000002
【図２】
0003835231.tif 000003
【図３】
0003835231.tif 000004